以下に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図1(a)および(b)は、本発明に係るズームレンズシステムを備える撮像装置の一例の概略構成を示している。撮像装置の一例は、カメラである。図1(a)および(b)に示すように、本例の撮像装置(カメラ)130は、ハウジング131と、ズームレンズシステム1を含む撮像モジュール4と、当該装置130を制御する制御ユニット132と、ズームレンズシステム1を駆動させるためのモーター133とを有している。ハウジング131としては、例えば、箱形などの全体的に薄く平たい形状のものが採用されている。撮像モジュール4に含まれるズームレンズシステム1は、繰り出される多段の筒からなるレンズホルダー2と、レンズホルダー2により支持される第1のレンズ群101、第2のレンズ群102、および第3のレンズ群103とを含んでいる。このズームレンズシステム1において、レンズホルダー2の繰り出し、および、その後の伸び縮み量は、モーター133がレンズホルダー2を構成する回転筒を回転することにより制御される。
図1(a)に示すように、レンズホルダー2が繰り出されると、ズームレンズシステム1は、ハウジング131の前方に突き出され、撮像できる状態(撮像状態)になる。この撮像状態においては、レンズホルダー2は、第1ないし第3のレンズ群101〜103の光軸に沿った位置(距離)を変えることができ、広角(ワイド)から望遠(テレ)の範囲でズーミングが可能である。一方、図1(b)に示すように、レンズホルダー2が折り畳まれると、ズームレンズシステム1は、ハウジング131に収納されたパークの状態(収納状態)になる。
この撮像装置130は、さらに、ハウジング131の背面に、ズームレンズシステム1により撮像ユニット5に結像された画像を表示する表示装置134を有している。表示装置134としては、例えば、液晶表示装置を用いることができる。この撮像装置130は、ハウジング131にズームレンズシステム1を収納できるので、持ち運びのサイズはコンパクトである。その一方、撮像する際は、多段のレンズホルダー2を伸ばすことができるので、ズームレシオ(変倍、変倍範囲)の大きな(広い)撮像装置130を提供できる。
図2および図3に、撮像モジュール4の概略構成を断面図で示している。図2は、撮像モジュール4がワイドポジションの状態を示している。ワイドポジションとは、ズームレンズシステム1がワイド(広角端)にセットされた状態を指している。ワイドポジションは、パーク状態からレンズホルダー2が繰り出された直後に停止するポジションである。図3は、撮像モジュール4のパーク状態を示している。
撮像モジュール4は、レンズホルダー2と、このレンズホルダー2にそれぞれ支持された第1ないし第3のレンズ群101〜103とを含む。撮像モジュール4のレンズホルダー2とレンズ群101〜103とによりズームレンズシステム1が構成され、このズームレンズシステム1の光軸Lに沿った後方に撮像ユニット5が配置されている。撮像ユニット5は、ズームレンズシステム1により結像された像を取得するユニットであり、典型的なものは、CCDやCMOSなどの半導体撮像素子である。ズームレンズシステム1により撮像ユニット5に結像された画像は、デジタルデータとしてハウジング131内に設けられたメモリ(不図示)に格納される。
図4に、ズームレンズシステム1の構成を分解斜視図により示している。上記において説明したようにズームレンズシステム1は、レンズホルダー2の第1のレンズ枠70に支持された第1のレンズ群101と、レンズホルダー2の第2のレンズ枠80に支持された第2のレンズ群102と、レンズホルダー2の第3のレンズ枠99に支持された第3のレンズ群103とを含んでおり、図4では第3のレンズ枠99は省略している。
レンズホルダー2は、図4に示した幾つかのパーツ(要素)がベースとなる筒(第1の筒)90に図4に示す右側(後方)から組み込まれ、第1の筒90から左側(前方)に繰り出されるように構成されている。パーク状態では、ベース90に全ての要素が収納される。レンズホルダー2は、このベース90を介して撮像装置130に内蔵されている。すなわち、ベース90は、装置130に固定されており、光軸方向および周方向のいずれにも移動しない。以下、ベース(第1の筒)90を固定筒と称する。第3のレンズ枠99は、レンズホルダー2の最も外側に配置されたこの固定筒90に支持されている。
このレンズホルダー2は、固定筒90の内部に多数の筒が重ね合わされた状態で収納され、これらが伸び縮みする多段構造である。レンズホルダー2は、固定筒90の他、第1のカム筒10と、第2のカム筒20と、第3のカム筒30とを含む。さらにレンズホルダー2は、第1のカム筒10とともに一体で移動する第1の筒体40と、第2のカム筒20とともに一体で移動する第2の筒体50と、第3のカム筒30とともに一体で移動する第3の筒体(第2の筒)60とを含む。これらの筒10、20、30、40、50、60、90は、いずれも、外形が略円筒状の筒である。
さらに、このレンズホルダー2は、レンズ群101、102および103を、それぞれレンズ枠70、80および99を介して支持し、上記のカム筒10〜30により、上記のレンズ群101、102および103の光軸Lの方向の位置を変え、レンズ群101、102および103の相互の距離を可変させることができるようになっている。
第1のカム筒10は、第1のレンズ群101を保持する第1のレンズ枠70を支持するとともに、第2のレンズ群102を保持する第2のレンズ枠80を受け入れて支持可能なカム筒である。したがって、第1のカム筒10は、第1のレンズ群101と第2のレンズ群102との距離を可変させるカム筒である。本例では、第1のカム筒10として、光軸Lの周りに回転する回転カム筒を採用している。第1のカム筒10の内部には、光軸Lの方向に沿って直進(前後)する第1の筒体(直進筒)40が収納されており、第1のレンズ枠70および第2のレンズ枠80は、第1の筒体40により第1のカム筒10の内部を直進する。以下、第1のカム筒10を回転カム筒、第1の筒体40を直進筒と称する。
図5に、回転カム筒10の内部に設けられたカム溝を周方向に展開して示している。回転カム筒10は、その内壁面に、第1のレンズ枠70を光軸Lに沿って前後に移動させる3本の第1のカム溝11と、第2のレンズ枠80を光軸Lに沿って前後に移動させる3本の第2のカム溝12とを含んでいる。3本の第1のカム溝11は、それぞれ同じ形状であり、120°ずつピッチをずらして形成されている。同様に、3本の第2のカム溝12も、それぞれ同じ形状であり、120°ずつピッチをずらして形成されている。
以降で説明するカム溝およびカムピンは、特に記載しないかぎり基本的に光軸Lの周りに3回対称な位置に形成されている。それぞれの筒および枠の位置を光軸Lの周りの3か所で支持することにより、光軸Lに直交する面の傾きが変化せず、それらに支持されるレンズ群および各レンズの面の傾きおよび位置を高い精度で保持できるようになっている。
第1のレンズ枠70は、リングあるいは筒状の部材であり、内部に複数のレンズからなる第1のレンズ群101が取り付けられている。第1のレンズ枠70の周囲には、径方向に突き出たカムピンであって、3本の第1のカム溝11にそれぞれ入る3つの第1のカムピン71が設けられている。これらのカムピン71もまた、3回対称な位置に配置されている。
第2のレンズ枠80は、リングあるいは筒状の部材であり、内部に複数のレンズからなる第2のレンズ群102が取り付けられている。また、第2のレンズ枠80には、パーク状態において第2のレンズ群102を退避位置に跳ね上げるための機構が設けられている。さらに、第2のレンズ枠80の周囲には、径方向に突き出たカムピンであって、3本の第2のカム溝12にそれぞれ入る3つの第2のカムピン81が設けられている。これらのカムピン81もまた、3回対称な位置に配置されている。
回転カム筒10の外側に配置されている第2のカム筒20は、光軸Lの方向に沿って直進(前後)する直進カム筒である。第2のカム筒20は、後述する第3のカム筒30の内部で回転する第2の筒体50である回転筒(第1の回転筒、第1の回動筒)に収容され、第2の筒体50とともに光軸Lの方向に沿って前後する。以下、第2のカム筒20を第1の直進カム筒、第2の筒体50を中間筒と称する。
第1の直進カム筒20は、回転カム筒10を光軸Lの方向に沿って前後に動かすための3本の第3のカム溝21を含んでいる。3本の第3のカム溝21は、それぞれ同じ形状であり、3回対称な位置、すなわち、120°ずつピッチがずれるように形成されている。これらの第3のカム溝21は、それぞれ、第1の直進カム筒20を貫通するように設けられている。
これと対応するように、上述した回転カム筒10の周壁の後端側(繰り出された時の固定筒90側)には、径方向に突き出たカムピンであって、3本の第3のカム溝21にそれぞれ入る3つの第3のカムピン13が3回対称な位置に設けられている。したがって、回転カム筒10が第1の直進カム筒20の内部で回転することにより、回転カム筒10と第1の直進カム筒20との光軸Lに沿った相対的位置が変化する。このように、第1の直進カム筒20は、以下で示す第2の直進カム筒30とともに、固定筒90と回転カム筒10との距離を可変させる機能を有している。
第1の直進カム筒20の外側に配置されている第3のカム筒30は、光軸Lの方向に沿って直進(前後)する直進カム筒である。第3のカム筒30は、固定筒90の内部で回転する第3の筒体60である回転筒(第2の回転筒、第2の回動筒)に収容され、第3の筒体60とともに光軸Lの方向に沿って前後する。以下、第3のカム筒30を第2の直進カム筒、第3の筒体60を回転筒と称する。
第2の直進カム筒30は、第1の直進カム筒20を光軸Lの方向に沿って前後に動かすための3本の第4のカム溝31を含んでいる。第4のカム溝31は、それぞれ同じ形状であり、3回対称な位置に形成されている。これらの第4のカム溝31は、それぞれ、第2の直進カム筒30を貫通するように設けられている。
これと対応するように、中間筒50の周壁の後端側(繰り出された時の固定筒90側)には、径方向に突き出たカムピンであって、3本の第4のカム溝31にそれぞれ入る3つの第4のカムピン51が3回対称な位置に設けられている。したがって、中間筒50が第2の直進カム筒30の内部で回転することにより、中間筒50と第2の直進カム筒30との光軸Lに沿った相対的位置が変化する。このように、第2の直進カム筒30は、第1の直進カム筒20とともに、固定筒90と回転カム筒10との距離を可変させる機能を有している。
このレンズホルダー2は、これらの筒体のアッセンブリーであり、以下のようにして組み込まれ、機能する。なお、レンズホルダー2は、図4の左上の固定筒90の内部に、他の筒体などが収納されるように組み立てられ、固定筒90から左上の方向に向かって、組み立てられた筒体が繰り出される。
まず、最も外側の固定筒(第1の筒)90の内壁面には、光軸Lの方向に直線的に延びる複数の溝91と、らせん状(らせんの一部の形状)の3つのヘリコイド溝92と、3つのヘリコイド溝92にそれぞれ繋がった3つの周溝93とが形成されている。これに対し、回転筒(第2の筒)60の周壁の後端側(繰り出された時の固定筒90側)には、3つの突起(爪)62が径方向に突き出ている。さらに、回転筒60には、光軸Lに沿って溝61が設けられている。そして、固定筒90がベースとしてカメラ130のハウジング131に固定され、回転筒60がモーター133により回転駆動される。
回転筒60が回転すると、回転筒60がヘリコイド溝92および爪62により固定筒90の左側(前方)に繰り出される。そして、回転筒60とともに第2の直進カム筒30が前方に繰り出される。第2の直進カム筒30の固定筒90の側には、回転筒60から径方向に突き出して固定筒90の溝91に入るように突起32が形成されている。したがって、第2の直進カム筒30は、回転筒60とともに光軸Lに沿って移動するが、光軸Lの周りには回転せずに直進する。固定筒90と回転筒60との関係は、後にさらに詳しく説明する。
回転筒60に収納される中間筒50の第4のカムピン51は、第2の直進カム筒30の第4のカム溝31を貫通し、回転筒60の溝61に入る。したがって、中間筒50は、回転筒60とともに(同期して)光軸Lの周りを回転する。第2の直進カム筒30は回転せず、中間筒50は回転するので、第2の直進カム筒30と、中間筒50および第1の直進カム筒20との相対的位置は、第4のカム溝31により制御される。中間筒50の内面(内側)には、光軸Lに沿って直線的に延びた溝52が設けられ、第2の直進カム筒30の内面(内側)にも、光軸Lに沿って直線的に延びた溝33が設けられている。
第1の直進カム筒20の固定筒90の側には、中間筒50から径方向に突き出して第2の直進カム筒30の直線溝33に入る突起22が形成されている。したがって、第1の直進カム筒20は、中間筒50とともに光軸Lに沿って移動するが、光軸Lの周りには回転せずに直進する。
中間筒50に収納される回転カム筒10の第3のカムピン13は、第1の直進カム筒20の第3のカム溝21を貫通し、中間筒50の溝52に入る。したがって、回転カム筒10は、回転筒60および中間筒50とともに(同期して)光軸Lの周りに回転する。第1の直進カム筒20は回転せず、回転カム筒10は回転するので、第1の直進カム筒20と回転カム筒10との相対的位置は第3のカム溝21により制御される。第1の直進カム筒20の内面(内側)には、光軸Lに沿って直線的に延びた溝23が設けられている。
回転カム筒10に収容される直進筒40の固定筒90の側には、回転カム筒10から径方向に突き出して第1の直進カム筒20の直線溝23に入る突起41が形成されている。したがって、直進筒40は、回転カム筒10とともに光軸Lに沿って移動するが、光軸Lの周りには回転せずに直進する。
直進筒40には、光軸Lの方向に直線的に延びる切欠き42および43が形成されている。第1のレンズ枠70の第1のカムピン71は、直進筒40の切欠き42を貫通し、回転カム筒10の第1のカム溝11に嵌る。したがって、第1のレンズ枠70は直進し、回転カム筒10は回転するので、回転カム筒10の第1のカム溝11により、第1のレンズ枠70と回転カム筒10との光軸Lに沿った相対的位置は制御される。
また、第2のレンズ枠80の第2のカムピン81は、直進筒40の切欠き43を貫通し、回転カム筒10の第2のカム溝12に入る。したがって、第2のレンズ枠80は直進し、回転カム筒10は回転するので、回転カム筒10の第2のカム溝12により、第2のレンズ枠80と回転カム筒10との光軸Lに沿った相対的位置は制御される。
また、第2のレンズ枠80は、第1の直進カム筒20に支持される状態と、回転カム筒10に支持される状態とを乗り換える。したがって、直進筒40の切欠き(スロット)43は、第1の直進カム筒20の側が開いており、ズーミング(変倍範囲)の途中で第2のレンズ枠80の第2のカムピン81を受け入れられるようになっている。図5に示すように、第2のカム溝12も同様であり、第1の直進カム筒20の側が開いており、ズーミング(変倍範囲)の途中で第2のレンズ枠80の第2のカムピン81を受け入れられるようになっている。このため、図5に示すように、第1のレンズ枠70と、第2のレンズ枠80との間隔(距離)は、回転カム筒10の範囲を超えて制御できる。
なお、図5において、回転カム筒10の第2のカム溝12を超えた(図面上の下方に一転破線で示される)軌跡19は、第1の直進カム筒20とともに第2のレンズ枠80が移動している状態を示している。この状態では、第2のレンズ枠80の動きは第1の直進カム筒20と同期しており、回転カム筒10の位置は第1の直進カム筒20の第3のカム溝21により制御される。したがって、軌跡19は、第1の直進カム筒20の第3のカム溝21の該当部分を逆転させたものとなる。なお、ワイドポジションPwから収納までの軌跡19は第2のレンズ枠80を退避位置へ跳ね上げる動きを含んでいる。
本例のレンズホルダー2およびこれを備えるズームレンズシステム1は、モーター133により回転筒60、中間筒50および回転カム筒10を同期して光軸Lの周りに回転させることで各筒の繰り出し量、各レンズ群101、102および103の光軸Lに沿った位置が制御され、さらに、図3に示した収納位置(パーク状態、パーク位置)に至るまでの動作、たとえば、第2のレンズ群102を跳ね上げる動作も含めて制御される。すなわち、ズームレンズシステム1は、モーター133が回転筒60を第1の方向に回転駆動することにより、パークポジションPp、ワイド(広角端)ポジションPw、テレ(望遠端)ポジションPtの順番にレンズホルダー2の各筒を繰り出す制御ができる。また、モーター133が回転筒60を逆方向に回転駆動することにより、テレポジションPt、ワイドポジションPw、パークポジションPpの順番にレンズホルダー2の各筒を収納することができ、繰り出しおよび収納は自在に切り替えることができる。
また、このズームレンズシステム1は、ズーミング(変倍範囲、ワイドポジションPwとテレポジションPt)の間で、回転筒60の回転を自動的に停止させる複数のズームポジションを備えている。すなわち、モーター133は、これらのズームポジション以外では次のズームポジションに向かって回転筒60を回転し続け、回転を止めないようにしている。したがって、光軸Lに沿った第1のレンズ群101、第2のレンズ群102、第3のレンズ群103および撮像ユニット(撮像素子)5を用いて撮像可能なズームポジションは、回転が自動的に停止する複数のズームポジションのみになる。具体的には、ズーミングの操作を行うと、ワイドポジションPw、第2のズームポジションP2、第3のズームポジションP3、第4のズームポジションP4、第5のズームポジションP5、テレポジションPtにおいて、自動的に回転が停止し、ユーザーはそれらのズームポジションの画像を取得できる。
図5には、カムピン71および81が各ズームポジションで停止する位置を図示している。ズーミングの途中で第2のレンズ枠80が乗り移る位置は、第2のズームポジションP2および第3のズームポジションP3の間(ポジションP2.5)であり、乗り移り区間を符号Aで示している。
図6は、ワイドポジションPw(図2参照)の次の停止位置である第2のズームポジションP2の状態を断面図により示している。図7は、テレポジションPtの状態を断面図により示している。これらの図からわかるように、このレンズホルダー2においては、変倍の範囲(ズームの範囲)は、第2のレンズ枠80が回転カム筒10により移動される範囲と、第1の直進カム筒20に支持され第2の直進カム筒30により移動される範囲との、2つの変倍範囲に分けることができる。図5に、テレポジションPtからワイドポジションPwの変倍範囲(ズーム範囲)Z0を、テレポジションPtから、第5のズームポジションP5、第4のズームポジションP4および第3のズームポジションP3を経て乗り換えポジションP2.5に至る第1の変倍範囲Z1と、乗り換えポジションP2.5から、第2のズームポジションP2を経てワイドポジションPwに至る第2の変倍範囲Z2とに分けて示している。
第1の変倍範囲Z1では、第1のレンズ枠70および第2のレンズ枠80が回転カム筒(第1のカム筒)10により支持され、第2のレンズ枠80は回転カム筒10の第2のカム溝12により光軸Lに沿って前後し、第1のレンズ群101と第2のレンズ群102との光軸Lに沿った距離が変えられる。第2の変倍範囲Z2では、第1のレンズ枠70は回転カム筒10により支持され、第2のレンズ枠80は第1の直進カム筒(第2のカム筒)20により支持された状態で第2の直進カム筒(第3のカム筒)30の第4のカム溝31により光軸Lに沿って前後し、第1のレンズ群101と第2のレンズ群102との光軸Lに沿った距離が変えられる。
このレンズホルダー2においては、変倍動作させ、第2の変倍範囲Z2から第1の変倍範囲Z1に移行するとき、またはこれと逆に移行するときは、変倍範囲Z1およびZ2の境界Aで、第2のレンズ枠80を、第1の直進カム筒20と回転カム筒10との間で乗り換え(乗り移り)させる。このため、第1の変倍範囲Z1では、第2のレンズ枠80は回転カム筒10の第2のカム溝12により動かすことができ、第2の変倍範囲Z2では、第2のレンズ枠80は第1の直進カム筒20に支持され、第2の直進カム筒30の第4のカム溝31により動かすことができる。したがって、回転カム筒10の光軸Lの方向の長さよりも、第2のレンズ枠80の光軸Lの方向の移動距離を長くできる。あるいは、変倍動作に要する第2のレンズ枠80の光軸Lの方向の移動距離に対して、回転カム筒10の光軸Lの方向の長さを短くできる。
さらに、このレンズホルダー2は、第2のレンズ枠80を第1の直進カム筒20の方向に付勢する手段110を有している。付勢する手段110は、典型的には、コイルばねである。コイルばね110は、第1のレンズ枠70と第2のレンズ枠80との間に設置でき、定常的に第2のレンズ枠80に対して第1のレンズ枠70から離れる方向に力を加えることができる。付勢する手段としてコイルばね110を採用することは、第1のレンズ群101および第2のレンズ群102との間の光路を遮らない内径のものを選択できる点でも好ましい。さらに、コイルばね110であれば、収納時またはテレポジションPtなどの、第1のレンズ群101および第2のレンズ群102との距離が最小になるポジションにおいて、圧縮長を第1のレンズ枠70および第2のレンズ枠80との最小距離よりも小さくすることができる。
第1の直進カム筒20には、コイルばね110により付勢された第2のレンズ枠80を受ける部分(受け部)24が形成されている。より具体的には、本例では、第1の直進カム筒20の後端(繰り出したときの固定筒90の側)が内側に折れ曲がるように張り出し、張出部(フランジ部)が形成されている。この張出部が受け部24となっている。
第2のレンズ枠80は、回転カム筒10から外れると、コイルばね110により第1の直進カム筒20の受け部24に押しつけられ、第1の直進カム筒20の回転カム筒10とは反対側の端で、第1の直進カム筒20と同期して動く。コイルばね110により押しつけられているので、第2のレンズ枠80は、第1の直進カム筒20と一体となり、回転カム筒10の第2のカム溝12から離れても、光軸Lに沿った位置は精度よく第2の直進カム筒30により制御される。
また、第2のレンズ枠80を第1の直進カム筒20の、回転カム筒10とは反対側(回転カム筒の出入りする側とは反対側、撮像素子5の側)の端で支持することにより、第1のレンズ群101と第2のレンズ群102との距離の制御可能な範囲を最大にできる。すなわち、回転カム筒10を第1の直進カム筒20から最大限繰り出すことにより、第1のレンズ群101と第2のレンズ群102との距離を、回転カム筒10と第1の直進カム筒20とで得られる最大にできる。このため、光軸Lに沿った方向が薄い(長さが短い)回転カム筒10と第1の直進カム筒20とにより、変倍に十分な距離を得ることができる。したがって、回転カム筒10が第1の直進カム筒20に収納されるときのサイズを最小にできる。
このレンズホルダー2は、さらに、第2のレンズ枠80を第1の直進カム筒20の受け部24の所定の位置に接触させるように、光軸Lの方向に延びたガイド機構120を有している。典型的なガイド機構120は、ロッド(ピン)121とそれを受ける筒との組み合わせである。レールなどの他のガイド機構であってもよい。
第2のレンズ枠80には、光軸Lの方向に沿って後方(繰り出された後の固定筒90の側)に向かって延びる3本のガイドピン121が、3回対称な位置に設けられている。また、第1の直進カム筒20の受け部24には、これらのガイドピン121がそれぞれ貫通する3つの貫通孔122が設けられている。ガイドピン121は、貫通孔122に入りやすいように、後端(後方を向いている先端)が面取りまたはテーパー状になっており、貫通孔122の前方はロート状に広がっている。
したがって、第2のレンズ枠80は、第1の直進カム筒20に支持されるときに光軸Lの周りに回転することはなく、第1の直進カム筒20とともに、光軸Lに沿って直進する。このため、回転カム筒10から第2のレンズ枠80が外れても、回転カム筒10により第2のレンズ枠80が駆動される状態と光学的に同じ状態、すなわち、直進するように第1の直進カム筒20により支持できる。さらに、ガイドピン121と貫通孔122により、第2のレンズ枠80の第2のカムピン81が回転カム筒10の第2のカム溝12に出入りする前後の比較的広い範囲にわたり、第2のレンズ枠80の直進性を担保できる。回転カム筒10と第1の直進カム筒20との間の第2のレンズ枠80の乗り換えをスムーズに行うことができ、第2のカムピン81が第2のカム溝12から外れない、あるいは第2のカムピン81が第2のカム溝12に入らないといったトラブルを未然に防止できる。
さらに、図5に示すように、回転カム筒10の第2のカム溝12は、第1の直進カム筒20とともに移動する第2のレンズ枠80の第2のカムピン81が入りやすいように、光軸Lに沿って第1の直進カム筒20の方向(後方)に開いた部分12aを含んでいる。したがって、回転カム筒10と第1の直進カム筒20との間を第2のレンズ枠80が乗り換えるときに、光軸Lの周りに、回転カム筒10と第2のレンズ枠80との間に公差の範囲の位相のずれがあっても、第2のカムピン81が第2のカム溝12から外れない、あるいは第2のカムピン81が第2のカム溝12に入らないといったトラブルを未然に防止できる。回転カム筒10と第1の直進カム筒20との間の第2のレンズ枠80の乗り換えも、モーター133で回転筒60を回転させ、回転筒60に同期して中間筒50および回転カム筒10が回転することにより制御される。
このようにレンズホルダー2およびズームレンズシステム1の動作は回転筒60の回転により制御される。したがって、ズームレンズシステム1の動きを精度よく制御するためには回転筒60の回転可能な範囲(回転角度、角度範囲)を十分に確保することが好ましい。それとともに、各筒、たとえば、回転筒60と固定筒90とは傾きあるいはがたなどが発生せずに動くような機構で接続しておくことが望まれる。安定した係合状態を維持するためには、回転筒60と固定筒90とを、少なくとも3箇所で係合させることが好ましく、従来では、回転筒60の回転角度は最大でも、120度(360°/3)程度になる。これに対し、本例のレンズホルダー2においては、固定筒90に設けられたヘリコイド溝92を多段のヘリコイド溝にすることにより120度を超える回転角度を確保できるようにしている。
図8は、固定筒(第1の筒)90と回転筒(第2の筒)60とを斜視図により示している。図8において、回転筒60は左下から固定筒90に組み込まれ、回転筒60が回転すると回転筒60は固定筒90に対して右上方向へ繰り出される。図9は、固定筒(第1の筒)90の内面を周方向に展開して示している。図10は、回転筒(第2の筒)60の外面を周方向に展開して示している。図11は、図9の一部を拡大して示している。図11においては、各ポジション(パークポジションPp、ワイドポジションPw、第2のズームポジションP2、テレポジションPt)における爪62の位置を合わせて示している。
図8ないし図11に示すように、固定筒90の内面には、回転対称な3つの位置に、基部側、すなわち回転筒60が組み込まれる側90bから端部側、すなわち、回転筒60が繰り出される側90aに延びた複数のヘリコイド溝92が形成されている。本例では、同じ形状の第1のヘリコイド溝92aと、第2のヘリコイド溝92bと、第3のヘリコイド溝92cとが固定筒90の内面の3回対称な位置(回転対称な3か所)に、120°ずつピッチがずれるように設けられている。より具体的には、第1のヘリコイド溝92aは第2のヘリコイド溝92bの左側(図9において左側)に隣接しており、第2のヘリコイド溝92bは第3のヘリコイド溝92cの左側(図9において左側)に隣接しており、第3のヘリコイド溝92cは第1のヘリコイド溝92aの左側(図9において左側)に隣接している。
これに対し、回転筒60の周壁の固定筒90の側には、これらヘリコイド溝92a、92b、92cにそれぞれ入る(嵌る)3つの突起62が径方向に突き出るように形成されている。本例では、これら突起62は、周方向に伸びた爪である。
これらのヘリコイド溝92a、92b、92cは、それぞれ、多段、本例では2段のヘリコイド溝部95aおよび95bに分割され、中間の周溝96により接続されている。なお、これらのヘリコイド溝92a〜92cは基本的に同じ形状および構成であるので、1つのヘリコイド溝に注目して説明するときはヘリコイド溝92として参照し、複数のヘリコイド溝92a〜92cに関連した説明をするときはヘリコイド溝92a〜92cとして参照する。
1つのヘリコイド溝92に注目すると、基部側90bの第1のヘリコイド溝部95aと、端部側90aの第2のヘリコイド溝部95bとは、重複しないように、互いに平行に配置されている。そして、第1のヘリコイド溝部95aの端部側90aの端95sと、第2のヘリコイド溝部95bの基部側90bの端95tとが、回転筒60の突起(爪)62を周方向に導く中間の周溝96により接続されている。
さらに、固定筒90には、第2のヘリコイド溝部95bの端部側90aの端95uに繋がり、回転筒60の爪62を周方向に導く端部の周溝97が設けられている。したがって、固定筒90の端部側90aには、ヘリコイド溝92a〜92cのそれぞれに繋がった3回対称な位置に、3つの周溝97が形成されている。このため、回転筒60の爪62は、それぞれのヘリコイド溝92に入り、第1のヘリコイド溝部95aの基部側90bの端95rから端部側90aの端95s、中間の周溝96、第2のヘリコイド溝部95bの基部側90bの端95tから端部側90aの端95u、さらに、端部の周溝97を移動する。このため、回転筒60は、モーター133により、第1のヘリコイド溝部95a、中間の周溝96、第2のヘリコイド溝部95b、さらに、端部の周溝97によりカバーされる回転角度(角度範囲)を回転する。
さらに、図11に示すように、本例では、ヘリコイド溝92の端部側90aの第2のヘリコイド溝部95bに繋がる端部の周溝97の一部(端)97tが、隣接するヘリコイド溝92の基部側90bの第1のヘリコイド溝部95aの端部側90aの端95sの一部と、周方向において重複するように配置されている。たとえば、第1のヘリコイド溝92aの端部側90aの第2のヘリコイド溝部95bに繋がる端部の周溝97の一部(端)97tが、第2のヘリコイド溝92bの基部側90bの第1のヘリコイド溝部95aの端部側90aの端95sの一部と、周方向において重複するように配置されている。したがって、回転筒60がモーター133により回転できる範囲を拡張できる。
図12は、さらに、端部の周溝97を周方向に伸ばした他の例の固定筒90の内面の一部を拡大して示している。この固定筒90では、ヘリコイド溝92の端部側90aの第2のヘリコイド溝部95bに繋がる端部の周溝97の一部(端)97tが、隣接するヘリコイド溝92の中間の周溝96と周方向において重複するように配置されている。たとえば、第1のヘリコイド溝92aの端部側90aの第2のヘリコイド溝部95bに繋がる端部の周溝97の一部(端)97tが、第2のヘリコイド溝92bの基部側90bの第1のヘリコイド溝部95aの端部側90aの端95sに繋がる中間の周溝96の一部と、周方向において重複するように配置されている。したがって、回転筒60がモーター133により回転できる範囲をさらに拡張できる。
これらのレンズホルダー2においては、ヘリコイド溝92が多段に分割されているので、端部の周溝97と、多段のヘリコイド溝部95aおよび95bを接続する中間の周溝96とは、その間に配置される第2のヘリコイド溝部95bを介して繋がる。したがって、端部の周溝97と第1のヘリコイド溝部95aの端部側90aの端95sとは光軸Lの方向の位置が異なる。また、端部の周溝97と第1のヘリコイド溝部95aの端部側90aの端95sに繋がる中間の周溝96とは光軸Lの方向の位置が異なる。このため、端部の周溝97を、隣接するヘリコイド溝92の第1のヘリコイド溝部95aの端部側90aの端95s、およびそれに繋がる中間の周溝96と光軸Lの方向に重複して配置できる。このため、第1のヘリコイド溝部95a、中間の周溝96、第2のヘリコイド溝部95bおよび端部の周溝97によりカバーされる角度範囲を拡張でき、回転筒60がモーター133により回転できる範囲をさらに拡張できる。
特に、このタイプのヘリコイド溝92において、中間の周溝96と端部の周溝97とによりカバーできる角度範囲が拡張できるので、ワイドポジションPwからテレポジションPtの間で、回転筒60の回転に同期して中間筒50および回転カム筒10を回転できる角度範囲が拡張できる。このため、回転筒60の光軸Lの方向の長さに対してズームレンズシステム1のレンズ群101〜103の移動範囲を広くできる。また、ズームレンズシステム1のレンズ群101〜103の移動範囲を広く確保することにより、レンズ群101〜103のそれぞれのポジションにおける位置精度を向上できる。
すなわち、固定筒90に対する回転筒60の動作(駆動機構)は、ヘリコイド溝92a〜92cの第1および第2のヘリコイド溝部95aおよび95bと爪62とによる係合(嵌合、結合)と、中間の周溝96および端部の周溝97と爪62との係合(嵌合、結合)との2つの係合により行われる。前者は、いわゆるヘリコイドであり、螺旋に形成されたヘリコイド溝部95aおよび95bに沿って爪62が移動し、回転筒60が繰り出される動きとなる。後者は、周溝96および97に周方向に延びた平たい爪62が入った状態で回転筒60が旋回するだけの動きであり、典型的には、回転筒60と固定筒90とがバヨネット方式を用いた係合(バヨネット嵌合)しながら旋回する動きである。
レンズホルダー2の固定筒90はレンズホルダー2の最も外側の部材であり、他の要素を内部に収納し、レンズホルダー2の強度を確保する主要部材であり、それとともにレンズホルダー2とカメラ130のハウジング(ボディー)131との機械的な接続部分でもある。また、回転筒60は、固定筒90との機械的な接続と、回転筒60に同期させて他の筒50および10を回転してレンズ群101〜103の位置を制御する機能とを含む。したがって、レンズホルダー2およびこれを備えるズームレンズシステム1においては、固定筒90と回転筒60との接合、特に光軸Lの方向の機械的接合が安定していることは、レンズホルダー2の光学的な性能および機械的な性能を確保するために重要である。
このレンズホルダー2によれば、多段のヘリコイド溝部95aおよび95bを採用することにより、周溝96および97により回転筒60と固定筒90とがバヨネットライクな接続で回転する機械的な強度の高い状態で回転できる範囲を拡張している。さらに、繰り出しを単純螺旋のヘリコイドタイプの溝部95aおよび95bにすることにより、周方向に延びた平たい爪62をスタックしたり、がたが発生したりすることなく光軸Lの方向に移動できるようにしている。このため、周溝96および97による回転筒60が回転できる範囲にワイドからテレまでの変倍範囲の動きを割り当てることにより、モーター133の動きにより変倍範囲を制御できる制御範囲が広がり、レンズ群101〜103の動きの範囲を拡張でき、また、レンズ群101〜103のより精度の高い動きを実現できる。たとえば、レンズ群を駆動するためのカム溝の傾斜を緩くすることができるなど、カム溝の設計の自由度が高まり、レンズ群101〜103をスムーズに駆動できる。
図11および図12に示した例では、2段のヘリコイド溝部95aおよび95bが採用されている。一段目の第1のヘリコイド溝部95aの基部側90bの端95rがパークポジション(収納状態)Ppとなり、レンズホルダー2は、図3に示した状態に畳み込まれ、レンズホルダー2は固定筒90に収納され、撮像装置130のボディー(ハウジング)131に収納された状態になる。回転筒60が回転駆動されると、爪62は第1のヘリコイド溝部95aを基部側90bの端95rから端部側90aの端95sに移動し、この間、回転筒60が固定筒90から繰り出され、それとともに他の筒50および10も繰り出される。
回転筒60がさらに回転駆動されて爪62が第1のヘリコイド溝部95aの端部側90aの端95sから中間の周溝96に移動した位置が、図2に示したワイドポジションPwである。モーター133はパークポジションPpとワイドポジションPwとの間では、繰り出すときも収納するときも回転筒60の回転を停止させない。ワイドポジションPwは、撮像装置(カメラ)130で実際に撮像できる最初の位置であり、カメラ130において最も使用頻度の高い位置である。ワイドポジションPwでは、爪62は中間の周溝96に入っている。このため、第1のヘリコイド溝部95aの途中に爪62がある状態と比較すると、爪62の光軸Lの方向の動きは中間の周溝96により規制されており、固定筒90と回転筒60とは機械的な強度が高い状態で接続される。したがって、カメラ130にある程度の外力が加わってもレンズホルダー2としては比較的安定した状態を保持でき、焦点がぶれたりする不具合の発生を抑制できる。
回転筒60がさらに回転駆動されて爪62が中間の周溝96から第2のヘリコイド溝部95bに入り、第2のヘリコイド溝部95bの基部側90bの端95tから端部側90aの端95uに移動し、さらに端部の周溝97に移動した位置が、次に停止する第2のズームポジションP2である。回転筒60は第2のヘリコイド溝部95bにより若干繰り出され、他の筒50および10は変倍を実現する位置にそれぞれのレンズ群101および102を動かす。モーター133はワイドポジションPwと第2のズームポジションP2との間では回転筒60の回転を停止させない。このため、第2のヘリコイド溝部95bの途中に爪62がある状態でカメラ130が使用されることはなく、変倍の途中であっても、レンズホルダー2は、爪62が中間の周溝96または端部の周溝97に少なくともその一部が入った状態で、固定筒90と回転筒60とは機械的な強度が高い状態で使用される。したがって、変倍の途中でも、カメラ130にある程度の外力が加わってもレンズホルダー2としては比較的安定した状態を保持でき、焦点がぶれたりする不具合の発生を抑制できる。
回転筒60がさらに回転駆動されると、爪62が端部の周溝97を移動し、第3〜第5のズームポジションを経て、端部の周溝97の終端97tに移動する。この終端97tは、図7に示したテレポジションPtである。中間の周溝96を採用することにより、ワイドポジションPwからテレポジションPtまでの回転範囲を拡張でき、図12に示すように、テレポジションPtを、隣接するワイドポジションPwを超えた位置に設定することも可能となる。すなわち、ワイドポジションPwからテレポジションPtまでの回転範囲を従来の120度を超えて設定することが可能であり、本例の2段のヘリコイド溝部95aおよび95bであれば240度程度まで拡張できる。
回転筒60および固定筒90の他の条件に依存するが、3段以上のヘリコイド溝部を採用することも可能であり、ワイドポジションPwからテレポジションPtまでの回転範囲をさらに拡張できる。停止するポジションの設定は、上記において説明した例に限らず、幾つかの周溝に爪62が入った位置(角度)であればよい。また、停止するポジションからポジションへの移動時間が延びるという要素を考慮しなければ、ワイドポジションPwからテレポジションPtまでの回転範囲を拡張することにより、より変倍率が高いズームレンズシステム1を提供できる。また、多数のレンズ群の位置制御の精度をより向上できるズームレンズシステム1を提供できる。
以上のように、このレンズホルダー2およびこれを備えるズームレンズシステム1によれば、固定筒90と回転筒60との係合箇所を3か所確保しても、ズーミングの制御のために使用できる回転角度を120度以上に拡張できる。したがって、このレンズホルダー2およびこれを備えるズームレンズシステム1は、収納時のサイズに対する繰り出し量の比を高くでき、収納時のサイズに対する変倍時の制御量の比を高くでき、また、レンズホルダー2の径に対する変倍時の制御量の比を高くできるなどの数多くのメリットを含む。このため、このレンズホルダー2を採用することにより、より薄く、および/または、よりコンパクトなボディー131に収納可能な変倍率の高いズームレンズシステム1を提供できる。
なお、上記ズームレンズシステム1は、より薄い装置のボディーに収納することが可能であり、撮像装置に限らず、投影装置などの他のレンズを備えた装置、中でもポータブルタイプの装置に好適に用いることができる。
図13は、上記ズームレンズシステム1を備える投影装置の一例の概略構成を示している。本例の投影装置140は、小型(ハンディータイプ)のプロジェクタであり、ハウジング141と、ズームレンズシステム1を含むプロジェクタモジュール142と、プロジェクタ140を制御する制御ユニット143と、ズームレンズシステム1を駆動させるためのモーター144とを有している。
プロジェクタモジュール142は、ズームレンズシステム1と、ズームレンズシステム1が備える固定筒90に収納された画像形成ユニット145とを有している。本例のプロジェクタモジュール142においては、ズームレンズシステム1の光軸Lに沿った後方に画像形成ユニット145が配置されている。画像形成ユニット145は、ズームレンズシステム1により投影される画像を形成するユニットであり、典型的なものはDMDのような反射型またはLCDのような透過型の画像形成ユニット145である。プロジェクタ140は、さらに、光源146を含んでいる。光源146としては、例えば、LED光源を用いることができる。
この投影装置140においては、画像形成ユニット145において形成した画像を、ズームレンズシステム1により、プロジェクタ140の前方(光学的な位置関係における前方)に配置されたスクリーン147などの媒体に、倍率を変えた画像を形成できる。さらに、この投影装置140によれば、上記ズームレンズシステム1を用いているため、光軸Lの方向の厚さをより薄くすることができる。したがって、持ち運び時のサイズをさらにコンパクトにすることができる。
なお、上記では、ズームレンズシステム1を搭載したカメラ130およびプロジェクタ140を例に挙げているが、このズームレンズシステム1およびこのズームレンズシステム1に含まれるレンズホルダー2は、レンズが沈胴したり、収納時に長さが縮むことが望ましい光学製品(光学装置)全般に対して好適に用いることができる。
また、上記では、ヘリコイド溝部が2段に分割されたものを例にとって説明したが、ヘリコイド溝部は少なくとも2段に分割されたものであればよく、3段以上に分割してもよい。この際、中間の周溝は、複数存在することなり、ヘリコイド溝部同士(基部側のヘリコイド溝部の端部側と端部側のヘリコイド溝部の基部側)をそれぞれ接続するように配置すればよく、端部の周溝は、最も端部側のヘリコイド溝部の端部側に繋がるように配置すればよい。
さらに、上記では、第1ないし第3のレンズ群101、102、103を備えた3群構成のズームレンズシステム1を例にとって説明しているが、第1および第2のレンズ群を備える2群構成のズームレンズシステムや、第4のレンズ群あるいはそれ以上の多群構成のズームレンズシステムに対しても、本発明を適用することが可能である。