JP5159504B2 - 光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、変倍動作を行う光学機器に関する。特に、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、交換レンズ、等の撮影用の光学機器、及び観察用の光学機器に関するものである。

従来、複数の移動レンズ群を有するレンズ装置では、カム環による機械的連動機構や、各移動レンズ群に対し個々に駆動部（アクチュエータ）を有している。

そして、個々の駆動部（アクチュエータ）によりズーム動作（変倍動作）やフォーカス動作（合焦動作）を行なうコンピューターズームが知られている。

また、駆動部の共用化を行ないコストダウンを行う提案として、２つの移動レンズ群を１つのアクチュエータで駆動するレンズ装置のメカ機構の提案がされている。

例えば、変倍レンズ群と合焦レンズ群を、１つの駆動手段をプランジャー等の連動機構の切替えにより、ズーム動作とフォーカス動作それぞれの動作を順番に行う機構である（特許文献１参照）。

また、２焦点切替えの変倍レンズ群と合焦レンズ群を１つの駆動手段により駆動し、２焦点の切替え動作とフォーカス動作それぞれの動作を順番に行う機構である（特許文献２参照）。
特開昭６４−８４２３３号公報 特開平０４−２４６０６号公報

２つの変倍レンズ群がズーム位置により変倍動作を行う領域を分けて変倍動作を行う光学系を有するレンズ装置を考える。

その場合、この２つの変倍レンズ群を、カム環による機械的連動により駆動する為には、カム環を駆動する為のギヤ減速機等を用いた高トルクを発生するカム駆動機構が必要となる。

よって、複雑なカム駆動機構の為、カム駆動機構を構成する歯車（ギヤ）のタタキ音等の作動音が大きくなってしまい、音声も記録する動画撮影には、適さない物となってしまう。

しかしながら、この２つの変倍レンズ群を、上記２例の様な変倍動作と合焦動作それぞれを順番に行う様な機構を応用したとしても、連続的な変倍動作を実現する事が出来ない。

本発明の目的は、２つの変倍レンズ群がズーム位置により変倍動作を行う領域を分けて変倍動作を行う光学系を用い、２つの変倍レンズ群を１つの駆動部で駆動させる機構を有する光学機器を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の光学機器は、第１の変倍レンズ群を保持した第１の移動部材と、第２の変倍レンズ群を保持した第２の移動部材と、前記第１の変倍レンズ群の光軸及び前記第２の変倍レンズ群の光軸と平行に配置された送りネジと、前記送りネジを駆動するためのアクチュエータと、前記送りネジの回転により前記光軸方向に移動する連動部材と、前記第１の移動部材を前記連動部材に付勢する第１の付勢部材と、前記第２の移動部材を前記連動部材に付勢する第２の付勢部材と、前記第１の移動部材の光軸方向への移動を規制する第１の規制部と、前記第２の移動部材の光軸方向への移動を規制する第２の規制部と、を有し、前記第１の移動部材及び前記第２の移動部材を移動させることにより変倍を行う光学機器であって、第１の変倍領域においては、前記第１の付勢部材によって前記第１の移動部材を前記連動部材に対して付勢した状態で前記連動部材を光軸方向に移動させることにより、前記第１の移動部材を前記連動部材の動きに連動させて移動させるとともに、前記第２の付勢部材によって前記第２の移動部材を前記第２の規制部に対して付勢することにより前記第２の移動部材を固定しており、前記第１の変倍領域とは異なる第２の変倍領域においては、前記第１の付勢部材によって前記第１の移動部材を前記第１の規制部に対して付勢することにより前記第１の移動部材を固定するとともに、前記第２の付勢部材によって前記第２の移動部材を前記連動部材に対して付勢した状態で前記連動部材を光軸方向に移動させることにより、前記第２の移動部材を前記連動部材の動きに連動させて移動させる、ことを特徴とする構成とした。

また、本発明の光学機器では、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群と、変倍動作に際して光軸方向に移動する負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群と、変倍動作に際して光軸方向に移動する負の屈折力の第４レンズ群と、合焦動作に際して光軸方向に移動する正の屈折力の第５レンズ群と、を備え、前記第２レンズ群及び第４レンズ群を移動させて変倍を行う光学機器であって、前記第２レンズ群を保持した第１の移動部材と、前記第４レンズ群を保持した第２の移動部材と、前記第１の変倍レンズ群の光軸及び前記第２の変倍レンズ群の光軸と平行に配置された送りネジと、前記送りネジを駆動するためのアクチュエータと、前記送りネジの回転により前記光軸方向に移動する連動部材と、前記第１の移動部材を前記連動部材に付勢する第１の付勢部材と、前記第２の移動部材を前記連動部材に付勢する第２の付勢部材と、前記第１の移動部材の光軸方向への移動を規制する第１の規制部と、前記第２の移動部材の光軸方向への移動を規制する第２の規制部と、を備えており、第１の変倍領域においては、前記第１の付勢部材によって前記第１の移動部材を前記連動部材に対して付勢した状態で前記連動部材を光軸方向に移動させることにより、前記第１の移動部材を前記連動部材の動きに連動させて移動させるとともに、前記第２の付勢部材によって前記第２の移動部材を前記第２の規制部に対して付勢することにより前記第２の移動部材を固定しており、前記第１の変倍領域とは異なる第２の変倍領域においては、前記第１の付勢部材によって前記第１の移動部材を前記第１の規制部に対して付勢することにより前記第１の移動部材を固定するとともに、前記第２の付勢部材によって前記第２の移動部材を前記連動部材に対して付勢した状態で前記連動部材を光軸方向に移動させることにより、前記第２の移動部材を前記連動部材の動きに連動させて移動させる、ことを特徴としている。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。

本発明では、送りネジにより光軸方向に移動する連動部材に移動部材を付勢する付勢力を規制部により切り離す構造をとっているので、小型化および作動音の低減が可能となる。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、交換レンズ、に用いられる本発明の光学機器の実施例１の構成を示した図である。

本実施例の撮影光学系は、物体側から像側へ順に、第１レンズ群、第２レンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群、第５レンズ群で構成されている。

図１において、Ｌ１は変倍時に固定の正の屈折力の第１レンズ群である。

Ｌ２は光軸方向に移動することにより変倍動作を行う第１の変倍レンズ群としての負の屈折力の第２レンズ群である。

Ｌ３は変倍時に固定の正の屈折力の第３レンズ群である。

Ｌ４は光軸方向に移動することにより変倍動作を行う第２の変倍レンズ群としての負の屈折力の第４レンズ群である。

Ｌ５は光軸方向に移動する事により合焦動作を行う正の屈折力の第５レンズ群である。

１は第１レンズ群Ｌ１を保持する前玉鏡筒、２は第１の変倍レンズ群としての第２レンズ群Ｌ２を保持する第１の移動部材、３は第３レンズ群Ｌ３を保持する固定鏡筒である。

４は第２の変倍レンズ群としての第４レンズ群Ｌ４を保持する第２の移動部材、５は第５レンズ群Ｌ５を保持する第３の移動部材である。

ＣＣＤまたはＣＭＯＳ、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等からなる撮像手段４０は、不図示の後部鏡筒により固定保持されている。

４１はカメラ信号処理回路であり、撮像手段４０の出力に対して所定の増幅やガンマー補正などを施す。

４２はマイコンであり多数の信号を取り入れ、その信号処理を行う。

また、入力信号に応じて多数の信号を出力し、光学機器の制御等を施す。

４３はマイコン４２で信号処理された画像信号や、その他、記録条件などを記録する記録手段である。

５０は変倍動作を指示するズームスイッチである。

５１はフォーカス動作（合焦動作）を指示するフォーカススイッチである。

５２は電源スイッチである。

第１の移動部材２は、不図示の２本のガイドバーにより光軸方向に移動可能に支持されている。

第２の移動部材４は、不図示の２本のガイドバーにより光軸方向に移動可能に支持されている。

６は、光学系の開口径を変化させる絞り装置であり、駆動部６ａにより２枚の絞り羽根を互いに逆方向に移動させて開口径を変化させるギロチン式の絞り装置である。

４４は、絞り装置６の駆動磁石の回転位置をホール素子で検出する絞りセンサーである。

撮像手段４０より撮影信号がカメラ信号処理回路４１に出力される。

カメラ信号処理回路４１で所定の増幅やガンマー補正などを施された信号がマイコン４２に出力される。

マイコン４２は、カメラ信号処理回路４１からの入力信号と絞りセンサー４４からの絞り駆動部の回転量などの入力信号に応じて、絞り駆動手段に絞り駆動の信号出力を出し、光量調整を行う。

１０は、第２レンズ群Ｌ２および第４レンズ群Ｌ４を光軸方向に移動し変倍動作を行わせる為の駆動手段であるところのアクチュエータとしてのズームモータである。

送りネジとしてのリードスクリュー１０ａが、不図示の回転規制部材に光軸方向への移動が自在に案内保持されたラック部材７と噛み合っており、ロータの回転により、ラック部材７は、光軸方向に移動する。

送りネジとしてのリードスクリュー１０ａは、ズームモータを構成する回転するロータと同軸かつ光軸と平行に配置されている。

第１の移動部材２は、第１の付勢部材としてのコイルバネ８により、光軸方向への移動を規制する第１の規制部１２に向かって付勢力が加えられている。

第２の移動部材４は、第２の付勢部材としてのコイルバネ９により、光軸方向への移動を規制する第２の規制部１３に向かって付勢力が加えられている。

１１は、ズーム初期位置センサーであるところのフォトインタラプタである。

フォトインタラプタ１１は、ラック部材７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、ラック部材７の光軸方向基準位置を検出する。

以下、図７のフローチャートによるズーム動作を説明する。

ステップ１で、電源スイッチ５２が入れられるとズームモータ１０は、マイコン４２からの信号によりズーム駆動回路４５から駆動信号を受ける。

そして、ステップ２で、フォトインタラプタ１１にて初期位置を検出し、ステップ３で、第１の移動部材２は、予め決められた任意の位置に移動し待機する。ズームモータ１０は、上記初期位置からのステップ数でズームスイッチ５０の操作に対応した位置制御が行なわれる。

ステップ４で、ズームスイッチ５０が操作されると、移動方向がどちらに操作されているかをステップ５で判断し、ズーム動作が行なわれる。

変倍動作（ズーム動作）を広角側の図２、ミドル位置（第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４の切替り位置）の図３、望遠側の図４を使って説明する。

広角側では、図２に示す通り、第１の移動部材２は、第１の付勢部材としてのコイルバネ８によりラック部材７に対し付勢され、連動部材としてのラック部材７の動きと連動して光軸方向に移動を行う。

また、第２の移動部材４は、第２の付勢部材としてのコイルバネ９により第２の規制部１３に付勢され、その位置に固定される（ステップ８あるいはステップ１３）。

広角側のズーム領域から望遠側のズーム領域に連動部材としてのラック部材７が移動すると、ミドル位置（第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４の切替り位置）となる。

図３に示す通り、ラック部材７の光軸方向の長さ（ラック部材７の第１の移動部材２と第２の移動部材４に接する距離）Ｌａと、第１の規制部１２から第２の規制部１３の間隔Ｌｂは、Ｌａ＞Ｌｂ、または、Ｌａ＝Ｌｂに設定されている。

つまり、連続的な変倍動作を行うことができるように、前記第１の移動部材２及び前記第２の移動部材４が光軸方向において任意の位置でラック部材７に同時に当接している。

第１の規制部１２と第２の規制部１３の光軸方向の間隔Ｌｂは、ラック部材７の光軸方向の長さＬａよりも短くなっている。

この位置では、第１の移動部材２はコイルバネ８によりラック部材７に対し付勢され、第２の移動部材はコイルバネ９によりラック部材７に対し付勢され、それぞれラック部材７の動きと連動して光軸方向に移動を行う（ステップ９あるいはステップ１４）。

望遠側では、図４に示す通り、第２の移動部材４は、第２の付勢部材としてのコイルバネ９によりラック部材７に対し付勢され、ラック部材７の動きと連動して光軸方向に移動を行う。

また、第１の移動部材２は、第１の付勢部材としてのコイルバネ８により第１の規制部１２に付勢され、その位置に固定される（ステップ１０あるいはステップ１５）。

以上の通り、ラック部材７の光軸方向の動きにより、第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４による連続的な変倍動作が行われる。

本実施例において、第１の規制部１２と第２の規制部１３は、一体の突起部で構成されている。

第３の移動部材５には、略角筒状の空芯のコイル１４とコイル１４に通電する為のフレキシブルプリント基板（不図示）が固定されている。

不図示の後部鏡筒には、ヨーク１５，１６およびマグネット１７が固定保持されている。

ヨーク１５はコ字形状とされ、光軸に沿う方向に延びた構成とされ、その内側に上記マグネット１７が保持されている。

ヨーク１５には上記のコイル１４の空芯部分が挿通されており、コイル１４とヨーク１５、マグネット１７とは所定の間隔で離間している。

マグネット１７は、光軸に直行する方向に磁化されており、光軸に沿う方向に延びた構成とされている。

ヨーク１５のコ字状の形状部分の開放側の先端には、ヨーク１６が保持されている。上記のコイル１４、ヨーク１５，１６およびマグネット１７からボイスコイルモータであるリニアアクチュエータが構成される。

不図示のフレキシブルプリント基板からコイル１４に第５群駆動回路４６より通電すると、後部鏡筒に固定保持されたヨーク１５、１６およびマグネット１７にて構成される磁気回路の作用によって、移動枠５が光軸方向に駆動される。

また、第３の移動部材５には、光軸方向に所定ピッチで形成された凹凸が形成された不図示の光学スケール１８が接着固定されている。

光学スケール１８に対向する位置には、後部鏡筒に保持された不図示の光学センサー１９が設けられている。

光学センサー１９は発光部とその光を光学スケールが反射してくる光量を測定するセンサーとを有している。

光学スケール１８と光学センサー１９とは光学スケール１８の反射光量を検出するのに必要な所定の間隔を持って配置され、第５レンズ群の位置センサー５３を構成している。

ここで、第３の移動部材５の初期位置は、第３の移動部材５が後部鏡筒の像面側（ＣＣＤ側）に突き当たった状態で決定されている。

それ以降の第３の移動部材５の位置検出および駆動制御は、第３の移動部材５に位置決め保持された光学スケール１８が、光学センサー１９に対して移動することに伴って生じる光学センサー１９の出力信号に基づいてマイコン４２により位置制御が行われる。

マイコン４２は、第５レンズ群の位置センサー５３からの入力信号と、フォーカススイッチ５１またはオートフォーカスなどの信号に応じて、第５レンズ群の駆動回路４６に駆動信号を出力する。

第５レンズ群の駆動回路４６は、マイコン４２からの入力信号に応じてコイル１２に通電し、第５レンズ群Ｌ５を光軸方向に駆動する。

尚、本実施例のラック部材７に移動枠を付勢するバネは、圧縮バネとしているが、図５の様に引込みバネ１０８としても、同様の効果が得られる。

実施例２の光学機器では、ミドル位置（第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４の切替り位置）における寸法設定を図６に示す通り変更している。

それ以外の光学機器の構成は、実施例１と同一である。

本実施例でも、送りネジとしてのリードスクリュー１０ａは、ズームモータを構成する回転するロータと同軸かつ光軸と平行に配置されている。

即ち、ラック部材７の光軸方向の長さ（ラック部材７の第１の移動部材２と第２の移動部材４に接する距離）Ｌａと、第１の規制部１２から第２の規制部１３の間隔Ｌｂを、Ｌａ＜Ｌｂに設定する事で、不連続的な２つの変倍領域を作り出す事が出来る。

不連続的な変倍動作を行うことができるように、前記第１の移動部材２及び前記第２の移動部材５が光軸方向において任意の位置でラック部材７に同時に当接していない。

第１の規制部１２と第２の規制部１３の光軸方向の間隔Ｌｂは、ラック部材７の光軸方向の長さＬａよりも長くなっている。

以下、図８のフローチャートによるズーム動作を説明する。

ステップ１０１で、電源スイッチ５２が入れられると、ズームモータ１０は、マイコン４２からの信号によりズーム駆動回路４５から駆動信号を受ける。

そして、ステップ１０２で、フォトインタラプタ１１にて初期位置を検出する。

撮影者は、ステップ１０３でズーム領域切替えスイッチ６０により、広角側ズーム範囲と望遠側ズーム範囲を選択することできる。

例えば、５０倍を超える様な超高倍の変倍が可能なズームレンズにおいて、電源スイッチ５２を操作した待機位置から、任意のズーム位置に高速で合わせる事が可能となる。

ステップ１０３にて、ズーム領域切替えスイッチ６０により広角側が選ばれた場合、ステップ１０４に進み、第１の移動部材２は広角からミドルの間に予め決められた任意の位置に移動し待機する。

ズームモータ１０は、上記初期位置からのステップ数でズームスイッチ５０の操作に対応した位置制御が行なわれる。

１０５からステップ１１５の通り、フォトインタラプタ１１にて初期位置を検出した位置からのステップ数でズームスイッチ５０の操作に対応した位置制御が、広角端からミドル端までの間で行なわれる。

このとき、ステップ１０９あるいはステップ１１２の通り、第１の移動群２が光軸方向に移動し、第２の移動群４は第２の規制部材の位置に固定された状態で、ズーム動作が行われる。

ステップ１０３にて、ズーム領域切替えスイッチ６０により望遠側が選ばれた場合、ステップ２０４に進み、第１の移動部材２は、ミドルから望遠の間に予め決められた任意の位置に移動し、待機する。

ズームモータ１０は、上記初期位置からのステップ数でズームスイッチ５０の操作に対応した位置制御が行なわれる。

２０５からステップ２１５の通り、フォトインタラプタ１１にて初期位置を検出した位置からのステップ数でズームスイッチ５０の操作に対応した位置制御が、ミドル端から望遠端までの間で行なわれる。

このとき、ステップ２０９あるいはステップ２１２の通り、第１の移動群２は第１の規制部材１２の位置に固定された状態で、第２の移動群４が光軸方向に移動することでズーム動作が行われる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の光学機器の実施例１の構成を示した図 本発明の実施例１の広角側ズーム域を示した図 本発明の実施例１のミドル位置（第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４の切替り位置）を示した図 本発明の実施例１の望遠側ズーム域を示した図 本発明の実施例１のバネ付勢方向を変えた変形例を示した図 本発明の実施例２のミドル位置（第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４の切替り位置）を示した図 本発明の実施例１のズーム動作を説明するフローチャート 本発明の実施例２のズーム動作を説明するフローチャート

符号の説明

１ 第１レンズ群Ｌ１を保持する前玉鏡筒
２ 第２レンズ群Ｌ２を保持する第１の移動部材
３ 第３レンズ群Ｌ３を保持する固定鏡筒
４ 第４レンズ群Ｌ４を保持する第２の移動部材
５ 第５レンズ群Ｌ５を保持する第３の移動部材
７ ラック部材（連動部材）
８ 第１の付勢部材（コイルバネ）
９ 第２の付勢部材（コイルバネ）
１０ アクチュエータ（ズームモータ）
１０ａ 送りネジ
１２ 第１の規制部
１３ 第２の規制部

Claims (4)

1. 第１の変倍レンズ群を保持した第１の移動部材と、
   第２の変倍レンズ群を保持した第２の移動部材と、
   前記第１の変倍レンズ群の光軸及び前記第２の変倍レンズ群の光軸と平行に配置された送りネジと、
   前記送りネジを駆動するためのアクチュエータと、
   前記送りネジの回転により前記光軸方向に移動する連動部材と、
   前記第１の移動部材を前記連動部材に付勢する第１の付勢部材と、
   前記第２の移動部材を前記連動部材に付勢する第２の付勢部材と、
   前記第１の移動部材の光軸方向への移動を規制する第１の規制部と、
   前記第２の移動部材の光軸方向への移動を規制する第２の規制部と、を有し、前記第１の移動部材及び前記第２の移動部材を移動させることにより変倍を行う光学機器であって、
   第１の変倍領域においては、
   前記第１の付勢部材によって前記第１の移動部材を前記連動部材に対して付勢した状態で前記連動部材を光軸方向に移動させることにより、前記第１の移動部材を前記連動部材の動きに連動させて移動させるとともに、前記第２の付勢部材によって前記第２の移動部材を前記第２の規制部に対して付勢することにより前記第２の移動部材を固定しており、
   前記第１の変倍領域とは異なる第２の変倍領域においては、
   前記第１の付勢部材によって前記第１の移動部材を前記第１の規制部に対して付勢することにより前記第１の移動部材を固定するとともに、前記第２の付勢部材によって前記第２の移動部材を前記連動部材に対して付勢した状態で前記連動部材を光軸方向に移動させることにより、前記第２の移動部材を前記連動部材の動きに連動させて移動させる、
   ことを特徴とする光学機器。
2. 前記第１の規制部と前記第２の規制部の光軸方向の間隔Ｌｂは、前記連動部材の光軸方向の長さＬａよりも短いことを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記第１の規制部と前記第２の規制部の光軸方向の間隔Ｌｂは、前記連動部材の光軸方向の長さＬａよりも長いことを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
4. 物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群と、変倍動作に際して光軸方向に移動する負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群と、変倍動作に際して光軸方向に移動する負の屈折力の第４レンズ群と、合焦動作に際して光軸方向に移動する正の屈折力の第５レンズ群と、を備え、前記第２レンズ群及び第４レンズ群を移動させて変倍を行う光学機器であって、
   前記第２レンズ群を保持した第１の移動部材と、
   前記第４レンズ群を保持した第２の移動部材と、
   前記第１の変倍レンズ群の光軸及び前記第２の変倍レンズ群の光軸と平行に配置された送りネジと、
   前記送りネジを駆動するためのアクチュエータと、
   前記送りネジの回転により前記光軸方向に移動する連動部材と、
   前記第１の移動部材を前記連動部材に付勢する第１の付勢部材と、
   前記第２の移動部材を前記連動部材に付勢する第２の付勢部材と、
   前記第１の移動部材の光軸方向への移動を規制する第１の規制部と、
   前記第２の移動部材の光軸方向への移動を規制する第２の規制部と、
   を備えており、
   第１の変倍領域においては、
   前記第１の付勢部材によって前記第１の移動部材を前記連動部材に対して付勢した状態で前記連動部材を光軸方向に移動させることにより、前記第１の移動部材を前記連動部材の動きに連動させて移動させるとともに、前記第２の付勢部材によって前記第２の移動部材を前記第２の規制部に対して付勢することにより前記第２の移動部材を固定しており、
   前記第１の変倍領域とは異なる第２の変倍領域においては、
   前記第１の付勢部材によって前記第１の移動部材を前記第１の規制部に対して付勢することにより前記第１の移動部材を固定するとともに、前記第２の付勢部材によって前記第２の移動部材を前記連動部材に対して付勢した状態で前記連動部材を光軸方向に移動させることにより、前記第２の移動部材を前記連動部材の動きに連動させて移動させる、
   ことを特徴とする光学機器。

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