JP5917021B2 - レンズ駆動装置およびそれを有する光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ駆動装置およびそれを有する光学機器に関する。

従来、フォーカスまたはズーム用のレンズ保持枠の駆動装置として、リードスクリューを有するモータと、レンズ保持枠に結合してリードスクリューに噛み合いモータの回転によりリードスクリューに沿って移動するラック部材を有するものが知られている。

特許文献１は、２つの部材からなるラック部材をバネ部材によってリードスクリューに付勢する構造を開示している。

特許文献２は、噛合部、付勢部、対向歯を有するラック部材を開示している。リードスクリューの片側に噛合部を、反対側に付勢部を配置して噛合部をリードスクリューに噛合せ、噛合部の反対側に噛合部から光軸方向にオフセットされた固定の対向歯を配置して衝撃時の歯跳び（位置ずれ）防止構造を形成している。また、ラック部材の可動範囲端で対向歯がリードスクリューのネジの無い領域にくるように構成し、レンズ保持枠の可動範囲端でラック部材の喰い付きを防止している。

特開平４−２４０６０９号公報 特開平９−２５８０８７号公報

特許文献１の構造において衝撃時にラック部材とリードスクリューとの位置ずれを防止するためには、バネ部材による付勢力を相当に増加する必要がある。そうすると、モータの負荷が増大するため、高トルクの大型モータが必要となり、装置の大型化やコストアップが課題となる。

特許文献２に開示された構造では、レンズ保持枠の可動範囲端以外の位置で強い衝撃を受けると噛合部とリードスクリューに喰い付き（塑性変形）が発生し、噛合部とリードスクリューの少なくとも一方が破壊されて作動不能となってしまうという課題があった。

そこで、本発明は、ラック部材とリードスクリューとの位置ずれおよび喰い付きを防止可能なレンズ駆動装置およびそれを有する光学機器を提供することを例示的な目的とする。

本発明のレンズ駆動装置は、レンズを保持する保持部材を駆動するレンズ駆動装置であって、リードスクリューを回転する駆動手段と、前記リードスクリューと噛み合う噛合部を有し、前記保持部材に結合して前記駆動手段によって前記リードスクリューが回転されると前記リードスクリューに沿って移動するラック部材と、前記噛合部を前記リードスクリューに第１の付勢力で付勢する第１の弾性部材と、前記噛合部に前記リードスクリューを挟んで対向して配置され、前記ラック部材に対して回転可能に取り付けられている対向歯部材と、前記対向歯部材を前記リードスクリューに近づく方向に第２の付勢力で付勢する第２の弾性部材と、を有し、前記第１の付勢力をＦ１、前記第２の付勢力をＦ２、前記噛合部と前記リードスクリューとの間に加えられた場合に前記噛合部と前記リードスクリューの少なくとも一方が破壊する力をＦ３とするとき、Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３を満足しており、通常状態において、前記噛合部は前記第１の弾性部材の前記第１の付勢力で前記リードスクリューに接しており、且つ前記対向歯部材は、前記リードスクリューに対して非接触であり、前記噛合部が前記リードスクリューのネジ山を乗り越える非通常状態において、前記対向歯部材が前記リードスクリューと接触することを特徴とする。

本発明によれば、ラック部材とリードスクリューとの位置ずれおよび喰い付きを防止可能なレンズ駆動装置およびそれを有する光学機器を提供することができる。

本実施形態の撮像装置（光学機器）のブロック図である。 図２（ａ）〜図２（ｃ）は、図１に示す第２レンズ群を駆動するレンズ駆動装置を異なる角度から見た斜視図である。 図２に示すレンズ駆動装置の部分拡大平面図である。 図４（ａ）はレンズ駆動装置の部分分解斜視図であり、図４（ｂ）はレンズ駆動装置の概略部分断面図である。 図５（ａ）はレンズ駆動装置の部分平面図であり、図５（ｂ）と（ｃ）は異なる角度から見たレンズ駆動装置の部分斜視図である。

図１は、本実施形態のビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像装置（光学機器）のブロック図である。

図１において、Ｌ１は変倍時に固定の正の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は光軸方向に移動することにより変倍動作を行う変倍レンズ群としての負の屈折力の第２レンズ群である。Ｌ３は固定の正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は光軸方向に移動することにより合焦動作を行う正の屈折力の第４レンズ群である。第１レンズ群Ｌ１〜第４レンズ群Ｌ４は被写体の光学像を形成する撮影光学系を構成している。

１は第１レンズ群Ｌ１を保持する前玉鏡筒、２は第２レンズ群Ｌ２を保持する第１の保持部材（レンズ保持枠）、３は第３レンズ群Ｌ３を保持する固定部材である。４は第４レンズ群Ｌ４を保持する第２の保持部材（レンズ保持枠）である。第１の保持部材２と第２の保持部材４は、撮影光学系の光軸方向に移動可能に支持されている。

５は、光学系の開口径を変化させる絞り装置であり、駆動部６により２枚の絞り羽根を互いに逆方向に移動させて開口径を変化させるギロチン式の絞り装置である。

ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等からなる撮像手段３０は、不図示の後部鏡筒により固定保持されている。撮像手段３０より撮影信号がカメラ信号処理回路３１に出力される。

カメラ信号処理回路３１は、撮像手段３０の出力に増幅やガンマー補正などを施す。カメラ信号処理回路３１で増幅やガンマー補正などを施された信号がマイコン３２に出力される。

マイコンは、多数の信号を取り入れて信号処理を行うと共に、入力信号に応じて多数の信号を出力し、光学機器の制御等を施す。３３はマイコン３２で信号処理された画像信号や、その他、記録条件などを記録する記録手段である。

３４は、駆動部６の駆動磁石の回転位置をホール素子で検出する絞りセンサー回路である。マイコン３２は、カメラ信号処理回路３１からの入力信号と絞りセンサー３４からの絞り駆動部の回転量などの入力信号に応じて、絞り駆動回路３７に絞り駆動の信号出力を出し、光量調整を行う。

５０は変倍動作を指示するズームスイッチ、５１は撮影者が意識的にマニュアルフォーカス動作（合焦動作）を指示するフォーカススイッチ、５２は電源スイッチである。

第１の保持部材（レンズ保持枠）２はレンズ駆動装置によって光軸方向に移動される。図２（ａ）〜図２（ｃ）は、を駆動するレンズ駆動装置を異なる角度から見た斜視図である。図３は、レンズ駆動装置の部分拡大平面図である。

図４（ａ）はレンズ駆動装置の部分分解斜視図であり、リードスクリュー８ａは省略されている。図４（ｂ）はレンズ駆動装置の概略部分断面図である。図５（ａ）はレンズ駆動装置の部分平面図であり、図５（ｂ）と（ｃ）は異なる角度から見たレンズ駆動装置の部分斜視図であり、リードスクリュー８ａは省略されている。

図２（ａ）に示すように、第１の保持部材２は、光軸方向に平行に延びる一対のガイドバー１０１，１０２により撮影光学系の光軸方向に移動可能に支持されている。また、第１の保持部材２は、図２（ａ）〜（ｃ）、図５（ａ）に示すように、スリーブ部２ａ、回り止め係合凹部２ｂ、一対の係合穴部２ｃ、２ｄ、ストッパー２ｅを有する。

レンズ駆動装置は、ラック部材７、ズームモータ８、リードスクリュー（送りネジ）８ａ、対向歯部材４０、ねじりコイルバネ（第１の弾性部材）４６、バネ部材（第２の弾性部材）４７を有する。

ラック部材７は、図１に示すように、第１の保持部材２と結合し、本歯部（噛合部）７１、係止部７２、軸部７３、バネ保持部７４、軸部７５、テーパー部７６、係合部７７、係止穴７８、回転規制部７９を有する。

本歯部７１は、図３と図４（ａ）に示すように、リードスクリュー８ａのネジ部と噛み合う（係合する）噛合部として機能する。

支持部７２は、凹部形状を有して凹部の窪みにねじりコイルバネ４６の一端４６ａを係止し、ねじりコイルバネ４６によって図４（ｂ）に示すように付勢力係止部７２ａＦ１が加えられる。この結果、付勢力Ｆ１によってラック部材７の本歯部７１は常時はリードスクリュー８ａに押し付けられている。なお、第１の弾性部材はねじりコイルバネには限定されない。

ズームモータ８は、第２レンズ群Ｌ２を光軸方向に移動し変倍動作を行わせるアクチュエータ（駆動手段）であり、ズーム駆動回路３５からの駆動信号によって駆動される。

リードスクリュー（送りネジ）８ａには、ラック部材７が噛み合い、ズームモータ８の回転により第１の保持部材２は光軸方向に移動する。リードスクリュー８ａは、ズームモータ８のロータと同軸でズームモータ８によって回転される。リードスクリュー８ａは、その長手方向が撮影光学系（または第２レンズ群Ｌ２）の光軸と平行になるように配置されている。図３（ａ）に示すように、リードスクリュー８の最外径（山部先端の径）はＤ１であり、最内径（谷部最深部の径）はＤ３である。

軸部７３は、対向歯部材４０が回転可能に係合し、対向歯部材４０の回転軸として機能する。軸部７３は、断面形状が円と長方形の一部を結合した形状を有する。

対向歯部材４０は、落下等の外乱衝撃による歯飛びを防止するための対向歯部４１と、軸部７３に回転可能に係合する一対の係合穴部４２と、を有する。

図３及び図４（ｂ）に示すように、本歯部７１と対向歯部４１とはリードスクリュー８ａに対向するように設けられている。後述するように、対向歯部材４０が回転可能にラック部材７に固定されているので、本歯部７１と対向歯部４１の間隔は変更可能に構成されている。

図４（ｂ）に概略的に示すように、本歯部７１と対向歯部４１の稜線は平行である。また、図３及び図４（ｂ）に示すように、本歯部７１はリードスクリュー８ａと常時接触しているのに対して対向歯部４１とリードスクリュー８ａとは常時接触しておらず離れている（即ち、図３に示すように空隙がある）。そして、対向歯部４１は、本歯部７１がネジ山を乗り越えるときにのみ、リードスクリュー８ａのネジ歯と当接するように構成されている。

落下衝撃等により、ラック部材７へ光軸方向の負荷が発生し、本歯部７１がリードスクリュー８ａから離れようとした場合、対向歯部４１がリードスクリュー８ａに噛合うことによって歯飛びによる位置ズレを防止することができる。

また、本歯部７１の山部先端と対向歯部４１の山部先端との距離はＤ２である。この時、以下の条件式が満足される。数式１によって簡易な構成で本歯部７１とリードスクリュー８ａとの位置ずれを防止することができる。

一対の係合穴部４２は、対向歯部４１の両側に設けられ、Ｕ字形状の断面穴形状を有し、軸部７３に、軸部７３の中心軸である図４（ａ）に示す光軸とほぼ平行なＸ１−Ｘ１軸の周りに回転可能に係合される。

ラック部材７の軸部７３が固定されている場合、図４（ａ）の右側に示すように、係合穴部４２を有する対向歯部材４０が反時計回り方向Ｃ２に回転しようとしても、軸部７３のストッパー７３ａがそれを妨げ、時計回り方向Ｃ１のみの回転を許容する。ストッパー７３ａは平面形状を有するので、構成が簡単である。なお、図４（ａ）の右側では、ストッパー７３ａと係合穴部４２のラック部材側の面とは垂直であるが、ストッパー７３ａの延びる方向が時計回り方向Ｃ１に折れ曲がるなどしてもよい。

このように、ストッパー７３ａは、対向歯部４１がリードスクリュー８ａ（および本歯部７１）に近づく方向に変位することを防止し、対向歯部４１がリードスクリュー８ａ（および本歯部７１）から離れる方向に変位することを許容する。この結果、常時、距離Ｄ２は一定に維持されている。

また、軸部７３の延長部７３ｂが係合穴部４２と接触して対向歯部材４０の時計回り方向Ｃ１における一定角度以上の回転を防止する。

バネ保持部７４は、ねじりコイルバネ４６の中空穴４６ｃに挿入されてねじりコイルバネ４６を保持し、ラック部材７の端面７４ａから光軸方向に突出した突出部である。ねじりコイルバネ４６の一端４６ａは係止部７２に係止され、他端４６ｂは第１の保持部材２のストッパー２ｅに係止される。この結果、コイルバネ４６は、図５（ｂ）に示すように、付勢力Ｆ１を加える。

バネ保持部７４が挿入されているねじりコイルバネ４６のバネ部は圧縮バネとしても作用する。このバネ部は、図５（ａ）に示すように、一端がラック部材７の端面７４ａに係止され、他端が第１の保持部材２の係合穴部２ｄの内側（ラック部材７側）の端部２ｄ_１に係止されている。この結果、図５（ｂ）に示すように、ねじりコイルバネ４６は、ラック部材７と第１の保持部材２との間に付勢力Ｆ４を加えるバネ部を有する。ねじりコイルバネ４６が２つの付勢力Ｆ１とＦ４を加えて多機能化されているので、これらを別々に加える２つのバネ部材を設けるよりも小型化とコストダウンを図ることができる。

一対の軸部７５は円柱形状の突起であり、第１の保持部材２の係合穴部２ｃ、２ｄが回転可能に係合され、これによってラック部材７と第１の保持部材２が結合される。軸部７５の中心軸はＸ１−Ｘ１軸と平行でＸ１−Ｘ１軸に対して本歯部７１と反対側にあるＸ２−Ｘ２軸である。一対の軸部７５の一方はバネ保持部７４の端部に設けられる。

バネ保持部７４とは反対側にある軸部７５はテーパー部７６に設けられている。図５（ｂ）に示すように、ねじりコイルバネ４６の付勢力Ｆ４によってテーパー部７６が係合穴部２ｃに光軸方向に付勢され、ガタ付きがなく第１の保持部材２をラック部材７と共に光軸方向に連動させることができる。

また、対向歯部材４０は、断面Ｊ字形状を有する板ばねとしてのバネ部材４７と係合している。バネ部材４７は、係合溝４７ａ、付勢部４７ｂ、係止部４７ｃを有する。なお、バネ部材４７はトーションバネ等の線バネなど他の弾性部材でもよい。

係合部７７は、図４（ａ）に示す軸部７３の下（本歯部７１と反対側）に設けられて内側に（対向歯部材４０の方向に）突出している突出部である。係合部７７の図４（ａ）に示す下部はバネ部材の係合溝４７ａ内に配置され、係止部４７ｃは係止穴７８に挿入されて係止される。また、付勢部４７ｂが図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように対向歯部４１の裏面と接触してこれをリードスクリュー８ａの方向に付勢力Ｆ２で付勢する。

即ち、バネ部材４７の付勢力Ｆ２により、対向歯部４１はリードスクリュー８ａの側に（図４（ａ）の右側の反時計回り方向Ｃ２に付勢されているが、ストッパー７３ａによって回転が規制されている。即ち、対向歯部４１はストッパー７３ａに付勢力Ｆ２により付勢されている。上述したように、通常、対向歯部４１は、リードスクリュー８ａに非接触な位置に固定されている。

ここで、以下に示す数式２はラック部材７の本歯部７１とリードスクリュー８ａとの位置ずれおよび喰い付きを防止するための条件式である。第１の弾性部材が本歯部７１に加える第１の付勢力Ｆ１よりも第２の弾性部材が加える第２の付勢力Ｆ２の方が大きいことによって、強い衝撃を受けた場合に歯跳び（位置ずれ）を防止することができる。また、第２の付勢力Ｆ２は力Ｆ３よりも小さく設定される。力Ｆ３はそれを本歯部７１とリードスクリュー８ａとの間に加えた場合に本歯部７１とリードスクリューの少なくとも一方が破壊する力である。この結果、対向歯部材４０はラック部材７に対して離れる方向に回転（対向歯部４１は本歯部７１から離れる方向に変位）し、ラック部材７の食い付きを防止することができる。

回転規制部７９は、長方形の薄板形状を有し、図２（ｂ）、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、本歯部７１とは反対側の端部に設けられ、第１の保持部材２のストッパー２ｅ接触可能に構成される。

第１の保持部材２の仮組み状態では、ラック７はねじりコイルバネ４６の付勢力Ｆ１によって、Ｘ２−Ｘ２軸の回りに付勢され、ラック７の回転規制部７９がストッパー２ｅに付き当てられている。

ズームモータ８を組み込むと、本歯部７１がリードスクリュー８ａに噛合わされ、ラック７の回転規制部７９がストッパー２ｅから外れることで、付勢力Ｆ１によって本歯部７１がリードスクリュー８ａに付勢される。

強い落下衝撃力によって、図３に示すように、リードスクリュー８ａから対向歯部４１が外れる方向に発生する力Ｆ４が付勢力Ｆ２を超えると、対向歯部材４０はＸ１−Ｘ１軸回りにリードスクリュー８ａから離れる。これにより、対向歯部４１および本歯部７１の破壊および喰い付きを防止する。

９は、ズーム初期位置センサーとしてのフォトインタラプタである。フォトインタラプタ９は、第１の保持部材２に形成された不図示の遮光部の光軸方向への移動による遮光、透光の切り替わりを電気的に検出し、第１の保持部材２の光軸方向における基準位置を検出する。

電源スイッチ５２が入れられるとズームモータ８は、マイコン３２からの信号によりズーム駆動回路３５から駆動信号を受け、フォトインタラプタ９が第１の保持部材２の初期位置を検出し、第１の保持部材２は予め決められた初期位置に移動し待機する。ズームモータ８は、初期位置からのズームスイッチ５０の操作に対応したステップ数だけ駆動される。即ち、ズームスイッチ５０が操作されると、移動方向がどちらに操作されているかをマイコン３２が判断し、ズーム動作が行なわれる。

１１は、第４レンズ群Ｌ４を光軸方向に移動し合焦動作を行わせるアクチュエータ（駆動手段）としてのフォーカスモータである。フォーカスモータ１１は、フォーカス駆動回路３６からの駆動信号によって駆動される。

第２の保持部材４も同様に、光軸方向に平行に延びる一対のガイドバー１０１，１０２により撮影光学系の光軸方向に移動可能に支持されている。第２の保持部材４も第１の保持部材２と同様の構成を有し、第２の保持部材４も第１の保持部材２と同様のレンズ駆動装置によって光軸方向に移動される。

リードスクリュー（送りネジ）１１ａには、光軸方向への移動が自在に案内保持された第２の保持部材４に設置されたラック部材１０が噛み合っており、フォーカスモータ１１の回転により第２の保持部材４は光軸方向に移動する。リードスクリュー１１ａは、フォーカスモータ１１のロータと同軸かつ撮影光学系（または第４レンズ群Ｌ４）の光軸と平行に配置されている。

１２は、フォーカス初期位置センサーとしてのフォトインタラプタである。フォトインタラプタ１２は、第２の保持部材４に形成された不図示の遮光部の光軸方向への移動による遮光、透光の切り替わりを電気的に検出し、第２の保持部材４の光軸方向における基準位置を検出する。

電源スイッチ５２が入れられるとフォーカスモータ１１は、マイコン３２からの信号によりフォーカス駆動回路３６から駆動信号を受ける。そして、フォトインタラプタ１２が第２の保持部材４の初期位置を検出し、第２の保持部材４は、予め決められた初期位置に移動し待機する。フォーカスモータ１１は、初期位置からのズームスイッチ５０およびフォーカススイッチ５１の操作に対応したステップ数だけ駆動される。また、オートフォーカス時、フォーカス駆動回路３６は、マイコン３２からの入力信号に応じてフォーカスモータ１１に通電し、第４レンズ群Ｌ４を光軸方向に駆動する。

本実施形態では、ラック部材７と対向歯部材４０が別体で、対向歯部材４０はラック部材７に軸部７３の回りに回転可能に取り付けられている。しかし、ラック部材７と対向歯部材４０は一体で全体として断面Ｕ字形状を有し、例えば、弾性変形などにより対向歯部材４０に相当する部分がラック部材７に相当する部分に対して変位可能であってもよい。

本実施例によれば、第１の付勢力Ｆ１よりも第２の付勢力Ｆ２が高いので本歯部７１とリードスクリュー８ａとの間の位置ずれ（歯跳び）を防止することができる。また、第２の付勢力Ｆ２が力Ｆ３よりも低いので本歯部７１とリードスクリュー８ａとの間の喰い付きを防止して両者の少なくとも一方の破損を防止することができる。

本実施例のレンズ駆動装置は、ズーム用のレンズ保持枠、フォーカス用のレンズ保持枠以外のレンズ保持枠または他の保持部材の移動にも適用することができる。本実施形態の光学機器は、デジタルカメラなど携帯性が高いので落下などの衝撃を受け易いので、特に本実施形態の効果は大きい。但し、携帯型電子機器でなくても地震などの衝撃を受ける場合があるので携帯型電子機器に限定されず、広く被移動体の駆動装置（移動装置）に適用することができる。

以上、本発明の実施形態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。

本実施例のレンズ駆動装置はレンズを移動する用途に適用することができ、撮像装置（光学機器）に適用することができる。

Ｌ２…第２レンズ群、２…第１の保持部材、８…ズームモータ（駆動手段）、８ａ…リードスクリュー、７…ラック部材、７１…本歯部（噛合部）、４６…ねじりコイルバネ（第１の弾性部材）、４１…対向歯部、４７…バネ部材（第２の弾性部材）

Claims (4)

1. レンズを保持する保持部材を駆動するレンズ駆動装置であって、
   リードスクリューを回転する駆動手段と、
   前記リードスクリューと噛み合う噛合部を有し、前記保持部材に結合して前記駆動手段によって前記リードスクリューが回転されると前記リードスクリューに沿って移動するラック部材と、
   前記噛合部を前記リードスクリューに第１の付勢力で付勢する第１の弾性部材と、
   前記噛合部に前記リードスクリューを挟んで対向して配置され、前記ラック部材に対して回転可能に取り付けられている対向歯部材と、
   前記対向歯部材を前記リードスクリューに近づく方向に第２の付勢力で付勢する第２の弾性部材と、
   を有し、前記第１の付勢力をＦ１、前記第２の付勢力をＦ２、前記噛合部と前記リードスクリューとの間に加えられた場合に前記噛合部と前記リードスクリューの少なくとも一方が破壊する力をＦ３とするとき、
   Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ３
   を満足しており、
   通常状態において、前記噛合部は前記第１の弾性部材の前記第１の付勢力で前記リードスクリューに接しており、且つ前記対向歯部材は、前記リードスクリューに対して非接触であり、
   前記噛合部が前記リードスクリューのネジ山を乗り越える非通常状態において、前記対向歯部材が前記リードスクリューと接触する、
   ことを特徴とするレンズ駆動装置。
2. 前記リードスクリューの山部先端の径をＤ１、常時における前記噛合部の山部先端と前記対向歯部材の山部先端の距離をＤ２、前記リードスクリューの谷部最深部の径をＤ３とすると、以下の条件式が満足されることを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
   Ｄ３≦Ｄ２＜Ｄ１
3. 前記ラック部材は前記リードスクリューと平行な軸に沿って前記保持部材と係合し、
   前記第１の弾性部材は、前記リードスクリューと平行な軸の周りに配置されて前記ラック部材と前記保持部材との間に付勢力を加えるバネ部を更に有するねじりコイルバネであることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ駆動装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のレンズ駆動装置を有することを特徴とする光学機器。