JP5574863B2 - レンズ鏡筒および光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ鏡筒および光学機器に関する。

特許文献１は、レンズ保持枠と他の枠の対向面の少なくとも一方に設けられ、光軸に平行な基準案内部と、両枠を基準案内部を介して当接させるべく付勢力を与える付勢部材と、を有する鏡枠移動機構を開示している。これにより、特許文献１は、ズームレンズ鏡筒においてレンズ保持枠に側圧を加え、光軸の変動を防止して像揺れや画面のボケの発生を抑えると共に付勢手段によってカム環の光軸方向の位置決めを行うので鏡枠を小型化することができる。

特許第３３２８０３６号明細書

しかしながら、特許文献１は、比較的重量の大きいレンズ保持枠を移動する際に摺動負荷が発生し、ズーミング時や動画撮影時に摺動音（騒音）が発生するという課題がある。これに対して、撮像素子を可動保持枠に搭載する方法も考えられるが、各可動保持枠を光軸方向に進退可能にさせるための駆動部材、案内部材が必要となるのでレンズ鏡筒が大型になるという課題が発生する。

そこで、光軸の変動を静音かつ小型の構成で達成することが可能なレンズ鏡筒および光学機器を提供することを例示的な目的とする。

本発明のレンズ鏡筒は、撮影光学系を構成する複数のレンズユニットのうちの一方としての被写体側レンズユニットを保持してカムフォロアを有する移動枠と、前記移動枠の前記カムフォロアが係合するカム溝を光軸に直交する面に有して光軸周りに回転することによって前記被写体側レンズユニットを光軸方向に駆動するカム環と、を有するカム環駆動ユニットと、被写体の光学像を光電変換する撮像素子を保持する保持枠と、当該保持枠と係合し前記光軸方向に平行に延びて前記保持枠の前記光軸方向の直進移動を案内する第１ガイドバーと、前記複数のレンズユニットのうちの他方としての撮像素子側レンズユニットと係合し前記光軸方向に平行に延びて前記撮像素子側レンズユニットの前記光軸方向の直進移動を案内する第２ガイドバーを有する直進駆動ユニットと、前記光軸方向に移動しない中間固定レンズ群と、を有し、前記中間固定レンズ群の被写体側に前記カム環駆動ユニットが配置され、前記中間固定レンズ群の撮像素子側に前記直進駆動ユニットが配置され、前記カム環駆動ユニットと前記直進駆動ユニットと前記中間固定レンズ群に分割可能に構成され、前記カム環駆動ユニットのカム環を回転する駆動源と前記直進駆動ユニットの前記保持枠を駆動する駆動源の少なくとも一方は、振動型リニアアクチュエータであることを特徴とする。

本発明によれば、光軸の変動を静音かつ小型の構成で達成することが可能なレンズ鏡筒および光学機器を提供することができる。

本実施例のビデオカメラのレンズ鏡筒の断面図である。 図１に示すレンズ鏡筒の分解斜視図である。 図２に示す撮像素子ユニットの分解斜視図である。 図２に示すカム環のカム溝を示す展開図である。 図１に示すレンズ鏡筒の一部分解斜視図である。 図１に示すレンズ鏡筒の分解斜視図である。

図１は本実施例のビデオカメラ（光学機器）のレンズ鏡筒の断面図であり、図２はその分解斜視図である。レンズ鏡筒には、被写体側から順に、凸凹凸凹凸の５つのレンズユニットにより構成され、被写体の光学像を形成する撮影光学系としての変倍光学系（ズーム光学系）が内蔵されている。なお、以下の説明において、被写体側（図の左側）を前側、撮像素子側を後側という場合がある。

撮影光学系は、被写体側から順に、第１〜第５レンズユニットＬ１〜Ｌ５を有する。第１レンズユニットＬ１は光軸方向に固定されている。第２レンズユニットＬ２と第３レンズユニットＬ３は光軸方向に移動して変倍（ズーミング）を行う。第４レンズユニットＬ４は、光軸直交方向に移動して像触れ補正を行う。第５レンズユニットＬ５は、光軸方向に移動してフォーカシングを行う。

１は第１レンズユニットＬ１を保持する固定の前玉鏡筒であり、固定鏡筒１２に略１２０等分で形成されている貫通穴部１２ａに、前玉鏡筒１に略１２０等分に一体的に取り付けられたカムフォロア１ａが係合している。３箇所のカムフォロア１ａ及び固定鏡筒１２の貫通穴部１２ａの係合と前玉鏡筒１の外径１ｂ及び固定鏡筒１２の内径部１２ｂの嵌合により第１レンズユニットＬ１は位置決めされて保持されている。

２は第２レンズユニットＬ２を保持してカムフォロア２ａを有する第２移動枠、３は第３レンズユニットＬ３を保持してカムフォロア３ａを有する第３移動枠である。４は第４レンズユニットＬ４を光軸方向には移動せずに光軸直交方向に移動可能に保持するシフトユニット（中間固定レンズ群）である。シフトユニット４は固定鏡筒１２に対して位置決め固定されている。

５は第５レンズユニットＬ５を保持する第５移動枠、６は撮影光学系に入射して絞り開口を通過した光により形成される光学像を電気信号に変換する後述する撮像素子に到達する光量を調節する光量調節ユニット（光量調節装置）である。７は４段階の露出切替えを手動操作で行うＮＤユニットであり、光軸方向への動作は行われず後部鏡筒１３に固定されている。

２３は外部から手動操作される操作部材であるズームリングである。ズームリング２３はズームリング固定鏡筒２５に径嵌合され、ズームリング固定鏡筒２５と中間鏡筒２６に光軸方向に最小のクリアランスを保ちつつ、光軸に対し略中心に回転可能に挟持されている。

２４はフォーカスリングである。フォーカスリング２４はフォーカスリング固定鏡筒２７の外径と径嵌合され、フォーカスリング固定鏡筒２７と中間鏡筒２６に光軸方向に最小のクリアランスを保ちつつ、光軸に対し略中心に回転可能に挟持されている。

ズームリング２３、フォーカスリング２４の内径側には各々のリングの回転量を検出するための回転位置検出センサ（不図示）が設けられており、ズームリング２３、フォーカスリング２４の回転量に応じた出力信号を検出し、出力信号の演算処理を行なう。

ＮＤユニット７のＮＤベース７ａは後部鏡筒１３に位置決め固定され、後部鏡筒１３とＮＤベース７ａとの間には、２本のガイドバー１５および１６が固定されている。第５移動枠５に設けられたスリーブ部５ａはガイドバー（第２ガイドバー）１５に移動可能に係合して光軸方向に案内され、第５移動枠５に設けられたＵ溝部５ｂはガイドバー１６に移動可能に係合し、第５移動枠５のガイドバー１５を中心とした回転を阻止している。

２１は磁石と摩擦材とを接合して構成された後部鏡筒１３に位置決め固定されているスライダ（接触部材）である。第５移動枠５には電気機械エネルギー変換素子とそれにより振動が励起される板状の弾性部材とにより構成される振動子（不図示）が位置決めされて固定されている。振動子の弾性部材は強磁性体であり、強磁性体がスライダ２１の磁石と引き合うことにより、スライダ２１の摩擦材の圧接面と振動子の弾性部材において光軸方向２箇所に形成された圧接面とが圧接される。

スライダ２１および振動子によって構成される振動型リニアアクチュエータでは、フレキシブル配線板（不図示）を介して２つの位相が異なる周波信号（パルス信号又は交番信号）が電気機械エネルギー変換素子に入力される。これにより、振動子の圧接面に略楕円運動が発生し、スライダ２１の圧接面に光軸方向の駆動力が発生する。

図３は撮像素子ユニット３０の分解斜視図である。

１０はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の、絞り開口を通過した光により形成される光学像を電気信号に光電変換する撮像素子８及び赤外カット・ローパスフィルタ９等の光学フィルタが取り付けられる保持枠である。撮像素子８は光軸方向に移動して第２レンズユニットＬ２及び第３レンズユニットＬ３と同期制御を行ないながら変倍を行なう変倍ユニットの機能を有する。９ａは光学調整手段としての圧縮ばね、９ｂはビスである。

１４は後部カバーで、不図示のガイドバー保持部、開口部１４ｃ、ＦＰＣガイド部１４ｄを有し、後部鏡筒１３に位置決め固定されている。２本のガイドバー１９、２０は後部カバー１４のガイドバー保持部、不図示の後部鏡筒１３に形成されたガイドバー保持部に固定され、保持枠１０に設けられたスリーブ部１０ａがガイドバー（第１ガイドバー）１９に直進移動可能に係合して光軸方向に案内される。また、保持枠１０に設けられた不図示のＵ溝がガイドバー２０に移動可能に係合し、保持枠１０のガイドバー１９を中心とした回転を阻止している。

１１は、保持枠１０に保持された撮像素子８への電気信号の入出力を行なうフレキシブル基板（ＦＰＣ）である。ＦＰＣ１１は後部鏡筒１３と後部カバー１４により形成された内壁と保持枠１０との範囲で配置されている。

１７は磁石と摩擦材とを接合して構成された後部鏡筒１３に位置決め固定されているスライダ（接触部材）である。保持枠１０には電気機械エネルギー変換素子とそれにより振動が励起される板状の弾性部材とにより構成される振動子１８が位置決め固定されている。

振動子１８の弾性部材は強磁性体であり、強磁性体がスライダ１７の磁石と引き合うことにより、スライダ１７の摩擦材の圧接面と振動子１８の弾性部材において光軸方向２箇所に形成された圧接面とが圧接される。

スライダ１７および振動子１８によって構成される振動型リニアアクチュエータでは、フレキシブル配線板（不図示）を介して２つの位相が異なる周波信号（パルス信号又は交番信号）が電気機械エネルギー変換素子に入力される。これにより、振動子１８の圧接面に略楕円運動が発生し、スライダ１７の圧接面に光軸方向の駆動力が発生する。ここで、スライダ１７および２１は光軸方向に略平行に配置されている。

直進駆動を行なう第５レンズユニットＬ５及び撮像素子ユニット３０がユニット化され、直進駆動ユニットＵ１を構成する。

図４はカム環２２のカム溝を示す展開図であり、図５はカム環駆動部の後部分解斜視図である。カム環２２は、固定鏡筒１２の内周に回転可能に位置決め保持されている。

カム環２２は、第２レンズユニットＬ２を光軸方向に駆動する第１カム溝部２２ａ、第３レンズユニットＬ３を光軸方向に駆動する第２カム溝部２２ｂ、絞り・シャッターユニット６を光軸方向に駆動する第３カム溝部２２ｃの貫通溝を光軸に直交する面に有する。これらのカム溝部には、各ユニットに略１２０°等分に一体的に設けられたカムフォロア２ａ、３ａ、６ａが係合しており、且つ固定鏡筒１２に略１２０°等分に設けられた光軸に平行な各ユニットに対応する貫通溝１２ｃ、１２ｄと係合している。

カム環２２が固定鏡筒１２に対して光軸周りで回転することで、変倍の際に第２，第３レンズユニットＬ２，Ｌ３および絞り・シャッターユニット６を光軸方向に進退させ、変倍動作を行うことができる。

２８は磁石と摩擦材とを接合して構成されたカム環２２に位置決め固定されているスライダ（接触部材）である。カム環押え板２９には電気機械エネルギー変換素子とこれにより振動が励起される板状の弾性部材とにより構成される振動子４０が略１２０°等分に配置され、位置決め固定されている。

振動子４０の弾性部材は強磁性体であり、強磁性体がスライダ２８の磁石と引き合うことにより、スライダ２８の摩擦材の圧接面と振動子４０の弾性部材においてカム環２２の回転方向２箇所に形成された圧接面とが圧接される。

スライダ２８および振動子４０によって構成される振動型リニアアクチュエータでは、ＦＰＣ３１を介して２つの位相が異なる周波信号（パルス信号又は交番信号）が電気機械エネルギー変換素子に入力される。これにより、振動子４０の圧接面に略楕円運動が発生し、スライダ２８の圧接面にカム環２２回転の接線方向に駆動力が発生する。そして、略１２０°等分に配置された振動型リニアアクチェータの同期駆動制御を行ない、カム環２２を回転運動させている。

カム環２２の内径側にはカム環２２の回転量を検出するための回転位置検出センサ（不図示）が設けられており、カム環２２の回転量に応じた出力信号を検出し、出力信号の演算処理を行なう。

以上、第２レンズユニットＬ２、第３レンズユニットＬ３および絞り・シャッターユニット６がカム環機構によりユニット化され、カム環駆動ユニットＵ２を構成している。

図６は、直進駆動ユニットＵ１とカム環駆動ユニットＵ２の分解斜視図である。カム環駆動ユニットＵ２にシフトユニット４はビス止め固定され、直進駆動ユニットＵ１とカム環駆動ユニットＵ２がビス止め固定されることによりレンズ鏡筒が構成される。この結果、シフトユニット４の被写体側にカム環駆動ユニットＵ２が配置され、撮像素子側に直進駆動ユニットＵ１に配置され、レンズ鏡筒はカム環駆動ユニットＵ２と直進駆動ユニットＵ１とシフトユニット４に分割可能に構成されている。

本実施例では、１群レンズのみを光軸方向に移動可能に構成する代わりに、撮像素子８と焦点距離を変更する複数のレンズユニットを変倍の際に光軸方向に移動可能に構成することによって摺動負荷を減らしている。この結果、本実施例は、ズーミング時や動画撮影時に摺動音（騒音）を低減することができる。

この際、焦点距離を可変させるための光学群をカム環駆動と撮像素子を直進駆動と別駆動とし、カム環２２の回転駆動と保持枠１０の直進駆動を電気制御で同期をとることによって変倍時に焦点距離を変更する。撮像素子８をカム環で駆動していないので二群レンズ（第２、第３レンズユニットＬ２、Ｌ３）〜撮像素子までの最大外形に従ってレンズ鏡筒の径が大型になるおそれがなく、また、撮像素子分の機械的な負荷を増大することを防止することができる。

なお、本実施例では、カム環駆動ユニットＵ２のカム環２２を回転する駆動源と直進駆動ユニットＵ１の保持枠１０を駆動する駆動源の両方が、振動型リニアアクチュエータ（超音波アクチュエータ（ＵＭＡ））である。しかしながら、これらの駆動源の少なくとも一方が振動型リニアアクチュエータであってもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

レンズ鏡筒は光学系器の光学系の用途に適用することができる。

Ｕ１ 直進駆動ユニット
Ｕ２ カム環駆動ユニット
Ｌ２ 第２レンズユニット（被写体側レンズユニット）
Ｌ３ 第３レンズユニット（被写体側レンズユニット）
Ｌ４ 第４レンズユニット
Ｌ５ 第５レンズユニット（撮像素子側レンズユニット）
４ シフトユニット（中間固定レンズ群）
１０ 保持枠
１５ ガイドバー（第２ガイドバー）
１９ ガイドバー（第１ガイドバー）
図面の補正内容

Claims (3)

1. 撮影光学系を構成する複数のレンズユニットのうちの一方としての被写体側レンズユニットを保持してカムフォロアを有する移動枠と、前記移動枠の前記カムフォロアが係合するカム溝を光軸に直交する面に有して光軸周りに回転することによって前記被写体側レンズユニットを光軸方向に駆動するカム環と、を有するカム環駆動ユニットと、
   被写体の光学像を光電変換する撮像素子を保持する保持枠と、当該保持枠と係合し前記光軸方向に平行に延びて前記保持枠の前記光軸方向の直進移動を案内する第１ガイドバーと、前記複数のレンズユニットのうちの他方としての撮像素子側レンズユニットと係合し前記光軸方向に平行に延びて前記撮像素子側レンズユニットの前記光軸方向の直進移動を案内する第２ガイドバーを有する直進駆動ユニットと、
   前記光軸方向に移動しない中間固定レンズ群と、
   を有し、
   前記中間固定レンズ群の被写体側に前記カム環駆動ユニットが配置され、前記中間固定レンズ群の撮像素子側に前記直進駆動ユニットが配置され、前記カム環駆動ユニットと前記直進駆動ユニットと前記中間固定レンズ群に分割可能に構成され、
   前記カム環駆動ユニットのカム環を回転する駆動源と前記直進駆動ユニットの前記保持枠を駆動する駆動源の少なくとも一方は、振動型リニアアクチュエータであることを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 前記カム環の回転駆動と前記保持枠の直進駆動の同期をとることによって焦点距離を変更することを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
3. 請求項１又は２に記載のレンズ鏡筒を有することを特徴とする光学機器。