JP4759328B2 - レンズ装置、カメラおよびカメラシステム - Google Patents

Description

本発明は、複数のカムを用いて可動部材を光軸方向に駆動するレンズ装置に関するものである。

近年、一眼レフレックスタイプのカメラに用いられる交換レンズでは、光学ズームの高倍化が進み、１０倍以上のものまで製品化されている。そして、高倍率化を達成するために、交換レンズのメカ的な構成について様々な提案がなされている。

ここで、高倍率のズームレンズでは、最も物体側に位置する第１レンズユニットの移動量が大きいことが特徴である。このため、特許文献１に記載したような従来の交換レンズでは、複数のカム機構を用いた多段式の構成とすることにより、第１レンズユニットの移動量を確保している。
特開平０７−３３３４８２号公報（段落番号０００９，００１２，００１３、図１等）

しかしながら、複数のカム機構を用いた場合には、１つのカム機構を用いた場合に比べて部品点数が増大し、交換レンズを構成する部材間のガタが累積することにより、第１レンズユニットの撮影光軸に対する変位量（倒れ量やシフト量）が増加するおそれがある。これによって、交換レンズの光学性能を維持することが困難となることがある。

本発明の目的は、可動部材の光軸に対する変位を抑制して光学性能を維持できるレンズ装置を提供することにある。

本発明の一側面としてのレンズ装置は、光軸方向に移動可能な可動部材と、第１のカムを有する第１カム部材と、前記可動部材を駆動する第２のカムを有し、前記第１のカムによって光軸方向に移動可能な第２カム部材と、を備え、前記第１及び第２のカムは、前記第２のカムによる前記可動部材の移動量と、前記第１のカムによる第２カム部材を介した前記可動部材の移動量との比を、前記可動部材の位置に応じて異ならせる形状に形成されていることを特徴とする。
本発明の別の側面としてのレンズ装置は、光軸方向に移動可能な可動部材と、第１のカムを有する第１カム部材と、前記可動部材を駆動する第２のカムを有し、前記第１のカムによって光軸方向に移動可能な第２カム部材と、を備え、前記第１および第２のカムは、前記第１および第２のカムのうち前記可動部材の倒れに与える、前記可動部材を駆動する際の影響度が大きい方のカムの傾きをテレ側で小さくし、前記影響度が小さい方のカムの傾きをテレ側で大きくする形状であることを特徴とする。
本発明の更に別の側面としてのレンズ装置は、光軸方向に移動可能な光学部材と、第１のカムを有し、光軸を中心に回転する第１カム部材と、第２のカムを有し、前記第１カム部材の回転に応じて前記第１のカムにより前記光軸を中心に回転しながら前記光軸方向に移動する第２カム部材と、前記光学部材を保持し、前記第２カム部材の回転に応じて前記第２のカムにより前記光軸方向に移動することで前記光学部材を前記光軸方向に移動する保持部材と、を備え、前記第１および第２のカムは、テレ側の領域において、前記第１カム部材の回転による前記光学部材の前記光軸方向における移動量のうち、前記第１カム部材に対する前記第２カム部材の前記光軸方向における移動量が占める割合の方が前記第２カム部材に対する前記保持部材の前記光軸方向における移動量が占める割合よりも大きくなる形状であることを特徴とする。

本発明によれば、第１および第２のカムによる可動部材の移動量の比を、可動部材の総移動量に応じて異ならせることで、各カムでのガタによって生じうる可動部材の光軸に対する変位を抑制することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

図１は本発明の実施例１であるレンズ装置の断面図であり、図１中の上側はレンズ装置がワイド状態にあるときの図であり、下側はレンズ装置がテレ状態にあるときの図である。図２は固定筒及び第１カム環の展開図であり、図３は直進筒及び第２カム環の展開図である。

図１において、固定筒８０は、不図示のマウントに一体的に固定されており、固定筒８０の外周には第１カム環８１が配置されている。固定筒８０には、光軸方向に延びる第１直進溝部８２が周方向に３箇所設けられている。第１カム環８１には、第１カム溝部８３が周方向に３箇所設けられている。

また、固定筒８０の外周面のうち周方向３箇所には、コマ８４が設けられており、各コマ８４は、第１カム環８１の周方向に延びる溝部８５と係合している。コマ８４が溝部８５と係合することで、第１カム環８１は固定筒８０に対して光軸方向には移動せずに、光軸周りに回転可能となっている。

第１直進溝部８２及び第１カム溝部８３には第１直進キー８６が係合している。これにより、第１直進キー８６は光軸方向にのみ移動可能となっている。後述するように第１カム環８１が固定筒８０に対して光軸周りに回転すると、第１直進キー８６が第１カム溝部８３によって押されることによって光軸方向に移動する。

第１直進キー８６には、第１軸ビス８８が一体的に固定されており、第１軸ビス８８は、第１直進筒８７に形成された穴部８９に嵌合している。このため、第１直進キー８６が光軸方向に移動することによって、第１直進筒８７が光軸方向に移動する。

第１カム環８１には、ズーム連結キー９１を介してズーム操作環９０が連結されている。ズーム操作環９０は使用者によって操作され、ズーム操作環９０を光軸周りに回転させることにより、第１カム環８１も光軸周りに回転する。

なお、動力伝達機構を介してズーム操作環９０及び駆動源を連結し、駆動源からの駆動力によってズーム操作環９０を駆動する構成としてもよい。

第１直進筒８７の外周には第２カム環９２が配置されており、第２カム環９２には、光軸方向に延びる駆動力伝達溝部１０６が形成されている。図３に示すように、第１カム環８１の外周に設けられた連結コロ１０７は、第１直進筒８７に形成された逃げ部１０５を貫通して、駆動力伝達溝部１０６に係合している。

このため、第１カム環８１が光軸周りに回転すると、連結コロ１０７が駆動力伝達溝部１０６を押すことによって、第２カム環９２が光軸周りに回転する。したがって、第２カム環９２の回転角は、第１カム環８１の回転角と同じとなる。

ここで、逃げ部１０５は、第１カム環８１の回転に伴う連結コロ１０７の移動を確保するために設けられている。

第１直進筒８７の外周面には、この周方向３箇所においてコマ９３が一体的に設けられている。各コマ９３は、第２カム環９２に形成され、この周方向に延びる溝部９４に係合している。これにより、第２カム環９２は直進筒８７に対して光軸方向には移動せずに、光軸周りに回転可能となっている。

第１直進筒８７には、光軸方向に延びる第２直進溝部９５が周方向３箇所に形成されている。また、第２カム環９２には、第２カム溝部９６が周方向３箇所に形成されている。第２直進溝部９５及び第２カム溝部９６には第２直進キー９７が係合している。

これにより、第２直進キー９７は、光軸方向にのみ移動可能となっている。すなわち、第２カム環９２が第１直進筒８７に対して光軸周りに回転すると、第２直進キー９７が第２カム溝部９６によって押されて光軸方向に移動することになる。

第２直進キー９７には、第２軸ビス９９が一体的に固定されており、第２軸ビス９９は、第２直進筒９８に形成された穴部１００に嵌合している。このため、第２直進キー９７が光軸方向に移動することによって、第２直進筒９８が光軸方向に移動する。

第２直進筒９８の先端側（物体側）には、第１レンズユニット１０１を保持する第１鏡筒１０４が固定されている。このため、第２直進筒９８が光軸方向に移動することによって、第１鏡筒１０４（第１レンズユニット１０１）が光軸方向に移動する。

ここで、第１レンズユニット１０１は、撮影光学系を構成する複数のレンズユニットのうち最も物体側に位置するレンズユニットである。図１では、第１レンズユニット１０１だけを示しているが、第１レンズユニット１０１に対して像面側（図１の右側）には、１又は複数のレンズユニットが配置される。

そして、本実施例のレンズ装置内に配置された撮影光学系は、不図示の撮像面上に被写体像を結像する。ここで、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子を用いた場合には、撮像素子が被写体像（光学像）を光電変換し、撮像素子の出力信号に対して所定の信号処理（ガンマ処理や色処理等）が施されることにより、映像信号（画像データ）が生成される。この画像データは、不図示の記録媒体に記録されたり、不図示の表示部に表示されたりする。一方、銀塩フィルムを用いた場合には、撮影光学系からの撮影光束によって銀塩フィルムが感光する。

本実施例のレンズ装置では、第１カム環８１の回転によって第１直進筒８７を光軸方向に移動させるとともに、第２カム環９２の回転によって第２直進筒９８を光軸方向に移動させている。すなわち、固定筒８０に対して第１直進筒８７及び第２直進筒９８を別々に移動させることによって、レンズ装置を光軸方向において小型化できるとともに、高倍率に対応した第１レンズユニット１０１の移動量を確保することができる。

本実施例では、第１カム溝部８３及び第２カム溝部９６におけるカム軌跡の形状を以下に説明するように設定している。これらカム軌跡の形状について、図４及び図５を用いて説明する。ここで、本実施例及び従来のレンズ装置において、第１カム溝部および第２カム溝部の形状を除く他の構成については同じものとする。

図４において、横軸は、ズーム操作環９０のワイド状態からの操作量（回転角に対応する）に関するズームパラメータＺを示し、縦軸は、第１レンズユニット１０１のワイド状態からの移動量（位置に対応する）を示す。ここで、ズームパラメータＺは、ズーム操作環９０の任意の回転角度をズーム操作環９０の最大回転角度で規格化した値であり、撮影光学系のズームポジションに対応するものである。

図５において、横軸はズームパラメータＺを示し、縦軸は分配比率ｋを示す。この分配比率ｋは、第１レンズユニット１０１の移動量のうち各カム溝部８３、９６が関与する比率である。

ここで、ズームパラメータＺに対する第１レンズユニット１０１の移動量を示す関数をｇ（Ｚ）とする。すなわち、ｇ（Ｚ）は、ズーム操作環９０の操作に応じた第１レンズユニット１０１の移動軌跡を表している。

本実施例のレンズ装置内に配置されるズームレンズは、インナーフォーカス式のズームレンズとなっている。このため、ｇ（Ｚ）は、変倍時のピント移動がゼロ又は最小になるようにズームパラメータＺをシフトさせたうえで決められている。

図４において、ｇ１（Ｚ）は従来の第１カム溝部（第１カム溝部８３に対応する）のカム軌跡を表し、ｇ２（Ｚ）は従来の第２カム溝部（第２カム溝部９６に対応する）のカム軌跡を表す。また、ｇ３（Ｚ）は本実施例における第１カム溝部８３のカム軌跡を表し、ｇ４（Ｚ）は本実施例における第２カム溝部９６のカム軌跡を表す。

例えば、ｇ１（Ｚ）及びｇ２（Ｚ）を下記（１）、（２）式のように定義する。

ｇ１（Ｚ）＝ｋ×ｇ（Ｚ） ・・・（１）
ｇ２（Ｚ）＝（１−ｋ）×ｇ（Ｚ） ・・・（２）
ここで、ｋは分配関数であり、０≦ｋ≦１を満たす値である。

一方、ｇ３（Ｚ）及びｇ４（Ｚ）を下記（３）、（４）式のように定義する。

ｇ３（Ｚ）＝ｋ（Ｚ）×ｇ（Ｚ） ・・・（３）
ｇ４（Ｚ）＝（１−ｋ（Ｚ））×ｇ（Ｚ） ・・・（４）
ここで、ｋ（Ｚ）は分配関数であり、０≦ｋ（Ｚ）≦１を満たす。

従来のレンズ装置において、第１レンズユニットの移動量のうち第１カム溝部及び第２カム溝部が関与する比率は、メカ的な機構において動作可能なストロークバランスになるように適宜設定されている。

例えば、従来のレンズ装置では、ｋ＝０．６（一定値）として、ｇ１（Ｚ）及びｇ２（Ｚ）を決定している。すなわち、図４に示すように、ズームパラメータＺの値に拘わらず、各関数ｇ１（Ｚ）、ｇ２（Ｚ）の傾きは一定となっている。

一方、本実施例では、分配関数ｋ（Ｚ）をズームパラメータＺに応じて変化させており、具体的には、分配関数ｋ（Ｚ）を下記（５）式のように設定している（図５参照）。

ｋ（Ｚ）＝０．３Ｚ＋０．３ ・・・（５）
そして、上記（３）〜（５）式に基づいて、ｇ３（Ｚ）及びｇ４（Ｚ）を決定している。

ここで、図４に示すように、ズームパラメータＺに対する第１レンズユニット１０１の移動量、すなわち、関数ｇ（Ｚ）は、従来の場合も本実施例の場合も同じである。また、レンズ装置がワイド状態とテレ状態との間で変化する場合において、第１カム溝部８３による第１直進筒８７の移動量と、第２カム溝部８６による第２直進筒９８の移動量は、従来の場合も本実施例の場合も同じとなっている。すなわち、ｇ１（Ｚ）及びｇ３（Ｚ）の両端の値は同じであり、ｇ２（Ｚ）及びｇ４（Ｚ）の両端の値は同じである。

図４に示すように、ｇ１（Ｚ）及びｇ３（Ｚ）を比較すると、ワイド側の領域において、ｇ３（Ｚ）の傾きはｇ１（Ｚ）の傾きよりも小さくなっている。また、テレ側の領域において、ｇ３（Ｚ）の傾きはｇ１（Ｚ）の傾きよりも大きくなっている。そして、ｇ３（Ｚ）において、各ズームパラメータでの傾き（接線）は、ワイド側からテレ側に向かって大きくなっており、テレ側の領域の傾きはワイド側の領域の傾きよりも大きくなっている。

一方、ｇ２（Ｚ）及びｇ４（Ｚ）を比較すると、ワイド側の領域において、ｇ４（Ｚ）の傾きはｇ２（Ｚ）の傾きよりも大きくなっている。また、テレ側の領域において、ｇ４（Ｚ）の傾きはｇ２（Ｚ）の傾きよりも小さくなっている。そして、ｇ４（Ｚ）において、各ズームパラメータでの傾き（接線）は、ワイド側からテレ側に向かって小さくなっており、テレ側の領域の傾きはワイド側の領域の傾きよりも小さくなっている。

本実施例のようにｇ３（Ｚ）及びｇ４（Ｚ）における分配比率を変化させることで、第１カム溝部８３及び第２カム溝部９６のカム軌跡の形状を変化させることができる。

本実施例のレンズ装置では、第１直進筒８７が固定筒８０に対して繰り出すとともに、第２直進筒９８が第１直進筒８７に対して繰り出す構成となっている。ここで、第１直進筒８７及び第２直進筒９８が最も繰り出した状態にあるとき、すなわち、レンズ装置がテレ状態にあるときには、レンズ装置を構成する部材間のガタによって、第１レンズユニット１０１の光軸に対する倒れが増加するおそれがある。

第１レンズユニット１０１を含む撮影光学系を光学的により安定化させるためには、第１レンズユニット１０１の倒れを減少させる必要がある。

そこで、本実施例では、分配比率ｋをズームパラメータＺの関数として定義し、繰り出し時（テレ状態）の第１レンズユニット１０１の倒れ量が減少するように分配関数ｋ（Ｚ）を設定している。

ここで、分配関数の設定によってレンズ装置の光学性能を安定化させることができることについて説明する。

第１レンズユニット１０１の倒れが発生する要因としては、レンズ装置を構成する部材間のガタのほかに、レンズ装置全体のメカ的な構造や、第１レンズユニット１０１が倒れる際の中心となる位置にも依存している。ここで、第１カム溝部８３及び第１直進キー８６の係合状態によって生じる第１レンズユニット１０１の倒れ量と、第２カム溝部９６及び第２直進キー９７の係合状態によって生じる第１レンズユニット１０１の倒れ量とに着目する。

第１カム溝部８３での係合状態によって第１レンズユニット１０１の倒れに与える影響度と、第２カム溝部９６での係合状態によって第１レンズユニット１０１の倒れに与える影響度は、互いに異なる。これは、第１カム溝部８３及び第２カム溝部９６それぞれのメカ的な構成が異なるとともに、第１レンズユニット１０１が倒れる際の中心（基準）となる位置が異なるからである。

また、上述したようにレンズ装置が最も繰り出した状態にあるとき、例えば、テレ状態にあるときに、第１レンズユニット１０１の光軸に対する倒れ量が最も大きくなる。

そこで、本実施例では、第１レンズユニット１０１の倒れに対する影響度のうち大きい方の影響度を持つカム溝部のうちテレ側の領域におけるカムの傾き（光軸方向のリフト量に対応する）を減少させている。また、小さい方の影響度を持つカム溝部のうちテレ側の領域におけるカムの傾き（光軸方向のリフト量に対応する）を増加させている。これにより、撮影光学系の光学性能をより安定化させることができる。

ここで、図４に示す場合は、第２カム溝部９６での係合状態の方が第１レンズユニット１０１の倒れに与える影響度が大きい場合の例である。この場合において、図５に示すように分配関数ｋ（Ｚ）を設定すれば、テレ側の領域において、第２カム溝部９６のリフト量を減少させるとともに、第１カム溝部８３のリフト量を増加させることができる。

このように第２カム溝部９６のリフト量を減少させれば、第２カム溝部９６に対して第２直進キー９７が第１レンズユニット１０１の倒れる方向に変位するのを抑制できる。従って、第１レンズユニット１０１の倒れに対して大きい方の影響度を低減することで、第１レンズユニット１０１の倒れを効率良く抑制することができる。すなわち、２つのカム溝部８３、９６による全体の影響度を考慮すると、撮影光学系を光学的に安定化させることができる。

ここで、一般的に上述したような光学的な安定化をテレ側で行うと、ワイド側の設計が光学的に悪化することが分かっている。しかし、テレ側の方が光学敏感度は高く、ワイド側の方が光学敏感度は低いため、ワイド側での光学性能の悪化は僅かとなり、全ズーム領域では光学性能が安定していると考えることができる。

本実施例では、２段構成のレンズ装置について説明したが、３段以上の構成の場合でも本発明を適用することができる。具体的には、各カム溝部でのカムの傾きによってレンズユニットの倒れに与える影響度を考慮して、カム軌跡の分配関数を設定することで、撮影光学系の光学性能を安定させることができる。

また、ズームパラメータＺが０．００から所定値までの間は、第１カム溝部８３及び第２カム溝部９６のうち一方だけを変化させ、ズームパラメータＺが上記所定値から１．００までの間は他方のカム溝部だけを変化させることもできる。

また、本実施例では、分配関数ｋ（Ｚ）を一次関数としたが、２次以上の関数とすることもできる。ここで、分配関数ｋ（Ｚ）を２次以上の関数にすれば、カム溝部の傾きが大きくなりすぎるのを防止できる。これにより、第１カム環８１や第２カム環９２を光軸周りに回転させる際のトルクが増加するのを抑制したり、第１直進キー８６（第１直進筒８７）や第２直進キー９７（第２直進筒９８）をスムーズに駆動したりすることができる。

本実施例のレンズ装置は、カメラ本体に一体的に取り付けられるものであってもよいし、カメラに対して着脱可能に装着できるものであってもよい。

本発明の実施例１であるレンズ装置の断面図である。 実施例１における固定筒及び第１カム環の展開図である。 実施例１における直進筒及び第２カム環の展開図である。 従来及び実施例１におけるカム溝部のカム軌跡を表す図である。 実施例１における分配関数を示す図である。

符号の説明

８１：第１カム環
８３：第１カム溝部
９２：第２カム環
９６：第２カム溝部
１０１：第１レンズユニット

Claims (6)

1. 光軸方向に移動可能な可動部材と、
   第１のカムを有する第１カム部材と、
   前記可動部材を駆動する第２のカムを有し、前記第１のカムによって光軸方向に移動可能な第２カム部材と、を備え、
   前記第１及び第２のカムは、前記第１のカムによる前記第２カム部材の移動量と、前記第１のカムによる前記第２カム部材を介した前記可動部材の移動量との比を、前記可動部材の位置に応じて異ならせる形状に形成されていることを特徴とするレンズ装置。
2. 前記第１のカムに係合する第１の係合部材の係合状態による前記可動部材の倒れへの影響度と、前記第２のカムに係合する第２の係合部材との係合状態による前記可動部材の倒れへの影響度とのうち、大きい方の影響度を持つ前記第１あるいは第２のカムのいずれか一方のカムのリフト量を、前記第２のカムによる前記可動部材の移動量と、前記第１のカムによる前記第２カム部材を介した前記可動部材の移動量との比が、全ズーム領域で一定である場合と比較して減少させ、他方のカムのリフト量を増加させることを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
3. 前記可動部材は、撮影光学系を構成する複数のレンズユニットのうち最も物体側に位置するレンズユニットであることを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ装置。
4. 前記第１及び第２のカムのうち一方のカムにおいて、テレ側のカム領域のリフト量がワイド側のカム領域のリフト量よりも大きく、
   他方のカムにおいて、前記テレ側のカム領域のリフト量が前記ワイド側のカム領域のリフト量よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載のレンズ装置。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載のレンズ装置を備えたことを特徴とするカメラ。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載のレンズ装置と、
   該レンズ装置が着脱可能に装着されるカメラとを有することを特徴とするカメラシステム。

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