JP2019082505A - レンズ装置および、カメラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】レンズを光学的な端まで移動させた際の衝撃を従来よりも抑制することが可能なレンズ装置を提供する。【解決手段】レンズ装置１００は、レンズと、レンズの光軸を中心に自在に回転する操作環１１０と、レンズを保持し、操作環１１０の回転によりレンズの光軸方向に移動するレンズ保持枠１２１と、操作環１１０が備える接触面に対してレンズの光軸方向に働く力を作用させる作用面を備え、力を接触面に作用させることで操作環１１０に回転負荷を与える負荷発生部１３０と、レンズ保持枠１２１のレンズの光軸方向の移動量がレンズ保持枠１２１の移動範囲の端に対応する移動量の場合に負荷発生部１３０を制御して回転負荷を操作環１１０に与える制御部１６０と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、レンズ装置および、カメラシステムに関する。

光軸を中心に回転して、レンズを保持するレンズ保持枠を光軸方向に移動させてズームまたはフォーカスを行う操作リングを備えたレンズ装置がある。良好な操作性を実現するため、レンズ装置には、操作リングの回転中にレンズ保持枠が光学的な端まで移動したことを認識する機能が求められている。なお、ここでいう光学的な端とは広角端と望遠端のことである。

特許文献１のレンズ操作装置は、操作リングと一体に回転するリング部材の歯とストッパーコマ部材の係合により操作リングの回転を制止して光学的な端を触感的に認識可能としている。

特開平８−３１３７９３号公報

しかしながら、特許文献１のレンズ操作装置では、操作リングを回転させるトルクの大きさ、回転数によっては、リング部材の歯やストッパーコマ部材などに想定以上の衝撃が加わってしまう虞がある。

本発明は、レンズを光学的な端まで移動させた際の衝撃を従来よりも抑制することが可能なレンズ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、レンズと、レンズの光軸を中心に回転する操作環と、レンズを保持し、操作環の回転によりレンズの光軸方向に移動するレンズ保持枠と、操作環が備える接触面に対してレンズの光軸方向に働く力を作用させる作用面を備え、力を接触面に作用させることで操作環に回転負荷を与える負荷発生部と、レンズ保持枠のレンズの光軸方向の移動量がレンズ保持枠の移動範囲の端に対応する移動量の場合に負荷発生部を制御して回転負荷を操作環に与える制御部と、を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、レンズを光学的な端まで移動させた際の衝撃を従来よりも抑制することが可能なレンズ装置を提供することができる。

第１実施形態のレンズ装置を含むカメラシステムの全体図である。 第１実施形態の負荷発生部の構成を示す図である。 負荷発生部を＋Ｚ方向から見た図である。 回転負荷を発生させる工程を示すフローチャートである。 第２実施形態の負荷発生部を備えたレンズ装置の全体図である。 第２実施形態の負荷発生部の構成を示す図である。 電磁石の配置を示す図である。 電磁石による吸引により間隙が無くなった様子を示す図である。 第２実施形態の回転負荷を発生させる工程を示すフローチャートである。 第３実施形態の負荷発生部の構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。
（第１実施形態）

＜カメラシステム＞
図１は、本実施形態のレンズ装置１００を含むカメラシステム１の全体図である。カメラシステム１は、レンズ装置１００および撮像装置２００を含むカメラシステムである。本実施形態において、レンズ装置１００は、交換レンズであり、端子３００を介して撮像装置２００に接続される。なお、レンズ装置１００は、撮像装置２００と一体化したレンズ一体型カメラにも適用できる。

（撮像装置）
撮像装置２００は、カメラ制御部２１０と、電源回路２２０と、バッテリ２３０と、撮像素子２４０と、を有する。カメラ制御部２１０は、撮像装置２００の制御を司る。カメラ制御部２１０は、ＭＰＵ、マイクロコンピュータなどから構成されてもよい。また、カメラ制御部２１０は、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリを有してもよい。メモリには、カメラ制御部２１０の動作に必要なプログラム、レンズ装置１００の情報などが記憶されうる。カメラ制御部２１０は、端子３００に接続される。

電源回路２２０は、バッテリ２３０から供給される電圧を安定化させる。安定化された電圧は、レンズ装置１００を含めた各電気素子に供給される。レンズ装置１００と撮像装置２００は、不図示のマウントによって機械的に結合されると共に、端子３００を介して電気的な通信可能に接続される。

なお、通信の態様は電気に限定されず、光通信など他の手段を利用してもよい。通信によってレンズ装置１００と撮像装置２００は、両者の識別番号、仕様、機能の有無などの情報を交換することができる。レンズ装置１００の動力は、端子３００を介して撮像装置２００から供給される。撮像素子２４０は、レンズ装置１００により結像される被写体像を光電変換する。

（レンズ装置）
レンズ装置１００は、操作環１１０と、レンズ群１２０と、負荷発生部１３０と、検出部１４０と、駆動部１５０と、レンズ制御部１６０と、を有する。レンズ群１２０は、フォーカスレンズ（以下、Ｆレンズという）１２２と、Ｆレンズ１２２を保持するレンズ保持枠１２１と、を含む。Ｆレンズ１２２は、一または複数のレンズから構成されている。

操作環１１０は、Ｆレンズ１２２の光軸ＯＡを中心に自在に回転する。すなわち、機械的な回転規制が無い。レンズ保持枠１２１は、操作環１１０の回転によってＦレンズ１２２を保持しながら光軸ＯＡ方向に移動する。レンズ群１２０を光軸ＯＡ方向に移動させることで焦点調整を行うことができる。

検出部１４０は、操作環１１０の回転位置（回転量）を検出する回転位置検出部１４１と、レンズ群１２０が移動範囲の端（光学的な端）まで達したか否かを検出する端検出部１４２と、を含む。駆動部１５０は、回転位置検出部１４１で検出した情報（検出結果）を用いて、レンズ群１２０を光軸ＯＡ方向に移動させる。なお、ここでいう光学的な端とは広角端と望遠端のことである。

駆動部１５０は、レンズ群１２０を光軸ＯＡ方向に移動させるアクチュエータ（例えば、ステッピングモータ（以下ＳＴＭ）、ＤＣモータなど）を含む駆動手段であり、レンズ制御部１６０からの駆動信号によって駆動制御される。

回転位置検出部１４１は、例えば、発光素子と受光素子からなるフォトインタラプタ（以下ＰＩ）であり、各素子間を操作環１１０の内周に設けられた歯車が通過する位置に配置される。ＰＩは、発光素子からの光の通過と遮断に応じて変化する信号を検出することによって操作環１１０の回転位置を出力できる。回転位置検出情報は、フレキシブルプリント配線板（以下ＦＰＣ）１９０を介してレンズ制御部１６０に出力される。これにより、操作環１１０の回転に追従して駆動部１５０が駆動される。

一方、駆動部１５０の駆動構成は、アクチュエータとしてＳＴＭを使用する場合、上記のように回転位置回転位置検出部１４１の検出情報を基に、ＳＴＭを駆動させてリードスクリューを回転させる。そのリードスクリューにラックを係合させることで、リードスクリューの回転運動がラックによって直進運動に変換される。ラックはレンズ群１２０に固定されてあり、レンズ群１２０を光軸ＯＡ方向に進退させて焦点調節を行うことができる。

以上の構成により、操作環１１０の回転と駆動部１５０の連結が機械式ではなく、回転位置回転位置検出部１４１によって電気式にレンズ群１２０が光軸ＯＡ方向に進退させる。

負荷発生部１３０は、レンズ群１２０の光軸ＯＡ方向の移動量に応じた回転負荷を操作環１１０に与えるようにレンズ制御部１６０により制御される。レンズ制御部１６０は、負荷発生部１３０、回転位置検出部１４１、端検出部１４２、駆動部１５０および端子３００と接続され、各部の動作を制御する。例えば、レンズ制御部１６０は、レンズ群１２０が移動範囲の端まで達したことを示す情報を端検出部１４２から受信してから負荷発生部１３０が負荷を発生するように制御する。

レンズ制御部１６０は、回転位置検出部１４１で検出された情報を用いて負荷発生部１３０を制御してもよい。この場合、レンズ群１２０が移動範囲の端まで達していなくても、当該端の近くまで達した場合に回転負荷を操作環１１０に与えることができる。回転負荷によって、操作環１１０の回転トルクが増加し、レンズ群１２０が光学的な端の近くまで移動したことを触覚で認識できる。

レンズ制御部１６０による負荷発生部１３０の制御の仕方をまとめると以下の通りである。レンズ制御部１６０は、レンズ群１２０の移動量がレンズ群１２０の移動範囲の端に対応する移動量の場合に負荷発生部１３０を制御して回転負荷を操作環１１０に与える。

レンズ群１２０の移動量は、回転位置検出部１４１で検出された操作環１１０の回転量から求めることができる。ここで、移動範囲の端に対応する移動量は、レンズ群１２０が移動範囲の端に達したことを端検出部１４２が検出した際の移動量を意味する。なお、移動範囲の端に達したか否かは、所定の基準値と回転位置検出部１４１で検出された操作環１１０の回転量との差分を用いて判断されうる。また、移動範囲の端に対応する移動量を、レンズ群１２０が移動範囲の端の近くまで達した際の移動量としてもよい。

ここでいう移動範囲の端の近くとは、移動範囲をＡとしたときに、移動範囲の一端から他端へ０．１Ａの幅を持つ領域のことを言う。この０．１Ａの幅を持つ領域に入ったら移動範囲の端の近くになったと判断してもよい。移動範囲をレンズ群１２０の移動可能な範囲とすると、Ａはレンズ群１２０が移動可能な距離である。

（負荷発生部）
図２は、本実施形態の負荷発生部１３０の構成を示す図である。負荷発生部１３０は、板金１３１と、ワッシャ１３２と、プランジャ１３３と、プランジャ駆動部１３４と、を含む。図２を含む以下の図において、光軸ＯＡ方向をＺ方向、それに直交する平面をＸＹ平面とする。

板金１３１は、中空の環状の形状をしている。板金１３１は、操作環１１０の第１接触面１１１と接触する作用面１３１ａを備える。負荷発生部１３０は、作用面１３１ａを介して第１接触面１１１に対して光軸方向に働く力を作用させる。この光軸方向に働く力により、操作環１１０に回転負荷がかかる。

レンズ装置１００は、蓋部材１７０と、固定筒１８０と、外装環１８２と、を有する。蓋部材１７０は、光軸方向において、操作環１１０を挟んで負荷発生部１３０とは反対側に配置される。蓋部材１７０は、操作環１１０が備える第１接触面１１１に対して負荷発生部１３０が作用させる力の方向（Ｚ方向）への操作環１１０の移動を規制する。

操作環１１０は、固定筒１８０と蓋部材１７０で挟持され、操作環１１０の第２接触面１１２と第３接触面１１３がそれぞれ、固定筒１８０の面１８１と蓋部材１７０の面１７１によって光軸ＯＡ方向に位置を規制されている。

板金１３１は、操作環１１０と共に光軸ＯＡを中心に回転する回転部である。板金１３１は、操作環１１０と径嵌合し、ワッシャ１３２の付勢力で光軸ＯＡ方向が規制されている。ワッシャ１３２は、固定筒１８０と径嵌合し、板金１３１に付勢力を付与できる位置に配置される。板金１３１は、ワッシャ１３２の付勢力によって操作環１１０と一体となって回転する。

板金１３１の回転は、プランジャ１３３およびプランジャ駆動部１３４を含む規制部によって規制される。図３は、負荷発生部１３０を＋Ｚ方向から見た図である。板金１３１は、内周に凹凸部を有する歯車形状をしている。凹部には、プランジャ１３３を嵌めることができる。

プランジャ１３３は、光軸ＯＡ方向に向かって進退可能な可動部材である。プランジャ駆動部１３４は、ソレノイド１３４a、圧縮バネ１３４ｂ、永久磁石１３４ｃを含む。図２に示す通り、プランジャ１３３は、プランジャ駆動装置１３４の穴部に配置される。穴部のマウント側は中空の鉄心であり、銅線が巻かれてある。穴部の前玉側は永久磁石１３４ｃが配置されてある。プランジャ１３３には圧縮バネ１３４ｂによって前玉方向に押す力が働き、板金１３１の歯車形状の凹部に挿入される。

銅線に通電すると、ソレノイド１３４aは磁界を発生させ吸引力が発生する。その吸引力によってプランジャ１３３は、マウント側（−Ｚ方向）に吸引され、板金１３１の凹部から抜ける。吸引後は、通電を切っても永久磁石１３４ｃによってプランジャ１３３の位置が保持される。

プランジャ１３３を板金１３１の凹部に挿入させる際には、通電方向を逆にすることでソレノイド１３４aが発生させる磁界が永久磁石１３４ｃと打ち消し合うようになり、プランジャ１３３は、圧縮バネ１３４ｂによって前玉方向に押される。

上記の構成によって、プランジャ１３３が板金１０３の凹部に挿入されると板金１３１は回転規制される。板金１３１が回転規制されると、操作環１１０は単体で回転し、操作環１１０と板金１３１の当接部にはワッシャ１３２の付勢力から、第１接触面１１１と作用面１３１ａの当接した摺動面に摩擦力が発生する。この摩擦力によって操作環１１０の回転トルクの負荷が増加し、操作環１１０の回転トルクが増加することで、端を触覚で認識することができる。

以上の通り、本実施形態によれば、レンズ群を光学的な端まで移動させたことを、操作環の回転方向に設けられた部材の接触によって認識するのではなく、光軸方向の力を利用して発生させた操作環の回転負荷により認識することができる。したがって、操作リングの回転による衝撃を従来よりも抑制することが可能となる。

図４は、回転負荷を発生させる工程を示すフローチャートである。工程Ｓ３０１で操作環１１０が回転することからフローが開始する。工程Ｓ３０２で操作環１１０の回転に追従してレンズ群１２０が進退し、移動範囲の端に達すると端検出部１４２が端を検出する。

端を検出された後、工程Ｓ３０３で、レンズ制御部１６０は、回転位置検出部１４１で検出した情報を用いて、操作環１１０が前行程までと同じ方向に回転されているか否かを判定する。操作環１１０が前行程までと同じ方向に回転されていないと判断された場合（逆回転または回転停止）、工程Ｓ３０２に戻る。

工程Ｓ３０３で前行程までと同じ方向に回転されていると判断された場合、工程Ｓ３０４でレンズ制御部１６０は、撮像装置２００側に電力を要求する。工程Ｓ３０５で、カメラ制御部２１０は、要求に従ってレンズ装置１００側に電力を供給する。

工程Ｓ３０６でプランジャ駆動装置１３４に通電される。これによって、回転負荷が操作環１１０にかかる。工程Ｓ３０７では、レンズ制御部１６０が通電から所定の時間経過したか否かを判定する。所定の時間経過したと判断された場合、レンズ制御部１６０が通電を切る。所定の時間は、使用者が回転負荷を感じるために必要な時間（例えば、３秒）にしうる。

所定の時間経過していない判断された場合であっても、工程Ｓ３０８でレンズ制御部１６０は、回転位置検出部１４１で検出した情報を用いて、操作環１１０が前行程までと異なる方向に回転されているか否かを判定する。異なる方向に回転されていると判定された場合、レンズ制御部１６０が通電を切る。異なる方向に回転されていないと判定された場合は、工程Ｓ３０７に戻る。以上の通り、所定の時間で通電を切ることで、省電力で端検出機能を実現できる。
（第２実施形態）

本実施形態は、第１実施形態の負荷発生部１３０とは異なる構成の負荷発生部５３０を有する。本実施形態では、磁力による力（吸引力）を作用させる。図５は、本実施形態の負荷発生部５３０を備えたレンズ装置５００の全体図である。第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付し、説明は省略する。レンズ装置５００は、負荷発生部５３０を有する。

負荷発生部５３０は、電磁石５３１およびヨーク５３２を有する。電磁石５３１は、Ｕ字形の鉄芯５３１１に銅線５３１２を巻いた電磁石であり、固定筒１８０に沿った形状であるために径方向で小型化が可能である。さらに、電磁石５３１は閉磁路で磁界が流れやすく、省電力でも比較的大きな吸引力が得られる。また、電磁石５３１を周方向に数個配置することで鏡筒内のスペースを有効活用することができる。図７は、電磁石５３１の配置を示す図である。

図６は、本実施形態の負荷発生部５３０の構成を示す図である。電磁石５３１は、面５３１aと固定筒１８０の面１８０ａを当接させて固定される。また、操作環１１０の第１接触面１１１にヨーク５３２の面５３２aを当接させて固定する。ヨーク５３２は、環状型の強磁性体であり、電磁石５３１の吸引力によって吸引される。

電磁石５３１は、前側（＋Ｚ方向）においてヨーク５３２（第１接触面１１１）を吸引する２つの面からなる吸引面５３１ｂを有する。操作環１１０に回転負荷を与える必要が無い場合は、ヨーク５３２の面５３２ｂと吸引面５３１ｂとの間には間隙ｄが設けられる。操作環１１０に回転負荷を与える場合は、間隙ｄが無くなる方向に面５３２ｂが電磁石５３１により吸引される。

ＦＰＣ１９０は、他部品の回転運動や光軸ＯＡ方向の移動の際に接触しない位置に配置される。ＦＰＣ１９０は、電磁石５３１の銅線５３１２と接続し、ＦＰＣ１９０を介して電磁石５３１に通電される。蓋部材１７０は、操作環１１０を挟んで負荷発生部５３０とは反対側に配置され、吸引方向と反対の方向（＋Ｚ方向）への操作環１10の移動を規制する。

図８は、電磁石５３１による吸引により間隙ｄが無くなった様子を示す図である。電磁石５３１に通電すると吸引面５３１ｂから吸引力が発生し、ヨーク５３２が引き寄せられ、操作環１１０の第２接触面１１２と固定筒１８０の面１８１とが当接する。当接した摺動面には吸引力が働いているために摩擦力が増加し、操作環１１０の回転トルクが増えて、端を触覚で認識することができる。

レンズ群１２０の端の検出および通電タイミングは第１実施形態と同様である。図９は、本実施形態の回転負荷を発生させる工程を示すフローチャートである。図４に示した第１実施形態とは、通電対象が異なるのみである。本実施形態では、工程Ｓ９０６で電磁石５３１に通電する。
（第３実施形態）

本実施形態は、第２実施形態における電磁石の形状を環状型にした点が異なる。本実施形態の電磁石によれば、吸引面の面積を第２実施形態よりも大きくすることができ、より強い吸引力を負荷しうる。

図１０は、本実施形態の負荷発生部６３０の構成を示す図である。負荷発生部６３０は、第２実施形態と同様のヨーク５３２と、環状電磁石６３１とを有する。環状電磁石６３１は、中空の環状型（円環形）鉄芯６３１１に銅線６３１２を巻いた電磁石である。環状電磁石６３１は、前側（＋Ｚ方向）においてヨーク５３２を吸引する吸引面６３１ｂを有する。操作環１１０に回転負荷を与える必要が無い場合は、ヨーク５３２の面５３２ｂと吸引面６３１ｂとの間には間隙ｄが設けられる。操作環１１０に回転負荷を与える場合は、間隙ｄが無くなる方向に面５３２ｂが環状電磁石６３１により吸引される。

吸引面６３１ｂがドーナツ形状となっているため、ヨーク５３２の面５３２ｂに対して面全体で吸引力を負荷することができる。したがって、第２実施形態よりも負荷の偏りが少なく、良質な操作感が得られうる。また、環状電磁石６３２は簡易な形状であり、生産性が良く、組立ても容易に行うことができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内において様々な変更が可能である。

１００ レンズ装置
１１０ 操作環
１２１ レンズ保持枠
１３０ 負荷発生部

Claims (12)

1. レンズと、
   前記レンズの光軸を中心に回転する操作環と、
   前記レンズを保持し、前記操作環の回転により前記レンズの光軸方向に移動するレンズ保持枠と、
   前記操作環が備える接触面に対して前記レンズの光軸方向に働く力を作用させる作用面を備え、前記力を前記接触面に作用させることで前記操作環に回転負荷を与える負荷発生部と、
   前記レンズ保持枠の前記レンズの光軸方向の移動量が前記レンズ保持枠の移動範囲の端に対応する移動量の場合に前記負荷発生部を制御して前記回転負荷を前記操作環に与える制御部と、を有する、
   ことを特徴とするレンズ装置。
2. 前記負荷発生部は、前記接触面と接触する前記作用面を介して前記操作環と共に前記レンズの光軸を中心に回転する回転部と、前記回転部の回転を規制する規制部と、を有し、
   前記制御部は、前記規制部を制御して前記回転部の回転を規制することで前記回転負荷を前記操作環に与える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
3. 前記規制部は、光軸に向かって進退可能な可動部材を有し、
   前記回転部は、中空の環状の部材であり、前記可動部が嵌る凹凸部を有し、
   前記制御部は、前記可動部材を前記レンズの光軸に向かって移動させて前記凹凸部に嵌め、前記回転部の回転を規制することで前記回転負荷を前記操作環に与える、
   ことを特徴とする請求項２に記載のレンズ装置。
4. 前記レンズの光軸方向において、前記操作環を挟んで前記負荷発生部とは反対側に配置される部材をさらに有し、
   前記部材は、前記操作環が備える前記接触面に対して前記負荷発生部が作用させる前記力の方向への前記操作環の移動を規制する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレンズ装置。
5. レンズと、
   前記レンズの光軸を中心に自在に回転する操作環と、
   前記レンズを保持し、前記操作環の回転により前記レンズの光軸方向に移動するレンズ保持枠と、
   前記操作環が備える第１接触面を前記レンズの光軸方向に吸引する吸引面を備える負荷発生部と、
   前記操作環が備える前記第１接触面とは異なる第２接触面と接して前記操作環の吸引方向の移動を規制する固定筒と、
   前記レンズ保持枠の前記レンズの光軸方向の移動量が前記レンズ保持枠の移動範囲の端に対応する移動量の場合に前記負荷発生部を制御して前記第１接触面を吸引することで前記固定筒と前記第２接触面との間の摩擦力を強めて前記操作環に回転負荷を与える制御部と、を有する、
   ことを特徴とするレンズ装置。
6. 前記制御部が前記負荷発生部を制御して前記第１接触面を吸引する前において、前記第１接触面と前記吸引面との間に間隙が設けられる、ことを特徴とする請求項５に記載のレンズ装置。
7. 前記負荷発生部は、前記吸引面を備える電磁石を有することを特徴とする請求項５または６に記載のレンズ装置。
8. 前記電磁石は、Ｕ字形の鉄心を有することを特徴とする請求項７に記載のレンズ装置。
9. 前記電磁石は、円環形の鉄心を有することを特徴とする請求項７に記載のレンズ装置。
10. 前記レンズの光軸方向において、前記操作環を挟んで前記負荷発生部とは反対側に配置される部材をさらに有し、
    前記部材は、前記吸引方向と反対の方向への前記操作環の移動を規制する、
    ことを特徴とする請求項５乃至９のいずれか１項に記載のレンズ装置。
11. 前記操作環の回転量を検出する検出部と、
    前記検出部の検出結果を用いて前記レンズ保持枠を前記レンズの光軸方向に移動させる駆動部と、
    をさらに有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のレンズ装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のレンズ装置および前記レンズ装置によって結像される被写体像を撮像する撮像装置を含むカメラシステム。
    

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