JP5968157B2 - レンズ装置および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズを光軸方向に移動させる機構を備え、撮像装置に対して交換可能なまたは一体に設けられたレンズ装置に関する。

一眼レフカメラ等の撮像装置に対して用いられるレンズ装置は、変倍や焦点調節を行うためにレンズ（およびこれを保持するレンズ保持部材）を光軸方向に移動させる機構を有する。このような機構内には、スムーズな動きを可能とするためのクリアランスが設けられているが、レンズ装置を含めた撮像装置の姿勢によって該クリアランス（ギャップ）が狭まる方向が変化すると、レンズ装置の光学性能まで変化するおそれがある。このため、撮像装置の姿勢が変化しても上記ギャップが狭まる方向が変化しないようにする対策が必要となる。

特許文献１および特許文献２には、ばねを用いて２つの部材のうち一方を他方に対して常に押圧するように付勢する（片寄せする）構成が開示されている。具体的には、特許文献１の構成では、光軸方向に移動する２つのレンズ保持部材の間に光軸方向に対して斜めになるようにばねを掛け渡す。そして、このばねが発生する付勢力によって、該２つのレンズ保持部材のそれぞれに設けられたカムフォロワを、カム環に形成された２本のカム溝のそれぞれにおける一方のカム面に片寄せする。また、特許文献２の構成では、光軸方向に平行な軸回りに巻かれたコイルばねを捻った状態で取り付けている。そして、該コイルばねに発生する光軸方向に直交する面内での回転する方向への付勢力を利用して、レンズ保持部材に設けられたナットをモータの出力軸に設けられたリードスクリューに片寄せする。

特開２００２−２６７９１９号公報 特開２００７−１０１６３４号公報

特許文献１にて開示された構成は、２つのレンズ保持部材が光軸方向に移動するだけで光軸回り方向に回転しない場合には、十分な片寄せ機能を果たす。しかしながら、一方のレンズ保持部材が他方に対して光軸回り方向に回転する場合には、これらの間に光軸方向に対して斜めに掛け渡されたばねにおける付勢力の発生方向が変化する。また、特許文献２にて開示されたように光軸回り方向に捻られることで付勢力を発生するばねを用いたとしても、一方のレンズ保持部材の回転によってばねの捻れ量が変化し、その結果、付勢力の大きさも変化する。そして、付勢力の発生方向や大きさの変化により、片寄せが不十分になる、つまりは姿勢変化によって光学性能が変化するおそれがある。

本発明は、一方のレンズ保持部材が他方のレンズ保持部材に対して光軸回りで回転しながら光軸方向に移動する機構を有し、姿勢変化による光学性能の変化が少ないレンズ装置を提供する。

本発明の一側面としてのレンズ装置は、第１のレンズを保持し、第１のカムが形成された第１の部材と、第２のレンズを保持するとともに、第１のカムに係合する第１のカムフォロワが設けられ、第１の部材に対して光軸回り方向に回転することで第１のカムにより第１の部材に対して光軸方向に移動される第２の部材と、第２の部材に設けられた第２のカムフォロワに係合し、第２の部材を第１の部材に対して光軸回り方向に回転させる第２のカムが形成された第３の部材と、光軸回り方向における複数箇所にて、第１の部材と第２の部材との間に光軸方向に対して斜めの方向に付勢力を発生するように配置され、該付勢力により第１および第２のカムフォロワをそれぞれ第１および第２のカムに押圧させる複数の付勢部材とを有する。そして、複数の付勢部材の各々は、第２の部材の第１の部材に対する回転に伴って該付勢部材における該付勢力の発生方向が変化しても、該付勢力により、第２の部材の回転範囲の全域において第１のカムフォロアを第１のカムにおける同一のカム面に押圧させ、第２のカムフォロワを第２のカムにおける同一のカム面に押圧させることを特徴とする。

なお、上記レンズ装置が交換可能に装着され又は一体に設けられ、該レンズ装置により形成された被写体像を撮像する撮像装置も、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、第１の部材が第２の部材に対して光軸回りで回転することで付勢部材の付勢力発生方向が変化しても、第２の部材の回転範囲の全域で各カムフォロワを各カムの同一のカム面に十分な付勢力で押圧し続けることができる。これにより、第１の部材が第２の部材に対して光軸回りで回転しながら光軸方向に移動する場合でも、姿勢の変化による光学性能の変化が少ないレンズ装置を実現できる。

本発明の実施例１である交換レンズの鏡筒構成を示す展開図。 実施例１の交換レンズが装着された撮像装置の構成を示す断面図。 図２に示した交換レンズの鏡筒構成の部分斜視図。 本発明の実施例２である交換レンズの鏡筒構成の部分斜視図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図２には、本発明の実施例１であるレンズ装置としての交換レンズおよび該交換レンズが交換可能に取り付けられた撮像装置としてのデジタル一眼レフカメラの構成を示している。なお、本実施例では、レンズ交換型の撮像装置について説明するが、本発明の他の実施例としてのレンズ装置は、レンズ一体型の撮像装置に用いることもできる。

図２において、ＡＸＬは交換レンズ（撮影光学系）の光軸であり、以下、この光軸ＡＸＬが延びる方向（Ｚ方向）を光軸方向という。また、Ｘ方向およびＹ方向は、光軸方向に対して直交する方向であり、後述する撮像素子６の撮像面の長辺方向に平行な方向をＸ方向（水平方向）とし、その短辺方向に平行な方向をＹ方向（垂直方向）としている。

１はデジタル一眼レフカメラとしてのカメラ本体（以下、単にカメラという）である。２はカメラ１に交換可能に装着された交換レンズである。

まず、カメラ１の構成について説明する。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内の撮影光学系からの光束の光路内に配置され、該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（像面側）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に対して一体的に進退することができる。

焦点検出ユニット５は、位相差検出方式での焦点検出（撮影光学系の焦点状態の検出）を行う。この焦点検出の結果に応じて、交換レンズ２に設けられた後述するフォーカス駆動ユニットが制御されて、オートフォーカス（ＡＦ）が行われる。

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る。撮像素子６の受光面（撮像面）には、撮影光学系からの光束によって物体像（被写体像）が形成される。撮像素子６は、被写体像を光電変換して撮像信号を出力する。不図示の信号処理部は、撮像信号に対して各種処理を行って画像信号を生成する。

９はディスプレイパネルであり、信号処理部から出力される画像信号やその他の様々な撮像に関する情報を表示する。

このように構成されたカメラ１は、不図示の撮影ボタンの半押し操作に応じて測光およびＡＦを行い、さらに撮影ボタンの全押し操作に応じて撮像動作を行い、記録用画像を生成し、これを半導体メモリ等の不図示の記録媒体に記録する。

次に、交換レンズ２の構成について説明する。撮影光学系は、被写体側から像側に順に、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および第７レンズユニット１０７を含む。また、第４レンズユニット１０４と第５レンズユニット１０５の間には、撮影光学系の一部である絞りユニット１０８が配置されている。

第２レンズユニット１０２は、これを保持する２群鏡筒（符号なし）とともにフォーカスレンズユニットを構成している。フォーカスレンズユニットは、後述するフォーカス駆動ユニット１０９の駆動力を受けて、後述する案内筒２３およびカム筒２４に対して光軸回り方向にて回転しながら光軸方向に移動し、焦点調節を行う。フォーカス駆動ユニット１０９は、駆動源としての振動型モータと、フォーカス操作環４２と、振動型モータおよびフォーカス操作環４２により光軸回り方向にて回転駆動され、フォーカスレンズユニットを回転させるキー部（図示せず）とにより構成されている。

符号は付していないが、カム筒２４には、フォーカスカム溝部が形成されており、このフォーカスカム溝部には、フォーカスレンズユニットに設けられたフォーカスカムフォロワが係合している。このため、フォーカスレンズユニットがカム筒２４に対して光軸回り方向に回転すると、フォーカスレンズユニットはフォーカスカム溝部によって光軸方向に移動される。

第６レンズユニット１０６は、不図示の防振ユニットからの駆動力を受けて光軸に直交するＸ，Ｙ方向にシフトして防振（像振れ補正）を行う。絞りユニット１０８は、撮影光学系を通過して撮像素子６に到達する光量を調節する。

２１は外装環であり、カメラ１に対して着脱が可能なマウント４３に固定されている。２２は固定筒であり、外装環２１に固定されている。２３は案内筒（「第３の部材」）である。案内筒２３には、後述する第２のカム溝部および第２の直進溝部が形成されている。

２４はカム筒（「第４の部材」）である。カム筒２４には、前述したフォーカスカム溝部に加えて、後述する第３のカム溝部が形成されている。カム筒２４は、案内筒２３の外周に該案内筒２３に対して光軸回り方向に回転可能に保持されている。４１はズーム操作環であり、これを使用者が回転操作することで、カム筒２４が光軸回り方向に回転する。

以下、図３を併せ用いて、第３および第４レンズユニット１０３および１０４を含む後群ユニットとこれを光軸方向に移動させる機構について説明する。３１は後群ベース筒である。後群ベース筒３１には、第３のカムフォロワ２５が設けられているとともに、第１のカム溝部３１ａが形成されている。後群ベース筒３１は、第３レンズユニット１０３を保持した３群鏡筒３３を保持する。言い換えれば、後群ベース筒３１は、３群鏡筒３３を介して第３レンズユニット１０３を保持している。後群ベース筒３１と３群鏡筒３３とが、「第１のレンズ」としての第３レンズユニット１０３を保持するレンズ保持部材である「第１の部材」を構成する。

第３のカムフォロワ２５は、案内筒２３に光軸方向に延びるように形成された第３の直進溝部２３ｂと、カム筒２４に形成された第３のカム溝部２４ａとに係合している。第３のカムフォロワ２５は、第３のカム溝部２４ａと第３の直進溝部２３ｂとの交差位置が変化することで光軸方向に移動する。これにより、後群ベース筒３１（つまりは第３レンズユニット１０３、さらに後述するように第４レンズユニット１０４）も光軸方向に移動する。

３２は「第２の部材」に相当する４群鏡筒であり、「第２のレンズ」に相当する第４レンズユニット１０４を保持するレンズ保持部材である。４群鏡筒３２には、後群ベース筒３１の第１のカム溝部３１ａに係合する第１のカムフォロワ３６と、案内筒２３の第２のカム溝部２３ａに係合する第２のカムフォロワ３７が設けられている。４群鏡筒３２は、後群ベース筒３１によって光軸方向に移動可能に保持されている。

このため、カム筒２４が回転すると、４群鏡筒３２は、後群ベース筒３１（３群鏡筒３３）とともに光軸方向に移動する。また、この後群ベース筒３１の光軸方向への移動に伴って、４群鏡筒３２は、第２のカムフォロワ３７を介して案内筒２３の第２のカム溝部２３ａによって後群ベース筒３１に対して光軸回り方向に回転させられる。そして、この４群鏡筒３２の回転により、４群鏡筒３２は、第１のカムフォロワ３６を介して後群ベース筒３１の第１のカム溝部３１ａによって光軸方向に移動される。

このように、３群鏡筒３３（第３レンズユニット１０３）と４群鏡筒３４（第４レンズユニット１０４）は、光軸方向における互いの間隔を変化させながら光軸方向に移動して変倍を行う。

ここで、第１のカムフォロワ３６と第１のカム溝部３１ａにおける両側の内面（カム面とその反対側の面）との間には、第１のカムフォロワ３６がスムーズに第１のカム溝部３１ａ内を移動できるように、所定のクリアランス（ギャップ）が設けられている。このため、本実施例では、このクリアランスによる第１のカムフォロワ３６の第１のカム溝部３１ａ内でのがたつきを防止するために、以下の片寄せ構造を設けている。

このため、４群鏡筒３２は、付勢部材としての引張ばね（引張コイルばね又は引張力を発生する他の種類のばね）３５の一端が引っ掛けられるばね掛け部３２ａを有する。また、３群鏡筒３３には、引張ばね３５の他端が引っ掛けられるばね掛け部３３ａが形成されている。そして、引張ばね３５は、３群鏡筒３３と４群鏡筒３２との間に光軸方向に対して斜めの方向に引張力としての付勢力を発生するように配置される（掛け渡される）。

図３には、光軸方向に直交するＸＹ面に対して第１のカム溝部３１ａが延びる方向（リード方向）がなす角度αと、ＸＹ面に対して引張ばね３５のばね長手方向、つまりは引張ばね３５にて付勢力が発生する方向（付勢力発生方向）がなす角度βとを示している。また、ＸＹ面に対して第２のカム溝部２３ａのリード方向がなす角度γも示している。付勢力発生方向が光軸方向に対して斜めとなっていることで、引張ばね３５が発生する付勢力のＸＹ面に平行な分力（以下、回転分力という）が、４群鏡筒３２を後群ベース筒３１に対して光軸回り方向に回転させる力となる。そして、この回転分力は、４群鏡筒３２に設けられた第１および第２のカムフォロワ３６，３７をそれぞれ、第１および第２のカム溝部３１ａ，２３ａのカム面に押圧（片寄せ）する。

図１（Ａ）〜（Ｃ）には、後群ベース筒３１、３群鏡筒３３、４群鏡筒３２および引張ばね３５における広角端（ＷＩＤＥ）状態、中間ズーム（ＭＩＤＤＬＥ）状態および望遠端（ＴＥＬＥ）状態での関係を、これらを光軸回り方向に展開した図により示している。これらの図の上下方向が光軸方向に相当する。なお、引張ばね３５は、光軸回り方向における等間隔の複数箇所において３群鏡筒３３（ばね掛け部３３ａ）と４群鏡筒３２（ばね掛け部３２ａ）との間に掛け渡されるように複数設けられている。

そして、これらの図から分かるように、ＷＩＤＥ状態からＴＥＬＥ状態までの４群鏡筒３２の回転範囲の全域（変倍の全域）において、
α＜β＜γ ．．．（１）
の関係を満足している。

４群鏡筒３２の後群ベース筒３１および３群鏡筒３３に対する回転に伴って各引張ばね３５の付勢力発生方向、つまりは角度βが変化する。しかし、各引張ばね３５の付勢力のうち回転分力は、４群鏡筒３２の回転範囲の全域において、第１および第２のカムフォロワ３６，３７をそれぞれ第１および第２のカム溝部３１ａ，２３ａにおける同一のカム面３１ａ１，２３ａ１に押圧するように発生する。言い換えれば、上記回転範囲の一部領域にて回転分力の方向が他の領域とは反対になって、第１および第２のカムフォロワ３６，３７をそれぞれ第１および第２のカム溝部３１ａ，２３ａにおける他の面３１ａ２，２３ａ２に押圧することがない。

変倍全域にて両カムフォロワ３６，３７を同一のカム面３１ａ１，２３ａ１に押圧させることにより、一部の変倍域にて他の面３１ａ２，２３ａ２に押圧される場合に比べて、光学性能の変化（例えば、変倍のスムーズさの低下）を抑えることができる。すなわち、４群鏡筒３２の回転により引張ばね３５の付勢力発生方向が変化しても、４群鏡筒３２の回転範囲の全域で両カムフォロワ３６，３７を同一のカム面３１ａ１，２３ａ１に十分な付勢力で押圧し続けることができる。これにより、４群鏡筒３２が後群ベース筒３１および３群鏡筒３３に対して光軸回りで回転しながら光軸方向に移動する場合でも、交換レンズ２（およびカメラ２）の姿勢の変化による光学性能の変化を抑えることができる。

なお、第１のカム溝部３１ａのカム面３１ａ１と第１のカムフォロワ３６との間の摩擦係数μ_１および第２のカム溝部２３ａのカム面２３ａ１と第２のカムフォロワ３７との間の摩擦係数μ_２を考慮して、以下の関係を満足するとより良い。
｜cos(β-α)｜−｜μ_１sin(β-α)｜＞０
｜cos(γ-β)｜−｜μ_２sin(γ-β)｜＞０ ．．．（２）
上述した回転分力は、各カムフォロワを各カム溝部のカム面に垂直に押圧する力に対して生じる摩擦力を、各カム溝部に平行な分力から引いたものとなる。このため、上記関係を満足すれば、４群鏡筒３２の回転範囲の全域において、各カムフォロワを各カム溝部の同一のカム面に十分な付勢力で押圧し続けることができる。

また、本実施例では、引張ばね３５を光軸方向に対して傾けて配置しているが、引張ばね３５（両端のフック部）はばね掛け部３２ａ，３３ａを支点として回転できるため、ばね掛け部３２ａ，３３ａ間を直線でつなぐ方向に付勢力を発生させることができる。このため、４群鏡筒３２の回転方向に意図しない付勢力が作用することを防止できる。しかも、引張ばね３５がばね掛け部３２ａ，３３ａを支点として回転可能であることで、他のばね（例えば、圧縮コイルばね）に比べて４群鏡筒３２の回転範囲を大きくすることができる。これにより、第１のカム溝部３１ａのリード方向の角度αが同じであれば、４群鏡筒３２の光軸方向の移動量を大きくすることになるため、小型化と変倍率の増加につながる。

なお、本実施例では、第１および第２のカム溝部３１ａ，２３ａが線形カムである場合について説明したが、これらのカム溝部は非線形カムでもよい。この場合、角度α，γも４群鏡筒３２の回転に応じて変化することになるが、上述した（１）または（２）の関係を満足するように引張ばね３５を配置すればよい。

図４には、本発明の実施例２であるレンズ鏡筒の要部斜視図である。実施例１では付勢部材として引張ばね３５を使用したが、本実施例では付勢部材として圧縮ばね（圧縮コイルばね又は圧縮により戻り力を発生する他の種類のばね）３５′を使用している。また、圧縮ばね３５′を使用することで、実施例１のばね掛け部３２ａ，３３ａを、圧縮ばね３５′の両端を受けるようにばね受け部３２ａ′，３３ａ′に変更している。

本実施例でも、複数の圧縮ばね３５′が、光軸回り方向の複数箇所において、光軸方向に対して斜めの方向に圧縮に対する戻り力としての付勢力を発生するように配置されている。そして、各圧縮ばね３５′は、４群鏡筒３２の回転に伴って付勢力発生方向が変化しても、その回転範囲の全域にて第１および第２のカムフォロワ３６，３７をそれぞれ第１および第２のカム溝部３１ａ，２３ａの同一のカム面３１ａ１，２３ａ１に押圧する。

また、本実施例でも、実施例１にて説明した（１）または（２）の条件を満足すると、さらに良い。

上記各実施例では、第１および第２のレンズが変倍用のレンズユニットである場合のそれを移動させる機構について説明したが、同様の機構を焦点調節用のレンズとしての第１および第２のレンズを移動させる機構として用いてもよい。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

良好な撮像を行えるレンズ装置および撮像装置を提供できる。

２ 交換レンズ
２３ 案内筒（第３の部材）
２３ａ 第２のカム溝部
３１ 後群ベース筒（第１の部材）
３１ａ 第１のカム溝部
３２ ４群鏡筒（第２の部材）
３３ ３群鏡筒（第１の部材）
３５，３５′付勢部材
３６ 第１のカムフォロワ
３７ 第２のカムフォロワ

Claims (5)

1. 第１のレンズを保持し、第１のカムが形成された第１の部材と、
   第２のレンズを保持するとともに、前記第１のカムに係合する第１のカムフォロワが設けられ、前記第１の部材に対して光軸回り方向に回転することで前記第１のカムにより前記第１の部材に対して光軸方向に移動される第２の部材と、
   前記第２の部材に設けられた第２のカムフォロワに係合し、前記第２の部材を前記第１の部材に対して前記光軸回り方向に回転させる第２のカムが形成された第３の部材と、
   前記光軸回り方向における複数箇所にて、前記第１の部材と前記第２の部材との間に前記光軸方向に対して斜めの方向に付勢力を発生するように配置され、該付勢力により前記第１および第２のカムフォロワをそれぞれ前記第１および第２のカムに押圧させる複数の付勢部材とを有し、
   前記複数の付勢部材の各々は、前記第２の部材の前記第１の部材に対する回転に伴って該付勢部材における前記付勢力の発生方向が変化しても、該付勢力により、該第２の部材の回転範囲の全域において、前記第１のカムフォロアを前記第１のカムにおける同一のカム面に押圧させ、前記第２のカムフォロワを前記第２のカムにおける同一のカム面に押圧させることを特徴とするレンズ装置。
2. それぞれ前記光軸方向に直交する面に対して、
   前記第１のカムのリード方向がなす角度をαとし、
   前記付勢力の発生方向がなす角度をβとし、
   前記第２のカムのリード方向がなす角度をγとするとき、
   前記回転範囲の全域において、
   α＜β＜γ
   の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
3. それぞれ前記光軸方向に直交する面に対して、
   前記第１のカムのリード方向がなす角度をαとし、
   前記付勢力の発生方向がなす角度をβとし、
   前記第２のカムのリード方向がなす角度をγとし、
   前記第１のカムの前記カム面と前記第１のカムフォロワとの間の摩擦係数をμ_１とし、
   前記第２のカムの前記カム面と前記第２のカムフォロワとの間の摩擦係数をμ_２とするとき、
   ｜cos(β-α)｜−｜μ_１sin(β-α)｜＞０
   ｜cos(γ-β)｜−｜μ_２sin(γ-β)｜＞０
   の関係を満足することを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ装置。
4. 前記付勢部材は、引張ばねであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のレンズ装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のレンズ装置が交換可能に装着され又は一体に設けられ、該レンズ装置により形成された被写体像を撮像することを特徴とする撮像装置。