JP5817265B2 - 光学装置及びカメラ - Google Patents

Description

本発明は、光学装置及びカメラに関するものである。

従来、ボイスコイルモータを駆動源とし、ガイドバーを利用してレンズを光軸方向に移動するレンズ鏡筒が提案されている。この機構は、駆動音を静かにできるメリットがあり、動画撮影可能なカメラに対しては、有利な駆動機構である。しかし、ガイドバー構造には、ガイドバーと、レンズ保持枠に設けられているガイドバーが嵌合する穴であるガイドバー受け部との間に嵌合ガタがある。この為、レンズ駆動中に、嵌合ガタ範囲でレンズの光軸に対する倒れ変動が起こり、光学性能を悪化させる恐れがある。
この問題を回避する為、レンズ保持枠に磁性体を固定し、ボイスコイルモータからの漏れ磁束を利用し、レンズ保持枠がマグネットに近づくようにレンズ保持枠をガタ寄せし、レンズ移動時の光軸に対するレンズの倒れ変動を抑える従来技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１５１９８８号公報

しかし、上記従来技術では、磁性体の近くに電気部品が設置されているので、電気部品に対して磁気が悪影響を及ぼす可能性がある。また、磁性体とそれを固定する部品等の部品点数も増え、その結果、組立工程も増え、更にコストの面でも不利な状況になる。

本発明の課題は、嵌合ガタによるレンズの倒れを簡単な構造で防止可能な光学装置及びカメラを提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。

本発明は、レンズを保持するレンズ保持枠と、前記レンズの光軸に沿って延び、前記レンズ保持枠を前記光軸方向に移動可能に案内するガイドバーと、前記光軸に沿って延びる一対のマグネットと、前記レンズ保持枠に取り付けられ、前記一対のマグネットにより生じる磁界との相互作用によって、前記光軸に沿った方向の成分と、前記光軸に対して垂直方向の成分とを有する力を受け、前記レンズ保持枠を、前記ガイドバーの案内により、前記光軸に沿って移動させる一対のコイルと、を備え、前記一対のコイルは、それぞれの巻き線の中心軸が前記光軸に対して傾いており、前記光軸方向から見て、前記光軸と直交する直線上の前記レンズの両側の位置に設けられていること、を特徴とする光学装置という構成とした。
また、本発明は、上記光学装置を備えるカメラという構成とした。

本発明によれば、嵌合ガタによるレンズの倒れを簡単な構造で防止可能な光学装置及びカメラを提供することができる。

本発明における光学装置の一実施形態であるカメラの概念的な構成図である。 合焦レンズの駆動支持構造を示す斜視図である。 図２のＡ矢視に相当する駆動支持構造の正面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図に相当する駆動支持構造の縦断面図である。 図２のＣ矢視に相当する駆動支持構造を上側から見た説明図である。 駆動支持構造における作用説明図である。 本発明の第２実施形態を適用した駆動支持構造の部分縦断面図である。

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に示す各図には、説明と理解を容易にするために、ＸＹＺ直交座標系を設けた。この座標系では、撮影者が光軸ＯＡを水平として横長の画像を撮影する場合のカメラの位置（以下、正位置という）において撮影者から見て左側に向かう方向をＸプラス方向とする。また、正位置において上側に向かう方向をＹプラス方向とする。さらに、正位置において被写体に向かう方向をＺプラス方向とする。

（第１実施形態）
図１は、本発明における光学装置の一実施形態であるカメラ１の概念的な構成図である。
カメラ１は、撮像素子１１を備えるカメラボディ１０と、合焦レンズ２２を含む複数のレンズ群からなる結像光学系２１を備えるレンズ鏡筒２０と、により構成されている。

レンズ鏡筒２０における合焦レンズ２２は、光軸ＯＡと平行に延設されたガイドバー２３に沿って光軸ＯＡ方向（Ｚ軸方向）に移動駆動されて焦点調節を行う。合焦レンズ２２の移動駆動操作は、ボイスコイルモータ４０によって行われるようになっている。この合焦レンズ２２の駆動支持構造については、後に詳述する。
なお、このレンズ鏡筒２０は、カメラボディ１０と一体に構成されていても、別体として構成されてカメラボディ１０に着脱可能ないわゆる交換レンズであっても、何れでも良い。

そして、カメラ１は、レンズ鏡筒２０の結像光学系２１がカメラボディ１０における撮像素子１１の撮像面に被写体像を結像させ、その被写体像を撮像素子１１が電気信号に変換し、さらに、その信号をＡ／Ｄ変換することによって画像データを得る（撮影する）。

つぎに、図２〜図６を参照して、本実施形態において特徴的な、合焦レンズ２２を移動駆動可能に支持する駆動支持構造について説明する。
図２は、合焦レンズ２２の駆動支持構造を示す斜視図である。図３は、図２のＡ矢視に相当する駆動支持構造の正面図である。図４は、図２のＢ−Ｂ断面図に相当する駆動支持構造の縦断面図である。図５は、図２のＣ矢視に相当する駆動支持構造を上側から見た説明図である。図６は、駆動支持構造における作用説明図であって、ガイド軸受部３２のガイド孔３２Ｍａと主ガイドバー２３Ｍの嵌合状態を示す図である。

合焦レンズ２２の駆動支持構造は、レンズ保持枠３０を移動可能に支持する一対のガイドバー２３（主ガイドバー２３Ｍ，副ガイドバー２３Ｓ）と、合焦レンズ２２を保持するレンズ保持枠３０と、レンズ保持枠３０を移動駆動する一対のボイスコイルモータ４０（４０Ｕ，４０Ｌ）と、により構成されている。

ガイドバー２３（主ガイドバー２３Ｍ，副ガイドバー２３Ｓ）は、断面形状が所定径の円形の軸であって、光軸ＯＡを挟むＸ軸上の略対称位置に、それぞれ光軸ＯＡと平行に配設されている。
すなわち、Ｘ軸上プラス側に主ガイドバー２３Ｍが、Ｘ軸上マイナス側に副ガイドバー２３Ｓが、それぞれ光軸ＯＡから所定間隔離間して配設されている。これらのガイドバー２３（主ガイドバー２３Ｍ，副ガイドバー２３Ｓ）は、レンズ鏡筒２０の図示しない固定部材に固定されており、レンズ保持枠３０を支持すると共にその移動を案内する。

レンズ保持枠３０は、合焦レンズ２２を支持する短筒状のレンズ支持部３１の周囲に、一対のガイド軸受部３２（主軸受３２Ｍ，副軸受３２Ｓ）と、一対のコイル支持部３３と、を備えている。
ガイド軸受部３２における主軸受３２Ｍは、主ガイドバー２３Ｍと対応して、Ｘ軸上プラス側に配設されている。

主軸受３２Ｍは、Ｚ軸方向に所定間隔を有して位置する前後一対の軸受板３２Ｍｆ，３２Ｍｒを備えている。両軸受板３２Ｍｆ，３２Ｍｒには、ガイド孔３２ＭａがＺ軸方向に貫通形成されている。ガイド孔３２Ｍａには、主ガイドバー２３Ｍが摺動移動可能に嵌合する。
このような構成の主軸受３２Ｍは、主ガイドバー２３Ｍに対する面倒れに対しては、軸受板３２Ｍｆ，３２ＭｒのＺ軸方向における外寸分の長さを有するものとして機能し、主ガイドバー２３Ｍに沿って移動する。

ガイド軸受部３２における副軸受３２Ｓは、副ガイドバー２３Ｓと対応して、Ｘ軸上マイナス側に配設されている。
副軸受３２Ｓは、Ｘ軸およびＹ軸を含む面と平行な所定厚さの板状であって、Ｚ軸方向に貫通形成されたガイド孔３２Ｓａを備えている。ガイド孔３２Ｓａは、Ｘ軸方向に長い長孔であって、ガイドバー２３Ｓが、長径方向においては遊嵌し、短径方向においては摺動移動可能に嵌合するように形成されている。

この副軸受３２Ｓは、主軸受３２Ｍ（ガイド孔３２Ｍａ）を中心とした支持枠３０の回転を規制するように機能する。また、副軸受３２Ｓは、ガイドバー２３Ｓに対してガイド孔３２Ｓａの長径方向に相対移動することで、主軸受３２Ｍのガイド孔３２Ｍａと副軸受３２Ｓのガイド孔３２Ｓａとの間隔と、主ガイドバー２３Ｍと副ガイドバー２３Ｓの配設ピッチとの、寸法誤差を許容できるようになっている。

コイル支持部３３は、光軸ＯＡを挟むＹ軸上の対称位置にそれぞれ形成されており、ここにボイスコイルモータ４０（４０Ｕ，４０Ｌ）のコイル４１がそれぞれ装着されている。
ボイスコイルモータ４０（４０Ｕ，４０Ｌ）は、光軸ＯＡを挟んで一対（二組）設けられているが、同様な構成であるため、図中同じ構成要素には同符号を付してある。以下の説明では、特に必要である場合を除き、ボイスコイルモータ４０として説明とする。

ボイスコイルモータ４０は、レンズ保持枠３０のコイル支持部３３に装着されたコイル４１と、レンズ鏡筒２０の図示しない固定部材に固定されたヨーク４２と、ヨーク４２に装着されたマグネット４３と、により構成されている。
コイル４１は、図２〜図４に示すように、中央に細長い矩形状の中心開口部４１Ａを有して所定長さに巻かれている。コイル４１は、レンズ保持枠３０のコイル支持部３３に、中心開口部４１Ａの長辺を形成する面がＸ軸およびＺ軸を含む面と平行となる姿勢で装着されている。

両ボイスコイルモータ４０Ｕ，４０Ｌのコイル４１は、光軸ＯＡを挟むＹ軸上の対称位置に配設されており、連動するように結線されて電源に接続されている。なお、図５に示すように、コイル４１は、その巻線中心軸ＣＡが、Ｚ軸に対して平行ではなく所定の角度：θを有して配設されている。これについては、後に詳述する。

ヨーク４２は、所定幅で所定厚さの鉄板を長手方向において屈曲して形成され、所定間隔で平行な一対のアーム部４２Ａ，４２Ｂを備えている。
アーム部４２Ａ，４２Ｂは、コイル４１の移動距離（レンズ保持枠３０の移動距離）と対応する長さに形成されており、一方のアーム部４２Ｂの内面には、マグネット４３が装着されている。
マグネット４３は、アーム部４２Ｂと略対応する矩形で所定厚さの板状に形成されており、その長さはコイル４１の移動距離と対応している。

そして、ヨーク４２は、アーム部４２Ａ，４２Ｂを径方向内外に位置させると共に、アーム部４２Ａ，４２Ｂの連結端部をＺ軸プラス側に向けて、Ｚ軸と平行な姿勢でレンズ鏡筒２０の図示しない固定部材に固定されている。このヨーク４２の配設位置は、レンズ保持枠３０に装着されたコイル４１と対応している。すなわち、ヨーク４２は、光軸ＯＡを挟むＹ軸上の対称位置に配設されているものである。

ヨーク４２における内周側のアーム部４２Ａは、コイル４１の中心開口部４１Ａに、その内面と所定間隔を有して非接触状態で挿通されている。また、ヨーク４２における外周側のアーム部４２Ｂに装着されたマグネット４３の内面と、コイル４１の外周面とは、所定の間隔を有するように設定されている。

上記のように構成されたボイスコイルモータ４０は、コイル４１に通電することで、マグネット４３により生じる磁界との相互作用によって、コイル４１にローレンツ力が生ずる。このローレンツ力は、その巻線中心軸ＣＡの方向に生じ、レンズ保持枠３０を移動駆動する駆動力として作用する。

ここで、前述したように、コイル４１は、その巻線中心軸ＣＡが、Ｚ軸（光軸ＯＡ）と平行ではなく、所定の角度：θを有して設けられている。
すなわち、コイル４１は、Ｙ軸と平行な回転軸ＲＡを中心として、巻線中心軸ＣＡをＺ軸と平行な状態から図５中（Ｘ軸およびＺ軸を含む平面と平行な平面内で）反時計回りに角度：θ回転させた状態で装着されている。回転軸ＲＡは、コイル４１のＸ軸およびＹ軸を含む面内における駆動力作用中心を通るように設定されている。つまり、コイル４１は、その駆動力作用中心回りに角度：θ回転させて配設されているものである。

さらに、本実施形態では、回転軸ＲＡは、カメラ１が正位置において、レンズ保持枠３０（合焦レンズ２２とボイスコイルモータ４０におけるコイル４１とを含む）の重心ＧＣを通る鉛直線ＶＡと、一致するように設定されている。なお、回転軸ＲＡと鉛直線ＶＡとは完全に一致しなければならないものではない。しかし、両者の離間距離が大きくなると、後述するＸ軸方向の分力：Ｆｘによってガイド軸受部３２に作用する回転モーメントが大きくなるため、重心ＧＣを通る鉛直線ＶＡが少なくともコイル４１を通るように設定することが好ましい。

上記のようなコイル４１の配置構造により、通電によってコイル４１に生ずる駆動力（ローレンツ力）：Ｆは、コイル４１の巻線中心軸ＣＡ方向（すなわちＺ軸に対して角度：θを成す方向）に作用する。レンズ保持枠３０は、主軸受３２Ｍが嵌合する主ガイドバー２３Ｍに沿ってのみ（Ｚ軸方向にのみ）移動可能である。従って、駆動力：ＦのＺ軸方向の分力：Ｆｚがレンズ保持枠３０を主ガイドバー２３Ｍに沿って移動駆動する推進力として作用し、Ｘ軸方向の分力：Ｆｘはレンズ保持枠３０を主ガイドバー２３Ｍに対して直交する方向に付勢するように作用する。

つまり、ボイスコイルモータ４０は、その駆動によって、レンズ保持枠３０を移動駆動すると同時に、レンズ保持枠３０（主軸受３２Ｍ）を主ガイドバー２３Ｍに押圧する。これにより、レンズ保持枠３０の移動時には、主軸受３２Ｍのガイド孔３２Ｍａの内周と主ガイドバー２３Ｍの外周の間の嵌合隙間がＺ軸と直交する面内において偏在することとなる。

すなわち、図６（ａ）に示すように、カメラ１が正位置（Ｚ軸およびＸ軸が水平、Ｙ軸が鉛直である状態）においては、レンズ保持枠３０の自重：Ｆｗ（合焦レンズ２２およびコイル４１を含む）によって、主軸受３２Ｍのガイド孔３２Ｍａは、主ガイドバー２３Ｍに対して鉛直方向（Ｙ軸マイナス側）に偏在した状態となっている。この状態からボイスコイルモータ４０が駆動されると、レンズ保持枠３０がＸ軸方向の分力：Ｆｘによって付勢され、図６（ｂ）に示すように、主軸受３２Ｍは、自重：ＦｗとＸ軸方向の分力：Ｆｘとの合力：Ｆｃで主ガイドバー２３Ｍに押圧される。特に、カメラ１をＺ軸が鉛直に近い姿勢で撮影するような場合には、レンズ保持枠３０の自重がガイド軸受部３２に作用しなくなるが、Ｘ軸方向の分力：Ｆｘによって、主軸受３２Ｍは主ガイドバー２３Ｍに押圧される。
その結果、レンズ保持枠３０の移動時におけるガイド孔３２Ｍａと主ガイドバー２３Ｍとの嵌合隙間が変動して生ずるガタ付きを規制することができ、合焦レンズ２２の光軸ＯＡに対する倒れ変動を抑制して高い位置精度を保った円滑な移動が可能となる。

なお、Ｘ軸方向の分力：Ｆｘは、図５に示すようにコイル４１（ボイスコイルモータ４０）がレンズ保持枠３０をＺ軸プラス方向に移動駆動する際には、レンズ保持枠３０を主ガイドバー２３Ｍに近接させる側に押圧する方向となり、逆に、レンズ保持枠３０をＺ軸マイナス方向に移動駆動する際には、レンズ保持枠３０を主ガイドバー２３Ｍから離間させる側に押圧する方向となる。いずれの方向でも、レンズ保持枠３０（合焦レンズ２２）の移動中において、主ガイドバー２３Ｍと主軸受３２Ｍのガイド孔３２Ｍａとの嵌合隙間の変動に起因する合焦レンズ２２の光軸ＯＡに対する倒れ変動を抑制できる。

なお、ボイスコイルモータ４０の駆動時におけるＺ軸方向の分力：ＦｚとＸ軸方向の分力：Ｆｘのバランスは、ガタ付きを防ぎつつ効率良く駆動するために、レンズ保持枠３０を移動操作するＦｚに対して、レンズ保持枠３０を主ガイドバー２３Ｍに押圧付勢するＦｘが過大とならないように設定する。コイル４１の巻線中心軸ＣＡのＺ軸に対する角度：θは、たとえば、５°〜１５°程度が好ましい。

（第２実施形態）
つぎに、本発明の第２実施形態を説明する。
図７は、本発明の第２実施形態を適用した駆動支持構造の部分縦断面図であって、上記第１実施形態における図４の光軸ＯＡより上側部分に相当する図である。なお、本駆動支持構造の基本的な構成は、第１実施形態と同様であるため、説明は省略する。

本第２実施形態では、ボイスコイルモータ４０におけるコイル４１は、その巻線中心軸ＣＡが、Ｘ軸と平行な回転軸ＲＡ′を中心として、Ｚ軸と平行な線ＺＰに対して角度：θ′回転して配設されている。回転軸ＲＡ′は、コイル４１のＹ軸およびＺ軸を含む面内における駆動力作用中心を通るように設定されている。つまり、コイル４１は、Ｙ軸およびＺ軸を含む面内において、その駆動力作用中心回りに角度：θ′回転させて配設されているものである。また、回転軸ＲＡ′のＺ軸方向における位置は、カメラ１が正位置においてレンズ保持枠３０の重心ＧＣを通る鉛直線ＶＡと交差するように設定されている。

このような構成によれば、ボイスコイルモータ４０の駆動時において、Ｚ軸方向の分力：Ｆｚが前述した第一実施形態と同様にレンズ保持枠３０を主ガイドバー２３Ｍに沿って移動駆動する推進力として作用する一方、駆動力：ＦのＹ軸方向の分力：Ｆｙがレンズ保持枠３０を主ガイドバー２３Ｍに付勢するように作用する。
また、Ｙ軸方向はガイド軸受部３２における副軸受３２Ｓのガイド孔３２Ｓａの短軸方向であるため、分力：Ｆｙはレンズ保持枠３０を副ガイドバー２３Ｓに付勢してガタ寄せするようにも作用する。

この構成によっても、レンズ保持枠３０（合焦レンズ２２）の移動中における、主ガイドバー２３Ｍと主軸受３２Ｍにおけるガイド孔３２Ｍａとの嵌合隙間に起因する合焦レンズ２２の光軸ＯＡに対する倒れ変動を抑制して、高い位置精度を保った円滑な移動が可能となる。さらに、副ガイドバー２３Ｓと副軸受３２Ｓにおけるガイド孔３２Ｓａとの嵌合隙間の変動に起因する合焦レンズ２２の光軸ＯＡに対する倒れ変動を抑制することもできるため、特に、カメラ１をＹ軸方向が鉛直方向でない姿勢（たとえば横位置）とした場合に、倒れ変動の抑制効果が得られる。

以上、本実施形態によると、以下の効果を有する。
（１）レンズ保持枠３０（合焦レンズ２２）の移動中における、ガイドバー２３と軸受３２におけるガイド孔３２Ｍａ，３２Ｓａとの嵌合隙間の変動に起因する合焦レンズ２２の光軸ＯＡに対する倒れ変動を抑制でき、合焦レンズ２２を円滑に高い位置精度で移動駆動することできる。

（２）コイル４１の回転中心である回転軸ＲＡは、コイル４１のＸ軸およびＹ軸を含む面内における駆動力作用中心を通るように設定されると共に、レンズ保持枠３０の重心ＧＣを通る鉛直線ＶＡと一致するように設定されている。このため、駆動力：ＦのＸ軸方向の分力：Ｆｘによる重心ＧＣ回りの回転モーメントがガイド軸受部３２に作用することはなく、重心ＧＣ回りの回転モーメントによる合焦レンズ２２の面倒れを防ぐことができる。

（変形形態）
以上、説明した実施形態に限定されることなく、以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
（１）本実施形態では、本発明をレンズ鏡筒２０の合焦レンズ２２に適用したものである。しかし、本発明は合焦レンズに限らず、ズームレンズにおいて焦点距離を変化させるズーミングレンズ等移動駆動されるレンズに適用しても良い。さらに、本発明は、レンズ鏡筒に限らず、プロジェクター等の光学要素が移動駆動される構成に適用しても良い。

（２）本実施形態では、一対のボイルコイルモータを備える構成を例として説明したが、ボイルコイルモータは１つであっても良い。
（３）ボイスコイルモータ４０におけるコイル４１の巻線中心軸ＣＡをＺ軸に対して回転させる方向は、必ずしもＸ軸およびＺ軸を含む平面と平行な面内またはＹ軸およびＺ軸を含む平面と平行な面内に限るものではなく、両者の間の角度に設定しても良い。

なお、実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。

１：カメラ、２０：レンズ鏡筒、２２：合焦レンズ、２３：ガイドバー、２３Ｍ：主ガイドバー、３０：レンズ保持枠、３２：ガイド軸受部、３２Ｍ：主軸受、３２Ｍａ：ガイド孔、４０：ボイスコイルモータ、４１：コイル、４２：ヨーク、４３：マグネット、ＯＡ：光軸、ＣＡ：巻線中心軸、θ，θ′：コイルの巻線中心軸のＺ軸に対する回転角度、Ｆ：駆動力、Ｆｚ：Ｚ軸方向の分力、Ｆｘ：Ｘ軸方向の分力、ＲＡ，ＲＡ′：回転軸、ＶＡ：鉛直線

Claims (7)

1. レンズを保持するレンズ保持枠と、
   前記レンズの光軸に沿って延び、前記レンズ保持枠を前記光軸方向に移動可能に案内するガイドバーと、
   前記光軸に沿って延びる一対のマグネットと、
   前記レンズ保持枠に取り付けられ、前記一対のマグネットにより生じる磁界との相互作用によって、前記光軸に沿った方向の成分と、前記光軸に対して垂直方向の成分とを有する力を受け、前記レンズ保持枠を、前記ガイドバーの案内により、前記光軸に沿って移動させる一対のコイルと、を備え、
   前記一対のコイルは、それぞれの巻き線の中心軸が前記光軸に対して傾いており、前記光軸方向から見て、前記光軸と直交する直線上の前記レンズの両側の位置に設けられていること、
   を特徴とする光学装置。
2. 請求項１に記載の光学装置であって、
   前記中心軸は、前記光学装置が光軸を水平に保ちレンズを被写体側に向けた正位置にあるときに、重力方向を向く第１軸線を中心として傾いていることを特徴とする光学装置。
3. 請求項１または２に記載の光学装置であって、
   前記中心軸は、前記光学装置が光軸を水平に保ちレンズを被写体側に向けた正位置にあるときに、水平方向を向く第２軸線を中心として傾いていること、
   を特徴とする光学装置。
4. 請求項２又は３に記載の光学装置において、
   前記レンズ、前記レンズ保持枠及び前記一対のコイルを含む、前記ガイドバーによって支持されている被支持体の重心を通り、且つ前記正位置のときに重力方向を向く第３軸線は、前記一対のコイルを通ること、を特徴とする光学装置。
5. 請求項４に記載の光学装置において、
   前記第３軸線は、前記一対のコイルの中心を貫通していること、を特徴とする光学装置。
6. 請求項１から５に記載の光学装置は、レンズ鏡筒であること、を特徴とする光学装置。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学装置を備えるカメラ。

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