JP6146960B2 - レンズ鏡筒、それを用いた光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ鏡筒、およびそれを用いた光学機器に関する。

従来、デジタルスチルカメラやビデオカメラなどの光学機器に交換レンズなどとして用いられるレンズ鏡筒は、フォーカス動作やズーミング動作の際にレンズ保持部材を移動させる機構を有する。このレンズ保持部材をカム筒の回転により光軸方向に進退させるにあたり、フォーカス精度やズーミング精度を向上させるために、カム筒とレンズ保持部材との間で発生し得る光軸方向でのガタを可能な限り抑えることが必要となる。このガタの発生を抑える構造として、レンズ保持部材と同方向へ移動する移動部材を設置し、移動部材とレンズ保持部材との間にガタを除去するための付勢部材を介在させるものがある。特許文献１は、レンズ保持部材と移動部材との間に互いに離間する方向へ力が働く付勢部材を介在させ、かつ、１つのカム溝のなかに、レンズ保持部材を保持するカムフォロアと移動部材を保持するカムフォロアとを係合させたレンズ鏡筒を開示している。このレンズ鏡筒によれば、カム溝に対するカムフォロアのガタが除去されるとともに、カムフォロアのカム溝に対する当接面を、それぞれカム筒の光軸方向に垂直な厚み方向の側面に接触させることで、カム溝の変形が防止される。さらに、特許文献２は、レンズ保持部材と移動部材との間に付勢部材を介在させるとともに、略同一のカム溝を、同角度に光軸方向位置をずらして配置し、レンズ保持部材と移動部材とがそれぞれのカム溝にカムフォロアを係合させたレンズ鏡筒を開示している。このレンズ鏡筒によれば、付勢部材の付勢力がカム筒の相対回転位置によってほとんど変化することがなく、安定した付勢力を与えられる。

特開２００９−２２９８２８号公報 特許第３８７５８４９号公報

しかしながら、特許文献１に示すレンズ鏡筒では、レンズ保持部材を保持するカムフォロアと移動部材を保持するカムフォロアとが１つのカム溝に係合するため、２つのカムフォロアがカム溝から脱落しないように、カム溝の有効な角度範囲を広くとる必要がある。これにより、光軸方向でカム溝が長くなるため、結果的にカム筒の全長が長くなり、カム筒全体の形状が大型化する。さらに、特許文献２に示すレンズ鏡筒でも、略同一のカム溝を同角度に光軸方向位置をずらして配置しているため、カム筒の全長が長くなり、カム筒が大型化する。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、例えば、カム筒の大型化を抑えつつ、カム筒のカム溝と、このカム溝に係合するカムフォロアとの間でのガタの発生を抑えるのに有利なレンズ鏡筒を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、少なくとも１つのレンズを光軸方向に移動可能とするレンズ鏡筒であって、複数のカム溝を有し、定位置回転するカム筒と、レンズを保持し、複数のカム溝のうちの特定のカム溝に係合する第１カムフォロアを介して、カム筒の回転により光軸方向に移動可能な第１移動部材と、第１カムフォロアが係合するカム溝とは異なるカム溝に係合する第２カムフォロアを介して、カム筒の回転により光軸方向に移動可能な第２移動部材と、第１移動部材と第２移動部材とが対向する領域に存在し、第１移動部材と第２移動部材とに対して、光軸方向で互いに引き離す方向または引き付ける方向に付勢力を与える付勢部材と、を備え、第１カムフォロアおよび第２カムフォロアがカム溝にて実際に移動するそれぞれの実有効範囲は、光軸方向視にて重ならず、第１移動部材には、付勢部材が挿入されているとともに光軸方向に延びる第１穴部と、第１カムフォロアを第１移動部材に取り付けるための取り付け部材が挿入されているとともに光軸方向と直交する方向に延びる第２穴部が設けられており、光軸方向視において、第１穴部は第２穴部とは異なる位置に設けられており、レンズの周方向視において、第１穴部と第２穴部は互いに重なっている、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、カム筒の大型化を抑えつつ、カム筒のカム溝と、このカム溝に係合するカムフォロアとの間でのガタの発生を抑えるのに有利なレンズ鏡筒を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るレンズ鏡筒の構成を示す図である。 第１実施形態におけるカム筒と案内筒との形状を示す図である。 第１実施形態におけるレンズ保持群を進退させる要部を示す図である。 第１実施形態における圧縮コイルバネの配置を示す図である。 第１実施形態におけるカムフォロアが付勢される方向を示す図である。 第１実施形態におけるカム筒を展開した状態を示す図である。 第１実施形態における第１移動部材のカムフォロアの構成を示す図である。 第１実施形態における第２移動部材のカムフォロアの構成を示す図である。 第２実施形態における圧縮コイルバネの配置を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係るレンズ鏡筒について説明する。図１は、本実施形態に係るレンズ鏡筒１の構成を示す概略断面図である。このレンズ鏡筒１は、一例として、ＣＣＤセンサーなどの撮像素子を備えたデジタル一眼レフカメラ、またはフィルムを使用する一眼レフカメラなどに対して着脱可能な交換レンズとする。さらに、この交換レンズは、オートフォーカス機能を有し、かつ、操作者（ユーザー）の手動操作により直接的にフォーカス（合焦）を調整するマニュアルフォーカス機能も有するフォーカスレンズとする。ただし、レンズ鏡筒１は、フォーカスレンズに限らず、例えばズームレンズにも適用可能である。

レンズ鏡筒１は、光軸方向で被写体側から順に並ぶ第１群レンズＬ１から第４群レンズＬ４までの４つのレンズ群により構成される。第１群レンズＬ１は、第１レンズ保持枠（第１群鏡筒）２に保持される固定レンズ群である。第２群レンズＬ２は、第１移動部材としての第２レンズ保持枠（第２群鏡筒）３に保持されるレンズ群である。第３群レンズＬ３は、光軸に対して直交する方向にシフトして像振れを補正するためのレンズ群であり、シフトユニット４に保持される。さらに、第４群レンズＬ４は、第４レンズ保持枠（第４群鏡筒）５に保持されるレンズ群である。ここで、第２レンズ保持枠３は、その外周領域に配置される固定筒としての案内筒６と、光軸を基準として定位置回転が可能なカム筒７とに、外周側面部に圧入により設置された３本の第１カムフォロアピン８を介して保持される。また、第２レンズ保持枠３は、シフトユニット４を保持し、シフトユニット４は、第４レンズ保持枠５を保持する。さらに、第１レンズ保持枠２は、案内筒６に対して当接部２ａで光軸方向が規制され、ネジ結合により締結される。

図２は、案内筒６とカム筒７との形状および組み合わせを示す斜視図である。カム筒７は、第１カムフォロアピン８に取り付けられている第１カムフォロア９、または第２カムフォロアピン１０に取り付けられている第２カムフォロア１１のいずれかがそれぞれ係合する６箇所のカム溝１２を有する。一方、案内筒６は、カム筒７の内周側に位置し、光軸方向に延伸し、上記の第１カムフォロア９または第２カムフォロア１１のいずれかがそれぞれ係合する６箇所の直進溝（案内溝）１３を有する。なお、第１および第２カムフォロアピン８、１０などの詳細については後述する。この案内筒６とカム筒７とは、バヨネット結合されており、フォーカス調整時のカム筒７の定位置回転に伴い、第２レンズ保持枠３、シフトユニット４および第４レンズ保持枠５を一体とするレンズ保持群を無限側と至近側との間で光軸方向に移動可能とする。また、カム筒７は、その外径部に設けられた周溝１４に係合する凸部１５ａ（図１参照）を含むガイドキー１５を有する。このガイドキー１５は、カム筒７に対してビスにより固定され、後述のアクチュエーターの回転部（フォーカスキー１６）と係合し一体的に回転することにより、アクチュエーターの回転力をカム筒７に伝達する。

また、レンズ鏡筒１は、カメラ本体と着脱可能に接続するためのマウント部１７と、レンズ鏡筒１の最外周に位置する外装環１８と、オートフォーカス動作時にカム筒７に回転力を与えるための不図示のアクチュエーターとを有する。マウント部１７は、外装環１８を介して、フォーカスアクチュエーターの構成部材であるフォーカスベース１９に対して当接部１７ａで光軸方向が規制され、ビスにより固定される。なお、予め当接部１７ａの厚みを調整加工すれば、フォーカスのずれを調整することもできる。さらに、マウント部１７は、カメラ本体との接続側に、フレキシブルプリント基板を介して電子基板２０と電気的に接続される接点部（不図示）を有する。レンズ鏡筒１は、この接点部を通じてカメラ本体との通信および電力供給を行う。外装環１８は、マウント部１７とともに、フォーカスベース１９に対して当接部１８ａで光軸方向が規制され、ビスにより固定（共締め）される。フォーカスベース１９は、カム筒７の外周領域に配置され、かつ、案内筒６に対して当接部１９ａで光軸方向が規制され、ビスにより固定される。さらに、レンズ鏡筒１は、最も被写体側に存在するフィルター枠２１と、マニュアルによる回転操作力をアクチュエーターに伝達させるためのフォーカスリング２２とを有する。フィルター枠２１は、フォーカスベース１９に対して当接部２１ａで光軸方向が規制され、ビスにより固定される。フォーカスリング２２は、アクチュエーターの構成部材２３と係合し、この構成部材２３に設けられた連結部により相対回転が規制され、一体的に回転する。さらに、フォーカスリング２２のフランジ部２２ａがフィルター枠２１とフォーカスベース１９とにより光軸方向で挟まれることで、フォーカスリング２２は、定位置回転しつつ、光軸方向への移動が規制される。

ここで、従来のレンズ鏡筒では、カム筒に形成されているカム溝と、このカム溝に係合するカムフォロアとの間でガタが発生することを抑えるために、例えばカム筒におけるカム溝の配置位置を工夫するなどの対処がなされている。しかしながら、このようなレンズ鏡筒によれば、ガタの発生を抑えることができたとしても、カム溝の配置位置に伴ってカム筒の全長が長くなり、カム筒全体の形状が大型化する可能性がある。そこで、本実施形態に係るレンズ鏡筒１は、さらに以下のような構成を取ることで、カム筒の大型化を抑えることと、ガタの発生を抑えることとの両立を図る。

図３は、レンズ鏡筒１におけるレンズ保持群を光軸方向へ進退させる要部の分解斜視図である。上記のとおり、第２レンズ保持枠３、シフトユニット４および第４レンズ保持枠５とからなるレンズ保持群は、一体的に結合されており、カム筒７の回転に伴い光軸方向へ進退する。ここで、第２レンズ保持枠３は、第１カムフォロア９を取り付けるための３箇所の設置座３０を有する。この設置座３０に第１カムフォロアピン８を介して取り付けられた第１カムフォロア９は、案内筒６とカム筒７とのそれぞれに６箇所存在する直進溝１３とカム溝１２とのうちの３箇所に係合する。これに対して、レンズ鏡筒１は、さらに第１移動部材である第２レンズ保持枠３に対して付勢部材を介して光軸方向で対向する第２移動部材３２を有する。特に本実施形態での付勢部材は、３つの圧縮コイルバネ（以下「バネ」という）３１である。第２移動部材３２は、一定の剛性を持った平板部材からなる光軸周りの環状部材である。また、第２移動部材３２は、第２レンズ保持枠３と同様に直進溝１３とカム溝１２とに係合する第２カムフォロア１１を保持する第２カムフォロアピン１０を取り付けるための３箇所の保持部３２ａを有する。ただし、第２カムフォロア１１が係合する直進溝１３とカム溝１２とは、第２レンズ保持枠３に取り付けられた第１カムフォロア９が係合するものとは異なる。したがって、第２レンズ保持枠３と第２移動部材３２とは、案内筒６およびカム筒７に対しては互いに独立しており、作動範囲においても干渉しない。バネ３１は、それぞれ第２レンズ保持枠３に形成されている３箇所の座グリ穴３３に挿入されており、一方の端面が座グリ穴３３の底面に当接し、他方の端面が第２移動部材３２の側面に当接する。第２レンズ保持枠３と第２移動部材３２とは、カム筒７に対して各カムフォロア９、１１で吊られた状態であり、バネ３１は、この状態で圧縮されるため、第２レンズ保持枠３と第２移動部材３２とを離間する（引き離す）方向に付勢力を与える。なお、バネ３１が付勢力を与える方向は、第２レンズ保持枠３と第２移動部材３２とを離間する方向に限らず、引き付ける方向でもよい。

図４は、光軸方向から見たバネ３１の配置を示す概略平面図である。この図４では、３つのバネ３１を破線で表している。本実施形態では、各バネ３１は、一例として、円周方向で等間隔に配置された３つの第１カムフォロア９と、第１カムフォロア９とは互いに６０°ずれて配置された３つの第２カムフォロア１１との角度間（第１カムフォロア９と角度αずれた位置）に配置される。なお、各バネ３１を配置する角度は、第１カムフォロア９または第２カムフォロア１１と同角度であってもよい。

図５は、バネ３１の付勢力により、カム溝１２において第１カムフォロア９と第２カムフォロア１１とが付勢される方向を説明する概略側面図である。上記構成によれば、第２移動部材３２に取り付けられた第２カムフォロア１１は、Ａ側（光入射側）へ付勢され、一方、第２レンズ保持枠３に取り付けられた第１カムフォロア９は、Ｂ側（光出射側）へ付勢される。このとき、バネ３１による付勢力は、第１および第２カムフォロア９、１１がカム溝１２の側面に常時当接する（圧力を与える）ような大きさの力とする。これにより、カム溝１２に対する第１および第２カムフォロア９、１１のガタが低減される。

図６は、カム筒７を展開した状態を示す概略側面図である。カム筒７に存在する６箇所のカム溝１２のうち特定の３箇所のカム溝１２ａには、第２カムフォロア１１が係合し、一方、残りの３箇所のカム溝１２ｂには、第１カムフォロア９が係合する。これらのカム溝１２ａとカム溝１２ｂとは、それぞれ、リード（溝の長さ）、およびリード角（カム筒７における光軸方向の位置）が同一である。また、第１カムフォロア９および第２カムフォロア１１は、それぞれカム溝１２ａ、１２ｂにおいて実有効範囲Ｌｅの間で移動する。ここで、「実有効範囲」とは、第１カムフォロア９および第２カムフォロア１１が、フォーカス（またはズーミング）動作の際に実際に移動し得る範囲をいう。特に、本実施形態での実有効範囲Ｌｅは、図６に示すように、カム溝１２ａ、１２ｂの各先端部付近に注目すると、光軸方向において重ならない。そして、第１カムフォロア９と第２カムフォロア１１とは、上記のとおり１つのカム溝１２の中に１つずつ、かつ１つ置きに係合し、それぞれ光軸方向において同一位置としている。したがって、カム筒７にカム溝１２を配置するに際し、カム溝１２のリード角を必要以上に大きく取らなくてもよいため、カム筒７の全長（光軸方向の幅）を可能な限り短くすることができる。

図７に、第１移動部材である第２レンズ保持枠３に第１カムフォロア９が取り付けられた状態を示す概略断面図である。第１カムフォロア９は、カム溝１２に係合する第１カムフォロア９ａと、直進溝１３に係合する第１カムフォロア９ｂとを含む。これらの第１カムフォロア９ａと第１カムフォロア９ｂとは、まず、第２レンズ保持枠３の設置座３０と接し、第１カムフォロアピン８の軸周囲に嵌合された軸部材３４に係合する。さらに、第１カムフォロア９ａと第１カムフォロア９ｂとは、軸部材３４の端部とピン頭との間に微小な隙間を持って挟まれることで、軸部材３４に当接し固定された第１カムフォロアピン８を中心軸として転動可能となる。これにより、第１カムフォロア９ａと第１カムフォロア９ｂとのカム溝１２に対する摩擦を抑制し、カム筒７を回転させるための負荷トルクを低減させることができる。

図８は、第２移動部材３２に第２カムフォロア１１が取り付けられた状態を示す概略断面図である。第２移動部材３２に設置される保持部３２ａは、例えば、図８に示すように平板部材の一部の部位を光軸方向へ折り曲げ、第２カムフォロアピン１０をねじ込むタップが形成されたものとし得る。また、第２カムフォロア１１は、カム溝１２に係合する第２カムフォロア１１ａと、直進溝１３に係合する第２カムフォロア１１ｂとを含む。これらの第２カムフォロア１１ａと第２カムフォロア１１ｂとは、当接部１０ａとピン頭との間に微小な隙間を持って挟まれることで、当接部１０ａで保持部３２ａに当接し固定された第２カムフォロアピン１０を中心軸として転動可能となる。さらに、第２移動部材３２は、剛性を持った環状の平板部材であることから、バネ３１による付勢力が保持部３２ａよりも光軸方向に直交する平面内で内側に作用しても変形せず、保持部３２ａが傾きづらい。したがって、第２カムフォロア１１ａと第２カムフォロア１１ｂとは、これらの円筒側面とカム溝１２の側面とが確実に当接しつつ転動する。これにより、第２カムフォロア１１ａと第２カムフォロア１１ｂとのカム溝１２に対する摩擦を抑制し、カム筒７を回転させるための負荷トルクを低減させることができる。

以上のように、本実施形態によれば、カム筒の大型化を抑えつつ、カム筒のカム溝と、このカム溝に係合するカムフォロアとの間でのガタの発生を抑えるのに有利なレンズ鏡筒を提供することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るレンズ鏡筒について説明する。本実施形態に係るレンズ鏡筒の特徴は、第１実施形態における第１移動部材である第２レンズ保持枠３と第２移動部材３２とに付勢力を与える圧縮コイルバネ３１に換えて、第２移動部材３２の環形状に合わせた１つの圧縮コイルバネ４０を採用する点にある。図９は、光軸方向から見たバネ４０の配置を示す概略平面図である。なお、この図９でも、バネ４０を破線で表している。さらに、本実施形態に係るレンズ鏡筒は、バネ４０を採用する点、および第１実施形態にてバネ３１を保持するために第２レンズ保持枠３に形成されていた座グリ穴３３を設けない点以外の構成は、第１実施形態に係るレンズ鏡筒１と同一構成である。バネ４０の一端は、第２レンズ保持枠３の開口部を囲むように光軸方向の側面に当接し、他端は、第２移動部材３２の開口部を囲むように光軸方向の側面に当接する。このような構成によっても、第１実施形態と同様に、第２レンズ保持枠３と第２移動部材３２とを離間する方向へ均一な付勢力を与えることができる。

なお、上記実施形態では、カム筒７に設置している複数のカム溝１２をすべて同一のリードとしているが、カム筒７の全長を著しく長くすることのない範囲であれば、異なるリードであってもよいし、または光軸方向での差があってもよい。また、カム溝１２は、直線的な溝に限定されず、曲線的なものであってもよい。また、カム溝１２は、光軸方向から見た角度として等分に配置されることに限定されず、不等分に配置されていてもよい。また、上記実施形態では、１つのカム溝１２に１つずつのカムフォロア９、１１がそれぞれ光軸方向での位置を同一として係合しているため、実有効範囲を可能な限り短くすることができる。ただし、この場合もカム筒７の全長を著しく長くすることのない範囲であれば、光軸方向での位置に差があってもよい。さらに、上記実施形態にて例示した第２レンズ保持枠３または第２移動部材３２での各カムフォロアの設置数、およびこの設置数に関連したカム筒７および案内筒６における溝の設置数も、これに限定するものではなく、適宜変更可能である。

（光学機器）
本発明の実施形態に係る光学機器は、デジタルスチルカメラやビデオカメラなどの撮像装置、望遠鏡、またはプロジェクター（投影装置）などであり、その交換レンズとして上記実施形態に係るレンズ鏡筒１を採用し得る。さらに、光学機器がレンズ（光学系）と一体型である場合には、その結像光学系の一部として上記実施形態に係るレンズ鏡筒１を採用し得る。本実施形態の光学機器は、レンズ鏡筒１を採用することで、内部でのガタの発生を抑えて、フォーカス精度やズーミング精度を向上させるとともに、全体の大きさがコンパクトとなり、操作性や持ち運びやすさなどの点で有利となり得る。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１ レンズ鏡筒
３ 第２レンズ保持枠
７ カム筒
９ 第１カムフォロア
１１ 第２カムフォロア
１２ カム溝
３２ 第２移動部材
３３ 圧縮コイルバネ
Ｌ２ 第２群レンズ

Claims (6)

1. 少なくとも１つのレンズを光軸方向に移動可能とするレンズ鏡筒であって、
   複数のカム溝を有し、定位置回転するカム筒と、
   前記レンズを保持し、前記複数のカム溝のうちの特定のカム溝に係合する第１カムフォロアを介して、前記カム筒の回転により前記光軸方向に移動可能な第１移動部材と、
   前記第１カムフォロアが係合する前記カム溝とは異なるカム溝に係合する第２カムフォロアを介して、前記カム筒の回転により前記光軸方向に移動可能な第２移動部材と、
   前記第１移動部材と前記第２移動部材とが対向する領域に存在し、前記第１移動部材と前記第２移動部材とに対して、前記光軸方向で互いに引き離す方向または引き付ける方向に付勢力を与える付勢部材と、を備え、
   前記第１カムフォロアおよび前記第２カムフォロアが前記カム溝にて実際に移動するそれぞれの実有効範囲は、光軸方向視にて重ならず、
   前記第１移動部材には、前記付勢部材が挿入されているとともに前記光軸方向に延びる第１穴部と、前記第１カムフォロアを前記第１移動部材に取り付けるための取り付け部材が挿入されているとともに前記光軸方向と直交する方向に延びる第２穴部が設けられており、
   前記光軸方向視において、前記第１穴部は前記第２穴部とは異なる位置に設けられており、
   前記レンズの周方向視において、前記第１穴部と前記第２穴部は互いに重なっている、
   ことを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 前記第１カムフォロアと前記第２カムフォロアとは、前記カム溝にて前記光軸方向で同一の位置にあることを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
3. 前記第１移動部材および前記第２移動部材の移動を案内する案内筒を備え、
   前記第１カムフォロアおよび前記第２カムフォロアは、前記カム溝に転動可能に係合するカムフォロアと、前記案内筒が有する前記光軸方向に延伸する複数の案内溝に転動可能に係合するカムフォロアとをそれぞれ含む、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ鏡筒。
4. 前記第２移動部材は、前記光軸周りの環状部材であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。
5. 前記付勢部材は、一端を前記第１穴部の底面に、他端を前記第２移動部材の側面にそれぞれ当接されるコイルバネであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。
6. レンズ鏡筒を有する光学機器であって、
   前記レンズ鏡筒は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒であることを特徴とする光学機器。

Images