(57)【要約】【課題】質量の増加を抑え且つ光学設計の自由度を下げずに、レンズ鏡筒に作用する重力や加速度、衝撃によって生じる焦点距離や焦点位置の変化、撮影画像のぶれを抑えたレンズ鏡筒を提供する。【解決手段】光学系の少なくとも一部を保持し、変倍時もしくは焦点調節時に光軸方向に移動するレンズ保持枠と、光学系を保持していない移動筒と、変倍時もしくは焦点調節時に操作される操作環と連動することで少なくとも光軸まわりに回転し、レンズ保持枠および移動筒を光軸方向に移動させるための少なくとも１つ以上のカム筒と、を有し、加速度によってレンズ保持枠に働く慣性力で操作環を回転させる力をＸ、操作環を回転させる方向に移動筒の移動を開始するときの力をＹ、操作環の保持力をＺ、操作環を回転させる方向に抗する方向の符号を正としたとき、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＞０なる条件式を満足する。【選択図】図１
2019095624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系と、
前記光学系の少なくとも一部を保持し、変倍時もしくは焦点調節時に光軸方向に移動する１つ以上のレンズ保持枠と、
前記光学系を保持していない少なくとも１つ以上の移動筒と、
前記変倍時もしくは焦点調節時に操作される操作環と、
前記変倍時もしくは焦点調節時に前記操作環と連動することで少なくとも光軸まわりに回転し、前記レンズ保持枠および前記移動筒を光軸方向に移動させるための少なくとも１つ以上のカム筒と、
を有するレンズ鏡筒において、
前記レンズ鏡筒に作用する加速度によって前記レンズ保持枠に働く慣性力で前記操作環を回転させる力をＸ、
前記操作環を回転させる方向に前記移動筒の移動を開始するときの力をＹ、
前記操作環の保持力をＺ、
前記操作環を回転させる方向に抗する方向の符号を正としたとき、
Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＞０
なる条件式を満足することを特徴とするレンズ鏡筒。
【請求項２】
前記移動筒は、前記光学系の光軸を中心にした円筒形状であることを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
【請求項３】
前記カム筒には、前記移動筒を光軸方向に移動させるためのカム溝が設けられており、
前記移動筒の質量は前記レンズ保持枠の質量よりも軽くなるよう、光軸と直交する平面と前記カム溝のなす角度で示される交角を所定角より大きくしていることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ鏡筒。
【請求項４】
前記移動筒には、前記移動筒に一体もしくは別部品にて設けられたカムフォロワが周方向に３つ設けられており、
前記カム筒には、前記カムフォロワと係合するカム溝が周方向に３つ設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。
【請求項５】
前記移動筒は少なくとも２つ備わり、
前記変倍時もしくは焦点調節時に前記操作環を回転させたときに、前記少なくとも２つの移動筒が順に繰り出すことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。
【請求項６】
前記カム筒には前記少なくとも２つの移動筒を移動させるための複数のカム溝が設けられており、前記複数のカム溝は光軸方向でオーバーラップしていることを特徴とする請求項５に記載のレンズ鏡筒。
【請求項７】
前記カム筒は少なくとも２つ備わり、
前記少なくとも２つのカム筒のうち第１のカム筒に前記レンズ保持枠を光軸方向に移動させるための第１のカム溝が設けられ、
前記２つ以上のカム筒のうち前記第１のカム筒ではない第２のカム筒に前記移動筒を光軸方向に移動させるための第２のカム溝が設けられており、
前記第１のカム溝と前記第２のカム溝は光軸方向でオーバーラップしていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ鏡筒に関する。
【背景技術】
【０００２】
一眼レフカメラなどの撮像装置に搭載されるレンズ鏡筒は、被写体や撮影場所、写真の構図などに合わせ様々な姿勢で使われる。例えば、レンズの光軸が重力に対して直交する姿勢（水平状態）や、空を撮影する条件での光軸上向きの姿勢、地面を撮影する条件での光軸下向きの姿勢などである。レンズ鏡筒に働く重力の方向は、これらの姿勢で異なる、すなわち、レンズ鏡筒を構成する部品には異なる慣性力が働いている。
【０００３】
また、流し撮りや撮影者が移動体に乗った状態での撮影、非撮影時の持ち運びなど、レンズ鏡筒自体を移動することで作用する慣性力がある。その他、一眼レフカメラのシャッタによる衝撃など外部から伝わる慣性力もある。
【０００４】
前述した重力や加速度、衝撃が光学系を保持する部品に慣性力として作用することにより、光学系を保持する部品の位置に変化が生じ、撮影者の意図とは異なる焦点距離や焦点位置に変化したり、撮影画像のぶれが生じたりすることがあった。
【０００５】
操作環を操作することで変倍や焦点調節を行うレンズ鏡筒において、撮影者の意図とは異なる焦点距離や焦点位置に変化するというのは操作環が受動的に操作されてしまう（勝手に動く）状態である。
【０００６】
これに対し、重力や加速度によって撮影者の意図とは異なる位置にレンズが移動しないよう、カウンタウェイトを構成する方法や光学系を構成するレンズ群を連結する方法が提案されている。
【０００７】
特許文献１では、合焦筒の自重と釣り合うように連結されたカウンタウェイトを備え、光軸と平行に移動可能とするスライド機構を設ける方法について提案されている。また、特許文献２では、第１及び第２の光学ユニットを、互いに傾斜方向に持ち上げる力を作用させるように連結する方法について提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１９３８７４号公報
【特許文献２】特開２０１２−３２５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１で提案されている方法では、合焦筒とカウンタウェイトの自重が釣り合った状態となるため、レンズ鏡筒に加速度が加わったときの慣性力が打ち消される。すなわち、レンズ鏡筒に作用する重力や加速度、衝撃によって生じる焦点距離や焦点位置の変化、撮影画像のぶれは起きにくい。しかしながら、カウンタウェイトと合焦筒は同じ質量であるために可動群の質量は２倍となり、レンズ鏡筒の質量という観点で見た場合に課題がある。
【００１０】
一方、特許文献２では光学系として元々ある第１と第２の光学ユニットを用いることで特許文献１のように可動群質量を２倍にすることなく、焦点距離や焦点位置の変化、撮影画像のぶれを抑えることができる。しかしながら、特許文献２では光学系の質量同士をキャンセルさせる方法であるために光学系の移動方向や移動量に制限が生じる、すなわち設計自由度が制限されるという課題が残る。
【００１１】
そこで本発明は、質量の増加を抑え且つ光学設計の自由度を下げずに、レンズ鏡筒に作用する重力や加速度、衝撃によって生じる焦点距離や焦点位置の変化、撮影画像のぶれを抑えたレンズ鏡筒を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明に係るレンズ鏡筒は、光学系と、前記光学系の少なくとも一部を保持し、変倍時もしくは焦点調節時に光軸方向に移動する１つ以上のレンズ保持枠と、前記光学系を保持していない少なくとも１つ以上の移動筒と、前記変倍時もしくは焦点調節時に操作される操作環と、前記変倍時もしくは焦点調節時に前記操作環と連動することで少なくとも光軸まわりに回転し、前記レンズ保持枠および前記移動筒を光軸方向に移動させるための少なくとも１つ以上のカム筒と、を有するレンズ鏡筒において、前記レンズ鏡筒に作用する加速度によって前記レンズ保持枠に働く慣性力で前記操作環を回転させる力をＸ、前記操作環を回転させる方向に前記移動筒の移動を開始するときの力をＹ、前記操作環の保持力をＺ、前記操作環を回転させる方向に抗する方向の符号を正としたとき、
Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＞０
なる条件式を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、質量の増加を抑え且つ光学設計の自由度を下げずに、レンズ鏡筒に作用する重力や加速度、衝撃によって生じる焦点距離や焦点位置の変化、撮影画像のぶれを抑えたレンズ鏡筒を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態のレンズ鏡筒の要部構成を示す断面図
【図２】第１の実施形態のレンズ鏡筒のカム筒の展開図
【図３】第１の実施形態のレンズ鏡筒のズームトルクを示した図
【図４】カム交角とズームトルクの関係を示した図
【図５】撮像装置の断面図
【図６】第２の実施形態のレンズ鏡筒の移動筒の部分斜視図
【図７】第２の実施形態のレンズ鏡筒のカム筒の展開図
【図８】第２の実施形態のレンズ鏡筒のズームトルクを示した図
【図９】第３の実施形態のレンズ鏡筒の断面図
【図１０】第３の実施形態のレンズ鏡筒のカム筒の展開図
【図１１】第４の実施形態のレンズ鏡筒の変形例の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係るレンズ鏡筒の構造を示す模式図である。１００は第１のレンズユニットであり、レンズ保持枠２００に保持されている。３００は移動筒であり、移動筒３００は光学系を保持しない。光学系を保持しないという意味は、レンズや絞りを保持していないということである。
【００１７】
４００はカム筒であり、第１のカム溝４００ａ、第２のカム溝４００ｂを備え、案内筒４０５に対して光軸周りに回転する。レンズ保持枠２００及び移動筒３００は、案内筒４０５とカム筒４００の相対回転によって、後述する機構により光軸方向に移動する。４０４は案内筒であり、第１の直進溝４０４ａ、第２の直進溝４０４ｂを備える。４０９は、レンズ保持枠２００に備えられた第１のカムフォロワであり、カム筒４００の第１のカム溝４００ａ、案内筒４０４の第１の直進溝４０４ａに係合している。４１０は、移動筒３００に備えられた第２のカムフォロワであり、カム筒４００の第２のカム溝４００ｂ、案内筒４０４の第２の直進溝４０４ｂに係合している。
【００１８】
不図示の操作環は変倍時に撮影者によって回転され、操作環とカム筒４００は不図示の機構で連結されている。操作環の回転によりカム筒４００が回転されると、直進溝とカム溝の交差位置が変化することで、第１のカムフォロワ４０９、第２のカムフォロワ４１０の係合位置が移動し、光軸方向に進退する。すなわち、レンズ保持枠２００と移動筒３００を光軸方向に進退させることができる。
【００１９】
以上の構成において、どのような方法でレンズ鏡筒に作用する重力や加速度、衝撃によって生じる焦点距離や焦点位置の変化、撮影画像のぶれを抑えているかについて、以下に説明する。
【００２０】
図２に、カム筒４００の展開図を示す。図の横軸は周方向を示し、上側が被写体側、下側が像面側である。図には、第１のカム溝４００ａと第２のカム溝４００ｂ、カム溝が周方向（横軸）となす角度で定義される交角θａ、θｂを示している。図中破線で示しているのは、案内筒４０４に対して相対回転可能に保持するための周溝である。
【００２１】
図３はレンズ保持枠２００、移動筒３００、不図示の操作環を駆動させるために必要なトルクを操作環基準で示した図であり、横軸はカム筒４００の回転角度、縦軸はトルクである。また、操作環の回転角度０度がワイド、７０度がテレである。
【００２２】
図３（ａ）は、レンズ保持枠に働く慣性力で操作環が回される方向と同じ方向に操作環を回転させるときに作用するトルクを示している。一方、図３（ｂ）はレンズ保持枠に働く慣性力で操作環が回される方向と反対方向に操作環を回転させるときに作用するトルクを示している。
【００２３】
例えば、重力加速度が＋Ｚ方向に働いている状態においてレンズ保持枠に働く慣性力は同じ＋Ｚ方向である。＋Ｚ方向すなわち像面側にレンズ保持枠が移動しようとするので操作環が回される方向は、図２の展開図から分かるように展開図の横軸右方向である。従って、それと同じ方向に操作環を回転させるときに作用するトルクが図３（ａ）、反対方向に操作環を回転させるときに作用するトルクが図３（ｂ）である。
【００２４】
縦軸の値が正の値である場合には、操作環に必要なトルクを与えることで駆動し始めること、負の値である場合には操作環を回転させるトルクが既に発生していることを意味する。
【００２５】
図３（ａ）において、レンズ保持枠２００が移動を開始するときに作用するトルクをＡ１（請求項１における力Ｘをトルクに変換）に示す。さらに、移動筒３００が移動を開始するときに作用するトルクをＢ１（請求項１における力Ｙをトルクに変換）、操作環が単独で回転を開始するときに作用するトルクをＣ１（請求項１における力Ｚをトルクに変換）で示している。レンズ保持枠２００、移動筒３００、不図示の操作環を駆動させ始めるのに必要なトルクＤ１はＡ１、Ｂ１、Ｃ１の和である。
【００２６】
図３（ｂ）において、レンズ保持枠２００が移動を開始するときに作用するトルクをＡ２に示す。さらに、移動筒３００が移動を開始するときに作用するトルクをＢ２、操作環が単独で回転を開始するときに作用するトルクをＣ２で示している。レンズ保持枠２００、移動筒３００、不図示の操作環を駆動させ始めるのに必要なトルクＤ２はＡ２、Ｂ２、Ｃ２の和である。図３（ｂ）は慣性力で操作環が回転される方向とは反対方向に動かすためのトルクであるから、請求項１における力Ｘ、力Ｙ、力Ｚをトルクに変換したものではない。
【００２７】
トルクＣ１、Ｃ２は操作環自体の保持トルクであり、グリスの保持力や操作環のガタ取りのための荷重によって生じる摩擦の最大値であるため、姿勢での差は少ない。トルクＡ１がマイナスになっているのは、レンズ保持枠２００に働く慣性力によって勝手にカム筒を回転させる力が働くためである。また、Ａ１、Ｂ１の符号が逆になっているが、これは図２おける交角θａ、θｂの符号を反対にしたことによる作用である。
【００２８】
トルクＤ１が正の値になるのは（請求項１における、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＞０）、レンズ保持枠２００に働く慣性力で操作環を回転させようとする力の絶対値が、その操作環の回転方向へ移動筒３００が移動を開始するときの力と操作環の保持力よりも小さい状態である。すなわち、トルクＤ１より大きいトルクを操作環に負荷するとレンズ保持枠が動き始める。
【００２９】
一方、トルクＤ１が負の値になるのは、レンズ保持枠２００に働く慣性力で操作環を回転させようとする力の絶対値が、その操作環の回転方向へ移動筒３００が移動を開始するときの力と操作環の保持力よりも大きい状態である。従って、撮影者の意図とは異なり勝手に操作環が動いてしまい（自重落ち）、焦点距離や焦点位置の変化が生じる。
【００３０】
図３に示したのは重力が働く場合であるが、外部から働く衝撃や加速度についても同様に考えることができる。たとえば、重力加速度の２倍の加速度が働いた場合には、レンズ保持枠２００と移動筒３００の質量が２倍になったと考えればよいので、図３のトルクＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２は２倍になる。一方、Ｃ１、Ｃ２は変化しないので、加速度の大きさ、働き方によってはそれらの和であるＤ１、Ｄ２がマイナスにならないよう移動筒３００のカム軌跡を決定する必要がある。
【００３１】
本実施形態においては、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１の和が正の値になるように移動筒３００のカム軌跡を決めている。移動筒３００は光学系を保持していない群であるため、光学設計の制約をせずにカム軌跡を決めることが可能となる。
【００３２】
また、図２に示した第２のカム溝４００ｂは、トルクＡ１とトルクＢ１の絶対値が同じで且つ符号が反対となるようにしている。しかし、これに限ったことではなくトルクＡ１、Ｂ１、Ｃ１の和が正になるようになっていれば良い。
【００３３】
図４に、移動筒３００の移動を開始するために必要なトルクをカム軌跡の交角（周方向に対してカム軌跡のなす角度）で比較したものを示している。横軸はカム交角であり、縦軸は操作環に作用するトルクである。移動筒３００に働く慣性力で操作環が回される方向と同じ方向に操作環を回転させるときに作用するトルクを図４（ａ）、逆方向に操作環を回転させるときに作用するトルクを、図４（ｂ）で示す。縦軸の値が正の値である場合には、操作環に必要なトルクを与えることで駆動し始めること、負の値である場合には操作環を回転させるトルクが既に発生していることを意味する。
【００３４】
この図から分かるように、交角を大きくする（所定角より大きくする）ことで移動筒３００の質量が同じであっても、発生トルクを大きくすることができる。すなわち、質量が小さくても交角を大きくすることで、同じトルクを出すことが可能になる。
【００３５】
図４（ａ）は重力の作用方向と移動筒３００の移動方向が同じであるから、移動筒単体として見た場合、摩擦がなければ自重落ちする条件である。しかしながら、移動筒の駆動部には摩擦があるため、カム交角０〜１０ｄｅｇの範囲では自重落ちが生じない。
【００３６】
以上の構成により、質量の増加を抑え且つ光学設計の自由度を下げずに、レンズ鏡筒に作用する重力や加速度、衝撃によって生じる焦点距離や焦点位置の変化、撮影画像のぶれを抑えたレンズ鏡筒を提供することができる。
【００３７】
上記では移動筒３００をカム筒４００の外径側に配置したが、内径側に配置してもよい。また、同じ目的を達成するためにトルクＣ１、Ｃ２を大きくすることも考えられるが、重力加速度と同じ大きさの加速度に対して成り立たせることはができても衝撃のような自重の数百倍かかるような加速度に対しては難しい。というのは、トルクＡ１の絶対値が大きくなりすぎるので現実的な範囲でトルクＣ１を大きくしても、焦点距離や焦点位置のずれを防ぐことができないためである。
【００３８】
さらに、図３（ａ）（ｂ）を見て分かるように、トルクＢ１はプラスのトルク、すなわち操作環のブレーキとして働いているが、トルクＢ２はマイナスのトルク、すなわち全体のズームトルクを低減させる方向に働いている。
【００３９】
トルクＣ１、Ｃ２は姿勢にかかわらず一定であるため、ズームトルクを増加させる方向でしかないのと対照的な効果である。以上のことから、トルクＣ１、Ｃ２を大きくするよりも有利であることは明らかである。
【００４０】
次に、どのくらいの移動筒３００の質量で、レンズ鏡筒に作用する重力や加速度、衝撃によって生じる焦点距離や焦点位置の変化、撮影画像のぶれを抑えることができるかについて説明する。
【００４１】
レンズ保持枠の質量を１５０ｇとした場合、移動筒３００の質量は３０ｇもあれば自重落ち防止が可能である。なぜ、移動筒の質量の方が少なくてよいかについて、図４（ａ）（ｂ）を用いて説明する。加速度が作用する方向に筒体の移動を開始するのと、加速度が作用する方向と反対の方向に移動を開始するときに作用するトルクの絶対値を同じ交角で比較すると、後者の方が大きな絶対値となる。後者は、筒体が動こうとしている方向と反対方向に動かす必要があるからである。
【００４２】
レンズ保持枠２００の自重落ちのトルクは前者の挙動であり、移動筒３００で生み出すトルクは後者の挙動である。従って、同じトルクを発生させるための質量という観点でみた場合、移動筒の方が質量は小さくて済む。さらには移動筒３００の交角が反対で絶対値を大きくすることで、さらに移動筒の質量を減らすことが可能である。
【００４３】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の実施形態に係るレンズ鏡筒を搭載した光学機器としての撮像装置（レンズ交換式デジタル一眼レフカメラ）の断面図である。図５では、レンズ光軸（撮影光軸、以下光軸という）ＡＸＬの方向をＺ方向とし、レンズ光軸ＡＸＬに対して直交する方向であって、撮像素子６の撮像面に平行な２方向のうち横方向をＸ方向、縦方向をＹ方向としている。
【００４４】
１はカメラ本体（以下、単にカメラという）であり、２はカメラ１に着脱可能に装着された交換レンズである。まず、カメラ１の構造について説明する。図５で示した状態において、メインミラー３は交換レンズ２からの光束の光路上に配置され、その光束の一部を反射してファインダ光学系（７、８）に導き、かつ残りの光束を透過させる。
【００４５】
メインミラー３の背後（像面）にはサブミラー４が配置されており、メインミラー３を透過した光束を反射して焦点検出ユニット５に導く。なお、メインミラー３およびサブミラー４は、不図示の駆動機構により、上記光路から一体的に挿脱することができる。
【００４６】
焦点検出ユニット５は、いわゆる公知の位相差検出方式での焦点検出（交換レンズ２の焦点状態の検出）を行う。６はＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサにより構成される撮像素子であり、この撮像素子６の受光面（撮像面）上には、交換レンズ２からの光束による物体像（像）が結像する。撮像素子６は、結像した被写体像を光電変換し、撮像信号を出力する。９はディスプレイパネルであり、撮像素子６の信号を入力とした不図示の信号処理部から出力される画像やその他様々な撮像情報を表示する機能を持つ。
【００４７】
交換レンズ２は、被写体側から像側へ順に第１レンズユニット１０１、第２レンズユニット１０２、第３レンズユニット１０３、第４レンズユニット１０４、第５レンズユニット１０５、第６レンズユニット１０６、第７レンズユニット１０７を有する。第１レンズユニット１０１乃至第７レンズユニットおよび絞りユニット１０８は、固定レンズ群と移動レンズ群を備える撮影光学系の一部を構成している。交換レンズ２は、後述する案内筒４０５とカム筒４０１の相対移動によって、移動レンズ群を光軸方向に移動させることができる。
【００４８】
第１のレンズユニット１０１、第２のレンズユニット１０２、第６のレンズユニット１０６は、それぞれ第１のレンズ保持枠２０１、第２のレンズ保持枠２０２、第４のレンズ保持枠２０４に保持されている。第３、第５、第７レンズユニットは、第３のレンズ保持枠２０３に対して一体的に保持されている。
【００４９】
第４レンズユニット１０４は、不図示のフォーカスユニットからの駆動力を受けて第３のレンズ保持枠２０３の内部で光軸方向に移動して焦点調節を行うフォーカスレンズである。
【００５０】
第６レンズユニット１０６は、防振ユニット１０９からの駆動力を受けて、光軸に垂直な平面内で駆動する。絞りユニット１０８は、第５レンズユニット１０５の物体側に配置され、カメラ１側に至る光束の光量を調節する。
【００５１】
３０１は移動筒であり、移動筒３０１は光学系を保持しない移動群である。ここで、光学系を保持しないという意味は、レンズや絞りを保持していないということである。移動筒３０１は後述する案内筒４０５とカム筒４０１の相対移動によって、光軸方向に進退される。図６に移動筒３０１の斜視図を示すが、第２のカムフォロワ４１２の取り付け部、３０１ａと第２のカムフォロワと移動筒３０１を締結する締結部３０１ｂを備える
交換レンズ２を備えるレンズ鏡筒において、図５に示す２１は固定環としての外装環であり、カメラ１に着脱可能なマウント２３に固定される。２２は固定筒であり、外装環２１に対して固定されている。
【００５２】
４０５は案内筒であり、第１のレンズ保持枠２０１を直進案内する直進溝４０５ａ、後述する移動筒を直進案内する４０５ｂを備える。不図示であるが、第２のレンズ保持枠２０２、第３のレンズ保持枠２０３、第４のレンズ保持枠２０４を直進案内する直進溝を備える。
【００５３】
また、４０１はカム筒であり、第１のレンズ保持枠２０１の光軸方向の位置を決めるカム溝４０１ａ、移動筒３０１の光軸方向の位置を決めるカム溝４０１ｂを備える。不図示であるが、第２のレンズ保持枠２０２、第３のレンズ保持枠２０３、第４のレンズ保持枠２０４の光軸方向の位置を決めるカム溝を備える。
【００５４】
ここで、第１のカムフォロワ４１１は第１のレンズ保持枠２０１の取り付け部に固定され、案内筒４０５の直進溝４０５ａとカム筒４０１のカム溝４０１ａに係合している。ズーム環４１の回転によりカム筒４０１が回転されると、直進溝とカム溝の交差位置が変化することで第１のカムフォロワ４１１の係合位置が移動し、光軸方向に進退、すなわち第１のレンズ保持枠を光軸方向に進退させる。
【００５５】
第２のカムフォロワ４１２は、第１の移動筒３０１の取り付け部に固定され、案内筒４０５の直進溝４０５ｂとカム筒４０１のカム溝４０１ｂに係合している。ズーム環４１の回転によりカム筒４０１が回転されると、直進溝とカム溝の交差位置が変化することで第２のカムフォロワ４１２の係合位置が移動し、光軸方向に進退、すなわち第１の移動筒３０１を光軸方向に進退させる。
【００５６】
第２のレンズ保持枠２０２、第３のレンズ保持枠２０３、第４のレンズ保持枠２０４についても、ズーム環４２０の回転により直進溝、カム溝の交差位置が変化することで不図示のカムフォロワの係合位置が移動し、光軸方向に進退する。
【００５７】
第３のレンズ保持枠２０３には、絞りユニット１０８が取り付けられている。絞りユニット１０８は、駆動源を有し、固定筒２２に固定され、駆動源へ電気信号を送る電気基板２４にて制御される。電気基板と駆動源は、不図示のフレキシブルプリント基板にて接続される。
【００５８】
４２０は操作環としてのズーム環（請求項における操作環）であり、変倍時に撮影者によって回転される。また、４２１は操作環としてのフォーカス環であり、焦点調節時に撮影者によって回転される。
【００５９】
不図示のフォーカスユニットはステッピングモータを駆動源とし、スクリューを介してステッピングモータの回転を直進運動に変換する駆動機構である。不図示の回転検出手段によりフォーカス環４２１の回転を検知、その電気信号が前記電気基板２３により処理されフォーカスユニットが制御される。
【００６０】
このような構成のレンズ鏡筒において、カメラ１の不図示のレリーズボタンの操作がなされると、オートフォーカス、露出決定動作の後、撮像装置の露光および取得された画像の記録動作がなされる。
【００６１】
図７は、交換レンズ２のカム筒４０１の展開図である。図の横軸は周方向を示し、上側が被写体側、下側が像面側である。図には第１のレンズ保持枠２０１の位置を決める第１のカム溝４０１ａ、移動筒３０１の位置を決める第２のカム溝４０１ｂを示している。さらに、第２のレンズ保持枠２０２、第３のレンズ保持枠２０３、第４のレンズ保持枠２０４の光軸方向の位置を決めるカム溝をそれぞれ４０１ｃ、４０１ｄ、４０１ｅとしている。図中破線で示しているのは、案内筒４０５に対して相対回転に保持するための周溝である。
【００６２】
前述した図２のカム溝４００ｂと本実施形態におけるカム溝４０１ｂの軌跡が異なるのは、本実施形態においては第１のレンズ保持枠２０１から第４のレンズ保持枠２０４までの４つの移動するレンズ保持枠に対して最適化しているためである。
【００６３】
図８はレンズ保持枠２０１〜２０４、移動筒３０１、操作環４２０を駆動させるために必要なトルクを操作環４２０基準で示した図であり、横軸はカム筒４０１の回転角度、縦軸はトルクである。また、操作環４２０の回転角度０度がワイド、７０度がテレである。図８（ａ）はレンズ保持枠に働く慣性力で操作環が回される方向と同じ方向に操作環を回転させるときに作用するトルクを示している。一方、図８（ｂ）はレンズ保持枠に働く慣性力で操作環が回される方向と反対方向に操作環を回転させるときに作用するトルクを示している。
【００６４】
例えば、重力加速度が＋Ｚ方向に働いている状態において、レンズ保持枠に働く慣性力は同じ＋Ｚ方向である。＋Ｚ方向すなわち像面側にレンズ保持枠が移動しようとするので、操作環が回される方向は、図７の展開図から分かるように展開図の横軸右方向である。従って、それと同じ方向に操作環を回転させるときに作用するトルクが図８（ａ）、反対方向に操作環を回転させるときに作用するトルクが図８（ｂ）である。
【００６５】
縦軸の値が正の値である場合には、操作環に必要なトルクを与えることで駆動し始めること、負の値である場合には操作環を回転させるトルクが既に発生していることを意味する。
【００６６】
図８（ａ）において、レンズ保持枠２０１〜２０４が移動を開始するときに作用するトルクをＡ３（請求項１における力Ｘをトルクに変換）に示す。さらに、移動筒３０１が移動を開始するときに作用するトルクをＢ３（請求項１における力Ｙをトルクに変換）、操作環が単独で回転を開始するときに作用するトルクをＣ３（請求項１における力Ｚをトルクに変換）で示している。レンズ保持枠２０１〜２０４、移動筒３０１、操作環４２０を駆動させ始めるのに必要なトルクＤ３はＡ３、Ｂ３、Ｃ３の和である。
【００６７】
図８（ｂ）において、レンズ保持枠２０１〜２０４が移動を開始するときに作用するトルクをＡ４に示す。さらに、移動筒３０１が移動を開始するときに作用するトルクをＢ４、操作環４２０が単独で回転を開始するときに作用するトルクをＣ４で示している。レンズ保持枠２０１〜２０４、移動筒３０１、操作環４２０を駆動させ始めるのに必要なトルクＤ４はＡ４、Ｂ４、Ｃ４の和である。図８（ｂ）は、慣性力で操作環が回転される方向とは反対方向に動かすためのトルクであるから、請求項１における力Ｘ、力Ｙ、力Ｚをトルクに変換したものではない。
【００６８】
前述した図３のトルクＢ１、Ｂ２と本実施形態におけるトルクＢ３、Ｂ４が異なるのは、本実施形態においては第１のレンズ保持枠２０１から第４のレンズ保持枠２０４までの４つの移動するレンズ保持枠に対して移動筒３０１のカム軌跡を最適化しているためである。トルクＣ３、Ｃ４は操作環４２自体の保持トルクであり、グリスの保持力や操作環４２のガタ取りのための荷重によって生じる摩擦の最大値であるため、姿勢での差は少ない。
【００６９】
トルクＤ３が正の値になるのは（請求項１におけるＸ＋Ｙ＋Ｚ＞０）、レンズ保持枠２０１〜２０４に働く慣性力で操作環を回転させようとする力の絶対値が、操作環の回転方向へ移動筒３０１が移動を開始するときの力と操作環の保持力よりも小さい状態である。すなわち、トルクＤ３より大きいトルクを操作環４２０に負荷するとレンズ保持枠が動き始める。
【００７０】
一方、トルクＤ３が負の値になるのは、レンズ保持枠２０１〜２０４に働く慣性力で操作環４２０を回転させようとする力の絶対値が、その操作環４２０の回転方向へ移動筒３０１が移動を開始するときの力と操作環４２０の保持力よりも大きい状態である。従って、撮影者の意図とは異なり勝手に操作環４２０が動いてしまい（自重落ち）、焦点距離や焦点位置の変化が生じる。
【００７１】
図８に示したのは重力が働く場合であるが、外部から働く衝撃や加速度についても同様に考えることができる。たとえば、重力加速度の２倍の加速度が働いた場合には、レンズ保持枠２０１〜２０４と移動筒３０１の質量が２倍になったと考えればよいので、図３のトルクＡ３、Ａ４、Ｂ３、Ｂ４は２倍になる。一方、Ｃ３、Ｃ４は変化しないので、加速度の大きさ、働き方によってはそれらの和であるＤ３、Ｄ４がマイナスにならないよう移動筒３０１のカム軌跡を決定する必要がある。
【００７２】
本実施形態においては、Ａ３、Ｂ３、Ｃ３の和が正の値になるように移動筒３０１のカム軌跡を決めている。移動筒３０１は光学系を保持していない群であるため、光学設計の制約をせずにカム軌跡を決めることが可能となる。
【００７３】
また、図７に示した第２のカム溝４０１ｂは、トルクＡ３とトルクＢ３の絶対値が同じで且つ符号が反対となるようにしている。しかし、これに限ったことではなくトルクＡ３、Ｂ３、Ｃ３の和が正になるようになっていれば良い。
【００７４】
以上の構成により、質量の増加を抑え且つ光学設計の自由度を下げずに、レンズ鏡筒に作用する重力や加速度、衝撃によって生じる焦点距離や焦点位置の変化、撮影画像のぶれを抑えたレンズ鏡筒を提供することができる。
【００７５】
また、同じ目的を達成するためにトルクＣ３、Ｃ４を大きくすることも考えられるが、重力加速度と同じ大きさの加速度に対して成り立たせることはができても衝撃のような自重の数百倍かかるような加速度に対しては難しい。というのは、トルクＡ３の絶対値が大きくなりすぎるので現実的な範囲でトルクＣ３を大きくしても、焦点距離や焦点位置のずれを防ぐことができないためである。
【００７６】
さらに、図８（ａ）（ｂ）を見て分かるように、トルクＢ３はプラスのトルク、すなわち操作環のブレーキとして働いているが、トルクＢ４はマイナスのトルク、すなわち全体のズームトルクを低減させる方向に働いている。
【００７７】
トルクＣ３、Ｃ４は姿勢にかかわらず一定であるため、ズームトルクを増加させる方向でしかないのと対照的な効果である。以上のことから、トルクＣ１、Ｃ２を大きくするよりも有利であることは明らかである。
【００７８】
次に、どのくらいの移動筒３０１の質量で、レンズ鏡筒に作用する重力や加速度、衝撃によって生じる焦点距離や焦点位置の変化、撮影画像のぶれを抑えることができるかについて説明する。第１レンズ保持枠、第２レンズ保持枠、第３レンズ保持枠、第４レンズ保持枠の質量をそれぞれ１５０ｇ、５０ｇ、５０ｇ、５０ｇとした場合、移動筒３０１の質量は３０ｇもあれば自重落ち防止が可能である。
【００７９】
本実施形態において移動筒３０１は図６で示した通り、光学系の光軸を中心にした円筒形状としている。このような形状にすることにより、特定の位相において移動筒を配置するのに比べレンズ鏡筒の外形形状を径小にすることが可能である。
【００８０】
その理由について、以下に説明する。上述したように必要な質量は決まっているので、材質の密度が同じとすれば移動筒の体積は光学系の光軸を中心にした円筒形状の場合でも特定の位相に配置する場合でも同じである。特定の位相に配置する場合は、その位相におけるレンズ鏡筒の外形が大きくなるが、光軸を中心とした円筒形状にすることで、全位相に振り分けることができる結果、レンズ鏡筒の外形形状を径小にできる。
【００８１】
さらに、レンズ鏡筒の重心位置という観点で見た場合、光軸を中心とした円筒形状とすると移動筒の重心位置は光軸上にあるが、特定の位相に配置すると移動筒の重心位置は光軸から離れた位置になる。レンズ鏡筒の重心が光軸から離れると光軸を中心に回転しようとするモーメントが発生することから、撮影者への負荷、重心バランスという点で光軸を中心とした円筒形状の方が有利である。
【００８２】
さらに、本実施形態においては、移動筒３０１には周方向に略均等に３つ配置された第２のカムフォロワ４１２を取り付け、カムフォロワと係合するカム筒４０１のカム溝４０１ｂ、案内筒４０５の直進溝４０５ｂを周方向に３つ設けた構成としている。このような構成にすることで、カム筒に力が均等にかかるのでスムーズな回転が可能である。
【００８３】
その理由について、以下に説明する。例えばカムフォロワ４１２が１箇所にのみ設けられていた場合を想定すると、カム筒を回転させた際、移動筒３０１はカム筒にとって負荷になるのでカムフォロワ４１２を中心とした荷重が作用し、カム筒の回転を阻害する可能性がある。一方、周方向に３つ設けられていればカムフォロワ４１２を中心とした荷重が打ち消し合うため、カム筒の回転を阻害しにくくできる。
【００８４】
（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態に係るレンズ鏡筒の断面図である。本実施形態では、第２の実施形態である交換レンズ２に対して移動筒３０１を複数の構成とし、第１の移動筒３０２、第２の３０３から構成している。
【００８５】
第３のカムフォロワ４１３、第４のカムフォロワ４１４は、それぞれ第１の移動筒３０２、第２の移動筒３０３の取り付け部に固定され、案内筒４０５の直進溝４０５ｂとカム筒４０１のカム溝４０１ｆ、４０１ｇに係合している。ズーム環４２０の回転によりカム筒４０１が回転されると、直進溝とカム溝の交差位置が変化することで、第３のカムフォロワ４１３、第４のカムフォロワ４１４の係合位置が移動し、光軸方向に進退、すなわち第１のレンズ保持枠を光軸方向に進退させる。
【００８６】
図１０はカム筒４０１の展開図であり、第１の移動筒３０２、第２の移動筒３０３にそれぞれ取り付けられた第３のカムフォロワ４１３、第４のカムフォロワ４１４と係合する第３のカム溝４０１ｆ、第４のカム溝４０１ｇを有する。
【００８７】
操作環４２０を操作した時の、第１の移動筒３０２、第２の移動筒３０３の動きについて説明する。図１０において、各レンズ保持枠、移動筒に取り付けられたカムフォロワは各カム溝の左端にある状態である。図を見て分かるように、４０１ｆは図の状態において交角０度の状態であるためカム筒４０１を回転させても光軸方向に進退しない。一方、カム溝４０１ｇはカム交角０度よりも大きい角度であるため、カム筒４０１を回転すると光軸方向に進退する。しばらく、回転させるとカム溝４０１ｇは交角０度となるため、第２の移動筒３０３は進退しなくなる。
【００８８】
一方、同じタイミングで第１の移動筒３０２の交角が大きくなるために第１の移動筒３０２が進退し始める。すなわち、初めは第２の移動筒３０３が動き、その後第１の移動筒３０２が動くという構成である。
【００８９】
図中に第２の実施形態２おける第２のカム溝４０１ｂの軌跡を示しているが、第３のカム溝４０１ｆは第２のカム溝４０１ｂの後半と同一のカム軌跡であり、第４のカム溝４０１ｇは第２のカム溝４０１ｂの前半と同一のカム軌跡である。さらに、第１の移動筒３０２、第２の移動筒３０３の質量をそれぞれ第２の実施形態における移動筒３０１と同じ質量にすることで、発生させるトルクは同じとなる。
【００９０】
ここで、図１０の展開図におけるカム溝の光軸方向の長さという観点でみた場合、第３のカム溝４０１ｆ、第４のカム溝４０１ｇを光軸方向にオーバーラップさせることにより、第２の実施形態における第２のカム溝４０１ｂよりも光軸方向の長さを短くすることができる。これにより、カム筒４０１の光軸方向４０１の長さを短くすることが可能であり、全体の小型化に寄与する。
【００９１】
また、移動筒の質量を小さくしようとするとカム交角を大きくすることになるが、これはズームによる繰り出し量も大きくなりスペース上課題となることがあった。このように順に移動筒を移動させる構成とすることで、交角が大きくても配置が可能となる。
【００９２】
本実施形態においては、移動筒を２つにわける方法についてしめしたが、これに限ったものではなく移動筒は３つ以上であってもよい。また、本実施形態では直進溝４０５ｂは第１の移動筒３０２、第２の移動筒３０３で共通の溝としたが、別々であってもよい。
【００９３】
（第４の実施形態）
図１１は、第４の実施形態に係るレンズ鏡筒の断面図である。本実施形態では、第２の実施形態である交換レンズ２に対して、カム筒および案内筒を第１のカム筒４０２、第２のカム筒４０３および第１の案内筒４０６、第２の案内筒４０７としている。さらに、移動筒３０４の取り付け位置を変更し、第２のカム筒４０３と第２の案内筒４０７の相対位置により位置が決まるようにしている。
【００９４】
第５のカムフォロワ４１５は、それぞれ移動筒３０４の取り付け部に固定され、第２の案内筒４０７の直進溝４０７ｂと第２のカム筒４０３のカム溝４０３ｂに係合している。ズーム環４２０の回転により第２のカム筒４０３が回転されると、直進溝とカム溝の交差位置が変化することで、第５のカムフォロワ４１５の係合位置が移動し、光軸方向に進退、すなわち移動筒３０４を光軸方向に進退させる。
【００９５】
第１のカム筒４０２、第２のカム筒４０３は不図示の締結部材により固定され、第１の案内筒４０６に対して一体的に回転する。
【００９６】
このような配置に変更することで、移動筒３０４を移動させるため第２のカム筒４０３に設けられたカム溝と、第１〜第４のレンズ保持枠を移動させるため第１のカム筒４０２に設けられたカム溝とを光軸方向でオーバーラップさせることができる。
【００９７】
移動筒の質量を小さくしようとするとカム交角を大きくすることになるが、これはズームによる繰り出し量も大きくなり、スペース上課題となることがあった。上記のような構成をとることで、交角が大きくても配置が可能となる。
【００９８】
本実施形態においては、第２の案内筒４０７と固定筒２２を共通の部品としたが、これに限ったものではなく別であっても良い。
【００９９】
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。
【符号の説明】
【０１００】
１００：第１のレンズユニット
２００：レンズ保持枠
３００：移動筒
４００：カム筒
４０４：案内筒
４０９：第１のカムフォロワ
４１０：第２のカムフォロワ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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