(57)【要約】【課題】レンズの移動量を大きくしつつ駆動負荷を低減できるようにした小型の光学機器を提供する。【解決手段】光学機器１は、第１のレンズＬ２を保持し、光軸方向に移動可能な第１のレンズ保持部材２０と、第２のレンズＬ３，Ｌ４を保持し、光軸方向に移動可能な第２のレンズ保持部材３０，４０と、第１のレンズ保持部材を光軸方向に駆動するアクチュエータ２９と、光軸から離れて光軸方向に延びる軸回りで回転可能であり、第１のレンズ保持部材の光軸方向での移動から回転を生じさせる第１のカム６２および第２のレンズ保持部材を光軸方向に駆動する第２のカム６３，６４を有するカム部材６０とを有する。カム部材において、第１のカムは第１の円筒部６０ａに形成され、第２のカムは第１の円筒部より径が大きい第２の円筒部６０ｂに形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のレンズを保持し、光軸方向に移動可能な第１のレンズ保持部材と、
第２のレンズを保持し、前記光軸方向に移動可能な第２のレンズ保持部材と、
前記第１のレンズ保持部材を前記光軸方向に駆動するアクチュエータと、
光軸から離れて前記光軸方向に延びる軸回りで回転可能であり、前記第１のレンズ保持部材の前記光軸方向での移動から回転を生じさせる第１のカムおよび前記第２のレンズ保持部材を前記光軸方向に駆動する第２のカムを有するカム部材とを有し、
前記カム部材において、前記第１のカムは第１の円筒部に形成され、前記第２のカムは前記第１の円筒部より径が大きい第２の円筒部に形成されていることを特徴とする光学機器。
【請求項２】
前記第１のカムと前記第２のカムは、前記カム部材における軸方向のいずれの位置においても互いに異なる回転位相に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
【請求項３】
前記第２の円筒部が、前記カム部材の回転方向の一部に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学機器。
【請求項４】
前記第１のレンズ保持部材が前記光軸方向に移動する空間を第１のレンズ移動空間とし、前記光軸方向において前記第２の円筒部が配置された領域を第２の円筒部領域とするとき、
前記第２の円筒部は、
前記第１のレンズ保持部材が前記光軸方向における前記第２の円筒部領域外に位置するときは前記第１のレンズ移動空間内に位置し、
前記第１のレンズ保持部材が前記光軸方向における前記第２の円筒部領域内に位置するときは前記第１のレンズ移動空間外に位置することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学機器。
【請求項５】
前記第１のカムは、前記カム部材の軸方向に対して一定の傾斜角を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光学機器。
【請求項６】
前記第１のレンズと前記第２のレンズは、前記光軸方向における物体側からこの順で配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光学機器。
【請求項７】
前記第１のレンズの径が、前記第２のレンズの径より大きいことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学機器。
【請求項８】
前記第２のカムとして、互いにカム形状が異なる複数のカムを有し、
前記第２のレンズ保持部材として、前記複数のカムのそれぞれにより駆動される複数のレンズ保持部材を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の光学機器。
【請求項９】
前記第１および第２のレンズを含む光学系により形成された光学像を撮像する撮像素子を有することを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置等の光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学機器には、光軸回り又は光軸から離れた軸回りで回転するカム筒を用いて複数のレンズを光軸方向に駆動してズーミングやフォーカシングを行うものがある。特許文献１には、光軸方向への移動量が互いに異なる複数のレンズを光軸から離れて光軸方向に延びる軸回りで回転する円柱上のカム部材により駆動する光学機器が開示されている。この光学機器では、カム部材のうち移動量が大きいレンズを駆動するカムが形成された円筒部の径を移動量が小さいレンズを駆動するカムが形成された円筒部の径よりも大きくすることで、傾斜角がゆるやかになり、円筒カムの駆動負荷を低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１３３６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１にて開示された光学機器のようにレンズの移動量が大きくなるほどカム部材の径を大きくすると、光学機器が大型化する。
【０００５】
本発明は、光軸から離れて光軸方向に延びる軸回りで回転するカム部材を用いてレンズの移動量を大きくしつつ駆動負荷を低減できるようにした小型の光学機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての光学機器は、第１のレンズを保持し、光軸方向に移動可能な第１のレンズ保持部材と、第２のレンズを保持し、光軸方向に移動可能な第２のレンズ保持部材と、第１のレンズ保持部材を光軸方向に駆動するアクチュエータと、光軸から離れて光軸方向に延びる軸回りで回転可能であり、第１のレンズ保持部材の光軸方向での移動から回転を生じさせる第１のカムおよび第２のレンズ保持部材を光軸方向に駆動する第２のカムを有するカム部材とを有する。そして、カム部材において、第１のカムは第１の円筒部に形成され、第２のカムは第１の円筒部より径が大きい第２の円筒部に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、光軸から離れて光軸方向に延びる軸回りで回転するカム部材を用いてレンズの移動量を大きくしつつ駆動負荷を低減できる小型の光学機器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例である撮像装置の斜視図。
【図２】実施例の撮像装置の分解斜視図。
【図３】図２に示すサイドカム筒の斜視図と正面図。
【図４】サイドカム筒のカム線図。
【図５】実施例の撮像装置の内部構成のWIDEでの正面図と側面図。
【図６】実施例の撮像装置の内部構成のTELEでの正面図と側面図。
【図７】実施例の撮像装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施例である光学機器としての撮像装置１の外観を示しており、図２は撮像装置１を分解して示している。撮像光学系は、その光軸方向における物体側から順に、１群レンズＬ１、２群レンズＬ２、３群レンズＬ３、４群レンズＬ４および５群レンズＬ５を含む。１群レンズＬ１は光軸方向において固定されている。２群レンズ（第１のレンズ）Ｌ２と３群および４群レンズ（複数の第２のレンズ）Ｌ３，Ｌ４はそれぞれ、光軸方向に移動して変倍（ズーミング）を行う。５群レンズＬ５は、光軸方向に移動して焦点調節（フォーカシング）を行う。
【００１１】
１群レンズＬ１は、１群レンズ保持枠１０により保持されている。１群レンズ保持枠１０は、前側保持筒１００に固定されている。２群レンズＬ２は、２群レンズ保持枠（第１のレンズ保持部材）２０により保持されている。２群レンズ保持枠２０は、そのスリーブ部２０ａがガイドバー２７に係合することで光軸方向に移動可能にガイドされ、溝部２０ｂがガイドバー２８に係合することでガイドバー２７回りでの回転が阻止される。ガイドバー２７，２８は、それらの両端部が前側保持筒１００と後側保持筒２００により保持されることで前側および後側保持筒１００，２００に固定されている。
【００１２】
２群レンズ保持枠２０には、ラック２１が取り付けられている。ラック２１は、ラックばね２２によって２群レンズ保持枠２０に対して光軸方向に押圧されるとともに、ステッピングモータ（アクチュエータ）２９のリードスクリュー部２９ａに係合するように付勢される。ステッピングモータ２９が駆動されてリードスクリュー部２９ａが回転すると、リードスクリュー部２９ａとラック２１との係合作用によって２群レンズ保持枠２０が光軸方向に駆動される。ステッピングモータ２９は、フレーム２９ｂを介して後側保持筒２００に固定されている。
【００１３】
また、２群レンズ保持枠２０には、カムフォロワ２３が回転可能に取り付けられているとともに、付勢カムフォロワ２４を回転可能に保持するスライダ２６が取り付けられている。スライダ２６は、付勢ピン２５と不図示のばねによって付勢カムフォロワ２４がカムフォロワ２３に近づく方向に付勢される。これにより、カムフォロワ２３と付勢カムフォロワ２４は、それらの間に後述する２群回転カムリブ６２を挟み込む。
【００１４】
３群レンズＬ３は、３群レンズ保持枠３０により保持されている。３群レンズ保持枠３０は、そのスリーブ部３０ａがガイドバー３２に係合することで光軸方向に移動可能にガイドされ、溝部３０ｂがガイドバー３３に係合することでガイドバー３２回りでの回転が阻止される。ガイドバー３２，３３は、それらの両端部が前側保持筒１００と後側保持筒２００により保持されることで前側および後側保持筒１００，２００に固定されている。３群レンズ保持枠３０には、カムフォロワ３１が回転可能に取り付けられている。
【００１５】
４群レンズＬ４は、４群レンズ保持枠４０により保持されている。４群レンズ保持枠４０は、そのスリーブ部４０ａがガイドバー３２に係合することで光軸方向に移動可能にガイドされ、溝部（図示せず）がガイドバー３３に係合することでガイドバー３２回りでの回転が阻止される。４群レンズ保持枠４０には、カムフォロワ４１が回転可能に取り付けられている。
【００１６】
付勢ばね３４は、その一端が３群レンズ保持枠３０に掛けられ、他端が４群レンズ保持枠４０に掛けられる。付勢ばね３４の付勢力は、カムフォロワ３１を後述する３群カムリブ６３に押圧し、カムフォロワ４１を後述する４群カムリブ６４に押圧する。
【００１７】
５群レンズＬ５は、５群レンズ保持枠５０により保持されている。５群レンズ保持枠５０は、そのスリーブ部５０ａがガイドバー５３に係合することで光軸方向に移動可能にガイドされ、溝部５０ｂがガイドバー５４に係合することでガイドバー５３回りでの回転が阻止される。ガイドバー５３，５４は、それらの両端部が前側保持筒１００と後側保持筒２００により保持されることで前側および後側保持筒１００，２００に固定されている。
【００１８】
５群レンズ保持枠５０には、ラック５１が取り付けられている。ラック５１は、ラックばね５２によって５群レンズ保持枠５０に対して光軸方向に押圧されるとともに、ステッピングモータ５５のリードスクリュー部（図示せず）に係合するように付勢される。ステッピングモータ５５が駆動されてリードスクリュー部が回転すると、リードスクリュー部とラック５１との係合作用によって５群レンズ保持枠５０が光軸方向に駆動される。ステッピングモータ５５は、フレーム５５ｂを介して後側保持筒２００に固定されている。
【００１９】
撮像装置１は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子により構成され、後側保持筒２００により保持された撮像素子３００を有する。撮像素子３００は、撮像光学系により形成された光学像（被写体像）を撮像する。
【００２０】
また撮像装置１は、撮像光学系の光軸から離れて光軸方向に延びる（光軸に平行な）軸回りで回転可能な円筒（円柱）形状のカム部材としてのサイドカム筒６０を有する。サイドカム筒６０は、ベアリング６５，６６を介して、前側保持筒１００と後側保持筒２００とにより回転可能に保持されている。
【００２１】
図３（ａ）はサイドカム筒６０の外観を示し、図３（ｂ）はサイドカム筒６０を軸方向（光軸方向）から見て示している。サイドカム筒６０は、半径Ｒ１の第１の円筒部６０ａと、第１の半径Ｒ１よりも大きい半径Ｒ２の第２の円筒部６０ｂとを有する。第２の円筒部６０ｂは、サブカム筒６０における光軸方向の一部かつ回転方向の一部に形成されている。言い換えれば、第１の円筒部６０ａはサイドカム筒６０の軸方向全長に渡って延び、その軸方向一部に半円筒形状の第２の円筒部６０ｂが形成されている。
【００２２】
第１の円筒部６０ａ上には前述した２群回転カムリブ６２が形成されており、第２の円筒部６０ｂ上には前述した３群カムリブ６３と４群カムリブ６４とが形成されている。すなわち、第２の円筒部６０ｂ上には互いにカム形状が異なる複数のカム（６３，６４）が形成され、これら複数のカムのそれぞれにより複数の第２のレンズ保持部材（３０，４０）が光軸方向に駆動される。
【００２３】
２群回転カムリブ６２、３群カムリブ６３および４群カムリブ６４は、サイドカム筒６０の軸方向のいずれの位置（光軸に直交する面）においても互いに異なる回転位相に形成されている。つまり、２群回転カムリブ６２、３群カムリブ６３および４群カムリブ６４は、サイドカム筒６０上において互いに重なることがない。これにより、サイドカム筒６０を樹脂成形する際に、型を軸方向に抜くだけでサイドカム筒６０の成形が可能になり、型構造を単純にすることができる。
【００２４】
前述したようにステッピングモータ２９のリードスクリュー部２９ａが回転すると、ラック２１を介して２群レンズ保持枠２０が光軸方向に移動する。このとき、カムフォロワ２３と２群回転カム６２との係合作用は、２群レンズ保持枠２０の光軸方向での移動からサイドカム筒６０の回転を生じさせる。そして、サイドカム筒６０が回転すると、３群カムリブ６３および４群カムリブ６４のそれぞれにカムフォロワ３１，４１が係合する３群レンズ保持枠３０と４群レンズ保持枠４０が光軸方向に駆動される。
【００２５】
図４は、サイドカム筒６０をその周方向（回転方向）に展開したときの２群回転カムリブ６２、３群カムリブ６３および４群カムリブ６４の全ズーム域でのカム形状（カム線図）を示す。TELEは望遠端を、WIDEは広角端を示す。Ｃ１は半径Ｒ１の第１の円筒部６０ａの周方向長さを示し、Ｃ２は半径Ｒ２（＞Ｒ１）の第２の円筒部６０ｂの周方向長さを示す。Ｃ２＞Ｃ１である。なお、図４では互いに周方向長さが異なる第１および第２の円筒部６０ａ，６０ｂを同一平面に展開しているため、２群回転カムリブ６２におけるズーム位置Ｚ１およびWIDEと、３群および４群カムリブ６３，６４におけるズーム位置Ｚ１およびWIDEとをそれぞれ互いにずらして示している。
【００２６】
θ２は２群回転カムリブ６２のズーム位置Ｚ１での軸方向に対する傾斜角を示しており、θ３ａは３群カムリブ６３のズーム位置Ｚ１での軸方向に対する傾斜角を示している。また、θ４ａは４群カムリブ６４のズーム位置Ｚ１での光軸方向に対する傾斜角を示している。
【００２７】
また、６３′と６４′はそれぞれ、第２の円筒部６０ｂの周方向長さが第１の円筒部６０ａと同じＣ１である場合の３群カムリブおよび４群カムリブのカム形状を示す。θ３ｂはこの場合における３群カムリブ６３のズーム位置Ｚ１での軸方向に対する傾斜角を示し、θ４ｂは４群カムリブ６４のズーム位置Ｚ１での軸方向に対する傾斜角を示す。
【００２８】
図４に示すように、２群カムリブ６２は、その傾斜角が一定のカム形状を有する。これにより、ステッピングモータ２９の推力を効率良くサイドカム筒６０の回転力に変換することができる。
【００２９】
ここで、cos(θ３ａ) とcos(θ４ａ)はそれぞれ、回転する３群カムリブ６３と４群カムリブ６４から３群レンズ保持枠３０と４群レンズ保持枠４０に作用する光軸方向への駆動力を示す。前述したようにＲ２＞Ｒ１であり、Ｃ２＞Ｃ１であるので、
|cos(θ３ａ)|＞|cos(θ３ｂ)|
|cos(θ４ａ)|＞|cos(θ４ｂ)|
なる関係が成立する。すなわち、第２の円筒部６０ｂの半径Ｒ２を第１の円筒部６０ａの半径Ｒ１より大きくすることにより、３群レンズ保持枠３０と４群レンズ保持枠４０に作用する光軸方向への駆動力を大きくすることができ、これらを効率良く駆動することができる。
【００３０】
図５はWIDEにおける撮像装置の内部構成を示し、図６はTELEでの内部構成を示す。図５および図６において、（ａ）は光軸方向から見た内部構成を示し、（ｂ）は光軸に直交する方向から見た内部構成を示す。２群レンズ保持部材２０が光軸方向に移動する空間を第１のレンズ移動空間Ｓとし、光軸方向において第２の円筒部６０ｂが配置された領域を第２の円筒部領域Ａとする。
【００３１】
このとき、第２の円筒部６０ｂは、図５（ｂ）に示すように２群レンズ保持枠２０が光軸方向における第２の円筒部領域Ａ外に位置するときは、図５（ａ）に示すように第１のレンズ移動空間Ｓ内に位置する。一方、図６（ｂ）に示すように２群レンズ保持枠２０が光軸方向における第２の円筒部領域Ａ内に位置するときは、第２の円筒部６０ｂは、図６（ａ）に示すように第１のレンズ移動空間Ｓ外に位置（退避）する。
【００３２】
この構成により、半径Ｒ２が大きな第２の円筒部６０ｂを有するサイドカム筒６０の位置を、光軸に近づけつつ、第２の円筒部６０ｂと２群レンズ保持枠２０との干渉を回避することができる。また、第２の円筒部６０ｂが第１のレンズ移動空間Ｓ内に入り込むまでその半径Ｒ２を大きくすることができるので、ステッピングモータ２９の推力を利用して効率良く３群および４群レンズ保持枠３０，４０を駆動することができる。すなわち、２群レンズ保持枠２０を直接駆動するとともに、サイドカム筒６０を介して３群および４群レンズ保持枠２０，３０，４０を駆動するステッピングモータ２９の駆動負荷を低減することができる。
【００３３】
図７は、WIDEにおける撮像装置の内部構成の断面を示す。Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４およびＤ５はそれぞれ、物体側から順に配置された２群レンズＬ２、３群レンズＬ３、４群レンズＬ４および５群レンズＬ５の直径を示す。Ｄ２〜Ｄ５は、
Ｄ２＞Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５
なる関係を有する。これにより、２群レンズＬ２を保持する２群レンズ保持枠２０に比べて、３群、４群および５群レンズＬ３，Ｌ４，Ｌ５をそれぞれ保持する３群、４群および５群レンズ保持枠３０，４０，５０を光軸に直交する面内において小さくすることができる。この結果、サブカム筒６０における第２の円筒部６０ｂの半径Ｒ２をより大きくすることができる。したがって、ステッピングモータ２９の推力を利用してより効率良く３群および４群レンズ保持枠３０，４０を駆動することができる。
【００３４】
本実施例によれば、２群レンズ保持枠２０をステッピングモータ２９により光軸方向に駆動し、２群レンズ保持枠２０の光軸方向での移動を利用してサブカム筒６０を回転させて３群および４群レンズ保持枠３０，４０を光軸方向に駆動する構成を有し、各レンズの移動量を大きくしつつ小型の撮像装置を実現することができる。
【００３５】
なお、上記実施例ではサブカム筒６０にカムリブ６２〜６４を設けた場合について説明したが、カム溝を設けてもよい。
【００３６】
また、上記実施例では撮像素子を含む撮像装置について説明したが、本発明の光学機器は撮像素子を含まないレンズ装置であってもよい。
【００３７】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００３８】
Ｌ２  ２群レンズ（第１のレンズ）
Ｌ３，Ｌ４  ３群および４群レンズ（第２のレンズ）
２９  ステッピングモータ
６０  サブカム筒
６０ａ  第１の円筒部
６０ｂ  第２の円筒部
６２  ２群回転カムリブ（第１のカム）
６３，６４  ３群および４群カムリブ（第２のカム）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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