JP6881475B2 - レンズ駆動装置と、これを備えるレンズ鏡筒およびカメラ - Google Patents

Description

本発明はレンズ駆動装置と、これを備えるレンズ鏡筒およびカメラに関するものである。

従来から、カメラのレンズを光軸方向に駆動するレンズ駆動装置としてリードスクリュー装置が用いられている。このリードスクリュー装置は、軸転駆動するリードスクリューと、このリードスクリューに螺合されてリードスクリューの軸転に伴って直動するナット部材とで構成され、当該ナット部材に連結されたレンズ保持部にレンズを保持する構成であり、例えば特許文献１のフォーカス調整装置はこのリードスクリュー装置を用いている。

このようなリードスクリュー装置では、ナット部材をリードスクリューに組み付ける際にはリードスクリューの一方の端部からナット部材を螺合させる必要があるが、特許文献１のリードスクリュー装置はリードスクリューの軸方向の両端をコ字状の支持部材で支持しているので、そのままではナット部材をリードスクリューに組み付けることができない。そのため、ナット部材を予めリードスクリューに組み付けてからリードスクリューの組み付けを行うか、或いは、リードスクリューを組み付けた後にでもナットを組み付けられるようにリードスクリューの支持構造を特殊構造とする必要があった。このような組み付け工程順序の制約や特殊構造の構築はレンズ駆動装置を製造する際の製造コストを増大する要因となっている。

この問題を解決する手法の一つとして、特許文献２のようなナット部材としてハーフナットを用いることが考えられる。このハーフナットは、環状をしたナット部材を径方向に切断したナット部材であり、リードスクリューが組み付けられた状態でも、リードスクリューに対して側方から、すなわちリードスクリューの径方向から螺合させることができる。そのため、前記したような組み付け工程順序の制約や特殊構造は不要であり、レンズ駆動装置の製造コストの増大を回避することが可能となる。

特許第３７６６３７９号明細書 特開２００９−８０２４８号公報

この特許文献２のようなハーフナットを用いた構造では、ハーフナットがリードスクリューの径方向の片側からのみ螺合する構造であるため、ハーフナットとリードスクリューの機械的な螺合強度が低くならざるを得ない。そのためハーフナットにリードスクリューの軸方向の外力が加えられたときに、ハーフナットに歯飛びが生じ易いという問題がある。すなわち、外力によってハーフナットがリードスクリューのネジ山を乗り越えてしまいリードスクリューの軸方向に移動してしまうという現象である。この歯飛びを防止するためにハーフナットをリードスクリューに対して径方向に強い力で当接させると、ハーフナットに加えられた外力による応力がハーフナットとリードスクリューの螺合部位、すなわち両者のネジ部に集中されることになり、この応力によってネジ部が損傷してしまうという問題が生じる。特に、レンズ鏡筒に内装されている複数のレンズ群のうち、被写体側のレンズ群を駆動するレンズ駆動装置では、当該レンズ群が撮影者等によって手で接触されて外力が加えられることがあるため、このような外力によっても歯飛びやネジ部の損傷を抑制し、ないしは防止することが要求されている。

本発明の目的は、歯飛びを抑制するとともに、ネジ部の破損を防止することが可能なリードスクリューを備えたレンズ駆動装置とレンズ鏡筒およびカメラを提供するものである。

本発明は、光学系の光軸方向に移動可能な可動レンズ群を当該光軸方向に移動可能に構成したレンズ駆動装置であって、駆動モータと、当該駆動モータによって軸転されるリードスクリューと、可動レンズ群を保持するレンズ保持枠と、当該レンズ保持枠と別体であり、リードスクリューを径方向に挟んで対向する位置において当該レンズ保持枠に同軸でかつそれぞれ独立して回動可能に配置された第１ラックと第２ラックで構成される従動体と、当該第１ラックをリードスクリューに近づく方向に向けて付勢する第１付勢手段と、第２ラックを第１ラックに近づく方向に向けて付勢する第２付勢手段を備える。リードスクリューは軸心が光軸方向に向けられ、第１ラックと第２ラックは光軸方向に垂直な方向に回動可能である。

本発明のレンズ駆動装置の好ましい形態として、第１付勢手段はレンズ保持枠の一部に対して第１ラックを付勢する。また、第２付勢手段は第１ラックに対し第２ラックを付勢する構成とされる。好ましくは、第１ラックと第２ラックはそれぞれリードスクリューのネジ部に噛合する歯部を備え、第１付勢手段は第１ラックの歯部を前記ネジ部に噛合させる付勢力を備える。また、第１付勢手段と第２付勢手段は、所定以上の外力が加えられたときに第１ラックと第２ラックの各歯部がリードスクリューのネジ部との噛合が外れる状態となることが可能な付勢力に設定されている。

本発明のレンズ駆動装置の他の好ましい形態として、第１ラックと第２ラックはリードスクリューを径方向に挟む方向の回動位置を規制するための位置規制手段を備え、この位置規制手段は、第１ラックの歯部がリードスクリューのネジ部に噛合したときに、第２ラックの歯部がリードスクリューのネジ部に噛合しないが当該ネジ部の外径よりも内径に位置するように規制する。また、第１ラックと第２ラックは、所定以上の外力が加えられたときに第１付勢手段と第２付勢手段の付勢力に抗して各ラックの各歯部がリードスクリューのネジ部との噛合が外れる径位置までそれぞれ回動することが可能である。

また、本発明のレンズ駆動装置は、駆動モータを制御してレンズ保持枠を所望位置に制御するためのレンズ位置制御手段と、レンズ保持枠がレンズ光軸方向に移動したことを検出するレンズ位置検出手段を備え、当該レンズ位置検出手段がレンズ位置を検出したときにレンズ位置制御手段を初期位置に制御する構成とする。あるいは、駆動モータを制御してレンズを所望位置に制御するためのレンズ位置制御手段と、第１ラックと第２ラックがリードスクリューのネジ部との噛合から外れた状態を検出する歯飛び検出手段を備え、当該歯飛び検出手段がレンズ位置を検出したときにレンズ位置制御手段を初期位置に制御する構成とする。この歯飛び検出手段は、第１ラックと第２ラックの相対角度が所定の角度以上になった状態を検出する構成とする。

本発明のレンズ鏡筒は本発明のレンズ駆動装置を備えることを特徴とする。また、本発明のカメラは当該レンズ鏡筒を備えることを特徴とする。

本発明のレンズ駆動装置は、駆動モータと、当該駆動モータによって軸転されるリードスクリューと、可動レンズ群を保持するレンズ保持枠と、当該レンズ保持枠と別体であり、リードスクリューに対向する位置において当該レンズ保持枠に同軸でかつ回動可能に配置された第１ラックと第２ラックで構成される従動体と、当該第１ラックをレンズ保持枠に対してリードスクリューに近づく方向に向けて付勢する第１付勢手段を備えるので、第１付勢手段の付勢力によって第１ラックはリードスクリューに対して安定に歯合された状態が保持される。また、第１付勢手段の付勢力を調整することで第１ラックをネジ部に対して好適な状態で噛合させることが可能になり、従動体に外力が加えられたときに第１ラックは付勢力に抗してリードスクリューの外径方向に移動されるので、第１ラックの破損を防止することができる。また、第２ラックを第１ラックに近づく方向に向けて付勢する第２付勢手段を備えるので、第２付勢手段の付勢力を調整することで、第１ラックに対して所定の角度位置に規制されている第２ラックをネジ部に対して所定の位置関係を保った噛合状態に保持することが可能になり、その一方で外力が加えられたときに第２ラックをネジ部との噛合状態から外れて歯飛びを生じ易くすることができる。

また、本発明のレンズ駆動装置は、第１ラックの歯部がリードスクリューのネジ部に噛合したときに、第２ラックの歯部がリードスクリューのネジ部に噛合しないが当該ネジ部の外径よりも内径に位置するように規制するための位置規制手段を備えているので、従動体に外力が加えられたときに第１ラックによる噛合状態を確保し、さらに外力が増大されたときには第１ラックと第２ラックがネジ部に噛合されてリードスクリュー装置の機能を確保するとともに、各ラックの損傷を防止し、同時に歯飛びを防止する。さらに、外力が異常な程度まで増大されたときには、第１付勢手段と第２付勢手段の付勢力に抗して各ラックの歯部がネジ部との噛合から外れる外径位置まで回動され、歯飛びを生じさせて各ラックの損傷を防止することが可能になる。

本発明のレンズ駆動装置は、リードスクリューは駆動モータにより軸転可能に構成され、従動体はレンズを保持したレンズ保持枠に取着され、リードスクリューの軸転に伴って当該レンズ保持枠をレンズ光軸方向に移動可能に構成しているので、撮影者の手等がレンズ保持枠に接触した場合に生じる外力によってもレンズ保持枠の正確な移動を確保する一方でレンズ駆動装置の損傷を防止することができる。

また、本発明のレンズ駆動装置では、レンズが光軸方向に移動したことを検出するレンズ位置検出手段を備え、当該レンズ位置検出手段がレンズ位置を検出したときにレンズ位置制御手段を初期位置に制御する構成としているので、レンズ駆動装置において歯飛びが生じた場合でもレンズ位置を正確に位置制御することができる。特に、従動体がリードスクリューのネジ部との噛合から外れた状態を検出する歯飛び検出手段を備え、当該歯飛び検出手段がレンズ位置を検出したときにレンズ位置制御手段を初期位置に制御する構成とすることにより、歯飛びが生じたときには速やかに初期設定を行ってレンズ位置を正確に位置制御することが可能になる。

本発明のレンズ鏡筒、および当該レンズ鏡筒を備えるカメラでは、レンズ駆動装置において得られる正確なレンズ位置制御によって精度の高い焦点合わせやズーミング等が可能になる。

本発明にかかるレンズ鏡筒の全体構成を示す断面図。 本発明にかかるレンズ筒の外観斜視図。 本発明にかかるレンズ筒の分解斜視図。 本発明のレンズ駆動装置の従動体の外観斜視図。 従動体の要部の分解斜視図。 従動体を組み立てた状態の正面図と要部の断面図。 レンズ駆動装置の要部の外観斜視図。 レンズ駆動装置の要部の一部を破断した斜視図と断面図。 ラック歯とネジ部との歯合状態を説明する模式的な断面図。 歯飛び検出手段を備えた従動体の要部の分解斜視図。 歯飛び検出手段を備えた従動体の一部を破断した正面図。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。この実施形態は本発明をカメラのレンズ鏡筒に備えられるレンズ駆動装置に適用したものである。図１は本発明にかかるカメラのレンズ鏡筒をレンズユニットＬＵとしてカメラボディＣＢと一体的に構成した実施形態を示すものであり、当該カメラの撮影時の状態をレンズ光軸に沿って破断した断面図である。図１において本発明と関連のある部位について説明すると、前記レンズユニットＬＵは図に鎖線で示すカメラボディＣＢに固定されている固定筒１の内周面に回転筒２が保持されている。さらにこの回転筒２の内部には直進筒３とレンズ筒４が保持されており、前記回転筒２に対してそれぞれヘリコイド結合されている。前記回転筒２は図には表れない繰り出しモータ等の駆動力によって撮影時にレンズ光軸Ｌｘ回りに回転され、この回転筒２の回転によって前記直進筒３とレンズ筒４はカメラボディＣＢでの収納位置から前方（被写体側、以下前後方向については被写体側を前方と称し、反対側を後方と称する）に直進移動して繰り出される。前記直進筒３と前記レンズ筒４はそれぞれ回転筒２に対して個別のヘリコイドで結合されているので、各筒の繰り出し量はそれぞれ相違している。前記直進筒３の前端部には当該直進筒３の前面に設けられた開口を撮影時に開放し、非撮影時には閉じてレンズユニットＬＵの内部を保護するレンズバリア装置３１が設けられている。

前記レンズ筒４はレンズ光軸方向の後側に配置されたモータ枠５と、このモータ枠５の前側に配置されたレンズ保持枠６とを備えており、本発明のレンズ駆動装置７は当該モータ枠５に対して前記レンズ保持枠６をレンズ光軸方向に移動して焦点合わせを行うように構成されている。前記モータ枠５は前記回転筒２の回転によって前記直進筒３が繰り出されたときに、これとともに所定の位置まで繰り出される。レンズ保持枠６は第１群レンズＬ１、シャッターＳ、第２群レンズＬ２を搭載して前記モータ枠５に対してレンズ光軸方向に相対移動可能に支持されており、前記レンズ駆動装置７によってレンズ光軸方向に相対移動制御される。

図２は前記レンズ筒４のみを取り出して左前方から見た斜視図であり、図３は当該レンズ筒４を構成しているモータ枠５とレンズ保持枠６とを分離した斜視図である。モータ枠５は大略円環状に形成されており、その下辺側の円周２箇所には前記レンズ保持枠６を保持するための複数の支持片５１が前方に向けて突設されている。また、上辺側の円周一部には前記レンズ保持枠６をレンズ光軸方向に移動させる際のガイドとなる細い円柱状をした主軸５２がレンズ光軸方向に向けて突設されている。

一方、前記レンズ保持枠６は大略短円筒容器状に形成されており、その中心位置に設けた円形の開口内に前記第１レンズ群Ｌ１と、図２，３には表れない前記第２群レンズＬ２と前記シャッターＳが保持されている。このレンズ保持枠６は前記モータ枠５の前側に配置されるとともに、その外周面において前記モータ枠５の２つの支持片５１によって下辺部が支持される。また、前記レンズ保持枠６の円周一部には細幅片状のブラケット６１が後方に向けて延長され、このブラケット６１を通してレンズ光軸方向に開口された主軸穴６１１に前記モータ枠５の主軸５２が挿通されることにより、レンズ保持枠６はモータ枠５に対して同軸状態を保ったままレンズ光軸方向に相対移動可能とされている。この実施形態では、かかるレンズ保持枠６のレンズ光軸方向の移動により前記レンズユニットＬＵにおける焦点合わせが行われる。

本発明の前記したレンズ駆動装置７は、前記レンズ保持枠６をモータ枠５に対してレンズ光軸方向に往復移動するためのリードスクリュー装置で構成されている。すなわち、図２，３に示すように、ステッピングモータで構成された駆動モータ８が固定板８１によって前記モータ枠５に固定支持されている。この駆動モータ８の図には表れない回転出力軸にはレンズ光軸方向に所要の長さを有するリードスクリュー８２が同軸に連結されている。このリードスクリュー８２は周面に軸芯方向の断面形状が三角形もしくは台形（ここでは台形）をしたネジ条からなるネジ部８３が形成されている。また、このリードスクリュー８２は、軸転されたときの軸心方向の安定性を確保するために、前記固定板８１の一部が軸支片８４として前方に向けてＬ字型に突出形成され、この突出された軸支片８４の先端に前記リードスクリュー８２の先端部が軸支されている。この軸支構造により、リードスクリュー８２は駆動モータ８が回転駆動されたときにレンズ光軸Ｌｘと平行な軸心の回りに安定して軸転されることになる。

一方、前記リードスクリュー８２とレンズ光軸方向に対向する前記レンズ保持枠６の円周一部には、前記リードスクリュー８２のネジ部８３に噛合可能な従動体９がレンズ光軸方向に一体的に支持されている。この従動体９は前記レンズ保持枠６がモータ枠５に組み付けられたときには前記リードスクリュー８２の前記ネジ部８３に噛合されるようになっており、当該リードスクリュー８２のネジ部８３の螺旋構造によってリードスクリュー８２が軸転されたときにその軸方向、すなわちレンズ光軸Ｌｘの方向に直進往復移動される。これにより、当該従動体９を支持しているレンズ保持枠６は前記モータ枠５の主軸５２に案内されながら従動体９と一体的にレンズ光軸方向に移動されることになる。

前記従動体９は、図４の外観斜視図と図５の要部分解斜視図にそれぞれ示すように、１本のラック軸９３に対してそれぞれ独立して回動できるように軸支された一対のラック部材９１，９２を有している。図４，５において下側に位置されている第１ラック部材９１は、ラック軸９３が挿通されている基端部９１１から中間部９１２が水平方向にほぼ真っ直ぐに延長され、先端部９１３は上方に向けて逆Ｌ字状に曲げられた形状である。そして、この中間部９１２の上面に前記リードスクリュー８２のネジ部８３に噛合することが可能な第１ラック歯９４が一体に形成されている。また、図４，５において上側に位置されている第２ラック部材９２は前記第１ラック部材９１よりも水平方向の長さが短くされており、前記ラック軸９３が挿通されている基端部９２１から延長された先端部９２２の下面に前記リードスクリュー８２のネジ部８３に噛合することが可能な第２ラック歯９５が一体に形成されている。これら第１ラック歯９４と第２ラック歯９５は正面を向いて対向配置されており、両ラック歯９４，９５で前記リードスクリュー８２のネジ部８３を径方向に挟んだ状態で噛合される。なお、この実施形態では、これら第１と第２のラック歯９４，９５はそれぞれリードスクリュー８２のネジ部８３の形状に対応して断面形状が三角形もしくは台形（ここでは台形）をした３つの歯を並列配置した構成としている。

前記第２ラック部材９２の基端部９２１には円筒状のボス９２３が一体に形成されており、このボス９２３に前記ラック軸９３を挿通させている。一方、前記第１ラック部材９１の基端部９１１には、第２ラック部材９２の基端部９２１およびボス９２３の長さに相当する寸法をした上向きコ字状の軸支持部９１４が一体に形成されており、この軸支持部９１４に前記第２ラック部材９２の基端部９２１とボス９２３を貫通するように内挿された前記ラック軸９３を両端支持している。これにより、第１と第２のラック部材９１，９２はそれぞれラック軸９３を支点にして個々に回動することが可能とされている。なお、前記ボス９２３の周囲には第２付勢バネ９７が巻回されているが、これについては後述する。

この構成の従動体９は、図２，３に示したように前記レンズ保持枠６の上辺部に組み付けられる。図６（ａ）は組み付けた状態を前方から見た図であり、図６（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図である。前記ラック軸９３の両端は前記した第１ラック部材９１の軸支持部９１４から突出されており、この突出されている両端が図６（ａ），（ｂ）に鎖線で示す前記レンズ保持枠６の周面６３の円周一部にレンズ光軸方向に対向するように外径方向に突設した一対のリブ６２に軸支されている。これにより、第１ラック部材９１と第２ラック部材９２はそれぞれラック軸９３を支点にしてレンズ保持枠６上でレンズ光軸Ｌｘと垂直な面上で径方向に回動することが可能となる。

このように第１および第２ラック部材９１，９２をレンズ保持枠６に支持すると、前記第１ラック部材９１の先端部９１３の下面は前記レンズ保持枠６の周面６３の一部に対向配置される状態となり、この下面と周面との間に圧縮コイルバネからなる第１付勢バネ９６がほぼ径方向に向けて弾装される。この第１付勢バネ９６の付勢力によって第１ラック部材９１はラック軸９３を支点にしてレンズ保持枠６の外径方向への回動習性が付与される。また、前記第２ラック部材９２のボス９２３には圧縮トーションバネからなる第２付勢バネ９７が巻回されており、この第２付勢バネ９７の両端を第１ラック部材９１と第２ラック部材９２にそれぞれ係止することで、第２ラック部材９２は先端部９２２が第１ラック部材９１に近接する方向、すなわちレンズ保持枠６の内径方向への回動習性が付与される。しかし、前記第１ラック部材９１と第２ラック部材９２はそれぞれの基端部９１１，９２１の互いに対向する面の一部において互いに当接されているので、これらの当接面が位置規制面９１５，９２５として機能され、第２付勢バネ９７の付勢力によっても両ラック部材９１，９２の各ラック歯９４，９５は互いに所要の間隔寸法を越えて近接することが規制されることになる。また、第２付勢バネ９７はラック軸９３の軸方向に圧縮された状態で第２ラック部材９２と第１ラック部材９１との間に弾装されているので、その弾性復帰力によって第１ラック部材９１の軸支持部９１４の端面Ｔがレンズ保持枠６のリブ６２の内面に当接される。そのため、この端面Ｔにおける当接力によって第１ラック部材９１はレンズ保持枠６に対して、さらに言えば従動体９はレンズ保持枠６に対して一体的な構成とされ、レンズ光軸方向に共に動作される状態とされている。

以上の構成の従動体９をリードスクリュー８２に組み付けてレンズ駆動装置７を構成する際には、レンズ保持枠６の主軸穴６１１にモータ枠５の主軸５２を挿通させてレンズ保持枠６をモータ枠５の前面位置に同軸状態に組み付ける。このとき、従動体９をリードスクリュー８２の側方から前進させて行き、第１ラック部材９１と第２ラック部材との間にリードスクリュー８２が挟持されるようにする。図７はこのときの状態を示す要部の斜視図である。すなわち、第１ラック部材９１は第１付勢バネ９６の付勢力に抗してレンズ保持枠６の内径方向に回動され、第２ラック部材９２は第２付勢バネ９７の付勢力に抗してレンズ保持枠６の外径方向に回動され、両ラック部材９１，９２の対向間隔寸法が拡大するのでリードスクリュー８２を挟持することが可能となる。

そして、この挟持した状態では、図８（ａ），（ｂ）に一部を破断した斜視図とその断面図をそれぞれ示すように、第１付勢バネ９６と第２付勢バネ９７の各付勢力によって、第１ラック部材９１の第１ラック歯９４はリードスクリュー８２のネジ部８３に対してレンズ保持枠６の内径側から噛合され、第２ラック部材９２の第２ラック歯９５は当該ネジ部８３に対してレンズ保持枠６の外径側から噛合されることになる。すなわち、リードスクリュー８２をモータ枠５のブラケット８４に両端支持した状態で組み立てていても、その後にレンズ保持枠６に支持した従動体９の第１と第２のラック部材９１，９２をリードスクリュー８２のネジ部８３に噛合させることができるので、レンズ駆動装置７の組立に際して組立順序の制約を受けることがなく、製造の容易化、製造コストの低減に有利となる。

従動体９がリードスクリュー８２に組み付けられた状態のときには、第１付勢バネ９６は第１ラック部材９１の先端部９１３に付勢力を付与しており、第１ラック歯９４は当該第１ラック部材９１の中間部９１２に配設されているので、第１ラック歯９４がリードスクリュー８２のネジ部８３に噛合する際の噛合力はてこの原理によって第１付勢バネ９６の付勢力よりも大きな力となり、リードスクリュー８２のネジ部８３との安定かつ好適な噛合状態が得られる。また、第２付勢バネ９７はラック軸９３の回りに巻回されているので、第１ラック部材９１と第２ラック部材９２を組み立てるのと同時に第２付勢バネ９７を組み立てることができ、組立作業が簡略化できるとともに、従動体９の全体を小型に構成できる。このように、第１付勢バネ９６によって第１ラック歯９４を所望の付勢力でネジ部８３に噛合させ、第２付勢バネ９７によって第２ラック歯９５を所望の付勢力でネジ部８３に噛合させる構成を容易に組み立てることができる。

したがって、このように組み立てられたレンズ駆動装置７では、駆動モータ８を回転駆動することによりリードスクリュー８２が軸転され、リードスクリュー８２のネジ部８３に歯合している第１ラック歯９４と第２ラック歯９５はそれぞれ当該ネジ部８３に沿ってリードスクリュー８２の軸方向に移動される。これにより、第１ラック歯９４と第２ラック歯９５とそれぞれ一体の第１ラック部材９１と第２ラック部材９２からなる従動体９、さらにはこの従動体９を支持しているレンズ保持枠６がレンズ光軸方向に移動され、前記したようにレンズユニットＬＵにおける焦点合わせが実行されることになる。

ここで、この実施形態のレンズユニットでは、撮影時には図１に示したレンズバリア装置４が開放されるため、直進筒３の前面開口を通してレンズ筒４が露呈された状態となり、撮影者の手等がレンズ筒４に接触したときに前側に位置しているレンズ保持枠６にレンズ光軸方向の外力が加えられることが考えられる。レンズ保持枠６に加えられた外力は従動体材９の第１および第２のラック部材９１，９２を介して第１ラック歯９４と第２ラック歯９５に伝えられる。そのため、第１ラック歯９４および第２ラック歯９５と、これらに歯合しているリードスクリュー８２のネジ部８３との間に外力に伴う応力が発生し、この応力によって第１ラック歯９４や第２ラック歯９５がネジ部８３との噛合から外れて、いわゆる歯飛びが生じるおそれがある。あるいは歯飛びが生じない場合には当該応力によって第１ラック歯９４や第２ラック歯９５、ないしはネジ部８３が損傷されるおそれが生じる。

これに対し、この実施形態では第１ラック歯９４は第１付勢バネ９６の付勢力によってネジ部８３に対して弾性的に噛合され、第２ラック歯９５は第２付勢バネ９７の付勢力によってネジ部８３に対して弾性的に噛合されているので、これらのラック歯９４，９５とネジ部８３との間の応力が増大したときには、各ラック歯９４，９５とネジ部８３とが当接するテーパ面での楔作用によって径方向の応力が発生し、この応力によって第１と第２のラック歯９４，９５はそれぞれ第１と第２の各付勢バネ９６，９７の付勢力に抗してネジ部８３の外径方向に移動される。この外径方向の移動によって発生した応力が吸収ないし低減されることになり、ラック歯９４，９５の損傷が防止される。また、このとき両ラック歯９４，９５はネジ部８３に噛合された状態が保持されるので歯飛びが生じることはない。さらに、外力が増大して各ラック歯９４，９５における応力が増大すると、両ラック歯９４，９５の対向間隔はさらに増加されるため、各ラック歯９４，９５はネジ部８３との噛合が外れて歯飛びが生じることになるが、各ラック歯９４，９５の損傷は確実に防止される。

特に、この実施形態では、このようなラック歯の損傷を防止する効果と、歯飛びの抑制効果とを高めるために、前記従動体９は次のように構成されている。すなわち、前記したように第２ラック部材９２は第２付勢バネ９７の付勢力によって第１ラック部材９１に対して近接する方向に付勢されているが、第１ラック部材９１と第２ラック部材９２の対向する面に設けた位置規制面（図６）９１５，９２４が互いに回動方向に当接され、この当接によって第１ラック部材９１に対して第２ラック部材９２がなす回動角度（以下、挟み角と称することもある）が規制されている。すなわち、両ラック部材９１，９２が互いに位置規制面９１５，９２４で当接することによって第１ラック部材９１と第２ラック部材９２の挟み角、換言すれば第１ラック歯９４と第２ラック歯９５の対向間隔寸法が規制されることになる。そして、図９（ａ）に示すように、この第１と第２のラック歯９４，９５の対向間隔寸法（ここでは各ラック歯９４，９５の先端の間隔寸法）Ｌ１を、両ラック歯９４，９５がネジ部８３にそれぞれ通常の状態で噛合するときの対向間隔寸法Ｌ２よりも所定の余裕寸法Ｌ０だけ大きくなるように設計している。この余裕寸法Ｌ０はネジ部８３において前記した通常の状態で噛合する位置からネジ外径までの高さ寸法Ｈよりも小さい寸法である。なお、Ｌ３はネジ部８３の外径寸法である。

また、前記第１と第２の付勢バネ９６，９７については、第１付勢バネ９６により第１ラック歯９４がネジ部８３に噛合する際の付勢力が、第２付勢バネ９７により第２ラック歯９５がネジ部８３に噛合する際の付勢力よりも大きくなるように設計している。すなわち、第１付勢バネ９６の付勢力は、レンズユニットＬＵの姿勢変化によって重力が第１付勢バネ９６を圧縮する状態となったときでも、第１ラック歯９４がネジ部８３に対して付勢した状態が保持できる大きさに設定される。また、第２付勢バネ９７の付勢力についても同様であるが、その一方で第１付勢バネ９６と第２付勢バネ９７の付勢力で第１と第２のラック歯９４，９５がネジ部８３を径方向に挟持したときに、これらラック歯９４，９５とネジ部８３との噛合によって生じる衝撃によって各部が破壊されることがないような付勢力としている。そのため、第１付勢バネ９６と第２付勢バネ９７の付勢力の最小を前記した力に設定するとともに、両方の付勢バネ９６，９７の付勢力が相乗したときにも前記した破壊が生じすることがないように、一方の付勢バネ、ここでは第２付勢バネ９７の付勢力を小さくしている。この結果、この実施形態では前記第１ラック歯９４における付勢力が第２ラック歯９５における付勢力のほぼ２倍となるように設定している。

このような設計を行うことにより、レンズ保持枠６を介して従動体９、すなわち第１および第２ラック歯９４，９５に外力が生じていない状態のときには、図９（ａ）に示したように、第１付勢バネ９６の付勢力によって第１ラック歯９４はネジ部８３に通常状態で噛合するが、第２ラック歯９５は位置規制面９１５，９２４での規制によって余裕寸法Ｌ０だけネジ部８３に対して外径方向に離間された状態にある。したがって、この状態で駆動モータ８によってリードスクリュー８２が軸転されたときには、第１ラック歯９４がネジ部８３と噛合された状態を保ちながら従動体９がリードスクリュー８２に対しては直進移動されることになる。

一方、従動体９に外力が加えられると、図９（ｂ）に示すように、第１ラック歯９４とネジ部８３との当接面での楔作用によって外径方向の応力が生じ、この応力によって第１ラック歯９４は第１付勢バネ９６の付勢力に抗して矢印Ｍのようにネジ部８３の外径方向に移動される。このとき、第１付勢バネ９６の付勢力よりも小さな外力が加えられた程度では第１ラック歯９４が外径方向に移動されることはなく、安定な噛合状態を確保する。外力が増大して第１付勢バネ９６の付勢力よりも大きな応力が発生したときには、第１ラック歯９４は外径方向に移動されるが、このときには第２付勢バネ９７の付勢力によって第２ラック歯９５が第１ラック歯９４に追従して一体的に矢印Ｍ方向に移動されるため、第２ラック歯９５はネジ部８３の内径方向に移動されてネジ部８３に接触する状態となる。これにより、第１ラック歯９４と第２ラック歯９５が共にネジ部８３に噛合した状態となり、第１ラック歯９４のみがネジ部８３に噛合している状態に比較して両ラック歯９４，９５とネジ部８３との噛合関係が強化される。これにより、外力を第１と第２の各ラック歯９４，９５とネジ部８３との噛合で受けることになり、当該外力によっても各ラック歯９４，９５の損傷が防止される。また、両ラック歯９４，９５がネジ部８３に歯合している状態が保持されるので、各ラック歯９４，９５における歯飛びが防止されることになる。

この状態からさらに外力が増大すると、図９（ｃ）に示すように、第１と第２の各ラック歯９４，９５とネジ部８３との噛合面における径方向の応力が増大し、この応力によって両ラック歯９４，９５は外径方向、すなわち第１ラック歯９４は矢印Ｍ方向に移動され、第２ラック歯９５は矢印Ｎ方向に移動され、両ラック歯９４，９５の対向間隔寸法は寸法Ｌｉｘに拡大される。この状態では、両ラック歯９４，９５はネジ部８３に対して僅かに引っ掛かっている状態になる。この状態から外力が無くなれば歯飛びは発生することなく、第１および第２の付勢バネ９６，９５の各付勢力によって図９（ａ）に示した通常状態に復帰する。しかし、外力がさらに増大して図９（ｃ）に示したように、両ラック歯９４，９５の間隔寸法Ｌ１ｘがネジ部８３の外径寸法Ｌ３よりも大きくなると両ラック歯９４，９５がネジ部８３との噛合から外れて歯飛びが生じることになる。この歯飛びにより、両ラック歯９４，９５とネジ部８３との噛合面における増大した応力が開放され、当該応力によるラック歯９４，９５の損傷、ないしはネジ部８３の損傷が未然に防止されることになる。したがって、歯飛びは発生するもののレンズ駆動装置７が破損されることは防止でき、レンズ筒４の破損、ないしレンズユニットＬＵの破損が防止できる。

このように大きな外力が加えられたときに歯飛びを生じさせることによってラック歯９４，９５やネジ部８３の破損を防止したときには、レンズ駆動装置７の損傷を未然に防止することができる反面、リードスクリュー８２に対する両ラック歯９４，９５の位置、すなわち従動体９のレンズ光軸方向の位置が変化されるため、駆動モータ８の回転角度に対するレンズ保持枠６のレンズ光軸方向の位置が変化され、以降におけるレンズ保持枠６の駆動制御、ここでは焦点合わせ制御に問題が生じることになる。この問題に対しては、レンズ保持枠６ないしはレンズ筒４のレンズ光軸方向の位置を検出するレンズ位置検出手段、例えばフォトセンサをレンズユニットＬＵに配置しておき、レンズ保持枠６が当該レンズ位置検出手段によって検出されたときに焦点合わせ制御のリセットをかけることによって歯飛びの影響を解消し、以降における適切な焦点合わせが実行できる。通常ではカメラのメインスイッチをオフするとレンズ筒４がカメラボディＣＢ側に収納されるので、この収納時にレンズ位置検出手段においてレンズ位置が検出され、リセットがかけられることになる。

しかし、位置検出手段がレンズ保持枠を検出するまでの間は歯飛びによる影響が残されているので、この間における焦点合わせに際して問題が残ることもある。そこで、実施形態では歯飛びを検出する手段を配設し、歯飛びを検出したときには直ちにリセットをかけるように構成している。図１０は歯飛び検出手段の一例を示す分解斜視図であり、前記した第１ラック部材９１と第２ラック部材９２の各位置規制面９１５，９２４にそれぞれ接点返１６，９２５を配設している。ここでは、図１１に一部を破断した正面図を示すように、各位置規制面９１５，９２４にそれぞれ凹部９１７，９２６を形成し、これらの凹部に導電部材からなる接点片９１６，９２５を埋設している。第１ラック部材９１の第１接点片９１６は単純な板片で形成されているが、第２ラック部材９２の第２接点片９２５は板厚方向に湾曲形成されており、板厚方向に弾性変形が可能な構成とされている。これら第１接点片９１６と第２接点片９２５は、図９（ａ），（ｂ）に示したように第１ラック歯９４と第２ラック歯９５の少なくとも一方がネジ部８３に歯合する状態にあるときには互いに接触した状態を保って導通状態にある。

一方、第１ラック歯９４と第２ラック歯９５の両方がネジ部８３に噛合しない状態、すなわち図９（ｃ）に示したように第１ラック歯９４と第２ラック歯９５の間隔寸法Ｌ１ｘがねじ部８３の外径寸法Ｌ３よりも大きくなって歯飛びが発生する状態となったときには、位置規制面９１５と９２４が離間され、第２接点片９２５の弾性変形量を超えて第１接点片９１６と第２接点片９２５は互いに離反して非導通状態となるように配設されている。これら第１および第２の接点片９１６，９２５にはそれぞれ図には表れないがリード線が接続されており、これらのリード線は図には表れない歯飛び検出回路に接続されている。この歯飛び検出回路は単に両リード線の接続状態を検出する構成であればよい。

この歯飛び検出手段では、レンズ保持枠６に大きな外力が加えられて第１ラック歯９４と第２ラック歯９５がネジ部８３の外径方向に移動され、歯飛びが生じる状態になると、第１ラック部材９１と第２ラック部材９２との挟み角が大きくなってそれぞれの位置規制面９１５，９２４が所定の寸法以上離間され、第１接点片９１６と第２接点片９２５は離反されて非導通の状態となる。歯飛び検出回路はこれら接点片９１６，９２５の非導通を検出することにより歯飛びが生じたことを検出し、歯飛びを検出したときには、直ちに前記したレンズ位置検出手段の場合と同様な焦点合わせ制御のリセットをかけることにより、以降は歯飛びの発生にかかわらず適正な焦点合わせが可能になる。

この歯飛び検出手段は、ラック歯９４，９５がネジ部８３に対して歯飛びが生じる状況にあることを検出すればよいので、レンズ保持枠６ないし従動体９に所定以上の外力や衝撃が加えられた状況を検出することによっても歯飛びを検出することが可能である。したがって、例えばラック部９１または９２に加速度センサーを一体的に設けておき、この加速度センサーでの検出出力が予め設定した所定出力以上になったときに歯飛びを検出するように構成してもよい。また、ラック部材に加速度センサーを配設するスペースが確保できないような場合には、レンズ筒４、すなわちモータ枠５やレンズ保持枠６の一部に配設するようにしてもよい。

ここで、実施形態ではリードスクリュー８２のネジ部８３に噛合してリードスクリュー８２の軸方向に直線移動される従動体９を、それぞれラック歯９４，９５を有する第１と第２のラック部材９１，９２で構成した例を示したが、本発明における従動部材は、リードスクリューを径方向に挟む方向から装填されてそれぞれがリードスクリューのネジ部に噛合する一対の部材であればよい。例えば、リードスクリュー８２のネジ部８３に螺合可能な環状のナット部材の円周一部で構成される円弧状ナットをそれぞれ一体に有する第１と第２の従動部材で構成してもよい。

本発明においては、第１付勢バネ９６は第１ラック部材９１をリードスクリュー８２に向けて付勢し、第２付勢バネ９７は第２ラック部材９２を第１ラック部材９１に向けて付勢するように構成すればよいので、第１付勢バネ９６と第２付勢バネ９７の構成は実施形態の構成に限定されることはない。例えば、第１付勢バネ９６を捩じりバネで構成し、レンズ保持枠６に対して第１ラック部材９１をリードスクリュー８２の径方向に付勢する構成としてもよい。また、第２付勢バネ９７を引っ張りコイルバネで構成し、この引っ張りコイルバネを第１ラック部材９１と第２ラック部材９２との間に掛装して第２ラック部材９２を第１ラック部材９１に向けて付勢するようにしてもよい。この場合、第２付勢バネ９７を第２ラック部材９２とレンズ保持枠６の間に弾装して第１ラック部材９１に向けて付勢することも可能である。

本発明は、リードスクリューのネジ部に噛合している従動体をリードスクリューの軸転によってその軸心方向に直線移動させる構成のレンズ駆動装置であれば、実施形態のレンズ駆動装置に限定されるものではない。また、本発明のレンズ駆動装置はレンズ鏡筒に内装されたレンズをレンズ光軸方向に移動させる構成であれば、実施形態のような焦点合わせのためのレンズ駆動装置に限られるものではなく、レンズ焦点距離を変化させるズーミングのためのレンズ駆動装置として適用することもできる。さらに、本発明のレンズ鏡筒は実施形態のようにカメラボディに一体的に構成されるレンズユニットとして構成したものに限られるものではなく、レンズ交換式カメラの交換レンズのレンズ鏡筒として適用することができる。また、本発明のカメラは実施形態のような静止画を撮像するカメラに限られるものではなく、動画を撮像するカメラへの適用も可能である。

本発明はリードスクリュー装置を含むレンズ駆動装置や、さらに当該レンズ駆動装置を備えるレンズ鏡筒やカメラに採用して有効である。

ＣＢ カメラボディ
ＬＵ レンズユニット
Ｌｘ レンズ光軸
Ｌ１，Ｌ２ レンズ群
Ｓ シャッター
１ 固定筒
２ 回転筒
３ 直進筒
４ レンズ筒
５ モータ枠
６ レンズ保持枠
７ レンズ駆動装置
８ 駆動モータ
９ 従動体
８２ リードスクリュー
８３ ネジ部
９１ 第１ラック
９２ 第２ラック
９４ 第１ラック歯（第１の歯部）
９５ 第２ラック歯（第２の歯部）
９６ 第１付勢バネ（第１付勢手段）
９７ 第２付勢バネ（第２付勢手段）
９１５，９２４ 位置規制面
９１６，９２５ 接点片

Claims (14)

1. 光学系の光軸方向に移動可能な可動レンズ群を当該光軸方向に移動可能に構成したレンズ駆動装置であって、駆動モータと、当該駆動モータによって軸転されるリードスクリューと、前記可動レンズ群を保持するレンズ保持枠と、当該レンズ保持枠と別体であり、前記リードスクリューを径方向に挟んで対向する位置において当該レンズ保持枠に同軸でかつそれぞれ独立して回動可能に配置された第１ラックと第２ラックで構成される従動体と、前記第１ラックを前記リードスクリューに近づく方向に向けて付勢する第１付勢手段と、前記第２ラックを前記第１ラックに近づく方向に向けて付勢する第２付勢手段を備えることを特徴とするレンズ駆動装置。
2. 前記第１付勢手段は前記レンズ保持枠の一部に対して前記第１ラックを付勢する請求項１に記載のレンズ駆動装置。
3. 前記第２付勢手段は前記第１ラックに対し前記第２ラックを付勢する請求項２に記載のレンズ駆動装置。
4. 前記リードスクリューは軸心が前記光軸方向に向けられ、前記第１ラックと前記第２ラックは前記光軸方向に垂直な方向に回動可能である請求項３に記載のレンズ駆動装置。
5. 前記第１ラックと前記第２ラックはそれぞれ前記リードスクリューのネジ部に噛合する歯部を備え、前記第１付勢手段は前記第１ラックの歯部を前記ネジ部に噛合させる付勢力を備える請求項４に記載のレンズ駆動装置。
6. 前記第１付勢手段と第２付勢手段は、所定以上の外力が加えられたときに前記第１ラックと前記第２ラックの各歯部が前記リードスクリューのネジ部との噛合が外れる状態となることが可能な付勢力に設定されている請求項５に記載のレンズ駆動装置。
7. 前記第１ラックと前記第２ラックは前記リードスクリューを径方向に挟む方向の回動位置を規制するための位置規制手段を備え、この位置規制手段は、前記第１ラックの歯部が前記リードスクリューのネジ部に噛合したときに、前記第２ラックの歯部が前記リードスクリューのネジ部に噛合しないが当該ネジ部の外径よりも内径に位置するように規制する請求項５又は６に記載のレンズ駆動装置。
8. 前記第１ラックと前記第２ラックは、所定以上の外力が加えられたときに前記第１付勢手段と前記第２付勢手段の付勢力に抗して前記第１ラックと前記第２ラックの各歯部が前記リードスクリューのネジ部との噛合が外れる径位置までそれぞれ回動することが可能である請求項５ないし７のいずれかに記載のレンズ駆動装置。
9. 前記第１ラックは、基端部と先端部との中間部に前記歯部が形成されており、当該基端部が前記レンズ保持枠に設けられた支軸に回動可能に支持され、前記先端部において前記第１付勢手段により付勢され、前記第２ラックは基端部が前記支軸により前記第１ラックと同軸に支持され、先端部に前記歯部が形成され、前記第１ラックとの間に前記第２付勢手段が掛装されている請求項５ないし８のいずれかに記載のレンズ駆動装置。
10. 前記駆動モータを制御して前記レンズ保持枠を所望位置に制御するためのレンズ位置制御手段と、前記レンズ保持枠が前記光軸方向に移動したことを検出するレンズ位置検出手段を備え、当該レンズ位置検出手段がレンズ位置を検出したときに前記レンズ位置制御手段を初期状態に制御する構成である請求項１ないし９のいずれかに記載のレンズ駆動装置。
11. 前記駆動モータを制御して前記レンズ保持枠を所望位置に制御するためのレンズ位置制御手段と、前記第１ラックと前記第２ラックが前記リードスクリューのネジ部との噛合から外れた状態を検出する歯飛び検出手段を備え、当該歯飛び検出手段が歯飛びを検出したときに前記レンズ位置制御手段を初期状態に制御する構成である請求項１０に記載のレンズ駆動装置。
12. 前記歯飛び検出手段は、前記第１ラックと前記第２ラックの相対角度が所定の角度以上になった状態を検出する手段、あるいは前記レンズ保持枠に加えられる外力や衝撃が所定以上であることを検出する手段であることを特徴とする請求項１１に記載のレンズ駆動装置。
13. 請求項１ないし１２のいずれかに記載のレンズ駆動装置を備えるレンズ鏡筒。
14. 請求項１３に記載のレンズ鏡筒を備えるカメラ。

Images