JP2020194027A - レンズ装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 例えば、光軸の方向におけるカム筒の位置の変動を低減するのに有利なレンズ装置を提供することを目的とする。【解決手段】 レンズ装置は、光学部材と、光軸の周りに回転することにより前記光軸の方向において前記光学部材を駆動するカム筒と、前記光軸の周りに前記カム筒を回転するために回転操作可能な操作部材と前記光軸の周りの回転に関して前記カム筒と前記操作部材とを互いに連結する連結部材と、を有し、前記連結部材は、前記光軸の方向においては前記カム筒側の第１の部分と前記操作部材側の第２の部分とが互いに摺動可能に係合している係合構造を有する、ことを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、レンズ装置および撮像装置に関する。

光軸中心に回動可能な環状の操作部材と光学素子を光軸方向へ移動させるカム機構とを連結部材を介して連結し、合焦や変倍を行うレンズ装置が知られている。当該レンズ装置において、カム機構のカム筒を円滑に光軸中心に回動するためには、カム筒の摺動部に微小な隙間を設けることが一般的であった。しかし、近年は、撮像素子の高画素化に伴い、レンズ装置に求められる光学素子の位置精度が高まってきている。したがって、上述のような構造では、操作部材の反転操作の場合に光学素子の光軸方向における位置がカム筒の遊びの範囲内で変動しうるところ、それでは、例えば、ピントずれなどが発生しうる。このため、近年のレンズ装置においては、光学素子を光軸方向において駆動するカム筒は光軸方向における遊びを可能な限りゼロに近づけることが求められるようになってきている。

このような構造的な要求に対し、特許文献１は、カム筒の端面に設けられた凹部に配設した弾性部材を光軸方向において付勢することで、カム筒のガタを低減するレンズ装置を開示している。また、特許文献２で、カム筒の両端面のそれぞれを、ボール列を介して弾性部材により光軸方向において付勢するレンズ装置を開示している。

特許第４０４５６７６号公報 特開２０１７−４９２８０号公報

しかしながら、特許文献１のレンズ装置は、弾性部材を配設する端面とは光軸方向において反対側の端面において、付勢力に比例した摩擦力が発生するため、カム筒の回転トルクが過度に大きくなりうる。また、特許文献２のレンズ装置は、カム筒を付勢する力によりカム筒の回転トルクが過度に大きくなるのを防ぐことはできるものの、部品点数が多く、レンズ装置が大型化しうる。本発明は、例えば、光軸の方向におけるカム筒の位置の変動を低減するのに有利なレンズ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のレンズ装置は、光学部材と、光軸の周りに回転することにより前記光軸の方向において前記光学部材を駆動するカム筒と、前記光軸の周りに前記カム筒を回転するために回転操作可能な操作部材と前記光軸の周りの回転に関して前記カム筒と前記操作部材とを互いに連結する連結部材と、を有し、前記連結部材は、前記光軸の方向においては前記カム筒側の第１の部分と前記操作部材側の第２の部分とが互いに摺動可能に係合している係合構造を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、光軸の方向におけるカム筒の位置の変動を低減するのに有利なレンズ装置を提供することができる。

レンズ装置の要部側面断面図 図１のＡ−Ａ断面における縦断面図 レンズ装置の要部分解斜視図 連結部の部分拡大図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、図１から図４に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明が適用されるレンズ装置の実施形態における、レンズ装置１の要部側面断面図である。図中左側が物体側、右側が像面側である。また、図２は図１に図示のＡ−Ａ断面におけるレンズ装置の縦断面図である。さらに、図３には本レンズ装置１の要部分解斜視図を示す。

固定筒９は、本レンズ装置１が装着される不図示の撮像装置との連結部に接続されている。本発明のレンズ装置１は、焦点調整光学系である光学素子（光学部材）２を含み、光学素子２が固定筒９に対して図中の左右方向にあたる光軸方向に移動することにより、レンズ装置１の焦点位置を連続的に変更することができる。

レンズ装置１の内部では光学素子２は移動鏡筒３に保持され、移動鏡筒３は移動筒４にビスを用いて固定されている。移動筒４の外周部には光軸に直交する３方向のそれぞれに２つずつが延出する合計６つのカムフォロワ５が固定されている。物体側の３つのカムフォロワ５は光軸周りに１２０°の間隔を空けて等間隔に固定されており、像面側の３つのカムフォロワ５は前記物体側の３つのカムフォロワ５と同じ位相で光軸方向に距離を離した位置に固定されている。６つのカムフォロワ５は、位相を同じくして固定筒（第１の固定筒）６に設けられた光軸方向に延在する３本の直線溝（直線カム）６ａに係合し、光軸方向に円滑に摺動可能となっている。

固定筒６の外周側にはフォーカスカム筒７が固定筒６に対して光軸を中心に回転可能に配設される。固定筒６の外径部６ｂとフォーカスカム筒７の内径部７ｂの間には径差に基づく遊びが設けられており、固定筒６と螺合するカム筒押え１１によってフォーカスカム筒７の光軸方向の移動が規制されている。フォーカスカム筒７の光軸方向の移動に関わる寸法は高精度な加工が施されているが、フォーカスカム筒７の円滑な回転を実現するために必要最低限な範囲で、光軸方向の遊びを残存させている。図２および図３に図示のように、フォーカスカム筒７は対向する２本のカム溝７ａを備え、カム溝７ａには１対のカムフォロワ１３がそれぞれ係合している。カムフォロワ１３は組み込み時にはカム溝７ａの端部に設けられた穴部７ｃから挿入され、固定筒６に設けられた直線溝６ｃを挿通して移動筒４の外周部にビスを用いて固定される。

上記の構成では、固定筒６に設けられた直線溝６ａとカムフォロワ５の係合により移動筒４は倒れと光軸周りの回転が規制される。フォーカスカム筒７が光軸中心に回転すると、フォーカスカム筒７のカム溝７ａとカムフォロワ１３の係合がガイドとなって移動筒４が光軸方向に移動し、回転直動変換機能を成している。

固定筒６は固定筒８を介して固定筒９にビスを用いて連結固定されている。ここで、固定筒６の連結部６ｄには径差に基づく遊びが設けられており、レンズ装置１の固定筒８より物体側を相対的に平行偏芯することによって光学性能の調整を行うことができる。

光軸の周りにフォーカスカム筒７を回転するために回転操作可能な操作部材であるフォーカス操作環１０は内径部で固定筒（第２の固定筒）９の外側と係合しており、外周部１０ａには被写体距離を示したフォーカス指標が彫刻されている。固定筒９とフォーカス操作環１０の係合部は円滑に回動可能であり、フォーカス操作環１０は固定筒８の摺動面８ａと固定筒９の摺動面９ａに挟まれることで光軸方向の移動が規制されている。フォーカス操作環１０の光軸方向の移動に関わる寸法は高精度な加工が施されているが、フォーカス操作環１０の円滑な回転を実現するために必要最低限な範囲で、光軸方向の遊びを残存させている。また、フォーカス操作環１０には、光学調整後に固定筒６と固定筒８を連結固定するビスを締め込むために、工具を挿入する穴部１０ｃが備えられている。この穴部１０ｃを覆い隠すように、フォーカス操作環１０の外周部にはゴム帯１２が被せられている。フォーカス操作環１０の一部は前記フォーカスカム筒７の外周側に覆い被さっている。

フォーカス操作環１０の先端部よりも物体側には、一対の樹脂製の連結軸部材である円筒形状の連結ピン１４がフォーカスカム筒７の外周上の軸方向を中心として対向する２箇所に固定されている。ここで、２つの連結ピン１４の軸方向をＢ軸、前述の２つのカムフォロワ１３の軸方向をＣ軸とすると、図２のようにＢ軸とＣ軸は方向が異なる。さらに、フォーカスカム筒７の回転に伴いＢ軸の方向が図２の矢印で示す範囲で変わっても、回転角全域において２つの軸は重なることはない関係となっている。

一方、前記２つの連結ピン１４と同じ位相において、フォーカス操作環１０の先端部には回転伝達部材である２つの連結プレート（板部材）１５が固定される。連結プレート１５は２つのビスでフォーカス操作環１０の内周面に固定される基部１５ａと、厚み方向に弾性変形可能な腕部１５ｂと、Ｕ字形状の溝部（凹部）１５ｃより構成されている。図４は連結ピン１４と連結プレート１５の連結状態を示した部分拡大図である。なお、前述のように連結プレート１５はフォーカス操作環１０にビスで固定されるが、図４中ではフォーカス操作環１０を不図示としている。

ここで、連結ピン１４の係合径部（外径部）１４ａに対し、連結プレート１５の溝部１５ｃの幅は僅かに狭い寸法となっている。したがって、図４の連結状態においては両者の係合部は溝幅方向に予圧がかかった圧入状態で溝部１５ｃは係合径部１４ａを挟持し、一定の大きさ以上の外力が加わらない限り、連結ピン１４は溝部１５ｃの中で位置が保持された状態となる係合構造を構成している。すなわち、光軸の周りの回転に関してフォーカスカム筒７とフォーカス操作環１０とを互いに連結する連結部材は、光軸を中心とする周の方向において、フォーカス操作環１０に固定された部材（操作部材側の第２の部分）およびフォーカスカム筒７に固定された部材（カム筒側の第１の部分）のうち一方が他方を挟持する係合構造を有する。

また、連結プレート１５は金属の板で形成されており、板の面に平行な方向に対しては強い剛性を持っている。このため、光軸方向および光軸を中心とした円周方向にかかる負荷で連結プレート１５の変形量は無視できる程度に僅かであり、フォーカス操作環１０に付加された回転を着実にフォーカスカム筒７へ伝達することができる。一方、面に垂直な方向（光軸を中心とする径方向）に対しては剛性が低く、外力が加わった際には基部１５ａを支点とした片持ち梁のように、容易に弾性変形する腕部１５ｂの形状となっている。

連結ピン１４と連結プレート１５を係合させる際には、あらかじめ連結ピン１４はフォーカスカム筒７に固定し、連結プレート１５はフォーカス操作環１０に固定する。フォーカス操作環１０、固定筒８を固定筒９へ組み込んだものに、フォーカスカム筒７を組み付けた固定筒６を光軸方向に挿入していくことにより、腕部１５ｂを大きく弾性変形させることなく連結ピン１４を溝部１５ｃに係合させることができる。

以上のような構成によって本実施例のレンズ装置１で得られる効果について以下に説明する。
まず、フォーカスカム筒７の光軸方向の位置変動を抑制する効果について説明する。

本実施例のレンズ装置１の焦点調整すなわちフォーカス操作を行う際には、フォーカス操作環１０を光軸まわりに回転させる。フォーカス操作環１０の回転は、連結プレート１５および連結ピン１４の係合によってフォーカスカム筒７の回転へと伝達され、カム溝７ａの案内によって移動筒４および焦点調整光学系の光学素子２は光軸方向に移動（駆動）する。この時、移動筒４が光軸方向に移動する際に発生する摺動抵抗の反力がフォーカスカム筒７に作用する。従来の一般的なレンズ装置の構造においては、残存させていた光軸方向の遊びの範囲内で、この反力によってフォーカスカム筒が容易に動いてしまう。これに対し、本実施例のレンズ装置１では、フォーカスカム筒７に固定される連結ピン１４に、連結プレート１５の溝部１５ｃに対する相対位置を保持する力が働いているため、摺動抵抗の反力でフォーカスカム筒７が容易に動くことが抑制される。

また、連結ピン１４と連結プレート１５が相対位置を保持することにより、フォーカスカム筒７とフォーカス操作環１０が光軸方向において略一体となって回転する。このことにより、フォーカスカム筒７単体に比べて回転体の質量および摺動面積が増加するため、係合部摺動面において光軸方向への移動に対する抵抗が増加し、フォーカスカム筒７が容易に光軸方向に動くことを抑制する効果が期待できる。特に、本実施例のようにフォーカスカム筒７の内径と固定筒６の外周との間に遊びがあり係合部を持たない場合には、光軸方向において略一体となることで生じる係合部摺動面の抵抗増加による抑制効果は大きい。

さらに、本実施例では、フォーカスカム筒７とフォーカス操作環１０がともに光軸方向の遊びを円滑な回転に必要最小限な量に規制している。このような場合、両者が光軸方向において略一体となって回転することにより、残存する光軸方向のガタが相互作用でさらに小さくなるという効果が期待できる。

次に、本実施例の構成によれば、フォーカス回転操作トルクの増大を引き起こすことが無いことを説明する。

まず、移動筒４は６つのカムフォロワ５と３本の直線溝６ａの係合によって姿勢が定まるため、固定筒６に対して偏芯方向の自由度は持たない。フォーカスカム筒７は、２つのカム溝７ａと移動筒４に配設された２つの対向するカムフォロワ１３が係合しているため、移動筒４に対して図２のＣ軸方向のみ偏芯の自由度を持っている。すなわち、固定筒６に対してもフォーカスカム筒７はＣ軸方向のみ偏芯の自由度を持っている。

一方で、固定筒９に係合するフォーカス操作環１０は、連結プレート１５と連結ピン１４を介してフォーカスカム筒７に連結されるが、連結プレート１５の腕部１５ｂは連結ピン１４の軸と平行な方向に容易に弾性変形することができる。このため、フォーカス操作環１０に対してフォーカスカム筒７は、図２のＢ軸方向に偏芯の自由度を持っている。以上のように、フォーカスカム筒７は固定筒６および固定筒９に対して、それぞれ異なる１軸方向の自由度を有している。このことは言い換えると、固定筒６と固定筒９の中心軸が任意の方向に任意の量だけずれていても、フォーカスカム筒７が偏芯方向に移動しそのずれを吸収することができる、ということとなる。

したがって、本実施例のように光学性能の調整等で連結する固定筒の間で中心軸のずれが発生した場合でも、本実施例の構成では、複数の係合部間の干渉作用によるフォーカス回転操作トルクの増大は発生しない。

また、本実施例ではフォーカスカム筒７を光軸方向に付勢する付勢力を発生させることが無いため、光軸方向に当接する摺動面で摩擦力が増大することもなく、フォーカス回転操作トルクが増大することはない。

上述のように、本実施例のレンズ装置によれば、回転操作トルクの増大を引き起こすことなく構造的に大型化することなく、フォーカスカム筒７の光軸方向の位置変動を抑制することが可能である。固定筒６と固定筒９の中心軸がずれている場合のように、操作環の中心軸とカム構造の中心軸が一致しないレンズ装置において、本実施例の構造は特に有効であるが、両者の中心軸が一致する場合にも当然適用することができる。

本実施例ではカムフォロワ１３および連結ピン１４をそれぞれ円周上の対向する２箇所に配設しているが、１箇所であってもフォーカスカム筒７に固定筒に対する２軸方向の偏芯自由度を持たせることは可能である。しかし、フォーカスカム筒７の光軸方向のガタを抑制する効果に関しては、１箇所では円周上の約半周においては期待できるものの、残り約半周においては効果が不十分である可能性がある。よって、実施例で例示したように対向する２箇所に配設する方がより好ましい。

連結ピン１４と連結プレート１５の係合部を圧入状態にする構造は、構造的に大型化することなく連結ピン１４に光軸と直交する方向の予圧を与えることできる点で優れているが、予圧を与える構造はこれに限らない。付勢部材を用いて連結ピン１４を付勢するような構造であっても良い。

また、フォーカス操作環１０を形状自由度が高く剛性の自由度も高い樹脂成型部品とした場合、フォーカス操作環１０に連結ピン１４との係合部を設け、係合部近傍が連結ピン１４の軸に平行な方向に弾性変形しやすい形状としても良い。すなわち、本実施例のフォーカス操作環１０と連結プレート１５を一体化し同一部材からなる構成としても、本実施例と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施例では軸ずれを許容した連結構造を焦点調整光学系（合焦光学系）に適用しているが、本発明の適用はこれに限らず変倍光学系、フランジバック調整のための光学系、または、マクロ撮影のためのマクロ光学系であってもよい。

また、本発明のレンズ装置と、レンズ装置の像面に配された撮像素子と、を有する撮像装置によって、本発明の効果を享受する撮像装置を実現することができる。

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および変更が可能である。

１・・・レンズ装置
４・・・移動筒
７・・・フォーカスカム筒（カム筒）
１０・・・フォーカス操作環（操作部材）
１４・・・連結ピン（連結軸部材）
１５・・・連結プレート（回転伝達部材）

Claims (10)

1. 光学部材と、
   光軸の周りに回転することにより前記光軸の方向において前記光学部材を駆動するカム筒と、
   前記光軸の周りに前記カム筒を回転するために回転操作可能な操作部材と
   前記光軸の周りの回転に関して前記カム筒と前記操作部材とを互いに連結する連結部材と、
   を有し、
   前記連結部材は、前記光軸の方向においては前記カム筒側の第１の部分と前記操作部材側の第２の部分とが互いに摺動可能に係合している係合構造を有する、
   ことを特徴とするレンズ装置。
2. 前記連結部材は、前記光軸を中心とする径方向においては弾性変形可能な形状を有することを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
3. 前記光軸の方向に延びる直線カムが形成された第１の固定筒を有し、
   前記カム筒は、前記第１の固定筒に対して前記光軸の周りに回転する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレンズ装置。
4. 前記光学部材を保持し、前記カム筒に形成されたカムと、前記直線カムとに係合するカムフォロワを含む移動筒を有することを特徴とする請求項３に記載のレンズ装置。
5. 前記第１の固定筒に連結された第２の固定筒を有し、
   前記操作部材は、前記第２の固定筒の外側に係合している、
   ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のレンズ装置。
6. 前記カムフォロワは、前記光軸に関して互いに対向する前記移動筒の２箇所に配され、
   前記連結部材は、前記操作部材が回転操作されても、前記カムフォロワが配される前記２箇所とは異なる、前記光軸に関して互いに対向する２箇所に配される、
   ことを特徴とする請求項４に記載のレンズ装置。
7. 前記係合構造は、前記光軸を中心とする周の方向において、前記第１の部分および前記第２の部分のうち一方が他方を挟持している構造を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちいずれか１項に記載のレンズ装置。
8. 前記一方は、Ｕ字形状の凹部が形成された板部材を含み、前記他方は、円筒形状の部材を含むことを特徴とする請求項７に記載のレンズ装置。
9. 前記光学部材は、合焦、変倍、フランジバック調整、およびマクロのうち少なくとも１つのための光学部材であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のうちいずれか１項に記載のレンズ装置。
10. 請求項１ないし請求項９のうちいずれか１項に記載のレンズ装置と、
    前記レンズ装置の像面に配された撮像素子と、
    を有することを特徴とする撮像装置。

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