JP7039337B2 - レンズ装置およびそれを備えた撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ装置およびそれを備えた撮像装置に関する。

デジタルカメラやビデオカメラ等のレンズ装置において、フォーカスレンズを駆動するためのモータとして超音波モータを用いる場合、コイル（昇圧コイル）を設けて高い電圧を生成する必要がある。しかしながら、コイルから発生するノイズの影響により、撮影画像が劣化する場合がある。

特許文献１には、超音波モータを駆動するためのメイン実装基板（駆動基板）と、メイン実装基板を略多角形状で保持する基板保持台とを備えたレンズ鏡筒が開示されている。

特開平６－４３３４８号公報

ところで、超音波モータを駆動するには、駆動基板上に複数のコイルを実装する必要である。しかしながら、特許文献１には、このようなコイルが開示されていない。また、特許文献１に開示されたレンズ鏡筒のメイン実装基板の一つの平面部に複数のコイルを設けると、回転軸方向（光軸方向）または径方向のサイズが大きくなり、レンズ鏡筒が大型化してしまう。

そこで本発明は、モータ駆動用のコイルにより発生するノイズの影響を抑制することが可能な小型のレンズ装置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レンズ装置は、モータユニットと、前記モータユニットを駆動する駆動基板と、前記駆動基板に設けられた複数のコイルと、金属材料からなる筒部材とを有し、前記駆動基板は、前記筒部材の外周側に配置されており、複数の平面部と、前記複数の平面部のうち隣接する平面部を接続するフレキシブルプリント基板部とを有し、前記複数のコイルは、前記複数の平面部のそれぞれの上に設けられている。

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、モータ駆動用のコイルにより発生するノイズの影響を抑制することが可能な小型のレンズ装置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レンズ鏡筒の断面図である。 本実施形態における超音波モータユニットの断面図である。 本実施形態におけるレンズ鏡筒のフォーカス構造の断面図である。 本実施形態における超音波モータユニットの斜視図である。 本実施形態における駆動回路および制御回路の要部斜視図である。 本実施形態における駆動回路および制御回路の要部斜視図である。

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レンズ鏡筒（レンズ装置）および撮像装置について説明する。図１は、撮像装置１の断面図である。図２は、レンズ鏡筒１０に設けられた超音波モータユニット（モータユニット）１００の断面図である。図３は、レンズ鏡筒１０におけるフォーカス構造の断面図である。

図１に示されるように、撮像装置１は、カメラ本体２０と、カメラ本体２０に着脱可能なレンズ鏡筒１０とを備えて構成される。撮像素子２１は、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサであり、レンズ鏡筒１０を介して形成された被写体像（光学像）を光電変換して画像データを出力する。撮像素子２１は、カメラ本体２０に保持されている。

案内筒２０１は、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、ズームリング２１０を手動で回転することにより一体的に回転する。ズームリング２１０は、外装環２１１に定位置回転自由に保持されている。外装環２１１は、ビス（不図示）を用いて案内筒２０１に固定されている。外装環２１１の後側（図１の右側、すなわち像側）にはマウントリング２１２が配置されており、マウント２１３と共にビス（不図示）を用いて固定されている。レンズ鏡筒１０は、マウント２１３を介して、カメラ本体２０に固定（装着）される。

制御基板（制御部）２１４は、カメラ本体２０と通信を行い、超音波モータユニット１００を制御する。制御基板２１４は、ビス（不図示）を用いて外装環２１１に固定されている。制御基板２１４は、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ基板）２１４ａに電気的に接続された接点部品２１４ｂを介して、カメラ本体から電源が供給されると共に、通信を行う。また制御基板２１４は、後述する超音波モータユニット１００や電磁絞りユニット等を制御する。フォーカスカム環２０３は、案内筒２０１とカム環２０２とを備えて構成されるカム機構により、光軸方向（Ｘ－Ｘ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、フォーカス調整のために超音波モータユニット１００により駆動される。

次に、超音波モータユニット（振動型モータユニット）１００の構成について説明する。図２において、固定筒１０１は、樹脂材料からなる筒状の部材であり、ビス（不図示）を用いて案内筒２０１に固定されている。回転リング１０２は、固定筒１０１の外周側に配置され、超音波モータ（振動型モータ）により回転される部品である。本実施形態において、回転リング１０２は金属材料からなる。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、一体的に回転する。

ステータ１０５は、固定筒１０１に保持されており、先端に周期的な溝が加工され、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。圧電素子１０６を振動させてステータ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の振動を阻害しないで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側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。

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のベアリング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に固定されており、周方向に等間隔で６個配置されている。ロータ１０４は、波ワッシャ１１０により付勢され、常にベアリング１１２に当接することで回転軸方向のガタつきを防止している。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のパターンを検出する。制御基板２１４は、センサ１１８からの出力信号に基づいて、回転リング１０２の回転角および速度を制御する。

図３において、超音波モータユニット１００は、ビス（不図示）を用いて、固定筒１０１の端部に設けられたフランジ部１０１ａを案内筒２０１の端面に固定している。フォーカス鏡筒２０４の外周には３つのカムフォロア２０４ａが設けられている。カムフォロア２０４ａは、フォーカスカム環２０３のカム溝２０３ａに係合している。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ている。フォーカスキー１０２ｃの先端部は、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。本実施形態において、フォーカシング（フォーカス調整）は、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繰り出すことで行われる。

次に、図４乃至図６を参照して、超音波モータユニット１００の駆動回路基板について説明する。図４は、超音波モータユニット１００の斜視図であり、回転リング１０２およびロータ１０４を取り外した状態を示している。図５は、駆動回路と制御回路との接続状態を説明する要部斜視図である。図６は、図５とは別の角度から見た要部斜視図である。

駆動基板３０１は、超音波モータユニット１００を駆動するための回路が形成された基板である。駆動基板３０１は、電子部品を実装するための平面部３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄを有し、平面部３０１ａ～３０１ｄのうち隣接する平面部はフレキシブルプリント基板部３０１ｅ、３１０ｆ、３０１ｇによりそれぞれ接続されている。また、駆動基板３０１の平面部３０１ａ～３０１ｄは、固定筒１０１に設けられた平面部に当接するように、ビスや両面テープで固定されている。固定筒１０１は樹脂からなり、金型を用いて多角形状の平面部が成型可能である。

駆動基板３０１の平面部３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄの上には、複数のコイル３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄがそれぞれ設けられている（実装されている）。本実施形態において、好ましくは、平面部３０１ａ～３０１ｄのそれぞれにコイル３０２ａ～３０２ｄのうちの一つのコイルのみが配置されている。このような構成により、複数のコイルを一つの平面部に配置する構成と比較して、レンズ鏡筒１０の径方向または回転軸方向（光軸方向）のスペース（サイズ）を小さくしてレンズ鏡筒１０の小型化を図ることができる。また本実施形態において、駆動基板３０１を制御基板２１４から分離して構成してカメラ本体２０（撮像素子２１）から離している。これにより、コイル３０２ａ～３０２ｄから発生するノイズの影響により撮影画像の画質が劣化することを防止することが可能である。

図５および図６は、駆動基板３０１と制御基板２１４との接続に関する説明図であり、接続に関連する部品のみ示している。電源用ＦＰＣ基板（第１のフレキシブルプリント基板）３０３および通信用ＦＰＣ（第２のフレキシブルプリント基板）３０４はそれぞれ、制御基板２１４と駆動基板３０１とを接続する。出力用ＦＰＣ基板（第３のフレキシブルプリント基板）３０５は、駆動基板３０１と超音波モータユニット１００とを接続する。ＦＰＣ基板２１４ａを介してカメラ本体２０から供給された電力は、一旦、制御基板２１４に入り、電源用ＦＰＣ基板（電源用基板）３０３を介して駆動基板３０１に供給される。カメラ本体２０からの駆動命令やレンズ鏡筒１０のフォーカスリング（不図示）からの信号（制御のための信号）は、通信用ＦＰＣ基板（通信用基板）３０４を介して駆動基板３０１の制御回路部に伝達される。そして、コイル３０２ａ～３０２ｄで昇圧された電圧は、出力用ＦＰＣ基板（出力用基板）３０５を介して、超音波モータユニット１００の駆動源であるステータ１０５の圧電素子１０６へ伝達される。

このように本実施形態において、制御基板２１４と駆動基板３０１とを接続する接続部を、電源用ＦＰＣ３０３と通信用ＦＰＣとに分離している。

ここで、電源用の導線は大きな電流を流す必要があり、フレキシブルプリント基板であれば、幅の広いパターンが必要になる。そのため電源と通信とを一体にすると大きなスペースが必要になり、装置全体が大型化する懸念がある。それに対して、本実施形態においては、電源用と通信用に分けることによって、スペース効率が良くなり装置のコンパクト化につながるという効果が得られる。また本実施形態において、通信用ＦＰＣ３０４は、電源用ＦＰＣ基板３０３と出力用ＦＰＣ基板３０５との間に設けられている。このような構成により、電源からの電力を、通信系の回路へ送り、制御された電力をモータへ出力するという電流の流れが一方向になるため、効率の良い配線となる。それによって、パターンの長さを短くできるため、基板を小型化できるという効果が得られる。

センサ１１８は、回転リング１０２の回転位置情報を検出する。センサ１１８により検出された回転位置情報は、位置検出用ＦＰＣ基板３０６を介して制御基板２１４へフィードバックされる。制御基板２１４は、その回転位置情報に基づいて回転リング１０２の位置を制御する。

駆動基板３０１は、固定筒１０１の外周に巻きつけるように配置され、その内周側には案内筒２０１およびカム環２０２が配置されている。案内筒２０１およびカム環２０２はそれぞれ金属材料からなる筒部材であり、本実施形態ではアルミ合金が用いられている。案内筒２０１およびカム環２０２のそれぞれの端位置はマウント２１３の近傍まで伸びており、その端位置においてマウント２１３と固定されている。カメラ本体に設けられた撮像素子は、マウント２１３の後方（像側）に位置するため、駆動基板３０１と撮像素子とは、案内筒２０１およびカム環２０２により遮蔽される位置関係になっている。

駆動基板３０１のうち特にコイル３０２ａ～３０２ｄから発生するノイズは、銅板等のシールド材により減衰するが、アルミ等の金属材料（金属部材）でも同様な減衰効果が得られる。このため、駆動基板３０１と撮像素子との間に金属材料を配置することにより、コイル３０２ａ～３０２ｄ等から発生するノイズを効果的に減衰することができる。また、コイル３０２ａ～３０２ｄのノイズは、コイル線の巻線軸方向に強く発生する傾向がある。このため巻線軸は、光軸方向（撮像素子方向）ではなく、光軸と直交方向に沿って設けることが好ましい。このような構成により、ノイズの影響を低減することができる。

以上のように、案内筒２０１およびカム環２０２は、レンズ鏡筒１０に必要な金属部材であるため、コイル３０２ａ～３０２ｄの周囲にシールド板を配置してレンズ鏡筒１０を大型化させることがない。また、高価なシールド付きのコイルを使用してコストアップすることもない。また、カム環２０２や案内筒２０１の駆動基板３０１に相対する部分は、肉厚の大きい部分である。また、コイル３０２ａ～３０２ｄに相対する部分には、カム溝や直進溝が形成されていない。このため、そのような空間からのノイズの漏れを防止することができる。

本実施形態において、ズームリング２１０は、駆動基板３０１の外周側に設けられ、アルミ合金材料などの金属材料からなる筒部材（第２の筒部材）である。またズームリング２１０は、駆動基板３０１とマウント２１３との間に配置されている。これにより、駆動基板３０１の外周側から撮像素子２１に伝わるノイズに対しても良好に減衰させる効果がある。また、撮像素子２１から近い側から順に、制御基板２１４、超音波モータユニット１００、および、駆動基板３０１が配置されている。このような配置により、カメラ本体からの電力や通信をノイズや抵抗による損失を少なく制御基板２１４に伝達することができる。また、ノイズの発生源となる駆動基板３０１を撮像素子から遠ざけつつ、外径を大きくすることなくスペース効率の良い配置が可能となる。

以上のように、ノイズの発生源となるコイルを実装した駆動基板を撮像素子から離し、内周側に金属材料からなる案内筒やカム環を配置することにより、ノイズを効率よく減衰させ、撮影された画像劣化がないレンズ鏡筒を実現することができる。なお本実施形態において、フォーカスレンズを駆動するために、レンズ鏡筒１０に配置した超音波モータユニット１００の駆動基板３０１について説明したが、これに限定されるものではない。本実施形態の効果は、その他の駆動基板や、手振れ防止に使用するコイル、または、レンズ駆動に用いるムービングコイル等でも得られる。また本実施形態は、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、カメラ一体型のレンズ鏡筒にも適用可能である。また、レンズ鏡筒内のモータユニットに限定されるものではなく、他のシステムでのノイズ低減構造に応用することが可能である。

本実施形態によれば、モータ駆動用のコイルにより発生するノイズの影響を抑制することが可能な小型のレンズ装置および撮像装置を提供することができる。

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及び変更が可能である。

１０ レンズ鏡筒（レンズ装置）
１００ 超音波モータユニット（モータユニット）
２０１ 案内筒（筒部材）
２０２ カム環（筒部材）
３０１ 駆動基板
３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ 平面部
３０１ｅ、３０１ｆ、３０１ｇ フレキシブルプリント基板部
３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、３０２ｄ コイル

Claims (10)

1. モータユニットと、
   前記モータユニットを駆動する駆動基板と、
   前記駆動基板に設けられた複数のコイルと、
   金属材料からなる筒部材と、を有し、
   前記駆動基板は、前記筒部材の外周側に配置されており、複数の平面部と、前記複数の平面部のうち隣接する平面部を接続するフレキシブルプリント基板部とを有し、
   前記複数のコイルは、前記複数の平面部のそれぞれの上に設けられている
   ことを特徴とするレンズ装置。
2. カメラ本体と通信を行い、前記モータユニットを制御する制御基板と、
   前記制御基板と前記駆動基板とを接続する第１のフレキシブルプリント基板および第２のフレキシブルプリント基板と、
   前記駆動基板と前記モータユニットとを接続する第３のフレキシブルプリント基板と、を更に有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
3. 前記第１のフレキシブルプリント基板は、前記カメラ本体から前記制御基板に供給された電力を前記駆動基板に供給する電源用基板であり、
   前記第２のフレキシブルプリント基板は、制御のための信号を通信する通信用基板であり、
   前記第３のフレキシブルプリント基板は、前記複数のコイルで昇圧された電圧を前記モータユニットへ伝達する出力用基板である
   ことを特徴とする請求項２に記載のレンズ装置。
4. 前記第２のフレキシブルプリント基板は、前記第１のフレキシブルプリント基板と前記第３のフレキシブルプリント基板との間に設けられている
   ことを特徴とする請求項２または３に記載のレンズ装置。
5. カメラ本体に装着するためのマウントを更に有し、
   前記マウントに近い側から順に、前記制御基板、前記モータユニット、および、前記駆動基板が配置されている
   ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のレンズ装置。
6. 前記駆動基板の外周側に金属材料からなる第２の筒部材を更に有し、
   前記第２の筒部材は、前記駆動基板と前記マウントとの間に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のレンズ装置。
7. 前記複数の平面部のそれぞれには、前記複数のコイルのうちの一つのコイルのみが実装されている
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレンズ装置。
8. 前記モータユニットは、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７のいずれか１項に記載のレンズ装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項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と、を有する
   ことを特徴とする撮像装置。
10. 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９に記載の撮像装置。

Images