JP6422422B2 - レンズ装置及び撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、レンズ装置のレンズの駆動機構に関し、特に複数の光学要素の相対的な駆動によって焦点距離、又は、結像位置を変化させるレンズ装置及びそれを有する撮像装置に関するものである。
従来、レンズを支持するレンズ支持枠や光量を調整する絞り装置等の光学要素をカム機構により光軸方向へ相対的に移動させてズームやフォーカス、光量調整を行うレンズ装置が知られている。カム機構は、一般的に移動筒の内周面にカム溝を形成し、このカム溝に係合するカムピンをレンズ支持枠に取り付ける。そして、移動筒を回転させることにより、レンズ支持枠をカム溝に沿って移動筒内で前後移動させる。しかし、カム溝とカムピンとの間には遊びがあるため、移動筒の回転方向によりレンズ支持枠の倒れ方(方向、角度)が変化してしまう。そのため、特に周辺解像度が高い周波数を要求されるレンズ装置では、移動筒の回転方向の反転動作によらず、レンズ支持枠を移動方向の一定の方向に付勢して倒れを維持させる構造の要求が高くなっている。反転時のレンズ支持枠の倒れを維持する構造としては以下が開示されている。
特許文献1では、二種類のズームレンズ群の間に複数のバネ部材を設け、各ズームレンズ群に備えられたカムピンに加わる付勢力を均一にし、カム溝とカムピンのガタを抑制することで、レンズの倒れを抑制する構造が開示されている。
特開平11−326734号公報
重いレンズに対して、反転動作時にレンズ支持枠の倒れの方向を維持するためには、バネ部材による付勢力を大きくする必要がある。この方法では、付勢力増加に伴い、摺動時にカムピンとカム溝で発生する動摩擦力は大きくなる。つまり、移動筒を光軸方向に移動させるためにレンズ鏡筒回りの操作リングを回動させる際に必要なトルクは大きくなってしまうという問題があった。
本発明の目的は、例えば、光学ユニットを常に一定の方向に倒れた姿勢とするのに有利なレンズ装置を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明のレンズ装置は、光軸方向に移動する光学ユニットと、前記光学ユニットを前記光軸の方向に移動する駆動機構と、前記光軸回りの互いに異なる2つの位置において前記光学ユニットに対して第1の力と第2の力それぞれ加える付勢手段と、を有し、前記第1の力の前記光軸方向の成分と、前記第2の力の前記光軸方向の成分とが互いに逆向きであ前記光軸が水平となる状態において、前記光学ユニットが前記駆動機構と係合する係合部の中心を通り前記光軸に垂直な平面と光軸との交点の位置と、前記光学ユニットの重心の位置とにより発生するモーメントとは同じ方向のモーメントを発生させるように、前記付勢手段は、前記光学ユニットに対して前記第1の力と前記第2の力とを加える、ことを特徴とする。
本発明によれば、例えば、光学ユニットを常に一定の方向に倒れた姿勢するのに有利なレンズ装置を提供することができる。
ズームレンズ系全体の構成を示す図 本発明の実施例1におけるレンズ倒れ維持構造の詳細図 本発明の実施例1におけるレンズ倒れ維持構造のX−X断面図 本発明の実施例2におけるレンズ倒れ維持構造の詳細図 本発明の実施例3におけるレンズ倒れ維持構造の詳細図
以下に、本発明の好ましい実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図1はズームレンズ系全体の構成を示す図、図3は本発明の実施例1におけるレンズ倒れ維持構造のX−X断面図である。
図1を参照して、本実施例のズームレンズ系全体の構成について説明する。レンズ装置1はフォーカス操作環2aを回動することで、回転角に応じた位置に不図示の光学移動群が光軸A方向に移動しフォーカス調整がなされる。ズーム操作環2bを回動することで、回転角に応じた位置に不図示の光学移動群が光軸A方向に移動しズーム調整がなされる。また、アイリス操作環2cを回動することで、回転角に応じた位置に絞り径が変化し光量を調整できる構造となっている。また、フランジバック操作環3または、マクロ操作環4を回動させることにより、不図示の光学移動群が光軸A方向に移動し、レンズ装置に接続されるカメラ装置20の撮像素子21までの合焦距離を調整する構造となっている。本発明のレンズ装置1と、レンズ装置からの被写体光を受光する撮像素子21を有するカメラ装置20とで、撮像装置を構成する。
以上が、ズームレンズ系全体の構成である。
次に、図2、図3を参照して、レンズ装置1の内部構造であるカム機構部5(駆動機構)について説明する。カム機構部5は、光軸方向に延在する直進溝7aを有するレンズ鏡胴7(固定鏡筒)と、カム溝8a、8b、8cを有する移動筒8(カム部材)と、カムピン9a、9b、9c(カムフォロワ)を利用するカム構造を具備する。ここで、光学移動群6a、6b、6cは、レンズ群10a、10b、10cと、該レンズ群を支持するレンズ支持枠11a、11b、11c(移動鏡筒)とからなる。レンズ鏡胴7に対して光軸回りで回転可能な移動筒8を回転させることにより、レンズ群10a、10b、10cの光軸A方向の位置決めを行う。レンズ支持枠11a、11b、11cの光軸A周りに設けられたカムピン9a、9b、9cは、移動筒8のカム溝8a、8b、8c及びレンズ鏡胴7の直進溝7aに係合する。移動筒8とレンズ鏡胴7が相対的に回転すると、直進溝7aとカムピン9a、9b、9cとの係合によって、レンズ支持枠11a、11b、11cはレンズ鏡胴7に対して回転せず、カム溝8a、8b、8cの形状に従って光軸方向に移動する。ここで、カムピン9a、9b、9c、カム溝8a、8b、8c、直進溝7aは光軸A周りで略等分割した3か所に配設することで、光学移動群6a、6b、6cの姿勢を保持している。
以上が、カム機構部5の構成である。
次に、カム機構部5に設けたレンズ倒れ維持構造の構成について、図2を用いて以下に説明する。レンズ支持枠11a、11bの間には、付勢部材である圧縮バネ(圧縮弾性部材)のバネ部材12a及び引張バネ(引張弾性部材)のバネ部材12bが備えられる。
バネ部材12a、12bは、接続するレンズ支持枠11a、11bのそれぞれの位置において、レンズ支持枠11a、11bを互いに異なる方向に付勢する。バネ部材12a、12bは、光軸を中心とした反対の位置であることが望ましいが、必ずしもその配置に限定されることはない。本実施例では、光軸回りの周方向においては、バネ部材12aはカムピン9a(9b)(第1のカムピンと記載する)が配置されている位置に配置される。また、バネ部材12bは図2の断面にはない残りの2つのカムピン9a(9b)(第2,3のカムピンと記載する)の間に配置されている。そのため、第1のカムピン9aは、図3のカム溝8aのA1側の側壁に付勢され、第1のカムピン9bは、図3のカム溝8bのA2側の側壁に付勢される。また、第2、3のカムピン9aは、カム溝8aのA2側の側壁に付勢され、第2、3のカムピン9bは、カム溝8bのA1側の側壁に付勢される。すなわち、レンズ支持枠(光学群)が光軸方向においてどの位置にあっても、付勢手段であるバネ部材12a、12bによってレンズ支持枠を光軸回りの周方向の異なる位置で、光軸方向において互いに反対方向に付勢している。この構成により、それぞれの光学移動群6a、6bのカムピン9a、9bと係合するカム溝8a、8bとの遊びに起因するレンズ支持枠の倒れの変動は抑制され、一定の方向への傾きが維持される。
このように、カム溝を介して移動するレンズ支持枠の全てのカムピンを、それぞれがカム溝の一定の方向の側壁に付勢し続けられことにより、レンズ支持枠の移動方向に関わらず、レンズ支持枠の傾き方向が変化することなく、安定した姿勢を維持することができる。これによって、レンズの姿勢変化が光学性能に大きな影響を与える可動レンズの姿勢を、光軸方向における位置に関わらず安定させることができ、光学性能のばらつき、悪化を防ぐことができる。さらに、1つのレンズ支持枠の複数のカムピンがカム溝の側壁に付勢される方向は、カムピン個々に対しては一定の方向であるが、その方向は全てのカムピンにおいて同一ではない。この構成とすることにより、レンズ支持枠が駆動操作なしでバネ部材の弾性力だけで光軸方向に移動してしまうことを防いでいる。また、それにより、レンズ支持枠の駆動方向に依存して駆動力が変化することのない安定した駆動と、省電力を実現している。
バネ部材12a、12bによってレンズ保持枠に付勢力(P1、P2)を与える周方向における位置は、光学移動群6a、6bの倒れやすい方向を考慮して光軸A周りの周方向の位置に配設する。より詳しくは、バネ部材12a、12bによってレンズ保持枠に付勢力を与える周方向における位置は、レンズ装置の使用される姿勢を前提として、レンズ支持枠によって駆動される部分の重心とレンズ支持枠の支持面と重力方向とを考慮して決定することが望ましい。光軸方向を水平とした状態で使用される場合が多いレンズ装置の場合である本実施例については以下の通りである。レンズ支持枠11aは、移動部全体の重心G1と、カムピン9a中心を通る光軸に垂直な平面L1と、光軸(レンズ支持枠の移動方向)が重力方向に垂直に配置された状態における重力方向との関係より、図2中に示したようなモーメントMG1が発生する。同様に、レンズ支持枠11bについては、移動部全体の重心G2と、カムピン9b中心を通る光軸に垂直な平面L2と、光軸が重力方向に垂直に配置された状態における重力方向との関係より、図2中に示したようなモーメントMG2が発生する。したがって、バネ部材12a、12bによってレンズ支持枠11a、11bに与えるモーメントM1、M2が、重力によるモーメントMG1、MG2と同方向となるように、レンズ支持枠11a、11bを付勢する方向を決めることが望ましい。
なお、本発明のレンズ装置において、必ずしもこの考え方によりバネ部材による付勢力の方向を決定する必要はない。本発明の主旨は、1つのレンズ支持枠の複数のカムピンがカム溝の側壁に付勢される方向が、個々のカムピンに対してはレンズ支持枠の位置に関わらず一定の方向であるが、その方向は全てのカムピンにおいて同一ではない構成とすることである。したがって、可動レンズを含む被駆動部の重力に起因するモーメントの方向が互いに異なる2つの可動レンズのレンズ支持枠をバネ部材で付勢する場合には、その異なる方向と同じ方向のモーメントを発生させる力を与えるように構成することが望ましい。バネ部材による付勢力によるモーメントと重力によるモーメントとが相殺しないため、バネ部材に必要な弾性力を小さくできるので、バネ部材の巻数、長さ等を抑制し、使用するバネ部材の小型化ができ、省スペース化を図ることが可能となる。しかし、重力によるモーメントとバネ部材によるモーメントをなからずしも一致させる必要はなく、レンズ支持枠を一定の方向に倒した姿勢を維持できる力をバネ部材によって与えることができればよい。
本実施例では、光学移動群6a、6bの間にバネ部材12a、12bを配設した。しかし、本発明はこれに限定されることはない。1つの光学移動群と固定光学群(固定部)との間にバネ部材12a、12bを配設しても、1つの光学移動群の傾きに対して安定させることができ、本発明の効果を享受することができる。
また、本実施例で倒した光学移動群6a、6bによるレンズ装置の光学性能への影響を調整するために、不図示の光学調整機構を設けても構わない。例えば、レンズ支持枠に対するレンズの、光軸方向の位置や、光軸に垂直な面内での位置や、傾き、などを調整できるようにするとよい。光学調整機構を設けることで、光学移動群6a、6bが倒れても光学調整を容易に行うことが可能となる。
図4を参照しながら、第2の実施例のレンズ装置について説明する。
本実施例のレンズ装置もズームレンズの全体としては実施例1で図1を参照しながら説明した内容と同様であるので、説明を省略する。また、以下の説明において、実施例1と重複する構成要素については同符号を付し、説明を省略する。
また、第1の実施例では、2つの光学移動群6a、6bに対してバネ部材による付勢力を与える構成としたが、3つ以上の光学移動群6a、6b、6cを付勢する構成とすることもできる。本実施例では、3つの光学移動群6a、6b、6cを配設した際の構成、及び効果に関して説明する。ここで、光学移動群6cは、レンズ群10cと該レンズ群10cを支持するレンズ支持枠11cとからなり、レンズ鏡胴7に対して移動筒が回転することによりレンズ群10cの光軸A方向の位置決めが行われる。光学移動群6cの光軸A方向のカムピン9c中心を通る平面L3と光軸Aとの交点を倒れ中心O3とする。レンズ支持枠11a、11bの間には、圧縮バネ(圧縮弾性部材)のバネ部材12aと引張バネ(引張弾性部材)のバネ部材12bが備えられ、レンズ支持枠11b、11cの間には、引張りバネのバネ部材12cと圧縮バネのバネ部材12dが備えられる。バネ部材12a、12b、12c、12dは、光学移動群6a、6b、6cの倒れやすい方向に光軸Aを中心とする周方向の一部に配設される。すなわち、レンズ支持枠11a、11b、11cそれぞれの重心G1、G2、G3と、カムピン中心を通る光軸に垂直な平面L1、L2、L3との関係により発生するモーメントMG1、MG2、MG3と同方向のモーメントが発生するようにバネ部材を配置する。すなわち、重力によりレンズ保持枠が回転しようとする方向と同じ方向のモーメントを発生させるようにバネ部材を配置することが好ましい。これにより、光学移動群6a、6b、6cはバネ部材12a、12b、12c、12dから付勢力P1、P2、P3、P4を受ける。このとき、倒れ中心O1に対してバネ部材12a、12bによりレンズ支持枠11aが受けるモーメントはM1であり、同様にして倒れ中心O2、O3に対してはモーメントM2、M3が発生する。これにより、それぞれの光学移動群6a、6b、6cは倒れ中心O1,O2、O3に対し、それぞれの発生モーメントM1、M2、M3方向に倒れが生じる。倒れ量はそれぞれの光学移動群6a、6b、6cのカムピン9a、9b、9cと係合するカム溝8a、8b、8cとの遊びに対応する量となる。このとき、バネ部材12a、12bが接続しているレンズ支持枠11a、11bのモーメントM1とM2の発生方向は互いに逆の関係となる。同様にバネ部材12c、12dが接続しているレンズ支持枠11b、11cのモーメントM2、M3の発生方向も互いに逆の関係となる。レンズ支持枠11bには、バネ部材12aと12cによって同じ方向の力が加えられ、バネ部材12bと12dによって同じ方向の力が加えられている。
このように、3つ以上の光学移動群に対しても本発明を適用可能であり、レンズの移動に関わらず、一定の方向に倒れた状態を維持することが可能となる。これにより、倒れに対して光学性能が敏感に影響を受ける可動光学部材であっても、レンズ装置の光学性能のばらつきを抑制し安定した光学性能を維持することができる。
図5を参照しながら、第3の実施例のレンズ装置について説明する。
本実施例のレンズ装置もズームレンズの全体としては実施例1で図1を参照しながら説明した内容と同様であるので、説明を省略する。
図5は本発明の第3の実施例におけるレンズ倒れ維持構造を有するレンズ装置の詳細図である。
本実施例は、実施例1のレンズ装置と類似するが、バネ部材によって倒れ方向を維持させるレンズ保持枠が隣接せず、その間に可動光学部材がある場合のレンズ装置である。
以下、実施例1と異なる部分についてのみ説明を行い、その他の同一部分については同一符号を付し、説明を省略する。
カム機構部5に設けたレンズ倒れ維持構造の構成について、図5を用いて以下に説明する。レンズ支持枠11a、11cの間には、付勢部材である圧縮バネのバネ部材12e、引張バネのバネ部材12fが備えられる。レンズ支持枠11bには、バネ部材12e,12fが干渉しないように、光軸方向に貫通している貫通部である切り欠き18が設けられ、バネ部材12e、12fは切り欠き18を介してレンズ支持枠11a、11cと接続している。
バネ部材12e、12fは、接続するレンズ支持枠11a、11cのそれぞれの位置において、レンズ支持枠11a、11cを互いに異なる方向に付勢する。バネ部材12e、12fは、光軸を中心とした周方向において反対の位置であることが望ましいが、必ずしもその配置に限定されることはない。本実施例では、光軸回りの周方向においては、バネ部材12eはカムピン9a(9c)(第1のカムピンと記載する)が配置されている位置に配置される。また、バネ部材12fは図の断面にはない残りの2つのカムピン9a(9c)(第2、3のカムピンと記載する)の間に配置されている。そのため、第1のカムピン9aは、図3のカム溝8aのA1側の側壁に付勢され、第1のカムピン9cは、図3のカム溝8cのA2側の側壁に付勢される。また、第2、3のカムピン9aは、カム溝8aのA2側の側壁に付勢され、第2、3のカムピン9cは、カム溝8cのA1側の側壁に付勢される。この構成により、それぞれの光学移動群6a、6cのカムピン9a、9cと係合するカム溝8a、8cとの遊びに起因するレンズ支持枠の倒れの変動は抑制され、一定の方向への傾きで維持される。
このように、カム溝を介して移動するレンズ支持枠の全てのカムピンを、それぞれがカム溝の一定の方向の側壁に付勢し続けられことにより、レンズ支持枠の移動方向に関わらず、レンズ支持枠の傾き方向が変化することなく、安定した姿勢を維持することができる。これによって、レンズの姿勢変化が光学性能に大きな影響を与える可動レンズの姿勢を光軸方向における位置に関わらず、安定させることができ、光学性能のばらつき、悪化を防ぐことができる。さらに、1つのレンズ支持枠の複数のカムピンがカム溝の側壁に付勢される方向は、個々のカムピンに対しては一定の方向であるが、その方向は全てのカムピンにおいて同一ではない構成とする。この構成により、レンズ支持枠が、駆動操作なしでバネ部材の弾性力だけで光軸方向に移動してしまうことを防いでいる。また、それにより、レンズ支持枠の駆動方向に依存して駆動力が変化することのない安定した駆動と、省電力を実現している。
バネ部材12e、12fによってレンズ保持枠に付勢力(P5、P6)を与える周方向における位置は、光学移動群6a、6cの倒れやすい方向を考慮して光軸A周りの周方向の位置に配設する。より詳しくは、バネ部材12e、12fによってレンズ保持枠に付勢力を与える周方向における位置は、レンズ装置の使用される姿勢を前提として、レンズ支持枠によって駆動される部分の重心とレンズ支持枠の支持面と重力方向とを考慮して決定することが望ましい。光軸方向を水平とした状態で使用される場合が多いレンズ装置の場合である本実施例については以下の通りである。レンズ支持枠11aは、移動部全体の重心G1と、カムピン9a中心を通る光軸に垂直な平面L1と、光軸(レンズ支持枠の移動方向)が重力方向に垂直に配置された状態における重力方向との関係より、図中に示したようなモーメントMG1が発生する。同様に、レンズ支持枠11cについては、移動部全体の重心G3と、カムピン9c中心を通る光軸に垂直な平面L3と、光軸が重力方向に垂直に配置された状態における重力方向との関係より、図5中に示したようなモーメントMG3が発生する。したがって、バネ部材12e、12fによってレンズ支持枠11a、11cに与えるモーメントM1、M3が、それぞれ上記の重力によるモーメントMG1、MG3と同方向となるように、レンズ支持枠11a、11cを付勢する方向を決めることが望ましい。
なお、本発明のレンズ装置において、必ずしもこの考え方によりバネ部材による付勢力の方向を決定する必要はない。本発明の主旨は、1つのレンズ支持枠の複数のカムピンがカム溝の側壁に付勢される方向が、個々のカムピンに対してはレンズ支持枠の位置に関わらず一定の方向であるが、その方向は全てのカムピンにおいて同一ではない構成とすることである。したがって、可動レンズを含む被駆動部の重力に起因するモーメントの方向が互いに異なる2つの可動レンズのレンズ支持枠をバネ部材で付勢する場合には、その異なる方向と同じ方向のモーメントを発生させる力を与えるように構成することが望ましい。それは、バネ部材による付勢力によるモーメントと重力によるモーメントとが相殺しないため、バネ部材に必要な弾性力を小さくできるので、バネ部材の巻数、長さ等を抑制し、使用するバネ部材の小型化ができ、省スペース化を図ることが可能となる。しかし、重力によるモーメントとバネ部材によるモーメントをなからずしも一致させる必要はなく、レンズ支持枠を一定の方向に倒した姿勢を維持できる力をバネ部材によって与えることができればよい。
1 レンズ装置
5 カム機構部(駆動機構)
6a、6b、6c 光学移動群(光学群)
7a 直進溝(駆動機構)
8 移動筒(駆動機構)
8a、8b、8c カム溝(駆動機構)9a、9b、9c カムピン(駆動機構)
12a、12b、12c、12d、12e,12f バネ部材(付勢手段)

Claims (13)

  1. 光軸方向に移動する光学ユニットと、
    前記光学ユニットを前記光軸の方向に移動する駆動機構と、
    前記光軸回りの互いに異なる2つの位置において前記光学ユニットに対して第1の力と第2の力それぞれ加える付勢手段と、
    を有し、
    前記第1の力の前記光軸方向の成分と、前記第2の力の前記光軸方向の成分とが互いに逆向きであ
    前記光軸が水平となる状態において、前記光学ユニットが前記駆動機構と係合する係合部の中心を通り前記光軸に垂直な平面と光軸との交点の位置と、前記光学ユニットの重心の位置とにより発生するモーメントとは同じ方向のモーメントを発生させるように、前記付勢手段は、前記光学ユニットに対して前記第1の力と前記第2の力とを加える、
    ことを特徴とするレンズ装置。
  2. 前記光学ユニットの前記光軸方向の位置によらず、前記第1の力の前記光軸方向の成分の向きと、前記第2の力の前記光軸方向の成分の向きとが一定であことを特徴とする請求項1に記載のレンズ装置。
  3. 前記第1の力を加える位置と、前記第2の力を加える位置は、前記光軸を挟んで反対側ことを特徴とする請求項1又は2に記載のレンズ装置。
  4. 前記第1の力は第1の弾性部材を圧縮することで得られる力であり、前記第2の力は第2の弾性部材を引張することで得られる力であことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のレンズ装置。
  5. 前記光学ユニットは、ズーミングいはフォーカシングのために移動するように構成されていことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のレンズ装置。
  6. 前記光学ユニットは2つの光学ユニットを含み
    前記付勢手段は、前記2つの光学ユニットの間で該2つの光学ユニットに接続された圧縮弾性部材と引張弾性部材とを含む
    ことを特徴とする請求項1に記載のレンズ装置。
  7. 前記2つの光学ユニットは、互いに隣接していない2つの光学ユニットであことを特徴とする請求項6に記載のレンズ装置。
  8. 前記付勢手段は圧縮バネと引張バネとを含むことを特徴とする請求項4に記載のレンズ装置。
  9. 前記駆動機構は、前記光軸方向に延在する直進溝を有する固定鏡筒と、前記固定鏡筒に対し前記光軸回り回転可能であり、回転により前記光学ユニットの位置を決めるカム溝を有するカム部材とを含むことを特徴とする請求項に記載のレンズ装置。
  10. 前記光学ユニットは、移動鏡筒と、前記移動鏡筒の前記光軸の回りの3つの位置に配置され、前記直進溝と前記カム溝とに係合するカムフォロワとを含むことを特徴とする請求項に記載のレンズ装置。
  11. 重力の方向および前記状態において、前記光学ユニットに対して第1の力が加えられる位置と、前記光学ユニットに対して第2の力が加えられる位置とは、前記光軸に関して互いに反対の側にあることを特徴とする請求項1に記載のレンズ装置。
  12. 重力の方向および前記状態において、前記光学ユニットに対して第1の力が加えられる位置は、前光軸よりも上側にり、前記光学ユニットに対して第2の力が加えられる位置は、前光軸よりも下側にあることを特徴とする請求項1に記載のレンズ装置。
  13. 請求項1乃至12うちいずれか1項に記載のレンズ装置と、
    前記レンズ装置からのを受光する撮像素子と、
    を有することを特徴とする撮像装置。
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