JP6949684B2 - レンズ装置および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ装置および撮像装置に関する。

特許文献１には、広い焦点距離かつコンパクトなレンズ鏡筒が開示されている。特許文献２には、駆動筒を設けて案内筒に対するズーム操作環とカム筒の回転角を変更することで、ズーム操作環の回転角を大きくしながらカム筒の回転角を小さくしたレンズ鏡筒が開示されている。これにより、ズーム操作環の回転検出精度を向上させつつ、カム筒のカム溝を複数配置することが可能である。

特開２０１５−１０６１２８号公報 特許第５９６２４３２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたレンズ鏡筒では、複数のカム溝が設けられたカム筒が必要であり、カム筒の回転角を大きくすることが難しい。このため、ズーム操作環の回転角を大きくすることが困難である。特許文献２に開示されたレンズ鏡筒では、複数のカムを設けることが難しく、例えば５群以上の複数群（すなわち複数のレンズ保持枠）を動作させることが困難である。

そこで本発明は、複数のレンズ保持枠を備え、操作環の回転角が大きいレンズ装置および撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としてのレンズ装置は、複数のレンズ保持枠と、前記複数のレンズ保持枠の少なくとも一つを光軸方向に移動するためのカム溝がそれぞれ形成された第１カム筒、第２カム筒、および、第３カム筒とを有し、前記第１カム筒は、前記第２カム筒および前記第３カム筒よりも外側に設けられており、前記第２カム筒は、前記第３カム筒よりも外側に設けられており、光軸周りに前記第１カム筒を第１回転角θ１だけ回転させたとき、前記第２カム筒は第２回転角θ２、前記第３カム筒は第３回転角θ３だけそれぞれ回転し、前記第１回転角θ１、前記第２回転角θ２、および、前記第３回転角θ２は、θ１＞θ２＞θ３を満足する。

本発明の他の側面としての撮像装置は、前記レンズ装置と、前記レンズ装置を介して形成された光学像を光電変換する撮像素子を保持するカメラ本体とを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。

本発明によれば、複数のレンズ保持枠を備え、操作環の回転角が大きいレンズ装置および撮像装置を提供することができる。

本実施形態における撮像装置の広角端での断面図である。 本実施形態における撮像装置の望遠端での断面図である。 本実施形態におけるレンズ装置の分解斜視図である。 図３中の領域Ａの分解斜視図である。 本実施形態におけるズーム操作環の外観図である。 図５中の領域Ｂの拡大図である。 本実施形態における第１回転角変換機構の分解斜視図である。 本実施形態における第２回転角変換機構の分解斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、図１乃至図４を参照して、本実施形態におけるレンズ装置および撮像装置について説明する。図１および図２は、光軸Ｏに平行な平面で切断した、撮像装置１０の断面図である。図１は交換レンズ（レンズ装置）１００が広角端にある場合、図２は交換レンズ１００が望遠端にある場合をそれぞれ示している。図３は、交換レンズ１００の分解斜視図である。図４は、図３中の破線で囲まれた領域Ａの分解斜視図である。ただし理解を容易にするため、図３および図４では、本実施形態の説明に不要な部材を省略している。

撮像装置１０は、カメラ本体２００と、カメラ本体２００に着脱可能な交換レンズ１００とを備えて構成される一眼レフカメラシステムである。ただし本実施形態は、これに限定されるものではなく、カメラ本体とレンズ装置とが一体的に構成されたデジタルカメラやビデオカメラなどの撮像装置にも適用可能である。本実施形態において、交換レンズ１００は、オートフォーカス（ＡＦ）動作を行うとともにユーザの手動操作によりズーム動作を行うが、これに限定されるものではない。

交換レンズ１００は、光軸Ｏに沿った方向（光軸方向）において、物体側（被写体側）から像側へ順に、第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４、第５レンズ群Ｌ５、および、第６レンズ群Ｌ６の６つのレンズ群から構成される。第１レンズ群Ｌ１は、第１レンズ保持枠１０１に保持され、ズーム動作により移動するレンズ群である。第２レンズ群Ｌ２は、第２レンズ保持枠（フォーカスレンズ保持枠）１０２に保持され、ズーム動作およびフォーカス動作により移動するフォーカスレンズ群である。第３レンズ群Ｌ３は、第３Ａレンズ群Ｌ３Ａと第３Ｂレンズ群とから構成され、それぞれ第３Ａレンズ保持枠１０３と第３Ｂレンズ保持枠１０４とに保持され、ズーム動作により移動するレンズ群である。第４レンズ群Ｌ４は、光軸Ｏに直交する方向（光軸直交方向）に平行移動することで像振れを補正する防振レンズ群（補正レンズ群）であり、振れ補正ユニット１０５に保持され、ズーム動作により移動するレンズ群である。第５レンズ群Ｌ５は、第５レンズ保持枠１０６に保持され、ズーム動作により移動するレンズ群である。第６レンズ群Ｌ６は、第６レンズ保持枠１０７に保持され、ズーム動作およびフォーカス動作のいずれでも移動しない固定レンズ群である。本実施形態の交換レンズ１００は、第２レンズ群Ｌ２がフォーカスレンズ群である、いわゆる２群インナーフォーカスレンズであり、光学６群ズームレンズである。

次に、交換レンズ１００の各部品および構成について詳述する。レンズマウント１０８は、カメラ本体２００と交換レンズ１００との接続機能を有する。また、カメラ本体２００と交換レンズ１００は、レンズマウント１０８を介して電気的通信を行う。カメラ本体２００は、撮像素子２０１を有する。撮像素子２０１は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどを備え、交換レンズ１００を介して形成された被写体像（光学像）を電気信号に変換する（被写体像の光電変換を行う）光電変換素子である。レンズマウント１０８は、固定筒１０９に対して外装環１１０を介して不図示のビスで固定されている。またレンズマウント１０８は、第６レンズ保持枠１０７を保持している。第６レンズ保持枠１０７は、樹脂部材で構成された弾性変形部を有し、レンズマウント１０８に弾性変形部が係合することにより固定されている。なお本実施形態では、第６レンズ保持枠１０７は弾性変形によりレンズマウント１０８に固定されているが、ネジ結合や接着剤などの他の固定手段を用いて固定してもよい。以下、本実施形態における各種固定手段は、単一の固定手段に限定されるものではなく、必要に応じて変更可能である。

固定筒１０９は、レンズマウント１０８とビス止め固定されている。固定筒１０９には、フォーカス操作環１１１、不図示の振れ検出手段である回転検出ジャイロ素子、フォトインタラプタ、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子などを備えたフォーカス操作環１１１の回転検出部、および、ズーム操作量を検出するズーム検出部が設けられている。外装環１１０は、レンズマウント１０８と固定筒１０９との間に挟み込まれて固定されている。外装環１１０には、不図示の各操作スイッチが設けられている。

案内筒（固定枠）１１２は、後述のズーム操作環１１８よりも内側（光軸Ｏ側）に設けられ、固定筒１０９に対して不図示のビスで固定されている。案内筒１１２には、第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、および、第３レンズ群Ｌ３をズーム操作時に光軸方向にガイドする第１直進案内溝１１２Ａおよび第２直進案内溝１１２Ｂが形成されている。また案内筒１１２には、後述するサブカム筒（第３カム筒）１１３を光軸Ｏの周り（光軸周り）に回転させるサブカム回転用のカム溝１１２Ｃが形成されている。また案内筒１１２には、案内筒１１２の外周のカム筒（第２カム筒）１１４をズーム操作時に光軸方向に回転繰出しさせるカムフォロア１１５がビス止め固定されている。なお本実施形態において、特に記載がない場合、各カム溝、各直進溝、および、各カムフォロアはそれぞれ、光軸Ｏを中心として（光軸周りに）１２０度ごと、計３箇所に配置されているものとする。本実施形態では、これら３箇所に配置された各カム溝または各直進溝をそれぞれ、同一（同一種類）のカム溝または直進溝であるとする。このため複数のカム溝（または複数の直進溝）という場合には、軌跡または駆動対象が異なる複数種類のカム溝（または直進溝）を意味する。

カム筒１１４には、カム筒進退用カム溝１１４Ｅ、および、第１レンズ群Ｌ１から第３レンズ群Ｌ３のズーム動作時のそれぞれの軌跡に対応する３種類（計９本）のカム溝が形成されている。カム筒１１４は、カム筒進退用カム溝１１４Ｅとカムフォロア１１５との相互作用により、ズーム操作に応じて回転繰出しされる。３種類のカム溝は、回転伝達用カム溝１１４Ａ、第３群駆動用カム溝１１４Ｂ、および、第２群駆動用カム溝１１４Ｃである。回転伝達用カム溝１１４Ａは、第１直進筒１２０の光軸方向における直進運動を回転運動に変換するためのカム溝である。第３群駆動用カム溝１１４Ｂは、第３群ベース筒１１６を駆動するためのカム溝である。第２群駆動用カム溝１１４Ｃは、第２群調整枠１２３を駆動するためのカム溝である。

第３群ベース筒（第２直進筒）１１６は、案内筒１１２の第１直進案内溝１１２Ａ、および、カム筒１１４の第３群駆動用カム溝１１４Ｂに対して、カムフォロア１１６Ｄを介して保持されており、ズーム操作に応じて直進駆動される。第３群ベース筒１１６は、サブカム筒１１３を径嵌合により光軸直交方向に保持しており、サブカム筒１１３に設けられたサブカム回転用のカムフォロア１１７と、係合する第３群ベース筒１１６のサブカム進退用のカム溝１１６Ａとを介して、光軸方向を規定する。また第３群ベース筒１１６には、第３直進案内溝１１６Ｂおよび第４直進案内溝１１６Ｃが形成されている。第３直進案内溝１１６Ｂおよび第４直進案内溝１１６Ｃはそれぞれ、振れ補正ユニット１０５および第５レンズ保持枠１０６をカムフォロアを介して、ズーム操作時に光軸Ｏに対して直進案内する役割を有する。

サブカム筒（第３カム筒）１１３には、第１サブカム溝１１３Ａおよび第２サブカム溝１１３Ｂが形成されている。第１サブカム溝１１３Ａおよび第２サブカム溝１１３Ｂはそれぞれ各直進案内溝との相互作用により、カムフォロアを介して振れ補正ユニット１０５および第５レンズ保持枠１０６をズーム操作時に光軸Ｏに対して直進駆動する。また、カムフォロア１１７およびカム溝１１２Ｃにより、ズーム操作時に光軸周りの回転が可能である。

操作部材であるズーム操作環（第１カム筒）１１８は、ズーム連結環１１９に対して光軸周りに回転自在に保持されている。ズーム操作環１１８には、ズームカム溝１１８Ａおよびズーム検出用カム溝１１８Ｂが形成されている。ズームカム溝１１８Ａは、ズーム操作時に第１直進筒１２０を光軸方向に直進駆動させるためのカム溝である。ズーム検出用カム溝１１８Ｂは、固定筒１０９に固定されたズーム位置検出手段である抵抗式リニアセンサを駆動させるためのカム溝である。ズーム連結環１１９は、案内筒１１２にビス止め固定されており、ズーム操作環１１８の周溝とズーム連結環１１９の係合爪により、光軸方向の位置を固定したまま光軸周りに回転可能に保持されている。

第１直進筒１２０には、第２直進案内溝１１２Ｂおよびカム筒１１４のカム溝に係合するカムフォロア１２０Ａ、並びに、ズームカム溝１１８Ａに係合するカムフォロア１２０Ｂが固定されている。ユーザがズーム操作環１１８を回転させると、第２直進案内溝１１２Ｂ、ズームカム溝１１８Ａ、および、カムフォロア１２０Ｂの相互作用により、第１直進筒１２０が直進駆動する。また第１直進筒１２０の直進駆動は、カムフォロア１２０Ａによりカム筒１１４の回転に変換される。

以上のとおり、ズーム操作環（第１カム筒）１１８の回転運動が第１直進筒１２０の直進運動に変換され、第１直進筒１２０の直進運動がカム筒（第２カム筒）１１４の回転運動に変換される。また、カム筒１１４の回転運動が第３群ベース筒（第２直進筒）１１６の直進運動に変換され、カムフォロア１１７とカム溝１１２Ｃとにより、第３群ベース筒１１６の直進運動がサブカム筒（第３カム筒）１１３の回転運動に変換される。

次に、第１レンズ群Ｌ１の動きに関する機構について詳述する。第１レンズ群Ｌ１は、いわゆる２段繰出し機構である。第１レンズ群Ｌ１の１段目の繰出しは、前述した第１直進筒１２０である。第１直進筒１２０には、第１群カム筒１２１が光軸方向における位置は第１直進筒１２０と同一であって光軸周りに回転可能に保持されている。第１群カム筒１２１には、カム筒１１４からの回転を受けてカム筒１１４と同一回転を行うための第５直進案内溝１２１Ａが形成されている。カム筒１１４には、第５直進案内溝１２１Ａに対応する回転伝達用カムフォロア１１４Ｄが固定されている。また第１群カム筒１２１には、第１レンズ群Ｌ１の２段目の繰出し部品である第２直進筒１２２を繰出すためのカム溝１２１Ｂが形成されている。

第２直進筒１２２には、第１直進筒１２０の第６直進案内溝１２０Ｃに係合するカムフォロア１２２Ａ、および、カム溝１２１Ｂに係合するカムフォロア１２２Ｂが固定されている。また第２直進筒１２２には、不図示のワッシャーを介して第１レンズ保持枠１０１がビス止め固定されており、使用するワッシャーの厚みに応じて第１レンズ保持枠１０１の光軸Ｏに対する倒れと光軸方向の位置を調整（選択）することが可能である。

このように、ズーム操作環１１８の回転力により第１直進筒１２０が繰出し、カム筒１１４の回転が第１直進筒１２０に対して定位置回転する第１群カム筒１２１に伝えられる。これにより、第１直進筒１２０に対して第２直進筒１２２をさらに繰出すことができる。その結果、第１レンズ群Ｌ１、第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４、および、第５レンズ群Ｌ５をズーム操作で光軸方向に駆動（移動）させることが可能となる。

次に、第２レンズ群Ｌ２の動きに関する機構について詳述する。ズーム駆動枠である第２群調整枠１２３は、第２直進案内溝１１２Ｂおよびカム筒１１４の第２群駆動用カム溝１１４Ｃに対してカムフォロアを介して保持されており、ズーム操作で直進駆動される。第２群ベース枠１２４は、第２群調整枠１２３に対して互いに偏芯した円筒部を有するコロ部材（偏芯コロ）により保持されており、光学性能を向上させるために互いの位置を調整することができる。また第２群ベース枠１２４には第７直進案内溝１２４Ａが形成されている。第２群ベース枠１２４は、光軸方向においては第２群ベース枠１２４と同一で光軸周りに回転（定位置回転）可能に保持された第２群カム筒１２５のフォーカスカム溝１２５Ａにより、第２レンズ保持枠１０２をカムフォロアを介して保持している。ギアユニット１２６は、アクチュエータとギア輪冽との組合せで構成されており、第２群ベース枠１２４に固定されてアクチュエータの出力により第２群カム筒１２５を回転することが可能である。

第２レンズ保持枠１０２は、第２群ベース枠１２４に対して光軸方向における移動量の規制部を有する。本実施形態では、カムフォロアと第７直進案内溝１２４Ａに当接させることで交換レンズ１００に衝撃が加わったときの移動量に規制を加えており、メカ的な移動端（メカ端）を構成している。メカ端は、ギアユニット１２６で電気的に通常駆動して移動可能な範囲よりも若干量大きく設定されている。第２レンズ保持枠１０２は、第２群ベース枠１２４に固定されたフォトインタラプタの出力を遮るための遮光ハネ部を有し、フォーカス駆動時の基準座標を作るためのリセット機構を構成している。

このような構成により、前述のとおり、ズーム操作環１１８の回転によりカム筒１１４が回転しながら光軸方向に繰出し、さらに第２群調整枠１２３を光軸方向に進退させることができる。また、ズーム操作時およびフォーカス駆動時にギアユニット１２６により第２群カム筒１２５を回転させることにより、被写***置に合わせてフォーカスレンズ群である第２レンズ群Ｌ２を駆動することが可能である。

メイン回路基板１２７は、フォーカス駆動制御や、電磁駆動絞りユニット１２８および振れ補正ユニット１０５の制御など、交換レンズ１００の全体の制御を司っており、固定筒１０９にビス止め固定されている。

次に、ズーム操作環（第１カム筒）１１８、カム筒（第２カム筒）１１４、および、サブカム筒（第３カム筒）１１３のそれぞれの回転とそれらの連動機構について詳述する。ズーム操作環１１８は、ズーミング時に広角端（ワイド端）から望遠端（テレ端）までに１００度（第１回転角θ１）だけ回転し、ズーム操作環１１８と固定筒１０９との互いの突き当て部で回転端を規制している。ズーム操作環１１８に形成された３本のズームカム溝１１８Ａは、１００度とワイド端およびテレ端の両側に余角を有する。本実施形態では、ズーム操作環１１８においてレンズ群を移動させるためのカム溝は１種類である（検出センサ用のカム溝は光軸方向にずれた位置に別途存在する）。ただし、３６０度のうち、カム溝が占有する角度は約３００度であるため、直進溝を１種類（３本）追加し、第１直進筒１２０の直進案内溝として用いてもよい。

次に、図７を参照して、第１回転角変換機構（第１回転角変換部）について説明する。図７は、第１回転角変換機構の分解斜視図である。図７中の２点鎖線は、各カムフォロアの各溝への繋がりを示している。第１回転角変換機構は、ズーム操作環１１８が第１回転角θ１だけ回転することにより、カム筒１１４を第２回転角θ２（θ１＞θ２）だけ回転させるための機構である。

本実施形態において、第１回転角変換機構は、ズーム操作環１１８、第１直進筒１２０、案内筒１１２、および、カムフォロア１１５、および、カム筒１１４とを備えて構成される。ズーム操作環１１８は、光軸方向の位置は固定で光軸周りに回転し、ズームカム溝１１８Ａが形成されている。第１直進筒１２０のカムフォロア１２０Ｂは、ズームカム溝１１８Ａと係合する。案内筒１１２には第２直進案内溝１１２Ｂが形成されている。第１直進筒１２０のカムフォロア１２０Ａは、カム筒１１４の回転伝達用カム溝１１４Ａおよび第２直進案内溝１１２Ｂと係合する。カムフォロア１１５は、案内筒１１２に固定されており、カム筒１１４に形成されたカム筒進退用カム溝１１４Ｅと係合する。

続いて、第１回転角変換機構の動きについて、ワイド側からテレ側に移動する場合を例として詳述する。ズーム操作環１１８がカメラ本体２００側から見て反時計回りに回転すると、ズームカム溝１１８Ａのカメラ本体２００側の面によりカムフォロア１２０Ｂが溝面に垂直な力を受ける。その際、カムフォロア１２０Ａが第２直進案内溝１１２Ｂに係合しているため、カムフォロア１２０Ａが固定されている第１直進筒１２０は光軸方向にのみ移動の自由度を持つ。ここで、ズームカム溝１１８Ａのカムフォロア１２０Ｂの接点部の光軸直交方向に対してなす角をα１とする。このとき、ズーム操作環１１８の微小回転角Δθ１により、第１直進筒１２０は光軸方向に、「周長×ｔａｎ（なす角）」＝「角度×半径×ｔａｎ（なす角）」で移動するため、以下の式（１）で表されるように移動する。

Δθ１×ｒ１×ｔａｎα１ … （１）
式（１）において、ｒ１はズームカム溝１１８Ａの光軸からの距離である。

図５は、ズーム操作環（ズームリング）１１８を外側（外径側）から見た図である。図６は、図５中の領域Ｂの拡大図である。Δθ１は前述のようにワイド端からの微小回転角であるが、図６に示されるように、任意のカム溝の位置での微小回転量である。α１は、図６に示されるように、あるカム溝の位置におけるカム溝と光軸直交線に対してなす角を示す。ここでは、計算の便宜上、光軸Ｏに対して、像側から見て時計方向の軸と光軸Ｏを第１象限とした座標系で見るものとする。（例えば、図６中のα１（ｄｅｇ）は０＜α１＜９０である）また、ここではα１をズームカム溝１１８Ａのカム交角（交角）と呼称し、各カム溝についても同様とする。

第１直進筒１２０の光軸Ｏに平行な移動により、カムフォロア１２０Ａが回転伝達用カム溝１１４Ａに押しつけられることで斜面に垂直な力が発生するため、カム筒１１４は光軸中心に微小回転角Δθ２だけ回転する。ここで、案内筒１１２とカム筒１１４に関し、カムフォロア１１５およびカム筒進退用カム溝１１４Ｅの両者の係合で光軸方向の位置と回転角との関係が決定される。このため、カム筒進退用カム溝１１４Ｅの光軸直交方向に対してなす角をα２とすると、カム筒１１４は、微小回転角Δθ２だけ回転することにより、光軸方向に以下の式（２）で表されるように移動する。

Δθ２×ｒ２×ｔａｎ（−α２） … （２）
式（２）において、ｒ２はカム筒進退用カム溝１１４Ｅの光軸からの距離である。

ここで、カム筒１１４に対する第１直進筒１２０の移動量は、式（１）−式（２）より、以下の式（３）のように表される。

Δθ１×ｒ１×ｔａｎα１−Δθ２×ｒ２×ｔａｎ（−α２） … （３）
式（３）において、カムフォロア１２０Ａの回転伝達用カム溝１１４Ａに対する移動量は、回転伝達用カム溝１１４Ａの光軸直交方向に対する角度をα３、回転伝達用カム溝１１４Ａの光軸からの距離をｒ３とすると、以下の式（４）のように表される。

Δθ２×ｒ３×ｔａｎα３ … （４）
ここで、式（３）＝式（４）であること、本実施形態ではｒ２＝ｒ３であることから、以下の式（５）が成立する。

Δθ２＝Δθ１×（ｒ１／ｒ２）×（ｔａｎα１／（ｔａｎ（−α２）＋ｔａｎα３）） … （５）
第１回転角変換機構は、式（５）で表されるように回転角の変換を行う。本実施形態において、カム筒１１４には、回転伝達用カム溝１１４Ａ、第３群駆動用カム溝１１４Ｂ、第２群駆動用カム溝１１４Ｃ、および、カム筒進退用カム溝１１４Ｅの４種類のカム溝が形成されている。また、ワイド端からテレ端までのカム筒１１４の回転角（第２回転角θ２）は８０度であり、ズーム操作環１１８の回転角（第１回転角θ１）よりも小さく設定されている。このため、カム筒１１４に複数のカム溝を配置することができる。

次に、図８を参照して、第２回転角変換機構（第２回転角変換部）について詳述する。図８は、第２回転角変換機構の分解斜視図である。第２回転角変換機構は、カム筒１１４が第２回転角θ２だけ回転することにより、サブカム筒１１３を第３回転角θ３（θ２＞θ３）だけ回転させるための機構である。

本実施形態において、第２回転角変換機構は、カム筒１１４、案内筒１１２、案内筒１１２に固定されたカムフォロア１１５、第３群ベース筒１１６、サブカム筒１１３、および、サブカム筒１１３に固定されたカムフォロア１１７を備えて構成される。案内筒１１２には、第１直進案内溝１１２Ａとカム溝１１２Ｃとが形成されている。カム筒１１４にはカム筒進退用カム溝１１４Ｅと第３群駆動用カム溝１１４Ｂとが形成されている。第３群ベース筒１１６にはカムフォロア１１６Ｄが固定されており、カム溝１１６Ａが形成されている。

続いて、第２回転角変換機構の動きについて、ワイド側からテレ側に移動する場合を例として詳述する。ズーム操作環１１８がカメラ本体２００側から見て反時計回りに回転すると、第１回転角変換機構により、カム筒１１４が回転しながら光軸方向に進退する。このときの進退量は、式（２）のとおりである。

第３群ベース筒１１６は、カムフォロア１１６Ｄを介して、第１直進案内溝１１２Ａおよび第３群駆動用カム溝１１４Ｂに保持されているため、カム筒１１４の回転と光軸方向の進退に沿って、光軸方向に直進繰出しされる。カム筒１１４に対する第３群ベース筒１１６の移動量は、第３群駆動用カム溝１１４Ｂの光軸直交方向に対してなす角をα４とすると、光軸方向に以下の式（６）で表される。

Δθ２×ｒ４×ｔａｎα４ … （６）
式（６）において、ｒ４は３群駆動用カム溝１１４Ｂの光軸からの距離である。

第３群ベース筒１１６とサブカム筒１１３は、光軸面内方向において、第３群ベース筒１１６とサブカム筒１１３との不図示の互いの嵌合径により規制されている。このため、カムフォロア１１５がカム溝１１６Ａに係合することで、光軸方向の位置が決定される。ここで、カムフォロア１１５は、案内筒１１２のカム溝１１２Ｃにも係合しており、案内筒１１２に対する第３群ベース筒１１６の直進により、サブカム筒１１３が光軸周りに微小回転角Δθ３だけ回転する。このとき、サブカム筒１１３の第３群ベース筒１１６に対する光軸方向の移動量は、カム溝１１６Ａの光軸直交方向に対してなす角をα５とすると、以下の式（７）で表される。

―Δθ３×ｒ５×ｔａｎα５ … （７）
式（７）において、ｒ５はカム溝１１６Ａの光軸からの距離である。

以上の計算より、案内筒１１２に対するサブカム筒１１３の移動量は、式（２）＋式（６）＋式（７）で表される。また、カムフォロア１１７は、カム溝１１２Ｃにより、微小回転角Δθ３だけ光軸周りに回転する。このため、カム溝１１２Ｃの光軸直交方向に対してなす角をα６とすると、カムフォロア１１７は、以下の式（８）で表されるように光軸方向に移動する。

Δθ３×ｒ６×ｔａｎα６ … （８）
式（８）において、ｒ６はカム溝１１２Ｃの光軸からの距離である。

ここで、カムフォロア１１７はサブカム筒１１３に固定されているため、光軸方向における移動量はサブカム筒１１３と同じである。このため、カムフォロア１１７の移動量は、式（２）＋式（６）＋式（７）＝式（８）で表され、微小回転角Δθ２と微小回転角Δθ３との関係を示す以下の式（９）が導かれる。

Δθ３＝Δθ２×（（ｒ２×ｔａｎ（−α２）＋ｒ４×ｔａｎα４）／（ｒ５×ｔａｎα５＋ｒ６×ｔａｎα６）） … （９）
第２回転角変換機構は、式（９）で表されるように回転角の変換を行う。サブカム筒１１３には、複数のレンズ保持枠の少なくとも二つを光軸方向に移動させる複数のカム溝（第１サブカム溝１１３Ａおよび第２サブカム溝１１３Ｂ）が光軸方向において互いに重なる位置に形成されている。このようなカム溝の配置は、サブカム筒１１３の回転角（第３回転角θ３）を４０度と小さくすることにより実現することができる。

本実施形態の交換レンズ１００は、第１回転角θ１、第２回転角θ２、および、第３回転角θ３との関係がθ１＞θ２＞θ３を満足するように構成されている。これにより、ズーム操作環１１８の第１回転角θ１を大きくしつつ、光軸方向に複数のカム溝（第１サブカム溝１１３Ａ、第２サブカム溝１１３Ｂ）を持つサブカム筒１１３の第３回転角θ３を小さくすることができる。また、第３回転角θ３を小さくすることにより、案内筒（固定枠）１１２に、複数の直進溝（第１直進案内溝１１２Ａ、第２直進案内溝１１２Ｂ）が存在しない角度において、カム溝１１２Ｃを形成することができる。このため、交換レンズ１００の小型化を図ることが可能である。

本実施形態において、第１カム筒は、光学要素（レンズ）を駆動するための溝として、１種類のカム溝のみが形成されているため、回転角を大きくすることができる。なお、第１カム筒に１種類の直進溝を設けてもよい。また、第２カム筒は、複数群を駆動するため少なくとも２種類以上のカム溝を備え、第３カム筒は、光軸方向の重なった位置に複数種類のカム溝または直進溝を備えており、第３カム筒に省スペースで複数群を駆動または保持することが可能となる。

また、図２に示されるように交換レンズ１００のズーム状態が望遠側である状態で、光軸直交方向の断面Ｃ（光軸直交面）において、少なくとも５種類のカム溝または直進溝を配置することができる。すなわち本実施形態では、交換レンズ１００のズーム位置をワイド端からテレ端まで変化させる間に、光軸Ｏと直交する面において少なくとも５種類のカム溝が存在する。このため、限られた空間内に多くの要素を配置し、省スペース化を図ることが可能である。本実施形態では、断面Ｃにおいて、６種類のカム溝または直進溝を配置することができる。これらのカム溝または直進溝は、具体的には、第１、第２回転角変換機構であるズームカム溝１１８Ａ、回転伝達用カム溝１１４Ａ、第２直進案内溝１１２Ｂ、第１直進案内溝１１２Ａ、カム溝１１２Ｃ、および、３群駆動用カム溝１１４Ｂである。

また、ズーム状態が望遠側である状態で、光軸直交方向の断面Ｃにおいて、ズームカム溝１１８Ａ、第３群駆動用カム溝１１４Ｂ、カム溝１１６Ａ、第１サブカム溝１１３Ａ、および、第２サブカム溝１１３Ｂを配置することができる。これにより、ズーム操作環（ズームリング）１１８の回転角を大きくすることと、光軸方向において同じ位置に計４つの群を個別に移動させるカム溝を配置することとの両立を省スペースで達成することが可能である。

本実施形態において、レンズ装置（交換レンズ１００）は、複数のレンズ保持枠（第１レンズ保持枠１０１〜第６レンズ保持枠１０７）、第１カム筒（ズーム操作環）、第２カム筒（カム筒１１４）、および、第３カム筒（サブカム筒１１３）を有する。第１、第２、第３カム筒は、複数のレンズ保持枠の少なくとも一つを光軸方向に移動するためのカム溝がそれぞれ形成されている。また、第１カム筒は第２カム筒および第３カム筒よりも外側に設けられており、第２カム筒は第３カム筒よりも外側に設けられている。このように本実施形態において、第１、第２、第３カム筒は、外径側から内径側（光軸Ｏ側）へ順に配置されている。このため、同じ角度であっても周長に直すと、直径が大きいほうが長くなる。またレンズ装置は、光軸周りに第１カム筒を第１回転角θ１だけ回転させたとき、第２カム筒は第２回転角θ２、第３カム筒は第３回転角θ３だけそれぞれ回転し、第１回転角θ１、第２回転角θ２、および、第３回転角θ２は、θ１＞θ２＞θ３の関係を満足する。このため、各カム筒のカム溝中心の回転量以外に必要なカム溝幅や溝と溝との間の厚さ等を考えた場合に最も直径の小さい第３カム筒の回転角を小さくすることで、強度を向上させることができる。

本実施形態によれば、複数のレンズ保持枠を備え、操作環の回転角が大きいレンズ装置および撮像装置を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本実施形態の第１、第２回転角変換機構は設計自由度の高い構成であるが、これに限定されるものではない。例えば、α２＝α５＝０度とすることで、より簡易な構成とすることもできる。また本実施形態では、一眼レフフィルムカメラに用いられる交換レンズについて説明したが、本発明は、レンズシャッタカメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の各種撮影装置（光学機器）のレンズ装置にも適用可能である。

１００ 交換レンズ（レンズ装置）
１１３ サブカム筒（第３カム筒）
１１４ カム筒（第２カム筒）
１１８ ズーム操作環（第１カム筒）

Claims (12)

1. 複数のレンズ保持枠と、
   前記複数のレンズ保持枠の少なくとも一つを光軸方向に移動するためのカム溝がそれぞれ形成された第１カム筒、第２カム筒、および、第３カム筒と、を有し、
   前記第１カム筒は、前記第２カム筒および前記第３カム筒よりも外側に設けられており、
   前記第２カム筒は、前記第３カム筒よりも外側に設けられており、
   光軸周りに前記第１カム筒を第１回転角θ１だけ回転させたとき、前記第２カム筒は第２回転角θ２、前記第３カム筒は第３回転角θ３だけそれぞれ回転し、
   前記第１回転角θ１、前記第２回転角θ２、および、前記第３回転角θ２は、
   θ１＞θ２＞θ３
   を満足する
   ことを特徴とするレンズ装置。
2. 前記第１カム筒が前記第１回転角θ１だけ回転することにより、前記第２カム筒を前記第２回転角θ２だけ回転させる第１回転角変換部と、
   前記第２カム筒が前記第２回転角θ２だけ回転することにより、前記第３カム筒を前記第３回転角θ３だけ回転させる第２回転角変換部と、を更に有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
3. 前記第１回転角変換部は、
   第１直進筒を有し、
   前記第１カム筒の回転運動を前記第１直進筒の直進運動に変換し、
   前記第１直進筒の前記直進運動を前記第２カム筒の回転運動に変換し、
   前記第２回転角変換部は、第２直進筒を有し、
   前記第２カム筒の前記回転運動を前記第２直進筒の直進運動に変換し、
   前記第２直進筒の直進運動を前記第３カム筒の回転運動に変換する
   ことを特徴とする請求項２に記載のレンズ装置。
4. 前記第１カム筒よりも内側に設けられた固定枠を更に有し、
   前記固定枠には、前記第１直進筒および前記第２直進筒をそれぞれ直進運動させる複数の案内溝が形成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載のレンズ装置。
5. 前記固定枠には、前記第３カム筒を回転させるカム溝が形成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載のレンズ装置。
6. 前記固定枠の前記複数の案内溝と前記固定枠の前記カム溝とは、前記光軸周りにおいて互いに異なる位置に形成されている
   ことを特徴とする請求項５に記載のレンズ装置。
7. 前記第１カム筒には、前記第１直進筒を光軸方向に直進駆動させるカム溝が形成されている
   ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載のレンズ装置。
8. 前記第２カム筒には、前記第１直進筒の前記直進運動を回転運動に変換するカム溝、および、前記第２直進筒を駆動するカム溝が形成されている
   ことを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載のレンズ装置。
9. 前記第３カム筒には、前記複数のレンズ保持枠の少なくとも二つを前記光軸方向に移動させる複数のカム溝が前記光軸方向において互いに重なる位置に形成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のレンズ装置。
10. 前記レンズ装置のズーム位置をワイド端からテレ端まで変化させる間に、光軸と直交する面において少なくとも５種類のカム溝が存在する
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のレンズ装置。
11. 前記レンズ装置の前記ズーム位置を前記ワイド端から前記テレ端まで変化させる間に、前記光軸と直交する面において少なくとも６種類のカム溝が存在する
    ことを特徴とする請求項１０に記載のレンズ装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のレンズ装置と、
    前記レンズ装置を介して形成された光学像を光電変換する撮像素子を保持するカメラ本体と、を有する
    ことを特徴とする撮像装置。

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