JP6702744B2 - レンズ鏡筒およびそれを用いた光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、光軸方向の移動に応じて開口面積が変化する光量調節機構を有するレンズ鏡筒およびそれを用いた光学機器に関する。

光学機器において光量調節を行う絞りは、複数の絞り羽根を開閉方向に移動させて光通過口の面積（絞り開口径）を変化させることができ、絞り開口径は測光結果や使用者のマニュアル操作に応じて設定される。そして、絞り羽根を開閉方向に移動させるために、ステッピングモータ等のアクチュエータが用いられる。

また、光学機器には、上記のように構成されて主として光量調節を担う主絞りと、ズーミングやフォーカシングに応じて開放絞り口径を補正するために主絞りとは別に設けられた副絞りと、が搭載される場合がある。副絞りにおいても、主絞りと同様に、複数の絞り羽根が開閉方向に移動される。これら副絞りの駆動はズーミングやフォーカシングに応じて開閉動作させるための開閉機構により駆動されることがある（特許文献１）。

特許文献１に開示された光学機器では、光量調節機構としての絞り機構が保持されたレンズ保持枠がカム筒に設けられたカム部と直進筒に設けられた直進ガイド部との協動により、光軸方向に直進移動する構成を採っている。絞り機構の外周には絞り開口径を変化させる為の突起部が設けられており、固定筒内面に設けられた絞り駆動用のカム部に係合し、レンズ保持枠の移動に応じて絞り開口が変化する開閉機構となっている。

特開２００７−２４８７７０号公報

しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術においては、絞り機構が保持されたレンズ保持枠の移動量が少ない場合には、絞り駆動用カム部と光軸直交方向とのなす角度αが小さくなり、以下の課題を有する。即ち、図６（ａ）に示すように、角度αに直交する方向の抗力Ｎ１について、周方向の成分に対し光軸方向（スラスト方向）の成分が大きくなるため、絞り機構の突起部を回転方向に駆動する力よりも光軸方向に移動させる力が大きくなる。つまり、本来は絞り機構に加える必要のない負荷を与えることになるため、その負荷により作動不良や開口精度が要求を満たせない可能性がある。

本発明の目的は、絞り機構が光軸方向に移動するとき、絞り機構に本来加える必要のない光軸方向への負荷を抑えたレンズ鏡筒およびそれを用いた光学機器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るレンズ鏡筒は、光軸周りに設けられる複数の絞り羽根と、光軸直交方向に突出した突出部を備え、光軸周りに回転可能な羽根回転部材と、壁領域を含む第１のカム溝を備え、光軸周りに回転可能なカム環とを有し、前記カム環の回転により、前記突出部が前記壁領域に対して光軸方向に摺動しつつ前記羽根回転部材が回転することで、前記複数の絞り羽根を光軸方向に移動させつつ前記複数の絞り羽根により形成される開口の径を変化させることを特徴とする。

また、本発明に係る光学機器は、上記レンズ鏡筒を有することを特徴とする。

本発明によれば、絞り機構が光軸方向に移動するとき、絞り機構に本来加える必要のない光軸方向への負荷を抑えたレンズ鏡筒およびそれを用いた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レンズ鏡筒の断面図 本発明の実施形態に係るレンズ鏡筒の分解斜視図 本発明の実施形態に係るレンズ鏡筒の絞りユニットの分解斜視図 絞りユニットとメイン鏡筒の正面図及び側面図 本発明の実施形態に係るレンズ鏡筒の光学ユニットの位置と副絞り口径及びカムとカム溝の関係を示す図 （ａ）は従来のカム溝を用いる場合の絞り駆動用カム部と光軸直交方向とのなす角度αが小さくなるときの、副絞りアームに加わるスラスト方向の力の説明図、（ｂ）は本発明の実施形態に係るレンズ鏡筒における副絞りアームに加わる力の説明図

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。

《第１の実施形態》
（レンズ鏡筒およびそれを用いた光学機器）
図１は、本発明の実施形態に係るレンズ鏡筒の断面図である。また、図２は図１に示すレンズ鏡筒の分解斜視図である。ここで、本実施形態に係るレンズ鏡筒１００は、レンズ鏡筒１００に装着可能なカメラ本体２００（撮像素子３００を備える）に装着されて、光学機器として例えば撮像装置（デジタルカメラ、ビデオカメラ等）を構成することができる。以下、図１、図２を用いてレンズ鏡筒の構成について説明するが、本レンズ鏡筒は、光学系をなす光学ユニット（レンズユニット）と、レンズユニットの少なくと一部を操作する為の外装ユニットという二つのユニットに分けられる。なお、後述する絞りユニット３０は光学ユニットに含まれる。

（光学ユニット）
図１において、Ｌ１は１群レンズであり、第１のレンズＬ１Ａ、第２のレンズＬ１Ｂ、第３のレンズＬ１Ｃ、第４のレンズＬ１Ｄにより構成されている。１ａ〜１ｄは、それぞれレンズＬ１Ａ〜Ｌ１Ｄを保持するレンズ保持枠である。１群レンズＬ１の中で、第３のレンズＬ１ｃは手ブレを補正する為の手ブレ補正レンズであり、レンズ保持枠１ｃがレンズ保持枠１ｄに対して不図示の３つのボールに支持されており、光軸直交方向に移動可能となっている。

また、第３のレンズＬ１Ｃの位置及び駆動は、不図示の位置検出センサ及びアクチュエータがシフト用のフレキシブルプリント基板（不図示）を介して給電及びセンサ出力の伝達を行うことで、フィードバック制御により駆動される（いわゆる手ブレ補正機構）。なお、手ブレ補正機構の制御に拘らず、レンズ内の各センシングや駆動については、全て制御基板６６（図１、図２）により制御される。図１、図２で、制御基板６６は、カメラコネクタ部６８を介してカメラ側と通信可能となっており、カメラからの指令を制御基板６６で受け取りレンズ内の各駆動部が制御される。

レンズ保持枠１ｂは、レンズ保持枠１ｄの支持部１ｄ−ａに接着固定される。そして、レンズ保持枠１ａとレンズ保持枠１ｄは、１群レンズＬ１、２群レンズＬ２、３群レンズＬ３を保持するメイン鏡筒４０に１群固定ビス１０１によってビス止め固定される。これにより、第１〜第４のレンズＬ１Ａ〜Ｌ１Ｄは１群レンズＬ１として形成される。

Ｌ２は２群レンズであり、Ｌ２Ａレンズを保持した２ａレンズ保持枠が、Ｌ２Ｂレンズを保持した２Ｂレンズ保持枠に接着固定されており、これらＬ２Ａ・Ｌ２Ｂレンズにより形成されている。なお、２群レンズＬ２は、レンズ保持枠Ｌ２Ｂに設けられた不図示のコロにより、メイン鏡筒４０に保持されている。

Ｌ３は３群レンズであり、光軸方向に移動することでピント位置を調整する所謂フォーカスレンズである。３群レンズＬ３は３レンズ保持枠３に保持されており、３レンズ保持枠３が２本のガイドバー４３（図２）により光軸方向移動可能に保持されている。２本のガイドバー４３は、メイン鏡筒４０（図２）とバーホルダー４２により挟持されており、バーホルダー４２（図２）はビスによりメイン鏡筒４０に固定されている。

３レンズ保持枠３にはラック４５（図２）が保持されており、メイン鏡筒４０にフォーカスモータ固定ビスにより固定されるフォーカスモータ４７（図２）に設けられた送りねじ部とラック４５に設けられた歯部と噛み合っている。フォーカスモータ４７は所謂ステッピングモータであり、フォーカスフレキ４９（図２）を介して給電されることで送りねじを回転させ、ラック４５との噛み合いにより回転力を直進方向の推力に変換することで３レンズ保持枠３を光軸方向に移動させる。

（絞りユニット）
図１に示す３０は絞りユニットであり、この絞りユニット３０については図３の絞りユニット分解斜視図も交えて説明する。絞りユニット３０は、撮影時のＦｎｏを変化させる所謂主絞り部と、レンズの光軸方向の位置に応じて有害光をカットする役割をもつ副絞り部と、によって形成されている。なお、絞りユニット３０は、メイン鏡筒４０（図２）に対して絞り固定ビス１０２（図２）により固定される。

図３で、羽根回転部材としての副絞り羽根駆動部材３１に設けられた副絞り羽根駆動カム３１ａに、副絞り羽根３２のボス部が係合される。本実施形態では、副絞り羽根３２は７枚の羽根から形成される。３３は絞りベースであり、３３ａは副絞り羽根３２のボスと嵌合して副絞り羽根３２を定位置回転可能に保持する副絞り羽根保持穴である。副絞り羽根３２は、絞りベース３３と副絞り羽根駆動部材３１とで形成される空間に配置され、副絞り駆動部材３１は絞りベース３３に対して光軸中心回りに回転可能に保持される。

３１ｂは、副絞り羽根駆動部材３１を駆動する為の光軸直交方向に突出した突出部であるアーム部としての副絞りアームである。副絞りアーム３１ｂの駆動方法については後に説明するが、このアーム３１ｂに力を加えることで副絞り駆動部材３１を回転させる。そして、副絞り羽根駆動カム３１ａと副絞り羽根保持穴３３ａとの位置関係により、副絞り羽根３２をレンズの光束内に進退させる（光軸方向に移動させる）ことで有害光のカットを行う。

３４は主絞り羽根であり、７枚の羽根から形成されている。３５は主絞り羽根駆動部材であり、絞りベース３３とカバー部材３６により略光軸周りに回転可能に保持されている。主絞り羽根３４のボス部は、絞りベース３３に設けられた主絞り羽根駆動カム３３ｂと、主絞り羽根駆動部材３５に設けられた主絞り羽根保持穴３５ａに係合している。

主絞り羽根駆動部材３５は、モータ３７に設けられたピニオンギヤ部３７ａとギヤ部３６ｂとに係合し、絞りＦＰＣ３８を介して給電されることで回転駆動される。この回転駆動により、主絞り羽根３４が光路内に侵入し、光を遮ることで光量が調整される。以上、絞りユニット３０の構成について説明した。

図４は、絞りユニット３０をメイン鏡筒４０にビス止めしたユニットの正面図及び側面図である。図４（ａ）は副絞り羽根３２が開放状態の正面図、図４（ｂ）は副絞り羽根３２が絞られた状態の正面図、図４（ｃ）は図４（ａ）の矢印側から見た側面図、図４（ｄ）は図４（ｂ）の矢印側から見た側面図である。

本実施形態では、副絞り羽根駆動部材３１とメイン鏡筒４０との間に、光軸周りの回転方向のいずれか一方に付勢する付勢手段としての副絞り開放バネ５０を設けることで、副絞り羽根駆動部材３１を常に開放側に付勢している。副絞り開放バネ５０の一端は、副絞り羽根駆動部材３１のバネ保持部３１ｃに引っかけられており、もう一端はメイン鏡筒４０のバネ保持部４０ｂに引っかけられている。

副絞り羽根３２を絞る際は、副絞りアーム３１ｂに副絞り開放バネ５０に打ち勝つだけの荷重を加えることで、副絞り羽根３２を絞ることができる。なお、荷重を加えるのを止めると、副絞り開放バネ５０により副絞り羽根３２が開放状態になるのは言うまでもない。

なお、図２に戻って、２１は本レンズ鏡筒の外観を形成するフィルター枠である。フィルター枠２１は、これまで説明してきた１〜３群レンズＬ１〜Ｌ３等をメイン鏡筒４０に組み込んだ後に、メイン鏡筒４０に対してビス止め固定される。以上によりレンズ鏡筒が完成となる。

（外装ユニット）
次に、外装ユニットについて説明する。図１、図２において、６１はマニュアルフォーカス操作環（操作環）であり、前側保持環（保持環）６０と固定筒６５との間で光軸周りに回転可能に挟持されている。操作環６１が回転すると、操作環６１に等間隔で設けられたくし歯部６１ａが、固定筒６５に保持される二つの回転検知用フォトインタラプタ（フォトインタラプタ）６２ａの投光・遮光を切り替えることにより、操作環６１の回転方向と回転速度が検出される。なお、フォトインタラプタ６２は、マニュアルフォーカス用のフレキシブルプリント基板（ＭＦ−ＦＰＣ）６２ｂに半田実装されている。

回転検知素子としてのフォトインタラプタ６２ａと、フォトインタラプタ６２ａで回転検知した信号を伝達するためのＭＦ−ＦＰＣ６２ｂは、回転検知手段として機能する。そして、このフォトイタラプタ６２ａの出力をＭＦ−ＦＰＣ６２ｂを介して制御基板６６に伝え、その情報を基にフォーカスモータ４７に給電し駆動することで、マニュアルフォーカスを可能にしている。

また、図１、図２において、６４はポジションリングであり、固定筒６５に回転可能に保持されている。ポジションリング６４は、図１に示すように、光学ユニットを光軸方向に移動させる為のカム溝部を設けたカム環６４ｃと、外観を形成する第１の外装６４ａ及び第２の外装６４ｂから形成されている。ここで、カム環６４ｃに第１の外装６４ａ及び第２の外装６４ｂが接着固定されている（図１）。

また、図１、図２において、６６は制御基板であり、フォーカスモータ、手ブレ補正機構、絞りユニット等のレンズ鏡筒の制御を行う。制御基板６６は、マウント４（図１）にカメラコネクタ部固定ビス１０５（図２）により固定されたカメラコネクタ部６８を介して、カメラとの通信を行うことで各種制御が行われる。この制御基板６６は、固定筒６５に固定される。

また、図１、図２において、６７は外装筒であり、製品の外観の一部となる。外装筒６７は、固定筒６５とマウント４との間に挟持され、マウント固定ビス１０６（図２）により固定される。以上が、外装ユニットの構成である。

（光学ユニット及び副絞りの駆動）
以下、先ず光学ユニットの駆動について説明する。本レンズ鏡筒は、携帯性を高める為の収納位置と、無限から至近まで合焦可能な通常撮影位置、マクロ撮影を可能にするマクロ撮影位置の３つの位置を有している。

光学ユニットについては、メイン鏡筒４０に設けられた３つのカムピン４０ａが、固定筒６５に設けられた３つの直進案内溝６５ａと、カム環６４ｃに設けられた３つのメインカム溝６４ｃ−ａとに係合されている。そして、ポジションリング６４を回転することで、光学ユニットを光軸方向に移動させる。本実施形態においては、収納位置からポジションリング６４を３０°回転させた位置が通常撮影位置。さらに１４°ポジションリング６４を回転させた位置がマクロ撮影位置となる。なお、収納位置及び収納位置から通常撮影位置の間と、通常撮影位置とマクロ撮影位置の間は撮影不可領域としている。

図５は、光学ユニットの位置と副絞り口径及びカムとカム溝の関係を示した図である。図５（ａ）は収納位置であり、光学ユニットは携帯性を高める為、外装ユニット内に収まった状態となる。この際、副絞りは開放状態となっている。また、図５（ｂ）は通常撮影位置であり、本構成においてはポジションリング６４を３０°回転することで収納状態から通常撮影状態になると光学ユニットが約１９ｍｍ繰出す。この位置では、無限から至近まで合焦可能である。また、副絞りはこの位置でも開放状態となっている。

図５（ｄ）はマクロ撮影位置であり、本構成においては通常撮影位置からポジションリング６４を１４°回転させると約０．６ｍｍレンズが繰出され、マクロ撮影を可能としている。なお、マクロ撮影位置においては、レンズを繰出すことで入射する有害光を遮る為に副絞りが絞られた状態となっている。

ここで、光学ユニット及び副絞りの駆動に関し、図５を用い、カムピン４０ａ、副絞りアーム３１ｂと各カム溝の関係について説明する。カムピン４０ａは、図５（ａ）〜（ｄ）の全ての領域でカム溝に係合しており、光学ユニットの光軸方向の位置を変化させている。このとき、もちろん副絞りアーム３１ｂも光軸方向に移動する。

しかし、副絞りアーム３１ｂは、図５（ａ）〜（ｃ）までは副絞りカム溝６４ｃ−ｂに非接触の状態（摺動しない状態）であり、光軸方向・回転方向共に無負荷状態となっている。そして、図５（ｃ）の位置では、副絞りアーム３１ｂとカム溝６４ｃ−ｂの一部としての光軸方向に沿った壁領域（壁面）である副絞り駆動壁６４ｃ−ｄとが当接する。

図５(ｂ)から（ｃ）までのポジションリング６４が４°回転する間（副絞り駆動壁６４ｃ−ｄと異なる領域）では、先に説明した通り副絞りアーム３１ｂは、カム溝６４ｃ−ｂに挿入されているもののカム溝６４ｃ−ｂに非接触状態である。その結果、この状態では光軸方向・回転方向共に無負荷状態となっており、図５（ａ）から（ｂ）に至るまでには副絞りは光軸方向に移動しているがその絞り開口径は変化しない。

そして、図５（ｃ）の位置では、副絞りアーム３１ｂと副絞り駆動壁６４ｃ−ｄの当接部は光軸方向に摺動可能に接触している。図５（ｃ）から（ｄ）にかけて、ポジションリング６４は１０°回転し、副絞りアーム３１ｂを副絞り駆動壁６４ｃ−ｄにより回転方向に回転させることで副絞りを絞る。つまり、図５（ａ）から（ｂ）に至るまでの状態（突出部の位置が壁領域に摺動していない状態）では、副絞りアーム３１ｂには前述の開放バネ５０による弾性力のみが作用しているために開放状態である。

これに対して、図５（ｃ）から（ｄ）に示すように副絞りアーム３１ｂが副絞り駆動壁６４ｃ−ｄに当接しながら副絞りが光軸方向に動くことで開放バネ５０の弾性力以上の力が副絞りアーム３１ｂに加わる。その結果、副絞りが絞られるように絞り開口径が変化する。

この際、光学ユニットがスラスト方向（光軸方向）で移動し副絞りアーム３１ｂもスラスト方向に移動するが、副絞りアーム３１ｂに加わるスラスト方向の力は副絞り駆動壁６４ｃ−ｄとの間に働く摩擦力Ｍ（図６（ｂ）で抗力Ｎ２に比例）のみとなる。よって、本レンズ構成のようにスラスト方向への光学ユニットの移動量が小さい場合でも、副絞りアーム３１ｂに加わる力は副絞りアーム３１ｂと副絞り駆動壁６４ｃ−ｄとの間に働く摩擦力Ｍ（図６（ｂ））のみである。

これにより、スラスト方向（光軸方向）の力として非常に小さなものとなり、本来加える必要のないスラスト方向（光軸方向）への負荷を抑えることができる。つまり，本実施形態では、副絞りアーム３１ｂの変形による副絞り機構の回転不足や、機構の駆動を阻害する力が、小さく抑えられている為、安定した作動機構及び高い開口径精度を保つことが可能になる。このようにして、絞りを開閉する際の光軸方向への負荷が大幅に抑制される為、作動良好な開閉機構と精度良い開口部を形成可能である。

（変形例）
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。

（変形例１）
上述した実施形態では、突出部の一部（副絞りアーム３１ｂの先端部）が摺動する壁領域６４ｃ−ｄは光軸方向に設けられたが、光軸方向に傾く方向（例えば光軸方向に対し３０度以内の方向）に設けられても良い。

（変形例２）
上述した実施形態では、撮像素子を備えるカメラ本体を有し、カメラ本体がレンズ鏡筒に装着可能な光学機器としての撮影装置（撮像装置）に適用する場合を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、画像表示素子と、拡大投射のためのレンズ鏡筒と、を備える光学機器としてのプロジェクタ等に適用可能である。

３１・・副絞り羽根駆動部材、３１ｂ・・副絞りアーム、３２・・副絞り羽根、６４ｃ・・カム環、６４ｃ−ｂ・・カム溝、６４ｃ−ｄ・・副絞り駆動壁

Claims (8)

1. 光軸周りに設けられる複数の絞り羽根と、
   光軸直交方向に突出した突出部を備え、光軸周りに回転可能な羽根回転部材と、
   壁領域を含む第１のカム溝を備え、光軸周りに回転可能なカム環とを有し、
   前記カム環の回転により、前記突出部が前記壁領域に対して光軸方向に摺動しつつ前記羽根回転部材が回転することで、前記複数の絞り羽根を光軸方向に移動させつつ前記複数の絞り羽根により形成される開口の径を変化させることを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 前記突出部が前記壁領域に対して光軸方向に摺動していない状態においては、前記開口の径は変化しないことを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
3. 前記突出部は、前記第１のカム溝における前記壁領域とは異なる領域に対しては摺動しないことを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ鏡筒。
4. レンズを有し、前記カム環は、該レンズを光軸方向に移動させるための第２のカム溝を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のレンズ鏡筒。
5. 前記羽根回転部材を光軸周りの回転方向に付勢する付勢手段を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のレンズ鏡筒。
6. 撮像素子を有し、請求項１乃至５の何れか一項に記載のレンズ鏡筒に装着可能であることを特徴とする光学機器。
7. 撮像素子と、請求項１乃至５の何れか一項に記載のレンズ鏡筒とを有することを特徴とする光学機器。
8. 画像表示素子と、請求項１乃至５の何れか一項に記載のレンズ鏡筒とを有することを特徴とする光学機器。