JP2016130760A - ズームレンズ鏡筒およびこれを用いた光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でズームカム環の全長を短くして小型化が図れるズームレンズ鏡筒およびこれを用いた光学機器を提供する【解決手段】ズーム及びフォーカスで光軸方向に移動するフォーカスレンズ枠と、回転によりフォーカスレンズ枠を光軸方向に移動させるフォーカスカム環と、回転によりフォーカスカム環に回転力を伝えるキー部材と、フォーカスカム環と共に光軸方向に移動するズームレンズ枠と、フォーカスカム環に設けられる第１の回転伝達部と、第１の回転伝達部と係合し、キー部材に設けられる第２の回転伝達部と、を有し、フォーカスに際し、キー部材の回転によりフォーカスカム環を回転させ、ズームに際し、ズームレンズ枠をフォーカスカム環と共に光軸方向に移動させるとき、第１、第２の回転伝達部の光軸方向の相対位置変化によってフォーカスカム環を回転させる。【選択図】図７

Description

本発明は、ズームレンズ鏡筒およびこれを用いた光学機器に関するものである。

光学機器としてのデジタルカメラやビデオカメラ等に用いられるズームレンズ鏡筒は、ズームに際し、ズームリング（ズームカム環）の回転操作等により複数のレンズ群を移動させる機構を備えている。

そして、いわゆるリアフォーカスレンズやインナーフォーカスレンズと呼ばれるズームレンズ鏡筒においては、ズームに際し、結像位置を維持するために、ズームカム環の回転駆動と共に、フォーカスカム環を適切に駆動することを要する。特許文献１では、ズームカム環の回転駆動と共に、フォーカスカム環を適切に駆動するために、フォーカスカム環を、フォーカスキーの他に、ズームカム環にも係合させている。

特開２００９−１５１２３２号公報

しかしながら、上記従来技術では、ズームカム環として、ズームレンズ群を保持するズームレンズ枠に係合するカム環の他に、フォーカスカム環に係合するカム溝を形成する必要がある。そのため、ズームカム環に移動群（ズームレンズ群、フォーカスカム環）の数に比例する数のカム溝が必要になる。移動群が多くなればなる程、カム溝を形成するためのスペースがズームカム環に必要となる。そして、その結果、ズームカム環の長さが長くなり、ズームレンズ鏡筒が光軸方向に大型化してしまうという課題があった。

本発明の目的は、簡単な構成でズームカム環の全長を短くして小型化が図れるズームレンズ鏡筒およびこれを用いた光学機器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るズームレンズ鏡筒は、ズーム及びフォーカスで光軸方向に移動するフォーカスレンズ枠と、回転により前記フォーカスレンズ枠を光軸方向に移動させるフォーカスカム環と、回転により前記フォーカスカム環に回転力を伝えるキー部材と、前記フォーカスカム環と共に光軸方向に移動するズームレンズ枠と、を有するズームレンズ鏡筒であって、前記フォーカスカム環に設けられる第１の回転伝達部と、第１の回転伝達部と係合し、前記キー部材に設けられる第２の回転伝達部と、を有し、フォーカスに際し、前記キー部材の回転により前記フォーカスカム環を回転させて前記フォーカスレンズ枠を光軸方向に移動させ、ズームに際し、前記ズームレンズ枠を前記フォーカスカム環と共に光軸方向に移動させるとき、前記第１、第２の回転伝達部の光軸方向の相対位置変化によって前記フォーカスカム環を回転させて前記フォーカスレンズ枠を光軸方向に移動させることを特徴とする。

また、本発明に係る光学機器は、上記ズームレンズ鏡筒を有することを特徴とする。

（作用）
ズームレンズ枠がフォーカスカム環と共に光軸方向に移動することで、フォーカスカム環をフォーカスキーのみに係合させる。特に、ズームレンズ枠の移動軌跡とフォーカスカム環の移動軌跡が似ている場合に有効となる。

本発明によれば、簡単な構成でズームカム環の全長を短くして小型化が図れるズームレンズ鏡筒およびこれを用いた光学機器を提供することができる。

本発明の実施形態に係るズームレンズ鏡筒のワイド状態を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るズームレンズ鏡筒のテレ状態を示す断面図である。 図１のズームレンズ鏡筒を異なる断面で切断した断面図である。 本発明の実施形態に係るズームレンズ鏡筒の直進筒の形状を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るズームレンズ鏡筒の回転リングとフォーカスキーを示す要部斜視図である。 本発明の実施形態に係るズームレンズ鏡筒のフォーカスカム環を説明する要部斜視図である。 本発明の実施形態に係るズームレンズ鏡筒の２群鏡筒の移動を説明する要部投影図でワイド無限状態を表した図である。 本発明の実施形態に係るズームレンズ鏡筒の２群鏡筒の移動を説明する要部投影図でワイド至近状態を表した図である。 本発明の実施形態に係るズームレンズ鏡筒の２群鏡筒の移動を説明する要部投影図でテレ無限状態を表した図である。 本発明の実施形態に係るズームレンズ鏡筒の２群鏡筒の移動を説明する要部投影図でテレ至近状態を表した図である。 本発明の実施形態に係るズームレンズ鏡筒のズームに際しての各レンズ群の移動量を説明する線図である。 本発明の実施形態に係るズームレンズ鏡筒の第２群と第３群の移動量差を示す線図である。 本発明の実施形態に係るズームレンズ鏡筒のズームに際してのフォーカスカム環の回転角を示す線図である。 本発明の実施形態に係るズームレンズ鏡筒のワイドとテレにおけるフォーカスカム溝の使用範囲を示す線図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

《第１の実施形態》
（ズームレンズ鏡筒）
以下、図１乃至図１４を参照して、本発明の実施形態に係るズームレンズ鏡筒について説明する。

（ズームレンズ鏡筒）
本実施形態においては、図１に示すように、静止画および動画撮影を行うズームレンズにおけるレンズ群として物体側より順に第１群Ｌ１、第２群Ｌ２、第３群Ｌ３を備える。そして、図１１に示すように、フォーカスに際し、第２群Ｌ２が光軸方向に移動する。また、図１１に示すように、ズームに際し、第１群Ｌ１、第２群Ｌ２、第３群Ｌ３がそれぞれ異なる移動量で光軸方向に移動する（図１は、本発明の実施形態に係るズームレンズ鏡筒のワイド状態を示す一方、図２はテレ状態を示す）。

（ズームレンズ鏡筒の作用）
本実施形態においては、後に詳述するように、フォーカスに際し、キー部材の回転によりフォーカスカム環を回転させてフォーカスレンズ枠（第２群Ｌ２を保持）を光軸方向に移動させる。また、ズームに際し、ズームレンズ枠をフォーカスカム環と共に光軸方向に移動させるとき、後に詳述するように、第１、第２の回転伝達部の光軸方向の相対位置変化によってフォーカスカム環を回転させフォーカスレンズ枠を光軸方向に移動させる。

（ズームレンズ鏡筒の具体的構成）
図１で、１は固定筒を示しており、像側である後端１ａはカメラ本体と結合するためのマウント部材（不図示）や、外装部材を固定するために使用される。２はズーミング（ズームに際しての操作）を行うためのズームカム環を示し、内周が固定筒１に嵌合し、定位置回転可能に保持されている。なお、図１で、１４は電磁絞りユニットを示し、公知の技術によるもので図示しない駆動回路と電気的に接続されているものである。

１）第１群Ｌ１に関して
図１で、３は直進筒を示し、物体側である先端に１群鏡筒４をコロ４ａによって保持している。１群鏡筒４には、レンズ群として第１群Ｌ１が押え環４ｂ等によって固定されている。直進筒３は固定筒1の外周に移動自在に嵌合し、さらに周方向に３つのキー部材を有し（不図示）、固定筒１の外周に設けた直進溝に係合することで、光軸方向に直進移動自在に保持されている。そして、直進筒３の内周には、図４に示すように有底の１群カム３ａを有し、ズームカム環２の先端外周に設けたコロ２ａが係合している。

これによって、ズームカム環２の回転により、直進筒３は１群カム３ａの軌跡に従い、Ｕターンするように直進移動を行う。１群鏡筒４は、コロ４ａが直進筒３のリフトを持ったカム溝３ｂによって光軸方向に位置調整され固定されているが、直進筒３と一体的に移動するものである。

２）第２群Ｌ２、第３群Ｌ３に関して
図１で、５はレンズ群として第２群Ｌ２を保持した２群鏡筒（フォーカスレンズ枠）を示す。また、６はレンズ群として第３群Ｌ３を保持した３群鏡筒を示す。７はズームレンズ枠としての３群ベース枠を示し、３群鏡筒６を複数のコロ６ａ、６ｂ（図７）によって保持している。コロ６ａ、６ｂは、それぞれ３群ベース枠７に対して、３群鏡筒６を偏心、倒れ調整して固定するためのものであるが、周知の技術であり説明は省略する。

ズームレンズ枠としての３群ベース枠７は、外周にコロ７ａを３か所等分で保持しており、コロ７ａは固定筒１の直進溝とズームカム環２の３群カムに係合している。従って、ズームに際してズームカム環２を回転することによって、３群鏡筒６は３群ベース枠７と一体的に光軸方向へ直進移動する。

ここで、３群ベース枠７の外周には、フォーカスカム環８が回転自在に嵌合している。すなわち、フォーカスカム環８は、３群ベース枠７の前端（物体側）にビス固定された押え板９によって、３群ベース枠７に対して、定位置回転のみ自在に保持されている。

フォーカスカム環８にはフォーカスカム溝８ａ（図６）が３箇所周方向に等分で設けられており、２群鏡筒５に設けた３つのコロ３ａ（図３）が係合している。コロ３ａは、３群ベース枠７に設けた直進溝７ｂにも係合しており、２群鏡筒５は、フォーカスカム環８の回転によって、光軸方向に直進駆動されるものである。これにより、フォーカスに際し、２群鏡筒５が単独で光軸方向に移動することによってフォーカス調整が行われる。

３）フォーカス（フォーカシング）
図１で、１０は回転リングを示し、固定筒１の内周に径嵌合部１０ａで嵌合し、バヨネット部１０ｂが、固定筒１のバヨネット溝１ｂに係合することで、定位置回転自在に保持されている。回転リング１０には、フォーカスカム環８に回転力を伝えるキー部材としてのフォーカスキー１１がビス１１ａによって取り付けられている。

そして、フォーカスカム環８には、第１の回転伝達部としてコロ８ｂ（カムフォロアとして機能）が取り付けられる。一方、フォーカスキー１１の内周には、第２の回転伝達部としての光軸に平行でないカム溝１１ｂが設けられており、コロ８ｂとカム溝１１ｂが係合している。これらにより、回転リング１０を回転させると、フォーカスキー１１を介してフォーカスカム環８が同じ角度回転することになる（図５、図６）。

一方、回転リング１０には、調整板１２（図５）がビス１２ａ（図７）にて取り付けられており、調整板１２の溝部１２ｂ（図７）には、図示しないフォーカスモータの回転部に取り付けられた駆動板１３（図７）が係合している。フォーカスに際し、駆動板１３は、フォーカスモータまたはマニュアルフォーカスリングの駆動力を伝達し、回転リング１０を回転させ、フォーカスキー１１を介してフォーカスカム環８（２群鏡筒５と結合）を回転させる。これにより、第２群Ｌ２が光軸方向に移動することでフォーカス調整を行うことができる。

４）ズーム（ズーミング）
次に、本実施形態に係わるズーム駆動機構に関して説明する。図１１は、本実施形態に係るズームレンズの駆動軌跡を表した線図である。図中、ワイドからテレにズーミングするに従って、各群が図のように移動する。図中、左側が物体側である。２群（第２群Ｌ２）はズームおよびフォーカスで移動するレンズ群であり、至近での位置を点線で示している。各ズームポジションで、無限から至近までに移動する量は同じである。

ズーミングにおいて、２群（第２群Ｌ２）と３群（第３群Ｌ３）の移動量の差は僅かであり、図１２はワイドからテレに移動するにあたって２群（第２群Ｌ２）と３群（第３群Ｌ３）との移動量の差（移動量差）を表した図である。３群（第３群Ｌ３）の動きを直線とした場合には、２群（第２群Ｌ２）の動きも直線となる。ワイド端での差分（移動量差）をゼロとすると、差分（移動量差は３群の移動量に比例しているのが分かる。つまり、本実施形態では、ズーミングにおいて、２群（第２群Ｌ２）、３群（第３群Ｌ３）の移動量が比例して変化するように設計されている。

そこで、本実施形態においては、ズーミングでの２群（第２群Ｌ２）の動きを３群（第３群Ｌ３）の移動量に比例するように、フォーカスカム環８をズーム変化に比例して回転させることによって実現している。すなわち、図１３はフォーカスカム環８のズーミングによる回転角を示している。３群の移動量を直線とした場合には、フォーカスカム環８の回転角も直線で表わされる。このような構成をとるとき、フォーカスキー１１のカム溝は製造が容易な直線となる。

このように、３群（第３群Ｌ３）がズーミングによって光軸方向に移動すると、それに従って、２群（第２群Ｌ２）も同時に光軸方向に移動するが、フォーカスキー１１に設けたカム溝１１ｂの傾きによってフォーカスカム環８が回転させられる。そして、フォーカスカム環８におけるフォーカスカム８ａの使用位置が変化することで、２群鏡筒５が、３群鏡筒６に対して光軸方向に移動する。

図１４は、フォーカスカム環８におけるフォーカスカム８ａの使用位置を示した図で、フォーカスカム８ａは回転によって図中左右方向に移動するものである。各ズームポジションにおいて、フォーカス調整で無限から至近までの移動量（カム溝の使用角度）は同じであるが、カム溝の使用範囲を変えることによって、ズーミングでの３群との差分を移動させている。

なお、本実施形態では、連結板１２（図５、図７）は回転リング１０に対して、ビス穴を長穴にすることによって、角度方向に調整して取り付けられるようになっている。これによって、部品の製造誤差によって生じる無限ピント位置の調整を行うことができる。

図７乃至図１０は、各ズームポジションでの無限、または至近状態を示した図である。図７はワイド無限状態、図８はワイド至近状態、図９はテレ無限状態、図１０はテレ至近状態である。ズーミングによって、フォーカスキー１１のカム溝１１ｂとフォーカスカム環８のコロ８ｂとの使用点が光軸方向に相対的に変化することが分かる。

また、同じズームポジションではフォーカスキー１１のカム溝１１ｂとフォーカスカム環８のコロ８ｂの位置は変わらないため、回転リング１２とフォーカスカム環８は一体的に回転しているのが分かる。また、各ズームポジションでの無限から至近でのフォーカスカム溝８ａの使用範囲が変化することが分かる。

（本実施形態の効果）
以上説明してきたように、本実施形態によれば、フォーカス群のズーム駆動のためのカムを必要としないため、ズームカム環２の全長を短くでき、ズームレンズ全体の小型化が可能となる。また、フォーカス群を他のズーム群と一体的に駆動し、他の群との差分を、他のズーム群と一体で移動するフォーカスカム環８を回転させることで実現させている。このため、新たに単独で駆動するフォーカスカム環を追加する必要が無く、省スペースかつコンパクトなレンズ鏡筒を実現できる。

すなわち、ズーミングによる２群と３群の動きの差分を、２群を駆動するフォーカスカム環８を回転させることにより補償している。ズームカム環２に２群用と３群用のカム溝を設けるより、光軸方向のスペースを必要としないためにズームレンズの小型化が実現できる。また、ズームカム環の回転駆動と共に、フォーカスカム環を駆動する場合に比べて構造が簡単になり、フォーカス群を回転繰出しではなく直進駆動できるため、絞りやその他の部品配置に自由度があるという効果がある。

また、ズーミングによる２群、３群の移動量の差が小さい光学系の場合に効果が大きいが、ガタや撓みによって生じる傾きや偏心の方向が２群と３群が同方向にずれた方が光学的に有利な場合にも、本実施形態の効果がある。また、本実施形態では、移動群のカム溝を少なくできるため、ズームカム環２に別の移動群のカム溝を配置することも可能になる（例えば、絞りを移動させることも可能になる）。

また、本実施形態によれば、フォーカスカム環の伝達部はカムフォロアとカム溝で構成することで、構造が簡単で安定した性能を出すことができる。

（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

（変形例１）
上述した実施形態では、ズーミングによる３群（第３群Ｌ３）に対する２群（第２群Ｌ２）の動きが比例関係、すなわち、３群（第３群Ｌ３）の動きを直線カムで動かした場合には、２群（第２群Ｌ２）の動きも直線になるような光学設計であった。しかし、比例関係にない、すなわち２群（第２群Ｌ２）または３群（第３群Ｌ３）が非直線カムで動かす必要がある場合には、フォーカスキー１１のカム溝１１ｂを非直線にしても良い。

また、焦点調節のための駆動量がワイドとテレで異なる場合には、フォーカスカム環８に設けたフォーカスカム８ａを非直線にすることも考えられる。さらに、フォーカスキー１１を型で成型できるように、フォーカスキー１１のカム溝１１ｂをテーパ状にすることも可能である。その場合、カムフォロア（コロ８ｂ）側もテーパ状にすれば良い。

（変形例２）
また、上述した実施形態では、フォーカスキー１１にカム溝１１ｂ、フォーカスカム環８にコロ８ｂを設けて回転力伝達構造としている。これは、従来より加工実績があり、がたつきをコロの径を変えることで調整可能なため、この構成がより安定した性能を維持できるからである。しかし、本発明はこの構成に限られることはなく、フォーカスキー１１を端面カムにし、フォーカスカム環８側にはそれに係合する凹部または凸部を設けて、常に端面カムに接するように付勢構造を設けても良い。

（変形例３）
また、上述した実施形態では、静止画および動画撮影を行うズームレンズに関して説明したが、プロジェクタ等の投射レンズや複写機等の結像光学系などズームおよびフォーカス調整のあるズームレンズ鏡筒、光学機器において同様な効果が得られる。

５・・２群鏡筒（フォーカスレンズ枠）、７・・３群ベース鏡筒（ズームレンズ枠）、８・・フォーカスカム環、８ｂ・・コロ（第１の回転伝達部）、１１・・フォーカスキー（キー部材）、１１ｂ・・カム溝（第２の回転伝達部）

Claims (8)

1. ズーム及びフォーカスで光軸方向に移動するフォーカスレンズ枠と、
   回転により前記フォーカスレンズ枠を光軸方向に移動させるフォーカスカム環と、
   回転により前記フォーカスカム環に回転力を伝えるキー部材と、
   前記フォーカスカム環と共に光軸方向に移動するズームレンズ枠と、
   を有するズームレンズ鏡筒であって、
   前記フォーカスカム環に設けられる第１の回転伝達部と、
   第１の回転伝達部と係合し、前記キー部材に設けられる第２の回転伝達部と、
   を有し、
   フォーカスに際し、前記キー部材の回転により前記フォーカスカム環を回転させて前記フォーカスレンズ枠を光軸方向に移動させ、
   ズームに際し、前記ズームレンズ枠を前記フォーカスカム環と共に光軸方向に移動させるとき、前記第１、第２の回転伝達部の光軸方向の相対位置変化によって前記フォーカスカム環を回転させて前記フォーカスレンズ枠を光軸方向に移動させることを特徴とするズームレンズ鏡筒。
2. 前記第１の回転伝達部はカムフォロアであり、前記第２の回転伝達部は光軸に平行でないカム溝であることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ鏡筒。
3. レンズ群として、物体側より順に第１群、第２群、第３群を備え、
   フォーカスに際し、光軸方向に移動する前記第２群を前記フォーカスレンズ枠は保持し、
   ズームに際し、光軸方向に移動する前記第１群、前記第２群および前記第３群を回転により作用させるズームカム環を有することを特徴とする請求項１または２に記載のズームレンズ鏡筒。
4. ズームに際し、前記第２群の移動量を前記第３群の移動量に比例させ、
   前記第２群、前記第３群の移動量の差を前記フォーカスカム環の回転により補償することを特徴とする請求項３に記載のズームレンズ鏡筒。
5. 前記第３群を保持する第３レンズ枠と、
   回転により前記第３レンズ枠および前記ズームレンズ枠を光軸方向に移動させるズームカム環と、
   を有することを特徴とする請求項３または４に記載のズームレンズ鏡筒。
6. 前記フォーカスカム環は、３箇所のフォーカスカム溝を備え、
   前記第２群を保持する第２レンズ枠が、前記フォーカスカム溝に係合する３箇所のコロを有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のズームレンズ鏡筒。
7. 前記フォーカスカム環は、前記ズームレンズ枠の外周に回転自在に嵌合されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のズームレンズ鏡筒。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のズームレンズ鏡筒を有することを特徴とする光学機器。