JP6843589B2 - レンズ鏡筒、及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばデジタルカメラ等の撮像装置に搭載されるズーム式のレンズ鏡筒、及びズーム式のレンズ鏡筒を備える撮像装置に関する。

デジタルカメラ等の撮像装置に搭載されるズーム式のレンズ鏡筒では、カム筒を回転させることで、カム筒のカム溝に係合するレンズホルダを光軸方向に移動させるものが提案されている（特許文献１）。この提案では、カム筒の径方向外側に設けたモータユニットの駆動力をギア列を介して減速してカム筒に伝達し、これにより、カム筒を回転駆動している。

また、ガイドバーによって光軸方向に移動可能に支持されたレンズホルダをステッピングモータなどの駆動装置によって光軸方向に駆動するズーム式のレンズ鏡筒が提案されている（特許文献２）。この提案では、撮影光学系を構成する複数のレンズ群の数だけステッピングモータを設けて、それぞれのレンズ群を独立して駆動している。

特開２０１５−４７５９号公報 特開２００７−２７１６４９号公報

しかし、上記特許文献１では、レンズホルダを光軸方向に駆動するカム筒をカム筒の径方向外側に設けたモータユニットにより回転駆動するため、レンズ鏡筒の径方向の大型化を招く原因になる。一方、上記特許文献２では、レンズ鏡筒の形状を円筒状にしなくてよい等の形状の自由度はあるが、複数のレンズ群の数だけステッピングモータが必要になるため、結果として、レンズ鏡筒の大型化を招き、また、モータの制御が複雑になる問題がある。

そこで、本発明は、複数の光学部材を光軸方向に移動させる駆動装置の制御を複雑にすることなく、レンズ鏡筒の小型化を実現する技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のレンズ鏡筒は、レンズ鏡筒の光軸方向に移動する第１の光学部材と、前記光軸方向に移動する第２の光学部材と、前記第１の光学部材および前記第２の光学部材の各々とカム係合し、光軸に平行に配置され、回転可能に保持されるカム部材と、前記第１の光学部材を駆動するリニアアクチュエータと、を備え、前記カム部材は、前記カム部材と前記リニアアクチュエータにて光軸方向に移動する前記第１の光学部材とのカム作用により回転し、前記第２の光学部材は、前記カム部材が回転することで、前記第２の光学部材と前記カム部材とのカム作用により光軸方向に移動し、前記カム部材は前記第１の光学部材の外周部に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、複数の光学部材を光軸方向に移動させる駆動装置の制御を複雑にすることなく、レンズ鏡筒の小型化を実現することができる。

本発明の第１の実施形態であるレンズ鏡筒の断面模式図である。 第１〜第５の光学ユニットの初期位置からの移動量と光軸方向の位置との関係を示すグラフ図である。 本発明の第２の実施形態であるレンズ鏡筒の要部を示す斜視図である。 図３に示すレンズ鏡筒がワイド位置にあるときのカムシャフトの位置での光軸方向に沿う断面模式図である。 図３に示すレンズ鏡筒がテレ位置にあるときのカムシャフトの位置での光軸方向に沿う断面模式図である。 第２〜第４の光学ユニットの初期位置からの移動量と光軸方向の位置との関係を示すグラフ図である。 本発明の第３の実施形態であるレンズ鏡筒の要部を示す斜視図である。 図７に示すレンズ鏡筒を背面側から見た斜視図である。 図７に示すレンズ鏡筒がワイド位置にあるときのカムシャフトの位置での光軸方向に沿う断面模式図である。 図７に示すレンズ鏡筒がテレ位置にあるときのカムシャフトの位置での光軸方向に沿う断面模式図である。 カムシャフトのカム部を所定の径で展開したときの模式図である。 カムシャフトの成形方法を説明する模式図である。 カムシャフトの成形方法を説明する模式図である。 本発明の第４の実施形態であるレンズ鏡筒のカムシャフトの位置での光軸方向に沿う断面模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態であるレンズ鏡筒の断面模式図である。なお、図１では、説明の便宜上、各レンズホルダのフォロアを図示しているが、実際には、各レンズホルダのフォロアは、光軸を中心とした回転方向に位相をずらして設けられており、同一断面上には設けられていない。また、図１において、光軸より上側は、レンズ鏡筒のワイド位置における断面模式図、光軸より下側は、レンズ鏡筒のテレ位置における断面模式図である。なお、本実施形態では、撮像装置の一例としてのデジタルカメラ等に設けられるレンズ鏡筒を例に採る。

本実施形態のレンズ鏡筒は、図１に示すように、第１〜第６の光学ユニット１１〜１６、カム筒２１及び固定筒２２を備え、第１〜第５の光学ユニット１１〜１５をそれぞれ光軸方向に移動させることによって撮影倍率を変更するズーム動作を行う。カム筒２１は、本発明のカム部材の一例に相当する。

第１光学ユニット１１は、第１レンズ群１１ａを保持し、像面側の端部内周部に第１フォロア１１ｂが周方向に略等間隔で複数設けられている。第１フォロア１１ｂは、カム筒２１の外周部に設けられたカム溝に係合しており、カム筒２１が回転することで、カム溝に沿って光軸方向に移動する。

第２光学ユニット１２は、第２レンズ群１２ａを保持し、像面側の端部外周部に第２フォロア１２ｂが周方向に略等間隔で複数設けられている。第２フォロア（カムピン）１２ｂは、カム筒２１の内周部に設けられたカム溝に係合しており、カム筒２１が回転することで、カム溝に沿って光軸方向に移動する。

第３光学ユニット１３は、絞りユニットを構成し、外周部に第３フォロア１３ｂが設けられている。第３光学ユニット１３は、ガイドバー２３ａ，２３ｂに対して回転規制された状態で光軸方向に移動可能に嵌合支持されている。第３フォロア１３ｂは、カム筒２１の内周部に設けられたカム溝に係合しており、カム筒２１が回転することで、カム溝に沿って光軸方向に移動する。

第４光学ユニット１４は、第３レンズ群１４ａを保持し、リニアアクチュエータ２４によって光軸方向に駆動される。第４光学ユニット１４の外周部には、第４フォロア１４ｂが周方向に略等間隔で複数設けられ、第４フォロア１４ｂは、カム筒２１の内周部に設けられたカム溝に係合している。なお、第４光学ユニット１４の詳細については後述する。

第５光学ユニット１５は、第４レンズ群１５ａを保持し、ガイドバー２３ａ，２３ｂに対して回転規制された状態に光軸方向に移動可能に嵌合支持されている。第５光学ユニット１５の外周部には、１つ第５フォロア１５ｂが設けられている。リニアアクチュエータ２４は、本発明の駆動装置の一例に相当する。

第６光学ユニット１６は、フォーカスレンズを構成する第５レンズ群１６ａを保持し、不図示のアクチュエータによって光軸方向に移動してフォーカス動作を行う。第６光学ユニット１６の背面側には、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子２５が設けられている。撮像素子２５は、第１レンズ群１１ａ、第２レンズ群１２ａ、第３レンズ群１４ａ、第４レンズ群１５ａ及び第５レンズ群１６ａを通過して結像した被写体像を電気信号に光電変換して不図示の画像処理部に出力する。

リニアアクチュエータ２４は、振動子に超音波振動を発生させることにより駆動力を発生する超音波モータであり、直進駆動させるモータである。超音波モータは小型でありながら出力が高く、また動作音がほぼ無いので、レンズ鏡筒の駆動に最適である。リニアアクチュエータ２４の詳細な構造については割愛するが、振動子が第４光学ユニット１４の接触部と加圧接触状態で保持されており、振動子に超音波振動が励起されると、第４光学ユニット１４が駆動力を受け、移動するようになっている。

次に、レンズ鏡筒のズーム動作について説明する。レンズ鏡筒を図１の上側のワイド位置から下側のテレ位置に移動させるには、カム筒２１の内周側に配置されたリニアアクチュエータ２４を駆動して第４光学ユニット１４を被写体側（図の左側）に向けて光軸方向に移動させる。第４光学ユニット１４の第４フォロア１４ｂは、カム筒２１の内周部に設けられたカム溝と係合しているため、カム溝と第４フォロア１４ｂとのカム作用により第４光学ユニット１４が光軸方向に移動すると、カム筒２１が回転する。

カム筒２１が回転すると、カム筒２１の対応するカム溝にフォロア１１ｂ〜１３ｂ及びフォロア１５ｂが係合している第１〜第３の光学ユニット１１〜１３及び第５光学ユニット１５は、それぞれ対応するカム溝とのカム作用により被写体側に向けて移動する。このように、リニアアクチュエータ２４を駆動して第４光学ユニット１４を光軸方向に移動させることで、それ以外の第１〜第３の光学ユニット１１〜１３及び第５光学ユニット１５が光軸方向に移動してズーム動作が行われる。

次に、図２を参照して、レンズ鏡筒のズーム動作を行うに際し、リニアアクチュエータ２４によって第４光学ユニット１４を光軸方向に移動させる理由について説明する。図２は、第１〜第５の光学ユニット１１〜１５の初期位置からの移動量と光軸方向の位置との関係を示すグラフ図である。図２において、横軸の左側がワイド位置であり、右側に行くに従ってテレ位置に近づく。また、縦軸の移動量は、ワイド位置を０として初期位置としている。

図２に示すように、第４光学ユニット１４は、ワイド位置からテレ位置に向けて一方向に略リニアに移動している。ワイド位置とテレ位置との間を略リニアに移動する第４光学ユニット１４をリニアアクチュエータ２４で駆動することで、第４光学ユニット１４にカム係合するカム筒２１を安定して回転駆動することができる。

例えば、第１光学ユニット１１では、一度撮像面側に繰り込んだ後、再び被写体側に向けて移動する。このように、移動方向が変わる移動軌跡をたどる第１光学ユニット１１をリニアアクチュエータ２４で駆動すると、第１光学ユニット１１にカム係合するカム筒２１のカム溝の光軸に対するカム傾斜角度が緩いポジションができてしまう。カム傾斜角度が緩いと、光軸方向への力を回転力に変換するのに負荷が大きくなってしまい、安定したカム筒２１の回転力を得ることができない。このため、カム筒２１を安定して回転させるには、移動方向が一方向で略直線状の移動軌跡をたどる第４光学ユニット１４をリニアアクチュエータ２４で光軸方向に移動させるのが好ましい。

以上説明したように、本実施形態では、カム筒２１の内周側に配置された比較的小型のリニアアクチュエータ２４を駆動して第４光学ユニット１４を光軸方向に移動させることで、ズーム動作を行うことができる。このため、カム筒２１の径方向外側にアクチュエータや減速系のギア列等をレイアウトする必要がなく、また、複数のレンズ群の数だけモータを設ける必要もない。これにより、複数のレンズ群を光軸方向に駆動するモータの制御を複雑にすることなく、レンズ鏡筒の小型化を実現することができる。

（第２の実施形態）
次に、図３乃至６を参照して、本発明の第２の実施形態であるレンズ鏡筒を説明する。図３は、レンズ鏡筒の要部を示す斜視図である。図４は、図３に示すレンズ鏡筒がワイド位置にあるときのカムシャフト１２１の位置での光軸方向に沿う断面模式図である。図５は、図３に示すレンズ鏡筒がテレ位置にあるときのカムシャフト１２１の位置での光軸方向に沿う断面模式図である。

本実施形態のレンズ鏡筒は、図３乃至図５に示す様に、収納ケース１１０に固定された第１光学ユニット１１１、光軸方向に移動可能な第２〜第５光学ユニット１１２〜１１５、カムシャフト１２１、ガイドバー１２３ａ，１２３ｂ及び収納ケース１１０を備える。カムシャフト１２１、及びガイドバー１２３ａ，１２３ｂは、それぞれ光軸と平行に配置され、カムシャフト１２１は、収納ケース１１０に回転可能に支持され、ガイドバー１２３ａ，１２３ｂは、収納ケース１１０に固定されている。第２光学ユニット１１２は本発明の第１の光学部材の一例に相当する。

第１光学ユニット１１１は、第１レンズ群１１１ａを保持して、収納ケース１１０に固定されている。第１レンズ群１１１ａは、互いに直交して設けられた２枚のレンズを有し、２枚のレンズの間には、プリズムが設けられている。なお、本実施形態では、第１光学ユニット１１１を固定光学群としているが、移動光学群としてもよい。また、第１レンズ群１１１ａは、必ずしもプリズムを含む必要はなく、プリズムはなくても良いし、他の撮像面側の光学ユニットのレンズ群に設けてもよい。

第２光学ユニット１１２は、第２レンズ群１１２ａを保持しており、ガイドバー１２３ａに嵌合保持されるとともに、ガイドバー１２３ｂに係合保持されることで、光軸方向に移動可能に支持されている。第２光学ユニット１１２の外周部には、カムシャフト１２１に設けられた第１カム部１２１ａに係合する第１フォロア１１２ｂ、及びリニアアクチュエータ１２４との接触部１１２ｃが設けられている。第２光学ユニット１１２は、接触部１１２ｃがリニアアクチュエータ１２４に接触することで、リニアアクチュエータ１２４から光軸方向の推力を受ける。

第３光学ユニット１１３は、第３レンズ群１１３ａを保持しており、ガイドバー１２３ｂに嵌合保持されるとともに、ガイドバー１２３ａに係合保持されることで、光軸方向に移動可能に支持されている。第３光学ユニット１１３の外周部には、カムシャフト１２１に設けられた第２カム部１２１ｂに係合する第２フォロア１１３ｂが設けられている。

第４光学ユニット１１４は、第４レンズ群１１４ａを保持しており、ガイドバー１２３ｂに嵌合保持されるとともに、ガイドバー１２３ａに係合保持されることで、光軸方向に移動可能に支持されている。第４光学ユニット１１４の外周部には、カムシャフト１２１に設けられた第３カム部１２１ｃに係合する第３フォロア１１４ｂが設けられている。

第５光学ユニット１１５は、フォーカスレンズを構成する第５レンズ群１１５ａを保持しており、ガイドバー１２３ｂに嵌合保持されるとともに、ガイドバー１２３ａに係合保持されることで、光軸方向に移動可能に支持されている。

第５光学ユニット１１５は、不図示のアクチュエータによって独立して光軸方向に駆動されてフォーカス動作を行う。第５光学ユニット１１５の背面側には、撮像素子１２５が設けられている。

撮像素子１２５は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等で構成され、収納ケース１１０に固定されている。撮像素子１２５は、第１レンズ群１１１ａ、第２レンズ群１１２ａ、第３レンズ群１１３ａ、第４レンズ群１１４ａ及び第５レンズ群１１５ａを通過して結像した被写体像を電気信号に光電変換して不図示の画像処理部に出力する。

リニアアクチュエータ１２４は、振動子に超音波振動を発生させることにより駆動力を発生する超音波モータであり、直進駆動させるモータである。超音波モータは小型でありながら、出力が高く、また動作音もほぼ無いので、レンズ鏡筒の駆動に最適である。リニアアクチュエータ１２４の詳細な構造については割愛するが、振動子が第２光学ユニット１１２の接触部１１２ｃと加圧接触状態で保持されており、振動子に超音波振動が励起されると、第２光学ユニット１１２が駆動されるようになっている。

次に、レンズ鏡筒の動作について説明する。前述したように、第２光学ユニット１１２は、リニアアクチュエータ１２４から接触部１１２ｃを介して推力を受け、ズーム位置に応じた位置に移動する。第２光学ユニット１１２は、第１フォロア１１２ｂがカムシャフト１２１の第１カム部１２１ａに係合している。このため、第２光学ユニット１１２が光軸方向に移動するのに伴い第１カム部１２１ａと第１フォロア１１２ｂとのカム作用によりカムシャフト１２１が回転する。

カムシャフト１２１は、第２カム部１２１ｂに第３光学ユニット１１３の第２フォロア１１３ｂが係合し、第３カム部１２１ｃに第４光学ユニット１１４の第３フォロア１１４ｂが係合している。このため、カムシャフト１２１の回転に伴って、第２カム部１２１ｂと第２フォロア１１３ｂとのカム作用及び第３カム部１２１ｃと第３フォロア１１４ｂとのカム作用により第３光学ユニット１１３及び第４光学ユニット１１４が光軸方向に移動する。これにより、レンズ鏡筒のズーム動作が行われる。

次に、図６を参照して、レンズ鏡筒のズーム動作を行うに際し、リニアアクチュエータ１２４によって第２光学ユニット１１２を光軸方向に移動させる理由について説明する。図６は、第２〜第４の光学ユニット１１２〜１１４の初期位置からの移動量と光軸方向の位置との関係を示すグラフ図である。図６において、横軸の左側がワイド位置であり、右側に行くに従ってテレ位置に近づく。また、縦軸の移動量は、ワイド位置を０として初期位置としている。

図６に示すように、第２〜第４の光学ユニット１１２〜１１４のうち、第２光学ユニット１１２は、ワイド位置からテレ位置に向けて略リニアに移動している。このため、第２光学ユニット１１２をリニアアクチュエータ１２４で一方向に駆動することで、第２光学ユニットと係合するカムシャフト１２１を安定して回転駆動することができる。

例えば、第３光学ユニット１１３では、撮像面に向けて緩やかなカーブを描いてワイド位置からテレ位置に移動する。このような移動軌跡をたどる第３光学ユニット１１３をリニアアクチュエータ１２４で駆動すると、第３光学ユニット１１３にカム係合するカムシャフト１２１の第２カム部１２１ｂの光軸に対する傾斜角度が緩いポジションができてしまう。傾斜角度が緩くなっていると、光軸方向の力を回転力に変換するのに負荷が大きくなり、安定したカムシャフト１２１の回転にならない。このため、カムシャフト１２１を安定して回転させるには、移動方向が一方向であって略直線状の移動軌跡をたどる第２光学ユニット１１２をリニアアクチュエータ１２４で光軸方向に移動させるのが好ましい。

また、カムシャフト１２１に設けられたカム部１２１ａ〜１２１ｃのうち、リニアアクチュエータ１２４によって駆動される第２光学ユニット１１２に係合する第１カム部１２１ａの光軸に対する傾斜角度が最も急であることが好ましい。理由は、カムシャフト１２１を回転させるためのカム部は、できるだけ光軸に対する傾斜角度が急な方がカムシャフト１２１を回転させるのに必要な推力が小さくて済むためである。

また、カムシャフト１２１のカム部１２１ｂ，１２１ｃの光軸に対する傾斜角度は、できるだけ緩い方が第３及び第４光学ユニット１１３，１１４を光軸方向に移動させるためのカムシャフト１２１の回転力を小さく抑えることができる。カムシャフト１２１の回転力を小さくできることは、リニアアクチュエータ１２４の推力を小さくすることが可能になることを意味する。このようなカム部１２１ａ〜１２１ｃの光軸に対する傾斜角度の関係を実現する為、本実施形態では、ワイド状態からテレ状態に最も移動するレンズ群である第２光学ユニット１１２を駆動させると共に、カムシャフト１２１の各カムを作成する径を変化させている。

以上説明したように、本実施形態では、収納ケース１１０内に配置された比較的小型のリニアアクチュエータ１２４によって第２光学ユニット１１２を光軸方向に移動させることで、ズーム動作を行うことができる。このため、カム筒の径方向外側にアクチュエータや減速系のギア列等をレイアウトする必要がなく、また、複数のレンズ群の数だけモータを設ける必要もない。これにより、複数のレンズ群を光軸方向に駆動するモータの制御を複雑にすることなく、レンズ鏡筒の小型化を実現することができる。

また、本実施形態では、カムシャフト１２１、ガイドバー１２３ａ，１２３ｂ及びリニアアクチュエータ１２４を光軸と直交する一方向（図３の矢印Ｘ方向）に配置しているので、レンズ鏡筒の薄型化を図ることができる。

さらには、本実施形態に用いたリニアアクチュエータ１２４は、振動子が第２光学ユニット１１２の接触部１１２ｃに加圧された状態で接触保持されていることで、第２光学ユニット１１２のガイドバー１２３に対する片寄せの機能を果たす。このため、第２光学ユニット１１２はスムーズで揺れのない移動を実現できる。

また、本実施形態では、収納ケース１１０内に配置される軸状のカムシャフト１２１の回転により第２〜第４の光学ユニット１１２〜１１４を光軸方向に移動させている。このため、カム筒を用いる場合に比べてレイアウトの自由度が増し、筒状ではない自由なレンズ鏡筒の形状が可能になる。

（第３の実施形態）
次に、図６乃至１１を参照して、本発明の第３の実施形態であるレンズ鏡筒を説明する。図７は、レンズ鏡筒の要部を示す斜視図である。図８は、図７の背面側から見た斜視図である。図９は、図７に示すレンズ鏡筒がワイド位置にあるときのカムシャフト１２１の位置での光軸方向に沿う断面模式図である。図１０は、図７に示すレンズ鏡筒がテレ位置にあるときのカムシャフト１２１の位置での光軸方向に沿う断面模式図である。図１１は、カムシャフト１２１のカム部を所定径で展開したときの模式図である。

本実施形態のレンズ鏡筒は、図７乃至図１１に示す様に、収納ケース１１０に固定された第１光学ユニット１１１、光軸方向に移動可能な第２〜第５の光学ユニット１１２〜１１５、カムシャフト１２１、付勢カム１２２、ガイドバー１２３ａ，１２３ｂを備える。カムシャフト１２１、付勢カム１２２、及びガイドバー１２３ａ，１２３ｂは、それぞれ光軸と平行に配置され、カムシャフト１２１は、収納ケース１１０に回転可能に支持され、ガイドバー１２３ａ，１２３ｂは、収納ケース１１０に固定されている。第２光学ユニット１１２は、本発明の第１の光学部材の一例に相当し、第３光学ユニット１１３は、本発明の第２の光学部材の一例に相当する。

第１光学ユニット１１１は、第１レンズ群１１１ａを保持して、収納ケース１１０に固定されている。第１レンズ群１１１ａは、互いに直交して設けられた２枚のレンズを有し、２枚のレンズの間には、プリズムが設けられている。なお、本実施形態では、第１光学ユニット１１１を固定光学群としているが、移動光学群としてもよい。また、第１レンズ群１１１ａは、必ずしもプリズムを含む必要はなく、プリズムは、他の撮像面側の光学ユニットのレンズ群に設けてもよい。

第２光学ユニット１１２は、第２レンズ群１１２ａを保持しており、ガイドバー１２３ａに嵌合保持されるとともに、ガイドバー１２３ｂに係合保持されることで、光軸方向に移動可能に支持されている。第２光学ユニット１１２の外周部には、カムシャフト１２１に設けられた第１カム部１２１ａに係合する第１フォロア１１２ｂ、及びリニアアクチュエータ１２４との接触部１１２ｃが設けられている。第２光学ユニット１１２は、接触部１１２ｃがリニアアクチュエータ１２４に接触することで、リニアアクチュエータ１２４から光軸方向の推力を受ける。第１カム部１２１ａは、本発明の第１の係合部の一例に相当し、第２カム部１２１ｂは、本発明の第２の係合部の一例に相当する。

第３光学ユニット１１３は、第３レンズ群１１３ａを保持しており、ガイドバー１２３ｂに嵌合保持されるとともに、ガイドバー１２３ａに係合保持されることで、光軸方向に移動可能に支持されている。第３光学ユニット１１３の外周部には、カムシャフト１２１に設けられた第２カム部１２１ｂに係合する第２フォロア１１３ｂが設けられている。

第３光学ユニット１１３は、第１スプリング１２６によって第２光学ユニット１１２と第３光学ユニット１１３が互いに引き離される方向に付勢されている。具体的には、第３光学ユニット１１３は、図７において下方向に付勢されている。従って、カムシャフト１２１の第２カム部１２１ｂに対して常に接触した状態を維持することができ、カムシャフト１２１の回転に伴い、第２カム部１２１ｂの面に倣って第３光学ユニット１１３が光軸方向に移動可能となっている。

第４光学ユニット１１４は、第４レンズ群１１４ａを保持しており、ガイドバー１２３ｂに嵌合保持されるとともに、ガイドバー１２３ａに係合保持されることで、光軸方向に移動可能に支持されている。第４光学ユニット１１４の外周部には、カムシャフト１２１に設けられた第３カム部１２１ｃに係合する第３フォロア１１４ｂが設けられている。

第４光学ユニット１１４は、第３フォロア１１４ｂが第３カム部１２１ｃと後述の付勢カム１２２に挟まれるようにして保持される。このようにしたことで、第３フォロア１１４ｂが常に第３カム部１２１ｃと接触した状態を維持するこができ、カムシャフト１２１が回転すると、第３カム部１２１ｃの面に倣い、光軸方向に移動可能となっている。

第５光学ユニット１１５は、フォーカスレンズを構成する第５レンズ群１１５ａを保持しており、ガイドバー１２３ｂに嵌合保持されるとともに、ガイドバー１２３ａに係合保持されることで、光軸方向に移動可能に支持されている。第５光学ユニット１１５は、アクチュエータによって独立して光軸方向に駆動されてフォーカス動作を行う。第５光学ユニット１１５の背面側には、撮像素子１２５が設けられている。

カムシャフト１２１は、段差のついた軸形状であって、その外周部に第１カム部１２１ａ、第２カム部１２１ｂ、第３カム部１２１ｃが設けられている。第１カム部１２１ａは、溝形状に形成され、第２光学ユニット１１２に設けられた第１フォロア１１２ｂが溝に挟まるようにして２面に支持されるような形で係合している。さらに、第２カム部１２１ｂは、第１カム部１２１ａを設けた径とは異ならせた凸部に設けられ、第１カム部１２１ａがある方向の側面にカム面が形成されている。前述のように、第３光学ユニット１１３は、図１１の下方向に付勢されていることで、第２カム部１２１ｂに倣って移動することが可能となっている。さらに、第３カム部１２１ｃは、第２カム部１２１ｂを設けた径とほぼ同径であって、第２カム部１２１ｂとは反対方向の面で形成されている。

付勢カム１２２は、カムシャフト１２１と同軸に配置され、内部に第２スプリング１２７を有している。カムシャフト１２１と付勢カム１２２は、キー嵌合により、互いに回転軸方向には移動可能であって、回転方向は一体となって回転するようになっている。また、第２スプリング１２７によってカムシャフト１２１と付勢カム１２２は互いに近づく方向に付勢されている。付勢カム１２２の上端には、カムシャフト１２１の第３カム部１２１ｃと同様の軌跡を持つ第３Ｂカム１２２ａが設けられている。この第３Ｂカム１２２ａと、第３カム部１２１ｃとに挟まれるようにして、第４光学ユニット１１４の第３フォロア１１４ｂが係合している。第２スプリング１２７の付勢により、第３フォロア１１４ｂは第３カム部１２１ｃに常に押しつけられ、ガタつくことなく保持される。

撮像素子１２５は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等で構成され、収納ケース１１０に固定されている。撮像素子１２５は、第１レンズ群１１１ａ、第２レンズ群１１２ａ、第３レンズ群１１３ａ、第４レンズ群１１４ａ及び第５レンズ群１１５ａを通過して結像した被写体像を電気信号に光電変換して不図示の画像処理部に出力する。

次に、図１１乃至図１３を参照して、カムシャフト１２１の形状と成形方法について詳しく説明する。図１１は、第１〜第３のカム部１２１ａ〜１２１ｃを所定の径で展開させた状態を示す模式図である。図１２は、カムシャフトをモールドで成形する際の型抜き方法を模式的に示したものであり、図１３は、カムシャフトを所定径で展開して成形型の抜き方向を模式的に示したものである。

カムシャフト１２１と第２〜第４の光学ユニット１１２〜１１４は連動して動くので、図１１で表わされる各カム部１２１ａ〜１２１ｃの軌跡は、各ズーム位置でのレンズ移動軌跡と一致する。

図１１から明らかなように、第１カム部１２１ａは、所定の傾斜角αでリニアに形成されたものであり、第２カム部１２１ｂと第３カム部１２１ｃは、非線形に形成されたものである。このとき、第２カム部１２１ｂにおける最大傾斜部の傾斜角をβとしたとき、α≧βの関係が成り立つようにしている。

図１２及び図１３には、このように設定したカムシャフト１２１を成形する際に上下２つの型１３１、１３２をどのように抜くことで成形品から離形していくかを示している。カムシャフト１２１をモールド成形する際は、第１カム部１２１ａと第２カム部１２１ｂを成形できる一体駒１３１にて傾斜角αで回転抜きする（図１３にて、型１３１の第２カム部１２１ｂを形成する稜線は１３１−１、１３１−２と移動する）。第３カム部１２１ｃは、型１３２にて図１２の下方向にスライドすることで形成可能となる。このようにすると、第１カム部１２１ａを溝形状にて成形しながら、第１カム部１２１ａ、第２カム部１２１ｂともに、その途中に型割線が入ることなく成形可能である。

例えば、α＜βのようになっていると、αの傾斜角で回転抜きすると、第２カム部１２１ｂの面を避けるようにして型が抜けず、アンダーカットとなってしまう。実際の成形では、図１２に示されるように、型１３１を回転させながら上方向に抜いていく型構造となる。また、溝形状からなる第２カム部１２１ａはアンダーカットにならないようにα度の直進溝になっている必要があるが、本実施形態では、第２カム部１２１ｂ、第３カム部１２１ｃは、面形状からなるカム部としている。これにより、カムの軌跡が非線形なものであってアンダーカット形状にならず成形可能になっている。

また、カムシャフト１２１に設けられた第１〜第３のカム部１２１ａ〜１２１ｃが１２０°程度以内だとすると、周方向からの型抜き構造にして、一体型駒１３１にて成形可能なため、カムの途中に型段差が生じない。しかしながら、本実施形態では、回転角度が１２０°以上と大きくなっても、一体駒にて成形可能なものとなっている。カムシャフト１２１は、比較的小径に形成されており、カムの長さを十分にとって、精度よく光学ユニットが移動するように設計しようとすると、回転角度が大きくなってしまうため、この構成が有効である。カムの途中に型段差が生じると、カムに倣って移動する各光学ユニットの揺れにつながり、性能が悪くなったり、像の見えが悪くなったりして好ましくない。

さらに、第２カム部１２１ｂのワイド状態にて第２フォロア１１３ｂが係合する位置からさらにテレ方向と逆に進んだ先に、本発明の脱落防止部の一例としての脱落壁１２１ｄを設けている。これによって、ワイド状態において衝撃が加わったりしてカムシャフト１２１が不用意に回転してしまい、第２フォロア１１３ｂが脱落してしまうことを防止している。

また、第３カム部１２１ｃは、前述のように型１３２を下方向に抜くことで成形される。このため、本実施形態では、第１〜第３のカム部１２１ａ〜１２１ｃは、概ね３６０°を越えない範囲で形成されている。具体的には、ワイド位置−テレ位置でカムシャフト１２１は３２０°回転するものとしている。

次に、レンズ鏡筒の動作について説明する。前述したように、第２光学ユニット１１２は、リニアアクチュエータ１２４から接触部１１２ｃを介して推力を受け、ズーム位置に応じた位置に移動する。第２光学ユニット１１２は、第１フォロア１１２ｂがカムシャフト１２１の第１カム部１２１ａに係合している。このため、第２光学ユニット１１２が光軸方向に移動するのに伴い第１カム部１２１ａと第１フォロア１１２ｂとのカム作用によりカムシャフト１２１が回転する。

カムシャフト１２１は、第２カム部１２１ｂに第３光学ユニット１１３の第２フォロア１１３ｂが係合し、第３カム部１２１ｃに第４光学ユニット１１４の第３フォロア１１４ｂが係合している。このため、カムシャフト１２１の回転に伴って、第２カム部１２１ｂと第２フォロア１１３ｂとのカム作用及び第３カム部１２１ｃと第３フォロア１１４ｂとのカム作用により第３光学ユニット１１３及び第４光学ユニット１１４が光軸方向に移動する。これにより、レンズ鏡筒のズーム動作が行われる。

次に、上記第２の実施形態で用いた図６を流用して、本実施形態のレンズ鏡筒のズーム動作を行うに際し、リニアアクチュエータ１２４によって第２光学ユニット１１２を光軸方向に移動させる理由について説明する。前述したように、図６は、第２〜第４の光学ユニット１１２〜１１４の初期位置からの移動量と光軸方向の位置との関係を示すグラフ図である。図６において、横軸の左側がワイド位置であり、右側に行くに従ってテレ位置に近づく。また、縦軸の移動量は、ワイド位置を０として初期位置としている。

図６に示すように、第２〜第４の光学ユニット１１２〜１１４のうち、第２光学ユニット１１２は、ワイド位置からテレ位置に向けて略リニアに移動している。このため、第２光学ユニット１１２をリニアアクチュエータ１２４で一方向に駆動することで、第２光学ユニット１１２と係合するカムシャフト１２１を安定して回転駆動することができる。

例えば、第３光学ユニット１１３では、撮像面に向けて緩やかなカーブを描いてワイド位置からテレ位置に移動する。このような移動軌跡をたどる第３光学ユニット１１３をリニアアクチュエータ１２４で駆動すると、第３光学ユニット１１３にカム係合するカムシャフト１２１の第２カム部１２１ｂの光軸に対する傾斜角度が緩いポジションができてしまう。このため、カムシャフト１２１を安定して回転させるには、移動方向が一方向で略直線状の移動軌跡をたどる第２光学ユニット１１２をリニアアクチュエータ１２４で光軸方向に移動させるのが好ましい。

また、カムシャフト１２１に設けられた第１〜第３カム部１２１ａ〜１２１ｃのうち、リニアアクチュエータ１２４によって駆動される光学ユニットは光軸に対するカム部の傾斜角度が最も急になる光学ユニットであるが好ましい。理由は、カムシャフト１２１を回転させるためのカム部は、できるだけ光軸に対する傾斜角度が急な方がカムシャフト１２１を回転させるのに必要な推力が小さくて済むためである。

また、カムシャフト１２１のカム部１２１ｂ，１２１ｃの光軸に対する傾斜角度は、できるだけ緩い方が第３及び第４光学ユニット１１３，１１４を光軸方向に移動させるためのカムシャフト１２１の回転力を小さく抑えることができる。カムシャフト１２１の回転力を小さくできることは、リニアアクチュエータ１２４の推力を小さくすることが可能になることを意味する。このようなカム部１２１ａ〜１２１ｃの光軸に対する傾斜角度の関係を実現するため、本実施形態では、カムシャフト１２１の径を光軸方向に変化させて対応している。

以上説明したように、本実施形態では、小径であるカムシャフト１２１を光学ユニット１１２〜１１４の外側に配して、複数の光学ユニット１１２〜１１４を移動可能にした薄型化・小型化を実現したレンズ鏡筒としている。そして、カムシャフト１２１に形成するカム部１２１ａ〜１２１ｃの角度範囲が比較的大きくても、一体の型駒にて成形可能なカム形状にしている。これによって、カムの途中に型割段差のつくことがないものとしている。

なお、本実施形態では、カムシャフト１２１を成形する際に、第１カム部１２１ａおよび第２カム部１２１ｂを一体型駒にて回転抜きすることで成形したものであって、第３カム部１２１ｃは回転抜き構成ではない。しかし、第３カム部１２１ｃを回転抜きできるようなカム部を持つものでも構わないし、さらには第４カム部を有していて、第３カム部、第４カム部を一体型駒にて回転抜きするような構成でも構わない。

また、本実施形態では、カムシャフト１２１を回転させるために、超音波型のリニアアクチュエータ１２４を用いているが、これに限定されるものではなく、超音波型でなくてもよいし、リニアな出力を持つものでなくてもいい。例えばステッピングモータでカムシャフト１２１を直接または複数のギアを介して回転させるものであってもよい。その際には、カムシャフト１２１の回転に伴って、第２光学ユニット１１２、第３光学ユニット１１３、第４光学ユニット１１４が移動するものである。

（第４の実施形態）
次に、図１４を参照して、本発明の第４の実施形態であるレンズ鏡筒を説明する。図１４は、レンズ鏡筒のカムシャフト２２１の位置での光軸方向に沿う断面模式図である。なお、本実施形態では、上記第３の実施形態に対して重複する部分については、図に同一符号を付して相違点についてのみ説明する。

図１４に示すように、本実施形態のレンズ鏡筒は、収納ケース１１０に固定された第１光学ユニット１１１、光軸方向に移動可能な第２〜第４の光学ユニット２１２〜２１４、第５光学ユニット１１５を備える。また、レンズ鏡筒は、カムシャフト２２１、付勢カム２２２、ガイドバー１２３ａ，１２３ｂを備える。カムシャフト２２１、付勢カム２２２、及びガイドバー１２３ａ，１２３ｂは、それぞれ光軸と平行に配置され、カムシャフト２２１及び付勢カム２２２は、収納ケース１１０に回転可能に支持されている。

第１光学ユニット１１１は、上記第３の実施形態と同様である。第２光学ユニット２１２は、上記第３の実施形態と同様に、第２レンズ群２１２ａを保持しており、光軸方向に移動可能に支持されたものである。第２光学ユニット２１２の外周部には、カムシャフト２２１に設けられた第１カム部２２１ａに係合する第１フォロア２１２ｂが設けられている。第１フォロア２１２ｂは、上記第３の実施形態の第１フォロア１１２ｂとは形状が異なっており、外側に行くに従って径が太く形成された円筒くさび形状である。

第３光学ユニット２１３は、上記第３の実施形態と同様に、第３レンズ群２１３ａを保持しており、光軸方向に移動可能に支持されたものである。第３光学ユニット２１３の外周部には、カムシャフト２２１に設けられた第２カム部２２１ｂに係合する第２フォロア２１３ｂが設けられている。第２フォロア２１３ｂは、第１フォロア２１２ｂのように外側にいくに従って径が太く形成された円筒くさび形状である。また、第２フォロア２１３ｂは、上記第３の実施形態と同様に、図１４において、下方向に付勢されており、カムシャフト２２１のカム部２２１ｂに対して常に接触した状態を維持することができる。

第４光学ユニット２１４は、上記第３の実施形態と同様に、第４レンズ群２１４ａを保持しており、光軸方向に移動可能に支持されたものである。第４光学ユニット２１４の外周部には、カムシャフト２２１に設けられた第３カム部２２１ｃに係合する第３フォロア２１４ｂが設けられている。第３フォロア２１４ｂは第１フォロア２１２ｂのように外側にいくに従って径が太く形成された円筒くさび形状である。

第４光学ユニット２１４の第３フォロア２１４ｂは、第３カム部２２１ｃと付勢カム２２２に挟まれるようにして保持される。このようにしたことで、第３フォロア２１４ｂが常に第３カム部２２１ｃと接触した状態を維持することができ、カムシャフト２２１が回転すると、第３カム部２２１ｃの面に倣い、光軸方向に移動可能となっている。第５光学ユニット１１５は、上記第３の実施形態と同様のフォーカスレンズ群である。

カムシャフト２２１は、上記第３の実施形態と同様に、段差のついた軸形状であって、その外周部に第１カム部２２１ａ、第２カム部２２１ｂ、及び第３カム部２２１ｃが設けられている。第１カム部２２１ａは、溝形状にて形成され、第２光学ユニット２１２に設けられた第１フォロア２１２ｂが第１カム部２２１ａの溝に挟まるようにして２面に支持されるように係合している。

前述のように、第１フォロア２１２ｂは、円筒くさび形状になっており、第１フォロア２１２ｂが係合する第１カム部２２１ａの溝形状も、外周部にいくほど径が細くなるくさび形状になるように形成されている。さらに、第２カム部２２１ｂは、第１カム部２２１ａを設けた径とは異ならせてカムシャフト２２１に設けられ、第１カム部２２１ａがある方向にカム面が形成されている。第２カム部２２１ｂは、第２カム部２２１ｂと係合する第２フォロア２１３ｂのくさび形状に対応したくさび面によって形成されている。

さらに、第３カム部２２１ｃは、第２カム部２２１ｂを設けた径とほぼ同径であって、カムシャフト２２１の第２カム部２２１ｂとは反対方向の面で形成されている。第２カム部２２１ｂと同様に、第３カム部２２１ｃは、係合する第３フォロア２１４ｂのくさび形状に対応したくさび面によって形成される。

付勢カム２２２は、カムシャフト２２１と同軸に配置され、内部に第２スプリング１２７を有している。付勢カム２２２の上端には、カムシャフト２２１の第３カム部２２１ｃと同様の軌跡を有する第３Ｂカム２２２ａが設けられ、第３Ｂカム２２２ａは、第３フォロア２１４ｂのくさび形状に対応したくさび面にて形成されたものである。

カムシャフト２２１に設けられた第１〜第３のカム部２２１ａ〜２２１ｃの所定の径での展開軌跡は、上記第３の実施形態（図１１）のカムシャフト１２１と同様である。即ち、前述のように第１のカム部２２１ａと第２のカム部２２１ｂは、一体の型駒にて回転抜きしながら形成されたものである。カムシャフト２２１と上記第３の実施形態のカムシャフト１２１との違いは、移動軌跡と垂直方向から見たときの断面形状がくさび型になっていることである。このくさび型カムシャフト２２１の径方向からの抜き型ではアンダーカットになってしまうために成形でない。図１２及び図１３に示されるように第１カム部２２１ａを作成するための回し抜きと、面からなる第２カム部２２１ｂ、第３カム部２２１ｃを回転軸方向から抜くことで作成可能としたことで、アンダーカットにならず成形可能になっている。

このようにしたことによって、第１カム部２２１ａと第１フォロア２１２ｂを端部から挿入してしまえば、カムシャフト２２１の回転中に、第１カム部２２１ａから第１フォロア２１２ｂが外れるおそれがなくなる。また、第２フォロア２１３ｂ、第３フォロア２１４ｂも同様に、第２カム部２２１ｂ、第３カム部２２１ｃから容易に外れることを防止できる。このことによって、レンズ鏡筒に落下・衝撃などの外力が加わってカムシャフトが変形したりしても、第１〜第３のフォロア２１２ｂ，２１３ｂ，２１４ｂが第１〜第３のカム部２２１ａ〜２２１ｃから外れにくいものとなる。

本実施形態のカムシャフト２２１は、型を回転抜きによって成形したことによって、カム部の溝は、入り口（外径方向）よりも奥側（内径方向）の方が溝幅が広い形状となったくさび型の溝を実現できる。なお、本実施形態では、第１〜第３のカム部のいずれも断面がくさび形状になるようにカムを設けたが、一部のカム部のみ断面をくさび形状に形成してもよい。

なお、本発明の構成は、上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、材質、形状、寸法、形態、数、配置箇所等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

１１０ 収納ケース
１１、１１１ 第１光学ユニット
１２、１１２ 第２光学ユニット
１３、１１３ 第３光学ユニット
１４、１１４ 第４光学ユニット
１５、１１５ 第５光学ユニット
１６ 第６光学ユニット
２１ カム筒
２２ 固定筒
２３ａ，２３ｂ ガイドバー
２４、１２４ リニアアクチュエータ
２５、１２５ 撮像素子

Claims (15)

1. レンズ鏡筒の光軸方向に移動する第１の光学部材と、
   前記光軸方向に移動する第２の光学部材と、
   前記第１の光学部材および前記第２の光学部材の各々とカム係合し、光軸に平行に配置され、回転可能に保持されるカム部材と、
   前記第１の光学部材を駆動するリニアアクチュエータと、を備え、
   前記カム部材は、前記カム部材と前記リニアアクチュエータにて光軸方向に移動する前記第１の光学部材とのカム作用により回転し、
   前記第２の光学部材は、前記カム部材が回転することで、前記第２の光学部材と前記カム部材とのカム作用により光軸方向に移動し、
   前記カム部材は前記第１の光学部材の外周部に配置されることを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 前記カム部材には、前記第１の光学部材を構成するカムピンが係合する第１のカム溝と、前記第２の光学部材を構成するカムピンが係合する第２のカム溝とが形成され、
   前記第１のカム溝のカム傾斜角は、前記第２のカム溝のカム傾斜角よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
3. 前記第１の光学部材および前記第２の光学部材をそれぞれ光軸方向にガイドするガイドバーを備え、
   前記カム部材、前記ガイドバーおよび前記リニアアクチュエータは、光軸と直交する一方向に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ鏡筒。
4. 前記第１の光学部材がワイド位置からテレ位置に移動する際の前記第１の光学部材の前記カム部材に対する移動方向は、一方向のみであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレンズ鏡筒。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレンズ鏡筒を備えることを特徴とする撮像装置。
6. カム軸が、前記光軸を中心として前記リニアアクチュエータとは反対の位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレンズ鏡筒。
7. レンズ鏡筒の光軸方向に移動する第１の光学部材と、
   前記光軸方向に移動する第２の光学部材と、
   前記第１の光学部材および前記第２の光学部材の各々とカム係合し、光軸に平行に配置され、回転可能に保持されるカム部材と、
   前記第１の光学部材を駆動するアクチュエータと、を備え、
   前記カム部材は、前記カム部材と前記アクチュエータにて光軸方向に移動する前記第１の光学部材とのカム作用により回転し、
   前記第２の光学部材は、前記カム部材が回転することで、前記第２の光学部材と前記カム部材とのカム作用により光軸方向に移動し、
   前記カム部材は、自身に形成された、前記第１の光学部材を構成する第２のカム係合部材が係合する第１のカム係合部材と、前記第２の光学部材を構成する第４のカム係合部材が係合する第３のカム係合部材とを有し、
   前記第１のカム係合部材のカム傾斜角は、前記第３のカム係合部材のカム傾斜角よりも大きいことを特徴とするレンズ鏡筒。
8. 前記第１のカム係合部材および前記第３のカム係合部材の各々はカム溝を備え、前記第２のカム係合部材および前記第４のカム係合部材の各々はカムピンを備えることを特徴とする請求項７に記載のレンズ鏡筒。
9. 少なくとも前記第１の光学部材および前記第２の光学部材を前記レンズ鏡筒の光軸方向に移動させることによってワイド位置からテレ位置まで撮影倍率を変更し、
   前記第１のカム係合部材は第１のカム溝を有し、前記第３のカム係合部材は第２のカム溝を有することを特徴とする請求項７又は８に記載のレンズ鏡筒。
10. 前記第１のカム溝は、その２つの面が前記第１の光学部材と係合する溝形状からなり、 前記第２のカム溝は、前記第１のカム溝が設けられた側に前記第２の光学部材と係合する面が設けられる凸部を有することを特徴とする請求項９に記載のレンズ鏡筒。
11. 前記第２のカム溝は、前記第２の光学部材との係合が外れることを防止する脱落防止部を備えたことを特徴とする請求項１０に記載のレンズ鏡筒。
12. 前記カム部材の前記第１のカム溝が形成される部分の直径と、前記カム部材の前記第２のカム溝が形成される部分の直径とは互いに異なることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一項に記載のレンズ鏡筒。
13. 前記カム部材を成形する際、前記第１のカム溝と、前記第２のカム溝は、１つの回転抜き駒によって形成されることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載のレンズ鏡筒。
14. 前記カム部材は、前記第１の光学部材および前記第２の光学部材の外周部に配置され、段差のある軸形状であることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか一項に記載のレンズ鏡筒。
15. 前記第１のカム溝および前記第２のカム溝のいずれかのカム溝は、前記カム部材の回転の中心に近いほど溝幅が広くなるくさび形状になっていることを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか一項に記載のレンズ鏡筒。

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