JP4769707B2 - 光学機器 - Google Patents

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Description

本発明は、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ及び交換レンズ等の光学機器に関し、特にリースクリューとラックによりレンズ等の光学部材を移動させる光学機器に関する。
上記のような光学機器は、光学部材を保持する保持部材にラックが取り付けられ、該ラックがリードスクリューに噛み合う構成を有する。リードスクリューがモータにより回転すると、該リードスクリューとラックの歯部との噛み合いによりリードスクリューの回転力が軸方向駆動力に変換され、保持部材を光軸方向に移動させることができる。
特許文献1には、リードスクリューを径方向両側から挟んでこれに噛み合う第1の歯部と第2の歯部を有するラックが開示されている。主たるラック歯として機能する第1の歯部をリードスクリューに対して押しつける押さえ部として機能する第2の歯部には、リードスクリューの外径部に当接しないように頂角が設定されている。これにより、リードスクリューの外径部の表面粗さに起因したリードスクリューと押さえ部との摺動による異音の発生が防止される。なお、各歯部に形成された歯は、リードスクリューの軸方向に直交する方向に延びる形状を有する。
また、特許文献2には、第2の歯部を第1の歯部に対してリードスクリュー側に傾ける(引き込み角度を持たせる)ことで、ラックが取り付けられた保持部材(つまりは光学部材)の揺れを防止した光学機器が開示されている。
特開平8−248284号公報(段落0013〜0014、図3等) 特開平6−174992号公報(段落0016、図4等)
しかしながら、特許文献1にて開示された光学機器では、ラックの歯部に形成された歯がリードスクリューの軸方向に対して直交した方向に延びているため、摺動抵抗が大きい。このような摺動抵抗を小さくするためには、各歯が延びる方向をリードスクリューのリード角度方向に合わせればよい。すなわち、第1の歯部の歯と第2の歯部の歯の延びる方向がリードスクリューの径方向から見たときにクロスするように形成すればよい。
しかし、このようなラックを樹脂で一体成形することを考えると、歯が延びる方向とその歯を成形する型の引き抜き方向とが異なってしまうため、型を引き抜くことができなくなる。すなわち金型構造上、ラックの製造が困難である。
また、特許文献2にて開示された光学機器では、第2の歯部に引き込み角度を持たせているため、第2の歯部を成形する型を引き抜く際に、該第2の歯部に局所的な応力が発生し、傷が付いたり破損したりするおそれがある。
本発明は、第2の歯部に引き込み角度を持たせた場合でも製造が容易な一体構造のラックを有する光学機器を提供する。
本発明の一側面としての光学機器は、光学部材を保持する保持部材と、該保持部材に取り付けられたラックと、該ラックに噛み合うリードスクリューを回転させるアクチュエータとを有する。ラックは、該ラックを保持部材に取り付けるための取り付け部と、リードスクリューを間に挟んで該リードスクリューに噛み合う第1の歯部及び第2の歯部と、取り付け部と第2の歯部とを繋ぐ弾性を有する接続部とを有する一体部品として形成されている。光軸方向視において、第2の歯部は、取り付け部から離れるほど第1の歯部との間隔が狭くなるように形成されている。光軸方向視において、接続部には、第1の歯部側に突出して取り付け部から離れるほど第1の歯部との間隔が狭くなるように形成された突起が設けられている。そして、光軸方向視において、第1の歯部に対する突起部の傾斜角は、第1の歯部に対する第2の歯部の傾斜角より大きいことを特徴とする
本発明によれば、第1のラック歯部と第2のラック歯部との間から型を引き抜く場合に、該型が突起を押すことで接続部が弾性変形し、第2のラック歯部が第1のラック歯部に対して開く。このため、両ラック歯部に傷を付けたり局所的な応力を発生させたりせずに型を引き抜くことができる。したがって、引き込み角度を持った第2のラック歯を有する一体部品としてのラックを容易に製造することができ、その結果、組み立てが容易で、保持部材(光学部材)の駆動時の揺れや異音の発生が少ない光学機器を実現することができる。
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。
図1及び図2には、本発明の実施例1であるビデオカメラの構成を示す。本実施例のビデオカメラは、物体側から凸凹凸凸の4つのレンズユニットを有する変倍光学系としての撮影光学系を有する。図1はビデオカメラの分解斜視図、図2はその断面図である。
これらの図において、物体側から順に、L1は固定の第1レンズユニット、L2は光軸方向に移動することにより変倍を行う第2レンズユニット、L3は固定の第3レンズユニット、L4は光軸方向に移動して焦点調節を行う第4レンズユニットである。
また、1は第1レンズユニットL1を保持する前玉鏡筒、2は第2レンズユニットL2を保持する保持部材としてのズーム移動枠である。3は第3レンズユニットL3を保持する第3レンズ鏡筒を一体化した固定鏡筒である。4は第4レンズユニットを保持するフォーカス移動枠である。
5はCCDセンサやCMOSセンサ等の撮像素子6が固定される撮像素子ホルダである。
前玉鏡筒1は、固定鏡筒3に対して3本のビスにより前方から結合される。また、撮像素子ホルダ5は、固定鏡筒3に対して3本のビスで後方から結合される。
7は光量調節ユニットである。該光量調節ユニット7は、2枚の絞り羽根(遮光部材)7a,7bによって光が通過する開口(可変開口)を形成する。光量調節ユニット7は、ガルバノメータにより構成される絞りモータ7cによって絞り羽根7a,7bを図中の上下方向における互いに反対方向に移動させることで、開口径を変化させる。光量調節ユニット7は、いわゆるギロチン式の光量調節ユニットである。
なお、光量調節ユニット7は、固定鏡筒3に設けられた開口部3aを通して下方から組み込まれ、撮影光学系の瞳位置又はその周辺に配置される。
図1において、8,9は固定鏡筒3と前玉鏡筒1によりその両端が保持されたガイドバーである。また、10,11は固定鏡筒3と撮像素子ホルダ5によりその両端が保持されたガイドバーである。
保持部材としてのズーム移動枠2は、ガイドバー8,9により光軸方向に移動可能に支持されている。また、フォーカス移動枠4は、ガイドバー10,11により光軸方向に移動可能に支持されている。なお、ズーム移動枠2及びフォーカス移動枠4はそれぞれ、光軸方向に特定の長さを有するスリーブ部2a,4aを有し、各スリーブ部にて一方のガイドバーに光軸方向に移動可能に係合する。これにより、各移動枠の光軸方向への倒れが防止される。また、各移動枠はU溝部を有し、このU溝部で他方のガイドバーに係合する。これにより、各移動枠の上記一方のガイドバー回りでの回転が阻止される。
12,13はフォトインタラプタにより構成されるズームリセットスイッチとフォーカスリセットスイッチである。これらリセットスイッチ12,13はそれぞれ、ズーム移動枠2及びフォーカス移動枠4に形成された遮光部2b,4bの光軸方向移動による遮光状態と透光状態との切り換わりを検出する。該リセットスイッチ12,13からの出力変化によって、第2及び第4レンズユニットL2,L4がそれぞれ、その移動量を計測するための基準位置に位置しているか否かを検出することができる。
ズームリセットスイッチ12及びフォーカスリセットスイッチ13はそれぞれ、補強板を介してビスにより固定鏡筒3に固定されている。
14は第2レンズユニットL2を光軸方向に移動させるアクチュエータとしてのステッピングモータ(以下、ズームモータという)である。15は第4レンズユニットL4を光軸方向に移動するアクチュエータとしてのステッピングモータ(以下、フォーカスモータという)である。
ズームモータ14及びフォーカスモータ15の出力軸にはそれぞれ、リードスクリューが形成されている。ズームモータ14及びフォーカスモータ15はそれぞれ、2本のビスと一箇所の引っ掛け部(不図示)により固定鏡筒3に固定される。
16,17はラックであり、ズーム及びフォーカス移動枠2,4にそれぞれ取り付けられている。これらラック16,17はそれぞれ、ズームモータ14及びフォーカスモータ15のリードスクリューに噛み合う。ズームモータ14及びフォーカスモータ15が回転すると、リードスクリューの回転力がラック16,17によって光軸方向の駆動力に変換される。これにより、ズーム移動枠2及びフォーカス移動枠4が光軸方向に駆動される。
18,19はコイルばねであり、ラック16,17をズーム及びフォーカス移動枠2,4のそれぞれに対して光軸方向一方に向けて片寄せしている。また、コイルばね18,19は、ラック16,17をリードスクリューに噛み合う方向に付勢する機能も有する。これらステッピングモータ、ラック、コイルばねによりレンズ(ズーム、フォーカス)駆動機構が構成される。
次に、レンズ駆動機構について、図3A及び図3Bを用いて説明する。図3Aは、第2レンズユニットL2を保持したズーム移動枠2を駆動するためのズーム駆動機構の分解斜視図である。図3Bには、後述するラック16を光軸方向(リードスクリュー14bの軸方向)から見て示している。
14aはズームモータ14における駆動部としてのモータ部であり、該モータ部14aの出力軸がリードスクリュー14bである。
ラック16は、ズームモータ14のリードスクリュー14bに噛み合う第1の歯部であるメインラック歯部(以下、単にメイン歯部という)16bと、メイン歯部16bとの間にリードスクリュー14bを挟み込む第2の歯部である加圧歯部16dとを有する。16aは、ラック16をズーム移動枠2に取り付けるための取り付け部である。該取り付け部16aは、光軸方向両側に軸部を有する。該軸部がズーム移動枠2に形成された穴部2cに挿入されることで、ラック16は、ズーム移動枠2に、光軸に直交する面内で回動可能に取り付けられる。
16cは外れ防止部であり、メイン歯部16bとの間にリードスクリュー14bを挿入できるように、加圧歯部16dの光軸方向前後に設けられている。
16eは、取り付け部16aと加圧歯部16dとを繋ぐ板バネ形状を有する接続部であり、メイン歯部16bに近づく方向及び離れる方向(リードスクリュー14bの径方向)に弾性を有する。ラック16は、上記各部を有する一体成型部品である。
図3Bにおいて、メイン歯部16bの内側、つまりは加圧歯部16d側には、メインラック歯(以下、単にメイン歯という)16b1が形成されている。また、加圧歯部16dの内側、つまりはメイン歯部16b側には、加圧歯16d1が形成されている。
なお、本実施例では、メイン歯16b1及び加圧歯16d1の長手方向は、リードスクリュー14bの軸方向に直交する方向に対して平行な方向である。
ラック16がリードスクリュー14bに噛み合った状態では、接続部16eが弾性変形して加圧歯部16dがメイン歯部16bから離れる方向に変位する。この状態で、接続部16eに生じた弾性力により、メイン歯16b1と加圧歯16d1がそれぞれリードスクリュー14bにその径方向両側から押しつけられる。
さらに、図3Bに示す光軸方向視において、加圧歯16d1は、取り付け部16aから離れるほどメイン歯16b1(メイン歯部16b)との間隔が狭くなるようにメイン歯16b1に対して傾斜している。この傾斜角度は、引き込み角度とも称される。
引き込み角度を有する加圧歯部16dが接続部16eの弾性力によってリードスクリュー14bの斜め下側を押すことで、ラック16は、リードスクリュー14bから図の斜め下方に向かう反力を受ける。この反力は、ラック16とこのラック16が取り付けられたズーム移動枠2をリードスクリュー14b側に引き込む力として作用する。これにより、ズーム移動枠2(つまりは第2レンズユニットL2)のズーム駆動中の光軸直交面内での揺れを抑えることができる。
さらに、接続部16eの内側における加圧歯部16d寄りの位置には、メイン歯部16b側に突出する突起16fが形成されている。突起16fのうち取り付け部16a側の端部16f1は、該取り付け部16aから離れるほど突出量が増加する傾斜形状を有する。ここで、メイン歯16b1に対する該傾斜端部16f1の傾斜角は、メイン歯16b1に対する加圧歯16d1の傾斜角(引き込み角)より大きい。これについては、後に詳しく説明する。
図4には、ラック16を樹脂成型するための金型構造を示す。金型は、メイン歯部16b、加圧歯部16d及び接続部16eの内側部分を成形するための第1金型Aと、メイン歯部16bの外側部分を成形するための第2金型Bと、加圧歯部16d及び接続部16eの外側部分を成形するための第3金型Cとにより構成される。また、第2及び第3金型B,Cは、取り付け部16aの外側部分も成形する。
組み合わされた第1〜第3金型A〜C内の空間に溶融した樹脂が充填され、該樹脂が硬化してラック16の形状が出来上がると、まず、第2及び第3金型B,Cがそれぞれ、矢印b,cの方向に取り外される。次に、第1金型Aが、メイン歯部16bと加圧歯部16dの間から矢印aの方向に引き抜かれる。
第1金型Aの引き抜きに際して、第1金型Aのうち突起16fの傾斜端部16f1を成形した部分(突起成形部)が、該傾斜端部16f1を押す。これにより、加圧歯部16dは、図に一点鎖線で示すように、接続部16eが外側に弾性変形することでメイン歯部16bから離れる。つまり、メイン歯部16bと加圧歯部16dとの間の間隔を、第1金型Aをスムーズに引き抜くことができる大きさに広げることができる。
ここで、前述したように、メイン歯16b1の長手方向に対する傾斜端部16f1の傾斜角θ2は、メイン歯16b1の長手方向に対する加圧歯16d1の引き込み角θ1より大きい。このため、第1金型Aの引き抜き時には、第1金型Aのうち加圧歯16d1を成形した部分(加圧歯成形部)が加圧歯16d1を押す前に、第1金型Aの突起成形部が傾斜端部16f1を押して加圧歯16d1(加圧歯部16d)を加圧歯成形部に対して逃がす。したがって、加圧歯16d1を第1金型Aの加圧歯成形部によって傷つけることなく、第1金型Aを引き抜くことができる。
以上のラック16と同様の構成は、第4レンズユニットL4を保持したフォーカス移動枠4を駆動するためのフォーカス駆動機構に用いられるラック17にも採用されている。ただし、ズーム駆動機構とフォーカス駆動機構のうち一方にのみ、上述したラックの構成を採用してもよい。
図5には、本実施例のビデオカメラの電気的構成を示している。なお、図1〜図4中の構成要素と共通するものには、これらの図中の符号と同じ符号を付している。
225はバリエータである第2レンズユニットL2の光軸方向での位置を検出するためのズームエンコーダである。227は第4レンズユニットL4の光軸方向での位置を検出するためのフォーカスエンコーダである。これらのエンコーダはそれぞれ、ズーム及びフォーカスリセットスイッチ12,13により検出された基準位置からの第2及び第4レンズユニットL2,L4の光軸方向での位置(移動量=駆動パルス数)を検出する。
なお、ズームモータ14及びフォーカスモータ15としては、上述したステッピングモータに限らず、DCモータや振動型モータを用いることもできる。また、第2及び第4レンズユニットL2,L4の位置を検出するために、エンコーダ以外の位置検出器を用いてもよい。
226は絞りエンコーダであり、絞りモータ7cの内部にホール素子(hall element)を配置し、ロータとステータの回転位置関係を検出する方式のもの等を用いることができる。なお、絞り羽根7a,7bには、いわゆる小絞り回折による画質劣化を防止するためにNDフィルタ(図示せず)が貼り付けられている。ただし、NDフィルタを絞り羽根7a,7bとは独立して設け、専用のモータによってNDフィルタを光路に出し入れしてもよい。
228はカメラ信号処理回路であり、撮像素子6からの出力に対して増幅処理やガンマ補正処理等を施す。これらの処理を経て生成された映像信号は、不図示のディスプレイに表示されたり、不図示の記録媒体(半導体メモリ、光ディスク、ハードディスク、磁気テープ等)に記録されたりする。
また、映像信号のうち輝度信号Yは、AE(自動露出)ゲート229及びAF(オートフォーカス)ゲート230に入力される。AEゲート229及びAFゲート230は、全画面のうち露出決定及びピント合わせのために最適な信号取り出し範囲を設定する。これらのゲート229,230による信号取り出し範囲の大きさは可変であってもよいし、ゲートが複数設けられていてもよい。
231はTV−AFに用いられる信号を生成するAF信号処理回路である。AF信号処理回路231は、AFゲート230の数に応じて、映像信号の高周波成分に関する1若しくは複数のAF評価値信号を生成する。
233はズームスイッチであり、ユーザの操作に応じてズーム指令をコントローラとしてのCPU232に出力する。
234はズームトラッキングメモリであり、変倍に際して、被写体距離と第2レンズユニットL2の位置に対して合焦を維持するための第4レンズユニットL4の位置情報を記憶する。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。
ズームスイッチ233が操作されると、CPU232は以下の動作を行う。CPU232は、ズームトラッキングメモリ234内の位置情報(メモリ位置)に基づき、第2及び第4レンズユニットL2,L4が被写体距離に応じた特定の位置関係を維持するように両レンズユニットL2,L4を移動させる。すなわち、ズームエンコーダ225で得られる第2レンズユニットL2の移動位置と被写体距離に対応するメモリ位置に対して、フォーカスエンコーダ227で得られる第4レンズユニットL4の位置が一致するようにフォーカスモータ15の駆動を制御する。
また、TV−AF動作では、CPU232は、AF信号処理回路231からのAF評価値がピーク値を示すように、フォーカスモータ15の駆動を制御する。
また、CPU232は、AEゲート229を通過した輝度信号Yの平均値が適正露出を得るための値になるように、絞りモータ7cの駆動を制御して、開口径をコントロールする。
図6には、本発明の実施例2であるビデオカメラのズーム駆動機構に用いられるラック16′の構成を示している。図6は、ラック16′を不図示のリードスクリューの径方向外側から見て示している。18は実施例1でも説明したコイルばねである。
ラック16′の基本的な構成は、実施例1のラック16と同じである。すなわち、ラック16′は、リードスクリュー14bと噛み合うメイン歯部16bと、該メイン歯部16bとの間にリードスクリュー14bを挟み込む加圧歯部16dと、このラック16′をズーム移動枠2に取り付けるための取り付け部16aとを有する。また、ラック16′は、取り付け部16aと加圧歯部16dとの間を繋ぐ板バネ形状の接続部16eと、接続部16eの内側における加圧歯部16d寄りの位置に形成された突起16fとを有する。
また、光軸方向視においては、加圧歯部16dの内側に形成された加圧歯16d1は、取り付け部16aから離れるほどメイン歯16b1との間隔が狭くなるようにメイン歯16b1に対して傾斜している。つまり、加圧歯16d1は、引き込み角度を有する。
突起16fの形状も、実施例1と同じである。すなわち、光軸方向視において、突起16fはその取り付け部16a側の端部に傾斜形状を有する。そして、メイン歯16b1に対する該傾斜端部の傾斜角は、メイン歯16b1に対する加圧歯16d1の引き込み角より大きい。
ただし、実施例1では、ラック16に形成されたメイン歯16b1及び加圧歯16d1の長手方向が、リードスクリュー14bの軸方向に直交する方向に対して平行な方向である場合について説明した。この場合、メイン歯16b1及び加圧歯16d1は、リードスクリュー14bにおいてリードを形成するために軸方向に対して斜めに延びるスクリュー歯とは異なる方向に延びた状態で該スクリュー歯に噛み合う。
これに対し、本実施例では、図6に示すように、メイン歯16b1及び加圧歯16d1は軸方向に対してスクリュー歯と同じ角度だけ傾いている。これにより、リードスクリュー14bのスクリュー歯により滑らかに噛み合う。
本実施例のラック16′を樹脂成型する場合も、実施例1で図4を用いて説明した第1〜第3金型A〜Cを用いる。
図6に示すようにメイン歯16b1は、矢印a方向に延びている。これに対し、リードスクリュー14bを挟んでメイン歯16b1とは反対側に配置される加圧歯16d1は、メイン歯16b1とは逆方向に傾くように延びている。本実施例では、第1金型Aは、メイン歯16b1が延びる矢印a方向に引き抜かれる。
この引き抜きに際して、実施例1と同様に、第1金型Aの突起成形部が突起16fの傾斜端部16f1を押し、接続部16eの弾性変形を利用して加圧歯部16dをメイン歯部16bから離す。これにより、矢印a方向に引き抜かれる第1金型Aが加圧歯16d1に引っかかったり加圧歯16d1を傷つけたりすることを回避できる。
すなわち、メイン歯16b1と加圧歯16d1とが互い異なる方向に延びている一体成型部品としてのラック16′についても、スムーズに第1金型Aを引き抜くことができる。
なお、本実施例のビデオカメラの構成は、実施例1と同じである。
また、上記各実施例では、ビデオカメラについて説明したが、本発明は、デジタルスチルカメラや交換レンズ等の他の光学機器にも適用することができる。
さらに、上記各実施例では、ラック16,16′に設けた突起16fの端部16f1が直線的な傾斜形状を有する場合について説明したが、該端部16f1の形状はこれに限らず、曲線的な形状であってもよい。この場合、端部16f1における最も取り付け部16a側の部分の接線のメイン歯16b1に対する傾き角度を、加圧歯16d1の傾き角度より大きく設定するとよい。
本発明の実施例1であるビデオカメラの構成を示す分解斜視図。 実施例1のビデオカメラの構成を示す断面図。 実施例1のビデオカメラにおけるズーム駆動機構の構成を示す分解斜視図。 実施例1のズーム駆動機構の構成を示す正面図。 実施例1のズーム駆動機構に用いられるラックの成型時の金型構造を示す図。 実施例1のビデオカメラの電気的構成を示すブロック図。 本発明の実施例2であるビデオカメラのズーム駆動機構に用いられるラックの構成を示す側面図。
符号の説明
L1 第1レンズユニット
L2 第2レンズユニット
L3 第3レンズユニット
L4 第4レンズユニット
1 前玉鏡筒
2 ズーム移動枠
3 固定鏡筒
4 フォーカス移動枠
5 撮像素子ホルダ
6 撮像素子
7 光量調節ユニット
14 ズームモータ
15 フォーカスモータ
16,17 ラック
A〜C 金型

Claims (1)

  1. 光学部材を保持する保持部材と、該保持部材に取り付けられたラックと、該ラックに噛み合うリードスクリューを回転させるアクチュエータとを有し、
    前記ラックは、該ラックを前記保持部材に取り付けるための取り付け部と、前記リードスクリューを間に挟んで該リードスクリューに噛み合う第1の歯部及び第2の歯部と、前記取り付け部と前記第2の歯部とを繋ぐ弾性を有する接続部とを有する一体部品として形成されており、
    光軸方向視において、前記第2の歯部は、前記取り付け部から離れるほど前記第1の歯部との間隔が狭くなるように形成されており、
    光軸方向視において、前記接続部に、前記第1の歯部側に突出して前記取り付け部から離れるほど前記第1の歯部との間隔が狭くなるように形成された突起が設けられており、
    光軸方向視において、前記第1の歯部に対する前記突起部の傾斜角は、前記第1の歯部に対する前記第2の歯部の傾斜角より大きいことを特徴とする光学機器。
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