JP6995641B2 - レンズ装置および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ装置および撮像装置に関するものである。

光学素子を保持するレンズ保持枠を、その光軸方向に駆動することで、ズーミングやフォーカシングを行うレンズ装置がある。当該駆動方式として、光軸に平行な別の軸を回転軸とするカム部材に設けたカムリフトと、レンズ保持枠に設けられたカムフォロアとを係合させ、カム部材を回転させることでレンズ保持枠をカムリフトに従って駆動するものが知られている。

特許文献１は、レンズ保持枠に一体に形成されたスライダと、レンズ保持枠またはスライダに一体に形成されたカムフォロワと、光軸方向にスライダを案内する直進溝を設けられたレンズ鏡筒と、レンズ鏡筒に対して回転するとともにカムフォロワを案内してレンズ枠を光軸と平行に移動せしめるカムリフトを設けられたカム部材と、を備えたレンズ装置を開示している。

特開２０００－２７５５０１号公報

前述のようなレンズ装置は、ズーミングの高倍率化や高精細化に伴って、レンズ保持枠の移動範囲を拡大させるため、カムリフトの延伸の要求がある。他方、レンズ装置には、小型化の要求がある。小型化のためには、カム部材をできるだけ光軸に近づけて配置するのがよい。

しかしながら、延伸したカム部材は、レンズ装置の有効光線の外側に配置しなければならないため、延伸する前のカム部材よりも光軸から離間するように配置せざるを得ず、よって、レンズ装置は、大型化しうる。

本発明は、例えば、小型化とカムの延伸とに有利なレンズ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のレンズ装置は、カムフォロアを有し、レンズを保持する保持枠と、前記レンズの光軸に沿った回転軸を有し、前記カムフォロアが係合しているカムリフトを有する円筒面を含むカム部材と、を有し、前記カム部材は、その物体側の端部において、前記カムリフトを含む第１部分と、前記第１部分を避けて光路を遮らないように形成された、前記カムリフトより前記回転軸に近い、または前記円筒面の欠損した第２部分とを含む、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、小型化とカムの延伸とに有利なレンズ装置を提供することができる。

本発明の第１の実施例におけるレンズ装置の、発明適用部分を抜粋して簡易的に示した分解斜視図である。 本発明の第１の実施例におけるレンズ装置に設けられた、カム部材を示す図であり、（ａ）がカム部材の被写体側先端部の斜視部であり、（ｂ）がカム部材の円筒面の展開図である。 本発明の第１の実施例におけるレンズ装置において、第１のレンズ保持枠が撮像素子側に配置された状態を示す断面図である。 本発明の第１の実施例におけるレンズ装置において、第１のレンズ保持枠が被写体側に配置された状態を示す断面図である。 本発明におけるカム部材において、カム部材の遮光回避形状部の別例を示す図である。 本発明におけるカム部材において、遮光回避形状部を設けたことによる回転中心軸回りの重量バランスを調整するための、肉抜き孔を設けた例を示す図である。 本発明の第２の実施例におけるレンズ装置に設けられたカム部材の、円筒面の展開図である。 本発明の第２の実施例におけるレンズ装置の、レンズ保持枠とカム部材およびカムフォロアの位置関係を示す斜視図である。 本発明の第２の実施例におけるレンズ装置において、第１のレンズ保持枠が撮像素子側から物体側へ移動する際の様子を順に示した断面図である。

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。

以下、図１から図４を参照して、本発明の第１の実施例による、光軸２に平行な別の回転軸の回りに回転するカム部材１１を有し、そのカム部材１１に遮光回避形状部（第２部分）１６を設けたレンズ装置１について説明する。

図１は本実施例におけるレンズ装置１において、本発明にかかわる部分を抜粋し、簡易的に示した分解斜視図である。なお、以降の説明を容易にするために、各図には座標系Ｏを明示した。この座標系ＯにおけるＸ軸方向は、レンズ装置１の光軸２と平行な方向（以降、この方向を光軸方向と呼称する）であり、かつ、物体側から像側に向かう方向である。

レンズ装置１には、第１のレンズ群（光学素子）３ａ、第２のレンズ群（光学素子）３ｂをそれぞれ保持する第１のレンズ保持枠１２ａ、第２のレンズ保持枠１２ｂと、前述の２つのレンズ保持枠１２ａ、１２ｂを内包する固定枠（固定鏡筒）４が構成されている。

固定枠４には、その内径部に、光軸方向と平行に沿うように、直進用のガイド溝５が配置されている。一方、２つのレンズ保持枠１２ａ、１２ｂには、前述のガイド溝５に係合するように、直進用のガイドピン６が、光軸方向に沿って配置されている。このガイド溝５とガイドピン６とが係合することによって、２つのレンズ保持枠１２ａ、１２ｂは固定枠４に対して光軸方向に移動自在に保持されている。

固定枠４には、略円筒形状または略円柱形状をしたカム部材１１が、その中心軸が光軸２と平行になるように配置されている。カム部材１１の両端部付近のそれぞれには、支持軸７ａ、７ｂが設けられている。この支持軸７ａ、７ｂにベアリング８が嵌合しており、これを介して軸押え２２を使用して固定枠４に保持されることで、カム部材１１は、固定枠４に対して、その中心軸回りに回転自在となっている。

カム部材１１の物体側先端部を拡大して示した図が図２（ａ）であり、円筒外周面１３を展開した状態を示すのが、図２（ｂ）である。
カム部材１１の円筒外周面１３には、カム部材１１の回転量に対する第１のレンズ保持枠１２ａの光軸方向への移動量を規定する第１のカムリフト溝１４ａ、第２のレンズ保持枠１２ｂの光軸方向への移動量を規定する第２のカムリフト溝１４ｂが設けられている。一方、２つのレンズ保持枠１２ａ、１２ｂのそれぞれには、この２つのカムリフト溝１４ａ、１４ｂに対応する略円筒形状をした２つのカムフォロア１５ａ、１５ｂが、設けられている。その上で、第１のカムリフト溝１４ａと第１のカムフォロア１５ａとが、また、第２のカムリフト溝１４ｂと、第２のカムフォロア１５ｂとが、それぞれ摺動可能に係合している。

この際、２つのカムフォロア１５ａ、１５ｂは、光軸２と、カム部材１１の回転中心軸とを結ぶことで形成される平面内にあり、かつカム部材１１の回転中心軸に対して垂直となるように配置されている。

また、カム部材１１の被写体側の先端部には、後述する第１のレンズ保持枠１２ａが撮像面側に移動した際の有効光線通過領域９の光線を遮ることを回避するための遮光回避形状部（第２部分）１６が設けられている。本実施例では、遮光回避形状部１６は、略円筒形状のカム部材１１の外周面上における一部の位相においてのみ、軸方向に短くするように切り欠かれた切り欠き部１６ａと、切り欠き部１６ａに隣接する円筒外周面１３に設けた斜面形状部１６ｂによって構成される。
このように、カム部材１１の物体側先端部は、カムリフトが形成されている部分の第１部分と、第１部分を避けて光路を遮らないように形成された、カムリフトより回転軸に近い、または円筒面の欠損した第２部分を含むように構成されている。

この遮光回避形状部１６は、カム部材１１の被写体側端部付近において、第１のカムリフト溝１４ａとは重ならない位相になるように配置されている。このため、第１のカムリフト溝１４ａは、カム部材１１の被写体側端部に近接する位置まで配置することが可能になっている。

カム部材１１の像側の支持軸７ｂには、カム部材１１に駆動力を伝える駆動伝達手段１０が、カム部材１１と一体となって回転するように設けられている。
この駆動伝達手段１０は、不図示のモータ等の駆動手段からの駆動力をカム部材１１に伝達するためのものである。これによって駆動手段は、不図示の制御手段からの出力指令値に基づいて、カム部材１１を回転駆動させる。これにより、２つのレンズ保持枠１２ａ、１２ｂは、２つのカムリフト溝１４ａ、１４ｂにそれぞれ沿って、光軸方向に駆動することになる。

第１のレンズ保持枠１２ａより被写体側には、保持部材１８によって固定枠４に対して不動となるように固定された、固定レンズ１７が設けられている。この固定レンズ１７は、第１のレンズ保持枠１２ａに搭載されている第１のレンズ群３ａと比較して、外径の大きさが大きくなっている。

ここで、第１のレンズ保持枠１２ａが、像側に配置された状態における、各構成要素の関係について説明する。この状態を示すレンズ装置１の断面図が、図３である。またこの時、２つのカムフォロア１５ａ、１５ｂと、２つのカムリフト溝１４ａ、１４ｂとは、図２（ｂ）における直線１９で示される位相において係合している状態となる。

この時、レンズ装置１における、固定レンズ１７と第１のレンズ保持枠１２ａに搭載された、第１のレンズ群３ａとの間の有効光線は、この２つを接続する２点鎖線で囲まれた矢印の指し示す有効光線通過領域９を通過する。なお、以降の説明において、この領域を有効光線通過領域９と称する。

前述のように、２つのカムフォロア１５ａ、１５ｂは、光軸２とカム部材１１の回転中心軸を結ぶ平面内に設けられている。このため、カム部材１１は、円筒外周面１３において、図２（ｂ）における直線１９の位相が光軸２、すなわち第１のレンズ保持枠１２ａの方向に向いた回転位相になっている。ここで、図２（ｂ）で示すように、カム部材１１には、この直線１９で示す位相において、カム部材１１は遮光回避形状部１６を設けている。すなわち、遮光回避形状部１６が、レンズ装置１の光軸２と、カム部材１１の回転軸とを結ぶ平面内に来るように配置されている。カム部材１１は、その回転位相によっては、この有効光線通過領域９に係るように配置されているが、遮光回避形状部１６がこの位相に設けられていることによって、カム部材１１が有効光線を遮ることを防いでいる。

すなわち、カム部材１１は、レンズ保持枠１２ａを最も像側に位置させる状態において、カムリフト溝１４ａの物体側の端は、レンズ装置の光軸とカム部材１１の回転軸を含む平面内の光軸と回転軸の間には位置しないように構成されている。すなわち、カムリフトの物体側の端が光軸の直下には位置しないように構成されている。

次に、カム部材１１の回転駆動により、第１のレンズ保持枠１２ａが被写体側に配置された状態について説明する。この状態を示した断面図が、図４である。またこの時、２つのカムフォロア１５ａ、１５ｂと、２つのカムリフト溝１４ａ、１４ｂとは、図２（ｂ）における直線２０の位相で係合している状態となる。

この際、第１のレンズ保持枠１２ａと固定レンズ１７との光軸方向の間隔は狭くなる。このため、固定レンズ１７と第１のレンズ保持枠１２ａとの間を通過する有効光線は、第１のレンズ保持枠１２ａに搭載された第１のレンズ群３ａの外径から大きく拡大しない範囲のみを通過する。

またこの時、第１のカムリフト溝１４ａは、前述の遮光回避形状部１６が設けられていない位相範囲にまで延伸されている部分、即ち図２（ｂ）においては直線２０の位相において、第１のカムフォロア１５ａと係合している。
このため、前述の第１のレンズ保持枠１２ａが像側に配置された際における、有効光線通過領域９の中で、第１のカムリフト溝１４ａと第１のカムフォロア１５ａが係合するようになっている。

このように、カム部材１１の被写体側先端部に、遮光回避形状部１６を設けることで、第１のレンズ保持枠１２ａが像側に有る際の有効光線通過領域９まで係るようにカム部材１１を配置することできるようになる。これによって、カム部材１１を光軸２により近づけて配置したり、より被写体側に延伸させて配置させたりすることが可能になる。これによってレンズ装置１の大きさを、小型化することが可能となる。

なお、本実施例において、カム部材１１の被写体側先端部に設けた遮光回避形状部１６は、斜面形状部１６ｂと、切り欠き部１６ａによって構成するとした。この遮光回避形状部１６は、第１のレンズ保持枠１２ａが像側に移動した際の有効光線通過領域９を遮らないのであれば、どのような形であっても構わない。例えば図５（ａ）に示すように斜面形状部（小径部）１６ｂだけで構成しても良いし、図５（ｂ）のように、カム部材の被写体側先端部において、一部の位相範囲において小径部１６ｃを設け、そこに斜面形状部１６ｂを接続させるような形でも良い。さらに、遮光回避形状部１６は、カム部材１１の被写体側先端部のみに設けるのでは無く、円筒面全体に設けても良い。この例としては例えば図５（ｃ）のように、２つのカムリフト溝１４ａ、１４ｂの周囲のみを突出させるような形状にし、他の部分の円筒面は全て円筒面外径を小さくすること（小径部を構成すること）で、遮光回避形状部を構成する方法などが考えられる。またあるいは、図５（ｄ）に示すように、カム部材１１の物体側先端において、斜面形状部１６ｂを設けずに、第１のカムリフト溝１４ａを除く部分を全部切欠き部１６ａとする形状であっても良い。

なお、カム部材１１に設けた遮光回避形状部１６の影響により、カム部材１１の回転中心軸回りの重量バランスが変化し、カム部材１１の回転駆動制御に影響を与えることが考えられる。このような場合においては、図６で示すように、遮光回避形状部１６と反対側の位相に肉抜き孔（重量調整部）２１を設けることによって、重量バランス（質量分布）を保つように調整しても良い。

また、本実施例においては、カム部材１１によって駆動するレンズ保持枠を２つとする例を提示したが、これは、１つであっても３つ以上であっても良く、その数には限定されない。さらに、本実施例において、第１のレンズ保持枠１２ａより被写体側に固定レンズ１７を設けた構成で説明したが、これは、別の光軸方向に駆動するレンズ保持枠が有っても良いし、第１のレンズ保持枠が一番物体側のレンズとなる構成であっても構わない。

また本実施例においては、カム部材１１の被写体側において遮光回避形状部１６を設ける方法を提案したが、これは像側において同様の構成にする、あるいは物体側と像側の両方で同様の構成にしても良い。

以下、図７から図９を参照して、本発明の第２の実施例による、２つのレンズ保持枠３２ａ、３２ｂを光軸方向に駆動させる際の、カム部材３１の回転角度が３６０度、即ちちょうど１回転となるレンズ装置３０について説明する。なお、第１の実施例と同等の構成については、その説明を省略し、図面においては同じ符号を付する。
図７は、本実施例におけるカム部材３１の円筒面３３の展開図である。ここで、第１のレンズ保持枠３２ａが像側に配置された状態において、第１のカムフォロア３５ａは、直線３７の位相において第１のカムリフト溝３４ａと係合している。

ここで、仮に実施例１に示したようにレンズ装置３０の光軸２とカム部材３１の回転中心軸とを結ぶ平面内に、２つのレンズ保持枠３２ａ、３２ｂに設けた２つのカムフォロア３５ａ、３５ｂを配置したと仮定する。その場合、遮光回避形状部１６は直線３７上のカム部材３１の被写体側端部付近に設ける必要があることになる。しかしながら、本実施例において、カム部材３１の回転駆動範囲がちょうど１回転である場合を想定している。このため、第１のレンズ保持枠３２ａが被写体側に配置された際に、第１のカムリフト溝３４ａと、第１のカムフォロア３５ａとが係合する位相もまた、カム部材３１の被写体側端部付近で直線３７で示される位相となる。そのため、カム部材３１に遮光回避形状部１６を設けようとしても、この第１のカムリフト溝３４ａと重なってしまい、第１のカムリフト溝３４ａと遮光回避形状部１６の両立は不可能になる。

この問題に対応するために、本実施例においては、図８に示すように、２つのカムフォロア３５ａ、３５ｂと、２つのカムリフト溝３４ａ、３４ｂとが係合するカム部材３１における位相をずらし、２つのカムフォロア３５ａ、３５ｂを座標系ＯにおけるＺ方向に平行になるように配置している。これは即ち、レンズ装置３０の光軸２とカム部材３１の回転中心軸とを結ぶ直線の位相と、カムフォロアがカムリフト溝と係合する位相をずらしている。すなわち、カムフォロアは、レンズ装置の光軸とカム部材３１の回転軸とを含む平面内には配置されないようにレンズ保持枠が構成されている。

これによって、２つのカムフォロア３５ａ、３５ｂと、２つのカムリフト溝３４ａ、３４ｂとが、図７において直線３７で示す位相で係合している時に、遮光回避形状部１６が必要となる位相、すなわち第１のレンズ保持枠３２ａに近づく位相は、図７における直線３８で示す位相となる。このため、第１のカムリフト溝３４ａが設けられた位相に重なることはなく、カム部材３１に遮光回避形状部１６を設けることが可能になる。
上記のように構成した場合において、第１のレンズ保持枠３２ａを像側から被写体側へ駆動した際の様子を（ａ）から（ｃ）まで、順に示したのが図９である。

この場合においては、カム部材３１における遮光回避形状部１６が無い位相、即ち、図９（ａ）の際の有効光線通過領域９にカム部材３１が係るのは、第１のレンズ保持枠３２ａの可動範囲においては中間の位置である。図９（ｂ）は、この時の状態を示している。この図９（ｂ）の状態における第１のレンズ保持枠３２ａと固定レンズ１７との間の有効光線通過領域（矢印３６で示す範囲）は、カム部材３１と重なることはないようになっている。

このように、カム部材３１の配置範囲に、有効光線通過領域９が係る回転位相において、カム部材３１に遮光回避形状部１６が構成されていれば、遮光回避形状部１６範囲、位相はどこであっても良い。本実施例において、２つのカムフォロア３５ａ、３５ｂと、２つのカムリフト溝３４ａ、３４ｂの係合する位相を、光軸２とカム部材３１の中心軸とを結ぶ位相から９０度回した例を提示した。この位相をずらす角度は、遮光回避形状部１６が、カム部材３１によって有効光線を遮ることが無いように構成される範囲であればどんな角度であっても良い。また、本実施例においては、第１のカムフォロア３５ａと、第２のカムフォロア３５ｂの双方をずらした例を提示したが、これは第１のカムフォロア３５ａのみ回転させるようにしても良い。

本発明のレンズ駆動装置を有するレンズ装置によって、本発明の効果を享受できる小型化とカムの延伸の両立したレンズ装置を実現することができる。また、本発明のレンズ駆動装置を有するレンズ装置と、該レンズ装置によって形成された光学像を受ける撮像素子を有する撮像装置によって、本発明の効果を享受できる撮像装置を実現することができる。

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および変更が可能である。

１：レンズ装置
３ａ：第１のレンズ群（光学素子）
４：固定枠（固定鏡筒）
１１：カム部材
１２ａ：第１のレンズ保持枠
１４ａ：第１のカムリフト溝
１５ａ：第１のカムフォロア
１６：遮光回避形状部

Claims (6)

1. レンズ装置であって、
   カムフォロアを有し、レンズを保持する保持枠と、
   前記レンズの光軸に沿った回転軸を有し、前記カムフォロアが係合しているカムリフトを有する円筒面を含むカム部材と、
   を有し、
   前記カム部材は、その物体側の端部において、前記カムリフトを含む第１部分と、前記第１部分を避けて光路を遮らないように形成された、前記カムリフトより前記回転軸に近い、または前記円筒面の欠損した第２部分とを含む、
   ことを特徴とするレンズ装置。
2. 前記カム部材は、前記保持枠を最も像側に位置させた状態において、前記カムリフトの物体側の端が前記光軸の直下には位置しないように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
3. 前記カム部材は、前記回転軸の周りの質量分布を調整するための穴または部分が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ装置。
4. 前記カムフォロアは、前記光軸と前記回転軸とを含む平面に関して一方の側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のレンズ装置。
5. 前記第２部分は、物体側に向かうと前記回転軸に近くなる形状を有することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のレンズ装置。
6. 請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載のレンズ装置と、
   前記レンズ装置によって形成された像を受ける撮像素子と、
   を有することを特徴とする撮像装置。

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