JP2012013769A

JP2012013769A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2012013769A
Application number: JP2010147604A
Authority: JP
Inventors: Taro Murakami; 太郎村上; Takumi Uehara; 匠上原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2012-01-19
Also published as: CN102314049B; CN102314049A; US20110317989A1; US8649673B2

Abstract

【課題】被写体光束が入射する光軸に対して直交する光軸Ｂ方向に配置される光学系のスペース効率を高めて、レンズ鏡筒の収納時の撮像装置の小型化を図る仕組みを提供する。
【解決手段】撮像装置は、レンズ群１１の光軸と直交する光軸Ｂに沿って移動可能とされ、レンズ群１１が撮影位置に繰り出した際に、レンズ群１１から入射した光束を光軸Ｂ方向に屈曲させて撮像素子８に導き、レンズ群１１が収納位置に沈胴した際に、光軸Ｂの方向に沿って退避位置に移動してレンズ群１１の収納空間を形成するプリズム５を備える。プリズム５と撮像素子８との間には、絞り兼シャッタ９が配置され、絞り兼シャッタ９は、羽根を開閉駆動するアクチュエータ９１とともに光軸Ｂ方向に沿って移動可能とされる。アクチュエータ９１は、少なくともレンズ群１１の収納位置で、プリズム５に対して光軸Ｂと平行に重なる位置に配置される。
【選択図】図９

Description

本発明は、収納位置と撮影位置との間を光軸方向に移動して撮影倍率を変更するズーム式のレンズ鏡筒を備える銀塩カメラ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置に関する。

ズーム式レンズ鏡筒を備えるデジタルカメラ等の撮像装置では、小型化を図るために、複数のレンズ群から入射した光束を光軸と交差する方向に屈曲させて撮像素子に導くプリズム等の反射光学素子を備えるものが提案されている（特許文献１）。この提案では、レンズ鏡筒の撮影位置では、複数のレンズ群の光軸方向後方に反射光学素子が配置されて複数のレンズ群から入射した光束を撮像素子側に屈曲させる。また、レンズ鏡筒の収納位置では、反射光学素子、及び複数のレンズ群の１つのレンズ群を撮像素子側に退避させて残りのレンズ群を収納位置に収納する。

特開２００９−１２２６４０号公報

しかし、上記特許文献１では、反射光学素子と撮像素子との間に配置される絞り兼シャッタやレンズ群等の光学系を移動させるアクチュエータが固定されている。このため、反射光学素子と撮像素子との間に配置される光学系のスペース効率が悪く、レンズ鏡筒の収納時の撮像装置の小型化を妨げる原因になっている。

そこで、本発明は、第２の光軸方向に配置される光学系のスペース効率を高めて、レンズ鏡筒の収納時の撮像装置の小型化を図ることができる仕組み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、本発明の撮像装置は、収納位置と撮影位置との間を光軸方向に移動して撮影倍率を変更するズーム式のレンズ鏡筒を備える撮像装置であって、第１の光軸に沿って移動可能に配置されるレンズ群と、前記第１の光軸と交差する方向に延びる第２の光軸に沿って移動可能とされ、前記レンズ群が前記第１の光軸に沿って前記撮影位置に移動した際に、前記レンズ群から入射した光束を前記第２の光軸の方向に屈曲させて結像面に導き、前記レンズ群が前記第１の光軸に沿って前記収納位置に移動した際に、前記第２の光軸の方向に沿って退避位置に移動して前記レンズ群の収納空間を形成する反射光学素子と、前記反射光学素子と前記結像面との間に配置される光学系と、を備え、前記光学系は、該光学系を駆動するアクチュエータとともに前記第２の光軸方向に沿って移動可能とされ、前記アクチュエータは、少なくとも前記レンズ群の前記収納位置で、前記反射光学素子に対して前記第２の光軸と平行に重なる位置に配置される、ことを特徴とする。

本発明によれば、第２の光軸方向に配置される光学系のスペース効率を向上させることができるので、レンズ鏡筒の収納時の撮像装置の小型化を図ることができる。

本発明の撮像装置の実施形態の一例であるデジタルカメラのレンズ鏡筒がＷＩＤＥ位置（広角位置）にある状態を示す要部断面図である。図１を第１レンズ群の光軸方向から見た主要部分の正面図である。第３レンズ群の駆動機構を説明するための斜視図である。絞り兼シャッタの斜視図である。絞り兼シャッタの分解斜視図である。レンズ鏡筒がＴＥＬＥ位置（望遠位置）にある状態を示す要部断面図である。図６を第１レンズ群の光軸方向から見た主要部分の正面図である。レンズ鏡筒がＳＩＮＫ位置（収納位置）にある状態を示す要部断面図である。図８を第１レンズ群の光軸方向から見た正面図である。カム筒、及びプリズムを駆動する機構の一部を分解した斜視図である。プリズムを保持する保持部材とプリズム駆動部の一部を示す平面図である。固定筒の内周側展開図である。プリズムキャリアとプリズムディレイギアとの位相関係、及びトーションバネのチャージ量を説明するための図である。カム筒及びプリズムを駆動する機構の一部の部分断面図である。

以下、本発明の実施形態の一例を図面を参照して説明する。

図１は本発明の撮像装置の実施形態の一例であるデジタルカメラのレンズ鏡筒がＷＩＤＥ位置（広角位置）にある状態を示す要部断面図、図２は図１を第１レンズ群の光軸方向から見た主要部分の正面図である。なお、レンズ鏡筒は、収納位置と撮影位置との間を光軸方向に移動して撮影倍率を変更するズーム式のレンズ鏡筒とされている。

図１及び図２に示すように、本実施形態のデジタルカメラは、ズーム式レンズ鏡筒として、第１レンズ群１０、第２レンズ群２０、プリズム５、固定筒６２、カム筒６１及び直進ガイド筒６３を備える。なお、図２では、第１レンズ群１０、第２レンズ群２０、固定筒６２、及び直進ガイド筒６３の図示は省略している。

第１レンズ群１０は、１群鏡筒１１に１群レンズ１が保持され、第２レンズ群２０は、２群鏡筒２１に２群レンズ２が保持されている。１群レンズ１及び２群レンズ２から入射した光束は、プリズム５により１群レンズ１及び２群レンズ２の光軸Ａに対して略９０°の角度で交差する光軸Ｂの方向に屈曲されて、撮像素子８の結像面に導かれる。プリズム５は、光軸Ｂに沿って移動可能に保持部材６に保持されている。ここで、光軸Ａは本発明の第１の光軸の一例に相当し、光軸Ｂは本発明の第２の光軸の一例に相当する。

プリズム５と撮像素子８との間には、プリズム５から撮像素子８に向けて順番に、撮影光量を制御する絞り兼シャッタ９、３群レンズ３、４群レンズ４、及び光学フィルタ７が光軸Ｂに沿って配置されている。

絞り兼シャッタ９は、シャッタ地板９２に固定され、３群レンズ３は、３群地板３１に保持されており、３群地板３１とシャッタ地板９２とを互いにねじ等で結合して一体化することで第３レンズ群３０を構成している。第３レンズ群３０がステッピングモータ３２の駆動により光軸Ｂに沿って進退することで変倍動作が行われる。ここで、絞り兼シャッタ９は、本発明の光学系の一例に相当する。

図３は、第３レンズ群３０の駆動機構を説明するための斜視図である。図３に示すように、ステッピングモータ３２の出力軸には、ギア３３が取り付けられており、ギア３３はギア３４と噛合してスクリュー３５を増速回転させる。スクリュー３５には、３群地板３１に取り付けられたラック３６が噛合しており、３群地板３１は、光軸Ｂと平行な２本のガイドバー３７によって光軸Ｂに沿って移動可能に支持されている。従って、スクリュー３５が回転することにより、ラック３６が光軸Ｂ方向の力を受けて移動し、ラック３６と共に第３レンズ群３０が光軸Ｂ方向に移動する。

図４は絞り兼シャッタ９の斜視図、図５は絞り兼シャッタ９の分解斜視図である。図４及び図５に示すように、絞り兼シャッタ９は、シャッタ地板９２と３群地板３１側に配置されるカバー９６との間に、開口９６ａを開閉する複数の羽根９４，９５が設けられている。カバー９６とシャッタ地板９２とは、ビス８７により互いに固定されている。

ステッピングモータ９１は、絞り兼シャッタ９の複数の羽根９４，９５を開閉駆動するためのアクチュエータであり、ステッピングモータ９１のモータ軸には、モータ軸の軸線に対して直交する方向に延びるレバー９３が取り付けられている。レバー９３の延設方向の両端部には、それぞれ軸９３ａ，９３ｂが突設されている。

軸９３ａは、シャッタ地板９２に形成された円弧状穴９２ａ、羽根９４に形成された長穴９４ａ及びカバー９６に形成された円弧状穴９６ａに挿入され、円弧状穴９２ａ，９６ａに沿って移動可能とされている。また、軸９３ｂは、シャッタ地板９２に形成された円弧状穴９２ｂ、羽根９５に形成された長穴９５ａ及びカバー９６に形成された円弧状穴９６ｂに挿入され、円弧状穴９２ｂ，９６ｂに沿って移動可能とされている。

そして、レバー９３がステッピングモータ９１の駆動により回転すると、羽根９４，９５が互いに逆方向に回動し、羽根９４，９５を往復回動させることで、開口９６ａを開閉する。これにより、開口９６ａを開閉する羽根９４，９５どうしの隙間を調整することで撮影光量を制御する絞り機能を実現し、開口９６ａを開いた状態から閉じた状態に羽根９４，９５を動かすことでシャッタ機能を実現する。

図１及び図２に戻って、４群レンズ４は、４群レンズホルダ４１に保持されて第４レンズ群４０を構成する。ステッピングモータ４２の駆動によりスクリュー４２ａを回転させて第４レンズ群４０を光軸Ｂに沿って進退移動させることで、変倍動作及び合焦動作が行われる。光学フィルタ７は、空間周波数の高い光をカットする為のローパスフィルタ機能と赤外光をカットする機能を有する。

図６はレンズ鏡筒がＴＥＬＥ位置（望遠位置）にある状態を示す要部断面図、図７は図６を第１レンズ群の光軸方向から見た主要部分の正面図である。なお、図７では、第１レンズ群１０、第２レンズ群２０、固定筒６２、及び直進ガイド筒６３の図示は省略している。

図６及び図７に示すように、レンズ鏡筒がＴＥＬＥ位置にある状態では、第１レンズ群１０が光軸Ａに沿って被写体側に前進するとともに、第２レンズ群２０が光軸Ａに沿って後退してプリズム５に接近した位置で停止する。第３レンズ群３０は、ステッピングモータ３２の駆動により、光軸Ｂに沿ってプリズム５に向かって移動して該プリズム５に接近した位置で停止する。

このとき、図７に示すように、絞り兼シャッタ９の羽根９４，９５を開閉駆動するステッピングモータ９１は、光軸Ｂ方向の位置がプリズム５と一致するように、プリズム５の下側において光軸Ｂと平行にプリズム５に対して全域が重なる位置に配置される。第４レンズ群４０は、ステッピングモータ４２の駆動により、光軸Ｂに沿って撮像素子８に向かって移動して該撮像素子８に接近した位置で停止する。

図８はレンズ鏡筒がＳＩＮＫ位置（収納位置）にある状態を示す要部断面図、図９は図８を第１レンズ群の光軸方向から見た正面図である。図８及び図９に示すように、レンズ鏡筒がＳＩＮＫ位置にある状態では、プリズム５、第３レンズ群３０及び第４レンズ群４０は、光軸Ｂに沿って互いに干渉しないように撮像素子８側に移動する。これにより、第２レンズ群２０及び第１レンズ群１０の後方に収納空間が形成され、第２レンズ群２０及び第１レンズ群１０が光軸Ａに沿って後退して、前記収納空間に収納される。

このとき、図９に示すように、絞り兼シャッタ９の羽根９４，９５を開閉駆動するステッピングモータ９１は、光軸Ｂ方向の位置がプリズム５と一致するように、プリズム５の下側において光軸Ｂと平行にプリズム５に対して全域が重なる位置に配置される。

次に、固定筒６２、カム筒６１及び直進ガイド筒６３について説明する。固定筒６２の内周部には、カム筒６１の外周部に設けられカムピン（不図示）がカム係合するカム溝６２ａ（図６参照）が周方向に略等間隔で複数箇所形成されている。カム筒６１の外周部には、後述する駆動ギア６０に噛合するギア部６１ａが形成され、駆動ギア６０から駆動力が伝達されることで、カム筒６１が回転駆動される。このとき、固定筒６２のカム溝６２ａとカム筒６１のカムピンとのカム作用により、カム筒６１は光軸Ａに沿って進退することとなる。また、カム筒６１の内周部には、不図示の１群カム溝及び２群カム溝が形成されている。

直進ガイド筒６３は、カム筒６１の内周側に配置され、カム筒６１と一体となって回転可能且つ、光軸Ａ方向に移動可能とされている。カム筒６１と直進ガイド筒６３との間には、第１レンズ群１０が配置され、第１レンズ群１０の１群鏡筒１１の外周部に設けたカムピンがカム筒６１の１群カム溝とカム係合している。また、直進ガイド筒６３の外周部には、光軸Ａ方向に沿って延びる直進溝（不図示）が形成されており、この直進溝に１群鏡筒１１の内周部に設けた凸部が係合することにより、１群鏡筒１１の回転方向の動きが規制されている。

直進ガイド筒６３の内周側には、第２レンズ群２０が配置され、第２レンズ群２０は、第１レンズ群１０と同様に、２群鏡筒２１に設けた不図示のカムピンがカム筒６１の２群カム溝にカム係合する。また、直進ガイド筒６３には、光軸Ａ方向に不図示の貫通溝が設けられており、この貫通溝に２群鏡筒２１のカムピンの根元に配置された係合部が係合することにより、２群鏡筒２１の回転方向の動きが規制されている。

そして、カム筒６１が回転すると、カム筒６１の１群カム溝と１群鏡筒１１のカムピンとのカム作用により、１群鏡筒１１の凸部が直進ガイド筒６３の直進溝を光軸Ａ方向に摺動しながら、１群鏡筒１１がカム筒６１に対して光軸に沿って進退する。従って、カム筒６１が固定筒６２に対して光軸Ａに沿って進退すると、カム筒６１に対して１群鏡筒１１が光軸Ａに沿って進退して１群レンズ１が収納位置と撮影位置との間を移動する。２群レンズ２についても、同様の動作によって収納位置と撮影位置との間を移動する。

次に、図１０〜図１４を参照して、カム筒６１及びプリズム５の駆動機構について説明する。図１０はカム筒６１、及びプリズム５を駆動する機構の一部を分解した斜視図、図１４はカム筒及びプリズムを駆動する機構の一部の部分断面図である。

図１０及び図１４において、ＳＷモータ５１は、第１レンズ群１０及び第２レンズ群２０をＳＩＮＫ位置とＷＩＤＥ位置の間で移動させるための駆動源である。ＴＷモータ５３は、第１レンズ群１０及び第２レンズ群２０をＴＥＬＥ位置とＷＩＤＥ位置との間で移動させるための駆動源である。ＳＷモータ５１及びＴＷモータ５３は、それぞれモータ軸線を光軸Ｂ方向に向け、かつモータ軸をカム筒６１の径方向内側に向けて配置されており、また、ＴＷモータ５３は、ＳＷモータ５１より被写体側に配置されている。ＳＷモータ５１のモータ軸には、ウォームギア５２が圧入され、ＴＷモータ５３のモータ軸には、ウォームギア５４が圧入されている。

ウォームギア５２とウォームギア５４との間には、被写体側（図の上側）から順に光軸Ａと平行にズームリングギア５５、ズームキャリアギア５６及び太陽ギア５７が同軸配置されている。

太陽ギア５７は、３段の平ギアからなる太陽ギア５７ａ〜５７ｃを備え、太陽ギア５７ａに噛合する平ギア５０ｂが斜歯ギア５０ａを介してウォームギア５２と噛合している。

ズームキャリアギア５６は、ギア部５６ａ、及びギア部５６ａの被写体側を向く面に周方向に略等間隔で突設された３本の軸部を備え、３本の軸部には、それぞれズーム遊星ギア５８が軸支されている。また、ギア部５６ａには、ウォームギア５４が斜歯ギア６５等を介して噛合し、ズーム遊星ギア５８は、ギア５７ｂに噛合するようになっている。ズームリングギア５５は、内歯ギア５５ａと外歯ギア５５ｂとを備え、内歯ギア５５ａには、ズーム遊星ギア５８が噛合し、外歯ギア５５ｂは、アイドラギア５９を介して駆動ギア６０に噛合し、駆動ギア６０は、カム筒６１のギア部６１ａに噛合する。

次に、プリズム駆動部８０について説明する。プリズム駆動部８０は、太陽ギア５７の下側で被写体側から順にプリズムキャリア８１、トーションバネ８４及びプリズムディレイギア８２が太陽ギア５７と同軸に配置されており、プリズムディレイギア８２は、プリズムキャリア８１に回転自在に軸支される。

プリズムキャリア８１の被写体側を向く面には、３本の軸部が周方向に略等間隔で突設されており、３本の軸部には、それぞれプリズム遊星ギア８３が軸支されている。プリズム遊星ギア８３は、太陽ギア５７ｃ及び不図示のギア地板に固定された内歯ギアに噛合するようになっている。

プリズムディレイギア８２のギア部には、プリズム駆動ギア８５が噛合する。プリズムキャリア８１及びプリズムディレイギア８２には、それぞれ掛止部８１ｂ及び掛止部８２ｂが互いに対向する方向に延びて設けられており、掛止部８１ｂは、掛止部８２ｂより径方向内側に配置されている（図１３参照）。

トーションバネ８４は、コイル部と、コイル部の軸方向両端から径方向外側に延びる２本の腕部８４ａ，８４ｂとを備える。２本の腕部８４ａ，８４ｂは、プリズムディレイギア８２及びプリズムキャリア８１の掛止部８２ｂ，８１ｂに掛止される。トーションバネ８４は、組み込み時には、掛止部８２ｂ及び掛止部８１ｂが同位相に配置された状態（図１３（ｂ）参照）で、２本の腕部８４ａ，８４ｂが掛止部８２ｂに掛止されてプリチャージされている。

この状態で、プリズムディレイギア８２の回転を自由にして、プリズムキャリア８１を回転させると、プリズムキャリア８１、プリズムディレイギア８２及びトーションバネ８４は一体的に回転する。一方、プリズムディレイギア８２の回転を規制した状態で、プリズムキャリア８１を回転させると、トーションバネ８４をオーバーチャージしながらプリズムキャリア８１のみが回転する。

図１１は、プリズム５を保持する保持部材６とプリズム駆動部８０の一部を示す平面図である。

図１１に示すように、保持部材６は、互いに平行配置されて光軸Ｂ方向に延びる２本のガイド軸８６，８７に移動可能に係合する係合部６ａ及び６ｂが形成されている。係合部６ａには、ラックギア６ｃが形成されており、該ラックギア６ｃは、プリズム駆動ギア８５と噛合している。このため、プリズム駆動ギア８５が回転すると、保持部材６がプリズム５と一体となって光軸Ｂに沿って進退する。

次に、図１０に戻って、カム筒６１及びプリズム５の動作について説明する。

ＳＷモータ５１を駆動してＴＷモータ５３を停止した場合、ＳＷモータ５１から駆動力が太陽ギア５７に伝達されて該太陽ギア５７が回転し、ＴＷモータ５３に接続されているズームキャリアギア５６は停止している。そのため、ズーム遊星ギア５８は、公転せず自転のみする。

例えば、太陽ギア５７ｂの歯数を９、ズーム遊星ギア５８の歯数を１０、ズームリングギア５５の内歯ギア５５ａの歯数を３０とすると、太陽ギア５７の回転は１／３．３３倍に減速されてズームリングギア５５に伝達される。これにより、外歯ギア５５ｂの回転がアイドラギア５９を介して駆動ギア６０に伝達され、駆動ギア６０の回転がカム筒６１のギア部６１ａに伝達されてカム筒６１が回転駆動される。

ズームリングギア５５の回転方向は、太陽ギア５７と逆方向となる。そして、このとき、太陽ギア５７の回転がプリズム遊星ギア８３を経てプリズムキャリア８１に伝達される。ここで、保持部材６が光軸Ｂ方向に移動可能であれば、トーションバネ８４とプリズムディレイギア８２がプリズムキャリア８１と一体に回転し、保持部材６を光軸Ｂ方向に進退させる。一方、保持部材６の光軸Ｂ方向の移動が規制されていれば、プリズムディレイギア８２も回転できないため、トーションバネ８４がオーバーチャージしながらプリズムキャリア８１の回転を吸収する。

ＳＷモータ５１を停止し、ＴＷモータ５３を駆動した場合、ＳＷモータ５１に接続されている太陽ギア５７は停止し、ＴＷモータ５３に接続されているズームキャリアギア５６は回転する。そのため、ズーム遊星ギア５８は自転と公転をする。例えば、太陽ギア５７ｂの歯数を９、ズーム遊星ギア５８の歯数を１０、ズームリングギア５５の内歯ギア５５ａの歯数を３０とすると、ズームキャリアギア５６の回転は１．３倍に増速されてズームリングギア５５に伝達されて、カム筒６１を回転駆動する。

この場合、ズームリングギア５５の回転方向は、ズームキャリアギア５６と同じ方向になる。そして、このとき、太陽ギア５７が停止しているため、プリズムキャリア８１も停止しており、保持部材６には駆動力は伝達されない。

ＳＷモータ５１とＴＷモータ５３を同時に駆動した場合、ズームリングギア５５には、合成された回転数が伝達される。例えば、太陽ギア５７をＣＷ（時計回り）方向に１ｒｐｍ、ズームキャリアギア５６をＣＷ方向に１ｒｐｍで回転した場合を考える。太陽ギア５７によってズームリングギア５５に伝達されるはずの回転数は、ＣＣＷ（反時計回り）方向に０．３ｒｐｍであり、ズームキャリアギア５６によってズームリングギア５５に伝達されるはずの回転数は、ＣＷ方向に１．３ｒｐｍである。従って、これらを合成して、ズームリングギア５５はＣＷ方向に１ｒｐｍで回転する。

ここで、太陽ギア５７をＣＷ方向に１．３ｒｐｍ、ズームキャリアギア５６をＣＷ方向に０．３ｒｐｍで回転した場合を考える。太陽ギア５７によってズームリングギア５５に伝達されるはずの回転数は、ＣＣＷ方向に０．３９ｒｐｍであり、ズームキャリアギア５６によってズームリングギア５５に伝達されるはずの回転数は、ＣＷ方向に０．３９ｒｐｍである。これらを合成すると、ズームリングギア５５は停止することになる。

以上の説明から、ＳＷモータ５１とＴＷモータ５３の回転数と回転方向を適切に選択することで、カム筒６１を停止させた状態でプリズム５を駆動することができることが分かる。また、ＳＷモータ５１に接続したギア列の減速比は大きく、ＴＷモータ５３に接続したギア列の減速比は小さくなることが分かる。この点については、後述する。

次に、図１２及び図１３を参照して、第１レンズ群１０及び第２レンズ群２０を光軸Ａ方向に繰り出して、プリズム５を撮影位置に配置する動作について説明する。

図１２は、固定筒６２の内周側展開図である。図１２に示すように、固定筒６２の内周部には、カム筒６１の外周部に設けたカムピンがカム係合するカム溝６２ａが周方向に略等間隔で複数箇所形成されている。また、固定筒６２の後端部には、プリズム５を保持する保持部材６が光軸Ｂ方向に進退する際に通り抜ける切り欠き６２ｂが形成されている。

図１３は、プリズムキャリア８１とプリズムディレイギア８２との位相関係、及びトーションバネ８４のチャージ量を説明するための図である。

レンズ鏡筒がＳＩＮＫ位置のとき、カム筒６１のカムピンは、固定筒６２のカム溝６２ａ内で図１２中の位置６２ｃに配置されている。このとき、プリズムキャリア８１とプリズムディレイギア８２の位相関係は、図１３（ａ）に示すように、トーションバネ８４をオーバーチャージした位相関係にある。この状態において保持部材６は、トーションバネ８４のチャージ力によって光軸Ｂの退避方向（撮像素子８側）に付勢されているが、不図示のメカ端によって退避方向への移動が規制されている。

レンズ鏡筒を撮影状態にするには、まず、ＳＷモータ５１をカム筒６１の繰り出し方向に回転させる。このとき、カム筒６１のカムピンは、固定筒６２のカム溝６２ａを図１２の右方向に移動し、リフトを有する区間で第１レンズ群１０及び第２レンズ群２０が光軸Ａに沿って繰り出し方向に移動する。この繰り出し動作の間、プリズムキャリア８１も保持部材６を撮影位置に繰り出す方向に回転するが、トーションバネ８４がオーバーチャージの状態であるため、プリズムディレイギア８２は停止したままとなる。従って、保持部材６は、退避位置から動かない。

カム筒６１が光軸Ａ方向に繰り出して、保持部材６が撮影位置側に移動できる空間が形成されると、図１３（ｂ）に示すように、プリズムキャリア８１の掛止部８１ｂとプリズムディレイギア８２の掛止部８２ｂとの位相が一致する。

また、ＳＷモータ５１をカム筒６１の繰り出し方向に回転させると、カム筒６１のカムピンは、固定筒６２のカム溝６２ａを図１２の右方向に移動し、同時に保持部材６が撮影位置に向けて移動する。

そして、カム筒６１がＷＩＤＥ位置に達すると、ＳＷモータ５１をカム筒６１の繰り出し方向に駆動した状態で、ＴＷモータ５３をカム筒６１の繰り込み方向に駆動する。これにより、カム筒６１はＷＩＤＥ位置で停止した状態で保持部材６のみが光軸Ｂ方向に沿って撮影位置に向けて移動を続ける。

保持部材６は、撮影位置に達すると、不図示の撮影側ストッパに当接して停止し、保持部材６の停止と同時に、プリズムディレイギア８２も停止する。このとき、ＳＷモータ５１をさらにカム筒６１の繰り出し方向に駆動し続けることで、プリズムキャリア８１が保持部材６を撮影位置に繰り出す方向に回転し続けて、トーションバネ８４をオーバーチャージする。トーションバネ８４をある程度オーバーチャージすることで、トーションバネ８４の作用によって保持部材６が撮影側ストッパ側に付勢されるため、撮影時に保持部材６の位置や姿勢が安定する効果がある。

トーションバネ８４が所定のオーバーチャージ状態に達した時点で、ＳＷモータ５１とＴＷモータ５３を停止する。

以上の動作によって、第１レンズ群１０、第２レンズ群２０、プリズム５は、ＷＩＤＥ位置に配置されて、撮影状態となる。カム筒６１がＷＩＤＥ位置に達すると、カムピンは、固定筒６２のカム溝６２ａ内の位置６２ｄに移動する。その後、第３レンズ群３０及び第４レンズ群４０を光軸Ｂの所定の位置に移動させる。

レンズ鏡筒をＷＩＤＥ位置からＳＩＮＫ位置に移動させる場合は、前述と逆の動作を行う。まず、第３レンズ群３０及び第４レンズ群４０を光軸Ｂ方向に沿って撮像素子８側に退避させる。次に、ＴＷモータ５３をカム筒６１の繰り出し方向に駆動しながら、同時にＳＷモータ５１をカム筒６１の繰り込み方向に駆動すると、カム筒６１は回転せずに、プリズムキャリア８１のみが保持部材６を撮影位置に繰り出す方向に回転する。

そして、上述したトーションバネ８４のオーバーチャージ分だけプリズムキャリア８１が回転して、プリズムキャリア８１の掛止部８１ｂとプリズムディレイギア８２の掛止部の位相が一致する。このとき、プリズムディレイギア８２は、プリズムキャリア８１、トーションバネ８４と一体的に保持部材６を退避位置に繰り込む方向に回転して、保持部材６が退避方向に移動する。

保持部材６が退避位置に移動して、カム筒６１の後方に収納可能な空間が形成されると、ＴＷモータ５３が停止して、ＳＷモータ５１のみがカム筒６１を繰り込む方向に駆動を続け、カム筒６１が繰り込みを開始する。保持部材６は、退避位置まで移動すると、不図示の退避側メカ端に当接して停止し、同時にプリズムディレイギア８２も停止する。

ＳＷモータ５１は、カム筒６１を収納位置まで繰り込むために駆動し続けるので、プリズムキャリア８１は、トーションバネ８４をオーバーチャージしながら、保持部材６を退避位置に繰り込む方向に回転し続ける。カム筒６１がＳＩＮＫ位置に収納されて、第１レンズ群１０及び第２レンズ群２０が収納されると、ＳＷモータ５１が停止する。

レンズ鏡筒をＷＩＤＥ位置とＴＥＬＥ位置の間で変倍動作する場合は、ＴＷモータ５３のみを駆動することにより、保持部材６を光軸Ｂ方向に移動させることなく第１レンズ群１０及び第２レンズ群２０を光軸Ａ方向に移動させることができる。レンズ鏡筒のＴＥＬＥ位置では、カム筒６１のカムピンは、固定筒６２のカム溝６２ａの位置６２ｅに配置される（図１２参照）。

次に、上述したように、ＳＷモータ５１に接続したギア列の減速比が大きく、ＴＷモータ５３に接続したギア列の減速比が小さいことによる効果について説明する。

通常、固定筒６２のカム溝６２ａのリフト角が大きいＳＩＮＫ位置から撮影領域までの領域の方が、ＷＩＤＥ位置からＴＥＬＥ位置までの撮影領域よりも、カム筒６１の駆動負荷が大きい。また、ＳＩＮＫ位置から撮影領域までの領域では、レンズバリアの作動負荷がさらに加わる場合が多いため、減速比が大きいギア列を用いて、モータのトルクを増幅する必要がある。

一方、ＷＩＤＥ位置からＴＥＬＥ位置までの撮影領域では、動画等の撮影中にレンズ駆動音が録音されないように、モータの回転数を低く押さえる必要がある。このとき、減速比の大きいギア列を用いると、カム筒の回転速度が極端に遅くなってしまう。

本実施形態では、カム筒６１の負荷が大きいＳＩＮＫ位置から撮影領域までの領域では、減速比の大きいギア列を介してＳＷモータ５１の駆動力をカム筒６１に伝達してカム筒６１を駆動する。また、ＷＩＤＥ位置からＴＥＬＥ位置までの撮影領域では、減速比の小さいギア列を介してＴＷモータ５３の駆動力をカム筒６１に伝達してカム筒６１を駆動する。従って、動画撮影中にモータの駆動音が小さくなるようにＴＷモータ５３を低速回転させても、快適な変倍動作速度を得ることができる。

また、本実施形態では、ＳＷモータ５１とＴＷモータ５３を異なる種類のモータにすることができる。例えば、ＳＷモータ５１には、ＤＣモータを使用し、ＴＷモータ５３にはステッピングモータを使用することができる。ステッピングモータは、ＤＣモータに比べて、低速での安定した制御ができるため、動画撮影中の低速駆動に好適である。

更に、ステッピングモータは、駆動方式としてマイクロステップ駆動や２相励磁駆動などが選択できる。マイクロステップ駆動を用いれば、さらに静粛性の高い駆動ができ、２相駆動を用いれば、高トルク駆動ができるため、例えば静粛性が必要な動画撮影中の変倍動作にはマイクロステップ駆動を用い、静止画撮影中の変倍動作には２相駆動を用いると良い。

また、本実施形態の駆動機構のギア列の構成は、ＳＩＮＫ位置からＴＥＬＥ位置までの全ての領域において、ＳＷモータ５１とＴＷモータ５３のどちらを駆動してもカム筒６１を駆動することができる。したがって、高速の変倍動作が必要な場合は、ＳＷモータ５１を使用し、低速の変倍動作が必要な場合は、ＴＷモータ５３を使用するという使い分け可能である。

次に、図１０に戻って、第１レンズ群１０及び第２レンズ群２０の光軸Ａ方向の位置を検出するためのパルスギア列７０について説明する。

図１０に示すように、パルスギア列７０は、遊星ギア列の出力ギアであるズームリングギア５５及びアイドラギア５９に接続されている。パルスギア列７０の最終段のパルス板７１には、複数枚の羽根が設けられており、この羽根が通過した回数をフォトインタラプタ７２によってカウントすることで、カム筒６１の回転量を検出する。パルスギア列７０の増速比とパルス板７１の羽根の枚数は、光学設計によって決まる必要な分解能が得られるように決定される。

本来、モータの駆動力の伝達にギア列を用いる場合は、滑りによる回転量のロスなどがないため、モータの回転量に対してカム筒の回転量は減速比によって線形に決まる。しかし、実際には、ギアのバックラッシュや噛み合い誤差によって、モータの回転量に対するカム筒の回転量はばらつきが生じる。

ただし、一つのモータで一つのカム筒を駆動する従来のレンズ鏡筒は、一度ギア列を組み立ててしまえば、モータを駆動してもギアの噛み合い関係が不変である。つまり、毎回同じ歯同士が噛み合うため、モータの回転量に対するカム筒の回転量のばらつきの状態は毎回同じである。従って、モータの回転量から計算によってカム筒の回転量を求めても、実際の回転量との誤差は小さい。

これに対し、本実施形態のように、遊星ギア列を用いて二つのモータの回転量を合成して一つのカム筒を駆動する場合、一方のモータを回転させると他方のモータとズームリングギア５５の間の噛み合う歯の関係が変化する。

つまり、カメラの電源をＯＮするごとに、毎回違う歯同士が噛み合うため、モータの回転量に対するカム筒の回転量のばらつきの状態が異なる。そのため、モータの回転量から計算によってカム筒の回転量を求めても、実際の回転量との誤差が大きくなってしまう可能性がある。

しかし、本実施形態では、遊星ギア列の出力ギアであるズームリングギア５５とカム筒６１の間のアイドラギア５９から、パルスギア列７０を分岐させているため、パルスギア列７０とカム筒６１のギアの噛み合い関係は不変である。そのため、従来のレンズ鏡筒と同等の誤差で、カム筒の回転量を検出することができる。

以上説明たように、本実施形態では、レンズ鏡筒のＴＥＬＥ位置及びＳＩＮＫ位置で、絞り兼シャッタ９を駆動するステッピングモータ９１は、光軸Ｂ方向の位置がプリズム５と一致するように、光軸Ｂと平行にプリズム５に対して全域が重なる位置に配置される。即ち、絞り兼シャッタ９と、該絞り兼シャッタ９からプリズム５側に向けて光軸Ｂに対して平行に突出するステッピングモータ９１とで囲まれる空間にプリズム５の収納空間を形成して、該収納空間にプリズム５を収納している。これにより、従来に比べて光軸Ｂ方向に配置される光学系のスペース効率が向上して、レンズ鏡筒の収納時のデジタルカメラの小型化を図ることができる。

なお、本発明の構成は、上記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。

例えば、上記実施形態では、反射光学素子としてプリズム５を例示したが、これに限定されず、例えばミラー等を用いてもよい。

また、上記実施形態では、プリズム５と絞り兼シャッタ９を駆動するステッピングモータ９１とを光軸Ｂと平行に重ねる場合を例示したが、これに限定されない。例えば、第３レンズ群３０を駆動するステッピングモータ３２や第４レンズ群４０を駆動するステッピングモータ４２を光軸Ｂ方向に移動可能に構成して、少なくともＳＩＮＫ位置で光軸Ｂと平行にプリズム５と重ねるようにしてもよい。また、絞りのみ又はシャッタのみを駆動するステッピングモータを光軸Ｂ方向に移動可能に構成して、少なくともＳＩＮＫ位置で光軸Ｂと平行にプリズム５と重ねるようにしてもよい。

１第１レンズ群
２第２レンズ群
５プリズム
９絞り兼シャッタ
９１ステッピングモータ

Claims

収納位置と撮影位置との間を光軸方向に移動して撮影倍率を変更するズーム式のレンズ鏡筒を備える撮像装置であって、
第１の光軸に沿って移動可能に配置されるレンズ群と、
前記第１の光軸と交差する方向に延びる第２の光軸に沿って移動可能とされ、前記レンズ群が前記第１の光軸に沿って前記撮影位置に移動した際に、前記レンズ群から入射した光束を前記第２の光軸の方向に屈曲させて結像面に導き、前記レンズ群が前記第１の光軸に沿って前記収納位置に移動した際に、前記第２の光軸の方向に沿って退避位置に移動して前記レンズ群の収納空間を形成する反射光学素子と、
前記反射光学素子と前記結像面との間に配置される光学系と、を備え、
前記光学系は、該光学系を駆動するアクチュエータとともに前記第２の光軸の方向に沿って移動可能とされ、前記アクチュエータは、少なくとも前記レンズ群の前記収納位置で、前記反射光学素子に対して前記第２の光軸と平行に重なる位置に配置される、ことを特徴とする撮像装置。
前記アクチュエータは、少なくとも前記レンズ群の前記収納位置で、前記第２の光軸の方向の位置が前記反射光学素子と一致するように、前記反射光学素子に対して全域が前記第２の光軸と平行に重なる位置に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記光学系は、複数の羽根を有する絞り兼シャッタであり、前記アクチュエータは、前記複数の羽根を開閉駆動する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
前記アクチュエータは、前記光学系から前記反射光学素子に向けて前記第２の光軸に対して平行に突出して配置され、前記アクチュエータと前記光学系とで囲まれる空間に前記反射光学素子の収納空間が形成される、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撮像装置。