WO2018105267A1 - レンズ案内装置、レンズ移動装置及び撮像装置 - Google Patents

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川鍋　裕一
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富士フイルム株式会社
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    • G03B2205/0053—Driving means for the movement of one or more optical element

Definitions

  • the present invention relates to a lens guide device, a lens moving device, and an imaging device.
  • An imaging device such as a digital camera and an optical device such as a lens barrel are equipped with a lens moving device that moves a lens group during zooming and focusing operations (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • the lens frame 101 is held by a pair of parallel first guide member 102 and second guide member 103 as shown in FIG. Then, the lens frame 101 is moved in the longitudinal direction of the guide members 102 and 103 to change the position of the lens 106 in the optical axis direction, and a zooming operation and a focusing operation are performed. At this time, the lens frame 101 is urged toward one of the second guide members 103 by, for example, a coil spring (not shown) so that the lens frame 101 is not rattled by the guide members 102 and 103.
  • a coil spring not shown
  • the optical holding member is moved in the optical axis direction using rolling by a ball to suppress the swing of the moving lens.
  • the conventional lens frame 101 has a guide tube 105.
  • the guide tube 105 has a guide hole 105A, and the first guide member 102 is inserted through the guide hole 105A.
  • a gap G1 is formed between the guide hole 105A and the first guide member 102.
  • the lens frame 101 is tilted within the range of the gap G1. For this reason, as shown in FIG. 16B, when the moving lens frame 101 is stopped based on the detection signal of the sensor that detects the position of the lens frame 101, the optical axis direction of the lens 106 being held is stopped. There is a problem that the position of. For example, the inclination of the lens frame 101 is different depending on the gap G1 of the lens frame 101 between the state immediately after the stop of movement shown in (B) and the subsequent stop state (A). Due to this inclination, the position of the lens 106 held in the optical axis direction is shifted by the shift amount PS.
  • the lens frame 101 is urged in a direction orthogonal to the guide members 102 and 103 by using a coil spring to eliminate backlash.
  • the sliding resistance during movement of the lens frame 101 increases accordingly.
  • the driving force for moving the lens frame 101 is increased, and the lens driving device is increased in size.
  • the tilt between the movement and stop of the lens frame 101 cannot be completely eliminated. For this reason, there is a problem that the positional deviation in the optical axis direction of the lens remains.
  • the present invention provides a lens guide device, a lens moving device, and an imaging device that can accurately position the lens frame by eliminating the tilt of the lens frame during movement and stopping even when the orientation such as the shooting direction changes.
  • the lens guide device of the present invention includes a lens frame that holds a lens, a first guide member, a first rolling element, a second guide member, a second rolling element, a third guide member, and a fourth guide member. And an urging mechanism.
  • the first guide member is disposed on the lens frame in a first direction parallel to the optical axis of the lens.
  • the first rolling element moves in contact with the first guide member.
  • the second guide member is arranged in the lens frame in parallel with the first guide member and in the vicinity of the first guide member on the side opposite to the first rolling element.
  • the second rolling element moves in contact with the second guide member.
  • the third guide member supports the second rolling element so as to be movable in the first direction, and is arranged in parallel with the second guide member.
  • the fourth guide member supports the first rolling element so as to be movable in the first direction, and is arranged in parallel with the first guide member.
  • the biasing mechanism biases one of the first rolling element and the second rolling element toward the other of the first rolling element and the second rolling element.
  • At least one of the first guide member, the second guide member, the third guide member, and the fourth guide member is a flat guide member or a guide member with a guide groove, and the other guide members are two parallel guides. An axis is preferred.
  • One of the first rolling element and the second rolling element is two spheres spaced apart in the first direction, and the other of the first rolling element and the second rolling element is orthogonal to the first direction and One sphere arranged between two spheres as viewed from the second direction, which is the direction in which the one guide member and the second guide member are arranged, may be used.
  • a 1st rolling element is at least 1 ball
  • a 2nd rolling element is two spheres, and has a 1st control protrusion and a 2nd control protrusion.
  • the first restriction protrusion restricts movement of the first rolling element beyond a certain range in the first guide member.
  • a 2nd control protrusion is distribute
  • the first rolling element and the second rolling element are two spheres that are spaced apart from each other in the first direction, and it is preferable that a regulation protrusion is provided between the two spheres.
  • the restricting protrusion protrudes from an intermediate position in the first direction of the first guide member and the second guide member, and restricts movement of each sphere exceeding a certain range in the first direction.
  • the lens guide mechanism further includes a holding cylinder, a guide rod, and a guide groove.
  • the holding cylinder is provided with an urging mechanism and a third guide member, and holds the lens frame inside.
  • the guide rod is disposed in the holding cylinder in the first direction.
  • the guide groove is disposed on the lens frame, slidably contacts the guide rod, and guides the lens frame to move in the first direction.
  • the first rolling element is preferably arranged eccentrically with respect to the second rolling element on the side of the guide bar or on the side opposite to the guide bar.
  • the lens guide mechanism further includes a holding cylinder, a fifth guide member, a third rolling element, and a support member.
  • the holding cylinder is provided with an urging mechanism and a third guide member, and holds the lens frame inside.
  • the fifth guide member is disposed on the lens frame in the first direction.
  • the third rolling element contacts the fifth guide member and moves in the first direction.
  • the support member supports the third rolling element so as to be movable in the first direction, is parallel to the fifth guide member, and is disposed on the holding cylinder.
  • the 1st rolling element is eccentrically arranged with respect to the 2nd rolling element on the side of a 5th guide member, or the opposite side to a 5th guide member.
  • the lens moving device of the present invention has the above lens guide device and a lens driving mechanism.
  • the lens driving mechanism is disposed in the holding cylinder and moves the lens frame in the optical axis direction.
  • the lens driving mechanism is preferably a voice coil motor or a stepping motor having a screw rod that is screwed into the lens frame.
  • the lens driving mechanism performs initialization to return the lens frame to a reference position that is one end side of a certain range.
  • the image pickup apparatus of the present invention includes an image pickup unit and the lens moving device that forms a subject image on the image pickup unit.
  • the lens frame can be accurately positioned by eliminating the tilt of the lens frame when moving or stopping even when the orientation such as the shooting direction changes.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG. 5. It is a perspective view which disassembles an urging mechanism in the perpendicular direction and shows it upside down. It is a perspective view which shows a 2nd control protrusion. It is a perspective view which shows VCM.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view corresponding to the line VI-VI in FIG. 5 showing the lens moving device of the third embodiment in which the first rolling element is arranged eccentric to the guide rod side with respect to the second rolling element.
  • the imaging device 14 using the lens guide device 10 and the lens moving devices 11 and 12 of the present invention has a lens unit 15 and a camera body 16 as an imaging unit.
  • the lens unit 15 is configured as an interchangeable lens unit, and forms a subject image on the image sensor 17 in the camera body 16.
  • the lens unit 15 has a connector 18 that is detachable from the camera body 16.
  • the lens unit 15 may be integrated with the camera body 16.
  • the lens unit 15 includes an optical system 19 in the lens barrel member 20.
  • the optical system 19 includes, for example, a first lens 21 to a fifth lens 25 arranged in order from the subject side along the optical axis Ax.
  • the first lens 21 to the fifth lens 25 are each schematically shown as one lens, but may be a plurality of lens groups.
  • the camera body 16 includes an image sensor 17 that captures an optical image of a subject obtained through the optical system 19.
  • the control unit 30 inputs information on various imaging conditions such as imaging timing to the imaging device 17 and captures a captured image signal output from the imaging device 17. Then, analog processing and digital processing are performed on the captured image signal to generate captured image data for output.
  • a first lens moving device 11 as a first focusing mechanism, a diaphragm mechanism 33, a vibration isolation mechanism 34, and a second lens moving device as a second focusing mechanism are sequentially arranged from the subject side. 12 is arranged.
  • a focusing ring 38 is rotatably attached to the outer periphery of the lens barrel member 20.
  • the focusing ring 38 is rotated, for example, the first focusing lens 22 as the second lens and the second focusing lens 24 as the fourth lens according to the rotation.
  • Each moves individually in a first direction parallel to the optical axis Ax.
  • the first focusing lens 22 and the second focusing lens 24 are arranged at a predetermined optical axis position corresponding to the shooting distance, and focusing is completed.
  • the first lens 21 and the fifth lens 25 are attached to the lens barrel member 20.
  • the first lens 21 is fixed to the front end side (subject side) of the lens barrel member 20.
  • the fifth lens 25 is fixed to the rear end side (imaging element side) of the lens barrel member 20.
  • the first focusing lens 22 as the second lens, the blur correction lens 23 as the third lens, and the second focusing lens 24 as the fourth lens are movable lenses.
  • the first focusing lens 22 is driven by the first lens moving device 11 and moves in the direction of the optical axis Ax (optical axis direction).
  • the second focusing lens 24 is driven by the second lens moving device 12 and moves in the optical axis direction.
  • the first lens moving device 11 includes a lens guide device 10 and a lens driving mechanism 42.
  • the lens guide device 10 includes a cylindrical holding cylinder 43, a lens frame 44, a guide mechanism 45, a base plate 46, and an attachment screw 41.
  • the lens driving mechanism 42 has a pair of VCMs (Voice Coil Motor) 47 and a focus position sensor 48.
  • VCMs Vehicle Coil Motor
  • the first focusing lens 22 is attached to the lens frame 44.
  • the lens frame 44 is held inside the holding cylinder 43 by the guide mechanism 45.
  • the guide mechanism 45 guides the lens frame 44 so as to be movable in the optical axis direction of the first focusing lens 22.
  • the horizontal direction is the X direction and the vertical direction is the Y direction.
  • a plane orthogonal to the optical axis direction is an XY plane.
  • the guide mechanism 45 includes rolling elements 49A, 49B, 49C, a guide frame 50, a first rail 51 as a first guide member, a second rail 52 as a second guide member, a third rail 53 as a third guide member, An urging mechanism 54 including an urging plate 67 as a fourth guide member, and a guide bar 56 are provided.
  • the rolling elements 49A to 49C are made of metal or ceramic balls.
  • a guide frame 50 is formed on the left side of the lens frame 44, and a guide groove 44D is formed on the right side of the lens frame 44.
  • a guide rod 56 is inserted into the guide groove 44D.
  • the guide bar 56 is disposed in parallel with the optical axis Ax between the end surface of the holding cylinder 43 and the base plate 46.
  • the guide groove 44D slidably contacts the guide rod 56, and guides the lens frame 44 so as to be movable in the first direction.
  • the guide frame 50 is disposed on the opposite side of the guide rod 56 in the diameter direction perpendicular to the optical axis Ax with the optical axis Ax as the center.
  • the guide frame 50 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape, and is formed long in the optical axis Ax direction.
  • the first rail 51 is accommodated in the upper part of the guide frame 50 in parallel with the optical axis direction.
  • the second rail 52 is housed in the lower part of the guide frame 50 in parallel with the optical axis direction.
  • a first rolling element 49 ⁇ / b> A is placed on the first rail 51.
  • the first rolling element 49 ⁇ / b> A is composed of a single ball made of metal or ceramic, and rolls along the first rail 51.
  • the second rail 52 is disposed on the lens frame 44 in parallel with the first rail 51 and in the vicinity of the first rail 51 on the side opposite to the first rolling element 49A.
  • the urging mechanism 54 is arranged in parallel with the first rail 51 above the first rolling element 49A.
  • the urging mechanism 54 is screwed into the holding cylinder 43 to support the first rolling element 49A so as to be movable in the first direction, and the first rolling element 49A is attached to the first rail 51 in the second direction.
  • the second direction is a vertical direction perpendicular to the first direction and in which the first rail 51 and the second rail 52 are arranged.
  • the biasing mechanism 54 includes a biasing frame 63, a mounting frame 64, a pair of coil springs 65, a mounting shaft 66, and a mounting screw 68.
  • the urging mechanism 54 urges the urging plate (flat guide member) 67 as the fourth guide member toward the first rolling element 49.
  • the urging frame 63 is held by the mounting frame 64 via the mounting shaft 66 so as to be movable in the vertical direction.
  • the mounting shaft 66 is inserted into a mounting hole 63B provided in the mounting piece 63A of the urging frame 63.
  • the mounting frame 64 is formed with a long hole 64A that is long in the vertical direction. A mounting shaft 66 is inserted into the elongated hole 64A.
  • a housing groove 63D of the first rolling element 49A is formed on the lower surface 63C of the urging frame 63 (FIG. 7 shows the urging mechanism 54 viewed from the bottom and is shown upside down).
  • the storage groove 63D is rectangular and is formed long in the first direction corresponding to the first rail 51 (see FIG. 2).
  • a metal urging plate 67 is disposed in the storage groove 63D. The urging plate 67 contacts the first rolling element 49A.
  • the mounting frame 64 has a pair of spring accommodating holes 64B.
  • a guide shaft 64C is provided in the spring housing hole 64B.
  • a coil spring 65 is housed in the spring housing hole 64B, and the guide shaft 64C is inserted through the coil spring 65. The distal end of the guide shaft 64C is fitted into the guide hole 63E of the urging frame 63.
  • the second rolling elements 49 ⁇ / b> B and 49 ⁇ / b> C are in contact with the lower side of the second rail 52.
  • the second rolling elements 49 ⁇ / b> B and 49 ⁇ / b> C are placed on the third rail 53 and roll on the third rail 53.
  • the first rail 51 is configured by arranging two metal guide shafts 51A and 51B in the horizontal direction.
  • the second rail 52 and the third rail 53 are also configured by arranging two metal guide shafts 52A, 52B and 53A, 53B in the horizontal direction.
  • the pair of guide shafts 51A, 51B, 52A, 52B, and 53A, 53B are separated from each other with an interval that prevents the first and second rolling elements 49A, 49B, 49C from dropping off.
  • metal stoppers 60 are fitted to both ends of the guide frame 50 in the first direction.
  • the stopper 60 is bent into a U shape, and prevents the second rolling elements 49B and 49C from falling off the guide frame 50.
  • a pair of first restricting protrusions 61 are formed to project upward from between the guide shafts 51A and 51B of the first rail 51.
  • the first restricting protrusion 61 restricts rolling of the first rolling element 49A exceeding a certain range in the first rail 51.
  • FIG. 8 is a perspective view of the second rolling elements 49B and 49C and the second restricting protrusion 62 in the second rail 52 as seen from the bottom.
  • One second restricting protrusion 62 is formed so as to protrude upward (actually downward) from between the guide shafts 52A and 52B of the second rail 52.
  • the second restricting protrusion 62 is located at the center in the first direction of the second rail 52.
  • the second restricting protrusion 62 restricts the rolling of the second rolling elements 49B and 49C beyond a certain range in the second rail 52.
  • the first restricting protrusion 61 and the second restricting protrusion 62 return the rolling elements 49A to 49C to the reference position.
  • the rolling positions of the first rolling elements 49A on the first rail 51 and the second rolling elements 49B and 49C on the second rail 52 may be shifted due to dropping or other impacts.
  • one first regulating protrusion 61 causes the first rolling element 49A to move. Press to return the first rolling element 49A to the reference position.
  • the second restriction projection 62 pushes one of the second rolling elements 49B and 49C to return the second rolling element 49B to the reference position.
  • the protruding end 60A of the stopper 60 of the guide frame 50 pushes the other of the second rolling elements 49B and 49C to return to the reference position in the same manner.
  • the protruding end 60A also functions as a restricting protrusion.
  • An angle formed by a straight line passing through the center of 49B is ⁇ 2 .
  • An angle formed by a straight line passing through the center of 49B is ⁇ 3 .
  • openings 44A and 44B for attaching the VCM 47 are formed in the upper and lower portions of the lens frame 44.
  • the VCM 47 includes a yoke 71, a magnet 72, and a coil 73.
  • the yoke 71 is made of a magnetic material such as iron, and has a yoke body 75 and a connecting plate 76 as shown in FIGS.
  • the yoke body 75 is formed in a U shape as viewed from the side, with the outer yoke 75A and the inner yoke 75B facing each other in a parallel state with a gap therebetween and connected by a connecting portion 75C.
  • a fitting groove 76 ⁇ / b> A is formed in the center of the upper side portion and the lower side portion of the connecting plate 76.
  • the outer yoke 75A functions as a magnet holding portion, and the inner yoke 75B functions as a coil insertion portion.
  • a magnet 72 is fixed to the inner surface of the outer yoke 75A.
  • a coil 73 is movably inserted into the inner yoke 75B.
  • the outer yoke 75A and the inner yoke 75B have an opening 77 for weight reduction.
  • the coil 73 is an air-core coil formed by winding an element wire such as a copper wire.
  • the coil 73 is formed in a trapezoidal shape so as to surround the inner yoke 75B.
  • the coil 73 moves along the inner yoke 75B by energization within the magnetic field generated by the magnet 72.
  • the position of the coil 73 indicated by the solid line is the movement direction start end (reference position), and the position of the coil 73 indicated by the two-dot chain line is the movement direction end.
  • the thrust distribution in the coil moving direction can be made substantially the same as both end portions (start and end), and can be made substantially constant in the coil moving direction. . Since the openings 77 are formed in the outer yoke 75A and the inner yoke 75B so as to suppress the thrust more than necessary, the volume of the yoke 71 made of a material such as iron having a high specific gravity can be reduced. , VCM 47 can be lightened. In addition, the necessary thrust can be ensured.
  • the outer yoke 75A is fixed to the inner peripheral surface of the holding cylinder 43 with a mounting screw (not shown).
  • the lens frame 44 has a coil housing portion 44E formed around the openings 44A and 44B.
  • the inner yoke 75B is inserted into the openings 44A and 44B.
  • the coil 73 is stored in the coil storage portion 44E.
  • the fitting protrusions 75D of the outer yoke 75A and the inner yoke 75B are fitted into the fitting grooves 76A of the connecting plate 76, and the outer yoke 75A and the inner yoke 75B.
  • the connecting plate 76 is integrated.
  • the coil 73 When the coil 73 is energized, the coil 73 moves along the inner yoke 75B as shown in FIG. As the coil 73 moves, the lens frame 44 that holds the coil 73 moves. By this movement, the first focusing lens 22 is set at a predetermined position in the optical axis direction and focused.
  • the focusing position sensor 48 detects the position of the lens frame 44 in the optical axis direction.
  • the in-focus position sensor 48 includes a rod-shaped position detection magnet 48A and a magnetic sensor 48B.
  • the position detection magnet 48 ⁇ / b> A is attached to the guide frame 50 of the lens frame 44.
  • a GMR element using a giant magnetoresistive effect (GMR) is used for the magnetic sensor 48B.
  • the magnetic sensor 48 ⁇ / b> B is attached to the holding cylinder 43. Thereby, the magnetism of the position detection magnet 48A is detected, and a detection signal corresponding to the strength of the magnetism is output.
  • the output signal of the magnetic sensor 48B is sent to the control unit 30 of the camera body 16 via a flexible substrate 48C (see FIG. 2) and the like.
  • the control unit 30 detects the position of the lens frame 44 in the optical axis direction based on the signal from the focusing position sensor 48, and moves the first focusing lens 22 to a desired position by the first lens moving device 11. Do chariot.
  • the second lens moving device 12 is the same as the first lens moving device 11 except that a second focusing lens 24 is attached to the lens frame 44 instead of the first focusing lens 22. It is configured. For this reason, the same code
  • the second lens moving device 12 is attached in the opposite direction to the first lens moving device 11 in the front-rear direction, but may be in the same direction.
  • the aperture mechanism 33 has aperture blades 33A arranged on the optical axis Ax. By increasing / decreasing the diameter of the aperture opening formed by the aperture blade 33A, the amount of photographing light incident on the camera body 16 is adjusted.
  • the anti-vibration mechanism 34 uses the X-direction VCM and the Y-direction VCM (not shown) to displace the blur correction lens 23 on the XY plane in a direction that cancels the image blur. Thereby, image blur is corrected.
  • the operation of the imaging device 14 of this embodiment will be described.
  • the first lens moving device 11 and the second lens moving device 12 are operated, and the first focusing lens 22 and the second focusing lens 24 are moved in the optical axis direction, Focus control is performed.
  • the amount of lens movement is dispersed, so that rapid focusing is achieved. It becomes possible.
  • the image stabilization mechanism 34 is operated to move the shake correction lens 23 on the XY plane, and the image shake is corrected.
  • the lens frame 44 moves in the optical axis direction via the coil 73. This movement is performed by bringing the rolling elements 49A to 49C into contact with the first rail 51 and the second rail 52 arranged on the lens frame 44. Further, the rolling elements 49A to 49C are urged so as to contact the first rail 51 and the second rail 52 by the urging mechanism 54 and the third rail 53. Thereby, the 1st rolling element 49A and the 2nd rolling elements 49B and 49C hold the 1st rail 51 and the 2nd rail 52 from the up-and-down direction. Therefore, it is not necessary to provide a sliding gap between the first rail 51 and the second rail 52 for guiding the lens frame 44 and the first and second rolling elements 49A to 49C. Thereby, the lens frame 44 can move smoothly in the optical axis direction without rattling.
  • the lens stop position shift amount PS due to the tilt of the lens frame 101 during movement does not occur, so the state immediately after the movement stop and the subsequent stop state
  • the position of the first focusing lens 22 does not shift on the optical axis. Therefore, the first focusing lens 22 can be accurately stopped at the target position. Thereby, it can focus with sufficient precision.
  • the first restricting protrusion 61 and the second restricting protrusion 62 allow the first rolling element 49A to be positioned between the second rolling elements 49B and 49C when viewed from the vertical direction, and the three rolling elements 49A to 49C are used.
  • the lens frame 44 can be efficiently guided in the optical axis direction.
  • the lens driving mechanism 42 performs initialization to return the lens frame 44 to a reference position that is one end side of a certain range, whereby the first rolling element 49A is locked to the first restricting protrusion 61 by the initialization, and the second rolling element
  • the moving bodies 49B and 49C can be locked to the second restricting protrusion 62. Since the rolling elements 49A to 49C roll on the rails 51 to 53 and the urging plate 67, the relative positions of the rolling elements 49A to 49C on the rails 51 to 53 and the urging plate 67 may fluctuate. Absent.
  • the rolling element is made of metal or ceramic, but in addition to this, it is possible to use a hard synthetic resin or a hard plate of a synthetic resin spherical surface. Ceramic spheres are advantageous because they are lightweight and are not affected by magnetic force. Further, in the case of a metal sphere and a magnetic body that is sensitive to magnetic force, there is a concern that the driving performance may be affected by the magnetic field of the magnet. For this reason, non-magnetic stainless steel (SUS) balls are used. In the case of a magnetic sphere, the distance between the magnet and the sphere is sufficiently separated and the influence of the magnetic field is eliminated or reduced.
  • SUS non-magnetic stainless steel
  • guide shafts 51A, 51B, 52A, 52B, 53A, 53B, fasteners 60, etc. are also made of non-magnetic stainless steel (SUS), hard synthetic resin, or surface. Is preferably made of a hard-plated synthetic resin or the like.
  • focusing control is performed using the two lens moving devices 11 and 12, focusing control may be performed using the single lens moving device 11.
  • the first rolling element 49 ⁇ / b> A is held by the urging plate 67 made of a flat plate and the first rail 51.
  • the second rolling elements 49 ⁇ / b> B and 49 ⁇ / b> C are sandwiched between the second rail 52 and the third rail 53.
  • the first rolling element 49A and the second rolling elements 49B and 49C have the same diameter, the contact positions are different, and therefore the rolling diameters are different. Therefore, for example, the first rolling element 49A slips in addition to rolling.
  • the modification 1 shown in FIG. 11 uses a biasing mechanism 78 in which a guide rail 79 including a pair of guide shafts 79A and 79B is arranged in place of the biasing plate 67.
  • the rolling diameters of the first rolling element 49A and the second rolling elements 49B and 49C are the same. For example, slipping of the first rolling element 49A is suppressed, and the lens frame 44 is moved more smoothly. be able to.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the second restricting protrusion 62 is provided at the intermediate position in the first direction between the first rails 51 or between the guide rails 79 to perform the initial position return of each of the rolling elements 49A to 49C.
  • the two first rolling elements 49A are not necessarily arranged between the two second rolling elements 49B and 49C.
  • the urging mechanism 92 is configured in substantially the same manner as the urging mechanism 54 of the first embodiment. Also in this case, as in the first embodiment, the lens frame 44 can move smoothly in the optical axis direction without rattling. Therefore, the first focusing lens 22 can be accurately stopped at the target position, and focusing can be performed with high accuracy.
  • the first rolling element 49A is urged by the first urging mechanisms 54 and 78 toward the second rolling elements 49B and 49C, but instead of this, the second rolling elements 49B and 49C may be biased by the second biasing mechanism toward the first rolling element 49A.
  • the second urging mechanism is configured in the same manner as the first urging mechanisms 54 and 78.
  • the urging mechanisms 54 and 78 are provided in the holding cylinder 43, they may be provided in the guide frame 50 instead.
  • guide members with guide grooves may be used.
  • the guide member with the guide groove has a guide groove having a V-shaped cross section in the first direction on the guide surface of the rectangular parallelepiped guide block. A rolling element is movably placed in the guide groove.
  • the lens driving mechanism 42 is configured by using the VCM 47, but instead of this, as in the lens moving device 80 of the second embodiment shown in FIG.
  • the lens driving mechanism 84 may be configured using the stepping motor 83.
  • a female screw portion 81 is provided in the lens frame 44 in place of the guide groove 44D (see FIG. 2) of the first embodiment.
  • a screw rod 82 is used instead of the guide rod 56 (see FIG. 2), and the screw rod 82 is screwed into the female screw portion 81.
  • the screw rod 82 is rotated by the stepping motor 83. When the screw rod 82 is rotated forward or backward, the lens frame 44 having the female screw portion 81 can be accurately positioned at a predetermined position in the optical axis direction.
  • the first rolling element 49 ⁇ / b> C, the first rail 51, and the urging mechanism 54 are provided eccentric to the guide rod 56 (see FIG. 2) side.
  • the first rail 51, the urging mechanism 54, and the first rail 51 with respect to a vertical line passing through the second rolling elements 49B and 49C sandwiched between the second rail 52 and the third rail 53
  • One rolling element 49A is eccentrically arranged on the guide rod 56 side as an eccentric amount OS.
  • the lens frame 44 is prevented from rotating in the XY plane orthogonal to the optical axis direction by the engagement of the guide groove 44D and the guide rod 56.
  • the rotation of the lens frame 44 in the XY plane is restricted by the second guide mechanism 86 using the third rolling element 85.
  • the movement resistance is less than sliding of the guide groove 44D with respect to the guide rod 56, and the lens is smoother.
  • the frame 44 can be guided.
  • the second guide mechanism 86 is provided in place of the guide groove 44D (see FIG. 2) of the lens frame 44, and includes a third rolling element 85, a fifth rail 87 as a fifth guide member, and a support member. And a guide plate 88. Similar to the second rail 52, the fifth rail 87 includes a pair of guide shafts 87A and 87B. The guide plate 88 is provided on the holding cylinder 43. Instead of the guide plate 88, a rail made up of a pair of guide shafts may be used as a support member, as with the third rail 53.
  • the lens moving devices 11 and 12 and the lens guiding device 10 of the present invention are used not only for focusing control but also for moving lenses of zoom devices and other various optical devices.
  • Lens guide device 11 1st lens moving device 12 2nd lens moving device 14 Imaging device 15 Lens unit 16 Camera main body 17 Imaging element 18 Connector 19 Optical system 20 Lens barrel member 21 First lens 22 First focusing lens 23 Blur correction Lens 24 Second focusing lens 25 Fifth lens 30 Control unit 33 Aperture mechanism 33A Aperture blade 34 Anti-vibration mechanism 38 Focus ring 41 Mounting screw 42 Lens drive mechanism 43 Holding cylinder 44 Lens frame 44A Opening 44B Opening 44D Guide groove 44E Coil Storage unit 45 Guide mechanism 46 Base plate 47 VCM 48 Focus position sensor 48A Position detection magnet 48B Magnetic sensor 48C Flexible substrate 49A First rolling element 49B, 49C Second rolling element 50 Guide frame 51 First rail 51A, 51B Guide shaft 52 Second rail 52A, 52B Guide shaft 53 Third rail 53A, 53B Guide shaft 54 Energizing mechanism 56 Guide bar 60 Fastener 61 First restricting protrusion 62 Second restricting protrusion 63 Energizing frame 63A Mounting piece 63B Mounting hole 63D Storage groove 63

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Abstract

撮影向き等の姿勢に関わらず、レンズ枠を精度よく位置決めできるレンズ案内装置、レンズ移動装置及び撮像装置を提供する。第１レール（５１）は、第１転動体（４９Ａ）を、第１合焦レンズの光軸に平行な第１方向に転動可能に支持する。第２レール（５２）は、第２転動体（４９Ｂ）を第１方向に転動可能に支持する。付勢機構（５４）は、第１転動体（４９Ａ）を第１方向に移動可能に支持し、且つ第１転動体（４９Ａ）を第１レール（５１）に向けて付勢する。第３レール（５３）は、第２レール（５２）と平行に配される。第３レール（５３）は、第２転動体（４９Ｂ）を第１方向に移動可能に支持する。第１転動体（４９Ａ），第２転動体（４９Ｂ）により第１レール（５１），第２レール（５２）を第１方向に移動案内するため、レンズ枠（４４）が傾くことが無くなる。

Description

レンズ案内装置、レンズ移動装置及び撮像装置
　本発明は、レンズ案内装置、レンズ移動装置及び撮像装置に関する。
　デジタルカメラ等の撮像装置やレンズ鏡筒等の光学装置では、変倍動作や合焦動作の際にレンズ群を移動させるレンズ移動装置が搭載されている（例えば、特許文献１，２参照）。
　特許文献１に記載のレンズ移動装置では、図１６に示すように、レンズ枠１０１を１対の平行な第１ガイド部材１０２、第２ガイド部材１０３により保持している。そして、これらガイド部材１０２，１０３の長手方向にレンズ枠１０１を移動させて、レンズ１０６の光軸方向での位置を変更し、変倍動作や合焦動作を行う。この時に、ガイド部材１０２，１０３でレンズ枠１０１がガタつかないように、例えば図示しないコイルバネにより、レンズ枠１０１を一方の例えば第２ガイド部材１０３に向けて付勢している。
　特許文献２に記載の光学機器では、ボールによる転動を利用して光学保持部材を光軸方向に移動し、移動中のレンズの揺動を抑えている。
特開２０１５－２１０４０９号公報 特開平８－８６９４９号公報
　図１６（Ａ）に示すように、従来のレンズ枠１０１はガイド筒１０５を有する。ガイド筒１０５は、ガイド孔１０５Ａを有し、ガイド孔１０５Ａには第１ガイド部材１０２が挿通される。レンズ枠１０１を第１ガイド部材１０２にて円滑に移動させるために、ガイド孔１０５Ａと第１ガイド部材１０２との間に隙間Ｇ１が形成されている。
　隙間Ｇ１はレンズ枠１０１の円滑な移動を担保することができる反面、この隙間Ｇ１の範囲内でレンズ枠１０１は傾く。このため、図１６（Ｂ）に示すように、レンズ枠１０１の位置を検出するセンサの検出信号に基づき、移動中のレンズ枠１０１を停止させる時に、保持しているレンズ１０６の光軸方向での位置がずれるという問題がある。例えば、（Ｂ）に示す移動停止直後状態とその後の停止状態（Ａ）とでは、レンズ枠１０１の隙間Ｇ１によって、レンズ枠１０１の傾きが異なる。この傾きによって、保持しているレンズ１０６の光軸方向での位置がずれ量ＰＳ分だけ、ずれてしまう。
　特許文献１に記載のレンズ移動装置では、コイルバネを用いてレンズ枠１０１をガイド部材１０２，１０３に直交する方向に付勢し、ガタを無くしている。しかし、その分だけレンズ枠１０１の移動時の摺動抵抗が増加する。このため、レンズ枠１０１を移動させるための駆動力が大きくなり、レンズ駆動装置が大型化してしまうという問題がある。また、コイルバネでレンズ枠１０１を付勢しても、レンズ枠１０１の移動時と停止時との傾きを完全に無くすことはできない。このため、レンズの光軸方向での位置ずれが残るという問題がある。
　特許文献２に記載の光学装置では、レンズ枠とガイド部材との間にボールを設け、ボールの転動によってレンズ枠を移動自在に保持している。これにより、レンズ枠の移動時及び停止時の傾きが無くなる。しかし、光軸を挟むようにボールを配置するため、ボールを用いたガイド機構が大型化してしまい、全体をコンパクトにまとめることが困難になる。また、レンズとボールの位置が上下逆になると、転動による効果が得られなくなり、案内をスムーズに行うことができない。従って、撮影装置の向きを変えた各種の態様で撮影される場合に、姿勢差によって円滑な移動が不可能になるという問題がある。
　本発明は、撮影向き等の姿勢が変わっても移動時及び停止時のレンズ枠の傾きを無くして、レンズ枠を精度よく位置決めできるレンズ案内装置、レンズ移動装置及び撮像装置を提供する。
　本発明のレンズ案内装置は、レンズを保持するレンズ枠と、第１案内部材と、第１転動体と、第２案内部材と、第２転動体と、第３案内部材と、第４案内部材と、付勢機構とを有する。第１案内部材は、レンズの光軸に平行な第１方向を向けてレンズ枠に配される。第１転動体は、第１案内部材に接触して移動する。第２案内部材は、第１案内部材と平行に且つ第１転動体とは反対側に第１案内部材に近接してレンズ枠に配される。第２転動体は、第２案内部材に接触して移動する。第３案内部材は、第２転動体を第１方向に移動可能に支持し、且つ第２案内部材と平行に配される。第４案内部材は、第１転動体を第１方向に移動可能に支持し、且つ第１案内部材と平行に配される。付勢機構は、第１転動体及び第２転動体の一方を、第１転動体及び第２転動体の他方へ向けて付勢する。
　第１案内部材、第２案内部材、第３案内部材、及び第４案内部材の少なくとも１つは、平板状案内部材又はガイド溝付き案内部材であり、他の案内部材は２本の平行なガイド軸であることが好ましい。
　第１転動体及び第２転動体の一方は第１方向に離間して配される２個の球であり、第１転動体及び第２転動体の他方は、第１方向に直交し且つ第１案内部材及び第２案内部材を並べた方向である第２方向から見て２個の球の間に配される１個の球であってもよい。また、第１転動体は少なくとも１個の球であり、第２転動体は２個の球であり、第１規制突起と第２規制突起とを有することが好ましい。第１規制突起は、第１転動体の第１案内部材における一定範囲を超える移動を規制する。第２規制突起は、２個の球の間に配されて、第２転動体の第２案内部材における一定範囲を超える移動を規制する。
　第１転動体及び第２転動体は第１方向に離間して配される２個の球であり、これら２個の球の間に、規制突起を有することが好ましい。規制突起は、第１案内部材及び第２案内部材の第１方向の中間位置から突出し、各球の第１方向における一定範囲を超える移動を規制する。
　レンズ案内機構は、更に保持筒とガイド棒とガイド溝とを備えることが好ましい。保持筒は、付勢機構及び第３案内部材が配され、レンズ枠を内部に保持する。ガイド棒は、保持筒に第１方向に配される。ガイド溝は、レンズ枠に配され、ガイド棒に摺動自在に接触し、レンズ枠を第１方向に移動自在に案内する。
　第１転動体は、第２転動体に対し、ガイド棒の側又はガイド棒とは反対側に、偏心して配されることが好ましい。
　レンズ案内機構は、更に保持筒と第５案内部材と第３転動体と支持部材とを備えることが好ましい。保持筒は、付勢機構及び第３案内部材が配され、レンズ枠を内部に保持する。第５案内部材は、レンズ枠に第１方向に配される。第３転動体は、第５案内部材に接触して第１方向に移動する。支持部材は、第３転動体を第１方向に移動可能に支持し、且つ第５案内部材と平行であり、保持筒に配される。また、第１転動体は、第２転動体に対し、第５案内部材の側又は第５案内部材とは反対側に、偏心して配されることが好ましい。
　本発明のレンズ移動装置は、上記のレンズ案内装置とレンズ駆動機構を有する。レンズ駆動機構は、保持筒に配され、レンズ枠を光軸方向に移動する。なお、レンズ駆動機構は、ボイスコイルモータ、又はレンズ枠に螺合するネジ棒を有するステッピングモータであることが好ましい。また、レンズ駆動機構は、レンズ枠を一定範囲の一端側である基準位置に戻す初期化を行うことが好ましい。
　本発明の撮像装置は、撮像部と、撮像部に被写体像を結像させる上記のレンズ移動装置とを有する。
　本発明によれば、撮影向き等の姿勢が変わっても移動時及び停止時のレンズ枠の傾きを無くして、レンズ枠を精度よく位置決めできる。
本発明の撮像装置の模式的な構成を示す横断面図である。 本発明のレンズ移動装置を細かく分解して示す斜視図である。 本発明のレンズ移動装置を粗く分解して示す斜視図である。 本発明のレンズ案内装置を鉛直方向に分解して示す斜視図である。 レンズ案内装置を示す断面図である。 図５におけるVI－VI線に沿う断面図である。 付勢機構を鉛直方向に分解して上下を逆にして示す斜視図である。 第２規制突起を示す斜視図である。 ＶＣＭを示す斜視図である。 ＶＣＭを示す側面図である。 付勢板に代えてガイドレールを用いた付勢機構の変形例１を示す断面図である。 第１実施形態の付勢板と第１レールとを上下逆に配した付勢機構の変形例２を示す断面図である。 ＶＣＭに代えてステッピングモータを用いた第２実施形態のレンズ移動装置を示す断面図である。 第１転動体を第２転動体に対してガイド棒側に偏心して配置した第３実施形態のレンズ移動装置を示す図５におけるVI－VI線相当の断面図である。 ガイド棒に代えて第３転動体を有する第２ガイド機構を用いた第３実施形態の変形例３を示す正面図である。 従来のレンズ案内装置の嵌合ガタによるレンズの位置ずれを示す断面図である。
　図１に示すように、本発明のレンズ案内装置１０及びレンズ移動装置１１，１２を用いた撮像装置１４は、レンズユニット１５と、撮像部としてのカメラ本体１６とを有する。レンズユニット１５は交換レンズユニットとして構成されており、カメラ本体１６内の撮像素子１７に、被写体像を結像させる。このレンズユニット１５は、カメラ本体１６に対して着脱自在なコネクタ１８を有する。なお、レンズユニット１５は、カメラ本体１６と一体に構成してもよい。
　レンズユニット１５は、光学系１９を鏡筒部材２０内に備える。光学系１９は、光軸Ａｘに沿って被写体側から順に配される例えば第１レンズ２１～第５レンズ２５を有する。なお、第１レンズ２１～第５レンズ２５はそれぞれ１枚のレンズとして模式的に示しているが、これらは複数枚のレンズ群であってもよい。
　カメラ本体１６は、光学系１９を通して得られる被写体の光学像を撮像する撮像素子１７を備える。制御部３０は、撮像素子１７に撮像タイミング等の各種撮像条件の情報を入力し、撮像素子１７から出力される撮像された画像信号を取り込む。そして、取り込んだ画像信号に対してアナログ処理及びデジタル処理を施し、出力用の撮像画像データを生成する。
　鏡筒部材２０内には、被写体側から順に第１合焦機構としての第１レンズ移動装置１１と、絞り機構３３と、防振機構３４と、第２合焦機構としての第２レンズ移動装置１２とが配される。
　鏡筒部材２０の外周には合焦リング３８が回転自在に取り付けられている。手動で合焦を行う場合には、合焦リング３８を回転させると、この回転に応じて、例えば第２レンズとしての第１合焦レンズ２２及び第４レンズとしての第２合焦レンズ２４が光軸Ａｘに平行な第１方向にそれぞれ個別に移動する。この移動により、撮影距離に応じた所定の光軸位置に、第１合焦レンズ２２、第２合焦レンズ２４が配されて、合焦が完了する。
　第１レンズ２１及び第５レンズ２５は鏡筒部材２０に取り付けられている。第１レンズ２１は鏡筒部材２０の前端側（被写体側）に固定されている。また、第５レンズ２５は鏡筒部材２０の後端側（撮像素子側）に固定されている。第２レンズとしての第１合焦レンズ２２、第３レンズとしてのブレ補正レンズ２３、及び第４レンズとしての第２合焦レンズ２４は可動レンズである。
　第１合焦レンズ２２は第１レンズ移動装置１１により駆動され、光軸Ａｘの方向（光軸方向）に移動する。第２合焦レンズ２４は第２レンズ移動装置１２により駆動され光軸方向に移動する。
　図２及び図３に示すように、第１レンズ移動装置１１は、レンズ案内装置１０とレンズ駆動機構４２とを備える。レンズ案内装置１０は、円筒状の保持筒４３と、レンズ枠４４と、ガイド機構４５と、ベース板４６と、取付ネジ４１とを有している。レンズ駆動機構４２は、１対のＶＣＭ（Voice Coil Motor）４７と合焦用位置センサ４８とを有している。
　レンズ枠４４には第１合焦レンズ２２が取り付けられている。レンズ枠４４はガイド機構４５によって、保持筒４３の内部に保持される。ガイド機構４５は、レンズ枠４４を第１合焦レンズ２２の光軸方向に移動自在に案内する。なお、説明の便宜上、図２に示すように、光軸方向に直交する面を光軸方向から見て、例えば水平方向をＸ方向とし、鉛直方向をＹ方向としている。また、光軸方向に直交する面をＸＹ面としている。
　ガイド機構４５は、転動体４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃ、ガイド枠５０、第１案内部材としての第１レール５１、第２案内部材としての第２レール５２、第３案内部材としての第３レール５３、第４案内部材としての付勢板６７を含む付勢機構５４、及びガイド棒５６を備えている。転動体４９Ａ～４９Ｃは、金属又はセラミック製の球から構成されている。
　図２に示すように、レンズ枠４４を光軸方向でベース板４６側から見て、レンズ枠４４の左側にはガイド枠５０が、レンズ枠４４の右側にはガイド溝４４Ｄが形成されている。ガイド溝４４Ｄにはガイド棒５６が挿通する。ガイド棒５６は、保持筒４３の端面とベース板４６との間で光軸Ａｘに平行に配されている。ガイド溝４４Ｄは、ガイド棒５６に摺動自在に接触し、レンズ枠４４を第１方向に移動自在に案内する。
　図３に示すように、ガイド枠５０は、光軸Ａｘを中心として光軸Ａｘに直交する直径方向で、ガイド棒５６とは反対側に配されている。ガイド枠５０は略直方体状に形成されており、光軸Ａｘ方向に長く形成されている。
　図４～図６に示すように、レンズ枠４４を光軸方向でベース板４６（図２参照）側から見て、ガイド枠５０の上部には第１レール５１が光軸方向に平行に収納され、ガイド枠５０の下部には第２レール５２が光軸方向に平行に収納されている。第１レール５１上には第１転動体４９Ａが載せられる。第１転動体４９Ａは金属又はセラミック製の１個の球から構成され、第１レール５１に沿って転動する。第２レール５２は、第１レール５１と平行に且つ第１転動体４９Ａとは反対側で第１レール５１に近接してレンズ枠４４に配される。
　第１転動体４９Ａの上方には、付勢機構５４が第１レール５１と平行に配される。付勢機構５４は保持筒４３内にネジ止めされて、第１転動体４９Ａを第１方向に移動可能に支持し、且つ第１転動体４９Ａを第１レール５１に向けた第２方向に付勢する。第２方向とは、第１方向に直交し且つ第１レール５１及び第２レール５２を並べた鉛直方向である。
　図７に示すように、付勢機構５４は、付勢枠６３と、取付枠６４と、１対のコイルバネ６５と、取付軸６６と、取付ネジ６８とを有する。付勢機構５４は、第４案内部材としての付勢板（平板状案内部材）６７を第１転動体４９に向けて付勢する。付勢枠６３は、取付軸６６を介して取付枠６４に鉛直方向で移動自在に保持される。取付軸６６は、付勢枠６３の取付片６３Ａに設けられる取付穴６３Ｂに挿入される。取付枠６４には、鉛直方向に長い長穴６４Ａが形成されている。この長穴６４Ａには取付軸６６が挿入される。
　付勢枠６３の下面（図７は付勢機構５４を底から見た状態であり、上下が逆に図示されている）６３Ｃには、第１転動体４９Ａの収納溝６３Ｄが形成されている。収納溝６３Ｄは矩形であり、第１レール５１（図２参照）に対応して第１方向に長く形成されている。収納溝６３Ｄ内には金属製の付勢板６７が配される。付勢板６７は第１転動体４９Ａに接触する。
　付勢枠６３を下方に付勢するために、取付枠６４には１対のバネ収納穴６４Ｂが形成されている。バネ収納穴６４Ｂ内にはガイド軸６４Ｃが設けられている。バネ収納穴６４Ｂにはコイルバネ６５が収納され、且つガイド軸６４Ｃがコイルバネ６５を挿通する。ガイド軸６４Ｃの先端は付勢枠６３のガイド穴６３Ｅに嵌合する。
　図４に示すように、第２レール５２の下側には第２転動体４９Ｂ，４９Ｃが接触する。第２転動体４９Ｂ，４９Ｃは、第３レール５３上に載せられて、第３レール５３上を転動する。
　第１レール５１は、金属製の２本のガイド軸５１Ａ，５１Ｂを水平方向に並べて構成されている。同様にして、第２レール５２及び第３レール５３も、金属製の２本のガイド軸５２Ａ，５２Ｂ及び５３Ａ，５３Ｂを水平方向に並べて構成されている。これら１対のガイド軸５１Ａ，５１Ｂ、５２Ａ，５２Ｂ、及び５３Ａ，５３Ｂは、第１及び第２転動体４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃが脱落することがない間隔を持って離されている。
　図２及び図３に示すように、ガイド枠５０の第１方向の両端部には、金属製の止め金具６０が嵌着される。止め金具６０はＵ字形に折り曲げられており、第２転動体４９Ｂ，４９Ｃのガイド枠５０からの脱落を防止する。
　図３～図５に示すように、第１レール５１の各ガイド軸５１Ａ，５１Ｂの間からは、１対の第１規制突起６１が上方に向けて突出して形成されている。第１規制突起６１は、第１転動体４９Ａの第１レール５１における一定範囲を超える転動を規制する。
　図８は、第２レール５２における第２転動体４９Ｂ，４９Ｃと第２規制突起６２とを示す底面から見た斜視図である。第２レール５２の各ガイド軸５２Ａ，５２Ｂの間からは、１個の第２規制突起６２が上方（実際には下方）に向けて突出して形成されている。第２規制突起６２は第２レール５２の第１方向中央部に位置する。第２規制突起６２は、第２転動体４９Ｂ，４９Ｃの第２レール５２における一定範囲を超える転動を規制する。
　第１規制突起６１及び第２規制突起６２は、各転動体４９Ａ～４９Ｃを基準位置に戻す。例えば、落下やその他の衝撃などによって、第１レール５１での第１転動体４９Ａ、第２レール５２での第２転動体４９Ｂ，４９Ｃの転動位置がずれてしまうことがある。この場合に、図５に矢印Ａ１で示すように、レンズ枠４４が基準位置（例えば被写体側に寄った第１端）に復帰する時に、一方の第１規制突起６１が第１転動体４９Ａを押して、第１転動体４９Ａを基準位置に戻す。また、レンズ枠４４が基準位置に戻る時に、第２規制突起６２が第２転動体４９Ｂ，４９Ｃの一方を押して、第２転動体４９Ｂを基準位置に戻す。同様にして、レンズ枠４４が基準位置に戻る時に、ガイド枠５０の止め金具６０の突出端部６０Ａが第２転動体４９Ｂ，４９Ｃの他方を押して、同様にして基準位置に戻す。突出端部６０Ａも規制突起として機能する。レンズ枠４４の移動量をＳとしたとき、第１転動体４９Ａが転動しながら移動する距離は下記式１から算出することができる。
 
S[1/{1+cos(θ1/2)}]（式１）
 
同様に、第２転動体４９Ｂ，４９Ｃの移動距離は、下記式２から算出することができる。
 
S[cos(θ3/2)/{cos(θ3/2)+cos(θ2/2)}]（式２）
 
ここで、光軸方向から見て、第１転動体４９Ａ及びガイド軸５１Ａの接点と第１転動体４９Ａの中心とを通る直線と、第１転動体４９Ａ及びガイド軸５１Ｂの接点と第１転動体４９Ａの中心とを通る直線との成す角度をθ1とする。また、光軸方向から見て、第２転動体４９Ｂ及びガイド軸５２Ａの接点と第２転動体４９Ｂの中心とを通る直線と、第２転動体４９Ｂ及びガイド軸５２Ｂの接点と第２転動体４９Ｂの中心とを通る直線との成す角度をθ2とする。また、光軸方向から見て、第２転動体４９Ｂ及びガイド軸５３Ａの接点と第２転動体４９Ｂの中心とを通る直線と、第２転動体４９Ｂ及びガイド軸５３Ｂの接点と第２転動体４９Ｂの中心とを通る直線との成す角度をθ3 とする 。
なお、実際には部品の製造誤差なども考慮する必要があるため、上記の式１又は式２で求めた略値が上記一定範囲となる。 なお、一定範囲を必要以上に大きくすると、規制突起が転動体を基準位置に戻す機能を果たさなくなる。 
　図２に示すように、レンズ枠４４を光軸方向でベース板４６側から見て、レンズ枠４４の上部及び下部には、ＶＣＭ４７を取り付ける開口４４Ａ，４４Ｂが形成されている。
　ＶＣＭ４７は、ヨーク７１、マグネット７２、及びコイル７３を備える。ヨーク７１は鉄等の磁性体からなり、図９及び図１０に示すように、ヨーク本体７５及び連結板７６を有する。ヨーク本体７５は、外側ヨーク７５Ａと内側ヨーク７５Ｂとを隙間を設けて平行状態で対向させ、連結部７５Ｃで連結し、側面から見てＵ形に形成されている。図２に示すように、連結板７６の上辺部及び下辺部の中央には、嵌合溝７６Ａが形成されている。この嵌合溝７６Ａに、ヨーク本体７５の嵌合突片７５Ｄが嵌合することにより、ヨーク本体７５と連結板７６とが連結される。外側ヨーク７５Ａ及び内側ヨーク７５Ｂが、連結部７５Ｃ及び連結板７６により連結されることによって、閉ループの磁気回路が構成される。閉ループの磁気回路により、コイル７３を横切る磁束を増やすことができる。
　外側ヨーク７５Ａはマグネット保持部として機能し、内側ヨーク７５Ｂはコイル挿通部として機能する。外側ヨーク７５Ａの内側面には、マグネット７２が固定される。また、内側ヨーク７５Ｂにはコイル７３が移動自在に挿通される。外側ヨーク７５Ａ及び内側ヨーク７５Ｂは、重量軽減用の開口７７を有する。
　図９に示すように、コイル７３は、銅線等の素線を巻いて形成される空芯コイルである。コイル７３は、内側ヨーク７５Ｂを囲むように台形に形成されている。
　図１０に示すように、コイル７３は、マグネット７２が発生する磁界内で、通電によって内側ヨーク７５Ｂに沿って移動する。実線で示されるコイル７３の位置が移動方向始端（基準位置）であり、二点鎖線で示されるコイル７３の位置が移動方向終端である。
　ヨーク本体７５のコイル移動方向の中央部に開口７７を形成することにより、コイル移動方向における推力分布を両端部（始端及び終端）と略同じにして、コイル移動方向で略一定にすることができる。このように必要以上の推力を抑えるように、外側ヨーク７５Ａ及び内側ヨーク７５Ｂに開口７７を形成しているため、比重の高い鉄等の材質で構成されるヨーク７１の容積を減少させることができ、ＶＣＭ４７を軽くすることができる。しかも、必要な推力を確保することができる。外側ヨーク７５Ａは、保持筒４３の内周面に、図示省略の取付ネジによって固定される。
　図８に示すように、レンズ枠４４は開口４４Ａ，４４Ｂの周囲にコイル収納部４４Ｅが形成されている。図３に示すように、開口４４Ａ，４４Ｂには内側ヨーク７５Ｂが入れられる。コイル収納部４４Ｅにはコイル７３が収納される。開口４４Ａ，４４Ｂに内側ヨーク７５Ｂが入れられた後に、連結板７６の嵌合溝７６Ａに、外側ヨーク７５Ａ及び内側ヨーク７５Ｂの嵌合突片７５Ｄが嵌合されて、外側ヨーク７５Ａ，内側ヨーク７５Ｂ及び連結板７６が一体化される。
　コイル７３が通電されると、図１０に示すように、コイル７３が内側ヨーク７５Ｂに沿って移動する。コイル７３の移動により、コイル７３を保持するレンズ枠４４が移動する。この移動により、第１合焦レンズ２２が光軸方向の所定位置にセットされて合焦される。
　図３に示すように、合焦用位置センサ４８は、レンズ枠４４の光軸方向における位置を検出する。合焦用位置センサ４８は、棒状の位置検出用マグネット４８Ａと磁気センサ４８Ｂとを有している。位置検出用マグネット４８Ａは、レンズ枠４４のガイド枠５０に取り付けられている。磁気センサ４８Ｂは、例えば巨大磁気抵抗効果（GMR：Giant Magneto Resistive effect）を利用したＧＭＲ素子が用いられる。磁気センサ４８Ｂは、保持筒４３に取り付けられている。これにより、位置検出用マグネット４８Ａの磁気を検出して、磁気の強さに応じた検出信号を出力する。
　磁気センサ４８Ｂの出力信号は、フレキシブル基板４８Ｃ（図２参照）等を介してカメラ本体１６の制御部３０に送られる。制御部３０では、合焦用位置センサ４８の信号に基づきレンズ枠４４の光軸方向における位置を検出し、第１合焦レンズ２２を第１レンズ移動装置１１により所望の位置に移動して合焦を行う。
　図１に示すように、第２レンズ移動装置１２は、レンズ枠４４に第１合焦レンズ２２に代えて第２合焦レンズ２４が取り付けられている以外は、第１レンズ移動装置１１と同一に構成されている。このため、同一構成部材には同一符号を付して重複した説明を省略している。なお、第２レンズ移動装置１２は、取り付け方向を第１レンズ移動装置１１とは前後で逆向きにしているが、これは同じ向きにしてもよい。
　第１レンズ移動装置１１と第２レンズ移動装置１２との間には、絞り機構３３及び防振機構３４が取り付けられている。絞り機構３３は、光軸Ａｘに配された絞り羽根３３Ａを有している。この絞り羽根３３Ａにより形成される絞り開口の径を増減することにより、カメラ本体１６に入射する撮影光の光量が調整される。
　防振機構３４は、図示を省略したＸ方向ＶＣＭ及びＹ方向ＶＣＭを用いて、画像のブレを打ち消す方向にブレ補正レンズ２３をＸＹ面上で変位させる。これにより、画像ブレを補正する。
　次に、本実施形態の撮像装置１４の作用を説明する。レリーズ操作により撮影が開始されると、第１レンズ移動装置１１及び第２レンズ移動装置１２が作動して、第１合焦レンズ２２及び第２合焦レンズ２４が光軸方向に移動して、合焦制御が行われる。このように複数の合焦レンズ２２，２４を第１レンズ移動装置１１及び第２レンズ移動装置１２を用いて合焦制御を行うことにより、レンズ移動量が分散されるため、迅速な合焦が可能になる。特に、複数の合焦レンズ２２，２４を移動させるため、マクロ撮影において迅速且つ精度の良い合焦が可能になる。また、撮像装置１４のブレを検出すると、防振機構３４が作動して、ブレ補正レンズ２３をＸＹ面で移動させ、画像ブレが補正される。
　ＶＣＭ４７が駆動されると、コイル７３を介してレンズ枠４４が光軸方向に移動する。この移動は、レンズ枠４４に配される第１レール５１及び第２レール５２に、転動体４９Ａ～４９Ｃを接触させて行われる。且つ転動体４９Ａ～４９Ｃは付勢機構５４と第３レール５３とによって、第１レール５１及び第２レール５２に接触するように付勢される。これにより、第１転動体４９Ａと第２転動体４９Ｂ，４９Ｃとによって、第１レール５１及び第２レール５２が上下方向から挟持される。従って、レンズ枠４４を案内する第１レール５１及び第２レール５２と第１及び第２転動体４９Ａ～４９Ｃとの間に、摺動用の隙間を設ける必要がなくなる。これにより、レンズ枠４４がガタつくことなく光軸方向にスムーズに移動可能になる。
　また、図１６（Ｂ）に示す従来例のように、レンズ枠１０１の移動時の傾きに起因するレンズ停止位置のずれ量ＰＳが発生することがないため、移動停止直後状態及びその後の停止状態で、光軸上で第１合焦レンズ２２の位置がずれることがない。従って、第１合焦レンズ２２を目標位置に精度よく停止させることができる。これにより、精度良く合焦することができる。
　第１規制突起６１及び第２規制突起６２により、鉛直方向から見て第２転動体４９Ｂ，４９Ｃの間に第１転動体４９Ａを位置させることができ、３個の転動体４９Ａ～４９Ｃを用いて効率よくレンズ枠４４を光軸方向に案内することができる。
　レンズ駆動機構４２により、レンズ枠４４を一定範囲の一端側である基準位置に戻す初期化を行うことにより、初期化によって第１転動体４９Ａを第１規制突起６１に係止させ、第２転動体４９Ｂ，４９Ｃを第２規制突起６２に係止させることができる。転動体４９Ａ～４９Ｃは各レール５１～５３及び付勢板６７上で転動するため、本来は各レール５１～５３及び付勢板６７における各転動体４９Ａ～４９Ｃの相対位置は変動することがない。しかし、落下やその他の衝撃によってレール５１～５３及び付勢板６７での各転動体４９Ａ～４９Ｃの位置がずれてしまった場合にも、初期化によって各転動体４９Ａ～４９Ｃを基準位置に確実に戻すことができる。
　転動体は、金属製又はセラミック製を用いたが、この他に硬質合成樹脂製や合成樹脂の球面を硬質メッキしたもの等を用いることができる。セラミック製の球は、軽量であり、磁力の影響を受けないといった利点があり、より好ましく用いられる。また、金属製の球の場合で、磁力に感応する磁性体の場合には、マグネットの磁界の影響を受けて駆動性能が低下する懸念がある。このため、非磁性のステンレス（ＳＵＳ）製の球を用いる。磁性体の球では、マグネットと球の距離を十分離し、磁界の影響を無くすか又は少なくして用いる。また、転動体以外のその他の金属製の付勢板６７、ガイド軸５１Ａ，５１Ｂ、５２Ａ，５２Ｂ、５３Ａ，５３Ｂ、止め金具６０等も、非磁性のステンレス（ＳＵＳ）、硬質合成樹脂、又は表面を硬質メッキ処理した合成樹脂等で構成することが好ましい。
　なお、２個のレンズ移動装置１１，１２を用いて合焦制御しているが、１個のレンズ移動装置１１を用いて合焦制御してもよい。
　［変形例１］
　図６に示すように第１実施形態では、平板からなる付勢板６７と第１レール５１により第１転動体４９Ａを挟むように保持している。一方、第２転動体４９Ｂ，４９Ｃは、第２レール５２及び第３レール５３により挟持される。このため、第１転動体４９Ａと第２転動体４９Ｂ，４９Ｃとは直径が同じであるものの、接触位置が異なるため、転動直径が異なる。従って、例えば第１転動体４９Ａは転動の他に滑りが発生する。これを避けるために、図１１に示す変形例１では、付勢板６７に代えて１対のガイド軸７９Ａ，７９Ｂからなるガイドレール７９を配した付勢機構７８を用いている。
　この変形例１では、第１転動体４９Ａと第２転動体４９Ｂ，４９Ｃとの転動直径が同じになり、例えば第１転動体４９Ａの滑りを抑えて、レンズ枠４４をより滑らかに移動させることができる。なお、各変形例や各実施形態の説明において、第１実施形態と同一構成部材には同一符号を付して重複した説明を省略している。また、変形例やその他の実施形態において、第１転動体４９Ａは１個の他に、２個用いてもよい。この場合には、第１レール５１の間又はガイドレール７９の間で、第１方向中間位置に第２規制突起６２を設け、各転動体４９Ａ～４９Ｃの初期位置復帰を行うことが好ましい。なお、第１転動体４９Ａを２個用いた場合、２個の第１転動体４９Ａは、必ずしも２個の第２転動体４９Ｂ、４９Ｃの間に配されるとは限らない。
　［変形例２］
　図６に示すように第１実施形態では、第１レール５１と平板からなる付勢板６７とにより第１転動体４９Ａを挟むように保持している。これに対して、図１２に示す変形例２では、第１実施形態の第１レール５１と付勢板６７（共に図６参照）を上下逆に配して、付勢板９０を第１案内部材とし、第１レール９１を第４案内部材としている。第１レール９１は、２本の平行なガイド軸９１Ａ，９１Ｂから構成されている。第１レール９１は、付勢機構９２によって下方に向けて付勢されている。付勢機構９２は第１実施形態の付勢機構５４と略同様に構成されている。この場合にも、第１実施形態と同様に、レンズ枠４４がガタつくことなく光軸方向にスムーズに移動可能になる。従って、第１合焦レンズ２２を目標位置に精度よく停止させることができ、精度良く合焦が可能になる。
　なお、第１実施形態及び変形例１，２では、第１転動体４９Ａを第２転動体４９Ｂ，４９Ｃに向けて第１の付勢機構５４，７８で付勢したが、これに代えて又は加えて第２転動体４９Ｂ，４９Ｃを第１転動体４９Ａに向けて第２の付勢機構で付勢してもよい。第２の付勢機構は、図示は省略したが、第１の付勢機構５４，７８と同様に構成する。また、付勢機構５４，７８は保持筒４３に設けたが、これに代えてガイド枠５０内に設けてもよい。平板状案内部材としての付勢板６７，９０に代えて、図示は省略したが、ガイド溝付き案内部材を用いてもよい。ガイド溝付き案内部材は、直方体状の案内ブロックのガイド面に、断面がＶ字形のガイド溝を第１方向に有する。ガイド溝には転動体が移動自在に入れられる。
　［第２実施形態］
　上記第１実施形態では、ＶＣＭ４７を用いてレンズ駆動機構４２を構成したが、これに代えて、図１３に示す第２実施形態のレンズ移動装置８０のように、雌ネジ部８１、ネジ棒８２、及びステッピングモータ８３を用いて、レンズ駆動機構８４を構成してもよい。この場合には、第１実施形態のガイド溝４４Ｄ（図２参照）に代えて雌ネジ部８１をレンズ枠４４に設ける。また、ガイド棒５６（図２参照）に代えてネジ棒８２を用い、このネジ棒８２を雌ネジ部８１に螺合させる。更に、ネジ棒８２をステッピングモータ８３により回転する。ネジ棒８２が正転又は逆転することにより、雌ネジ部８１を有するレンズ枠４４を光軸方向の所定位置に精度良く位置決めすることができる。
　［第３実施形態］
　図１４に示す第３実施形態では、第１転動体４９Ｃ、第１レール５１及び付勢機構５４をガイド棒５６（図２参照）の側に偏心して設ける。例えば、光軸方向から見て、第２レール５２と第３レール５３とに挟持される第２転動体４９Ｂ，４９Ｃを通る鉛直線に対して、第１レール５１、付勢機構５４、及び第１転動体４９Ａを、ガイド棒５６側に偏心量ＯＳとして偏心して配置する。これにより、図８に示すように、第２転動体４９Ｂ，４９Ｃの中心を通る線を回転中心として、偏心量ＯＳの分だけガイド棒５６側に、付勢機構５４による付勢力に応じた回転力を付与することができる。この回転力の付与によって、ガイド溝４４Ｄ内でのガイド棒５６の嵌合ガタ内でガイド棒５６をガイド溝４４Ｄの一方に密着させ、嵌合ガタによるがたつきを無くすことができる。従って、嵌合ガタによるＸＹ面内での第１合焦レンズ２２の位置ずれを無くすことができる。
　なお、付勢機構５４による第１転動体４９Ａへの偏心付勢は、図１４とは逆に、ガイド棒５６側とは反対側の左側で行ってもよい。この場合にも、偏心付勢により嵌合ガタを無くすことができ、第１合焦レンズ２２の位置ずれを無くすことができる。
　上記各実施形態では、図２に示すように、ガイド溝４４Ｄとガイド棒５６との係合によって光軸方向と直交するＸＹ面内でレンズ枠４４が回転することを防止している。図１５に示す第３実施形態の変形例（変形例３）では、第３転動体８５を用いた第２ガイド機構８６により、レンズ枠４４のＸＹ面内での回転を規制している。この場合には、第３転動体８５による転動でレンズ枠４４が光軸方向に案内されるため、ガイド棒５６に対するガイド溝４４Ｄの摺動よりも移動抵抗が少なくなり、より一層滑らかにレンズ枠４４を案内することができる。
　第２ガイド機構８６は、レンズ枠４４のガイド溝４４Ｄ（図２参照）に代えて設けられるもので、第３転動体８５と、第５案内部材としての第５レール８７と、支持部材としてのガイド板８８とを有する。第５レール８７は、第２レール５２と同様に、１対のガイド軸８７Ａ，８７Ｂを備える。ガイド板８８は、保持筒４３に設けられる。なお、ガイド板８８に代えて支持部材として、第３レール５３と同様に、１対のガイド軸からなるレールを用いてもよい。
　本発明のレンズ移動装置１１，１２及びレンズ案内装置１０は合焦制御に用いられる他に、ズーム装置やその他の各種光学機器のレンズの移動に用いられる。
１０　　レンズ案内装置
１１　　第１レンズ移動装置
１２　　第２レンズ移動装置
１４　　撮像装置
１５　　レンズユニット
１６　　カメラ本体
１７　　撮像素子
１８　　コネクタ
１９　　光学系
２０　　鏡筒部材
２１　　第１レンズ
２２　　第１合焦レンズ
２３　　ブレ補正レンズ
２４　　第２合焦レンズ
２５　　第５レンズ
３０　　制御部
３３　　絞り機構
３３Ａ　絞り羽根
３４　　防振機構
３８　　合焦リング
４１　　取付ネジ
４２　　レンズ駆動機構
４３　　保持筒
４４　　レンズ枠
４４Ａ　開口
４４Ｂ　開口
４４Ｄ　ガイド溝
４４Ｅ　コイル収納部
４５　　ガイド機構
４６　　ベース板
４７　　ＶＣＭ
４８　　合焦用位置センサ
４８Ａ　位置検出用マグネット
４８Ｂ　磁気センサ
４８Ｃ　フレキシブル基板
４９Ａ　第１転動体
４９Ｂ，４９Ｃ　第２転動体
５０　　ガイド枠
５１　　第１レール
５１Ａ，５１Ｂ　ガイド軸
５２　　第２レール
５２Ａ，５２Ｂ　ガイド軸
５３　　第３レール
５３Ａ，５３Ｂ　ガイド軸
５４　　付勢機構
５６　　ガイド棒
６０　　止め金具
６１　　第１規制突起
６２　　第２規制突起
６３　　付勢枠
６３Ａ　取付片
６３Ｂ　取付穴
６３Ｄ　収納溝
６３Ｅ　ガイド穴
６４　　取付枠
６４Ａ　長穴
６４Ｂ　バネ収納穴
６４Ｃ　ガイド軸
６５　　コイルバネ
６６　　取付軸
６７　　付勢板
６８　　取付ネジ
７１　　ヨーク
７２　　マグネット
７３　　コイル
７５　　ヨーク本体
７５Ａ　外側ヨーク
７５Ｂ　内側ヨーク
７５Ｃ　連結部
７５Ｄ　嵌合突片
７６　　連結板
７６Ａ　嵌合溝
７７　　開口
７８　　付勢機構
７９　　ガイドレール
７９Ａ，７９Ｂ　ガイド軸
８０　　レンズ移動装置
８１　　雌ネジ部
８２　　ネジ棒
８３　　ステッピングモータ
８４　　レンズ駆動機構
８５　　第３転動体
８６　　第２ガイド機構
８７　　第５レール
８７Ａ，８７Ｂ　ガイド軸
８８　　ガイド板
９０　　付勢板
９１　　第１レール
９１Ａ，９１Ｂ　：ガイド軸
１０１　レンズ枠
Ａ１　　矢印
Ａｘ　　光軸
ＯＳ　　偏心量
ＰＳ　　ずれ量

Claims (13)

  1. 　レンズを保持するレンズ枠と、
    　前記レンズの光軸に平行な第１方向を向けて前記レンズ枠に配される第１案内部材と、
    　前記第１案内部材に接触して移動する第１転動体と、
    　前記第１案内部材と平行に且つ前記第１転動体とは反対側に前記第１案内部材に近接して前記レンズ枠に配される第２案内部材と、
    　前記第２案内部材に接触して移動する第２転動体と、
    　前記第２転動体を前記第１方向に移動可能に支持し、且つ前記第２案内部材と平行な第３案内部材と、
    　前記第１転動体を前記第１方向に移動可能に支持し、且つ前記第１案内部材と平行な第４案内部材と、
    　前記第１転動体及び前記第２転動体の一方を、前記第１転動体及び前記第２転動体の他方へ向けて付勢する付勢機構と
    を有するレンズ案内装置。
  2. 　前記第１案内部材、前記第２案内部材、前記第３案内部材、及び前記第４案内部材の少なくとも１つは、平板状案内部材又はガイド溝付き案内部材であり、他の案内部材は２本の平行なガイド軸である請求項１記載のレンズ案内装置。
  3. 　前記第１転動体及び前記第２転動体の一方は前記第１方向に離間して配される２個の球であり、
    　前記第１転動体及び前記第２転動体の他方は、前記第１方向に直交し且つ前記第１案内部材及び前記第２案内部材を並べた方向である第２方向から見て前記２個の球の間に配される１個の球である請求項２記載のレンズ案内装置。
  4. 　前記第１転動体は少なくとも１個の球であり、前記第２転動体は前記第１方向に離間して配される２個の球であり、
    　前記第１転動体の前記第１案内部材における一定範囲を超える移動を規制する第１規制突起と、
    　前記２個の球の間に配されて、前記第２転動体の前記第２案内部材における一定範囲を超える移動を規制する第２規制突起と
    を有する請求項２記載のレンズ案内装置。
  5. 　前記第１転動体及び前記第２転動体は前記第１方向に離間して配される２個の球であり、
    　前記第１案内部材及び前記第２案内部材の前記第１方向の中間位置から突出し、前記２個の球の間に配されて、前記各球の前記第１方向における一定範囲を超える移動を規制する規制突起を有する請求項２記載のレンズ案内装置。
  6. 　前記付勢機構及び前記第３案内部材が配され、前記レンズ枠を内部に保持する保持筒と、
    　前記保持筒に前記第１方向に配されるガイド棒と、
    　前記レンズ枠に配され、前記ガイド棒に摺動自在に接触し、前記レンズ枠を前記第１方向に移動自在に案内するガイド溝と
    　を備える請求項４又は５記載のレンズ案内装置。
  7. 　前記第１転動体は前記第２転動体に対し、前記ガイド棒の側又は前記ガイド棒とは反対側に、偏心して配される請求項６記載のレンズ案内装置。
  8. 　前記付勢機構及び前記第３案内部材が配され、前記レンズ枠を内部に保持する保持筒と、
    　前記レンズ枠に前記第１方向に配される第５案内部材と、
    　前記第５案内部材に接触して前記第１方向に移動する第３転動体と、
    　前記第３転動体を前記第１方向に移動可能に支持し、且つ前記第５案内部材と平行であり、前記保持筒に配される支持部材と
    　を備える請求項４又は５記載のレンズ案内装置。
  9. 　前記第１転動体は前記第２転動体に対し、前記第５案内部材の側又は前記第５案内部材とは反対側に、偏心して配される請求項８記載のレンズ案内装置。
  10. 　請求項６から９いずれか１項記載のレンズ案内装置と、
    　前記保持筒に配され、前記レンズ枠を光軸方向に移動するレンズ駆動機構と
    を有するレンズ移動装置。
  11. 　前記レンズ駆動機構は、ボイスコイルモータ、又は前記レンズ枠に螺合するネジ棒を有するステッピングモータである請求項１０記載のレンズ移動装置。
  12. 　前記レンズ駆動機構は、前記レンズ枠を前記一定範囲の一端側である基準位置に戻す初期化を行う請求項１１記載のレンズ移動装置。
  13. 　撮像部と、
    　前記撮像部に被写体像を結像させる請求項１０から１２いずれか1項記載のレンズ移動装置と
    　を有する撮像装置。
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