JP4392905B2 - レンズ鏡筒および光学機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラのような撮像装置その他の光学機器に使用されるレンズ鏡筒に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラ用のズームレンズとしては、例えば被写体側から順に固定の凸、可動の凹、固定の凸、可動の凸の４つのレンズ群から構成されるものがある。
【０００３】
図８（Ａ），（Ｂ）には、一般的な４群レンズ構成のズームレンズの鏡筒構造を示している。なお、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ−Ａ線断面を示している。
【０００４】
このズームレンズを構成する４つのレンズ群２０１ａ〜２０１ｄは、固定された前玉レンズ２０１ａ、光軸に沿って移動することで変倍動作を行うバリエーターレンズ群２０１ｂ、固定されたアフォーカルレンズ２０１ｃ、および光軸に沿って移動することで変倍時の焦点面維持と焦点合わせを行うフォーカシングレンズ群２０１ｄからなる。
【０００５】
ガイドバー２０３，２０４ａ，２０４ｂは光軸２０５と平行に配置され、移動するレンズ群の案内および回り止めを行う。ＤＣモーター２０６はバリエーターレンズ群２０１ｂを移動させる駆動源となる。
【０００６】
前玉レンズ２０１ａは前玉鏡筒２０２に保持され、バリエーターレンズ群２０１ｂはＶ移動環２１１に保持されている。また、アフォーカルレンズ２０１ｃは中間枠２１５に、フォーカシングレンズ群２０１ｄはＲＲ移動環２１４に保持されている。
【０００７】
前玉鏡筒２０２は、後部鏡筒２１６に位置決め固定されており、両鏡筒２０２，２１６によってガイドバー２０３が位置決め支持されているとともに、ガイドスクリュウ軸２０８が回転可能に支持されている。このガイドスクリュウ軸２０８は、ＤＣモータ２０６の出力軸２０６ａの回転がギア列２０７を介して伝達されることにより回転駆動される。
【０００８】
バリエーターレンズ群２０１ｂを保持するＶ移動環２１１は、押圧ばね２０９とこの押圧ばね２０９の力でガイドスクリュウ軸２０８に形成されたスクリュー溝２０８ａに係合するボール２１０とを有しており、ＤＣモータ２０６によってガイドスクリュー軸２０８が回転駆動されることにより、ガイドバー２０３にガイドおよび回転規制されながら光軸方向に進退移動する。
【０００９】
後部鏡筒２１６とこの後部鏡筒２１６に位置決めされた中間枠２１５にはガイドバー２０４ａ，２０４ｂが嵌合支持されている。ＲＲ移動環２１４は、これらガイドバー２０４ａ，２０４ｂによってガイドおよび回転規制されながら光軸方向に進退可能である。
【００１０】
フォーカシングレンズ群２０１ｄを保持するＲＲ移動環２１４には、ガイドバー２０４ａ，２０４ｂにスライド可能に嵌合するスリーブ部が形成されており、またラック２１３が光軸方向についてＲＲ移動環２１４と一体的となるように組み付けられている。
【００１１】
ステッピングモーター２１２は、その出力軸に一体形成されたリードスクリュー２１２ａを回転駆動する。リードスクリュー２１２ａにはＲＲ移動環２１４に組み付けられたラック２１３が係合しており、リードスクリュー２１２ａが回転することによって、ＲＲ移動環２１４がガイドバー２０４ａ，２０４ｂによりガイドされながら光軸方向に移動する。
【００１２】
なお、バリエーターレンズ群の駆動源としては、フォーカシングレンズ群の駆動源と同様にステッピングモータを用いてもよい。
【００１３】
そして、前玉鏡筒２０２、中間枠２１５および後部鏡筒２１６により、レンズ等を略密閉収容するレンズ鏡筒本体が形成される。
【００１４】
また、このようなステッピングモータを用いてレンズ群保持枠を移動させる場合には、フォトインタラプタ等を用いて保持枠が光軸方向の１つの基準位置に位置することを検出した後に、ステッピングモータに与える駆動パルスの数を連続的にカウントすることにより、保持枠の絶対位置を検出する。
【００１５】
図９には、従来の撮像装置におけるカメラ本体の電気的構成を示している。この図において、図８にて説明したレンズ鏡筒の構成要素については、図８と同符号を付す。
【００１６】
２２１はＣＣＤ等の固体撮像素子、２２２はバリエーターレンズ群２０１ｂの駆動機構であり、モータ２０６（又はステッピングモータ）、ギア列２０７およびガイドスクリュー軸２０８等を含む。
【００１７】
２２３はフォーカシングレンズ群２０１ｄの駆動機構であり、ステッピングモータ２１２、リードスクリュー軸２１２ａおよびラック２１３等を含む。
【００１８】
２２４はバリエーターレンズ群２０１ｂとアフォーカルレンズ２０１ｃとの間に配置された絞り装置２３５の駆動機構である。
【００１９】
２２５はズームエンコーダー、２２７はフォーカスエンコーダーである。これらのエンコーダーはそれぞれ、バリエーターレンズ群２０１ｂおよびフォーカシングレンズ群２０１ｄの光軸方向の絶対位置を検出する。なお、バリエーター駆動源としてＤＣモータを用いる場合には、ボリューム等の絶対位置エンコーダーを用いたり、磁気式のものを用いたりする。
【００２０】
また、駆動源としてステッピングモーターを用いる場合には、前述したような基準位置に保持枠を配置してから、ステッピングモータに入力する動作パルス数を連続してカウントする方法を用いるのが一般的である。
【００２１】
２２６は絞りエンコーダーであり、絞り駆動源であるモータの内部にホール素子を配置し、ローターとステーターの回転位置関係を検出する方式のものなどが用いられる。
【００２２】
２３２は本カメラの制御を司るＣＰＵである。２２８はカメラ信号処理回路であり、固体撮像素子２２１の出力に対して所定の増幅やガンマ補正などを施す。これらの所定の処理を受けた映像信号のコントラスト信号は、ＡＥゲート２２９およびＡＦゲート２３０を通過する。即ち、露出決定およびピント合わせのために最適な信号の取り出し範囲が全画面内のうちこのゲートで設定される。このゲートの大きさは可変であったり、複数設けられたりする場合がある。
【００２３】
２３１はＡＦ（オートフォーカス）のためのＡＦ信号を処理するＡＦ信号処理回路であり、映像信号の高周波成分に関する１つもしくは複数の出力を生成する。２３３はズームスイッチ、２３４はズームトラッキングメモリである。ズームトラッキングメモリ２３４は、変倍に際して被写体距離とバリエーターレンズ位置に応じてセットすべきフォーカシングレンズ位置の情報を記憶する。なお、ズームトラッキングメモリとしてＣＰＵ２３２内のメモリを使用してもよい。
【００２４】
例えば、撮影者によりズームスイッチ２３３が操作されると、ＣＰＵ２３２は、ズームトラッキングメモリ２３４の情報をもとに算出したバリエーターレンズとフォーカシングレンズの所定の位置関係が保たれるように、ズームエンコーダー２２５の検出結果となる現在のバリエーターレンズの光軸方向の絶対位置と算出されたバリエーターレンズのセットすべき位置、およびフォーカスエンコーダー２２７の検出結果となる現在のフォーカスレンズの光軸方向の絶対位置と算出されたフォーカスレンズのセットすべき位置がそれぞれ一致するように、ズーム駆動機構２２２とフォーカスシング駆動機構２２３を駆動制御する。
【００２５】
また、オートフォーカス動作ではＡＦ信号処理回路２３１の出力がピークを示すように、ＣＰＵ２３２は、フォーカシング駆動機構２２３を駆動制御する。
【００２６】
さらに、適正露出を得るために、ＣＰＵ２３２は、ＡＥゲート２２９を通過したＹ信号の出力の平均値を所定値として、絞りエンコーダー２２６の出力がこの所定値となるように絞り駆動機構２２４を駆動制御して、開口径をコントロールする。
【００２７】
近年、撮影レンズには小型化、小径化が求められている。但し、従来、ビデオカメラ用のズームレンズとして最も多く用いられている光学タイプとしては、被写体側から順に固定の凸、可動の凹、固定の凸、可動の凸の４つのレンズ群から構成されるものが有るが、この光学タイプは、前玉レンズが固定であるため、光学系を保持する鏡筒全長が長くなるという問題がある。そこで、収納時に前玉レンズの位置が沈胴する沈胴鏡筒構造やＷｉｄｅ端にて光学全長が短くなる前玉位置可変鏡筒構造が提案されている。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記沈胴鏡筒構造や前玉位置可変鏡筒構造は、円筒カム環やヘリコイドの端面にカム面を形成したヘリコイド筒を用いる等、複雑な機構を用いるため、鏡筒構造が大型化したり部品点数が増えてコストアップにつながったりするという問題を有している。
【００２９】
また、可動レンズ群のそれぞれに対して駆動源を有する構成も考えられる。しかし、例えば可動レンズ群が合計３個ある場合には、３個のモータ等の駆動源を必要とすることになる。このため、たとえ全長短縮が実現できたとしても、光軸方向から見たレンズ鏡筒の投影面積が大きくなってしまうという欠点があり、カメラレイアウト上も不利となってしまうことが多い。
【００３０】
また、３個のモータを使用しない構造、例えば前述のようなヘリコイド筒の端面にカム面を形成してこのカム面によって２個の可動レンズ群を駆動する構造や、カム環を用いて複数のレンズ群を駆動する構造も考えられ、これらによれば２個のモータで３個の可動レンズ群を駆動することも可能である。しかし、前述した構造の複雑化等の問題に加え、やはりレンズ鏡筒の光軸方向投影面積が大きくなってしまうという問題が生ずる。
【００３１】
そこで、本発明では、１つ駆動源の駆動力を利用して複数の可動レンズ群、を駆動可能とし、かつ鏡筒全長および光軸方向投影面積が小さなコンパクトなレンズ鏡筒を提供することを目的としている。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明では、駆動源により光軸方向に駆動される第１レンズ保持部材と、鏡筒本体又はこの鏡筒本体に対して固定された鏡筒構成部材に光軸方向に向かって回動可能に取り付けられ、光軸方向に移動する第１レンズ保持部材により回動駆動される回動部材と、回動する回動部材によって光軸方向に駆動される第２レンズ保持部材とを有し、第２レンズ保持部材が鏡筒本体から被写体方向に突出する突出状態を有するレンズ鏡筒であって、第２レンズ保持部材を被写体方向に付勢する付勢手段と、第２レンズ保持部材に設けられ、回動部材に形成されたカムに当接するカムフォロアとを有する。そして、カムフォロアは、突出状態にて像面方向への外力が第２レンズ保持部材に作用した場合において回動部材に対する第２レンズ保持部材の像面方向への離脱を許容するように、付勢手段から被写体方向への付勢力を受けて該カムフォロアの被写体側の部分にて回動部材のカムに当接していることを特徴とする。
【００４２】
【発明の実施の形態】
図１および図２には、本発明を実施するに適した、ビデオカメラや静止画カメラ等の撮影装置その他の光学機器に用いられるズームレンズ鏡筒の構成を示している。これらの図において、１は前玉レンズ群、２はバリエーターレンズ群、３はアフォーカルレンズ群、４はフォーカシングレンズ群、２６は固定レンズ群、５はＣＣＤを示す。なお、図１はワイド状態を、図２はテレ状態を示している。
【００４３】
これらの図から明らかなように、このズームレンズ鏡筒では、ズーミングに連動してバリエーターレンズ群およびフォーカシングレンズ群だけでなく、前玉レンズ群も光軸方向に移動する。
【００４４】
６，７，８はそれぞれ、ズーミング中の前玉レンズ群１，バリエーターレンズ群２およびフォーカシングレンズ群４の移動軌跡を示しており、フォーカシングレンズ群４の移動軌跡８は、被写体距離に応じてカーブが変化するものである。
【００４５】
なお、本発明は、固定レンズ群２６を有さないズームレンズ鏡筒にも適用することができる。
【００４６】
このように、ズーミングに伴って前玉レンズ群１が移動することで、特にワイド端で得られるレンズ全長を、前玉固定のタイプに比較して短くすることができる。
【００４７】
（第１実施形態）
図３〜図５には、上記レンズ構成を有する本発明の第１実施形態であるズームレンズ鏡筒を示している。なお、図３には光学的なテレ状態におけるズームレンズ鏡筒を、図４には光学的なワイド状態におけるズームレンズ鏡筒を示している。
【００４８】
これらの図において、２０はステップモータ本体（駆動源）、１８は雄ねじを形成したステップモータの出力軸であるリードスクリューである。また、１９は雌ねじを形成したラックであり、リードスクリュー１８と係合している。このラック１９は、バリエータレンズ群２を保持するバリエータ保持枠（第１レンズ保持部材）１７に取り付けられている。このため、ステッピングモータ本体２０に駆動パルスが入力されてこれが回転作動し、リードスクリュー１８が回転駆動されると、ラック１９はリードスクリュー１８から光軸方向駆動力を受け、ラック１９が取り付けられたバリエータ保持枠１７は、光軸方向に駆動される。
【００４９】
アフォーカルレンズ群３を保持するアフォーカル保持枠（固定されたレンズ保持部材）１２は鏡筒本体（前部鏡筒１０および後部鏡筒１５により構成される）に固定されている。
【００５０】
このアフォーカル保持枠１２には、光軸方向被写体側に延出する延出部１２ｂが形成されており、この延出部１２ｂの前端には、カム板（回動部材）１６が軸１２ａを中心に光軸方向に向かって回動できるように取り付けられている。
【００５１】
カム板１６の下部には長穴１６ｃが形成されており、この長穴１６ｃには、バリエータ保持枠１７に設けられたカムフォロア１７ａが嵌合している。このため、バリエータ保持枠１７がアフォーカル保持枠１２に対して光軸方向に移動すると、両者の間隔の変化に応じてカム板１６が軸１２ａを中心に回動する。具体的には、バリエータ保持枠１７がアフォーカル保持枠１２に対して離れる方向（被写体方向）に移動すると、カム板１６は図３，４における反時計回り方向（被写体方向）に回動し、バリエータ保持枠１７がアフォーカル保持枠１２に対して近づく方向（像面方向）に移動すれば、カム板１６は図３，４における時計回り方向（像面方向）に回動する。カム板１６の上部像面側には、端面カム１６ａが形成されている。
【００５２】
前玉レンズ群１を保持する前玉保持枠（第２レンズ保持部材）９は、光軸方向に長く形成されたスリーブ部が、鏡筒本体１０，１５によって両端を支持されたガイドバー１１に摺動可能に嵌合することにより、鏡筒本体１０，１５内で光軸方向に移動可能に保持されている。
【００５３】
ガイドバー１１上における前玉保持枠９のスリーブ部の後端と後部鏡筒１５との間にはバネ１４が配置されており、このバネ１４の付勢力により前玉保持枠９は被写体方向に付勢されている。
【００５４】
また、前玉保持枠９における像面側への延出部分の先端には、カムフォロア９ａが設けられており、このカムフォロア９ａは、その被写体側の部分にてカム板１６の端面カム１６ａに当接している。
【００５５】
このため、図３に示す状態からバリエータ保持枠１７が図４に示すように像面方向に移動し、カム板１６が像面方向に回動すると、カム板１６の回動力によって、すなわち端面カム１６ａがカムフォロア９ａを押すことによって、前玉保持枠９がバネ１４の付勢力に抗して像面方向に駆動される。また、図４に示す状態からバリエータ保持枠１７が図３に示すように被写体方向に移動し、カム板１６が被写体方向に回動すると、前玉保持枠９はバネ１４の付勢力によってカム板１６の端面カム１６ａに押し付けられながら被写体方向に駆動される。
【００５６】
そして、いずれの場合も、カムフォロア９ａは端面カム１６ａに沿って移動するため、端面カム１６ａの形状を適宜設定することにより、前玉保持枠９の移動軌跡をバリエータ保持枠１７の移動軌跡と異ならせて、必要な前玉保持枠９の移動軌跡を得ることができる。
【００５７】
このように、本実施形態によれば、ステップモータ本体２０の駆動力を利用して２つの可動レンズ群（バリエータ保持枠１７および前玉保持枠９）をそれぞれ異なる移動軌跡が得られるように駆動することができる。そして、フォーカシングレンズ群４を保持するフォーカシング保持枠１３については、不図示の別のステップモータ又はＤＣモータにより駆動されるリードスクリューで駆動するようにすれば、鏡筒全長および光軸方向投影面積が小さなコンパクトなレンズ鏡筒とすることができる。
【００５８】
ところで、特に前玉保持枠９が鏡筒本体１０，１５から被写体側に突出したテレ状態（突出状態）では、図５に示すように前玉保持枠９に鏡筒本体１０，１５内に押し込まれるような外力が作用する場合がある。
【００５９】
本実施形態では、カム板１６の端面カム１６ａが前玉保持枠９のカムフォロア９ａの被写体側の部分に当接しているだけであるため、上記外力が前玉保持枠９に作用した場合（外力がバネ１４の付勢力よりも大きかった場合）、端面カム１６ａからのカムフォロア９ａの離脱が許容され、前玉保持枠９のカム板１６に対する像面方向への離脱が許容される。このため、外力によるカム板１６やカムフォロア９ａへのダメージが防止される。したがって、カム板１６やカムフォロア９aの強度を外力によるダメージを考慮して大きくする必要がなくなり、カム板１６やカムフォロア９ａ、ひいてはレンズ鏡筒全体のコンパクト化に有効である。
【００６０】
なお、前玉保持枠９が上記外力によりある程度押し込まれると、その端面９ｂとアフォーカル保持枠１２の被写体方向への延出部の端面とが当接することにより、前玉保持枠９のそれ以上の押し込みが防止される。
【００６１】
そして、外力が無くなれば、バネ１４の付勢力によって前玉保持枠９は元の位置、カムフォロア９ａが端面カム１６ａに当接する位置に戻る。
【００６２】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、前玉保持枠９の本体部にカムフォロア９ａを一体的に設けた場合について説明したが、本実施形態では、図６および図７に示すように、前玉保持枠２１の本体部から像面方向に延出形成された部分に、カムフォロア部２２ａを備えたカムフォロアブロック２２をビス２３により光軸方向に位置調節が可能となるように、つまりカムフォロア部２２ａの光軸方向位置の調節が可能となるように取り付けている。
【００６３】
具体的には、カムフォロアブロック２２の中央に光軸方向に延びる長穴２２ｂを形成し、この長穴２２ｂにビス２３を通して、前玉保持枠２１の延出部分に形成された下穴２１ｃにねじ込んでカムフォロアブロック２２を支持させる。
【００６４】
カムフォロアブロック２２の位置調節を行う際には、ビス２３を少し緩めて、不図示の偏芯工具をカムフォロアブロック２２に形成された調整穴２２ｃに通すとともに、前玉保持枠２１の延出部分に形成された偏芯工具用穴２１ｄに位置決めする。そして、偏芯工具を回転させることにより、カムフォロアブロック２２を微少に光軸方向に動かして位置調整し、再びビス２３を締め付ければよい。
【００６５】
このように前玉保持枠２１の本体部分に対して、これとは別体形成されたカムフォロア２２ａを光軸方向について位置調節可能とすることにより、前玉保持枠２１とバリエータ保持枠１７との間の間隔を調節することができる。
【００６６】
なお、上記各実施形態では、バリエータ保持枠と前玉保持枠とを組合せてこれらを１つのモータで駆動する場合について説明したが、本発明は、これら以外のレンズ保持部材の組合せに対しても適用することができる。
【００６７】
また、モータにより直接駆動されるレンズ保持部材（上記実施形態ではバリエータ保持枠）の移動により他の複数のレンズ保持部材が回転部材（カム板）により駆動されるようにしてもよい。
【００６８】
さらに、上記各実施形態では、鏡筒本体に固定されたレンズ保持部材（アフォーカル保持枠）に回動部材を取り付けた場合について説明したが、回動部材を鏡筒本体に回動可能に取り付けるようにしてもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第２レンズ保持部材を付勢手段によって被写体方向に付勢し、回動部材に対する第２レンズ保持部材の像面方向への離脱を許容するようにカムフォロアを回動部材のカムに当接させているので、突出状態において第２レンズ保持部材に像面側（機器本体側）に押し込むような外力が加わった場合に、回動部材やカムフォロアに無理な力が加わることを防止できる。したがって、回動部材やカムフォロアの強度を外力によるダメージを考慮して大きくする必要がなくなり、回動部材やカムフォロア、ひいてはレンズ鏡筒全体のコンパクト化に有効である。外力がなくなったときには付勢手段の付勢力によって元の当接状態に復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を実施するのに適したズームレンズ鏡筒のレンズ配置（ワイド状態）およびズーム作動を示す図。
【図２】 本発明を実施するのに適したズームレンズ鏡筒のレンズ配置（テレ状態）。
【図３】 本発明の第１実施形態であるレンズ鏡筒（テレ状態）の断面図。
【図４】 上記第１実施形態のレンズ鏡筒（ワイド状態）の断面図。
【図５】 上記第１実施形態のレンズ鏡筒が外力を受けたときの動作を示す説明図。
【図６】 本発明の第２実施形態であるレンズ鏡筒における前玉周辺の構成図。
【図７】 上記第２実施形態における前玉周辺の分解図。
【図８】 従来のレンズ鏡筒の構成図。
【図９】 従来のレンズ鏡筒の電気回路ブロック図。
【符号の説明】
１・・前玉レンズ群
２・・バリエータレンズ群
３・・アフォーカルレンズ群
４・・フォーカシングレンズ群
５・・ＣＣＤ
６，７，８・・ズーム中のレンズ移動軌跡
９，２１・・前玉保持枠
１０，１５・・鏡筒本体
１１・・ガイドバー
１２・・アフォーカル保持枠
１３・・フォーカシング保持枠
１４・・バネ
１７・・バリエータ保持枠
１８・・リードスクリュー
１９・・ラック
２０・・ステップモータ本体
２２・・カムフォロアーブロック

Claims (3)

1. 駆動源により光軸方向に駆動される第１レンズ保持部材と、鏡筒本体又はこの鏡筒本体に対して固定された鏡筒構成部材に光軸方向に向かって回動可能に取り付けられ、光軸方向に移動する前記第１レンズ保持部材により回動駆動される回動部材と、回動する前記回動部材によって光軸方向に駆動される第２レンズ保持部材とを有し、前記第２レンズ保持部材が前記鏡筒本体から被写体方向に突出する突出状態を有するレンズ鏡筒であって、
   前記第２レンズ保持部材を被写体方向に付勢する付勢手段と、
   前記第２レンズ保持部材に設けられ、前記回動部材に形成されたカムに当接するカムフォロアとを有し、
   前記カムフォロアは、前記突出状態にて像面方向への外力が前記第２レンズ保持部材に作用した場合において前記回動部材に対する前記第２レンズ保持部材の像面方向への離脱を許容するように、前記付勢手段から被写体方向への付勢力を受けて該カムフォロアの被写体側の部分にて前記回動部材の前記カムに当接していることを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 前記第１レンズ保持部材よりも像面側に、前記鏡筒本体に固定された第３レンズ保持部材が配置されており、
   前記突出状態にて像面方向への外力が前記第２レンズ保持部材に作用した場合に、前記第２レンズ保持部材が前記第３レンズ保持部材に設けられた被写体方向への延出部に当接して該第２レンズ保持部材の像面方向への前記外力による押し込みが防止されることを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
3. 請求項１又は２に記載のレンズ鏡筒を有することを特徴とする光学機器。

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