JP5506769B2

JP5506769B2 - 光学機器および光学機器を具備した撮像装置

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Publication number: JP5506769B2
Application number: JP2011271518A
Authority: JP
Inventors: 晋一増田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: JP2012053492A

Description

本発明は、光学機器および光学機器を具備した撮像装置に関するものである。

近年、カメラなどの撮影装置の小型化が進められている。特に撮影時にカメラボディからレンズ部を繰り出してレンズ間隔が所定の位置となるように動作させる構成のレンズ鏡筒では、薄型化を図る為に、撮影時以外はレンズ間隔を極力接近させてカメラボディに収納するようにしている。また、光学系内に配置される絞りやシャッタ装置については、前後のレンズとの距離を極力短くするように収納されている。更にカメラの薄型化を進めるためにはレンズ枚数を減らすことが考えられるが、光学系の緒収差を抑えることが難しく、光学性能を悪化させていた。

そこで、特開２００１−２８１５１３号公報（特許文献１）では、絞り羽根が閉じた時の変形方向に着目し、変形により空いたスペースにレンズ曲面が食い込むようにし、レンズ鏡筒の沈胴時の厚みを薄くする技術が提案されている。また、特許第３４９６６６７号公報（特許文献２）では、非撮影時には絞り羽根やシャッタ羽根を全開させ、開口部にレンズを収納することで、レンズ鏡筒の沈胴時の厚みを薄くする技術が提案されている。また、特開２００３−３１５８６１号公報（特許文献３）では、レンズ収納時にレンズの一部を撮影光路外へ退避させてレンズ鏡筒の沈胴時の厚みを薄くする技術が提案されている。

特開２００１−２８１５１３号公報特許第３４９６６６７号公報特開２００３−３１５８６１号公報

しかしながら、上記の特許文献１に提案された装置においては、絞り羽根を積極的に変形させるものではなく、変形量を大きくしてしまうと本来の絞り羽根の機能に影響を与えてしまう恐れがあり、沈胴厚を大幅に薄くするといった効果は少ないという問題があった。

また、上記の特許文献２に提案された装置においては、非撮影時にレンズを完全に絞り開口内に沈胴させる為には必要以上に羽根を光路外に退避させる必要がある。そのため、羽根退避スペースが必要となり、レンズ鏡筒の外径が大きくなってしまっていた。更に非撮影時に光路を遮蔽する羽根が無い為にバリア等別の遮蔽部材を具備してその光路を塞ぎ、フィルムが感光したり、ＣＣＤ等のセンサが故障することを防止したりする必要があるという問題があった。

また、上記の特許文献３に提案された装置においては、沈胴長は短縮できるものの、鏡筒径が大きくなることは避けられず、更に退避構造部品のガタ等により性能に影響が出る恐れがあるという問題があった。

（発明の目的）
本発明の目的は、光学機器および光学機器を具備した撮像装置を小型化することにある。

上記目的を達成するために、本発明の光学機器は、凹形状部を有する第１の光学部材と、凸形状部を有する第２の光学部材と、曲面形状部と軸部が形成される少なくとも一つの羽根部材と、前記羽根部材のそれぞれの軸部と嵌合するとともに、光軸周りに回転することで前記羽根部材を開閉させて通過光束量を変化させるリング部材と、前記リング部材を駆動する駆動手段と、を有し、前記第１の光学部材および前記第２の光学部材が非撮影状態となるとき、前記第１の光学部材の前記凹形状部に前記第２の光学部材の前記凸形状部が入り込み、前記羽根部材が最小絞り状態または全閉状態となって、前記凹形状部と前記凸形状部との間の曲面空間に前記羽根部材の曲面形状部が配置され、前記第１の光学部材および前記第２の光学部材が撮影可能状態となるとき、前記第１の光学部材と前記第２の光学部材との間隔が広がり、前記羽根部材の全開動作が可能になることを特徴とする。

本発明によれば、光学機器および光学機器を具備した撮像装置を小型化することができる。

本発明の一実施例に係わる絞り装置が組み込まれたレンズ鏡筒の沈胴時を示す断面図である。本発明の一実施例に係わる絞り装置が組み込まれたレンズ鏡筒の撮影時を示す断面図である。本発明の一実施例に係わる絞り装置の分解斜視図である。本発明の一実施例に係わる絞り装置の最小絞り時を示す斜視図である。本発明の一実施例に係わる絞り装置の中間絞り時を示す斜視図である。本発明の一実施例に係わる絞り装置の全開時を示す斜視図である。本発明の一実施例に係わる絞り装置の最小絞り時を示す平面図である。本発明の一実施例に係わる絞り装置の中間絞り時を示す平面図である。本発明の一実施例に係わる絞り装置の全開時を示す平面図である。従来例におけるレンズ鏡筒の沈胴時の断面図である。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例に示す通りである。

図１は本発明の一実施例に係わる絞り装置が組み込まれたデジタルスチルカメラに用いられるレンズ鏡筒の沈胴時を示す断面図である。

１群レンズ１０１は１群レンズ枠１０２に固定されており、１群レンズ枠１０２の外周部には図示しないカムピンが３方向に突出していて、カム筒５０２に形成されたカム溝に係合されている。１群レンズ１０１の像面側には、複数の絞り羽根２０３〜２０６（２０３，２０４は図１では不図示。図３参照）、および、この絞り羽根２０３〜２０６の光軸方向への移動を規制するカバー板２１１が、２群レンズ枠２０７を基板として取り付けられている。さらに、絞り羽根２０３，２０４，２０５，２０６を駆動する絞りリング２０８、この絞りリング２０８を回転駆動するモータ２１０、および、モータギヤ２０９が、２群レンズ枠２０７を基板として取り付けられている。そして、これらにより絞り装置が構成されている。詳細は図３を用いて説明する。

２群レンズ枠２０７には絞り羽根２０３〜２０６より撮像面側に、被写体側から順に２群レンズＡ２０１、２群レンズＢ２０２が固定されている。また、２群レンズ枠２０７の外周部には、図示しないカムピンが３方向に突出しており、カム筒５０２に形成されたカム溝に係合されている。１群レンズ枠１０２および２群レンズ枠２０７とカム筒５０２の間に、それぞれのカムピンを嵌合させる光軸方向に直進案内するための直進溝を備えた直進筒５０３がある。そして、この直進筒５０３がカム筒５０２を図示しない駆動源により光軸周りに回転させることにより、１群レンズ枠１０２および２群レンズ枠２０７が上記カム溝と直進溝に案内され、所定の位置まで光軸方向に直進移動しながら繰り出し動作が行われるようになっている。

また、２群レンズ枠２０７には３群レンズ３０１を備えた３群レンズ枠３０２が移動可能に備えられており、２群レンズ（２群レンズＡ２０１、２群レンズＢ２０２）と共に光軸方向へ移動可能である。２群レンズ枠２０７上には、３群レンズ枠３０２を駆動するための図示しないモータおよび光軸方向への移動をガイドするためのガイドバーが備えられ、２群レンズとの間隔を変える事ができるようになっている。なお、３群レンズ枠３０２を駆動するモータを利用して焦点位置を調節することも可能となっている。

図２は、撮影可能状態に各レンズの間隔をとった状態を示すレンズ鏡筒の断面図である。このとき、１群レンズ１０１と２群レンズＡ２０１との間隔が広がることにより、絞り羽根２０３〜２０６は全開動作が可能になっており、撮影光束がＣＣＤ４０２に入射可能となる。

上記構成において、撮影開始信号により絞り羽根２０３〜２０６を所定の位置まで駆動し、適正露光量となるように制御した後、ＣＣＤ４０２に電荷が蓄積され、撮影が行われる。尚、電荷蓄積時間についてはＣＣＤ４０２に備えられた電子シャッタ機能により制御される例を想定しているが、本実施例の絞り羽根を全閉動作可能な形状とし、メカシャッタとして流用しても良い。また、メカ部品で構成されるシャッタを別途レンズ鏡筒内に備えるようにしても良い。

次に、絞り羽根２０３〜２０６の動作および形状について説明する。本実施例においては、絞り羽根２０３〜２０６の被写体側に配置される１群レンズ１０１の撮像面側は凹面形状となっており、絞り羽根２０３〜２０６の撮像面側に配置される２群レンズＡ２０１の物体側は凸面となっている。１群レンズ１０１と２群レンズＡ２０１を接近させたときに生じる空間は曲面の空間となることから、この曲面空間に這わせるように絞り羽根２０３〜２０６の一部を曲面形状に形成している。尚、絞り羽根２０３〜２０６の材質は特に限定されるものではない。例えば、近年樹脂による薄肉成型技術が確立されてきたことにより、曲面部も含め一体的に樹脂で成型しても良いし、金属の薄板を絞り加工等により曲面部を形成したものでも良い。

図２に示すように、撮影時には１群レンズ１０１が２群レンズＡ２０１から遠ざかるようにその間隔が広がるため、絞り羽根２０３〜２０６は光軸に垂直な平面内で直線的に移動してもレンズ枠やレンズと干渉することが無い。

尚、絞り装置と２群レンズ枠２０７を分離し、撮影時に絞り装置と２群レンズが光軸方向に対して重複することがないように、２群レンズ枠２０７も絞り装置から遠ざけるようにすることもできる。この場合、絞り羽根２０３〜２０６の作動可能範囲が広がり、光軸に垂直な平面内の直線動作に限定されず、回転移動も可能となる。

電源ＯＦＦ信号などにより、レンズ鏡筒の沈胴動作が開始された場合、図２のように絞り羽根２０３〜２０６が全開のまま沈胴動作すると、絞り羽根２０３〜２０６と１群レンズ枠１０２が干渉し、沈胴長を短くできない。このため、絞り羽根２０３〜２０６を最小絞り状態若しくは全閉状態としてから１群レンズ１０１と２群レンズＡ２０１を接近させるようにする。これにより、絞り羽根２０３〜２０６を配置できる曲面空間を最小限残しつつ、１群レンズ１０１の凹面に２群レンズの凸面が入り込むようにすることができ、沈胴厚みを最も薄くすることができる。

図１０は、本実施例に係わる絞り装置を、従来の絞り装置に置き換えて、図１と同様の沈胴状態を示すレンズ鏡筒の従来例である。

絞り羽根７０３〜７０６はいずれも平面形状であり、絞りリング７０８の回転駆動により光軸に垂直な平面内を移動し、撮影光量を制御するものである。絞り羽根７０３〜７０６より被写体側にある１群レンズ１０１と撮像面側にある２群レンズＡ２０１の間隔は少なくとも、１群レンズ１０１の固定部１０２ａと、カバー板７１１と、絞り羽根７０３〜７０６の作動空間と、絞りリング７０８の光軸方向の厚みを合計した量が必要となっている。図１の本実施例によるレンズ鏡筒の沈胴長に比べ、厚くなってしまうことは避けられない。

次に、本実施例における絞り装置について説明する。

図３は絞り装置の分解斜視図である。絞り装置は、被写体側より、カバー板２１１、絞り羽根２０３〜２０６、絞りリング２０８、２群レンズ枠２０７、駆動モータ２１０、および、モータギヤ２０９が配置されて成る。駆動モータ２１０の駆動力を伝達する為のモータギヤ２０９は、絞りリング２０８の外周部に構成されたギヤ部２０８ｅと歯車連結している。そして、駆動モータ２１０の通電により、絞りリング２０８が光軸中心に回転する。

絞りリング２０８には円弧状のカム溝部２０８ａ，２０８ｂ，２０８ｃ，２０８ｄが構成されており、このカム溝部２０８ａ〜２０８ｄにそれぞれ絞り羽根２０３〜２０６に設けられた軸部２０３ａ，２０４ａ，２０５ａ（不図示），２０６ａ（不図示）が嵌合される。また、それぞれの絞り羽根２０３〜２０６には、被写体側に二つの軸部２０３ｂ，２０４ｂ，２０５ｂ，２０６ｂも設けられている。そして、それぞれカバー板２１１に設けられた直線形状の溝部２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１１ｄに嵌合される。

駆動モータ２１０への通電により、絞りリング２０８が光軸周りに回転すると、それぞれの絞り羽根２０３〜２０６はカバー板２１１に設けられた直線形状の溝部２１１ａ〜２１１ｄにガイドされ、光軸に垂直な平面上を直線移動する。

図４〜図６は絞り羽根２０３〜２０６の動作の状態を示す斜視図であり、同じく図７〜図９は絞り羽根２０３〜２０６の動作状態を示す平面図である。

絞り羽根２０３と２０４は光軸に垂直な同一平面内に配置されているが、それぞれが重なることが無い形状となっている。更に移動量が略同じになるように絞りリング２０８に構成されたカム溝部２０８ａと２０８ｂの形状が光軸を中心とした点対称に略同一形状となっている。そして、絞りリング２０８の右回転により、被写体側から見て絞り羽根２０３は右方向に、絞り羽根２０４は左方向に、それぞれ同じ移動量だけ絞り開口を開放する方向へ移動する。

また、絞り羽根２０５と２０６は、絞り羽根２０３，２０４より撮像面側の光軸に垂直な同一平面内に配置されているが、それぞれが重なることが無い形状となって配置されている。また、絞り羽根２０５と２０６の移動量が略同じになるように絞りリング２０８に構成されたカム溝部２０８ｃと２０８ｄの形状が光軸を中心とした点対称に略同一形状となっている。そして、絞りリング２０８の右回転により、被写体側から見て絞り羽根２０５は上方向に、絞り羽根２０６は下方向に、それぞれ同じ移動量だけ絞り開口を開放する方向へ移動する。このとき、絞りリング２０８のカム溝部２０８ａ（２０８ｂ）と２０８ｃ（２０８ｄ）が同一形状であると、四つの絞り羽根２０３〜２０６の移動量が略同一となり、それぞれの絞り羽根２０３〜２０６に形成された曲面部同士が干渉してしまう。

そこで、絞りリング２０８のカム溝部２０８ａ（２０８ｂ）と２０８ｃ（２０８ｄ）の形状を異ならせ、カム溝部２０８ａ（２０８ｂ）による移動量の方がカム溝部２０８ｃ（２０８ｄ）の移動量より多くなるようにしている。また、これとともに、絞り羽根２０５，２０６を覆っている、左右方向へ作動する絞り羽根２０３，２０４を絞り羽根２０５，２０６より先行して作動するようにして、絞り羽根２０３〜２０６の曲面部同士が干渉しないようにしている。

従って、絞りリング２０８の右回転により光軸に対して略９０°位相のずれた位置に配置された４枚の絞り羽根２０３〜２０６はそれぞれが干渉することなく開口部を開放するように動作が可能となっている（図４〜図９参照）。また、図示しない位置センサにより絞りリング２０８の回転位置を検知し、モータの駆動量を制御することにより開口部の開口量を制御することが可能となっている。

また、沈胴時若しくは露光量を減少させるための開口部の閉鎖動作時には、絞りリング２０８を左回転することにより、それぞれの絞り羽根２０３〜２０６の曲面部同士が干渉することなく、開口部の閉鎖動作が可能となっている。

上記実施例の絞り装置によれば、絞り羽根２０３〜２０６は曲面形状を有し、この絞り羽根２０３〜２０６の曲面形状は、１群レンズ１０１と２群レンズＡ２０１の少なくとも一方の絞り装置側の曲面形状と略同じである。この構成によれば、沈胴時にレンズ曲面と絞り羽根の距離を短縮することができ、レンズ鏡筒を薄型化することが可能となる。

また、本実施例における絞り装置は４枚の絞り羽根２０３〜２０６で構成され、作動方向がそれぞれ略９０°異なり、上下方向に対向して作動する２枚の絞り羽根２０５，２０６と、左右方向に対向して作動する２枚の絞り羽根２０３，２０４である。そして、上下方向へ作動する絞り羽根と左右方向へ作動する絞り羽根の移動タイミング、若しくは、移動量が異なる。

この構成によれば、光軸に対して略９０°位相のずれた４枚の絞り羽根で開口形状を構成するために、絞り形状が多角形化でき、ボケ味を良好に得ることができる。更に、上下方向と左右方向の絞り羽根の作動タイミングをずらしたり、移動量を異ならせたりすることで、絞り羽根同士の干渉を防止することができる。

また、本実施例における絞り装置は、４枚の絞り羽根２０３〜２０６と嵌合し、各絞り羽根２０３〜２０６を所定量作動させるための四つのカム溝部２０８ａ〜２０８ｄを有した絞りリング２０８を備えている。そして、上下方向にそれぞれ２枚の絞り羽根２０５，２０６を移動させる二つのカム溝部２０８ｃ，２０８ｄは略同一形状であり、左右方向にそれぞれ２枚の絞り羽根２０３，２０４を移動させる二つのカム溝部２０８ａ，２０８ｂは略同一形状である。このように上下方向に絞り羽根を移動させるカム溝部と、左右方向へ絞り羽根を移動させるカム溝部の形状が異なる形状とすることで、上下方向へ作動する２枚の絞り羽根と左右方向へ作動する２枚の絞り羽根の移動タイミング若しくは移動量が異なる。

この構成によれば、一つの絞りリングの四つのカム溝部の形状を適切に形成することで、４枚の絞り羽根の移動タイミング若しくは移動量を制御し、羽根同士の干渉を防止しながら絞り開口径の制御を高精度に行うことができる。

また、１群レンズ１０１と２群レンズ（２０１，２０２）は、最も光学全長が短くなった時に互いのレンズの一部が光軸方向に挿入される（凹面と凸面が重複する）とともに、羽根が最小絞り状態となる。この構成によれば、沈胴時に最もレンズ鏡筒を薄型化することができ、更に絞り羽根が最小絞り若しくは全閉状態となっている。よって、非撮影時のＣＣＤ等の撮像素子への有害光入射による悪影響を防止することが可能となる。

以上により、従来の沈胴型レンズ鏡筒に対して、光学系の性能を劣化させたり、鏡筒径を大きくしたりすることなく、沈胴時のレンズ鏡筒の全長を短縮することが出来る。また、絞り羽根が最小絞り若しくは全閉状態となっているので、非撮影時のＣＣＤ等の撮像素子への有害光入射による悪影響を防止することができ、有害光入射を防止するためのバリア等の遮光手段を別途必要としないものとすることができる。

尚、本実施例では、最小絞り時は全閉状態としない構成で説明したが、全閉状態にすることも可能である。その場合には、４枚の絞り羽根の作動平面を異ならせ、全閉状態で４枚の絞り羽根が光軸方向に重複して開口部を覆うようにすればよい。但しこの場合、絞り羽根とレンズとの干渉を避けるために光軸方向へ絞り羽根が重複して増加した量だけ沈胴長が増加することになる。

また、本実施例では、絞り羽根は４枚としたが、これに限定されるものではない。例えば、沈胴時に１群レンズと２群レンズの隙間曲面部に略同一の曲面部を有した、光軸中心に小径の開口部を設けた１枚の絞り羽根で構成し、撮影時に１群レンズと２群レンズの間隔が広がった際に該絞り羽根が移動できる状態となればよい。但し、絞り開口の選択は、全開と小絞りの２通りのみとなる。

また、２枚以上の複数の絞り羽根で構成することももちろん可能であり、絞り羽根の曲面部形状を、沈胴時の１群レンズと２群レンズの隙間曲面部に略同一の曲面部を有したものとしてもよい。そして、撮影状態で１群レンズと２群レンズの間隔が広がった際に複数の絞り羽根がそれぞれ光軸に垂直な平面内で移動できるようにすると共に、互いの絞り羽根の曲面部が干渉しないように移動量を適切に制御すればよい。

この構成によれば、絞り羽根の移動量を制御することで絞り開口を複数段階に設定することができ、露光制御の精度を向上することが可能となる。

但し、３枚の絞り羽根で構成した場合、それぞれの絞り羽根の曲面部が干渉しないようにするためにそれぞれの絞り羽根の移動量を変えてしまうと、絞り開口径が歪んだ形状となってしまう可能性がある。また、４枚以上の複数の絞り羽根で構成した場合、それぞれの絞り羽根の曲面部の干渉を避けるための制御が複雑になってしまう可能性がある。従って、比較的容易に本発明の絞り装置を実現する為には、２枚若しくは４枚の絞り羽根の構成がよい。

本実施例における絞り装置は、その前後若しくは一方にある凹面若しくは凸面を有したレンズの曲面形状に近似した曲面形状を有する光量調節用の羽根を配置することで沈胴時のスペース効率を上げることを目的としたものである。よって、レンズの凹凸の形状には限定されず、また、絞り装置の配置位置についても限定されるものではなく、バリアやマスク等の目的で不要光線を制限（通過光束を調節）する為の装置として、本来の光学的な理想絞り位置以外に配置してももちろん良い。

本実施例における絞り装置は、上述のようにデジタルカメラ用のレンズ鏡筒に限定されて使用されるものではない。例えば、ビデオカメラ、携帯電話等各種撮像素子を用いた光学機器に搭載されてもよいし、フィルムカメラ用の絞り装置として使用してももちろん良い。

また、絞り羽根を閉じたときに全閉状態が可能な形状とし、メカシャッタとして絞り機能とシャッタ機能を両立するようにしてももちろん良い。

１０１１群レンズ
１０２１群レンズ枠
２０１２群レンズＡ
２０２２群レンズＢ
２０３絞り羽根
２０４絞り羽根
２０５絞り羽根
２０６絞り羽根
２０７２群レンズ枠
２０８絞りリング
２１０モータ
２１１羽根カバー板
３０１３群レンズ
３０２３群レンズ枠

Claims

凹形状部を有する第１の光学部材と、
凸形状部を有する第２の光学部材と、
曲面形状部と軸部が形成される少なくとも一つの羽根部材と、
前記羽根部材のそれぞれの軸部と嵌合するとともに、光軸周りに回転することで前記羽根部材を開閉させて通過光束量を変化させるリング部材と、
前記リング部材を駆動する駆動手段と、を有し、
前記第１の光学部材および前記第２の光学部材が非撮影状態となるとき、前記第１の光学部材の前記凹形状部に前記第２の光学部材の前記凸形状部が入り込み、前記羽根部材が最小絞り状態または全閉状態となって、前記凹形状部と前記凸形状部との間の曲面空間に前記羽根部材の曲面形状部が配置され、
前記第１の光学部材および前記第２の光学部材が撮影可能状態となるとき、前記第１の光学部材と前記第２の光学部材との間隔が広がり、前記羽根部材の全開動作が可能になることを特徴とする光学機器。
前記曲面形状部の曲面形状は、前記第１の光学部材と前記第２の光学部材の少なくとも一方の曲面形状と略同形状であることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
前記羽根部材、前記リング部材および前記駆動手段は、前記第２の光学部材を保持する保持部材に取り付けられることを特徴とする請求項１または２に記載の光学機器。
沈胴動作を実行する際には、前記羽根部材を最小絞り状態または全閉状態としてから、前記第１の光学部材と前記第２の光学部材との間隔を小さくすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光学機器。
請求項１ないし４の何れか１項に記載の光学機器を具備したことを特徴とする撮像装置。