JP7818980B2 - 光学機器および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学機器に関するものであり、特に焦点距離範囲が変更できる光学機器に関するものである。

デジタルカメラ、ビデオカメラおよび交換レンズ等の光学機器では、コンバージョンレンズを光路内へ挿入することで、焦点距離範囲が変えられることが知られている。

特許文献１には、カメラ本体に内蔵されたコンバージョンレンズを、光路内へ挿入された挿入位置と、光路外へ退避された退避位置とに移動させる技術が開示されている。ここに記載されている内蔵コンバージョンレンズは、被写体像をファインダーへ導くプリズムと、レンズ鏡筒の上方に格納されるストロボとの間のスペースに退避される。

特開平１１－３１１８２８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の内蔵コンバージョンレンズは、専用のアクチュエーターを用いて退避位置まで移動される。そのため、レンズの内部にアクチュエーターを配置するスペースが必要となり、レンズとしての大型化の抑制は困難であった。

そこで本発明は、コンバージョンレンズを内蔵することによって、内蔵コンバージョンレンズを挿入または退避するためのスペースを確保しつつ、レンズの大型化を抑制することができるようにした光学機器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、本発明の一側面としての光学機器は、第１のレンズ群と、光学系の焦点距離範囲を第１の焦点距離範囲から第２の焦点距離範囲へ変更する第２のレンズ群と、直進案内溝を有する案内筒と、前記案内筒に回転可能に保持されるカム筒と、第１の連結部を有する連動部材と、を備え、前記カム筒は、前記第１のレンズ群を移動させる第１のカム溝と、前記第１のカム溝とは異なる、前記連動部材を移動させる第２のカム溝と、を有し、前記光学系の焦点距離範囲が前記第２の焦点距離範囲から前記第１の焦点距離範囲へ移行するとき、前記第１のレンズ群は前記直進案内溝と前記第１のカム溝により光軸と平行に像面側へ移動し、前記連動部材は前記直進案内溝と前記第２のカム溝により光軸と平行に被写体側へ移動し、前記第１の連結部は前記第２のレンズ群を前記第１のレンズ群の光路外へ退避させることを特徴とする。

本発明によれば、内蔵コンバージョンレンズを退避させることで焦点距離範囲を変更させるとともに、内蔵コンバージョンレンズを退避させる構成の効率化を図ることで、レンズの大型化を抑制することが可能な光学機器を提供することができる。

本発明の実施形態における第２の焦点距離範囲の場合の交換レンズおよびカメラ本体の正面斜視図である。 本発明の実施形態における第２の焦点距離範囲の場合の交換レンズおよびカメラ本体の背面斜視図である。 本発明の実施形態における交換レンズおよびカメラ本体の断面図である。 本発明の実施形態における第１の焦点距離範囲の場合の交換レンズおよびカメラ本体の断面図である。 本発明の実施形態における第２の焦点距離範囲の場合の交換レンズにおける各レンズ群の外観図である。 本発明の実施形態における移行開始時の交換レンズの各レンズ群の外観図である。 本発明の実施形態における移行完了時の交換レンズの各レンズ群の外観図である。 本発明の実施形態における第１の焦点距離範囲の場合の交換レンズの各レンズ群の外観図である。 本発明の実施形態における第２の焦点距離範囲の場合の交換レンズの各レンズ群の斜視図である。 本発明の実施形態における移行開始時の交換レンズの各レンズ群の各レンズ群の斜視図である。 本発明の実施形態における移行完了時の交換レンズの各レンズ群の斜視図である。 本発明の実施形態における第１の焦点距離範囲の場合の交換レンズの各レンズ群の斜視図である。 本発明の実施形態における交換レンズのカム筒回転角度と光軸方向の位置との関係について表したグラフである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。各図面を通して同一符号は、同一または対応部分を示すものである。尚、本実施形態では光学機器の一例である交換レンズについて説明するが、他にもレンズ一体型カメラなど、本発明はその要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

図１と図２とは、本発明の実施形態における光学機器である交換レンズ１００と、交換レンズ１００が着脱可能に装着されるデジタルカメラ（以下、カメラ本体という）１の外観を示している。図１は、本実施形態における交換レンズ１００（第２の焦点距離範囲）およびカメラ本体１の正面斜視図である。図２は、本実施形態における交換レンズ１００（第２の焦点距離範囲）およびカメラ本体１の背面斜視図（交換レンズ１００を取り外したところ）である。本実施形態では、図１に示すように、交換レンズ１００が収容する撮像光学系の光軸が延びる方向（光軸に沿った方向）である光軸方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向と直交する方向をＺ軸方向（水平方向）およびＹ軸方向（垂直方向）とする。以下、Ｚ軸方向とＹ軸方向をまとめてＺ／Ｙ軸方向とも記す。また、Ｚ軸回りの回転方向をピッチ（Ｐｉｔｃｈ）方向とし、Ｙ軸回りの回転方向をヨー（Ｙａｗ）方向とする。ピッチ方向とヨー方向（以下、まとめてピッチ／ヨー方向とも記す）は、互いに直交するＺ軸とＹ軸である２軸回りでの回転方向である。

図１に示すカメラ本体１のうち、正面から見て左側（背面から見て右側）の部分には、ユーザがカメラ本体１を手で把持するためのグリップ部２が設けられている。また、カメラ本体１の上面部には、電源操作部３が配置されている。カメラ本体１が電源オフ状態にあるとき、ユーザが電源操作部３をオン操作すると、通電が開始されてカメラ本体１が電源オン状態となり、フォーカス群（フォーカスレンズ）の原点検出処理などのコンピュータプログラムが実行されて、撮像待機状態となる。逆に、カメラ本体１が電源オン状態にあるとき、ユーザが電源操作部３をオフ操作すると、カメラ本体１が電源オフ状態となる。

さらに、カメラ本体１の上面部には、モードダイアル４、レリーズボタン５およびアクセサリシュー６が設けられている。モードダイアル４をユーザが回転操作することで、撮像モードを切り替えることができる。撮像モードには、シャッタ速度や絞り値等の撮像条件をユーザが任意に設定可能なマニュアル静止画撮像モード、自動で適正な露光量が得られるオート静止画撮像モードおよび動画の撮像を行うための動画撮像モードが含まれる。また、レリーズボタン５をユーザが半押し操作することで、オートフォーカスや自動露出制御等の撮像準備動作を指示することができ、全押し操作することで撮像を指示することができる。アクセサリシュー６には、外部フラッシュ等の照明または発光装置のアクセサリ（カメラアクセサリ）が脱着可能に装着される。

交換レンズ１００は、カメラ本体１に設けられたカメラマウント７に機械的に接続可能なレンズマウント１０２を備える。さらに、交換レンズ１００は、電気接続部材１０１を有しており、カメラ本体１と電気的に接続される。図２に示すように、本実施形態の電気接続部材１０１は、レンズマウント１０２の周方向における下側の位相に配置されているが、本発明はこれに限らず、上側の位相に配置されるものであっても良い。

交換レンズ１００内には、被写体からの光を像面上に結像させて被写体像を形成する撮像光学系が収容されている。交換レンズ１００の外周には、ユーザ操作により光軸を中心として回転可能なフォーカス操作環（操作部材）１０３が設けられている。例えば、マニュアルフォーカスモードにおいて、フォーカス操作環１０３がユーザによって回転操作されると、撮像光学系を構成するレンズ群全体、もしくは一部のレンズ群（フォーカス群）がフォーカス操作環１０３の角度に対応した所定の使用位置へと移動する。こうしてユーザは、所望の焦点調整（ピント調整）が可能となる。

図２に示すように、カメラ本体１の背面には、背面操作部８と表示部９とが設けられている。背面操作部８は、様々な機能が割り当てられた複数のボタンやダイアルを含む。カメラ本体１の電源がオン状態であり、静止画または動画撮像モードが設定されているとき、表示部９には、後述する撮像素子により撮像されている被写体像のスルー画像が表示される。また、表示部９には、シャッタ速度や絞り値等の撮像条件を示す撮像パラメータが表示され、ユーザはその表示を見ながら背面操作部８を操作することによって、撮像パラメータの設定値を変更することが可能である。背面操作部８は、記録された撮像画像の再生を指示するための再生ボタンを含み、再生ボタンをユーザが操作することで、撮像画像が表示部９に再生表示される。尚、表示部９をタッチパネル式として背面操作部８と同様の機能を有するようにしても良い。

次に、図３と図４とを用いて、本実施形態の交換レンズ１００を構成する部材（構成部品）の位置関係について説明する。図３と図４とは、第１の光軸１０を含むＸＺ平面上の断面図である。図３は、本実施形態における交換レンズ１００（第２の焦点距離範囲）およびカメラ本体１のＸＺ平面をＹ軸方向の下側から示す断面図である。図４は、本実施形態における交換レンズ１００（第１の焦点距離範囲）およびカメラ本体１のＸＺ平面をＹ軸方向の下側から示す断面図である。ここで示される中心線は、第１のレンズ群１１０によって決定される第１の光軸１０と略一致するため、以下では前述のＸ軸と同義とする。また、撮像素子である像面１６は、第１の光軸１０と直交しており、前述のＹＺ平面と同義である。

図３は、第１のレンズ群１１０の像面側に第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０が配置されたとき、撮像光学系の焦点距離範囲が第２の焦点距離範囲の場合を示している。また図４は、第１の光軸１０上から第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０が退避し、空いたスペースへ第１のレンズ群１１０が移動したとき、撮像光学系の焦点距離範囲が第１の焦点距離範囲の場合を示している。ここで図３は、本実施形態における交換レンズ１００の全長がより長い状態を示し、また図４は全長がより短い状態を示しており、いずれも撮像が可能な状態である。

交換レンズ１００の撮像光学系は、マスターレンズとしての第１のレンズ群１１０と、コンバージョンレンズの一種であるエクステンダーレンズとしての第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０によって構成される。第１のレンズ群１１０のみが第１の光軸１０上に配置され、残りの第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０が第１の光軸１０上にないとき、撮像光学系の焦点距離範囲は、第１の焦点距離範囲である。一方で、第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０が、第１のレンズ群１１０の像面側の第１の光軸１０上に挿入されることによって、撮像光学系の焦点距離範囲は、第１の焦点距離範囲から第２の焦点距離範囲へ変更される。第１の焦点距離範囲は短焦点となる広角側、第２の焦点距離範囲は長焦点となる望遠側である。また、交換レンズ１００は、マスターレンズである第１のレンズ群１１０を保持する第１の保持枠１１１と、第１の保持枠１１１を第１の光軸１０方向へ移動させる第１のカム筒１０８および第２のカム筒１０９を有している。これにより、それぞれの焦点距離範囲において、第１のレンズ群１１０が第１の光軸１０方向に移動可能となり、所望の焦点調整（ピント調整）が可能である。

また、以下の記述において、「第１の焦点距離範囲から第２の焦点距離範囲へ」というような表現は、「撮像光学系の焦点距離範囲は、第１の焦点距離範囲が第２の焦点距離範囲へ」の略とする。

詳しくは後述するが、本発明の交換レンズ１００は、専用のアクチュエーターを用いることなく第１の焦点距離範囲と第２の焦点距離範囲とを切り替え可能である。図１～図３では、望遠側の第２の焦点距離範囲の場合を示している。図示の第２の焦点距離範囲の状態から、フォーカス操作環１０３がユーザによって超無限方向へ回転操作されると、回転動作と連動して第１のレンズ群１１０が像面側へ移動する。このとき、第２の保持枠２１１に保持された第２のレンズ群２１０と、不図示の保持枠に保持された第３のレンズ群３１０とは、第１の光軸１０上からそれぞれの退避位置へと退避する。こうして生じたスペースへ第１のレンズ群１１０を移動させ、さらに像面側へと繰り込むことにより、図４に示す状態となって、交換レンズ１００全体としてのレンズ全長が短縮される。

尚、本実施形態では、マスターレンズは１群構成、エクステンダーレンズは２群構成となっているが、本発明は撮像光学系の構成を限定するものではない。例えば、マスターレンズが多群の構成であったり、別の独立したフォーカス群やレンズ防振群を含む構成であったり、エクステンダーレンズが１群のみの構成であっても構わない。また、本発明のコンバージョンレンズは、本実施形態に示すようなエクステンダーレンズではなく、ワイドコンバージョンレンズであったり、マクロレンズであったり、レデューサーレンズであっても良い。

第１のレンズ群１１０は、光量調節動作を行う絞り群１２０を有し、第１の保持枠１１１に保持されている。絞り群１２０は、絞り駆動部（不図示）、複数の絞り羽根１２１、駆動リング１２２から構成され、絞り駆動部が駆動リング１２２を介して、絞り羽根１２１の開口形状を変化させることで光量を調整する。

カメラ本体１に配置されているシャッタユニット１４は、それぞれ複数の遮光羽根により構成される先羽根と後羽根とを有するフォーカルプレーンシャッタである。撮像時には、先羽根が露光開口を閉じる遮光位置から露光開口を開放する露光位置へと走行することによって被写体からの光を像面１６に向けて通過させる。その後、設定された露光時間が経過すると、後羽根が露光位置から遮光位置へと走行する。このとき、先羽根と後羽根とが走行する方向は、カメラ本体１における撮像素子の短辺方向、つまり、Ｙ軸と略一致する。

尚、被写体側から交換レンズ１００内へ入射した光線は、第１のレンズ群１１０による光の屈折作用を受けながら、絞り羽根１２１によって形成される開口形状を通過する。図３に示す状態では、光がさらに、第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０による光の屈折作用を受けた後、シャッタユニット１４の開口を通過して、像面１６上に結像される。一方、図４に示す状態では、第２のレンズ群２１０や第３のレンズ群３１０による光の屈折作用を受けることなく、シャッタユニット１４の開口を通過して、像面１６上に結像される。つまり、撮像光学系の焦点距離範囲が第１の焦点距離範囲か、第２の焦点距離範囲かによって、光線の辿る経路（光路）は異なる。

固定筒１０６は、レンズマウント１０２に固定された固定部材である。固定筒１０６には、直進案内筒１０７に設けられた直進キー（不図示）と嵌合することで、直進案内筒１０７の回転方向への移動を規制して第１の光軸１０方向へ案内する直進案内溝（不図示）が、周方向において３等分に形成されている。固定筒１０６の外周側には、バヨネット（不図示）によって、第１のカム筒１０８が第１の光軸１０を中心として回転可能に保持されており、第１のカム筒１０８は連結キー（不図示）を介して、フォーカス操作環１０３と連結されている。直進案内筒１０７には、固定筒１０６と同様に、第１の保持枠１１１に設けられた直進キー（不図示）と嵌合する直進案内溝（不図示）が、周方向において３等分に形成されている。直進案内溝に直進キーが嵌合されることで、第１の保持枠１１１の回転方向への移動を規制して、第１の保持枠１１１を第１の光軸１０方向へ案内する。直進案内筒１０７の外周側には、バヨネット（不図示）によって、第２のカム筒１０９が第１の光軸１０を中心として回転可能に保持されている。

第１のカム筒１０８と第２のカム筒１０９との内周側には、それぞれ直進案内筒１０７と第１の保持枠１１１とに設けられたカムフォロア（不図示）に対して嵌合する第１と第２のカム溝（不図示）が、周方向において３等分に形成されている。このとき、第２のカム筒１０９は、第１の光軸１０方向においては直進案内筒１０７と一体的に移動する構成となっている。一方で、第１のカム筒１０８と第２のカム筒１０９とは、連結キー（不図示）により回転規制されており、第１の光軸１０方向においては相対的に移動しつつ、周方向においては連結して回転する。そのため、フォーカス操作環１０３がユーザによって回転操作されると、第１の保持枠１１１は、直進案内筒１０７と第２のカム筒１０９とを介して、回転方向への移動を規制された状態で第１の光軸１０方向に沿って移動する。

本実施形態では、こうしたいわゆる二段繰り出し方式のレンズ鏡筒の構成を採用することによって、第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０が退避して生じたスペースへの、第１のレンズ群１１０の移動を可能にしている。特に図４に示すように、撮像光学系の焦点距離範囲が広角側となる第１の焦点距離範囲の場合、第１のレンズ群１１０を像面側へ繰り込むことで、交換レンズ１００の全長を短縮し、高い携帯性を実現できる。尚、本実施形態におけるレンズ鏡筒の構成については、これまで多くの光学機器に採用されている公知な技術であるため、ここでのより詳しい説明は省略する。

従来も、退避レンズ群を撮像光学系の光軸から退避させ、各レンズ群の間隔を狭めて、互いに接近した収納位置へと移動させることで、光軸方向におけるレンズ全長を短縮させるものがあった。ただし、これらは撮像状態から非撮像状態へと移行させる沈胴機構を採用したものであって、レンズ全長を短縮した沈胴状態での撮像は不可能であった。そのため、携帯性は高いものの、撮像が制限された沈胴状態から撮像が可能な状態へ移行させるまでに余分な時間を要していた。

従来技術に対して、本実施形態では、第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０が退避することで撮像光学系の焦点距離範囲が第１の焦点距離範囲となり、図４に示したレンズ全長を短縮した状態であっても撮像が可能である。つまり、一般的な沈胴機構を採用した光学機器と比較して、撮像開始前に要する時間の短縮が可能であり、高い携帯性を実現しながら、撮像機会の損失を抑制できるものである。

退避ベース４１０は、固定筒１０６の内周側に固定された筒状の固定部材である。固定筒１０６と退避ベース４１０との間の空間には、第１の光軸１０方向に移動可能な連動部材４００が配置されている。詳しくは後述するが、連動部材４００は、第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０を回転退避させる筒状の移動部材である。第１のカム筒１０８の内周側には、連動部材４００に設けられた複数のカムフォロア４２０のそれぞれに対応して嵌合する第３のカム溝（不図示）が、周方向に形成されている。固定筒１０６には、連動部材４００に設けられた複数のカムフォロア４２０のそれぞれに対応して嵌合する直進案内溝（不図示）が、周方向に形成されている。直進案内溝にカムフォロア４２０が嵌合されることで、連動部材４００の回転方向への移動を規制して、連動部材４００を第１の光軸１０方向へ案内する。

フォーカス操作環１０３がユーザによって回転操作されると、連動部材４００は、第１のカム筒１０８を介して、回転方向への移動を規制された状態で第１の光軸１０方向に沿って、図３に示す位置と図４に示す位置との間で移動する。このとき、連動部材４００の移動する方向は、第１のレンズ群１１０の移動する方向と反対の関係となる。例えば、図３に示すように、第１のレンズ群１１０が被写体側へ移動した状態においては、連動部材４００は反対側の像面側へと移動した状態となる。また、図４に示すように、第１のレンズ群１１０が像面側へ移動した状態においては、連動部材４００は反対側の被写体側へと移動した状態となる。

次に、図５ないし図８を用いて、本実施形態における交換レンズ１００の各レンズ群の移動について詳しく説明する。図５ないし図８は、第１のレンズ群１１０、第２のレンズ群２１０、第３のレンズ群３１０における外観を説明するための図である。前述のＸＺ平面をＹ軸方向の下側から示しており、第２の焦点距離範囲から第１の焦点距離範囲への移行を表している。図５は本実施形態における交換レンズ１００（第２の焦点距離範囲）における各レンズ群の外観図である。図６は本実施形態における交換レンズ１００（移行開始時）における各レンズ群の外観図である。図７は本実施形態における交換レンズ１００（移行完了時）における各レンズ群の外観図である。図８は本実施形態における交換レンズ１００（第１の焦点距離範囲）における各レンズ群の外観図である。

図５は、撮像光学系の焦点距離範囲が第２の焦点距離範囲の場合を示しており、第１のレンズ群１１０、第２のレンズ群２１０、第３のレンズ群３１０が、それぞれ被写体側から順に、第１の光軸１０上の任意の位置に配置されているのがわかる。撮像光学系の焦点距離範囲が第２の焦点距離範囲の場合、第１のレンズ群１１０を第１の光軸１０に沿って移動させることにより、所望の焦点調整（ピント調整）を行うことが可能となる。このとき、第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０は、前述の光路内に置かれたまま、位置の移動を伴わない。

第２のレンズ群２１０には第１の回転軸２２５が、第３のレンズ群３１０には第２の回転軸３２５がそれぞれ設けられている。第１の回転軸２２５と第２の回転軸３２５とは、それぞれの軸の一端が退避ベース４１０に対して固定され、第２のレンズ群２１０と第３のレンズ群３１０とを、退避ベース４１０に対して回転可能に保持している。第１の回転軸２２５の中心が延びる方向と第２の回転軸３２５の中心が延びる方向とは、互いに略平行であり、第１の光軸１０と略直交している。さらに、第１の回転軸２２５と第２の回転軸３２５とは、第１の光軸１０方向から見て、互いに対称となるように二分割されて配置される両持ち構造であるとより好ましい。本実施形態では、剛性や耐久性の面で片持ち構造よりも有利な両持ち構造を採用しつつ、図８に示すように、第１の回転軸２２５と第２の回転軸３２５を第１のレンズ群１１０と第１の光軸１０方向で重なる位置に配置している。

連動部材４００には、退避ベース４１０の内周側となる位置に、第１の連結部４３０（ラック）が設けられている。第１の連結部４３０は、連動部材４００と一体的に第１の光軸１０に沿って移動する構成となっている。第１の連結部４３０は、第１の光軸１０方向から見て、互いに対称となるように２個を１組として配置されるとより好ましい。

第２のレンズ群２１０には、第１の回転軸２２５を中心とした第２の連結部４４０（ギア）が設けられており、第３のレンズ群３１０には、第２の回転軸３２５を中心とした第３の連結部４５０（ギア）が設けられている。第２の連結部４４０と第３の連結部４５０は、第１の連結部４３０と同様に、第１の光軸１０方向から見て、それぞれが互いに対称となるように２個を１組として配置されるとより好ましい。第１の連結部４３０と第３の連結部４５０はラックとギアとの噛み合いによって連結されており、第３の連結部４５０と第２の連結部４４０はギア同士の噛み合いによって連結されている。

撮像光学系が第２の焦点距離範囲から第１の焦点距離範囲へ移行するとき、最初に第１のレンズ群１１０が、第１の光軸１０と略平行である第１の方向１１５へと移動を開始する（図６）。移行開始の直後においては、連動部材４００に設けられた第１の連結部４３０はまだ移動せず、第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０は、光路内へ挿入されたまま、位置の移動を伴わない。

第１のレンズ群１１０が、所望の焦点調整（ピント調整）の範囲を超えて、さらに第１の方向１１５に沿って像面側へ移動すると、連動部材４００に設けられた第１の連結部４３０は、反対側の被写体側へ移動を開始する。第３の連結部４５０は、前述の噛み合いによって連結した第１の連結部４３０の被写体側への移動に伴い、第２の回転軸３２５を中心として、反時計回りに回転する。同様に、第２の連結部４４０は、前述の噛み合いによって連結した第３の連結部４５０の回転に伴い、第１の回転軸２２５を中心として、時計回りに回転する。こうして、第１の連結部４３０が被写体側へ移動すると、それに続いて、第２のレンズ群２１０が第２の方向２１５へ、また、第３のレンズ群３１０が第３の方向３１５へ回転退避することになる（図７）。

図７に示すように、第２のレンズ群２１０がさらに第２の方向２１５へ、第３のレンズ群３１０がさらに第３の方向３１５へ退避し、光路外となる退避位置まで至ると、第１のレンズ群１１０は、退避に伴って生じたスペースへ移動する。第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０の回転可能な最大の角度は９０度以下となっている。第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０は、前記連動部材４００が移動することによって生じるスペースへ退避する。撮像光学系の焦点範囲が第２の焦点距離範囲の場合、第３のレンズ群３１０は、第２のレンズ群２１０よりも像面側に配置されるが、第１の焦点距離範囲の場合、第３のレンズ群３１０は、第２のレンズ群２１０よりも被写体側に配置される。

本実施形態では、第３のレンズ群３１０が、第２のレンズ群２１０よりも重く、退避距離が長い。こうした構成では、第２の回転軸３２５を、第１の光軸１０方向から見て第３の方向３１５とは逆位相に配置することにより、第２の方向２１５より退避距離の長い第３の方向３１５への退避が可能となる。ここで、第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０の退避する方向について着目すると、第２の方向２１５と第３の方向３１５は、第１の光軸１０を挟んで対向する方向であることがわかる。対向する方向に配置されることで、第２のレンズ群２１０が第２の方向２１５へ、第３のレンズ群３１０が第３の方向３１５へ移動するときに生じる振動や、重心位置の変動などを相殺して、低減することが可能となる。

また、図５ないし図８は、前述のようにＸＺ平面をＹ軸方向の下側から見た外観図である。図２に示すように、電気接続部材１０１はＹ軸上の下側に配置されていることから、第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０は、電気接続部材１０１とは異なる位相へ退避していることがわかる。これにより、レンズマウント１０２周辺のスペースを効率よく使えることから、交換レンズ１００の大型化の抑制が可能となる。

図５に示した状態では、第１の回転軸２２５および第２の回転軸３２５の中心が延びる方向は、Ｙ軸と略平行である。第１の回転軸２２５および第２の回転軸３２５の中心が延びる方向は、カメラ本体１における撮像素子の短辺方向、つまり、シャッタユニット１４の遮光羽根が走行する方向と略一致する。撮像時において、遮光位置から露光位置へと走行した先羽根は、不図示のストッパーに衝突することで停止される。特に、先羽根の衝突に起因する振動は露光の最中に発生するため、衝突による振動が交換レンズ１００へ伝達されると、撮像画像の画質を劣化させる恐れがある。そこで本実施形態では、第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０の退避方向を、先羽根の走行方向とは略直交させている。

さらに、第１の回転軸２２５および第２の回転軸３２５の中心が延びる方向であるＹ軸方向は、一般的に、ユーザが交換レンズ１００を装着したカメラ本体１を置く方向と平行する。つまり、ユーザがカメラ本体１を置いたとき、交換レンズ１００は、第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０が退避するのとは異なるＹ軸方向に衝撃を受けることになる。こうして、本実施形態は、ユーザの取り扱いによって発生する衝撃に対しても、十分に剛性が高く画質劣化の影響を受けにくい構成となっている。

第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０が退避を完了した後も、第１のレンズ群１１０は、第１の方向１１５へ移動可能である。図７に示す状態からさらに、第１のレンズ群１１０が第１の方向１１５へ移動し、任意の位置への移動を完了することで、第２の焦点距離範囲から第１の焦点距離範囲への移行が完了する（図８）。図８に示した状態では、第１のレンズ群１１０は、図５～図７に示す状態と比較して、最も像面側に位置している。つまり、第２の焦点距離範囲から第１の焦点距離範囲へ移行することで、交換レンズ１００の全長を短縮することが可能となっている。

また、前述のように、第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０が退避し、図８に示したような第１のレンズ群１１０が像面側へ移動したレンズ全長が最も短い状態においても、撮像が可能である。撮像光学系が第１の焦点距離範囲の場合も、第２の焦点距離範囲の場合と同様に、第１のレンズ群１１０を第１の光軸１０に沿って移動させることによって、所望の焦点調整（ピント調整）を行う。ここで第１のレンズ群１１０の位置が移動するとき、第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０は、位置の移動を伴わない。

ここまで、第２の焦点距離範囲から第１の焦点距離範囲へ移行する場合について説明してきたが、それとは逆に、第１の焦点距離範囲から第２の焦点距離範囲へ移行する場合は、図５～図８に示すものとは逆の手順を辿ることになる。例えば、ユーザの操作によって第１のレンズ群１１０が像面側から被写体側へ移動すると、第２のレンズ群２１０と第３のレンズ群３１０は、図８に示す光路外となる退避位置から図５に示す第１の光軸１０上に配置された光路内の位置まで回転して移動する。

再び、第２の焦点距離範囲から第１の焦点距離範囲へ移行する場合は、同じくユーザの操作によって、第２のレンズ群２１０と第３のレンズ群３１０が光路外となる退避位置へと移動する。こうして、本実施形態に示す交換レンズ１００は、専用のアクチュエーターを用いることなく、第１の焦点距離範囲と第２の焦点距離範囲とを切り替え可能な構成となっている。

図９は、図５と同様に、撮像光学系が第２の焦点距離範囲の場合を示した斜視図である。第１のレンズ群１１０、第２のレンズ群２１０、第３のレンズ群３１０がそれぞれ被写体側から順に、第１の光軸１０上の任意の位置に配置されている。連動部材４００には、カムフォロア４２０および第１の連結部４３０が設けられている。カムフォロア４２０は、周方向において第１の連結部４３０と近接する位相に配置されている。

図１０は、図６と同様に、第２の焦点距離範囲から第１の焦点距離範囲への移行開始時を示した斜視図である。移行開始のとき、第１のレンズ群１１０は、第１の光軸１０に沿って像面側へ移動しているが、第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０は位置の移動を伴わない。

図１１は、図７と同様に、第２の焦点距離範囲から第１の焦点距離範囲への移行完了時を示した斜視図である。第１のレンズ群１１０が、さらに第１の方向１１５に沿って像面側へ移動すると、連動部材４００は反対に被写体側へ移動する。こうして、第１の連結部４３０は、前述の噛み合いによって連結された第３の連結部４５０を回転させる、第３のレンズ群３１０は、第１の光軸１０上から光路外となる退避位置へと退避する。また、第３の連結部４５０は、前述の噛み合いによって連結された第２の連結部４４０を回転させ、第２のレンズ群２１０は、第１の光軸１０上から光路外となる退避位置へと退避する。

図１２は、図８と同様に、撮像光学系が第１の焦点距離範囲の場合を示した斜視図である。図１２に示した状態では、第２の焦点距離範囲から第１の焦点距離範囲への移行は完了しており、第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０は、光路外となる退避位置から動くことのない状態である。

図１３は、撮像光学系が第２の焦点距離範囲から第１の焦点距離範囲へ移行するときの、フォーカス操作環１０３の回転角度に対する第１のレンズ群１１０と連動部材４００の移動量について表したグラフである。図１３において、横軸はフォーカス操作環１０３の回転角度、縦軸は第１の光軸１０方向における第１のレンズ群１１０と連動部材４００の像面１６からの距離を模式的に表している。尚、図１３に示す縦軸は、上側が被写体側、下側が像面側となっている。

第１のレンズ群１１０は、フォーカス操作環１０３の回転角度に応じて、第１の光軸１０に沿って線形的に移動しており、所望の焦点調整（ピント調整）が可能となっている。像面１６から第１のレンズ群１１０までの距離は、第２の焦点距離範囲の至近端において最も長くなり、像面１６と第１のレンズ群１１０との距離が最大のときに交換レンズ１００の全長は最大となる。また、第２の焦点距離範囲から第１の焦点距離範囲への移行に伴って、像面１６からの第１のレンズ群１１０の距離は比較的急峻に短くなっていき、第１の焦点距離範囲の無限端において、交換レンズ１００の全長が最小となる。

連動部材４００については、第１の焦点距離範囲の至近端と無限端との間に、および、第２の焦点距離範囲の至近端と無限端との間に、像面１６からの距離を保ったまま、移動していないことがわかる。一方で、第２の焦点距離範囲から第１の焦点距離範囲へ移行するときには、像面１６からの連動部材４００の距離は長くなる。したがって、第２の焦点距離範囲から第１の焦点距離範囲への移行に伴い、第１のレンズ群１１０は像面側へ、連動部材４００は反対側の被写体側へと移動していることがわかる。

ここで、第２の焦点距離範囲と第１の焦点距離範囲とそれぞれに注目すると、それぞれの至近端から無限端までが撮像可能な範囲であり、第２のレンズ群２１０および第３のレンズ群３１０の移動は制限された状態でなければならない。しかしながら、交換レンズ１００とカメラ本体１には様々な製造誤差や組立ばらつきが存在するため、第１のレンズ群１１０と連動部材４００における移動の開始と完了のタイミングがずれてしまう恐れがある。そこで、前述したように、第２の焦点距離範囲から前記第１の焦点距離範囲へ移行するとき、連動部材４００は、第１のレンズ群１１０が像面側への移動を開始した後に、遅れて被写体側への移動を開始する。また、連動部材４００は、第１のレンズ群１１０が移動を完了するよりも前に、すでに移動を完了している。こうして、本実施形態は、第１のレンズ群１１０を移動させる軌跡と、連動部材４００を移動させる軌跡とを異ならせることによって、製造誤差や組立ばらつきの影響を受けにくい構成としている。

尚、本実施形態では、第２のレンズ群２１０と第３のレンズ群３１０との組み合わせによって内蔵コンバージョンレンズを構成しているが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、少なくとも第２のレンズ群２１０のみによって、第１の焦点距離範囲と第２の焦点距離範囲との切り替えが実現される構成であっても良い。この場合、第３のレンズ群３１０は、減光フィルターであったり、保護フィルターであったり、偏光フィルターであったりしても良い。

（そのほかの実施形態）
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述したが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。さらに、前述した各実施形態は、本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

１ カメラ本体
７ カメラマウント
１０ 第１の光軸
１６ 像面
１００ 交換レンズ
１０１ 電気接続部品
１０２ レンズマウント
１０３ フォーカス操作環
１０６ 固定筒
１０７ 直進案内筒
１０８ 第１のカム筒
１０９ 第２のカム筒
１１０ 第１のレンズ群
１１５ 第１の方向
２１０ 第２のレンズ群
２１５ 第２の方向
２２５ 第１の回転軸
３１０ 第３のレンズ群
３１５ 第３の方向
３２５ 第２の回転軸
４００ 連動部材
４１０ 退避ベース
４２０ カムフォロア
４３０ 第１の連結部（ラック）
４４０ 第２の連結部（ギア）
４５０ 第３の連結部（ギア）

Claims (14)

1. 第１のレンズ群と、
   光学系の焦点距離範囲を第１の焦点距離範囲から第２の焦点距離範囲へ変更する第２のレンズ群と、
   直進案内溝を有する案内筒と、
   前記案内筒に回転可能に保持されるカム筒と、
   第１の連結部を有する連動部材と、を備え、
   前記カム筒は、前記第１のレンズ群を移動させる第１のカム溝と、前記第１のカム溝とは異なる、前記連動部材を移動させる第２のカム溝と、を有し、
   前記光学系の焦点距離範囲が前記第２の焦点距離範囲から前記第１の焦点距離範囲へ移行するとき、前記第１のレンズ群は前記直進案内溝と前記第１のカム溝により光軸と平行に像面側へ移動し、前記連動部材は前記直進案内溝と前記第２のカム溝により光軸と平行に被写体側へ移動し、前記第１の連結部は前記第２のレンズ群を前記第１のレンズ群の光路外へ退避させることを特徴とする光学機器。
2. 前記光学系の焦点距離範囲が前記第２の焦点距離範囲から前記第１の焦点距離範囲へ移行するとき、前記連動部材は、前記第１のレンズ群が移動を開始した後に移動を開始し、前記第１のレンズ群が移動を完了する前に移動を完了することを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
3. 前記光学系の焦点距離範囲が前記第２の焦点距離範囲の場合、前記第２のレンズ群は、前記第１のレンズ群よりも像面側に位置す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。
4. 前記光学系の焦点距離範囲を前記第１の焦点距離範囲から前記第２の焦点距離範囲へ変更する第３のレンズ群を備え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。
5. 前記光学系の焦点距離範囲が前記第２の焦点距離範囲の場合、前記第３のレンズ群は前記第１のレンズ群および前記第２のレンズ群よりも像面側に位置することを特徴とする請求項４に記載の光学機器。
6. 前記光学系の焦点距離範囲が前記第２の焦点距離範囲の場合、前記第３のレンズ群は前記第２のレンズ群よりも像面側に位置し、
   前記光学系の焦点距離範囲が前記第１の焦点距離範囲の場合、前記第３のレンズ群は前記第２のレンズ群よりも被写体側に位置することを特徴とする請求項４または５に記載の光学機器。
7. 少なくとも前記第２のレンズ群と前記第３のレンズ群とのどちらかは、前記連動部材が移動することによって生じる空間へ回転しながら退避することを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の光学機器。
8. 前記第２のレンズ群は、前記光軸と略直交する第１の回転軸と第２の連結部とを有し、
   前記光学系の焦点距離範囲が前記第２の焦点距離範囲から前記第１の焦点距離範囲へ移行するとき、前記第１の連結部は前記第２の連結部と連結して、前記第１の回転軸を中心に、前記第２のレンズ群を前記第１のレンズ群の光路外へ退避させることを特徴とする請求項４ないし７のいずれか１項に記載の光学機器。
9. 前記第３のレンズ群は、前記光軸と直交する第２の回転軸と第３の連結部とを有し、
   前記光学系の焦点距離範囲が前記第２の焦点距離範囲から前記第１の焦点距離範囲へ移行するとき、前記第１の連結部が前記第３の連結部と連結して、前記第２の回転軸を中心に、前記第３のレンズ群を前記第１のレンズ群の光路外へ退避させ、前記第３の連結部は前記第２の連結部と連結して、前記第１の回転軸を中心に、前記第２のレンズ群を前記第１のレンズ群の光路外へ退避させることを特徴とする請求項８に記載の光学機器。
10. 前記第１の連結部はラックであり、前記第２の連結部および前記第３の連結部はギアであり、互いに噛み合うことによって連結されることを特徴とする請求項９に記載の光学機器。
11. 前記連動部材はカムフォロアを有することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の光学機器。
12. 前記第１のレンズ群は、フォーカスレンズを含み、前記フォーカスレンズが前記光軸と平行な方向に沿って移動することによって、焦点を調整することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の光学機器。
13. 前記光軸を中心に回転可能な操作部材を備え、前記フォーカスレンズと前記連動部材とは、前記操作部材の回転と連動して移動することを特徴とする請求項１２に記載の光学機器。
14. カメラマウントを有するカメラ本体と、前記カメラマウントと接続可能なレンズマウントを有する請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の光学機器と、で構成されることを特徴とする撮像装置。