JP6819433B2 - レンズ鏡筒 - Google Patents

Description

本発明はレンズ鏡筒に関するものであり、例えば、ガイド軸による直進機構とカム筒の回転によるレンズ群の相対的な移動機構とを有するレンズ鏡筒に関するものである。

近年、デジタルカメラの撮像レンズに対して高い光学性能が求められている。とりわけレンズ交換可能なカメラシステムの交換レンズには高い光学性能が要求されるため、ズームレンズの場合、高い光学性能を達成するためにズーム移動するレンズ群の数を多くすることが増えてきている。

例えば、複数のレンズ群をズーム移動させるために複数の移動鏡筒を有するレンズ鏡筒の例が、特許文献１で提案されている。特許文献１に記載のレンズ鏡筒では、移動鏡筒が主ガイド軸係合部と副ガイド軸係合部と主ガイド軸係合部近傍に配置されたカムフォロワー部とを有しており、カムフォロワー部がカム溝に係合する構成により、カム筒の回転に伴って直進移動する構成となっている。

特開２００６−０５３４９６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のレンズ鏡筒のような構成では、主ガイド軸係合部の近傍にカムフォロワー部が配置されているため、移動鏡筒の傾きは主ガイド軸係合部のガタ量と主ガイド軸係合部の嵌合長さとによって決定されることになる。部品精度によって係合部のガタ量を低減するには限界があるため、移動鏡筒の傾きガタを抑えるには主ガイド軸係合部の嵌合長さを可能な範囲で確保する必要があるが、物理的な配置には限界がある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、鏡筒移動時に発生するガタを抑えて光学性能の劣化を低減したレンズ鏡筒を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明のレンズ鏡筒は、複数のレンズ群からなる撮像レンズを有し、前記レンズ群を保持する鏡筒を複数有するレンズ鏡筒であって、
カム溝を有するカム筒と、
前記鏡筒の１つとして配置された少なくとも１つの第１鏡筒と、
前記鏡筒の１つとして配置され、かつ、前記第１鏡筒に対する相対的な位置が変化するように前記撮像レンズの光軸方向に移動可能な第２鏡筒と、
前記カム溝に係合するように前記第２鏡筒に設けられ、前記カム筒の回転により前記第２鏡筒の光軸方向の移動を可能とするカムフォロワー部と、
前記第１鏡筒に保持され、かつ、光軸に対する垂直方向からの傾きを抑制しながら前記第２鏡筒の移動をガイドする主ガイド軸と、
前記第１鏡筒に保持され、かつ、前記主ガイド軸を軸中心とする前記第２鏡筒の回転を抑制しながら前記第２鏡筒の移動をガイドする副ガイド軸と、を有し、
前記第２鏡筒が、前記主ガイド軸に係合する主ガイド軸係合部と、前記副ガイド軸に係合する副ガイド軸係合部と、を有し、
前記主ガイド軸と前記副ガイド軸とが光軸を挟んで相対する位置に配置されており、
前記カムフォロワー部が前記副ガイド軸係合部の近傍に配置されていることを特徴とする。

第２の発明のレンズ鏡筒は、上記第１の発明において、光軸に対して垂直な面において、前記主ガイド軸と前記カムフォロワー部を通る直線が、前記主ガイド軸と前記副ガイド軸を通る直線を基準とする±２０°の角度範囲内にあることを特徴とする。

第３の発明のレンズ鏡筒は、上記第１又は第２の発明において、光軸に対して垂直な面において前記主ガイド軸係合部と係合している部分での前記主ガイド軸の中心から前記カム溝と係合している部分での前記カムフォロワー部の中心までの直線距離が、前記主ガイド軸係合部に対する前記主ガイド軸の嵌合長さよりも長いことを特徴とする。

第４の発明のレンズ鏡筒は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、光軸に対して垂直な面において、前記主ガイド軸と光軸とを結ぶ直線の延長線上に前記副ガイド軸が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、主ガイド軸と副ガイド軸とが光軸を挟んで相対する位置に配置されており、カムフォロワー部が副ガイド軸係合部の近傍に配置されているため、カムフォロワー部とカム溝との間のガタにより発生する傾きガタ量が小さくなる。したがって、鏡筒移動時に発生するガタを抑えて光学性能の劣化を低減することが可能となる。例えば、ズーム移動するレンズ群の数が多いレンズ交換用ズームレンズであっても、高い光学性能を得ることが可能となる。

レンズ鏡筒の実施の形態の広角端と望遠端での概略構成を示す断面図。 レンズ鏡筒の実施の形態におけるズーム差動鏡筒周辺構造を示す断面図。 ズーム差動鏡筒周辺構造を結像側から示す平面図。 ズーム差動鏡筒周辺構造を結像側から示す斜視図。 レンズ鏡筒の実施の形態を直進筒の外側から示す斜視図。 レンズ鏡筒の実施の形態をカム筒の外側から示す斜視図。

以下、本発明を実施したレンズ鏡筒等を、図面を参照しつつ説明する。図１に、広角端（Ｗ）と望遠端（Ｔ）の各ズーム状態にあるレンズ鏡筒１００の概略断面構造を示す。レンズ鏡筒１００の結像側には、レンズマウント１１１が設けられている。このレンズマウント１１１を介して、撮像素子ＳＲを内蔵したカメラボディＢＤにレンズ鏡筒１００が機械的・電気的に結合されるように構成されている。つまり、レンズ鏡筒１００はカメラボディＢＤに対して着脱可能になっており、レンズ鏡筒１００とカメラボディＢＤとの組み合わせによりレンズ交換式カメラシステムを構成している。

レンズ鏡筒１００は５つのレンズ群１〜５からなるズームレンズＺＬを撮像レンズとして有しており、レンズ群１〜５は各々１枚以上のレンズで構成されている。レンズ群１は、移動鏡筒１０１に保持されており、ズーム時にはズームレンズＺＬの光軸ＡＸ方向に移動する。また、レンズ群２〜５は移動鏡筒１０３及び移動鏡筒１０６に保持されており、ズーム時にレンズ群１とは独立した軌跡で光軸ＡＸ方向に移動する。移動鏡筒１０３と移動鏡筒１０６とはネジ止めで固定されており、レンズ群３とレンズ群５は一体的にズーム移動する。この移動鏡筒１０３には、移動鏡筒１０２を光軸ＡＸ方向に移動させるためのモーターユニット（不図示）、開口絞りを構成する絞りユニット１３０等も保持されている。

レンズ群２はフォーカス群であり、レンズ群３〜５に従属する形で移動鏡筒１０２に保持されている。またレンズ群２は、前記モーターユニットで駆動されることにより、フォーカス時及びズーム時にレンズ群３〜５に対して相対的に移動して、フォーカス性能及びズームポジションごとの光学性能を維持する機能を有している。なお、モーターユニットは、駆動源として回転力を発生させるモーターヘッド部と、その回転力によって回転駆動されるリードスクリュー部と、から構成されている。

移動鏡筒１０２は、絞りユニット１３０の被写体側に配置され、かつ、移動鏡筒１０３に対する相対的な位置が変化するように光軸ＡＸ方向に移動可能となっている。絞りユニット１３０は、電気的に開口径が可変な構造を有しており、また、移動鏡筒１０２よりも結像側（すなわち撮像素子ＳＲ側）に配置されるとともに、移動鏡筒１０３によってその被写体側で保持されている。なお、絞りユニット１３０も移動鏡筒１０３に対してネジ止めされている。

レンズ群４は、ズーム差動鏡筒１０５に保持されている。また、主ガイド軸１５１と副ガイド軸１５２とが光軸ＡＸを挟んで相対する位置に配置されており、移動鏡筒１０３，１０６は、主ガイド軸１５１及び副ガイド軸１５２を両端で支持している。ズーム差動鏡筒１０５は、主ガイド軸１５１に係合する主ガイド軸係合部１０５ａと、副ガイド軸１５２に係合する副ガイド軸係合部１０５ｂと、を有しており、主ガイド軸１５１及び副ガイド軸１５２を介して移動鏡筒１０３，１０６に保持されている。

主ガイド軸１５１は、移動鏡筒１０３，１０６に保持され、かつ、光軸ＡＸに対する垂直方向からの傾きを抑制しながらズーム差動鏡筒１０５の移動をガイドする。一方、副ガイド軸１５２は、移動鏡筒１０３，１０６に保持され、かつ、主ガイド軸１５１を軸中心とするズーム差動鏡筒１０５の回転を抑制しながらズーム差動鏡筒１０５の移動をガイドする。したがって、ズーム差動鏡筒１０５は、移動鏡筒１０３及び移動鏡筒１０６に対する相対的な位置が変化するように、光軸ＡＸ方向に移動可能である。

移動鏡筒１０１，１０３等の周りには、後記直進溝１３２ａ（図５）及び直進溝１３２ｂを有する直進筒１３２と、カム溝１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃを有するカム筒１３１と、が設けられている。また、移動鏡筒１０１は、円周３等分に配置されたカムフォロワー部（不図示）を有しており、移動鏡筒１０３も同様に、円周３等分に配置されたカムフォロワー部１０３ａを有している。移動鏡筒１０１のカムフォロワー部は、直進溝１３２ａ及びカム溝１３１ａと係合しており、移動鏡筒１０３のカムフォロワー部１０３ａは、直進溝１３２ｂ及びカム溝１３１ｂと係合しており、カム筒１３１は直進筒１３２に対して径嵌合している。

したがって、光軸ＡＸを中心にカム筒１３１を回転させると、各移動鏡筒１０１，１０３のカムフォロワー部１０３ａ等がカム溝１３１ａ，１３１ｂに沿って移動し、それによってズーミングが行われる。また、ズーム差動鏡筒１０５はカムフォロワー部１０５ｃを有しており、カムフォロワー部１０５ｃはカム筒１３１が有するカム溝１３１ｃに係合されて、上述のカム筒１３１の回転により、レンズ群３及びレンズ群５に対して相対的に移動をすることができる。

直進筒１３２の周りには、フォーカス操作環１０８とズーム操作環１０９が設けられている。フォーカス操作環１０８は、光軸ＡＸを中心に直進筒１３２に対して回転可能となっている。フォーカス操作環１０８の回転によりフォトセンサー（不図示）の信号を検知すると、フォーカス群であるレンズ群２を前記モーターユニットでフォーカス駆動させることができる。ズーム操作環１０９は、光軸ＡＸを中心に直進筒１３２に対して回転可能となっている。ズーム操作環１０９は、ズーム連動ピン（不図示）でカム筒１３１と回転連動するように構成されており、ズーム操作環１０９の回転操作によりカム筒１３１が回転して、ズーム操作を可能としている。

フォーカス操作環１０８の被写体側には前側外装鏡筒１０７ａが設けられており、ズーム操作環１０９の結像側には後側外装鏡筒１０７ｂが設けられている。外装鏡筒１０７ａ，１０７ｂは、各々フォーカス操作環１０８とズーム操作環１０９の抜け止めとして機能するとともに、レンズ鏡筒１００の外装を形成している。

次に、レンズ鏡筒１００の詳細構成、特にズーム差動鏡筒１０５周辺の構成を説明する。図２に広角端（Ｗ）のレンズ鏡筒１００におけるズーム差動鏡筒１０５周辺の概略断面構造を示し、図３及び図４にズーム差動鏡筒１０５周辺の外観構造を示す。図３ではズーム差動鏡筒１０５周辺の構造を光軸ＡＸに沿って結像側から見た外観を示しており、図４ではズーム差動鏡筒１０５周辺の構造を結像側の斜め上方から見た外観を示している。また、図５及び図６にレンズ鏡筒１００を結像側の斜め上方から見た外観構造を示す。図５では直進筒１３２の外側から見た外観を示しており、図６ではカム筒１３１の外側から見た外観を示している。なお、図５及び図６中に表れている移動鏡筒１０６等は、図３及び図４において不図示である。

ズーム差動鏡筒１０５は、前述したように主ガイド軸係合部１０５ａ及び副ガイド軸係合部１０５ｂを有しており（図１〜図４）、各々主ガイド軸１５１及び副ガイド軸１５２と係合することで直進移動を可能としている。主ガイド軸係合部１０５ａは、光軸ＡＸ方向に嵌合長さを有しており、主ガイド軸１５１との間の径方向のガタを小さく設定することでズーム差動鏡筒１０５の傾きを抑制している。つまり、主ガイド軸１５１と主ガイド軸係合部１０５ａでズーム差動鏡筒１０５の適正な姿勢を保持している。一方、副ガイド軸１５２と副ガイド軸係合部１０５ｂは、主ガイド軸１５１を軸中心とするズーム差動鏡筒１０５の回転を抑制している。つまり、副ガイド軸１５２と副ガイド軸係合部１０５ｂでズーム差動鏡筒１０５の回転止めとしている。また、主ガイド軸１５１と副ガイド軸１５２の両端のうち、被写体側の端部は移動鏡筒１０３に支持されており、結像側の端部は移動鏡筒１０６に支持されている。

ズーム差動鏡筒１０５は、副ガイド軸係合部１０５ｂの近傍に別体又は一体で構成されたカムフォロワー部１０５ｃを有している。このカムフォロワー部１０５ｃは、カム筒１３１に形成されているカム溝１３１ｃに係合するようにズーム差動鏡筒１０５に設けられており、カム筒１３１の回転によりズーム差動鏡筒１０５の光軸ＡＸ方向の移動を可能とする。したがって、ズーム差動鏡筒１０５に保持されているレンズ群４は、レンズ群３及びレンズ群５に対する相対的な移動が可能となる。

前述したように、主ガイド軸１５１と副ガイド軸１５２とは光軸ＡＸを挟んで相対する位置に配置されており、カムフォロワー部１０５ｃは副ガイド軸係合部１０５ｂの近傍に配置されている。主ガイド軸１５１と主ガイド軸係合部１０５ａとの嵌合ガタによる嵌合長さ（図２）Ｘの中心の傾きを考慮した場合、カムフォロワー部１０５ｃが副ガイド軸１５２の近傍に配置されていると、主ガイド軸１５１の近傍に配置される場合よりも、カムフォロワー部１０５ｃとカム溝１３１ｃとの間のガタ（フォロワー径方向のガタ）により発生する主ガイド軸１５１の嵌合部中心の傾きガタ量を小さくすることができるので、傾きガタ量を抑制するうえで有利になる。

また、カムフォロワー部１０５ｃは、組立時にフォロワー径の選択を行うことにより、カム溝１３１ｃとの間のガタをより小さく設定することが多い。そのため、特にカムフォロワー部１０５ｃを別体で構成する場合には、カム溝１３１ｃとの間のガタ量を小さく設定することが好ましく、それによってガタ低減効果を更に大きくすることができる。

図２に示すように、光軸ＡＸに対して垂直な面において主ガイド軸係合部１０５ａと係合している部分での主ガイド軸１５１の中心からカム溝１３１ｃ（図１，図６）と係合している部分でのカムフォロワー部１０５ｃの中心までの直線距離Ｙが、主ガイド軸係合部１０５ａに対する主ガイド軸１５１の嵌合長さＸよりも長く設定されている（Ｘ＜Ｙ）。このため、嵌合長さＸを必要以上に長くすることなくズーム差動鏡筒１０５の傾きを抑制することができる。

ここで具体的に、主ガイド軸係合部１０５ａと主ガイド軸１５１との嵌合ガタ量をΔｈ１とすると、ズーム差動鏡筒１０５に発生する傾きθ１は以下の式（Ａ）で表される。
θ１＝ｔａｎ^-1（Δｈ１／Ｘ） …（Ａ）
また同様に、カムフォロワー部１０５ｃとカム溝１３１ｃとのガタ量をΔｈ２とすると、ズーム差動鏡筒１０５に発生する傾きθ２は以下の式（Ｂ）で表される。
θ２＝ｔａｎ^-1（Δｈ２／Ｙ） …（Ｂ）

ここで、Δｈ１とΔｈ２とが略同等とした場合、Ｘ＜Ｙの関係からθ１＞θ２となり、ズーム差動鏡筒１０５に発生する傾きはθ２となる。したがって、直線距離Ｙを嵌合長さＸより長く設定することにより、ズーム差動鏡筒１０５に発生する傾きを抑制することができる。さらに、図３に示すように、光軸ＡＸに対して垂直な面において、主ガイド軸１５１と光軸ＡＸとを結ぶ直線ＬＮの延長線上に副ガイド軸１５２を配置することにより、より長い直線距離Ｙを確保することができる。

上述した実施の形態のように、複数のレンズ群からなる撮像レンズを有し、レンズ群を保持する鏡筒を複数有するレンズ鏡筒にあっては、例えば、主ガイド軸及び副ガイド軸を用いた直進機構とカム筒の回転によるズーム群の相対的な移動機構とでズーム機構を構成する場合、そのズーム機構周辺の構成が、移動鏡筒の傾きガタを抑えるうえで重要になる。これはズーム機構に限るものではないので、ここで、移動鏡筒１０３，１０６を第１鏡筒とし、ズーム差動鏡筒１０５を第２鏡筒とし、第２鏡筒にカムフォロワー部を設けて、第１鏡筒に対する相対的な位置が変化するように第２鏡筒を光軸方向に移動可能とした構成を考える。この構成においてカムフォロワー部の配置を工夫すると、第２鏡筒の傾きガタの抑制が可能である。

上記第２鏡筒の傾きガタを抑えるためのカムフォロワー部の配置の一例としては、レンズ鏡筒１００のように、主ガイド軸と副ガイド軸とが光軸を挟んで相対する位置に配置され、カムフォロワー部が副ガイド軸係合部の近傍に配置された構成が挙げられる。この構成では、カムフォロワー部が主ガイド軸係合部の近傍に配置された構成よりも、カムフォロワー部とカム溝との間のガタにより発生する主ガイド軸の嵌合部中心の傾きガタ量を小さくすることができるので、傾きガタ量を抑制するうえで有利になる。また、カムフォロワー部は、組立時にフォロワー径の選択を行うことにより、カム溝との間のガタをより小さく設定させることが可能であるため、それによってガタ低減効果を更に大きくすることができる。

したがって、上記構成によれば、主ガイド軸と副ガイド軸とが光軸を挟んで相対する位置に配置されており、カムフォロワー部が副ガイド軸係合部の近傍に配置されているため、カムフォロワー部とカム溝との間のガタにより発生する傾きガタ量が小さくなる。したがって、鏡筒移動時に発生するガタを抑えて光学性能の劣化を低減することが可能となる。例えば、ズーム移動するレンズ群の数が多いレンズ交換用ズームレンズであっても、高い光学性能を得ることが可能となる。

前記実施の形態では、カムフォロワー部１０５ｃを配置する際の副ガイド軸係合部１０５ｂの近傍として、光軸ＡＸに対して垂直な面における主ガイド軸１５１とカムフォロワー部１０５ｃを通る直線の角度範囲を、主ガイド軸１５１と副ガイド軸１５２を通る直線ＬＮ（図３）を基準とする±２０°と想定している。この条件を満たせば、鏡筒移動時に発生するガタを効果的に抑えることができる。したがって、光軸に対して垂直な面において、前記主ガイド軸と前記カムフォロワー部を通る直線が、前記主ガイド軸と前記副ガイド軸を通る直線を基準とする±２０°の角度範囲内にあることが好ましい。

前記実施の形態のように、光軸に対して垂直な面において前記主ガイド軸係合部と係合している部分での前記主ガイド軸の中心から前記カム溝と係合している部分での前記カムフォロワー部の中心までの直線距離Ｙが、前記主ガイド軸係合部に対する前記主ガイド軸の嵌合長さＸよりも長いことが好ましい（Ｘ＜Ｙ）。この構成によると、主ガイド軸と主ガイド軸係合部でのガタによる傾きよりも、カムフォロワー部とカム溝でのガタによる傾きが小さくなるので（θ１＞θ２）、第２鏡筒に発生する傾きを効果的に小さくすることが可能となる。

前記実施の形態では、光軸ＡＸに対して垂直な面において、主ガイド軸１５１と副ガイド軸１５２を通る直線ＬＮ（図３）上に光軸ＡＸが位置している。このように光軸に対して垂直な面において、前記主ガイド軸と光軸とを結ぶ直線の延長線上に前記副ガイド軸を配置すれば、直線距離Ｙを長く設定することができるので、第２鏡筒に発生する傾きを効果的に小さくすることが可能となる。

１〜５ レンズ群
１００ レンズ鏡筒
１０１ 移動鏡筒
１０２ 移動鏡筒
１０３ 移動鏡筒（第１鏡筒）
１０３ａ カムフォロワー部
１０５ ズーム差動鏡筒（第２鏡筒）
１０５ａ 主ガイド軸係合部
１０５ｂ 副ガイド軸係合部
１０５ｃ カムフォロワー部
１０６ 移動鏡筒（第１鏡筒）
１０７ａ 前側外装鏡筒
１０７ｂ 後側外装鏡筒
１０８ フォーカス操作環
１０９ ズーム操作環
１１１ レンズマウント
１３０ 絞りユニット
１３１ カム筒
１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ カム溝
１３２ 直進筒
１３２ａ，１３２ｂ 直進溝
１５１ 主ガイド軸
１５２ 副ガイド軸
ＺＬ ズームレンズ（撮像レンズ）
ＳＲ 撮像素子
ＢＤ カメラボディ
ＡＸ 光軸

Claims (4)

1. 複数のレンズ群からなる撮像レンズを有し、前記レンズ群を保持する鏡筒を複数有するレンズ鏡筒であって、
   カム溝を有するカム筒と、
   前記鏡筒の１つとして配置された少なくとも１つの第１鏡筒と、
   前記鏡筒の１つとして配置され、かつ、前記第１鏡筒に対する相対的な位置が変化するように前記撮像レンズの光軸方向に移動可能な第２鏡筒と、
   前記カム溝に係合するように前記第２鏡筒に設けられ、前記カム筒の回転により前記第２鏡筒の光軸方向の移動を可能とするカムフォロワー部と、
   前記第１鏡筒に保持され、かつ、光軸に対する垂直方向からの傾きを抑制しながら前記第２鏡筒の移動をガイドする主ガイド軸と、
   前記第１鏡筒に保持され、かつ、前記主ガイド軸を軸中心とする前記第２鏡筒の回転を抑制しながら前記第２鏡筒の移動をガイドする副ガイド軸と、を有し、
   前記第２鏡筒が、前記主ガイド軸に係合する主ガイド軸係合部と、前記副ガイド軸に係合する副ガイド軸係合部と、を有し、
   前記主ガイド軸と前記副ガイド軸とが光軸を挟んで相対する位置に配置されており、
   前記カムフォロワー部が前記副ガイド軸係合部の近傍に配置されていることを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 光軸に対して垂直な面において、前記主ガイド軸と前記カムフォロワー部を通る直線が、前記主ガイド軸と前記副ガイド軸を通る直線を基準とする±２０°の角度範囲内にあることを特徴とする請求項１記載のレンズ鏡筒。
3. 光軸に対して垂直な面において前記主ガイド軸係合部と係合している部分での前記主ガイド軸の中心から前記カム溝と係合している部分での前記カムフォロワー部の中心までの直線距離が、前記主ガイド軸係合部に対する前記主ガイド軸の嵌合長さよりも長いことを特徴とする請求項１又は２記載のレンズ鏡筒。
4. 光軸に対して垂直な面において、前記主ガイド軸と光軸とを結ぶ直線の延長線上に前記副ガイド軸が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。

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