JP4497970B2

JP4497970B2 - レンズ装置

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Publication number: JP4497970B2
Application number: JP2004083736A
Authority: JP
Inventors: 幸輝矢野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2024-03-22
Also published as: JP2005274631A; CN1673797A; CN100335936C; US20050207744A1; US8432478B2

Description

本発明は、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置に用いられるレンズ装置に関するものである。

従来、複数のレンズユニットの間隔を可変としてズーミングやフォーカシングを行えるようにした撮影状態と、レンズ間隔や撮像面との間隔を所定間隔に狭めた格納状態とでレンズ鏡筒の全長を可変とした沈胴タイプの鏡筒がデジタルスチルカメラなどの撮像装置に多く使用されている。このようなレンズ鏡筒は、カムやヘリコイドなどの駆動機構によって駆動される。

また、撮像装置の小型化に伴い、レンズ鏡筒の小型化も求められており、その体積や重量の低減のため、さらには静かなレンズ駆動を行う必要が生じている。このため、レンズユニットの外周部にマグネットを配設し、そのマグネットの外周にコイルとヨークを配設してボイスコイルモータを形成し、このボイスコイルモータでレンズユニットを光軸方向に駆動する機構が提案されている（特許文献１参照）。
特開平５−１５０１５２公報（段落０００３〜０００５、図８等）

しかしながら、ボイスコイルモータは、非通電状態において安定的に停止する位置（例えば、ステッピングモータのような磁気的安定位置）を持たないので、レンズ鏡筒（撮像装置）の非使用時などにおいてボイスコイルモータへの通電を遮断した状態では、該ボイスコイルモータによって駆動されるレンズユニットの光軸方向位置が保持されない。このため、非使用時に可動範囲中で動いてしまうという問題がある。

そして、このような安定停止位置を持たないレンズユニットが、可動範囲端部に存在する部材に衝突すると、その衝撃によって光学精度の劣化につながったり、衝突音が発生したりする。

本発明は、ボイスコイルモータ等のアクチュエータを駆動源とするレンズユニットの位置を、そのアクチュエータの非通電状態にて簡単に制御できるようにしたレンズ装置およびこれを備えた撮像装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のレンズ装置は、それぞれ光軸方向に移動可能な第１および第２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ボイスコイルモータと、前記第２のレンズユニットを駆動するアクチュエータとを有する。前記第２のレンズユニットは、前記第１のレンズユニットよりも被写体側に配置されており、前記第２のレンズユニットは、被写体側にシャッタユニットと絞りユニットとが設けられ、像面側に突出した衝撃吸収部材が設けられている。前記ボイスコイルモータの非通電状態において、前記第２のレンズユニットに設けられた前記衝撃吸収部材が前記第１のレンズユニットに当接して、前記第１のレンズユニットが前記アクチュエータにより駆動される前記第２のレンズユニットによって駆動され、前記第２のレンズユニットと前記第１のレンズユニットよりも像面側に配置された部材とにより前記第１のレンズユニットが挟み込まれることで所定の格納位置に保持される。

これにより、ボイスコイルモータが非通電状態にあるときは、第１のレンズユニットの位置を第２のレンズユニットの駆動力を利用して制御することができる。したがって、該非通電状態にて第１のレンズユニットが不用意に動いたり、可動範囲端と接触したりすることを防止できる。なお、ボイスコイルモータを非通電状態とした上で、第２のアクチュエータを駆動することで、省電力化を図ることができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１であるレンズ鏡筒（レンズ装置）の沈胴（格納）状態での構成を示している。また、図２は、該レンズ鏡筒の撮影状態での構成を示している。なお、図１１に示すように、このレンズ鏡筒１０１は、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置１００に一体的に設けられている。図１１において、１０２はシャッタボタン、１０３は電源スイッチ、１０４はファインダー窓、１０５は測光窓、１０６はストロボである。

本実施例のレンズ鏡筒は、２段沈胴型の４レンズユニット構成のレンズ鏡筒であり、被写体側（図中の左側）から順に、コンペンセータレンズ１およびこれを保持するレンズ保持部材１８ａ、さらにはレンズ保持部材１８ａを保持する第１保持鏡筒１８を有する第１レンズユニットと、バリエータレンズ２およびこれを保持する第２保持鏡筒１４を有する第２レンズユニット（請求項にいう第２のレンズユニット）と、フォーカシングレンズ３およびこれを保持する第３保持鏡筒１９を有する第３レンズユニット（請求項にいう第１のレンズユニット）と、リレーレンズ４およびこれを保持する第４保持鏡筒を有する第４レンズユニットとを備えている。

６はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子であり、上記４つのレンズにより形成された被写体像を光電変換する。５は該撮像素子６を保持する撮像素子地板である。

７は光学ローパスフィルタである。８は略円筒形状を有し、撮像素子地板５にビス締め固定されたカバー鏡筒である。

９は駆動筒１０の外周に設けられたギヤ１０ａと噛み合って、ズームモータ２０の回転力を駆動筒１０に伝達する駆動ギヤであり、カバー鏡筒８と撮像素子地板５に回動可能に保持されている。

駆動筒１０の内側には、カバー鏡筒８と撮像素子地板５とに固定された固定筒１１が配置されている。固定筒１１における周方向等間隔の３箇所には、繰り出しテーパーカム１１ａが形成されている。また、固定筒１１における周方向等間隔の３箇所には、繰り出しカム１１ｂが貫通溝形状に形成されている。

駆動筒１０は円筒形状を有し、その内周面における周方向等間隔の３箇所には、光軸方向に延びる直進溝部１０ｂが形成されている。さらに、固定筒１１の内側には、移動カム筒１２が配置されている。移動カム筒１２は円筒形状を有し、その外周面における周方向等間隔の３箇所には、カムフォロワーとなるフォロアピン１２ａが設けられている。また、移動カム筒１２の外周面における周方向等間隔の３箇所（但し、フォロアピン１２ａよりも像面側の位置）には、駆動ピン１２ｂがナット１２ｃと螺合して固定されている。

フォロアピン１２ａの先端にはテーパー部が形成されており、該テーパー部は繰り出しテーパーカム１１ａに係合している。また、駆動ピン１２ｂは繰り出しカム１１ｂに係合するとともにこれを貫通して、直進溝部１０ｂにも係合している。

駆動筒１０がズームモータ２０の駆動力により光軸回りで回転駆動されると、駆動ピン１２ｂが直進溝部１０ｂに係合しているため、移動カム筒１２は駆動筒１０とともに光軸回りで回転する。この際、移動カム筒１２のフォロアピン１２ａが固定筒１１のテーパーカム１１ａに係合しているため、移動カム筒１２はテーパーカム１１ａのリフトにより光軸方向に移動する。

移動カム筒１２の内側には直進筒１３が配置されている。直進筒１３は円筒形状を有し、その後端部外周における周方向等間隔の３箇所には突起部１３ｅが設けられている。この突起部１３ｄは、固定筒１１の内周面の周方向等間隔の３箇所に光軸方向に延びるよう形成された直進溝部１１ｃに係合している。このため、直進筒１３は固定筒１１に対して光軸方向には移動可能であるが、光軸回りでの回動は阻止される。

また、直進筒１３の外周面の後端近傍における周方向等間隔の３箇所には突起部１３ａが形成されており、この突起部１３ａは移動カム筒１２の内周面に周方向に延びるよう形成された周溝部１２ｃに係合している。このため、移動カム筒１２が光軸方向に移動すると、直進筒１３が該移動カム筒１２と一体的に光軸方向に移動する。この際、移動カム筒１２は回転するが、直進筒１３は回転しない。

また、直進筒１３における周方向等間隔の３箇所には、光軸方向に延びて貫通溝形状を有する直進溝部１３ｂが形成されている。また、移動カム筒１２の内周面における周方向等間隔の３箇所には、テーパーカム１２ｄが形成されている。一方、第２鏡筒１４の外周部における周方向等間隔の３箇所には、フォロアピン１４ａが設けられている。このフォロアピン１４ａは直進溝部１３ｂを貫通し、フォロアピン１４ａの先端に形成されたテーパー部がテーパーカム１２ｄに係合している。このため、第２鏡筒１４は、移動カム筒１２が回転しながら光軸方向に移動するのに連動して、テーパーカム１２ｄのリフトによって光軸方向に移動する。

第２鏡筒１４には、バリエータレンズ２のほか、シャッタユニット１５や絞りユニット１６が搭載されている。これらをまとめて第２レンズユニットと称し、詳細を後で説明する。

一方、直進筒１３の前部における周方向等間隔の３箇所には、貫通溝形状を有する繰り出しテーパーカム１３ｃが形成されている。また、直進筒１３の内周面前部における周方向等間隔の３箇所には、繰り出しカム１３ｄが形成されている。

また、直進筒１３の内側には第１鏡筒１８が配置されている。さらに、移動カム筒１２の内周面前部には、光軸方向に延びる直進溝１２ｅが周方向等間隔の３箇所に形成されている。第１鏡筒１８の内側にはレンズ保持部材１８ａが接合されており、レンズ保持部材１８ａはコンペンセータレンズ１を保持している。第１鏡筒１８の外周には、カムフォロアとなるフォロアピン１８ｂが設けられており、さらに駆動ピン１８ｃがナット１８ｄに螺合して固定されている。フォロアピン１８ｂの先端に形成されたテーパー部は、直進筒１３に形成された繰り出しテーパーカム１３ｃに係合し、駆動ピン１８ｃは直進筒１３に形成された繰り出しカム１３ｄを貫通して、移動カム筒１２の内周面に光軸方向に延びるよう形成された直進溝部１２ｅに係合している。これにより、移動カム筒１２が回転すると、第１鏡筒１８は、直進筒１３のテーパーカム１３ｃのリフトによって回転しながら光軸方向に移動する。

以上の構成により、レンズ鏡筒は、図１に示す沈胴状態と図２に示す撮影状態との間でその全長を変化させるよう駆動される。撮影状態では、ズームモータ２０の駆動力によって４つのレンズユニットの間隔が変化することにより、ズーミングを行うことができる。また、後述するボイスコイルモータによって第３鏡筒１９（フォーカシングレンズ３）の光軸方向位置を変化させることによって、フォーカシングを行うことができる。

なお、ズームモータ２０およびボイスコイルモータ（コイル５１）に対する通電制御、すなわち第２レンズユニットおよび第３レンズユニットの位置制御は、図１に示した制御回路７０により行われる。

次に、上述した第２レンズユニットについて図３〜図５を用いて説明する。図３において、３０はシャッタユニット１５の駆動源である。該駆動源３０のうち、３１はボビンに巻き付けられたコイルであり、このコイル３１に通電することによって発生する磁束は、ヨーク３２，３３を経由して、アーム３４に一体的に設けられたマグネット３４ｂに磁気的回転力を発生させる。アーム３４の回転角度は、シャッタ地板３５に形成された開口部３５ａの両端に、該アーム３４の軸部３４ａが当接することによって制限されている。軸部３４ａは、図４および図５に示すように、２枚のシャッタ羽根３６，３７に形成された開口部３６ａ，３７ａに挿入されている。このため、アーム３４が回転すると、シャッタ羽根３６，３７は開口部３６ａ，３７ａから駆動力を受け、シャッタ地板３５に形成されたレール形状に沿って開閉方向に回動する。シャッタ羽根３６，３７に形成された開口部３６ｂ，３７ｂには、シャッタ地板３５に形成された軸部３５ｂが挿入されており、この軸部３５ｂがシャッタ羽根３６，３７の回動中心となる。こうして、シャッタ羽根３６，３７は、図４に示す開き状態と図５に示す閉じ状態との間で開閉移動する。

図４および図５に示す状態では、マグネット３４ｂの磁極がヨーク３２，３３に対して磁石の吸引力が働く地点で止まっている。このため、コイル３１の通電を停止した後にも、シャッタ羽根３６，３７は上記各状態を保持する。なお、図３において、３８はシャッタ天板であり、シャッタ羽根３６，３７をシャッタ地板３５に対して押さえ、脱落しないようにしている。

次に、絞りユニット１６について、図３および図６，図７を用いて説明する。本実施例の絞りユニット１６は６枚の絞り羽根を有する虹彩絞りである。第２鏡筒１４の被写体側には、絞り地板４０が設けられており、この絞り地板４０には、絞り駆動用のステップモータ４１が固定されている。絞り地板４０に形成された穴部４０ａからは、ステップモータ４１の出力軸に取り付けられたギヤ４１ａが突出しており、このギヤ４１ａは、絞り駆動輪４２の外周部に設けられたギヤ部４２ａと噛み合っている。絞り駆動輪４２の被写体側の面には、６つのピン部４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ，４２ｆ，４２ｇが形成されている。これら６つのピン部４２ｂ〜４２ｇは、絞り羽根４３，４４，４５，４６，４７，４８のそれぞれに形成されたカム溝部に係合している。また、絞り地板４０の被写体側の面には、６つのピン部４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ，４０ｇが形成されており、これら６つのピン部４０ｂ〜４０ｇは、絞り羽根４３〜４８に形成された穴部に挿入されている。

図６は絞りユニット１６の開放状態を、図７は絞りユニットの小絞り状態を示している。ステップモータ４１が回転すると、絞り地板４０の中央の開口部（光通過口）の周囲に形成された凹形状部４０ｈ（図３参照）内に配置された絞り駆動輪４２が回動する。絞り駆動輪４２のギヤ部４２ａは扇形をしており、同様に扇形をした絞り地板４０の穴部４０ａによって、絞り駆動輪４２の回動量が制限されている。

ステップモータ４１のステップ回転角に応じて絞り駆動輪４２は回転し、６枚の絞り羽根４３〜４８は、ピン部４０ｂ〜４０ｇを中心として、それぞれが有するカム溝部に沿って開閉方向に回動し、該６枚の絞り羽根４３〜４８で形成する絞り開口の面積を変化させる。

次に、ボイスコイルモータを駆動源とする、フォーカシングレンズ３と第３鏡筒１９を含む第３レンズユニットについて、その構成とフォーカス動作のためのレンズ駆動機構とを説明する。

図８および図９には、第３レンズユニットおよび撮像素子保地板５を示している。これらの図において、第３鏡筒１９は、フォーカシングレンズ３を保持している。また、ボイスコイルモータは、コイル５１と、ヨーク５２と、永久磁石５３とにより構成されている。５４は第３鏡筒１９を光軸方向に案内する第１ガイドバー、５５はヨーク５２と第１ガイドバー５４を固定するための金具である。５６は第２ガイドバーであり、第３鏡筒１９の光軸直交面内での回転を抑止する。

駆動原理としては、公知のボイスコイルモータと同等である。コイル５１は光軸方向にヨーク５２を取り巻くように第３鏡筒１９に巻き回されており、永久磁石５４は光軸方向に着磁されている。永久磁石５３からの磁束は、ヨーク５２の外側から内側の方向に、光軸に対して放射状に発生し、コイル５１の巻回方向に対して直交している。このため、コイル５１に電流を流すことにより、第３鏡筒１９は光軸方向に駆動力を受け、第１および第２ガイドバー５５，５６に沿って移動する。また、コイル５１に流す電流の向きを切り換えることにより、第３鏡筒１９の移動方向を切り換えることができる。

第３鏡筒１９の移動量は、磁気センサ５７を用いた以下の構成により制御回路７０にて検出される。図８および図９における第３鏡筒１９の下端部には、光軸方向に延びるマグネットスケール５８が取り付けられている。このマグネットスケール５８には、所定のピッチでＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。また、撮像素子地板５には、マグネットスケール５８と対向し、所定のギャップを挟んで磁気センサ５７が取り付けられている。マグネットスケール５８は、フォーカシングによる第３鏡筒１９の移動範囲の全域で磁気センサ５７と対向するようにその長さが設定されている。

磁気センサ１７からは、第３鏡筒１９の移動に伴うマグネットスケール５８の移動に応じて正弦波状の信号が出力される。制御回路７０は、この信号をパルス波に整形してそのパルス数をカウントすることにより、第３鏡筒１９の移動量を検出する。この移動量検出は、撮像装置の電源がＯＮされた後、常に行われる。そして、制御回路７０は、この検出された移動量が、所定の基準位置に対して予め不図示のメモリに記憶された若しくは演算により求められた目標移動量となるように、コイル５１に流す電流の方向と量を制御することによって、フォーカシングのための第３鏡筒１９の駆動を行う。上記基準位置の設定方法については後述する。

次に、レンズ鏡筒の沈胴動作時の第３鏡筒１９の動作について、図１，図２および図１０を用いて説明する。図２に示す撮影状態にて電源がＯＦＦされると、レンズ鏡筒が沈胴動作する方向にズームモータ２０が回転し、これにより第１１鏡筒１８および第２鏡筒１４が撮像素子６の方向に移動する。ここで、撮影状態においては、第３鏡筒１９を駆動するボイスコイルモータのコイル５１は、該第３鏡筒１９の位置を保持するために常に通電状態にあるが、電源ＯＦＦ時にはその通電がカットされる。これにより、撮像装置の省電力化が図られる。

しかし、ボイスコイルモータは、非通電状態にて安定停止位置が存在しないため、コイル５１への通電がカットされると、第３鏡筒１９自体は光軸方向に移動自在な状態となる。そこで、本実施例では、第２鏡筒１４の像面側に、ゴム等の弾性部材で作られた衝撃吸収部材１４ｂ，１４ｃを設けている。そして、第２鏡筒１４がズームモータ２０の駆動力によって撮像素子６側に移動する際に、衝撃吸収部材１４ｂ，１４ｃが第３鏡筒１９の被写体側の面に当接し、該第３鏡筒１９を撮像素子６側に押して移動させるようにしている。そして、図１および図１０に示すように、第２および第３鏡筒１４，１８がそれぞれの沈胴位置まで移動すると、第３鏡筒１９の像面側に設けられたストッパ部１４ｆ，１４ｇが、撮像素子地板５に設けられたストッパ部５ａ，５ｂにそれぞれ当接する。これにより、第３鏡筒１９は、第２鏡筒１４により撮像素子地板５に押し付けられるかたちとなり、その位置が保持される。

このように、ボイスコイルモータへの通電カットによって移動自在な状態となった第３鏡筒１９を、ズームモータ２０によって沈胴駆動される第２鏡筒１４によって駆動し、さらに沈胴位置に達した後（ステップモータであるズームモータ２０が安定停止位置で停止した後）においては、第２鏡筒１４と撮像素子地板５とで挟み込むように保持することにより、第３鏡筒１９の自由な移動を阻止することができる。したがって、第３鏡筒１９が自由に移動できる場合に、第２鏡筒１４や撮像素子地板５に衝突して光学性能が劣化したり衝突音が発生したりするという不都合を回避することができる。

ここで、第２鏡筒１４の第３鏡筒１９との当接部に衝撃吸収部材１４ｂ，１４ｃを設け、かつ撮像素子地板５に設けられたストッパ部５ａ，５ｂの撮像素子６からの距離精度をある程度高く出しておくことによって、第３鏡筒１９を光軸方向においてほとんどガタなく光軸方向の所定位置（沈胴位置）に位置決めすることができる。したがって、電源ＯＦＦ時に、制御回路７０内に設けられた、第３鏡筒１９の移動量カウンタをリセットすることにより、そこが第３鏡筒１９の移動量（位置）制御における基準位置となる。これにより、測距動作により得られた被写体距離に応じて前述した目標移動量を設定し、最適なフォーカス位置に第３鏡筒１９を移動させる際の精度が、電源をＯＦＦするごとに保証されることになる。そして、毎回の電源ＯＦＦ時に移動量カウンタがリセットされることにより、電源ＯＮに際してのリセット動作を行う必要がなくなるほか、基準位置検知のためのセンサを設ける必要もなくなり、カメラの小型化、制御の簡単化を図ることができる。

なお、上記実施例では、ボイスコイルモータによってフォーカシングレンズユニットを駆動し、ボイスコイルモータの非通電状態において、該フォーカシングレンズユニットをズームモータによって駆動されるバリエータレンズユニットによって駆動する場合について説明したが、本発明はこのような構成に限らず、ボイスコイルモータによって駆動されるレンズユニットを、ボイスコイルモータの非通電状態において他のアクチュエータで駆動される他のレンズユニットにより駆動するものであれば、いずれにも適用することができる。

また、上記実施例では、非通電状態において安定停止位置を持たないアクチュエータの例としてボイスコイルモータを挙げたが、本発明は、ボイスコイルモータ以外のアクチュエータでも非通電状態において安定停止位置を持たないものを用いるいずれの場合にも適用することができる。

本発明の実施例であるレンズ鏡筒の沈胴状態での構成を示す断面図。実施例のレンズ鏡筒の撮影状態での構成を示す断面図。実施例における第２レンズユニットの分解斜視図。実施例におけるシャッタユニットの開き状態を示す正面図。実施例におけるシャッタユニットの閉じ状態を示す正面図。実施例における絞りユニットの開放状態を示す正面図。実施例における絞りユニットの小絞り状態を示す正面図。実施例における第３レンズユニットおよび撮像素子地板の斜視図。実施例における第３レンズユニットおよび撮像素子地板の断面図。図９の部分断面図。実施例のレンズ鏡筒を備えた撮像装置の斜視図。

符号の説明

１コンペンセータレンズ
２バリエータレンズ
３フォーカシングレンズ
４リレーレンズ
５撮像素子地板
６撮像素子
７光学ローパスフィルター
９駆動ギヤ
１０駆動筒
１１固定筒
１２移動カム筒
１３直進筒
１４第２鏡筒
１５シャッターユニット
１６絞りユニット
１８第１鏡筒
１９第３鏡筒
２０ズームモータ
５１ボイスコイルモータのコイル
５２ヨーク
５３永久磁石
５７磁気センサ
５８マグネットスケール
７０制御回路

Claims

それぞれ光軸方向に移動可能な第１および第２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ボイスコイルモータと、
前記第２のレンズユニットを駆動するアクチュエータとを有し、
前記第２のレンズユニットは、前記第１のレンズユニットよりも被写体側に配置されており、
前記第２のレンズユニットは、被写体側にシャッタユニットと絞りユニットとが設けられ、像面側に突出した衝撃吸収部材が設けられており、
前記ボイスコイルモータの非通電状態において、前記第２のレンズユニットに設けられた前記衝撃吸収部材が前記第１のレンズユニットに当接して、前記第１のレンズユニットが前記アクチュエータにより駆動される前記第２のレンズユニットによって駆動され、
前記第２のレンズユニットと前記第１のレンズユニットよりも像面側に配置された部材とにより前記第１のレンズユニットが挟み込まれることで所定の格納位置に保持されることを特徴とするレンズ装置。
前記ボイスコイルモータは、前記第１および第２のレンズユニットの像面側への格納動作時において非通電状態となり、
該非通電状態において、前記第１のレンズユニットは、前記アクチュエータにより前記像面側に駆動される前記第２のレンズユニットによって、前記格納位置まで駆動されることを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
前記第１のレンズユニットの移動に応じて信号を出力する検出手段と、
該検出手段からの信号に基づいて前記第１のレンズユニットの移動量を検出し、該検出移動量が基準位置からの目標移動量となるように前記第１のアクチュエータの駆動を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記第１のレンズユニットが前記格納位置に駆動された際に前記検出移動量をリセットすることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ装置。