JP7580928B2 - 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。

デジタルカメラやビデオカメラ等の光学機器に用いられているレンズ装置では、フォーカスやズーミングに際してレンズ群を保持したレンズ保持部材を回転筒の回転によって光軸方向に移動させることが知られている。レンズ保持部材を光軸方向へ移動させる際には、撮像素子に対してレンズ群の光軸の倒れや芯ズレ（偏芯）が起こらないようにして移動させることが光学性能を良好に維持するために必要となる。

レンズ保持部材を光軸方向に移動する駆動機構では、カム溝を有するカム筒と、光軸方向に平行な縦溝を有する案内筒、それぞれの溝に係合するカムフォロアを用いることが知られている。カムフォロアはレンズ保持部材に支持されており、案内筒に対しカム筒が光軸周りに回転することにより、レンズ保持部材は光軸方向へ駆動する。カム筒と案内筒間の嵌合ガタ（遊び）、また、カム溝、縦溝に対するカムフォロアのそれぞれの遊びにより、レンズ保持部材の案内筒に対する倒れや偏芯が生じ、その結果光学性能が劣化する。

特許文献１には、第１、第２の筒部材間に狭持され双方の嵌合ガタを軽減するガタ寄せ部材を有するレンズ装置が開示されている。特許文献２には、光軸方向に移動可能な第１のレンズ保持部材と第２のレンズ保持部材の相対的な倒れや偏芯の方向と量を揃えるために、第２のレンズ保持部材を第１のレンズ保持部材に直進案内させる支持機構を有するレンズ装置が開示されている。

特開２０１１－１９７５１９号公報 特開２００４－１９８７４２号公報

特許文献１に開示されたレンズ装置では、質量の重い群の倒れを軽減したい場合は、相応の付勢力が必要となり、ズームやフォーカスの駆動負荷となる。また、特許文献２に開示されたレンズ装置では、移動部材同士の相対偏芯を抑える構成であるため、倒れや偏心の絶対量を軽減する構成ではない。

そこで本発明は、レンズユニットの倒れや偏芯の軽減に有利なレンズ装置を提供することを目的とする。

本発明のレンズ装置は、光学素子を保持する保持部材と、光軸方向に延在した第１案内溝を有する案内筒と、前記案内筒に対し回転可能に支持され、カム溝を有するカム筒と、前記保持部材に固定され、前記第１案内溝と前記カム溝とに摺動可能に係合する第１係合部材と、を有するレンズ装置であって、前記保持部材は光軸方向に延在する第２案内溝を有し、前記案内筒に固定され、前記第２案内溝に摺動可能に係合する第２係合部材を有し、前記第２係合部材は、前記案内筒に対し周方向における位置が調整可能に固定されることを特徴とする。
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、レンズユニットの倒れや偏芯の軽減に有利なレンズ装置を提供することができる。

実施例１におけるレンズ装置の断面図である。 実施例１におけるレンズ装置の分解斜視図である。 実施例２における撮像装置の構成図である。 実施例２における撮像装置のブロック図である。

以下、本発明のレンズ装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施例におけるレンズ装置（交換レンズ）について説明する。図１は、レンズ装置１００の要部断面図であり、図１（ａ）は広角時、図１（ｂ）は望遠時の断面図をそれぞれ示す。図２（ａ）はレンズ装置１００の一部分の分解斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）中のＡ部拡大図である。レンズ装置１００は、撮像装置本体（カメラ本体）に着脱可能な交換レンズである。

レンズ装置１００は、撮影光学系を支持する案内筒（固定筒）１０とカム筒１１を有し、案内筒１０に設けた案内溝とカム筒１１に設けたカム溝により撮影光学系の少なくとも一部を光軸方向に移動させることで変倍が可能となる。案内筒１０は変倍および焦点調節に際して不動（固定）の部材である。案内筒１０とカム筒１１は１０ａ、１０ｂの二箇所で径嵌合しており、さらに案内筒１０に設けた複数のバヨネット爪１０ｃがカム筒１１に設けた周溝１１ａと係合している。これにより、カム筒１１はその内径側に配された案内筒１０に対して定位置回転可能に支持される。

レンズ装置１００の撮影光学系を構成するレンズ（光学素子）Ｌ１は、レンズ保持部材１２に保持される。レンズ保持部材１２は、レンズＬ１を保持する１群鏡筒１３と、１群鏡筒１３を固定する直進筒１４により構成される。レンズＬ１は熱加締めにより１群鏡筒１３に固定され、１群鏡筒１３はねじにより直進筒１４に固定される。直進筒１４には３つのカムフォロア１５がねじ１６により固定されており、カムフォロア１５（第１係合部材）は、直進筒１４の内径側に配された、案内筒１０に設けた案内溝（第１案内溝、直溝）１０ｄとカム筒１１に設けたカム溝１１ｂと、それぞれが摺動可能に係合している。これにより、カム筒１１が案内筒１０に対して回転すると、レンズ保持部材１２は図１（ａ）に示す広角位置から図１（ｂ）に示す望遠位置まで移動可能となる。

ここで、レンズ保持部材１２に生じる倒れ、および偏芯について説明する。案内筒１０とカム筒１１は径嵌合部１０ａ、１０ｂ、およびバヨネット爪１０ｃと周溝１１ａとの間に遊びを有する。径嵌合部の遊びによりカム筒１１は案内筒１０に対して偏芯する。カム筒１１が偏芯すると、カム溝１１ｂに係合するカムフォロア１５のカムの使用位置が変わり、レンズ保持部材１２の倒れが生じる。また、バヨネット部の遊びによりカム筒１１は案内筒１０に対して倒れ、カム筒１１が倒れた分だけレンズ保持部材１２も倒れる。さらに、複数ある案内溝１０ｄ、およびカム溝１１ｂそれぞれの相互の位置精度、つまり部品精度によっても、レンズ保持部材１２には倒れ、および偏芯が生じる。レンズ保持部材１２はカムフォロア１５を支点に倒れ、カムフォロア１５とレンズＬ１の距離が遠いほど、レンズＬ１の倒れ、および偏芯量が大きくなる。

高い光学性能を実現するには、理想的な光軸ＯＡに対してのずれが少ないことが必要条件である。本実施例においては、案内筒１０に係合部材１７がねじ１８により固定されている。係合部材１７の効果を説明する前に組立て順を説明する。まず、案内筒１０とカム筒１１にカムフォロア１５を係合させた状態で、直進筒１４とカムフォロア１５の光軸方向の位置を合わせ、ねじ１６でカムフォロア１５を引き込む形で、直進筒１４にカムフォロア１５が固定される。次に、図１（ｂ）に示す望遠状態にして、直進筒１４に径方向に貫通して、係合部材１７が貫通可能に設けられた挿入穴（貫通孔）１４ａから係合部材１７を挿入し、係合部材１７をねじ１８で案内筒１０に固定（締結）する。この時、挿入穴１４ａの内側（内周面）には、係合部材１７と係合するガイド溝１４ｂ（第２案内溝）が光軸方向に延在しており、係合部材１７（第２係合部材）はガイド溝１４ｂに摺動可能に係合した状態で案内筒１０に固定される。その際、係合部材１７の幅はガイド溝１４ｂより狭く設定している。図２（ｂ）に示すように案内筒１０は係合部材１７と当接する平面部（座）１０ｅを有しており、さらに平面部１０ｅは周方向に延在する直線部１０ｆを有する。直線部１０ｆと係合部材１７が係合することにより、係合部材１７の光軸方向の位置が決まる。周方向においては、平面部１０ｅの長さを係合部材１７の長さより長くしている。係合部材１７は案内筒１０に対してねじ１８で固定されるが、案内筒１０のねじ穴の位置に対し、係合部材１７が固定される周方向の位置の多少のずれを許容（吸収）できるように、ねじ１８が通る係合部材１７の穴はその分の裕度をもって調整可能に設定されている。または、ねじ１８の位置と係合部材１７の位置が周方向において厳密に決められない裕度を持つことができる構成に設計されている。つまり、係合部材１７の周方向の位置はガイド溝１４ｂに位置にならう形で規定され、各部品の出来を吸収する形で決まる。このような構成とすることで、レンズ保持部材１２の光軸方向への移動時の駆動負荷となることなく、係合部材１７を組み込むことが可能となる。

係合部材１７の効果について説明する。前述したように、各遊びや部品の出来の影響によりレンズ保持部材１２はカムフォロア１５を支点に倒れる。本実施例においては、直進筒１４に設けたガイド溝１４ｂと係合する係合部材１７を有しており、各遊びや部品の出来の影響で、レンズ保持部材１２が所定量を超えて倒れたり、または偏芯が生じたりすると、ガイド溝１４ｂの一方の側面と係合部材１７と当接する。特に、光軸を含む鉛直断面内にない係合部材１７が係合しているガイド溝１４ｂの一方の側面と当接する。これにより、レンズ保持部材１２の倒れ、および偏芯を軽減することが可能となる。倒れ、および偏芯を軽減する効果としては、カムフォロア１５と係合部材１７の距離が長いほど効果が大きく、本実施例では図１（ａ）に示す広角時の方が効果は大きくなる。また、落下等の衝撃時にカムフォロア１５が受ける衝撃を係合部材１７に分散するといった側面も持ち合わせ、カムフォロア１５の塑性変形を軽減でき、つまり衝撃に強いレンズ装置を提供することが可能となる。

図３および図４を参照して、本発明の第２の実施例における撮像装置（カメラシステム）について説明する。図３は、撮像装置２００の構成図である。図３において、レンズ装置１００（交換レンズ）は、撮像光学系１（レンズユニット）を有する。カメラボディ１２０（撮像装置本体）は、クイックリターンミラー３、焦点板４、ペンタダハプリズム５、および接眼レンズ６等を備えて構成されている。クイックリターンミラー３は、撮像光学系１を介して形成された光束を上方に反射する。焦点板４は、撮像光学系１の像形成位置に配置されている。ペンタダハプリズム５は、焦点板４に形成された逆像を正立像に変換する。ユーザーは、その正立像を接眼レンズ６を介して観察することができる。

撮像素子７は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサを備え、撮像光学系１を介して形成された光学像（被写体像）を光電変換して画像データを出力する。撮影時には、クイックリターンミラー３が光路から退避して、撮像光学系１を介して撮像素子７上に光学像が形成される。制御部１１０は、ＣＰＵを有し、撮像装置２００の各部の動作を制御する。

図４は、レンズ装置１００とカメラボディ１２０のカメラシステムのブロック構成を示す。カメラＣＰＵ１３０はマイクロコンピュータにより構成されカメラボディ１２０内の各部の動作を制御する。また、カメラＣＰＵ１３０は、レンズ装置１００の装着時には電気接点１０１と電気接点１２１を介して、レンズ装置１００内に設けられたレンズＣＰＵ１０２との通信を行う。カメラＣＰＵ１３０がレンズＣＰＵ１０２に送信する情報には、フォーカスレンズの駆動量情報などが含まれる。また、レンズＣＰＵ１０２からカメラＣＰＵ１３０に送信する情報には、撮像倍率情報などが含まれる。なお、電気接点１０１および電気接点１２１には、カメラボディ１２０からレンズ装置１００に電源を供給するための接点も含まれている。電源スイッチ１３１は撮影者により操作可能なスイッチであり、カメラＣＰＵ１３０の起動やカメラシステム内のアクチュエータやセンサ等への電源供給を開始するために操作される。

まずは、カメラボディ１２０の制御について説明する。レリーズスイッチ１３２は撮影者により操作可能なスイッチであり、第１ストロークスイッチＳＷ１と第２ストロークスイッチＳＷ２とを有する。レリーズスイッチ１３２からの信号はカメラＣＰＵ１３０に入力される。カメラＣＰＵ１３０は、第１ストロークスイッチＳＷ１からのＯＮ信号の入力に応じて撮影準備状態に入る。撮影準備状態では、測光部１３３による被写体輝度の測定と焦点検出部１３４によって焦点検出が行われる。カメラＣＰＵ１３０は測光結果に基づいてレンズ装置１００内に実装されている不図示の絞りユニットの絞り値や撮像素子７の露光量（シャッタ秒時）等を演算する。また、カメラＣＰＵ１３０は焦点検出部１３４による撮影光学系の焦点情報に基づいて、被写体に対する合焦状態を得るための不図示のフォーカスレンズの駆動量を決定する。上記駆動量の情報（フォーカスレンズ駆動量情報）は、レンズＣＰＵ１０２に送信される。レンズＣＰＵ１０２は、レンズ装置１００の各構成部の動作を制御する。さらにカメラＣＰＵ１３０は、所定の撮影モードになると不図示の像振れ補正装置の防振動作の制御を開始する。

第２ストロークスイッチＳＷ２からのＯＮ信号が入力されるとカメラＣＰＵ１３０はレンズＣＰＵ１０２に対して絞り駆動命令を送信し、絞りユニットを上記に演算した絞り値に設定させる。また、カメラＣＰＵ１３０は露光部１３５に露光開始命令を送信し、クイックリターンミラー３の退避動作や不図示のシャッタの開放動作を行わせ、撮像素子７を含む撮像部１３６にて被写体像の露光動作を行わせる。撮像部１３６（撮像素子７）からの撮像信号は、カメラＣＰＵ１３０内の信号処理部にてデジタル変換され、さらに各種補正処理が施されて画像信号として出力される。画像信号データは画像記録部１３７において、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、磁気ディスクや光ディスク等の記録媒体に書き込まれ保存される。

次に、レンズ装置１００の制御について説明する。ＺＯＯＭ操作量検出部１０３は不図示のセンサにより不図示のズームリングの回転検出を行う。ＭＦ操作量検出部１０４は不図示のセンサにより不図示のマニュアルフォーカスリングの回転検出を行う。像振れ補正駆動部１０５は像振れ補正装置の駆動アクチュエータとその駆動回路を含んでいる。電磁絞り駆動部１０６は、カメラＣＰＵ１３０からの絞り駆動命令を受けたレンズＣＰＵ１０２により絞りユニットを指定された絞り値相当の開口状態にする。ＦＯＣＵＳ駆動部１０７は、カメラＣＰＵ１３０から送信されたフォーカス駆動量情報に応じて不図示のフォーカス駆動機構でフォーカスレンズを駆動する。

角速度検出部１０８は不図示の角速度センサを含んでいる。角速度検出部１０８は角速度センサにより角度振れであるピッチ方向（縦回転）振れとヨー方向（横回転）振れを検出し、それぞれの角速度をレンズＣＰＵ１０２に出力する。レンズＣＰＵ１０２は、角速度センサからのピッチ方向およびヨー方向の角速度信号を積分し、それぞれの方向での角変位量を演算する。そして、レンズＣＰＵ１０２は、上述したピッチ方向およびヨー方向の角変位量に応じて像振れ補正駆動部１０５を制御して像振れ補正装置のレンズ群を縦方向および横方向に駆動させることにより像振れ補正が可能となる。

なお、撮像装置２００は、撮像素子７を有するカメラボディ１２０と、カメラボディ１２０に着脱可能に取り付けられたレンズ装置１００とにより構成されているが、これに限定されるものはない。カメラボディとレンズ装置とが一体的に構成された撮像装置であってもよいし、クイックリターンミラーのないミラーレスの一眼レフカメラであってもよい。

各実施例によれば、レンズユニットの駆動負荷を増加させることなく、レンズユニットの倒れや偏芯を軽減可能なレンズ装置、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、および変更が可能である。

例えば、係合部材１７の形状を円筒形状としたが、外形が四角くてもよい。その際も、案内筒１０の平面部１０ｅの周方向の長さを係合部材１７の周方向の長さより長くすれば、同様の効果が得られる。また、カムフォロア１５と係合部材１７を同じ位相に配置したが別の位相に配置してもよい。

１０ 案内筒
１１ カム筒
１２ レンズ保持部材
１５ カムフォロア
１７ 係合部材
１００ 交換レンズ（レンズ装置）

Claims (9)

1. 光学素子を保持する保持部材と、
   光軸方向に延在した第１案内溝を有する案内筒と、
   前記案内筒に対し回転可能に支持され、カム溝を有するカム筒と、
   前記保持部材に固定され、前記第１案内溝と前記カム溝とに摺動可能に係合する第１係合部材とを有するレンズ装置であって、
   前記保持部材は光軸方向に延在する第２案内溝を有し、
   前記案内筒に固定され、前記第２案内溝に摺動可能に係合する第２係合部材を有し、
   前記第２係合部材は、前記案内筒に対し周方向における位置が調整可能に固定されることを特徴とするレンズ装置。
2. 前記保持部材は３つの前記第２案内溝を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２案内溝は前記保持部材の内周面に構成された光軸方向に延在する溝である、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。
4. 前記保持部材の内径側に前記カム筒が配置され、前記カム筒の内径側に前記案内筒が配置される、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレンズ装置。
5. 前記保持部材は、径方向に前記第２係合部材が貫通する貫通孔を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレンズ装置。
6. 前記案内筒は前記第２係合部材と当接する当接面を有し、前記当接面は周方向に延在する直線部を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のレンズ装置。
7. 光学素子を保持する保持部材と、
   光軸方向に延在した第１案内溝を有する案内筒と、
   前記案内筒に対し回転可能に支持され、カム溝を有するカム筒と、
   前記保持部材に固定され、前記第１案内溝と前記カム溝とに摺動可能に係合する第１係合部材とを有するレンズ装置であって、
   前記保持部材は光軸方向に延在する第２案内溝を有し、
   前記案内筒に固定され、前記第２案内溝に摺動可能に係合する第２係合部材を有し、
   前記第２案内溝は前記保持部材の内周面に構成された光軸方向に延在する溝であることを特徴とするレンズ装置。
8. 光学素子を保持する保持部材と、
   光軸方向に延在した第１案内溝を有する案内筒と、
   前記案内筒に対し回転可能に支持され、カム溝を有するカム筒と、
   前記保持部材に固定され、前記第１案内溝と前記カム溝とに摺動可能に係合する第１係合部材とを有するレンズ装置であって、
   前記保持部材は光軸方向に延在する第２案内溝を有し、
   前記案内筒に固定され、前記第２案内溝に摺動可能に係合する第２係合部材を有し、
   前記保持部材の内径側に前記カム筒が配置され、前記カム筒の内径側に前記案内筒が配置されることを特徴とするレンズ装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載のレンズ装置と、前記レンズ装置によって形成された像を受ける撮像素子と、を有する撮像装置。

Images