JP4239552B2

JP4239552B2 - 光学ユニット及び撮像装置

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Publication number: JP4239552B2
Application number: JP2002310204A
Authority: JP
Inventors: 達郎牧井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2022-10-24
Also published as: CN100445861C; JP2004145029A; CN1729426A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系を使用位置と収納位置との間に移動可能な沈胴式の光学ユニット、及びその光学ユニットを備えたデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置に関し、特に、光学ユニットの沈胴時に光学フィルタを光軸と交差する方向に退避させることにより、退避された空間部分に、例えばフォーカスレンズのレンズ枠等を入り込ませることで沈胴レンズの薄型化を実現するようにした光学ユニット及びその光学ユニットを備えた撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置においては、携帯性の向上や使い勝手の良化が求められ、装置全体の小型化が追求されており、撮像装置に用いられる光学系レンズ鏡筒やレンズの小型化も進められている。更に、撮影された画像のさらなる高画質化・高画素化の要望は非常に強く、光学系の構成部材であるレンズは大型化しても、駆動機構を小型化することによって光学系レンズ鏡筒の小型化が要望される場合がある。
【０００３】
また、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置において使用されている、所謂沈胴式レンズに関しても携帯性の利便性という観点から、小型化及び薄型化が要望されている。更に、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置においては、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子は、光学系鏡筒によって結像された被写体の像を受像し、この受像した光を光電変換して電気信号として出力し、被写体の像に対応したデジタルデータを生成する。
【０００４】
ここで、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子は、幾何学的に離散的なサンプリングをするために、撮像素子の周期配列より細かい幾何学模様（髪の毛、縞模様、タイル模様等）を写すと、偽色信号やモアレ等が生じ、画像に違和感が生じてしまうという不具合がある。この不要な高周波成分を除くために、光学式ローパスフィルタによってボケを加えるということが一般に行われている。このように光学式ローパスフィルタには、回折現象、複屈折、球面収差等を利用した様々な「ボカス」手段が提案され、実施されている。
【０００５】
また、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子は、一般的に可視光だけでなく赤外域にも高い感度を持っているため、不要な赤外域を遮断しなければ正しい色再現ができない。この不要な赤外域を遮断するために赤外域カットフィルタが用いられており、その赤外域カットフィルタは赤外線だけでなくオレンジから赤にかけてなだらかな吸収カーブを描き、長波長域の色再現を整える役割も果たしている。この赤外域カットフィルタには、ガラス又はプラスチックを使用した吸収タイプの他に、マルチコーティングにより赤外線を反射して透過光をカットするタイプもある。
【０００６】
一般的なデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置においては、上述したように高い色再現性を追及するために赤外域カットフィルタが用いられている（例えば、特許文献２参照。）。この赤外域カットフィルタは、光路中に配置すること及び光路から外すことができるようになっている。また、赤外線ライト等で赤外光を被写体に照射することにより、通常のデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置では撮影できないような真っ暗闇の環境においても、フラッシュ等の閃光装置や照明装置等の発光装置を使わずに撮影することもできる（「ナイトショット機能」）。
【０００７】
また、最近本出願人により、上述したナイトショット機能（赤外線撮影機能）だけでなく、フォーカスに同期して赤外域カットフィルタをレンズの光軸上に出し入れすることで、暗闇でのフレーミングと自然な色合いでの画像記録を両立する機能（「ナイトフレーミング機能」）が開発されている。これは、フレーミング時において、赤外域カットフィルタを光軸外に退避させることによって自然な色再現での撮影を行うものである。
【０００８】
図５は、沈胴式レンズを備えた、例えばデジタルスチルカメラの不使用時のレンズ収納状態、つまりレンズの沈胴位置の外観斜視図を示すものである。図６は、レンズ鏡筒が伸長したカメラ使用状態を示すもので、ワイド（広角）位置若しくはテレ（望遠）位置の外観斜視図である。
【０００９】
また、図７Ａ、Ｂ、Ｃ及び図８Ａ、Ｂ、Ｃに従来の沈胴式レンズを示す。即ち、図７Ａ、Ｂ及びＣは、沈胴式レンズの光学ユニットの外観形状を示すもので、図７Ａは沈胴状態、図７Ｂはワイド状態、図７Ｃはテレ状態をそれぞれ示す斜視図である。また、図８Ａは不使用時のレンズ収納位置、図８Ｂはワイド（広角）位置、図８Ｃはテレ（望遠）位置をそれぞれ示す断面図である。そして、図９は、沈胴式レンズを分解した状態の斜視図である。
【００１０】
まず、図５及び図６において、デジタルスチルカメラの主な機能について説明する。符号１がデジタルスチルカメラのカメラ本体部であり、符号２がカメラ本体部１の一側前面に設けられている沈胴式の撮像レンズ部である。図５Ａの沈胴状態では、バリア３により撮像レンズ部２の前玉レンズ面が保護されている。更に、カメラ本体部１の前面側にはファインダレンズ４と、ストロボ５と、被写体との距離を検出するためのオートフォーカス補助光受光部６が配置されている。また、符号７はファインダ窓、８はシャッターボタン、９はモード切り換えつまみである。
【００１１】
次に、図７Ａ、Ｂ、Ｃ及び図８Ａ、Ｂ、Ｃを参照して、沈胴式の光学ユニットである撮像レンズ部２の詳細な構成について説明する。ここに示す沈胴式の光学ユニットは、夜間撮影ができないタイプ（ナイトショット機能未搭載型）のものである。
【００１２】
符号１０は、複数のレンズ１１を保持した１群レンズ枠であり、１群レンズ枠１０はカム環１２の第１のカム溝１２ａに嵌合される複数のカムピン１０ａを備えている。１群レンズ枠１０は、例えばガラス繊維を含有する黒色のポリカーボネート樹脂で成形され、強度及び遮光性を有している。
【００１３】
符号１３は、複数のレンズ１３ａを保持した２群レンズ枠であり、２群レンズ枠１３はカム環１２の第２のカム溝１２ｂに嵌合される複数のカムピン１３ｂを備えている。２群レンズ枠１３は、例えばガラス繊維を含有する黒色のポリカーボネート樹脂で成形され、強度及び遮光性を有している。また、２群レンズ枠１３にはアイリスシャッタ機構を構成している場合もある。
【００１４】
上述したカム環１２は、ギアユニット１４のギア１４ａにより固定環１５の内径内で回転駆動するためのギア部１２ｃと、固定環１５のカム溝１５ａに嵌合される複数のカムピン１２ｄを備えている。カム環１２は、例えばガラス繊維を含有する黒色のポリカーボネート樹脂で成形され、強度及び遮光性を有している。第１のカム溝１２ａ及び第２のカム溝１２ｂは、１群レンズ枠１０及び２群レンズ枠１３を所定のカーブに沿って光軸Ｌ方向に移動させるズーミング動作が行われる。
【００１５】
符号１６は直進案内環であり、カム環１２と一体的に固定環１５の内側で光軸Ｌ方向に移動する部材である。この直進案内環１６には、１群レンズ枠１０を光軸方向にガイドする複数の案内溝１６ａと、２群レンズ枠１３を光軸方向にガイドする複数の案内溝１６ｂを備えている。この直進案内環１６は、例えばガラス繊維を含有する黒色のポリカーボネート樹脂で成形され、強度及び遮光性を有している。
【００１６】
固定環１５は、後部鏡筒１７に固定される部材である。この固定環１５は、例えばガラス繊維を含有する黒色のポリカーボネート樹脂で成形され、強度及び遮光性を有している。
【００１７】
符号１８は、レンズ１９を保持した３群レンズ枠である。この３群レンズ枠１８は、例えばガラス繊維を含有する黒色のポリカーボネート樹脂で成形され、強度及び遮光性を有している。この３群レンズ枠１８は、後部鏡筒１７に対して光軸方向に移動可能に保持されており、図示しないステッピングモータ等の動力源によって光軸方向に微小に変移するようになっている。
【００１８】
後部鏡筒１７には固定環１５と、バリア駆動機構２０と、ギアユニット１４が固定される。また、後部鏡筒１７には３群レンズ枠１８に対面するようにした保持部２１に光学式ローパスフィルタや赤外域カットフィルタからなる光学フィルタ２２がシールゴム２３で弾性付勢されるようにして位置決め固定されている。更に、後部鏡筒１７には光学フィルタ２２の背後にＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子２４が位置決め固定されている。
【００１９】
バリア駆動機構２０は、撮像レンズ部２の沈胴時に連動してバリア３を閉止駆動するための突起部材である。また、ギアユニット１４は、ギア部１２ｃと噛み合うギア１４ａを介してカム環１２を回転駆動するものであり、そのギア比は沈胴状態→ワイド状態→テレ状態及びテレ状態→ワイド状態→沈胴状態の範囲において十分な駆動力を得られるように決められている。
【００２０】
次に、上述した撮像レンズ部２の動作について説明する。
図８Ａの沈胴状態から図８Ｂのワイド位置の間の動作において、カム環１２は、そのギア部１２ｃに噛合されるギアユニット１４のギア１４ａがＤＣモータ等の駆動源によって駆動されることにより、カムピン１２ｄが固定環１５のカム溝１５ａに沿って回転しながら光軸Ｌに沿って被写体に向けて移動する。このとき、直進案内環１６は、カム環１２と一体的に矢印Ａ方向に移動する。
【００２１】
これと同時に１群レンズ枠１０は、そのカムピン１０ａがカム環１２の第１のカム溝１２ａ及び直進案内環１６の案内溝１６ａに沿って矢印Ｂ方向へ移動する。これと同時に２群レンズ枠１３は、そのカムピン１３ｂがカム環１２の第２のカム溝１２ｂ及び直進案内環１６の案内溝１６ｂに沿って矢印Ｃ方向へ移動する。以上のような動作により、１群レンズ枠１０及び２群レンズ枠１３は光学的にワイド位置となる。
【００２２】
そして、ワイド位置から図８Ｃのテレ位置の間の動作においても、カム環１２はギアユニット１４により駆動されるが、この範囲においてカムピン１２ｄはカム溝１５ａの水平なカム溝１５ｂを移動することでカム環１２が光軸方向に移動しないことから、直進案内環１６も矢印Ｄに示すように光軸方向には移動しない。このとき、１群レンズ枠１０は、そのカムピン１０ａがカム環１２のカム溝１２ａ及び直進案内環１６の案内溝１６ａに沿って矢印Ｅ方向に移動する。
【００２３】
同時に２群レンズ枠１３は、そのカムピン１３ｂがカム環１２のカム溝１２ｂ及び直進案内環１６の案内溝１６ｂに沿って矢印Ｆ方向に移動する。以上のような動作により、１群レンズ枠１０及び２群レンズ枠１３は光学的にワイド位置からテレ位置の間を移動することによってズーミング動作を行う。尚、テレ位置からワイド位置、ワイド位置から沈胴状態については、ギアユニット１４のギア１４ａを逆回転駆動することで、カム環１２を逆向きに回転させることによって行う。
【００２４】
ここで、１群レンズ枠１０及び２群レンズ枠１３がズーミング動作を行ったとき、これとは別の図示しない、例えばステッピングモータ等からなる駆動源によって３群レンズ枠１８が光軸方向に微小に変位することによりフォーカッシング動作を行う。
【００２５】
このような構成を有する従来の沈胴レンズの沈胴状態において、光学式ローパスフィルタや赤外域カットフィルタ等の光学フィルタ自体の厚さ及び光学フィルタの挿入・固定部分の厚さにより、３群レンズ枠１８がＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子２４方向に移動できる範囲が規制されてしまう。また、３群レンズ枠１８と２群レンズ枠１３との間、及び２群レンズ枠１３と１群レンズ枠１０との間を近づけることができる距離に関しても、ある一定の限界があった。
【００２６】
仮に、３群レンズ枠１８を後部鏡筒１７（光学フィルタの挿入・固定部分）に接触するところまで移動させ、３群レンズ枠１８〜２群レンズ枠１３間、及び２群レンズ枠１３〜１群レンズ枠１０間をそれぞれ接触するところまで近づけたとしても、撮像レンズ部２（沈胴式レンズ）の沈胴全長は、ある一定の限界までしか薄型化することができなかった。
【００２７】
また、光学フィルタ２２は、赤外域カットフィルタが光学式ローパスフィルタと張り合わされた状態で光学フィルタとして使用されて後部鏡筒１７に固定されていた。そのため、赤外域カットフィルタを光軸上に出し入れすることができず、従って夜間撮影ができなかった。
【００２８】
次に、図１０Ａ、Ｂ、Ｃ、図１１Ａ、Ｂ、図１２及び図１３を参照して、夜間撮影が可能なタイプ（ナイトショット機能搭載型）の先行技術に係る沈胴式光学ユニットである撮像レンズ部２の詳細な構成について説明する。この夜間撮影（ナイトショット）は、赤外域カットフィルタを光軸上に出し入れすることで可能になる技術である。光学ユニット全体の構成は、上述した夜間撮影ができないタイプ（ナイトショット機能未搭載型）の沈胴式光学ユニットと同様であるため、同一部分には同一符号を付して、それらの説明は省略する。
【００２９】
図１２及び図１３に示すように、後部鏡筒１７Ａには、固定環１５に対向される側の面の略中央部に略直方体をなすケーシング７１が設けられている。このケーシング７１の内部には、レンズの光軸方向において適切な位置に光学フィルタ（本実施例では、赤外域カットフィルタ９１）を配置するためのフィルタ収納部７２が設けられている。このフィルタ収納部７２に対応させてケーシング７１の前面には、対物側からの入射光線を後部鏡筒１７Ａに保持されているＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子２４に向けて通すための開口部７３が設けられている。
【００３０】
また、ケーシング７１の上面には、フィルタ収納部７２に収納された光学フィルタの一具体例を示す赤外域カットフィルタ９１を光軸Ｌと直交する方向に退避させるための退避口７４が設けられている。この退避口７４の両側には、赤外域カットフィルタ９１が動力を受けて移動する際に当該赤外域カットフィルタ９１を光軸と直交する方向に適切にガイドするための一対のガイド部７５，７５が設けられている。
【００３１】
更に、後部鏡筒１７Ａの一面の斜め上部には、赤外域カットフィルタ９１を移動させるための動力を発生する動力源７６が取り付けられる動力源取付部７７が設けられている。動力源７６としては、例えば、ステッピングモータを適用することができ、その回転軸７６ａが突出する側には動力源取付部７７に取り付けるためのフランジ部７６ｂが設けられている。このフランジ部７６ｂを取付ネジ等の固着手段で動力源取付部７７に固定することにより、動力源７６が後部鏡筒１７Ａに取り付けられる。このとき、軸受け穴７７ａに回転軸７６ａが挿入される。
【００３２】
動力源７６の回転軸７６ａには、アーム部７８ａを介して回動ピン７８が一体的に設けられている。この回動ピン７８は、アーム部７８ａによって回転軸７６ａから所定距離だけ変移して互いに平行とされている。更に、回転軸７６ａの先端部には、外周縁の一部にギア部７９ａが設けられた扇形ギア７９が取り付けられている。扇形ギア７９の中央部には、回転軸７６ａと回動ピン７８が挿入される係合穴７９ｂが設けられている。この回転軸７６ａと回動ピン７８が係合穴７９ｂに同時に係合されることにより、回転軸７６ａの回転によって扇形ギア７９が一体的に回転駆動される。
【００３３】
扇形ギア７９のギア部７９ａには、フランジ部７６ｂに設けられた枢軸７６ｃに回転自在に支持されたピニオンギア８０が噛合されている。ピニオンギア８０の外周の一部にはアーム部８０ａが設けられており、このアーム部８０ａに、動力源７６側に突出する駆動ピン８１が取り付けられている。これら動力源７６と回動ピン７８と扇形ギア７９とピニオンギア８０と駆動ピン８１によってフィルタホルダ８２を移動するための動力伝達機構８３が構成されている。
【００３４】
これら扇形ギア７９等は、後部鏡筒１７Ａと動力源７６との間に配置され、所定の性能を得られるようにそれぞれ位置決めされて、駆動される。尚、動力伝達機構８３は、上述したギア列等に限定されるものではなく、例えば、カム機構、リンク機構その他の動力伝達の可能な各種の機構を用いることができる。
【００３５】
フィルタホルダ８２は、赤外域カットフィルタ９１を保持して光軸Ｌと直交方向に移動させるもので、赤外域カットフィルタ９１が装着されるコ字状に開口された保持部８２ａが設けられている。この保持部８２ａの開口側の両外面には、その開口部を閉じる取付バンド８４を係止するための突起８２ｂがそれぞれ設けられている。また、フィルタホルダ８２の保持部８２ａと反対側には、駆動ピン８１が摺動可能に係合される長穴８２ｃが設けられている。
【００３６】
更に、フィルタホルダ８２の保持部８２ａの開口側と反対側には、光軸Ｌと直交方向に移動される際に、ケーシング７１のガイド部７５にガイドされるガイド突条８２ｄが設けられている。このフィルタホルダ８２の材質としては、例えば、ガラス繊維を含有するポリカーボネート樹脂を用いて成形することができ、強度、遮光性及び量産性を備えている。
【００３７】
取付バンド８４はゴム状弾性体等の弾性部材によって形成され、突起８２ｂに係合される一対の係合孔８４ａが設けられている。この取付バンド８４には、装着時に赤外域カットフィルタ９１を弾性的に付勢して脱落を防止する付勢部８４ｂが設けられている。この取付バンド８４を、保持部８２ａに赤外域カットフィルタ９１を装着した状態で開口側に取り付けることにより、赤外域カットフィルタ９１が所定位置に位置決めされてフィルタホルダ８２に保持される。
【００３８】
赤外域カットフィルタ９１の保持方法は、取付バンド８４によるスナップフィット方法に限定されるものではなく、熱カシメや接着剤による接着方法、その他各種の方法を用いることができる。
【００３９】
赤外域カットフィルタ９１は、フィルタホルダ８２に保持されて光軸Ｌと直交方向に移動されるため、本実施例においては、従来の沈胴式レンズの場合とは異なり、光学式ローパスフィルタ８５とは別部材として独立に形成されている。
【００４０】
光学式ローパスフィルタ８５は、赤外線撮影等の夜間撮影時においても撮像装置の画像記録のためには必要である。そのため、本実施例においては、後部鏡筒１７Ａの中央穴に装着された固体撮像素子２４の光軸方向前側に配置され、所定位置に位置決めされて固定されている。
【００４１】
上述した動力伝達機構８３とフィルタホルダ８２により、赤外域カットフィルタ９１を光軸上の位置と光軸外の位置との間に移動させる移動機構８６が構成されている。そして、移動機構８６とケーシング７１により、赤外域カットフィルタ２２を光軸上の所定位置から直交方向へ直線状に移動させて光軸外の所定位置に退避させる退避手段８８が構成されている。
【００４２】
この退避手段８８の動作を簡単に説明すると、次の如くである。まず、赤外域カットフィルタ９１を光軸上の位置から光軸外の位置へ移動させる場合について説明する。まず、動力源７６を駆動させて回転軸７６ａ及び回動ピン７８を所定の回転方向に回転させる。これにより、回転軸７６ａ等と回転方向に一体とされた扇形ギア７９が同方向に同じ量だけ回転される。この扇形ギア７９の回転により、そのギア部７９ａに噛合されたピニオンギア８０が噛み合った歯数の分だけ逆方向に回転される。
【００４３】
この駆動ピン８１が枢軸７６ｃを中心に回動することにより、その駆動ピン８１が長穴８２ｃに沿って移動しつつ、フィルタホルダ８２をフィルタ収納部７２から引き出す方向に移動させる。これにより、フィルタホルダ８２がガイド部７５にガイドされて光軸方向と直交方向に移動する。その結果、フィルタホルダ８２に保持された赤外域カットフィルタ９１が、光軸上の所定位置から直交方向へ直線状に移動されて光軸外の所定位置に移る。
【００４４】
一方、赤外域カットフィルタ９１を光軸外の所定位置から光軸上の所定位置へ移動させる場合は、上述した退避動作と逆の動作が行われ、それにより赤外域カットフィルタ９１を光軸上の所定位置に移動させることができる。
【００４５】
このような赤外域カットフィルタ９１等が装着される後部鏡筒１７Ａの前面に固定環１５の後端部が当接され、取付ネジ等の固着手段により固定されて一体化される。固定環１５の後端部には取付ネジが挿通される複数個のネジ受け部１５ｃが設けられていると共に、これらネジ受け部１５ｃに対応して後部鏡筒１７Ａには同じ数の凹部１７ａが設けられている。これらの凹部１７ａに各ネジ受け部１５ｃを嵌合させることにより、後部鏡筒１７Ａに対して固定環１５が位置決めされる。その状態でネジ止めすることにより、後部鏡筒１７Ａに固定環１５が締付け固定されて一体化される。
【００４６】
以上のような構成により、この沈胴レンズは、上述した「ナイトショット機能」と「ナイトフレーミング機能」を実行することができる。即ち、図１０Ｂに示すワイド状態から図１０Ｃに示すテレ状態の間において光学レンズとして使用するときに、赤外域カットフィルタ９１を光軸上に出し入れすることにより、赤外線撮影である「ナイトショット撮影」及び「ナイトフレーミング撮影」を行うことができる。
【００４７】
図１１Ａ，Ｂは、赤外域カットフィルタ９１を出し入れする動作を説明するもので、図１１Ａは光軸上の所定位置に赤外域カットフィルタ９１をセットした状態を示し、図１１Ｂは光軸上から光軸外に完全に移動させた状態を示している。同図において、符号Ｈは、赤外域カットフィルタ９１の移動方向を示している。
【００４８】
上述したような沈胴式光学ユニットを備えた撮影装置としては、例えば、特許文献１のようなものがある。この特許文献１には、光学系を使用位置と収納位置に移動可能なカメラ等の光学装置に関するものが記載されている。
【００４９】
この光学装置は、光学系を構成する第１のレンズユニットと、前記第１のレンズユニットを駆動する第１のモータと、前記光学系を構成する、前記第１のレンズユニットの後方に設けられる第２のレンズユニットと、前記第２のレンズユニットを駆動する第２のモータと、前記光学系の収納指示に応答して前記第２のレンズユニットを繰り込み、前記第２のレンズユニットの繰り込みが完了した後に前記第１のレンズユニットの繰り込みを開始し、前記第２のレンズユニットの繰り込みによって空けられたスペースに前記第１のレンズユニットを繰り込むように前記第１、第２のモータを制御する制御手段を有する、ことを特徴としている。
【００５０】
また、赤外域カットフィルタを備えた撮像装置としては、例えば、特許文献２のようなものがある。この特許文献２には、可視光領域及び赤外光領域の撮像が可能な撮像素子を有する撮像装置に関するものが記載されている。
【００５１】
この撮像装置は、可視光領域及び赤外光領域の撮像が可能な撮像素子を有する撮像装置において、光路中に配置すること及び上記光路から外すことが可能な赤外光カットフィルタと、上記撮像素子から得られた画像信号を信号処理する信号処理手段と、上記画像信号が撮影されたときの明るさを検出する検出手段と、上記検出手段の検出結果に基づいて誤操作か否かを判断し、上記誤操作を利用者に知らせるための制御手段とからなることを特徴としている。
【００５２】
【特許文献１】
特開２０００−１９４０４６号公報（第３〜５頁、図１等）
【特許文献２】
特開２０００−２６１７１６号公報（第２頁、図１）
【００５３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した図１０〜図１３で説明したような「ナイトショット機能が搭載された夜間撮影可能な沈胴レンズ」においては、赤外域カットフィルタの出し入れ機構が増えるために、図４Ａ〜Ｃに示すように、「ナイトショット機能が搭載されていない夜間撮影不能な沈胴レンズ」に比較して、沈胴時におけるレンズ全長が厚くなってしまうという課題があった。
【００５４】
図４Ａは「ナイトショット機能がない（以下「Ｘタイプ」という。）沈胴レンズ」、図４Ｂは「ナイトショット機能がある先行技術に係る（以下「Ｙタイプ」という。）沈胴レンズ」、図４Ｃは「ナイトショット機能がある本願発明に係る（以下「Ｚタイプ」という。）沈胴レンズ」を示すものである。
【００５５】
図４Ａ及び図４Ｂから明らかなように、Ｘタイプ沈胴レンズとＹタイプ沈胴レンズを比べると、退避手段８８の厚み分だけＹタイプ沈胴レンズの厚みＴ１が増えていることが明らかになった。
【００５６】
本発明は、上述したような課題を解消するためになされたものであり、沈胴式レンズのより一層の薄型化を実現できるようにした光学ユニット及びその光学ユニットを備えた撮像装置を提供することを目的としている。
【００５７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本出願の光学ユニットは、固定鏡筒に対して、レンズを保持するレンズ枠を有する少なくとも１つのレンズ鏡筒が光軸方向に沿って移動可能であり、上記レンズ鏡筒の背後に光学フィルタを備え、上記レンズ鏡筒の沈胴時に上記光学フィルタを光軸と交差する方向へ移動させて光軸外に退避させる退避手段を設け、上記退避手段は、上記光学フィルタを保持するフィルタホルダと、上記フィルタホルダを上記光軸上の位置と上記光軸外の位置との間に移動させる動力伝達機構と、上記レンズ枠を収納する空間部分を形成した上記固定鏡筒に設けられ、光軸外の位置に移動した光学フィルタを収納するケーシングと、を有し、上記動力伝達機構は、上記フィルタホルダを移動させるための動力を発生する動力源と、上記動力源により発生される回転力により回転駆動される扇形ギアと、上記扇形ギアにより間欠的に回転駆動されて駆動ピンを回転させるピニオンギアと、上記フィルタホルダの移動方向と交差する方向に延在されて当該フィルタホルダに設けられると共に上記駆動ピンが摺動可能に係合される長穴と、を有し、上記駆動ピンを回転させることにより上記フィルタホルダを上記光軸上の位置と上記光軸外の位置との間に移動させるようにし、上記ケーシングの空間部分に上記レンズ鏡筒のレンズ枠が入り込むようにした。
【００５８】
また、本出願の光学ユニットを備えた撮像装置は、固定鏡筒に対して少なくとも１つのレンズ鏡筒が光軸方向に沿って移動可能であり、上記レンズ鏡筒の背後に光学フィルタが配置された光学ユニットを備えた撮像装置であって、上記光学ユニットは、上記レンズ鏡筒の沈胴時に上記光学フィルタを光軸と交差する方向へ移動させて光軸外に退避させる退避手段を有し、上記退避手段は、上記光学フィルタを保持するフィルタホルダと、上記フィルタホルダを上記光軸上の位置と上記光軸外の位置との間に移動させる動力伝達機構と、
上記レンズ枠を収納する空間部分を形成した上記固定鏡筒に設けられ、光軸外の位置に移動した光学フィルタを収納するケーシングと、を有し、上記動力伝達機構は、上記フィルタホルダを移動させるための動力を発生する動力源と、上記動力源により発生される回転力により回転駆動される扇形ギアと、上記扇形ギアにより間欠的に回転駆動されて駆動ピンを回転させるピニオンギアと、上記フィルタホルダの移動方向と交差する方向に延在されて当該フィルタホルダに設けられると共に上記駆動ピンが摺動可能に係合される長穴と、を有し、上記駆動ピンを回転させることにより上記フィルタホルダを上記光軸上の位置と上記光軸外の位置との間に移動させるようにし、上記ケーシングの空間部分に上記レンズ鏡筒のレンズ枠が入り込むようにした。
【００５９】
上述した光学ユニットでは、レンズ鏡筒の沈胴時に光学フィルタを光軸と交差する方向に退避させることで、退避された空間部分にレンズ鏡筒のレンズ枠が入り込む。そのため、光学ユニットの沈胴レンズ全長の薄型化を可能にし、小型化を図ることができる。
【００６０】
また、本出願の光学ユニットを備えた撮像装置では、小型化の可能な光学ユニットを用いることができるため、撮像装置全体の小型化、薄型化を図ることができる。
【００６１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による沈胴式の光学ユニット及びその光学ユニットを備えた撮像装置の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
【００６２】
図１Ａ、Ｂ及びＣは本発明による沈胴式レンズの断面図であり、図１Ａが不使用時のレンズ収納状態である沈胴位置、図１Ｂがワイド（広角）位置、図１Ｃがテレ（望遠）位置の各状態を示すものである。図２は、図１Ａを拡大して示す断面図である。また、図３Ａ、Ｂは、赤外域カットフィルタの出し入れ動作を説明する断面図である。
【００６３】
ここで、複数のレンズ１１を保持した１群レンズ枠１０及び複数のレンズ１３ａを保持した２群レンズ枠１３がカム環１２の回転駆動により、図１Ａの沈胴位置から図１Ｂのワイド位置及び図１Ｂのワイド位置から図１Ｃのテレ位置に移動するズーミング動作及びその逆のワイド動作を行うときの各動作は、図１０Ａ、Ｂ及びＣで説明した場合と同様である。
【００６４】
また、本発明の特徴とする部分は、光学ユニットの沈胴状態において、光学式ローパスフィルタや赤外域カットフィルタ等からなる光学フィルタを光軸Ｌに対して直交方向に退避させ、その退避された空間部分にフォーカスレンズ等の３群レンズ枠を入り込ませることにより、沈胴レンズ全長の薄型化を可能にするものである。
【００６５】
以下に、光学フィルタの退避機構を、図１Ａ〜Ｃ、図２及び図３Ａ，Ｂを参照して説明する。尚、図１Ａ〜Ｃ、図２及び図３Ａ、Ｂにおいて、上述した図４Ａ〜Ｃ、図８Ａ〜Ｃ、図９、図１０Ａ〜Ｃ及び図１１Ａ、Ｂで説明した構成部分と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００６６】
本実施例に係る沈胴式レンズ（撮像レンズ部）９０は、全体の構成としては、図１０Ａ〜Ｃ等を参照して説明した「夜間撮影可能なナイトショット機能搭載」の沈胴式レンズと略同様であるので、ここでは全体の構成を概略説明し、差異のある点について詳細に説明する。
【００６７】
図１Ａ〜Ｃにおいて、１０は、複数のレンズ１１を保持する１群レンズ枠であり、１２は、１群レンズ枠１０を光軸方向へ移動可能に支持するカム環である。また、１３は、複数のレンズ１３ａを保持する２群レンズ枠であり、１６は、２群レンズ枠１３を光軸方向へ移動可能に支持する直進案内環である。更に、１５は、カム環１２を光軸方向へ移動可能に支持する固定環であり、固定環１５は後部鏡筒１７の前面に一体的に固定されている。
【００６８】
後部鏡筒１７には、光学式ローパスフィルタ８５と固体撮像素子２４が保持されていて、両者の間にはシールゴム２３が介在されている。光学式ローパスフィルタ８５の前方には、光学フィルタの一具体例を示す赤外域カットフィルタ９１が光軸Ｌ上と光軸外との間に直線的に移動可能とされて配置されている。更に、光軸上において赤外域カットフィルタ９１の前方に３群レンズ枠１８Ｂに保持されたレンズ１９が配置されている。
【００６９】
３群レンズ枠１８Ｂは、その構成は上述した３群レンズ枠１８と同様であるが、光学性能に悪影響を与えない範囲で径方向に小型化を図り、赤外域カットフィルタ９１及びフィルタホルダ８２が光軸Ｌと直交方向に退避し易いような形状とすることが好ましい。この場合、光軸Ｌと直交方向に退避したフィルタホルダ８２を避けるような切欠きを３群レンズ枠１８Ｂに設けることも有効である。
【００７０】
後部鏡筒１７Ｂの構成も、上述した後部鏡筒１７Ａと同様であるが、フィルタホルダ８２を光軸Ｌと直交方向に退避させて３群レンズ枠１８ＢをＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子２４方向に収納するため、次のようにすることが好ましい。その１は、フィルタホルダ８２を光軸Ｌと直交方向に退避させるため、従来に比べて退避口７４の逃げ部を大きくする。その２は、３群レンズ枠１８Ｂを、フィルタホルダ８２が光軸Ｌと直交方向に退避した後にできるスペースに収納するため、従来に比べて開口部７３を大きくする。この開口部７３は、通常、固定絞りとしての機能を兼用する場合もあるが、この機能は別の開口部（例えば、光学式ローパスフィルタ８５を固定している部分）に持たせることができるため、開口部７３を大きくすることは設計的にも可能である。
【００７１】
次に、本実施例の動作について説明する。図１Ｂのワイド状態から図１Ｃのテレ状態に至るまでの光学レンズとして使用する状態においては、赤外域カットフィルタ９１を光軸Ｌ上に出し入れすることにより、赤外線撮影を持たせて、赤外線撮影を実行することができる（図３Ａ，Ｂ参照）。
【００７２】
この沈胴式レンズ９０の沈胴動作においては、図１Ａに示すように、動力源７６からの動力をフィルタホルダ８２に与えることにより（矢印Ｊ）、フィルタホルダ８２を介して赤外域カットフィルタ９１を光軸Ｌと直交方向に退避させることができる。その後、赤外域カットフィルタ９１が光軸Ｌと直交方向に退避して空いたスペースに、３群レンズ枠１８Ｂを収納する（矢印Ｉ）。これにより、３群レンズ枠１８Ｂが従来よりも深い位置に収納され、より薄く収納された状態となる。
【００７３】
更に、３群レンズ枠１８Ｂが従来に比較してより薄く収納されたため、その空いたスペースに、所定のカムカーブに沿って１群レンズ枠１０，２群レンズ枠１３及び直進案内環１６を重ね合わせて収納することができる（矢印Ａ、矢印Ｂ及び矢印Ｃ）。
【００７４】
以上により、３タイプの関係を比較した図４Ａ〜図４Ｃから明らかなように、Ｘタイプ沈胴レンズとＹタイプ沈胴レンズを比べると、Ｙタイプ沈胴レンズの全長が、退避手段８８の厚みＴ１だけ増えていることが分かる。一方、Ｙタイプ沈胴レンズとＺタイプ沈胴レンズを比べると、Ｚタイプ沈胴レンズの全長が、共に赤外域カットフィルタを用いているにもかかわらず厚みＴ２だけ薄くなっていることが分かる。更に、Ｘタイプ沈胴レンズとＺタイプ沈胴レンズを比べると、Ｚタイプ沈胴レンズの全長が、赤外域カットフィルタ２２が追加されているにもかかわらず厚みＴ３分だけ薄くなっている。
【００７５】
本実施例に係る沈胴式レンズ９０によれば、先行技術若しくは従来の「ナイトショット機能が搭載された夜間撮影可能な沈胴式レンズ」に比較して、効率良く収納スペースを生み出してそのスペースを活用してレンズ枠を収納することができる（図４Ａ〜Ｃ）。そのため、沈胴式レンズ９０の全長を小さくして薄型化を図ることができた。
【００７６】
しかも、従来の「ナイトショット機能が搭載されない夜間撮影不能な沈胴式レンズ」と比較しても、赤外域カットフィルタを光軸Ｌと直交方向に退避することによって効率良く収納スペースを生み出してそのスペースを活用しているため、沈胴式レンズ９０の全長を小さくして薄型化を図ることができた。
【００７７】
本発明は、上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。
【００７８】
例えば、上記実施例では、赤外域カットフィルタを光軸と直交方向に退避させる構成としたが、その退避方向は光軸に対して直交する方向でなくてもよく、赤外域カットフィルタが適切に機能するように光軸上に出し入れできる場合には、例えば、赤外域カットフィルタを斜め方向に移動させる構成としてもよく、外域カットフィルタの出し入れ方向に限定されるものではない。更に、赤外域カットフィルタを出し入れする機構についても、上述した実施例に限定されるものではない。
【００７９】
また、上記実施例においては、赤外域カットフィルタを光軸と直交方向に移動可能とするためのレール状のガイド部７５を後部鏡筒に設けたが、例えば、別部材で赤外域カットフィルタの駆動ガイド手段（例えば、フラップ方式、旋回方式等）を構成してもよく、また、バリア駆動機構等に設けてもかまわない。
【００８０】
更に、沈胴式レンズのレンズ構成についても本実施例に限定されるものではなく、沈胴式レンズの駆動方式についても同様である。また、駆動源としては、ステッピングモータばかりでなく、超音波モータや一般的なＤＣモータ等を用いることができる。更に、ギアユニットを必ずしも必要とするものではなく、例えば、超音波モータやリニアモータ等によるダイレクト駆動によるものでもかまわない。
【００８１】
また、沈胴式レンズの沈胴構造は、カム溝やカムピンによるカム機構に限定されるものではなく、光学レンズ系を薄型に収納する機構であればよく、例えば、ボールネジ式、ラック・ピニオン式、リニアモータ式等のように各種の機構を採用することができるものである。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本出願の光学ユニットによれば、固定鏡筒に対して少なくとも１つのレンズ鏡筒が光軸方向に沿って移動可能であり、レンズ鏡筒の背後に光学フィルタが配置された光学ユニットを備えた撮像装置であって、光学ユニットは、レンズ鏡筒の沈胴時に光学フィルタを光軸と交差する方向へ移動させて光軸外に退避させる退避手段を有し、退避手段は、光学フィルタを保持するフィルタホルダと、固定鏡筒に設けられ且つフィルタホルダを介して光学フィルタを光軸上の位置と光軸外の位置との間に移動可能に保持するケーシングと、フィルタホルダを光軸上の位置と光軸外の位置との間に移動させる動力伝達機構と、を有し、動力伝達機構は、フィルタホルダを移動させるための動力を発生する動力源と、動力源により発生される回転力により回転駆動される扇形ギアと、扇形ギアにより間欠的に回転駆動されて駆動ピンを回転させるピニオンギアと、フィルタホルダの移動方向と交差する方向に延在されてフィルタホルダに設けられると共に駆動ピンが摺動可能に係合される長穴と、を有し、駆動ピンを回転させることによりフィルタホルダを光軸上の位置と光軸外の位置との間に移動させるようにして、レンズ鏡筒の沈胴時に光学フィルタを光軸と交差する方向に退避させる構成としたため、退避された空間部分にレンズ鏡筒のレンズ枠を入れ込むことができ、従って、光学ユニットの沈胴レンズ全長の薄型化を可能にし、小型化を図ることができるという効果が得られる。
【００８３】
また、本出願の光学ユニットを備えた撮像装置によれば、小型化の可能な光学ユニットを用いるようにしたため、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ装置として用いることができ、撮像装置全体の小型化、薄型化を図ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る沈胴式レンズを示すもので、図１Ａは不使用時のレンズ収納状態である沈胴状態、図１Ｂはワイド（広角）状態、図１Ｃはテレ（望遠）状態をそれぞれ示す断面図である。
【図２】図１Ａを拡大して示す断面図である。
【図３】本発明に係る赤外域カットフィルタの出し入れ動作を説明するもので、図３Ａは光軸上に位置した状態、図３Ｂは光軸外に移動した状態をそれぞれ示す断面図である。
【図４】本発明に係る沈胴式レンズ及び従来の沈胴式レンズの沈胴状態を比較するもので、図１Ａはナイトショット機能のない沈胴式レンズ、図１Ｂはナイトショット機能のある従来の沈胴式レンズ、図１Ｃはナイトショット機能のある本発明に係る沈胴式レンズをそれぞれ示す断面図である。
【図５】光学ユニットが沈胴状態であるデジタルスチルカメラの外観斜視図である。
【図６】光学ユニットがワイド状態又はテレ状態に伸長したデジタルスチルカメラの外観斜視図である。
【図７】光学ユニットの外観を示すもので、図７Ａは沈胴状態、図７Ｂはワイド状態、図７Ｃはテレ状態をそれぞれ示す斜視図である。
【図８】従来のナイトショット機能のない沈胴式レンズを示すもので、図８Ａは沈胴状態、図８Ｂはワイド状態、図８Ｃはテレ状態をそれぞれ示す断面図である。
【図９】図８の沈胴式レンズを分解して示す斜視図である。
【図１０】先行技術に係るナイトショット機能のある沈胴式レンズを示すもので、図１０Ａは沈胴状態、図１０Ｂはワイド状態、図１０Ｃはテレ状態をそれぞれ示す断面図である。
【図１１】図１０に示すナイトショット機能のある沈胴式レンズの赤外域カットフィルタの出し入れ動作を説明するもので、図１１Ａは光軸上に位置した状態、図１１Ｂは光軸外に移動した状態をそれぞれ示す断面図である。
【図１２】図１０に示すナイトショット機能のある沈胴式レンズの赤外域カットフィルタの退避手段を分解して前側から見た分解斜視図である。
【図１３】図１０に示すナイトショット機能のある沈胴式レンズの赤外域カットフィルタの退避手段を分解して後側から見た分解斜視図である。
【符号の説明】
２，７０，９０…撮像レンズ部（沈胴式レンズ）、１０…１群レンズ枠、１０ａ…カムピン、１２…カム環、１３…２群レンズ枠、１５…固定環、１６…直進案内環、１７，１７Ａ，１７Ｂ…後部鏡筒、１８，１８Ｂ…３群レンズ枠、２２…光学フィルタ、２４…固体撮像素子（撮像手段）、７１…ケーシング、７２…フィルタ収納部、７３…開口部、７４…退避口、７５…ガイド部、７６…動力源、８２…フィルタホルダ、８３…動力伝達機構、８５…光学式ローパスフィルタ（光学フィルタ）、８６…移動機構、８８…退避手段、９１…赤外域カットフィルタ（光学フィルタ）

Claims

固定鏡筒に対して、レンズを保持するレンズ枠を有する少なくとも１つのレンズ鏡筒が光軸方向に沿って移動可能であり、上記レンズ鏡筒の背後に光学フィルタを備え、
上記レンズ鏡筒の沈胴時に上記光学フィルタを光軸と交差する方向へ移動させて光軸外
に退避させる退避手段を設け、
上記退避手段は、
上記光学フィルタを保持するフィルタホルダと、
上記フィルタホルダを上記光軸上の位置と上記光軸外の位置との間に移動させる動力伝達機構と、
上記レンズ枠を収納する空間部分を形成した上記固定鏡筒に設けられ、光軸外の位置に移動した光学フィルタを収納するケーシングと、
を有し、
上記動力伝達機構は、
上記フィルタホルダを移動させるための動力を発生する動力源と、
上記動力源により発生される回転力により回転駆動される扇形ギアと、
上記扇形ギアにより間欠的に回転駆動されて駆動ピンを回転させるピニオンギアと、
上記フィルタホルダの移動方向と交差する方向に延在されて当該フィルタホルダに設けられると共に上記駆動ピンが摺動可能に係合される長穴と、を有し、
上記駆動ピンを回転させることにより上記フィルタホルダを上記光軸上の位置と上記光軸外の位置との間に移動させるようにし、
上記ケーシングの空間部分に上記レンズ鏡筒のレンズ枠が入り込むようにした
光学ユニット。
固定鏡筒に対して少なくとも１つのレンズ鏡筒が光軸方向に沿って移動可
能であり、上記レンズ鏡筒の背後に光学フィルタが配置された光学ユニットを備えた撮像
装置であって、
上記光学ユニットは、
上記レンズ鏡筒の沈胴時に上記光学フィルタを光軸と交差する方向へ移動させて光軸外
に退避させる退避手段を有し、
上記退避手段は、
上記光学フィルタを保持するフィルタホルダと、
上記フィルタホルダを上記光軸上の位置と上記光軸外の位置との間に移動させる動力伝達機構と、
上記レンズ枠を収納する空間部分を形成した上記固定鏡筒に設けられ、光軸外の位置に移動した光学フィルタを収納するケーシングと、
を有し、
上記動力伝達機構は、
上記フィルタホルダを移動させるための動力を発生する動力源と、
上記動力源により発生される回転力により回転駆動される扇形ギアと、
上記扇形ギアにより間欠的に回転駆動されて駆動ピンを回転させるピニオンギアと、
上記フィルタホルダの移動方向と交差する方向に延在されて当該フィルタホルダに設けられると共に上記駆動ピンが摺動可能に係合される長穴と、を有し、
上記駆動ピンを回転させることにより上記フィルタホルダを上記光軸上の位置と上記光軸外の位置との間に移動させるようにし、
上記ケーシングの空間部分に上記レンズ鏡筒のレンズ枠が入り込むようにした
撮像装置。