JP5065196B2 - レンズ鏡筒及び撮影装置 - Google Patents

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に搭載される変倍撮影が可能なレンズ鏡筒に関する。

特に、光軸方向におけるレンズを保持したレンズ保持部材の駆動伝達機構にウォームギヤ、複数の歯車を用いたレンズ鏡筒に関する。

最近、コンパクトカメラでは、撮影レンズの焦点距離を撮影者操作により自由に変更できるズームレンズカメラが一般的になり、被写体を好みの大きさにフレーミングして撮影することができるようになっている。

撮影レンズの焦点距離を変えるためには、まず、撮影レンズが少なくとも２群以上のレンズ構成になっている必要がある。

そして、この撮影レンズを構成する各レンズ群の光軸上の位置関係を変えることによって、撮影レンズの焦点距離が変わることになる。

一般的に、撮影レンズの焦点距離を伸ばすには、各レンズ群を被写体側に繰り出すことにより行う（沈胴動作）。

これにより、撮影レンズは、被写体側に移動する。

ここで、撮影レンズを被写体側に繰り出すためには、撮影レンズを移動させるための機構が必要になる。

この機構には、多くの筒形状の部品（鏡筒）が使用されており、撮影レンズを被写体側に繰り出した状態では、これらの筒形状の部品は光軸方向に連なって被写体側に伸びることになる。

このように、撮影レンズが繰り出した状態にあると、鏡筒の先端がカメラ周囲のものにぶつかって鏡筒が破損してしまうおそれがある。

つまり、レンズ鏡筒は、モータからの駆動力を複数の歯車（ギヤ）からなる駆動伝達装置を介して受け取ることで繰り出し動作を行っている。

ここで、レンズ鏡筒に外部からの衝撃が加わると駆動伝達装置内の歯車（ギヤ）に過剰の負荷がかかって歯車（ギヤ）の歯が欠けてしまい、レンズ鏡筒の安定した繰り出し繰り込み動作を行うことができなくなる。

そこで、駆動伝達装置の内部に、ギヤの破損を防止するためのクラッチ機構を搭載したものがある。

これは、レンズ鏡筒が衝撃を受けた場合に、この衝撃を吸収するためのものである。

このクラッチ機構は、モータの回転を伝達する減速ギヤ列の最終段ギヤと、レンズ鏡筒のカム環を回転させるギヤ機構との間に設けられ、回転方向に所定値以上の負荷が加わると上記負荷が伝達する経路を開放する、とされている。

また、クラッチ機構は二つのギヤで構成され、軸と一体的に構成されたギヤ１とギヤ２は個々に向かい合う一側面に山谷形状の噛合突起部を持っている。

さらに、ギヤ２をギヤ１に押し付ける方向に付勢するコイルスプリングと、コイルスプリングの抜け止めの役目を果たすＣ型止め環がギヤ１の軸に保持されている。

これにより、クラッチ機構に加わる負荷が所定値以上の時は、負荷を開放するためにギヤ２がギヤ１における山形状の噛合突起部を乗り上げるように回転し、ギヤ２はコイルスプリングを圧縮させる方向、すなわち、ギヤ軸１のＣ型止め環方向へ移動する。

そして、山形状の噛合突起部を互いに乗り上げた後、それぞれ隣の谷形状部に摺動移動する。

この動作は、クラッチ機構に加わる負荷が所定値以上の期間繰り返される。

また、クラッチ機構に加わる負荷が所定値以下の時は、クラッチ機構におけるギヤ１とギヤ２はコイルスプリングの付勢力により一体的に回動する。
特開平８−１１０４５６号公報

上述したクラッチ機構では、モータの回転を伝達する減速ギヤ列の最終段ギヤと、レンズ鏡筒のカム環を回転させるギヤ機構との間に設けている。

また、負荷が所定値以下の時にギヤをギヤ軸方向へ付勢させて一体的に回動するためのコイルスプリングとＣ型止め環をギヤ軸に設けた構成をとる。

そのため、クラッチトルクを大きくとるために部品を大型化したり、クラッチ機構の全長を長くする必要があったりと、レンズ鏡筒が大型化するという問題点があった。

そこで、本発明のレンズ鏡筒は、レンズを保持したレンズ保持部材と、前記レンズ保持部材を光軸方向に移動させるためのカム部材と、前記カム部材に駆動源からの駆動力を伝達するための駆動伝達装置と、を備えたレンズ鏡筒であって、前記駆動伝達装置において、前記駆動源側の歯車からの駆動力を平歯車で受ける歯車のうち最も前記駆動源に近い歯車が、軸部を含む第１の回転部材と、突起部を含み前記軸部に対して前記軸部の径方向に付勢するコイルバネと、前記突起部と当接する当接部を含み前記軸部の外側に配置された第２の回転部材とを有するスリップ機構を備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、比較的小型なスリップ機構で外部からの荷重を吸収することができるとともに、駆動源からの駆動力を効率良くレンズ保持部材に伝達することができるレンズ鏡筒を提供することができる、という効果が得られる。

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、本実施例のレンズ鏡筒をビデオカメラやデジタルカメラ、交換レンズ等の撮影装置（以下、カメラという）に適用したときの構成の概略を示している。

図１において、Ｌは、ズーミングが可能なレンズ鏡筒、Ｂは、カメラ本体を示す。

カメラ本体Ｂ内には、レンズ鏡筒Ｌ内の撮影光学系により形成された被写体像を記録するための銀塩フィルム又は撮像素子が収納されている。

本実施例において、レンズ鏡筒Ｌは、４群構成の変倍光学系（ズームレンズ）を有し、非使用状態（非撮影状態）では各レンズ群間隔を通常使用時（撮影時）に対して縮めている。

これにより、レンズ全長を大幅に短縮する、いわゆる沈胴式を用いている。

図２〜図５は、このときのレンズ鏡筒の詳細図である。

図２は主要部分の沈胴時の断面図、図３は主要部分の最広角時（広角端、ＷＩＤＥ端）の断面図、図４は主要部分の最望遠時（望遠端、ＴＥＬＥ端）の断面図、図５は駆動伝達装置における主要部分の背面図である。

図２〜図５において、Ｌ１は、第１のレンズ群であるところの第１レンズ群である。
Ｌ２は、光軸方向に移動する事により変倍動作（ズーム）を行なう第２レンズ群である。
Ｌ３は、光軸Ｏａと垂直な平面内で移動して像ぶれ補正動作を行なう第３レンズ群である。
Ｌ４は、光軸方向に移動する事により合焦動作（フォーカス）を行なう第４レンズ群である。
１は、本実施例におけるレンズ保持部材であり、第１レンズ群Ｌ１が保持されている１群鏡筒ユニット（１群鏡筒）である。
２は、第２レンズ群Ｌ２を保持する２群鏡筒である。
３は、第３レンズ群Ｌ３を光軸と垂直な平面内で移動可能とし、防振動作をするシフトユニット（像ぶれ補正装置）である。
４は、第４レンズ群Ｌ４を保持する４群鏡筒である。
５は、光量を調節する絞りシャッターユニットである。
１１は、ＣＣＤ等の撮像素子を取付ける後部鏡筒である。
１２は、固定筒（固定枠）であり、後部鏡筒１１にビス３本にて固定されている。
１３は、カム筒であり、光軸方向を後部鏡筒１１と固定筒１２にて位置規制され固定筒１２の外周に回転可能に保持されている。

カム部材としてのカム筒１３は、その外周壁に第１レンズ群Ｌ１を光軸方向に駆動する駆動用の１群カム溝１３ａと衝撃受け用の衝撃カム溝１３ｂとを有している。

更に、カム筒１３は、その内周壁に第２レンズ群Ｌ２を駆動するための２群カム溝１３ｃと第３レンズ群Ｌ３を光軸方向に駆動する３群カム溝１３ｄを有している。

更に、絞りシャッターユニット５を光軸方向に駆動する絞りシャッターカム溝１３ｅを有している。

カム部材としてのカム筒１３は、各移動レンズ群に一体的に設けられた不図示のカムフォロワーピンに嵌合している。

そして、固定筒１２の外径を軸にカム筒１３が回転することで、第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３、絞りシャッターユニット５を光軸方向に進退させて変倍動作を行なうカム作用をなしており、レンズ鏡筒全体を沈胴させている。
１４は、後部鏡筒１１にビス３本にて固定されている支持枠である。
１５は、第４レンズ群Ｌ４を光軸方向に移動し合焦動作を行なわせる為の駆動手段であるところのフォーカスモータユニットである。

フォーカスモータユニット１５は、回転するロータと同軸のリードスクリューが４群鏡筒４に取付けられたラック３５と噛み合っており、ロータの回転により第４レンズ群Ｌ４を移動せしめる。

また、不図示のねじりコイルバネで４群鏡筒４、不図示のガイドバー、ラック３５、リードスクリューのそれぞれのガタを片寄せしている。

フォーカスモータユニット１５は、ビス２本で支持枠１４に固定されている。

カム環１３を回転させるための駆動手段は、ズームモータユニット４０である。

ズームモータユニット４０は、カム筒１３の後端部に設けられた歯車部１３ｆと噛合してカム筒１３を回転させることで変倍動作を行なわせる。

ズームモータユニット４０は、後部鏡筒１１に３本のビスで固定されている。

４群鏡筒４の位置検出には、不図示のフォトインタラプタを用いて行っている。

フォトインタラプタは、４群鏡筒に形成された不図示の遮光部の光軸方向への移動による遮光、透光の切り替わりを電気的に検出し、第４レンズ群Ｌ４の基準位置を検出する。

ズーム（ズーム位置）のリセットスイッチも不図示のフォトインタラプタを用いて、カム筒１３の後端部に形成された遮光部１３ｇの回転方向への移動による遮光、透光の切り替わりを電気的に検出し、カム筒１３の複数の基準位置を検出する。
２２は、後部鏡筒１１に固定された外筒である。

次に、駆動伝達装置としてのズームモータユニット４０について、図５を用いて説明する。
４１は、駆動源である不図示のズームモータのロータと同軸のロータ軸に固定されたウォームギヤであり、４２はウォームギヤと噛合し平歯車が一体成形されたウォームホイールである。

駆動伝達装置４０は、カム筒１３に駆動源からの駆動力を伝達するために駆動源側からウォームギヤ４２、複数の歯車４３〜４７の順に配置されている。
４３は、本実施例のスリップ機構であり、ウォームホイール４２に一体成形された平歯車に噛合しており、駆動伝達装置において、ズームモータに最も近い平歯車の減速歯車に配置されている。
４４は、スリップ機構４３に噛合する平歯車の減速歯車であり、４５は、平歯車の減速歯車４４に噛合するアイドラギヤでである。
４６は、アイドラギヤ４５に噛合する平歯車の減速歯車であり、４７は、平歯車の減速歯車４６に噛合するズームモータユニット４０の出力歯車である。

ここで、４２〜４７のギヤ（歯車）は、不図示の歯車軸の外周に回転可能に保持されている。

出力歯車４７は、カム筒１３の後端部に設けられた歯車部１３ｆと噛合する。

このように、ズームモータユニット４０における不図示のズームモータの駆動力は、上述した多数のギヤ（歯車）を介して増幅され、カム筒１３へ伝達されることでレンズ鏡筒全体を沈胴させている。

次に、スリップ機構４３の構成について、図６と図７を用いて説明する。

図７は、図６のＡ方向から見た図である。
４３ａは、本実施例の第１の回転部材であることの小歯車であり、軸部４３ａ１を備えている。

第１の回転部材（小歯車）４３ａの軸部４３ａ１の外周には、ワッシャー４３ｂが固定されており、径方向に圧縮される付勢部材であることの圧縮コイルバネ４３ｃが保持されている。

第１の回転部材（小歯車）４３ａは、金属または樹脂、その他のどの材質で構成されても良いが、金属で構成されていることが望ましい。

圧縮コイルバネ４３ｃには、突起部４３ｃ１が形成されている。
４３ｄは、本実施例の第２の回転部材であることの大歯車であり、圧縮コイルバネ４３ｃに設けられた突起部４３ｃ１に当接する当接部４３ｄ１が形成されている。

第２の回転部材（大歯車）４３ｄは、金属または樹脂、その他のどの材質で構成されても良いが、樹脂で構成されていることが望ましい。

圧縮コイルバネ４３ｃの巻き方向は、当接部４３ｄ１が圧縮コイルバネ４３ｃの突起部４３ｃ１と当接して力を作用する方向であり、本実施例では、矢印Ｃ３方向（右巻き）である。

ここで、第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３、絞りシャッターユニット５が光軸方向に進退する方向と、カム筒１３が回転する方向と、スリップ機構４３が動作する方向について説明する。

まず、１群鏡筒ユニット１に外部からレンズ鏡筒が沈胴する第１の方向に荷重が加わると、１群鏡筒ユニットに設けられた不図示のカムフォロワーピンと嵌合するカム筒１３の１群カム溝１３ａより、カム筒１３が固定筒１２の外周に回転する方向に力が伝達される。

この時、カム筒１３が回転する方向はカム溝の形状により決定される。

本実施例では、１群鏡筒ユニット１に外部からレンズ鏡筒が沈胴する第１の方向に荷重が加わると、カム筒１３は矢印Ｃ１（図５）の方向へ回転する。

この時、カム筒１３の回転方向Ｃ１と、スリップ機構４３における第１の回転部材（小歯車）４３ａの回転方向についても、歯車構成により決定される。

本実施例では、カム筒１３がＣ１方向へ回転すると、第１の回転部材（小歯車）４３ａは矢印Ｃ２（図５）の方向へ回転する。

つまり、第１の回転部材（小歯車）４３ａは、矢印Ｃ２の方向へ回転することで、第１の回転部材（小歯車）４３ａに保持される圧縮コイルバネ４３ｃの突起部４３ｃ１が第２の回転部材（大ギヤ）４３ｄの当接部４３ｄ１より矢印Ｃ３（図７）方向の力を受ける。

ここで、圧縮コイルバネ４３ｃの突起部４３ｃ１が第２の回転部材（大歯車）４３ｄの当接部４３ｄ１より受ける矢印Ｃ３方向の力が所定値以上になった時、回転部材１（小歯車）４３ａの軸部４３ａ１の外周に対して圧縮コイルバネ４３ｃの内周が広がる。

これにより、圧縮コイルバネ４３ｃの内周と第１の回転部材（小歯車）４３ａの外周と間で発生している摩擦力が下がる。

圧縮コイルバネ４３ｃと第２の回転部材（大歯車）４３ｄは、突起部４３ｃ１で第２の回転部材（大歯車）４３ｄの当接部４３ｄ１に当接しているため回転せず、第１の回転部材（小歯車）４３ａは圧縮コイルバネ４３ｃに対してスリップ回転する。

この一連の動作により、上述した外部からの荷重を吸収し、ギヤの破壊を回避することができる。

また、圧縮コイルバネ４３ｃの突起部４３ｃ１が第２の回転部材（大歯車）４３ｄの当接部４３ｄ１より受ける矢印Ｃ３方向の力が所定値以下の時は、圧縮コイルバネ４３ｃの内周と第１の回転部材（小歯車）４３ａの外周と間では摩擦力が発生している。

この摩擦力により、第１の回転部材（小歯車）４３ａと第２の回転部材（大歯車）４３ｄは、圧縮コイルバネ４３ｃにより接続され一体的に回動する。

本実施例のスリップ機構４３では、荷重の吸収方向を軸方向ではなく回転方向に設定した。

さらに、駆動伝達装置における配置としては、ウォームホイール４２に一体成形された平歯車に噛合した、ズームモータに最も近い平歯車の減速歯車とした。

これにより、スリップ機構４３の全長を短く設定することができ、レンズ鏡筒を小型化できる。

さらに、本発明の実施例では、圧縮コイルバネ４３ｃの突起部４３ｃ１と第２の回転部材（大歯車）４３ｄの当接部４３ｄ１とが当接する箇所を１箇所にし、片側回転時のみ荷重を吸収する構成をとった。

ここで、当接箇所を２箇所にして両側回転時に荷重を吸収する構成を取った場合、圧縮コイルバネの突起部と第２の回転部材の当接部が２箇所必要になる。

しかしながら、圧縮コイルバネに設けた２箇所の突起部角度における製造バラツキを抑えることは難しく、この角度バラツキを考慮すると、第２の回転部材側で回転方向のガタを多く設定することになる。

これは、スリップ機構におけるバックラッシュのバラツキを大きくするため、レンズ鏡筒の制御性が劣化するという問題がある。

そこで、本実施例では、片側回転時にのみ荷重を吸収する（当接箇所は１箇所）構成を取ることで、バックラッシュを抑えたレンズ鏡筒の制御性が良好なスリップ機構を提供する。

図８は、本実施例のレンズ鏡筒を搭載した撮影装置において、レンズ鏡筒の駆動および、ぶれ補正装置のシステム図である。

図８において、５０は被写体の空間周波数の高域成分を除去する為の光学ローパスフィルタである。
５１はピント面に配置された光学像を電気信号に変換するための撮像素子であることのＣＣＤである。
ＣＣＤ５１から読み出された電気信号ａは、カメラ信号処理回路５２により画像信号ｂとなる。
５３は、レンズ駆動を制御するマイコンである。

電源投入時、マイコン５３はフォーカスリセット回路５４およびズームリセット回路５５の出力を監視しながら、フォーカスモータ駆動回路５６およびズームモータ駆動回路５７を駆動させている。

これによって、各レンズ群を光軸方向に移動させる。

フォーカスリセット回路５４およびズームリセット回路５５からの出力は、それぞれの可動部材が予め設定された所定位置まで来ると反転する。

ここで、所定位置とは、可動部材に設けられた遮光部材が固定部に設けられたフォトインタラプタの発光部を遮光する、もしくは透過する境界部に来たときである。

そして、その位置を基準として以後のモータの駆動ステップ数をマイコン内で計数することによりマイコンは各レンズ群の絶対位置を知ることが出来る。

これにより、正確な焦点距離情報が得られる。

この一連の動作をズームおよびフォーカスのリセット動作と名づける。
５８は、絞り装置を駆動する為の絞り駆動回路であり、マイコン５３に取り込まれた映像信号の明るさ情報ｂに基づいて絞りの開口径が制御される。
５９および６０は、光学装置のＰＩＴＣＨ（縦方向の傾き角）およびＹＡＷ（横方向の傾き角）角度検出回路であり、角度の検出は、例えば、撮影装置に固定された振動ジャイロ等の角速度センサの出力を積分して行われる。

両回路５９、６０からの出力、すなわち、撮影装置の傾き角度の情報は、マイコン５３に取り込まれる。
６１および６２は、像ぶれ補正を行なうために第３レンズ群Ｌ３を光軸に対して垂直に移動させるための、ＰＩＴＣＨ（縦方向）およびＹＡＷ（横方向）のコイル駆動回路である。

コイル駆動回路６１、６２は、マグネットを含む磁気回路のギャップにコイルを配置し、いわゆる、ムービングコイルの構成により第３レンズ群Ｌ３をシフトさせる駆動力を発生させている。
６３および６４は、第３レンズ群Ｌ３の光軸に対するシフト量を検出するためのＰＩＴＣＨ（縦方向）およびＹＡＷ（横方向）の位置検出回路であり、位置検出回路６３、６４からの信号マイコン５３に取り込まれる。

第３レンズ群Ｌ３が光軸に対して垂直に移動すると、通過光束が曲げられて、ＣＣＤ５１上に結像している被写体の像の位置が移動する。

このときの像の移動量を実際に撮影装置が傾いたことによって、像が移動する方向と逆に同じ大きさだけ移動するようにマイコン５３で制御する。

よって、撮影装置が傾いても（像ぶれしても）結像している像が動かない、いわゆる像ぶれ補正を実現している。

マイコン５３内では、ＰＩＴＣＨ角度検出回路５９およびＹＡＷ角度検出回路６０により得られた撮影装置の傾き信号とＰＩＴＣＨ位置検出回路６３およびＹＡＷ位置検出回路６４から得られた第３レンズ群Ｌ３のシフト量信号をそれぞれ差し引く。

そして、それぞれの差信号を増幅および適当な位相補償を行なった信号に基づいてＰＩＴＣＨコイル駆動回路６１およびＹＡＷコイル駆動回路６２によりそれぞれ第３レンズ群Ｌ３を駆動する。

この制御により、上記の差信号がより小さくなるように位置決め制御が行なわれ、目標位置に保たれる。

更に、本実施例では、第１〜第３レンズ群Ｌ１〜Ｌ３の相対移動により変倍動作を行なっている。

このため、第３レンズ群Ｌ３のシフト量に対する像の移動量が焦点距離によって変化してしまう。

そこで、ＰＩＴＣＨ角度検出回路５９およびＹＡＷ角度検出回路６０によって得られる撮影装置の傾き信号でそのまま第３レンズ群Ｌ３のシフト量を決定せず、焦点距離情報により補正を行なっている。

その後、撮影装置の傾きによる像の動きを第３レンズ群Ｌ３のシフトによりキャンセルする構成となっている。

本実施例によれば、駆動伝達装置内に構成されたスリップ機構は、ウォームギヤに噛合するウォームホイールと、ウォームホイールと一体的に形成された平歯車と噛合する、駆動源に最も近い平歯車の減速歯車に配置する構成をとった。

また、スリップ機構には、一方の第１の回転部材には突起部を備えた径方向に圧縮される付勢部材が保持され、もう一方の第２の回転部材には、付勢部材の突起部に当接する当接部を備えた。

さらに、このスリップ機構は、レンズ保持部材の繰り込み（沈胴）方向へ荷重を加えた場合に回転する方向にのみ、所定値以上の荷重を吸収する構成をとった。

これにより、外部からの荷重を吸収して駆動伝達装置内のギヤ破壊を回避するとともに、スリップ機構の全長を短く設定することができ、レンズ鏡筒を小型化できる効果が得られる。

本発明の実施例である撮影装置の斜視図 本発明の実施例であるレンズ鏡筒の断面図（沈胴時） 本発明の実施例であるレンズ鏡筒の断面図（ＷＩＤＥ時） 本発明の実施例であるレンズ鏡筒の断面図（ＴＥＬＥ時） 本発明の実施例である駆動伝達装置の背面図 本発明の実施例であるスリップ機構の分解図 図６のＡ方向から見た図 本発明の実施例のレンズ鏡筒の駆動および、ぶれ補正装置のシステム図

符号の説明

Ｌ レンズ鏡筒
Ｂ カメラ本体
１、３、５ ユニット
２、４、１１ 鏡筒
１２、１３ 筒
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ カム溝
１４ 支持枠
１５、４０ ユニット
４３ スリップ機構
４３ａ、４３ｄ 回転部材
４３ｃ バネ

Claims (5)

1. レンズを保持したレンズ保持部材と、
   前記レンズ保持部材を光軸方向に移動させるためのカム部材と、
   前記カム部材に駆動源からの駆動力を伝達するための駆動伝達装置と、
   を備えたレンズ鏡筒であって、
   前記駆動伝達装置において、前記駆動源側の歯車からの駆動力を平歯車で受ける歯車のうち最も前記駆動源に近い歯車が、軸部を含む第１の回転部材と、突起部を含み前記軸部に対して前記軸部の径方向に付勢するコイルバネと、前記突起部と当接する当接部を含み前記軸部の外側に配置された第２の回転部材とを有するスリップ機構を備える、ことを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 前記スリップ機構は、前記レンズ保持部材が移動する方向へ荷重が加わった場合に前記第１の回転部材が回転する方向に前記荷重を吸収する構成であることを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
3. 前記スリップ機構は、前記レンズ保持部材が移動する第１の方向へ荷重が加わった場合に前記第１の回転部材が回転する方向にのみ前記荷重を吸収する構成であることを特徴とする請求項２に記載のレンズ鏡筒。
4. 前記コイルバネの突起部が前記第２の回転部材の当接部より受ける力が所定値以上になった時に前記第１の回転部材の軸部に対して前記コイルバネの内周が広がることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のレンズ鏡筒。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載のレンズ鏡筒を備えた撮影装置。

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