JP2022169960A - 光学装置及びそれを備えた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな光学装置を提供する。【解決手段】光軸方向に移動する第５群レンズＬ５、第４群レンズＬ４と、第５群レンズＬ５を保持する５群鏡筒１２７と、第４群レンズＬ４を保持する４群鏡筒１２２と、４群鏡筒１２２を光軸方向に電動で駆動するリニア超音波モータ１２４と、リニア超音波モータ１２４の駆動力を４群鏡筒１２２に伝達するラック１３１と、４群鏡筒１２２とラック１３１とが所定の位置で当接するように付勢するラックバネ１３２と、ラック１３１の移動を制限するラックガイド軸１３３と、を有するレンズ鏡筒１００において、ガイド軸部材１３３は、４群鏡筒１２２に固定され、４群鏡筒１２２とラック１３１とは、一体的に光軸方向に移動し、５群鏡筒１２７が、４群鏡筒１２２に当接した際に、４群鏡筒１２２とラック１３１との光軸方向の相対位置が、ラックバネ１３２の付勢力に抗して変化することを特徴とする。【選択図】 図１０

Description

本発明は、光学装置及びそれを備えた撮像装置に関する。

電気的な駆動手段を用いて移動するレンズ群の移動範囲内に、手動あるいは外部駆動手段で移動するレンズ群が入り込む構成においては、各レンズ群の保持部材が干渉することがあり、付勢部材による退避構造を有するレンズ鏡筒が知られている。

特許文献１には、フォーカスレンズ保持部材と像ブレ光学補正ユニットとが干渉した際に、ラック部材がフォーカスレンズ保持部材に対して変位すると共に、両者の間に設けられたコイルバネが変位し、干渉時の衝撃を吸収する構成が開示されている。特許文献２には、可動レンズ枠に外力が加わった際に、可動レンズ枠とラックとの間に設けられたラックばねが変位すると共に、可動レンズ枠のストッパーが固定のレンズ枠に突き当たり、ラックの送りねじに対する噛み合い状態を維持する構成が開示されている。

特開２００８－１９７６１７号公報 特開２０００－１８０６９３号公報

しかしながら、特許文献１の構成においては、モータユニットで駆動される伝達部材とフォーカスレンズ保持部材を光軸方向に案内するガイド軸が光軸方向の前後に延在しており、レンズ鏡筒全体が大型化している。また、特許文献２の構成においても、ラックが有する軸が光軸方向に延在しており、レンズ鏡筒全体が大型化している。

本発明の目的は、小型化を実現した光学装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、光軸方向に移動する第１、第２のレンズ群と、前記第１のレンズ群を保持する第１の保持部材と、前記第２のレンズ群を保持する第２の保持部材と、前記第２の保持部材を前記光軸方向に電動で駆動する駆動手段と、前記駆動手段の駆動力を前記第２の保持部材に伝達する伝達部材と、前記第２の保持部材と前記伝達部材とが所定の位置で当接するように付勢する付勢部材と、前記伝達部材の移動を制限するガイド軸部材と、を有する光学装置において、前記ガイド軸部材は、前記第２の保持部材に固定され、前記第２の保持部材と前記伝達部材とは、一体的に前記光軸方向に移動し、前記第１の保持部材が、前記第２の保持部材に当接した際に、前記第２の保持部材と前記伝達部材との前記光軸方向の相対位置が、前記付勢部材の付勢力に抗して変化することを特徴とする。

本発明によれば、小型化を実現した光学装置を提供することができる。

本発明の実施例に係るレンズ鏡筒１００のワイド無限状態を示す断面図である。 図１のレンズ鏡筒１００のワイド至近状態を示す断面図である。 図１のレンズ鏡筒１００のテレ無限状態を示す断面図である。 図１のレンズ鏡筒１００のテレ至近状態を示す断面図である。 ズーミングによって移動する各群レンズの移動軌跡を示す線図である。 ４群鏡筒１２２のラック保持機構を示す分解斜視図である。 ４群鏡筒１２２にラック１３１を組んだ状態を示す斜視図である。 ３群ベース鏡筒１２０基準における４群鏡筒１２２と５群鏡筒１２７の移動軌跡を示す線図である。 ４群鏡筒１２２と５群鏡筒１２７の通常状態を示す断面図である。 ４群鏡筒１２２と５群鏡筒１２７の干渉状態を示す断面図である。 通常状態における４群鏡筒１２２とラック１３１の配置を示す斜視図である。 干渉状態における４群鏡筒１２２とラック１３１の配置を示す斜視図である。

（実施例）
以下、本発明の好ましい実施の形態に係るレンズ鏡筒１００（光学装置）を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施例に係るレンズ鏡筒１００のワイド無限状態を示す断面図である。図２は図１のレンズ鏡筒１００のワイド至近状態を示す断面図である。図３は図１のレンズ鏡筒１００のテレ無限状態を示す断面図である。図４は図１のレンズ鏡筒１００のテレ至近状態を示す断面図である。なお、図中Ｘ－Ｘで示す線は光軸を示す。

図１においてマウント１０１は、図示しない撮像装置本体に固定される部品である。案内筒１０２は、固定筒１０３と共にマウント１０１と一体的に固定されている。案内筒１０２の外周にはカム環１０４が光軸回りに回転自由に保持されている。カム環１０４は固定筒１０３の外周に回転自由に保持されたズームリング１０５と図示しないキー部材で連結されており、外部からズームリング１０５を操作することによって一体的に回転する構成となっている。ズームセンサ１０６は、固定筒１０３に取り付けられており、ズームリング１０５の回転角を電気的に検出できるセンサで、マウント１０１の近傍に配置した制御基板１０７に電気的に接続され、ズーミングの際の焦点距離情報を制御回路に伝達している。制御基板１０７には、接点ブロック１０８が電気接続されており、図示しない撮像装置本体との通信及び電力の供給を受ける働きがある。

第１群レンズＬ１は、１群鏡筒１１１に固定されており、１群鏡筒１１１は直進筒１１２に固定されている。

第２群レンズＬ２は２群鏡筒１１３に保持されており、２群鏡筒１１３はシフトユニット１１４に光軸に対して直交する平面内で移動可能に保持されている。シフトユニット１１４には２群鏡筒１１３を駆動するためのアクチュエータ、駆動量を検出するセンサ等が含まれ、案内筒１０２に固定されている。シフトユニット１１４は制御基板１０７に電気的に接続されている。制御基板１０７は固定筒１０３に取り付けたブレセンサ１１６によって検出されたブレ信号を元にブレを補正するよう２群鏡筒１１３を駆動制御している。

第３群レンズＬ３は、３Ａ群鏡筒１１７、３Ｂ群鏡筒１１８に保持され、共に３群ベース鏡筒１２０（ベース枠部材）に固定されている。３群ベース鏡筒１２０には電磁絞りユニット１２１が保持されており、制御基板１０７に電気的に接続されている。

第４群レンズＬ４（第２のレンズ群）は、４群鏡筒１２２（第２の保持部材）に保持され、４群鏡筒１２２は後述するガイドバー１２３ａ、１２３ｂ（レンズ枠ガイド手段）によって３群ベース鏡筒１２０に光軸方向に移動可能に保持されている。第４群レンズＬ４は、フォーカス調整用のフォーカスレンズであり、４群鏡筒１２２は３群ベース鏡筒１２０に保持されたリニア超音波モータ１２４（駆動手段）によって光軸方向に電動で駆動される。

リニア超音波モータ１２４は、固定部１２５と可動部１２６とから成り、圧電素子を超音波領域の周波数で振動させ可動部１２６を光軸方向に駆動するものである。リニア超音波モータ１２４の固定部１２５が３群ベース鏡筒１２０に保持されることにより、リニア超音波モータ１２４は、３群ベース鏡筒１２０に保持されている。圧電素子は、図示しないフレキシブルプリント基板によって制御基板１０７に電気的に接続されている。

第５群レンズＬ５（第１のレンズ群）は、５群鏡筒１２７（第１の保持部材）に保持されている。そして、第１群レンズＬ１、第３群レンズＬ３、第５群レンズＬ５は、夫々ズーミングで移動するレンズであり、直進筒１１２、３群ベース鏡筒１２０、５群鏡筒１２７には図示しないカムフォロアが固定されている。各カムフォロアは、案内筒１０２に設けられた直進溝及び、カム環１０４に設けられたカム溝に係合しており、カム環１０４を回転することによって第１群レンズＬ１、第３群レンズＬ３、第５群レンズＬ５は、夫々光軸方向に直進移動できる構成になっている。

また、フォーカスレンズである第４群レンズＬ４は、３群ベース鏡筒１２０に保持されているため、ズーミングで３群ベース鏡筒１２０と共に移動しながら、リニア超音波モータ１２４によって光軸方向に駆動される。図２から図４には、ズーミングによって移動する各群レンズの位置が例示されている。

図５は、ズーミングによって移動する各群レンズの移動軌跡を示す線図である。ワイド（ＷＩＤＥ）からテレ（ＴＥＬＥ）までの各移動軌跡が示されており、第１群レンズＬ１、第３群レンズＬ３、第５群レンズＬ５はズーミングで移動し、第２群レンズＬ２はズーミングで移動しないことが示されている。第４群レンズＬ４については、無限にピントを合わせた状態における第４群レンズＬ４の移動軌跡がＬ４無限として示されており、また、所定の至近距離にピントを合わせた状態における移動軌跡がＬ４至近として示されている。

ワイドからテレまでの各焦点距離において、無限から至近までの各ピント位置に合焦する第４群レンズＬ４の位置情報がデータとして記憶されている。その情報とズームセンサ１０６で検出される焦点距離情報に基づいて、図５に示す線上を辿るようリニア超音波モータ１２４によって４群鏡筒１２２が駆動制御される。

次に、４群鏡筒１２２に備えられたラック１３１（伝達部材）を保持する保持構造について説明する。図６は４群鏡筒１２２のラック保持機構の構成を示す分解斜視図である。図７は４群鏡筒１２２にラック１３１を組んだ状態を示す斜視図である。

ラック１３１の軸部１３１ａがラックバネ１３２（付勢部材）に挿入され、ラック１３１とラックバネ１３２が４群鏡筒１２２のラック軸穴１２２ａ、１２２ｂの間に挿入される。更に、ラックガイド軸１３３（ガイド軸部材）がラック１３１の摺動穴１３１ｂを貫通するように挿入され、ラック軸穴１２２ａ、１２２ｂに組み込まれる。ラックガイド軸１３３は、端部１３３ａをラック軸穴１２２ａに圧入させることによって、４群鏡筒１２２にガタつきなく固定されている。そしてラック１３１の移動はラックガイド軸１３３により制限される。以上の構成から、ラック１３１はラックガイド軸１３３に対して、光軸方向に移動可能に保持され、更にラックガイド軸１３３の軸回りに回転可能に保持されている。

その際、ラック１３１は、ラックバネ１３２の付勢力によって光軸方向と平行な図７に示すＺ方向に常に付勢される。ラック１３１の端部１３１ｃが４群鏡筒１２２のラック軸穴１２２ｂ側に常に当接することにより、４群鏡筒１２２とラック１３１が所定の位置で当接するようになる。４群鏡筒１２２とラック１３１が当接した状態を当接状態と呼ぶこととする。そして、４群鏡筒１２２とラック１３１は、一体的に光軸方向に移動することが可能となる。

また、ラックバネ１３２の一端側のフック部１３２ａは、ラック１３１に係合され、反対側の延長部１３２ｂは４群鏡筒１２２に設けられたバネかけ穴１２２ｃに挿入されている。このような構成とすることによって、ラック１３１がラックガイド軸１３３を回転中心として、図７に示すＹ方向に常に付勢されている。すなわち、ラックバネ１３２は、４群鏡筒１２２に対して、ラック１３１を光軸方向に付勢すると共に、ラックガイド軸１３３の軸回りの回転方向に付勢する。そして、ラック１３１は、先端のＶ溝部１３１ｄがリニア超音波モータ１２４の可動部１２６に設けられた図示しない突起部と常に係合している。このような構成によって、部品精度のばらつきがあっても、ラックバネ１３２の付勢力によってガタつきなく、リニア超音波モータ１２４の駆動力を４群鏡筒１２２に伝達することを可能としている。

図６に示すスケール１３４は、光軸方向に連続したパターンが形成された部品であり、４群鏡筒１２２の溝に接着固定されている。このパターンを３群ベース鏡筒１２０側に取り付けられた図示しない位置センサが読み取り、４群鏡筒１２２の３群ベース鏡筒１２０に対する光軸方向の相対位置が検出される。

図７に示すガイドバー１２３ａ、１２３ｂは、夫々両端が３群ベース鏡筒１２０に固定されている。ガイドバー１２３ａは、４群鏡筒１２２に設けられたスリーブ穴１２２ｄ、１２２ｅ（図６参照）に挿通され、４群鏡筒１２２を光軸方向へ移動自在に保持する。そして、４群鏡筒１２２はリニア超音波モータ１２４によって光軸方向へ３群ベース鏡筒１２０に対して相対的に移動する。ガイドバー１２３ｂは、４群鏡筒１２２のＵ字溝１２２ｆに係合しており、４群鏡筒１２２がガイドバー１２３ａ回りに回転することを防止している。

次に、本発明に関するフォーカスレンズの駆動について説明する。図８は、３群ベース鏡筒１２０の位置（１２０（Ｌ３））を基準として４群鏡筒１２２の移動軌跡１２２（Ｌ４至近）、移動軌跡１２２（Ｌ４無限）及び５群鏡筒１２７の移動軌跡１２７（Ｌ５）をワイドからテレまでのズーム位置において記した線図である。各移動軌跡の光軸方向における間隔は、各群鏡筒のクリアランスを示している。従って移動軌跡が交差する場合は群鏡筒同士が干渉することを示している。

フォーカスレンズである第４群レンズＬ４を保持する４群鏡筒１２２は、ズーミングに際し、無限遠にピントが合焦している場合には、移動軌跡１２２（Ｌ４無限）で示す実線を辿る様にリニア超音波モータ１２４によって駆動制御される。また、最至近にピントが合焦している場合には、移動軌跡１２２（Ｌ４至近）で示す破線を辿るように駆動制御される。無限から至近における中間位置に関しては、移動軌跡１２２（Ｌ４無限）から移動軌跡１２２（Ｌ４至近）の間を辿る軌跡がデータとして記憶されており、ズームセンサ１０６による焦点距離情報に基づき、記憶されたデータに従って駆動制御される。

図８において、４群鏡筒１２２は、ズーミングに応じてその繰り出し量が電気的に駆動制御されるが、ズーミングは手動で行われるため、高速でズーミングした場合にはフォーカスレンズの駆動速度には限界があり、ズーミングに間に合わない場合がある。

フォーカスレンズである第４群レンズＬ４においては、テレの至近状態にある時、高速でワイド状態にすると、４群鏡筒１２２の駆動が間に合わず、５群鏡筒１２７に干渉してしまう可能性がある。この干渉とは、４群鏡筒１２２の移動範囲内に、５群鏡筒１２７の一部が移動する（入り込む）ことであり、図８では、干渉する可能性がある範囲が干渉領域として示されている。干渉量の最大量Ａ（最大値）は、５群鏡筒１２７のワイドの位置と、４群鏡筒１２２が至近状態（１２２（Ｌ４至近））且つテレの位置における光軸方向で重なる量である。

この干渉領域の干渉量は通常撮影状態では、ズーミングの速度とフォーカスレンズのアクチュエータの速度に依存するため、実際の撮影シーンでは、干渉が生じることは少ない可能性もある。しかしながら、交換レンズにおいては、テレの至近状態でレンズをカメラから外した場合、又は電源が遮断された場合にはフォーカスレンズは駆動されず、そのままワイドの状態にすると、図８の最大量Ａの干渉量で干渉してしまうことになる。

次に、第４群レンズＬ４を保持する４群鏡筒１２２が、５群鏡筒１２７に干渉した場合の動きについて説明する。図９は、４群鏡筒１２２と５群鏡筒１２７が干渉しない通常状態を示す断面図であり、図１０は干渉状態を示す断面図である。図１１は、通常状態における４群鏡筒１２２とラック１３１の配置を示す斜視図であり、図１２は、干渉状態における４群鏡筒１２２とラック１３１の配置を示す斜視図である。

上述のように、テレの至近状態から高速でズーミングが行われた場合、又はテレ至近状態でレンズがカメラから外されて、電源が遮断された状態でワイド側へズーミングが行われた場合では、４群鏡筒１２２と５群鏡筒１２７が干渉することがある。干渉状態では、図１０に示すように、４群鏡筒１２２に設けられた当接部１２２ｇと５群鏡筒１２７に設けられた当接部１２７ａが当接する。その結果、５群鏡筒１２７によって、４群鏡筒１２２が光軸方向に押されることになる。そうすると、ラック１３１は、リニア超音波モータ１２４の可動部１２６に保持されているので、可動部１２６に対して移動できない。しかしながら、本実施例では、図１２に示すようにラックバネ１３２が圧縮されて、ラック１３１はラックガイド軸１３３を摺動し、４群鏡筒１２２は、５群鏡筒１２７と共に光軸方向に移動することができる。すなわち、５群鏡筒１２７が、４群鏡筒１２２に当接した際に、４群鏡筒１２２とラック１３１との光軸方向の相対位置が、ラックバネ１３２の付勢力に抗して変化する。

更に、ラック１３１が４群鏡筒１２２に対して光軸方向へ相対的にラックガイド軸１３３を移動できる量（退避量Ｂ）は、図１０に示すように干渉量の最大量Ａより大きくなっている。そのため、もし干渉が発生しても、レンズ鏡筒１００やラック１３１、あるいはリニア超音波モータ１２４の破損を防止することができる。そして、フォーカスレンズの追従が完了するか、電源の再投入により干渉状態が解消されれば、ラックバネ１３２の付勢力によって元の通常状態に復帰する。

本実施例では、図７に示すようにラック１３１を移動可能に保持したラックガイド軸１３３と、４群鏡筒１２２の光軸方向の移動を案内するガイドバー１２３ａを別部品で構成している。このような構成によって、共通の軸部材を用いた従来技術に比べて、４群鏡筒１２２のガイドバー１２３ａを保持するスリーブ穴１２２ｄとスリーブ穴１２２ｅの間隔をより大きくとることができる。その結果、４群鏡筒１２２の倒れを抑制し、光学性能をより向上させることができる。また、二つのスリーブ穴１２２ｄ、１２２ｅとガイドバー１２３ａの嵌合部において、軸と直角方向に働く力を小さくできるため、摩擦力によるこじりが発生しにくく、スムーズな駆動が可能となる。

更に、本実施例では、ラックガイド軸１３３とラック１３１は、夫々別体として４群鏡筒１２２に保持されている。このような構成は、ラック部材の軸が光軸方向の前後に延在している従来技術に比べて、ラック部材の移動に伴ってラック部材の軸がフォーカスレンズ保持部材の前後に飛び出すことが無い。その結果、ラック部材の保持部前後に不要なスペースを設ける必要が無く、装置の全体の小型化が可能になる。従来技術では、図８における干渉の最大量Ａのスペースをラック保持機構の前後に設ける必要があった。そのため退避量Ｂが大きくなると、本発明を実施する効果も大きくなる。よって、本発明によれば、小型化を実現したレンズ鏡筒１００を提供することができる。

レンズ鏡筒１００においては、高速でズーミングした場合には、フォーカスレンズの干渉を許容する構成としたことで、不要なレンズ群間のクリアランスを最小にして、レンズ鏡筒１００の全体のコンパクト化を実現している。従来の設計であれば、図８における最大量Ａの分だけレンズ群間隔を設けるところを、本発明の構成をとることでその分の全長短縮が実現できる。

本実施例においては、フォーカスレンズを駆動するために、リニア超音波モータ１２４を採用しているが、ステップモータ等の駆動手段を採用しても同様の効果を奏する。

本実施例は、静止画及び動画撮影を行うための交換レンズに関して説明したが、画像を記録するレンズ鏡筒１００において、手動ズームを行う場合には同様な効果が得られる可能性がある。また、レンズ鏡筒１００内のフォーカスレンズに限らず、他のズームで移動するレンズや、固定部位との当接によってレンズ鏡筒１００を小型化させる場合に応用することが可能である。

また、本発明が適用されるレンズ鏡筒１００は、レンズ鏡筒１００により形成された像を撮る撮像素子を備える撮像装置や、撮像装置に対してレンズ鏡筒１００が着脱可能な撮像装置本体を備える撮像システムに用いられる。更に、本発明はレンズ一体型の撮像装置にも適用可能である。以上説明した実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、実施例に対して種々の変形や変更が可能であり、本発明は、実施例に限定されるものではない。

１００ レンズ鏡筒（光学装置）
１２０ ３群ベース鏡筒（ベース枠部材）
１２２ ４群鏡筒（第２の保持部材）
１２３ａ ガイドバー（レンズ枠ガイド手段）
１２４ リニア超音波モータ（駆動手段）
１２７ ５群鏡筒（第１の保持部材）
１３１ ラック（伝達部材）
１３２ ラックバネ（付勢部材）
１３３ ラックガイド軸（ガイド軸部材）
Ｌ４ 第４群レンズ（第２のレンズ群）
Ｌ５ 第５群レンズ（第１のレンズ群）
Ａ 最大量（最大値）
Ｂ 退避量

Claims (7)

1. 光軸方向に移動する第１、第２のレンズ群と、
   前記第１のレンズ群を保持する第１の保持部材と、
   前記第２のレンズ群を保持する第２の保持部材と、
   前記第２の保持部材を前記光軸方向に電動で駆動する駆動手段と、
   前記駆動手段の駆動力を前記第２の保持部材に伝達する伝達部材と、
   前記第２の保持部材と前記伝達部材とが所定の位置で当接するように付勢する付勢部材と、
   前記伝達部材の移動を制限するガイド軸部材と、
   を有する光学装置において、
   前記ガイド軸部材は、前記第２の保持部材に固定され、
   前記第２の保持部材と前記伝達部材とは、一体的に前記光軸方向に移動し、
   前記第１の保持部材が、前記第２の保持部材に当接した際に、前記第２の保持部材と前記伝達部材との前記光軸方向の相対位置が、前記付勢部材の付勢力に抗して変化することを特徴とする光学装置。
2. 前記伝達部材は、前記ガイド軸部材に対して前記光軸方向に移動可能に保持され、前記ガイド軸部材の軸回りに回転可能に保持されていることを特徴とする、請求項１に記載の光学装置。
3. 前記第２の保持部材の移動範囲内に、前記第１の保持部材が移動できる量を退避量とし、前記伝達部材が前記第２の保持部材に対して前記光軸方向へ相対的に移動可能な量は、前記退避量の最大値より大きいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の光学装置。
4. 前記駆動手段を保持するベース枠部材と、前記ベース枠部材に保持されたレンズ枠ガイド手段とを更に有し、
   前記第２の保持部材は、前記レンズ枠ガイド手段により前記光軸方向に移動自在に保持され、前記駆動手段によって前記光軸方向へ前記ベース枠部材に対して相対的に移動することを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学装置。
5. 前記付勢部材は、前記第２の保持部材に対して、前記伝達部材を前記光軸方向に付勢すると共に、前記ガイド軸部材の軸回りの回転方向に付勢することを特徴とする、請求項１乃至４の何れか一項に記載の光学装置。
6. 請求項１乃至５の何れか一項の光学装置と、該光学装置により形成された像を撮る撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
7. 前記光学装置は、前記撮像装置に対して着脱可能であることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。

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