JP2017032882A - 撮像素子移動鏡筒のゴミ付着防止機構 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズの小型化の為に撮像素子移動を行う構造のレンズ鏡筒を考えた場合、遮光および内部ゴミによる作動不良の対策が必要となり、鏡筒内部に撮像素子が入る構造、たまは、それに準ずる箱体構造とする必要がある。【解決手段】光学第１群を固定群とし、光軸方向に撮像面を移動させた変倍光学系と、光軸方向に撮像素子を移動、保持する撮影部保持部材を有し、上記撮像素子の発熱を伝達させ、外気に放熱する放熱部を設け、上記撮影部保持部材の周辺および光軸後方の固定鏡筒内部に、送風経路を設け、上記撮影部保持部材が上記固定鏡筒内部の、上記送風経路内を光軸方向に移動し、上記送風経路は、鏡筒外部に送る排気口を有し、上記送風経路の排気口または吸気口に、冷却の為の送風機を設け、上記送風機は、冷却する為の空気の流れを作り出し、上記送風経路は、放熱部に熱せられた空気を、鏡筒外部に送る排気口を有することを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの、ズームおよびフォーカス各移動群に関し、各移動群を駆動するレンズ駆動装置およびそれを有する光学機器に関する。

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いて使用される撮影光学系では、小型化を優先したタイプが一般的である。

例えば、前玉および撮像素子を固定し、変倍群とフォーカス群を鏡筒内部で光軸方向に移動させる、いわゆるインナーフォーカスズームタイプは、前玉フォーカスに比べ、比較的小型となる後方群によりフォーカスを行う事で、鏡筒全体を小型化している。

しかし、鏡筒の小型化が進むにつれ、撮影素子および保護ガラス表面に付着したゴミが映り込み易く、生産上の管理が厳しくなっている。

また、撮像素子による発熱の蓄積により、カメラの作動不良となるといった、裏問題も発生している。

例えば、撮影光学系の小型化として、特許文献１の様に、撮像素子をズーム光学系に連動させることで、更なる小型化を行う提案がされている。

また、撮像素子表面のゴミ対策として、特許文献２は、撮像素子の表面を清掃する構造を開示している。特許文献２では、撮像素子のいずれか一辺側に偏倚して配置された駆動部とを含み、駆動部の移動機構の動作に連動して、清掃部の撮像素子表面に対する押し圧力が付加・解除される。

この様に、特許文献２などの従来の提案では、撮像素子を保持する機構部に清掃部を搭載するといった構造に特徴を有していた。

特開２０１２−２７０５７号公報 特開２００７−２９５２９０号公報

レンズの小型化の為に撮像素子移動を行う構造のレンズ鏡筒を考えた場合、遮光および内部ゴミによる作動不良の対策が必要となり、鏡筒内部に撮像素子が入る構造、たまは、それに準ずる箱体構造とする必要がある。

しかしながら、気密性の高い鏡筒内部を移動する撮像素子の発熱に対しては、鏡筒外部から外気を送り込んで、撮像部を冷却する等の対策が必要となってくる。

鏡筒内部に外気を導入すると、ゴミも鏡筒内部に取り込んでしまう可能性が有る為、レンズ交換式デジタルカメラ等で搭載されている様な、撮像素子部のゴミ清掃機構が必要となる。

しかし、対策として、レンズ交換式デジタルカメラの様に撮像素子移動群に清掃用アクチュエータを搭載してしまうと、移動重量が増加し、移動群を駆動するアクチュエータが大きくなり、結局、鏡筒が大型化してしまうと言う矛盾が生じる。

上記の目的を達成するために、本発明に係る光学機器は、
光学第１群を固定群とし、光軸方向に撮像面を移動させた変倍光学系と、光軸方向に撮像素子を移動、保持する撮影部保持部材を有し、上記撮像素子の発熱を伝達させ、外気に放熱する放熱部を設け、上記撮影部保持部材の周辺および光軸後方の固定鏡筒内部に、送風経路を設け、上記撮影部保持部材が上記固定鏡筒内部の、上記送風経路内を光軸方向に移動し、上記送風経路は、鏡筒外部に送る排気口を有し、上記送風経路の排気口または吸気口に、冷却の為の送風機を設け、上記送風機は、冷却する為の空気の流れを作り出し、上記送風経路は、放熱部に熱せられた空気を、鏡筒外部に送る排気口を有することを特徴とする。

本発明に係る光学機器によれば、光学第１群を固定群とし、かつ撮像面を光軸方向に移動する変倍光学系とする事で、明るいＦＮｏ．の高倍レンズを小型に構成出来る。また、撮像素子部に付着したゴミを、固定の鏡筒部に設けられた振動装置の振動を利用することで、光軸方向に移動する撮像素子保持部材を小型軽量に出来、鏡筒全体を効率良く小型化する事が出来る。更に、撮影時以外の状態において、撮像素子保持部材をズーム領域外に移動し、振動装置により撮影部保持部材に保持されたローパスフィルター（＋赤外カットフィルター）の表面に付着したゴミを清掃し、撮影時のゴミの映り込みを防止出来る。

本実施形態の撮像装置（光学機器）のブロック図である。 本発明の実施形態にかかわる撮像装置の斜視図である。 図２に示す撮像装置の光軸Ｚを通る断面図（撮影時）である。 図２に示す撮像装置の光軸Ｚを通る断面図（退避時）である。 本発明の実施形態にかかわる撮像装置の分解図である。

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。

＜第１の実施形態＞
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。

図１において、Ｌ１は固定の第１レンズ群、Ｌ２およびＬ３は、それぞれ光軸方向に移動することにより変倍動作を行う変倍レンズ群としての第２レンズ群および第３レンズ群、Ｌ４は固定の第４レンズ群、Ｌ５は光軸Ｚ方向に移動することにより合焦動作を行う第５レンズ群である。第１レンズ群Ｌ１〜第５レンズ群Ｌ５は被写体の光学像を形成する撮影光学系を構成している。

１は第１レンズ群Ｌ１を保持する固定鏡筒、２は第２レンズ群Ｌ２を保持する移動部材（レンズ保持枠）、３は第３レンズ群Ｌ３を保持する移動部材（レンズ保持枠）、４は第４レンズ群Ｌ４を保持する固定部材である。５は第５レンズ群Ｌ５を保持する移動保持部材（レンズ保持枠）である。移動保持部材２と移動保持部材３および移動保持部材５は、撮影光学系の光軸Ｚ方向に移動可能に支持されている。

６は、光学系の開口径を変化させる絞り装置であり、駆動部６ａにより絞り羽根を光軸直交面内で動かし、開口径を変化させる絞り装置である。

ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等からなる撮像手段は、撮像素子保持部材３０に保持されており、変倍動作時に撮影光学系の光軸Ｚ方向に移動可能に支持されている。

撮像素子からの信号線により、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は、撮像手段の出力に増幅やガンマー補正などを施す。カメラ信号処理回路３１で増幅やガンマー補正などを施された信号がマイコン３２に出力される。

マイコンは、多数の信号を取り入れて信号処理を行うと共に、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、記録条件などを記録する記録手段である。

３４は、駆動部６ａの駆動磁石の回転位置をホール素子で検出する絞りセンサー回路である。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３４からの絞り駆動部の回転量などの入力信号に応じて、絞り駆動回路３７に絞り駆動の信号出力を出し、光量調整を行う。

５０は変倍動作を指示するズームスイッチ、５１は撮影者が意識的にマニュアルフォーカス動作（合焦動作）を指示するフォーカススイッチ、５２は電源スイッチである。

７は、変倍光学系を光軸方向に駆動保持する為のカム環である。

８は、変倍光学系を直進ガイドする、長穴を有するガイド環である。

ズームモータ１０が回転すると、ズームモータ１０の出力軸に取付けられたギヤ１０ａとカム環７に設けられたギヤ部７ａの噛合い連動により、カム環７が光軸周りに定位置回転する。

移動部材２、３および絞りユニットの外周には、略均等に振り分け配置（１２０度毎）されたカムフォロアが設けられており、カム環７のカム溝と直進ガイドの長穴により、光軸方向位置を変化させ、変倍動作を行う。

カム環７の外周部には、円弧状のエンコーダ９が取り付けられており、固定鏡筒部材に取付けられたセンサー２０によりズームポジションを検出する。

第５レンズ群Ｌ５を保持する移動保持部材（レンズ保持枠）５には、超音波振動子１１が取り付けられており、スライダー１２との摩擦により光軸方向への移動と停止を行える超音波モータを構成している。

移動保持部材５は、光軸方向に平行に延びる一対の不図示のガイドバー１２１，１２２により撮影光学系の光軸方向に移動可能に支持されている。また、移動保持部材５には、不図示のエンコーダが取り付けられており、フォーカス位置センサー３６により、光軸方向の位置を検出する。

同様に、撮像手段を保持する移動部材３０には、超音波振動子１３が取り付けられており、スライダー１４との摩擦により光軸方向への移動と停止を行える超音波モータを構成している。
移動部材３０は、光軸方向に平行に延びる一対のガイドバー１０３，１０４により撮影光学系の光軸方向に移動可能に支持されている。また、移動部材３０には、不図示のエンコーダが取り付けられており、撮像素子位置センサー２２により、光軸方向の位置を検出する。

カメラの電源スイッチ５２が入れられると、センサー２０によりズームポジションが検出される。移動保持枠５と撮像素子保持枠３０は、検出されたズームポジションに対応した位置に、位置センサー２１および２２の値が会う様、移動保持枠５と撮像素子保持枠３０を光軸方向に移動させ、目標位置で停止させる。

マイコン３２は、撮像手段からのカメラ信号３１を基にフォーカス駆動回路３６を制御し、駆動信号によって振動子１１を振動させ、移動保持枠５を光軸方向に動かし合焦動作を行う。

ズームスイッチ５０が操作されると、移動方向および移動速度が、どの様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。

ズームモータ１０は、マイコン３２からの制御信号によりズーム駆動回路３５から駆動信号を受け、ズームスイッチ５０の操作に対応した方向および量だけカム環７を回転させる。この時、マイコン３２は、カム環７の位置を測定するセンサー２０の値を基に、フィードバック制御を行う。

また、超音波振動子１１とスライダー１２により構成された超音波モータは、マイコン３２からの制御信号により５群駆動回路３６から駆動信号を受け、ズームスイッチ５０の操作に対応した方向および量だけ移動保持枠５を駆動する。この時、マイコン３２は、移動保持枠５の位置を測定するセンサー２１の値を基に、フィードバック制御を行う。

同様に、超音波振動子１３とスライダー１４により構成された超音波モータは、マイコン３２からの制御信号により撮像素子動回路３７から駆動信号を受け、ズームスイッチ５０の操作に対応した方向および量だけ撮像素子枠３０を駆動する。この時、マイコン３２は、撮像素子枠３０の位置を測定するセンサー２２の値を基に、フィードバック制御を行う。

カメラの電源スイッチ５２が切られると、マイコン３２は、撮像素子枠３０をズーム範囲外まで駆動し、超音波振動子による振動装置１２０の振動により、ローパスフィルター（＋赤外カットフィルター）１０８の表面に付着したゴミを清掃する
図２は本発明の実施形態にかかわる撮像装置の斜視図である。図３は図２に示す撮像装置の光軸Ｚを通る断面図（撮影時）である。図４は図２に示す撮像装置の光軸Ｚを通る断面図（退避時）である。図５は本発明の実施形態にかかわる撮像装置の分解図である。

図２〜５において、１０１は後方の固定鏡筒であり、ガイドバー１０３および１０４が固定保持されている。

撮像素子保持部材３０は、スリーブ穴部３０ｃおよび不図示の回転防止穴３０ｄが、ガイドバー１０３および１０４に光軸Ｚ方向に移動自在に保持されている。

固定鏡筒１０１は、冷却ファン１０６を取付ける構造となっており、外気を取り込む開口部１０１ａと、鏡筒内部の空気を冷却ファン１０６に送る送風口１０１ｂを有している。

開口部１０１ａから取り込まれた外気は、撮像素子保持部材３０の開口部３０ａを通る。

開口部１０１ａは、撮像素子保持部材３０が光軸方向に移動しても、開口部３０ａを塞がない構造となっており、冷却フィン１０５を通過する為の外気取り込み口の開口面積を一定に保つ。

撮像素子１０７の熱を伝達、放熱させる冷却フィン１０５を通った外気は、撮像素子保持部材３０の開口部３０ｂ、固定鏡筒送風口１０１ｂを通り、冷却ファン１０６により、矢印Ａ方向に排気される。

図３において、撮像光を取り込む開口部とローパスフィルター（＋赤外カットフィルター）１０８を内包固定する為の開口枠部材１１２と、撮像素子保持部材３０は、ゴミ侵入防止用の弾性部材１１０により隙間無く連結されており、撮像素子保持部材３０には、撮像素子１０７を固定保持する為の保持部材１０９が取り付けられる不図示のボス部３０ｅが設けられている。

撮像素子１０７は、保持部材１０９を取付けた力で、ゴミ侵入防止用の弾性部材１１０にチャージされ、撮影時に映り込む様な撮像素子保護ガラス面へのゴミの侵入を防いでいる。

撮像素子１０７が実装された基板１１１には、カメラ信号を送信する為の配線１０２が接続されている。

配線１０２は、フレキシブルプリント基板または細線動軸等の屈曲性が良い配線が用いられるが、変倍動作により撮像素子保持部材３０の光軸Ｚ方向の移動を円滑に行える様、図２および図３、４に示す通り、鏡筒外部に適切な長さで接続されている。

また、撮像素子１０７は、１６：９等の横長画像となる為、配線１０２は鏡筒の上下に配置し、合焦動作を行う第５レンズ群を保持する移動保持部材５の駆動部１１，１２、位置センサー２１、ガイドバー１０１，１０２、および撮像素子保持部材３０の駆動部１３，１４、位置センサー２２、ガイドバー１０３，１０４は、鏡筒の左右に配置する事が、小型化の面で望ましい。

図４はゴミ清掃動作状態を示す断面図である。図４はカメラの電源スイッチ５２が切られ、マイコン３２が撮像素子保持部材３０をズーム領域外に移動し、開口枠部材１１２の連結部１１２ａと、固定鏡筒１０１の内部に設けられた超音波振動子による振動装置１２０の連動部１２０ａが付勢接触する位置で停止させた状態を示す。

図４の状態に撮像素子保持部材３０がズーム領域外に移動されると、その後、超音波振動子に通電が行われ、振動装置１２０を駆動し、連動部１２０ａを高速で振動させる。

連動部１２０ａに付勢接触された連結部１１２ａに振動が伝達され、開口枠部材１１２が振動することで、撮影部保持部材３０に保持されたローパスフィルター（＋赤外カットフィルター）１０８の表面に付着したゴミを清掃する。

以上、本発明は、前玉を含む１群光学系を固定し、撮像素子を光軸方向に動かす事で、１群移動の沈胴レンズと同様、変倍光学系として、前玉の小径化および光学全長の小型化が可能となり、ＦＮｏ．を明るくしても、移動群は比較的小型と出来る。

また、発熱源である光軸方向に移動する撮像素子１０７および放熱部材１０５を、撮像素子の光軸後方に配置した送風経路および冷却ファン１０６により冷却する構造とする事で、効率良く小型なレンズ駆動装置、およびそれを有する光学機器を提供することが出来る。

更に、撮影時以外の状態において、撮像素子保持部材３０をズーム領域外に移動し、開口枠部材１１２の連結部１１２ａと振動装置１２０の連動部１２０ａが付勢接触することで、振動装置１２０により撮影部保持部材３０に保持されたローパスフィルター（＋赤外カットフィルター）１０８の表面に付着したゴミを清掃し、撮影時のゴミの映り込みを防止出来る。

なお、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。例えば、本実施例では、カム環７、移動保持部材（レンズ保持枠）５、撮像素子保持部材３０の、それぞれの位置センサーには、絶対位置を測定する検出手段を搭載しているが、リセット位置からの相対位置を測定するセンサーでも構わない。

更に、各移動群を駆動する駆動機構には、リセット位置からのパルス数で駆動制御を行うステッピングモータ等を使用しても可能であり、上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。

Ｌ５ 第５レンズ群、５ 第５レンズ群の保持部材、１１ フォーカス用超音波振動子、
１２ フォーカス用スライダー、１３ ズーム用超音波振動子、
１４ ズーム用スライダー、３０ 撮像素子保持部材、
３０ａ，３０ｂ 撮像素子保持部材の開口部、１０１ 固定鏡筒、
１０１ａ，１０１ｂ固定鏡筒の開口部、１０２ 配線、１０５ 放熱フィン、
１０６ 冷却ファン、１０７ 撮像素子、
１０８ ローパスフィルター（＋赤外カットフィルター）、１１０ 弾性部材、
１１２ 開口枠部材、１２０ 振動装置

Claims (4)

1. 光学第１群を固定群とし、光軸方向に撮像面を移動させた変倍光学系と、
   光軸方向に撮像素子を移動、保持する撮影部保持部材を有し、
   上記撮像素子の発熱を伝達させ、外気に放熱する放熱部を設け、
   上記撮影部保持部材の周辺および光軸後方の固定鏡筒内部に、送風経路を設け、
   上記撮影部保持部材が上記固定鏡筒内部の、上記送風経路内を光軸方向に移動し、
   上記送風経路は、鏡筒外部に送る排気口を有し、
   上記送風経路の排気口または吸気口に、冷却の為の送風機を設け、
   上記送風機は、冷却する為の空気の流れを作り出し、
   上記送風経路は、放熱部に熱せられた空気を、鏡筒外部に送る排気口を有することを特徴とする光学機器。
2. フィルターガラスと撮像素子の間の空間は、フィルター保持枠に取付けられた弾性部材により密封され、上記フィルター保持枠と上記フィルターガラスは、上記弾性部材により上記撮影部保持部材に取り付けられ、カメラ電源ＯＦＦ時またはＯＮ時に、ズーム移動範囲外に上記撮影部保持部材を移動させ、上記フィルター保持枠は、上記固定鏡筒内部に配置された振動装置との連動により、表面に付着したゴミを清掃することを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. カメラ電源ＯＦＦ時またはＯＮ時に、上記撮影部保持部材を移動させるズーム移動範囲外とは、上記変倍光学系の絞り側であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレンズ駆動装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のレンズ装置を用いたレンズ鏡筒を搭載したことを特徴とする光学機器。