JP2016173510A - ラック機構及びそれを有するレンズ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 位相ずれを起こしにくいラック機構及びそれを有するレンズ駆動装置を提供すること。【解決手段】 送りネジと噛み合うラック部材と、ラック部材に対して送りネジを挟んで対向し、ラック部材に対して変位可能な対向歯部材と、を有するラック機構であって、ラック部材は、送りネジの長手方向に第１の当接部と第３の当接部を有し、対向歯部材は、送りネジの長手方向に、第１の当接部に当接可能な第２の当接部と、第３の当接部に当接可能な第４の当接部を有する。【選択図】 図７

Description

本発明は、ラック機構及びそれを有するレンズ駆動装置に関する。

従来、撮像素子を用いたビデオカメラやデジタルスチルカメラに代表される電子カメラにおけるレンズ駆動装置は、長手方向が光軸方向を向いた送りネジ（リードスクリュー）が取り付けられたモーターと、送りネジに噛み合うラック機構とを有する。送りネジの回転により、送りネジの長手方向（光軸方向）にラック機構が移動することにより、ラック機構に係合された、レンズを保持する保持部材を、光軸方向に直線的に駆動するのが一般的である。

特許文献１には、ラック機構を構成する、送りネジに付勢される２つのラック部材が、送りネジを挟み込むように付勢される構造が開示されている。

特開平４−２４０６０９号公報

特許文献１に開示された構造では、レンズ駆動装置が衝撃を受けた場合に、所謂位相ずれ（以下、「位相ずれ」という）を起こすことがある。つまり、２つのラック部材のうちの一方が他方に対して、本来あるべき位置から送りネジの長手方向にずれた状態で送りネジと噛み合うことがある。位相ずれを起こした場合には、送りネジに余計に負荷がかかり、動作不良の原因となる。

本発明の目的は、位相ずれを起こしにくいラック機構及びそれを有するレンズ駆動装置を提供することにある。

本発明の目的を達成するために、本発明は、送りネジと噛み合うラック部材と、前記ラック部材を前記送りネジに付勢する第１の弾性部材と、前記ラック部材に対して前記送りネジを挟んで対向し、前記ラック部材に対して変位可能な対向歯部材と、前記対向歯部材を前記送りネジに近づく方向に付勢する第２の弾性部材と、を有するラック機構であって、前記ラック部材は、前記送りネジの長手方向に第１の当接部と第３の当接部を有し、前記対向歯部材は、前記送りネジの長手方向に、前記第１の当接部に当接可能な第２の当接部と、前記第３の当接部に当接可能な第４の当接部を特徴とする。

本発明によれば、位相ずれを起こしにくいラック機構及びそれを有するレンズ駆動装置を提供することができる。

実施例１における、撮像装置のブロック図。 実施例１における、レンズ駆動装置等の斜視図。 実施例１における、送りネジ及びラック機構の側面図。 実施例１における、ラック機構の側面図。 実施例１における、ラック機構の斜視図。 実施例１における、ラック機構の斜視図。 実施例１における、ラック機構の分解斜視図。 実施例１における、ラック機構の分解斜視図。 実施例１における、レンズ駆動装置等の斜視図。 実施例２における、ラック機構の側面図。 実施例２における、ラック機構の斜視図。 実施例２における、ラック機構の斜視図。 実施例２における、ラック機構の分解斜視図。 実施例２における、ラック機構の分解斜視図。

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は、本発明の実施形態にかかわる撮像装置のブロック図である。

以下、図１を参照して、本発明の実施例１における、レンズ駆動装置を有する撮像装置（光学機器）について説明する。

図１は、本実施例の撮像装置のブロック図である。

Ｌ１は、固定の正の屈折力の第１レンズ群である。Ｌ２は、光軸方向に移動することにより変倍動作を行う負の屈折力の第２レンズ群（変倍レンズ）である。Ｌ３は、固定の正の屈折力の第３レンズ群である。Ｌ４は、光軸方向に移動することによりフォーカシング（合焦動作）を行う正の屈折力の第４レンズ群（フォーカスレンズ）である。

１は、第１レンズ群Ｌ１を保持する前玉鏡筒、２は、第２レンズ群Ｌ２を保持する第１の保持部材（保持部材）、３は、第３レンズ群Ｌ３を保持する固定部材である。４は、第４レンズ群Ｌ４を保持する第２の保持部材（保持部材）である。

３０は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子や、ローパスフィルクーや赤外カットフィルター等のフィルターからなる撮像手段である。撮像手段３０は、不図示の後部鏡筒により保持されている。３１は、カメラ信号処理回路である。カメラ信号処理回路３１は、撮像手段３０の出力に対して所定の増幅やガンマー補正等を施す。３２は、マイコンである。マイコン３２は、多数の信号を取り入れ、その信号処理を行う。また、マイコン３２は、入力信号に応じて多数の信号を出力し、光学機器の制御等を施す。

３３は、記録手段である。記録手段３３は、マイコン３２で信号処理された画像信号や、その他、記録条件等を記録する。

５０は、ズーミングを指示可能なズームスイッチである。５１は、マニュアル操作での合焦動作を指示可能なフォーカススイッチである。５２は、電源スイッチである。

第１の保持部材２は、ガイドバー１０１，１０２（図２）により、光軸方向に移動可能に支持されている。第２の保持部材４は、不図示の２本のガイドバーにより、光軸方向に移動可能に支持されている。

５は、光学系の開口径を変化させる絞り装置である。絞り装置５は、駆動部６により２枚の絞り羽根を互いに逆方向に移動させて開口径を変化させる、所謂ギロチン式の絞り装置である。

３４は、絞りセンサー回路である。絞りセンサー回路３４は、絞り装置駆動部６の駆動磁石の回転位置をホール素子で検出する。

撮像手段３０により、撮影信号がカメラ信号処理回路３１に出力される。カメラ信号処理回路３１で所定の増幅やガンマー補正等を施された信号が、マイコン３２に出力される。マイコン３２は、カメラ信号処理回路３１からの入力信号と絞りセンサー回路３４からの絞り駆動部の回転量等の入力信号に応じて、絞り駆動回路３７に絞り駆動信号を出力し、光量調整を行う。

８は、送りネジ８ａを、送りネジ８ａの長手方向を軸周りに回転駆動するアクチュエータ（駆動手段）としてのズームモーターである。送りネジ８ａは、ズームモーターのロータと同軸であり、光軸と平行に（長手方向が光軸方向と一致するように）配置されている。送りネジ８ａには、第１の保持部材２に連結されるラック部材７が噛み合っており、これにより、送りネジ８ａの回転により第１の保持部材２は、送りネジ８ａの長手方向（光軸方向）に移動する。

９は、ズーム初期位置センサー（フォトインタラプター）である。ズーム初期位置センサー９は、第１の保持部材２に形成された不図示の遮光部の光軸方向への移動による遮光、透光の切り替わりを電気的に検出し、第１の保持部材２の光軸方向基準位置を検出する。

ズームモーター８は、電源スイッチ５２が入れられると、マイコン３２からの信号に基づき、ズーム駆動回路３５から駆動信号を受ける。そして、ズーム初期位置センサー９は、初期位置を検出し、第１の保持部材２は、予め決められた任意の位置に移動し待機する。ズームモーター８に対しては、前記初期位置からのステップ数でズームスイッチ５０の操作に対応した位置制御が行なわれる。ズームスイッチ５０が操作されると、移動方向がどちらに操作されているかをマイコン３２が判断し、ズーム動作が行なわれる。

１１は、第４レンズ群Ｌ４を光軸方向に移動し合焦動作を行わせる為の駆動手段であるところのアクチュエータとしてのフォーカスモーターである。送りネジ１１ａには、光軸方向への移動が自在に案内保持された第２の保持部材４に設置されたラック部材１０が噛み合っており、ロータの回転により第２の保持部材４は光軸方向に移動する。送りネジ１１ａは、フォーカスモーターを構成する回転するロータと同軸かつ光軸と平行に配置されている。

１２は、フォーカス初期位置センサー（フォトインタラプター）である。ズーム初期位置センサー１２は、第２の保持部材４に形成された不図示の遮光部の光軸方向への移動による遮光、透光の切り替わりを電気的に検出し、第２の保持部材４の光軸方向基準位置を検出する。

電源スイッチ５２が入れられると、フォーカスモーター１１は、マイコン３２からの信号によりフォーカス駆動回路３６から駆動信号を受ける。そして、フォーカス初期位置センサー１２にて初期位置を検出し、第２の保持部材４は、予め決められた任意の位置に移動し待機する。フォーカスモーター１１に対しては、検出された初期位置からのステップ数でズームスイッチ５０およびフォーカススイッチ５１の操作に対応した位置制御が行なわれる。

また、オートフォーカス制御のとき、フォーカス駆動回路３６は、マイコン３２からの入力信号に応じてフォーカスモーター１１に通電し、第４レンズ群Ｌ４は光軸方向に駆動される。

次に、図２〜９を参照して、本発明の実施例１におけるラック機構について説明する。ラック機構は、後述するように、ラック部材７、対向歯部４０、第１の弾性部材４１、第２の弾性部材４２、第３の弾性部材４４を有する。

第２レンズ群Ｌ２を保持する第１の保持部材２は、スリーブ部２ａおよび回り止め係合凹部２ｂと、ガイドバー１０１，１０２により光軸方向に移動可能に支持されている（図２）。

７は、送りネジ８ａに噛み合う噛合部７ａが設けられているラック部材である（図３）。４０は、衝撃による歯飛びを抑制する為の、歯飛び抑制歯（対向歯部）４０ａが設けられている歯飛び抑制歯部材（対向歯部材）である（図３）。４１は、ラック部材７のＸ−Ｘ軸（軸穴部２ｃ，２ｄの軸を結ぶ軸。光軸と平行になるのが好ましい）を軸とする円柱部（軸部）７ｃに取り付けられた第１の弾性部材としてのねじりコイルバネである（図４）。

４２は、ラック部材７のＸ−Ｘ軸を軸とする円柱部（軸部）７ｄに取り付けられた第２の弾性部材としてのねじりコイルバネである（図４）。４４は、ラック部材７のＸ−Ｘ軸を軸とする円柱部（軸部）７ｃ，四角柱部７ｅに取り付けられた第３の弾性部材としてのコイルバネである（図４）。ラック部材７の円柱部（軸部）７ｃには、対向歯部材４０の軸穴部（嵌合部）４０ｃが嵌合しており、対向歯部材４０がラック部材７に対して、Ｘ−Ｘ軸周りに回転可能（変位可能）に係合している（図４、図７）。

第１の保持部材２の軸穴部２ｃ，２ｄには、ラック部材７のテーパ部（軸部）７ｂと四角柱部（軸部）７ｅが嵌合しており、ラック部材７が第１の保持部材２に対して、Ｘ−Ｘ軸周りに回転可能に係合している（図５，７）。

ラック部材７及び対向歯部材４０は、軸部７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅの軸周りに回転可能である（図４〜７）。

第３の弾性部材４４（図４）により、光軸方向への付勢力（光軸方向付勢力）４４ａが加わる（図５）。これにより、互いに当接可能な、対向歯部材４０の光軸方向の当接部（第２の当接部）４０ｅ（図８）と、ラック部材７の光軸方向の当接部（第１の当接部）７ｈ（図７）が、光軸方向において当接する。これにより、衝撃による本歯部（噛合部）７ａと対向歯部４０ａの位相ずれを抑制する。

光軸方向付勢力４４ａは、ラック部材７のテーパ部（軸部）７ｂを、第１の保持部材２の軸穴部２ｃに付勢するときにも用いられる。これにより、第１の保持部材２が光軸方向へ移動するときのガタ付きを抑制する（図５）。

対向歯部材４０には、第２の弾性部材４２により、Ｘ−Ｘ軸周りへの付勢力（軸周り付勢力）４２ｂ（図６）が発生する。これにより、対向歯部材４０のＸ−Ｘ軸周りの当接部（第６の当接部）４０ｂ（図８）と、ラック部材７のＸ−Ｘ軸周りの当接部（第５の当接部）７ｆ（図７）が、Ｘ−Ｘ軸周りにおいて当接する。これにより、衝撃を受けない通常状態において、対向歯部４０ａを送りネジ８ａに非接触状態とすることができる（図３）。

所定の衝撃力以下の衝撃（第１の衝撃）により対向歯部材４０に加わる、送りネジ８ａから離れる方向の衝撃力４３よりも大きくなるように、軸周り付勢力４２ｂを設定する。

これにより、第１の衝撃を受け、送りネジ８ａの長手方向（光軸方向）に発生した負荷により、ラック部材７の噛合部７ａが送りネジ８ａから離れるようにＸ−Ｘ軸周りに動いた場合には、対向歯部４０ａが送りネジ８ａに噛み合う。これにより、歯飛びによる位置ズレを抑制する。また、所定の衝撃力よりも大きい衝撃（第２の衝撃）により対向歯部材４０に加わる、送りネジ８ａから離れる方向の衝撃力４３が、軸周り付勢力４２ｂよりも大きい場合には、対向歯部材４０も送りネジ８ａから離れるようにＸ−Ｘ軸周りに動く。これにより、対向歯部４０ａおよび噛合部７ａの送りネジ８ａへの喰い付きを抑制する。

第２の衝撃を受け、対向歯部材４０に、光軸方向付勢力４４ａとは逆向きの力が加わることがある。このとき、対向歯部材４０が送りネジ８ａの長手方向（光軸方向）における、光軸方向付勢力４４ａとは逆向きの力の方向に離れようとする。しかし、対向歯部材４０の光軸方向当接部（第４の当接部）４０ｆは、ラック部材７の光軸方向当接部（第３の当接部）７ｉに当接する。これにより、噛合部７ａと対向歯部４０ａの位相ずれを抑制する。光軸方向付勢力４４ａにより付勢された状態での、第３の当接部７ｉと第４の当接部４０ｆの間隔は、送りネジ８ａにおけるネジ山の間隔よりも狭い方が好ましい。第２の衝撃を受けたときに対向歯部材４０の対向歯部ａがネジ山を越える前に第３の当接部７ｉと第４の当接部４０ｆし、位相ずれを防止することができるからです。

第１の保持部材２の仮組み状態では、ラック部材７には、第１の弾性部材４１により、Ｘ−Ｘ軸周りへの付勢力（軸周り付勢力）４１ｂが発生する。これにより、ラック部材７の回転規制部７ｇが第１の保持部材２のストッパー部２ｅに付き当てられる（図９）。

ズームモーター８を組み込むと、噛合部７ａが送りネジ８ａに噛み合い、ラック部材７の回転規制部７ｇがストッパー部２ｅから外れる。これにより、軸周り付勢力４１ｂにより噛合部７ａが送りネジ８ａに噛み合うように付勢される（図９）。

ラック部材７の回転軸と対向歯部材４０の回転軸を一致させることにより、軸周り付勢力４１ｂを発生させる第１の弾性部材４１や軸周り付勢力４２ｂを発生させる第２の弾性部材４２として、弾性力が異なる同じ種類の弾性部材を使用することができる。そのため、衝撃を受けたときの、噛合部７ａが送りネジ８ａから離れる移動量や対向歯部４０ａが送りネジ８ａへ近づく移動量が設定し易くなり、歯飛びや食い付きを起こしにくくできる。

同じ種類の弾性部材としては、同径のねじりコイルばねがよい。弾性部材として板ばねを用いる場合には、板ばねの長さや厚さでばね定数を設定する必要がある。そのため、軸周り付勢力４２ｂに誤差が生じ易く、（歯飛びを起こさない衝撃を示す）歯飛び強度の設定が困難になるからである。また、板ばねの固定部材を別途設ける必要があり、ラック機構における部品点数の増加とラック機構の大型化を招くからである。

実施例１のようにねじりコイルばねを用いると、Ｘ−Ｘ軸を軸とする円柱部７ｄ、４０ｄにそれぞれ、第２の弾性部材４２、第１の弾性部材４１を取り付けることが可能になる。そのため、固定部材を設ける必要がなく、ラック機構の大型化も招かない。また、ばね定数が設定し易くなり、ばね定数が変わることにより、形状や寸法が大きく変わることはない。そのため、歯飛び強度の設定も比較的容易になる。

以下、図１０〜１４を参照して、本発明の実施例２におけるラック機構について説明する。ラック機構は、後述するように、ラック部材７、対向歯部４０、第１の弾性部材４１、第２の弾性部材４２を有する。

実施例１では、第１の弾性部材４１により軸周り付勢力４１ｂを、第３の弾性部材４４により光軸方向付勢力４４ａを加えていた。これに対し、実施例２では、第１の弾性部材４１により、軸周り付勢力と光軸方向付勢力の両方を加える。つまり、実施例２の第１の弾性部材４１は、実施例１の第３の弾性部材４４の機能（光軸方向への付勢）も兼ねる。

第１の弾性部材４１（図１０）により、光軸方向への付勢力（光軸方向付勢力）４１ａが加わる（図１１）。これにより、対向歯部材４０の光軸方向の当接部（第２の当接部）４０ｅ（図１４）と、ラック部材７の光軸方向の当接部（第１の当接部）７ｈ（図１３）が、光軸方向において互いに当接する。これにより、衝撃による噛合部７ａと対向歯部４０ａの位相ずれを抑制する。

光軸方向付勢力４１ａは、ラック部材７のテーパ部（軸部）７ｂを、第１の保持部材２の軸穴部２ｃに付勢するときにも用いられる。これにより、第１の保持部材２が光軸方向へ移動するときのガタ付きを抑制する（図１１）。

実施例２では、実施例１の第３の弾性部材４４の機能を兼ねているが、第２の弾性部材４２が、実施例１の第３の弾性部材４４の機能を兼ねてもよい。

実施例１，２では、第１の弾性部材４１と第２の弾性部材４２としてねじりコイルバネを用いたが、他のばね（板ばね等）を用いてもよい。

実施例１，２では、変倍レンズの駆動部におけるラック機構の退避構造について説明したが、フォーカスレンズの駆動部や他のレンズの駆動部におけるラック機構の退避構造として用いてもよい。

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。

７，１０ ラック部材
７ａ 本歯部（噛合部）
７ｈ 光軸方向当接部（第１の当接部）
７ｉ 光軸方向当接部（第３の当接部）
４０ 歯飛び抑制歯部材（対向歯部材）
４０ａ 歯飛び抑制歯（対向歯部）
４０ｅ 光軸方向当接部（第２の当接部）
４０ｆ 光軸方向当接部（第４の当接部）
４１ 第１の弾性部材
４２ 第２の弾性部材

Claims (9)

1. 送りネジと噛み合うラック部材と、
   前記ラック部材を前記送りネジに付勢する第１の弾性部材と、
   前記ラック部材に対して前記送りネジを挟んで対向し、前記ラック部材に対して変位可能な対向歯部材と、
   前記対向歯部材を前記送りネジに近づく方向に付勢する第２の弾性部材と、を有するラック機構であって、
   前記ラック部材は、前記送りネジの長手方向に第１の当接部と第３の当接部を有し、前記対向歯部材は、前記送りネジの長手方向に、前記第１の当接部に当接可能な第２の当接部と、前記第３の当接部に当接可能な第４の当接部を有することを特徴とするラック機構。
2. 前記ラック部材は、レンズを保持する保持部材に連結される軸部を有し、
   前記対向歯部材は、前記軸部が嵌合する嵌合部を有し、
   前記ラック部材及び前記対向歯部材は、前記軸部の軸周りに回転可能であることを特徴とする請求項１に記載のラック機構。
3. 前記対向歯部材は、前記ラック部材が前記送りネジに当接しないときに、前記送りネジに当接することを特徴とする請求項１又は２に記載のラック機構。
4. 前記ラック部材及び前記対向歯部材はそれぞれ、前記ラック部材が前記送りネジに当接するときに、前記対向歯部材が前記送りネジに当接しないように当接する、第５の当接部及び第６の当接部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のラック機構。
5. 前記第１の当接部と前記第２の当接部又は前記第３の当接部と前記第４の当接部は、前記ラック部材が前記送りネジに当接せず、前記対向歯部材が前記送りネジに当接するときに当接することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のラック機構。
6. 前記ラック部材及び前記対向歯部材を、前記送りネジの長手方向に付勢する第３の弾性部材を有することを特徴とする請求項２に記載のラック機構。
7. 前記第１の弾性部材及び前記第２の弾性部材はねじりコイルバネであり、前記第３の弾性部材はコイルバネであることを特徴とする請求項６に記載のラック機構。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載のラック機構を有することを特徴とするレンズ駆動装置。
9. 請求項８に記載のレンズ駆動装置を有することを特徴とする光学機器。

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