JP5945781B2 - レンズ鏡筒 - Google Patents

Description

ここに開示される技術は、沈胴式のレンズ鏡筒に関する。

近年、被写体の画像データを生成する撮像装置が急速に普及している。撮像装置には焦点距離を調整するためのレンズ鏡筒が搭載されている。撮像装置としては、例えば、レンズ一体型あるいはレンズ交換型のカメラが知られている。レンズ一体型のカメラにはレンズ鏡筒が内蔵されている。レンズ交換型のカメラは、カメラ本体と、カメラ本体に装着可能なレンズ鏡筒と、を有している。

従来のレンズ鏡筒は、例えば、特許文献１に開示されている。このレンズ鏡筒は、モータに連結された複数のギア列を介してカム筒を回転させることによってレンズ群を光軸方向に移動させて、撮影状態から沈胴状態まで全長を短縮したり、焦点距離を調整したりすることが可能となっている。複数のギア列の一つのギアにはクラッチ機構が搭載されており、レンズ鏡筒が落下などによってカム筒を回転させる方向に外力が加わった場合には、クラッチ機構によって過大なトルク伝達が遮断されギア列の破損を防止する。クラッチ機構は、撮影状態から沈胴状態にカム筒が回転する方向にのみ作用する構成となっている。

特開２０１０−３８９３２号公報

しかしながらこの構成では、レンズ群の光軸方向の移動に変曲部がある場合などにおいて、焦点距離の調整可能範囲全域でギア列の破損を防止することが不十分であった。
ここに開示される技術は、沈胴式のレンズ鏡筒であって、格納された状態でより小型化が可能であると同時に、落下などに対して内部が破損しにくいレンズ鏡筒を提供することを目的とする。

ここに開示されるレンズ鏡筒は、第１枠と、第２枠と、駆動アクチュエータと、伝達機構とを、備えている。第２枠は、第１枠により回転可能に支持され、第１枠に対し進退可能である。駆動アクチュエータは、第２枠を第１枠に対して回転駆動する。伝達機構は、駆動アクチュエータの駆動力を伝達する。第２枠は、概ね筒状の本体部と、ギア部と、カム溝とを、有している。ギア部は、本体部の内周面に配置され、伝達機構により回転駆動力が伝達される。カム溝は、光学系の変倍比を変更する範囲において変曲部を、有する。

伝達機構は、第１伝達ギア部と、第２伝達ギア部と、クラッチとを、有している。第１伝達ギア部は、ギア部と係合する。第２伝達ギア部は、第１伝達ギア部と同軸に設けられる。クラッチは、第１伝達ギア部と第２伝達ギア部の間に、配置される。クラッチは、第１伝達ギアに伝達される駆動アクチュエータの駆動力を、一方向の回転に対してのみ、一時的に解除する。

カム溝は、第１の端部から変曲部までを含む第１領域と、第２の端部から変曲部までを含む第２領域とを、有している。第２枠が回転する方向に対するカム溝のなす圧力角の最大値は、第２領域に含まれている。第２領域において、第２の端部から変曲部に向かって第２枠が回転する方向と、クラッチが駆動アクチュエータの駆動力を解除する方向とは、同じである。

以上の構成を備えたレンズ鏡筒であれば、落下衝撃などによって第２枠に過大なトルクが発生した場合においても、クラッチの作用によって伝達機構の破損を防止することができる。

ここに開示される技術によれば、落下などによる破損が発生しにくいレンズ鏡筒を提供することができる。

レンズ鏡筒２の斜視図（正面側） レンズ鏡筒２の断面図（格納状態） 外枠５０の内周展開図 カム枠６０の内周展開図 レンズ鏡筒２内部の詳細図 レンズ鏡筒２内部の詳細図 駆動ギア９５と第２ウォームホイール９４の展開図 片方向クラッチの動作図 双方向クラッチ用コイルバネ１０６の斜視図 双方向クラッチの動作図 外力を受けたときのカム枠６０の動作 カム枠６０回転角度と第１カム溝６１の関係 カム枠６０回転角度と第１カム溝圧力角θの関係

［第１実施形態］
１．外観
図１にレンズ鏡筒２の斜視図を示す。レンズ鏡筒２は、最外周に外枠５０を有する。また、レンズ鏡筒２は、第１レンズ枠２１でレンズを保持する。図１には、レンズの光軸として、光軸ＡＸを表示している。光軸方向とは、光軸ＡＸに沿う方向であり、光軸ＡＸと平行な方向である。外枠５０の外周部にはズームレバー５５が設けられている。ユーザがズームレバー５５を操作することにより、焦点距離を調節することができる。

２．レンズ鏡筒２の縦断面
図２は、第１レンズ枠２１が最もレンズマウント８０側に移動しているときのレンズ鏡筒２の縦断面図である。
外枠５０は、レンズマウント８０に固定されている。外枠５０は、光軸方向に進退可能および回転可能にカム枠６０を保持している。外枠５０は、概ね筒状の部材である。固定枠７０は、レンズマウント８０に固定されている。

外枠５０は、レンズマウント８０に、連結部例えばビス８２によって、固定されている。外枠５０の内周面には、カム溝５２および直進溝５３が、形成されている。
カム枠６０は、外周面にカムフォロア６６を備える。カムフォロア６６は、外枠５０の内周面に形成されたカム溝５２に、係合する。これにより、カム枠６０が外枠５０に対して回転することより、カムフォロア６６はカム溝５２に沿って移動する。その結果、カム枠６０は、外枠５０に対して進退する。カム枠６０の外周面には第１カム溝６１が形成されている。カム枠６０の内周面には、第２カム溝６２が形成されている。

カム枠６０は、第１レンズ枠２１を保持する。第１レンズ枠２１には、第１カムフォロア３１が形成されている。第１カムフォロア３１は、第１カム溝６１に係合する。カム枠６０が第１レンズ枠２１に対して回転することより、第１カムフォロア３１は第１カム溝６１に沿って移動する。その結果、第１レンズ枠２１は、カム枠６０に対して進退する。
第１レンズ枠２１は、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３を保持する。

カム枠６０は、第２レンズ枠２２を保持する。第２レンズ枠２２には第２カムフォロア３２が形成されている。第２カムフォロア３２は、第２カム溝６２に係合する。これにより、カム枠６０が第２レンズ枠２２に対して回転することより、第２カムフォロア３２は第２カム溝６２に沿って移動する。その結果、第２レンズ枠２２は、カム枠６０に対して進退する。第２レンズ枠２２は、レンズＬ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７を保持する。絞りユニット４２は第２レンズ枠２２に取り付けられ、第２レンズ枠２２と一体となって光軸方向に移動する。カム枠６０は、筒状の本体部を有する。

固定枠７０は、シャフト７１を介して第３レンズ枠２３を保持する。第３レンズ枠２３は、図示しないフォーカスモータによって光軸方向に駆動される。第３レンズ枠２３は、レンズＬ８を保持する。固定枠７０は、レンズＬ９を保持する。フォーカスモータとしては、例えばステッピングモータが用いられる。
モータ７５は、固定枠７０に固定されている。モータ７５は、カム枠６０の内周側に配置される。モータ７５は、カム枠６０を回転させるための駆動手段である。カム枠６０を回転し、第１レンズ枠２１および第２レンズ枠２２の位置を調節することにより、ズームの状態を変えることができる。
なお、本実施の形態では、４群のレンズ構成からなる光学系を実現する場合を例示した。しかし、本発明はこれに限定されない。

３．カム溝の状態
図３Ａは、外枠５０の内周の展開図である。直進溝５３は、第１レンズ枠２１が回転しないようにガイドするためのものである。第１レンズ枠２１に形成された図示しない直進突起は、直進溝５３に係合する。カム溝５２は、外枠５０の内周面内において、３カ所設けられている。直進溝５３は、外枠５０の内周面内において、５カ所設けられている。

ビス８３は、固定枠７０を貫通し、外枠５０に挿入されている。ビス８３およびビス８２は、それぞれ３カ所ずつ設けられている。
３箇所のビス８２は、３本のカム溝５２の円周方向間にそれぞれ配置されており、カム溝５２とは干渉していない。
図３Ｂは、カム枠６０の内周の展開図である。カム枠６０の内周面には、第２カム溝６２およびギア部６４が設けられている。ギア部６４は、伝達機構７６に設けられた歯車と歯合し、モータ７５の駆動力をカム枠６０に伝達する。

カム枠６０の外周面には、第１カム溝６１、カムフォロア６６が設けられている。図３Ｂに示すように第１カム溝６１には広角端と望遠端の間に変曲部６７を有する。第１レンズ枠２１は広角端から望遠端に移動する際に、変曲部６７まではカメラ本体側に移動し、変曲部６７後は被写体側に移動する。θは第１カム溝６１の圧力角を示し、圧力角θは、カム枠６０の回転方向と第１カム溝６１の成す角度である。

４．レンズ鏡筒２内部の詳細
図４にレンズ鏡筒２内部の被写体側から見た正面図と側面図の詳細図を示す。レンズ鏡筒２の内部に、モータ７５と、伝達機構７６を備える。伝達機構７６は、第１ウォームギア９１、第１ウォームホイール９２、第２ウォームギア９３と第２ウォームホイール９４で構成される。モータ７５の出力軸には一体となって回転する第1ウォームギア９１が取り付けられている。第1ウォームギア９１は第1ウォームホイール９２と噛み合う。第１ウォームホイール９２は、第２ウォームギア９３と回転軸が一致しており、一体となって回転する。第２ウォームギア９３は、第２ウォームホイール９４と噛み合う。第２ウォームホイール９４は、駆動ギア９５と回転軸が一致しており、一体となって回転する。駆動ギア９５はギア部６４と噛み合い、モータ７５の回転駆動力が伝達機構７６を介してカム枠６０に伝達される。

図５に駆動ギア９５と第２ウォームホイール９４の展開図を示す。駆動ギア９５の下側にはギア軸部１００が一体的に形成されている。コイルバネ９６の内径は、ギア軸部１００の外径よりも小さく、コイルバネ９６が、ギア軸部１００に一定の力で締め付けながら取り付けられており、コイルバネ９６と駆動ギア９５は一体となって回転する。コイルバネ９６の片方の端部には、曲げ部９８が形成されている。第２ウォームホイール９４の内径側には、溝部９９が形成されており、曲げ部９８が挿入される。溝部９９に挿入された曲げ部９８によって、第２ウォームホイール９４は駆動ギア９５と一体となって回転可能となっている。

図６に片方向クラッチの動作図を示す。ギア軸部１００に嵌められたコイルバネ９６は、曲げ部９８が、第２ウォームホイール９４の溝部９９に挿入されている。第２ウォームホイール９４が停止している状態で、駆動ギア９５が、図６に示すように時計回りに回転するとき、曲げ部９８を回転方向と逆向きに押す力が、点Ａに発生する。曲げ部９８を押す力によってコイルバネ９６の内径が広がり、ギア軸部１００がコイルバネ９６に対して回転方向に摺動可能になり、第２ウォームホイール９４への回転動力の伝達が解除される。

図７に双方向クラッチ用コイルバネの斜視図を示す。コイルバネ１０６の両端部には曲げ部１０８が形成されている。
図８に双方向クラッチの動作図を示す。第２ウォームホイール１０４には溝部１０９が２箇所形成されており、コイルバネ１０６の曲げ部１０８が挿入される。第２ウォームホイール１０４が停止している状態で、駆動ギア９５と一体となったギア軸部１００が時計回りに回転するとき、曲げ部１０８を回転方向と逆向きに押す力が、点Ｂに発生する。曲げ部１０８を押す力によってコイルバネ１０６の内径が広がり、ギア軸部１００がコイルバネ１０６に対して回転方向に摺動可能になり、第２ウォームホイール１０４への回転動力の伝達が解除される。

また、第２ウォームホイール１０４が停止している状態で駆動ギア９５と一体となったギア軸部１００が半時計周りに回転するとき、曲げ部１０８を回転方向と逆向きに押す力が、点Ｃに発生し、第２ウォームホイール１０４への回転動力の伝達が解除される。双方向クラッチでは、回転方向が反転した場合にコイルバネ１０６を緩めるには溝部１０９と曲げ部１０８には隙間部Ｅを設ける必要がある。隙間部Ｅによって駆動ギアと第２ウォームホイール１０４の間でバックラッシが１０〜２０ｄｅｇ程度発生するため、片方向クラッチに比べて双方向クラッチではズーム動作の応答性などが悪くなるおそれがある。

図９にレンズ鏡筒２が外力を受けたときのカム枠６０の動作を示す。レンズ鏡筒２が広角端付近での撮影状態にある時に、第１レンズ枠２１を光軸方向のカメラ本体側に移動させる力Ｇが第１カムフォロア３１に発生すると、第１カムフォロア３１が、第１カム溝６１の斜面を押し、カム枠６０を回転させる方向に力Ｆが発生する。力Ｆによるカム枠６０の回転は、ギア部６４を介して、駆動ギア９５及び第２ウォームホイール９４に伝達される。しかしながら、第２ウォームギア９３は逆回転しないので、第２ウォームホイール９４は回転せずロックされる。この時には、コイルバネ９６によってトルクの伝達が解除されるため、第２ウォームホイール９４はロックされた状態で、駆動ギア９５が回転する。

駆動ギア９５から第２ウォームホイール９４に伝達可能なトルクは、伝達機構７６のギアが破損しない値に設定される。伝達トルクの上限値は、コイルバネ９６の材質、線径、内径などによって調節される。
図９は撮影状態が広角端付近の場合で説明したが、撮影状態が望遠端付近の場合には、第１レンズ枠２１を光軸方向のカメラ本体側に移動させる力Ｇが第１カムフォロア３１に発生すると、カム枠６０には力Ｆとは逆方向の力が発生し、カム枠６０は逆方向に回転する。この場合、図８で説明したような双方向クラッチの構成を採用することによって伝達機構７６のギアの破損を防止することができる。

ここで、第１カム溝６１の圧力角θを小さくすれば、カム枠６０を回転させる力Ｆが小さくなり、ギア破損の防止には有効になる。圧力角θを小さくするには、カム枠６０の回転量を増加させる必要がある。しかしながら、カム枠６０の回転量を増加させようとすると、第１カム溝６１、第２カム溝６２、及びギア部６４それぞれの展開長が、増加する（図３Ｂを参照）。すると、第１カム溝６１、第２カム溝６２、及びギア部６４を、カム枠６０の外周に配置することが難しくなる。このため、カム枠６０の外径を大きくする必要がある。つまり、レンズ鏡筒が大型化してしまう。

この問題を解決するために、本実施形態では、以下のような技術が導入されている。図１０には、カム枠６０の回転角度と第１カム溝６１の関係を示す。従来の第１カム溝６１の形状は、変曲部６７が回転角度２６ｄｅｇ付近にある（図１０の破線を参照）。これに対して、本実施形態では、第１カム溝６１の形状を補正することで、変曲部６７を２０ｄｅｇ付近に移動している（図１０の実線を参照）。これは、変曲部６７の前後において、カム枠６０の回転角度に対する、第１カム溝６１の変化量（位置変化量）を、変更することで実現されている。

図１１には、カム枠６０の回転角度と第１カム溝圧力角θの関係を示す。本実施形態では、第１カム溝６１の形状を補正することで、変曲部６７は、カム枠６０の回転角度２０ｄｅｇ付近に存在している（図１０を参照）。また、補正前の圧力角θは、広角端及び望遠端において、３５ｄｅｇである。一方で、広角端から変曲部６７までの領域（図１１の第２領域）において、補正後の圧力角θの最大値は、４０ｄｅｇになっている。また、望遠端から変曲部６７までの領域（図１１の第１領域）において、補正後の圧力角θの最大値は、２５ｄｅｇとなっている。つまり、第１領域における最大値と第２領域における最大値との差の絶対値は、１５ｄｅｇとなっている。以下、補正後について説明する。

圧力角θが２５ｄｅｇ以下の領域では、第１レンズ枠２１を光軸方向のカメラ本体側に移動させる力Ｇが第１カムフォロア３１に発生したとても、カム枠６０を回転させる力Ｆは小さい。このため、伝達機構７６のギア強度によって、力Ｆに抵抗することができる。また、力Ｆが小さいので、伝達機構７６のギアの破損も、防止することができる。すなわち、この領域では、クラッチ例えば双方向クラッチを、必要としない。

一方で、圧力角θが２５ｄｅｇより大きい領域では、クラッチが必要である。言い換えると、クラッチが必要な領域は、圧力角θが最大４０ｄｅｇとなる広角端から、変曲部６７までの領域である。この領域では、たとえば、上述した片方向クラッチを採用することによって、伝達機構７６のギアの破損を防止することができる。
以上のように、第1カム溝６１の形状を補正することで、広角端から望遠端までのカム枠６０の回転角度を変更することなく、変曲部６７の位置を変えるだけで、広角端付近の第１カム溝６１の圧力角θを大きく、望遠端付近の第１カム溝６１の圧力角θを小さくしている。

５．まとめ
（１）本実施の形態のレンズ鏡筒２は、外枠５０とカム枠６０とモータ７５と伝達機構７６とを備える。カム枠６０の内周側には、モータ７５の回転動力が伝達されるギア部６４を有し、カム枠６０の外周側には光学の変倍比を変更するための第１カム溝６１が設けられている。伝達機構７６は、ギア部６４と噛み合う駆動ギア９５と、駆動ギア９５と同軸に設けられた第２ウォームホイール９４を有しており、駆動ギア９５と第２ウォームホイール９４の間に伝達トルクを一時的に解除可能なコイルバネ９６が設けられている。コイルバネ９６によって、駆動ギア９５に伝達する回転動力は、一方向に対してのみ、一時的に解除される。第１カム溝６１は、撮影可能領域において変曲部６７を有する。

これにより、レンズ鏡筒２が撮影状態にある時に、第１レンズ枠２１を光軸方向のカメラ本体側に移動させる力Ｇが、第１カムフォロア３１に発生したとしても、駆動ギア９５と第２ウォームホイール９４の間でトルクの伝達が遮断され、伝達機構７６の破損を防止することができる。
（２）本実施の形態のレンズ鏡筒２において、第１カム溝６１は、望遠端から変曲部６７までの第１領域と、広角端から変曲部６７までの第２領域を有する。第１カム溝６１の圧力角の最大値が第２領域に含まれる。第２領域において、広角端から変曲部６７に向かってカム枠６０が回転する方向とコイルバネ９６が回転動力を解除する方向が同じとすることによって第２領域での伝達機構７６のギアの破損を防止することができる。また第１領域においては、第２領域よりも圧力角が小さいため、落下衝撃による外力がカム枠６０を回転させる力は小さくなり、伝達機構７６の破損を防止することができる。

（３）本実施の形態のレンズ鏡筒２において、広角端から変曲部６７までの第２領域における第１カム溝６１の圧力角最大値は、望遠端から変曲部６７までの第１領域における第１カム溝６１の圧力角最大値より、大きくなっている。このため、片方向クラッチだけで、伝達機構７６の破損を効果的に防止することができる。
（４）本実施の形態のレンズ鏡筒２において、第１カム溝６１は、望遠端から変曲部６７までの第１領域における第１カム溝６１の圧力角最大値と、広角端から変曲部６７までの第２領域における第１カム溝６１の圧力角最大値との差の絶対値が、１０ｄｅｇ以上であるので、伝達機構７６の破損を効果的に防止することができる。

［他の実施形態］
本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形および修正が可能である。
なお、前述の第１実施形態の構成と実質的に同じ機能を有する構成については、同じ符号を使用し、その詳細な説明は省略する。
（１）前述の実施形態では、レンズ鏡筒２を例に説明しているが、レンズ鏡筒はレンズ鏡筒２に限定されない。例えば、レンズ鏡筒は、交換可能なレンズ鏡筒ではなく一体型の撮像装置に用いられるレンズ鏡筒であってもよい。
（２）前述の実施形態では、モータ７５を例に説明しているが、モータ７５はＤＣモータに限定されない。他のタイプのモータ（例えば、ステッピングモータ）であってもよい。
（３）前述の実施形態では、伝達機構７６は、ウォームギアとウォームホイールで構成されているが、平歯車で構成されても構わない。
（４）前述の実施形態では、広角端側の圧力角が大きくなるように第１カム溝６１を補正したが、逆に望遠側の圧力角が大きくなるように補正しても構わない。その場合は望遠端から変曲部６７の領域で、片方向クラッチを有効となるように設定すればよい。

以上に説明したレンズ鏡筒は、落下衝撃などによる破損を防止することが可能となるので、撮像装置の分野において有用である。

２ レンズ鏡筒
２１ 第１レンズ枠
２２ 第２レンズ枠
２３ 第３レンズ枠
３１ 第１カムフォロア
３２ 第２カムフォロア
３７ 直進突起
４２ 絞りユニット
５０ 外枠（第１枠）
５２ カム溝
５３ 直進溝
６０ カム枠（第２枠）
６１ 第１カム溝
６２ 第２カム溝
６４ ギア部
６６ カムフォロア
６７ 変曲部
７０ 固定枠
７１ シャフト
７５ モータ（駆動アクチュエータ）
７６ 伝達機構
８０ レンズマウント
８２ ビス
８３ ビス（固定枠連結）
９１ 第１ウォームギア
９２ 第１ウォームホイール
９３ 第２ウォームギア
９４、１０４ 第２ウォームホイール（第２伝達ギア部）
９５、１０５ 駆動ギア（第１伝達ギア部）
９６、１０６ コイルバネ
９８、１０８ 曲げ部
９９、１０９ 溝部
１００ ギア軸部
Ｌ１ 第１レンズ
ＡＸ 光軸

Claims (3)

1. レンズを保持するレンズ鏡筒であって、
   第１枠と、
   前記第１枠により回転可能に支持され、前記第１枠に対し進退可能な第２枠と、
   前記第２枠を前記第１枠に対して回転駆動する駆動アクチュエータと、
   前記駆動アクチュエータの駆動力を伝達する伝達機構と、
   を備え、
   前記第２枠は、
   概ね筒状の本体部と、
   前記本体部の内周面に配置され前記伝達機構により回転駆動力が伝達されるギア部と、
   光学系の変倍比を変更する範囲において変曲部を有するカム溝と、
   を有し、
   前記伝達機構は、
   前記ギア部と係合する第１伝達ギア部と、
   前記第１伝達ギア部と同軸に設けられる第２伝達ギア部と、
   前記第１伝達ギア部と前記第２伝達ギア部の間に配置されるクラッチと、
   を有し、
   前記クラッチは、前記第１伝達ギアに伝達される前記駆動アクチュエータの駆動力を、一方向の回転に対してのみ、一時的に解除し、
   前記カム溝は、
   第１の端部から前記変曲部までを含む第１領域と、
   第２の端部から前記変曲部までを含む第２領域と、
   を有し、
   前記第２枠が回転する方向に対する前記カム溝のなす圧力角の最大値は、前記第２領域に含まれ、
   前記第２領域において、前記第２の端部から前記変曲部に向かって前記第２枠が回転する方向と、前記クラッチが前記駆動アクチュエータの駆動力を解除する方向とは、同じである、
   レンズ鏡筒。
2. 前記第２領域の圧力角の最大値は、前記第１領域の圧力角の最大値より大きい、
   請求項１に記載のレンズ鏡筒。
3. 前記第１領域の前記カム溝の圧力角の最大値と、前記第２領域の前記カム溝の圧力角の最大値との差の絶対値が、１０ｄｅｇ以上である、
   請求項１又は２記載のレンズ鏡筒。
   

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