(57)【要約】【課題】ラック式の光学素子駆動装置において、ラック軸部とガイドバー（スリーブ部）とを十分に近接させる。【解決手段】光学素子駆動装置は、光学素子Ｌ４を保持して光軸方向に移動可能な保持部材４のスリーブ部４ａに係合してこれをガイドするガイドバー１０と、保持部材にラック軸部１９ａを介して回動可能に取り付けられたラック１９と、ラックに噛み合うリードスクリュー１４ａを回転させるモータユニット１４とを有する。ねじりコイルばね２０は、ラック軸部の周囲に配置されたコイル部２０ａから延びて保持部材の第１のばね掛け部４ｅに掛けられた第１の腕部２０ｃと、コイル部から延びてラックの第２のばね掛け部１９ｃに掛けられた第２の腕部２０ｂとを有する。第１のばね掛け部は、光軸方向視にて、ラック軸部とガイドバーとを結んだ線Ｆよりも光軸に近い領域に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子を保持し、該光学素子の光軸が延びる光軸方向に移動可能な保持部材と、
前記保持部材のスリーブ部に係合し、該保持部材を前記光軸方向にガイドするガイドバーと、
前記保持部材にラック軸部を介して回動可能に取り付けられたラックと、
該ラックに噛み合うリードスクリューを有し、該リードスクリューを回転させるモータユニットと、
前記ラック軸部の周囲に配置されたコイル部、該コイル部の一端から延びて前記保持部材に設けられた第１のばね掛け部に掛けられた第１の腕部、および前記コイル部の他端から延びて前記ラックに設けられた第２のばね掛け部に掛けられた第２の腕部を有するねじりコイルばねとを有し、
前記第１のばね掛け部が、前記光軸方向視において、前記ラック軸部と前記ガイドバーとを結んだ線よりも前記光軸に近い領域に設けられていることを特徴とする光学素子駆動装置。
【請求項２】
前記第１のばね掛け部が、前記光軸方向視において、前記ラック軸部と前記光軸との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子駆動装置。
【請求項３】
前記第１のばね掛け部が、前記保持部材に形成された穴部の内面に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子駆動装置。
【請求項４】
前記光学素子を含む光学系と、
請求項１から３のいずれか１項に記載の光学素子駆動装置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、デジタルカメラやビデオカメラ等の光学機器に用いられ、レンズ等の光学素子（以下、レンズという）をリードスクリューとこれに噛み合うラックとを用いて移動させる光学素子駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
変倍や焦点調節のためにレンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動装置として、例えば特許文献１に開示されているように、モータにより回転されるリードスクリューに、レンズを保持するレンズ保持部材に取り付けられたラックを噛み合わせた用いたものある。このようなラック式レンズ駆動装置では、モータを駆動して光軸方向に延びるリードスクリューを回転させると、ラックがレンズ保持部材とともに光軸方向に移動する。
【０００３】
ラックは、その軸部（以下、ラック軸部）を介してレンズ保持部材に回動可能に取り付けられる。そして、ラックは、ねじりコイルばねのコイル部が発生するねじり方向および軸方向の弾性力によって、リードスクリューに噛み合う方向（回動方向）とレンズ保持部材に押し付けられるように光軸方向にそれぞれ付勢される。この構成により、ラックとリードスクリューおよびレンズ保持部材との間のがたつきが防止される。また、上記ねじり方向の弾性力は、レンズ保持部材に形成されたスリーブ部に係合して該レンズ保持部材を光軸方向にガイドするガイドバーに対してスリーブ部をガタなく押し付ける力としてレンズ保持部材にも作用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３１５９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のラック式レンズ駆動装置には、以下のような問題がある。第１に、レンズ保持部材においてねじりコイルばねの腕部が掛けられるばね掛け部が、光軸方向視にて、ラック軸部とガイドバー（つまりはスリーブ部）との間に設けられている。このため、リードスクリューに噛み合うラックからの駆動力がレンズ保持部材に伝達されるラック軸部とスリーブ部とを十分に近接させることができず、スリーブ部とガイドバーとの間にこじれが生じやすい。これにより、レンズ保持部材の光軸方向へのスムーズな移動が妨げられる。
【０００６】
第２に、ラックをレンズ保持部材に組み込む際には、ねじりコイルばねのコイル部を軸方向に圧縮しながら、２つの腕部の開き角が狭くなるようにねじってレンズ保持部材に組み込む。このとき、ラック軸部やスリーブ部の周囲には、ねじりコイルばねの両方の腕部がそれぞれラックのばね掛け部とレンズ保持部材のばね掛け部から外れないように押さえておくためのスペースや形状が必要である。しかし、このようなスペースや形状をラック軸部やスリーブ部の周囲に設けることはレンズ駆動装置の小型化の妨げとなる。
【０００７】
本発明は、ラック軸部とガイドバー（スリーブ部）とを十分に近接させることができる小型のラック式光学素子駆動装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての光学素子駆動装置は、光学素子を保持し、該光学素子の光軸が延びる光軸方向に移動可能な保持部材と、該保持部材のスリーブ部に係合し、該保持部材を光軸方向にガイドするガイドバーと、保持部材に対してラック軸部を介して回動可能に取り付けられたラックと、該ラックに噛み合うリードスクリューを有し、該リードスクリューを回転させるモータユニットと、ラック軸部の周囲に配置されたコイル部、該コイル部の一端から延びて保持部材に設けられた第１のばね掛け部に掛けられた第１の腕部、およびコイル部の他端から延びてラックに設けられた第２のばね掛け部に掛けられた第２の腕部を有するねじりコイルばねとを有する。そして、第１のばね掛け部は、光軸方向視において、ラック軸部とガイドバーとを結んだ線よりも光軸に近い領域に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、保持部材においてねじりコイルばねの第１の腕部が掛けられる第１のばね掛け部が、光軸方向視にて、ラック軸部とガイドバー（言い換えれば、保持部材のスリーブ部）とを結んだ線よりも光軸に近い領域に設けられる。すなわち、第１のばね掛け部が、ラック軸部とガイドバーとの間には設けられない。このため、ラック軸部とガイドバー（スリーブ部）とを従来よりも近接させることができ、スリーブ部とガイドバーとの間にこじれを生じさせずにスムーズに保持部材を移動させることができる。しかも、スリーブ部の周囲のうち光軸から離れた側には第１のばね掛け部が設けられないので、この側に、ラックを保持部材に組み込む際にねじりコイルばねの第１の腕部を押さえておくためのスペースや形状を設ける必要がない。このため、装置の小型化に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例であるレンズ駆動装置の断面図。
【図２】実施例のレンズ駆動装置を有するカメラ（レンズ鏡筒部）の断面図。
【図３】実施例のレンズ駆動装置の斜視図。
【図４】上記カメラの電気的構成を示すブロック図。
【図５】従来のレンズ駆動装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
図２には、本発明の実施例であるラック式レンズ駆動装置（光学素子駆動装置）を備えた、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮影装置（光学機器：以下、カメラという）のレンズ鏡筒部の構成を示している。なお、本実施例では、レンズ鏡筒部を一体に備えたカメラについて説明するが、本発明の光学素子駆動装置は、カメラ本体に対して着脱（交換）が可能な交換レンズにも用いることができる。また、以下の説明において、各レンズの光軸ＡＸＬが延びる方向を光軸方向という。
【００１３】
レンズ鏡筒部には、被写体側（図の左側）から順に、固定の第１群レンズＬ１、光軸方向に移動して変倍を行う第２群レンズＬ２および絞り開口径を変化させて光量を調節する絞りユニット１２が収容されている。さらに、レンズ鏡筒部には、光軸ＡＸＬに直交する面に沿って移動して像振れ補正を行う第３群レンズＬ３および光軸方向に移動して焦点調節を行う第４群レンズＬ４も収容されている。第１群レンズＬ１、第２群レンズＬ２、絞りユニット１２、第３群レンズＬ３および第４群レンズＬ４により撮影光学系が構成される。
【００１４】
１は第１群レンズＬ１を保持する固定鏡筒であり、２は第２群レンズＬ２を保持する２群移動枠である。３は第３群レンズＬ３を光軸ＡＸＬに直交する方向に移動させるシフトユニット（振れ補正ユニット）である。４は第４群レンズＬ４を保持する４群移動枠（保持部材）である。６はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子８を保持する撮像素子ホルダである。固定鏡筒１は、固定筒５の被写体側の端部にビスにより結合される。撮像素子ホルダ６は、固定筒５の像側（図の右側）の端部との間に絞りユニット１２とシフトユニット３を挟んでビスにより固定筒５に結合される。
【００１５】
図１および図３には、４群移動枠４およびその周辺の構成を示している。図１（ａ）は、図１（ｂ）に示した切断線Ｃに沿って切断したときの断面を矢印Ａ方向から見たときの（すなわち、光軸方向視での）断面である。
【００１６】
１０，１１はガイドバーであり、固定筒５と撮像素子ホルダ６によって両端が保持されている。ガイドバー１０には、４群移動枠４に形成されたスリーブ部４ａが光軸方向に移動可能に係合しており、これにより４群移動枠４はガイドバー１０によって光軸方向にガイドされる。また、ガイドバー（回転止めバー）１１には、４群移動枠４に形成されたＵ溝部４ｆが光軸方向に移動可能に係合しており、これにより４群移動枠４のガイドバー１０回りでの回転が阻止される。
【００１７】
１４はステッピングモータ等により構成されたフォーカスモータユニットである。フォーカスモータユニット１４は、撮像素子ホルダ６にビスによって固定される。フォーカスモータユニット１４は、その出力軸として光軸方向に延びるリードスクリュー１４ａを有する。リードスクリュー１４ａには、４群移動枠４に取り付けられたラック１９のラック歯部１９ｂが噛み合っている。このため、フォーカスモータユニット１４が駆動されてリードスクリュー１４ａが回転すると、該回転がラック１９（ラック歯部１９ｂ）によって光軸方向への駆動力に変換され、４群移動枠４が光軸方向に移動する。
【００１８】
ラック１９には、光軸方向に延びるラック軸部１９ａが形成されている。ラック軸部１９ａは、その両端にて、４群移動枠４に形成されたラック保持部４ｄにおける光軸方向にて離れた２つの保持突起によって光軸ＡＸＬに直交する面に沿って回動可能に保持されている。
【００１９】
ラック軸部１９ａの周囲には、ねじりコイルばね２０のコイル部２０ａが配置されている。コイル部２０ａの一端からは、４群移動枠４のラック保持部４ｄに設けられた第１のばね掛け部４ｅに掛けられた第１の腕部２０ｃが延びている。また、コイル部２０ａの他端からは、ラック１９に設けられた第２のばね掛け部１９ｃに掛けられた第２の腕部２０ｂが延びている。
【００２０】
コイル部２０ａは、ラック１９とラック保持部４ｄの一方の保持突起との間で光軸方向にて圧縮されており、その圧縮により生じた弾性力（付勢力）でラック１９をラック保持部４ｄの他方の保持突起（つまりは４群移動枠４）に押し付けている。また、第２の腕部２０ｂは、第１の腕部２０ｃとの間でコイル部２０ａをねじることで該コイル部２０ａに生じた弾性力（付勢力）で、ラック１９を、ラック歯部１９ｂがリードスクリュー１４ａにより深く噛み合う方向に押している。さらに、第１の腕部２０ｂは、上記コイル部２０ａに生じた弾性力で、４群移動枠４を、スリーブ部４ａがガイドバー１０に押し付けられ、かつＵ溝部４ｆがガイドバー１１に押し付けられる方向に押している。このようにして、ねじりコイルばね２０は、４群移動枠４、ガイドバー１０，１１、ラック１９およびリードスクリュー１４ａ相互間でのがたつきを抑えている。
【００２１】
ここで、本実施例において、４群移動枠４の第１のばね掛け部４ｅは、少なくとも以下の条件（１）を満足するように設けられている。
【００２２】
（１）第１のばね掛け部４ｅは、光軸方向視（図１（ａ））において、ラック軸部１９ａ（の中心）とガイドバー１０（の中心）とを結んだ線Ｆよりも光軸ＡＸＬに近い領域（線Ｆからこれに直交して延びる矢印で示した領域）に設けられている。言い換えれば、ラック軸部１９ａ（の中心）と４群移動枠４のスリーブ部４ａ（の中心）とを結んだ線Ｆよりも光軸ＡＸＬに近い領域に設けられている。
【００２３】
また、第１のばね掛け部４ｅは、以下の条件（２）を満足するように設けられてもよく、さらには、第１のばね掛け部４ｅは、以下の条件（３）を満足するように設けられてもよい。
【００２４】
（２）第１のばね掛け部４ｅは、光軸方向視において、ラック軸部１９ａと光軸ＡＸＬとの間に設けられている。
【００２５】
（３）第１のばね掛け部４ｅは、４群移動枠４のラック保持部４ｄに形成された穴部４ｇの内面に設けられている。第１の腕部２０ｃは、この穴部４ｄを貫通して光軸ＡＸＬとスリーブ部４ａとの間に向かって延び、その中間部分にて第１のばね掛け部４ｅ（穴部４ｇの内面）に当接している。
【００２６】
本実施例では、第１のばね掛け部４ｅは、条件（１）〜（３）の全てを満足するように設けられているが、条件（１）を満足すれば、条件（２）および（３）を満足することは必ずしも必要ではない。
【００２７】
条件（１）を満足するように第１のばね掛け部４ｅを設けることで、光軸方向視において、ラック軸部１９ａとガイドバー１０とを従来に比べてより近接させる、つまりラック軸部１９ａとガイドバー１０との間の距離Ｍをより短くすることができる。条件（２）を満足することで、第１のばね掛け部４ｅの周囲に、ねじりコイルばね２０の第１の腕部２０ｃを組み込むときのスペース的余裕を確保することができ、該組み込みを容易に行うことができる。さらに、条件（３）を満足することで、さらなる組み込みの容易化等を図ることができる。これらの効果については、後に図５の比較例を用いて詳しく説明する。
【００２８】
一方、ラック１９の第２のばね掛け部１９ｃは、ラック軸部１９ａ（の中心）とガイドバー１０（の中心）とを結んだ線Ｆよりも光軸ＡＸＬから遠い領域に設けられている。
【００２９】
図５には、比較例として、従来のレンズ駆動装置における４群移動枠１０４およびその周辺の構成を示している。図５（ａ）は、図５（ｂ）に示した切断線Ｃ′に沿って切断したときの断面を矢印Ｂ方向から見たときの（すなわち、光軸方向視での）断面である。なお、この図において、図１に示した構成要素と共通する構成要素には、図１中の符号と同符号を付して説明に代える。
【００３０】
従来、ねじりコイルばね１２０の第２の腕部１２０ｂが掛けられるラック１１９の第２のばね掛け部１１９ｃは、本実施例と同様に設けられている。すなわち、第２のばね掛け部１１９ｃは、ラック軸部１１９ａ（の中心）とガイドバー１０（の中心）とを結んだ線Ｆ′よりも光軸ＡＸＬから遠い領域（線Ｆ′からこれに直交して延びる矢印で示した領域）に設けられている。
【００３１】
しかし、ねじりコイルばね１２０の第１の腕部１２０ｃが掛けられる４群移動枠１０４の第１のばね掛け部１０４ｅは、本実施例とは異なり、線Ｆ′よりも光軸ＡＸＬに近い領域には設けられていない。すなわち、第１のばね掛け部１０４ｅは、線Ｆ′よりも光軸ＡＸＬから遠い領域であって、ガイドバー１０（４群移動枠１０４のスリーブ部１０４ａ）とラック軸部１１９ａとの間に設けられている。第１のばね掛け部１０４ｅがこのように配置されていると、ガイドバー１０とラック軸部１１９ａとの間の距離Ｍ′（＞Ｍ）を十分に短くすることができず、スリーブ部１０４ａとガイドバー１０との間にこじれが生じやすい。
【００３２】
これに対し、本実施例では、条件（１）を満足することで、ラック軸部１９ａとガイドバー１０との間の距離Ｍを十分に短くすることができる。このため、スリーブ部４ａとガイドバー１０との間でのこじれの発生を抑えることができ、４群移動枠４をスムーズに光軸方向に移動させることができる。そして、これにより、特に焦点調節において求められる４群移動枠４（４群レンズＬ４）の高い位置精度を実現することができる。
【００３３】
また、従来は、ラック１１９を４群移動枠１０４に組み込む際には、ねじりコイルばね１２０のコイル部１２０ａを軸方向に圧縮しながら、２つの腕部１２０ｂ，１２０ｃの開き角が狭くなるようにねじる。このとき、ラック軸部１１９ａやスリーブ部１０４ａの周囲において、２つの腕部１２０ｂ，１２０ｃがそれぞれ第１および第２のばね掛け部１０４ｅ，１１９ｃから外れないように組立者が指で押さえておく必要があり、そのためのスペースや形状も必要であった。特に、第１のばね掛け部１０４ｅは、光軸ＡＸＬ側から見てラック軸部１１９ａおよびガイドバー１０とは反対側（これらの裏側）の狭いスペースに設けられているため、光軸ＡＸＬ側からはほとんど見えないばかりか、第１の腕部１２０ｃを押さえにくかった。そして、これらのことが組立性を低下させたり装置の小型化を妨げたりしていた。
【００３４】
これに対し、本実施例では、条件（１）、さらには条件（２）を満足することで、第１のばね掛け部４ｅをラック軸部１１９ａおよびガイドバー１０よりも光軸ＡＸＬ側の広いスペースに設けることができる。このため、組立性を向上させたり装置の小型化を実現したりすることができる。
【００３５】
さらに、本実施例では、条件（３）を満足することで、ラック１９を４群移動枠４に組み込む際には、第１の腕部２０ｃを穴部４ｇに挿入して第１のばね掛け部４ｅに掛けておくことができる。この状態で、第２の腕部２０ｂを第２のばね掛け部１９ｃに掛けてラック１９を回動させることで、コイル部２０ａをねじることが可能である。したがって、コイル部２０ａをねじった際に第１の腕部２０ｃを指で押さえておかなくてもこれが脱落しにくく、組立性をより向上させることができる。
【００３６】
また、本実施例では、条件（３）にあるように、ねじりコイルばね２０の第１の腕部２０ｃから付勢力を受ける第１のばね掛け部４ｅが４群移動枠４に形成された穴部４ｇの内面に設けられている。言い換えれば、該付勢力は、４群移動枠４に穴部４ｇを囲む枠形状に形成された剛性が高いラック保持部４によって受けられる。このため、ピン等の剛性が低い突起形状によって第１の腕部からの応力を受ける場合に比べて、その周囲の変形が少なく、安定した付勢状態を保つことができる。
【００３７】
なお、本実施例では、４群移動枠４を駆動するレンズ駆動装置について説明したが、同様の構成を、２群移動枠２を駆動するレンズ駆動装置にも適用することができる。
【００３８】
図４には、実施例のカメラ２２０の電気的構成を示している。撮影光学系により形成された被写体像は、撮像素子８によって光電変換される。カメラ信号処理回路２０１は、撮像素子８からの電気信号に対して増幅処理やγ補正処理等の各種処理を行い、映像信号を生成する。映像信号はＡＦゲート２０２に入力され、該ＡＦゲート２０２を通過した所定のＡＦ領域の映像信号がＡＦ回路２０４に入力される。ＡＦ回路２０４は、ＡＦ領域の映像信号から映像のコントラストを示す信号（以下、コントラスト信号という）を生成して、ＣＰＵ２０５に入力する。  
【００３９】
また、映像信号はＡＥゲート２０３にも入力され、該ＡＥゲート２０３を通過した所定のＡＥ領域の映像信号がＣＰＵ２０５に入力される。ＣＰＵ２０５は、ＡＥ領域の映像信号のうち被写体輝度を示す信号（以下、輝度信号という）のレベルに応じて、露出が適正であるか否かを判別する。露出が最適でない場合には、絞りアクチュエータ２０９を介して絞りユニット１２を駆動し、適切な絞り値（またはシャッタ速度）を設定する。
【００４０】
また、ＣＰＵ２０５は、オートフォーカス（ＡＦ）において、ＡＦ回路２０４にて生成されたコントラスト信号がピークを示すようにフォーカスモータ駆動回路２１１を介してフォーカスモータユニット１４を駆動し、４群移動枠４を移動させる。また、ＣＰＵ２０５は、カメラ２２０に設けられた不図示のズームスイッチが操作されると、ズームモータ駆動回路２１２を介してズームモータ２１０を駆動し、２群移動枠２を移動させる。
【００４１】
フォトインタラプタ等のエンコーダを用いたフォーカス原点センサ２０６は、４群移動枠４の光軸方向での位置を検出するための基準位置に４群移動枠４が位置するか否かを検出するために設けられている。同様に、フォトインタラプタ等のエンコーダを用いたズーム原点センサ２０７は、２群移動枠２の光軸方向での位置を検出するための基準位置に２群移動枠２が位置するか否かを検出するために設けられている。
【００４２】
ピッチ方向の振れを検出するピッチ角速度センサ２１４およびヨー方向の振れを検出するヨー角速度センサ２１５からの出力は、ＣＰＵ２０５で積分される。ＣＰＵ２０５は、この積分の結果得られたピッチ方向およびヨー方向での振れ角度に応じて第３群レンズＬ３の目標シフト位置を演算する。ＣＰＵ２０５は、ピッチおよびヨー位置センサ２１８，２１９により検出される第３群レンズＬ３のピッチおよびヨー方向での位置のフィードバックを受けながらピッチおよびヨーコイル駆動回路２１６，２１７を介してシフトユニット３を駆動する。これにより、第３群レンズＬ３が目標シフト位置にシフトされ、手振れ等の振動に伴う像振れが補正される。
【００４３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
光学素子をスムーズに移動させることが可能なカメラ等の小型の光学機器を提供できる。
【符号の説明】
【００４５】
Ｌ４  第４群レンズ
４  ４群移動枠
４ａ  スリーブ部
１０  ガイドバー
１９  ラック
１４  フォーカスモータユニット
２０  ねじりコイルばね
２０ａ  コイル部
２０ｂ  第２の腕部
２０ｃ  第１の腕部
４ｅ  第１のばね掛け部
１９ｃ  第２のばね掛け部
【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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