JP7165912B2 - レンズ鏡筒およびこれを備えた撮像装置 - Google Patents

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Description

本開示は、レンズ鏡筒およびこれを備えた撮像装置に関する。
従来、群移動枠(可動枠の一例)を光軸方向に移動可能に支持するガイドバー(ガイドポール)と、群レンズを保持する群移動枠(可動枠の一例)と、ガイドバーを保持する群鏡筒(保持枠の一例)とを備えるレンズ鏡筒が知られている(例えば特許文献1)。
特開2015-191123号公報
近年撮像装置に用いられる撮像素子は、高画素化が進んでいる。
また同時に、撮影した画像を視聴するモニタも、高精細化大画面化が進んでいる。
撮像素子の高画素化、あるいは画像を視聴するモニタの高精細化が進むと、従来は確認することができなかったレベルのピントずれが目視できる様になる。このため、ピント合わせを行うレンズの位置決めは、従来よりも微細なピッチで、かつ高精度に位置決めする必要がある。
上記従来のレンズ鏡筒では、微細なピッチでレンズの位置制御を行おうとしても、ガイドポールと、レンズ枠間の摩擦により応答し切れない領域があり、ある程度以上の精度では位置決め出来ない課題がある。
本開示は、レンズ枠とガイドポールの間の摩擦を軽減し、レンズ枠を従来よりも微細なピッチで、かつ高精度に位置決めできるレンズ鏡筒およびこれを備えた撮像装置を提供する。
本開示に係るレンズ鏡筒は、支持枠と、支持枠に支持されたシャフトと、シャフトに沿って移動する可動枠と、可動枠をシャフトに沿って支持枠に対して相対移動させる第1のアクチュエータと、シャフトをシャフトの軸周りに回転駆動させる第2のアクチュエータと、を備えている。
本開示に係るレンズ鏡筒によれば、レンズ枠とガイドポールの間の潤滑状態を変化させることにより、レンズ枠とガイドポールの間の摩擦を軽減し、レンズ枠を従来よりも微細なピッチで、かつ高精度に位置決めすることができる。
実施の形態1に係る撮像装置を示す斜視図。 実施の形態1に係る撮像装置におけるレンズ鏡筒の分解斜視図。 図1のA-A線における実施の形態1に係るレンズ鏡筒の断面図。 実施の形態1に係るレンズ鏡筒のフォーカスユニットを示す斜視図。 実施の形態1に係るフォーカスユニットの分解斜視図。 実施の形態1に係るフォーカスレンズユニットとガイドポールの構成を示す説明図。 ストライベック線図。 実施の形態2に係るフォーカスレンズユニットとガイドポール、副ガイドポールの構成を示す説明図。 図8のフォーカスレンズユニットとガイドポール、副ガイドポールの構成を示す説明図。
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
また、「略**」との記載は、「略同一」を例に挙げて説明すると、全く同一はもとより、実質的に同一と認められるものを含む意図である。また、「**近傍」、「約**」との記載においても同様である。
なお、各図は、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。
(実施の形態1)
次に、実施の形態1に係るレンズ鏡筒10を備えた撮像装置1の構成について、図1~図7を用いて説明する。
図1は、実施の形態1に係る撮像装置1を示す斜視図である。図2は、実施の形態に係る撮像装置1におけるレンズ鏡筒10の分解斜視図である。図3は、図1のA-A線における実施の形態に係るレンズ鏡筒10の断面図である。図4は、実施の形態に係るレンズ鏡筒10のフォーカスユニット50を示す斜視図である。図5は、フォーカスユニット50の分解斜視図である。図6は、フォーカスレンズユニット(可動枠)52とガイドポール(シャフト)53の構成を示す説明図である。図7は、ストライベック線図である。
図1では、撮像装置1の光軸Jと平行な方向をX軸方向と規定し、水平方向をY軸方向と規定し、鉛直上側をZ軸方向と規定する。また、被写体側をX軸プラス方向側と規定し、撮像素子14側をX軸マイナス方向側と規定する。なお、図1では、Y軸方向とZ軸方向とは、使用態様によって変化するため、これには限定されない。図1以降の各図においても、同様である。
撮像装置1は、図1に示すように、例えば、デジタルスチルカメラである。撮像装置1は、撮像装置本体(本体部)2と、レンズ鏡筒10とを備える。
撮像装置本体2は、画像処理部、システム制御部、メモリ部、カメラ表示部、カメラ操作部等を有する。
図1および図3に示すように、画像処理部は、後述する撮像素子14からの信号を画像信号に変換する。システム制御部は、レンズ鏡筒10の制御部20と電気的に接続され、相互に通信してレンズ鏡筒10のフォーカス動作やズーミング等を制御するとともに、撮像装置1全体の撮影動作や記録等の制御を行う。メモリ部には、撮像装置本体2のメインメモリと外部から装着される記憶媒体を含む。カメラ表示部は、撮影時における被写体のエイミングや、設定変更の確認、撮影画像のプレビュー確認を行う。カメラ操作部は、撮影動作や設定変更を行う。
図1および図2に示すように、レンズ鏡筒10は、ズーム機構を有する。非撮影時は、撮像装置本体2からX軸プラス方向に突出している。そして、撮影時およびズーム機構稼働時には、X軸プラス方向に繰り出される。レンズ鏡筒10は、撮像装置本体2部から脱着可能であってもよい。レンズ鏡筒10は、固定部11と、移動部12とを備えている。
図1および図3に示すように、固定部11は、一端側(X軸マイナス方向側)が撮像装置本体2に固定される。固定部11には、カム筒30と、直進枠40と、フォーカスユニット50とが収容されている。固定部11では、その底部に形成された保持ベース13が撮像素子14を保持する。撮像素子14は、第1~第5のレンズ群L1~L5を介して撮像する素子であり、例えば、CMOSイメージセンサ等である。撮像素子14は、被写体からの光を光電変換して画像処理部に信号を出力する。撮像装置本体2の保持ベース13は、撮像素子14を保持する。保持ベース13は、略円板状に形成され、光軸Jに対して撮像素子14の撮像面14aが直交する状態で撮像素子14を保持する。
図2および図3に示すように、カム筒30は、固定部11の内側に配置され、光軸Jを軸心として回転する。固定部11は、例えば、ギア部およびDCモータが一体化されたアクチュエータ15を有する。そして、DCモータの回転により、DCモータの出力ギアと噛み合うギア部を介して、DCモータの回転がカム筒30の回転へと伝達される。
カム筒30の内面側および外周側には、複数のカム溝が形成されている。また、カム枠、外周面のX軸マイナス方向側の端部には、前記アクチュエータのギア部と噛み合う被駆動ギア部が周方向に沿って設けられている。
直進枠40は、円筒状に形成され、カム筒30の内側に配置されている。直進枠40には、複数の直進溝およびガイド軸が設けられている。直進溝およびガイド軸は、1群ユニット17、2群ユニット80、シャッタユニット70、3群ユニット60を光軸方向に移動可能に支持している。
1群ユニット17、2群ユニット80、シャッタユニット70、3群ユニット60には、前記カム筒に設けられた前記複数のカム溝と係合するカムピンがそれぞれ設けられている。カム筒30のカム溝は回転に応じて直進枠40を直進させるためのカム機構が構成されている。
これにより、DCモータを回転させると、1群ユニット17、2群ユニット80、シャッタユニット70、3群ユニット60の光軸方向位置が変化しズームを行う構成となっている。
図4および図5に示すように、フォーカスユニット50は、保持枠51と、レンズ群L5と、フォーカスレンズユニット52と、ガイドポール53と、副ガイドポール54と、ガイドカバー150とを有する。
保持枠(支持枠)51は、例えば略円筒状に形成された樹脂部材であり、X軸プラス方向側に開いている。保持枠51は、第5のレンズ群L5を内部に保持する。第5のレンズ群L5は、保持枠51により位置決めされる。第5のレンズ群L5は、第5のレンズ群L5の光軸が撮像素子14の光軸Jと略一致するように配置されている。第5のレンズ群L5は、撮像素子14よりもX軸プラス方向側にあり、撮像素子14の撮像面14aと対面するように設けられる。
図5に示すように、保持枠51の内部には、ヨーク21と、コイル22と、駆動用マグネット23とを有する磁気回路から構成された駆動機構(第1のアクチュエータ)を収容する収容空間51bが形成されている。
すなわち、本実施形態のレンズ鏡筒10では、ヨーク21と、コイル22と、駆動用マグネット23とを有する磁気回路から構成された駆動機構によって、フォーカスレンズユニット52をガイドポール53に沿って前後に移動させる第1のアクチュエータを構成する。
ヨーク21は、断面が略U字状をなし、保持枠51の内周面に沿うように配置している。ヨーク21は、保持枠51におけるX軸方向の厚みと略同等の長さを有する。ヨーク21には、ヨーク21のX軸プラス方向側の端面からX軸マイナス方向に向かって凹む収容空間21aが形成されている。
コイル22は、フォーカスレンズ枠52aに設けられ、ヨーク21の収容空間21a内に配置されている。コイル22には、制御部20と接続された電源部からの電力が供給される。電力の供給は、フレキシブル配線を介して伝達してもよい。
駆動用マグネット23は、コイル22の外周側で、ヨーク21の内周面に沿うように設けられている。駆動用マグネット23の内周側の面がN極であり、駆動用マグネット23の外周側の面がS極である。ここで、駆動用マグネット23は、コイル22に通電させる方向と直交する方向に磁束が発生するように配置される。制御部20は、コイル22に通電させる方向と通電させる電流量を制御する。これにより、コイル22は、ローレンツ力を受けてX軸方向に力が働く。その結果、フォーカスレンズユニット52をX軸方向に沿って移動させることができる。
なお、本実施の形態では、位置検出部材の一例としてマグネット58を用いているが、例えば位置検出部材を反射ミラーとしてもよい。
図4および図5に示すように、フォーカスレンズユニット52は、X軸方向に沿って移動可能である。フォーカスレンズユニット52は、フォーカスレンズ枠52aと、レンズ群L2と、マグネット58(位置検出部材の一例)とを有する。また、保持枠51は、MR(Magneto Resistive)素子59(位置検出センサの一例)を有する。フォーカスレンズ枠52aは、略円筒状に形成され、保持枠51よりもX軸プラス方向側でフォーカスレンズ群L4を内部に保持する。フォーカスレンズ群L4は、フォーカスレンズ群L4の光軸が撮像素子の光軸Jと略一致するように、第5のレンズ群L5よりもX軸プラス方向側で、第5のレンズ群L5と対面するように設けられる。フォーカスレンズ枠52aには、ガイドポール53を挿通するポール挿通孔(挿入孔)52cが形成されている。また、保持枠51には、フォーカスレンズユニット52がX軸方向に直動するように、副ガイドポール54が固定されている。なお、本実施の形態では、位置検出センサの一例としてMR素子59を用いているが、MR素子59の代わりに位置検出センサの一例としてホール素子を用いてもよい。
図5に示すように、MRマグネット58は、MR素子59の近傍でフォーカスレンズ枠52aに設けられている。MRマグネット58が設けられたフォーカスレンズ枠52aが移動することで、MRマグネット58に生じる磁界の変化をMR素子59で検出する。
MR素子59は、フォーカスレンズユニット52の位置を検出するためのセンサであり、保持枠51に設けられる。MR素子59は、例えば、撮影時に、フォーカスレンズユニット52を移動させると、MR素子59に対するMRマグネット58の位置が変化する。このとき、MR素子59の位置における磁束が変化し、MR素子59の出力が変化する。MR素子59の出力は、制御部20と接続されている。こうして、MR素子59の出力を検出すれば、フォーカスレンズユニット52のシフト位置を検出することができる。なお、位置検出センサの一例として、磁気式であるMR素子59またはホール素子を用いてもよく、反射式のフォトインタラプタを用いてもよい。電力の供給は、フレキシブル配線を介して伝達してもよい。
図4に示すように、ガイドポール53および副ガイドポール54は、例えば、円柱状をなした金属製の部材であり、X軸方向と略平行に延びている。ガイドポール53および副ガイドポール54は、フォーカスレンズ枠52aをX軸方向に移動可能に支持する。言い換えれば、ガイドポール53および副ガイドポール54は、光軸Jに沿って移動するようにフォーカスレンズユニット52をガイドする。ガイドポール53および副ガイドポール54の一端側(X軸マイナス方向側)はフォーカスユニット50の保持枠51に保持され、ガイドポール53および副ガイドポール54の他端側(X軸プラス方向側)はガイドカバー150に保持されている。
ガイドカバー150は、樹脂製のカバー部材であり、フォーカスユニット50のX軸プラス方向側の端部に設けられる。具体的には、ガイドカバー150は、保持枠51のX軸プラス方向側(被写体側)の端部に固定(保持)されている。
図6は、図4のうち本実施形態の主要な特徴部分に関わる部分を取り出した説明図である。
図6において、フォーカスレンズユニット(可動枠)52は、ガイドポール(シャフト)53および副ガイドポール54に支持されている。ガイドポール53は、フォーカスレンズユニット52のポール挿通孔52cに挿入され、フォーカスレンズユニット52の光軸に対する傾きを規制する。また、副ガイドポール54は、フォーカスレンズユニット52の光軸回りの回転を規制する。これにより、フォーカスレンズユニット52は、光軸に対する姿勢を保ったまま光軸方向にのみ移動する。
なお、ガイドポール53およびフォーカスレンズユニット52のポール挿通孔52cには、グリスが塗布される。グリスには、ガイドポール53とポール挿通孔52cとの間に生じる摩擦を軽減する作用がある。
また、図6においてガイドポール53には、ギア(第2のアクチュエータ)55が圧入固定されている。ギア55は、ステッピングモータ56(第2のアクチュエータ)によって、図中の矢印方向に回転駆動される。
ステッピングモータ56(第2のアクチュエータ)は、電源部および制御部20と電気的に接続されている。制御部20は、電源部が出力する電流量を制御し、ステッピングモータ56(第2のアクチュエータ)の回転量を制御する。
すなわち、本実施形態のレンズ鏡筒10では、ガイドポール53の端部に固定されたギア55とギア55を回転駆動するステッピングモータ56とによって、第2のアクチュエータを構成する。
これにより、制御部20が制御する第2のアクチュエータ(ギア55およびステッピングモータ56)によってガイドポール53を回転させることにより、フォーカスレンズユニット52を移動させる方向の力は発生しないが、ガイドポール53とポール挿通孔52cとの間に生じる摩擦を更に低減する作用がある。
なお、本実施形態では、ガイドポール53およびフォーカスレンズユニット52のポール挿通孔52cに、グリス64が注入された構成について説明したが、オイル、磁性流体等、他の流体を注入しても同様の作用があることは言うまでもない。
以下、摩擦が更に軽減される原理について詳しく説明する。
図7は、ストライベック線図を示す。
ストライベック線図は、ドイツの研究者であるProf.Stribeckが軸受の摩擦に関して、荷重、すべり速度、潤滑油粘度の関数として摩擦係数の関係を導き出したもので、相対運動をする2面間における潤滑状態を説明するためによく用いられる。
ストライベック線図において、荷重、潤滑油粘度を一定とした場合、すべり速度が遅い状態では、2面間が接触しながらすべる境界潤滑となり、一般に摩擦係数が高い状態となる。すべり速度上げていくと、2面間には常に潤滑剤が介在する流体潤滑の状態となり、摩擦係数とすべり速度とはほぼ比例する。
境界潤滑と流体潤滑との中間領域は、2面間に境界潤滑の部分と流体潤滑の部分が混在している状態で混合潤滑と呼ばれている。
摩擦係数は、一般的に、混合潤滑領域の流体潤滑になるすべり速度より僅かに低いすべり速度の状態で最低値を示す。
図6において、ガイドポール53を回転させずに微細なピッチでの位置決めを行う場合は、ガイドポール53とフォーカスレンズユニット52のポール挿通孔52cとの潤滑状態は、境界潤滑状態となり、摩擦係数が高い状態となる。
一方、ガイドポール53を回転させた場合には、フォーカスレンズユニット52が移動していない状態でも、制御部20は、予めガイドポール53とフォーカスレンズユニット52との間の潤滑状態をコントロールできる。
制御部20は、フォーカスレンズユニット52およびステッピングモータ56を制御する。例えば、制御部20は、フォーカスレンズユニット52の移動速度に応じて、ステッピングモータ56をガイドポール53の回転速度を制御する。これにより、制御部20は、ガイドポール53とフォーカスレンズユニット52のポール挿通孔52cとの間の潤滑状態を、境界潤滑、混合潤滑、流体潤滑のいずれかになるように、状況に応じて動的に制御することができる。例えば、制御部20は、潤滑状態が混合潤滑となるように、フォーカスレンズユニット52の移動速度に応じてステッピングモータ56をガイドポール53の回転速度を変化させることで、摩擦係数を、境界潤滑の数分の1から数十分の1程度と、大幅に小さくすることができる。
一般的な位置制御では、位置誤差に応じた駆動力で駆動することになるため、摩擦力と駆動力とが釣り合う位置誤差以下では、位置決めできない。
一方、ガイドポール53を回転させた場合には、ガイドポール53とフォーカスレンズユニット52のポール挿通孔52cとの摩擦が大幅に小さくなることにより、従来は不可能であった微細ピッチでの位置決めが可能となる。
この様に、ガイドポール53を回転させることにより、ガイドポール53とフォーカスレンズユニット52のポール挿通孔52cとの間の潤滑状態をコントロールし、従来は不可能であった微細ピッチでの位置決めが可能となる。
特に、本実施形態のレンズ鏡筒10が装着されたカメラによって動画撮影を行う際には、微細ピッチでフォーカスレンズユニット52を所望の位置へ移動させるために、微小振幅で光軸方向において前後させる周期振動(ウォブリング動作)が付与される場合がある。
このとき、本実施形態のように、ガイドポール53を回転させてガイドポール53とフォーカスレンズユニット52のポール挿通孔52cとの間の摩擦を低減することで、ウォブリング動作への追従性を高めることができる。
なお、上記は摩擦係数を下げることを目的としたが、フォーカスレンズユニット52を早く停止させたい場合は、逆にガイドポール53の回転を停止して摩擦を大きくする等の制御も可能であることは言うまでもない。
(実施の形態2)
次に、実施の形態2に係るレンズ鏡筒の構成について、図8を用いて説明する。
図8は、フォーカスレンズユニット52とガイドポール(シャフト)53と副ガイドポール(シャフト)54の関係を示す説明図である。
図8において、ガイドポール53には、ギア55が圧入固定されており、ギア55をステッピングモータ56で回転駆動する点においては、上記実施の形態1と同様である。
本実施の形態2では、副ガイドポール54にもギア55が圧入固定されており、リング状の大ギア57で連結されている点で異なっている。大ギア57の中心部は貫通しており、フォーカスレンズ群L4を通過した光線を遮らないようにしている。
本実施形態では、ステッピングモータ56を回転駆動すると、ガイドポール53および副ガイドポール54がともに回転駆動され、ガイドポール53とフォーカスレンズユニット52のポール挿通孔52cとの間に生じる摩擦だけでなく、副ガイドポール54とフォーカスレンズユニット52の副ガイド部52dとの間に生じる摩擦も低減される。
図9に示すように、副ガイド部52dは、光軸に対してガイドポール53と略対向する位置に配され、その内径は矩形状に形成されている。このため、フォーカスレンズユニット52のガイドポール53軸周りの回転を規制できる。また、副ガイド部52dは内径が矩形状に形成されているため、ポール貫通孔52cとガイドポール53との摺動面積に比べて、副ガイドポール54との摺動面積が小さく、摩擦が小さい。したがって、副ガイドポール54単体を回転駆動した場合の摩擦低減効果は小さいが、ガイドポール53および副ガイドポール54をともに回転駆動することにより、ガイドポール53のみを回転駆動した場合より更に摩擦を低減することが可能になる。
これにより、構成は若干複雑になるものの、上記実施の形態1と比較して更に微細なピッチでの位置決めが可能となる。
なお、図8および図9に示す構成では、構成を簡素化するために、単一のステッピングモータ56によって、大ギア57を介して、2つのギア55,55を回転駆動する構成と例を挙げて説明した。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。
例えば、ガイドポール53側のギア55、副ガイドポール54側のギア55にそれぞれ連結される別々のギアおよびステッピングモータを設けた構成であってもよい。
(実施の形態の変形例)
なお、上記実施の形態1、実施の形態2ではギア55を用いて、ガイドポール53を回転駆動したが、ステッピングモータ56そのものの軸がガイドポール53を兼ねている構成、あるいは、ギアではなく、プーリ等他の動力伝達機構を用いてガイドポール53を回転駆動する構成等も可能であることは言うまでもない。
また、上記実施の形態1、実施の形態2では、1個のステッピングモータで1本もしくは2本のガイドポールを回転駆動する構成を示した。所謂ダブルフォーカスと呼ばれるようにフォーカシングに伴い2のフォーカスレンズユニットが光軸に沿って移動する構成や、フォーカシングに伴い3つ以上のフォーカスレンズユニットが光軸に沿って移動する構成などに適用する場合、3本以上のガイドポールを回転駆動して、複数のフォーカスレンズユニットの摩擦低減を行うことができることは言うまでもない。
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態および実施の形態の変形例を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
本開示のレンズ鏡筒は、被写体を撮像する撮像装置に対して広く適用可能である。
1 撮像装置
2 撮像装置本体(本体部)
10 レンズ鏡筒
11 固定部
12 移動部
13 保持ベース
14 撮像素子
14a 撮像面
15 アクチュエータ
17 1群ユニット
20 制御部
21 ヨーク(第1のアクチュエータ)
21a 収容空間
22 コイル(第1のアクチュエータ)
23 駆動用マグネット(第1のアクチュエータ)
30 カム筒
40 直進枠
50 フォーカスユニット
51 保持枠(支持枠)
51b 収容空間
52 フォーカスレンズユニット(可動枠)
52a フォーカスレンズ枠
52c ポール挿通孔(挿入孔)
52d 副ガイド部
53 ガイドポール(シャフト)
54 副ガイドポール(シャフト)
55 ギア(第2のアクチュエータ)
56 ステッピングモータ(第2のアクチュエータ)
57 大ギア(第2のアクチュエータ)
58 MRマグネット(位置検出部材)
59 MR素子(位置検出センサ)
60 3群ユニット
70 シャッタユニット
80 2群ユニット
150 ガイドカバー
L1~L3,L5 レンズ群
L4 フォーカスレンズ群

Claims (5)

  1. 支持枠と、
    前記支持枠に支持されたシャフトと、
    前記シャフトに沿って移動する可動枠と、
    前記可動枠を前記シャフトに沿って前記支持枠に対して相対移動させる第1のアクチュエータと、
    前記シャフトを前記シャフトの軸周りに回転駆動させる第2のアクチュエータと、
    前記可動枠と前記シャフトとの間に流体を設け、前記可動枠の移動状態に応じて、回転速度を変化させるように前記第2のアクチュエータを制御する制御部と、
    を備えているレンズ鏡筒。
  2. 前記第2のアクチュエータは、複数の前記シャフトを回転させる、
    請求項1に記載のレンズ鏡筒。
  3. 前記可動枠は、前記シャフトが挿入される挿入孔を有している、
    請求項1または2に記載のレンズ鏡筒。
  4. 前記可動枠の前記挿入孔と前記シャフトとの間には、前記流体が設けられている、
    請求項に記載のレンズ鏡筒。
  5. 請求項1からのいずれか1項に記載のレンズ鏡筒と、
    前記レンズ鏡筒が装着される本体部と、
    を備えた撮像装置。
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