JP4533011B2 - 駆動伝達機構、該駆動伝達機構を有する光学機器、交換レンズ、撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動伝達機構、該駆動伝達機構を有する光学機器、交換レンズ、撮影装置に関し、例えばカメラやビデオカメラ等の撮影（撮像）装置や双眼鏡や天体望遠鏡等の観察装置などの光学機器や、撮影装置等に脱着可能な交換レンズ（レンズ鏡筒）に用いられる光学素子の駆動伝達機構に関するものであり、特に撮影機器に用いられるズーム用或いはフォーカス用の駆動伝達装置に関するものである。

従来のカメラ等に使用するズーム駆動伝達装置として、ギヤ等の回転軸とこれを支持する軸受等の保持部材との間の嵌合ガタによって生じる、振動や騒音を軽減するズーム駆動伝達装置が知られている。例えば特許文献１等では、このような騒音対策のために、ギヤ等の回転部材と保持部材間の嵌合ガタを、ラジアル方向にトーションバネで片寄せして付勢するカメラの駆動伝達機構が提案されている。
特開２００２−２０７２３７公報

しかしながら、特許文献１のカメラの駆動伝達機構では、トーションバネを用い、回転部材と保持部材間の勘合ガタをラジアル方向に付勢することにより振動や騒音等を軽減し得るが、外力によるギヤ破損を防止するための対策が図られていないものであった。そのため、このような構成では、例えばレンズ鏡筒が落下した際等に、連結ギヤ等に対する衝撃による破損を防ぐには、ギヤ材質の硬度を上げる方策しかないという問題を有していた。

本発明は、上記課題に鑑み、衝撃による外力が加わった際に、ギヤ材質の硬度を上げることなしに、衝撃によるギヤの破損等を防ぐことが可能となる駆動伝達機構、該駆動伝達機構を有する光学機器、交換レンズ、撮影装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するために、本発明の駆動伝達装置は、第１のギヤと、前記第１のギヤに駆動力を伝達する第２のギヤと、前記第２のギヤのギヤ軸の第１端を保持する第１保持構造と、前記ギヤ軸の第２端を前記第２のギヤの第２ギヤ軸の軸方向に移動自在な状態で保持する第２保持構造とを備える駆動伝達機構であって、
前記第１保持構造が前記第２ギヤ軸の前記第１端を前記第２ギヤ軸の軸方向において前記第２ギヤ軸から離れるにつれて断面積が漸減する凹部を用いて保持しており、
前記第２保持構造が前記第２ギヤ軸を前記第１端の方向に付勢する弾性部材を有していることを特徴としている。
また、本発明の駆動伝達装置は、前記第１保持構造が有する凹部は、円錐形状、角錐形状、円形状、楕円形状、放物面形状のいずれかであることを特徴としている。
また、本発明の駆動伝達装置は、前記第１保持構造は、前記第２ギヤ軸を嵌合する円錐形状の軸受けを有しており、該円錐形状の軸受けの根元径をＤとするとき、該根元径Ｄが以下を満たすことを特徴としている。
Ｄ≧Ｐ＋（ｍ×Ａ）
但し、
Ｐ：ギヤの軸径
ｍ：モジュール
Ａ：２以上の正の数
また、本発明の駆動伝達装置は、前記第１のギヤが出力ギヤであり、前記第２のギヤは前記第１のギヤに駆動力を伝達するギヤであることを特徴としている。
また、本発明の光学機器は、上記した何れかに記載の駆動伝達機構と、前記駆動伝達機構を用いて光学素子を駆動することを特徴としている。
また、本発明の交換レンズは、上記した何れかに記載の駆動伝達機構と、前記駆動伝達機構を用いて光学素子を駆動することを特徴としている。
また、本発明の撮影装置は、上記した何れかに記載の駆動伝達機構と、前記駆動伝達機構を用いて光学素子を駆動することを特徴としている。

本発明によれば、衝撃による外力が加わった際に、ギヤ材質の硬度を上げることなしに、衝撃によるギヤの破損等を防ぐことが可能となる駆動伝達機構、該駆動伝達機構を有する光学機器、交換レンズ、撮影装置を実現することができる。

本実施例の駆動伝達機構は、第１のギヤと、前記第１のギヤに駆動力を伝達する第２のギヤと、前記第２のギヤのギヤ軸の第１端を保持する第１保持構造と、前記ギヤ軸の第２端を前記第２のギヤの第２ギヤ軸の軸方向に移動自在な状態（これは以下に示す第２保持構造を貫通している構成を表している）で保持する第２保持構造とを備える駆動伝達機構であって、前記第２保持構造が前記第２のギヤ軸を前記第１端の方向に付勢する弾性部材を有しており、前記第２のギヤは、前記第２ギヤ軸の軸方向及び／又は軸と直角な方向（勿論両者の方向であることが好ましいが、一方であっても構わない）にずれ易くなるように配置されていることを特徴としている。
また、第１のギヤと、前記第１のギヤに駆動力を伝達する第２のギヤと、前記第２のギヤの第２ギヤ軸の第１端を保持する第１保持構造と、前記ギヤ軸の第２端を前記第２ギヤ軸の軸方向に移動自在な状態で保持する第２保持構造とを備える駆動伝達機構であって、
前記第１保持構造が前記第２ギヤ軸の前記第１端を、前記第２ギヤ軸の軸方向において前記第２ギヤ軸から離れるにつれて断面積が漸減する凹部（以下の図１におけるＹ方向に向かって徐々に断面積が減少するような構造、つまり、円錐形状、角錐形状、円形状、楕円形状、放物面形状であれば良いし、勿論その他の構成であっても構わない。第２のギヤ軸が傾いたとしてもギヤ軸を破損させずに、過大な曲げ応力がギヤ軸にかからない状態で保持可能な形状であることが望ましい。）を用いて保持しており、前記第２保持構造が前記第２ギヤ軸を前記第１端の方向に付勢する弾性部材を有しているように構成しても良い。さらに言えば、前述の凹部は、第２ギヤ軸の第２端側の断面積（径）は第２ギヤ軸の断面積（径）よりも大きいことが望ましい。
本発明を実施するための具体的な形態について、以下の実施例に基づいて説明する。

［実施例１］
実施例１は、本発明の構成を適用して撮影機器におけるズーム駆動伝達装置を構成した具体例である。
図１は沈胴ズームレンズを駆動するズーム駆動伝達装置の構成を示す図である。図２は、図１のズーム駆動伝達装置を有する撮影機器のズーム機構を構成する部品の斜視図である。
図３は上記ズーム機構における沈胴ズームレンズの主断面図であり、図３（ａ）は沈胴状態、図３（ｂ）は望遠端状態を示す図である。図３において、図２と同様の部品には同一番号が付されている。
図４は上記ズーム機構を搭載した沈胴ズームレンズの斜視図である。

まず、図２を用いて本実施例に用いるズーム機構の概略について説明する。
図２において、１は第１レンズ群１０１を保持する第１群鏡筒である。２は第２レンズ群１０２を保持する第２群鏡筒であり、３は先端キー、４はカムフォロアピンである。
５は固定筒であり、固定筒キー６、直進溝７を有する。８はカム環であり、カム溝９、カムギヤ１０、内径カム１１を有する。

ここで、不図示のギヤによりカムギヤ１０が回転駆動することにより、第２群鏡筒２および第１群鏡筒１が進退移動することで、ズーム動作する。
第１レンズ群を保持した第１群鏡筒１は、その内周３箇所に不図示のカムフォロアピンを有し、このカムフォロアピンはカム環８の外周に設けられたカム溝９に勘合する。
第２群鏡筒２は、同様のカムフォロアピン４を３箇所に有し、固定筒５の固定筒キー６を案内にして、カム環８の内周に設けられた内径カム１１に勘合する。したがって、カム環８を回動すると第２群鏡筒２は内径カム１１のリフト分だけ回転はせずに光軸方向に移動できる。また、この第２群鏡筒２には一体的な先端キー３が設けられ、第１群鏡筒内部の不図示の直進溝に勘合する。これにより、第１群鏡筒１もカム溝９のリフト分だけ光軸方向に進退する。

図３に示すように、カム環８の後端部のカムギヤ１０は撮影レンズの後端部に位置している。
また、図４において、１２は駆動源であるモータ、１３は一方の保持部材、１４は他方の保持部材、１５はモータ取り付け板金（板バネ）であり、モータ１２が保持部材１３にビス１６によって、ビス締め固定されている。
１７はズーム動作の駆動源であるズーム駆動伝達装置であり、上記したモータ１２、保持部材１３，１４、モータ取り付け板金１５を備え、後に図１を用いて説明するように、このズーム駆動伝達装置１７の出力ギヤに、カムギヤを噛み合せた状態で、ズームレンズにビス締め固定されている。

図１は、上記の図４で説明した本実施例における沈胴ズームレンズのズーム駆動伝達装置１７の具体的構成を示す図である。
このズーム駆動伝達装置は、所望のトルクをカムギヤ１０へ伝達するためのものであり、図１において１８はギヤ軸である。ギヤ１９は大ギヤ１９ａおよび小ギヤ１９ｂで構成されており、２０、２１、２２も同様に構成されている。ここで、２４はモータ１２の出力である第１のギヤ（入力ギヤ）であり、モータのトルクは噛み合いａによって第２のギヤ１９の大ギヤ１９ａへ、また１９の小ギヤ１９ｂは噛み合いｂによって第３のギヤ２０の大ギヤ２０ａへ、という構成で回転数を減速させることにより高トルク伝達を可能にしている。同様に第４のギヤ２１、第５のギヤ２２、出力ギヤ２３へもトルクを伝達し、最終ギヤであるカムギヤ１０を回転駆動している。

図５は従来例における沈胴ズームレンズのズーム駆動伝達装置１７の具体的構成を示す図である。図１と同一番号が付されている部品は、基本的に図１と同一機能を奏するものであるから、それらの説明は省略する。
ここで、上記従来例のものにおいて、落下等によって衝撃負荷が加わった際の問題点について説明する。例えば、落下等によって衝撃負荷がレンズ前側から加わることにより、カムギヤ１０が瞬間的に回動し、衝撃トルクがズーム駆動伝達装置の出力ギヤ２３へ加わった際、上記従来例の構成では、小型化設計され、また高減速比を達成するために、出力ギヤ２３と第５のギヤ２２ｂの噛み合いｅと第５のギヤ２２ａと第４のギヤ２１ｂの噛み合いｄでは、モジュールが変化している（ｅ＞ｄ）ことから、外的応力に耐え切れず、噛み合いｄにおけるギヤの破損が起こり易い。また、ギヤの噛み合い精度を保つためにギヤ軸を両保持部材に圧入固定することが一般的であり、そのため、ギヤの破損対策としてはギヤ材質の硬度を上げていく対策しか採り得ないのが現状であった。

これに対し、本実施例で図１に示す構造により、ギヤ材質の硬度を上げることなしに、つぎのようにギヤ等に対する衝撃による破損を防ぐことが可能となる。図１において、Ｄは円錐軸受け根元径を示し、Ｐは第３のギヤ２０および第５のギヤ２２の軸径を示す。
ここで、根元径Ｄが以下を満たす構成とする。
Ｄ≧Ｐ＋（ｍ×Ａ）
（但し、Ｐはギヤの軸径、ｍはモジュール、Ａは２以上の正の数）
第３のギヤ２０および第５のギヤ２２を有する軸１８を保持する保持部材１４の軸受け部においては円錐形状とされ、もう一方の保持部材１３の軸受け部においては軸貫通形状とされている。
また、ビス１６により保持部材１３にビス締め固定された板バネ１５によりＹ方向へ軸１８を付勢することで、ラジアル方向の軸ガタをなくした構造とされている。
いま、落下等によって衝撃負荷がレンズ前側から加わるとする。すると、カムギヤ１０が瞬間的に回動し、衝撃トルクがズーム駆動伝達装置の出力ギヤ２３へ加わる。
図６に、レンズ正面から見た際のカムギヤ１０およびズーム駆動伝達装置内部のギヤ配列を示す。ここで、図１と同様の部品には同一番号が付されている。
このとき、カムギヤ１０の回転方向がレンズ正面から見て時計回り方向だとすると、出力ギヤ２３はレンズ正面から見て反時計回り方向に回転する。よって、出力ギヤ２３と第５のギヤ２２ｂの噛み合いｅにおいては、レンズ正面から見て右方向の接線力が働き、次の第５のギヤ２２ａと第４のギヤ２１ｂの噛み合いｄにおいては、レンズ正面から見て左方向の接線力が働くことになる（モジュール：ｅ＞ｄ）。

本発明の構造では、レンズに落下等によって衝撃負荷がレンズ前側から瞬間的に加わった時、保持部材１４の円錐軸受け形状と勘合するギヤ軸１８の先端は、保持部材１４の円錐軸受け形状に沿って円錐根元へ向かい、同時にギヤ軸１８全体がＸ方向へずれる。すると、ｄ部のギヤの噛み合いが外れ、ギヤが空転する。衝撃力が加わった後は、ギヤ軸１８は板バネ１５の付勢力により再び元の位置（円錐軸受け径中心部およびＹ方向）に戻り、ズーム駆動伝達装置は本来のズーム動作に復帰する。ここで、円錐軸受け形状の配置については、ズーム駆動伝達装置内の出力ギヤ２３が保持部材１４に近いことから、保持部材１４内に配置されている（ズーム駆動伝達装置内で一番噛み合い接線力が大きいギヤの近くに配置する）。
ここで、本実施例においては、衝撃が加わった際にギヤの噛み合いが外れるのを円滑にするために、第１のギヤ２４と出力ギヤ２３を一直線で結んだ際、出力ギヤ２３（０段とする）から第１のギヤを見て、
奇数段目の場合：出力ギヤ２３とギヤ２２ｂ間の接線力方向と同方向へ、
偶数段目の場合：出力ギヤ２３とギヤ２２ｂ間の接線力方向と逆方向へ、
これらのギヤ軸の位置を、噛み合いに影響のない範囲内で任意量ずらすように構成することが望ましい。

以上の本実施例によれば、ギヤ軸を保持する際、ギヤ軸の一端の保持手段としての第１保持構造の形状を円錐軸受け形状（凹形状）とし、かつその円錐軸受けの径が一番大きい部分の径（根元径）をギヤ軸の径よりも大きく設定し（ガタ設定にし）ている。そして、ギヤ軸の他端は、ギヤ軸の他端の保持手段としての第２の保持構造の一部を貫通し、貫通したギヤ軸を板バネ等により弾性力を用いて前述の第１の保持構造側に押し付ける（付勢する）ような構成としている。具体的には、ギヤ軸が第２の保持構造が有する板部分を貫通しており、その板部分に対して板バネをビス等の固定手段で取り付け、ギヤ軸を軸方向に第１の保持構造の方に付勢するように構成する一方、ギヤ軸を若干ずらすように配置している。これにより、落下等による衝撃力が加わった際に、軸が容易にラジアル方向およびスラスト方向にずれて、ギヤの噛み合いが外れ空転するようにすることで、衝撃によるギヤの破損を防ぐことが可能となる。
さらに、ギヤ軸を保持する保持部材における円錐軸受け形状の配置は、ギヤの噛み合いが複数あるような構成の場合には、そのズーム駆動伝達装置内で一番噛み合い接線力が大きいギヤの近くに配置する構成を採ることが好ましい。そのようにすれば、ギヤ等に対する衝撃による破損を防ぐ効果をより大きくすることが可能となる。これにより、従来ではギヤの破損対策にはギヤ材質の硬度を上げることでしか方策がなかったという問題を、単純な小型化した構成により解消することが可能となる。

［実施例２］
実施例２は、実施例１の構成を適用して撮影機器のズーム駆動伝達装置を構成した具体例である。
図７に撮影機器のズーム駆動伝達装置のブロック構成図を示す。
図７において、レンズを通してＣＣＤ４１に結像した被写体の像はカメラ信号処理回路４２で所定の増幅やγ補正等の処理が施される。これらの所定の処理を受けた映像信号からＡＦゲート４３もしくはＡＥゲート４４を通過して所定の領域のコントラスト信号を取り出す。特にＡＦゲート４３を通過したコントラスト信号はＡＦ回路４５により高域成分に関する１つもしくは複数の出力を生成する。ＣＰＵ４６ではＡＥゲート４４の信号レベルに応じて、露出が最適であるかどうかを判別し、最適でない場合には絞りシャッター駆動源５０を介して、最適な絞り値もしくはシャッター速度で、同駆動源を駆動する。

オートフォーカス動作では、ＡＦ回路４５にて生成された出力がピークを示すようにＣＰＵ４６がフォーカス駆動源であるＳＴＭ（ステッピングモータ）駆動回路５２を駆動制御する。
また、訂正露出を得るために、ＣＰＵ４６は、ＡＥゲート４４を通過した信号出力の平均値を所定の値として、絞りエンコーダ４９の出力がこの所定の値となるように絞りシャッター駆動源５０を駆動制御して、開口径をコントロールする。４７はフォトインタラプタなどのエンコーダを用いたフォーカス原点センサーである。フォーカス原点センサー４７はフォーカスレンズ群の光軸方向の絶対位置を検出する為の絶対基準位置を検出する。
４８はフォトインタラプタなどのエンコーダを用いたズーム原点センサーである。ズーム原点センサー４８はズームレンズ群の光軸方向の絶対位置を検出する為の絶対基準位置を検出する。

本実施例では、フォーカス、ズームともにステッピングモータを用いており、フォーカス、ズームともに前述したような基準位置に鏡筒を配置してから、ステッピングモータに入力する動作パルス数を連続してカウントする方法を用いるのが一般的である。ただしフォーカス、ズームの駆動源は、ＤＣモータやリニアモータなどを用いる場合は、ボリュームなどの絶対位置エンコーダを用いたり、あるいは、その他の磁気式、光学式の位置検出装置を用いたりする。

本実施例では主にズーム駆動伝達装置の構成について詳細に述べてきたが、本実施例はそれに限らず、このズーム駆動伝達装置を組み込んだ交換レンズ（レンズ鏡筒）や、その交換レンズを用いたカメラ（撮像）システムにも適用可能である。勿論、このズーム駆動伝達装置を組み込んだカメラやビデオカメラ等の撮影装置（撮像装置）や、それらの撮影装置を組み込んだ携帯電話や、天体望遠鏡、双眼鏡、顕微鏡等の観察装置や、その他様々な光学機器に適用することが可能である。また、ズーム駆動伝達装置と記載したが、勿論ズーム駆動以外の駆動、例えばフォーカス調整時のレンズ等の光学素子の駆動や、起動時の駆動や、その他収差を補正する等の光学特性を変化させるための光学素子の駆動にも、本実施例のズーム駆動伝達装置の構成は適用することができる。

本発明の実施例１における沈胴ズームレンズを駆動するズーム駆動伝達装置の構成を示す図。 本発明の実施例１における図１に示すズーム駆動伝達装置を有する撮影機器のズーム機構を構成する部品の斜視図。 本発明の実施例１における図２に示すズーム機構における沈胴ズームレンズの主断面図であり、３（ａ）は沈胴状態、（ｂ）は望遠端状態を示す図。 本発明の実施例１における図２に示すズーム機構を搭載した沈胴ズームレンズの斜視図。 従来例における沈胴ズームレンズを駆動するズーム駆動伝達装置の構成を示す図であり、本発明の実施例１の構成と比較するための図。 本発明の実施例１を説明するレンズ正面から見た際のカムギヤ１０およびズーム駆動伝達装置内部のギヤ配列を示す図。 本発明を実施した沈胴ズームレンズを用いた光学機器のブロック構成図。

符号の説明

１０：カムギヤ
１２：モータ
１３：一方の保持部材
１４：他方の保持部材
１５：モータ取り付け板金（板バネ）
１８：ギヤ軸
１９：第２のギヤ
１９ａ：第２のギヤの大ギヤ
１９ｂ：第２のギヤの小ギヤ
２０：第３のギヤ
２０ａ：第３のギヤの大ギヤ
２０ｂ：第３のギヤの小ギヤ
２１：第４のギヤ
２１ａ：第４のギヤの大ギヤ
２１ｂ：第４のギヤの小ギヤ
２２：第５のギヤ
２２ａ：第５のギヤの大ギヤ
２２ｂ：第５のギヤの小ギヤ
２３：出力ギヤ
２４：第１のギヤ（入力ギヤ）

Claims (7)

1. 第１のギヤと、前記第１のギヤに駆動力を伝達する第２のギヤと、前記第２のギヤの第２ギヤ軸の第１端を保持する第１保持構造と、前記ギヤ軸の第２端を前記第２ギヤ軸の軸方向に移動自在な状態で保持する第２保持構造とを備える駆動伝達機構であって、
   前記第１保持構造が前記第２ギヤ軸の前記第１端を前記第２ギヤ軸の軸方向において前記第２ギヤ軸から離れるにつれて断面積が漸減する凹部を用いて保持しており、
   前記第２保持構造が前記第２ギヤ軸を前記第１端の方向に付勢する弾性部材を有していることを特徴とする駆動伝達機構。
2. 前記第１保持構造が有する凹部は、円錐形状、角錐形状、円形状、楕円形状、放物面形状のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の駆動伝達機構。
3. 前記第１保持構造は、前記第２ギヤ軸を嵌合する円錐形状の軸受けを有しており、該円錐形状の軸受けの根元径をＤとするとき、該根元径Ｄが以下を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の駆動伝達機構。
   Ｄ≧Ｐ＋（ｍ×Ａ）
   但し、
   Ｐ：ギヤの軸径
   ｍ：モジュール
   Ａ：２以上の正の数
4. 前記第１のギヤが出力ギヤであり、前記第２のギヤは前記第１のギヤに駆動力を伝達するギヤであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の駆動伝達機構。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の駆動伝達機構と、前記駆動伝達機構を用いて光学素子を駆動することを特徴とする光学機器。
6. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の駆動伝達機構と、前記駆動伝達機構を用いて光学素子を駆動することを特徴とする交換レンズ。
7. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の駆動伝達機構と、前記駆動伝達機構を用いて光学素子を駆動することを特徴とする撮影装置。

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