JP4497612B2 - レンズ駆動装置およびこれを備えた光学機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ズームレンズ、特にインナーフォーカスあるいはリアフォーカスと呼ばれる光学タイプのズームレンズの駆動に用いられるレンズ駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のズームレンズ鏡筒では、物体側である前群の小径化による小型化、合焦用レンズの軽量化によるオートフォーカス（以下、ＡＦという）のスピードアップ、および前群非回転によるフード効果やフィルター操作性の改善を図るために、インナーフォーカスあるいはリアフォーカス方式と呼ばれる、前群以外のレンズ群を移動させて焦点調節を行なう方式（以下、インナーフォーカス方式という）が主流となってきている。
【０００３】
但し、この種のズームレンズでは、一般に、変倍動作による焦点距離の変化に伴ない合焦用レンズの移動量を変化させなければならない。
【０００４】
そして、このための手法として、例えば特許第２５６１３５０号公報において、焦点距離の変化に伴なう合焦用レンズの移動量を自動的に補正する手段が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、近年のもう１つの傾向であるズーム倍率の高倍化に伴ない、以下のような問題点が顕在化してきている。
【０００６】
一般的なインナーフォーカス方式のズームレンズにおいては、同一物体距離に対する合焦レンズの移動量が、広角側から望遠側にかけて徐々に大きくなっていく。特に、高倍率ズームレンズ（概ね５倍以上の倍率を有するズームレンズ）の場合、広角側と望遠側での移動量の差が大きく、また望遠側に近付くにつれて急激に移動量が大きくなっていく。
【０００７】
このような特徴を有する高倍率ズームレンズに従来例の手法を適用すると、フォーカスカムの最適化（すなわち、各焦点距離での合焦用レンズ移動量の軌跡を重ね合わせて１本の滑らかなカムとすること）によるズームパラメータシフト量が大きくなり、広角側と望遠側での変倍用レンズの移動軌跡の傾きが大きく異なってくる。
【０００８】
そしてこの結果として、変倍動作時の操作トルクの増大や急激な変化といった操作性での問題点が生じる。しかも、この問題を解決するために、許容範囲を超えた変倍動作時のピント変動を許容せざるを得ないといった問題も新たに発生する。
【０００９】
そこで、本発明は、変倍動作の操作性に悪影響を与えることなく、変倍動作時のピント変動を充分小さい値に抑えることのできる、特にインナーフォーカス方式のレンズ鏡筒に適したレンズ駆動装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面としてのレンズ駆動装置は、変倍動作時に合焦のためのレンズ駆動を行うレンズ駆動装置において、変倍駆動カムを有し、変倍動作時に回転して前記変倍駆動カムによる第１のレンズ保持枠の光軸方向駆動を行う第１のカム筒と、合焦駆動カムを有し、前記第１のカム筒に連動して回転して前記合焦駆動カムによる第２のレンズ保持枠の光軸方向駆動を行いながら光軸方向に移動する第２のカム筒と、前記第２のレンズ保持枠に設けられたキーフォロアに係合するキー溝部を有し、合焦動作時に回転して前記キー溝部と前記キーフォロアとの係合により回転停止している前記第２のカム筒に対して前記第２のレンズ保持枠を回転駆動する合焦駆動部材と、を有し、前記合焦駆動部材が、前記キー溝部を少なくとも一部が光軸と平行でない非ストレートカム形状に形成することにより構成されており、回転する前記第２のカム筒を光軸方向に移動させる機構として、固定筒に設けられたカム筒駆動カムと、前記第１のカム筒に光軸方向に延びるよう形成された直進溝部と、前記第２のカム筒に設けられ、これらカム筒駆動カムおよび直進溝部とに係合するフォロアとにより構成されている。
【００１２】
かかる発明によれば、焦点距離に応じて合焦駆動カムと合焦レンズ（第２のレンズ）保持枠に設けられたフォロアとの相対回転速度を変化させることができるので、各焦点距離での合焦駆動カムと第２のレンズ保持枠のフォロアとの係合位置および係合範囲を簡単に補正することが可能となる。このため、合焦駆動カムの最適化による変倍レンズ（第１のレンズ）の移動軌跡（つまりは、変倍駆動カムの形状）への影響を軽減することが可能となり、変倍動作の操作性に悪影響を与えることなく、変倍動作時のピント変動を充分小さい値に抑えることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明の第１実施形態である一眼レフカメラ用交換レンズの前端構成を示している。また、図２は、図１に示した交換レンズのレンズ駆動機構の広角状態における展開図である。
【００１８】
本実施形態の交換レンズは、レンズ群Ｌ１〜Ｌ６の６群構成であって、変倍動作によって全てのレンズ群が、またフォーカス動作によってレンズ群Ｌ２が光軸方向に移動する。このとき、レンズ群Ｌ３とレンズ群Ｌ６は一体的に移動し、レンズ群Ｌ５は光軸方向への移動とは別に、振れ補正動作を行なうために光軸と略直交する方向への移動も行なうことができる。
【００１９】
１０１はマウントであり、カメラ本体に取り付けるためのバヨネット部を有するとともに、固定筒１０２にビス止め固定されている。１０３は外装環であり、マウント１０１と固定筒１０２との間に挟み込まれて固定されている。この外装環１０３には、目盛窓１０４、名称プレート１０５およびＳＷパネル１０６が取り付けられている。ＳＷパネル１０６に設けられたスイッチを切り替えることによって、オートフォーカスや振れ補正などの機能を選択して使用することができる。
【００２０】
１０７は案内筒であり、固定筒１０２がビス止めされることでカメラ本体に対して固定部を構成している。案内筒１０７の外径には、バヨネット結合によって光軸周りの回転のみ可能となっているカム筒１０８が嵌合している。このカム筒１０８が回転することで、案内筒１０７に形成された光軸方向の案内溝１０７ａ，１０７ｂと、カム筒（第１のカム筒）１０８に形成されたズームカム（変倍駆動カム）１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄとの交点の移動に従い、Ｌ３保持枠１０９、Ｌ４保持枠１１０、振れ補正ユニット１１１および直進筒１１２をそれぞれにビス止めされたフォロア１１３〜１１６を介して光軸方向へ移動させることができる。
【００２１】
Ｌ３保持枠１０９は、レンズ群Ｌ３を保持している。このＬ３保持枠１０９には、絞り駆動部と絞り羽根部とから構成される電磁絞りユニット１１７がビス止めされている。また、Ｌ３保持枠１０９の後端には、レンズ群Ｌ６を保持するＬ６保持枠１１８が、補強板１１９及びばね座金１２０とともにビス止めされている。
【００２２】
Ｌ４保持枠１１０は、レンズ群Ｌ４を保持しているともに、その前端にフック部を有している。このフック部には、開放口径の決定及び有害光のカットを目的とする移動絞り１２１が前方より弾性結合されている。これにより、Ｌ３保持枠１０９を間に挟んだ状態での移動絞り１２１とＬ４保持枠１１０との結合を容易としている。
【００２３】
振れ補正ユニット１１１は、レンズ群Ｌ５を光軸と略直交する方向に移動可能に保持しており、マグネット及びコイルとから構成された駆動機構によってレンズ群Ｌ５を駆動する。
【００２４】
直進筒１１２には、フィルター枠１２２がビス止めされている。このフィルター枠１２２の先端外径にはバヨネット部が、内径にはネジ部が設けられており、それぞれフード、フィルター等のアクセサリーが装着可能となっている。
【００２５】
フィルター枠１２２には、レンズ群Ｌ１を保持するＬ１保持枠１２３がビス止めされているが、フィルター枠１２２とＬ１保持枠１２３との当接部はそれぞれ周方向の斜面となっている。このため、Ｌ１保持枠１２３を回転させて取り付けることにより、光軸方向の取り付け位置を変えることができる。これにより、製造誤差による広角側と望遠側の焦点位置のずれを補正することが可能となっている。
【００２６】
１２４は化粧環であり、その前面にはレンズ名称等の表示が印刷されている。
１２５はフォーカスユニットで、案内筒１０７にビス止めされている。このフォーカスユニット１２５は、主として振動型モータと差動機構とから構成されており、振動型モータのロータ回転量とマニュアルフォーカスリング１２６の回転量に応じたフォーカスキー（合焦駆動部材）１２７の回転量を出力する。
【００２７】
フォーカスユニット１２５の前側には、水平及び垂直方向の振れの角速度を検出する一対の振動ジャイロ１２８が半田付けされたジャイロ基板１２９が、ゴムダンパー（不図示）を介してビス止めされている。また、フォーカスユニット１２５から円弧状に延出した突出部外径には、グレイコードパターンが形成されたエンコーダフレキ１３０が貼り付けられている。
【００２８】
さらに、フォーカスユニット１２５の前側には、振動ジャイロ１２８、エンコーダフレキ１３０のない位相で突出部が設けられ、この突出部にはフォロア１３１がビス止めされている。
【００２９】
１３２はズーム操作環であり、周方向に設けられている溝にフォロア１３１が係合することで、光軸方向の移動が阻止された状態で光軸周りで回転操作可能となっている。
【００３０】
このズーム操作環１３２の内径に形成された凹部には、カム筒１０８にビス止めされたズームキー１３３が係合している。これにより、ズームキー１３３を介して、ズーム操作環１３２の回転と一体的にカム筒１０８を回転させることができる。
【００３１】
１３４は中間筒であり、その外径にはズーム操作環１３２の内径に形成された光軸方向に延びる溝に係合する突起部が、内径にはフィルター枠１２２の外径に設けられた突起部が係合するリード溝がそれぞれ設けられている。このため、中間筒１３４は、回転方向についてはズーム操作環１３２と一体的に、光軸方向についてはズーム操作環１３２の回転方向の位置とフィルター枠１２２の光軸方向の位置に応じて進退する。
【００３２】
本実施形態では、振動ジャイロ１２８をカメラ本体から離れた位置（フォーカスユニット１２５の前）に配置することで、カメラ本体が発生する振動（シャッター幕走行やミラーアップ・ダウンの振動など）が振動ジャイロ１２８に伝わりにくい構造となっており、振動ジャイロをケース内に収納するなど従来用いられてきた手法を必要としない。
【００３３】
また、ズーム操作環１３２の光軸方向移動を阻止する突起部を振動ジャイロ１２８のない位相に設けることで、レンズ外径を大きくせずに振動ジャイロを配置することができている。これらの手法により、本実施形態の交換レンズの小型化が達成されている。
【００３４】
１３５はズーム操作環１３２の外径に巻き付けられたズームゴムであり、１３６はズーム操作環１３２の前端部に弾性結合しているネームリングである。１３７はズームブラシであり、ズーム操作環１３２にビス止めされている。このズームブラシ１３７は、ズーム操作環１３２の回転とともにエンコーダフレキ１３２のグレイコードパターン上を摺動し、ズーム操作環１３２とエンコーダフレキ１３０の位置関係を検出するためのものである。
【００３５】
１３８はインナーカム筒（第２のカム筒）であり、このインナーカム筒１３８には、コイルばねを挟んでフォロア１３９がビス止めされている。フォロア１３９は、案内筒１０７に形成されたズーム補正カム１０７ｃとカム筒１０８に形成された光軸方向に延びる直進溝部１０８ｅとに係合している。このため、カム筒１０８が回転すると、インナーカム筒１３８は、ズーム補正カム１０７ｃと直進溝部１０８ｅの交点（すなわち、フォロア１３９の係合位置）の移動に従って回転しながら光軸方向に進退する。
【００３６】
１４０はＬ２保持枠で、レンズ群Ｌ２を保持している。このＬ２保持枠１４０の外径部にはフォロア部１４０ａが形成されており、このフォロア部１４０ａはインナーカム筒１３８の内径に形成されたフォーカスカム（合焦駆動カム）１３８ａに係合している。また、Ｌ２保持枠１４０から延出したキー部（キーフォロア）１４０ｂは、フォーカスキー１２７に形成されたキー溝部１２７ａに係合している。
【００３７】
このため、合焦動作時において、振動型モータ若しくはマニュアルフォーカスリング１２６が回転して、フォーカスキー１２７が回転（カム筒１０８は停止）すると、この回転がキー部１４０ｂを介してＬ２保持枠１４０に伝達され、これを回転させる。そして、Ｌ２保持枠１４０が回転すると、フォロア部１４０ａとインナーカム筒１３８のフォーカスカム１３８ａとの係合点の光軸方向移動量に応じてＬ２保持枠１４０は光軸方向にも移動する。
【００３８】
一方、変倍動作時には、振動型モータおよびマニュアルフォーカスリング１２６は回転せず、フォーカスキー１２７も回転しないが、カム筒１０８が回転するため、Ｌ２保持枠１４０は、カム筒１０８の回転による案内筒１０７のズーム補正カム１０７ｃとカム筒１０８の直進溝部１０８ｅとの交点の移動によるインナーカム筒１３８の光軸方向移動量と、フォロア部１４０ａとインナーカム筒１３８のフォーカスカム１３８ａとの係合点の光軸方向移動量の合計量だけ光軸方向に移動する。
【００３９】
ここで、図２に示す広角側での状態から、中間域を経て望遠側に変倍する際に、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８は図２中左方向に回転する。これによりＬ２保持枠１４０は上方（光軸方向前方）に移動し、キー部１４０ｂは回転停止しているキー溝部１２７ａの下端から上端近傍に移動することになる。また、望遠側から広角側に変倍する際には、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８は図２中右方向に回転するとともに、Ｌ２保持枠１４０は下方（光軸方向後方）に、キー部１４０ｂは回転停止しているキー溝部１２７ａの上端近傍から下端にそれぞれ移動することになる。
【００４０】
そして、本実施形態では、キー溝部１２７ａにおける下側部分（つまり、ズーム広角域でのＬ２保持枠１４０の移動範囲に対応するキー部１４０ｂの係合範囲）は、光軸方向である上下方向に対して図中右上がり方向に傾斜しており、キー溝部１２７ａにおける中間部分（つまり、ズーム中間域でのＬ２保持枠１４０の移動範囲に対応するキー部１４０ｂの係合範囲）は、光軸方向である上下方向に対して図中左上がり方向に傾斜している。
【００４１】
さらに、キー溝部１２７ａにおける上側部分（つまり、ズーム望遠域でのＬ２保持枠１４０の移動範囲に対応するキー部１４０ｂの係合範囲）は、光軸方向である上下方向にストレートに延びている。すなわち、キー溝部１２７ａは、少なくともその一部が光軸と平行ではない非ストレートカム形状に形成されている。
【００４２】
このため、望遠域で変倍動作が行われる際には、Ｌ２保持枠１４０は、キー部１４０ｂとキー溝部１２７ａにおける上側部分との係合作用により、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８と一体的に回転することになる。
【００４３】
また、広角域にて変倍動作が行われる際には、Ｌ２保持枠１４０は、キー部１４０ｂとキー溝部１２７ａにおける下側部分との係合作用により、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８とは逆方向に回転することになる。これにより、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８とＬ２保持枠１４０との相対回転速度、つまりはフォーカスカム１３８ａ内のフォロア１４０ａの回転速度は、上記望遠域での変倍動作時に比べて大きくなる。
【００４４】
また、中間域で変倍動作が行われる際には、Ｌ２保持枠１４０は、キー部１４０ｂとキー溝部１２７ａにおける中間部分との係合作用により、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８と同じ方向に回転することになる。これにより、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８とＬ２保持枠１４０との相対回転速度、つまりはフォーカスカム１３８ａ内のフォロア１４０ａの回転速度は、上記望遠域での変倍動作時に比べて小さくなる。
【００４５】
図１に示す１４１は目盛シートであり、フォーカスユニット１２５の出力であるフォーカスキー１２７の回転と一体的に回転し、目盛窓１０４と合わせて焦点位置の表示をする。
【００４６】
１４２はメイン基板であり、フォーカスユニット１２５、電磁絞りユニット１１７、振れ補正ユニット１１１、ジャイロ基板１２９およびエンコーダフレキ１３０と可撓性のフレキシブル基板を介して、あるいは直接、電気的に接続され、これらの各種制御を行なう。
【００４７】
１４３は、マウント１０１にビス止めされ、カメラ本体との通信及び電源の供給を行なう接点ブロックであり、メイン基板１４２とフレキシブル基板を介して接続されている。１４４は裏蓋であり、マウント１０１に弾性結合して有害光をカットする。
【００４８】
以上が本実施形態の交換レンズの構成であるが、簡単にまとめると以下の各種動作が可能となっている。
【００４９】
合焦動作のうちオートフォーカス時においては、振動型モータの駆動力により、合焦動作のうちマニュアルフォーカス時においてはマニュアルフォーカスリング１２６の回転操作力により、フォーカスキー１２７を介してＬ２保持枠１４０を回転させ、Ｌ２保持枠１４０のフォロア部１４０ａとインナーカム筒１３８のフォーカスカム１３８ａとの係合点の光軸方向移動量だけ、レンズ群Ｌ２を進退させることができる。
【００５０】
一方、変倍動作時においては、ズーム操作環１３２の回転操作力がズームキー１３３を介してカム筒１０８を回転させることで、案内筒１０７の案内溝１０７ａ，１０７ｂと、カム筒１０８のズームカム１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄとの交点の移動に従ったＬ３保持枠１０９、Ｌ４保持枠１１０、振れ補正ユニット１１１および直進筒１１２の光軸方向移動により、レンズ群Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５およびＬ６（レンズ群Ｌ３と一体）をそれぞれ光軸方向に進退させることができる。
【００５１】
さらに、これと同時に、レンズ群Ｌ２は、案内筒１０７のズーム補正カム１０７ｃとカム筒１０８の直進溝部１０８ｅとの交点の移動によるインナーカム筒１３８の光軸方向移動量と、このときのインナーカム筒１３８の回転によるＬ２保持枠１４０のフォロア部１４０ａとインナーカム筒１３８のフォーカスカム１３８ａとの係合点の光軸方向移動量の合成量だけ光軸方向に進退し、焦点距離の変化に伴うピント補正を行う。
【００５２】
しかも、本実施形態では、インナーフォーカス方式での焦点距離の変化に伴なう合焦レンズの移動量を補正してレンズ群Ｌ２を移動させることが可能となっているが、この点については後述する。
【００５３】
また、振れ補正動作においては、振動ジャイロ１２８の出力及びエンコーダフレキ１３０の出力に応じて振れ補正ユニットを制御し、レンズ群Ｌ５を光軸と略直交する面内で、発生している振れによるフィルム面での像の移動を打ち消す方向に駆動させることができる。
【００５４】
次に、本実施形態の交換レンズに採用されているフォーカスカム１３８ａの最適化について、図３を用いて詳述する。図３中、（ａ）はオリジナル光学設計値の状態、（ｂ）は従来のフォーカスカム最適化の状態、（ｃ）は本実施形態でのフォーカスカム最適化の状態をそれぞれ表わしている。各状態図とも、横軸は、各カム内でのフォロアの移動方向が紙面左側から順に、広角位置（Ｗ）→中間位置（Ｍ）→望遠位置（Ｔ）の順になるような各カムの回転位置を示しており、縦軸は、フォロアの光軸方向の位置を示している。
【００５５】
また、図３（ａ），（ｂ）におけるズームカム、フォーカスカム、ズーム補正カムは、それぞれ図３（ｃ）、すなわち本実施形態のズームカム１０８ｄ、フォーカスカム１３８ａ、ズーム補正カム１０７ｃに相当する。また、これら図では、広角位置（Ｗ）での物体距離∞の状態を、各カムの回転位置および各フォロアの光軸方向位置の基準（０）としている。
【００５６】
図３（ａ）のオリジナル光学設計値の状態では、変倍レンズ群であるレンズ群Ｌ１用のズームカムは、Ｍで回転位置θ１，光軸方向位置Ｚ１、Ｔで回転位置θ２，光軸方向位置Ｚ２を通る一定のリードを有する直線で表わされる。
【００５７】
一方、Ｗ、Ｍ、Ｔでの合焦レンズであるレンズ群Ｌ２の物体距離に応じたレンズ位置軌跡を示す曲線を、ズームカムでのＷ、Ｍ、Ｔの位置と同じ回転位置を物体距離∞として、また図中右側に向かって物体距離が近づいていくようにして、一本の曲線状に配置（Ｍ・∞で光軸方向位置Ｆ１、Ｔ・∞で光軸方向位置Ｆ２）したものがフォーカスカムである。
【００５８】
このとき、各焦点距離域でのレンズ位置曲線とも、物体距離∞からの回転角が同じであれば、対応する物体距離も同じになるようになっており、最短撮影可能距離までの回転角は、各焦点距離域でθｆとなっている。しかしながら、この状態でのフォーカスカムは滑らかな一本の曲線とは言い難い。
【００５９】
また、図３（ｂ）に示す従来のフォーカスカム最適化状態では、図３（ａ）の状態に対して、各焦点距離でのレンズ群Ｌ２の∞からの回転角とレンズ移動軌跡はそのままで、Ｍ、Ｔでのレンズ位置をずらして（Ｍ・∞で回転方向位置θ３、光軸方向位置Ｆ３、Ｔ・∞で回転方向位置θ２、光軸方向位置Ｆ４）配置することで、フォーカスカムを滑らかな曲線にするとともに、ズームカムにおけるＭでの回転方向位置も同じようにθ３にずらし（光軸方向位置は変えず）、変倍動作時にズームカムとフォーカスカムを回転方向に一体に回転させることで、各焦点距離での合焦レンズ移動軌跡の設計値からのずれを充分小さい値に抑えることができるようになっている。
【００６０】
このとき、ズーム補正カムは以下のように決定される。レンズ群Ｌ２は、先に説明したように、ズーム補正カムによるフォーカスカム全体の移動量と、フォーカスカムによるレンズ群Ｌ２の移動量の合成量だけ移動する。従って、レンズ群Ｌ２の変倍動作での移動量（Ｗ・∞基準）を、Ｍ・∞でＺ’１、Ｔ・∞でＺ’２とすると、ズーム補正カムは、ＭでＨ１＝Ｚ’１−Ｆ３、ＴでＨ２＝Ｚ’２−Ｆ４を通る曲線とすればよい。これにより、∞でのピント変動だけでなく、全ての物体距離における焦点距離の差によるレンズ移動量の差をメカ的に補正することが可能となる（各焦点距離のフォーカスカム使用域での相対回転速度では、∞からの回転角が同じであれば、物体距離も同じであるから）。
【００６１】
従来は、以上のような構成とすることで、焦点距離の変化に伴なう合焦用レンズの移動量を自動的に補正している。しかしながら、先にも述べたように、特に高倍率ズームレンズ（概ね５倍以上の倍率を有するズームレンズ）の場合、ズームカムにおけるＭ位置で必要とされる回転方向位置のずらし量が大きくなり、その結果として、ＷとＴでのカムの傾きが大きく異なってきてしまう（Ｂ≫Ａ）。
このために、変倍動作時の操作トルクの増大、急激な変化といった操作性での問題や、この問題を解決するために、許容範囲を超えた変倍動作時のピント変動を許容せざるを得ないといった問題が発生する。
【００６２】
一方、図３（ｃ）に示す本実施形態でのフォーカスカム最適化状態では、図３（ｂ）の状態に対して、ズームカム１０８ｄにおけるＭでの回転方向位置をθ４（＞θ３）とするとともに、変倍動作時におけるフォーカスカム１３８ａ内のフォロア１４０ａの回転速度をレンズ群Ｌ２の光軸方向位置（すなわち、焦点距離）に応じて変化させる機構（キー部１４０ｂと非ストレートカム形状を有するキー溝部１２７ａとの係合機構）を設けて、各焦点距離におけるフォーカスカムの使用位置及び使用範囲を補正している。これにより、従来と同じく合焦レンズ移動軌跡の設計値からのずれを充分小さい値に抑えることができるだけでなく、ＷとＴでのズームカム１０８ｄの傾きの極端な差を解消（Ｄ−Ｃ＜Ｂ−Ａ）することが可能となっている。
【００６３】
具体的には、フォーカスカム１３８ａの形状を、Ｍ、Ｔでのレンズ位置が、Ｍ・∞で回転方向位置θ５，光軸方向位置Ｆ５、Ｔ・∞で回転方向位置θ６、光軸方向位置Ｆ６となるように配置し、これに合わせてズーム補正カム１０７ｃも、ＭでＨ３＝Ｚ’１−Ｆ５、ＴでＨ４＝Ｚ’２−Ｆ６を通る曲線（回転方向位置はズームカムと同じ）とすることで、∞でのピント変動だけでなく、全ての物体距離における焦点距離の差によるレンズ移動量の差をメカ的に補正することが可能となっている。つまり、各焦点距離のフォーカスカム使用域での相対回転速度では、フォーカスキーの∞からの回転角が同じであれば、物体距離も同じになるように設定されている。
【００６４】
そして、本実施形態では、焦点距離に応じてフォーカスカム１３８ａ内のフォロア１４０ａの回転速度を変化させる機構を、合焦動作時においてレンズ群Ｌ２を回転させるためのフォーカスキー１２７のキー溝部１２７ａを用いて構成しているため、既存の構成要素を用いて、つまり複雑な機構を新たに設けることなく、フォーカスカム最適化状態でのズームカム（１０８ｄ等）の移動軌跡への影響を軽減することが可能となっている。
【００６５】
しかも、各焦点距離における物体距離がフォーカスキー１２７の回転角と対応しているため、物体距離目盛の表示機構も、フォーカスキー１２７との連動を利用すれば容易に構成することができる。
【００６６】
また、キー溝部１２７ａの光軸方向からの傾きによって、フォーカスカム１３８ａ内のフォロア１４０ａの回転速度をレンズ群Ｌ２の光軸方向位置（すなわち、焦点距離）に応じて、θＷ＞θＴ＞θＭとなるように変化させることで、一般的な高倍率ズームレンズ（概ね５倍以上の倍率を有するズームレンズ）の特徴（図３（ａ）でＴを基準とした滑らかなフォーカスカムを想定した時に、Ｍでは移動量が大きくなり過ぎ、Ｗでは逆に小さくなり過ぎる傾向がある）による、フォーカスカム最適化状態でのズームカムの移動軌跡への影響を軽減することができる。
【００６７】
さらに、レンズ群Ｌ２のフォーカス移動軌跡とズーム移動軌跡との差分を補正するための移動機構を、ズームカムを有するカム筒１０８に形成した直進溝部１０８ｅとズーム補正カム１０７ｃとで構成することで、複雑な機構を設けることなく、フォーカスカム最適化によるズームカムの移動軌跡への影響を軽減している。
【００６８】
なお、上記実施形態では、６群構成のレンズ系を用いた場合について説明したが、本発明はこれ以外のレンズ系にも適用することができる。
【００６９】
また、上記実施形態では、フォーカスカム１３８ａの使用位置の移動が、焦点距離が広角側から望遠側、物体距離が∞側から最短撮影距離側に変化していく時に同じとなるような場合について説明したが、逆方向の組合せも可能である。
【００７０】
また、特開平４−１８４４０５号公報にて説明されているように、上記実施形態におけるカム筒１０８を回転させながらインナーカム筒１３８と同じ軌跡で移動するように構成し、カム筒１０８とインナーカム筒１３８とを一体化して１つのカム筒とした場合にも、本発明を適用することができる。
【００７１】
さらに、本実施形態のものとカムとフォロアとの主従関係を逆にした場合、例えばＬ２保持枠（第２のカム筒）１４０にフォーカスカム１３８ａを反転した形状のフォーカスカムを形成し、インナーカム筒（第１のカム筒）１３８に上記フォーカスカムに係合するフォロアを形成した場合（Ｌ２保持枠は回転しながらフォロアを支点として、図１の構成と同じ軌跡で合焦のために移動する）にも、本発明を適用することができる。なお、この場合でも、Ｌ２保持枠に、フォーカスキーのキー溝部に係合するキー部を設けることができる。
【００７２】
また、上記実施形態では、一眼レフ銀塩カメラ用の交換レンズについて説明したが、本発明のレンズ駆動装置は、上記交換レンズ以外のレンズ鏡筒、レンズ一体型の銀塩カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラその他の光学機器にも使用することができる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本願第１および第２の発明によれば、焦点距離に応じて、合焦駆動カムと合焦レンズ（第２のレンズ）に設けられたフォロアとの係合位置の移動速度を変化させることができるので、各焦点距離での合焦駆動カムと第２のレンズのフォロアとの係合位置および係合範囲を簡単に補正することができる。
【００７４】
また、本願第３の発明によれば、焦点距離に応じて、合焦レンズ（第２のレンズ）を保持する第２のカム筒に設けられた合焦駆動カムと第１のカム筒に設けられたフォロアとの係合位置の移動速度を変化させることができるので、各焦点距離での合焦駆動カムと第１のカム筒のフォロアとの係合位置および係合範囲を簡単に補正することができる。
【００７５】
したがって、これら第１から第３の発明によれば、合焦駆動カムの最適化による変倍レンズ（第１のレンズ）の移動軌跡（つまりは、変倍駆動カムの形状）への影響を軽減することが可能となり、変倍動作の操作性に悪影響を与えることなく、変倍動作時のピント変動を充分小さい値に抑えることができる。
【００７６】
そして、上記第１から第３の発明において、上記相対回転速度を、
広角域での相対回転速度＞望遠域での相対回転速度＞中間域での相対回転速度の関係が満たされるよう変化させるようにすれば、合焦レンズの移動軌跡の設計値からのずれを小さく抑えることができるとともに、変倍駆動カムにおける広角域と望遠域での光軸回り方向に対する傾き差を小さくすることができ、広角域から望遠域にかけて操作トルクの急激な変化が生じるのを抑えることができる。
【００７７】
また、レンズ駆動装置に、第２のレンズ若しくはレンズ保持筒に設けられたフォロアに係合するキー溝部が形成され、合焦動作時に回転してキー溝部とフォロアとの係合により回転停止しているカム筒に対して第２のレンズ若レンズ保持筒を回転駆動する合焦駆動部材が設けられている場合には、上記キー溝部を少なくともその一部が光軸と平行でない非ストレートカム形状に形成することによって変速機構を構成することにより、既存の構成要素を用いて簡単に変速機構を構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である一眼レフカメラ用交換レンズの断面図。
【図２】上記交換レンズのレンズ移動機構の広角側における展開図。
【図３】上記実施形態と従来例とのフォーカスカム最適化の比較説明図。
【符号の説明】
１０１ マウント
１０２ 固定筒
１０３ 外装環
１０７ 案内筒
１０８ カム筒
１０９ Ｌ３保持枠
１１０ Ｌ４保持枠
１１１ 振れ補正ユニット
１１２ 直進筒
１１７ 電磁絞りユニット
１１８ Ｌ６保持枠
１２２ フィルター枠
１２３ Ｌ１保持枠
１２５ フォーカスユニット
１２７ フォーカスキー
１３８ インナーカム筒
１４０ Ｌ２保持枠
【発明の属する技術分野】
本発明は、ズームレンズ、特にインナーフォーカスあるいはリアフォーカスと呼ばれる光学タイプのズームレンズの駆動に用いられるレンズ駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のズームレンズ鏡筒では、物体側である前群の小径化による小型化、合焦用レンズの軽量化によるオートフォーカス（以下、ＡＦという）のスピードアップ、および前群非回転によるフード効果やフィルター操作性の改善を図るために、インナーフォーカスあるいはリアフォーカス方式と呼ばれる、前群以外のレンズ群を移動させて焦点調節を行なう方式（以下、インナーフォーカス方式という）が主流となってきている。
【０００３】
但し、この種のズームレンズでは、一般に、変倍動作による焦点距離の変化に伴ない合焦用レンズの移動量を変化させなければならない。
【０００４】
そして、このための手法として、例えば特許第２５６１３５０号公報において、焦点距離の変化に伴なう合焦用レンズの移動量を自動的に補正する手段が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、近年のもう１つの傾向であるズーム倍率の高倍化に伴ない、以下のような問題点が顕在化してきている。
【０００６】
一般的なインナーフォーカス方式のズームレンズにおいては、同一物体距離に対する合焦レンズの移動量が、広角側から望遠側にかけて徐々に大きくなっていく。特に、高倍率ズームレンズ（概ね５倍以上の倍率を有するズームレンズ）の場合、広角側と望遠側での移動量の差が大きく、また望遠側に近付くにつれて急激に移動量が大きくなっていく。
【０００７】
このような特徴を有する高倍率ズームレンズに従来例の手法を適用すると、フォーカスカムの最適化（すなわち、各焦点距離での合焦用レンズ移動量の軌跡を重ね合わせて１本の滑らかなカムとすること）によるズームパラメータシフト量が大きくなり、広角側と望遠側での変倍用レンズの移動軌跡の傾きが大きく異なってくる。
【０００８】
そしてこの結果として、変倍動作時の操作トルクの増大や急激な変化といった操作性での問題点が生じる。しかも、この問題を解決するために、許容範囲を超えた変倍動作時のピント変動を許容せざるを得ないといった問題も新たに発生する。
【０００９】
そこで、本発明は、変倍動作の操作性に悪影響を与えることなく、変倍動作時のピント変動を充分小さい値に抑えることのできる、特にインナーフォーカス方式のレンズ鏡筒に適したレンズ駆動装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面としてのレンズ駆動装置は、変倍動作時に合焦のためのレンズ駆動を行うレンズ駆動装置において、変倍駆動カムを有し、変倍動作時に回転して前記変倍駆動カムによる第１のレンズ保持枠の光軸方向駆動を行う第１のカム筒と、合焦駆動カムを有し、前記第１のカム筒に連動して回転して前記合焦駆動カムによる第２のレンズ保持枠の光軸方向駆動を行いながら光軸方向に移動する第２のカム筒と、前記第２のレンズ保持枠に設けられたキーフォロアに係合するキー溝部を有し、合焦動作時に回転して前記キー溝部と前記キーフォロアとの係合により回転停止している前記第２のカム筒に対して前記第２のレンズ保持枠を回転駆動する合焦駆動部材と、を有し、前記合焦駆動部材が、前記キー溝部を少なくとも一部が光軸と平行でない非ストレートカム形状に形成することにより構成されており、回転する前記第２のカム筒を光軸方向に移動させる機構として、固定筒に設けられたカム筒駆動カムと、前記第１のカム筒に光軸方向に延びるよう形成された直進溝部と、前記第２のカム筒に設けられ、これらカム筒駆動カムおよび直進溝部とに係合するフォロアとにより構成されている。
【００１２】
かかる発明によれば、焦点距離に応じて合焦駆動カムと合焦レンズ（第２のレンズ）保持枠に設けられたフォロアとの相対回転速度を変化させることができるので、各焦点距離での合焦駆動カムと第２のレンズ保持枠のフォロアとの係合位置および係合範囲を簡単に補正することが可能となる。このため、合焦駆動カムの最適化による変倍レンズ（第１のレンズ）の移動軌跡（つまりは、変倍駆動カムの形状）への影響を軽減することが可能となり、変倍動作の操作性に悪影響を与えることなく、変倍動作時のピント変動を充分小さい値に抑えることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明の第１実施形態である一眼レフカメラ用交換レンズの前端構成を示している。また、図２は、図１に示した交換レンズのレンズ駆動機構の広角状態における展開図である。
【００１８】
本実施形態の交換レンズは、レンズ群Ｌ１〜Ｌ６の６群構成であって、変倍動作によって全てのレンズ群が、またフォーカス動作によってレンズ群Ｌ２が光軸方向に移動する。このとき、レンズ群Ｌ３とレンズ群Ｌ６は一体的に移動し、レンズ群Ｌ５は光軸方向への移動とは別に、振れ補正動作を行なうために光軸と略直交する方向への移動も行なうことができる。
【００１９】
１０１はマウントであり、カメラ本体に取り付けるためのバヨネット部を有するとともに、固定筒１０２にビス止め固定されている。１０３は外装環であり、マウント１０１と固定筒１０２との間に挟み込まれて固定されている。この外装環１０３には、目盛窓１０４、名称プレート１０５およびＳＷパネル１０６が取り付けられている。ＳＷパネル１０６に設けられたスイッチを切り替えることによって、オートフォーカスや振れ補正などの機能を選択して使用することができる。
【００２０】
１０７は案内筒であり、固定筒１０２がビス止めされることでカメラ本体に対して固定部を構成している。案内筒１０７の外径には、バヨネット結合によって光軸周りの回転のみ可能となっているカム筒１０８が嵌合している。このカム筒１０８が回転することで、案内筒１０７に形成された光軸方向の案内溝１０７ａ，１０７ｂと、カム筒（第１のカム筒）１０８に形成されたズームカム（変倍駆動カム）１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄとの交点の移動に従い、Ｌ３保持枠１０９、Ｌ４保持枠１１０、振れ補正ユニット１１１および直進筒１１２をそれぞれにビス止めされたフォロア１１３〜１１６を介して光軸方向へ移動させることができる。
【００２１】
Ｌ３保持枠１０９は、レンズ群Ｌ３を保持している。このＬ３保持枠１０９には、絞り駆動部と絞り羽根部とから構成される電磁絞りユニット１１７がビス止めされている。また、Ｌ３保持枠１０９の後端には、レンズ群Ｌ６を保持するＬ６保持枠１１８が、補強板１１９及びばね座金１２０とともにビス止めされている。
【００２２】
Ｌ４保持枠１１０は、レンズ群Ｌ４を保持しているともに、その前端にフック部を有している。このフック部には、開放口径の決定及び有害光のカットを目的とする移動絞り１２１が前方より弾性結合されている。これにより、Ｌ３保持枠１０９を間に挟んだ状態での移動絞り１２１とＬ４保持枠１１０との結合を容易としている。
【００２３】
振れ補正ユニット１１１は、レンズ群Ｌ５を光軸と略直交する方向に移動可能に保持しており、マグネット及びコイルとから構成された駆動機構によってレンズ群Ｌ５を駆動する。
【００２４】
直進筒１１２には、フィルター枠１２２がビス止めされている。このフィルター枠１２２の先端外径にはバヨネット部が、内径にはネジ部が設けられており、それぞれフード、フィルター等のアクセサリーが装着可能となっている。
【００２５】
フィルター枠１２２には、レンズ群Ｌ１を保持するＬ１保持枠１２３がビス止めされているが、フィルター枠１２２とＬ１保持枠１２３との当接部はそれぞれ周方向の斜面となっている。このため、Ｌ１保持枠１２３を回転させて取り付けることにより、光軸方向の取り付け位置を変えることができる。これにより、製造誤差による広角側と望遠側の焦点位置のずれを補正することが可能となっている。
【００２６】
１２４は化粧環であり、その前面にはレンズ名称等の表示が印刷されている。
１２５はフォーカスユニットで、案内筒１０７にビス止めされている。このフォーカスユニット１２５は、主として振動型モータと差動機構とから構成されており、振動型モータのロータ回転量とマニュアルフォーカスリング１２６の回転量に応じたフォーカスキー（合焦駆動部材）１２７の回転量を出力する。
【００２７】
フォーカスユニット１２５の前側には、水平及び垂直方向の振れの角速度を検出する一対の振動ジャイロ１２８が半田付けされたジャイロ基板１２９が、ゴムダンパー（不図示）を介してビス止めされている。また、フォーカスユニット１２５から円弧状に延出した突出部外径には、グレイコードパターンが形成されたエンコーダフレキ１３０が貼り付けられている。
【００２８】
さらに、フォーカスユニット１２５の前側には、振動ジャイロ１２８、エンコーダフレキ１３０のない位相で突出部が設けられ、この突出部にはフォロア１３１がビス止めされている。
【００２９】
１３２はズーム操作環であり、周方向に設けられている溝にフォロア１３１が係合することで、光軸方向の移動が阻止された状態で光軸周りで回転操作可能となっている。
【００３０】
このズーム操作環１３２の内径に形成された凹部には、カム筒１０８にビス止めされたズームキー１３３が係合している。これにより、ズームキー１３３を介して、ズーム操作環１３２の回転と一体的にカム筒１０８を回転させることができる。
【００３１】
１３４は中間筒であり、その外径にはズーム操作環１３２の内径に形成された光軸方向に延びる溝に係合する突起部が、内径にはフィルター枠１２２の外径に設けられた突起部が係合するリード溝がそれぞれ設けられている。このため、中間筒１３４は、回転方向についてはズーム操作環１３２と一体的に、光軸方向についてはズーム操作環１３２の回転方向の位置とフィルター枠１２２の光軸方向の位置に応じて進退する。
【００３２】
本実施形態では、振動ジャイロ１２８をカメラ本体から離れた位置（フォーカスユニット１２５の前）に配置することで、カメラ本体が発生する振動（シャッター幕走行やミラーアップ・ダウンの振動など）が振動ジャイロ１２８に伝わりにくい構造となっており、振動ジャイロをケース内に収納するなど従来用いられてきた手法を必要としない。
【００３３】
また、ズーム操作環１３２の光軸方向移動を阻止する突起部を振動ジャイロ１２８のない位相に設けることで、レンズ外径を大きくせずに振動ジャイロを配置することができている。これらの手法により、本実施形態の交換レンズの小型化が達成されている。
【００３４】
１３５はズーム操作環１３２の外径に巻き付けられたズームゴムであり、１３６はズーム操作環１３２の前端部に弾性結合しているネームリングである。１３７はズームブラシであり、ズーム操作環１３２にビス止めされている。このズームブラシ１３７は、ズーム操作環１３２の回転とともにエンコーダフレキ１３２のグレイコードパターン上を摺動し、ズーム操作環１３２とエンコーダフレキ１３０の位置関係を検出するためのものである。
【００３５】
１３８はインナーカム筒（第２のカム筒）であり、このインナーカム筒１３８には、コイルばねを挟んでフォロア１３９がビス止めされている。フォロア１３９は、案内筒１０７に形成されたズーム補正カム１０７ｃとカム筒１０８に形成された光軸方向に延びる直進溝部１０８ｅとに係合している。このため、カム筒１０８が回転すると、インナーカム筒１３８は、ズーム補正カム１０７ｃと直進溝部１０８ｅの交点（すなわち、フォロア１３９の係合位置）の移動に従って回転しながら光軸方向に進退する。
【００３６】
１４０はＬ２保持枠で、レンズ群Ｌ２を保持している。このＬ２保持枠１４０の外径部にはフォロア部１４０ａが形成されており、このフォロア部１４０ａはインナーカム筒１３８の内径に形成されたフォーカスカム（合焦駆動カム）１３８ａに係合している。また、Ｌ２保持枠１４０から延出したキー部（キーフォロア）１４０ｂは、フォーカスキー１２７に形成されたキー溝部１２７ａに係合している。
【００３７】
このため、合焦動作時において、振動型モータ若しくはマニュアルフォーカスリング１２６が回転して、フォーカスキー１２７が回転（カム筒１０８は停止）すると、この回転がキー部１４０ｂを介してＬ２保持枠１４０に伝達され、これを回転させる。そして、Ｌ２保持枠１４０が回転すると、フォロア部１４０ａとインナーカム筒１３８のフォーカスカム１３８ａとの係合点の光軸方向移動量に応じてＬ２保持枠１４０は光軸方向にも移動する。
【００３８】
一方、変倍動作時には、振動型モータおよびマニュアルフォーカスリング１２６は回転せず、フォーカスキー１２７も回転しないが、カム筒１０８が回転するため、Ｌ２保持枠１４０は、カム筒１０８の回転による案内筒１０７のズーム補正カム１０７ｃとカム筒１０８の直進溝部１０８ｅとの交点の移動によるインナーカム筒１３８の光軸方向移動量と、フォロア部１４０ａとインナーカム筒１３８のフォーカスカム１３８ａとの係合点の光軸方向移動量の合計量だけ光軸方向に移動する。
【００３９】
ここで、図２に示す広角側での状態から、中間域を経て望遠側に変倍する際に、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８は図２中左方向に回転する。これによりＬ２保持枠１４０は上方（光軸方向前方）に移動し、キー部１４０ｂは回転停止しているキー溝部１２７ａの下端から上端近傍に移動することになる。また、望遠側から広角側に変倍する際には、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８は図２中右方向に回転するとともに、Ｌ２保持枠１４０は下方（光軸方向後方）に、キー部１４０ｂは回転停止しているキー溝部１２７ａの上端近傍から下端にそれぞれ移動することになる。
【００４０】
そして、本実施形態では、キー溝部１２７ａにおける下側部分（つまり、ズーム広角域でのＬ２保持枠１４０の移動範囲に対応するキー部１４０ｂの係合範囲）は、光軸方向である上下方向に対して図中右上がり方向に傾斜しており、キー溝部１２７ａにおける中間部分（つまり、ズーム中間域でのＬ２保持枠１４０の移動範囲に対応するキー部１４０ｂの係合範囲）は、光軸方向である上下方向に対して図中左上がり方向に傾斜している。
【００４１】
さらに、キー溝部１２７ａにおける上側部分（つまり、ズーム望遠域でのＬ２保持枠１４０の移動範囲に対応するキー部１４０ｂの係合範囲）は、光軸方向である上下方向にストレートに延びている。すなわち、キー溝部１２７ａは、少なくともその一部が光軸と平行ではない非ストレートカム形状に形成されている。
【００４２】
このため、望遠域で変倍動作が行われる際には、Ｌ２保持枠１４０は、キー部１４０ｂとキー溝部１２７ａにおける上側部分との係合作用により、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８と一体的に回転することになる。
【００４３】
また、広角域にて変倍動作が行われる際には、Ｌ２保持枠１４０は、キー部１４０ｂとキー溝部１２７ａにおける下側部分との係合作用により、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８とは逆方向に回転することになる。これにより、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８とＬ２保持枠１４０との相対回転速度、つまりはフォーカスカム１３８ａ内のフォロア１４０ａの回転速度は、上記望遠域での変倍動作時に比べて大きくなる。
【００４４】
また、中間域で変倍動作が行われる際には、Ｌ２保持枠１４０は、キー部１４０ｂとキー溝部１２７ａにおける中間部分との係合作用により、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８と同じ方向に回転することになる。これにより、カム筒１０８およびインナーカム筒１３８とＬ２保持枠１４０との相対回転速度、つまりはフォーカスカム１３８ａ内のフォロア１４０ａの回転速度は、上記望遠域での変倍動作時に比べて小さくなる。
【００４５】
図１に示す１４１は目盛シートであり、フォーカスユニット１２５の出力であるフォーカスキー１２７の回転と一体的に回転し、目盛窓１０４と合わせて焦点位置の表示をする。
【００４６】
１４２はメイン基板であり、フォーカスユニット１２５、電磁絞りユニット１１７、振れ補正ユニット１１１、ジャイロ基板１２９およびエンコーダフレキ１３０と可撓性のフレキシブル基板を介して、あるいは直接、電気的に接続され、これらの各種制御を行なう。
【００４７】
１４３は、マウント１０１にビス止めされ、カメラ本体との通信及び電源の供給を行なう接点ブロックであり、メイン基板１４２とフレキシブル基板を介して接続されている。１４４は裏蓋であり、マウント１０１に弾性結合して有害光をカットする。
【００４８】
以上が本実施形態の交換レンズの構成であるが、簡単にまとめると以下の各種動作が可能となっている。
【００４９】
合焦動作のうちオートフォーカス時においては、振動型モータの駆動力により、合焦動作のうちマニュアルフォーカス時においてはマニュアルフォーカスリング１２６の回転操作力により、フォーカスキー１２７を介してＬ２保持枠１４０を回転させ、Ｌ２保持枠１４０のフォロア部１４０ａとインナーカム筒１３８のフォーカスカム１３８ａとの係合点の光軸方向移動量だけ、レンズ群Ｌ２を進退させることができる。
【００５０】
一方、変倍動作時においては、ズーム操作環１３２の回転操作力がズームキー１３３を介してカム筒１０８を回転させることで、案内筒１０７の案内溝１０７ａ，１０７ｂと、カム筒１０８のズームカム１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄとの交点の移動に従ったＬ３保持枠１０９、Ｌ４保持枠１１０、振れ補正ユニット１１１および直進筒１１２の光軸方向移動により、レンズ群Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５およびＬ６（レンズ群Ｌ３と一体）をそれぞれ光軸方向に進退させることができる。
【００５１】
さらに、これと同時に、レンズ群Ｌ２は、案内筒１０７のズーム補正カム１０７ｃとカム筒１０８の直進溝部１０８ｅとの交点の移動によるインナーカム筒１３８の光軸方向移動量と、このときのインナーカム筒１３８の回転によるＬ２保持枠１４０のフォロア部１４０ａとインナーカム筒１３８のフォーカスカム１３８ａとの係合点の光軸方向移動量の合成量だけ光軸方向に進退し、焦点距離の変化に伴うピント補正を行う。
【００５２】
しかも、本実施形態では、インナーフォーカス方式での焦点距離の変化に伴なう合焦レンズの移動量を補正してレンズ群Ｌ２を移動させることが可能となっているが、この点については後述する。
【００５３】
また、振れ補正動作においては、振動ジャイロ１２８の出力及びエンコーダフレキ１３０の出力に応じて振れ補正ユニットを制御し、レンズ群Ｌ５を光軸と略直交する面内で、発生している振れによるフィルム面での像の移動を打ち消す方向に駆動させることができる。
【００５４】
次に、本実施形態の交換レンズに採用されているフォーカスカム１３８ａの最適化について、図３を用いて詳述する。図３中、（ａ）はオリジナル光学設計値の状態、（ｂ）は従来のフォーカスカム最適化の状態、（ｃ）は本実施形態でのフォーカスカム最適化の状態をそれぞれ表わしている。各状態図とも、横軸は、各カム内でのフォロアの移動方向が紙面左側から順に、広角位置（Ｗ）→中間位置（Ｍ）→望遠位置（Ｔ）の順になるような各カムの回転位置を示しており、縦軸は、フォロアの光軸方向の位置を示している。
【００５５】
また、図３（ａ），（ｂ）におけるズームカム、フォーカスカム、ズーム補正カムは、それぞれ図３（ｃ）、すなわち本実施形態のズームカム１０８ｄ、フォーカスカム１３８ａ、ズーム補正カム１０７ｃに相当する。また、これら図では、広角位置（Ｗ）での物体距離∞の状態を、各カムの回転位置および各フォロアの光軸方向位置の基準（０）としている。
【００５６】
図３（ａ）のオリジナル光学設計値の状態では、変倍レンズ群であるレンズ群Ｌ１用のズームカムは、Ｍで回転位置θ１，光軸方向位置Ｚ１、Ｔで回転位置θ２，光軸方向位置Ｚ２を通る一定のリードを有する直線で表わされる。
【００５７】
一方、Ｗ、Ｍ、Ｔでの合焦レンズであるレンズ群Ｌ２の物体距離に応じたレンズ位置軌跡を示す曲線を、ズームカムでのＷ、Ｍ、Ｔの位置と同じ回転位置を物体距離∞として、また図中右側に向かって物体距離が近づいていくようにして、一本の曲線状に配置（Ｍ・∞で光軸方向位置Ｆ１、Ｔ・∞で光軸方向位置Ｆ２）したものがフォーカスカムである。
【００５８】
このとき、各焦点距離域でのレンズ位置曲線とも、物体距離∞からの回転角が同じであれば、対応する物体距離も同じになるようになっており、最短撮影可能距離までの回転角は、各焦点距離域でθｆとなっている。しかしながら、この状態でのフォーカスカムは滑らかな一本の曲線とは言い難い。
【００５９】
また、図３（ｂ）に示す従来のフォーカスカム最適化状態では、図３（ａ）の状態に対して、各焦点距離でのレンズ群Ｌ２の∞からの回転角とレンズ移動軌跡はそのままで、Ｍ、Ｔでのレンズ位置をずらして（Ｍ・∞で回転方向位置θ３、光軸方向位置Ｆ３、Ｔ・∞で回転方向位置θ２、光軸方向位置Ｆ４）配置することで、フォーカスカムを滑らかな曲線にするとともに、ズームカムにおけるＭでの回転方向位置も同じようにθ３にずらし（光軸方向位置は変えず）、変倍動作時にズームカムとフォーカスカムを回転方向に一体に回転させることで、各焦点距離での合焦レンズ移動軌跡の設計値からのずれを充分小さい値に抑えることができるようになっている。
【００６０】
このとき、ズーム補正カムは以下のように決定される。レンズ群Ｌ２は、先に説明したように、ズーム補正カムによるフォーカスカム全体の移動量と、フォーカスカムによるレンズ群Ｌ２の移動量の合成量だけ移動する。従って、レンズ群Ｌ２の変倍動作での移動量（Ｗ・∞基準）を、Ｍ・∞でＺ’１、Ｔ・∞でＺ’２とすると、ズーム補正カムは、ＭでＨ１＝Ｚ’１−Ｆ３、ＴでＨ２＝Ｚ’２−Ｆ４を通る曲線とすればよい。これにより、∞でのピント変動だけでなく、全ての物体距離における焦点距離の差によるレンズ移動量の差をメカ的に補正することが可能となる（各焦点距離のフォーカスカム使用域での相対回転速度では、∞からの回転角が同じであれば、物体距離も同じであるから）。
【００６１】
従来は、以上のような構成とすることで、焦点距離の変化に伴なう合焦用レンズの移動量を自動的に補正している。しかしながら、先にも述べたように、特に高倍率ズームレンズ（概ね５倍以上の倍率を有するズームレンズ）の場合、ズームカムにおけるＭ位置で必要とされる回転方向位置のずらし量が大きくなり、その結果として、ＷとＴでのカムの傾きが大きく異なってきてしまう（Ｂ≫Ａ）。
このために、変倍動作時の操作トルクの増大、急激な変化といった操作性での問題や、この問題を解決するために、許容範囲を超えた変倍動作時のピント変動を許容せざるを得ないといった問題が発生する。
【００６２】
一方、図３（ｃ）に示す本実施形態でのフォーカスカム最適化状態では、図３（ｂ）の状態に対して、ズームカム１０８ｄにおけるＭでの回転方向位置をθ４（＞θ３）とするとともに、変倍動作時におけるフォーカスカム１３８ａ内のフォロア１４０ａの回転速度をレンズ群Ｌ２の光軸方向位置（すなわち、焦点距離）に応じて変化させる機構（キー部１４０ｂと非ストレートカム形状を有するキー溝部１２７ａとの係合機構）を設けて、各焦点距離におけるフォーカスカムの使用位置及び使用範囲を補正している。これにより、従来と同じく合焦レンズ移動軌跡の設計値からのずれを充分小さい値に抑えることができるだけでなく、ＷとＴでのズームカム１０８ｄの傾きの極端な差を解消（Ｄ−Ｃ＜Ｂ−Ａ）することが可能となっている。
【００６３】
具体的には、フォーカスカム１３８ａの形状を、Ｍ、Ｔでのレンズ位置が、Ｍ・∞で回転方向位置θ５，光軸方向位置Ｆ５、Ｔ・∞で回転方向位置θ６、光軸方向位置Ｆ６となるように配置し、これに合わせてズーム補正カム１０７ｃも、ＭでＨ３＝Ｚ’１−Ｆ５、ＴでＨ４＝Ｚ’２−Ｆ６を通る曲線（回転方向位置はズームカムと同じ）とすることで、∞でのピント変動だけでなく、全ての物体距離における焦点距離の差によるレンズ移動量の差をメカ的に補正することが可能となっている。つまり、各焦点距離のフォーカスカム使用域での相対回転速度では、フォーカスキーの∞からの回転角が同じであれば、物体距離も同じになるように設定されている。
【００６４】
そして、本実施形態では、焦点距離に応じてフォーカスカム１３８ａ内のフォロア１４０ａの回転速度を変化させる機構を、合焦動作時においてレンズ群Ｌ２を回転させるためのフォーカスキー１２７のキー溝部１２７ａを用いて構成しているため、既存の構成要素を用いて、つまり複雑な機構を新たに設けることなく、フォーカスカム最適化状態でのズームカム（１０８ｄ等）の移動軌跡への影響を軽減することが可能となっている。
【００６５】
しかも、各焦点距離における物体距離がフォーカスキー１２７の回転角と対応しているため、物体距離目盛の表示機構も、フォーカスキー１２７との連動を利用すれば容易に構成することができる。
【００６６】
また、キー溝部１２７ａの光軸方向からの傾きによって、フォーカスカム１３８ａ内のフォロア１４０ａの回転速度をレンズ群Ｌ２の光軸方向位置（すなわち、焦点距離）に応じて、θＷ＞θＴ＞θＭとなるように変化させることで、一般的な高倍率ズームレンズ（概ね５倍以上の倍率を有するズームレンズ）の特徴（図３（ａ）でＴを基準とした滑らかなフォーカスカムを想定した時に、Ｍでは移動量が大きくなり過ぎ、Ｗでは逆に小さくなり過ぎる傾向がある）による、フォーカスカム最適化状態でのズームカムの移動軌跡への影響を軽減することができる。
【００６７】
さらに、レンズ群Ｌ２のフォーカス移動軌跡とズーム移動軌跡との差分を補正するための移動機構を、ズームカムを有するカム筒１０８に形成した直進溝部１０８ｅとズーム補正カム１０７ｃとで構成することで、複雑な機構を設けることなく、フォーカスカム最適化によるズームカムの移動軌跡への影響を軽減している。
【００６８】
なお、上記実施形態では、６群構成のレンズ系を用いた場合について説明したが、本発明はこれ以外のレンズ系にも適用することができる。
【００６９】
また、上記実施形態では、フォーカスカム１３８ａの使用位置の移動が、焦点距離が広角側から望遠側、物体距離が∞側から最短撮影距離側に変化していく時に同じとなるような場合について説明したが、逆方向の組合せも可能である。
【００７０】
また、特開平４−１８４４０５号公報にて説明されているように、上記実施形態におけるカム筒１０８を回転させながらインナーカム筒１３８と同じ軌跡で移動するように構成し、カム筒１０８とインナーカム筒１３８とを一体化して１つのカム筒とした場合にも、本発明を適用することができる。
【００７１】
さらに、本実施形態のものとカムとフォロアとの主従関係を逆にした場合、例えばＬ２保持枠（第２のカム筒）１４０にフォーカスカム１３８ａを反転した形状のフォーカスカムを形成し、インナーカム筒（第１のカム筒）１３８に上記フォーカスカムに係合するフォロアを形成した場合（Ｌ２保持枠は回転しながらフォロアを支点として、図１の構成と同じ軌跡で合焦のために移動する）にも、本発明を適用することができる。なお、この場合でも、Ｌ２保持枠に、フォーカスキーのキー溝部に係合するキー部を設けることができる。
【００７２】
また、上記実施形態では、一眼レフ銀塩カメラ用の交換レンズについて説明したが、本発明のレンズ駆動装置は、上記交換レンズ以外のレンズ鏡筒、レンズ一体型の銀塩カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラその他の光学機器にも使用することができる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本願第１および第２の発明によれば、焦点距離に応じて、合焦駆動カムと合焦レンズ（第２のレンズ）に設けられたフォロアとの係合位置の移動速度を変化させることができるので、各焦点距離での合焦駆動カムと第２のレンズのフォロアとの係合位置および係合範囲を簡単に補正することができる。
【００７４】
また、本願第３の発明によれば、焦点距離に応じて、合焦レンズ（第２のレンズ）を保持する第２のカム筒に設けられた合焦駆動カムと第１のカム筒に設けられたフォロアとの係合位置の移動速度を変化させることができるので、各焦点距離での合焦駆動カムと第１のカム筒のフォロアとの係合位置および係合範囲を簡単に補正することができる。
【００７５】
したがって、これら第１から第３の発明によれば、合焦駆動カムの最適化による変倍レンズ（第１のレンズ）の移動軌跡（つまりは、変倍駆動カムの形状）への影響を軽減することが可能となり、変倍動作の操作性に悪影響を与えることなく、変倍動作時のピント変動を充分小さい値に抑えることができる。
【００７６】
そして、上記第１から第３の発明において、上記相対回転速度を、
広角域での相対回転速度＞望遠域での相対回転速度＞中間域での相対回転速度の関係が満たされるよう変化させるようにすれば、合焦レンズの移動軌跡の設計値からのずれを小さく抑えることができるとともに、変倍駆動カムにおける広角域と望遠域での光軸回り方向に対する傾き差を小さくすることができ、広角域から望遠域にかけて操作トルクの急激な変化が生じるのを抑えることができる。
【００７７】
また、レンズ駆動装置に、第２のレンズ若しくはレンズ保持筒に設けられたフォロアに係合するキー溝部が形成され、合焦動作時に回転してキー溝部とフォロアとの係合により回転停止しているカム筒に対して第２のレンズ若レンズ保持筒を回転駆動する合焦駆動部材が設けられている場合には、上記キー溝部を少なくともその一部が光軸と平行でない非ストレートカム形状に形成することによって変速機構を構成することにより、既存の構成要素を用いて簡単に変速機構を構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である一眼レフカメラ用交換レンズの断面図。
【図２】上記交換レンズのレンズ移動機構の広角側における展開図。
【図３】上記実施形態と従来例とのフォーカスカム最適化の比較説明図。
【符号の説明】
１０１ マウント
１０２ 固定筒
１０３ 外装環
１０７ 案内筒
１０８ カム筒
１０９ Ｌ３保持枠
１１０ Ｌ４保持枠
１１１ 振れ補正ユニット
１１２ 直進筒
１１７ 電磁絞りユニット
１１８ Ｌ６保持枠
１２２ フィルター枠
１２３ Ｌ１保持枠
１２５ フォーカスユニット
１２７ フォーカスキー
１３８ インナーカム筒
１４０ Ｌ２保持枠
Claims (3)
- 変倍動作時に合焦のためのレンズ駆動を行うレンズ駆動装置において、
変倍駆動カムを有し、変倍動作時に回転して前記変倍駆動カムによる第１のレンズ保持枠の光軸方向駆動を行う第１のカム筒と、
合焦駆動カムを有し、前記第１のカム筒に連動して回転して前記合焦駆動カムによる第２のレンズ保持枠の光軸方向駆動を行いながら光軸方向に移動する第２のカム筒と、
前記第２のレンズ保持枠に設けられたキーフォロアに係合するキー溝部を有し、合焦動作時に回転して前記キー溝部と前記キーフォロアとの係合により回転停止している前記第２のカム筒に対して前記第２のレンズ保持枠を回転駆動する合焦駆動部材と、を有し、
前記合焦駆動部材が、前記キー溝部を少なくとも一部が光軸と平行でない非ストレートカム形状に形成することにより構成されており、
回転する前記第２のカム筒を光軸方向に移動させる機構として、固定筒に設けられたカム筒駆動カムと、前記第１のカム筒に光軸方向に延びるよう形成された直進溝部と、前記第２のカム筒に設けられ、これらカム筒駆動カムおよび直進溝部とに係合するフォロアとにより構成されている
ことを特徴とするレンズ駆動装置。 - 前記合焦駆動部材が、変倍動作および合焦動作のうち少なくとも一方の動作時に、焦点距離に応じて前記第２のレンズ保持枠と前記第２のカム筒との相対回転速度を、
広角域での相対回転速度＞望遠域での相対回転速度＞中間域での相対回転速度
の関係を満たすように変化させることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。 - 請求項１又は２に記載のレンズ駆動装置を備えたことを特徴とする光学機器。
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