JP6460667B2

JP6460667B2 - 光学機器

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Publication number: JP6460667B2
Application number: JP2014145571A
Authority: JP
Inventors: 徹石政
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2034-07-16
Also published as: US20160018622A1; JP2016021029A; US10025059B2

Description

本発明は、光学機器に関する。

近年、カメラやビデオカメラ等の撮像装置は、高倍率化と小型化が進んでいる。撮像装置の小型化が進むにつれて、光学性能を満足するためにフォーカスレンズの移動距離を長くする必要がある。レンズ鏡筒内の各レンズ群の移動方法としては、カム筒と直進筒の作用によって駆動する方法、リードスクリューによって駆動させる方法等がある。また、各レンズ群の光軸方向をあわせる方法としては、カム溝とカムフォロアとを嵌合する方法、メインガイドとサブガイドによりレンズ枠の光軸を位置決めし、回転規制する方法等がある。その中で、リードスクリューでレンズ枠を駆動し、ガイド軸により光軸方向を合わせる方法は装置が小型なため、レンズ鏡筒の小型化に非常に有効な手段といえる。

例えば、特許文献１では、カム筒と直進筒の作用により光軸方向へ直進移動する移動枠にフォーカスレンズの駆動源を設けている。そして、レンズ鏡筒のズーム動作に合わせて駆動源を進退させるとともに駆動源の出力軸に設けたリードスクリューによりフォーカスレンズ枠を光軸方向へ駆動することで、フォーカスレンズ群の移動距離を確保する。また、特許文献２では、フォーカスレンズの駆動源はレンズ鏡胴に固定されるフランジ部に固定されており、フランジ部にはさらにガイド軸の一端が固定されている。

特許第５２５３０５６号公報特開２００５−５５５８８号公報

特許文献１では、直進筒に駆動源、ガイド軸を固定しているが、フォーカスレンズの駆動源を固定するねじとガイド軸が近いため、ねじ締めによりねじの下穴が膨らむことで、ガイド軸が倒れるおそれがある。

特許文献２では、ガイド軸とフォーカスレンズの駆動源の固定部が近く、またフランジ部にガイド軸の一部が固定されていることから、フランジ固定時によるガイド軸が倒れやガイド軸の位置精度が劣る懸念がある。

このような課題を鑑みて、本発明は、ガイド部材の倒れを抑制し、駆動手段およびガイド部材などのレイアウトの自由度を増すことが可能な光学機器を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての光学機器は、光軸方向に延びたリードスクリューを保持する駆動手段と、前記駆動手段を保持する保持部材と、光学部材を保持し、前記駆動手段が駆動することで前記リードスクリューに沿って光軸方向に移動する移動部材と、前記光軸方向と平行になるように、前記保持部材に圧入して固定されたガイド部材と、を有し、前記駆動手段は、前記保持部材に前記光軸方向に伸びたねじとナットで固定され、前記光軸方向から見た場合、前記ナットには、第１の平面部及び前記第１の平面部とは異なる第２の平面部を含む多角形の形状であり、前記光軸に直交する方向から見た場合、前記保持部材の前記駆動手段が保持される部分と前記ガイド部材が固定される部分との間には、前記ナットを収納するための収納部が形成され、前記収納部は、前記ねじの締結後における前記ナットの前記第１の平面部と略平行な面および前記第２の平面部と略平行な面を有し、前記光軸方向において、前記保持部材の前記ナットが配置されている部分と前記ガイド部材が圧入にて固定される部分は重複し、前記光軸方向から見て、前記ナットの前記第１の平面部が、前記ねじおよび前記ナットの中心と前記ガイド部材の中心とを結ぶ線と略直交するように、且つ前記ナットが前記収納部内で回動できないほどに、前記ナットが前記ガイド部材に近接配置され、前記光軸方向から見て、前記ナットの前記第２の平面部が、前記ねじおよび前記ナットの中心と前記駆動手段の中心とを結ぶ線と略直交するように、且つ前記ナットが前記収納部内で回動できないほどに、前記ナットが前記駆動手段に近接配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、ガイド部材の倒れを抑制し、駆動手段およびガイド部材などのレイアウトの自由度を増すことが可能な光学機器を提供することができる。

本発明の実施形態に係る光学機器の斜視図である。レンズ鏡筒の斜視図である。レンズ鏡筒の分解斜視図である。レンズ鏡筒の沈胴状態での断面図である。レンズ鏡筒の撮影状態での断面図である。５群ユニットの斜視図である。５群ユニットの裏面図である。図７のＡ部の拡大図である。５群ユニット５００の正面図である。（ａ）は従来のフォーカスモータ固定概念図（ねじ締結前）、（ｂ）は従来のフォーカスモータ固定概念図（ねじ締結後）である。（ａ）は本実施形態のフォーカスモータ固定概念図（ねじ締結前）、（ｂ）は本実施形態のフォーカスモータ固定概念図（ねじ締結後）である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は本発明の実施形態に係る光学機器の一例であるデジタルカメラの斜視図、図２は図１に示すデジタルカメラに搭載されるレンズ鏡筒２０の斜視図である。本実施形態のデジタルカメラでは、カメラ本体１０の正面側にズーム式のレンズ鏡筒２０が設けられている。レンズ鏡筒２０は、ズーム駆動部８００により、撮影位置と沈胴位置との間を撮影光学系が光軸方向に移動して撮影倍率を変更する。

図３はレンズ鏡筒２０の分解斜視図、図４はレンズ鏡筒２０の沈胴状態での断面図、図５はレンズ鏡筒２０の撮影状態での断面図である。

レンズ鏡筒２０は、１群ユニット１００、２群ユニット２００、絞りユニット３００、３群ユニット４００および５群ユニット５００を有する。１群レンズ１０１、２群レンズ２０１、３群レンズ４０１、４群レンズ５０１、および５群レンズ５１０は、レンズ鏡筒２０の撮影光学系として機能する。

１群ユニット１００は、バリア機構を有し、１群レンズ１０１を保持する１群ホルダ１０３、１群ホルダ１０３を保持する１群鏡筒１０２、１群キャップ１０４、バリアドライブリング１０５および複数枚のバリア羽根１０６を有する。１群鏡筒１０２の内周部には、第１直進筒６０２の直進キー６０２ａと嵌合する直進溝（不図示）と、内カム筒６０１のカム溝６０１ｃと嵌合するフォロア（不図示）が周方向に略等間隔で６か所形成されている。

２群ユニット２００は、２群レンズ２０１と、２群レンズ２０１を保持する２群ホルダ２０２を有する。２群ホルダ２０２には、内カム筒６０１のカム溝６０１ｅと嵌合するフォロア２０２ａと、第１直進筒６０２の直進ガイド６０２ｂと嵌合する直進キー２０２ｂが周方向に略等間隔で３か所形成されている。

絞りユニット３００は、絞り地板３０１、絞りカバー３０２、ドライブリング３０３、複数の絞り羽根３０４、絞り駆動源３０５およびＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）３０６を有する。絞り地板３０１には、内カム筒６０１のカム溝６０１ｆと嵌合するフォロア３０１ａと、第１直進筒６０２の直進ガイド６０２ｃと嵌合する直進キー３０１ｂが周方向に略等間隔で３か所形成されている。絞り駆動源３０５の先端に設けられたギア（不図示）は、ドライブリング３０３に形成されたギア部（不図示）と連結している。ドライブリング３０３が光軸中心に回転駆動することで、絞り羽根３０４が意図した開口形状に移動する。

３群ユニット４００は、手ぶれ補正機構と、シャッタ・ＮＤユニットを有する。３群ホルダ４０２は、３群レンズ４０１と、一対のＩＳマグネット４０３を保持する。シャッタ地板４０８の被写体側には、一対のＩＳコイル４０４がＩＳマグネット４０３と対向する位置に固定されている。また、３群ホルダ４０２が一対のＩＳスプリング（不図示）の張力により、複数のＩＳボール（不図示）を介し、光軸に直交する面内で移動可能に保持されている。また、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）４０７に保持された一対のホール素子４０５がＩＳマグネット４０３と対向する位置にセンサホルダ４０６に保持されている。ＦＰＣ４０７を介してＩＳコイル４０４に通電されることでＩＳマグネット４０３との間にローレンツ力が働く。このとき、３群ホルダ４０２は、光軸に直交する面内で移動し、ホール素子４０５により位置制御されることで、手振れを抑制する。シャッタ地板４０８の撮像素子側には、一対のシャッタ羽根４０９、シャッタ駆動源（不図示）、ＮＤフィルタ４１０、ＮＤフィルタ駆動源（不図示）およびシャッタカバー４１１が取り付けられている。シャッタ羽根４０９およびＮＤフィルタ４１０は、シャッタ地板４０８に回転可能に支持され、それぞれシャッタ駆動源、ＮＤフィルタ駆動源によって駆動され、光軸に直交する面内で光路を開閉する様に移動し、光量調節装置として動作する。

５群ユニット５００は、フォーカス機構を有し、４群レンズ（光学部材）５０１、４群ホルダ（移動部材）５０２、ラック５０３およびラックスプリング５０４を有する。また、５群レンズ５１０、５群ベース（保持部材）５１１、メインガイド（ガイド部材）５１２、サブガイド５１３、フォーカスモータ（駆動手段）５１４、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）５１５、ねじ５１６およびナット５１７を有する。５群ベース５１１は、５群レンズ５１０を保持し、ＦＰＣ５１５が接続されたフォーカスモータ５１４をねじ５１６およびナット５１７により固定する。メインガイド５１２およびサブガイド５１３は、光軸方向と平行になるように５群ベース５１１に圧入され、固定される。また、５群ベース５１１には、外カム筒７０２のカム溝７０２ｄと嵌合するフォロア５１１ａと、固定筒７０３の直進溝７０３ｄと嵌合する直進キー５１１ｂが形成されている。４群ホルダ５０２は、４群レンズ５０１、ラック５０３およびラックスプリング５０４を保持する。また、４群ホルダ５０２は、メインガイド５１２、サブガイド５１３により回転規制される。フォーカスモータ５１４が駆動すると、リードスクリュー５１４ａとラック５０３の送りを利用してフォーカスレンズである４群レンズ５０１を保持した４群ホルダ５０２が光軸方向の任意の位置へ進退することで、レンズ鏡筒２０はピント調整可能となる。なお、本実施形態では、フォーカスモータ５１４としてステッピングモータを使用している。

内カム筒６０１は、内周部において、第１直進筒６０２および第２直進筒６０３を回転可能に保持している。内カム筒６０１の内周部には、２群ホルダ２０２のフォロア２０２ａと嵌合するカム溝６０１ｅと、絞りユニット３００のフォロア３０１ａと嵌合するカム溝６０１ｆが周方向に略等間隔で３か所形成されている。また、外周部には、固定筒７０３のカム溝７０３ａと嵌合するフォロア６０１ａ、内カムカバー６０４の係合部６０４ｂと係合する係合部６０１ｂ、外カム筒７０２の直進溝７０２ａと嵌合する駆動キー６０１ｄが周方向に略等間隔で３か所形成されている。また、１群鏡筒１０２のフォロア（不図示）と嵌合するカム溝６０１ｃが周方向に略等間隔で６か所形成されている。

第１直進筒６０２と第２直進筒６０３は係合しており、内カム筒６０１の内周部を回転移動する。第１直進筒６０２の外周部には、１群鏡筒１０２の直進溝（不図示）と嵌合する直進キー６０２ａが形成されている。内周部には、２群ホルダ２０２の直進キー２０２ｂと嵌合する直進ガイド６０２ｂ、絞り地板３０１の直進キー３０１ｂと嵌合する直進ガイド６０２ｃ、シャッタ地板４０８の直進キー４０８ａと嵌合する直進ガイド６０２ｄが形成されている。また、第２直進筒６０３の外周部には、固定筒７０３の直進溝７０３ｅと嵌合する直進キー６０３ａが周方向に略等間隔で６か所形成されている。

内カムカバー６０４の外周部には固定筒７０３のカム溝７０３ｂと嵌合するフォロア６０４ａ、内周部には内カム筒６０１の係合部６０１ｂと係合する係合部６０４ｂが周方向に略等間隔で３か所形成されている。

固定筒７０３の内周部には、第２直進筒６０３の直進キー６０３ａと嵌合する直進溝７０３ｅが周方向に略等間隔で６か所形成されている。また、内カム筒６０１のフォロア６０１ａと嵌合するカム溝７０３ａ、内カムカバー６０４のフォロア６０４ａと嵌合するカム溝７０３ｂ、５群ベース５１１の直進キー５１１ｂと嵌合する直進溝７０３ｄが周方向に略等間隔で３か所形成されている。固定筒７０３は、外周部において、外カム筒７０２を回転可能に保持している。固定筒７０３の外周部には、外カム筒７０２のカム溝７０２ｂと嵌合するフォロア７０３ｃが周方向に略等間隔で３か所形成されている。

外カム筒７０２の外周部には、ズーム駆動部８００と連結するギア部７０２ｃが形成され、カバー筒７０１が配置される。内周部には、固定筒７０３のフォロア７０３ｃと嵌合するカム溝７０２ｂ、内カム筒６０１の駆動キー６０１ｄと嵌合する直進溝７０２ａ、５群ベース５１１のフォロア５１１ａと嵌合するカム溝７０２ｄが周方向に略等間隔で３か所形成されている。

センサホルダ（固定部材）９０３は、ズーム駆動部８００、撮像素子９０１、光学素子９０２およびセンサーラバー９０４を保持する。

次に、レンズ鏡筒２０のズーム駆動について説明する。

ズーム駆動部８００が駆動すると、外カム筒７０２は固定筒７０３に対して回転しながらカム溝７０２ｂのリフトに沿って光軸方向へ移動し、内カム筒６０１は外カム筒７０２により回転駆動する。このとき、内カム筒６０１は、内周部に回転可能に保持された第２直進筒６０３が固定筒７０３により回転規制されることで、固定筒７０３のカム溝７０３ａのリフトに沿って光軸方向へ回転移動する。

１群ユニット１００、２群ユニット２００、絞りユニット３００および３群ユニット４００は第１直進筒６０２により回転規制され、また内カム筒６０１に形成されたカム溝のリフトにより光軸方向へ直進移動する。５群ユニット５００は、固定筒７０３に回転規制されるとともに、外カム筒７０２のカム溝７０２ｄのリフトにより光軸方向へ直進移動する。４群レンズ５０１は、外カム筒７０２や固定筒７０３の駆動にかかわらず、フォーカスモータ５１４とラック５０３の作用により、メインガイド５１２およびサブガイド５１３に沿って光軸方向へ直進移動する。

以上の作用によりレンズ鏡筒２０は、外カム筒７０２が回転駆動されることで沈胴状態から撮影状態へと繰り出され、また、フォーカスモータ５１４がＦＰＣ５１５を介して駆動され４群レンズ５０１が任意の位置に繰り出されることで撮影状態に移行する。

次に、図６〜図９を用いて、フォーカスモータ５１４の固定方法について説明する。

図６は５群ユニット５００の斜視図、図７は５群ユニット５００を撮像素子９０１側から見た裏面図、図８は図７のＡ部の拡大図、図９は５群ユニット５００を被写体側からみた正面図である。

４群レンズ５０１は、フォーカスモータ５１４の出力軸に一体に形成されたリードスクリュー５１４ａとラック５０３の作用により、メインガイド５１２、サブガイド５１３に沿って光軸方向へ直進移動する。そのため、メインガイド５１２は、フォーカスモータ５１４の近傍にあることが望ましい。

５群ユニット５００のねじ５１６とナット５１７、およびメインガイド５１２は、ＦＰＣ５１５の這い回しおよび組立作業性の関係から、フォーカスモータ端子部５１４ｂのリードスクリュー５１４ａを挟んだ反対側に配置されている。フォーカスモータ５１４の外周には第１および第２直進筒６０２，６０３が位置しているため、ねじ５１６とナット５１７は外周側に配置することはできない。そのため、ねじ５１６およびナット５１７は、メインガイド５１２とフォーカスモータ５１４に挟まれる位置に配置される。メインガイド５１２と、ねじ５１６およびナット５１７との距離は、メインガイド５１２の圧入に必要な肉厚分を確保した距離Ｌ１だけ離れている。フォーカスモータ５１４と、ねじ５１６およびナット５１７との距離は、フォーカスモータ５１４をねじ５１６およびナット５１７で固定するのに必要な肉厚分を確保した距離Ｌ２だけ離れている。

ここで、図１０（ａ）は従来のフォーカスモータ固定概念図（ねじ締結前）、（ｂ）は従来のフォーカスモータ固定概念図（ねじ締結後）である。図１１（ａ）は本実施形態のフォーカスモータ固定概念図（ねじ締結前）、（ｂ）は本実施形態のフォーカスモータ固定概念図（ねじ締結後）である。

従来、図１０（ａ）に示すように、レンズ鏡筒の小型化や組立性の関係から、メインガイド５１２、フォーカスモータ５１４、ねじ５１６は本実施形態と同様に配置されることが多く、また、ねじ５１６はセルフタップねじを使用することが多い。しかしながら、図１０（ｂ）に示すように、セルフタップねじは、締結時に矢印Ｐ方向に下穴５１１ｄをふくらませながら固定されるため、被締結部の形状が変形してしまう。そのため、本実施形態のようなレイアウトを取ると、セルフタップねじでフォーカスモータ５１４を締結するとき、下穴５１１ｄを変形させてしまうことから、メインガイド５１２が矢印Ｑ方向へ倒れ、意図した光学性能が得られない不具合が発生してしまう。

一方、本実施形態では、図１１（ａ）に示すように、ねじ５１６に機械ねじを使用し、５群ベース５１１のフォーカスモータ５１４が保持される部分とメインガイド５１２が固定される部分との間にナット５１７を収納するための収納部を形成している。そして、ナット５１７でフォーカスモータ５１４を５群ベース５１１に固定している。そのため、図１１（ｂ）に示すように、セルフタップねじを使用するとき発生した下穴５１１ｄのふくらみによる５群ベース５１１の変形が発生しない。

ナット５１７には、平面部（第１の平面部）５１７ａが形成されている。ナット５１７の平面部５１７ａが、メインガイド５１２の中心と、ねじ５１６およびナット５１７の中心とを結ぶ線と略直交するように、ナット５１７は５群ベース５１１の収納部に収納されている。そのため、メインガイド５１２と、ねじ５１６およびナット５１７との距離Ｌ１を近づけることが可能となる。また、ナット５１７には、平面部（第２の平面部）５１７ｂが形成されている。ナット５１７の平面部５１７ｂが、フォーカスモータ５１４の中心と、ねじ５１６およびナット５１７の中心とを結ぶ線と略直交するように、ナット５１７は５群ベース５１１の収納部に収納されている。そのため、フォーカスモータ５１４と、ねじ５１６およびナット５１７との距離Ｌ２を近づけることが可能となる。また、ナット５１７の５群ユニット５００の外周側には、第１および第２直進筒６０２，６０３との干渉を回避するために平面部５１７ｃが形成されている。そのため、ナット５１７は、第１および第２直進筒６０２，６０３に干渉しない、レンズ鏡筒２０のもっとも周方向外側に配置可能となる。

図８に示すように、ナット５１７は、その組立性を考慮し、各平面部５１７ａ，５１７ｂ，５１７ｃの間に同一の面を設けることで、その形は略正六角形となる。

図９に示すように、ねじ５１６は、被写体側から見て目視できる位置に配置されているため、ねじ５１６およびフォーカスモータ５１４は、５群ユニット５００の完成状態からでも脱着が可能となっている。

以上のことから、本実施形態では、メインガイド５１２の倒れを抑制することが可能となることで、レンズ鏡筒２０の性能が向上する。

また、メインガイド５１２、フォーカスモータ５１４、ねじ５１６およびナット５１７などのレンズ駆動機構、および部品レイアウトの自由度が増すため、レンズ鏡筒２０の小型化が可能となる。

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

５０１４群レンズ（光学部材）
５０２４群ホルダ（移動部材）
５１１５群ベース（保持部材）
５１２メインガイド（ガイド部材）
５１４フォーカスモータ（駆動手段）
５１６ねじ
５１７ナット
５１７ａ平面部（第１の平面部）

Claims

光軸方向に延びたリードスクリューを保持する駆動手段と、
前記駆動手段を保持する保持部材と、
光学部材を保持し、前記駆動手段が駆動することで前記リードスクリューに沿って光軸方向に移動する移動部材と、
前記光軸方向と平行になるように、前記保持部材に圧入して固定されたガイド部材と、を有し、
前記駆動手段は、前記保持部材に前記光軸方向に伸びたねじとナットで固定され、
前記光軸方向から見た場合、前記ナットには、第１の平面部及び前記第１の平面部とは異なる第２の平面部を含む多角形の形状であり、
前記光軸に直交する方向から見た場合、前記保持部材の前記駆動手段が保持される部分と前記ガイド部材が固定される部分との間には、前記ナットを収納するための収納部が形成され、前記収納部は、前記ねじの締結後における前記ナットの前記第１の平面部と略平行な面および前記第２の平面部と略平行な面を有し、
前記光軸方向において、前記保持部材の前記ナットが配置されている部分と前記ガイド部材が圧入にて固定される部分は重複し、
前記光軸方向から見て、前記ナットの前記第１の平面部が、前記ねじおよび前記ナットの中心と前記ガイド部材の中心とを結ぶ線と略直交するように、且つ前記ナットが前記収納部内で回動できないほどに、前記ナットが前記ガイド部材に近接配置され、
前記光軸方向から見て、前記ナットの前記第２の平面部が、前記ねじおよび前記ナットの中心と前記駆動手段の中心とを結ぶ線と略直交するように、且つ前記ナットが前記収納部内で回動できないほどに、前記ナットが前記駆動手段に近接配置されていることを特徴とする光学機器。
前記駆動手段は、ステッピングモータであり、
前記駆動手段の出力軸には、リードスクリューが設けられ、
前記移動部材は、前記リードスクリューの送りを利用して移動することを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
前記保持部材は、カム筒と直進筒の作用により光軸方向へ移動することを特徴とする請求項１または２に記載の光学機器。
前記光学部材は、フォーカスレンズであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学機器。
前記保持部材に固定された前記ガイド部材の他端は、前記光学機器の部材に固定されていないことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学機器。