JP4694851B2 - 沈胴式レンズ鏡筒 - Google Patents
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Description
このデジタルカメラに用いられるレンズ鏡筒においては、撮影時にカメラ本体からレンズ鏡筒が繰り出されてズーミングを行い、非撮影時にはカメラ本体に収納されるいわゆる沈胴式のレンズ鏡筒が用いられている。
このような沈胴式のレンズ鏡筒として、通常、光学3倍程度のズーム倍率においては、3群ズーム光学系が採用されている。ズーム動作時には、最も物体側に配置された1群レンズと、その1群レンズの像面側に配置された2群レンズとの面間隔を変化させることにより行うが、その構成は、固定環(15)に設けられたカム溝と、カム環(12)に設けられたカム溝の軌跡の合成和によって定まることが開示されている。(例えば、特許文献1を参照。)
また特許文献2には、固定筒(16)にカム溝(24)を形成する方法として、貫通のカム溝を用いた方法が採用されている。この固定筒(16)におけるカム溝(24)の樹脂成型方法については、外スライド方式を用いることにより、図13に示すように、外側に拡がるテーパ状のカム溝が形成されている。このカム溝(24)には、固定枠(15)の内側に配置された駆動枠(15)の外周に設けられた3本のカムピン(25)が係合することにより、駆動枠(15)が光軸方向に移動する。一般に、外側に拡がるテーパ状のカム溝(25)では、金型の構成上、カム溝の一番内側(光軸側)はエッジ形状となるため、その内側に配置されたカムピン(25)が係合する際には、カム溝のエッジとカムピンとが摺動することになり、精度、あるいは耐久性の観点での課題が生じるが、特許文献2においては、カム溝の精度が必要なズーム領域では、カム溝(25)が光軸に対して直交するように形成されているため、カム溝(25)にテーパを設ける必要がなく、この課題を回避している。
上記特許文献1の沈胴式レンズ鏡筒では、ズーム倍率が3倍程度であるため、3群ズーム光学系が採用されているが、ズーム倍率が6倍程度に大きくなると、ズーム倍率に応じて各レンズ群の間隔を大きくする必要があるため、各レンズ群の動きが複雑になる。さらに、レンズ鏡筒の小型化を達成するためには、沈胴時の全長を出来る限り短くすることが重要であるが、例えば、ズーム時の最大光学全長に対し、沈胴時の全長を半分以下とするような小型化を達成するためには、従来の沈胴式の構成では困難であった。
1群保持枠2は、1群レンズL1を保持している。1群保持枠2の後端外周には、その3箇所(例えば120゜間隔)に先端がテーパ状のカムピン2aが設けられ、それらの基部には円形の凸部2bが形成されている。なお、カムピン2aについては、1群保持枠2に対し、金属製のカムピンを圧入等して、別途取り付けても良い。
2群保持枠3は、2群レンズL2を保持している。2群保持枠3には、その3箇所に延長部3cが設けられている。その各延長部3cには、先端がテーパ状のカムピン3aが設けられ、それらの基部には円形の凸部3bが形成されている。ここで、1群保持枠2のカムピン2aと2群保持枠3のカムピン3aとは、光軸AZ中心の円周方向に、所定角度離れて形成されている。
4群保持枠5は、4群レンズL4を保持している。4群保持枠5は、カム枠19及び回転枠23の内側において、3群保持枠4の1群及び2群保持枠側と反対側に配置されている。この4群保持枠5は、マスターフランジ6に片持ち支持された光軸AZと平行な2本のガイドポール7a,7bにて支持されることにより、光軸AZ方向に摺動可能となっている。また4群保持枠5は、ステッピングモータなどの4群レンズ駆動アクチュエータ8により光軸AZ方向に駆動される。4群レンズ駆動アクチュエータ8の送りネジ8aには、中央にネジ部が形成されたラック部8bが噛合されている。ガイドポール7aには、圧縮バネ10が、4群保持枠5の軸受け部5aとマスターフランジ6に設けたガイドポール7aの支持部6aとの間に挿入されている。この圧縮バネ10の作用により、4群保持枠5は、常に光軸AZ方向に付勢されている。また、4群保持枠5には、4群レンズ駆動アクチュエータ8の駆動力を伝える被駆動部5cが設けられており、ラック部8bの光軸AZの負の方向側の面が、被駆動部5cの光軸AZの正の方向側の面と接触する構成となっている。このような構成を用いることにより、4群レンズ駆動アクチュエータ8が回転し、送りねじ8aの回転によりラック部8bが光軸AZの正の方向に送られる際には、圧縮バネ10の力により4群保持枠5も光軸AZの正の方向に移動させられる。逆に、ラック部8bが光軸AZの負の方向送られる際には、圧縮バネ10の力に抗して、4群保持枠5を光軸AZの負の方向に移動させる。このように、圧縮バネ10の作用により、4群レンズ駆動アクチュエータ8の送りねじ8aのガタツキを小さくし、光軸AZの正負の方向に対して、4群保持枠5を精度良く駆動させる。以上より、4群レンズL4は、4群レンズ駆動アクチュエータ8の駆動力にて、光軸AZ方向に移動し、変倍に伴う像面変動の補正と合焦とを行う。
駆動枠12は、円筒形状のカム環であり、その内周には、有底でテーパ形状のカム部である1群保持枠2用のカム溝13、2群保持枠3用のカム溝14が、それぞれ円周方向に略120゜の等間隔にて形成されている。また内周の最も光軸AZの負の方向には、円周溝15が形成されている。さらに駆動枠12の後端外周には、その3箇所にカムピン51が設けられている。このカムピン51は、図15(b)に示すように、テーパ状の先端部51aと、テーパ状の凸部である根元部51bから構成されている。
駆動枠12の内周に形成されたカム溝13,14について、図7に示す駆動枠12の内周の展開図を用いて説明する。1群保持枠2用のカム溝13と2群保持枠3用のカム溝14とは、所定の角度離れて形成されている。13a,14aは各カムピンの導入直進溝、13b,14bは各レンズ群の沈胴位置の状態、13c,14cはワイド位置、13d,14dはノーマル位置、13e,14eはテレ位置を示している。光軸AZの負の方向に設けられた円周溝15は、後述する直進枠16と係合し、その2箇所に挿入溝12cが設けられている。
直進枠16の円周には、1群保持枠2用の直進ガイド孔17と2群保持枠3用の直進ガイド孔18とが、それぞれ略120度分割にて3箇所設けられている。直進ガイド孔17には、1群保持枠2の凸部2bが係合され、直進ガイド孔18には、2群保持枠3の凸部3bが係合されることにより、1群保持枠2および2群保持枠3は、直進ガイド孔17,18によってそれぞれ案内されて、光軸AZ方向に移動可能に支持される。直進枠16のフランジ16aには、その3箇所に、略120度分割にて、直進ガイド用の凸部16cが形成されている。
回転枠23は、円筒形状のカム環であり、その内周には、有底でテーパ形状のカム部である3群保持枠4用のカム溝25が、円周方向に略120゜の等間隔にて3本形成されている。また、カム溝25が形成されていない部分には、駆動枠12用の直進溝26が、円周方向に略120゜の等間隔にて3本形成されている。また内周の最も光軸AZの正の方向には、円周溝24が形成されている。
回転枠23の内周に形成されたカム溝25、及び直進溝26について、図8に示す回転枠23の内周の展開図を用いて説明する。25aは3群カムピン50の先端部50aの導入直進溝、25bは3群保持枠4の沈胴位置の状態、25cはワイド位置、25dはノーマル位置、25eはテレ位置を示している。
図10は、カム枠19および駆動枠12のカム溝の軌跡を図示したものである。(a)はカム枠19のカム溝20のカム形状、(b)は駆動枠12の1群レンズL1用カム溝13のカム形状、(c)は駆動枠12の2群レンズL2用カム溝14のカム形状である。また(d)は1群レンズL1の移動軌跡にて(a)と(b)の和であり、(e)は2群レンズL2の移動軌跡にて(a)と(c)の和となる。図の横軸は、沈胴位置、ワイド位置、ノーマル位置、テレ位置を示している。
以上に示す1群レンズL1のカム形状とすることにより、6倍ズームという長焦点距離を満足するために使用時の光学全長を長くし、かつ2段沈胴方式を用いて沈胴時のレンズ鏡筒の長さを短縮して小型化を達成するという、相反する課題を解決することが可能となる。
に対するワイド位置での繰り出し量を大きくすることが可能となるため、沈胴時のレンズ鏡筒1の全長を短くすることが可能となる。
ワイド位置からノーマル位置においては、光軸AZの負の方向への繰り込み量が大きいので、二つのカム形状(aとc)に分散させることにより、双方のカムのリフト角を大きくすることなく、1群レンズL1と2群レンズL2との間隔を大きくする構成としている。なお、このノーマル位置において、4群ズーム光学系における1群レンズL1と2群レンズL2との間隔(d4)を大きく構成する、つまり2群レンズL2を光軸AZの負の方向に最も繰り込み、シャッターユニットとの間隔を出来る限り小さくすることにより、レンズ周辺での光量低下を抑え、ズーム倍率が6倍程度の光学系の小型化に寄与している。よって、ワイド位置からノーマル位置における2群レンズL2の光軸AZの負の方向への繰り込み量を、駆動枠12とカム枠19との双方のカム溝14,20を光軸AZの負の方向に繰り込む軌跡とすることにより、カムのリフト量を大きくすること無く、1群レンズL1と2群レンズL2とのレンズ間隔を大きくすることが可能となる。
以上に示す2群レンズL2のカム形状とすることにより、レンズ周辺での光量低下を抑えつつ、6倍ズーム光学系の小型化を達成することが可能となる。
次に、像ぶれ補正用レンズ群L3を用いて像ぶれ補正を行う像ぶれ補正ユニット30について、図11を用いて説明する。
撮影時に像ぶれを補正する像ぶれ補正用レンズ群L3は、第1の方向(Y方向)であるピッチング方向と、第2の方向(X方向)であるヨーイング方向とに移動可能であるピッチング移動枠31に固定されている。このピッチング移動枠31は、−X方向側に軸受31aと+X方向側に廻り止め31bとを有している。この軸受31aにY軸方向と平行なピッチングシャフト32を挿入し、廻り止め31bに後述するY軸方向と平行な樹脂部33bと係合することにより、ピッチング移動枠31は第1の方向(Y)方向に摺動可能に
なっている。
枠33には、先ほど述べたピッチング移動枠31をピッチング方向(Y方向)に摺動させるためのピッチングシャフト32の両端を固定する固定部33aが設けられている。またピッチング移動枠31の廻り止め31bと係合するための樹脂部33bが、一体的に形成されている。また、ヨーイング移動枠33は、−Y方向側に軸受33cと+Y方向側に一体的に形成された樹脂部33dとを有している。この軸受33cにX方向と平行なヨーイングシャフト34を挿入することにより、ヨーイング移動枠33は第2の方向(X方向)に摺動可能になっている。
ヨーイング移動枠33に対して−Z方向側に設けられた3群保持枠4には、先述したヨーイング移動枠33をヨーイング方向(X方向)に摺動させるためのヨーイングシャフト34の両端を固定する固定部4cと樹脂部33dと係合する廻り止め部4dとが設けられている。
イル36y及びヨーイング方向に駆動するコイル36xと、像ぶれ補正用レンズ群L3のピッチング方向の位置を検出するホール素子37y及びヨーイング方向の位置を検出するホール素子37xとが設けられている。なお、このコイル36y,36xは、積層コイルとして電気基板35に一体に構成されている。
マグネット38y、38xは片側に2極着磁されている。このマグネット38y,38xは、それぞれ第1のヨーク39y、39xに固定されている。第1のヨーク39yは、Y方向より、3群保持枠4の嵌合部4yに圧入固定される。同様に、第1のヨーク39xは、X方向より、3群保持枠4の嵌合部4xに圧入固定される。また、第1のヨーク39x,39yよりZ方向に所定距離離れた位置には、第2のヨーク40が設けられている。
以上の構成によって、電気基板35のコイル36yに電流が流されると、マグネット38yと第1のヨーク39yと第2のヨーク40とにより第1の方向であるピッチング方向(Y方向)に沿った電磁力が発生する。これと同様に、電気基板35のコイル36xに電流が流されると、マグネット38xと第1のヨーク39xと第2のヨーク40とにより第2の方向であるヨーイング方向(X方向)に沿った電磁力が発生する。このように2つの電磁アクチュエータ41y,41xにより、像ぶれ補正用レンズ群L3は光軸AZにほぼ垂直なX,Yの2方向に駆動される。
れ補正ユニット30が、光軸AZの正の方向に移動するに伴い、その自重の影響にて、本来の光軸AZ、あるいは撮像素子11に対して傾く恐れがある。像ぶれ補正ユニット30を搭載したレンズ鏡筒1においては、像ぶれ補正ユニット30を搭載しない通常の光学系に対して、より高い精度にて各レンズ群を保持する必要があることから、撮像素子11が固定されているカム枠19にて支持することにより、光学系の倒れ等による光学性能の悪化を、最小限に抑えることが可能となる。
また図2(c),(d)に示すように、ワイド位置からテレ位置までにおける1群レンズL1と2群レンズL2との最大レンズ間隔d5は、ワイド位置と沈胴位置での光学全長の差(沈胴量)(d2−d1)より大きくなるように設定しており、駆動枠12における1群保持枠用のカム溝13、2群保持枠用のカム溝14の占める面積が大きい。したがって、像ぶれ補正ユニット30を支持する3群保持枠4用のカム溝を駆動枠12に新たに形成すると、却って駆動枠12の光軸AZ方向の長さが長くなるため、沈胴時の全長を短縮することが困難となる。
このように構成された沈胴式のレンズ鏡筒1について、その動作を以下に述べる。
沈胴状態において、駆動枠12及び直進枠16、1群保持枠2、及び第2群保持枠3は、カム枠19及び回転枠23の内側に配置されている。駆動アクチュエータ27の駆動により、減速ギア機構26の減速ギア26aが回転されると、減速ギア26aに噛合した回転枠のギア部23aに伝達され、回転枠23が回転される。この回転枠23の回転により、駆動枠12のカムピン51の先端部51aが回転枠23の直進溝26に、根元部51bがカム枠19のカム溝20によりそれぞれ案内され、駆動枠12が光軸AZ中心に回転しつつ、光軸AZ方向に移動する。
また同時に、駆動枠12を回転自在に支持している直進枠16は、凸部16cがカム枠19の内周に設けられた直進ガイド溝22により案内され、駆動枠12と共に、光軸AZ方向に直進移動される。さらに、駆動枠12、直進枠16に支持された1群保持枠2、2群保持枠3が光軸AZ方向に移動する。3群保持枠4は、カムピン50の先端部50aが回転枠のカム溝25に、根元部50bがカム枠19の直進溝21によりそれぞれ案内され、光軸AZ方向に直進移動する。
またフォーカス時には、4群レンズ駆動アクチュエータ8を駆動することにより、4群保持枠5を光軸AZ方向に駆動することにより、ズームに伴う像面変動の補正及び合焦の動作を行う。
次に、像ぶれ補正ユニット30の動作について、図13を用いて説明する。
像ぶれは、手ぶれ等によりカメラに変位や振動が生じることに発生する。像ぶれ補正ユニット30を内蔵したデジタルカメラでは、この変位や振動を、検出方向が略90゜になるように配置された2個の角速度センサ44y,44xにより検出する。角速度センサ44y,44xからの出力は時間積分される。そしてカメラ本体のぶれ角度に変換され、像
ぶれ補正用レンズ群L3の目標位置情報に変換される。この目標位置情報に応じて像ぶれ補正用レンズ群L3を移動させるために、サーボ駆動回路45は、目標位置情報と位置検出部42y,42xにより検出された現在の像ぶれ補正用レンズ群L3の位置情報との差を演算し、電磁アクチュエータ41y,41xに信号を伝送する。電磁アクチュエータ41y,41xは、この信号に基づいて像ぶれ補正用レンズ群L3を駆動する。
また、第2の方向であるヨーイング方向(X方向)の駆動については、サーボ駆動回路45から指令を受けた電磁アクチュエータ41xは、フレキシブルプリントケーブル43を通じてコイル36xに電流を流し、ヨーイング方向(X方向)に力を発生させ、ヨーイング移動枠33とこの上に搭載されたピッチング移動枠31とをヨーイング方向(X方向)に駆動する。以上より、像ぶれ補正用レンズ群L3をピッチング移動枠31及びヨーイング移動枠33により、光軸AZと直交する2次元平面内において任意に動かすことが可能となるため、手ぶれ等により発生する像ぶれを補正することが可能となる。
3群保持枠4に設けられたカムピン50の根元部50bを、カム枠19に設けられた3箇所の直進溝21の導入溝21aに挿入し、その導入溝21aに沿って、直進溝21の沈胴位置21bまで挿入する。さらに、駆動枠ユニット47を、カム枠19の光軸AZの前側よりカム枠19に挿入するに際し、駆動枠12のカムピン51の根元部51bとカム枠19に設けられたカム溝20の導入直進溝20aに挿入し、カム溝20に沿って、駆動枠12を回転させながら挿入し、沈胴位置20bまで挿入する。
ここで図15(a)に、3群保持枠4に設けられたカムピン50、カム枠19に設けられた直進溝21、回転枠23に設けられたカム溝25との係合状態を示す。同様に図15(b)に、駆動枠12に設けられたカムピン51、カム枠19に設けられたカム溝20、回転枠23に設けられた直進溝26との係合状態を示す。
触しているため、回転枠23に対して3群保持枠4が径方向に規制されるため、回転枠23と3群保持枠4とは同軸上に配置される。また、直進溝21のテーパ角度β1とカムピン50の根元部50bのテーパ角度β2とは、β1>β2の関係となり、カム枠19に対して3群保持枠4が径方向に規制されず、カムピン50の根元部50bのエッジ部(丸印で示す位置)が当接することにより、3群保持枠4が光軸AZ方向に直進するように廻り止めの役割を果たす。以上より、カムピン50の先端部50aは2カム溝25にカム係合しており、カムピン50の根元部50bは直進溝21に相対回転不能にかつ直線方向に移動可能に係合している。なお、根元部50bは先端部50aより回転方向幅が大きい。また、根元部50bの回転方向幅は、直進溝21の回転方向幅より小さい。このため、ズーム動作がスムーズになる。
次に図16を用いて、マスターフランジユニット46の組み立て方法について説明する。
マスターフランジ6のガイドポール支持部6a,6bには、2本のガイドポール7a,7bが支持され、片持ち固定されている。光軸AZの正の方向より、ガイドポール7aに圧縮バネ10を、ガイドポール7a,7bに4群保持枠5を挿入する。そして、4群レンズ駆動アクチュエータ8のラック部8b8bの廻り止め部8cをマスターフランジ6に設けられた廻り止め係止溝6cに、かつラック部8bの光軸AZの負の方向の面が4群保持枠5の保持部5cの光軸AZの正の方向の面と接するように挿入し、4群レンズ駆動アクチュエータ8の取り付け部8dをマスターフランジ6の取り付け部6dにネジ止め固定することにより、マスターフランジユニット46が完成する。このマスターフランジユニット46の構成により、撮像素子11に対して、4群レンズL4は同軸上に配置される。
カム枠19に、像ぶれ補正ユニット30、駆動枠ユニット47が繰り込まれた状態(沈胴位置の状態)にて、光軸AZの負の方向より、カム枠19に挿入された駆動枠12のカムピン51の先端部51a、3群保持枠4のカムピン50の先端部50aの位相に、回転枠23に設けられた直進溝26、及びカム溝25の導入溝25aを合わせ、カム枠19に対して回転枠23を挿入する。そして、カム枠19の外周に設けられた回転ガイド用の3箇所の凸部19aと、回転枠23の内周に設けられた円周溝24とを係合させる。そして、回転枠23を沈胴位置まで回転させて、カム枠19への回転枠23の組み込みが完了する。
次に、光軸AZの負の方向より、カム枠19内にマスターフランジユニット46を挿入
し、マスターフランジ6とカム枠19とをネジ止め固定する。マスターフランジ6とカム枠19に固定することにより、沈胴位置では、回転枠23の切り欠き部23bの第1の端部23cとマスターフランジ6の突起部6fの第1の端面とが当接することにより、沈胴位置よりカムピン挿入側に回転することが規制されるため、組み立て後に、回転枠23がカム枠19より抜けることを防止する。逆に望遠端においては、回転枠23の切り欠き部23bの第2の端部23dとマスターフランジ6の突起部6fの第2の端面とが当接することにより、テレ位置よりカムピン挿入側に回転することが規制されるため、組み立て後に、駆動枠12がカム枠19より抜けることを防止する。
L1 1群レンズ
L2 2群レンズ
L3 3群レンズ(像ぶれ補正レンズ群)
L4 4群レンズ(フォーカスレンズ群)
1 レンズ鏡筒
2 1群保持枠
2a 1群カムピン
3 2群保持枠
3a 2群カムピン
4 3群保持枠(第2の保持枠)
5 4群保持枠(第3の保持枠)
6 マスターフランジ
7a,7b ガイドポール
8 4群レンズ駆動用アクチュエータ
9 4群保持枠
10 圧縮バネ
11 撮像素子
12 駆動枠(第1の保持枠)
12a 駆動枠カムピン
13 1群保持枠用カム溝
14 2群保持枠用カム溝
15 回転溝
16 直進枠
17 1群保持枠用直進ガイド孔
18 2群保持枠用直進ガイド孔
19 カム枠
20 駆動枠用カム溝(貫通溝、第1カム溝)
21 3群保持枠用直進溝(貫通溝、第1直進溝)
22 直進枠用直進溝
23 回転枠
24 円周溝
25 3群保持枠用カム溝(第2カム溝)
26 駆動枠用直進溝(第2直進溝)
29 シャッターユニット
30 像ぶれ補正ユニット
31 ピッチング移動枠
33 ヨーイング移動枠
50 3群カムピン(第2支持部)
50a 先端部
50b 根元部
51 駆動枠カムピン(第1支持部)
51a 先端部
51b 根元部
Claims (5)
- 第1レンズ群と、
第2レンズ群と、
半径方向に貫通する第1カム溝と、半径方向に貫通する第1直進溝と、第2直進溝と、を有するカム枠と、
前記カム枠に対して相対回転可能に設けられ、前記カム枠の外周側に配置され、第2カム溝と第3直進溝とを有する回転枠と、
前記第1カム溝と前記第3直進溝とに係合する第1支持部を有し、前記カム枠に対して前記回転枠が回転すると、前記カム枠に対して回転しながら前記カム枠の前記第1カム溝の形状に応じて前記第1レンズ群の光軸に平行な光軸方向に移動する駆動枠と、
前記カム枠の前記第2直進溝により前記カム枠に対する回転が規制され、前記第2直進溝と係合する凸部を有し、前記カム枠に対して前記回転枠が回転すると、前記カム枠に対して回転せずに前記駆動枠とともに光軸方向に移動する直進枠と、
前記第1レンズ群を保持し、前記駆動枠及び前記直進枠に支持され、前記駆動枠が前記カム枠に対して回転すると、前記カム枠に対して回転せずに前記駆動枠に対して前記光軸方向に移動する1群保持枠と、
前記第2レンズ群を保持し、前記第2カム溝と前記第1直進溝とに係合する第2支持部を有し、前記カム枠に対して前記回転枠が回転すると、前記カム枠に対して非回転状態で前記光軸方向に移動する2群保持枠と、
を備える沈胴式レンズ鏡筒。 - 前記第2レンズ群は、像ぶれを補正するための像ぶれ補正レンズ群であり、
前記2群保持枠は、前記第2レンズ群を前記光軸と直交する方向に移動可能に保持する像ぶれ補正ユニットを有している、
請求項1記載の沈胴式レンズ鏡筒。 - 前記像ぶれ補正ユニットは、前記カム枠及び前記回転枠の内側に配置されている、
請求項2に記載の沈胴式レンズ鏡筒。 - 沈胴状態において、前記駆動枠及び前記直進枠、および、前記1群保持枠は、前記カム枠及び前記回転枠の内側に配置されていることを特徴とする、
請求項1から3のいずれかに記載の沈胴式レンズ鏡筒。 - 前記像ぶれ補正ユニットは、像面側に突出した延長部を有しており、
前記第2支持部は、前記延長部に設けられていることを特徴とする、
請求項3に記載のレンズ鏡筒。
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