JP6980735B2 - 光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子を駆動可能な光学機器に関する。

モータ等の駆動手段を用いてレンズ等の光学素子を光軸方向に駆動する光学機器として、モータによりレンズをベース部材に対して駆動できるとともに、ベース部材をユーザ操作によるカムリングの回転によって光軸方向に駆動できるレンズ駆動アシスト構成を有するものがある。このレンズ駆動アシスト構成によれば、レンズを、ベース部材の駆動量（ベース駆動量）とベース部材に対するレンズの駆動量（モータ駆動量）との合計駆動量だけ駆動することができる。

また、特許文献１には、変倍レンズの移動に伴うピント変動を補正するために、電子カムデータを用いてモータを制御してフォーカスレンズを移動させる技術が開示されている。電子カムデータは、被写体距離ごとに変倍レンズの位置（ズーム位置）に対して合焦状態が得られるフォーカスレンズの位置（フォーカス合焦位置）を示すデータである。

特開２０１４−１６５１３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された電子カムデータのように、一般に、ズーム位置が広角端であるときの無限遠距離に対するフォーカス合焦位置とズーム位置が望遠端であるときの至近距離に対するフォーカス合焦位置との差が大きい。このような電子カムデータに従ってフォーカスレンズを上述したレンズ駆動アシスト構成により駆動する場合に、ワイド端とテレ端間のベース駆動量（カムリフト）は被写体距離に関係なく一定であるので、フォーカスレンズのモータ駆動量を大きくする必要がある。この結果、光学機器が大型化する。

本発明は、レンズのモータ駆動量の増加を抑えつつ、レンズの全駆動可能量を大きく確保できるようにした光学機器を提供する。

本発明の一側面としての光学機器は、光軸方向に移動可能な第１の可動部材と、光学素子を保持し、第１の可動部材に対して光軸方向に移動可能な保持部材と、第１の可動部材により保持され、保持部材を光軸方向にガイドするガイド部材と、第１の可動部材とは独立に光軸方向に移動可能な第２の可動部材と、保持部材を光軸方向に駆動する駆動手段とを有する。駆動手段は、第２の可動部材により、該第２の可動部材に対する光軸方向での変位が制限されるように保持されることを特徴とする。

本発明によれば、光学素子の駆動手段による駆動量の増加を抑えつつ、光学素子の全駆動能量を大きく確保することができる。

本発明の実施例である交換レンズにおける第６レンズ合焦位置を示す図。 実施例の交換レンズの広角端での構成を示す断面図。 実施例の交換レンズの望遠端での構成を示す断面図。 実施例の交換レンズにおける後群ユニットの分解斜視図。 実施例における後群ユニットの断面図。 実施例における第６レンズ合焦位置を示す別の図。 実施例における後群ベースと７群ベースの位置とこれらの差分を示す図。 実施例における後群ユニットを前側から見た図。 図８中の一部の拡大図。 実施例における後群ユニットの斜視図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図２および図３は、本発明の実施例１である光学機器（レンズ装置）としての交換レンズ１００の構成を示している。図２は広角端にある交換レンズ１００を光軸に平行に切断したときの断面を示し、図３は望遠端にある交換レンズ１００を光軸に平行に切断したときの断面を示している。図４は、交換レンズ１００における後群ユニットを分解して示している。

交換レンズ１００は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を備えた不図示の撮像装置としてのカメラ本体に着脱可能に装着される。交換レンズ１００は、被写体側（前側）から順に配置された第１〜第７レンズ群Ｌ１〜Ｌ７により構成される撮像光学系を有する。撮像光学系は、不図示の被写体からの光を結像させてカメラ本体内の撮像素子上に被写体像を形成する。第４レンズ群Ｌ４としてのフローティングレンズ群と第６レンズ群Ｌ６としてのフォーカスレンズ群とが光軸方向に移動することでフォーカシング（焦点調節）が行われ、第１〜第７レンズ群Ｌ１〜Ｌ７が光軸方向に移動することでズーミング（変倍）が行われる。なお、本実施例では交換レンズについて説明するが、光学機器はレンズ一体型撮像装置であってよい。

レンズマウント１１１は、カメラ本体に着脱可能に装着するためのバヨネット部を有し、後側固定筒１１２に対して外装筒１１３を介してビスで固定されている。外装筒１１３は、レンズマウント１１１と後側固定筒１１２との間に挟み込まれて固定されている。前側固定筒１１５は、後側固定筒１１２に対してビスで固定されている。前側固定筒１１５には、不図示のズーム指標や操作スイッチが取り付けられている。案内筒１１６は、後側固定筒１１２に対してビスで固定されている。

案内筒１１６には、各レンズ群を光軸方向にガイドする直進溝部が形成されている。また案内筒１１６にはカム溝部が備えられており、該カム溝部にはカム筒１１７にビスで固定された不図示のカムフォロワが係合している。これにより、カム筒１１７は、ズーミングに際して光軸回りで回転しながら光軸方向に移動（直進）する。カム筒１１７には、ズーミングに際して移動する各レンズ群を直進させるカム溝部が複数形成されている。

ズーム操作筒１１８は、案内筒１１６と径嵌合し、かつバヨネット係合することにより光軸回りで回転可能に保持されている。ユーザのマニュアルズーム操作によるズーム操作筒１１８の回転は、該ズーム操作筒１１８に形成されたカム溝部と直進筒１２２の外側に設けられたカムフォロワと案内筒１１６の直進溝部の直進ガイド作用によって、直進筒１２２を直進させる。直進筒１２２のカムフォロワは、カム筒１１７のカム溝部にも係合しており、これにより直進筒１２２が直進するとカム筒１１７が光軸回りで回転する。このとき、案内筒１１６に対して回転可能かつ直進可能なカム筒１１７は、直進筒１２２の直進によって回転しながら直進する。

カム筒１１７が案内筒１１６に対して回転および直進すると、後述する後群ユニットにおける光軸を中心とした周方向３箇所に設けられた後群コロ１２３と後述する７群ユニットの周方向３箇所に設けられた７群コロ１２４が案内筒１１６の直進溝部とカム筒１１７のカム溝部に係合していることで、後群ユニットと７群ユニットがそれぞれ別々に光軸方向に駆動される。

このように本実施例の交換レンズ１００では、ズーム操作筒１１８の回転によって、直進筒１２２が直進し（後述するように直進筒１２２に固定された第１レンズ群Ｌ１が光軸方向に移動し）、カム筒１１７が回転および直進することにより第２〜第７レンズ群Ｌ２〜Ｌ７が光軸方向に移動するという構成を有する。

第１レンズ保持枠１０１は、第１レンズ群Ｌ１を保持し、直進筒１２２にビスにより固定されている。第１レンズ押え環１２５は、その内周部に雌ネジが形成されており、直進筒１２２の外周部に形成された雄ネジと螺合することで固定される。第１レンズ押え環１２５は、第１レンズ群Ｌ１を固定する役割を有する。
直進筒１２２の外周部にはフード取り付け用のバヨネット爪が形成され、内周部にはフィルター等のアクセサリ装着用のネジが形成されている。

第２レンズ保持枠１０２は、第２レンズ群Ｌ２を保持し、防振ユニット１０８の一部を構成している。防振ユニット１０８は、第２レンズ保持枠１０２を光軸に直交する方向（以下、シフト方向という）に移動可能に保持しており、マグネットとコイルにより構成されるシフトアクチュエータによって第２レンズ保持枠１０２をシフト方向に駆動することで像振れを低減する。防振ユニット１０８は、コロを介して案内筒１１６に吊られるかたちで保持されている。

第３レンズ保持枠１０３は、第３レンズ群Ｌ３を保持し、第３レンズ保持枠１０３の周方向３箇所に配置された３つのカムフォロワ（図５中の１２９）を介して後群ベース１２６によって保持されている。後群ベース１２６は、後述する固定筒（１１２，１１５）および案内筒１１６に対して光軸方向に移動可能であり、第１の可動部材に相当する。

第３レンズ保持枠１０３は、後群ベース１２６がズーミングに際して直進することによって光軸方向に移動する。また第３レンズ保持枠１０３は、複数の絞り羽根とこれらを開閉駆動する絞りアクチュエータとにより構成される電磁絞りユニット１１０を保持している。

第１の保持部材としての第４レンズ保持枠１０４は、光学素子としての第４レンズ群Ｌ４を保持し、後群ベース１２６と該後群ベース１２６に固定された第１の後群カバー１２７により前端と後端が保持された第１のガイド部材としてのガイドバー１５３によって直進ガイドされる。第４レンズ群Ｌ４（第４レンズ保持枠１０４）は、後群ベース１２６がズーミングに際して光軸方向に移動することで同方向に移動するとともに、後群ベース１２６に対して第１の駆動手段（第１のアクチュエータ）としての第４レンズ駆動モータユニット１５１によって光軸方向に駆動されることで移動する。

第４レンズ保持枠１０４は、光軸方向での位置を検出するためのスケールを備えている。またスケールに対向する光学センサが、後群ベース１２６にフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を介して固定されている。スケールと光学センサにより位置検出手段が構成される。第３の保持部材としての第５レンズ保持枠１０５は、光学素子としての第５レンズ群Ｌ５を保持し、第５レンズ保持枠１０５の周方向３箇所に固定された３つのカムフォロワ（保持部）１５９を介して後群ベース１２６により保持されている。第５レンズ保持枠１０５は、後群ベース１２６がズーミングに際して直進することによって光軸方向に移動する。

第２の保持部材としての第６レンズ保持枠１０６は、光学素子としての第６レンズ群Ｌ６を保持し、後群ベース１２６と第１の後群カバー１２７により前端と後端が保持された第２のガイド部材としてのガイドバー１５５によって直進ガイドされる。

モータユニット駆動ベース１３５は、後群ベース１２６に対して光軸方向に移動可能に取り付けられており、７群ベース１０９と光軸方向においてのみ一体となるようにバヨネット係合している。モータユニット駆動ベース１３５および７群ベース１０９は、後群ベース１２６とは独立に（別に）光軸方向に移動可能な第２の可動部材に相当する。７群ベース１０９に取り付けられた７群ばね１３６の付勢力は、７群ベース１０９とモータユニット駆動ベース１３５との間の光軸方向のガタを除去する。

第６レンズ保持枠１０６は、第２の駆動手段（第２のアクチュエータ）としての第６レンズ駆動モータユニット１５２によってモータユニット駆動ベース１３５に対して光軸方向に駆動される。

第７レンズ保持枠１０７は、第７レンズ群Ｌ７を保持し、７群ベース１０９に螺合して固定されている。第７レンズ保持枠１０７は、ズーミングに際して、７群ベース１０９に設けられた３つのカムフォロワによって７群ベース１０９と共に光軸方向に駆動される。７群ベース１０９と第７レンズ保持枠１０７により７群ユニットが構成される。

本実施例では、第４レンズ駆動モータユニット１５１と第６レンズ駆動モータユニット１５２として、圧電素子を用いた振動型リニアモータを用いている。振動型リニアモータは、モータ固定子１３０と、圧電素子により振動が励起されてモータ固定子１３０に対して光軸方向に移動するモータ可動子１３１と、該モータ可動子１３１とともに光軸方向に移動するモータ出力部とにより構成されている。第４レンズ駆動モータユニット１５１と第６レンズ駆動モータユニット１５２のモータ固定子１３０は、モータユニット駆動ベース１３５に固定されている。モータユニット駆動ベース１３５は、前述したように第２の可動部材に相当すると同時に、後群ベース１２６とともに、第４レンズ駆動モータユニット１５１と第６レンズ駆動モータユニット１５２を保持するベース部材を構成する。

第４レンズ駆動モータユニット１５１と第６レンズ駆動モータユニット１５２のモータ出力部にはそれぞれ、後群ユニットを分解して示す図４および前側から見た後群ユニットを示す図８に示すように、該モータ出力部からの駆動力を第４レンズ保持枠１０４または第６レンズ保持枠１０６に伝達する駆動伝達部材であるアーム１３２が係合している。これにより、第４レンズ駆動モータユニット１５１と第６レンズ駆動モータユニット１５２による第４レンズ保持部材１０４と第６レンズ保持部材１０６の光軸方向への駆動が可能となる。ただし、図４および図８には第６レンズ保持枠１０６に対して設けられたアーム１３２のみを示している。

なお、第４レンズ駆動モータユニット１５１と第６レンズ駆動モータユニット１５２として、ステッピングモータを用い、モータ出力部に設けられたリードスクリューにアームを係合させる構成であってもよい。ステッピングモータを使用する場合は、位置検出手段を廃してオープン駆動制御することも可能である。

ズーム操作筒１１８には、案内筒１１６に固定された不図示のズーム位置検出手段である抵抗式リニアセンサ（ポテンショメータ）１３４の可動子を保持する溝部が設けられている。ズーム操作筒１１８の回転量に応じて抵抗式リニアセンサ１３４の出力が変化することで、ズーム位置を検出することが可能である。

フォーカス操作筒１１４は、前側固定筒１１５の外周において光軸方向定位置で回転できるように前側固定筒１１５と後側固定筒１１２により挟持されている。フォーカス操作筒１１４の回転量と方向は、前側固定筒１１５に設けられた光検出素子と、該光検出素子に対向するようにフォーカス操作筒１１４の内周部に設けられた明暗スケールとによって検出される。

多目的操作筒１２１は、後側固定筒１１２の外周において光軸方向定位置で回転できるように後側固定筒１１２と外装筒１１３により挟持されている。多目的操作筒１２１の回転量と方向は、後側固定筒１１２に設けられた光検出素子と、該光検出素子に対向するように多目的操作筒１２１の内周部に設けられた明暗スケールによって検出される。また、多目的操作筒１２１と後側固定筒１１２には、ユーザ操作に対してクリック感を与えるための複数の溝部、該溝部にばねにより付勢されたクリックピンとからなるクリック機構を有している。

制御手段としてのレンズ制御部（制御基板）１１９は、フォーカス駆動制御、絞り駆動制御および防振制御等、交換レンズ１００の動作全体を制御する。レンズ制御部１１９は、ズーミングが行われる際に、該ズーミングにより変動するピント位置と諸収差量が一定値以下に保たれるように第４レンズ群Ｌ４と第６レンズ群Ｌ６の移動（つまりは第４レンズ駆動モータユニット１５１と第６レンズ駆動モータユニット１５２の駆動）を制御する。レンズ制御部１１９は、後側固定筒１１２にビスにより固定されている。

次に、図４および図５を用いて、後群ユニットのより詳しい構成について説明する。図４は前述したように分解された後群ユニットを示している。図５は後群ユニットの光軸に沿った断面を示している。ズーミングに際して直進する後群ベース１２６には、第３から第６レンズ群Ｌ３〜Ｌ６が保持される。ただし、図４および図５には第４から第６レンズ群Ｌ４〜Ｌ６のみを示している。

前述したように、第４レンズ保持枠１０４が保持する第４レンズ群Ｌ４はフローティング群であり、第４レンズ駆動モータユニット１５１によって光軸方向に駆動される。第４レンズ保持枠１０４のスリーブ部１０４ａはその前後２箇所においてガイドバー１５３に光軸方向に移動可能に係合（嵌合）しており、これにより第４レンズ保持枠１０４の光軸に直交する方向での位置ずれと光軸に対する倒れが阻止されている。また第４レンズ保持枠１０４のＵ溝部１０４ｂは、第１の回転止め部材としての回転止めバー１５４に光軸方向に移動可能に係合している。回転止めバー１５４の前端は後群ベース１２６によって保持され、後端は後群ベース１２６に固定された第２の後群カバー１２８によって保持されている。

第４レンズ駆動モータユニット１５１のモータ出力部には、第４レンズ保持枠１０４に回転可能に取り付けられた前述したアーム１３２が、その回転中心軸回りに配置されたねじりコイルばねであるアーム付勢ばね（付勢手段）１３３の付勢力によって付勢されて係合している。これにより、アーム１３２のモータ出力部に対する係合ガタが除去される。またアーム付勢ばね１３３の付勢力は、第４レンズ保持枠１０４にこれをガイドバー１５３回りで回転する方向に付勢し、溝部１０４ｂを回転止めバー１５４に当接させる。これにより、第４レンズ保持枠１０４の回転ガタが除去される。

第４レンズ保持枠１０４の後群ベース１２６に対する光軸方向での位置は、第４レンズ保持枠１０４に固定された不図示のスケールを後群ベース１２６に固定された第１の位置検出手段としての第４レンズ位置センサ１５７によって読み取ることで検出される。なお、第４レンズ位置センサ１５７は、後群ベース１２６と第４レンズ保持枠１０４のうち少なくとも一方に設けられていればよい。

前述したように、第５レンズ保持枠１０５は、その周方向の３箇所に設けられたフォロワ取り付け部１０５ａに固定された３つのカムフォロワ１５９を介して後群ベース１２６により保持される。

また前述したように、第６レンズ保持枠１０６が保持する第６レンズ群Ｌ６はフォーカス群であり、第６レンズ駆動モータユニット１５２によって光軸方向に駆動される。第６レンズ保持枠１０６のスリーブ部１０６ａはその前後２箇所においてガイドバー１５５に光軸方向に移動可能に係合（嵌合）しており、これにより第６レンズ保持枠１０６の光軸に直交する方向での位置ずれと光軸に対する倒れが阻止されている。また第６レンズ保持枠１０６のＵ溝部１０６ｂが第２の回転止め部材としての回転止めバー１５６に光軸方向に移動可能に係合している。回転止めバー１５６の前端は後群ベース１２６によって保持され、後端は第２の後群カバー１２８によって保持されている。

第６レンズ駆動モータユニット１５２のモータ出力部には、第６レンズ保持枠１０６に回転可能に取り付けられた前述したアーム１３２が、その回転中心軸回りに配置されたねじりアーム付勢ばね１３３の付勢力によって付勢されて係合している。これにより、アーム１３２のモータ出力部に対する係合ガタが除去される。またアーム付勢ばね１３３の付勢力は、第６レンズ保持枠１０６にこれをガイドバー１５５回りで回転する方向に付勢し、Ｕ溝部１０６ｂを回転止めバー１５６に当接させる。これにより、第６レンズ保持枠１０６の回転ガタが除去される。

第６レンズ保持枠１０６の後群ベース１２６に対する光軸方向での位置は、後群ベース１２６に対するモータユニット駆動ベース１３５の位置と、モータユニット駆動ベース１３５に対する第６レンズ駆動モータユニット１５２のモータ可動子１３１の光軸方向での位置とにより決定される。第６レンズ保持枠１０６の後群ベース１２６に対する光軸方向での位置は、第６レンズ保持枠１０６に固定された不図示のスケールを後群ベース１２６に固定された第２の位置検出手段としての第６レンズ位置センサ１５８により読み取ることで検出される。なお、第６レンズ位置センサ１５８は、後群ベース１２６と第６レンズ保持枠１０６のうち少なくとも一方に設けられていればよい。

次に、フォーカス群である第６レンズ群Ｌ６のズーミング時における駆動制御とこれに用いられるデータについて説明する。以下、第６レンズ群Ｌ６およびこれを駆動する第６レンズ駆動モータユニット１５２について説明するが、第４レンズ群Ｌ４およびこれを駆動する第４レンズ駆動モータユニット１５１についても同様である。

図６は、焦点距離（ズーム位置）に対する第６レンズ保持枠１０６の合焦位置（以下、第６レンズ合焦位置という）を示している。第６レンズ位置センサ１５８は後群ベース１２６に固定されてズーミング時に後群ユニットとともに固定筒１１２，１１５に対して光軸方向に移動する。このため図６は、固定筒１１２，１１５に対する（固定筒基準の）第６レンズ合焦位置ではなく、第６レンズ位置センサ１５８により検出される（位置センサ基準または後群ユニット基準の）第６レンズ合焦位置を示す。

図６において、横軸は焦点距離（ズーム位置）であり、広角端から望遠端までを連続的に示している。縦軸は広角側の無限遠距離にピントが合う合焦位置を基準位置（０）とした第６レンズ合焦位置を示し、撮像面側を正、被写体側を負としている。また、実線は無限遠距離にピントが合う第６レンズ合焦位置を、破線は１．５ｍの被写体距離にピントが合う第６レンズ合焦位置を、一点鎖線は０．７ｍの被写体距離にピントが合う第６レンズ合焦位置をそれぞれ示している。第６レンズ位置センサ１５８からの出力は、第６レンズ駆動モータユニット１５２のフィードバック制御に用いられる第６レンズ保持枠１０６の位置情報である。

図１は、図６と同様にズーム位置に対する第６レンズ合焦位置を示す。ただし、図１は、第６レンズ駆動モータユニット１５２のモータ固定子１３０を基準とした（モータ基準の）第６レンズ合焦位置を示し、図６と同じ基準位置（０）からの第６レンズ合焦位置を示している。第６レンズ駆動モータユニット１５２のモータ固定子１３０は光軸方向において７群ベース１０９と一体のモータユニット駆動ベース１３５に固定されているため、図１に示す第６レンズ合焦位置は７群ベース基準とも言える。図１における横軸、縦軸、正、負、実線、破線および一点鎖線の意味は図６と同じである。

図７は、ズーム位置に対する後群ベース１２６の位置（破線）と７群ベース１０９の位置（一点鎖線）と、これらの差分（実線）を示している。横軸はズーム位置であり、広角端から望遠端までを連続的に示している。縦軸は広角端において無限遠距離にピントが合う位置を基準位置（０）としたときの後群ベース１２６と７群ベース１０９の位置を示している。図７中の差分は、ズーミング中に第６レンズ駆動モータユニット１５２を駆動しないときに第６レンズ位置センサ１５８により検出される第６レンズ保持枠１０６の位置の変化量、言い換えれば後群ユニットに対する７群ユニットの移動によるフォーカスアシスト量を示している。本実施例では、図６に示した位置センサ基準の被写体距離ごとの第６レンズ合焦位置から図７に示したフォーカスアシスト量を差し引いて得られる図１に示したモータ基準の被写体距離ごとの第６レンズ合焦位置を示す電子カムデータ（すなわちフォーカスアシスト量に基づいて得られるデータ）をレンズ制御部１１９内のメモリに記憶しておく。レンズ制御部１１９は、ズーミング時にその記憶された電子カムデータを用いて第６レンズ駆動モータユニット１５２の駆動を制御する。

図６に示す位置センサ基準では、第６レンズ駆動モータユニット１５２に必要な駆動量（以下、第６レンズモータ駆動量という）は図中のＡとなる。しかし、図１に示すモータ基準では、第６レンズモータ駆動量は図１および図６に示すようにＡより小さいＢとすることができる。すなわち、後群ベース１２６に対する第６レンズ保持枠１０６の移動量の最大値Ａと、モータユニット駆動ベース１３５（７群ベース１０９）に対する第６レンズ保持枠１０６の移動量の最大値Ｂとが、
Ａ＞Ｂ
なる条件を満足する。

このため、本実施例のように、モータ固定子１３０をガイドバー１５５や第６レンズ位置センサ１５８が固定された後群ベース１２６に固定するよりも７群ベース１０９に光軸方向に一体に連結されたモータユニット駆動ベース１３５に固定する方が、第６レンズモータ駆動量を小さくすることができる。この結果、第６レンズ駆動モータユニット１５２の光軸方向での長さを短くすることができ、交換レンズ１００の小型化に寄与することができる。言い換えれば、第６レンズ群Ｌ６のモータ駆動量の増加を抑えつつ、第６レンズ群Ｌ６の全駆動可能量を大きく確保することができる。

図１および図６中に示す第６レンズ合焦位置を示す曲線の傾きは、第６レンズ駆動モータユニット１５２による第６レンズ保持枠１０６の駆動速度（以下、モータ駆動速度という）を示しており、ある回転速度でズーム操作筒１１８が回転したときのモータ駆動速度を示している。本実施例では、図６中において最も傾きの絶対値が大きい（最もモータ駆動速度が速い）ズーム領域Ｃでのモータ駆動速度ＶＣよりも、図１中において最も傾きの絶対値が大きいズーム領域Ｄ，Ｅでのモータ駆動速度ＶＤ，ＶＥを遅くすることができる。すなわち、第６レンズ駆動モータユニット１５２により駆動される第６レンズ保持枠１０６の後群ベース１２６に対するモータ駆動速度（の絶対値）の最大値ＶＣとモータユニット駆動ベース１３５に対するモータ駆動速度（の絶対値）の最大値ＶＤとが、
ＶＣ＞ＶＤ
なる条件を満足する。これにより、第６レンズ駆動モータユニット１５２に要求される最大駆動速度を遅くすることができるとともに、ズーム操作筒１１８が素早く回転したときの第６レンズ群Ｌ６の駆動速度を抑えることができ、ピント追従性を向上させることができる。

また後群ベース１２６は、第５レンズ保持枠１０５を保持しており、ズーミングにおいて第５レンズ群（第１の光学素子）Ｌ５と同じ軌跡を描くように移動する。さらに７群ベース１０９とモータユニット駆動ベース１３５は。ズーミングにおいて第７レンズ群（第２の光学素子）Ｌ７と同じ軌跡を描くように移動する。このような構成を採用することで、第５から第７レンズ群Ｌ５〜Ｌ７の動きと、第５および第７レンズ群Ｌ５，Ｌ７の動きの差分量とを、収差、モータ駆動速度、モータ駆動量および交換レンズ１００全体の重量や全長等の様々な要素に対して最適に設定することが可能である。なお、本実施例では第５および第７レンズ群Ｌ５，Ｌ７が光軸方向において第６レンズ群Ｌ６を間に挟んで配置されているが、第１の光学素子および第２の光学素子が光軸方向において互いに隣り合っていてもよい。

次に、アーム付勢ばね１３３の付勢力による第６レンズ保持枠１０６の付勢とモータユニット駆動ベース１３５の付勢について説明する。図８は、光軸方向（前側）から見た後群ユニットを示している。第６レンズ保持枠１０６は、アーム付勢ばね１３３の付勢力によって力Ｆ１を受ける。力Ｆ１は、第６レンズ保持枠１０６のスリーブ部１０６ａをガイドバー１５５に押し付ける力Ｆ２を発生させるとともに、Ｕ溝部１０６ｂを回転止めバー１５６に押し付ける力Ｆ３を発生させる。これにより、力Ｆ１〜Ｆ３およびこれらにより生ずるモーメントがそれぞれ吊り合った状態となり、第６レンズ保持枠１０６は安定的に保持される。

この状態において、力Ｆ１の反力である力−Ｆ１がモータ可動子１３１を付勢してモータ固定子１３０に圧接させる。この力−Ｆ１は、モータ可動子１３１からモータ固定子１３０およびこれを保持するモータユニット駆動ベース１３５へと伝わる。以下、モータ可動子１３１とモータユニット駆動ベース１３５と後群ベース１２６との間に働く力とモーメントの吊り合いについて説明する。

図９は、図８に示した第６レンズ駆動モータユニット１５２の周辺を拡大して示している。この図において、モータ可動子１３１がモータ固定子１３０に付勢される方向に延びる軸をＹ軸とし、Ｙ軸および光軸方向に直交する方向に延びる軸をＺ軸としている。また図１０は、斜めから見た後群ユニットを示している。

モータユニット駆動ベース１３５と後群ベース１２６は互いに接触する部分として以下を有する。まず、モータユニット駆動ベース１３５はガイド突起（ガイド部）１３５Ａを、後群ベース１２６はガイド溝部１２６Ａをそれぞれ光軸方向にずれた２箇所に有する。ガイド突起１３５Ａがガイド溝部１２６Ａに沿って移動することで、モータユニット駆動ベース１３５の光軸方向での移動がガイドされる。

また、モータユニット駆動ベース１３５はＺ軸に対してθの角度を有する斜面当接部１３５Ｂを、後群ベース１２６は同様にＺ軸に対してθの角度を有する（Ｚ軸とは平行ではない）斜面当接部１２６Ｂをそれぞれ光軸方向にずれた２箇所に有する。モータユニット駆動ベース１３５が光軸方向に移動すると、斜面当接部１３５Ｂ，１２６Ｂは互いに摺動する。図１０に示すように、２箇所の斜面当接部１３５Ｂ，１２６Ｂは、アーム付勢ばね１３３からの力−Ｆ１の荷重点を光軸方向にて挟むように配置されている。

さらにＺ軸方向におけるアーム付勢ばね１３３を挟んで斜面当接部１３５Ｂ，１２６Ｂとは反対側において、後群ベース１２６は浮き止め部１２６Ｃを、モータ駆動ベース１３５は浮き止め溝部（浮き止め部）１３５Ｃを有する。浮き止め部１２６Ｃおよび浮き止め溝部１３５Ｃは、光軸方向において、２箇所の斜面当接部１３５Ｂ，１２６Ｂの間の１箇所に設けられている。

浮き止め部１２６Ｃが浮き止め溝部１３５Ｃに係合することで、モータ駆動ベース１３５の後群ベース１２６に対する浮き上がりが防止される。

本実施例では、後群ベース１２６の浮き止め部１２６Ｃは、部品製造の容易さや組立性を考慮して、後群ベース１２６に固定されたビスの頭部を利用しており、浮き止め溝部１３５Ｃとの係合面はＺ軸と平行な面である。ただし、Ｚ軸に対して傾きを有する面であってもよい。また、ガイド溝部１２６Ａのガイド面は、部品製造の容易さを考慮して、Ｙ軸に対して平行な面としているが、Ｙ軸に対して傾きを有する面であってもよい。

次に、各力とモーメントについて説明する。アーム付勢ばね１３３により発生された力−Ｆ１は、Ｙ軸方向の＋側（図９の上側）とＺ軸方向の＋側（図９の右側）にモータユニット駆動ベース１３５を押す力であり、ここでは−Ｆ１をＹ軸方向とＺ軸方向の成分に分離して−Ｆ１Ｙと−Ｆ１Ｚと表現する。

後群ベース１２６との接触個所からモータユニット駆動ベース１３５が後群ベース１２６から受ける力は、以下の通りである。２箇所の斜面当接部１２６Ｂから受ける力をそれぞれＦ４ＡとＦ４Ｂとし、このときの合力をＦ４とする。またモータユニット駆動ベース１３５が２箇所のガイド溝部１２６Ａから受ける力をそれぞれＦ５ＡとＦ５Ｂとし、これらの合力をＦ５として、浮き止め部１２６Ｃから受ける力をＦ６と表現する。Ｙ軸方向とＺ軸方向の分力を持つ力については−Ｆ１と同様に、末尾にそれぞれＹとＺを付けて表現する。モータユニット駆動ベース１３５に作用する力の吊り合いから、以下の式が成り立つ。
Ｙ軸方向：−Ｆ１Ｙ−Ｆ４Ｙ（−Ｆ５Ｙ）−Ｆ６Ｙ＝０
Ｚ軸方向：−Ｆ１Ｚ＋Ｆ４Ｚ＋Ｆ５Ｚ（＋Ｆ６Ｚ）＝０
本実施例においてはＦ５ＹとＦ６Ｚはともに０であるが、各当接部をＹ軸とＺ軸に対して斜面とすることでＦ５ＹとＦ６Ｚを０以外の値とすることが可能である。

同様にモーメントの吊り合いからＦ４〜Ｆ６が決まり、Ｆ４〜Ｆ６を０より大きい力とすることでガイド溝部１２６Ａに対してガイド突起１３５Ａを付勢することができる。

本実施例においては、アーム付勢ばね１３３によるＺ方向の力である−Ｆ１Ｚと、斜面当接部１３５Ｂによる力Ｆ４Ｚ（斜面を滑り降りる力と言い換えてもよい）が同方向であることから、効率良くガイド溝部１２６Ａに対してガイド突起１３５Ａを付勢することが可能である。

また本実施例では、焦点距離とピント位置によってモータ可動子１３１の位置が変化しても、図１０に破線で示すように、Ｆ６の荷重点とＦ４Ａの荷重点とＦ４Ｂの荷重点とを直線で結んだ三角形の内側に−Ｆ１の荷重点が存在するようにしている。これにより、−Ｆ１による加圧によって生まれるＦ４Ａ、Ｆ４ＢおよびＦ６が０より大きい値とすることができる。この際、−Ｆ１の荷重点をＺ軸方向においてＦ４の荷重点とＦ６の荷重点との間に配置することが望ましい。

より望ましくは、Ｆ４の荷重点からＦ６の荷重点までを４分割した範囲をＦ４の荷重点に近い側から順にＦ、Ｇ、ＨおよびＩとしたときに、２番目の範囲Ｇまたは３番目の範囲Ｈに−Ｆ１の荷重点が存在することで、Ｆ４とＦ６の荷重点同士を近づけることが可能となる。

また、Ｆ４がＦ４ＡとＦ４Ｂの２つの荷重点で作用しているため、−Ｆ１の荷重点を上記４分割した範囲のうちＦ４に近い側から２番目の範囲Ｇ内に配置することで、Ｆ４Ａ、Ｆ４ＢおよびＦ６を互いにより等しくすることが可能となる。

さらにＦ５Ａの荷重点とＦ５Ｂの荷重点を、Ｚ軸方向において同位置または互いに近接した位置とすることで、モータユニット駆動ベース１３５の回転を抑えることが可能となる。

なお、本実施例では、互いに当接する面間の摩擦係数を０とすることで、各力を当接面に対して垂直な力（垂直抗力）として表現した。しかし、実際には当接面間には摩擦が生じるため、上述した付勢を行うためには摩擦に対して十分な力の余裕を確保する必要がある。また、モータ可動子やレンズ保持枠が駆動されることにより生じる反力や重力等による摩擦を減らすために、各部品が滑らかに動くように設定する必要がある。

なお、モータユニット駆動ベース１３５に設けたガイド突起１３５Ａ、浮き止め溝部１３５Ｃおよび斜面当接部１３５Ｂを第６レンズ駆動モータユニット１５２のモータ固定部に設けてもよい。

以上説明したように、本実施例では、モータユニット駆動ベース１３５とこれに固定された第４および第６レンズ駆動モータユニット１５１，１５２は、モータユニット駆動ベース１３５によって該モータユニット駆動ベース１３５および７群ベース１０９に対する光軸方向での変位が制限されるように保持され、後群ベース１２６によって該後群ベース１２６に対する光軸方向以外の５軸方向での変位（光軸に直交する２軸方向での変位と光軸回りおよび光軸に直交する２軸回りでの回転）が制限される。このような構成を採用することで、第４および第６レンズ駆動モータユニット１５１，１５２に要求される駆動量を小さくすることができ、しかも第５および第６レンズ群Ｌ５，Ｌ６間や第６および第７レンズ群Ｌ６，Ｌ７間の間隔を小さくすることが可能となるため、交換レンズ１００を小型化することができる。

さらに本実施例では、第４および第６レンズ駆動モータユニット１５１，１５２が、ガイドバー１５３，１５５や第４および第６レンズ位置センサ１５７，１５８が固定されてズーミングに際して光軸方向に移動する後群ベース１２６ではなく、ズーミングに際して後群ベース１２６とは独立して光軸方向に移動するモータユニット駆動ベース１３５に取り付けられている。これにより、各レンズ駆動モータユニットや交換レンズ１００を小型したり、要求されるモータ駆動速度を低下させたりすることができる。

また本実施例では、第４および第６レンズ保持枠１０４，１０６のガイドバー１５３，１５５および回転止めバー１５４，１５６に対するガタ除去するためのアーム付勢ばね１３３が発生する付勢力を利用して、すなわち部品点数を増加させずに、第４および第６レンズ駆動モータユニット１５１，１５２のガタをも除去している。

上記実施例では、ユーザのマニュアル回転操作によってズーミングが行われる場合について説明したが、ズーミングを駆動手段の駆動により行う場合にも、上記実施例の特徴を採用することも可能である。また、駆動手段として、振動型モータ以外の駆動手段を用いてもよい。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

１００ 交換レンズ
１０４ 第４レンズ保持枠
１０６ 第６レンズ保持枠
１０７ 第７レンズ保持枠
１０９ ７群ベース
１２６ 後群ベース
１３５ モータユニット駆動ベース
１５２ 第６レンズ駆動モータユニット

Claims (17)

1. 光軸方向に移動可能な第１の可動部材と、
   光学素子を保持し、前記第１の可動部材に対して前記光軸方向に移動可能な保持部材と、
   前記第１の可動部材により保持され、前記保持部材を前記光軸方向にガイドするガイド部材と、
   前記第１の可動部材とは独立に前記光軸方向に移動可能な第２の可動部材と、
   前記保持部材を前記光軸方向に駆動する駆動手段とを有し、
   前記駆動手段は、前記第２の可動部材により、該第２の可動部材に対する前記光軸方向での変位が制限されるように保持されることを特徴とする光学機器。
2. 前記駆動手段は、前記第１の可動部材により、前記光軸方向以外の方向での変位が制限されることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記第１の可動部材に対する前記保持部材の移動量の最大値Ａと、前記第２の可動部材に対する前記保持部材の移動量の最大値Ｂとが、
   Ａ＞Ｂ
   なる条件を満足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。
4. 前記駆動手段により駆動される前記保持部材の前記第１の可動部材に対する駆動速度の絶対値の最大値ＶＣと前記第２の可動部材に対する駆動速度の絶対値の最大値ＶＤとが、
   ＶＣ＞ＶＤ
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学機器。
5. 前記第１の可動部材に対する前記保持部材の前記光軸方向での位置を検出する位置検出手段を有し、
   前記位置検出手段は、前記第１の可動部材と前記保持部材のうち少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光学機器。
6. ズーミングにおいて前記第１の可動部材と前記第２の可動部材が前記光軸方向に移動する際に、フォーカシングのために前記駆動手段が前記保持部材を前記光軸方向に駆動することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光学機器。
7. 前記第１の可動部材および前記第２の可動部材はそれぞれ、ズーミングにおいて、前記保持部材により保持された前記光学素子とは別の第１の光学素子および第２の光学素子と同じ軌跡を描くように前記光軸方向に移動することを特徴とする請求項６に記載の光学機器。
8. 前記第１の光学素子および前記第２の光学素子は、前記光軸方向において互いに隣り合っている又は前記保持部材により保持された前記光学素子を挟んで配置されていることを特徴とする請求項７に記載の光学機器。
9. ズーミングに際しての前記第１の可動部材の移動量と前記第２の可動部材の移動量との差分に基づいて得られるデータを用いて前記駆動手段の駆動を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の光学機器。
10. 前記駆動手段の出力部に係合して該駆動手段の駆動力を前記保持部材に伝達する駆動伝達部材と、
    前記駆動伝達部材を前記駆動手段の出力部に付勢する付勢手段とを有し、
    前記付勢手段の付勢力は、前記光軸方向に直交する方向において前記駆動手段および前記第２の可動部材を前記第１の可動部材に対して付勢することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の光学機器。
11. 前記第１の可動部材と前記第２の可動部材または前記駆動手段の固定部はそれぞれ、
    互いに係合して前記第２の可動部材を前記光軸方向にガイドするガイド部と、
    互いに係合して前記第２の可動部材の前記第１の可動部材に対する前記光軸方向に直交する方向での浮きを防止する浮き止め部と、
    前記光軸方向に直交する面内において前記浮き止め部と平行ではない斜面として形成され、互いに当接する当接部とを有することを特徴とする請求項１０に記載の光学機器。
12. 前記浮き止め部と前記当接部は合わせて少なくとも３箇所に設けられており、
    該３箇所を直線で結んだ三角形を前記光軸方向に直交する方向から見たときに、該三角形の内側に前記駆動伝達部材と前記駆動手段の出力部とが係合する位置があることを特徴とする請求項１１に記載の光学機器。
13. 前記光軸方向から見たときに、前記駆動伝達部材が前記駆動手段の出力部に係合する位置が、前記浮き止め部と前記当接部との間にあることを特徴とする請求項１１または１２に記載の光学機器。
14. 前記当接部は、前記付勢手段の付勢力から、前記ガイド部を互いに係合する方向に付勢する付勢力を生じさせることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の光学機器。
15. 前記光軸方向から見たとき、前記ガイド部が前記浮き止め部と前記当接部との間にあることを特徴とする請求項１１から１４のいずれか一項に記載の光学機器。
16. 撮像装置に着脱可能であることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の光学機器。
17. 前記光学素子からの光を受光する撮像素子を有することを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の光学機器。

Images