JP7207892B2

JP7207892B2 - レンズ装置およびこれを備える撮像装置

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Publication number: JP7207892B2
Application number: JP2018148655A
Authority: JP
Inventors: 誠早川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2023-01-18
Anticipated expiration: 2038-08-07
Also published as: US11493832B2; US20220291571A1; JP2020024292A; US11822214B2; US20200050085A1

Description

本発明は、レンズ装置およびこれを備える撮像装置に関する。

特許文献１には、強度を向上させるために、後部筒およびバヨネット部を除いた主構造部材を一体成形で構成するレンズ鏡筒が開示されている。

特開２０００－３３８３８０号公報

特許文献１のレンズ鏡筒では、レンズ移動のための機構（フォーカス機構）を主構造部材の内径側に単独で保持筒（主構造部材）にビス締結している。その場合、主構造部材を、フォーカス機構の取り付け部から前玉側にいくに従って径が広がる先広がりの形状にする必要がある。そのため、主構造部材の径が不必要に大きくなり、レンズ鏡筒の重量が増大してしまう。

また、特許文献１のレンズ鏡筒では、最初にフォーカス機構を主構造部材にビス締結し、その後にレンズＬ１～Ｌ４を各レンズ押えで結合する。この場合、フォーカス機構に、不具合やゴミ等が発生して解体する必要が生じた場合、レンズＬ１～Ｌ４をすべて外さなければフォーカス機構を取り出すことができないため、解体性が悪い。さらに、フォーカス機構をレンズ鏡筒深くに固定するのは組立作業性の面でも困難である。これを回避するためには、主構造部材の前玉側の開口を大きくする必要があるが、レンズ鏡筒の重量が増大してしまう。

本発明は、強度の向上と軽量化を実現可能なレンズ装置およびこれを備える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、最も物体側に位置する第１レンズユニットを保持し、一体成型された第１鏡筒と、最も像側に設けられた最終レンズユニットを保持している固定筒と、アクチュエーターにより駆動されるフォーカスレンズ群と、第１鏡筒および固定筒の光軸を中心とする回転方向の位置を決定する位置決め機構と、を有し、第１鏡筒および固定筒は、直接連結されており、アクチュエーターおよびフォーカスレンズ群は、第１鏡筒および固定筒の内部に収容されていることを特徴とする。

本発明では、強度の向上と軽量化を実現可能なレンズ装置およびこれを備える撮像装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るカメラシステムの構成図である。レンズ鏡筒の断面図である。レンズ鏡筒の分解図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１を参照して、本発明の実施形態に係るカメラシステム１の構成について説明する。図１は、カメラシステム１の構成図である。カメラシステム（撮像装置）１は、レンズ鏡筒（レンズ装置）１０１およびカメラ本体２０１を有する。レンズ鏡筒１０１は、マウント４１４を介してカメラ本体２０１に固定されている。

レンズ鏡筒１０１は、１群レンズ（第１レンズユニット）４０１ａ、絞りユニット４０５、２群レンズ（第２レンズユニット、フォーカスレンズ群、フォーカスレンズユニット）４０４ａ、３群レンズ（第３レンズユニット）４１０ａ、４群レンズ（第４レンズユニット）４１１ａおよび５群（第５レンズユニット、最終レンズユニット）レンズ４１２ａを有する。各群レンズは、後述する鏡筒に保持されている。また、レンズ鏡筒１０１は、ジャイロセンサ１０６、レンズ側メインＣＰＵ１０７、像ぶれ補正駆動源１０８、フォーカスレンズ駆動源１０９および絞り駆動源１１０を有する。

レンズ側メインＣＰＵ１０７は、レンズ鏡筒１０１全体の駆動制御や計算を行う。レンズ側メインＣＰＵ１０７は、フォーカスレンズ駆動源１０９に指示を送り、２群レンズ４０４ａの駆動を行う。また、レンズ側メインＣＰＵ１０７は、絞り駆動源１１０に指示を送り、絞りユニット４０５の駆動を行う。

像ぶれ補正制御を行う場合、レンズ側メインＣＰＵ１０７は、ぶれを検出するジャイロセンサ１０６の検出値を用いてぶれ補正量を算出し、像ぶれ補正駆動源１０８に指示を送る。像ぶれ補正駆動源１０８がレンズ側メインＣＰＵ１０７からの指示に基づいて４群レンズ４１１ａを光軸ｘに直交する、ｙ方向（ヨー方向）およびｐ方向（ピッチ方向）へ駆動させることで、ぶれ補正が行われる。

また、レンズ側メインＣＰＵ１０７は、レンズ鏡筒１０１またはカメラ本体２０１の保持状態をジャイロセンサ１０６の検出値から判断する判断手段も有する。

カメラ本体２０１は、撮像素子２０２、カメラ側メインＣＰＵ２０３、レリーズボタン２０４、主電源２０５および画像記録用メディア２０６を有する。撮像素子２０２は、レンズ鏡筒１０１により結像された被写体像を光電変換して電気信号を出力する。レリーズボタン２０４は２段押しの構成を有する操作部材であり、１段目をＳＷ１、２段目をＳＷ２と呼ぶ。ＳＷ１では、撮影スタンバイからの復帰、手ぶれ補正開始、オートフォーカスの開始および測光の開始などの撮影開始準備の指示が行われる。ＳＷ２では、撮影を行い、画像を画像記録用メディア２０６に記録させる指示が行われる。カメラ側メインＣＰＵ２０３は、マウント４１４に設けられた後述する接点ブロック４１５を介して、レンズ鏡筒１０１への電力供給や、レンズ側メインＣＰＵ１０７との情報のやり取りを行う。

図２は、レンズ鏡筒１０１の断面図である。図２において、中心軸を境に上側の図は、後述する２群鏡筒（フォーカスレンズ群）４０４が∞側（像側）で結像する状態を示している。また、下側の図は、２群鏡筒４０４が最至近側（物体側）で結像する状態を示している。図３は、レンズ鏡筒１０１をユニットごとに分解した図である。本実施形態では、レンズ鏡筒１０１は、長焦点のレンズ鏡筒である。

１群鏡筒（第１鏡筒）４０１は、１群レンズ４０１ａを保持する。１群レンズ４０１ａは、１ａ群レンズ４４５、１ｂ群レンズ４４６および１ｃ群レンズ４４７から構成されている。つまり、１群鏡筒４０１に保持されているレンズが１群レンズ４０１ａに相当する。言い換えれば、１群鏡筒４０１は、レンズ鏡筒１０１が備える複数のレンズのうち最も物体側に設けられたレンズを保持している。

１ａ群レンズ４４５および１ｂ群レンズ４４６は、押え環により保持されている。１ｃ群レンズ４４７は、別の鏡筒に保持され、コロにより１群鏡筒４０１に固定されている。１群鏡筒４０１の材質は、樹脂であってもよいし、金属であってもよいが、本実施形態では、１群鏡筒４０１は、重量の重い１群レンズ４０１ａを保持するのに十分な強度を保つため、金属製の金属鏡筒である。なお、１群鏡筒４０１および１群レンズ４０１ａにより、１群ユニット４４２が構成されている。

案内筒（保持筒）４０２は、案内溝４０２ａを有する。カム環４０３は、カム溝４０３ａを有し、案内筒４０２に定位置回転可能に保持されている。２群鏡筒（フォーカス鏡筒、第２鏡筒）４０４は、２群レンズ４０４ａを熱カシメにより保持する。つまり、２群鏡筒４０４に保持されているレンズが２群レンズ４０４ａに相当する。絞りユニット４０５は、案内筒４０２に固定保持され、光量調節を行う。駆動ユニット（アクチュエーター）４０６は、案内筒４０２に固定され、電力制御により回転駆動を行う。駆動ユニット４０６は、円環型圧電アクチュエーターで構成されている。駆動ユニット４０６の回転駆動力はカム環４０３に伝達され、カム環４０３は光軸周りに回転する。２群鏡筒４０４はカム溝４０３ａに係合し、案内溝４０２ａに直進案内されることで、光軸に沿って直進移動可能である。３群鏡筒４１０は、３群レンズ４１０ａを保持し、案内筒４０２の像側端にビス止め固定されている。つまり、３群鏡筒４１０に保持されているレンズが３群レンズ４１０ａに相当する。

以上のように、案内筒４０２には、カム環４０３、２群鏡筒４０４、絞りユニット４０５、駆動ユニット４０６および３群鏡筒４１０が固定されている。これらの部材により、案内筒ユニット４４３が構成されている。なお、本実施例では、絞りユニット４０５は案内筒４０２に固定されているが、１群ユニット４４２内に固定されていてもよい。また、本実施形態では、駆動ユニット４０６は、円環型圧電アクチュエーターで構成されているが、本発明はこれに限定されない。駆動ユニット４０６は、リニア型のアクチュエーターで構成されていてもよい。

固定筒４０９は、金属製の金属鏡筒である。４群ユニット（像ぶれ補正ユニット）４１１は、４群レンズ４１１ａを保持し、コロにより固定筒４０９の内部に保持されている。つまり、４群ユニット４１１に保持されているレンズが４群レンズ４１１ａに相当する。５群鏡筒４１２は、最終レンズ群である５群レンズ４１２ａを保持し、固定筒４０９の５群フランジ部４０９ｂに固定されている。つまり、５群鏡筒４１２に保持されているレンズが５群レンズ４１２ａに相当する。そして、固定筒４０９は４群レンズ４１１ａと、最終レンズ群である５群レンズ４１２ａを保持している。言い換えれば、固定筒４０９は、レンズ鏡筒１０１が備える複数のレンズのうち最も像側に設けられた最終レンズを保持している。

以上のように、固定筒４０９には、４群ユニット４１１および５群鏡筒４１２が固定されている。これらの部材により、固定筒ユニット４４４が構成されている。なお、固定筒４０９は、樹脂製の鏡筒であってもよい。

以下、各ユニットの結合方法について組み立て順に説明する。まず、１群ユニット４４２と案内筒ユニット４４３との結合方法について説明する。１群鏡筒４０１には、位置決めピン４０１ｂが取り付けられている。また、１群鏡筒４０１の内周には、嵌合面４０１ｄが設けられている。案内筒４０２には、位置決め穴４０２ｂが設けられている。また、案内筒４０２の外周には、嵌合面４０２ｄが設けられている。嵌合面４０１ｄが嵌合面４０２ｄに嵌合することで、１群ユニット４４２および案内筒ユニット４４３の光軸に直交する方向（偏芯方向）の位置が決まる。また、位置決めピン４０１ｂが位置決め穴４０２ｂに嵌合することで、１群ユニット４４２および案内筒ユニット４４３の光軸を中心とする回転方向の位置が決まる。１群ユニット４４２および案内筒ユニット４４３を互いに嵌め込んだ状態でビス４４８を１群鏡筒４０１に設けられたビス穴４０１ｇに締めこむことで、１群ユニット４４２および案内筒ユニット４４３は結合される。

次に、結合した状態の１群ユニット４４２および案内筒ユニット４４３と、固定筒ユニット４４４との結合方法について説明する。１群鏡筒４０１には、位置決めピン４０１ｃが取り付けられている。また、１群鏡筒４０１の外周には、嵌合面４０１ｅが設けられている。固定筒４０９には、位置決め穴４０９ｃが設けられている。また、固定筒４０９の内周には、嵌合面４０９ｅが設けられている。嵌合面４０１ｅが嵌合面４０９ｅに嵌合することで、１群ユニット４４２および固定筒ユニット４４４の光軸に直交する方向の位置が決まる。また、位置決めピン４０１ｃが位置決め穴４０９ｃに嵌合することで、１群ユニット４４２および固定筒ユニット４４４の光軸を中心とする回転方向の位置が決まる。すなわち、位置決めピン４０１ｃおよび位置決め穴４０９ｃは、１群ユニット４４２および固定筒ユニット４４４の光軸を中心とする回転方向の位置を決定する位置決め機構として機能する。１群ユニット４４２および固定筒ユニット４４４を互いに嵌め込んだ状態でビス４４９を１群鏡筒４０１に設けられたビス穴４０１ｈに締めこむことで、１群ユニット４４２および固定筒ユニット４４４は結合される。以上により、光学系を保持するレンズ鏡筒１０１が完成する。

以下、外観側の部品構成について説明する。プロテクトリング４２２は、先端部にゴムリング４２１が接着され、１群鏡筒４０１にネジ結合されている。前部外装環４２３は、１群鏡筒４０１にビス止め固定されている。カバーゴム４２５は、前部外装環４２３に固定される不図示の機能ボタン４２４をカバーする。作動リング４２６は、機能スイッチである。押え環４２７は、光軸方向において１群鏡筒４０１にビス止め固定され、作動リング４２６を回転可能に保持する。電子フォーカスリング４２８は、押え環４２７に設けられた周溝にコロで係合することにより、押え環４２７に回転可能に保持されている。回転検出センサー４４１は、電子フォーカスリング４２８の回転量を検出する。駆動ユニット４０６は、回転検出センサー４４１により検出された回転量に応じて駆動される。これにより、２群鏡筒４０４が光軸に沿って進退し、マニュアルフォーカスが実行される。

後部外装環４２９は、固定筒４０９の像側で、固定筒４０９の外周を覆うように、固定筒４０９にビス止め固定されている。フィルター保持枠４１８は、後部外装環４２９に固定され、差込フィルターユニット４１３を取り外し可能に保持する。マウント４１４は、後部外装環４２９の後端部に固定され、カメラ本体２０１と電気的接続を行うための接点ブロック４１５を固定する。接点ブロック４１５は、リード線４１６を介して制御基板４０８に接続されている。遮光筒４１７は、マウント４１４に固定されている。三脚環４３１は、後部外装環４２９の外周に回転可能に保持され、三脚座４３０を固定する。距離目盛窓４３３は、後部外装環４２９に固定され、駆動ユニット４０６に保持された距離目盛環４３２に表示された距離目盛を外側より確認する際に使用される。ベアリング４３４は、後部外装環４２９に固定され、三脚環４３１を回転可能に保持する。クリックベアリング４３６とクリックバネ４３７は、三脚環４３１に配置され、三脚環４３１を回転させる場合に９０°ピッチでクリック感を発生させる。

以下、上述した構成による、本発明の効果について説明する。本実施形態では、マニュアルフォーカスを実行する際に、電子フォーカスリング４２８が使用される。これにより、カム環４０３と電子フォーカスリング４２８をメカニカルに連結させることなく、マニュアルフォーカスを実行可能である。

カム環４０３と電子フォーカスリング４２８をメカニカルに連結させる従来の構成では、駆動ユニット４０６の内側に構造体を通す必要がある。具体的には、１群鏡筒４０１と固定筒４０９とを連結させるためには、固定筒４０９と中間筒との結合、中間筒と案内筒４０２との結合、および案内筒４０２と１群鏡筒４０１との結合が必要である。すなわち、固定筒４０９、中間筒、案内筒４０２および１群鏡筒４０１の４部品で構造体が構成される。前玉と５群レンズ４１２ａとを固定するまでに介する部品が多い場合、部品自体の精度や組み付けの際のバラツキ・ズレが悪化し、前玉と５群レンズ４１２ａとの相対的な偏芯や倒れも悪化する。その結果、光学性能の劣化につながってしまう。また、構造体の結合部の強度は、衝撃等の外力を受けた場合でも結合が保たれるように、十分に強くする必要がある。結合箇所が多ければ、それぞれの結合箇所で強度の保証が必要になり、肉増しによる補強対策が必要になる。その結果、レンズ鏡筒１０１の大型化や重量の増加につながってしまう。また、駆動ユニット４０６を案内筒４０２の外周側に保持する場合、案内筒４０２の径は固定筒４０９や１群鏡筒４０１の径に比べて細くなってしまう。径が細い箇所で構造体を結合する場合、細い径の突き当てで、結合を保証する必要があるため、より径大な箇所で受けた場合に比べて、締結力や締結部の強度を高める必要がある。その結果、レンズ鏡筒１０１の重量の増加につながってしまう。

本実施形態では、マニュアルフォーカスの方式として、電子リング方式を用いたことにより、カム環４０３と電子フォーカスリング４２８をメカニカルに連結させる必要がない。そのため、案内筒４０２および駆動ユニット４０６を固定筒４０９の内側に完全に内包して、１群鏡筒４０１と固定筒４０９とを直接連結することが可能である。これにより、前玉と５群レンズ４１２ａを固定するまでに介する部品は、１群鏡筒４０１、案内筒４０２および固定筒４０９の３部品となる。部品数が少なくなることで、部品自体の精度や組み付けの際のバラツキ・ズレの悪化が抑制され、前玉と５群レンズ４１２ａとの相対的な偏芯や倒れの悪化も抑制される。その結果、良好な光学性能を維持できる。また、構造体の結合部が１箇所と少ない上に、径が大きな外周部で結合可能であるため、連結部の強度維持が容易であり、従来の構成に比べて、小型化や軽量化を実現可能である。

また、１群鏡筒４０１および固定筒４０９の連結位置（ビス穴４０１ｈが設けられている面の位置）を、光軸方向において、２群レンズ４０４ａの最も像側の位置より物体側にしている。さらに、本実施形態では、連結位置を、光軸方向において、２群レンズ４０４ａの最も物体側の位置より物体側にしている。連結位置を２群レンズ４０４ａの最も像側の位置より像側にする場合、元々大きな１群鏡筒４０１が更に大型化してしまうため、製造が困難となり、コストが増加する。また、１群鏡筒４０１は先端に質量の大きな前玉を保持しているため、連結部にかかるモーメントも大きくなり、締結部の締結力および強度を上げる必要がある。本実施形態では、連結位置を２群鏡筒４０４の最も像側の位置より物体側にしているため、不必要に締結部の強度を上げる必要がなく、軽量化やコスト削減につながる。また、レンズ鏡筒１０１を最適な位置で１群ユニット４４２、案内筒ユニット４４３および固定筒ユニット４４４に分割するため、各ユニットの締結が簡単にでき、組立が容易である。

また、本実施形態では、１群鏡筒４０１および固定筒４０９は、位置決めピンによりそれぞれの光軸を中心とする回転方向の位置が決められた後、結合する。同様に、１群鏡筒４０１と案内筒４０２も、位置決めピンによりそれぞれの光軸を中心とする回転方向の位置を決められた後、結合する。これにより、１群ユニット４４２、案内筒ユニット４４３および固定筒ユニット４４４は、それぞれの光軸を中心とする回転方向の位置が決められた後、結合する。したがって、各ユニットをネジ結合させる場合に比べて、光軸を中心とする回転方向の位置がずれた場合の干渉を避けることができるため、その分のクリアランスを取る必要がなくなる。部品間のクリアランスを詰めることでより小型に設計可能である。

また、本実施形態では、案内筒ユニット４４３を固定筒ユニット４４４ではなく、１群ユニット４４２に直接固定している。これにより、１群レンズ４０１ａと２群レンズ４０４ａとの相対的な倒れと偏芯を良くすることができ、本光学系の光学性能を良好に保つことが可能となる。

また、本実施形態では、３群鏡筒４１０を固定筒４０９ではなく、案内筒４０２に直接固定している。これにより、３群レンズ４１０ａと２群レンズ４０４ａとの相対的な倒れと偏芯を良くすることができ、本光学系の光学性能を良好に保つことが可能となる。

１群鏡筒４０１と固定筒４０９との結合部の外周側には、主嵌合面４０１ｆと副嵌合面４０９ｆが設けられている。副嵌合面４０９ｆの径は、主嵌合面４０１ｆの径に比べてわずかに小さい。具体的には、副嵌合面４０９ｆの径は、主嵌合面４０１ｆの径に比べて直径で０．１ｍｍだけ小さい。主嵌合面４０１ｆおよび副嵌合面４０９ｆの外側に設けられた後部外装環４２９の内周面には、嵌合面４２９ｆが設けられている。主嵌合面４０１ｆと嵌合面４２９ｆとの径方向の距離は、副嵌合面４０９ｆと嵌合面４２９ｆとの径方向の距離より小さい。このような構成により、嵌合面４２９ｆと主嵌合面４０１ｆとが嵌合し、副嵌合面４０９ｆがわずかに逃げている。外部からレンズに衝撃が加わった場合、嵌合面４２９ｆが主嵌合面４０１ｆで１群鏡筒４０１を支えることによって、１群鏡筒４０１と固定筒４０９との光軸に直交する方向への相対ずれの発生を抑制することができる。

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。

１０１レンズ鏡筒（レンズ装置）
４０１１群鏡筒（第１鏡筒）
４０１ａ第１レンズユニット（１群レンズ）
４０１ｃ位置決めピン（位置決め機構）
４０４フォーカスレンズ群
４０６駆動ユニット（アクチュエーター）
４０９固定筒
４０９ｃ位置決め穴（位置決め機構）
４１２ａ最終レンズユニット（５群レンズ）

Claims

最も物体側に位置する第１レンズユニットを保持し、一体成型された第１鏡筒と、
最も像側に設けられた最終レンズユニットを保持している固定筒と、
アクチュエーターにより駆動されるフォーカスレンズ群と、
前記第１鏡筒および前記固定筒の光軸を中心とする回転方向の位置を決定する位置決め機構と、を有し、
前記第１鏡筒および前記固定筒は、直接連結されており、
前記アクチュエーターおよび前記フォーカスレンズ群は、前記第１鏡筒および前記固定筒の内部に収容されていることを特徴とするレンズ装置。
前記第１鏡筒および前記固定筒は、ビスで止めら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。
前記第１鏡筒および前記固定筒の連結する位置は、光軸方向において、前記フォーカスレンズ群の最も像側の位置より物体側であ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。
前記第１鏡筒および前記固定筒の連結する位置は、光軸方向において、前記フォーカスレンズ群の最も物体側の位置より物体側であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のレンズ装置。
前記アクチュエーターおよび前記フォーカスレンズ群を保持する保持筒を更に有し、
前記保持筒は、前記第１鏡筒に連結されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のレンズ装置。
前記保持筒は、前記フォーカスレンズ群の像側に位置するレンズ群を保持することを特徴とする請求項５に記載のレンズ装置。
前記保持筒は、前記フォーカスレンズ群を直進案内する案内筒であり、円環型圧電アクチュエーターおよび前記円環型圧電アクチュエーターによって回転するカム環を保持することを特徴とする請求項５または６に記載のレンズ装置。
前記第１鏡筒は、金属鏡筒であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のレンズ装置。
前記固定筒は、金属鏡筒であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のレンズ装置。
前記固定筒の外周を覆うように、前記固定筒に固定されている外装環を更に有し、
前記外装環は、前記第１鏡筒および前記固定筒の連結部の外周で前記第１鏡筒と嵌合していることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のレンズ装置。
前記第１鏡筒と前記外装環との径方向の距離は、前記固定筒と前記外装環との径方向の距離に比べて小さいことを特徴とする請求項１０に記載のレンズ装置。
前記最終レンズユニットの像側に設けられたフィルターユニットを更に有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のレンズ装置。
前記第１レンズユニットは、光軸方向において固定されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のレンズ装置。
請求項１から１３のいずれか１項に記載のレンズ装置と、
前記レンズ装置により結像された被写体像を光電変換して電気信号を出力する撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。