(57)【要約】【課題】衝撃が加わった際にレンズを駆動するためのスクリューに噛み合うラックの歯欠けを防止すること。【解決手段】本発明は、ステッピングモータ６の駆動によって回転するリードスクリュー６ａと、リードスクリュー６ａを挟み込む状態で噛み合わされているラック５と、レンズ１を保持するとともにラック５に接続されるレンズ保持枠２と、レンズ保持枠２からラック５に対してリードスクリュー６ａの軸方向に沿った力が加わった場合にラック５のリードスクリュー６ａを挟み込む力を減少させる挟持力減少手段とを備えるレンズ駆動機構である。【選択図】　　　　図１
2004070014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの駆動によって回転するスクリューと、
前記スクリューを挟み込む状態で噛み合わされているラックと、
レンズを保持するとともに前記ラックに接続されるレンズ保持枠と、
前記レンズ保持枠から前記ラックに対して前記スクリューの軸方向に沿った力が加わった場合に前記ラックの前記スクリューを挟み込む力を減少させる挟持力減少手段と
を備えることを特徴とするレンズ駆動機構。
【請求項２】
前記ラックの前記スクリューに対する挟み込みを付勢するバネを備えており、
前記挟持力減少手段は、前記レンズ保持枠から前記ラックに対して前記スクリューの軸方向に沿った力が加わった場合、前記バネの付勢力を弱める
ことを特徴とする請求項１記載のレンズ駆動機構。
【請求項３】
前記ラックの前記スクリューに対する挟み込みを付勢するコイルバネを備えており、
前記挟持力減少手段は、前記レンズ保持枠から前記ラックに対して前記スクリューの軸方向に沿った力が加わった場合、前記コイルバネの一端と当接する部分に設けられたテーパ部に沿って前記バネの一端を移動させることにより前記コイルバネの付勢力を弱める構成から成る
ことを特徴とする請求項１記載のレンズ駆動機構。
【請求項４】
モータの駆動によって回転するスクリューと、
前記スクリューを挟み込む状態で噛み合わされているラックと、
レンズを保持するとともに前記ラックに接続されるレンズ保持枠と、
前記レンズ保持枠から前記ラックに対して前記スクリューの軸方向に沿った力が加わった場合に前記ラックの前記スクリューを挟み込む力を減少させる挟持力減少手段とを備えるレンズ駆動機構を有する
ことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータによるスクリューの回転でラックを平行移動させてレンズを駆動するレンズ駆動機構および撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置においては、携帯性の向上・使い勝手の良化が求められ、装置全体の小型化が進められており、撮像装置に用いられる光学系鏡筒・レンズの小型化も進められている。一方、さらなる高画質化・高画素化の要望は非常に強く、光学系の構成部材であるレンズは大型化しても、駆動機構を小型化することによって光学系鏡筒としての小型化が要望される場合もある。
【０００３】
デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置の光学系鏡筒におけるレンズ駆動装置には、実開平２−７１１５５号公報に記載されているものがあり、その技術の延長として特許第２７２５４９１号が提案されている。
【０００４】
すなわち、被駆動部材であるレンズ保持枠の近傍に、光軸方向に平行なリードスクリューを有するモータが配置され、このリードスクリューに被駆動部材であるレンズ保持枠に設けられたラックのラックギアが噛み合うとともに、ラックギアに対向しリードスクリューに所定の圧力を与えるバネ材を配置するものである。
【０００５】
これにより、ラックをレンズ保持枠に対して光軸方向にガタなく、その直交方向に回転可能な構造にして、ラックをリードスクリューに噛み合わせる機能と、ラックをガタなくレンズ保持枠に取り付けるための機能とを有する１つのコイルバネによって、部品点数を少なくして組み立てを容易にして、コストダウンを図るようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来技術によって構成されるレンズ駆動機構においては、ラックをガタなくレンズ保持枠に取り付けるための構成が衝撃荷重・加速度（撮像装置をぶつけたり、落下したりした場合に発生する）などによって破壊された場合、ラックとレンズ保持枠との間にガタが生じ、レンズを所定の制御によって駆動することができなくなってしまうという問題や、レンズ保持枠をリードスクリューに対して保持することができなくなり、レンズをまったく制御することができなくなってしまうという問題がある。
【０００７】
また、レンズが大型化しレンズ駆動機構が小型化された場合、レンズ駆動機構が衝撃荷重によって破壊されることが頻発してしまう。さらに、ラックをガタなくレンズ保持枠に取り付けるための構成部分の破壊は、その構成部分の変形によってその断面を破断されることによって起こるため、この変形をレンズ保持枠に変形防止用メカストッパなどを設けることによって物理的に抑制することが従来行われているが、この場合、荷重がラックギア部に集中してしまうため、ギア歯が欠けたり、破壊されたりしてしまう。
【０００８】
この場合にも、レンズを所定の制御によって駆動することができなくなってしまったり、レンズ保持枠をリードスクリューに対して保持することができなくなり、レンズをまったく制御することができなくなってしまうなどの問題が発生することになる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、モータの駆動によって回転するスクリューと、スクリューを挟み込む状態で噛み合わされているラックと、レンズを保持するとともにラックに接続されるレンズ保持枠と、レンズ保持枠からラックに対してスクリューの軸方向に沿った力が加わった場合にラックのスクリューを挟み込む力を減少させる挟持力減少手段とを備えるレンズ駆動機構である。また、このレンズ駆動機構を有する撮像装置でもある。
【００１０】
このような本発明では、レンズ保持枠からラックに対してスクリューの軸方向に沿った力が加わった場合に挟持力減少手段によってラックのスクリューを挟み込む力を減少させるため、衝撃が加わった場合のみラックとスクリューとの噛み合いを弱くして衝撃力を逃がすことができ、ラックの歯欠けや破損を防止できるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係るレンズ駆動機構の全体構成を説明する断面図、図２は、本実施形態に係るレンズ駆動機構の全体構成を説明する斜視図、図３は、本実施形態に係るレンズ駆動機構の全体構成を説明する分解斜視図である。すなわち、本実施形態のレンズ駆動機構は主としてデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に適用されるもので、レンズ１を保持したレンズ保持枠２が、ガイド軸３、４によって光軸方向に駆動可能に保持されている。
【００１２】
ラック５は、レンズ保持枠２に取り付けられ、ステッピングモータ６を動力源として回転するリードスクリュー６ａに噛み合っている。レンズ保持枠２は、回転駆動する動力源であるステッピングモータ６による動力を、リードスクリュー６ａに噛み合うラック５によって光軸方向の駆動力に変換することによって、ステッピングモータ６を所定の制御により駆動し、光軸方向に微小な分解能で駆動される。
【００１３】
レンズ保持枠２は、レンズ１が位置決め・固定されるレンズ室２ａ、ガイド軸３と勘合し、位置決めするスリーブ部２ｂ、ガイド軸４と係合し、位置決め（回転止め）するＵ溝２ｃ、ラック５を取り付けるための支持腕２ｄ、２ｅ、ラックの円錐部５ｃが押圧される支持腕の穴部２ｆ、ラックの薄肉部５ｅがコイルバネ７の伸長復元力を受けて変形することによって、ラックの円錐部５ｄが押圧される支持腕の穴部２ｇを備えている。
【００１４】
ラック５は、リードスクリュー６ａと噛み合うラックギア部５ａ、コイルバネ７によって、ラックギア部５ａに対向し所定の圧力でリードスクリュー６ａを噛み合わせるクランプ部５ｂ、レンズ保持枠の穴部２ｆに押圧される円錐部５ｃ、レンズ保持枠の穴部２ｇに押圧される円錐部５ｄ、コイルバネ７の伸長復元力を受けて変形する薄肉部５ｅ、コイルバネ７のクランプ方向の支点となる引っ掛け部５ｆを備えている。
【００１５】
この構成において、円錐部５ｃ、５ｄがコイルバネ７の伸長復元力によってレンズ保持枠の穴部２ｆ、２ｇに押圧されるので、ラック５はレンズ保持枠２に対してガタなく取り付けられ、かつ、リードスクリュー６ａが傾いてもレンズ保持枠２に対してラック５が微小に回転可能であり、ラック５とリードスクリュー６ａとの噛み合いを良好に保つことができる。
【００１６】
ここで、ステッピングモータ６の構造上の特性によって発生するリードスクリュー６ａの軸振れに関しても上記の微小回転によって吸収できるが、コイルバネ７の伸長復元力を受けて円錐部５ｃ、５ｄが穴部２ｆ、２ｇに押圧される力（すなわち、嵌合部のスラスト力）が強い場合には上記の微小回転ができなくなり、リードスクリュー６ａの軸振れ振動がレンズ保持枠２に伝達し、像揺れが生じてしまう。
【００１７】
このため、嵌合部のスラスト力ＰＳは、ラック５が保持するレンズ保持枠２からラック５に作用する荷重ＰＷ、上記像揺れが生じてしまう場合の嵌合部スラスト力ＰＺとすると、
ＰＷ≦ＰＳ＜ＰＺ
の範囲になければ、レンズ保持枠を駆動でき、かつ上記像揺れが発生しないという性能要求を満たすことができない。
【００１８】
また、荷重ＰＷによってラックギア５ａがリードスクリュー６ａに対して加える軸方向の荷重Ｐ１、荷重Ｐ１によってリードスクリュー６ａ有効径に作用する接線力Ｑ１、リードスクリュー６ａのリード角β、リードスクリュー６ａとラックギア５ａとの間における摩擦係数μ１、リードスクリュー６ａ面の摩擦角ρ１、リードスクリュー６ａの有効半径ｒ１、荷重Ｐ１によってリードスクリュー６ａすなわちステッピングモータ６出力軸に働くトルクＴ１としたとき、
μ１＝ｔａｎρ１
Ｑ１＝ｔａｎ（β＋ρ１）×Ｐ１
Ｔ１＝Ｑ１×ｒ１＝ｔａｎ（β＋ρ１）×Ｐ１×ｒ１
が成り立つので、摩擦係数μ１がほぼ一定であるとすればトルクＴ１は荷重Ｐ１（すなわち荷重ＰＷ）によって決まることが分かる。
【００１９】
さらに、コイルバネ７によってラックのクランプ部５ｂがリードスクリュー６ａに対して加える直交方向の荷重Ｐ２、リードスクリュー６ａとクランプ部５ｂとの間における摩擦係数μ２、リードスクリュー６ａの外半径ｒ２、荷重Ｐ２によってリードスクリュー６ａすなわちステッピングモータ６の出力軸に働くトルクＴ２としたとき、
Ｔ２＝μ２×Ｐ２×ｒ２
が成り立つので、摩擦係数μ２がほぼ一定であるとすればトルクＴ２は荷重Ｐ２によって決まることが分かる。
【００２０】
ここで、トルクＴ１はリードスクリュー６ａを回転させようとするトルクであるが、トルクＴ２はリードスクリュー６ａの回転を制止する方向に働くので、荷重Ｐ１および荷重Ｐ２によってリードスクリュー６ａすなわちステッピングモータ６出力軸に作用するトルクＴは、
Ｔ＝Ｔ１−Ｔ２
が成り立つ。
【００２１】
ここで、荷重Ｐ２が大きいとトルクＴ２が大きくなり、レンズ駆動時にステッピングモータ６出力軸に大きなトルクを発生する必要があり、ステッピングモータ６に大きな電圧を印加する必要があるので、低消費電力化に不向きであることが分かる。しかも、レンズ駆動時に大きなトルクを加えないと起動しないため、振動が発生してしまい像揺れの原因になってしまうことが分かる。
【００２２】
一方、荷重Ｐ２が定常的に小さすぎる場合には、ラックギア部５ａをリードスクリュー６ａにガタなく噛み合わせることができないので、レンズを所定の制御によって駆動することができなくなってしまうという問題や、レンズ保持枠をリードスクリューに対して保持することができなくなり、レンズをまったく制御することができなくなってしまうという問題が発生してしまうため、荷重Ｐ２はラックギア部５ａをリードスクリュー６ａにガタなく噛み合わせる十分な荷重である必要がある。
【００２３】
ステッピングモータ６は、無通電時には、その出力軸すなわちリードスクリュー６ａに対してトルクＴ０の保持トルクを持ち、ある電圧Ｖだけ印加したときには所定の保持トルクＴＶを持つものとする。
【００２４】
通常、レンズ駆動装置すなわちステッピングモータ６には、ある電圧Ｖが印加され所定の保持トルクＴＶが与えられているが、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどの撮像装置に対して外部から衝撃を受けた場合、レンズ保持枠２は加速度を受け、見かけ上、瞬間的に大きな変位量の移動をしようとするので、荷重ＰＷが増大し荷重Ｐ１が大きくなることでトルクＴが大きくなるが、このときのトルクをＴＧとすると、
ＴＧ＜ＴＶ
の範囲であればリードスクリュー６ａが回転することなく、レンズ保持枠２を所定の位置に保持することができる。
【００２５】
ここで、撮像装置をぶつけたり落下したりして、レンズ保持枠に対して大きな衝撃荷重・加速度が発生した場合、見かけ上、荷重ＰＷが増大することにより、ラックの薄肉部５ｅが変形しコイルバネ７が圧縮されることによって荷重Ｐ１が大きくなる。
【００２６】
そして、ラックの薄肉部５ｅがその材質によって決まる限界を超えてしまった場合、断面が破断されてラック５が機能を果たさなくなり、前述した問題が発生してしまう。
【００２７】
従来の構成では、ラックの薄肉部５ｅ近傍に突起部５ｇを設けることにより、レンズ保持枠２に対して突起部５ｇをある一定以上の変形を抑制するストッパ部として機能させることができ、ラック薄肉部５ｅの変形を抑制し、ラック薄肉部５ｅ断面の破断を防止することができるが、この場合、ラック薄肉部５ｅの変形によって吸収されていた荷重がラックギア部５ａに集中してしまうため、ラックギア部５ａが欠けたり、破壊されたりしてしまい、前述した問題が発生してしまう。
【００２８】
本実施形態では、上記の衝撃荷重・加速度によって荷重ＰＷが増大することによってラック薄肉部５ｅが変形し、コイルバネ７が圧縮されることによって荷重Ｐ１が大きくなるとき、同時に荷重Ｐ２を小さくすることによってトルクＴ２を小さくし、
Ｔ＝Ｔ１−Ｔ２
より、レンズ保持枠に対して大きな衝撃荷重・加速度が発生した場合のみ、
ＴＶ＜ＴＧ
とすることによってリードスクリュー６ａを回転させてレンズ保持枠２およびラック５を退避させ、ラック５に作用する荷重Ｐ１を低減することによって、大きな衝撃荷重を受けた際のラック薄肉部５ｅおよびラックギア部５ａ破壊を防止するようにしている。
【００２９】
これによって、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置の耐衝撃性を向上し、光学系鏡筒の故障・破壊・不良を削減することができるようになる。
【００３０】
本実施形態では、荷重Ｐ１が増大した瞬間に荷重Ｐ２を小さくすることが、問題を解決する手段であるので、これを実現する構成を従来例と比較しながら説明する。図４（ａ）は、従来のラックを示す斜視図、図４（ｂ）は、第１の実施形態に係るレンズ駆動機構のラックを示す斜視図である。
【００３１】
前提として、荷重Ｐ２はコイルバネ７のクランプ方向の変位によって決まる（コイルバネとしては、ねじり量で決まると考えてよい）。荷重Ｐ１が増大した瞬間、薄肉部５ｅおよびコイルバネ７は、図中Ａ矢印方向にたわむように変形・圧縮されるが、この際、コイルバネ７は引っ掛け部５ｆに引っかかっている点Ｂを支点に、腕部Ｃがコイルバネ７の圧縮に連れ回されて倒れる。
【００３２】
従来のラックにおいては、腕部Ｃは図中矢印Ａ方向に倒れるので、コイルバネ７のクランプ方向の変位が変化せず、荷重Ｐ２は一定のままである。
【００３３】
ここで、図４（ｂ）に示す本実施形態のようにラックに斜面（テーパ）５ｈを設けることによって挟持力減少手段を構成し、腕部Ｃを斜面に沿って図中矢印Ｄ方向に変位させることによって、荷重Ｐ１が増大したときに荷重Ｐ２を減少させることができる。
【００３４】
斜面５ｈを構成することによって、荷重Ｐ１が小さいときには荷重Ｐ２を大きく、荷重Ｐ１が大きいときには荷重Ｐ２を小さくすることができ、衝撃荷重・加速度などを受けていないときには像揺れの発生なくレンズをスムーズに駆動することができ、衝撃荷重・加速度などを受けたときには、ラック薄肉部５ｅおよびラックギア部５ａの破壊を防止することができる。
【００３５】
本実施形態では、荷重Ｐ１が増大したときに荷重Ｐ２を減少方向のみに変化させるが、図５（ａ）に示す第２の実施形態では、さらに、ある位置で斜面の方向が変化する斜面５ｉを設けることによって、荷重Ｐ１が、ラック薄肉部５ｅを破壊しない範囲で増大するときには腕部ＣをＥ方向に変位させることによって荷重Ｐ２を増大し、トルクＴ２を大きくすることで、ラック５のレンズ位置保持能力を向上させるようにしている。
【００３６】
一方、荷重Ｐ１が、ラック薄肉部５ｅを破壊してしまう範囲まで増大するときには腕部Ｃを図中矢印Ｄ方向に変位させることによって荷重Ｐ２を減少させ、トルクＴ２を小さくすることでＴＶ＜ＴＧの状態にしてリードスクリュー６ａを回転させ、ラック薄肉部５ｅおよび５ａの破壊を防止する、という機能を持たせることができる。
【００３７】
また、図５（ｂ）に示す第３の実施形態では、コイルバネ７の腕部Ｃが常に図中矢印Ｆ方向に押圧されることを利用して、斜面５ｈ（図５（ａ）参照）をなくし、斜面５ｉのみによって腕部Ｃに対して図中矢印Ｅ方向→図中矢印Ｄ方向の変位を与えるものである。
【００３８】
なお、本実施形態の図面では斜面は直線によって構成されているが、曲線で構成しても本案で提案する「荷重Ｐ２を変動させること」は実現可能である。また、本実施形態では荷重Ｐ１が増大した際に荷重Ｐ２を変化させる方法として斜面を示したが、上述した式を満足する限りであれば、部品構成や方法は問わない。
【００３９】
さらには、ラック５をリードスクリュー６ａに挟持する付勢を行う手段としてコイルバネ７を用いているが、コイルバネ７を用いない別の付勢手段によってラック５をリードスクリュー６ａに挟持するものであっても、荷重Ｐ１の増加によって荷重Ｐ２を変化できるものであれば同様である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば次のような効果がある。すなわち、撮像装置に大きな衝撃・加速度（撮影時にカメラをぶつけた等）がかかった際に、ラックによるスクリューの挟持力を減少させてラックの破損を防止することができ、レンズを所定の制御によって駆動することができなくなってしまったり、レンズ保持枠をリードスクリューに対して保持することができなくなり、レンズをまったく制御することができなくなってしまうなどの問題を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るレンズ駆動機構の全体構成を説明する断面図である。
【図２】本実施形態に係るレンズ駆動機構の全体構成を説明する斜視図である。
【図３】本実施形態に係るレンズ駆動機構の全体構成を説明する分解斜視図である。
【図４】本実施形態の主要部を説明する斜視図である。
【図５】本実施形態の他の例を説明する斜視図である。
【符号の説明】
１…レンズ、２…レンズ保持枠、３…ガイド軸、４…ガイド軸、５…ラック、６…ステッピングモータ、６ａ…リードスクリュー、７…コイルバネ
【図１】
2004070014.tif 000003
【図２】
2004070014.tif 000004
【図３】
2004070014.tif 000005
【図４】
2004070014.tif 000006
【図５】
2004070014.tif 000007