JP5306070B2 - バックフォーカス調整機構及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、カメラのフォーカス機構、詳しくは、撮像素子を光軸方向において移動させることによるバックフォーカス調整機構に関する。

カメラにおけるフォーカス機構のひとつとして、いわゆるバックフォーカス調整機構が提案されている。当該機構はレンズ最後端から焦点面までの距離、すなわちバックフォーカスを調節することにより合焦を行う構造を有する。バックフォーカスの調節には、フィルムや撮像素子といった撮像面を光軸方向に移動する方法や、最後端のレンズを光軸方向に移動する方法が一般的である。

バックフォーカスの調整をレンズによって行う機構は、機構内にモータ等のレンズ駆動部材と、当該駆動部材によって移動する移動部材とを配置するスペースの確保に問題があった。この点に関し、撮像素子やフィルムといった撮像面自体を光軸方向において移動させるバックフォーカス調整機構は、合焦操作においてフォーカス用レンズを必要としないため、フォーカス用レンズを配置するスペースを省略することができる。さらに、レンズ鏡筒に配設されるレンズの枚数を減らすことができるため、レンズ鏡筒が沈胴する際に、レンズ鏡筒の全長を短縮することが可能となる。従って、最後端のレンズを光軸方向に移動することにより合焦を得る機構と比較して小型化が望める。これらの特徴は、小型化が求められるカメラにとって大きな利点である。近年では、撮像素子の移動によるバックフォーカス調整機構を小型のデジタルカメラ向けにユニット化された発明が提案されている（例えば、特許文献１）。

また、バックフォーカス調整機構をフォーカス機構として監視カメラに適用した事例も提案されている（例えば、特許文献２）。防水性の確保等を目的として半球型に風防に覆われる監視カメラでは、フォーカスに際してレンズを繰り出すことが困難である。そのような制限にもバックフォーカス調整機構によるフォーカス機構は対応し得る。

さらに、バックフォーカスの調整及び組立てによる撮像素子の位置の調整を解決できる発明も提案されている（例えば、特許文献３）。

ここに示したような、カメラにおける一般的なバックフォーカス調整機構は、撮像素子または撮像素子が固定される部品を複数のガイドシャフトが貫通する構造により、撮像素子の移動を司り、バックフォーカスの調整を行っている。ガイドシャフトはその一端が当該機構のハウジングに圧入等の手段で固定されており、他端は解放されている。ハウジングは複雑な形状を有するため樹脂製であることが多く、ガイドシャフトは強度を求められることから一般的に金属製である。

特許第２７９０９７９号

特開２００８―１１１９４５号公報

特許第３６９３８３２号

しかし、先述のバックフォーカス調整機構をデジタルカメラのフォーカス機構に応用するには、種々の課題があった。

まず、近年大型化が進む撮像素子は、動作中に激しく発熱する。その熱は、撮像素子が摺動する金属製のガイドシャフトを介して、樹脂製ハウジングに伝熱し、ハウジングの熱膨張を促進する。しかしガイドシャフトは、その一方がハウジングに差し込まれているのみであるため、熱膨張したハウジングによるガイドシャフトの支持剛性が低下することにつながる。そのため、撮像素子の撮像面を光軸に対して垂直に保つために十分な強度が得られず、ガイドシャフトに僅かなグラつきを生じさせる場合があった。さらに、撮像素子の大型化に伴って撮像素子と基板の重量が増加したため、ガイドシャフトへの負担が増加したことも一因である。したがって、光軸に対し撮像素子がチルトし、目的の光学性能が発揮されなかったり、複数のガイドシャフト同士の平行が維持されないため撮像素子の移動を妨げたりと、様々な問題が生じていた。これらの問題に対処するために、撮像素子の放熱を促す構造を付加する必要が生まれるなど、設計上の条件を厳しくすることにもつながっていた。

また、ガイドシャフトの一端は解放されているため、カメラ内で撮像素子がガイドシャフトから脱落するといった不具合も生じていた。

さらに、撮像素子を基板に固定すると、撮像素子から発せられる熱が基板に配設されている電子部品に伝導する。熱に弱い電子部品は撮像素子からの熱により本来の性能が損なわれ、生成する画像の劣化を引き起こす可能性があった。

そこで本発明では、従来一体となっている撮像素子と基板とを分離し、基板をガイドシャフトの一端に固定し、撮像素子のみ光軸方向に移動することで、フォーカス動作を行う構造とした。以下、詳述する。

上記課題を解決するためになされた第一の発明は、合焦機能を有したバックフォーカス調整機構であって、該バックフォーカス調整機構はモータと、リードスクリュと、ガイドシャフトと、弾性部材と、ハウジングと、撮像素子ユニットと、メイン基板ユニットとを有し、該ハウジングには該撮像素子ユニットで発生した熱を排出する孔部が穿設され、該リードスクリュは該モータに軸支され、該モータは該ハウジングに配設され、該ガイドシャフトの両端部は、該ガイドシャフトが光軸に対して略平行であるように該ハウジングとメイン基板ユニットとにより軸止され、該撮像素子ユニットには、該ガイドシャフトに対して摺動可能であるガイドシャフト用遊嵌孔が穿設され、該ハウジングと該メイン基板ユニットとの間において、該撮像素子ユニットは該リードスクリュの回転により、該ガイドシャフト用遊嵌孔を介して該ガイドシャフトに摺動しながら光軸に略平行に移動することにより合焦操作を行うことを特徴とするバックフォーカス調整機構である。

上記課題を解決するためになされた第二の発明は、前記撮像素子ユニットは、撮像素子と、該撮像素子を取り付ける取付台とから構成され、前記メイン基板ユニットは、メイン基板と、該メイン基板を取り付ける取付台とから構成され、該メイン基板は前記バックフォーカス調整機構を駆動させる電子部材が配設されたことを特徴とする請求項１記載のバックフォーカス調整機構である。

上記課題を解決するためになされた第三の発明は、請求項１又は２の何れかに記載のバックフォーカス調整機構を有した撮像装置である。

当該構造により、ガイドシャフトがハウジングと基板ユニットとによって両端から支持される構造となり、ガイドシャフトの支持剛性が飛躍的に向上した。それゆえ、複数のガイドシャフトの光軸に対する平行が保たれ、撮像素子が光軸に対し常に垂直に保たれる効果を得られた。同時に、複数のガイドシャフト同士の平行が保たれることにより、撮像素子の移動を阻害しない効果を得られた。加えて、撮像素子と基板を分離することでガイドシャフトにかかる重量的負担も軽減されることで撮像素子の移動が円滑になり、撮像素子の移動速度が向上したためフォーカス速度の向上も実現した。

また、ガイドシャフトの両端が閉塞されたことにより、ガイドシャフトから撮像素子が脱落する不具合も解消された。

さらに、撮像素子と基板とを分離したため、従来問題となっていた撮像素子の過熱による基板への影響を軽減する効果も得られた。これは、撮像素子が移動によって空冷されるという構造にも起因する。

本発明を採用したデジタルカメラ１１全体の外観図である。 レンズ鏡筒１５が繰り出されたときの図である。 バックフォーカス調整機構２１がレンズ鏡筒１５の後端部に装着されている図である。 バックフォーカス調整機構２１の分解斜視図である。 バックフォーカス調整機構２１の縦断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図を用いて説明する。

図１は本発明を採用したデジタルカメラ１１全体の外観図である。図２はレンズ鏡筒１５が繰り出されたときの図である。図３はバックフォーカス調整機構２１がレンズ鏡筒１５の後端部に装着されている図である。図４は分解斜視図である。図５はバックフォーカス調整機構２１の縦断面図である。

図１において、デジタルカメラ１１の各操作部材が配設されていることが示されている。デジタルカメラ１１本体の上カバーには電源用ボタン１２、シャッターボタン１３と撮影用モードダイヤル１４とが配設されている。撮影者は撮影条件に合わせて当該撮影用モードダイヤル１４を操作し、撮影モードを選択することにより、意図する機能を呼び出すことが可能となる。

本実施例に示すレンズ鏡筒１５は沈胴式である。電源用ボタン１２を押圧し、電源を投入すると、当該レンズ鏡筒１５は被写体に向かって光軸平行に繰り出され、図２で示されている状態になる。

図３において、レンズ鏡筒１５後端部にバックフォーカス調整機構２１が装着されていることが示されている。

レンズ鏡筒１５後端部に嵌着するハウジング３１の接続部の形状は当該レンズ鏡筒１５後端部の形状と略同形状である。当該バックフォーカス調整機構２１を当該レンズ鏡筒１５後端部に嵌着することにより、当該バックフォーカス調整機構２１と当該レンズ鏡筒１５との結合剛性が高まり、撮像素子ユニット４１の移動が光軸に対して略平行に保たれる。

図４において、バックフォーカス調整機構２１はハウジング３１、撮像素子ユニット４１、メイン基板ユニット５１、ガイドシャフトＡ６３ａ、ガイドシャフトＢ６３ｂとフォーカス用モータ６１とから構成されていることが示されている。撮像素子ユニット４１は撮像素子４４、フレキシブルプリント基板４６と撮像素子取付台４５とから構成され、また、当該メイン基板ユニット５１はメイン基板５２とメイン基板取付台５３とから構成されている。

ハウジング３１には冷却孔３２が穿設され、当該冷却孔３２により撮像素子４４から発生した排熱を当該ハウジング３１の外部に排出することが可能となる。従って、当該撮像素子４４からの排熱によって樹脂製のハウジングが熱膨張等による構造上の変形が防止される。これにより、光学的性能が損なわれない。また、当該ハウジング３１にはレンズ３６が配設されている。当該レンズ３６によりレンズ鏡筒１５内にゴミが入り込むことが防止される。

尚、本実施例においてはガイドシャフトが２本使用されているが、ガイドシャフトの本数はこれに限定されるものではない。２本より多い場合は、バックフォーカス調整機構２１の機械的剛性は向上し、また、撮像素子ユニット４１を更に精度良く光軸に対して略平行に移動させることが可能となる。

ハウジング３１にはガイドシャフト用孔部３３、フォーカス用モータ受け部３４とリードスクリュ用遊嵌孔３５とが穿設されている。ハウジング３１の被写体側にフォーカス用モータ６１が当該フォーカス用モータ受け部３４に嵌着し、当該フォーカス用モータ６１に軸支されているリードスクリュ６２が撮像素子ユニット４１側に突出している。

撮像素子ユニット４１において当該撮像素子ユニット４１は撮像素子４４、フレキシブルプリント基板４６と撮像素子取付台４５とから構成される。当該撮像素子４４は当該撮像素子取付台４５に固定されている。当該撮像素子取付台４５はガイドシャフトＡ用遊嵌孔４２ａとガイドシャフトＢ用遊嵌孔４２ｂとが穿設されている。また、当該撮像素子４４の背面にはフレキシブルプリント基板４６が接続されており、当該フレキシブルプリント基板４６はメイン基板５２に電子的に接続されている。

リードスクリュ６２はリードスクリュ用遊嵌孔３５を介してハウジング３１を貫通しており、撮像素子取付台４５に配設されたナット４３が当該リードスクリュ６２に螺合している。

また、ハウジング３１と撮像素子ユニット４１との間において、リードスクリュ６２にバネ６５が嵌挿しており、当該撮像素子ユニット４１をメイン基板５２側に付勢している。

メイン基板５２には撮像素子用回路基板（不図示）が取り付けられている。当該撮像素子用回路基板は当該撮像素子４４を駆動させるための回路基板である。また、メイン基板ユニット５１において、メイン基板５２はメイン基板取付台５３にネジ６４により固定されている。当該メイン基板取付台５３にはガイドシャフト用孔部５４と、リードスクリュ６２の退避孔５５とが穿設されている。

ガイドシャフトＡ６３ａとガイドシャフトＢ６３ｂとの両端はハウジング３１に穿設されたガイドシャフト用孔部３３と、メイン基板取付台５３に穿設されたガイドシャフト用孔部５４とにより固定されている。

続いて、図５を用いてバックフォーカス調整機構２１の動作説明をする。

撮影者の合焦操作（マニュアルフォーカス操作、オートフォーカス操作の両操作を含む）を行うと、当該合焦操作の情報がカメラＣＰＵ（不図示）で処理される。当該カメラＣＰＵ（不図示）において、処理された情報を基にフォーカス用モータ６１の駆動量が決定される。当該駆動量に基いて、フォーカス用モータ６１が回転する。

フォーカス用モータ６１の回転によりリードスクリュ６２も回転し、撮像素子ユニット４１を移動させる。当該撮像素子ユニット４１はガイドシャフトＡ用遊嵌孔４２ａとガイドシャフトＢ用遊嵌孔４２ｂとを介して、ガイドシャフトＡ６３ａとガイドシャフトＢ６３ｂとに摺動しながら、ハウジング３１とメイン基板取付台５３との間において、光軸と略平行に合焦位置まで移動する。

ハウジング３１とメイン基板取付台５３とでガイドシャフトＡ６３ａとガイドシャフトＢ６３ｂとを両端から挟み込むように軸止することにより、当該ガイドシャフトＡ６３ａとガイドシャフトＢ６３ｂとを軸止する剛性が得られる。従って、当該ガイドシャフトＡ６３ａとガイドシャフトＢ６３ｂとに衝撃が加わっても、当該ガイドシャフトＡ６３ａとガイドシャフトＢ６３ｂとは光軸と精度良く平行を保つことが可能である。これにより、撮像素子ユニット４１は光軸に対して常に略垂直でありながら移動することが可能となる。

また、撮像素子ユニット４１が移動する際、バックフォーカス調整機構２１に外部から衝撃が加わっても、メイン基板取付台５３がガイドシャフトＡ６３ａとガイドシャフトＢ６３ｂとの端部を固定しているため、当該ガイドシャフトＡ６３ａとガイドシャフトＢ６３ｂとから当該撮像素子ユニット４１が外れることは無い。

尚、本発明におけるバックフォーカス調整機構２１の形態は本実施例に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施することができる。

１１ デジタルカメラ
１２ 電源用ボタン
１３ シャッターボタン
１４ 撮影用モードダイヤル
１５ レンズ鏡筒
２１ バックフォーカス調整機構
３１ ハウジング
３２ 冷却孔
３３ ガイドシャフト用孔部
３４ フォーカス用モータ受け部
３５ リードスクリュ用遊嵌孔
３６ レンズ
４１ 撮像素子ユニット
４２ａ ガイドシャフトＡ用遊嵌孔
４２ｂ ガイドシャフトＢ用遊嵌孔
４３ ナット
４４ 撮像素子
４５ 撮像素子取付台
４６ フレキシブルプリント基板
５１ メイン基板ユニット
５２ メイン基板
５３ メイン基板取付台
５４ ガイドシャフト用孔部
５５ 退避孔
６１ フォーカス用モータ
６２ リードスクリュ
６３ａ ガイドシャフトＡ
６３ｂ ガイドシャフトＢ
６４ ネジ
６５ バネ

Claims (3)

1. 合焦機能を有したバックフォーカス調整機構であって、
   該バックフォーカス調整機構は
   モータと、
   リードスクリュと、
   ガイドシャフトと、
   ハウジングと、
   撮像素子ユニットと、
   メイン基板ユニットとを有し、
   該ハウジングには該撮像素子ユニットで発生した熱を排出する孔部が穿設され、
   該リードスクリュは該モータに軸支され、該モータは該ハウジングに配設され、
   該ガイドシャフトの両端部は、該ガイドシャフトが光軸に対して略平行であるように該ハウジングとメイン基板ユニットとにより軸止され、
   該撮像素子ユニットには、該ガイドシャフトに対して摺動可能であるガイドシャフト用遊嵌孔が穿設され、
   該ハウジングと該メイン基板ユニットとの間において、該撮像素子ユニットは該リードスクリュの回転により、該ガイドシャフト用遊嵌孔を介して該ガイドシャフトに摺動しながら光軸に略平行に移動することにより合焦操作を行うことを特徴とするバックフォーカス調整機構。
2. 前記撮像素子ユニットは、撮像素子と、該撮像素子を取り付ける取付台とから構成され、
   前記メイン基板ユニットは、メイン基板と、該メイン基板を取り付ける取付台とから構成され、
   該メイン基板は前記バックフォーカス調整機構を駆動させる電子部材が配設されたことを特徴とする請求項１記載のバックフォーカス調整機構。
3. 請求項１又は２の何れかに記載のバックフォーカス調整機構を有した撮像装置。

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