JP2016033558A - レンズ鏡筒およびそれを用いた光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子可動タイプの多群光学系に対応したレンズ鏡筒の大型化抑制構造。【解決手段】変倍群として構成されている光学レンズ群（２・３群）と撮像素子の駆動用カム環を各々光軸方向に離間した位置に配置し、２つのカム環を連結部品により連結させ、２個のカム環を１つの駆動機構で駆動させ、駆動機構は光軸方向において２つのカム環の間に配置する。【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、監視用カメラ及びレンズ交換式カメ
ラなどの撮影装置に関する。

近年のビデオカメラ用のズームレンズに対しては、高倍率化や広画角化、小型化要求が高まっており、さらには記録媒体の半導体メモリー化に伴う静音化要求も高まっている。従来のビデオカメラ等のズームレンズのタイプとしては、ズームレンズ群とフォーカスレンズ群が各群づつ構成され固定鏡筒に支持されたガイド軸により光軸方向に進退自在に保持され、撮像素子は鏡筒に固定されている。

従来のズームレンズの高倍率化、広画角化を実現しようとする場合、１群（前玉）レンズと撮像素子の間隔を広げることが光学的に好ましいがレンズ鏡筒外形がかなり大きくなってしまう。一般的にデジタルカメラ用のズームレンズでは１群レンズ含む複数の群が光軸方向に可動する光学系を採用している。

しかし、動画性能が要求されるビデオカメラやデジタルスチルカメラにおいて、重量の重い１群レンズを可動させることは、騒音・強度・像揺れ・像飛びなどの裏問題が発生するため、１群レンズを可動させる鏡筒機構を採用することは非常に難しい。

このため、１群レンズを可動させる代わりに撮像素子を可動群とする光学系を採用する場合がある。この光学系においては複数のレンズ群と撮像素子で変倍の役割を行なっている。

上記光学系のような複数群を可動群とするレンズ鏡筒においては、変倍系の各群を各々独立駆動させる鏡筒構成では、構造的に複雑且つ大型化してしまうため、各群の光学位置を決定するカム溝が設けられているカム環構造を採用していることが一般的である。

しかし、撮像素子を可動群とする光学系においては、複数群と撮像素子を同一のカム環で駆動させるカム環構造は、カム環が光軸方向に被写体側から撮像素子まで光軸方向に延材形状となってしまうため、組立性を含め配置上非常に厳しい。

このため、カム環配置の設計配置自由度のあるカム環を２体化構成とし、同一駆動力にてメカ的に一体的にあるいは同期駆動させる構造とすることでレンズ鏡筒の小型化を図ることが望ましい。

ここで、カム環の２体化構成としては、２つのカム環を同一駆動力により同期駆動させることにより鏡筒の小型化を図る特許が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００２−２３０３９号公報

上述したレンズ鏡筒では、２つのカム環を同一の駆動手段に対し、各々連結機構を設け同期駆動させる構成となるため、駆動手段とカム環が鏡筒の径方向に重ね合うように配置される構成の場合は小型化を図ることが出来る。

しかし、カム環が光軸方向に離間された配置となる構成の場合は共通の駆動手段に対し、光軸方向に連結部の配置をレイアウトする必要が生じるため、構成が複雑化し、鏡筒の大型化を招いてしまう。

上記目的を達成するため、本発明は、撮像素子が光軸方向に移動し、且つ複数のレンズ群が光軸方向に可動するする光学系において、被写体側の少なくとも一つの焦点距離可変レンズ群が固定部材に支持され、光軸中心に定位置回転を行なう第１カム環に前記第１カム環に設けられた第１カム溝と前記焦点距離可変可動レンズ群のカムフォロアが係合し、位置決め支持され、前記カム環の回転に伴ない前記焦点距離可変レンズ群は前記第１カム溝の形状に沿って光軸方向に進退し、固定部材に支持され、光軸中心に定位置回転を行なう第２カム環に前記第２カム環に設けられた第２カム溝と前記撮像素子のカムフォロアが係合し、位置決め支持され、前記カム環の回転に伴い前記撮像素子は前記第２カム溝の形状に沿って光軸方向に進退し、第１カム環と第２カム環は光軸方向に離間されて配置されており、前記第１カム環と前記第２カム環をメカ的に連結する少なくとも１つ以上の連結部材により、前記第１カム環と第２カム環は一体的に連結され、前記第１カム環と第２カム環を回転させるためのカム環駆動機構を有し、前記カム環駆動機構は光軸方向において、前記第１カム環と前記第２カム環の間に配置されていることを特徴とする。

更に、前記撮像素子は直進案内部材により光軸方向に進退可能に保持され、前記２カム環に設けられた第２カム溝と係合しているカムフォロアは偏芯コロで構成されている。

また、前記連結部材は光軸方向に移動しない固定レンズ群を保持する外径よりも内側に配置され、前記固定レンズ群は防振レンズ群である。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、撮像素子及び複数のレンズ群が光軸方向に可動する光学系において、焦点距離可変レンズのカム溝が設けられた第１カム環と、撮像素子のカム溝が設けられた第２カム環を別材とすることで、設計の配置自由度を図る。

また、連結部材により第１カム環と第２カム環を連結し、同一の駆動機構により駆動する構成とし、且つ駆動機構は光軸方向に離間配置されているカム環の間に配置することで、レンズ鏡筒の小型化を図ることが出来る。

更に、撮像素子のカム溝に係合されているカムフォロアを偏芯コロとすることで、偏芯コロの偏芯量に応じた、焦点距離可変レンズと撮像素子の群間調整を行なうことが出来る。

本発明のレンズ鏡筒部の構成を示す断面図 本発明のレンズ鏡筒部の構成を示す分解斜視図 本発明の撮像素子の可動機構を後部から見たときの分解斜視図 本発明のカム環構造を後部から見たときの分解斜視図 本発明の実施例である連結部品の後部正面図 本発明の撮像素子のカムフォロア（偏芯コロ）の斜視図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２には、本発明の実施例であるビデオカメラ（光学機器）のレンズ鏡筒部の構成を示している。図１は、本発明のレンズ鏡筒部の構成を示す断面図、図２は本発明のレンズ鏡筒部の構成を示す分解斜視図である。該レンズ鏡筒部内には、被写体側から順に、凸凹凸凹凸の５つのレンズユニットにより構成された撮影光学系としての変倍光学系が内蔵されている。なお、以下の説明において、被写体側を前側、撮像素子側を後側という場合がある。

これらの図において、被写体側（図の左側）から順に、Ｌ１は固定の第１レンズユニット、Ｌ２・Ｌ３は光軸方向に移動して変倍を行う第２・第３レンズユニットである。
Ｌ４は光軸直交方向に移動して像触れ補正を行う第４レンズユニット、Ｌ５は光軸方向に移動してフォーカシングを行う第５レンズユニットである。

１は第１レンズユニットＬ１を保持する固定の前玉鏡筒であり、固定鏡筒１２に略１２０等分で形成されている貫通穴部１２ａに前玉鏡筒１に略１２０等分に一体的に取り付けられたカムフォロア（不図示）が係合している。

この３箇所のカムフォロア及び固定鏡筒の貫通穴部１２ａの係合と前玉鏡筒１の外径１ａ及び固定鏡筒の内径部１２ｄの嵌合により第１レンズユニットＬ１は位置決め保持されている。

２は第２レンズユニットＬ２を保持する第２移動枠、３は第３レンズユニットＬ３を保持する第３移動枠、４は第４レンズユニットＬ４を光軸直交方向に移動可能に保持するシフトユニットである。シフトユニット４は固定鏡筒１２に対して位置決め固定されている。

５は第５レンズユニットＬ５を保持する第５移動枠、６は撮影光学系に入射して絞り開口を通過した光により形成される光学像を電気信号に変換する後述する撮像素子に到達する光量を調節する光量調節ユニット（光量調節装置）である。

２３・２４は外部から手動操作される操作部材であるズームリング、フォーカスリングである。ズームリング２３はズームリング固定鏡筒２５に径嵌合され、ズームリング固定鏡筒２５と中間鏡筒２６に光軸方向に最小のクリアランスを保ちつつ、光軸に対し略中心に回転可能に挟持されている。フォーカスリング２４はフォーカスリング固定鏡筒２７の外径と径勘合され、フォーカスリング固定鏡筒２７と中間鏡筒２６に光軸方向に最小のクリアランスを保ちつつ、光軸に対し略中心に回転可能に挟持されている。

ズームリング２３、フォーカスリング２４の内径側には各々のリングの回転量を検出するための回転位置検出センサ（不図示）が設けられており、ズームリング２３、フォーカスリング２４の回転量に応じた出力信号を検出し、出力信号の演算処理を行なう。

後部鏡筒１３と後部カバー１４と間には、２本のガイドバー１９，２０が固定されている。第５移動枠５に設けられたスリーブ部が、ガイドバー１９に移動可能に係合して光軸方向にガイドされ、第５移動枠５に設けられたＵ溝部が、ガイドバー２０に移動可能に係合し、第５移動枠５のガイドバー１９を中心とした回転を阻止している。

１７は磁石と摩擦材とを接合して構成された後部鏡筒１３に位置決め固定されているス
ライダ（接触部材）である。第５移動枠５には電気−機械エネルギー変換素子と該電気−機械エネルギー変換素子により振動が励起される板状の弾性部材とにより構成される振動子１８が位置決め固定されている。

ここで、振動子の弾性部材は強磁性体であり、強磁性体がスライダ１７の磁石と引き合うことにより、スライダ１７の摩擦材の圧接面と振動子の弾性部材において光軸方向２箇所に形成された圧接面とが圧接される。

これらスライダ１７および振動子によって構成される振動型リニアアクチュエータでは、フレキシブル配線板（不図示）を介して２つの位相が異なる周波信号（パルス信号又は交番信号）が電気−機械エネルギー変換素子に入力される。これにより、振動子の圧接面に略楕円運動が発生し、スライダ１７の圧接面に光軸方向の駆動力が発生する。

次に撮像素子８の保持機構について詳細に説明する。図３は撮像素子の分解斜視図である。１０はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の絞り開口を通過した光により形成される光学像を電気信号に変換する撮像素子８及び赤外カット・ローパスフィルタ９等の光学フィルタが取り付けられる撮像素子保持枠である。撮像素子８は光軸方向に移動してＬ２・Ｌ３と同期制御を行ないながら変倍を行なう変倍ユニットの機能を有する。９ａは光学調整手段としての圧縮ばね、９ｂはビス、１０は撮像素子保持枠である。１４は後部カバーで後部鏡筒１３に位置決め固定されている。

２本のガイドバー１５、１６は不図示の後部カバーのガイドバー保持部、後部鏡筒に形成されたガイドバー保持部に固定され、撮像素子保持枠１０に設けられたスリーブ部が、ガイドバー１５に移動可能に係合して光軸方向にガイドされる。

１１は本発明における撮像素子電気配線であり、撮像素子保持枠１０に保持された撮像素子８への電気信号の入出力を行なう撮像素子ＦＰＣである。後部カバー１４は後部鏡筒１３に位置決め固定されており、後部鏡筒１３と後部カバー１４との間には、２本のガイドバー１５，１６が固定され、撮像素子保持枠１０に設けられたスリーブ部１０ａが、ガイドバー１５に移動可能に係合して光軸方向にガイドされる。また、撮像素子保持枠１０に設けられたＵ溝１０ｂがガイドバー１６に移動可能に係合し、撮像素子保持枠１０のガイドバー１５を中心とした回転を阻止している。

撮像素子ＦＰＣ１１は撮像素子保持枠１０を光軸方向に移動可能に後部鏡筒１３と後部カバー１４により形成された内壁と撮像素子保持枠１０との範囲で配置されている。
次に、本発明のカム環駆動機構について説明する。

第２カム環３３は、撮像素子８を光軸方向に駆動するカム溝部３３ａの貫通溝を有する。このカム溝部３３ａには撮像素子保持枠１０に設けられたカムフォロア３５が係合している。これにより、第２カム環３３が後部鏡筒１３に対して光軸回りで回転することで、撮像素子８を光軸方向に進退させことが出来る。

図４は本発明のカム環構造を後部から見たときの分解斜視図、図５は本発明の連結部品を後ろ側から見た図である。

第１カム環２２は、第２レンズユニットＬ２を光軸方向に駆動する第１カム溝部２２ａ、第３レンズユニットＬ３を光軸方向に駆動する第２カム溝部２２ｂ、絞り・シャッターユニット６を光軸方向に駆動する第３カム溝部２２ｃの貫通溝を有する。これらのカム溝部には、各ユニットに略１２０°等分に一体的に設けられたカムフォロア２ａ、３ａ、６ａが係合しており、且つ固定鏡筒に１２略１２０°等分に設けられた光軸に平行な各ユニットに対応する貫通溝１２ｃ、１２ｄと係合している。これにより、第１カム環２２が固定鏡筒１２に対して光軸回りで回転することで、第２，第３レンズユニットＬ２，Ｌ３および絞り・シャッターユニット６を光軸方向に進退させ、変倍動作を行うことが出来る。

２８は磁石と摩擦材とを接合して構成されたカム環２２に位置決め固定されているスラ
イダ（接触部材）である。

カム環押え板（不図示）には電気−機械エネルギー変換素子と該電気−機械エネルギー変換素子により振動が励起される板状の弾性部材とにより構成される振動子３０が略１２０°等分に配置され、位置決め固定されている。

ここで、振動子３０の弾性部材は強磁性体であり、強磁性体がスライダ２８の磁石と引き合うことにより、スライダ２８の摩擦材の圧接面と振動子３０の弾性部材において第１カム環２２の回転方向２箇所に形成された圧接面とが圧接される。

これらスライダ２８および振動子３０によって構成される振動型リニアアクチュエータでは、フレキシブル配線板３１を介して２つの位相が異なる周波信号（パルス信号又は交番信号）が電気−機械エネルギー変換素子に入力される。これにより、振動子３０の圧接面に略楕円運動が発生し、スライダ２８の圧接面に第１カム環２２回転の接線方向に駆動力が発生する。

そして、略１２０°等分に配置された振動型リニアアクチェータの同期駆動制御を行ない、第１カム環２２を回転運動させている。第１カム環２２の内径側には第１カム環２２の回転量を検出するための回転位置検出センサ（不図示）が設けられており、第１カム環２２の回転量に応じた出力信号を検出し、出力信号の演算処理を行なう。第１カム環２２と第２カム環３３は光軸方向に離間された位置に配置されており、連結部材３４（実施例では２個）は第１カム環連結部２２ｄと第２カム環連結部３３ｂにビスにより固定されている。

第１カム環２２の内径側にキー溝（不図示）が設けられており、連結部品３４は第１カム環・第２カム環のキー溝に嵌め合い、位置決めを行なっている。

複数の連結部材が配置される場合は、１つの連結部品３４を基準とし、キー溝嵌合とし、その他の連結部品３４に関しては多重嵌合にならないよう、キー溝はクリアランスを取った設定となっている。

また、連結部材３４は第１カム環２２と第２カム環３３と共に回転するため、シフトユニット４の貫通孔４ａ及び後部鏡筒１３の貫通孔（不図示）を貫通する配置となっている。第１カム環２２と第２カム環３３は固定鏡筒１２及び後部鏡筒１３に回転可能に保持されている構成のため、光軸方向及び回転方向への位置ズレのために、第２・３レンズ群Ｌ２・Ｌ３と撮像素子８の群間隔のズレが発生してしまう。このズレを補正する機構として、撮像素子保持枠１０に設けられたカムフォロア３５を偏芯コロを採用しており、カムフォロア３５を回転させることにより偏芯コロの偏芯量だけ撮像素子８が光軸方向に位置変化を行なえる構成としている。

以上のように、第２・３レンズユニットＬ２・Ｌ３と撮像素子８を別々のカム環で保持しつつ、カム環を一体化した状態でカム環駆動機構により、変倍動作を行なっている。

本発明の構成とすることで、連結部材３４により第１カム環２２と第２カム環３３を連結し、同一の駆動機構により駆動する構成とし、且つ駆動機構は光軸方向に離間配置されているカム環の間に配置することで、レンズ鏡筒の小型化を図ることが出来る。

また、撮像素子のカム溝に係合されているカムフォロアを偏芯コロとすることで、偏芯コロの偏芯量に応じた、焦点距離可変レンズと撮像素子の群間調整を行なうことが出来る。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１２ 固定鏡筒、１３ 後部鏡筒、２２ 第１カム環、３３ 第２カム環、
３４ 連結部材、３５ カムフォロア（偏芯コロ）

Claims (4)

1. 撮像素子が光軸方向に移動し、
   且つ複数のレンズ群が光軸方向に可動するする光学系において
   写体側の少なくとも一つの焦点距離可変レンズ群が
   固定部材に支持され、光軸中心に定位置回転を行なう第１カム環に
   前記第１カム環に設けられた第１カム溝と前記焦点距離可変可動レンズ群のカムフォロアが係合し、位置決め支持され
   前記カム環の回転に伴ない前記焦点距離可変レンズ群は前記第１カム溝の形状に沿って光軸方向に進退し、
   固定部材に支持され、光軸中心に定位置回転を行なう第２カム環に
   前記第２カム環に設けられた第２カム溝と前記撮像素子のカムフォロアが係合し、位置決め支持され
   前記カム環の回転に伴い前記撮像素子は前記第２カム溝の形状に沿って光軸方向に進退し、
   前記第１カム環と第２カム環は光軸方向に離間されて配置されており、
   前記第１カム環と前記第２カム環をメカ的に連結する少なくとも１つ以上の連結部材により、
   前記第１カム環と第２カム環は一体的に連結され、
   前記第１カム環と第２カム環を回転させるためのカム環駆動機構を有し、
   前記カム環駆動機構は光軸方向において、前記第１カム環と前記第２カム環の間に配置されていることを特徴とする光学系。
2. 前記撮像素子は直進案内部材により光軸方向に進退可能に保持され
   前記２カム環に設けられた第２カム溝と係合しているカムフォロアは偏芯コロであることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
3. 前記連結部は光軸方向に移動しない固定レンズ群の保持枠の外径より内側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
4. 前記固定レンズ群は防振レンズ群であることを特徴とする請求項３に記載の光学系。