(57)【要約】【課題】鏡筒を大型化しなくても、外部衝撃力がある場合にラック部の歯とび、喰い付きを抑制することができる光学装置を提供する。【解決手段】固定筒と、光学素子を保持する光学素子保持枠と、光学素子保持枠と共に光軸方向に変位可能なラック部と、ラック部と噛合する回転可能なリードスクリューと、リードスクリューを回転駆動するモータと、モータを保持すると共に、弾性部材を介して固定筒に取り付けられた保持手段と、を有する。【選択図】図１
2013186239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定筒と、
光学素子を保持する光学素子保持枠と、
前記光学素子保持枠と共に光軸方向に変位可能なラック部と、
前記ラック部と噛合する回転可能なリードスクリューと、
前記リードスクリューを回転駆動するモータと、
前記モータを保持すると共に、弾性部材を介して前記固定筒に取り付けられた保持手段と、
を有することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記固定筒は位置決め部を有し、
前記保持手段は前記位置決め部と対向する対向部を有し、
前記弾性部材は前記位置決め部及び前記対向部と前記固定筒との間に設けられ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】
前記弾性部材の付勢力をＦａ、外部から受ける衝撃力をＦｂ、モータ駆動時にモータが受ける反力をＦｃとするとき、Ｆｂ＞Ｆａ＞Ｆｃとなることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記固定筒と前記保持手段の間に外部衝撃力を減衰する減衰部材を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の光学装置。
【請求項５】
前記保持手段を光軸方向にガイドするガイド手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか1項に記載の光学装置。
【請求項６】
前記ガイド手段は前記弾性部材に内包されることを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ、ビデオカメラ及び交換レンズなどの光学装置に関し、特に光軸方向に駆動されるレンズなど光学素子を有する光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学装置の駆動機構には、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、ステッピングモータによって回転駆動されるリードスクリュー１５ａと、リードスクリュー１５ａに噛み合うラック２ａとを用いたものがある（特許文献１）。リードスクリュー１５ａは光軸方向（図中のｚ軸方向）に延びており、ラック２ａはレンズ移動枠２に取り付けられている。リードスクリュー１５ａが回転すると、そのリードによってラック２ａ及びレンズ移動枠２が光軸方向に移動される。
【０００３】
図６（ａ）に示すように、ラック２ａにはリードスクリュー１５ａに噛み合う本歯とリードスクリューを挟んで反対側に抜け止め用の対向歯が形成されている。図６（ｂ）に示すように、ラック２ａはコイルバネ２ｂにより光軸方向に付勢され、ラック２ａの本歯がリードスクリュー１５ａに押しつけられる。これにより、ヒステリシスの低減、駆動時のガタつきを防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２０５１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のラック構成では、ラック２ａ及びレンズ移動枠２はレンズ鏡筒に対して、光軸方向に移動可能に保持される一方、リードスクリュー１５ａ及びステッピングモータはレンズ鏡筒に対して固定されている。このため、落下など外部から衝撃を受けた場合に生ずる外部衝撃力によって、噛み合っているラック２ａの本歯がリードスクリュー１５ａの歯を乗り越える歯とび、歯に乗り上げる喰い付きが起こる。ここで、コイルバネ２ｂにより、ラック２ａは光軸方向に付勢されており、衝撃を受けた時には、その衝撃を吸収し、光軸方向の付勢力を大きくすれば、歯とび、喰い付きを防ぐことができる。
【０００６】
しかしながら、コイルバネ２ｂの光軸方向の付勢力を大きくすると、ラック２ａとレンズ移動枠２との摩擦力も大きくなり、駆動時のガタつきの原因となる。また、図６（ｂ）に示すようにラック２ａを光軸方向片側に付勢をしているので、衝撃を受ける方向によっては衝撃を吸収できない。
【０００７】
本発明は、鏡筒を大型化しなくても、外部から衝撃を受けた場合にラック部の歯とび、喰い付きを抑制することができる光学装置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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る光学装置の代表的な構成は、固定筒と、光学素子を保持する光学素子保持枠と、前記光学素子保持枠と共に光軸方向に変位可能なラック部と、前記ラック部と噛合する回転可能なリードスクリューと、前記リードスクリューを回転駆動するモータと、前記モータを保持すると共に、弾性部材を介して前記固定筒に取り付けられた保持手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、鏡筒を大型化しなくても、外部から衝撃を受けた場合にラック部の歯とび、喰い付きを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る光学装置としてのレンズ鏡筒のモーター保持手段を表す図、（ｂ）はＡ−Ａ断面を表す図である。
【図２】第１の実施形態のレンズ鏡筒の断面図である。
【図３】第１の実施形態のレンズ鏡筒の分解斜視図である。
【図４】第１の実施形態のモータ保持手段の分解斜視図である。
【図５】第２の実施形態のモーター保持手段を表す図である
【図６】（ａ）は従来のラックの断面図、（ｂ）は従来のラックの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
《第１の実施形態》
（光学装置）
図２、図３に示すように、撮影光学系は、物体側（各図の左側）から順に、正、負、正、正の屈折力の４つのレンズユニットにより構成された変倍光学系（ズームレンズ系）である。Ｌ１は第１レンズユニット、Ｌ２は光軸方向に移動することにより変倍作用を行う第２レンズユニット、Ｌ３は光軸ＡＸＬ（図２参照）に対して略直交する平面（以下、光軸直交面という）内で移動して、振れ補正作用を行う第３レンズユニットである。第３レンズユニットＬ３は、前側及び後側のレンズコンポーネントＬ３ａ、Ｌ３ｂにより構成され、これらは一体として光軸直交面内で移動する。
【００１３】
また、Ｌ４は光軸方向に移動することにより焦点調節作用を行う第４レンズユニットである。第１レンズユニットＬ１は固定の前玉鏡筒１により保持され、第２レンズユニットＬ２は光学素子保持枠としての２群移動枠２により保持されている。また、第３レンズユニットＬ３はシフトユニット３により保持され、第４レンズユニットＬ４は４群移動枠４により保持されている。また４群移動枠４の後方には、ＣＣＤ等から成る撮像素子を固定したＣＣＤホルダ５が設けられている。前玉鏡筒１は前部固定筒６にビス止めされ、ＣＣＤホルダ５と前部固定筒６は後部固定筒７にビス止めされる。
【００１４】
前部固定筒６と後部固定筒７により位置決め固定されている２群移動枠２は、ガイドバー８及び不図示のもう一方のガイドバーにより光軸方向に移動可能に支持され、また４群移動枠４はガイドバー（不図示）により光軸方向に移動可能に支持されている。
【００１５】
シフトユニット３は後部固定筒７に対して位置決めされ、２本のビスにより固定されている。シフトユニット３の駆動アクチュエータはマグネット１３ａ、前ヨーク１３ｂ、後ヨーク１３ｃ、電磁コイル１３ｄにより構成されている。マグネット１３ａは可動するマグネットベース３ａに固定され、前ヨーク１３ｂはマグネット１３ａに吸着固定される。後ヨーク１３ｃ、電磁コイル１３ｄは固定のシフトベース３ｂに固定されている。この磁気回路は、所謂ムービングマグネット型のアクチュエータである。
【００１６】
電磁コイル１３ｄに電流を流すと、マグネット１３ａの着磁境界に対して略直交する方向に、マグネット1１３ａと電磁コイル１３ｄに生ずる磁力線相互の反発によるローレンツ力が発生し、マグネットベース３ａを光軸直交方向に移動させる。
【００１７】
この様な構成のアクチュエータが、第３レンズユニットＬ３に対して縦方向及び横方向にそれぞれ配置されているので、第３レンズユニットＬ３を互いに略直交する２つ光軸直交方向に駆動することができる。これら縦方向と横方向、つまりピッチ方向とヨー方向の駆動の合成により、第３レンズユニットＬ３を光軸直交面内の所定の範囲内で自在に移動させることができる。第３レンズユニットＬ３の位置検出はホール素子２１により行われる。
【００１８】
絞り装置１２は、第３レンズユニットＬ３内に配置されている。第４レンズユニットＬ４はボイスコイルモータ１４により光軸方向に駆動され、ボイスコイルモータ１４はマグネット１４ａ、ヨーク１４ｂ、１４ｃ、コイル１４ｄとから成っている。ボイスコイルモータ１４では、ヨーク１４ｂが後部固定筒７に圧入固定され、ヨーク１４ｂにマグネット１４ａとヨーク１４ｃとが磁力によって固定されている。コイル１４ｄに電流を流すことで、コイル１４ｄにローレンツ力が発生し、コイル１４ｄが光軸方向に駆動可能となる。コイル１４ｄは４群移動枠４に固定されており、コイル１４ｃの駆動により４群移動枠４が光軸方向に駆動される。
【００１９】
回転駆動するズームモータ１５は、後部固定筒７にモータ保持部材１９を介して取り付けられる。第２レンズユニットＬ２は、ズームモータ１５により光軸方向に駆動され変倍動作を行う。ズームモータ１５は回転するロータを備え、回転可能な同軸のリードスクリュー１５ａに結合する。また、リードスクリュー１５ａには、２群移動枠２に設けられて２群移動枠２と共に光軸方向に変位可能なラック２ａが噛合しており、ロータの回転により第２レンズユニットＬ２が光軸方向に駆動される。
【００２０】
フォトインタラプタ１６は２群移動枠２に形成された斜光部２ｃの光軸方向への移動を光学的に検出し、第２レンズユニットＬ２が基準位置に位置していることを検出するためのズームリセットスイッチとして用いられる。
【００２１】
後部固定筒７に固定された光学式センサ１７は発光部と受光部とから成り、４群移動枠４に接着固定されたスケール１８に発光部から出射する光を照射し、反射光を受光部で読み取ることで、第４レンズユニットＬ４の光軸方向位置を検出する。
【００２２】
１２は撮像素子９に結像される被写体の明るさ(光量)を調節する光量調節ユニット(絞りユニット)である。光量調節ユニット１２は、２枚の絞り羽根１２ｄをモータ(メータ)１２ａで互いに逆方向に移動させて開口径を増減させる、いわゆるギロチン式の光量調節のユニットである。光量調節ユニット１２は、NDフィルタ１２ｅ(図4)をモータ１２ｂによって光路に対して進退させることで光量を調節する。2枚の絞り羽根１２ｄとNDフィルタ１２ｅは、第３レンズユニットの二つのレンズコンポーネントＬ3ａ、Ｌ３ｂ間に配置されている。光量調節ユニット１２は、後部固定筒７に１本のビスで固定されている。
【００２３】
（リードスクリュー及びモータの保持手段）
次に、リードスクリュー及びモータの保持手段について説明する。図１（ａ）はモータ保持手段を表した図、図１（ｂ）はＡ−Ａ断面を表した図である。ズームモータ１５は、モータ保持部材１９にビス締め固定される。１９はモータ保持部材、１９ａはガイド手段、２０は弾性部材である。ガイド手段１９ａはモータ保持部材１９に形成されており、後部固定筒７とCCDホルダ５に形成された不図示のガイド穴の光軸方向に摺動自在に保持される。本実施形態では、ガイド手段１９ａをモータ保持部材１９に設けたが、ガイド手段をモータ板金に一体で形成しても良いし、別体のガイド軸を用いても良い。
【００２４】
２０は圧縮コイルバネなどの弾性部材で、ガイド手段１９ａを内包するように配置される。弾性部材２０は、モータ保持部材１９に形成された対向部としての突起１９ｂと、後部固定筒７に形成された位置決め部である位置決めストッパ７ａを光軸方向で前後の両側から付勢している。
【００２５】
モータ保持部材１９を位置決め保持している時の弾性部材２０の付勢力Ｆａは、外部衝撃力Ｆｂ、第２レンズ移動枠２を光軸方向に変位させるためのモータ駆動時にズームモータ１５が受ける反力Ｆｃとの大きさの大小関係が以下のようになるように設定されている。
【００２６】
Ｆｂ＞Ｆａ＞Ｆｃ
（リードスクリュー及びモータの保持手段の動作）
次に本実施形態のモータ保持部材１９の動きについて説明する。
【００２７】
１）外部衝撃力の無い通常使用時
ズームモータ１５を駆動させ、第２レンズ移動枠２を光軸方向前方に動かす時、ズームモータ１５はラック２ａから反力Ｆｃを受ける。ズームモータ１５はモータ保持枠１９にビス締め固定されているので、モータ保持枠１９は反力Ｆｃで後部固定筒７に対して光軸方向後方に動こうとする。しかし、この時、モータ保持枠１９には、弾性部材２０により光軸方向前方に付勢力Ｆａがかかり、付勢力Ｆａが反力Ｆｃより大きいため、光軸方向に動こうとすることを阻止し、モータ保持枠１９は光軸方向に変位しない。
【００２８】
よって、第２レンズ移動枠２の光軸方向前方への移動時には、ズームモータ１５が光軸方向に動くことはないので、精度良く第２レンズ移動枠２を送ることができる。
【００２９】
２）外部衝撃力の発生時
次に外部から歯とび、喰い付きが起こるような大きな衝撃を受けた時のモータ保持枠１９の動きについて説明する。第２レンズ移動枠２が、衝撃力Ｆｂを光軸方向後方から光軸方向前方に受けた時、ズームモータ１５はラック２ａから衝撃力Ｆｂを受け光軸方向前方に動こうとする。
【００３０】
この時、モータ保持枠１９には、弾性部材２０により光軸方向後方に付勢力Ｆａがかかるが、付勢力Ｆａは衝撃力Ｆｂより小さい関係から、モータ保持枠１９は第２レンズ移動枠２と同じ方向（光軸方向前方）に変位する。これにより、モータ保持枠１９が第２レンズ移動枠２と同方向に変位することで、モータ保持枠１９に対する第２レンズ移動枠２の相対的な変位が小さくなる関係から、外部衝撃力が吸収できる結果となる。
【００３１】
以上のような構成により、ラック部の歯とび、喰い付きが起こることが抑制される。また、モータ保持枠１９は、弾性部材２０により光軸方向の位置決め部である位置決めストッパ７ａに対向する位置に規制されることとなり、ズームモータ１５は常に光軸方向で同じ位置に位置決めされることになる。
【００３２】
《第２の実施形態》
本実施形態は第１の実施形態と同様の構成を備えるものであるが、モータ保持部材の振動を減衰させるための減衰部材２２２を更に備えることを特徴とする。
【００３３】
（リードスクリュー及びモータの保持手段）
本実施形態のリードスクリュー及びモータの保持手段を、図５を用いて説明する。図５で、２１９はモータ保持部材、２１９ａはガイド手段、２２０は弾性部材、２２２は減衰部材である。ズームモータ２１５は、モータ保持部材２１９にビス締め固定されており、減衰部材２２２はゲルダンパ（後部固定筒２０７に形成した溝にゲルを流し込み、紫外線により硬化）である。
【００３４】
ガイド手段２１９ａはモータ保持部材２１９に形成されており、後部固定筒２０７とCCDホルダ２０５に形成された不図示のガイド穴に嵌合し、光軸方向に移動可能に保持される。本実施形態では、ガイド手段２１９ａをモータ保持部材２１９に設けたが、ガイド手段をモータ板金に一体で形成しても良いし、別体のガイド軸を用いても良い。
【００３５】
２２０は圧縮コイルバネなどの弾性部材で、ガイド手段２１９の周囲に配置される。弾性部材２２０はモータ保持部材２１９と後部固定筒２０７に形成された位置決めストッパ２０７ａを光軸方向両側から付勢している。
【００３６】
図５に示すように、モータ保持部材２１９を位置決め保持している時の弾性部材２２０の付勢力Ｆａは、外部からの衝撃力Ｆｂ、第２レンズ移動枠２０２を駆動時にズームモータ２１５が受ける反力Ｆｃとの大きさの関係が以下のようになるように設定する。
【００３７】
Ｆｂ＞Ｆａ＞Ｆｃ
（リードスクリュー及びモータの保持手段の動作）
次に本実施形態のモータ保持部材２１９の動きについて説明する。
【００３８】
１）外部衝撃力の無い通常使用時
ズームモータ２１５を駆動させ、第２レンズ移動枠（不図示）を光軸方向前方に動かす時、ズームモータ２１５はラック（不図示）から反力Ｆｃを受ける。ズームモータ２１５はモータ保持枠２１９にビス締め固定されているので、モータ保持枠２１９は反力Ｆｃで後部固定筒２０７に対して光軸方向後方に動こうとする。しかし、この時、モータ保持枠１９には、弾性部材２０により光軸方向前方に付勢力Ｆａがかかり、付勢力Ｆａが反力Ｆｃより大きいため、光軸方向に動こうとすることを阻止し、モータ保持枠１９は光軸方向に変位しない。
【００３９】
よって、第２レンズ移動枠２の光軸方向前方への移動時には、ズームモータ１５が光軸方向に動くことはないので、精度良く第２レンズ移動枠２を送ることができる。
【００４０】
２）外部衝撃力の発生時
次に外部から歯とび、喰い付きが起こるような大きな衝撃を受けた時のモータ保持枠２１９の動きについて説明する。第２レンズ移動枠が、衝撃力Ｆｂを光軸方向後方から光軸方向前方に受けた時、ズームモータ２１５はラックから衝撃力Ｆｂを受け光軸方向前方に動こうとする。
【００４１】
この時、モータ保持枠２１９には、弾性部材２２０により光軸方向後方に付勢力Ｆａがかかるが、付勢力Ｆａは衝撃力Ｆｂより小さい関係から、モータ保持枠２１９は第２レンズ移動枠と同じ方向（光軸方向前方）に変位する。これにより、モータ保持枠２１９が第２レンズ移動枠と同方向に変位することで、モータ保持枠２１９に対する第２レンズ移動枠の相対的な変位が小さくなる関係から、外部衝撃力が吸収できる結果となる。
【００４２】
本実施形態では、衝撃吸収時のモータ保持部材の振動を減衰させるために、減衰部材２２２を配置する。振動絶縁効果を得るために減衰比ζを以下になるように設定するのが望ましい。
【００４３】
０．１＜ζ＜０．１５
ここでζ＝Ｃ／√ＭＫで、Cは減衰部材２２２の減衰係数、Mはモータ保持枠２１９の質量、Kは弾性部材２２０のバネ定数である。減衰比ζを以上のような設定にすることにより、衝撃を吸収した後に元の位置に戻ろうとして起こる振動を減衰させ、歯とび、喰い付きを防ぐことができる。
【００４４】
（変形例１）
上記実施形態においては、固定筒６、７を別体の構造としたが、一体化された構造であっても良い。
【００４５】
（変形例２）
上記実施形態においては、光学素子としてレンズを示したが、本発明はこれに限らず、回折光学素子、反射鏡（曲面鏡、平面鏡を含む）、各種の光学フィルタなどであっても良い。
【００４６】
（変形例３）
また、上記実施形態においては、モータとしてステッピングモータを示したが、これに限らず任意のモータであっても良い。
【符号の説明】
【００４７】
Ｌ２・・第２レンズユニット、２・・第２レンズ移動枠、２ａ・・ラック、６・・前部固定筒、７・・後部固定筒、７ａ・・位置決めストッパ（位置決め部）、１５・・ステッピングモータ、１５ａ・・リードスクリュー、１９ａ・・ガイド手段、１９ｂ・・対向部、２０・・弾性体、２２２・・減衰部材
【図１】
2013186239.tif 000003
【図２】
2013186239.tif 000004
【図３】
2013186239.tif 000005
【図４】
2013186239.tif 000006
【図５】
2013186239.tif 000007
【図６】
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