JP4059483B2 - 光学装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学装置の駆動装置、光学装置及びその駆動方法に関し、更に詳しくは、撮影レンズ群を光軸に沿って移動させることによって変倍と合焦を行うカメラなどの撮像装置で用いられる鏡筒などの光学装置及びその駆動装置、及び駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カメラのズーム鏡筒駆動機構では、駆動源として、カム筒等を回転することによって複数の撮影レンズ群の一部または全体を光軸方向に移動させ変倍を行うズームモーターと、撮影レンズ群の中の少なくとも１つのレンズ群を移動させ合焦を行うＡＦモーターとが必要である。しかし、駆動源として２つのモーターを用いることは、機構全体の構成を複雑且つ巨大にし、コストアップにもつながる。
【０００３】
そのため、銀塩フィルムを用いるカメラでは、図１６に示すステップズーム機構が考案されている。図１６はステップズーム機構の概念図であり、カム筒などは円筒形状ではなく平板状態で図示している。
【０００４】
図１６において、１０１は不図示の正のパワーを有するレンズ群を保持する前レンズ群、１０２は不図示の負のパワーを有するレンズ群を保持する後レンズ群である。前レンズ群１０１及び後レンズ群１０２からは、それぞれカムピン１０１−ａ、１０２−ａが延びていて、直進筒１０３の直進溝１０３−ａ、１０３−ｂによって回転不能な状態で光軸１０６方向にガイドされている。そして、カムピン１０１−ａ、１０２−ａはカム筒１０４のカム溝１０４−ａ、１０４−ｂとカム結合している。従って、カム筒１０４がモーター１０５によって回転（図中では矢印Ａ方向に平行移動）すると、カム溝１０４−ａ、１０４−ｂの軌跡に沿って、前レンズ群１０１と後レンズ群１０２が光軸１０６方向に移動する。
【０００５】
この時、図１６に示すカム溝１０４−ａ、１０４−ｂの形状から分かるように、前レンズ群１０１を直線的に被写体側（図中左下方向）に移動させ、後レンズ群１０２は前レンズ群１０１との間隔を縮めながら階段状に移動させるようにする。このように前・後レンズ群１０１，１０２の間隔が変化すると、焦点距離が変化する。
【０００６】
また、後レンズ群１０２は階段状に動くため、被写体が無限位置にある場合、結像面は光軸１０６に沿って往復運動する。同様に、被写体が任意の有限距離にある場合にも結像面は光軸１０６に沿って往復運動する。そこで、被写体が無限位置にある場合の結像面の往復範囲と、有限距離にある場合の結像面の往復範囲との少なくとも一部がオーバーラップするように後レンズ群１０２の移動軌跡を設定し、そのオーバーラップ領域にフィルムを置くことにより、無限位置から有限距離（至近）までの被写体に対して、後レンズ群１０２の階段の一段分の移動範囲のどこかでフィルム面に像を結ぶことができ、写真を写すことができる。
【０００７】
また、上述したように、階段の一段分毎に両レンズ群の間隔が異なり、焦点距離を変えることができるので、変倍と合焦とを交互に繰り返す機構を一つのモーターで実現することができる。以上が、ステップズーム機構の概略である。
【０００８】
このようなステップズーム機構を用いた場合、「変倍」とは、前レンズ群１０１と後レンズ群１０２の間隔を変えることである。そして、「合焦」とは任意の距離にある被写体の結像面をフィルム面と一致させることであるが、実は「合焦」の際のレンズの動きは「変倍」時と同様で、前レンズ群１０１と後レンズ群１０２の間隔を変え、焦点距離を変えることによって結像面の位置を変えている。従って、フィルム面に例えばＣＣＤなどの撮像素子を置いて合焦時の像を観察してみると、ボケた像がだんだんシャープになり合焦する時は、同時に焦点距離も変わっているので、像倍率も変わっていることが分かる。この合焦時の像倍率の変化は、無限位置に有る被写体を写す時に対して、被写体までの距離が近ければ近いほど大きくなる。このような合焦時の像倍率の変化は、ＣＣＤなどから取り込んだ像を液晶表示装置などでリアルタイムで見ることができるカメラでは観察できるが、フィルムに撮影する場合等はこの挙動を知ることはできない。
【０００９】
また、上記ステップズーム機構とは異なる構成で、１つのモータで変倍と合焦を行う機構が特開平第１１−３１１８１９号公報に開示されている。これは、ズーム機構によって３つのレンズ群（１群〜３群レンズ）を動かし、その中の１つの群（２群レンズ）を合焦機構で動かすもので、１つのモーターでズーム機構を動かし、次いで、合焦機構を動かす構成を成している。この構成では、合焦機構はズーム機構の中に組み込まれていて、合焦レンズ群（２群レンズ）はズーム動作で動くと同時に合焦動作でも動く。このレンズ群の動きは、上記のステップズームに用いられているレンズ構成と同様に、３つのレンズ間隔を変えることで「変倍」を行うと同時に、「合焦」動作でもレンズ間隔を変えて結像面をフィルム面と一致させる構成をとるので、合焦動作時にも結果として像が変倍されてしまう。
【００１０】
このように、上記２つの従来技術ではレンズの移動方式は異なるが、レンズ構成としては、変倍するために移動させるレンズ群があり、合焦するためにその中の少なくとも一つのレンズ群を移動させる。そのため、いずれの場合も結果として、合焦動作が変倍動作を伴ってしまう。
【００１１】
一方、フィルムではなくＣＣＤ等の撮像素子を用いて撮影を行うデジタルカメラも近年多く製品化されている。その光学系の概念図を図１７に示す。また、比較のために、図１８に図１６で説明したステップズーム機構に用いられる光学系の概念図を示す。
【００１２】
図１７は、様々な角度（光軸と成す角度θ）で入射する入射光１１０が第１レンズ群１１１、第２レンズ群１１２、第３レンズ群１１３を通って射出光１１４として集光され、ＣＣＤ１１５に到達した状態を示している。実際のデジタルカメラにおいては、ＣＣＤ１１５に入る赤外光などの可視光以外の有害光などを除去したり、ＣＣＤ１１５の分解能に合わせて画像の高周波成分をカットするために、数枚の平行平板のフィルター１１６がＣＣＤ１１５の前を覆っている。
【００１３】
図１８は、様々な角度から入射する入射光１２０が第１レンズ群１２１，第２レンズ群１２２を通って射出光１２３として集光され、フィルム１２４に到達した状態を示している。なお、図１７及び図１８では、どちらの図においても、光線を示す線は主光線のみを示しており、入射光１１０，１２０、射出光１１４，１２３共に、上線、下線は省略している。
【００１４】
図１７及び図１８のどちらの光学系も、光学系全体がトータルとして正のパワーを有する点では同じである。しかし、図１７，図１８では、様々な角度で入射する入射光１１０、１２０に対し、射出光１１４、１２３の角度は異なっている。つまり、図１７ではそれぞれの角度で入射する入射光１１０に対して、射出光１１４は対応する像高を有する角度がゼロの平行光となるようにＣＣＤ１１５上に集光されるのに対し、図１８ではそれぞれの角度で入射する入射光１２０に対して、射出光１２３は像高が変化すると共に、入射角が大きいほど、射出光が光軸と成す角度も大きくなってフィルム１２４に集光される。これは、フィルター１１６の有無による光学的な要件の違いによって、レンズタイプが異なるからである。つまり、フィルター１１６に角度を持って光が入ると、そこで屈折が発生し像品質を劣化させてしまうため、図１７に示す構成では、射出光１１４は光軸に対して平行な光（角度がゼロ）でなければならない。一方、図１８に示す構成では、射出光１２３を単にフィルム１２４の結像面に集光させるだけなので、角度を持っていても問題ない。ただし、図１７の構成において、実際には射出光１１４は厳密に光軸に平行な光である必要はなく、フィルター１１６内で発生する屈折が及ぼす像性能の劣化の許す範囲内ならば、各像高毎に多少の角度を持っていても問題はない。その際、変倍に際して焦点距離が変わっても、像高毎の角度が変化しないことが望ましい。したがって、図１８に示すような大きな角度を有する射出光がフィルター１１６に入射した場合、確実に有害な屈折を発生させてしまう。
【００１５】
以上説明したように、フィルム１２４を用いる場合には、図１８に示すように、レンズは単に集光する機能のみを有していれば良く、最低でも正と負のパワーを有するレンズ群の組み合わせがあれば良い。そして、それらのレンズ群の間隔、絶対位置を変える機構（例えば上述したステップズーム機構や特開平第１１−３１１８１９号公報に開示された機構）によって、変倍と合焦（実際には変倍動作を伴う、結像位置を変える動作）を行う。
【００１６】
一方、図１７の様にフィルター１１６を有するＣＣＤ１１５を用いる場合には、正と負のパワーを有するレンズ群の組み合わせ以外に、入射光を光軸と略平行な光としてＣＣＤ１１５に導くレンズ群（第３レンズ群１１３）が必要になる。このレンズの組み合わせでは、第１、２レンズ群１１１，１１２で主に変倍を行い、第３レンズ群１１３で主に合焦を行うことになる。従って、合焦時にＣＣＤ１１５の像を液晶表示装置などで見ると、第３レンズ群１１３が光軸方向に移動し、ボケた像がだんだんシャープになるが、第１、２レンズ１１１，１１２は動いていないので、像倍率が大きく変わることはない。そして、このような光学系では変倍レンズ群と合焦レンズ群の動きが独立して行われるので、それぞれのレンズ群を移動させる機構及び駆動源も独立して構成される。つまり、特開平第１１−３１１８１９号公報のように、ズーム機構の内部に合焦機構が組み込まれている構成ではなく、例えば特開２０００−２０６３９４に示されているような構成になる。
【００１７】
また、変倍レンズ群（第１、２レンズ群１１１，１１２）が移動する際に、合焦レンズ群（第３レンズ群１１３）が完全に不動であるレンズ構成以外にも、変倍に際して結像面の位置を維持する為に僅かな量だけ合焦レンズ群が移動するレンズ構成もある。しかし、変倍時に僅かに移動する合焦レンズ群は変倍には直接的に寄与しない光学系であり、変倍レンズ群との移動タイミングや移動量が異なるので、特開２０００−２０６３９４では駆動機構を独立させた構成を開示している。
【００１８】
また、本来、デジタルカメラには図１７に示すような光学系が必要となるが、特開２０００−１３４５２６では、図１８の光学系を用いたステップズームのデジタルカメラが開示されている。つまり、第１及び２のレンズ群を移動させ、変倍を行うと同時に、第２のレンズ群をＣＣＤに対して階段状に移動させて合焦を行っている。このようなレンズ構成では、上述したように合焦時に像倍率が変化しながらピントが合う挙動を示し、ＣＣＤの前に有るフィルターによって、像高の高い部分の像は屈折が発生し、像品質が悪くなってしまう。従って、デジタルカメラには図１７で示した様な光学系を用いるのが望ましい。
【００１９】
また、撮影自体に障害にはならないが、この様な構成のレンズ構成でステップズーム機構を用いて、ワイドとテレの間を連続して駆動した場合、レンズは変倍と合焦（変倍を伴う）を交互に繰り返すことになり、ピントがボケたりあったりする以外に、像倍率も階段状に変わるので、その像は「ガクガク」と変化してしまい、非常に見苦しいものになってしまう。
【００２０】
なお、図１７に示すレンズ構成は、デジタルカメラだけではなく、交換レンズを用いた銀塩フィルムカメラにも多く用いられている。つまり、交換レンズには様々なレンズタイプがあるが、撮影像を受け取るのはカメラ本体であり、カメラ本体は、撮影像の所定の像高のところで測距及び測光を行っているため、どの交換レンズであっても、交換レンズから出た射出光は（平行光でなくても良いが）像高毎に同じ状態でなければならない。そして、それはレンズタイプ、焦点距離によらず同じでなければならない。これは、ちょうど図１７のレンズタイプが必要とする要件、すなわち、各像高毎に一定の小さな角度で結像面に集光させる点と似ている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、ステップズーム機構や特開平第１１−３１１８１９号公報で開示されている機構では、変倍を行うレンズ群の一部のレンズを合焦レンズ群として用いるタイプの光学系に適用することが容易であるが、特開２０００−１３４５２６のように、その光学系及び機構をそのままデジタルカメラに用いると上述したように、フィルターによる屈折、合焦時の像倍率の変化、連続ズーム時の像倍率の「ガクガク」とした変化等の不具合が生じてしまう。
【００２２】
しかしながら、上記不具合を避けるために、従来のように変倍と合焦とを独立して行うレンズ群をそれぞれ独立して駆動させる機構及びその駆動源を用いると、２つの機構及び２つの駆動源が必要であるために、鏡筒全体が大きくなり、部品点数も増え、コストアップにつながってしまう。特に、駆動源となるモーターはコストも高く、スペースも大きく必要である。
【００２３】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、複数のレンズ群を１つの駆動源を用いて独立に駆動できるようにすることを第１の目的とする。
【００２４】
更に、１つの駆動源を用いて複数のレンズ群を独立に駆動する場合に、像倍率の変化中に合焦の度合いが変化せず、また、焦点調節中に像倍率が変化しないようにすることを第２の目的とする。
【００２５】
更に、１つの駆動源を用いて複数のレンズ群を独立に駆動する場合に、像倍率を上げるか下げるかに関わらず、焦点調節時の焦点合わせの方向を一方向に保つことを第３の目的とする。
【００２８】
発明の好適な一様態によれば、前記第２光学系は、少なくとも１枚のレンズを保持し、その周囲に少なくとも１つの突起を有する保持手段と、光軸方向に凹凸形状を有するカム環とを有し、前記保持手段の突起を前記カム環の凹凸形状に当接させ、前記第２駆動手段により前記カム環を一方向に回転させることで、前記レンズを光軸に沿って往復移動させる。
【００２９】
また、上記第２の目的を達成するために本発明によれば、上記光学装置において、前記動力源から前記第１駆動手段への動力伝達が、所定時間なされないようにする遅延手段を更に有し、前記所定時間の間に、前記第２光学系による焦点調節を行う。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光学装置は、変倍光学系である第１光学系と、前記第１光学系との組み合わせによって被写体像を結像面に結像させる焦点光学系である第２光学系と、前記第１光学系を駆動するための第１駆動手段と、前記第１駆動手段とは独立した駆動機構を有して設けられた、前記第２光学系を駆動するための第２駆動手段と、動力を発生する動力源と、前記動力源が発生した動力を分岐して、当該分岐した動力を前記第１及び第２駆動手段にそれぞれ常時伝達する分岐手段と、前記動力源から前記第１駆動手段への動力伝達が、所定時間なされないようにする遅延手段とを有し、前記第２の光学系の位置を不動または僅かな量だけ移動することによって、前記第１光学系による変倍に際して結像面の位置を維持し、前記所定時間の間に、前記第２光学系による焦点調節を行い、前記第２光学系は、少なくとも１枚のレンズを保持し、その周囲に少なくとも１つの突起を有する第１の保持手段と、光軸方向に凸形状を有し、その周囲に少なくとも１つの突起を有する第２の保持手段を有するカム環と、前記第２の保持手段の突起に当接することによって前記カム環の回転範囲を規定する第１及び第２の規定手段とを有し、前記第１の保持手段の突起を前記カム環の凸形状に当接させ、前記第２駆動手段により前記カム環を回転させることで、前記レンズを光軸に沿って移動させる。
【００３１】
好ましくは、前記第２の保持手段の突起が前記第１又は第２の規定手段に当接した状態において、前記動力源の動力が前記第２駆動手段に伝達しないようにするスリップ手段を更に有する。
【００３３】
また、上記第３の目的を達成するために本発明によれば、上記光学装置において前記第１の規定手段は電磁石であり、前記第１駆動手段により前記第１光学系を駆動中に、前記第２の保持手段の突起が前記電磁石に当接した状態を保つ。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３６】
図１は、本発明の実施の形態における鏡筒及びその駆動機構の構成を示す概念図であり、レンズの正確な構成や駆動機構の詳細な構成などは省略している。
【００３７】
第１光学系１と第２光学系２を通過した光束は結像面３で結像する。それぞれの光学系１，２は、１枚の単レンズであっても、複数枚から構成される１つの単レンズ群であっても、更に複数のレンズ群から構成されるものであってもよい。第１光学系１は第１駆動機構４によって、また第２光学系２は第２駆動機構５によって移動する。第１及び第２駆動機構４，５それぞれは、送りネジなどでレンズを移動させる機構であっても、カム筒などで複数のレンズ群を光学軌跡に沿って移動させるものであってもよい。そして、モーター６からの動力がギアや連結軸などの動力伝達手段によって第１駆動機構４と第２駆動機構５に伝達される。その際、モーター６から出た動力が分岐７によって分かれて、各第１及び第２駆動機構４，５に伝えられる。その分岐７とは、例えば一つのギアに２つのギアが噛み合って動力が分かれるような状態である。ここで、第１及び第２光学系１，２を実質的に移動させる第１及び第２駆動機構４，５と、モーター６からの動力が光学系を移動させるための動力の流れから考えて、第１及び第２駆動機構４，５に動力を伝達する伝達手段を含めて、第１駆動系８、第２駆動系９とする。モーター６の動力は分岐７で分けられて第１駆動系８及び第２駆動系９に常時伝達される構成になる。
【００３８】
以上の構成によれば、第１駆動系８と第２駆動系９とを一つのモーター６で駆動させることができる。従来は、光学系及びそれを移動させる駆動機構が独立して２つあった場合には、それぞれにモーターを取り付けていたが、本実施の形態によれば一つのモーターで済む。更に第１及び第２光学系１，２は独立した第１及び第２駆動機構４，５によって移動させることができるので、各駆動機構に必要とされる動力の大きさの配分を任意に設定することができ、モーター６の出力を有効に使うことができる。具体的には第１及び第２駆動機構４，５に至るまでのギアの減速比を適宜設定することによって、必要最小限の出力を第１及び第２駆動機構４，５に伝えることができる。
【００３９】
更に、第１及び第２駆動系８，９が互いに独立しているので、各駆動機構４，５の駆動メカニズムや大きさを自由に設定することができ、設計の自由度が向上する。
【００４０】
例えば、従来のように第１駆動機構４と第２駆動機構５とが独立しておらず、一体のカム筒であった場合、第１光学系１を移動させる為のカム筒の回転位相と、第２光学系２を移動させる為のカム筒の回転位相とを同じにしなければならず、結果として、両光学系を満足するカム曲線が設定できない場合が生ずる恐れある。また、一方の駆動機構４又は５がカム筒を回転させて光学系１又は２を移動させるのに適した系であるのに対し、他方の駆動機構が送りネジで移動させるのに適した系であった場合は、両者の駆動機構４，５を一つにまとめるのは従来困難である。更に、第１光学系１と第２光学系２の大きさが著しく異なっていた場合、第１駆動機構４と第２駆動機構５も当然大きさに違いがあるため、一つの機構に一体化させることが設計的に難しい場合もあり得る。
【００４１】
しかし、モーター６の動力を、第１駆動系用と第２駆動系用に独立に分配するため、駆動機構駆動メカニズムや大きさを自由に設定することができるため、設計の自由度が向上する。
【００４２】
（第１の実施形態）
次に、図２〜図５を参照して、本発明の第１の実施形態における鏡筒及びその駆動機構の具体例を説明する。図２は、本第１の実施形態の概念を図１７で示した従来の光学系に適用した鏡筒駆動機構である。
【００４３】
図２において、第１レンズ群２０、第２レンズ群２１は直進筒２２と変倍カム筒２３によって、光軸に沿って移動可能に保持されている。変倍カム筒２３が回転することによって、第１レンズ群２０、第２レンズ群２１は図３に示す移動軌跡を移動し、ワイドからテレまでの変倍を行ことができる。
【００４４】
第３レンズ群２４は図４に示すような山谷カム面２５−ａを有する合焦カム環２５によって光軸方向の位置が規定されている。図４は概念図であり、第３レンズ群２４の直進案内部品は図示の簡略化のため省略している。第３レンズ群２４の突起２４−ａが山谷カム面２５−ａに当接し、合焦カム環２５がある一方向に回転することによって、第３レンズ群２４は光軸に沿って図３に示すような往復運動をする。そして、その往復運動の移動幅を図３に示すように、任意の焦点距離に対して第３レンズ群２４が合焦の為に必要な無限から至近までの移動幅以上となるように設定しておく。
【００４５】
モーター２８の動力は分岐２９で分けられて、変倍カム筒２３及び合焦カム環２５に伝えられ、それぞれを回転させる。この構成では、各レンズ群の直接の駆動機構は、直進筒２２、変倍カム筒２３、合焦カム環２５等である。そして、各駆動機構に動力を伝達しているギアなどから構成される動力伝達手段３０、３１を含め、直進筒２２、変倍カム筒２３、動力伝達手段３０などを第１駆動系３２とし、合焦カム環２５、動力伝達手段３１などを第２駆動系３３とする。つまり、モーター２８の動力は分岐２９で分かれて、第１駆動系３２及び第２駆動系３３に常時伝達されることになる。
【００４６】
撮影像を取り込むＣＣＤ２６の前には、数枚のフィルター２７がＣＣＤ２６を覆っている。
【００４７】
以上の構成で、モーター２８を回転させ、各レンズ群を図３のように移動させた場合にＣＣＤ２６にどのような像が写るかを説明する。図５は、図３のワイド付近の拡大図である。
【００４８】
先ず、本鏡筒駆動機構がワイド端にある場合は、第３レンズ群２４は「Ｘ」の位置にある。この位置は、合焦レンズ群である第３レンズ群２４が無限から至近にある被写体を撮影可能な範囲の外にあるので、ＣＣＤ２６にはボケた像が投影される。その状態から、変倍カム筒２３を回転させ、それぞれの軌跡に沿って第１レンズ群２０、第２レンズ群２１を移動させる。また同時に合焦カム環２５を回転させ、第３レンズ群２４を被写体側へと移動させる。すると、第３レンズ群２４が「Ｙ」の位置に達する。この位置は、被写体が無限位置にあった場合にＣＣＤ２６に被写体像が結像される位置である。もし、撮影すべき被写体が無限位置にあれば、ここで、ＣＣＤ２６の像を撮影画面として取り込む。また、もし、被写体が有限距離にある場合は、ＣＣＤ２６の像は、「Ｘ」の位置での像よりはシャープになっているが、未だボケた像である。そのため、更に各レンズ群の移動を続け、その被写体距離にピントが合う「Ｚ」の位置まで移動させる。そこで、ＣＣＤ２６の像を取り込む。このように、無限から至近に至るまでの被写体像をＣＣＤ２６に合焦させることができる。
【００４９】
以上の説明は、ワイド端における各レンズ群の動き及びＣＣＤ２６に写る像の説明であるが、図３に示した６箇所の「ＡＦ」と記した範囲では全て同じ説明ができ、これによって、ワイドからテレまでの区間の変倍及び合焦を一つのモーター２８で行うことができる。なお、ＡＦ範囲の内、◎印を付けた範囲では合焦レンズ群２４の移動方向が◎印の無いＡＦ範囲と逆になるので、上記説明とは逆で、至近に被写体が有る場合に先にピントが合い始める。
【００５０】
本第１の実施形態では、概念を説明する為に、変倍レンズ群を移動させるのは直進筒２２と変倍カム筒２３のみにしている。しかし、この構成のみを考えると、変倍カム筒２３と合焦カム環２５は容易に一体化できる。つまり、図３に示す様な３本のカム軌跡を持った１つのカム筒があれば、要件を満たすことができ、当然、駆動に必要なモーターも１つで済む。しかし、近年のデジタルカメラには、レンズ群を移動させるカム筒を複数本用いて多段型にし、沈胴状態をコンパクトにする差動型の鏡筒駆動機構が多く用いられている。つまり、図３のカム軌跡を持った一つのカム筒を用いた鏡筒駆動機構ではコンパクトにできなくなってしまう。そのため、図２に示すように、変倍用の駆動機構を独立して２つ設けることによって、差動型の鏡筒駆動機構を実現することができる。
【００５１】
以上説明した様に、本第１の実施形態によれば、１つのモーターの動力を分け、変倍レンズ群と合焦レンズ群を移動させる駆動系に常時伝達しているので、簡単な構成で変倍と合焦とが実現でき、従来は２つ必要であったモーターを１つに減らすことができる。また、差動型の鏡筒駆動機構にも応用可能である。
【００５２】
更に、従来例で説明した特開２０００−１３４５２６では、ワイドとテレの間を連続してズームさせると、ピントが合ったりボケたりする以外に、像倍率が階段状に変化するため、その像は「ガクガク」変化してしまい、非常に見苦しいものになってしまうが、本第１の実施形態では、変倍レンズ群は図３に示す様に滑らかな軌跡を描けるので、像倍率も滑らかに変化し、見苦しいものにはならない。
【００５３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００５４】
上記第１の実施形態における図２に示す構成では、連続ズーム中にピントが合ったりボケたりする点、また、撮影可能範囲（撮影する際の焦点距離）が図３に示すように分断された数点（図３に示す例では６箇所）である点、更に、合焦動作中に合焦レンズ群が動くと同時に変倍レンズ群も動いてしまい、像倍率が変わってしまう点などの不具合が残る。
【００５５】
本第２の実施形態では上記不具合を解決するための機構について、図６〜図１３を参照して説明する。
【００５６】
図６において、上記第１の実施形態で図２を参照して説明した構成と同様の構成には同じ参照番号を付し、説明を省略する。以下、本第２の実施形態に特有の構成について詳しく説明する。
【００５７】
４０は、分岐２９で分けられたモーター２８の動力を変倍機構である変倍カム筒２３に伝える動力伝達手段の途中に設けられた遅延機構である。遅延機構４０の詳細な構造を図８に示す。図８（ａ）と図８（ｂ）は遅延機構４０を互いに逆の方向から見た場合の詳細図である。遅延機構４０は、入力部４０−ａと同軸で回転する出力部４０−ｂを有し、それぞれには入力軸４０−ｃ、出力軸４０−ｄが延びていて、モーター２８からの動力を伝達する。そして、図示のように、回転方向が変わると、入力部４０−ａと出力部４０−ｂとが空回りする位相がある構成にする。このようにすることで、入力部４０−ａの回転方向が変わった場合に、その回転が出力部４０−ｂに伝わり始め、出力部４０−ｂが回転を開始するのに、タイムラグが生ずる。ただし、正逆回転が変わったときにその動きが遅延するような機構であればどのような機構であっても良く、本第２の実施形態は一例に過ぎない。
【００５８】
合焦レンズ群である第３レンズ群２４は、図９に示すような単調に増加する単一カム面４１−ａを有する合焦カム環４１に突起２４−ａが当接することによって、光軸方向の位置を規定されている。図９においても、第１の実施形態と同様に直進案内部品は省略している。合焦カム環４１には突起４１−ｂがあって、それがストッパー４２、４３に当接するので、無制限に回転することはできない。つまり、合焦カム環４１がストッパー４２によって回転規制されている図９のような状態では、第３レンズ群２４はＣＣＤ２６に最も近づく。そして、反時計方向に回転してストッパー４３に当たることによって回転が規制される状態では、最も第３レンズ群２４が被写体側に繰り出した状態である。合焦カム環４１はこの間の位相を回転できるだけで、それ以上は回転できない。この実施形態では、モーター２８の動力を受けて変倍カム筒２３がテレ方向に回転する時に、合焦カム環４１が反時計方向に回転し、第３レンズ群２４が被写体側に繰りされるように動力伝達手段を設定する。
【００５９】
また、４４は分岐２９で分けられたモーター２８の動力を、合焦機構である合焦カム環４１に伝える動力伝達手段の途中に設けられたスリップメカである。スリップメカ４４の詳細な構造を図１０に示す。スリップメカ４４は、入力部４４−ａと同軸で回転する出力部４４−ｂを有し、それぞれには入力軸４４−ｃ、出力軸４４−ｄが延びていて、モーター２８からの動力を伝達する。ただし、入力部４４−ａと出力部４４−ｂとは嵌合しているのみで、入力部４４−ａが回転しても出力部４４−ｂは回転はしない。そのため、入力部４４−ａと出力部４４−ｂの間にはフリクションバネ４４−ｅが入っている。フリクションバネ４４−ｅは略Ｃ字形になっていて、自由状態で直径Ｂとする。そして、出力部４４−ｂの直径Ｂより小径の内径側４４−ｆに弾性変形させて組み込まれている。また、入力部４４−ａにはフリクションバネ４４−ｅを丁度逃げた形状の部分があって、全体が一つのユニットになっている。この構成で、入力部４４−ａが回転すると、その回転力がフリクションバネ４４−ｅに伝わり、それが出力部４４−ｄに伝わる。ただし、フリクションバネ４４−ｅと出力部４４−ｂとは内径側４４−ｆで面摩擦で一体となっているのみなので、一定以上のトルクが出力部４４−ｂに加わると、いくら入力部４４−ａが回転しても、それ以上は出力部４４−ｂは回転しない。図１０に示すスリップメカは一例であり、他のどのような形態のものでも構わない。
【００６０】
また、分岐２９から別れ、スリップメカ４４に至るまでの動力伝達手段の途中で、更に、動力が分岐され、無限位置調整機構４５にその動力が伝達される。この機構の目的は、合焦カム環４１の光軸方向の位置を移動させる為のものである。従来例で説明したように、合焦レンズ群である第３レンズ群２４は、変倍レンズ群である第１レンズ群２０，第２レンズ群２１が動いて変倍している間は不動である場合もあるが、結像面の位置を維持する為に僅かな量だけ移動する場合もある。その為に、変倍中にこの無限位置調整機構４５が回転して、微少に合焦カム環４１の光軸方向の位置を移動させ、被写体が無限位置にある場合の結像面の位置をＣＣＤ２６に合わせる。図６では送りネジ機構で図示されていて、回転に関して線形的に合焦カム環４１を光軸方向に移動させている。しかし、光学タイプによっては、図７で示されてるように、無限位置軌跡を非線形に移動させなければならない場合もあるので、送りネジ機構以外にも、カム機構などを用いる構成もあり得る。ただし、本実施形態の図６は概念図であり、上記、要件（合焦カム環４１を変倍に連動して光軸方向に移動させる）を満足できれば、どのような機構でも良い。
【００６１】
以上、説明した各種機構が動力伝達手段の途中に設けられているが、変倍機構（直進筒２２，変倍カム筒２３）と、動力伝達手段を含めた遅延機構４０などが全体で第１駆動系４６、また、合焦機構（合焦カム環４１）と、動力伝達手段を含めたスリップメカ４４および無限位置調整機構４５などが全体で第２駆動系４７と考えられる。すなわち、モーター２８の動力は分岐２９で分かれて、第１駆動系４６及び第２駆動系４７に常時伝達されていることになる。
【００６２】
次に、分岐２９と遅延機構４０，又はスリップメカ４４との位置関係について詳細に説明を行う。図６の構成から容易に想定できる具体的な配置としては、図１１に示すような配置で、明確に分岐２９に相当するギアがあり、遅延機構４０、スリップメカ４４に動力を伝える動力伝達手段としてのギア４８、４９があって、モーター２８の動力が第１駆動系４６及び第２駆動系４７に常時伝達される。これに多少の変更を加えたのが図１２である。これには図１１の動力伝達手段であるギア４８などが無くなっているが、遅延機構４０の入力軸４０−ｃをギアと同等の動力伝達手段と見なせば、動力の流れから考えると、図１１と図１２とは等価な構造と言える。ここで、遅延機構４０の入力部４０−ａ、入力軸４０−ｃ、及び分岐２９に使用されているギアが一体で回転していることを考慮すれば、図１３の構成もまた図１１と等価な構成であることが分かる。
【００６３】
つまり、図６では、遅延機構４０やスリップメカ４４は、第１駆動系４６、第２駆動系４７の中に完全に取り込まれていて、分岐２９からは明確にギアや連結軸などの動力伝達手段５０、５１が配置されているように見えるが、実際の構成でギアや連結軸などがなくても、動力の流れから考えると、動力伝達手段５０，５１は構成上は必然的に配置されていることになる。従って、本発明で言うところの「常時」とは、遅延機構４０などで逆回転によって動力の伝達が一瞬行われなくなる構成も「常時」と見なすことになる。これは、遅延機構４０で動力の伝達が一瞬行われなくなるが、それは一瞬であり、最終的には必ず伝達される構成であるからである。これに対し、遊星ギア機構などは、選択的に動力の伝達先を切り替えており、選択先を意図的に切り替えなければ動力が伝達されない。従って、このような構成は「常時」とは言えない。
【００６４】
以上の構成で、モーター２８を回転させ、各レンズ群を図７のように移動させた場合にＣＣＤ２６にどのような像が写るかについて説明する。
【００６５】
先ず、モーター２８を駆動してワイド端からテレ方向へと第１レンズ群２０、第２レンズ群２１を移動させる。その際、合焦カム環４１は反時計方向に回転するように設定されているので、第３レンズ群２４が被写体側に繰り出される。しかし、上記の通り合焦カム環４１の回動は突起４１−ｂがストッパー４３に当接することによって規制されている。この状態で更にモーター２８の駆動を続けてもスリップメカ４４で空回りするので、合焦カム環４１は壊れることなく、ストッパー４３に突き当たった状態を維持する。以上の動作が矢印(1)に相当する。
【００６６】
そして、任意の焦点距離（例えば「Ｃ」の焦点距離）で変倍を止めたとする。そこで、モーター２８の回転を逆転させる。その際、変倍カム筒２３は遅延機構４０によって逆方向には回転しないが、合焦カム環４１は時計方向に回転する。そして合焦カム環４１の突起４１−ｂがストッパー４２に当接し、回転が規制されたところでモーター２８の回転を止める。遅延機構４０の遅延時間は、合焦カム環４１の突起４１−ｂがストッパー４３に当たっている状態から、ストッパー４２に当たるまでの時間に設定しておく。
【００６７】
一方、合焦カム環４１の上記回転前には第３レンズ群２４はＣＣＤ２６に近づいた位置にあるが、その位置を規定している合焦カム環４１は無限位置調整機構４５によって光軸方向に若干移動している。従って第３レンズ群２４のＣＣＤ２６に対する位置は、無限位置調整機構４５による合焦カム環４１自体の光軸方向の移動と、合焦カム環４１の回転による移動との組み合わせで決まる。図７の矢印(2)は、合焦カム環４１の突起４１−ｂがストッパー４３に当たっている状態からストッパー４２に当たるまでの、第３レンズ群２４の軌跡を示す。
【００６８】
突起４１−ｂが回転後にストッパー４２に当接している状態では、ＣＣＤ２６にピントが合っているのは、無限位置にある被写体であり、もし、取り込みたい画像が無限位置にあれば、そこで画像を取り込めばよい。被写体が有限距離にある場合には、合焦カム環４１を反時計方向に回転させて、ＣＣＤ２６にピントが合うまで第３レンズ群２４を被写体側に繰り出す。その際、合焦カム環４１はモーター２８を回転させて動力を得るが、変倍カム筒２３は遅延機構４０によって回転はしないので、変倍動作は行われない。矢印(3)はストッパー４３に突起４１−ｂが当たるまでの軌跡を示しているが、実際には、この途中のいずれかでピントが合って、画像の取り込みが行われる。
【００６９】
なお、この「Ｃ」の焦点距離の位置からワイド方向に変倍を行う場合は、矢印(2)、矢印(4)を経由する。また、そのままテレ方向に更に変倍を行う場合は矢印(5)を経由する。そして、任意の焦点距離（例えば「Ｄ」）で撮影を行う場合、上記と同じ動作をさせれば良い。従って、本第２の実施形態であれば、任意の焦点距離で撮影を行うことができる。
【００７０】
以上説明した様に、本第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を満足すると同時に、撮影焦点距離を任意に選択することができる。更に、合焦動作中に合焦レンズ群が動いても、変倍レンズ群が動くことがないので、像倍率が変わってしまうといった不具合を解決できる。
【００７１】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００７２】
上記第２の実施形態では、第１の実施形態で用いた山谷カム面２５−ａを用いた場合のように連続ズーム中にピントが合ったりボケたりする、と言った不具合はないが、第２の実施形態ではテレ方向駆動の場合は超至近の被写体に最初にピントが合い、ワイド方向駆動の場合は無限位置にある被写体に最初にピントが合うと言った、ズーム方向の違いで像の見え方が変わる不具合がある。本第３の実施形態では、この不具合を改良した鏡筒駆動機構について図１４及び１５を参照して説明する。
【００７３】
本第３の実施形態は、上記第２の実施形態の合焦カム環４１を改良したものであり、第２の実施形態との変更箇所のみ説明する。なお、合焦カム環以外の全体構成は、第２の実施形態の図６と同様である。
【００７４】
図１４に示す合焦カム環５２にも単調に増加する単一カム面５２−ａが構成されており、第１及び第２レンズ群２０及び２１により任意の焦点距離で撮影を行う場合、その位置でモーター２８を反時計方向に回転させる。そして合焦カム環５２の突起５２−ｂがストッパー４３に当たって回転規制されることで、第３レンズ群２４は最も被写体側に繰り出される。この状態で、無限位置調整機構４５との組み合わせによって、第３レンズ群２４を無限位置軌跡に合わせる。その際、時計方向の回転規制を、電磁石５３によって行う。
【００７５】
そして、反時計方向回転時にストッパー４３と当接し、時計方向回転時に電磁石５３と当接する、突起５２−ｂを磁力によって吸引される鉄などの材質にする。
【００７６】
以上の構成で、モーター２８を回転させ、各レンズ群を図１５のように移動させた場合にＣＣＤ２６にどのような像が写るかについて説明する。前提としては、合焦カム環５２は初期状態として、図１４に示すように時計方向に回転し、電磁石５３によって回転が規制されている状態とする。
【００７７】
先ず、モーター２８を回転させ、テレ方向への変倍を行う。この時、モーター２８を回転させると同時に電磁石５３にも通電する。上記第２の実施形態では、テレ方向の駆動時に合焦カム環４１が反時計回りに回転し、第３レンズ群２４を被写体方向に繰り出していた。しかし、本第３の実施形態では、合焦カム環５２を電磁石５３によって吸着保持し、左右どちらにも回転できないようにする。従って、第３レンズ群２４は無限位置の被写体にピントが合わせられたままである。この時の軌道を矢印(6)で示す。
【００７８】
そして、任意の焦点距離で撮影を行う場合、変倍を止めると共に、電磁石５３の通電を止め、更に、モーター２８を逆回転させる。この逆回転の駆動時間は第２の実施形態と同様で、遅延機構４０によって変倍カム筒２３のワイド方向への回転が始まってしまう前までの時間である。逆回転させている間は、電磁石５３には通電されないので、合焦カム環５２は反時計方向に回転可能ではあるが、そもそもテレ方向への駆動では時計方向に合焦カム環５２が回転するように設定されているので、図１４の状態のままである。
【００７９】
そして、被写体が無限位置にある時はこのままの状態で、また、有限距離にある時は、合焦カム環５２を反時計方向に回転させて、ＣＣＤ２６にピントを合わせて像を取り込む。この動作が矢印(7)であり、この動きは第２の実施形態と同じである。像の取り込みが終了したら、モーター２８を逆転させ、合焦カム環５２を図１４に示す状態に戻す。この時の軌跡が矢印(8)である。この、矢印(7)、(8)の一連の動きでは、合焦カム環５２は反時計方向、時計方向と回転するが、変倍カム筒２３は遅延機構４０により回転しない。
【００８０】
次に、更に、変倍動作によってテレ方向に繰り出す時は、モーター２８を回転させると同時に、電磁石５３に通電し、合焦カム環５２が回らないようにして、第３レンズ群２４を無限位置で保持するようにする。なお、ワイド方向に繰り込む時は、電磁石５３に通電しなくても、第３レンズ群２４は無限位置軌跡のまま保持される。
【００８１】
以上説明した様に、本第３の実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果を満足すると同時に、テレ方向、ワイド方向いずれの連続ズーム中でも、第３レンズ群２４を常に無限位置に設定させておくことができるため、ズーム中にＣＣＤ２６から得られる像を液晶表示装置などで見ても、焦点状態が同じ像を見ることができる。これは、変倍機構と合焦機構にそれぞれに駆動モーターを用いていた従来のデジタルカメラと全く同じ構成を一つのモーターで実現していることになる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、複数のレンズ群を１つの駆動源を用いて独立に駆動することができる。
【００８３】
また、１つの駆動源を用いて複数のレンズ群を独立に駆動する場合に、像倍率の変化中に合焦の度合いが変化せず、また、焦点調節中に像倍率が変化しないようにすることができる。
【００８４】
更に、１つの駆動源を用いて複数のレンズ群を独立に駆動する場合に、像倍率を上げるか下げるかに関わらず、焦点調節時の焦点合わせの方向を一方向に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における鏡筒及びその駆動機構の概念図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における鏡筒及びその駆動機構の具体的な構成例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるレンズ群の移動軌跡を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における合焦カム環の斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるレンズ群の移動軌跡の拡大図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における鏡筒及びその駆動機構の具体的な構成例を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態におけるレンズ群の移動軌跡を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における遅延機構の斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における合焦カム環の斜視図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態におけるスリップメカの斜視図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態における動力伝達機構の一例を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態における動力伝達機構の別の例を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態における動力伝達機構の別の例を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態における合焦カム環の斜視図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態におけるレンズ群の移動軌跡を示す図である。
【図１６】従来のステップズーム機構の概略構成を示す図である。
【図１７】従来のデジタルカメラに用いられる光学系の構成を示す図である。
【図１８】従来の銀塩フィルムカメラに用いられる光学系の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 第１光学系
２ 第２光学系
３ 結像面
４ 第１駆動機構
５ 第２駆動機構
６ モーター
７ 分岐
８，３２，４６ 第１駆動系
９，３３，４７ 第２駆動系
２０ 第１レンズ群
２１ 第２レンズ群
２２ 直進筒
２３ 変倍カム筒
２４ 第３レンズ群
２４−１ 突起
２５，４１，５２ 合焦カム環
２５−ａ 山谷カム面
２６ ＣＣＤ
２７ フィルター
２８ モーター
２９ 分岐
３０，３１，５０，５１ 動力伝達手段
４０ 遅延機構
４０−ａ，４４−ａ 入力部
４０−ｂ，４４−ｂ 出力部
４０−ｃ，４４−ｃ 入力軸
４０−ｄ，４４−ｄ 出力軸
４１−ａ，５２−ａ 単一カム面
４１−ｂ，５２−ｂ 突起
４２，４３ ストッパー
４４ スリップメカ
４４−ｅ フリクションバネ
４４−ｆ 内径側
４５ 無限位置調整機構
４８，４９ ギア
５３ 電磁石
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学装置の駆動装置、光学装置及びその駆動方法に関し、更に詳しくは、撮影レンズ群を光軸に沿って移動させることによって変倍と合焦を行うカメラなどの撮像装置で用いられる鏡筒などの光学装置及びその駆動装置、及び駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カメラのズーム鏡筒駆動機構では、駆動源として、カム筒等を回転することによって複数の撮影レンズ群の一部または全体を光軸方向に移動させ変倍を行うズームモーターと、撮影レンズ群の中の少なくとも１つのレンズ群を移動させ合焦を行うＡＦモーターとが必要である。しかし、駆動源として２つのモーターを用いることは、機構全体の構成を複雑且つ巨大にし、コストアップにもつながる。
【０００３】
そのため、銀塩フィルムを用いるカメラでは、図１６に示すステップズーム機構が考案されている。図１６はステップズーム機構の概念図であり、カム筒などは円筒形状ではなく平板状態で図示している。
【０００４】
図１６において、１０１は不図示の正のパワーを有するレンズ群を保持する前レンズ群、１０２は不図示の負のパワーを有するレンズ群を保持する後レンズ群である。前レンズ群１０１及び後レンズ群１０２からは、それぞれカムピン１０１−ａ、１０２−ａが延びていて、直進筒１０３の直進溝１０３−ａ、１０３−ｂによって回転不能な状態で光軸１０６方向にガイドされている。そして、カムピン１０１−ａ、１０２−ａはカム筒１０４のカム溝１０４−ａ、１０４−ｂとカム結合している。従って、カム筒１０４がモーター１０５によって回転（図中では矢印Ａ方向に平行移動）すると、カム溝１０４−ａ、１０４−ｂの軌跡に沿って、前レンズ群１０１と後レンズ群１０２が光軸１０６方向に移動する。
【０００５】
この時、図１６に示すカム溝１０４−ａ、１０４−ｂの形状から分かるように、前レンズ群１０１を直線的に被写体側（図中左下方向）に移動させ、後レンズ群１０２は前レンズ群１０１との間隔を縮めながら階段状に移動させるようにする。このように前・後レンズ群１０１，１０２の間隔が変化すると、焦点距離が変化する。
【０００６】
また、後レンズ群１０２は階段状に動くため、被写体が無限位置にある場合、結像面は光軸１０６に沿って往復運動する。同様に、被写体が任意の有限距離にある場合にも結像面は光軸１０６に沿って往復運動する。そこで、被写体が無限位置にある場合の結像面の往復範囲と、有限距離にある場合の結像面の往復範囲との少なくとも一部がオーバーラップするように後レンズ群１０２の移動軌跡を設定し、そのオーバーラップ領域にフィルムを置くことにより、無限位置から有限距離（至近）までの被写体に対して、後レンズ群１０２の階段の一段分の移動範囲のどこかでフィルム面に像を結ぶことができ、写真を写すことができる。
【０００７】
また、上述したように、階段の一段分毎に両レンズ群の間隔が異なり、焦点距離を変えることができるので、変倍と合焦とを交互に繰り返す機構を一つのモーターで実現することができる。以上が、ステップズーム機構の概略である。
【０００８】
このようなステップズーム機構を用いた場合、「変倍」とは、前レンズ群１０１と後レンズ群１０２の間隔を変えることである。そして、「合焦」とは任意の距離にある被写体の結像面をフィルム面と一致させることであるが、実は「合焦」の際のレンズの動きは「変倍」時と同様で、前レンズ群１０１と後レンズ群１０２の間隔を変え、焦点距離を変えることによって結像面の位置を変えている。従って、フィルム面に例えばＣＣＤなどの撮像素子を置いて合焦時の像を観察してみると、ボケた像がだんだんシャープになり合焦する時は、同時に焦点距離も変わっているので、像倍率も変わっていることが分かる。この合焦時の像倍率の変化は、無限位置に有る被写体を写す時に対して、被写体までの距離が近ければ近いほど大きくなる。このような合焦時の像倍率の変化は、ＣＣＤなどから取り込んだ像を液晶表示装置などでリアルタイムで見ることができるカメラでは観察できるが、フィルムに撮影する場合等はこの挙動を知ることはできない。
【０００９】
また、上記ステップズーム機構とは異なる構成で、１つのモータで変倍と合焦を行う機構が特開平第１１−３１１８１９号公報に開示されている。これは、ズーム機構によって３つのレンズ群（１群〜３群レンズ）を動かし、その中の１つの群（２群レンズ）を合焦機構で動かすもので、１つのモーターでズーム機構を動かし、次いで、合焦機構を動かす構成を成している。この構成では、合焦機構はズーム機構の中に組み込まれていて、合焦レンズ群（２群レンズ）はズーム動作で動くと同時に合焦動作でも動く。このレンズ群の動きは、上記のステップズームに用いられているレンズ構成と同様に、３つのレンズ間隔を変えることで「変倍」を行うと同時に、「合焦」動作でもレンズ間隔を変えて結像面をフィルム面と一致させる構成をとるので、合焦動作時にも結果として像が変倍されてしまう。
【００１０】
このように、上記２つの従来技術ではレンズの移動方式は異なるが、レンズ構成としては、変倍するために移動させるレンズ群があり、合焦するためにその中の少なくとも一つのレンズ群を移動させる。そのため、いずれの場合も結果として、合焦動作が変倍動作を伴ってしまう。
【００１１】
一方、フィルムではなくＣＣＤ等の撮像素子を用いて撮影を行うデジタルカメラも近年多く製品化されている。その光学系の概念図を図１７に示す。また、比較のために、図１８に図１６で説明したステップズーム機構に用いられる光学系の概念図を示す。
【００１２】
図１７は、様々な角度（光軸と成す角度θ）で入射する入射光１１０が第１レンズ群１１１、第２レンズ群１１２、第３レンズ群１１３を通って射出光１１４として集光され、ＣＣＤ１１５に到達した状態を示している。実際のデジタルカメラにおいては、ＣＣＤ１１５に入る赤外光などの可視光以外の有害光などを除去したり、ＣＣＤ１１５の分解能に合わせて画像の高周波成分をカットするために、数枚の平行平板のフィルター１１６がＣＣＤ１１５の前を覆っている。
【００１３】
図１８は、様々な角度から入射する入射光１２０が第１レンズ群１２１，第２レンズ群１２２を通って射出光１２３として集光され、フィルム１２４に到達した状態を示している。なお、図１７及び図１８では、どちらの図においても、光線を示す線は主光線のみを示しており、入射光１１０，１２０、射出光１１４，１２３共に、上線、下線は省略している。
【００１４】
図１７及び図１８のどちらの光学系も、光学系全体がトータルとして正のパワーを有する点では同じである。しかし、図１７，図１８では、様々な角度で入射する入射光１１０、１２０に対し、射出光１１４、１２３の角度は異なっている。つまり、図１７ではそれぞれの角度で入射する入射光１１０に対して、射出光１１４は対応する像高を有する角度がゼロの平行光となるようにＣＣＤ１１５上に集光されるのに対し、図１８ではそれぞれの角度で入射する入射光１２０に対して、射出光１２３は像高が変化すると共に、入射角が大きいほど、射出光が光軸と成す角度も大きくなってフィルム１２４に集光される。これは、フィルター１１６の有無による光学的な要件の違いによって、レンズタイプが異なるからである。つまり、フィルター１１６に角度を持って光が入ると、そこで屈折が発生し像品質を劣化させてしまうため、図１７に示す構成では、射出光１１４は光軸に対して平行な光（角度がゼロ）でなければならない。一方、図１８に示す構成では、射出光１２３を単にフィルム１２４の結像面に集光させるだけなので、角度を持っていても問題ない。ただし、図１７の構成において、実際には射出光１１４は厳密に光軸に平行な光である必要はなく、フィルター１１６内で発生する屈折が及ぼす像性能の劣化の許す範囲内ならば、各像高毎に多少の角度を持っていても問題はない。その際、変倍に際して焦点距離が変わっても、像高毎の角度が変化しないことが望ましい。したがって、図１８に示すような大きな角度を有する射出光がフィルター１１６に入射した場合、確実に有害な屈折を発生させてしまう。
【００１５】
以上説明したように、フィルム１２４を用いる場合には、図１８に示すように、レンズは単に集光する機能のみを有していれば良く、最低でも正と負のパワーを有するレンズ群の組み合わせがあれば良い。そして、それらのレンズ群の間隔、絶対位置を変える機構（例えば上述したステップズーム機構や特開平第１１−３１１８１９号公報に開示された機構）によって、変倍と合焦（実際には変倍動作を伴う、結像位置を変える動作）を行う。
【００１６】
一方、図１７の様にフィルター１１６を有するＣＣＤ１１５を用いる場合には、正と負のパワーを有するレンズ群の組み合わせ以外に、入射光を光軸と略平行な光としてＣＣＤ１１５に導くレンズ群（第３レンズ群１１３）が必要になる。このレンズの組み合わせでは、第１、２レンズ群１１１，１１２で主に変倍を行い、第３レンズ群１１３で主に合焦を行うことになる。従って、合焦時にＣＣＤ１１５の像を液晶表示装置などで見ると、第３レンズ群１１３が光軸方向に移動し、ボケた像がだんだんシャープになるが、第１、２レンズ１１１，１１２は動いていないので、像倍率が大きく変わることはない。そして、このような光学系では変倍レンズ群と合焦レンズ群の動きが独立して行われるので、それぞれのレンズ群を移動させる機構及び駆動源も独立して構成される。つまり、特開平第１１−３１１８１９号公報のように、ズーム機構の内部に合焦機構が組み込まれている構成ではなく、例えば特開２０００−２０６３９４に示されているような構成になる。
【００１７】
また、変倍レンズ群（第１、２レンズ群１１１，１１２）が移動する際に、合焦レンズ群（第３レンズ群１１３）が完全に不動であるレンズ構成以外にも、変倍に際して結像面の位置を維持する為に僅かな量だけ合焦レンズ群が移動するレンズ構成もある。しかし、変倍時に僅かに移動する合焦レンズ群は変倍には直接的に寄与しない光学系であり、変倍レンズ群との移動タイミングや移動量が異なるので、特開２０００−２０６３９４では駆動機構を独立させた構成を開示している。
【００１８】
また、本来、デジタルカメラには図１７に示すような光学系が必要となるが、特開２０００−１３４５２６では、図１８の光学系を用いたステップズームのデジタルカメラが開示されている。つまり、第１及び２のレンズ群を移動させ、変倍を行うと同時に、第２のレンズ群をＣＣＤに対して階段状に移動させて合焦を行っている。このようなレンズ構成では、上述したように合焦時に像倍率が変化しながらピントが合う挙動を示し、ＣＣＤの前に有るフィルターによって、像高の高い部分の像は屈折が発生し、像品質が悪くなってしまう。従って、デジタルカメラには図１７で示した様な光学系を用いるのが望ましい。
【００１９】
また、撮影自体に障害にはならないが、この様な構成のレンズ構成でステップズーム機構を用いて、ワイドとテレの間を連続して駆動した場合、レンズは変倍と合焦（変倍を伴う）を交互に繰り返すことになり、ピントがボケたりあったりする以外に、像倍率も階段状に変わるので、その像は「ガクガク」と変化してしまい、非常に見苦しいものになってしまう。
【００２０】
なお、図１７に示すレンズ構成は、デジタルカメラだけではなく、交換レンズを用いた銀塩フィルムカメラにも多く用いられている。つまり、交換レンズには様々なレンズタイプがあるが、撮影像を受け取るのはカメラ本体であり、カメラ本体は、撮影像の所定の像高のところで測距及び測光を行っているため、どの交換レンズであっても、交換レンズから出た射出光は（平行光でなくても良いが）像高毎に同じ状態でなければならない。そして、それはレンズタイプ、焦点距離によらず同じでなければならない。これは、ちょうど図１７のレンズタイプが必要とする要件、すなわち、各像高毎に一定の小さな角度で結像面に集光させる点と似ている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、ステップズーム機構や特開平第１１−３１１８１９号公報で開示されている機構では、変倍を行うレンズ群の一部のレンズを合焦レンズ群として用いるタイプの光学系に適用することが容易であるが、特開２０００−１３４５２６のように、その光学系及び機構をそのままデジタルカメラに用いると上述したように、フィルターによる屈折、合焦時の像倍率の変化、連続ズーム時の像倍率の「ガクガク」とした変化等の不具合が生じてしまう。
【００２２】
しかしながら、上記不具合を避けるために、従来のように変倍と合焦とを独立して行うレンズ群をそれぞれ独立して駆動させる機構及びその駆動源を用いると、２つの機構及び２つの駆動源が必要であるために、鏡筒全体が大きくなり、部品点数も増え、コストアップにつながってしまう。特に、駆動源となるモーターはコストも高く、スペースも大きく必要である。
【００２３】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、複数のレンズ群を１つの駆動源を用いて独立に駆動できるようにすることを第１の目的とする。
【００２４】
更に、１つの駆動源を用いて複数のレンズ群を独立に駆動する場合に、像倍率の変化中に合焦の度合いが変化せず、また、焦点調節中に像倍率が変化しないようにすることを第２の目的とする。
【００２５】
更に、１つの駆動源を用いて複数のレンズ群を独立に駆動する場合に、像倍率を上げるか下げるかに関わらず、焦点調節時の焦点合わせの方向を一方向に保つことを第３の目的とする。
【００２８】
発明の好適な一様態によれば、前記第２光学系は、少なくとも１枚のレンズを保持し、その周囲に少なくとも１つの突起を有する保持手段と、光軸方向に凹凸形状を有するカム環とを有し、前記保持手段の突起を前記カム環の凹凸形状に当接させ、前記第２駆動手段により前記カム環を一方向に回転させることで、前記レンズを光軸に沿って往復移動させる。
【００２９】
また、上記第２の目的を達成するために本発明によれば、上記光学装置において、前記動力源から前記第１駆動手段への動力伝達が、所定時間なされないようにする遅延手段を更に有し、前記所定時間の間に、前記第２光学系による焦点調節を行う。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光学装置は、変倍光学系である第１光学系と、前記第１光学系との組み合わせによって被写体像を結像面に結像させる焦点光学系である第２光学系と、前記第１光学系を駆動するための第１駆動手段と、前記第１駆動手段とは独立した駆動機構を有して設けられた、前記第２光学系を駆動するための第２駆動手段と、動力を発生する動力源と、前記動力源が発生した動力を分岐して、当該分岐した動力を前記第１及び第２駆動手段にそれぞれ常時伝達する分岐手段と、前記動力源から前記第１駆動手段への動力伝達が、所定時間なされないようにする遅延手段とを有し、前記第２の光学系の位置を不動または僅かな量だけ移動することによって、前記第１光学系による変倍に際して結像面の位置を維持し、前記所定時間の間に、前記第２光学系による焦点調節を行い、前記第２光学系は、少なくとも１枚のレンズを保持し、その周囲に少なくとも１つの突起を有する第１の保持手段と、光軸方向に凸形状を有し、その周囲に少なくとも１つの突起を有する第２の保持手段を有するカム環と、前記第２の保持手段の突起に当接することによって前記カム環の回転範囲を規定する第１及び第２の規定手段とを有し、前記第１の保持手段の突起を前記カム環の凸形状に当接させ、前記第２駆動手段により前記カム環を回転させることで、前記レンズを光軸に沿って移動させる。
【００３１】
好ましくは、前記第２の保持手段の突起が前記第１又は第２の規定手段に当接した状態において、前記動力源の動力が前記第２駆動手段に伝達しないようにするスリップ手段を更に有する。
【００３３】
また、上記第３の目的を達成するために本発明によれば、上記光学装置において前記第１の規定手段は電磁石であり、前記第１駆動手段により前記第１光学系を駆動中に、前記第２の保持手段の突起が前記電磁石に当接した状態を保つ。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３６】
図１は、本発明の実施の形態における鏡筒及びその駆動機構の構成を示す概念図であり、レンズの正確な構成や駆動機構の詳細な構成などは省略している。
【００３７】
第１光学系１と第２光学系２を通過した光束は結像面３で結像する。それぞれの光学系１，２は、１枚の単レンズであっても、複数枚から構成される１つの単レンズ群であっても、更に複数のレンズ群から構成されるものであってもよい。第１光学系１は第１駆動機構４によって、また第２光学系２は第２駆動機構５によって移動する。第１及び第２駆動機構４，５それぞれは、送りネジなどでレンズを移動させる機構であっても、カム筒などで複数のレンズ群を光学軌跡に沿って移動させるものであってもよい。そして、モーター６からの動力がギアや連結軸などの動力伝達手段によって第１駆動機構４と第２駆動機構５に伝達される。その際、モーター６から出た動力が分岐７によって分かれて、各第１及び第２駆動機構４，５に伝えられる。その分岐７とは、例えば一つのギアに２つのギアが噛み合って動力が分かれるような状態である。ここで、第１及び第２光学系１，２を実質的に移動させる第１及び第２駆動機構４，５と、モーター６からの動力が光学系を移動させるための動力の流れから考えて、第１及び第２駆動機構４，５に動力を伝達する伝達手段を含めて、第１駆動系８、第２駆動系９とする。モーター６の動力は分岐７で分けられて第１駆動系８及び第２駆動系９に常時伝達される構成になる。
【００３８】
以上の構成によれば、第１駆動系８と第２駆動系９とを一つのモーター６で駆動させることができる。従来は、光学系及びそれを移動させる駆動機構が独立して２つあった場合には、それぞれにモーターを取り付けていたが、本実施の形態によれば一つのモーターで済む。更に第１及び第２光学系１，２は独立した第１及び第２駆動機構４，５によって移動させることができるので、各駆動機構に必要とされる動力の大きさの配分を任意に設定することができ、モーター６の出力を有効に使うことができる。具体的には第１及び第２駆動機構４，５に至るまでのギアの減速比を適宜設定することによって、必要最小限の出力を第１及び第２駆動機構４，５に伝えることができる。
【００３９】
更に、第１及び第２駆動系８，９が互いに独立しているので、各駆動機構４，５の駆動メカニズムや大きさを自由に設定することができ、設計の自由度が向上する。
【００４０】
例えば、従来のように第１駆動機構４と第２駆動機構５とが独立しておらず、一体のカム筒であった場合、第１光学系１を移動させる為のカム筒の回転位相と、第２光学系２を移動させる為のカム筒の回転位相とを同じにしなければならず、結果として、両光学系を満足するカム曲線が設定できない場合が生ずる恐れある。また、一方の駆動機構４又は５がカム筒を回転させて光学系１又は２を移動させるのに適した系であるのに対し、他方の駆動機構が送りネジで移動させるのに適した系であった場合は、両者の駆動機構４，５を一つにまとめるのは従来困難である。更に、第１光学系１と第２光学系２の大きさが著しく異なっていた場合、第１駆動機構４と第２駆動機構５も当然大きさに違いがあるため、一つの機構に一体化させることが設計的に難しい場合もあり得る。
【００４１】
しかし、モーター６の動力を、第１駆動系用と第２駆動系用に独立に分配するため、駆動機構駆動メカニズムや大きさを自由に設定することができるため、設計の自由度が向上する。
【００４２】
（第１の実施形態）
次に、図２〜図５を参照して、本発明の第１の実施形態における鏡筒及びその駆動機構の具体例を説明する。図２は、本第１の実施形態の概念を図１７で示した従来の光学系に適用した鏡筒駆動機構である。
【００４３】
図２において、第１レンズ群２０、第２レンズ群２１は直進筒２２と変倍カム筒２３によって、光軸に沿って移動可能に保持されている。変倍カム筒２３が回転することによって、第１レンズ群２０、第２レンズ群２１は図３に示す移動軌跡を移動し、ワイドからテレまでの変倍を行ことができる。
【００４４】
第３レンズ群２４は図４に示すような山谷カム面２５−ａを有する合焦カム環２５によって光軸方向の位置が規定されている。図４は概念図であり、第３レンズ群２４の直進案内部品は図示の簡略化のため省略している。第３レンズ群２４の突起２４−ａが山谷カム面２５−ａに当接し、合焦カム環２５がある一方向に回転することによって、第３レンズ群２４は光軸に沿って図３に示すような往復運動をする。そして、その往復運動の移動幅を図３に示すように、任意の焦点距離に対して第３レンズ群２４が合焦の為に必要な無限から至近までの移動幅以上となるように設定しておく。
【００４５】
モーター２８の動力は分岐２９で分けられて、変倍カム筒２３及び合焦カム環２５に伝えられ、それぞれを回転させる。この構成では、各レンズ群の直接の駆動機構は、直進筒２２、変倍カム筒２３、合焦カム環２５等である。そして、各駆動機構に動力を伝達しているギアなどから構成される動力伝達手段３０、３１を含め、直進筒２２、変倍カム筒２３、動力伝達手段３０などを第１駆動系３２とし、合焦カム環２５、動力伝達手段３１などを第２駆動系３３とする。つまり、モーター２８の動力は分岐２９で分かれて、第１駆動系３２及び第２駆動系３３に常時伝達されることになる。
【００４６】
撮影像を取り込むＣＣＤ２６の前には、数枚のフィルター２７がＣＣＤ２６を覆っている。
【００４７】
以上の構成で、モーター２８を回転させ、各レンズ群を図３のように移動させた場合にＣＣＤ２６にどのような像が写るかを説明する。図５は、図３のワイド付近の拡大図である。
【００４８】
先ず、本鏡筒駆動機構がワイド端にある場合は、第３レンズ群２４は「Ｘ」の位置にある。この位置は、合焦レンズ群である第３レンズ群２４が無限から至近にある被写体を撮影可能な範囲の外にあるので、ＣＣＤ２６にはボケた像が投影される。その状態から、変倍カム筒２３を回転させ、それぞれの軌跡に沿って第１レンズ群２０、第２レンズ群２１を移動させる。また同時に合焦カム環２５を回転させ、第３レンズ群２４を被写体側へと移動させる。すると、第３レンズ群２４が「Ｙ」の位置に達する。この位置は、被写体が無限位置にあった場合にＣＣＤ２６に被写体像が結像される位置である。もし、撮影すべき被写体が無限位置にあれば、ここで、ＣＣＤ２６の像を撮影画面として取り込む。また、もし、被写体が有限距離にある場合は、ＣＣＤ２６の像は、「Ｘ」の位置での像よりはシャープになっているが、未だボケた像である。そのため、更に各レンズ群の移動を続け、その被写体距離にピントが合う「Ｚ」の位置まで移動させる。そこで、ＣＣＤ２６の像を取り込む。このように、無限から至近に至るまでの被写体像をＣＣＤ２６に合焦させることができる。
【００４９】
以上の説明は、ワイド端における各レンズ群の動き及びＣＣＤ２６に写る像の説明であるが、図３に示した６箇所の「ＡＦ」と記した範囲では全て同じ説明ができ、これによって、ワイドからテレまでの区間の変倍及び合焦を一つのモーター２８で行うことができる。なお、ＡＦ範囲の内、◎印を付けた範囲では合焦レンズ群２４の移動方向が◎印の無いＡＦ範囲と逆になるので、上記説明とは逆で、至近に被写体が有る場合に先にピントが合い始める。
【００５０】
本第１の実施形態では、概念を説明する為に、変倍レンズ群を移動させるのは直進筒２２と変倍カム筒２３のみにしている。しかし、この構成のみを考えると、変倍カム筒２３と合焦カム環２５は容易に一体化できる。つまり、図３に示す様な３本のカム軌跡を持った１つのカム筒があれば、要件を満たすことができ、当然、駆動に必要なモーターも１つで済む。しかし、近年のデジタルカメラには、レンズ群を移動させるカム筒を複数本用いて多段型にし、沈胴状態をコンパクトにする差動型の鏡筒駆動機構が多く用いられている。つまり、図３のカム軌跡を持った一つのカム筒を用いた鏡筒駆動機構ではコンパクトにできなくなってしまう。そのため、図２に示すように、変倍用の駆動機構を独立して２つ設けることによって、差動型の鏡筒駆動機構を実現することができる。
【００５１】
以上説明した様に、本第１の実施形態によれば、１つのモーターの動力を分け、変倍レンズ群と合焦レンズ群を移動させる駆動系に常時伝達しているので、簡単な構成で変倍と合焦とが実現でき、従来は２つ必要であったモーターを１つに減らすことができる。また、差動型の鏡筒駆動機構にも応用可能である。
【００５２】
更に、従来例で説明した特開２０００−１３４５２６では、ワイドとテレの間を連続してズームさせると、ピントが合ったりボケたりする以外に、像倍率が階段状に変化するため、その像は「ガクガク」変化してしまい、非常に見苦しいものになってしまうが、本第１の実施形態では、変倍レンズ群は図３に示す様に滑らかな軌跡を描けるので、像倍率も滑らかに変化し、見苦しいものにはならない。
【００５３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００５４】
上記第１の実施形態における図２に示す構成では、連続ズーム中にピントが合ったりボケたりする点、また、撮影可能範囲（撮影する際の焦点距離）が図３に示すように分断された数点（図３に示す例では６箇所）である点、更に、合焦動作中に合焦レンズ群が動くと同時に変倍レンズ群も動いてしまい、像倍率が変わってしまう点などの不具合が残る。
【００５５】
本第２の実施形態では上記不具合を解決するための機構について、図６〜図１３を参照して説明する。
【００５６】
図６において、上記第１の実施形態で図２を参照して説明した構成と同様の構成には同じ参照番号を付し、説明を省略する。以下、本第２の実施形態に特有の構成について詳しく説明する。
【００５７】
４０は、分岐２９で分けられたモーター２８の動力を変倍機構である変倍カム筒２３に伝える動力伝達手段の途中に設けられた遅延機構である。遅延機構４０の詳細な構造を図８に示す。図８（ａ）と図８（ｂ）は遅延機構４０を互いに逆の方向から見た場合の詳細図である。遅延機構４０は、入力部４０−ａと同軸で回転する出力部４０−ｂを有し、それぞれには入力軸４０−ｃ、出力軸４０−ｄが延びていて、モーター２８からの動力を伝達する。そして、図示のように、回転方向が変わると、入力部４０−ａと出力部４０−ｂとが空回りする位相がある構成にする。このようにすることで、入力部４０−ａの回転方向が変わった場合に、その回転が出力部４０−ｂに伝わり始め、出力部４０−ｂが回転を開始するのに、タイムラグが生ずる。ただし、正逆回転が変わったときにその動きが遅延するような機構であればどのような機構であっても良く、本第２の実施形態は一例に過ぎない。
【００５８】
合焦レンズ群である第３レンズ群２４は、図９に示すような単調に増加する単一カム面４１−ａを有する合焦カム環４１に突起２４−ａが当接することによって、光軸方向の位置を規定されている。図９においても、第１の実施形態と同様に直進案内部品は省略している。合焦カム環４１には突起４１−ｂがあって、それがストッパー４２、４３に当接するので、無制限に回転することはできない。つまり、合焦カム環４１がストッパー４２によって回転規制されている図９のような状態では、第３レンズ群２４はＣＣＤ２６に最も近づく。そして、反時計方向に回転してストッパー４３に当たることによって回転が規制される状態では、最も第３レンズ群２４が被写体側に繰り出した状態である。合焦カム環４１はこの間の位相を回転できるだけで、それ以上は回転できない。この実施形態では、モーター２８の動力を受けて変倍カム筒２３がテレ方向に回転する時に、合焦カム環４１が反時計方向に回転し、第３レンズ群２４が被写体側に繰りされるように動力伝達手段を設定する。
【００５９】
また、４４は分岐２９で分けられたモーター２８の動力を、合焦機構である合焦カム環４１に伝える動力伝達手段の途中に設けられたスリップメカである。スリップメカ４４の詳細な構造を図１０に示す。スリップメカ４４は、入力部４４−ａと同軸で回転する出力部４４−ｂを有し、それぞれには入力軸４４−ｃ、出力軸４４−ｄが延びていて、モーター２８からの動力を伝達する。ただし、入力部４４−ａと出力部４４−ｂとは嵌合しているのみで、入力部４４−ａが回転しても出力部４４−ｂは回転はしない。そのため、入力部４４−ａと出力部４４−ｂの間にはフリクションバネ４４−ｅが入っている。フリクションバネ４４−ｅは略Ｃ字形になっていて、自由状態で直径Ｂとする。そして、出力部４４−ｂの直径Ｂより小径の内径側４４−ｆに弾性変形させて組み込まれている。また、入力部４４−ａにはフリクションバネ４４−ｅを丁度逃げた形状の部分があって、全体が一つのユニットになっている。この構成で、入力部４４−ａが回転すると、その回転力がフリクションバネ４４−ｅに伝わり、それが出力部４４−ｄに伝わる。ただし、フリクションバネ４４−ｅと出力部４４−ｂとは内径側４４−ｆで面摩擦で一体となっているのみなので、一定以上のトルクが出力部４４−ｂに加わると、いくら入力部４４−ａが回転しても、それ以上は出力部４４−ｂは回転しない。図１０に示すスリップメカは一例であり、他のどのような形態のものでも構わない。
【００６０】
また、分岐２９から別れ、スリップメカ４４に至るまでの動力伝達手段の途中で、更に、動力が分岐され、無限位置調整機構４５にその動力が伝達される。この機構の目的は、合焦カム環４１の光軸方向の位置を移動させる為のものである。従来例で説明したように、合焦レンズ群である第３レンズ群２４は、変倍レンズ群である第１レンズ群２０，第２レンズ群２１が動いて変倍している間は不動である場合もあるが、結像面の位置を維持する為に僅かな量だけ移動する場合もある。その為に、変倍中にこの無限位置調整機構４５が回転して、微少に合焦カム環４１の光軸方向の位置を移動させ、被写体が無限位置にある場合の結像面の位置をＣＣＤ２６に合わせる。図６では送りネジ機構で図示されていて、回転に関して線形的に合焦カム環４１を光軸方向に移動させている。しかし、光学タイプによっては、図７で示されてるように、無限位置軌跡を非線形に移動させなければならない場合もあるので、送りネジ機構以外にも、カム機構などを用いる構成もあり得る。ただし、本実施形態の図６は概念図であり、上記、要件（合焦カム環４１を変倍に連動して光軸方向に移動させる）を満足できれば、どのような機構でも良い。
【００６１】
以上、説明した各種機構が動力伝達手段の途中に設けられているが、変倍機構（直進筒２２，変倍カム筒２３）と、動力伝達手段を含めた遅延機構４０などが全体で第１駆動系４６、また、合焦機構（合焦カム環４１）と、動力伝達手段を含めたスリップメカ４４および無限位置調整機構４５などが全体で第２駆動系４７と考えられる。すなわち、モーター２８の動力は分岐２９で分かれて、第１駆動系４６及び第２駆動系４７に常時伝達されていることになる。
【００６２】
次に、分岐２９と遅延機構４０，又はスリップメカ４４との位置関係について詳細に説明を行う。図６の構成から容易に想定できる具体的な配置としては、図１１に示すような配置で、明確に分岐２９に相当するギアがあり、遅延機構４０、スリップメカ４４に動力を伝える動力伝達手段としてのギア４８、４９があって、モーター２８の動力が第１駆動系４６及び第２駆動系４７に常時伝達される。これに多少の変更を加えたのが図１２である。これには図１１の動力伝達手段であるギア４８などが無くなっているが、遅延機構４０の入力軸４０−ｃをギアと同等の動力伝達手段と見なせば、動力の流れから考えると、図１１と図１２とは等価な構造と言える。ここで、遅延機構４０の入力部４０−ａ、入力軸４０−ｃ、及び分岐２９に使用されているギアが一体で回転していることを考慮すれば、図１３の構成もまた図１１と等価な構成であることが分かる。
【００６３】
つまり、図６では、遅延機構４０やスリップメカ４４は、第１駆動系４６、第２駆動系４７の中に完全に取り込まれていて、分岐２９からは明確にギアや連結軸などの動力伝達手段５０、５１が配置されているように見えるが、実際の構成でギアや連結軸などがなくても、動力の流れから考えると、動力伝達手段５０，５１は構成上は必然的に配置されていることになる。従って、本発明で言うところの「常時」とは、遅延機構４０などで逆回転によって動力の伝達が一瞬行われなくなる構成も「常時」と見なすことになる。これは、遅延機構４０で動力の伝達が一瞬行われなくなるが、それは一瞬であり、最終的には必ず伝達される構成であるからである。これに対し、遊星ギア機構などは、選択的に動力の伝達先を切り替えており、選択先を意図的に切り替えなければ動力が伝達されない。従って、このような構成は「常時」とは言えない。
【００６４】
以上の構成で、モーター２８を回転させ、各レンズ群を図７のように移動させた場合にＣＣＤ２６にどのような像が写るかについて説明する。
【００６５】
先ず、モーター２８を駆動してワイド端からテレ方向へと第１レンズ群２０、第２レンズ群２１を移動させる。その際、合焦カム環４１は反時計方向に回転するように設定されているので、第３レンズ群２４が被写体側に繰り出される。しかし、上記の通り合焦カム環４１の回動は突起４１−ｂがストッパー４３に当接することによって規制されている。この状態で更にモーター２８の駆動を続けてもスリップメカ４４で空回りするので、合焦カム環４１は壊れることなく、ストッパー４３に突き当たった状態を維持する。以上の動作が矢印(1)に相当する。
【００６６】
そして、任意の焦点距離（例えば「Ｃ」の焦点距離）で変倍を止めたとする。そこで、モーター２８の回転を逆転させる。その際、変倍カム筒２３は遅延機構４０によって逆方向には回転しないが、合焦カム環４１は時計方向に回転する。そして合焦カム環４１の突起４１−ｂがストッパー４２に当接し、回転が規制されたところでモーター２８の回転を止める。遅延機構４０の遅延時間は、合焦カム環４１の突起４１−ｂがストッパー４３に当たっている状態から、ストッパー４２に当たるまでの時間に設定しておく。
【００６７】
一方、合焦カム環４１の上記回転前には第３レンズ群２４はＣＣＤ２６に近づいた位置にあるが、その位置を規定している合焦カム環４１は無限位置調整機構４５によって光軸方向に若干移動している。従って第３レンズ群２４のＣＣＤ２６に対する位置は、無限位置調整機構４５による合焦カム環４１自体の光軸方向の移動と、合焦カム環４１の回転による移動との組み合わせで決まる。図７の矢印(2)は、合焦カム環４１の突起４１−ｂがストッパー４３に当たっている状態からストッパー４２に当たるまでの、第３レンズ群２４の軌跡を示す。
【００６８】
突起４１−ｂが回転後にストッパー４２に当接している状態では、ＣＣＤ２６にピントが合っているのは、無限位置にある被写体であり、もし、取り込みたい画像が無限位置にあれば、そこで画像を取り込めばよい。被写体が有限距離にある場合には、合焦カム環４１を反時計方向に回転させて、ＣＣＤ２６にピントが合うまで第３レンズ群２４を被写体側に繰り出す。その際、合焦カム環４１はモーター２８を回転させて動力を得るが、変倍カム筒２３は遅延機構４０によって回転はしないので、変倍動作は行われない。矢印(3)はストッパー４３に突起４１−ｂが当たるまでの軌跡を示しているが、実際には、この途中のいずれかでピントが合って、画像の取り込みが行われる。
【００６９】
なお、この「Ｃ」の焦点距離の位置からワイド方向に変倍を行う場合は、矢印(2)、矢印(4)を経由する。また、そのままテレ方向に更に変倍を行う場合は矢印(5)を経由する。そして、任意の焦点距離（例えば「Ｄ」）で撮影を行う場合、上記と同じ動作をさせれば良い。従って、本第２の実施形態であれば、任意の焦点距離で撮影を行うことができる。
【００７０】
以上説明した様に、本第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を満足すると同時に、撮影焦点距離を任意に選択することができる。更に、合焦動作中に合焦レンズ群が動いても、変倍レンズ群が動くことがないので、像倍率が変わってしまうといった不具合を解決できる。
【００７１】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００７２】
上記第２の実施形態では、第１の実施形態で用いた山谷カム面２５−ａを用いた場合のように連続ズーム中にピントが合ったりボケたりする、と言った不具合はないが、第２の実施形態ではテレ方向駆動の場合は超至近の被写体に最初にピントが合い、ワイド方向駆動の場合は無限位置にある被写体に最初にピントが合うと言った、ズーム方向の違いで像の見え方が変わる不具合がある。本第３の実施形態では、この不具合を改良した鏡筒駆動機構について図１４及び１５を参照して説明する。
【００７３】
本第３の実施形態は、上記第２の実施形態の合焦カム環４１を改良したものであり、第２の実施形態との変更箇所のみ説明する。なお、合焦カム環以外の全体構成は、第２の実施形態の図６と同様である。
【００７４】
図１４に示す合焦カム環５２にも単調に増加する単一カム面５２−ａが構成されており、第１及び第２レンズ群２０及び２１により任意の焦点距離で撮影を行う場合、その位置でモーター２８を反時計方向に回転させる。そして合焦カム環５２の突起５２−ｂがストッパー４３に当たって回転規制されることで、第３レンズ群２４は最も被写体側に繰り出される。この状態で、無限位置調整機構４５との組み合わせによって、第３レンズ群２４を無限位置軌跡に合わせる。その際、時計方向の回転規制を、電磁石５３によって行う。
【００７５】
そして、反時計方向回転時にストッパー４３と当接し、時計方向回転時に電磁石５３と当接する、突起５２−ｂを磁力によって吸引される鉄などの材質にする。
【００７６】
以上の構成で、モーター２８を回転させ、各レンズ群を図１５のように移動させた場合にＣＣＤ２６にどのような像が写るかについて説明する。前提としては、合焦カム環５２は初期状態として、図１４に示すように時計方向に回転し、電磁石５３によって回転が規制されている状態とする。
【００７７】
先ず、モーター２８を回転させ、テレ方向への変倍を行う。この時、モーター２８を回転させると同時に電磁石５３にも通電する。上記第２の実施形態では、テレ方向の駆動時に合焦カム環４１が反時計回りに回転し、第３レンズ群２４を被写体方向に繰り出していた。しかし、本第３の実施形態では、合焦カム環５２を電磁石５３によって吸着保持し、左右どちらにも回転できないようにする。従って、第３レンズ群２４は無限位置の被写体にピントが合わせられたままである。この時の軌道を矢印(6)で示す。
【００７８】
そして、任意の焦点距離で撮影を行う場合、変倍を止めると共に、電磁石５３の通電を止め、更に、モーター２８を逆回転させる。この逆回転の駆動時間は第２の実施形態と同様で、遅延機構４０によって変倍カム筒２３のワイド方向への回転が始まってしまう前までの時間である。逆回転させている間は、電磁石５３には通電されないので、合焦カム環５２は反時計方向に回転可能ではあるが、そもそもテレ方向への駆動では時計方向に合焦カム環５２が回転するように設定されているので、図１４の状態のままである。
【００７９】
そして、被写体が無限位置にある時はこのままの状態で、また、有限距離にある時は、合焦カム環５２を反時計方向に回転させて、ＣＣＤ２６にピントを合わせて像を取り込む。この動作が矢印(7)であり、この動きは第２の実施形態と同じである。像の取り込みが終了したら、モーター２８を逆転させ、合焦カム環５２を図１４に示す状態に戻す。この時の軌跡が矢印(8)である。この、矢印(7)、(8)の一連の動きでは、合焦カム環５２は反時計方向、時計方向と回転するが、変倍カム筒２３は遅延機構４０により回転しない。
【００８０】
次に、更に、変倍動作によってテレ方向に繰り出す時は、モーター２８を回転させると同時に、電磁石５３に通電し、合焦カム環５２が回らないようにして、第３レンズ群２４を無限位置で保持するようにする。なお、ワイド方向に繰り込む時は、電磁石５３に通電しなくても、第３レンズ群２４は無限位置軌跡のまま保持される。
【００８１】
以上説明した様に、本第３の実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果を満足すると同時に、テレ方向、ワイド方向いずれの連続ズーム中でも、第３レンズ群２４を常に無限位置に設定させておくことができるため、ズーム中にＣＣＤ２６から得られる像を液晶表示装置などで見ても、焦点状態が同じ像を見ることができる。これは、変倍機構と合焦機構にそれぞれに駆動モーターを用いていた従来のデジタルカメラと全く同じ構成を一つのモーターで実現していることになる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、複数のレンズ群を１つの駆動源を用いて独立に駆動することができる。
【００８３】
また、１つの駆動源を用いて複数のレンズ群を独立に駆動する場合に、像倍率の変化中に合焦の度合いが変化せず、また、焦点調節中に像倍率が変化しないようにすることができる。
【００８４】
更に、１つの駆動源を用いて複数のレンズ群を独立に駆動する場合に、像倍率を上げるか下げるかに関わらず、焦点調節時の焦点合わせの方向を一方向に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における鏡筒及びその駆動機構の概念図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における鏡筒及びその駆動機構の具体的な構成例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるレンズ群の移動軌跡を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における合焦カム環の斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるレンズ群の移動軌跡の拡大図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における鏡筒及びその駆動機構の具体的な構成例を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態におけるレンズ群の移動軌跡を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における遅延機構の斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における合焦カム環の斜視図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態におけるスリップメカの斜視図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態における動力伝達機構の一例を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態における動力伝達機構の別の例を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態における動力伝達機構の別の例を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態における合焦カム環の斜視図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態におけるレンズ群の移動軌跡を示す図である。
【図１６】従来のステップズーム機構の概略構成を示す図である。
【図１７】従来のデジタルカメラに用いられる光学系の構成を示す図である。
【図１８】従来の銀塩フィルムカメラに用いられる光学系の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 第１光学系
２ 第２光学系
３ 結像面
４ 第１駆動機構
５ 第２駆動機構
６ モーター
７ 分岐
８，３２，４６ 第１駆動系
９，３３，４７ 第２駆動系
２０ 第１レンズ群
２１ 第２レンズ群
２２ 直進筒
２３ 変倍カム筒
２４ 第３レンズ群
２４−１ 突起
２５，４１，５２ 合焦カム環
２５−ａ 山谷カム面
２６ ＣＣＤ
２７ フィルター
２８ モーター
２９ 分岐
３０，３１，５０，５１ 動力伝達手段
４０ 遅延機構
４０−ａ，４４−ａ 入力部
４０−ｂ，４４−ｂ 出力部
４０−ｃ，４４−ｃ 入力軸
４０−ｄ，４４−ｄ 出力軸
４１−ａ，５２−ａ 単一カム面
４１−ｂ，５２−ｂ 突起
４２，４３ ストッパー
４４ スリップメカ
４４−ｅ フリクションバネ
４４−ｆ 内径側
４５ 無限位置調整機構
４８，４９ ギア
５３ 電磁石
Claims (5)
- 変倍光学系である第１光学系と、
前記第１光学系との組み合わせによって被写体像を結像面に結像させる焦点光学系である第２光学系と、
前記第１光学系を駆動するための第１駆動手段と、
前記第１駆動手段とは独立した駆動機構を有して設けられた、前記第２光学系を駆動するための第２駆動手段と、
動力を発生する動力源と、
前記動力源が発生した動力を分岐して、当該分岐した動力を前記第１及び第２駆動手段にそれぞれ常時伝達する分岐手段と、
前記動力源から前記第１駆動手段への動力伝達が、所定時間なされないようにする遅延手段とを有し、
前記第２の光学系の位置を不動または僅かな量だけ移動することによって、前記第１光学系による変倍に際して結像面の位置を維持し、
前記所定時間の間に、前記第２光学系による焦点調節を行い、
前記第２光学系は、
少なくとも１枚のレンズを保持し、その周囲に少なくとも１つの突起を有する第１の保持手段と、
光軸方向に凸形状を有し、その周囲に少なくとも１つの突起を有する第２の保持手段を有するカム環と、
前記第２の保持手段の突起に当接することによって前記カム環の回転範囲を規定する第１及び第２の規定手段とを有し、
前記第１の保持手段の突起を前記カム環の凸形状に当接させ、前記第２駆動手段により前記カム環を回転させることで、前記レンズを光軸に沿って移動させることを特徴とする光学装置。 - 前記第２の保持手段の突起が前記第１又は第２の規定手段に当接した状態において、前記動力源の動力が前記第２駆動手段に伝達しないようにするスリップ手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
- 前記第１の規定手段は電磁石であり、前記第１駆動手段により前記第１光学系を駆動中に、前記第２の保持手段の突起が前記電磁石に当接した状態を保つことを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
- 前記カム環により前記第２光学系が結像面に最も近づいた状態で、前記第１光学系の位置に対応して、無限距離にある被写体の結像面の位置を一定に維持するように前記第２光学系を移動させる手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学装置。
- 前記第２光学系と結像面との間に、所定帯域の光を減衰させ、画像の高周波成分をカットするフィルタを更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学装置。
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