JP2021173969A

JP2021173969A - 光学機器

Info

Publication number: JP2021173969A
Application number: JP2020080495A
Authority: JP
Inventors: 昂平上村; Kohei Kamimura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2020-04-30
Publication date: 2021-11-01
Anticipated expiration: 2040-04-30
Also published as: JP7490441B2

Abstract

【課題】基準信号を短時間で発生させることができるともに、コスト上昇と大型化を抑制することができる光学機器を提供する。【解決手段】交換レンズ１０１は、フォーカス群２０１と、光軸周りに回転してフォーカス群２０１を移動させるカム筒１０８と、カム筒１０８の外周面に設けられた第１のリブ３３１、第２のリブ３３２と、固定された第１のＰＩ３７１、第２のＰＩ３７２と、を備え、第１のリブ３３１、第２のリブ３３２は、カム筒１０８の回転方向に沿い且つ互いに平行に配置され、第１のＰＩ３７１、第２のＰＩ３７２の各々は対応する第１のリブ３３１、第２のリブ３３２の端部の通過を検出し、光軸方向に沿って眺めたときに第１のリブ３３１、第２のリブ３３２が重なるように配置され、光軸方向に対して直交する方向に沿って眺めたときに第１のＰＩ３７１、第２のＰＩ３７２が重なるように配置される。【選択図】図７

Description

本発明は、内蔵するレンズを移動させる光学機器に関する。

内蔵するレンズを移動させてフォーカス動作やズーム動作を行うデジタルカメラ、ビデオカメラや交換レンズ等の光学機器は、減速ギア及びアクチュエータからなり、レンズを含むフォーカス群を移動させるフォーカス駆動機構を搭載する。フォーカス駆動機構は、減速ギアよってアクチュエータの駆動力をカム筒へ伝達して回転させ、カム筒のカム溝と嵌合したフォーカス群の移動コロを光軸方向へ案内する。

フォーカス動作やズーム動作では、基準位置を示す基準信号を発生させ、基準信号を起点にアクチュエータを作動させて所望の位置へフォーカス群を移動させる。このとき、基準信号の発生に時間を要すると、フォーカス動作やズーム動作を素早く開始することができず、特に、フォーカス群の移動距離が長いために移動に時間を要する光学機器では、撮影機会の逸失に繋がるおそれがある。

ところで、門型形状のフォトインタラプタのスリットへカム筒とともに回動するリブを通過させ、リブの回転方向の端部がスリットを通過した際に基準信号を発生させる基準信号発生機構が知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、フォーカス群の移動距離が長い光学機器では、フォーカス群の移動可能範囲に対応するリブの移動範囲へ複数のフォトインタラプタを設ける。この場合、少しのフォーカス群の移動でも、いずれかのフォトインタラプタにおいて、フォーカス群に連動して回動するカム筒のリブの端部がスリットを通過する可能性が高まり、基準信号を短時間で発生させることができる。

特許第５４７３３４１号

しかしながら、カム筒の外周において、例えば、２つのフォトインタラプタを回転方向に沿って直列に配置した場合、各フォトインタラプタのスリットへリブを通過させる必要があり、リブが回転方向に長く延在する。このリブはカム筒の外周から突出するため、カム筒の周辺部品は広範囲に亘ってリブとの干渉を避ける必要があるため、周辺部品が大型化する。また、この場合、２つのフォトインタラプタを各リブに対応して大きく離間して配置する必要があるため、２つのフォトインタラプタを実装するフレキシブル基板が大型化し、光学機器のコストが上昇する。すなわち、光学機器の小型化の実現が困難となり、光学機器が大型化してコストの上昇を招いてしまう。

本発明の目的は、基準信号を短時間で発生させることができるともに、コスト上昇と大型化を抑制することができる光学機器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、光軸方向に移動可能なレンズ群、及び光軸周りに回転してカム機構によって前記レンズ群を移動させるカム筒を有する駆動機構を備え、前記駆動機構は、前記カム筒を回転駆動するモータと、前記カム筒の外周面に設けられた複数のリブと、各リブに対応して設けられた複数の検出素子と、を有し、前記複数のリブは、前記カム筒の回転方向に沿い且つ互いに平行に配置されて前記カム筒の回転とともに回転し、前記複数の検出素子は位置が固定され、前記複数の検出素子の各々は対応する前記リブの起点部の当該検出素子の通過を検出し、前記複数の検出素子が対応する前記リブの起点部の通過を検出するタイミングは互いに異なり、前記光軸方向に沿って眺めたときに前記複数のリブが少なくとも一部において重なるように配置され、前記光軸方向に対して直交する方向に沿って眺めたときに前記複数の検出素子が少なくとも一部において重なるように配置されることを特徴とする。

本発明によれば、光学機器において、基準信号を短時間で発生させることができるともに、コスト上昇と大型化を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る光学機器の一例である交換レンズの外観を概略的に示す斜視図である。図１の交換レンズ及びカメラ本体の電気的及び光学的な構成を示すブロック図である。図１の交換レンズ及びカメラ本体における構成部品の位置関係を説明するための断面図である。図１の交換レンズ及びカメラ本体における構成部品の位置関係を説明するための断面図である。図１の交換レンズにおけるフォーカス駆動機構の構成を詳細に説明するための分解図である。図１の交換レンズにおけるフォーカス駆動機構の構成を詳細に説明するための分解図である。本発明の実施の形態における第１のリブ、第２のリブ、第１のＰＩ及び第２のＰＩの位置関係を説明するための図である。第１のＰＩ及び第２のＰＩの発光部や受光部の配置について説明する図である。第１のＰＩ及び第２のＰＩの保持方法を説明するための図である。フォーカス群の各移動領域におけるフォーカス群、第１のリブ、第２のリブ、第１のＰＩ及び第２のＰＩの位置関係を示す斜視図である。フォーカス群が移動するに伴い、第１のＰＩ及び第２のＰＩが発生する信号が変化する様子を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態では、本発明を光学機器の一例である交換レンズに適用した場合について説明するが、本発明は、レンズ一体型のデジタルカメラやビデオカメラ等の他の光学機器にも適用可能であり、また、その要旨の範囲内で種々の変形や変更が可能である。

図１は、本実施の形態に係る光学機器の一例である交換レンズの外観を概略的に示す斜視図である。図１において、交換レンズ１０１はカメラ本体１へ取り付けられた状態で示され、交換レンズ１０１に収容される撮像光学系の光軸方向がＸ軸方向と定義され、Ｘ軸方向と直交する２方向がそれぞれＺ軸方向、Ｙ軸方向と定義される。Ｚ軸方向とＹ軸方向は互いに直交し、カメラ本体１を水平に構えた場合、Ｚ軸方向は略水平方向と一致し、Ｙ軸方向は略鉛直方向と一致する。また、Ｚ軸回りの回転方向がピッチ（Ｐｉｔｃｈ）方向と定義され、Ｙ軸回りの回転方向をヨー（Ｙａｗ）方向と定義される。

図１（Ａ）に示すように、カメラ本体１の正面（被写体側）から見て左側（カメラ本体１の背面から見て右側）には、ユーザがカメラ本体１を手で把持するためのグリップ部２が設けられる。また、カメラ本体１の上面には電源操作部３が配置される。カメラ本体１が電源オフ状態にあるときにユーザが電源操作部３をオン操作すると、カメラ本体１が電源オン状態となり撮像が可能となる。また、カメラ本体１が電源オン状態にあるときにユーザが電源操作部３をオフ操作すると、カメラ本体１が電源オフ状態になる。

カメラ本体１の上面には、モードダイアル４、レリーズボタン５及びアクセサリシュー６が設けられる。モードダイアル４をユーザが回転操作することで、撮像モードを切り替えることができる。撮像モードには、シャッタ速度や絞り値等の撮像条件をユーザが任意に設定可能なマニュアル静止画撮像モード、自動で適正な露光量が得られるオート静止画撮像モード及び動画の撮像を行うための動画撮像モード等が含まれる。また、レリーズボタン５をユーザが半押し操作することで、オートフォーカスや自動露出制御等の撮像準備動作を指示することができ、全押し操作することで撮像を指示することができる。アクセサリシュー６には、外部フラッシュ等のアクセサリが脱着可能に装着される。また、カメラ本体１内には、交換レンズ１０１内の撮像光学系によって形成される被写体像を光電変換（撮像）する撮像素子が設けられる。

交換レンズ１０１は、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に機械的及び電気的に接続される。交換レンズ１０１の内部には、被写体からの光を結像させて被写体像を形成する撮像光学系が収容される。

図１（Ｂ）に示すように、カメラ本体１の背面には、背面操作部８及び表示部９が設けられる。背面操作部８は、様々な機能が割り当てられた複数のボタンやダイアルを含む。カメラ本体１が電源オン状態であり、静止画撮像モード又は動画撮像モードが設定されると、表示部９には撮像素子によって撮像された被写体像のスルー画像が表示される。また、表示部９にはシャッタ速度や絞り値等の撮像条件を示す撮像パラメータが表示され、ユーザはその表示を見ながら背面操作部８を操作することにより、撮像パラメータの設定値を変更することが可能である。背面操作部８は、記録された撮像画像の再生を指示するための再生ボタンを含み、再生ボタンをユーザが操作することで撮像画像が表示部９に再生表示される。

図２は、交換レンズ１０１及びカメラ本体１の電気的及び光学的な構成を示すブロック図である。図２において、カメラ本体１は、カメラ本体１及び交換レンズ１０１へ電力を供給する電源部１０と、電源操作部３、モードダイアル４、レリーズボタン５、背面操作部８及び表示部９のタッチパネル機構を含む操作部１１とを有する。カメラ本体１に設けられたカメラ制御部１２と交換レンズ１０１に設けられたレンズ制御部１０４とは互いに連係することによってカメラ本体１及び交換レンズ１０１を全体的に制御する。カメラ制御部１２は、記憶部１３に格納されるコンピュータプログラムを読み出して実行する。その際、カメラ制御部１２は、レンズマウント１０２に設けられた電気接点１０５の通信端子を介して、レンズ制御部１０４と各種制御信号やデータ等の通信を行う。電気接点１０５は、電源部１０から供給された電力を交換レンズ１０１に供給する電源端子を含む。

交換レンズ１０１が有する撮像光学系は、光軸方向に移動して焦点調節を行うフォーカスレンズを含むフォーカス群２０１（レンズ群）と、光量調節動作を行う絞り群４０１と、像振れを低減する防振素子としてのシフトレンズを含む防振群５１０とを有する。防振群５１０は、シフトレンズを光軸に対して直交するＺ軸方向及びＹ軸方向に平行な平面内で移動（シフト）させて、像振れを低減する防振動作を行う。さらに、交換レンズ１０１は、フォーカス群２０１を駆動するフォーカス駆動部３０１、絞り群４０１を駆動する絞り駆動部４０２及び防振群５１０を駆動する防振駆動部５２０を有する。

カメラ本体１は、シャッタユニット１４、シャッタ駆動部１５、撮像素子１６、画像処理部１７、焦点検出部１８、表示部９及びカメラ制御部１２を有する。シャッタユニット１４は、交換レンズ１０１内の撮像光学系で集光され、撮像素子１６で露光される光の量を調整する。撮像素子１６は、撮像光学系により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。画像処理部１７は、撮像信号に対して各種画像処理を施して画像信号を生成する。表示部９は、画像処理部１７から出力された画像信号（スルー画像）を表示し、撮像パラメータを表示し、若しくは、記憶部１３や不図示の記録媒体に記録された撮像画像を再生表示する。

カメラ制御部１２は、操作部１１における撮像準備操作（レリーズボタン５の半押し操作）に応じて、フォーカス群２０１の駆動を制御する。例えば、オートフォーカスが指示された場合、焦点検出部１８は、画像処理部１７で生成された画像信号に基づいて撮像素子１６で結像される被写体像の焦点状態を判定し、焦点信号を生成してカメラ制御部１２に送信する。それと同時に、フォーカス駆動部３０１は、フォーカス群２０１の現在位置を検出し、レンズ制御部１０４を介して現在位置を示す信号をカメラ制御部１２に送信する。カメラ制御部１２は、被写体像の焦点状態とフォーカス群２０１の現在位置とを比較し、そのずれ量からフォーカス駆動量を算出してレンズ制御部１０４に送信する。そして、レンズ制御部１０４は、フォーカス駆動部３０１を介してフォーカス群２０１を目標位置まで駆動制御し、被写体像の焦点ずれを補正する。

フォーカス駆動部３０１は、カム筒、駆動モータ、カム筒及び駆動モータを連結する減速ギア、フォーカス群２０１の基準位置を検出するフォトインタラプタ（以下、「ＰＩ」と略す。）を備える。なお、フォーカス駆動部３０１の詳細な構成については後述する。駆動モータとして、エンコーダを備えるＤＣモータや超音波モータを採用してもよい。また、ＰＩは発光部から発した光を受光部で直接受光するが、ＰＩの代わりに反射面からの反射光を受光するフォトリフレクタや、導電パターンに接触するブラシを用いてもよい。

カメラ制御部１２は、操作部１１で設定された絞り値やシャッタ速度の設定値に応じ、絞り駆動部４０２及びシャッタ駆動部１５を介して、絞り群４０１及びシャッタユニット１４の駆動を制御する。例えば、自動露出制御が指示された場合、カメラ制御部１２は、画像処理部１７で生成された輝度信号を受信して測光演算を行う。そして、この測光演算結果に基づいてカメラ制御部１２は、操作部１１におけるユーザの撮像指示操作（レリーズボタン５の全押し操作）に応じて、絞り群４０１の駆動を制御する。また、カメラ制御部１２は、シャッタ駆動部１５を介してシャッタユニット１４の駆動を制御し、撮像素子１６による露光処理を行う。

カメラ本体１は、ユーザによる手振れ等の像振れを検出するピッチ振れ検出部１９及びヨー振れ検出部２０を有する。ピッチ振れ検出部１９とヨー振れ検出部２０はそれぞれ、角速度センサ（振動ジャイロ）や角加速度センサを用いて、ピッチ方向及びヨー方向の像振れを検出して振れ信号を出力する。カメラ制御部１２は、ピッチ振れ検出部１９からの振れ信号を用いて防振群５１０（シフトレンズ）のＹ軸方向におけるシフト位置を算出する。同様に、カメラ制御部１２は、ヨー振れ検出部２０からの振れ信号を用いて防振群５１０のＺ軸方向におけるシフト位置を算出する。そして、カメラ制御部１２は、算出したピッチ方向のシフト位置やヨー方向のシフト位置に応じて、防振群５１０を目標位置まで駆動制御し、露光中やスルー画像表示中の像振れを低減する防振動作を行う。

図３及び図４は、交換レンズ１０１及びカメラ本体１における構成部品の位置関係を説明するための断面図である。図３及び図４の断面図は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に平行な平面で交換レンズ１０１及びカメラ本体１を切断した際の断面図を示し、それぞれフォーカス群２０１の繰り込み状態と繰り出し状態を示す。図３及び図４で示される中心線（図中一点鎖線）は、撮像光学系の光軸と略一致する。すなわち、中心線は光軸と同義である。

本実施の形態では、撮像光学系の一例として、第１のフォーカスレンズ２１１及び第２のフォーカスレンズ２１２を含むフォーカス群２０１と、第１の固定レンズ６１１及び第２の固定レンズ６１２を含む固定群６０１とからなる二群構成について説明する。

被写体像の焦点ずれに応じて所定の光学位置へ移動したフォーカス群２０１は、固定群６０１を介して、被写体からの光を撮像素子１６の結像面上に結像させる。このとき、絞り群４０１は、第１のフォーカスレンズ２１１や第２のフォーカスレンズ２１２とともにフォーカス群２０１に収容され、フォーカス群２０１と一体的に移動する。一方、防振群５１０は、第１の固定レンズ６１１及び第２の固定レンズ６１２の間に配置され、固定群６０１の一部として機能する。

さらに、本実施の形態の撮像光学系は、撮像光学系全体としての光学性能を維持するために、第２のフォーカスレンズ２１２の位置を意図的にずらす調整機構を有する。これにより、組立工程において作業者は、全体の光学性能の状態を確認しながら、各構成部品に生じる製造誤差や組立ばらつき等の光学性能に対する悪影響を解消することができる。

図５及び図６は、交換レンズ１０１におけるフォーカス駆動機構の構成を詳細に説明するための分解図である。フォーカス駆動機構はフォーカス群２０１とフォーカス駆動部３０１からなる。図５（Ａ）はフォーカス群２０１とフォーカス駆動部３０１が組付けられた状態を示し、図５（Ｂ）はフォーカス駆動機構をフォーカス群２０１とフォーカス駆動部３０１へ分解した状態を示し、図６はフォーカス駆動部３０１を分解した状態を示す。

フォーカス駆動部３０１の固定部材である固定筒１０６は、内周側に第１の固定レンズ６１１を保持し、被写体側に固定部材である直進案内筒１０７を保持する。直進案内筒１０７は、内周側にフォーカス群２０１を収容し、外周側に光軸周りに回転可能なカム筒１０８を保持する。カム筒１０８は、弾性部材１０９によって光軸方向に結像面側へ向けて付勢され、撮像素子の結像面側（カメラ本体１側）が固定筒１０６と摺動可能なように密着する。これによりカム筒１０８の光軸方向のガタつきが抑えられる。

フォーカス駆動部３０１の駆動モータ３１０は、その回転軸が光軸と平行となるように、固定筒１０６の被写体側の端面に固定される。駆動モータ３１０の回転軸には第１の減速ギア３２１が固定される。また、フォーカス駆動部３０１の第２の減速ギア３２２、第３の減速ギア３２３、第４の減速ギア３２４は、固定筒１０６の結像面側の端面にそれぞれが回転可能に保持される。具体的には、第２の減速ギア３２２、第３の減速ギア３２３、第４の減速ギア３２４の被写体側の回転軸は固定筒１０６の結像面側の端面に設けた保持孔に保持される。また、第２の減速ギア３２２、第３の減速ギア３２３、第４の減速ギア３２４の背面側の軸はギアカバー３４１に設けた保持孔によって保持される。ギアカバー３４１は第２の減速ギア３２２、第３の減速ギア３２３、第４の減速ギア３２４を挟むように固定筒１０６に固定される。

フォーカス駆動部３０１のカム筒ギア３３０は、第４の減速ギア３２４と係合するようにカム筒１０８の外周面に対して固定される。駆動モータ３１０が回転駆動すると、その駆動力は第１の減速ギア３２１、第２の減速ギア３２２、第３の減速ギア３２３、第４の減速ギア３２４、カム筒ギア３３０を介して減速された上で、カム筒１０８へ伝達される。これにより、カム筒１０８は、弾性部材１０９によって光軸方向への移動を規制された状態のまま、光軸を中心に回転する。

フォーカス群２０１は略円筒状のフォーカスレンズを含むアセンブリ部材であり、外周面において周方向に１２０°等分で配置される複数の移動コロ２３１（カム機構）を有する。移動コロ２３１はフォーカス群２０１の径方向へ突出する係合部材であり、後述する直進案内筒１０７の直進溝１１１へ係合する。フォーカス群２０１は、直進案内筒１０７の内周側へ、直進案内筒１０７の被写体側から挿入されて組み込まれる。直進案内筒１０７の内周面には光軸方向へ延伸する３個の貫通溝である直進溝１１１が形成される。これらの貫通溝はいずれも同じ溝幅となっている。フォーカス群２０１の各移動コロ２３１が直進溝１１１と係合することにより、直進案内筒１０７はフォーカス群２０１の回転方向への移動を規制して、光軸方向へのフォーカス群２０１の直進を案内する。

フォーカス駆動部３０１のカム筒１０８の内周面には、フォーカス群２０１のストローク（光軸方向の移動量）に対応して、回転方向に斜行する線形の軌跡を持つカム溝１１２（カム機構）が形成される。カム溝１１２は、各移動コロ２３１に対応するように配置された３つの非貫通の有底溝で構成される。各カム溝１１２はいずれも同じカム軌跡を描き、同じ溝幅で同じ溝深さとなっている。

フォーカス群２０１が直進案内筒１０７へ組み込まれる際、各移動コロ２３１は対応する直進溝１１１へ係合し、直進溝１１１から突出する各移動コロ２３１の頂部が対応するカム溝１１２へ係合する。なお、各移動コロ２３１は対応する直進溝１１１とカム溝１１２にそれぞれわずかな隙間を形成して係合する。カム筒１０８が回転すると、各対応する直進溝１１１とカム溝１１２に係合する移動コロ２３１は、カム溝１１２のカム軌跡に沿って移動し、その結果、フォーカス群２０１を光軸方向へ進退させる。

また、固定筒１０６には、門型形状の第１のＰＩ３７１（検出素子）と第２のＰＩ３７２（検出素子）が保持される。第１のＰＩ３７１と第２のＰＩ３７２では、スリットを構成するように発光部と受光部が互いに向かい合うように配置される。スリットにリブ等が挟まれる場合、発光部からの光が遮光されて受光部に受光されないため、Ｌｏｗの信号が発生する。また、スリットに何も挟まれない場合、発光部からの光が受光部に受光されるため、Ｈｉｇｈの信号が発生する。

カム筒ギア３３０の外周側にはカム筒１０８の回転方向へ延在する、基準位置検出用の第１のリブ３３１（被検出部）と第２のリブ３３２（被検出部）が形成される。固定筒１０６へカム筒１０８が密着する際、第１のＰＩ３７１のスリットへ第１のリブ３３１が挟まれ、第２のＰＩ３７２のスリットへ第２のリブ３３２が挟まれる。

第１のＰＩ３７１のスリットへ第１のリブ３３１が挟まれている間、第１のリブ３３１が発光部からの光を遮光するので、第１のＰＩ３７１はＬｏｗの信号を発生する。カム筒１０８が回転して第１のリブ３３１の端部が第１のＰＩ３７１のスリットを通過する際、発光部からの光が遮光されなくなるか、又は発光部からの光が遮光されるようになる。このとき、第１のＰＩ３７１が生成する信号はＬｏｗからＨｉｇｈへ、若しくはＨｉｇｈからＬｏｗへ変化する。この信号が切り替わるタイミングが基準信号として利用される。

また、第２のＰＩ３７２のスリットへ第２のリブ３３２が挟まれている間、第２のリブ３３２が発光部からの光を遮光するので、第２のＰＩ３７２はＬｏｗの信号を発生する。カム筒１０８が回転して第２のリブ３３２の端部が第２のＰＩ３７２のスリットを通過する際、発光部からの光が遮光されなくなるか、又は発光部からの光が遮光されるようになる。このときも、第２のＰＩ３７２が生成する信号はＬｏｗからＨｉｇｈへ、若しくはＨｉｇｈからＬｏｗへ変化する。やはり、この信号が切り替わるタイミングも基準信号として利用される。

ところで、一般的に、フォーカス駆動部では、駆動モータとして、アクチュエータの一種であるステッピングモータが採用される。しかしながら、ステッピングモータは、相対的な駆動量しか制御することができず、基準位置に基づいた駆動制御を行っていないため、電源オフ状態では、フォーカス群２０１の現在位置が定まらない。したがって、ユーザが電源操作部３をオン操作した際、一旦、フォーカス群２０１を基準位置まで移動させる必要がある。そして、早期に基準位置を知るためには、フォーカス群２０１のストロークにおいて、基準位置を複数設定するのが好ましい。

これに対応して、本実施の形態に係るフォーカス駆動機構では、第１のＰＩ３７１が生成する信号が切り替わるタイミングと、第２のＰＩ３７２が生成する信号が切り替わるタイミングが異なるように構成される。具体的には、第１のリブ３３１が第１のＰＩ３７１のスリットを通過するタイミングと、第２のリブ３３２が第２のＰＩ３７２のスリットを通過するタイミングが異なるように、これらの構成要素が配置される。なお、第１のリブ３３１は回転方向に関する端部として第１の起点部３３１ａと第３の起点部３３１ｂを有する。また、第２のリブ３３２は回転方向に関する端部として第２の起点部３３２ａを有する。すなわち、本実施の形態では、３つの基準位置が設定される。

ところで、第１のリブ３３１や第２のリブ３３２はカム筒１０８の外周から突出するため、カム筒１０８の周辺部品は第１のリブ３３１や第２のリブ３３２との干渉を避ける必要がある。このとき、第１のリブ３３１や第２のリブ３３２がカム筒１０８の外周側の領域において大きな領域を占めるように配置されると、これらのリブを避けるために周辺部品の配置の自由度が少なくなり、各周辺部品を空間的に効率よく配置するのが困難となる。また、第１のリブ３３１や第２のリブ３３２はカム筒ギア３３０に形成されるため、カム筒ギア３３０が大きくなる。その結果、フォーカス駆動機構、引いては、交換レンズ１０１のコスト上昇と大型化を招く。本実施の形態では、これに対応して、第１のリブ３３１、第２のリブ３３２、第１のＰＩ３７１や第２のＰＩ３７２の配置を工夫する。

例えば、図７（Ａ）に示すように、図中に実線の矢印で示す光軸方向に沿って眺めたときに第１のリブ３３１と第２のリブ３３２が重ならないように配置された場合、第１のリブ３３１と第２のリブ３３２がカム筒１０８の回転方向に長く延在する。このとき、図に示すように、第１のリブ３３１と第２のリブ３３２が延在する長さをＬ_０とする。

また、図７（Ｂ）に示すように、図中に破線の矢印で示す光軸方向に対して直交する方向に沿って眺めたときに第１のＰＩ３７１と第２のＰＩ３７２が重ならないように配置された場合、第１のＰＩ３７１と第２のＰＩ３７２が光軸方向に長く延在する。このとき、図に示すように、第１のＰＩ３７１と第２のＰＩ３７２が延在する長さをｌ_０とする。

これに対して、本実施の形態では、図７（Ｃ）に示すように、光軸方向に沿って眺めたときに第１のリブ３３１と第２のリブ３３２が少なくとも一部において重なるように配置される。このとき、第１のリブ３３１と第２のリブ３３２がカム筒１０８の回転方向に延在する長さＬ_１は長さＬ_０よりも短くなる。また、光軸方向に対して直交する方向に沿って眺めたときに第１のＰＩ３７１と第２のＰＩ３７２が少なくとも一部において重なるように配置される。このとき、第１のＰＩ３７１と第２のＰＩ３７２が光軸方向に延在する長さｌ_１は長さｌ_０よりも短くなる。なお、第１のリブ３３１と第２のリブ３３２はカム筒１０８の回転方向に沿い且つ互いに平行に配置される。

これにより、第１のリブ３３１や第２のリブ３３２がカム筒１０８の外周側の領域において大きな領域を占めるのを防止し、周辺部品の配置の自由度を大きくすることができる。また、カム筒ギア３３０を大きくする必要を無くすことができる。さらに、第１のリブ３３１や第２のリブ３３２の配置に付随して第１のＰＩ３７１や第２のＰＩ３７２が配置される領域も小さくすることができるため、２つのＰＩが実装されるフレキシブル基板（不図示）も小さくすることができる。その結果、交換レンズ１０１のコスト上昇と大型化を抑制することができる。

図８は、第１のＰＩ３７１及び第２のＰＩ３７２の発光部や受光部の配置について説明するための図である。上述したように、本実施の形態では、図中に破線の矢印で示す光軸方向に対して直交する方向に沿って眺めたときに第１のＰＩ３７１と第２のＰＩ３７２が重なるように配置される（図８（Ａ））。このとき、光軸方向に関して、例えば、第１のＰＩ３７１の発光部と第２のＰＩ３７２の受光部が接近するため、第１のＰＩ３７１の発光部から発した光がスリットから漏れ、誤って第２のＰＩ３７２の受光部で受光されるおそれがある。

これに対応して、本実施の形態では、各発光部から互いに反対向きに光を発するように、第１のＰＩ３７１と第２のＰＩ３７２が配置される。例えば、図８（Ｂ）や図８（Ｃ）に示すように、光軸方向に対して直交する方向に沿って眺めたときに、第１のＰＩ３７１の発光部３７１ａと第２のＰＩ３７２の発光部３７２ａが重なるように配置してもよい。このとき、発光部３７１ａは、第２のＰＩ３７２の受光部３７２ｂとは反対方向に光３７１ｃを発するため、受光部３７２ｂが誤って光３７１ｃを受光することない。また、発光部３７２ａは、第１のＰＩ３７１の受光部３７１ｂとは反対方向に光３７２ｃを発するため、受光部３７１ｂが誤って光３７２ｃを受光することない。なお、光軸方向に対して直交する方向に沿って眺めたときに、第１のＰＩ３７１の受光部３７１ｂと第２のＰＩ３７２の受光部３７２ｂが重なるように配置しても、同様の効果を得ることができる。以上より、第１のＰＩ３７１や第２のＰＩ３７２による誤検出を防止することができる。

図９は、第１のＰＩ３７１と第２のＰＩ３７２の保持方法を説明するための図である。図９において、第１のＰＩ３７１と第２のＰＩ３７２は、いずれもカム筒１０８の外側において固定筒１０６に取り付けられ、スリットがカム筒１０８を向くように配置される。具体的に、第１のＰＩ３７１と第２のＰＩ３７２は固定筒１０６に開口する取り付け穴に嵌め込むように取り付けられる。各取り付け穴は、図中矢印で示す＋Ｘ方向（光軸方向に関して被写体側）に拡張され、拡張された部分に弾性を有する第１の付勢部１０６ａ（付勢手段）と第２の付勢部１０６ｂ（付勢手段）が配置される。第１の付勢部１０６ａは、取り付け穴において、第１のＰＩ３７１を図中矢印で示す＋Ｘ方向とは逆方向の−Ｘ方向（光軸方向に関して結像面側）に付勢する。第２の付勢部１０６ｂは、取り付け穴において、第２のＰＩ３７２を図中矢印で示す−Ｘ方向に付勢する。これにより、第１のＰＩ３７１と第２のＰＩ３７２は、固定筒１０６の結像面側に設けられた当接壁（図示しない）に当接し、光軸方向の位置が規定される。

ところで、カメラ本体１や交換レンズ１０１に衝撃が加わった場合、カム筒１０８とカム筒１０８に取り付けられたカム筒ギア３３０が＋Ｘ方向に移動することがある。このとき、カム筒ギア３３０に形成された第１のリブ３３１と第２のリブ３３２も＋Ｘ方向に移動して第１のＰＩ３７１と第２のＰＩ３７２にそれぞれ衝突することがある。

これに対して、第１のＰＩ３７１や第２のＰＩ３７２は−Ｘ方向に付勢されているため、＋Ｘ方向へ移動する余地がある。すなわち、第１のリブ３３１や第２のリブ３３２が第１のＰＩ３７１や第２のＰＩ３７２にそれぞれ衝突しても、第１のリブ３３１や第２のリブ３３２とともに＋Ｘ方向へ移動することができる。これにより、第１のリブ３３１、第２のリブ３３２、第１のＰＩ３７１や第２のＰＩ３７２が衝突によって破損するのを防止することができる。また、このとき、第１の付勢部１０６ａや第２の付勢部１０６ｂは緩衝材として機能し、第１のリブ３３１や第２のリブ３３２の第１のＰＩ３７１や第２のＰＩ３７２への衝突時の衝撃を吸収する。

次いで、本実施の形態におけるフォーカス駆動機構で基準信号が発生する過程について説明する。本実施の形態では、フォーカス群２０１の光軸方向の総移動領域Ａを４つの移動領域に区分する。具体的には、総移動領域Ａを結像面側から被写体側へ向けて第１の領域Ａ１、第２の領域Ａ２、第３の領域Ａ３及び第４の領域Ａ４に区分する。また、隣接する第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２の境界が第１の基準位置として設定され、隣接する第２の領域Ａ２と第３の領域Ａ３の境界が第２の基準位置として設定される。さらに、隣接する第３の領域Ａ３と第４の領域Ａ４の境界が第３の基準位置として設定される。

図１０は、各領域におけるフォーカス群２０１、第１のリブ３３１、第２のリブ３３２、第１のＰＩ３７１及び第２のＰＩ３７２の位置関係を示す斜視図である。図１１は、フォーカス群２０１が移動するに伴い、第１のＰＩ３７１や第２のＰＩ３７２が発生する信号が変化する様子を示すグラフである。

本実施の形態では、第１の基準位置において、第１のリブ３３１の第１の起点部３３１ａが第１のＰＩ３７１のスリットを通過するように、第１のリブ３３１と第１のＰＩ３７１の位置関係が設定される。さらに、第２の基準位置において、第２のリブ３３２の第２の起点部３３２ａが第２のＰＩ３７２のスリットを通過するように、第２のリブ３３２と第２のＰＩ３７２の位置関係が設定される。また、第３の基準位置において、第１のリブ３３１の第３の起点部３３１ｂが第１のＰＩ３７１のスリットを通過するように、第１のリブ３３１と第１のＰＩ３７１の位置関係が設定される。これにより、第１のＰＩ３７１や第２のＰＩ３７２が発生する基準信号により、フォーカス群２０１の位置を把握することができる。

図１０（Ａ）は、フォーカス群２０１が第１の領域Ａ１に位置する状態を示す図である。第１の領域Ａ１は、フォーカス群２０１の焦点位置が最も無限側に位置し、フォーカス群２０１の繰り出し量が最も少なく、交換レンズ１０１の全長が最も短くなる領域である。

通常、カメラ本体１の電源操作部３のオフ操作を行うと、交換レンズ１０１の全長が最も短くなる状態、すなわち、繰り出し量が最も少なくなる第１の領域Ａ１にフォーカス群２０１は移動する。その後、交換レンズ１０１への給電が切断される。すなわち、通常の電源オフ操作後の電源オン操作では、所望の位置まで移動させるために必要な基準位置として第１の基準位置が使用される。

図１０（Ａ）に示すように、第１の領域Ａ１では、第１のリブ３３１におけるフォーカス群２０１が繰り出す際の回転方向（以下、「正回転方向」という。）の端部である第１の起点部３３１ａは第１のＰＩ３７１に達していない。したがって、第１のＰＩ３７１は第１のリブ３３１を挟まず、第１のＰＩ３７１において発光部３７１ａから発せられた光は第１のリブ３３１で遮光されないため、Ｈｉｇｈの信号が発生する。一方、第１の領域Ａ１では、第２のＰＩ３７２のスリットに第２のリブ３３２が挟まれるため、第２のＰＩ３７２において発光部３７２ａから発せられた光は第２のリブ３３２で遮光され、Ｌｏｗの信号が発生する。

したがって、レンズ制御部１０４は、電源オン操作を行ったときに第１のＰＩ３７１からＨｉｇｈの信号が発生し、且つ第２のＰＩ３７２からＬｏｗの信号が発生していることを認識すると、フォーカス群２０１が第１の領域Ａ１に存在すると判断する。

そして、レンズ制御部１０４は、結像面側から見て時計周り（正回転方向）にカム筒１０８が回転するようにフォーカス駆動部３０１を制御する。これにより、第１の起点部３３１ａが第１のＰＩ３７１のスリットを通過し、第１のＰＩ３７１が発生する信号はＨｉからＬｏｗに変化する。ここで、レンズ制御部１０４には、第２のＰＩ３７２が発生する信号がＬｏｗのままで、第１のＰＩ３７１が発生する信号がＨｉからＬｏｗに変化するときのフォーカス群２０１の位置は予め第１の基準位置として記憶されている。したがって、レンズ制御部１０４は、第１のＰＩ３７１が発生する信号の変化によって第１の基準位置を検出することができる。これによりフォーカス群２０１の位置を特定することができる。そして、第１の基準位置を基準としてフォーカス駆動部３０１を駆動させることにより、所望の位置へフォーカス群２０１を移動させることができる。

ところで、電源オン状態のままで交換レンズ１０１をカメラ本体１から取り外したり、電源部１０を取り外したりして、電源操作部３のオフ操作以外で交換レンズ１０１への給電を断絶すると、フォーカス群２０１は給電断絶時の位置で停止して移動しない。このような場合、再度、交換レンズ１０１へ給電を行った際にフォーカス群２０１が第１の領域Ａ１以外の領域に位置する可能性があるため、第１の基準位置を検出できないことがある。これに対応して、本実施の形態では、第１の基準位置の他に、上述した第２の基準位置や第３の基準位置が設定される。以下、第２の基準位置や第３の基準位置の検出方法について説明する。

図１０（Ｂ）は、フォーカス群２０１が第２の領域Ａ２に位置する状態を示す図である。第２の領域Ａ２は、フォーカス群２０１の焦点位置が第１の領域Ａ１よりも被写体側に位置し、フォーカス群２０１が若干繰り出す領域である。

図１０（Ｂ）に示すように、第２の領域Ａ２では、第１のＰＩ３７１のスリットに第１のリブ３３１が挟まれるため、第１のＰＩ３７１において発光部３７１ａから発せられた光は第１のリブ３３１で遮光され、Ｌｏｗの信号が発生する。また、第２の領域Ａ２でも、第１の領域Ａ１と同様に、第２のＰＩ３７２のスリットに第２のリブ３３２が挟まれるため、第２のＰＩ３７２において発光部３７２ａから発せられた光は第２のリブ３３２で遮光され、Ｌｏｗの信号が発生する。

したがって、レンズ制御部１０４は、電源オン操作を行ったときに第１のＰＩ３７１からＬｏｗの信号が発生し、且つ第２のＰＩ３７２からＬｏｗの信号が発生していることを認識すると、フォーカス群２０１が第２の領域Ａ２に存在すると判断する。そして、レンズ制御部１０４は、正回転方向にカム筒１０８が回転するようにフォーカス駆動部３０１を制御する。これにより、第２の起点部３３２ａが第２のＰＩ３７２のスリットを通過し、第２のＰＩ３７２が発生する信号はＬｏｗからＨｉに変化する。ここで、レンズ制御部１０４には、第１のＰＩ３７１が発生する信号がＬｏｗのままで、第２のＰＩ３７２が発生する信号がＬｏｗからＨｉに変化するときのフォーカス群２０１の位置は予め第２の基準位置として記憶されている。したがって、レンズ制御部１０４は、第２のＰＩ３７２が発生する信号の変化によって第２の基準位置を検出することができる。これによりフォーカス群２０１の位置を特定することができる。

なお、レンズ制御部１０４は、フォーカス群２０１が第２の領域Ａ２に存在すると判断した後、正回転方向と逆方向にカム筒１０８が回転するようにフォーカス駆動部３０１を制御してもよい。この場合、レンズ制御部１０４は、第１のＰＩ３７１が発生する信号の変化によって第１の基準位置を検出することができる。

図１０（Ｃ）は、フォーカス群２０１が第３の領域Ａ３に位置する状態を示す図である。第３の領域Ａ３は、フォーカス群２０１の焦点位置が第２の領域Ａ２よりも被写体側に位置し、フォーカス群２０１が大きく繰り出す領域である。

図１０（Ｃ）に示すように、第３の領域Ａ３では、第１のＰＩ３７１のスリットに第１のリブ３３１が挟まれるため、第１のＰＩ３７１において発光部３７１ａから発せられた光は第１のリブ３３１で遮光され、Ｌｏｗの信号が発生する。一方、第３の領域Ａ３では、第２のリブ３３２の第２の起点部３３２ａが第２のＰＩ３７２のスリットを通過してしまっているため、発光部３７２ａから発せられた光は第２のリブ３３２で遮光されず、Ｈｉの信号が発生する。

したがって、レンズ制御部１０４は、電源オン操作を行ったときに第１のＰＩ３７１からＬｏｗの信号が発生し、且つ第２のＰＩ３７２からＨｉの信号が発生していることを認識すると、フォーカス群２０１が第３の領域Ａ３に存在すると判断する。そして、レンズ制御部１０４は、正回転方向にカム筒１０８が回転するようにフォーカス駆動部３０１を制御する。これにより、第１のリブ３３１の第３の起点部３３１ｂが第１のＰＩ３７１のスリットを通過し、第１のリブ３３１が第１のＰＩ３７１のスリットによって挟まれなくなるため、第１のＰＩ３７１が発生する信号はＬｏｗからＨｉに変化する。ここで、レンズ制御部１０４には、第２のＰＩ３７２が発生する信号がＨｉのままで、第２のＰＩ３７２が発生する信号がＬｏｗからＨｉに変化するときのフォーカス群２０１の位置は予め第３の基準位置として記憶されている。したがって、レンズ制御部１０４は、第１のＰＩ３７１が発生する信号の変化によって第３の基準位置を検出することができる。これによりフォーカス群２０１の位置を特定することができる。

なお、レンズ制御部１０４は、フォーカス群２０１が第３の領域Ａ３に存在すると判断した後、正回転方向と逆方向にカム筒１０８が回転するようにフォーカス駆動部３０１を制御してもよい。この場合、レンズ制御部１０４は、第２のＰＩ３７２が発生する信号の変化によって第２の基準位置を検出することができる。

図１０（Ｄ）は、フォーカス群２０１が第４の領域Ａ４に位置する状態を示す図である。第４の領域Ａ４は、フォーカス群２０１の焦点位置が第３の領域Ａ３よりも被写体側に位置し、フォーカス群２０１の繰り出し量が最も大きい領域である。

図１０（Ｄ）に示すように、第４の領域Ａ４では、第１のリブ３３１の第３の起点部３３１ｂが第１のＰＩ３７１のスリットを通過してしまっているため、発光部３７１ａから発せられた光は第１のＰＩ３７１で遮光されず、Ｈｉの信号が発生する。また、第２のリブ３３２の第２の起点部３３２ａも第２のＰＩ３７２のスリットを通過してしまっているため、発光部３７２ａから発せられた光は第２のリブ３３２で遮光されず、Ｈｉの信号が発生する。

したがって、カメラ本体１の電源オン操作を行ったとき、レンズ制御部１０４は、第１のＰＩ３７１からＨｉの信号が発生し、且つ第２のＰＩ３７２からＨｉの信号が発生していることを認識すると、フォーカス群２０１が第４の領域Ａ４に存在すると判断する。そして、レンズ制御部１０４は、結像面側から見て反時計周り方向（正回転方向と逆方向）にカム筒１０８が回転するようにフォーカス駆動部３０１を制御する。これにより、第１のリブ３３１の第３の起点部３３１ｂが第１のＰＩ３７１のスリットを通過し、第１のリブ３３１が第１のＰＩ３７１のスリットによって挟まれるため、第１のＰＩ３７１が発生する信号はＨｉからＬｏｗに変化する。ここで、レンズ制御部１０４には、第２のＰＩ３７２が発生する信号がＨｉのままで、第２のＰＩ３７２が発生する信号はＨｉからＬｏｗに変化するときのフォーカス群２０１の位置は予め第３の基準位置として記憶されている。したがって、レンズ制御部１０４は、第１のＰＩ３７１が発生する信号の変化によって第３の基準位置を検出することができる。これによりフォーカス群２０１の位置を特定することができる。

本実施の形態では、第１の基準位置の他に、第２の基準位置や第３の基準位置が設定されるため、カメラ本体１の電源オン操作を行った際、所望の位置まで移動させるために必要な基準位置を早期に把握することができる。

また、上述したように、カメラ本体１の電源操作部３のオフ操作を通常通りに行うと、第１の領域Ａ１にフォーカス群２０１は移動するため、電源オン操作を行う際、フォーカス群２０１は第１の領域Ａ１に存在する頻度が高い。したがって、第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２の境界である第１の基準位置を素早く検出できるようにすれば、フォーカス群２０１の位置を素早く特定することができる機会を増やすことができ、使用者にとって有益である。

そこで、本実施の形態では、図１１に示すように、第１の領域Ａ１を第２の領域Ａ２、第３の領域Ａ３、第４の領域Ａ４に比して最も狭く設定する。これにより、電源オン操作後にカム筒１０８を正回転方向へ少し回転させるだけで第１の基準位置を検出することができ、フォーカス群２０１の位置を素早く特定することができるため、撮影機会の逸失を抑制することができる。

なお、第２の領域Ａ２、第３の領域Ａ３及び第４の領域Ａ４の区分けについて特に制約は無い。しかしながら、第２の領域Ａ２、第３の領域Ａ３及び第４の領域Ａ４を均等に区分けすることにより、フォーカス群２０１がいずれの領域に存在しても、第２の基準位置や第３の基準位置を検出するまでの時間を略均等化することができる。これにより、ある領域において基準位置の検出までに時間が掛かりすぎるのを抑制することができ、使用者の使い勝手を向上することができる。

ところで、上述した本実施の形態のように、２つのＰＩを用いる場合、リブを共通化して１つのみ設けることも考えられる。この場合、リブに凹凸を設け、段差部を起点部とすることができるが、フォーカス群２０１の移動量が大きい場合、第２の領域Ａ２〜第４の領域Ａ４を設定するために、２つのＰＩを大きく離して配置する必要がある。このとき、２つのＰＩが実装されるフレキシブル基板が大型化するが、本実施の形態は、上述のように２つのＰＩと２つのリブの配置を工夫することにより、フレキシブル基板が大型化を抑制するこができる点で、リブを１つのみ設ける場合に対して有利である。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、本実施の形態では、フォーカス群２０１を移動させるフォーカス駆動機構へ本発明を適用する場合について説明したが、光軸方向に光学部品移動可能な駆動機構であれば、本発明を適用することができる。例えば、焦点距離を変えるズーム機構にも本発明を適用することができる。また、カム筒１０８とカム筒ギア３３０を一体化してもよい。

１０１交換レンズ
１０４レンズ制御部
１０８カム筒
２０１フォーカス群
３０１フォーカス駆動部
３３０カム筒ギア
３３１第１のリブ
３３２第２のリブ
３３１ａ第１の起点部
３３１ｂ第３の起点部
３３２ａ第２の起点部
３７１第１のＰＩ
３７１ａ発光部
３７１ｂ受光部
３７２第２のＰＩ
３７２ａ発光部
３７２ｂ受光部

Claims

光軸方向に移動可能なレンズ群、及び光軸周りに回転してカム機構によって前記レンズ群を移動させるカム筒を有する駆動機構を備え、
前記駆動機構は、前記カム筒を回転駆動するモータと、前記カム筒の外周面に設けられた複数のリブと、各リブに対応して設けられた複数の検出素子と、を有し、
前記複数のリブは、前記カム筒の回転方向に沿い且つ互いに平行に配置されて前記カム筒の回転とともに回転し、
前記複数の検出素子は位置が固定され、前記複数の検出素子の各々は対応する前記リブの起点部の当該検出素子の通過を検出し、
前記複数の検出素子が対応する前記リブの起点部の通過を検出するタイミングは互いに異なり、
前記光軸方向に沿って眺めたときに前記複数のリブが少なくとも一部において重なるように配置され、
前記光軸方向に対して直交する方向に沿って眺めたときに前記複数の検出素子が少なくとも一部において重なるように配置されることを特徴とする光学機器。
カム機構によってレンズ群を光軸方向に移動させるカム筒を有する駆動機構と、前記駆動機構を制御する制御部とを備え、
前記レンズ群の前記光軸方向の総移動領域は複数の移動領域に区分され、
前記レンズ群が移動する際、隣接する２つの前記移動領域の境界を基準位置として検出する複数の検出素子が配置され、
前記駆動機構への給電が断絶すると、前記制御部は、前記レンズ群を前記複数の移動領域のうち、最も狭い移動領域へ移動させることを特徴とする光学機器。
前記レンズ群が前記最も狭い移動領域へ移動した際に前記光軸方向の全長が最も短くなることを特徴とする請求項２に記載の光学機器。
外部からの衝撃によって前記カム筒が移動する方向とは逆方向に前記複数の検出素子を付勢する付勢手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学機器。
前記複数の検出素子の各々は発光部及び受光部を有し、
前記複数の検出素子は、各前記発光部から互いに反対向きに光を発するように配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学機器。
前記カム筒には一体的に回転するカム筒ギアが固定され、前記複数のリブは前記カム筒ギアへ設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。