JP5776018B2 - レンズ鏡筒および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ鏡筒および撮像装置に関し、特に、レンズ鏡筒内部に配置されるレンズ枠の移動機構に関する。

近年、レンズからの入射光をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔｅ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの固体撮像素子を用いて撮像し、電気信号に変換後、画像として取り出せるようにした撮像装置が広く用いられている。また、レンズ交換式ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｔｉｌｌ Ｃａｍｅｒａ）や固定レンズ式ＤＳＣ、ムービーなどの携帯用機器の小型化、高性能化の要求に伴い、撮像装置の主要部品であるレンズ鏡筒の小型化、軽量化、薄型化が一層求められている。一般に、レンズ鏡筒は、ズーム機能、フォーカス機能などそれぞれの機能単位を一群とした複数のレンズ群から構成されている。

このようなレンズ鏡筒において、ズームレンズ群やフォーカスレンズ群は、光軸方向に移動可能に設けられている。例えば、ズームレンズ群はレンズ保持枠に保持される。さらに、レンズ保持枠を光軸方向へ案内するガイド軸を備え、そのガイド軸がレンズ鏡筒に支持固定されている。さらに、レンズ保持枠を移動させるためのモータなどのアクチュエータが撮像装置に設けられている。被写体からの光がズームレンズ群を通過し、被写体の光学像が撮像素子に結像される。

レンズ保持枠の移動機構として、例えばリードスクリューとラックギアが用いられる。すなわちレンズ保持枠に固定されたラックギアが、ラックバネなどでリードスクリューに付勢される。これによって、ラックギアがリードスクリューと噛合う。さらに、リードスクリューをモータで回転させることによって、ラックギアが移動する。ラックギアの移動と連動してレンズ保持枠が移動する。

例えば、特許文献１のレンズ鏡筒では、ズームレンズ保持枠用とフォーカスレンズ保持枠用の２本のリードスクリューを一つのモータで回転させ、各リードスクリューに噛合ったラックギアを所定のタイミングでリードスクリューから離して噛合いを解除している。

また、特許文献２のレンズ鏡筒では、１本のリードスクリューと切替板とを備え、ズームレンズ保持枠とフォーカスレンズ保持枠のいずれか一方を選択的にリードスクリューに噛合わせ、光軸方向に移動させる。

また、特許文献３は、レンズ保持枠が軸方向に移動するときの挙動を安定させるために、ガイド軸とレンズ保持部材の間に付勢部材を設けることを開示している。

特開２００２−１６２５５５号公報 特開２００９−６９２６９号公報 特開２００７−２３２８８９号公報

従来のレンズ鏡筒において、レンズ保持枠には、円形のガイド穴、若しくはガイド溝が設けられていた。さらに、ガイド軸がガイド穴を貫通することにより、若しくはガイド軸がガイド溝に嵌め入れられることによりレンズ保持枠が光軸方向に移動可能とされていた。

しかし、従来のレンズ鏡筒では、ガイド穴、若しくはガイド溝とガイド軸との間にガタが発生し、光学性能が劣化するといった問題点があった。これは、ガイド穴の形状は円形であり、ガイド穴の仕上がり精度が不十分な場合は、主軸とガイド穴のクリアランスが大きい部分が発生することによる。特許文献３には、上述したような挙動を安定させるための機構が開示されているが、ガイド軸とレンズ保持枠の間に付勢部材を設けるので、構造が複雑になるとともにコストが上昇するという課題がある。また、小型化が困難であるという課題がある。

また、ラックギアは複数の歯を有し、全ての歯がリードスクリューに噛合わされていた。このため、ラックギアのリードスクリューへの荷重点が変動し、レンズ保持枠の移動精度の向上が困難であるといった問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ガイド軸に案内されて光軸方向に移動可能なレンズ保持枠のガタを低減することにより、光学性能の劣化を低減可能なレンズ鏡筒を低コストで提供する。また、本発明は、ラックギアのリードスクリューへの荷重点を安定させ、レンズ保持枠の移動精度および落下強度が向上したレンズ鏡筒を提供する。また、このようなレンズ鏡筒を搭載し、小型化および低コスト化を実現した撮像装置を提供する。

本発明のレンズ鏡筒は、光軸方向に沿って移動するレンズ群と、前記レンズ群を保持するレンズ保持枠とを備え、前記レンズ保持枠には、断面が円形状の主軸が貫通するガイド穴が形成されており、前記ガイド穴の前記主軸の長手方向に直交する断面は、少なくとも２箇所の直線部を含み、前記主軸は、２箇所の前記直線部と接していることを特徴とする。

ある実施形態によれば、前記２箇所の直線部に対応した前記ガイド穴の角部分は、前記ガイド穴に作用する力の方向を向いている。

ある実施形態によれば、前記２箇所の直線部に対応した前記ガイド穴の角部分は、曲面で形成されている。

ある実施形態によれば、前記レンズ保持枠には複数の前記ガイド穴が形成されており、前記複数のガイド穴のそれぞれは、前記少なくとも２箇所の直線部を含み、前記複数のガイド穴のそれぞれの前記２箇所の直線部は、前記主軸と接し、前記複数のガイド穴のそれぞれは、前記２箇所の直線部に対応した角部分を含み、前記複数のガイド穴のそれぞれの角部分は、互いに異なる方向を向いている。

ある実施形態によれば、前記レンズ保持枠には２つの前記ガイド穴が形成されており、前記２つのガイド穴のそれぞれの前記角部分は、互いに４５°異なる方向を向いている。

ある実施形態によれば、前記ガイド穴の前記断面は、三角形または四角形である。

ある実施形態によれば、前記レンズ保持枠に設けられ、リードスクリューの回転により前記主軸の長手方向に沿って移動されるラックギアと、前記レンズ保持枠に設けられ、前記ラックギアを前記リードスクリューに付勢するラックバネとを備え、前記レンズ保持枠には、前記主軸が貫通する第１のガイド穴および第２のガイド穴が前記主軸の長手方向に沿って配置されており、前記レンズ保持枠には、副軸が貫通する第３のガイド穴が形成されており、前記主軸の長手方向に直交する断面において、前記ラックギアと前記リードスクリューの当接点、前記主軸、前記副軸がこの順に配置されている。

ある実施形態によれば、前記ラックバネにより前記ラックギアと前記リードスクリューとの間に発生する力の方向と直交し、且つ、前記主軸の長手方向に直交する方向において、前記ラックギアと前記リードスクリューの前記当接点、前記主軸、前記副軸がこの順に配置されている。

ある実施形態によれば、前記第１および第２のガイド穴のうちの、前記ラックバネが前記ラックギアを前記リードスクリューに付勢することにより前記レンズ保持枠に発生する反力を受ける位置に前記２箇所の直線部が設けられている。

ある実施形態によれば、前記反力により、前記第１および第２のガイド穴の前記２箇所の直線部は前記主軸に付勢される。

ある実施形態によれば、前記第１および第２のガイド穴のそれぞれは、前記２箇所の直線部に対応した角部分を含み、前記第１および第２のガイド穴のそれぞれの角部分は、前記ラックギアが前記リードスクリューに加える力の方向を向いている。

ある実施形態によれば、前記ラックギアは、前記リードスクリューの溝に当接する第１の歯と、前記第１の歯に隣接するとともに前記リードスクリューの溝ピッチの間隔で配置され、且つ、前記リードスクリューの溝に当接しない第２の歯とを有する。

ある実施形態によれば、前記主軸の長手方向を高さ方向としたとき、前記第１の歯は、前記第１のガイド穴と前記第２のガイド穴の間の中央部近傍の高さに位置し、前記第２の歯は、前記第１の歯よりも端側に位置している。

ある実施形態によれば、前記ラックギアは、前記リードスクリューの少なくとも１つの歯の先端に当接する当接部をさらに有する。

また、本発明の撮像装置は、上述したレンズ鏡筒を備える。

また、本発明のレンズ鏡筒は、光軸方向に沿って移動するレンズ群と、前記レンズ群を保持するレンズ保持枠と、前記レンズ保持枠に設けられ、リードスクリューの回転により主軸の長手方向に沿って移動されるラックギアと、前記レンズ保持枠に設けられ、前記ラックギアを前記リードスクリューに付勢するラックバネとを備え、前記レンズ保持枠には、前記主軸が貫通するガイド穴が形成されており、前記ラックギアは、前記リードスクリューの溝に当接する第１の歯と、前記第１の歯に隣接するとともに前記リードスクリューの溝ピッチの間隔で配置され、且つ、前記リードスクリューの溝に当接しない第２の歯とを有することを特徴とする。

また、本発明の撮像装置は、上述したレンズ鏡筒を備える。

本発明によれば、レンズ保持枠のガイド穴の断面は、少なくとも２箇所の直線部を含み、主軸は、少なくともその２箇所の直線部と接する。これにより、ガイド穴とガイド軸との間のガタを低減させることができる。すなわち、レンズ保持枠のガタを低減させることができ、光学性能の劣化を低減可能なレンズ鏡筒を提供できる。

また、レンズ保持枠のガイド穴の形状は略四角形であってもよい。ガイド穴の形状を円形とすると、仕上がり精度は真円度で管理しなければならない。一方、ガイド穴の形状が略四角形であれば、対向する辺の間隔で容易に仕上がり精度を管理することができる。したがって、レンズ保持枠が軸方向に移動するときの挙動が安定する。また、特許文献３に記載のレンズ鏡筒のように付勢部材を設ける必要がない。したがって、小型かつ低コストでレンズ保持枠が主軸方向に移動するときの挙動を安定させることができる。

また、ガイド穴の形状を円形とすると、ガイド軸とガイド穴が面で接するので、レンズ保持枠のガイド軸方向の移動に対して摺動抵抗が大きい。一方、ガイド穴の形状が略四角形であれば、ガイド軸とガイド穴が点で接するので、レンズ保持枠のガイド軸方向の移動に対して摺動抵抗が小さいという効果を奏する。

さらに、ガイド軸とガイド穴の間には潤滑のためにグリスを塗布することが通常であるが、ガイド穴の形状を円形とすると、ガイド穴の内側面全体にグリスがなじむので、レンズ保持枠のガイド軸方向の移動に対して摺動抵抗が大きい。一方、ガイド穴の形状が略四角形であれば、ガイド穴の四隅がグリス溜まりの役割を果たし、ガイド軸とガイド穴が接する部分に必要以上のグリスが供給されない。したがって、レンズ保持枠のガイド軸方向の移動に対して摺動抵抗が小さいという効果を奏する。

また、レンズ保持枠のラックギアは、リードスクリューの溝に当接する第１の歯と、第１の歯に隣接するとともにリードスクリューの溝ピッチの間隔で配置され、且つ、リードスクリューの溝に当接しない第２の歯とを有してもよい。この構成によれば、通常使用時は、第１の歯によってのみラックギアがリードスクリューに荷重されるので、荷重点が安定する。また、落下などの異常時は、落下による衝撃力によってラックギアが滑っても第２の歯がリードスクリューに噛合うので、レンズ保持枠の移動動作が保たれる。

本発明によれば、レンズ保持枠の移動精度の向上が可能であり、かつ、落下強度の向上が可能なレンズ鏡筒を提供できる。

本発明の実施形態に係るレンズユニットを光軸側から見た正面図である。 本発明の実施形態に係るレンズ保持枠が図中左端まで移動した状態を示す図である。 本発明の実施形態に係るレンズ保持枠が図中右端まで移動した状態を示す図である。 本発明の実施形態に係るレンズユニットの斜視図である。 レンズユニットを光軸と垂直な方向から見た側面図である。 レンズユニットを光軸と垂直な方向から見た側面図である。 レンズ保持枠に設けられた主軸穴の近傍を拡大した図である。 レンズ保持枠に設けられた主軸穴の仕上がり精度の一例を示す図である。 図８に示す仕上がり精度の主軸穴が設けられたレンズ保持枠を示す図である。 本発明の実施形態に係るレンズ保持枠に設けられた主軸穴の近傍を拡大した図である。 本発明の実施形態に係るレンズユニットを光軸側から見た正面図である。 本発明の実施形態に係るデジタルスチルカメラの外観を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るデジタルスチルカメラの内部に収納されたレンズ鏡筒の外観を示す斜視図である。 図１３におけるＡ−Ａ線に対応した本発明の実施形態に係るレンズ鏡筒の断面図である。 図１３におけるＢ−Ｂ線に対応した本発明の実施形態に係るレンズ鏡筒の断面図である。 図１３におけるＣ−Ｃ線に対応した本発明の実施形態に係るレンズ鏡筒の断面図である。 本発明の実施形態に係るレンズ保持枠の構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るレンズ保持枠のガイド穴を示す平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係るラックギアとリードスクリューの噛合いを示す図である。 本発明の実施形態に係るラックギアとリードスクリューの噛合いを示す要部拡大図である。

（実施形態１）
（１．構成）
本発明の実施形態１に係るレンズユニットについて図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態１に係るレンズユニット１を光軸側から見た正面図である。図２、図３は、レンズユニット１を光軸と垂直な方向から見た側面図である。

レンズ保持枠１１は、レンズ１０を保持している。レンズ１０は、ズームレンズやフォーカスレンズなど、レンズユニット内にあって光軸方向に進退することが必要なレンズである。レンズ保持枠１１は、レンズ移動枠とも称される。レンズ保持枠１１は、主軸２１を挿通する主軸穴３７と補助軸２２を挿通する補助軸穴３８を有する。主軸２１と補助軸２２はガイド軸とも称される。主軸２１と補助軸２２の断面形状は円形である。また、主軸穴３７と補助軸穴３８はガイド穴とも称される。

レンズ保持枠１１は、主軸２１を挿通しさらにラック１２を形成したガイド部１３を有している。ラック１２は、モータ２４のスクリューシャフト２３に係合している。したがって、モータ２４の回転によってスクリューシャフト２３が回転すると、ラック１２はガイド軸方向に移動する。このようにして、レンズ保持枠１１は、ガイド軸方向に移動することができる。

図２は、レンズ保持枠１１が図中左端まで移動した状態を示している。また、図３は、レンズ保持枠１１が図中右端まで移動した状態を示している。図４は、レンズユニット１の斜視図である。

（２．動作）
まず、主軸穴３４が円形である場合のレンズユニットの動作を説明する。図５、図６は、レンズユニットを光軸と垂直な方向から見た側面図である。

図５は、モータ２４の正転によってスクリューシャフト２３が回転し、ラック１２が矢印Ａ向きに移動している状態を示している。レンズ保持枠１１も矢印Ａ向きに移動しているが、レンズ１０の光軸３１は、僅かながら図中時計回りに回転している。これは、レンズ保持枠１１に設けられた主軸穴３４が円形であるために仕上がり精度が低いことによる。

図６は、モータ２４の逆回転によってスクリューシャフト２３が回転し、ラック１２が矢印Ｂ向きに移動している状態を示している。レンズ保持枠１１も矢印Ｂ向きに移動しているが、レンズ１０の光軸３１は、僅かながら図中反時計回りに回転している。これも、レンズ保持枠１１に設けられた主軸穴３４が円形であるために仕上がり精度が低いことによる。

すなわち、主軸穴３４を円形としたレンズユニットでは、主軸穴３４が円形であるために仕上がり精度が低く、レンズ保持枠１１のガイド軸方向の移動にガタツキが生じている。

図７は、レンズ保持枠１１に設けられた主軸穴３４の近傍を拡大した図である。レンズユニットのレンズ保持枠１１に設けられた主軸穴３４は、円形である。

図８は、レンズ保持枠１１に設けられた主軸穴３４の仕上がり精度の一例を示す図である。真円３２は、設計目標を示す。図形３３は、実際に製造されたレンズユニットのレンズ保持枠１１に設けられた主軸穴３４の仕上がり精度を示す。

図９は、図８に示す仕上がり精度の主軸穴３４が設けられたレンズ保持枠１１の一部を示す。図９に示す状態では、主軸穴３４に対して主軸２１が図中左下方向にがたつくことになる。

このように、円形の主軸穴３４では仕上がり精度が低くなってしまい、主軸穴３４の内部で主軸２１ががたついてしまう。

図１０は、本発明の実施形態１に係るレンズユニット１のレンズ保持枠１１に設けられた主軸穴３７の近傍を拡大した図である。本発明の実施形態に係るレンズユニット１のレンズ保持枠１１に設けられた主軸穴３７は、略四角形である。すなわち、主軸穴３７の断面形状（主軸の長手方向に直交する平面上の形状）は、４箇所の直線部分を含む略四角形である。

主軸穴３７が略四角形であるので、仕上がり精度は、図中Ｃ及びＤのみを管理すればよい。断面形状が正方形の場合は、Ｃ＝Ｄである。図５のレンズユニットのレンズ保持枠１１に設けられた主軸穴３４は、円形であるため、真円に近い主軸穴３４を得るためには、多大な時間と試作回数が必要であった。主軸穴３７（図１０）を略四角形とすることで、対辺間の寸法である図中Ｃ及びＤのみを管理すればよいので、開発工数を大幅に削減することができる。また、図５、図６を参照して説明したレンズ保持枠１１のガイド軸方向の移動の際のガタツキを解消することができる。なお、主軸穴３７と主軸２１のクリアランスは、摺動抵抗が過大とならず、かつガタツキを許容範囲に抑えることができる値に設計すればよい。

次に、主軸穴３７の角部分３７ａ（図１０）の向きについて説明する。図１１は、本発明の実施形態１に係るレンズユニット１を光軸側から見た正面図である。モータ２４の回転によってスクリューシャフト２３が回転すると、ラック１２はガイド軸方向に移動する。このようにして、レンズ保持枠１１は、ガイド軸方向に移動することができる。このとき、主軸穴３７には、例えば、矢印３６で示す方向に力が働く。実際には、この力は、図中紙面の手前側または奥側に傾いている。主軸２１の長手方向に垂直な平面において、主軸２１から主軸穴３７へ働く力の方向に、角部分３７ａの方向を向けることで、主軸２１を主軸穴３７の隣接する二辺で支持することができる。すなわち、主軸２１は、主軸穴３７に作用する力の方向を向く角部分３７ａに対応した辺である２箇所の直線部に接して支持される。このような構成により、主軸２１が主軸穴３７の角部分３７ａ側に納まって、２箇所の直線部と確実に接触するため、レンズ保持枠１１のガイド軸方向の移動の際のガタツキをさらに抑えることができる。なお、主軸２１は四角形の三辺以上と接していてもよい。

なお、２箇所の直線部（２辺）に対応した角部分３７ａは、２箇所の直線部でできる角部分と表現されてもよいし、２箇所の直線部の間の角部分と表現されてもよい。また、角部分３７ａは丸みをおびていてもよい。

なお、矢印３６で示す方向の力は、一例である。レンズ保持枠１１をガイド軸方向に移動させるための構成によって、主軸穴３７に働く力の向きと大きさは異なってくる。また、レンズユニットを搭載した撮像装置が通常の撮影姿勢にあるときのレンズ保持枠１１の自重も考慮すべきである。このように、主軸穴３７の角をどちらに向けるかは、主軸穴３７に働く力の方向に基づくべきであるが、具体的な方向は、レンズ保持枠１１をガイド軸方向に移動させるための構成と、レンズユニット１を搭載した撮像装置が通常の撮影姿勢にあるときのレンズ保持枠１１の自重を考慮して設計すべきである。

次に、主軸穴３７を複数個備えたレンズユニット１を説明する。レンズ保持枠１１は、主軸２１を挿通しさらにラック１２を形成したガイド部１３を有している。すなわち、ガイド部１３は二つ目の主軸穴（図示せず）を有している。ガイド部１３に設けられた二つ目の主軸穴の断面形状も略四角形とする（すなわち、その断面形状は、少なくとも２箇所の直線部を含む）。さらに、レンズ保持枠１１に設けられた主軸穴３７の角部分の向きと、ガイド部１３に設けられた二つ目の主軸穴の角部分の向きとを互いに４５°異ならせる。こうすることで、レンズ保持枠１１に設けられた主軸穴３７によって主軸２１を四点で支持するとともに、ガイド部１３に設けられた二つ目の主軸穴によってレンズ保持枠１１に設けられた主軸穴３７とは異なる四点で主軸２１を支持することができる。すなわち、レンズ保持枠１１のガイド軸方向の移動の際のガタツキを八方向から抑えることができる。

なお、主軸穴３７の角部分は、図１０に示すように曲面であってもよい。また、図１０中の紙面手前側と奥側にＣ面取りを施している。このようにすることで、グリスが主軸穴３７の角に停滞するのを防止し、主軸穴３７と主軸２１の接点に必要な量のグリスを供給することができる。主軸穴３７の角の曲面について、Ｒの大きさは、使用するグリスの粘性やレンズ保持枠１１の動きの速さに応じて設計する。

なお、本実施形態では、主軸穴３７の断面形状を略四角形とした。しかし、その他の多角形としてもよく、例えば三角形であってもよい。また、例えば、八角形とすれば、グリスの供給がより安定することとなる。

また、本実施形態では説明しなかったが、図１などに示すように補助軸穴３８も四角形としている。これにより、仕上がり精度の管理がより容易となる。

また、本実施形態のレンズユニット１を搭載したビデオカメラやデジタルスチルカメラでは、レンズ保持枠１１がガイド軸方向に移動するときの挙動が安定するので、動画撮影中にズーム動作やオートフォーカス動作が行なわれても安定した動画撮影が可能となる。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る撮像装置として、デジタルスチルカメラを例として説明する。本実施形態のデジタルスチルカメラは、後述するレンズ鏡筒１１１を備える。なお、デジタルスチルカメラは、上述した実施形態１のレンズユニット１を備えてもよい。

（１．デジタルスチルカメラの構成）
図１２は、本実施形態のデジタルスチルカメラ１００の外観を示す斜視図である。図１２に示すように、デジタルスチルカメラ１００の筐体となる６面を以下のように定義する。すなわち、デジタルスチルカメラ１００による撮影時に被写体側を向く面を前面部１０１、その反対側の面を背面部１０２とする。また、被写体の鉛直方向上下とデジタルスチルカメラ１００で撮像されるアスペクト比（長辺対短辺の比）が３：２，４：３，１６：９などの短辺方向上下とが一致するように撮影を行う場合に、鉛直方向上側に向く面を上面部１０３、その反対面を底面部１０４とする。さらに、被写体側から見て左側に来る面を左側面部１０５、その反対側の面を右側面部１０６とする。なお、これらの面の定義は、デジタルスチルカメラ１００に配置された状態の各構成部材に対しても適用される。

また、図１２に示すように、デジタルスチルカメラ１００の前面部１０１に直交するＹ軸を有する３次元直交座標系を定義する。すなわち、背面部１０２から前面部１０１に向かう方向がＹ軸正方向、右側面部１０６から左側面部１０５に向かう方向がＸ軸正方向、さらに、Ｘ軸およびＹ軸に直交し、底面部１０４から上面部１０３に向かう方向がＺ軸正方向となる。以下、それぞれの図においては、このＸＹＺ座標系を基準として説明を行う。

デジタルスチルカメラ１００の前面部１０１には、被写体に対しての対物レンズである第１レンズ２１１が設けられている。また、上面部１０３には、撮影者が撮影操作などの操作を行えるように、撮影モード切替ボタン１０７、レリーズボタン１０８、電源スイッチ１０９、ズーム調節レバー１１０などが設けられている。レリーズボタン１０８は撮影者が露出のタイミングを入力するためのボタンである。撮影モード切替ボタン１０７は、撮影者が撮影操作に関する設定切替を行うためのボタンである。電源スイッチ１０９は撮影者がデジタルスチルカメラ１００の電源ＯＮおよびＯＦＦを操作するためのスイッチである。ズーム調節レバー１１０は、撮影者がズーム倍率を調整するためのレバーであり、レリーズボタン１０８を中心として所定の角度の範囲内で回転可能なように構成されている。また、背面部１０２には、撮影画像を表示する液晶モニタ（図示せず）が設けられている。さらに、デジタルスチルカメラ１００の内部には被写体の光学像を形成するレンズ群が収納されたレンズ鏡筒１１１が配置されている。

（２．レンズ鏡筒の構成）
図１３は、デジタルスチルカメラ１００内部に収納されたレンズ鏡筒１１１の外観を示す斜視図である。図１４は、図１３におけるＡ−Ａ線断面図である。

図１３および図１４に示すように、レンズ鏡筒１１１には、第１レンズ群２１０、第２レンズ群２２０、第３レンズ群２３０、第４レンズ群２４０、第５レンズ群２５０、第６レンズ群２６０が配置されている。さらに、第３レンズ群２３０と第４レンズ群２４０との間にはシャッターユニット２７０が配置されている。第６レンズ群２６０はマスターフランジ２８０に支持され、マスターフランジ２８０には撮像素子２９０が配置されている。撮像素子２９０としては、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサなどが用いられる。

第１レンズ群２１０は、対物レンズとなる第１レンズ２１１、第２レンズである反射プリズム２１２、第３レンズ２１３により構成され、これらが接着固定されてレンズ鏡筒１１１を構成する筐体２１４に固定されている。

第２レンズ群２２０は、ズームレンズ群であり、第４レンズ２２１と第５レンズ２２２と第６レンズ２２３とが接着固定されて、第２レンズ群保持枠２２４に装着されている。第２レンズ群保持枠２２４は、レンズ鏡筒１１１の外部に配置した第２レンズ群駆動手段２２５（図１５）によって、レンズ鏡筒１１１の筐体２２６（図１４）内を移動する。

第３レンズ群２３０は、単一の第７レンズ２３１によって構成され、筐体２３２に支持固定されている。

第４レンズ群２４０は、フォーカスレンズ群であり、第８レンズ２４１と第９レンズ２４２とにより構成されて、第４レンズ群保持枠２４３に装着されている。第４レンズ群保持枠２４３は、レンズ鏡筒１１１の外部に配置した第４レンズ群駆動手段２４４（図１３）によって、レンズ鏡筒１１１の筐体２４５内を移動する。

第５レンズ群２５０は、単一の第１０レンズ２５１によって構成され、筐体２５２に支持固定されている。

第６レンズ群２６０は、手振れ補正レンズ群であり、第１１レンズ２６１を含んでおり、第１１レンズ２６１は第６レンズ群保持枠２６２に装着されている。第６レンズ群保持枠２６２は、第６レンズ群駆動手段（図示せず）によってレンズ鏡筒１１１の筐体２６３内を移動する。

ここで、レンズ鏡筒１１１を構成するそれぞれの筐体２１４、筐体２２６、筐体２３２、筐体２４５、筐体２５２、筐体２６３、およびマスターフランジ２８０は、図１４に示すＺ軸方向の光軸３００と平行となるように組み立てられている。なお、これらの筐体を一体で構成してもよい。また、図１４に示す光軸３１０は対物レンズとなる第１レンズ２１１から入射するＹ軸方向の光軸であり、光軸３１０と光軸３００とは同一面上で直角に交差している。

したがって、第１レンズ２１１から入射した光は、第１レンズ群２１０、第２レンズ群２２０、第３レンズ群２３０、シャッターユニット２７０、第４レンズ群２４０、第５レンズ群２５０、さらには第６レンズ群２６０を通過して、撮像素子２９０に結像する。このとき、第２レンズ群２２０は光軸３００に沿って移動してズーム調整を行う。第４レンズ群２４０は光軸３００に沿って移動してフォーカス調整を行う。第６レンズ群２６０は光軸３００に沿って移動して手振れ補正の調整を行う。

（３．第２レンズ群２２０の移動機構の構成）
図１４に示すように、第２レンズ群２２０は第２レンズ群保持枠２２４に支持固定され、不要光の遮光を目的とした遮光シート（図示せず）で覆われている。第２レンズ群保持枠２２４には第２レンズ群移動軸受部４２０（図１５）とズームラック部４３０（図１６）とが一体的に設けられている。第２レンズ群移動軸受部４２０には円柱状のガイド軸４４０が挿入されている。第２レンズ群移動軸受部４２０は、その長手方向の上部と下部に設けられた第１軸受４２０ａと第２軸受４２０ｂとによりガイド軸４４０に軸支され、ガイド軸４４０に沿ってスライド可能である。

すなわち、ガイド軸４４０が貫通する第１軸受４２０ａのガイド穴および第２軸受４２０ｂのガイド穴が、ガイド軸４４０の長手方向に沿って配置されている。そして、ステッピングモータなどの第２レンズ群駆動手段２２５によって、ズームラック部４３０（図１６）と係合したリードスクリュー５００が駆動され、ズームラック部４３０がＺ軸方向に上下移動する。この移動によって、第２レンズ群保持枠２２４が、ガイド軸４４０（図１５）によって位置規制されながら光軸３００に沿ってＺ軸方向に上下移動してズーム調整をすることができる。

また、第２レンズ群保持枠２２４の第２レンズ群移動軸受部４２０（図１５）と反対側の側面には、第３軸受４５０が設けられている。第３軸受４５０のガイド穴には、第３レンズ群２３０（図１４）の筐体２３２に一体で立設させたズームガイド副軸４６０（図１５）が貫通している。第２レンズ群保持枠２２４の第３軸受４５０は、ズームガイド副軸４６０に沿って上下移動する。

図１７は、本実施形態に係る第２レンズ群２２０とその周辺の構成を示す平面図である。

第２レンズ群保持枠２２４には、リードスクリュー５００の回転によりガイド軸４４０（主軸）の長手方向に沿って移動されるラックギア５０４が設けられている。また、第２レンズ群保持枠２２４には、ラックギア５０４をリードスクリュー５００に付勢するラックバネ５０６が設けられている。

図１７に示すように、ガイド軸４４０（主軸）の長手方向に直交する断面において、ラックギア５０４とリードスクリュー５００の当接点５０４ａ、ガイド軸４４０、副軸４６０がこの順に配置されている。より具体的には、ラックバネ５０６によりラックギア５０４とリードスクリュー５００との間に発生する力の方向（Ｙ軸方向）と直交し、且つ、ガイド軸４４０の長手方向（Ｚ軸方向）に直交する方向（Ｘ軸方向）において、ラックギア５０４とリードスクリュー５００の当接点５０４ａ、ガイド軸４４０、副軸４６０がこの順に配置されている。

図１７に示すように、ズームラック部４３０は、ラックバネ５０６によってリードスクリュー５００に押圧され、ズームラック部４３０とリードスクリュー５００とが噛合うようにしている。具体的には、ラックギア５０４がリードスクリュー５００の歯と噛合っている。ここで、ラックバネ５０６のトルクにより、ズームラック部４３０のリードスクリュー５００と噛合っている部分は、Ｙ軸正方向に反力Ｐ１が生じている。また、第３軸受４５０もＹ軸正方向に反力Ｐ２が生じている。これらの反力Ｐ１およびＰ２と釣り合うように、第１軸受４２０ａと第２軸受４２０ｂ（図１５）には、Ｙ軸負方向に反力Ｐ３（図１７）が生じている。

ここで図１７および図１８に示すように、第１軸受４２０ａのガイド穴４０６は、ガイド軸４４０の長手方向（光軸３００に沿った方向）に直交する断面が少なくとも２箇所の直線部４０６ａを含み、ガイド軸４４０は、そのうちの２箇所の直線部４０６ａと接している。これは、前述のように、ラックバネ５０６のトルクによって、第１軸受４２０ａにはＹ軸負方向に反力Ｐ３が生じているためである。このように、２箇所の直線部は、第１軸受４２０ａのガイド穴４０６のうちの、ラックバネ５０６がラックギア５０４をリードスクリュー５００に付勢することにより第２レンズ群保持枠２２４に発生する反力を受ける位置にある。第２レンズ群保持枠２２４に生じたＹ軸正方向の力（反力Ｐ１およびＰ２）により、２箇所の直線部４０６ａが、ガイド軸４４０に付勢されている。２箇所の直線部（あるいはそれらの延長線）が交わるガイド穴の角部分（図１０の角部分３７ａに対応）は、ラックギア５０４がリードスクリュー５００に加える力の方向（Ｙ軸の負方向）を向いている。このような構成により、第２レンズ群保持枠２２４のガタを低減することができる。

なお、本明細書中において、「ガイド軸が２箇所の直線部と接する」とは、２箇所の直線部のみと接することに限定されず、少なくとも２箇所の直線部と接することも意味する。すなわち、ガイド軸は２箇所以上の直線部４０６ａと接していてもよい。

また、第２軸受４２０ｂ（図１５）にも、第１軸受４２０ａと同様のガイド穴４０６が形成されていてもよい。この場合は、第１軸受４２０ａのガイド穴４０６と同様に、第２軸受４２０ｂのガイド穴４０６も、光軸３００に直交する断面が少なくとも２箇所の直線部を含み、ガイド軸４４０が、それら２箇所の直線部４０６ａと接する。この構成によれば、第２レンズ群保持枠２２４とガイド軸４４０の間において力の釣り合いがさらに安定するので、第２レンズ群保持枠２２４のガタをさらに低減することができる。

また、図１５に示すように、ガイド軸４４０の端部４４０ａは、第３レンズ群２３０の筐体２３２に支持固定されている。また、ガイド軸４４０の他方の端部（図示せず）は、第１レンズ群２１０を固定した筐体２１４（図１４）を貫通して、筐体２１４の上部に設けた保持部材（図示せず）に支持固定されている。すなわち、ズームレンズとなる第２レンズ群２２０は、レンズ鏡筒１１１を構成する第３レンズ群２３０の筐体２３２と第１レンズ群２１０の筐体２１４とに支持固定されたガイド軸４４０に沿って移動する。

（４．ズームラック部４３０の構成）
次に、ズームラック部４３０の構成をより詳細に説明する。図１９（ａ）は、ラックギア５０４を有するズームラック部４３０を示す図であり、図１９（ｂ）は、ラックギア５０４とリードスクリュー５００の噛合いを示す図である。図２０は、ラックギア５０４とリードスクリュー５００の噛合い部分を拡大して示した図である。図１９および図２０に示すように、ズームラック部４３０は、複数の歯が形成されたラックギア５０４を有する。ラックギア５０４は、リードスクリュー５００の溝５００ａの中間部５００ｂに当接する第１の歯６００を有する。また、ラックギア５０４は、第１の歯６００に隣接するとともにリードスクリュー５００の溝ピッチの間隔で配置され、かつ、溝５００ａに当接しない第２の歯６０２を有する。すなわち、第１の歯６００と、第２の歯６０２は相似形であり、第２の歯６０２の方が小さくなるように形成されている。ラックギア５０４は、さらに、リードスクリューの少なくとも一つの歯の先端に当接する平坦な当接部６０４を有する。ガイド軸４４０（主軸）の長手方向（Ｚ軸方向）を高さ方向としたとき、第１の歯６００は、第１軸受４２０ａのガイド穴と第２軸受４２０ｂのガイド穴の間の中央部近傍の高さに位置している。また、第２の歯６０２は、第１の歯６００が位置するその中央部近傍よりも端側に位置している。

このような構成によれば、通常使用時は、第１の歯６００によってのみラックギア５０４がリードスクリュー５００に荷重されるので、荷重点が安定する。また、落下などの異常時は、落下による衝撃力によってラックギア５０４が滑っても第２の歯６０２がリードスクリュー５００に噛合うので、レンズ保持枠の移動動作が保たれる。

さらに、当接部６０４を有することで、ラックギア５０４の荷重点がさらに安定する。

以上、説明したように、本発明の実施形態に係るレンズ鏡筒１１１は、光軸３００に沿った方向に移動する第２レンズ群２２０と、第２レンズ群２２０を保持する第２レンズ群保持枠２２４と、光軸３００に沿って配置されたリードスクリュー５００とを備える。また、レンズ鏡筒１１１は、第２レンズ群保持枠２２４に固定され、かつ、リードスクリュー５００の回転により光軸３００に沿った方向に移動されるラックギア５０４と、ラックギア５０４をリードスクリュー５００に付勢するラックバネ５０６と、光軸３００に沿って配置され、かつ、第２レンズ群保持枠２２４に設けられたガイド穴４０６を貫通する円柱状のガイド軸４４０とを備える。ガイド穴４０６は、光軸３００に直交する断面が少なくとも２箇所の直線部４０６ａを含む。ガイド軸４４０は、少なくともそれら２箇所の直線部４０６ａと接する。

このような構成によれば、第２レンズ群保持枠２２４とガイド軸４４０の間において力の釣り合いが安定するので、第２レンズ群保持枠２２４のガタを低減することができる。よって、ガイド軸４４０に案内されて光軸３００に沿った方向に移動可能な第２レンズ群保持枠２２４のガタを低減することが可能なレンズ鏡筒を提供できる。

本発明の実施形態に係るラックギア５０４は、リードスクリュー５００の溝５００ａに当接する第１の歯６０２と、第１の歯６０２に隣接するとともにリードスクリュー５００の溝ピッチの間隔で配置され、かつ、リードスクリュー５００の溝５００ａに当接しない第２の歯６０２とを有する。

このような構成によれば、通常使用時は、第１の歯６００によってのみラックギア５０４がリードスクリュー５００に荷重されるので、荷重点が安定する。また、落下などの異常時は、落下による衝撃力によってラックギア５０４が滑っても、第２の歯６０２がリードスクリュー５００に噛合うので、第２レンズ群保持枠２２４の移動動作が保たれる。

なお、本発明の実施形態の説明においては、ズーム機能を有する第２レンズ群２２０に本発明を適用した例が示された。しかし本発明は、これには限られない。例えば、フォーカス機能を有する第４レンズ群２４０に対しても本発明を適用することができる。また、本発明の実施形態のような屈曲光学系に替えて、直進光学系を採用した場合についても本発明の適用が可能である。

以上のように、本発明の実施形態が例示された。しかし、本発明は、これらには限定されず、適宜修正された他の実施形態に対しても適用可能である。

本発明によれば、ガイド軸に案内されて光軸方向に移動可能なレンズ保持枠のガタを低減することにより、光学性能の劣化を低減可能である。そのため、本発明は、例えば、レンズ交換式ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｔｉｌｌ Ｃａｍｅｒａ）や固定レンズ式ＤＳＣ、ムービーなどの携帯用機器のレンズ鏡筒、あるいはテレビカメラ、監視カメラなどのレンズ鏡筒として広く有用である。

１ レンズユニット
１０ レンズ
１１ レンズ保持枠
１２ ラック
１３ ガイド部
２１ 主軸
２２ 補助軸
２３ スクリューシャフト
２４ モータ
３１ 光軸
３７ 主軸穴
３８ 補助軸穴
１００ デジタルスチルカメラ
１０１ 前面部
１０２ 背面部
１０３ 上面部
１０４ 底面部
１０５ 左側面部
１０６ 右側面部
１０７ 撮影モード切替ボタン
１０８ レリーズボタン
１０９ 電源スイッチ
１１０ ズーム調節レバー
１１１ レンズ鏡筒
２１０ 第１レンズ群
２１１ 第１レンズ
２１２ 反射プリズム
２１３ 第３レンズ
２１４，２２６，２３２，２４５，２５２，２６３ 筐体
２２０ 第２レンズ群
２２１ 第４レンズ
２２２ 第５レンズ
２２３ 第６レンズ
２２４ 第２レンズ群保持枠
２２５ 第２レンズ群駆動手段
２３０ 第３レンズ群
２３１ 第７レンズ
２４０ 第４レンズ群
２４１ 第８レンズ
２４２ 第９レンズ
２４３ 第４レンズ群保持枠
２４４ 第４レンズ群移動軸受部
２４４ａ 第１軸受
２４４ｂ 第２軸受
２４４ｃ 第３軸受
２５０ 第５レンズ群
２５１ 第１０レンズ
２６０ 第６レンズ群
２６１ 第１１レンズ
２６２ 第６レンズ群保持枠
２７０ シャッターユニット
２８０ マスターフランジ
２９０ 撮像素子
３００，３１０ 光軸
４０６ ガイド穴
４０６ａ 直線部
４２０ 第２レンズ群移動軸受部
４２０ａ 第１軸受
４２０ｂ 第２軸受
４３０ ズームラック部
４４０ ガイド軸
４４０ａ，４４０ｂ 端部
４５０ 第３軸受
５００ リードスクリュー
５００ａ 溝
５００ｂ 中間部
５０４ ラックギア
５０６ ラックバネ
６００ 第１の歯
６０２ 第２の歯
６０４ 当接部

Claims (15)

1. レンズ群を保持するレンズ保持枠と、
   前記レンズ保持枠に設けられ、リードスクリューの回転により主軸の長手方向に沿って移動されるラックギアと、
   を備え、
   前記ラックギアは、
   前記リードスクリューの溝に当接する第１の歯と、
   前記第１の歯に隣接するとともに前記リードスクリューの溝ピッチの間隔で配置され、且つ、前記リードスクリューの溝および当該溝間における前記リードスクリューの歯の先端に当接しない第２の歯と、
   前記リードスクリューの少なくとも１つの歯の先端に当接する平坦な当接部と、
   を有する、レンズ鏡筒。
2. 前記主軸の長手方向に沿って、前記第１の歯、前記第２の歯、前記当接部がこの順に配置されている、請求項１に記載のレンズ鏡筒。
3. 前記ラックギアは、前記第１の歯を１つだけ有する、請求項１に記載のレンズ鏡筒。
4. 前記レンズ保持枠には、前記主軸が貫通し、前記主軸の長手方向に沿って配置される複数のガイド穴が形成されており、
   前記主軸の長手方向を高さ方向としたとき、前記第１の歯は、前記複数のガイド穴のうちの、第１のガイド穴と第２のガイド穴の間の中央部近傍の高さに位置し、
   前記第２の歯は、前記第１の歯よりも端側に位置している、請求項１に記載のレンズ鏡筒。
5. 前記レンズ保持枠には、前記主軸が貫通するガイド穴が形成されており、
   前記レンズ保持枠には、副軸が貫通する第１のガイド穴が形成されており、
   前記主軸の長手方向に直交する断面において、前記ラックギアと前記リードスクリューの当接点、前記主軸、前記副軸がこの順に配置されている、請求項１に記載のレンズ鏡筒。
6. 前記レンズ保持枠に設けられ、前記ラックギアを前記リードスクリューに付勢するラックバネを、さらに備え、
   前記主軸の長手方向に直交する方向であって、前記ラックバネにより前記ラックギアと前記リードスクリューとの間に発生する力の方向と直交する方向において、前記ラックギアと前記リードスクリューの前記当接点、前記主軸、前記副軸がこの順に配置されている、請求項５に記載のレンズ鏡筒。
7. 前記レンズ保持枠には、前記主軸が貫通するガイド穴が形成されており、
   前記主軸は、その断面が円形状であり、
   前記ガイド穴の前記主軸の長手方向に直交する断面は、少なくとも２箇所の直線部を含み、
   前記主軸は、２箇所の前記直線部と接する、請求項１に記載のレンズ鏡筒。
8. 前記レンズ保持枠には複数の前記ガイド穴が形成されており、
   前記複数のガイド穴のそれぞれは、前記少なくとも２箇所の直線部を含み、
   前記複数のガイド穴のそれぞれの前記２箇所の直線部は、前記主軸と接し、
   前記複数のガイド穴のそれぞれは、前記２箇所の直線部に対応した角部分を含み、
   前記複数のガイド穴のそれぞれの角部分は、互いに異なる方向を向いている、請求項７に記載のレンズ鏡筒。
9. 前記２箇所の直線部に対応した前記ガイド穴の角部分は、前記ガイド穴に作用する力の方向を向く、請求項７に記載のレンズ鏡筒。
10. 前記レンズ保持枠には２つの前記ガイド穴が形成されており、
    前記２つのガイド穴のそれぞれの前記角部分は、互いに４５°異なる方向を向いている、請求項９に記載のレンズ鏡筒。
11. 前記ガイド穴の前記断面は、三角形または四角形である、請求項７に記載のレンズ鏡筒。
12. 前記主軸が貫通するガイド穴のうちの、前記ラックバネが前記ラックギアを前記リードスクリューに付勢することにより前記レンズ保持枠に発生する反力を受ける位置に２箇所の直線部が設けられている、請求項６に記載のレンズ鏡筒。
13. 前記反力により、前記２箇所の直線部は前記主軸に付勢される、請求項１２に記載のレンズ鏡筒。
14. 前記レンズ保持枠には複数の前記ガイド穴が形成されており、
    前記複数のガイド穴のそれぞれは、前記２箇所の直線部に対応した角部分を含み、
    前記複数のガイド穴のそれぞれの角部分は、前記ラックギアが前記リードスクリューに加える力の方向を向いている、請求項９に記載のレンズ鏡筒。
15. 請求項１に記載のレンズ鏡筒を備えた撮像装置。

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