JP2020187231A - 光学機器および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光軸方向における小型化を実現可能な光学機器を提供する。【解決手段】光学機器が、固定部と、固定部に対して移動可能な可動部とを有する超音波モータ２１０と、切欠き２０７ａによって一部が分断された略円環状に形成され、光軸方向と略直交する方向に延在する基板２０７と、を備える。可動部は、光軸方向において直線的に移動し、可動部の少なくとも一部が、光軸方向において基板２０７の切欠き２０７ａに進入可能である。【選択図】図５

Description

本発明は、アクチュエータを有する光学機器および光学機器を有する撮像装置に関する。

デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に装着される交換レンズ等の光学機器には、オートフォーカス機能の高速化および静粛性を実現可能なアクチュエータとして超音波モータが搭載されることがある。一般的に、超音波モータは、固定部と、固定部に対して移動可能な可動部を有する。超音波モータの例として、可動部が光軸方向において直線的に移動する（直進駆動する）直動タイプの構成が挙げられる。特許文献１には、オートフォーカスを実行する際にフォーカスレンズを駆動する駆動部として直動タイプの超音波モータを備える交換レンズが開示されている。

特開２０１８−１３７８５９号公報

特許文献１に記載されているレンズ鏡筒では、超音波モータがメイン基板よりも前方に配置されている。特許文献１のような直動型の構成において、可動部の駆動ストロークは、超音波モータ自体の駆動方向における大きさ、すなわち光軸方向の大きさに寄与している。結果として、超音波モータの可動部の駆動ストロークが、超音波モータが配置される鏡筒の光軸方向の大きさに影響を与えることとなる。

以上の事情に鑑み、本発明の目的は、光軸方向における小型化を実現可能な光学機器および撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の光学機器は、固定部と、前記固定部に対して移動可能な可動部とを有するアクチュエータと、切欠きによって一部が分断された略円環状に形成され、光軸方向と略直交する方向に延在する基板と、を備え、前記可動部は、前記光軸方向において直線的に移動し、前記可動部の少なくとも一部が、前記光軸方向において前記基板の前記切欠きに進入可能である、ことを特徴とする。

本発明によれば、光軸方向における小型化を実現した光学機器が提供される。

本発明の実施形態における繰込み状態にある交換レンズおよびカメラ本体の断面図である。 本発明の実施形態における繰出し状態にある交換レンズおよびカメラ本体の断面図である。 本発明の実施形態における振動波モータ（アクチュエータ）の側面断面図である。 本発明の実施形態における交換レンズの一部である要部の分解斜視図である。 本発明の実施形態における交換レンズの一部である要部の背面図である。 本発明の実施形態における振動波モータの可動部の位置を示す側面断面図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一の符号は同一のまたは対応する部材を示す。以下に説明される実施形態は、本発明を実現可能な構成の一例に過ぎない。以下の実施形態は、本発明が適用される装置の構成や各種条件に応じて適宜修正または変更することが可能である。したがって、本発明の範囲は、以下の実施形態に記載される構成によって限定されるものではない。

図１および図２は、本発明の実施形態に係る交換レンズ（光学機器）１０１およびカメラ本体１のＸＹ平面における断面図である。各断面図のＸＹ平面上には、Ｘ方向に延在する光軸１０１ａが含まれる。交換レンズ１０１は、デジタルカメラ等のカメラ本体１に着脱可能に装着される。図１および図２は、交換レンズ１０１がカメラ本体１に装着された装着状態を示す。図１では交換レンズ１０１が繰込み状態（広角端）にある一方、図２では交換レンズ１０１が繰出し状態（望遠端）にある。

交換レンズ１０１は、交換レンズ１０１に設けられたレンズマウント１０２を介して、カメラ本体１に設けられたカメラマウント７に対して機械的および電気的に接続される。交換レンズ１０１は、被写体から受けた光を結像することによって被写体像を形成する撮像光学系を収容する。カメラ本体１は、ＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサを含む撮像素子１６を有する。撮像素子１６は、交換レンズ１０１が有する撮像光学系によって形成された被写体像を光電変換して撮像信号を出力する。

さらに、交換レンズ１０１は、ズーム操作環１０３と直進案内筒１０７とカム筒１０８とを備える。ズーム操作環１０３およびカム筒１０８は回転可能に構成される。交換レンズ１０１は、レンズ群（例えば、像ブレ防止機能を実現する防振レンズ群）３０１および撮像素子１６に焦点を合わせるのに用いるフォーカス群５０１等の光学群を備える。交換レンズ１０１は、ＣＰＵ等の制御素子が実装され、装着状態において撮像素子１６と略平行に配置される基板２０７と、フォーカス群５０１等の光学群を光軸方向に移動させるアクチュエータ（振動波モータ）２１０とを備える。基板２０７は、光軸１０１ａの方向（Ｘ方向）と略直交する方向（ＹＺ方向）に延在している。

図３は、本発明の実施形態に係るアクチュエータ（振動波モータ）２１０の構成を示す側面断面図である。本実施形態に係るアクチュエータとして、超音波モータの一種である直動型の振動波モータ（以下、振動波モータという）２１０が採用される。振動波モータ２１０は光軸方向に延在する長軸を有し、フォーカス群５０１を光軸方向に対して移動させる。

振動波モータ２１０は、振動子２００を有する可動部２０５と摩擦部材２０４を有する固定部２０６とによって構成される。振動子２００は、振動体２０１と圧電素子２０３とによって構成される。振動体２０１は、溶接や公知の接着剤等の任意の固定手法によって振動子保持部材２０２に対して固定される。圧電素子２０３は、公知の接着剤等の任意の固定手法によって振動体２０１に対して固定される。可動部２０５が有する振動子２００は、固定部２０６が有する相手部材である摩擦部材２０４の摩擦接触面に圧接している。可動部２０５は、後述するように固定部２０６に対して相対的に移動可能に構成されている。

圧電素子２０３に高周波の駆動電圧が印加されると振動体２０１が共振するように構成されている。振動子２００は、高周波の駆動電圧が印加されることによって超音波領域の周波数の振動（すなわち、超音波振動）が励振されるように構成されている。以上の超音波振動によって、摩擦部材２０４に圧接する振動子２００に形成された圧接部先端が楕円振動を起こす。

圧電素子２０３に印加される高周波の駆動電圧の周波数や位相を変化させることによって、振動子２００における楕円運動の回転方向や楕円比を適宜に変化させ所望の動きを発生させることができる。振動子２００の圧接部先端に発生した動きによって、摩擦部材２０４に対して振動子２００を相対的に移動させる駆動力が発生する。以上の駆動力によって、振動子２００自身を、摩擦部材２０４に対して振動子２００と摩擦部材２０４の相対移動方向である図中のＸ軸方向に進退させることが可能となる。

以上のようにして、振動波モータ２１０は、電圧印加に応じて、振動子２００を有する可動部２０５を摩擦部材２０４を有する固定部２０６に対して相対的に移動させることによって、可動部２０５に接続されたフォーカス群５０１を目標位置まで移動させる。

図４は、本発明の実施形態に係る交換レンズ１０１の一部である要部の分解斜視図である。交換レンズ１０１は、略円筒状に形成された鏡筒２１１を有する。鏡筒２１１は、振動波モータ２１０を保持する。鏡筒２１１の内周部には、光学群の１つである前述のフォーカス群５０１が配置される。振動波モータ２１０の可動部２０５が、光軸方向（Ｘ軸方向）に直線的に進退することによって、フォーカス群５０１も連動して光軸方向に進退する。すなわち、振動波モータ２１０は、可動部２０５が線形的に移動する直動型のアクチュエータとして機能する。フォーカス群５０１が移動するのに伴って、交換レンズ１０１の焦点調節が実現される。

図１および図２に示される直進案内筒１０７には、鏡筒２１１の回転方向への移動を規制することで光軸方向への直進を案内する不図示の直進案内溝が形成されている。また、図１および図２に示されるカム筒１０８には、鏡筒２１１に対応して回転方向に角度を有する不図示のカム溝が形成されている。他方、鏡筒２１１には、連結部材としての３つのカムフォロワ２１２が、３位相に（すなわち、１２０°間隔で）等分配置されるように設けられている。カムフォロワ２１２は、直進案内溝およびカム溝に係合している。

図１に示されるズーム操作環１０３を光軸周りに回転操作すると、ズーム操作環１０３に連動してカム筒１０８が光軸周りに回転する。直進案内溝とカム溝と係合したカムフォロワ２１２を介してカム筒１０８の光軸周りの回転が鏡筒２１１に伝達され、鏡筒２１１が光軸方向に進退する。同様にして、その他の光学群にも、対応する直進案内溝（不図示）およびカム溝（不図示）に係合したカムフォロワ（不図示）が設けられている。したがって、ズーム操作環１０３を光軸周りに回転操作するとカム筒１０８が光軸周りに回転し、直進案内溝とカム溝と係合した各カムフォロワの作用によって光学群の各々が同時に光軸方向に進退する。なお、ズームの広角端（ワイド端）にある状態が図１の繰込み状態に対応し、ズームの望遠端（テレ端）にある状態が図２の繰出し状態に対応する。

図５は、本発明の実施形態に係る交換レンズ１０１の一部である要部の背面図である。交換レンズ１０１は、交換レンズ１０１の装着状態においてカメラ本体１の撮像素子１６と略平行に配置される基板２０７を有する。

基板２０７は、一部に切欠き２０７ａが設けられた略円環状（略Ｃ字状）に形成されている。切欠き２０７ａは、基板２０７の略円環形状を分断している。図５に示す円筒面内（ＹＺ平面内）において、基板２０７に切欠き２０７ａが形成された箇所に振動波モータ２１０が配置されている。基板２０７と振動波モータ２１０とは、光軸方向（Ｘ軸方向）において干渉しない位置関係にある。すなわち、振動波モータ２１０は、光軸方向（Ｘ軸方向）において基板２０７に設けられた切欠き２０７ａに進入可能であるように配置されている。

以上のように、直動型のアクチュエータである振動波モータ２１０が、光軸方向（Ｘ軸方向）において他の部材である基板２０７に重なるように配置されることによって、交換レンズ１０１の光軸方向における小型化を実現することができる。

図６は、振動波モータ２１０の可動部２０５の位置を示す側面断面図である。

振動波モータ２１０は、ズーム広角端である繰込み状態（図１）において、繰出し状態と比較して撮像素子１６に相対的により近い側に配置される。繰込み状態においては、振動波モータ２１０を有する鏡筒２１１が撮像素子１６に相対的により近付くからである。このとき、振動波モータ２１０は、光軸方向（Ｘ軸方向）において、基板２０７の切欠き２０７ａに進入して基板２０７と重なるように配置される。すなわち、繰込み状態において、振動波モータ２１０は、図１に示される基板２０７の光軸方向（Ｘ軸方向）の配置位置２０７ｂを横切る箇所に位置している。

図６（ａ）は、振動波モータ２１０の可動部２０５が、その可動範囲において撮像素子１６に最も近付いた位置にある状態を示している。前述のように、繰込み状態において振動波モータ２１０は基板２０７に設けられた切欠き２０７ａに進入可能であるように配置されている。図６（ａ）に示す位置に到達した可動部２０５は、光軸方向において基板２０７の切欠き２０７ａに進入した状態（横切った状態）にある。すなわち、繰込み状態において、振動波モータ２１０の可動部２０５は、基板２０７の切欠き２０７ａと光軸方向において重なるように配置される。振動波モータ２１０の固定部２０６が有する摩擦部材２０４の光軸方向の長さは、可動部２０５の可動範囲に応じて定まる。ここで、摩擦部材２０４を含む固定部２０６も、光軸方向（Ｘ軸方向）において基板２０７の切欠き２０７ａに重なるように配置されると好適である。

また、振動波モータ２１０は、ズーム望遠端である繰出し状態（図２）において、繰込み状態と比較して物体（被写体）に相対的により近い側（撮像素子１６と光軸方向において反対側）に配置される。繰出し状態においては、振動波モータ２１０を有する鏡筒２１１が物体（被写体）に相対的により近付くからである。このとき、振動波モータ２１０は、光軸方向（Ｘ軸方向）において、鏡筒２１１よりも物体側に位置する光学群であるレンズ群３０１と重なるように配置される。すなわち、繰出し状態において、振動波モータ２１０は、図２に示されるレンズ群３０１の光軸方向（Ｘ軸方向）の配置位置３０１ｂを横切る箇所に位置している。

図６（ｂ）は、振動波モータ２１０の可動部２０５が、その可動範囲において物体側に最も近付いた位置にある状態を示している。前述のように、繰出し状態において振動波モータ２１０は鏡筒２１１よりも物体側に配置されたレンズ群３０１に進入するように配置されている。図６（ｂ）に示す位置に到達した可動部２０５は、光軸方向においてレンズ群３０１に進入した状態（横切った状態）にある。すなわち、繰出し状態において、振動波モータ２１０の可動部２０５は、光学群であるレンズ群３０１と光軸方向において重なるように配置される。ここで、摩擦部材２０４を含む固定部２０６も、光軸方向（Ｘ軸方向）において物体側にあるレンズ群３０１と重なるように配置されると好適である。

以上のように、直動型のアクチュエータである振動波モータ２１０を、光軸方向（Ｘ軸方向）において他の部材（基板２０７やレンズ群３０１）と重なるように配置することによって、交換レンズ１０１の光軸方向における小型化を実現することができる。特に、基板２０７に設けた切欠き２０７ａに振動波モータ２１０が進入するように構成することによって、光軸方向（Ｘ軸方向）における基板２０７の位置を維持しつつ、交換レンズ１０１の光軸方向における小型化を実現することができる。

上記した実施の形態においては、交換レンズ１０１がカメラ本体１に着脱可能に装着される。しかしながら、上記した実施の形態における交換レンズ１０１の内部構造を、カメラ本体（撮像装置）１と一体的に構成されるレンズ（光学機器）に対して適用することも可能である。

１ カメラ本体（撮像装置）
１６ 撮像素子
１０１ 交換レンズ（光学機器）
２００ 振動子
２０１ 振動体
２０３ 圧電素子
２０４ 摩擦部材
２０５ 可動部
２０６ 固定部
２０７ 基板
２１０ 振動波モータ（アクチュエータ）
２１１ 鏡筒
３０１ レンズ群（光学群）
５０１ フォーカス群（光学群）

Claims (6)

1. 固定部と、前記固定部に対して移動可能な可動部とを有するアクチュエータと、
   切欠きによって一部が分断された略円環状に形成され、光軸方向と略直交する方向に延在する基板と、を備え、
   前記可動部は、前記光軸方向において直線的に移動し、
   前記可動部の少なくとも一部が、前記光軸方向において前記基板の前記切欠きに進入可能である、ことを特徴とする光学機器。
2. 前記アクチュエータは超音波モータであり、
   前記可動部は、超音波領域の周波数で振動する振動子を含み、
   前記固定部は、前記振動子に圧接する摩擦部材を含み、
   前記摩擦部材の少なくとも一部が、前記光軸方向において前記基板の前記切欠きに進入可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記アクチュエータを保持し、前記光軸方向において直線的に移動可能な鏡筒と、
   前記鏡筒の内周部に配置される光学群と、をさらに備え、
   前記鏡筒が前記光軸方向に移動するのに伴って、前記アクチュエータの少なくとも一部が前記光軸方向において前記光学群と重なる、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学機器。
4. 前記光学群は、前記鏡筒よりも物体側に配置されるレンズ群であり、
   前記鏡筒が繰り込まれた繰込み状態において、前記アクチュエータの少なくとも一部が前記光軸方向において前記基板の前記切欠きに進入し、
   前記鏡筒が繰り出された繰出し状態において、前記アクチュエータの少なくとも一部が前記光軸方向において前記レンズ群と重なる、ことを特徴とする請求項３に記載の光学機器。
5. 前記鏡筒の回転方向への移動を規制することで前記光軸方向への直進を案内する直進案内筒と、
   前記光軸周りに回転可能なズーム操作環と、
   前記ズーム操作環に連動して前記光軸周りに回転することによって、前記鏡筒を前記光軸方向に進退させるカム筒と、をさらに備えることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光学機器。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光学機器を有する撮像装置。

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