JP2005122026A - レンズ鏡筒および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型であって、一部のレンズのみを移動でき、レンズ移動範囲が大きいレンズ鏡筒を提供する。
【解決手段】 レンズ鏡筒２４は、円筒状の固定子２５と回転子２６とからなるブラシレスＤＣモータとして構成されている。固定子２５のケース２７の内周面にはコイル２９が配設されており、さらにその内周側には円筒形のレンズ支持枠３２が配設されている。レンズ支持枠３２にはねじ３２ａが形成されている。回転子２６は、可動レンズ３３の外周部に永久磁石３４を固着した構成を有し、永久磁石３４の外周面にはねじ３２ａと螺合するねじ３４ａが形成されている。回転子２６が回転すると、可動レンズ３３が光軸方向に移動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鏡筒内においてレンズを有する可動部を回転させることにより光軸方向に移動させるレンズ鏡筒および該レンズ鏡筒を備えた撮像装置に関する。

近年のビデオカメラ、テレビカメラ、一眼レフレックスカメラ、シネカメラ、監視カメラ、カメラ付き携帯電話機などにおいては、小型化を目的として、従来のカム環により変倍レンズと焦点調節レンズを連動させるズームレンズに替えて、カム環を廃止し、変倍レンズと焦点調節レンズをそれぞれ独立したモータで所定の関係を保つように駆動するいわゆる電子カム方式のズームレンズが用いられるようになった。特許文献１には、このような方式のズームレンズを用いたビデオカメラに好適なレンズ鏡筒が示されている。このレンズ鏡筒は、変倍レンズと焦点調節レンズを駆動するために円筒形のＰＭ型ステッピングモータが用いられている。

一方、特許文献２には、レンズ構体を有する可動側レンズ鏡筒を固定側レンズ鏡筒に相対的に回動させながら光軸方向に前後移動できるように構成し、可動側レンズ鏡筒の周面部にＮ極、Ｓ極の磁極を交互に有する界磁マグネットを固設したレンズ鏡筒装置が示されている。
特開平５−２８１４５５号公報 特開昭５９−１５９１１２号公報

図４は、特許文献１に示されたレンズ鏡筒を示している。このレンズ鏡筒１が用いるズーム駆動用、フォーカス駆動用のステッピングモータ２、３は、小さいものでもモータ外径が１０ｍｍ程度あるため、当該ステッピングモータ部分が円筒形状のレンズ鏡筒１から出っ張る。その結果、レンズ鏡筒１の最大外径が大きくなり、ビデオカメラが大型化し携帯性を悪化させてしまうという問題があった。

図５は、特許文献２に示されたレンズ鏡筒を示している。このレンズ鏡筒４の場合、複数のレンズ５、６、７により一つのレンズ構体８が構成され、このレンズ構体８の全体が一体的に光軸方向に移動する。このため、例えばフォーカス調節をするために一部のレンズのみの移動ができないという不都合がある。

また、固定側レンズ鏡筒９の内周面および可動側レンズ鏡筒１０の突起部１１の外周部にはそれぞれ螺子部９ａおよび１１ａが形成されているが、固定側レンズ鏡筒９の内周面にはコアレス電機子巻線１２も配設されているため、可動側レンズ鏡筒１０の移動範囲が電機子巻線１２によって限定されてしまう。この移動範囲を拡大するためには電機子巻線１２を小型化すればよいが、小型化するとモータ出力トルクが減少してしまう。さらに、レンズ鏡筒４は、可動側レンズ鏡筒１０の構造上、外形が大きくなってしまうという欠点があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型であって、一部のレンズのみを移動でき、さらにそのレンズ移動範囲を大きくとれるレンズ鏡筒および該レンズ鏡筒を備えた撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載のレンズ鏡筒は、鏡筒内においてレンズを有する可動部を回転させることにより光軸方向に移動させるレンズ鏡筒であって、前記可動部は、前記レンズの外周部に、Ｎ極とＳ極の磁極を交互に有する２Ｐ極（Ｐは２以上の整数）の界磁マグネットが固着された構成を備え、前記鏡筒は、前記界磁マグネットを包囲するように筒状に配設された非磁性材からなるレンズ支持枠と、当該レンズ支持枠の外周面側に配設された電機子巻線とを備えていることを特徴とする。

この構成によれば、電機子巻線を備えた鏡筒を固定子（ステータ）とし、界磁マグネットを備えた可動部を回転子（ロータ）とするブラシレスＤＣモータが構成され、レンズを有する可動部が鏡筒内で回転することにより（例えば請求項２に記載したように螺合しながら）光軸方向に移動する。そして、可動部においては、レンズの外周部に界磁マグネットが固着されており、この界磁マグネットが鏡筒のレンズ支持枠に支持されるため、他の支持部材が不要となる。この構造により、可動部の径をレンズの径に近づけることができるとともに、可動部の光軸方向の長さをレンズの厚み程度にまで短くすることができ、可動部ひいてはレンズ鏡筒の小型化が図られる。

また、鏡筒においては、電機子巻線がレンズ支持枠の外周面側に配設されているので、可動部は、電機子巻線によって移動を妨げられることがなく、電機子巻線への通電により界磁マグネットに対し磁界が作用する範囲内を自由に移動することができる。また、可動部の界磁マグネットと電機子巻線との間に介在するレンズ支持枠は非磁性材からなるので、モータ発生トルクを低減させることもない。

さらに、１つのレンズ支持枠に対して複数の可動部を設けることが可能となる。この場合、可動部ごとに界磁マグネットの磁極数２Ｐを変えたり、各可動部の移動範囲に対応させて個別に電機子巻線を設けたり、各可動部の移動範囲に対応させてレンズ支持枠の構造（例えば螺子のピッチ）を変えることにより、レンズごとに独立して移動させることが可能となる。

請求項３記載のレンズ鏡筒は、鏡筒内においてレンズを有する可動部を回転させることにより光軸方向に移動させるレンズ鏡筒であって、前記可動部は、前記レンズの外周部に、Ｎ極とＳ極の磁極を交互に有する２Ｐ極（Ｐは２以上の整数）の界磁マグネットが固着された構成を備え、前記鏡筒は、前記界磁マグネットを包囲するように光軸方向に延びた複数の磁極片を有する２つのステータヨークが互いの磁極片が隣り合うように組み合わされたクローポール型のステータと、前記磁極片の外周面側に配設された電機子巻線とを備えていることを特徴とする。

この構成によれば、電機子巻線を備えた鏡筒を固定子（ステータ）とし、界磁マグネットを備えた可動部を回転子（ロータ）とするクローポール型のステッピングモータが構成され、レンズを有する可動部が鏡筒内で回転することにより（例えば請求項４に記載したように螺合しながら）光軸方向に移動する。また、鏡筒において、電機子巻線がクローポール型の磁極片の外周面側に配設されているので、可動部は、電機子巻線によって移動を妨げられることがなく、電機子巻線への通電により磁界が作用する範囲内を自由に移動することができる。

請求項９記載の撮像装置は、上述したレンズ鏡筒と、そのレンズ鏡筒を通過した光を電気信号に変換する画像センサとを備えて構成されており、小型であって且つ広範な変倍調節および焦点調節が可能となる。

本発明のレンズ鏡筒によれば、可動部のレンズの外周部に界磁マグネットが固着されているので、可動部ひいてはレンズ鏡筒を小型化することができる。また、可動部の移動経路内には電機子巻線が設けられていないので、可動部の移動範囲を大きくとれる。さらに、各レンズを独立して移動させることができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１および図２を参照しながら説明する。
図１は、フォーカス調節機能を備えた撮像装置の縦断面図であり、図２は、レンズ鏡筒の横断面図である。この撮像装置２１は、基板２２上に組み付けられた画像センサ２３とレンズ鏡筒２４とから構成されており、図１において上方に位置する被写体（図示せず）からの光をレンズ鏡筒２４を通して画像センサ２３に入射させ、それを電気信号に変換するようになっている。

レンズ鏡筒２４は、基板２２に固定された円筒状の固定子２５（鏡筒に相当）と、その固定子２５内において回転しながら光軸方向に移動する回転子２６（可動部に相当）とから構成されている。これら固定子２５と回転子２６は、ブラシレスＤＣモータを構成している。固定子２５において、円筒形状のケース２７は鉄などの磁性材により構成されており、鏡筒としての機能のみならずモータヨークとしての機能も兼ね備えている。

上記ケース２７の被写体側先端部はやや肉厚とされており、当該肉厚部の内周面に設けられた溝部（図示せず）には固定レンズ２８が嵌め込まれている。ケース２７の内周面には、偏平に巻回されたコイル２９（電機子巻線に相当）が搭載されたフレキシブル基板３０が全周に亘って配設されており、そのフレキシブル基板３０の下端部（基板２２側）は、磁性材からなる円環形状の保持部材３１によってケース２７に押さえ付けられている。この保持部材３１は、上記ケース２７とともにモータヨークとして機能する。コイル２９は、三相スター結線されており、フレキシブル基板３０に形成されたパターンを介して基板２２上に設けられた駆動回路（図示せず）に接続されている。

さらに、全体として円筒状に配設されたコイル２９の内周面には、円筒形をなすレンズ支持枠３２が設けられている。このレンズ支持枠３２は、コイル２９が配設されている範囲に対応して設けられており、レンズ支持枠３２の内周面にはねじ３２ａが形成されている。レンズ支持枠３２は、コイル２９と後述する永久磁石３４との間に介在することになるが、樹脂製であるためモータ発生トルクを低減させることはない。

一方、回転子２６は、可動レンズ３３の外周部に、Ｎ極とＳ極の磁極を交互に有する２Ｐ極（Ｐは２以上の整数）の永久磁石３４（界磁マグネットに相当）が固着された構成を有している。永久磁石３４は、樹脂マグネット（ボンド磁石）であって、その外周面には上記ねじ３２ａと螺合するねじ３４ａが形成されている。
次に、本実施形態の作用について説明する。

フォーカス調節をするには、駆動回路によりコイル２９に通電して回転子２６を回転させる。固定子２５と回転子２６はブラシレスＤＣモータを構成するため、回転子２６について永久磁石３４の磁極位置の検出が必要となる。磁極位置の検出にはホールＩＣなどを用いるが、モータ電流やモータ電圧を用いて磁極位置を推定することによりセンサレス駆動としてもよい。

回転子２６が回転することにより、回転子２６と固定子２５とが螺合した状態で回転子２６すなわち可動レンズ３３が光軸方向に前後移動し、画像センサ２３の出力信号に基づいて、例えばコントラストが最良となるように可動レンズ３３の位置調節が行われる。この場合、可動レンズ３３は、コイル２９と永久磁石３４との間に電磁力が作用し合う範囲内、すなわち本実施形態では図１に示すように鏡筒内においてコイル２９が配設されている範囲内であれば、自由に移動することができる。

撮像装置２１が使用停止状態にある時には、回転子２６は、遠焦点側の限界到達位置（例えば回転子２６が最も画像センサ２３側に移動した位置）または近焦点側の限界到達位置（例えば回転子２６が最も固定レンズ２８側に移動した位置）の何れかで待機する。このようにすると、撮像装置２１が使用状態に移行した時に、フォーカス調節が完了するまでに要する時間を短縮することができる。

以上説明したように、本実施形態の撮像装置２１に用いられるレンズ鏡筒２４は、可動レンズ３３の外周部に永久磁石３４が固着されており、この永久磁石３４が固定子２５のレンズ支持枠３２に支持されるため、回転子２６の径を可動レンズ３３の径に近づけることができるとともに、回転子２６の光軸方向の長さを可動レンズ３３の厚み程度にまで短くすることができ、回転子２６ひいてはレンズ鏡筒２４を小型化することができる。また、コイル２９がレンズ支持枠３２の外周面側に配設されているので、回転子２６は、コイル２９に妨げられることなく広範囲の移動が可能となる。

こうした特長により、１つのレンズ支持枠３２に対して複数の回転子２６（可動レンズ３３）を設けることが可能となる。この場合、回転子２６ごとに永久磁石３４の磁極数を変えたり、各回転子２６の移動範囲に対応させて個別にコイル２９を設けたり、各回転子２６の移動範囲に対応させてレンズ支持枠３２のねじ３２ａのピッチを変えることにより、可動レンズ３３ごとに独立して或いは相互に所定の関係を保ちながら移動させることが可能となる。これにより、フォーカス調節機能とズーム調節機能とを備えた小型のレンズ鏡筒を得られる。なお、本実施形態の撮像装置２１は、ビデオカメラ、テレビカメラ、一眼レフレックスカメラ、シネカメラ、監視カメラ、カメラ付き携帯電話機などに広く適用できる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図３を参照しながら説明する。
図３は、レンズ鏡筒の固定子構造を示すもので、固定レンズ２８は省略されている。この固定子（ステータ）３５の内側には、上述した回転子２６が回転可能に設けられるようになっている。本実施形態のレンズ鏡筒は、固定子３５と回転子２６がクローポール型のステッピングモータを構成している。

すなわち、固定子ヨーク３６において、基板２２（図１参照）上に載置される円環形状の底ヨーク部３６ａの内周縁からは一定間隔で周方向に並んだ複数のクローポール３７が光軸方向に立ち上がって内ヨーク部３６ｂが形成されており、底ヨーク部３６ａの外周縁からは光軸方向に円筒形の外ヨーク部３６ｃが形成されている。また、これと組み合わされる固定子ヨーク３８においては、円環形状の底ヨーク部３８ａの内周縁から一定間隔で周方向に並んだ複数のクローポール３９が光軸方向に立ち上がり内ヨーク部３８ｂが形成されている。

周状に並んだクローポール３７、３９（磁極片に相当）は先端ほど幅狭となる形状を有しており、固定子ヨーク３６と３８（ステータヨークに相当）は、クローポール３７と３９が周方向に千鳥状に並ぶように組み合わされている。周状に並ぶクローポール３７、３９の内周側の面には、それぞれねじ３２ａ（図１参照）と螺合するねじ３７ａ、３９ａ（細線で示す）が形成されている。固定子ヨーク３６の内ヨーク部３６ｂと外ヨーク部３６ｃとの間には、環状に巻回されたコイル４０が収容されている。

この構成において、駆動回路（図示せず）からコイル４０にパルス状の電流が供給されると、回転子２６が固定子３５と螺合した状態で回転し、可動レンズ３３（図１参照）が光軸方向に前後移動する。フォーカス調節の方法および使用停止状態における回転子２６の待機位置については、第１の実施形態と同様である。

本実施形態によっても、コイル４０がクローポール３７、３９の外周面側に配設されているので、回転子２６は、コイル４０によって移動を妨げられることがなく、コイル４０への通電により磁界が作用する範囲内を自由に移動することができる。また、永久磁石３４が固定子３５のクローポール３７、３９に支持されるため、回転子２６ひいてはレンズ鏡筒を小型化することができる。さらに、可動レンズ３３ごとに独立して移動させることも可能となる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
可動レンズ３３の外周面に蒸着などによって磁性粉を固着し、その固着した磁性粉にねじを形成してもよい。また、永久磁石３４ではなく可動レンズ３３の外周面にねじを設けてもよい。

可動レンズ３３と永久磁石３４とからなる回転子２６の全体を一体成型により構成してもよい。これにより、精度を高めることができ、製作コストも低減できる。
固定レンズまたは可動レンズの数およびレンズ群を増やしてもよく、レンズ形状は凹凸に限定されない。
第２の実施形態において、周状に並んだクローポール３７、３９の内周側（回転子側）にレンズ支持枠を設け、このレンズ支持枠にねじ部を設けてもよい。

本発明の第１の実施形態を示す撮像装置の縦断面図 レンズ鏡筒の横断面図 本発明の第２の実施形態を示す固定子の斜視図 従来技術を示すレンズ鏡筒の分解斜視図 他の従来技術を示すレンズ鏡筒の縦断面図

符号の説明

２１は撮像装置、２３は画像センサ、２４はレンズ鏡筒、２５は固定子（鏡筒）、２６は回転子（可動部）、２９、４０はコイル（電機子巻線）、３２はレンズ支持枠、３３は可動レンズ（レンズ）、３４は永久磁石（界磁マグネット）、３５は固定子（ステータ）、３６、３８は固定子ヨーク（ステータヨーク）、３７、３９はクローポール（磁極片）である。

Claims (9)

1. 鏡筒内においてレンズを有する可動部を回転させることにより光軸方向に移動させるレンズ鏡筒であって、
   前記可動部は、前記レンズの外周部に、Ｎ極とＳ極の磁極を交互に有する２Ｐ極（Ｐは２以上の整数）の界磁マグネットが固着された構成を備え、
   前記鏡筒は、前記界磁マグネットを包囲するように筒状に配設された非磁性材からなるレンズ支持枠と、当該レンズ支持枠の外周面側に配設された電機子巻線とを備えていることを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 前記界磁マグネットの外周面と前記レンズ支持枠の内周面に互いに螺合する螺子部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のレンズ鏡筒。
3. 鏡筒内においてレンズを有する可動部を回転させることにより光軸方向に移動させるレンズ鏡筒であって、
   前記可動部は、前記レンズの外周部に、Ｎ極とＳ極の磁極を交互に有する２Ｐ極（Ｐは２以上の整数）の界磁マグネットが固着された構成を備え、
   前記鏡筒は、前記界磁マグネットを包囲するように光軸方向に延びた複数の磁極片を有する２つのステータヨークが互いの磁極片が隣り合うように組み合わされたクローポール型のステータと、前記磁極片の外周面側に配設された電機子巻線とを備えていることを特徴とするレンズ鏡筒。
4. 前記界磁マグネットの外周面と前記ステータの磁極片の内周面に互いに螺合する螺子部が形成されていることを特徴とする請求項３記載のレンズ鏡筒。
5. 前記可動部は、使用停止状態において、遠焦点側の限界到達位置または近焦点側の限界到達位置の何れかで待機することを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載のレンズ鏡筒。
6. 前記界磁マグネットは、樹脂マグネットからなることを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載のレンズ鏡筒。
7. 前記可動部は、前記レンズの外周面に磁性粉が固着された構成を有していることを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載のレンズ鏡筒。
8. 前記レンズの外周面に螺子部が形成されていることを特徴とする請求項７記載のレンズ鏡筒。
9. 請求項１ないし８の何れかに記載のレンズ鏡筒と、
   そのレンズ鏡筒を通過した光を電気信号に変換する画像センサとを備えたことを特徴とする撮像装置。
   
   

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