JPH08110455A

JPH08110455A - レンズ鏡筒

Info

Publication number: JPH08110455A
Application number: JP6246422A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kurokawa; 洋之黒川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-10-12
Filing date: 1994-10-12
Publication date: 1996-04-30

Abstract

(57)【要約】【目的】レンズ系の持つ最高の姿勢安定性を確保する
ことを可能とする。【構成】光軸方向に移動するレンズ群４１，４２と、
レンズ群４１，４２を保持する保持環３１，３２と、保
持環３１，３２に放射方向に所定の間隔に植設された複
数本のカムピン５１，５２，５３と、カムピン５１，５
２，５３が係合する直進案内溝を持つ固定鏡筒１０と、
カムピン５１，５２，５３が係合するカム溝を持つカム
筒２０とを有し、保持環３１，３２はカムピン５１，５
２，５３のみによって支持されているレンズ鏡筒におい
て、レンズ群４１，４２と保持環３１，３２とカムピン
５１，５２，５３とを全て合わせた系の重心が光軸上に
ない構造を採用した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レンズ鏡筒に関し、特
に、ＥＮＧレンズのズーム機構を備えたレンズ鏡筒に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＥＮＧ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＮｅｗ
ｓＧａｔｈｅｒｉｎｇ）とは、小型カメラとポータブ
ルＶＲＴとを用いてニュース、インタビュー等の取材を
行うことをいい、このカメラに使用するレンズをＥＮＧ
レンズという。このＥＮＧレンズは、高倍率のために変
倍系レンズ群の移動量が多く、変倍のための操作力が大
きくなりがちであり、また、機動性を要求されるので、
小型軽量である必要もある。そこで、このＥＮＧレンズ
は、移動群を移動させるための操作力が小さく、且つ、
レンズ鏡筒を小型軽量にするために、以下のような構造
をとることが一般的である。

【０００３】図４は、従来のレンズ鏡筒の一例を示す横
断面図、図６は、図４のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面であ
る。固定鏡筒１０は、光軸方向に円周等分に３本の直進
溝１１が設けられている。また、カム筒２０は、円周等
分に３本のカム溝が移動レンズ群の数だけ設けられてい
る。図４の場合に、２つの移動レンズ群４１、４２があ
るために、２種類のカム溝２１、２２が設けられてい
る。また、図４においては、固定鏡筒１０の外径とカム
筒２０の内径が嵌合しているが、逆でも構わない。

【０００４】移動レンズ群４１、４２は、それぞれレン
ズ保持環３１、３２に保持され、レンズ保持環３１、３
２には、それぞれ放射方向の１２０゜間隔に３本のカム
ピン５１、５２、５３が植設されている。このカムピン
５１、５２、５３は、固定鏡筒１０の直進溝１１及びカ
ム筒２０のカム溝２１、２２に摺動可能に嵌められてい
る。このとき、直進溝１は移動レンズ群４１、４２で共
有せずに、別々に設けてあることもある。

【０００５】図５は、図４のＣ矢視図であって固定鏡筒
１０及びカム環２０の展開図であり、直進溝１１とカム
溝２１、２２とカムピン５１、５２、５３の関係を示し
た図である。図５において、直進溝１１とカム溝２１、
２２によって、カムピン５１、５２、５３の位置が決定
されていることがわかる。レンズ群保持環３１、３２
は、３本のカムピン５１、５２、５３の全てが同様の制
限を受けるので、特に、嵌合部分を持たなくとも空間的
な位置が決定される。

【０００６】このような従来の技術においては、レンズ
群とレンズ保持環とカムピンとを全て合わせた系の重心
は、光軸上にある。なお、以下、レンズ群とレンズ保持
環とカムピンとを全て合わせた系を、単に「系」と略し
て記すことにする。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の技術においては、系にかかる重力Ｗは、３本のカムピ
ンが支えることになる。このときに、各カムピンに作用
する力は、直進溝とカム溝からの垂直抗力及び摩擦力で
ある。これらの力は、全てカムピンの植設方向に対して
垂直方向の力である。従って、各カムピンが受け持つ重
力の分力ＷＰもカムピンに対して垂直方向となる。

【０００８】さて、実際のカム溝とカムピン及び直進溝
とカムピンとの間には、摺動可能なように微小なガタが
設けられている。図７は、図５のＤ部拡大図であり、ガ
タを誇張して表した図である。カムピン５１、５２、５
３は、ガタ分だけ菱形部分内を移動可能である。通常、
カムピン５１、５２、５３は、ＷＰによって菱形の四隅
のいずれかに押さえつけられている。ところが、ズーム
作動中は、カムピン５１、５２、５３と直進溝１１、カ
ムピン５１、５２、５３とカム溝２１との間に摩擦が起
こるので、カムピン５１、５２、５３は、別の四隅に移
動することがある。しかし、カムピン５１、５２、５３
がガタ内を動くことは、レンズ群の姿勢変化につなが
り、像ゆれや像面位置の移動等を起こし品質上好ましく
ないことが発生する。そこで、カムピン５１、５２、５
３は、どこか一定の場所に安定的に押し付けられている
ことが望ましい。

【０００９】以下、カムピンに摩擦力が作用しても移動
しないための条件を求めてみる。まず、直進溝方向に移
動しないための条件を考えるために、図８のような状態
を想定してみる。カムピン５１、５２、５３には、図８
に示すように、ＷＰが作用しているとする。ＷＰと直進
溝１１との角度をθＬとした場合に、ＷＰは、直進溝１
１に水平な力ＷＰｃｏｓθＬと、直進溝１１に垂直な力
ＷＰｓｉｎθＬに分解できる。更に、ズーム作動中は、
直進溝１１に水平に摩擦力μＷＰｓｉｎθＬが作用する
ことになる。ここで、μは、直進溝１１とカムピン５
１、５２、５３との摩擦係数である。

【００１０】従って、カムピン５１、５２、５３に作用
する直進溝方向の力は、ＷＰｃｏｓθＬとμＷＰｓｉｎ
θＬの合力である。μＷＰｓｉｎθＬは、カム環２０の
回転方向によって反転するので、この合力の向きは、Ｗ
ＰｃｏｓθＬ＞μＷＰｓｉｎθＬ、すなわち（１／ｔａ
ｎθＬ）＞μならば常に一方向、ＷＰｃｏｓθＬ＜μＷ
ＰｓｉｎθＬ、すなわち（１／ｔａｎθＬ）＜μならば
カム環２０の回転方向により向きが反転する。つまり、
（１／ｔａｎθＬ）＞μであれば、図８において、カム
ピン５１、５２、５３は、常にカム溝２１の左側の面に
ついていて、直進溝方向に移動することはない。

【００１１】ところが、摩擦係数μは、一定ではなく摩
耗、経年変化、給油状態等によって大幅に変化する。そ
こで、（１／ｔａｎθＬ）が大きい、すなわちθＬがで
きるだけ０°もしくは１８０°に近い方がカムピン５
１、５２、５３の直進溝方向の安定性が高いと言える。

【００１２】次に、カム溝方向に移動しないための条件
を考えるために、図９のような状態を想定してみる。カ
ムピン５１、５２、５３には、図９に示すように、系の
重力の分力ＷＰが作用しているとする。ＷＰとカム溝２
１との角度をθＣとした場合に、ＷＰは、カム溝２１に
水平な力ＷＰｃｏｓθＣと、カム溝２１に垂直な力ＷＰ
ｓｉｎθＣに分解できる。更に、ズーム作動中は、カム
溝２１に水平に摩擦力μＷＰｓｉｎθＣが作用すること
になる。μは、カム溝２１とカムピン５１、５２、５３
との摩擦係数である。

【００１３】ここで、直進溝１１の場合と全く同様に考
えれば、（１／ｔａｎθＣ）＞μであれば、図９におい
て、カムピン５１、５２、５３は、常に直進溝１１の下
側の面についていることになる。ここでも、先ほどと同
様に、摩擦係数の変化を考慮すると、θＣは０°もしく
は１８０°に近い方が安定性は高いと言える。但し、カ
ムが非線形カムの場合に、図９のβが変化するので、θ
Ｃが一定ではなく幅をもつことになる。

【００１４】上記のことから、カムピンの安定性に影響
するのは、θＬとθＣとであることがわかる。そこで、
この角度を求めてみることにする。以下の計算における
記号の意味及び条件は、次の通りである。 (1) 図６に示すように、カムピン５１、５２、５３を
光軸中心に回転させた角度をαとする。 (2) ＷＰの光軸と垂直方向の成分をＷＰＶ、水平方向
の成分をＷＰＨとする。また、カムピン５１、５２、５
３の番号を添字とすることによって、各カムピン５１、
５２、５３のＷＰＨ、ＷＰＶを区別をする。 (3) カムピン５１、５２、５３に作用する直進溝１１
からの力と、カム溝２１からの力の作用点は簡単のため
に、６７に示した点Ａ、点Ｂ、点Ｃとし、各点の光軸か
らの距離はＲとする。実際の作用点は、少しずれるが無
視してさしつかえない程度の量である。 (4) 力の向きは、ＷＰＶが図８に示すＷＰｓｉｎαと
同じ方向を正、ＷＰＨが図８に示すＷＰｃｏｓαと同じ
方向を正とする。 (5) 図４に示した断面Ａ−Ａと系の重心との光軸方向
の距離をＬとする。

【００１５】まず、ＷＰＶを求める。３本のカムピン５
１、５２、５３は、１２０°ずつ回転すれば同じことな
のでカムピン５１のＷＰＶを求めて代表させる。各カム
ピンのＷＰＶとＷとは光軸に垂直な面上で釣り合うの
で、ＷＰＶ₅₁ｓｉｎα＋ＷＰＶ₅₂ｓｉｎ（１２０°＋α）＋ＷＰＶ₅₃ｓｉｎ（−１２０°＋α）＝Ｗ …（１）ＷＰＶ₅₁ｃｏｓα＋ＷＰＶ₅₂ｃｏｓ（１２０°＋α）＋ＷＰＶ₅₃ｃｏｓ（−１２０°＋α）＝０ …（２）の２式が成り立つ。更に、光軸回りのモーメントが釣り
合うので、ＷＰＶ₅₁＋ＷＰＶ₅₂＋ＷＰＶ₅₃＝０ …（３）が成り立つ。以上を解いて、ＷＰＶ₅₁＝（２／３）×Ｗｓｉｎα …（４）

【００１６】次に、ＷＰＨを求める。カムピン５１のＷ
ＰＨのみ求めるのはＷＰＶに同じである。点ＢＣを含む
直線軸まわりのモーメントの釣り合いから、（３／２）×Ｒ×ＷＰＨ₅₁＝Ｌ×Ｗｃｏｓα …（５）従って、ＷＰＨ₅₁＝（２／３／Ｒ）×Ｌ×Ｗｃｏｓα …（６）上記のＷＰＶ₅₁及びＷＰＨ₅₁から、θＬは次式により求
めることができる。 θＬ＝ｔａｎ^-1（ＷＰＨ₅₁／ＷＰＶ₅₁）＝ｔａｎ^-1（Ｌ／Ｒ／ｔａｎα） …（７）但し、α＝０の場合には、 θＬ＝０ …（８）また、θＣは θＣ＝θＬ−β …（９）となる。

【００１７】式（７）からθＬを決定しているパラメー
タは、Ｒ、Ｌ及びαの３つであることがわかる。また、
式（９）から、θＣを決定しているパラメータは、Ｒ、
Ｌ、α及びβの４つであることがわかる。ところが、
Ｒ、Ｌ、及びβは、構造的な要件やレンズのスペックか
ら決定されてしまうことが多く、一般的に調整の自由度
があるのは、αのみである。そこで、従来は、カムピン
の安定度がなるべく高くなるようにαを選んでいた。

【００１８】まず、直進溝方向の安定性が高いαを求め
てみる。カムピン５１、５２、５３は、θＬが異なるた
めに安定度も異なるが、３本のカムピンの内の１本でも
安定性の低いものがあると、レンズの姿勢安定性は低く
なる。そのために、１番安定度の低いカムピンの安定度
が最も高くなるαを求めればよい。図１０は、式
（７）、式（８）に基づいて、θＬとαとの関係の一例
を表したグラフである。図４に示した移動レンズ群４１
のように、系の重心位置がカムピンに対して光軸方向の
前方にある場合に、α＝０°ではθＬ＝０°、α＝±９
０°ではθＬ＝±９０°、α＝１８０°ではθＬ＝１８
０°が必ず成り立ち、グラフのウネリはＬとＲとから決
定される。系の重心位置がカムピンに対して光軸方向の
後方にある場合は、レンズを回して前後を入れ換えたこ
とと同じであり、基本的に違いはない。

【００１９】図１０のグラフから、カムピン５１がα＝
０°、６０°のときが最も良いことになる。以下その理
由を述べる。前述したように、カムピンの直進溝方向の
安定性は、θＬ＝０°かθＬ＝±１８０°で最高とな
り、θＬ＝±９０°で最低となる。今、カムピン５１が
α＝０°の場合を考えてみると、カムピンは１２０°等
分間隔なので、カムピン５２はα＝１２０°、カムピン
５３はα＝−１２０°となる。このときに、カムピン５
１はθＬ＝０°で安定性は最高であり、カムピン５２と
５３のθＬの±９０°からの角度は共にａである。ａを
０°からプラスに振っていくと、６０°まではカムピン
５３のθＬの±９０°からの角度がａより小さくなって
しまう。６０°から１２０°まではカムピン５１のθＬ
の±９０°からの角度がａより小さくなってしまう。カ
ムピンは、１２０°等間隔であるので、ここでα＝０°
に戻ったことになる。結果として、直進溝方向の安定性
はα＝０°、６０°が最も良いことになる。

【００２０】ところで、直進溝方向の安定性のみを高く
しても、カム溝方向の安定性がこれを下回ってしまって
はレンズの姿勢安定性という点から意味がない。そこ
で、α＝０°、６０°の場合のカム溝方向の安定性を考
えてみることにする。θＣとαとの関係を表すグラフ
は、θＬとαとのグラフをβ分だけ垂直下方にずらせば
よいことが式（９）からわかる。このときに、カム溝方
向の安定性が直進溝方向の安定性を下回らないβがある
範囲に限定されることは容易に想像できる。

【００２１】結論を言えば、２ａ≦β≦９０°−ａ及び
９０°＋ａ≦β≦１８０°−２ａの範囲である。以下、
その理由を説明する。図１１は、一点鎖線がβ＝２ａの
とき、二点鎖線がβ＝９０°−ａのときのθＣとαとの
関係を示したグラフである。α＝０°としたときに、こ
のグラフから、βが０°から２ａまでの間はカムピン５
２、βが９０°−ａから９０°まではカムピン５１のθ
ＣがθＬよりも９０°に近く、直進溝方向に対してカム
溝方向の安定性が劣ることになる。従って、２ａ≦β≦
９０°の範囲は、カム溝方向の安定性が直進溝方向の安
定性を下回ることはない。また、グラフの対称性から９
０°＋ａ≦β≦１８０°−２ａの範囲も、カム溝方向の
安定性が直進溝方向の安定性を下回ることはない。α＝
６０°のときも同様の範囲となる。

【００２２】さて、先に述べたように、βは構造的な要
件やレンズのスペックからおおかた決定されてしまうの
で、もし、βが上記範囲を逸脱した場合には、最適のα
は存在せず、直進溝方向かカム溝方向のどちらか一方又
は両方の安定性をある程度犠牲にせざるを得なくなって
くる。実際に、ＥＮＧレンズの場合は、図５に示すよう
に、βが４５°近辺から９０°を少し越えたあたりまで
使うことが多い。これは丁度、直進溝方向とカム溝方向
の安定性が両立できない９０°近辺の範囲を含んでお
り、αを選択する上で妥協が必要となっていた。また、
βが０°及び１８０°に近くなることは、カムピンがロ
ックして作動不能となってしまうので現実的にはあり得
ず、問題になることはない。

【００２３】本発明の目的は、そのレンズ系の持つ最高
の姿勢安定性を確保することを可能とするレンズ鏡筒を
提供することである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１の本発明は、光軸方向に移動するレンズ群
と、前記レンズ群を保持する保持環と、前記保持環に放
射方向に所定の間隔に植設された３本のカムピンと、前
記カムピンが係合する直進案内溝を持つ固定鏡筒と、前
記カムピンが係合するカム溝を持つカム筒とを有し、前
記保持環は前記カムピンのみによって支持されているレ
ンズ鏡筒において、前記レンズ群と前記保持環と前記カ
ムピンとを全て合わせた系の重心が光軸上にないことを
特徴としている。

【００２５】請求項２の発明は、請求項１に記載のレン
ズ鏡筒において、前記保持筒は、その一部を取り除いた
軽量化部をもつことを特徴としている。

【００２６】

【作用】本発明によれば、前記レンズ群と前記保持環と
前記カムピンとを全て合わせた系の重心が光軸上にない
構造を採用したので、直進溝方向の安定性とカム溝方向
の安定性が両立する直進溝とカム溝との角度の範囲を様
々に設定することができ、条件の異なる様々なレンズに
おいて、そのレンズの姿勢安定性を高めることができ
る。

【００２７】

【実施例】以下、図面等を参照しながら、実施例をあげ
て、本発明を詳細に説明する。なお、前述した従来例と
同様な機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重
複する図面及びその説明は適宜省略する。図１は、本発
明によるレンズ鏡筒の実施例を示す断面図（図５のＡ−
Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図に相当する）である。この実
施例のレンズ鏡筒は、レンズ群保持環３１、３２に切り
欠き（軽量化部）３１ａ，３１２が設けられており、こ
れにより、系の重心が光軸から水平方向の左側に移動し
ている。

【００２８】以下、その場合のＷＰの方向を求めてみ
る。図１に示すように、光軸から系の重心までの距離の
水平成分をＡとする。他の条件は従来の技術の場合と同
じである。各カムピンのＷＰＶとＷとの光軸に垂直な面
上での釣り合いは、式（１）、式（２）から変更はな
い。光軸回りのモーメントの釣り合いは、ＷＰＶ₅₁＋ＷＰＶ₅₂＋ＷＰＶ₅₃＝ＡＷ …（１０）となる。式（１）、式（２）、式（１０）から、ＷＰＶ₅₁＝（２／３）×Ｗ×（ｓｉｎα＋Ａ／２／Ｒ） …（１１）が求まる。ＷＰＨ₅₁については、式（６）から変更はな
い。以上より、 θＬ＝ｔａｎ^-1（ＷＰＨ₅₁／ＷＰＶ₅₁）＝ｔａｎ^-1［（Ｌ／Ｒ×ｃｏｓα）／（ｓｉｎα＋Ａ／２／Ｒ）］ …（１２）但し、ｓｉｎα＝Ａ／２／Ｒの場合には、 θＬ＝０ …（１３）が求まる。また、式（９）からθＣも求まる。

【００２９】図２は、式（１２）、式（１３）に基づい
て、図１に示したように重心をずらした場合のθＬとα
との関係の一例を表したグラフである。従来の技術と同
様に考えると、図２の直進溝方向の安定度は、カムピン
５１のαを０°から少しプラス方向に振ったところ、す
なわち、カムピン５２、５３のθＬの絶対値が等しいと
ころが最も良いことになる。破線は、そのときの各カム
ピンのαを示し、カムピン５２、５３のθＬの±９０°
からの角度は共にｃとする。

【００３０】次に、上記のαのときに、カム溝方向の安
定性が直進溝方向の安定性を下回らないβの範囲を求め
てみる。θＣとαとの関係は、式（９）からθＬとαと
のグラフをβ分だけ垂直下方にずらせば得られる。ここ
で、従来の技術と同様に考えれば、図３から２ｃ≦β≦
ｄの範囲、つまり一点鎖点と二点鎖点との間ならばいず
れのカムピンもカム溝方向の安定性が直進溝方向の安定
性を下回ることはない。このときに、ｄは、遥かに９０
°を越えている。つまり、従来の技術において問題とな
った９０°近辺のカム溝方向の安定性がきれいにクリア
されていることになる。

【００３１】以上説明した実施例に限定されることな
く、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明
に含まれる。例えば、レンズ群と保持環とカムピンとを
全て合わせた系の重心を光軸上からずらす手段として、
レンズ群保持環に切り欠きを設けた例で説明したが、強
度に差し支えない範囲で穴などを設けたりしてもよい。
また、切り欠きや穴に樹脂などを充填して強度するよう
にしてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、直進溝方
向の安定性とカム溝方向の安定性が両立する直進溝とカ
ム溝との角度の範囲を様々に設定することができるの
で、条件の異なる様々なレンズにおいて、そのレンズの
姿勢安定性を高めることができる、という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレンズ鏡筒の実施例を示す断面図
（図４のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面図に相当する）であ
る。

【図２】本実施例に係るレンズ鏡筒のθＬとαとの関係
を示す線図である。

【図３】本実施例に係るレンズ鏡筒のθＣとαとの関係
を示す線図である。

【図４】従来のレンズ鏡筒の一例を示す横断面図であ
る。

【図５】図４のＣ矢視図で固定鏡筒１０及びカム環２０
の展開図である。

【図６】図４のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面図である。

【図７】図５のＤ部拡大図である。

【図８】図５のＤ部拡大図である。

【図９】図５のＤ部拡大図である。

【図１０】従来例に係るレンズ鏡筒のθＬとαとの関係
を示す線図である。

【図１１】従来例にかかるレンズ鏡筒のθＣとαとの関
係を示す線図である。

【符号の説明】

１０固定鏡筒１１直進溝２０カム筒２１カム溝３１移動レンズ群保持環３２移動レンズ群保持環４１移動レンズ群４２移動レンズ群５１カムピン５２カムピン５３カムピン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光軸方向に移動するレンズ群と、前記レンズ群を保持する保持環と、前記保持環に放射方向に所定の間隔に植設された３本の
カムピンと、前記カムピンが係合する直進案内溝を持つ固定鏡筒と、前記カムピンが係合するカム溝を持つカム筒とを有し、
前記保持環は前記カムピンのみによって支持されている
レンズ鏡筒において、前記レンズ群と前記保持環と前記カムピンとを全て合わ
せた系の重心が光軸上にないことを特徴とするレンズ鏡
筒。
【請求項２】請求項１に記載のレンズ鏡筒において、前記保持筒は、その一部を取り除いた軽量化部をもつこ
とを特徴とするレンズ鏡筒。