【手続補正書】
【提出日】平成19年9月14日(2007.9.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】光学装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  手動操作部材の操作力を受けて光学素子を駆動する手動操作駆動系と、電動駆動源からの駆動力を前記光学素子に伝達して前記光学素子を駆動するための電動駆動系と、前記手動操作駆動系及び前記電動駆動系の間における動力の伝達を制限する伝達力制限機構とを有し、
前記電動駆動源の駆動力を前記手動操作部材側に伝達し、前記光学素子とともに前記手動操作部材を駆動する光学装置であって、
前記伝達力制限機構を介して前記手動操作駆動系を駆動するのに要するトルクをTL、前記伝達力制限機構が伝達できる限界トルクをTF、前記電動駆動系をこの出力側から駆動するのに要するトルクをTMとすると、
TL＜TF＜TM
の関係を満足し、かつ、前記電動駆動系に前記手動操作部材の操作に抗する負荷を与える負荷付与手段を有することを特徴とする光学装置。
【請求項２】  前記伝達力制限機構は、互いに磁力によって結合され、前記手動操作駆動系に固定される部材及び前記電動駆動系に固定される部材を有することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】  前記負荷付与手段は、前記電動駆動系に含まれる歯車に摩擦力を付与することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項４】  前記負荷付与手段は、前記歯車をこの回転中心方向に付勢する力を発生することを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】  前記負荷付与手段は、分極着磁されたマグネットとヨークとを有し、前記マグネット及び前記ヨークの間に発生するヒステリシストルクを利用して前記電動駆動系に負荷を与えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項６】  前記伝達力制限機構は、前記限界トルクよりも大きなトルクを受けた際に摺動する面を有しており、この面にグリスが塗布されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の光学装置。
【請求項７】  前記負荷付与手段による負荷トルクは、前記伝達力制限機構の限界トルクと同等に設定されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮影装置、特にテレビジョン撮影等に用いられるテレビレンズ等の光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
テレビジョン撮影等で用いられるテレビレンズ等の光学装置は、手動あるいは電動で図６に示す装置本体の外周に設けた操作リング５１を操作し、筐体内に保持したレンズ群を光軸方向へ移動したり、あるいは絞りを駆動したりして光学調整をしている。光学装置の筐体の近傍にあるドライブユニット５２の内部には操作リング５１を駆動する駆動モータやその制御回路が格納されている。手動操作と電動駆動を切換える際には、切換えレバーを備えたクラッチ装置を操作することが一般的であるが、中には切換え操作を行わずに手動操作と電動駆動が可能な光学装置もある。
【０００３】
その動作原理は、駆動モータから移動レンズ群までの動力伝達経路中にスリップ可能な伝達力制限機構（トルクリミッタ）を設け、電動駆動中はこの伝達力制限機構のスリップを行なわせずにモータの駆動力を直接移動レンズ群に伝達するようにする。また、手動操作リング側から駆動モータが駆動（バックドライブ）できないように設定し、手動操作中は伝達力制限機構がスリップして手動による駆動力をモータ側には伝達させないようにして、移動レンズ群のみに動力が伝達する仕組みになっている。
【０００４】
この様な光学装置は特別な切換え操作を行わずに手動と電動との双方による駆動を可能にすることに加え、クラッチ機構を動作させることで生じる移動レンズ群の微動作やクラッチ機構の動作音の発生を防ぐことができるため、操作性と映像品質に優れた撮影が可能となる。この動作原理のもとで機能する光学装置では、駆動モータが操作リングの手動操作によりバックドライブできない構造であることが必要であり、その手段として例えば駆動モータに振動波モータを用い、振動波モータの持つ保持トルクを利用してモータがバックドライブできないように構成したり、駆動モータにＤＣモータを用い、ＤＣモータと伝達力制限機構の間にウォームギアを設けることでモータ側がバックドライブできないように構成したりすることが考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電動駆動系にウォームギアを用いるとギアトレインの構成が複雑になり、電動駆動時の騒音が大きくなることや、コストアップ、駆動系の大型化、さらには組立性等の問題が生じる。
【０００６】
また、駆動モータにリング型振動波モータを用いることはレンズ筐体の大径化につながり、装置の大型化と重量の増加が避けられないものとなる場合がある。保持トルクを持つ小径の振動波モータにギアトレインを設けて、モータのバックドライブを防ぐことも可能であるが、この方式では次に述べる問題がある。
【０００７】
それは光学素子を電動駆動する時は問題なく使用できるが、手動で操作リングを反転操作、即ち、一度ある方向へ操作した後、逆方向へ操作する際にギアトレインの持つバックラッシュ量だけモータ側がバックドライブする点である。すなわち、操作リングの操作始めでは、手動の操作力が振動波モータに伝達するまで、ギアトレインのバックラッシュ分だけモータ側がバックドライブし、その結果前述した伝達力制限機構（トルクリミッタ）はスリップしないため極めて軽い操作力で操作することになる。
【０００８】
そして、ギアトレインのバックラッシュ分だけ操作リングを操作した後、振動波モータの保持トルクによりモータ側がバックドライブ不能になり、伝達力制限機構がスリップして重い操作力で操作することになるため、操作リングの操作力に大きなギャップを生じる。その結果、操作リングを反転操作する時に、操作始めの操作感触は操作リングのガタ感を伴う極めて悪いものとなり、微妙な光学調整を困難にする致命的な欠点となる。この現象はバックラッシュを有する動力伝達機構を、前述した動作原理のもとで成り立つ手動と電動の切替え装置のない光学装置の駆動系に用いた場合のマニュアル操作時に発生する特有の問題である。
【０００９】
本発明の目的は上記課題を解決するもので、特別な切換え操作を行わずに手動操作と電動駆動を可能にすると同時に、操作リングを手動操作する際のガタ感を解消し、バックラッシュを持つ動力伝達系を有していても良好なマニュアル操作感を実現する光学装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、手動操作部材の操作力を受けて光学素子を駆動する手動操作駆動系と、電動駆動源からの駆動力を光学素子に伝達して光学素子を駆動するための電動駆動系と、手動操作駆動系及び電動駆動系の間における動力の伝達を制限する伝達力制限機構とを有し、電動駆動源の駆動力を手動操作部材側に伝達し、光学素子とともに手動操作部材を駆動する光学装置であって、伝達力制限機構を介して手動操作駆動系を駆動するのに要するトルクをTL、伝達力制限機構が伝達できる限界トルクをTF、電動駆動系をこの出力側から駆動するのに要するトルクをTMとすると、TL＜TF＜TMの関係を満足し、かつ、電動駆動系に手動操作部材の操作に抗する負荷を与える負荷付与手段を有することを特徴とする。
【００１１】
（削除）
【００１２】
（削除）
【００１３】
（削除）
【００１４】
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【００１５】
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【００１６】
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【００１７】
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【００１８】
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【００１９】
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【００２０】
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【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態について図１〜図４に基づいて詳細に説明する。図１は手動及び電動で移動レンズ群を駆動するレンズ駆動機構を示したものである。図中１はレンズ鏡筒２に保持されている移動レンズ群で、光軸方向（図中左右方向）に移動する。レンズ鏡筒２の外周には径方向外方に向けて少なくとも３個以上のコロ部材３が突設され、それぞれのコロ部材３はレンズ筐体Ｌを構成する固定筒４に設けられた直線溝４ａと回転筒５に設けられた曲線溝５ａに係合している。回転筒５には連結ピン６が突設され、固定筒４に設けた溝部４ｂを通して操作リング（手動操作部材）７に係合している。
【００２２】
操作リング７を回転操作すると、回転筒５が操作リング７と一体的に回転し、移動レンズ群１は直線溝４ａ及び曲線溝５ａに沿って光軸方向に移動する。この時、操作リング７及び移動レンズ群１の動作端は、溝部４ｂを通して光軸を中心に回動する連結ピン６の動作範囲で決定される。このように本実施の形態では、移動レンズ群１を手動により駆動する手動操作駆動系Ｈをレンズ鏡筒２、コロ部材３、回転筒５、連結ピン６及び操作リング７により構成している。
【００２３】
また、レンズ筐体Ｌの近傍には移動レンズ群１を電動で駆動するための駆動機構や駆動回路が格納されたドライブユニットＤがあり、内部にはレンズ駆動用の振動波モータ９とレンズ位置検出用のポテンショメータ１０がある。ポテンショメータ１０は操作リング７に噛合う位置検出歯車１１を介して移動レンズ群１の位置を検出している。
【００２４】
一方、モータ９の駆動力はギアヘッド１２、モータ出力歯車１３、中間歯車１４を介してレンズ筐体内の駆動歯車１５へと伝達される。１６は駆動歯車１５のスラスト位置を決めると同時に駆動歯車１５を外表面から隠す固定リングであり、中間歯車１４及び駆動歯車１５の噛み合い部には切り欠き１６ａが設けてある。本実施の形態では、モータ９、ギアヘッド１２、モータ出力歯車１３、中間歯車１４、駆動歯車１５とで電動駆動系Ｇを構成している。
【００２５】
駆動歯車１５と操作リング７の間には伝達するトルクを制限するスリップ機構（伝達力制限機構）Ｓが設けられている。スリップ機構Ｓは、マグネット１７と、第１ヨーク１８と、第２ヨーク１９と、マグネット１７及び第２ヨーク１９の間に配置されたスペーサ２０とから構成される。第１ヨーク１８は操作リング７に固定され、マグネット１７は第１ヨーク１８に固定されている。さらにスペーサ２０はマグネット１７に固定されているので、第１ヨーク１８、マグネット１７及びスペーサ２０は操作リング７と一体的に回動する。一方、第２ヨーク１９は駆動歯車１５に固定されているので、スペーサ２０と第２ヨーク１９の間がスリップ可能な状態にあると同時に、磁力による所定のスリップトルクが発生するように設定されている。
【００２６】
このスリップ機構Ｓは、特別な切換え操作を行わずに移動レンズ群１の手動操作と電動駆動を可能にしている。即ち、手動操作駆動系Ｈの構成部材（レンズ鏡筒２、コロ部材３、回転筒５、連結ピン６及び操作リング７）を駆動するのに要するトルクをＴL 、スリップ機構Ｓのスリップトルク（スリップ機構Ｓが伝達できる限界トルク）をＴF とした時、ＴL ＜ＴF となるように設定すると、電動駆動時にはスリップ機構Ｓがスリップせずに駆動歯車１５と操作リング７は一体的に回転するので、モータ９の駆動力は直接移動レンズ群１に伝達される。
【００２７】
また、電動駆動系Ｇをスリップ機構Ｓ側から、つまり駆動力の出力側から駆動するのに要するトルクをＴM とし、ＴF ＜ＴM と設定すると、操作リング７を手動操作した時は、スリップ機構Ｓがスリップしてモータ９に操作リング７の操作力が伝達されない。これにより操作リング７の操作（以下、マニュアル操作ともいう）によって電動駆動系Ｇにおけるギアトレインの損傷を防止している。また、スリップ機構Ｓのスリップ面、即ちスペーサ２０と第２ヨーク１９の摺動面にはグリスが塗布され、粘りのある良好なマニュアル操作感を実現している。操作リング７と回転筒５は連結ピン６により連結されているので、マニュアル操作時はスリップ機構Ｓがスリップした状態で移動レンズ群１が移動することになる。
【００２８】
本実施の形態では、電動駆動系Ｇの駆動歯車１５と手動操作駆動系Ｈの操作リング７との間にスリップ機構Ｓを設け、
ＴL ＜ＴF ＜ＴM
を満足するように、手動操作駆動系Ｈ、スリップ機構Ｓ及び電動駆動系Ｇの各部のトルクを設定することにより、特別な切換え操作を行わずに移動レンズ群１の手動操作と電動駆動が可能となる。
【００２９】
また、電動駆動中に手動操作することも可能であり、この場合操作リング７が移動レンズ群１に連結されているため、操作リング７の操作量で移動レンズ群１の位置が決定される。また特別な差動機構を有していないため、操作リング７が動作端（メカ端）を持つこともこの機構の特徴の一つである。
【００３０】
本実施の形態では前述したトルク関係式ＴL ＜ＴF が成り立つようにマグネット１７の磁力を決定している。また、電動駆動源に振動波モータ９を使用しているので、振動波モータ９の持つ保持トルクを利用して前述したトルクＴM をトルクＴF より高いトルクに設定している。
【００３１】
この様に構成されたレンズ駆動機構において、本実施の形態では中間歯車１４及び駆動歯車１５に負荷付与手段を設けており、この構造と役割について詳細に説明する。
【００３２】
中間歯車１４はアイドラ軸２１上を回転すると同時に、両側のスラスト面をフリクションワッシャ２２で挟まれており、さらに加圧コイルバネ２３によりスラスト方向に加圧されている。２４は加圧力を調整する加圧調整リングであり、内径に設けたネジ部２４ａとアイドラ軸２１に設けたネジ部２１ａが噛合しているので、加圧調整リング２４を回すことで加圧コイルバネ２３の加圧力を調整できる。このように中間歯車１４のスラスト面を両側からフリクションワッシャ２２を介して押圧することで中間歯車１４とフリクションワッシャ２２の摺動面に摩擦力が発生し、中間歯車１４の駆動（回転）に対して負荷を与えている。
【００３３】
また、駆動歯車１５の端部には加圧リング２５を設け、駆動歯車１５の外径と加圧リング２５の内径が当接するように配置している。加圧リング２５は加圧用板バネ２６のバネ力により駆動歯車１５を押圧し、駆動歯車１５の駆動（回転）に対して負荷を与えている。加圧用板バネ２６はビス２７により固定リング１６を介して固定筒４へ固定され、加圧リング２５には固定リング１６に設けた切り欠き部１６ｂを通して接している。
【００３４】
加圧リング２５を駆動歯車１５に押圧する機構を図１におけるＺ方向から見た断面図を図２に示す。加圧リング２５には円周上の等間隔の３カ所に切り欠き部２５ａがあり、各切り欠き部２５ａには、加圧用板バネ２６がガタなく取り付けられている。
【００３５】
この加圧用板バネ２６は、図１における固定リング１６に固定されているので、加圧リング２５に負荷を付与すると同時に加圧リング２５の回転を規制している。つまり駆動歯車１５の駆動時には加圧リング２５は回動せずに駆動歯車１５を押圧し、負荷を付与している。
【００３６】
加圧リング２５には摺動性を重視した樹脂を用いるが、低温時に駆動歯車１５の摺動部（加圧リング２５との接触部分）を締め付けることのないように、加圧リング２５の内径寸法を駆動歯車１５の外径寸法（駆動歯車１５のうち加圧リング２５と接触する部分における外径寸法）より所定量大きく設定するとともに、図２に示すような切り欠き部２５ｂを設けている。また、駆動歯車１５と加圧リング２５の摺動部にはグリスを塗布しているので、加圧用板バネ２６の押圧力による摺動部での摩擦力とグリスの粘性力の双方が駆動歯車１５の駆動に対する負荷として作用する。駆動歯車１５の駆動に対して負荷を付与する手段としてグリスの粘性力を用いることは、電動で極めて低速で駆動する際、速度むらを低減した滑らかな駆動を実現する効果がある。また、加圧用板バネ２６を加圧リング２５の円周上に等分に配置し、駆動歯車１５の回転中心方向に付勢することはトルクむらを抑えた安定的負荷トルクを発生する役割がある。
【００３７】
このように、本実施の形態では中間歯車１４と駆動歯車１５の双方に負荷を付与しており、その効果として、操作リング７を手動で反転操作した際に、電動駆動系Ｇにおけるギアトレインのバックラッシュに起因するガタ感が発生するのを低減している。その仕組みを次に詳細に説明する。
【００３８】
図３は前述した中間歯車１４及び駆動歯車１５に負荷を付与しない場合に、操作リング７を反転操作、即ち、一度ある方向へ操作した後、逆方向へ操作した時の操作力の推移を示したものである。図３中、横軸が操作リング７の操作開始からの操作量ｅ、縦軸が操作トルクＴを示している。
【００３９】
操作リング７と回転筒５は連結ピン６を介して連結されているので、操作リング７の操作に応じて移動レンズ群１は駆動される。しかし、操作リング７とモータ９を連結する機構は多数の歯車を有し、バックラッシュが存在するため、操作リング７の操作力がモータ９に伝わるまでの間（図３中Ａの範囲）はスリップ機構Ｓがスリップしないで一体的に回転する。その結果、操作力は比較的軽いものとなる（図３中○１）。この時の操作トルクＴは移動レンズ群１を駆動する回転筒５や操作リング７を駆動するトルクである。
【００４０】
そして操作リング７の回転操作力が電動駆動系Ｇのギアトレインを介してモータ９まで達すると、モータ９の保持トルクによりトルク関係がＴF ＞ＴM となり、スリップ機構Ｓがスリップするので操作力は重いものとなる。このときの操作力を図３の○２で示す。ここで、操作量ｅに応じて操作トルクが上昇しているのは、操作速度が徐々に早くなるにつれてスリップ機構Ｓのスリップ面に塗布したグリスの粘性力が増すためである。この時の操作力のギャップは、操作リング７を手動で反転操作する時に生じる現象で、マニュアル操作開始時のガタ感として感じ取られるため、撮影者にとって使い勝手を著しく悪くするものである。
【００４１】
この操作力のギャップを解消するにはモータと操作リング７との間の歯車列を排除してダイレクトドライブにすることが考えられるが、モータが大型化することが避けられない。また、スリップ機構Ｓのスリップトルク（ＴF ）を小さく設定して操作力のギャップを小さくすることも考えられるが、ＴF は前記ＴL よりも大きく設定する必要があるためスリップトルクを下げることにも限界がある。
【００４２】
本実施の形態ではこの様な問題を解決するために、バックラッシュを持つ電動駆動系Ｇに負荷を付与する負荷付与手段を設けている。本実施の形態のバックラッシュには、ギアヘッド１２内部のバックラッシュ、モータ出力歯車１３と中間歯車１４間のバックラッシュ、中間歯車１４と駆動歯車１５間のバックラッシュがあり、これらギアトレインのバックラッシュ量が図３におけるＡの範囲に相当している。
【００４３】
そこでまず駆動歯車１５に負荷を付与することで、図４の○３に示すように駆動歯車１５と中間歯車１４間のバックラッシュ（図４中Ｂの範囲）分の操作力を高めている。さらに中間歯車１４に負荷を付与することにより、図４の○４に示すようにギアヘッド１２内部のバックラッシュ及びモータ出力歯車１３と中間歯車１４間のバックラッシュ（図４中Ｃの範囲）分の操作力を高めている。その結果、図４に示すように操作リング７の反転操作時の操作力のギャップを低減し、反転操作時のガタ感を解消している。
【００４４】
このように電動駆動系Ｇに負荷を付与する負荷付与手段が、マニュアル操作に抗する役目を果たすのは、電動駆動系Ｇの持つバックラッシュの分だけであり、モータ９の保持トルクが作用するとスリップ機構Ｓがスリップするので、負荷付与手段による負荷がマニュアル操作力に影響を与えることはない。またマニュアル操作が反転操作でなく、順方向への操作の場合も同様に負荷付与手段による負荷がマニュアル操作力には関与しない。ただし、負荷付与手段による負荷は電動駆動時には常に電動駆動系Ｇの負荷として作用することから、負荷が大きすぎると電動駆動時に消費電力の増大を招くので、負荷付与手段が付与する負荷トルクは図４に示すようにスリップ機構Ｓがスリップし始める時のトルクＴFOと略同等に設定することが望ましい。
【００４５】
また、本実施の形態においては負荷付与手段を中間歯車１４と駆動歯車１５の両方に設けているが、電動駆動系ＧのうちドライブユニットＤ内部の電動駆動系に問題となるバックラッシュが存在しない場合には、負荷付与手段はレンズ筐体Ｌの内部の駆動歯車１５のみに設けることもできる。逆に、ドライブユニットＤ内部の中間歯車１４とレンズ筐体Ｌ内部の駆動歯車１５がバックラッシュなく組み立てられていれば、負荷付与手段はドライブユニットＤの内部に設けるだけでもよい。
【００４６】
（第２の実施の形態）
図５は本発明の第２の実施の形態を示したものである。図１と同一符号の部材は同一部品であることを意味している。本実施の形態ではモータ出力歯車１３と駆動歯車１５との間にある中間歯車１４への負荷付与手段に磁力発生手段を用いていることが特徴である。
【００４７】
中間歯車１４はアイドラ軸２１上を回転するが、アイドラ軸２１の外周にはリング状のマグネット２８が固定されている。このマグネット２８は円周方向にＮ極とＳ極が交互に分極されている。また、中間歯車１４の内周にはリング状のヨーク２９が固定され、中間歯車１４と一体的にアイドラ軸２１上を回転する。ヨーク２９とマグネット２８の間には空隙を設けているため、中間歯車１４が回転する際にはマグネット２８とヨーク２９が摺動することはないが、マグネット２８が分極着磁されているので両者の間にヒステリシストルクが発生する。このヒステリシストルクは摺動面を持たずにトルクを発生するため、トルクが環境温度及び耐久上安定していることが特徴である。このトルクが中間歯車１４の回転時の抗力として作用するため、第１の実施の形態で述べたように操作リング７を反転操作する時の操作力のギャップを低減し、反転操作時のガタ感を解消することができる。
【００４８】
以上説明したレンズ駆動機構は、フォーカス、ズームといった移動レンズ群１（光学素子）に限らず、アイリス（光学素子）を駆動してもよく、雲台装置等いかなる光学装置であっても構わない。また、本実施の形態では保持トルクを持つ振動波モータを例に挙げたが、ＤＣモータの逆起電力を利用したり、あるいはＤＣモータやパルスモータを用いてモータが動かないようにサーボをかけて、前述したＴM を設定したりしてもよい。また上記のスリップ機構Ｓにはマグネットを利用したが、バネ等による押圧手段やグリスや流体のせん断力、Ｏリングを利用した弾性力により所定のスリップトルクを設定しても構わない。さらに、上記実施の形態ではスリップ機構Ｓをレンズ筐体Ｌ内に設けているが、操作リング７と一体的に回転する回転筒５に設けることも可能であるし、ドライブユニットＤの内部に設けることも十分可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、特別な切換え操作を行わずに手動操作と電動駆動を可能とし、手動や電動による迅速な駆動を可能とすることに加え、従来クラッチ機構を操作することで生じる移動レンズ群の微動作やクラッチ機構の動作音の発生を防ぐことができるため、操作性と映像品質に優れた撮影が可能になると同時に、バックラッシュのある動力伝達系を有していても良好なマニュアル操作感を有する光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本出願に係る発明の第１の実施の形態におけるレンズ駆動機構を示す要部の断面図である。
【図２】
本出願に係る発明の第１の実施の形態におけるレンズ駆動機構を示す正面から見た断面図である。
【図３】
本出願に係る発明の第１の実施の形態における操作トルクの説明図である。
【図４】
本出願に係る発明の第１の実施の形態における操作トルクの説明図である。
【図５】
本出願に係る発明の第２の実施の形態におけるレンズ駆動機構を示す要部の断面図である。
【図６】
従来の光学装置を示した上面図である。
【符号の説明】
１…移動レンズ群 ２…レンズ鏡筒
３…コロ部材 ４…固定筒
４ａ…直線溝 ４ｂ…溝部
５…回転筒 ５ａ…曲線溝
６…連結ピン ７…操作リング
９…駆動モータ １０…ポテンショメータ
１１…位置検出歯車 １３…モータ出力歯車
１４…中間歯車 １５…駆動歯車
１６…固定リング １７…マグネット
１８…第１ヨーク １９…第２ヨーク
２０…スペーサ ２１…アイドラ軸