JP5677039B2

JP5677039B2 - レンズ鏡筒および撮像装置

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Publication number: JP5677039B2
Application number: JP2010249973A
Authority: JP
Inventors: 敏宏奥田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2030-11-08
Also published as: US8462451B2; US20120113535A1; JP2012103347A; CN102466843B; CN102466843A

Description

本発明は、レンズ鏡筒および撮像装置に関する。

一眼レフカメラなどの撮像装置に搭載されるレンズ鏡筒はレンズを保持するレンズ保持枠を光軸方向に移動する機構を有している。例えば、特許文献１は、レンズ保持枠を光軸方向に移動するカム筒の一端にボール群を介して第１の保持部材を配置し、カム筒の他端に付勢部材、リング、ボール群、第２の保持部材を配置している。そして、カム筒と付勢部材とリングを第１の保持部材に対して回転可能にしている。

特開２００９−２５１２６５号公報

しかしながら、特許文献１は、付勢部材と付勢部材による付勢力を中継するリングがカム筒と共に回転するため、レンズ保持枠を光軸方向に駆動する際に駆動負荷（慣性モーメント）が大きかった。その結果、同じ駆動力では駆動の加減速に時間がかかり、駆動時間が長くなる、もしくは同じ駆動時間にするには消費電力が大きくなる。

そこで、本発明は、レンズを小さい負荷で駆動することが可能なレンズ鏡筒及び撮像装置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、第１の筒と、レンズを保持するレンズ保持枠を、前記第１の筒に対して光軸周りに回転することによって光軸方向に移動させる第２の筒と、前記第２の筒の外側に配置された付勢部材と、前記第２の筒の外側に配置され、前記付勢部材と接触する付勢中継部材と、前記付勢中継部材に固定されると共に前記第２の筒の第１の面に接触し、前記付勢中継部材を介して伝達された前記付勢部材による付勢力を前記第２の筒の前記第１の面に伝達する第１の転動体と、前記第１の筒に固定され、前記第２の筒の内側の第２の面に接触する第２の転動体と、を備え、前記第２の筒が前記第１の面を介して前記第１の転動体から前記付勢力を受け、且つ前記第２の面で前記第２の転動体と接触することによって、前記光軸方向における前記第１の筒に対する前記第２の筒の移動が規制されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、レンズを小さい負荷で駆動することが可能なレンズ鏡筒及び撮像装置を提供することができる。

本実施形態のレンズ鏡筒の要部構成を示すブロック図である。撮像装置の断面図である。（実施例１）図２に示すレンズ鏡筒の部分斜視図である。（実施例１）図２に示すレンズ鏡筒の部分断面図である。（実施例１）図３に示すレンズ鏡筒の変形例の部分斜視図である。（実施例２）図４に示すレンズ鏡筒の変形例の部分断面図である。（実施例２）図４に示すレンズ鏡筒の更に別の変形例の部分断面図である。（実施例３）

図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本実施形態のレンズ鏡筒の異なる要部構造を示すブロック図である。

図１（ａ）に示すレンズ鏡筒は、第１の筒２０２Ａ、第２の筒２０４Ａ、第１の転動体２０６Ａ、第２の転動体２０８、付勢部材２１０、付勢中継部材２１２Ａを有する。

第１の筒（例えば、案内筒）２０２Ａの内部に第２の筒（例えば、カム筒）２０４Ａ、第２の転動体２０８、第１の転動体２０６Ａ、付勢部材２１０、付勢中継部材２１２Ａが設けられている。

第２の筒２０４Ａは、不図示のレンズを保持するレンズ保持枠と係合し、第１の筒２０２Ａに対して矢印で示すように定位置で回転し、回転によってレンズ保持枠を光軸方向に移動させることができる。

第２の筒２０４Ａの内部には第２の転動体２０８が設けられ、第２の筒２０４Ａの外部には第１の転動体２０６Ａ、付勢部材２１０、付勢中継部材２１２Ａが配置されている。従来は、回転体が第２の筒と付勢部材と付勢中継部材を含んでおり、レンズを駆動する際の負荷（慣性モーメント）が大きかった。これに対して、本実施形態のレンズ鏡筒は回転体の外部に付勢部材と付勢中継部材を配置することによってレンズ保持枠（第２の筒２０４Ａ）を駆動する際の負荷を低減している。

第２の筒２０４Ａには第１の転動体２０６Ａと第２の転動体２０８が接触している。第１の転動体２０６Ａが接触している第２の筒２０４Ａの面２０５ａは第２の筒２０４Ａの外面であり、第２の転動体２０８が接触している第２の筒２０４Ａの面２０５ｂは第２の筒２０４Ａの内面である。

これらの外面２０５ａ内面２０５ｂは第２の筒２０４Ａの同一部分の表裏面である。これらの表裏面は光軸方向に垂直であってもよいし、一方が円錐面であってもよい。円錐面にすると後述するガタ寄せの効果を光軸方向だけでなく第２の筒の径方向にも作用させることができる。外面２０５ａにおける第１の転動体２０６Ａによる転動負荷や内面２０５ｂにおける第２の転動体２０８による転動負荷は転がり摩擦に依存しているため小さい。

第１の転動体２０６Ａと第２の転動体２０８は、例えば、回転軸がレンズ鏡筒の光軸に対して垂直なボールベアリングやボールレースから構成することができる。

第１の転動体２０６Ａは付勢中継部材２１２Ａに固定され、第２の転動体２０８は第１の筒２０２Ａに固定されている。付勢部材２１０の一端は第１の筒２０２Ａの側壁２０３に接触し、他端は付勢部材２１０の付勢力を中継する付勢中継部材２１２Ａに接触している。付勢部材２１０の付勢力は第１の転動体２０６Ａを介して第２の筒２０４Ａに伝達される。第２の転動体２０８は付勢力によって第２の筒２０４Ａが移動することを規制している。本実施形態は従来のように第１の転動体を保持する保持部材を必要としていないのでレンズ鏡筒が小型になる。

図１（ｂ）に示すレンズ鏡筒は、第１の筒２０２Ｂ、第２の筒２０４Ｂ、第１の転動体２０６Ｂ、第２の転動体２０８、付勢部材２１０、付勢中継部材２１２Ｂを有する。図１（ｂ）に示すレンズ鏡筒は、第１の転動体２０６Ｂが第２の筒２０４Ｂの内部に配置されている点で図１（ａ）に示すレンズ鏡筒と相違する。

即ち、第２の筒２０４Ｂの内部には第１の転動体２０６Ｂと第２の転動体２０８が設けられ、第２の筒２０４Ｂの外部には付勢部材２１０と付勢中継部材２１２Ｂが設けられている。第２の筒２０４Ｂには第１の転動体２０６Ｂと第２の転動体２０８が接触している。第２の転動体２０８が接触している第２の筒２０４Ｂの面２０５ｂと第１の転動体２０６が接触している第２の筒２０４Ｂの面２０５ｃは第２の筒２０４Ｂの異なる側壁の内面であり互いに対向している。もちろん、上述したように、これらの内面は光軸方向に垂直であってもよいし、一方が円錐面であってもよい。

第１の転動体２０６Ｂは付勢中継部材２１２Ｂに固定されているが、第１の転動体２０６Ｂが第２の筒２０４Ｂの内部に配置されているので付勢中継部材２１２Ｂの形状や配置が付勢中継部材２１２Ａと異なっている。第１の筒２０２Ｂは第１の筒２０２Ａは同一形状であってもよいし大きさや形状が異なってもよい。

図１（ｃ）に示すレンズ鏡筒は、第２の筒２０４Ｂの長さを短くして第２の転動体２０８と第１の転動体２０６Ｃを位相方向に互い違いに光軸方向で少なくとも部分的に重なるように配置している点で図１（ｂ）に示すレンズ鏡筒と相違する。

即ち、第２の筒２０４Ｃの内部には第１の転動体２０６Ｃと第２の転動体２０８が設けられているが、少なくとも一部が重なっている。この場合、第２の転動体２０８と第１の転動体２０６Ｃは周方向に互い違いに配置されていてもよい。

第１の転動体２０６Ｃは、第１の転動体２０６Ｂと同様に、付勢中継部材２１２Ｃに固定されている。しかしながら、第２の筒２０４Ｃにおける第１の転動体２０６Ｃの位置は第２の筒２０４Ｂにおける第１の転動体２０６Ｂと異なっているので付勢中継部材２１２Ｃの形状や配置が付勢中継部材２１２Ｂと異なってもよい。第１の筒２０２Ｃは第２の筒２０４が小型になっているので第１の筒２０２Ｂよりも小型化が可能である。

図２は、実施例１にかかわるレンズ鏡筒（交換レンズ）をレンズ交換式デジタル一眼レフカメラ（撮像装置）に適用したときの要部断面図である。

図１では、レンズ光軸（撮影光軸、以下光軸という）ＡＸＬの方向をＺ方向とし、レンズ光軸ＡＸＬに対して直交する方向であって、撮像素子６の撮像面に平行な２方向のうち横方向をＸ方向、縦方向をＹ方向としている。

１はカメラ本体（以下、単にカメラという）である。２はカメラ１に着脱可能に装着された交換レンズである。まず、カメラ１の構造について説明する。図１で示した状態において、メインミラー３は交換レンズ２からの光束の光路上に配置され、その光束の一部を反射してファインダ光学系（７、８）に導き、かつ残りの光束を透過させる。

メインミラー３の背後（像側）にはサブミラー４が配置されており、メインミラー３を透過した光束を反射して焦点検出ユニット５に導く。なお、メインミラー３およびサブミラー４は不図示の駆動機構により上記光路から一体的に挿脱することができる。焦点検出ユニット５は、いわゆる公知の位相差検出方式での焦点検出（交換レンズ２の焦点状態の検出）を行う。

６はＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサにより構成される撮像素子であり、この撮像素子６の受光面（撮像面）上には交換レンズ２からの光束による物体像（像）が結像する。撮像素子６は、結像した被写体像を光電変換し、撮像信号を出力する。９はディスプレイパネルであり、撮像素子６の信号を入力とした不図示の信号処理部から出力される画像やその他様々な撮影情報を表示する機能を持つ。

交換レンズ２は被写体側から像側へ順に、第１レンズユニット１０１、第２レンズユニット１０２、第３レンズユニット１０３、第４レンズユニット１０４、第５レンズユニット１０５、第６レンズユニット１０６、絞りユニット１０７を有する。第１レンズユニット１０１〜絞りユニット１０７は撮影光学系の一部を構成している。交換レンズ２は、後述する案内筒２４とカム筒２５の相対移動によってフォーカス（またはズーム）レンズを光軸方向に移動することができる。

第２レンズユニット１０２は、フォーカスユニット１０８からの駆動力を受けて光軸方向に移動して焦点調節を行うフォーカスレンズを有する。第４レンズユニット１０４は、不図示の防振ユニットからの駆動力を受けて光軸に垂直な方向に駆動する。第６レンズユニット１０６はＹ方向に抜き差し可能であり、必要に応じて偏光フィルタ等に変更することが可能である。絞りユニット１０７は第３レンズユニット１０３の被写体側に配置され、カメラ１側に至る光束の光量を調節する。本実施例の交換レンズ２は単一焦点距離の撮影レンズであるが、ズーム機能を有するズームレンズであっても良い。

交換レンズ２において、２１は外装環であり、カメラ１に着脱可能なマウント３８に固定される。２２は固定筒であり、外装環２１に固定される。２３は中間筒であり、固定筒２２に固定される。

２４は案内筒（第１の筒）であり、案内溝２４ａ、第２の転動体２８の取付部２４ｂ、付勢部材２９との当接部２４ｃを有し、フォーカスユニット１０８に固定される。案内溝２４ａはフォーカス用の第２群鏡筒（レンズ保持枠）３２の直進移動を案内する。

２５はカム筒（第２の筒）であり、カム溝２５ａ、フォーカスユニット１０８の出力部と係合する溝部（不図示）、第１の転動体２７と当接する第１の面２５ｂ、第２の転動体２８の当接する第２の面２５ｃを有する。カム筒２５は案内筒２４の外径側に配置され、前・後端の２箇所で径嵌合している。

２６はカムフォロワであり、案内筒２４の案内溝２４ａと係合する第１の係合部２６ａとカム筒２５のカム溝２５ａと係合する第２の係合部２６ｂ、第２群鏡筒３２が固定される軸部２６ｃを有する。フォーカスユニット１０８を駆動すると、フォーカスユニット１０８の出力部である不図示のキー部が光軸周りに回転し、キー部とカム筒２５の溝部を介してカム筒２５に回転が伝達する。カム筒２５が回転すると、第２群鏡筒３２はカムフォロワ２６を介して案内溝２４ａとカム溝２５ａに従って光軸方向に移動する。

交換レンズ２にはカムフォロワ２６とは異なる位相で且つ案内溝２４ａ、カム溝２５ａと係合する付勢用カムフォロワ（不図示）が設けられている。付勢用カムフォロワは、案内筒２４の案内溝２４ａと係合する第１の係合部とカム筒２５のカム溝２５ａと係合する第２の係合部、付勢ブロックに取り付けられる軸部を備える。

付勢ブロックと第２群鏡筒３２の間には不図示の付勢部材が配置されており、カムフォロワ２６と付勢用カムフォロワには光軸方向の反発力が作用する。これによって、カムフォロワ２６を案内溝２４ａ及びカム溝２５ａの一方の面にガタ寄せしている。なお、「ガタ寄せ」とは各部品間のクリアランスを一方（光軸方向又は径方向）に片寄せすることをいう。

２７は第１の転動体であり、カム筒２５の第１の面２５ｂと当接する当接部２７ａを備え、付勢中継部材３０の取付部３０ａに第２のスペーサ４２を介して第２の軸部材４４によって締結等の方法で固定される。

２８は第２の転動体であり、カム筒２５の第２の面２５ｃと当接する当接部２８ａを備え、案内筒２４の取付部２４ｂに第１のスペーサ４１を介して第１の軸部材４３によって締結等の方法で固定される。

２９は付勢部材であり、案内筒２４の当接部２４ｃと付勢中継部材の当接部３０ｂの間に配置され、付勢中継部材３０を光軸方向（−Ｚ方向）に付勢する。

３０は付勢中継部材であり、第１の転動体２７に取り付けられる第２の軸部材４４と当接する当接部３０ａ、付勢部材２９と当接する当接部３０ｂを備える。

３２はフォーカス用の第２群鏡筒であり、第２レンズユニット１０２の構成部品であり、カムフォロワ２６を固定する座部３２ａを備える。

４５はフォーカス環であり、フォーカスユニット１０８に固定されたコロ４６と係合することで光軸方向の移動を規制し回転可能に保持する周溝部４５ａを有する。さらに、フォーカス環４５の回転をフォーカスユニット１０８へ伝達する軸部材（不図示）の取付部（不図示）を有する。

フォーカスユニット１０８は不図示の駆動源と、キー部（不図示）、フォーカス環４５に取り付けられた軸部材と係合する溝部（不図示）、角速度を検出するセンサが実装された部材の取付部（不図示）を備える。

このような構成のレンズ鏡筒において、カメラ１の不図示のレリーズボタンの操作がなされると、オートフォーカス、露出決定動作の後、撮像素子の露光及び取得された画像の記録動作がなされる。

図３と図４は交換レンズ２の一部分の要部斜視図と要部断面図であり、案内筒２４とカム筒２５の周辺を示している。これは図１（ａ）の構造に相当する。

また、カム筒２５には光軸周りに回転することによって第２群鏡筒３２を光軸方向に移動させる周方向に一定の幅を持つカム溝（溝部）２５ａが設けられ、カム筒２５の端面を第１の面２５ｂ、カム筒２５の内面を第２の面２５ｃとしている。本実施例においては第１の転動体２７と第２の転動体２８とは３箇所に存在し、それぞれ光軸に垂直な軸周りに回転可能なベアリング（回転軸受）としている。

また、本実施例の付勢部材２９はウェーブワッシャであるが、皿バネやコイルスプリングでもよく、案内筒２４と付勢中継部材３０を離間する方向の付勢だけでなく、引き寄せる付勢力を与える付勢手段を用いてもガタ寄せ機能は得られる。

カム筒２５には組み込み用の開口部２５ｄがあり、開口部２５ｄから第２の転動体２８、第１のスペーサ４１、第１の軸部材４３が組み込まれる。なお、開口部２５ｄはカム溝２５ａの外側の第２の転動体２８の可動範囲外の位相に設けることが好ましい。開口部２５ｄの加工による溝部の局所的な変形がある場合に、前記変形による第２群鏡筒３２の位置精度への影響を小さくできるためである。

付勢中継部材３０は案内筒２４に対して光軸方向にのみ移動可能なように保持されている。付勢中継部材３０が付勢部材２９によって−Ｚ方向に加圧されると、付勢中継部材３０に取り付けられた第１の転動体２７はカム筒２５の第１の面２５ｂと当接してカム筒２５を−Ｚ方向に加圧する。カム筒２５は−Ｚ方向に付勢されるとその方向へ移動するが案内筒２４に固定された第２の転動体２８がカム筒２５の第２の面２５ｃと当接しているのでカム筒２５の光軸方向への移動が規制される。結果的に、カム筒２５は案内筒２４に対して−Ｚ方向にガタ寄せされる。

カム筒２５は案内筒２４に対して常に片方に寄せられた状態になるため、レンズ保持枠を高精度に保持及び移動させることが可能になる。また、カム筒２５を光軸周りに回転する際、付勢中継部材３０、付勢部材２９、第２の転動体２８、第１の転動体２７は光軸周りに回転しないため、慣性モーメント（駆動負荷）を小さくすることができる。このため、同じ駆動力であればレンズの加減速にかかる時間を短くでき、駆動時間の短縮につながる。

本実施例においては３つの第１の転動体２７と３つの第２の転動体２８を用いてガタ寄せを行う機構について説明しているが、これに限定されない。但し、それぞれ３つ以上である方がガタ寄せにはより効果的である。

また、本実施例では第１の転動体２７及び第２の転動体２８をベアリングとしたが、位相方向にボールを配置、さらにリテーナで保持する構成でもよい。但し、ベアリングを用いることによって組み込み性の向上を図りつつ、駆動音も小さくすることが可能となる。

図５と図６はそれぞれ実施例２によるレンズ鏡筒の要部斜視図と要部断面図である。本実施例では、実施例１である交換レンズ２の案内筒２４、付勢中継部材３０の形状を変更している。実施例２は図１（ｃ）に対応する。本実施例では、第１の転動体２７が当接する第１の面２５ｂをカム筒２５の溝部の第２の面２５ｃと対向する面に設け、更に、第１の転動体２７と第２の転動体２８を位相方向に互い違いに光軸方向で重なるように配置している。

付勢中継部材３０は第２の軸部材４４の取付部の間の位相に第１の軸部材４３が挿通する穴部３０ｃを有し、穴部３０ｃと第１の軸部材４３が当接することにより光軸周りの回転が規制される。また、実施例１と同様に、カム筒２５には第１の転動体２７、第２の転動体２８、第１のスペーサ４１、第２のスペーサ４２、第１の軸部材４３、第２の軸部材４４の組み込みのため開口部２５ｄが設けられている。

本実施例では、第２の転動体２８の間の位相に第１の転動体２７を配置することにより、カム筒２５の溝部の対向する面でガタ寄せを行う構造をとることができるので、光軸方向への小型化が可能である。また、同じスペースであればレンズの駆動量を大きくとることができるので最短撮影距離の短縮化にもつながる。

図７は、実施例３のレンズ鏡筒の断面図である。実施例３では実施例１の交換レンズ２のカム筒２５の形状を変更し、カム筒２５の第１の転動体２７と接触する第１の面２５ｂを光軸に垂直な面に対して傾斜した円錐面にしている。これにより、カム筒２５と案内筒２４の径方向の位置変動の抑制が可能になるのでより高精度にレンズ保持枠を駆動することができる。更には、カム筒２５と案内筒２４間の径方向の摺動によって生じる摩擦をなくすこともでき、駆動時間の短縮が図られる。

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。

レンズ鏡筒は撮像装置に適用することができる。

２レンズ鏡筒
２４、２０２Ａ〜Ｃ案内筒（第１の筒）
２５、２０４Ａ〜Ｃカム筒（第２の筒）
２５ｂ第１の面
２５ｃ第２の面
２７、２０６Ａ〜Ｃ第１の転動体
２８、２０８第２の転動体
２９、２１０付勢部材
３０、２１２Ａ〜Ｃ付勢中継部材
３２第２群鏡筒（レンズ保持枠）
１０２第２レンズユニット

Claims

第１の筒と、
レンズを保持するレンズ保持枠を、前記第１の筒に対して光軸周りに回転することによって光軸方向に移動させる第２の筒と、
前記第２の筒の外側に配置された付勢部材と、
前記第２の筒の外側に配置され、前記付勢部材と接触する付勢中継部材と、
前記付勢中継部材に固定されると共に前記第２の筒の第１の面に接触し、前記付勢中継部材を介して伝達された前記付勢部材による付勢力を前記第２の筒の前記第１の面に伝達する第１の転動体と、
前記第１の筒に固定され、前記第２の筒の内側の第２の面に接触する第２の転動体と、を備え、
前記第２の筒が前記第１の面を介して前記第１の転動体から前記付勢力を受け、且つ前記第２の面で前記第２の転動体と接触することによって、前記光軸方向における前記第１の筒に対する前記第２の筒の移動が規制されている、
ことを特徴とするレンズ鏡筒。
前記第１の面は前記第２の筒の外面であることを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
前記第２の筒は、前記第２の転動体に接触する第２の面が形成された溝部を有し、前記第１の面は前記第２の面に対して光軸方向に対向することを特徴とする請求項２に記載のレンズ鏡筒。
前記第１の面は前記第２の筒の内面であることを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
前記第２の筒は、前記第１の転動体に接触する第１の面と前記第２の転動体に接触する第２の面とが形成された溝部を有し、前記第１の面と前記第２の面とは光軸方向で対向することを特徴とする請求項４に記載のレンズ鏡筒。
前記第１の転動体と前記第２の転動体は前記第２の筒の周方向に互い違いに配置され、光軸方向の位置が少なくとも部分的に重なっていることを特徴とする請求項５に記載のレンズ鏡筒。
前記第１の面と前記第２の面の一方は前記光軸方向に対して傾斜した円錐面であることを特徴とする請求項１から６のうちいずれかに一項に記載のレンズ鏡筒。
前記付勢部材はウェーブワッシャであることを特徴とする請求項１から７のうちいずれか一項に記載のレンズ鏡筒。
前記第１の転動体と前記第２の転動体のそれぞれはボールベアリングであることを特徴とする請求項１から８のうちいずれか一項に記載のレンズ鏡筒。
前記第１の筒と前記第２の筒の一方は、前記レンズ保持枠に設けられたカムフォロワと係合するカム溝を有し、前記第１の筒と前記第２の筒の他方は、前記カムフォロワと係合する案内溝を有することを特徴とする請求項１から９のうちいずれか一項に記載のレンズ鏡筒。
請求項１から１０のうちいずれか一項に記載のレンズ鏡筒を有することを特徴とする撮像装置。