JP6746629B2 - 回転力伝達装置、並びにそれを備えたレンズ装置および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転力伝達装置、並びにそれを備えたレンズ装置および撮像装置に関する。

デジタルカメラやビデオカメラ等に用いられるレンズ鏡筒では、モータ等の駆動源からの回転力を定位置回転リングやカム環に伝達し、定位置回転リングやカム環の回転によりレンズを駆動する。また、定位置回転リングやカム環は、合焦等の位置精度を上げるためにガタつきなく駆動する必要がある。そこで特許文献１には、ボールレースを用いて円環型超音波モータを回転駆動する光学装置が開示されている。特許文献１の構成によれば、ころがり転動により摺動摩擦による駆動力の損失を低減することができる。

特開平９−１５９８９８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された光学装置のようにボールレースを用いると、ボールを押さえるための円環部材が必要になる。このため、径方向および回転軸方向のそれぞれに大きなスペースが必要となり、光学装置が大型化してしまう。

そこで本発明は、回転部材のガタつきを低減することが可能な小型の回転力伝達装置、並びにそれを備えたレンズ鏡筒および撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての回転力伝達装置は、筒状の固定部材と、前記固定部材の周囲で回転する回転部材と、前記固定部材に保持され、前記回転部材の回転軸と平行な軸周りに回転する第一のベアリング部材と、前記固定部材に保持され、前記回転部材の径方向周りに回転する第二のベアリング部材を有し、前記回転部材は、前記第一のベアリング部材と前記第二のベアリング部材により回転可能に保持されており、前記第一のベアリング部材および前記第二のベアリング部材は、前記回転軸に直交する平面において、同一周上に配置されている。

本発明の他の側面としてのレンズ装置は、レンズと前記回転力伝達装置とを有する。

本発明の他の側面としての撮像装置は、前記レンズ装置と、前記レンズ装置を介して形成される光学像を光電変換する撮像素子と、前記撮像素子を保持するカメラ本体とを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。

本発明によれば、回転部材のガタつきを低減することが可能な小型の回転力伝達装置、並びにそれを備えたレンズ鏡筒および撮像装置を提供することができる。

本実施形態における超音波モータユニットの断面図である。 本実施形態における超音波モータユニットの要部拡大図である。 本実施形態における超音波モータユニットを線Ａ−Ａで切断した断面図である。 本実施形態における超音波モータユニットを線Ｂ−Ｂで切断した断面図である。 本実施形態における超音波モータユニットを線Ｃ−Ｃで切断した断面図である。 本実施形態におけるレンズ鏡筒の断面図である。 本実施形態におけるレンズ鏡筒を線Ａ−Ａで切断した断面図である。 本実施形態におけるレンズ鏡筒を線Ｅ−Ｅで切断した断面図である。 本実施形態における撮像装置の構成図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、図１乃至図３を参照して、本実施形態における超音波モータユニット（振動型モータユニット、回転力伝達装置）について説明する。図１は、超音波モータユニット１００の断面図である。図２は、図１に示される超音波モータユニット１００の要部拡大図（断面図）である。図３は、超音波モータユニット１００を図１中の線Ａ−Ａで切断した断面図である。

図１および図２において、固定筒１０１は、樹脂材料からなる筒状の固定部材であり、レンズ鏡筒１０（図９参照）の固定部に固定される取付部を有する。回転リング１０２は、固定筒１０１の外周に配置され、超音波モータにより固定筒１０１の周囲で回転する。本実施形態において、回転リング１０２は金属材料からなるが、これに限定されるものではない。回転リング１０２の端面にはゴムリング１０３が接着され、ゴムリング１０３の反対側には円環型のロータ１０４が接着されている。このような構成により、回転リング１０２、ゴムリング１０３、および、ロータ１０４は、回転軸（軸Ｘ−Ｘ）を中心として一体的に回転する。本実施形態において、回転リング１０２、ゴムリング１０３、および、ロータ１０４により回転部材が構成される。

ステータ１０５は、固定筒１０１に保持されている。ステータ１０５の先端には周期的な溝が形成されており、ステータ１０５は常にロータ１０４に接触するように配置されている。ステータ１０５には、圧電素子１０６が貼付けられている。ステータ１０５は、圧電素子１０６を振動させ、ステータ１０５のロータ１０４との接触部が楕円運動することにより、ロータ１０４に回転力を与える。これらは、一般的な超音波モータの原理による。ステータ１０５は、スポンジ状の弾性材料で形成された緩衝部材１０７、１０８により保持されている。緩衝部材１０７、１０８は、ステータ１０５の振動を阻害せずにステータ１０５を保持する働きを有する。緩衝部材１０８は、金属リング１０９および波ワッシャ１１０を挟んで、バネ押え板１１１により保持されている。ステータ１０５は、波ワッシャ１１０によりロータ１０４に所定の加圧力で付勢されており、バネ押え板１１１の回転軸方向の位置をずらすことにより、加圧力の調整が可能である。このように波ワッシャ１１０は、ステータ１０５をロータ１０４に押し付けるバネ部材である。

図２に示されるように、回転リング１０２は、端面１０２ａにおいて、回転軸方向の支持部材としてベアリング（第二のベアリング部材）１１２に当接している。ベアリング１１２は、軸ビス１１３により固定筒１０１に固定されている。このようにベアリング１１２は、固定筒１０１に保持され、回転リング１０２の径方向周りに回転し、回転リング１０２の回転軸方向において回転リング１０２と接触している。本実施形態では、図３に示されるように、６個のベアリング１１２が周方向（回転軸周り）に略等間隔で配置されている。ロータ１０４は、波ワッシャ（第二の付勢手段）１１０により付勢され、常にベアリング１１２に当接することにより、回転軸方向におけるロータ１０４のガタつきが防止される。

図４は、超音波モータユニット１００を図３中の線Ｂ−Ｂで切断した断面図である。図４に示されるように、回転リング１０２は、内周面１０２ｂにおいて、ベアリング（第一のベアリング部材）１１４に当接することにより、径方向に支持されている。ベアリング１１４の内部には、シャフト１１５が挿入されている。シャフト１１５は、その両端を固定筒１０１に形成された溝に嵌合させることにより保持されている。このようにベアリング１１４は、固定筒１０１に保持され、回転リング１０２の回転軸と平行な軸周りに回転し、回転リング１０２の径方向において回転リング１０２と接触している。本実施形態では、図３に示されるように、３個のベアリング１１４が周方向（回転軸周り）に略等間隔で配置されている。３個のベアリング１１４のうちの１つ（第一のベアリング部材に含まれる複数のベアリング１１４のうち第一のベアリング）は、板バネ１１６により径方向に付勢されている（図５参照）。一方、３個のベアリング１１４のうち他の２つ（第一のベアリング部材に含まれる複数のベアリング１１４のうち第二のベアリング）は、固定されている。

図５は、超音波モータユニット１００を図３中の線Ｃ−Ｃで切断した断面図である。ベアリング１１４は、シャフト１１５の両端が板バネ（第一の付勢手段）１１６により保持され、径方向に付勢されている。すなわち板バネ１１６は、ベアリング１１４を径方向に付勢している。このような構成により、固定された２つのベアリング１１４により回転軸が一定に保たれたまま、板バネ１１６で付勢された１つのベアリング１１４によりガタつきが防止される。このように回転リング１０２は、回転軸方向のガタおよび径方向のガタを無くした状態で、高精度に回転することが可能である。本実施形態では、回転軸方向および径方向のそれぞれにおいて回転部材（回転リング１０２、ロータ１０４）と接触するベアリングを用いることにより、摩擦による損失を低減し、超音波モータによる回転トルクの減衰を防止することができる。

次に、複数のベアリングを用いることによりコンパクト化を実現する構成について説明する。図３に示されるように、複数のベアリング１１２、１１４は、回転軸方向（軸Ｘに沿った方向）において略同一の位置（回転軸に直交する略同一平面上）に配置されている。また複数のベアリング１１２、１１４はそれぞれ、回転軸から径方向に沿った距離が互いに略同一であるように周上に配置されている。本実施形態の構成によれば、ボールレースを採用する従来構成に比べて、省スペース化を図ることができる。また本実施形態では、複数のベアリング１１２、１１４をそれぞれ互いに間隔を設けて配置することが可能であり、全周に渡るスペースを必要としない。このため、隣接するベアリングの間のスペースに他の部材を配置することができ、超音波モータユニット１００のコンパクト化を図ることが可能である。

図３に示されるように、好ましくは、第一のベアリング部材は、回転リング１０２の回転軸周りにおいて複数（本実施形態では３個）のベアリング１１４を含む。また、第二のベアリング部材は、回転リング１０２の回転軸周りにおいて複数（本実施形態では６個）のベアリング１１２を含む。また好ましくは、第一のベアリング部材および第二のベアリング部材は、回転軸方向（図３に示される紙面垂直方向）から見た場合において、互いに重ならないように配置されている。また好ましくは、第一のベアリング部材および第二のベアリング部材は、同一周上に配置されている。また本実施形態において、波ワッシャ（第二の付勢手段）１１０の付勢力は、板バネ（第一の付勢手段）１１６の付勢力よりも大きい。このため、好ましくは、ベアリング１１２（第二のベアリング部材）の数（例えば６個）は、ベアリング（第一のベアリング部材）１１４の数（例えば３個）よりも多い。

次に、図６および図７を参照して、超音波モータユニット１００を備えたレンズ鏡筒（レンズ装置）について説明する。図６は、超音波モータユニット１００を備えたレンズ鏡筒１０の断面図である。図７は、図６に示されるレンズ鏡筒１０を、図１と同様の線Ａ−Ａで切断した断面図である。なお図６は、図７中の線Ｄ−Ｄで切断した断面図に相当する。

案内筒２０１は、カメラ本体２０（図９参照）と固定され、レンズ鏡筒１０の全体の骨格となる部材である。カム環２０２は、案内筒２０１の外周に嵌合し定位置回転自在に保持されており、ズーム機構（不図示）により手動で回転可能である。フォーカスカム環２０３は、案内筒２０１とカム環２０２とによるカム機構により、光軸方向（図１中の線Ｘ−Ｘに沿った方向）に移動する。フォーカス鏡筒２０４は、フォーカスレンズ２０５を保持し、フォーカス鏡筒２０４の外周に設けられた３つのカムフォロア２０４ａがフォーカスカム環２０３のカム溝２０３ａに係合している。

超音波モータユニット１００は、固定筒１０１の端部に設けられたフランジ部１０１ａを案内筒２０１の端面にビス等で固定する。フォーカスキー１０２ｃは、回転リング１０２の端面にビス等で固定され、先端部１０２ｄがフォーカス鏡筒２０４の外周部から光軸方向に延伸した部分に設けられたキー溝２０４ｂに嵌合し、光軸方向において移動自在に係合している。このような構成により、超音波モータユニット１００の回転力のみがフォーカスキー１０２ｃを介してフォーカス鏡筒２０４に伝えられる。本実施形態の構成では、ズーミングによりフォーカスカム環２０３が光軸方向に回転しながら移動するが、フォーカス鏡筒２０４は回転せずに光軸方向に直進移動する。フォーカス動作をする場合、超音波モータユニット１００によりフォーカス鏡筒２０４が回転して光軸方向に回転繰り出しすることで、フォーカス調整が行われる。

次に、図８を参照して、マニュアルフォーカス操作を行うための構成について説明する。図８は、図７中の線Ｅ−Ｅで切断した断面図である。フォーカスリング２０６は、外装部（不図示）に回転自在に保持され、手動により回転可能である。フォーカスリング２０６の内周には櫛歯突起２０６ａが設けられている。フォトインタラプタ２０７は、櫛歯突起２０６ａを挟むように外装部品（不図示）に固定されている。フォーカスリング２０６が回転すると、フォトインタラプタ２０７は、櫛歯突起２０６ａにより遮光および透過が繰り返されることを電気的に検出し、フォーカスリング２０６の回転角を算出する。超音波モータユニット１００は、算出された回転角に基づいて駆動制御される。回転リング１０２の内周には、規則的に連続したパターンが記されたスケール１１７が固定されている。センサ１１８は、スケール１１７の連続パターンを検出し、回転リング１０２の回転角を制御する（図５参照）。

図８に示されるように、フォトインタラプタ２０７は、フレキシブルプリント基板２０８により制御基板（不図示）と電気的に接続されている。電気的接続を行うためのフレキシブルプリント基板２０８は、固定筒１０１の外周を沿わせて像面方向に延びている。そしてフレキシブルプリント基板２０８は、固定筒１０１の溝部１０１ｂを通して回転リング１０２からステータ１０５およびバネ押え板１１１までの内周と、固定筒１０１の外周との間を挿通している。図３および図７に示されるように、溝部１０１ｂは、ベアリング１１２、１１４と略同一周上で、ベアリング１１２、１１４が存在しない位置（位相）に形成されている。このような構成により、全周に渡るスペースを必要とするボールレースを採用する構成と比べて、ベアリング１１２、１１４が存在しない位相に部品を配置することが可能となり、部品配置の自由度およびスペース効率の向上を図ることができる。その結果、レンズ鏡筒１０を小型化することが可能である。

本実施形態において、フレキシブルプリント基板２０８は、第二のベアリング部材に含まれる隣接する２つのベアリング１１２の間に配置されているが、本発明はこれに限定されるものではない。フレキシブルプリント基板２０８は、第一のベアリング部材に含まれる隣接する２つのベアリング１１４の間、または、第一のベアリング部材に含まれるベアリング１１４と第二のベアリング部材に含まれるベアリング１１４との間に配置されていてもよい。

本実施形態のようにレンズ鏡筒１０に超音波モータユニット１００を採用する場合、超音波モータユニット１００を構成するステータ１０５やロータ１０４は、他のレンズ鏡筒に流用される場合が多い。このため、レンズ鏡筒１０の内部の光学系の大きさもステータやロータの大きさに制限されることも少なくない。その結果、回転リングやその支持部材のスペースも制限され、よりコンパクトな配置が要求される。本実施形態は、そのような要求に対応するのに有効な構成である。本実施形態の超音波モータユニットの回転リングのように、ガタなく高精度に回転支持する構成が必要な場合、限られたスペースであっても、良好な保持機構を配置することが可能となる。

本実施形態では、フォーカスレンズ２０５を駆動するため、レンズ鏡筒１０に設けられた超音波モータユニット１００について説明したが、これに限定されるものではない。本実施形態の構成は、その他のレンズの駆動用またはカム環の回転用にも適用可能である。また本実施形態は、モータユニットに限定されるものではなく、固定部に対して相対回転する部材の支持構造にも適用可能である。

次に、図９を参照して、本実施形態における撮像装置について説明する。図９は、撮像装置（一眼レフカメラ）１の構成図である。図９において、レンズ鏡筒（交換レンズ）１０は、撮像光学系（レンズユニット）１１を有する。カメラ本体（撮像装置本体）２０は、クイックリターンミラー３、焦点板４、ペンタダハプリズム５、および、接眼レンズ６などを備えて構成されている。クイックリターンミラー３は、撮像光学系１１を介して形成された光束を上方に反射する。焦点板４は、撮像光学系１１の像形成位置に配置されている。ペンタダハプリズム５は、焦点板４に形成された逆像を正立像に変換する。ユーザは、その正立像を、接眼レンズ６を介して観察することができる。

撮像素子７は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサを備え、撮像光学系１１を介して形成された光学像（被写体像）を光電変換して画像データを出力する。撮影時には、クイックリターンミラー３が光路から退避して、撮像光学系１１を介して撮像素子７上に光学像が形成される。制御部９は、ＣＰＵを有し、撮像装置１の各部の動作を制御する。

なお撮像装置１は、撮像素子７を有するカメラ本体２０と、カメラ本体２０に着脱可能に取り付けられたレンズ鏡筒１０とにより構成されているが、これに限定されるものはない。カメラ本体とレンズ鏡筒とが一体的に構成された撮像装置であってもよいし、クイックリターンミラーのないミラーレスの一眼レフカメラ（ミラーレスカメラ）であってもよい。

本実施形態によれば、回転部材のガタつきを低減することが可能な小型の回転力伝達装置、並びにそれを備えたレンズ鏡筒および撮像装置を提供することができる。

なお本実施形態では、レンズ鏡筒として、静止画および動画撮影を行うための交換レンズに関して説明したが、投射レンズや複写機の光学系などのレンズ鏡筒にも適用可能である。また、レンズ鏡筒のモータユニットに限定されるものではなく、レンズ鏡筒以外の製品の固定部に対して相対回転する部材の支持構造にも適用可能である。

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。

１００ 超音波モータユニット（回転力伝達装置）
１０１ 固定筒（固定部材）
１０２ 回転リング（回転部材）
１０４ ロータ（回転部材）
１１０ 波ワッシャ（第二の付勢手段）
１１２ ベアリング（第二のベアリング部材）
１１４ ベアリング（第一のベアリング部材）
１１６ 板バネ（第一の付勢手段）

Claims (13)

1. 筒状の固定部材と、
   前記固定部材の周囲で回転する回転部材と、
   前記固定部材に保持され、前記回転部材の回転軸と平行な軸周りに回転する第一のベアリング部材と、
   前記固定部材に保持され、前記回転部材の径方向周りに回転する第二のベアリング部材を有し、
   前記回転部材は、前記第一のベアリング部材と前記第二のベアリング部材により回転可能に保持されており、
   前記第一のベアリング部材および前記第二のベアリング部材は、前記回転軸に直交する平面において、同一周上に配置されていることを特徴とする回転力伝達装置。
2. 前記第一のベアリング部材および前記第二のベアリング部材はそれぞれ、前記回転部材の回転軸周りにおいて複数のベアリングを含むことを特徴とする請求項１に記載の回転力伝達装置。
3. 前記第一のベアリング部材を前記径方向に付勢する第一の付勢手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の回転力伝達装置。
4. 前記第一のベアリング部材に含まれる複数のベアリングのうち第一のベアリングは、前記第一の付勢手段により付勢され、
   前記第一のベアリング部材に含まれる前記複数のベアリングのうち第二のベアリングは、付勢されることなく固定されていることを特徴とする請求項３に記載の回転力伝達装置。
5. 前記回転部材を前記第二のベアリング部材に付勢する第二の付勢手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転力伝達装置。
6. 前記回転部材は、円環型のロータを含み、
   前記第二の付勢手段は、ステータを前記ロータに押し付けるバネ部材であることを特徴とする請求項５に記載の回転力伝達装置。
7. 前記第二の付勢手段の付勢力は、前記第一の付勢手段の付勢力よりも大きく、
   前記第二のベアリング部材の数は、前記第一のベアリング部材の数よりも多いことを特徴とする請求項５または６に記載の回転力伝達装置。
8. 電気的接続を行うためのフレキシブルプリント基板を有し、
   前記フレキシブルプリント基板は、前記第一のベアリング部材に含まれる隣接するベアリングの間、前記第二のベアリング部材に含まれる隣接するベアリングの間、または、前記第一のベアリング部材に含まれるベアリングと前記第二のベアリング部材に含まれるベアリングとの間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回転力伝達装置。
9. 前記回転力伝達装置は、超音波モータユニットであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の回転力伝達装置。
10. 筒状の固定部材と、
    前記固定部材の周囲で回転する回転部材と、
    前記固定部材に保持され、前記回転部材の回転軸と平行な軸周りに回転する第一のベアリング部材と、
    前記固定部材に保持され、前記回転部材の径方向周りに回転する第二のベアリング部材と、
    電気的接続を行うためのフレキシブルプリント基板を有し、
    前記回転部材は、前記第一のベアリング部材と前記第二のベアリング部材により回転可能に保持されており、
    前記フレキシブルプリント基板は、前記第一のベアリング部材に含まれる隣接するベアリングの間、前記第二のベアリング部材に含まれる隣接するベアリングの間、または、前記第一のベアリング部材に含まれるベアリングと前記第二のベアリング部材に含まれるベアリングとの間に配置されていることを特徴とする回転力伝達装置。
11. レンズと、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の回転力伝達装置を有することを特徴とするレンズ装置。
12. 請求項１１に記載のレンズ装置と、
    前記レンズ装置を介して形成される光学像を光電変換する撮像素子と、
    前記撮像素子を保持するカメラ本体を有することを特徴とする撮像装置。
13. 前記レンズ装置は、前記カメラ本体に対して着脱可能であることを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。