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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-02
(45)【発行日】2024-08-13
(54)【発明の名称】光学機器
(51)【国際特許分類】
   G02B 7/04 20210101AFI20240805BHJP
【FI】
G02B7/04 D
【請求項の数】 11
(21)【出願番号】P 2020083261
(22)【出願日】2020-05-11
(65)【公開番号】P2021179469
(43)【公開日】2021-11-18
【審査請求日】2023-05-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000001007
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100114775
【弁理士】
【氏名又は名称】高岡 亮一
(74)【代理人】
【識別番号】100121511
【弁理士】
【氏名又は名称】小田 直
(74)【代理人】
【識別番号】100208580
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 玲奈
(72)【発明者】
【氏名】早川 誠
【審査官】瀬戸 息吹
(56)【参考文献】
【文献】特開2011-128184(JP,A)
【文献】特開平09-203845(JP,A)
【文献】特開2016-122024(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2016/0170171(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G02B 7/02 - 7/16
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
レンズ群を光軸方向に沿って移動する直進筒と、
前記直進筒の前記光軸方向に沿った移動を案内する案内溝部を有する案内筒と、を有し、
前記案内溝部は、外径側に底面を有するように前記光軸方向に沿って形成される第1案内溝部と、外径側から内径側まで貫通穴として前記光軸方向に沿って形成される第2案内溝部とが、形成され、
前記第1案内溝部と前記第2案内溝部はつながっており、前記光軸方向に沿ってそれぞれの使用領域が一部重なっていることを特徴とする光学機器。
【請求項2】
前記案内溝部は、前記第2案内溝部の前記使用領域より内側に逃げ溝としての第3案内溝部を有することを特徴とする請求項1に記載の光学機器。
【請求項3】
前記第1案内溝部の光軸直交方向の幅をAとし、前記第2案内溝部の前記光軸直交方向の幅をBとし、前記第3案内溝部の前記光軸直交方向の幅をCとするとき、
B<C<A
を満たすことを特徴とする請求項2に記載の光学機器。
【請求項4】
前記第1案内溝部及び前記第2案内溝部は同じ位相にあることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の光学機器。
【請求項5】
前記案内筒は、外周部に径嵌合部を有し、
前記径嵌合部は、前記第案内溝部の外径側で且つ前記光軸方向において前記第案内溝部と重ならない位置に形成されていることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の光学機器。
【請求項6】
前記案内筒の径嵌合部を介して回転可能に保持されているズームリングと、
前記ズームリングは、内径側に第1カムフォロアと係合する第1カム溝部を形成していることを特徴とする請求項5に記載の光学機器。
【請求項7】
前記第1カムフォロアは、前記第1カム溝部に加え、
前記直進筒の内径側に配置される前記案内筒の前記第案内溝部と、前記案内筒の内径側に配置される複数のカム溝を有するカム環に形成された第2カム溝部とも係合することを特徴とする請求項6に記載の光学機器。
【請求項8】
前記ズームリングは、前記案内筒の径嵌合部と前記ズームリングの径嵌合部とが互いに嵌合することで、前記案内筒に回転可能に保持され、
前記案内筒の径嵌合部と前記ズームリングの径嵌合部は切り欠きがないことを特徴とする請求項6または7に記載の光学機器。
【請求項9】
前記第2案内溝部と前記第3案内溝部の間に斜面部を有し、
前記斜面部の光軸直交する方向の幅をdとするとき、
前記第案内溝部の底面における前記光軸直交する方向の位置は、前記光軸直交する方向における幅d内であることを特徴とする請求項2に記載の光学機器。
【請求項10】
前記第1案内溝部と前記第2案内溝部はそれぞれ異なる加工手段によって形成されることを特徴とする請求項1~のいずれか1項に記載の光学機器。
【請求項11】
請求項1~1のいずれか1項に記載の光学機器と、
該光学機器からの光を受光する撮像素子を備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レンズ鏡筒等の光学機器に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば特許文献1に記載される交換レンズ鏡筒は、カム筒が内周側に配置され、案内筒がその外周側に配置され、さらにその外周側にズーム操作環が配置された構成となっている。
【0003】
特許文献1の構成では、案内筒の外周にはズーム操作環との径嵌合部が設けられている。この径嵌合部によりズーム操作環は、案内筒の外周に周方向に回転可能に取り付けられている。このズーム操作環を回転させると、当該回転に連動して直進筒が周方向に回転することなく光軸方向に移動し、カム筒が周方向にて回転する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第6381382号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述の構成では、案内筒とズーム操作環の間の径嵌合部のガタつきを抑える事が、案内筒とズームリングの位置決めにおいて重要となる。ズームリングの位置決めは、直進筒の位置決めの際に重要となり、この位置決めは光学機器の光学性能に大きく関わってくる。案内筒とズーム操作環の間の径嵌合部のガタつきを抑えるには、案内筒の嵌合部を、切り欠き部がない全周嵌合とする事が重要である。切り欠き部があると、切り欠き部がある位置でのガタが大きくなってしまう。
【0006】
一方、ズームレンズをより高倍化するには、一般的に各群の繰り出し量を大きくすることが求められる。また、カム環の回転量を確保しつつ、各群のカム溝をカム環に効率的に配置するには、案内筒に設ける各群の直進溝を共通化(共有化)して設けることが効果的と考えられる。
【0007】
しかしながら、各群の直進溝を共有すると直進溝の長さが長くなり、上述の案内筒の径嵌合部と光軸方向位置で重なってしまう問題がある。そして、この場合、案内筒に貫通で直進溝を設けてしまうと、案内筒の径嵌合部が切り欠かれてしまう。これにより、ズームリングとの位置決めに悪影響が出てしまい、結果光学機器の光学性能を悪化させる恐れが生じてしまう。
【0008】
そこで本発明では、例えば、レンズの位置決め精度が良く光学性能に優れた光学機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するために、本発明の光学機器は、レンズ群を光軸方向に沿って移動する直進筒と、直進筒の光軸方向に沿った移動を案内する案内溝部を有する案内筒と、を有し、案内溝部は、外径側に底面を有するように光軸方向に沿って形成される第1案内溝部と、外径側から内径側まで貫通穴として光軸方向に沿って形成される第2案内溝部とが、形成され、第1案内溝部と第2案内溝部はつながっており、光軸方向に沿ってそれぞれの使用領域が一部重なっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明では、例えば、レンズの位置決め精度が良く光学性能に優れた光学機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】実施例1のシステム構成を表した図である。
図2】実施例1の光学機器の断面図である。
図3】実施例1のカム環を外周側から見た展開図である。
図4】実施例1の案内筒の案内溝の構成を模式的に示した図である。
図5】実施例1の案内筒の案内溝の光軸直交方向における断面図である。
図6】実施例1の案内筒の案内溝の加工について模式的に示した図である。
図7】実施例1の案内筒の案内溝の加工について光軸直交方向における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下に、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について実施例を用いて説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略ないし簡略化する。
【0013】
〔実施例1〕
図1は、本実施例のレンズ鏡筒(光学機器)101及びカメラ201のシステム構成の一例を示す図である。以下、図1を参照して、本実施例に係るレンズ鏡筒101及びカメラ201のシステム構成について説明する。
【0014】
レンズ鏡筒101は、1群鏡筒401、フォーカス鏡筒404、絞りユニット405、後群鏡筒410、像ぶれ補正ユニット411及び5群鏡筒412を含みうる。また、ジャイロセンサ106、レンズ側メインCPU107、像ぶれ補正駆動源108、絞り駆動源109及びフォーカス駆動源110も含みうる。また、各鏡筒にはレンズ群が保持されている。
【0015】
1群鏡筒401は、マウント414を介してカメラ201に固定され、レンズ鏡筒101内の撮影光学系を通して、カメラ201に保持されている撮像素子202上に結像することで被写体の撮像を行う。フォーカス鏡筒404は、後述のように4群レンズ454を保持する保持部材としても機能し、駆動機構によって後群鏡筒410と相対的に光軸方向(スラスト方向)へ移動し、焦点調節を行う。ここで光軸方向とは、光軸に沿った方向(撮影光学系の光軸が延びる方向)をいう。
【0016】
絞りユニット(光量調整ユニット)405は、1群レンズ451に入射して撮像素子へ導かれる光量を調節する。絞り駆動源109は、絞りユニット405の駆動源である。像ぶれ補正ユニット(像ぶれ補正装置)411は、例えば、手ぶれ等による画像の乱れを補正する。像ぶれ補正駆動源108は、像ぶれ補正ユニット411の駆動源である。ジャイロセンサ(角速度センサ)106は、例えば、手ぶれ等による振動成分を検知するセンサである。また、ジャイロセンサ106はこれらのぶれを検出するぶれ検出手段としても機能する。
【0017】
レンズ側メインCPU107は、レンズ全体の駆動を統括的に制御することや計算を行うレンズ側の制御手段として機能する。また、絞り駆動源109、フォーカス鏡筒404、絞りユニット405の駆動は、レンズ側のメインCPU107から駆動指令(指示)を出すことで実施される。像ぶれ補正制御を行う際には、レンズ側のメインCPU107がジャイロセンサ106の検出値を用いて、ぶれ補正量を算出し、像ぶれ補正駆動源108に指示を送る。光軸xに対して直交する軸である、y方向(ヨー方向)、p方向(ピッチ方向)に像ぶれ補正ユニット411を駆動させることで、ぶれ補正を行う。
【0018】
像ぶれ補正ユニット411及び像ぶれ補正駆動源108は、像ぶれ補正手段としても機能する。また、レンズ側のメインCPU107は、レンズ鏡筒101またはカメラ201の保持状態をジャイロセンサ106の検出値から判断する判断手段としても機能する。
【0019】
カメラ201には、撮像素子202、カメラ側のメインCPU203、レリーズボタン204、主電源205及び画像記録用メディア206が含みうる。
【0020】
撮像素子202は、撮像光学系を通過した光束により形成された被写体像を撮像(光電変換)する。カメラ側のメインCPU203は、カメラ201内の各種装置の動作を制御するカメラ側の制御手段として機能する。また、マウントに設けられた不図示の接点ブロックを介して、カメラ側メインCPU203からレンズ鏡筒101に電力の供給や、その他撮影情報のやり取りをレンズ側メインCPU107と行う。
【0021】
レリーズボタン204は、2段押しの構成を有する操作部材である。レリーズボタン204の1段目をSW1と呼び、2段目をSW2と呼ぶ。SW1では、撮影スタンバイからの復帰や、手ぶれ補正開始、オートフォーカスの開始、測光の開始などの撮影開始準備の指示を行う。SW2では、撮影を行い画像記録用メディア206への画像の記録指示を行う。
【0022】
図2は、本実施例の光学機器としての交換レンズに用いられるレンズ鏡筒101の断面図である。また、以下の説明において物体側は撮影する被写体がある側と定義し、図2の図面上では左側になる。像面側はカメラの撮像素子がある側と定義し、図2の図面上では右側になる。なお、本実施例では交換レンズについて説明するが、同様の構成をレンズ一体型のデジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置のレンズ鏡筒にも適用することができる。
【0023】
レンズ鏡筒101は、1群レンズ451、2群レンズ452、3群レンズ453、4群レンズ454及び5群レンズ455を含む撮影光学系(光学部材)を保持している。
【0024】
1群レンズ451は、1群鏡筒401に保持されている。直進筒417は、1群鏡筒401に固定されている。2群レンズ452は像ぶれ補正ユニット411に保持されている。また、2群レンズ452は光軸に垂直な方向に移動することで像ブレを補正しうる。像ぶれ補正ユニット411は案内筒474に固定されている。なお、像ぶれ補正ユニット411はズーム操作によって光軸方向には動かない。
【0025】
3群レンズ453は、後群鏡筒410に保持されている。4群レンズ454は、フォーカス鏡筒404に保持されておりフォーカス鏡筒404設けられた案内機構を介して、後群鏡筒410に保持されている。5群レンズ455は、5群鏡筒412に保持されている。絞りユニット405は光量調節を行い、後群鏡筒410に固定される。案内筒474の外径(外周部)側にある、後固定筒472にビスで固定されており、複数の直進溝が設けられている。
【0026】
カム環416は、案内筒474の内周に回転可能に嵌合したカム環(カム部材)である。カム環416の周方向には複数のカム溝が設けられている。
【0027】
ズームリング(ズーム操作環)435は、案内筒474に回転可能に保持されている。以下、本実施例のズーム機構について説明する。ズームリング435は複数のカム溝が設けられている。ズームリング435を、手動により回転させると、直進筒417はズームリング435のカム溝(第1カム溝部)と案内筒474の直進溝474aにガイド部材としてのカムフォロア491が係合している為、カムフォロア491が摺動し光軸方向に移動する。
【0028】
基板431は、駆動用IC等が配置されたプリント基板であり、後固定筒472に固定されている。外観リング427は、マウント414と共に、後固定筒472にビス固定される。前固定筒423は後固定筒472にビス固定される。
【0029】
マニュアルフォーカスリング(MF)ユニット419は、前固定筒423を軸として回転可動に支持されている。マニュアルフォーカスリングユニット419を回転させると、その回転をセンサ(不図示)が検出し、回転量に応じて手動の焦点調節を行う。AFモータ480は、後群鏡筒410に固定されており、フォーカス鏡筒404の駆動を行う。
【0030】
図3は、本実施例のカム環416を外周側から見た展開図である。図3に示している点線部は、案内筒474の直進溝を表している。ここで、図3に示しているカム溝及び直進溝について、カム環416のカム溝(第2カム溝部)416aは直進筒417のカム溝である。カム環416のカム溝(第3カム溝部)416bは後群鏡筒410のカム溝である。カム環416のカム溝416cは5群鏡筒412のカム溝である。ここで、直進溝(第案内溝部)474aと直進溝(第案内溝部)474bは案内筒474の案内溝である。案内筒474の直進溝474aは直進筒417の直進溝である。案内筒474の直進溝474bは後群鏡筒410と5群鏡筒412共通の直進溝である。
【0031】
前述したように、ズームリング435を手動により回転させると、直進筒417はズームリング435のカム溝と案内筒474の直進溝474aにカムフォロア(第1カムフォロア)491が係合している為、カムフォロア491が摺動し光軸方向に移動する。そして、直進筒417に設けられたカムフォロア491がカム環416のカム溝416aとも係合している。したがって、直進筒417が光軸方向に移動するとカム環416が光軸周りに回転する。
【0032】
後群鏡筒410は、カム環416のカム溝416bと案内筒474の直進溝474bにカムフォロア(第2カムフォロア)492を介して係合している。5群鏡筒412は、カム環416のカム溝416cと案内筒474の直進溝474bにカムフォロア(第3カムフォロア)493を介して係合している。これにより、カム環416が回転することでカムフォロア492及びカムフォロア493が摺動し、後群鏡筒410と5群鏡筒412は光軸方向に移動する。このように、ズームリング435を手動で回転させることにより、直進筒417、後群鏡筒410及び5群鏡筒412が光軸方向に移動することで、ズーム動作を行っている。
【0033】
ここで、案内筒474の直進溝474a、直進溝474bは同位相に配置されている。これにより、カム溝416a、カム溝416b、カム溝416cも同位相に配置されている。また、カム溝416a、カム溝416b、カム溝416cによって保持されるレンズの倒れを抑制する為には、カム交角をできる限り小さくすることが必要である。カム交角を小さくするには、カムの展開長を大きく取る(カム回転角を大きくとる)必要がある。カムの回転角を大きく取ると、直進溝のそれぞれのカムに対して、ずらした位相に配置するのが困難になる。直進溝のそれぞれのカムに対して、ずらした位相に配置した場合は、カムの配置効率が悪くなる。その結果カムの長さが大きくなってしまい、レンズ全体が大きくなってしまう問題がある。
【0034】
本実施例においては、ズームリング435に形成される径嵌合部435cと案内筒474に形成される径嵌合部474cが互いに径嵌合することで、ズームリング435は案内筒474に回転可能に保持される。ここで径嵌合部435c及び径嵌合部474cはどちらも切り欠きのない全周嵌合になっている。径嵌合部435c及び径嵌合部474cを切り欠きのない全周嵌合にすることで、ズームリング435の案内筒474に対する偏芯位置を精度良く決めることができるため直進筒417の倒れを精度良く決めることができる。これにより、本実施例では、1群レンズ451の倒れ位置を精度良く決めることになり、高い光学性能を維持できる。
【0035】
案内筒474の径嵌合部474cの全周嵌合を実現する為に、案内筒474の直進溝474bは、案内筒474の内径側からの加工(インナー加工)により、外径側に底面を有するような溝(有底溝)であって、かつ光軸方向に沿った直進溝として形成される。一方で、案内筒474が直進筒417の内径側にあり、カム環416がさらにその内径側にある為、直進溝474aは貫通溝とする。したがって、直進溝474aは、案内筒474の外径側からの加工(アウター加工)により、内径側まで貫通した貫通穴(貫通溝)を形成し、かつ、光軸方向に沿った直進溝として形成される。また、直進溝474aは、案内筒474の径嵌合部474cと光軸方向で重ならないように形成される。このように、異なる加工手段によって直進溝474bと直進溝474aの加工を分ける事で、径嵌合部474cの全周化が可能となる。
【0036】
ここで、案内筒474の直進溝474bと直進溝474aについて図4及び図5を参照して以下に詳しく説明する。
【0037】
図4は、本実施例の案内筒474の案内溝としての直進溝474aと直進溝474bの構成を模式的に示した図である。図5は、本実施例の案内筒474の案内溝を光軸方向から見た断面図である。図4(A)は、案内筒474の斜視図である。図4(B)は、案内筒474の直進溝474aと直進溝474bを内径側から見た図である。図4(C)は、図4(B)のD-D断面図である。図4(C)に示している断面図では図面上側が、内径側であり図面下側を外径側としている。
【0038】
ここで、図4に示しているように、直進溝474bは内径側にあり、直進溝474aは外径側にあり、直進溝474bと直進溝474aはそれぞれ繋がっている。図4(B)に示しているmは直進溝474aの光軸方向範囲であり、nは直進溝474bの光軸方向範囲である。nとmは光軸方向において互いに一部重なる領域が存在している。そのnとmが重なる領域においても、直進溝474aと直進溝474bは光軸直交方向(ラジアル方向)において重ならないように配置されている。このようにすることで、直進溝474bと直進溝474aの使用領域全域において、溝の光軸直交方向の幅は一定になり、使用領域全域で特性が変わらないように配慮されている。
【0039】
図5(A)は、図4(C)のA-A断面図である。図5(B)は、図4(C)のB-B断面図である。図5(C)は、図4(C)のC-C断面図である。なお、図5に示している各断面は、図2の断面図の各部材位置と対応している。
【0040】
ここで、図5で示すように、直進溝474aの溝の幅を貫通直進溝幅Bとし、有底溝である直進溝474bの溝の幅を有底直進溝幅Aとする。上述した直進溝474aの光軸方向範囲mで、光軸方向範囲nと重ならない範囲であり、図5(C)で示されるように、直進溝474aの使用領域(使用範囲)より内側にある溝(逃げ溝、第3案内溝部)の幅を逃げ溝幅Cとする。図5(A)において、直進筒417側のカムフォロア491は外周側から直進溝474bを逃げて内周側のカム環416まで貫通しなくてはならい。貫通直進溝幅Bの方が小さければ、係合させるコロ(カムフォロア)は同径で良いので逃げ易くなり、これにより直進筒417の掛かり量を長く確保できる。
【0041】
この時、有底直進溝幅A、貫通直進溝幅B及び逃げ溝幅Cの関係を、以下の式(1)で示す。
貫通直進溝幅B<逃げ溝幅C<有底直進溝幅A・・・(1)
上記式(1)の関係を満たすと、加工性が優れ、直進溝474a及び直進溝474bがその使用領域で一定の形状となる加工が実現できる。
【0042】
以下、図6及び図7を参照して、上記式(1)の関係式を満たすような加工方法について説明する。図6は、本実施例の案内筒474の案内溝としての直進溝474aと直進溝474bの加工について模式的に示した図である。図7は、直進溝474aと直進溝474bの加工について模式的に示した図6の断面図である。図7(A)は図6(C)のG-G断面を示した断面図である。図7(B)は図6(C)のH-H断面を示した断面図である。
【0043】
直進溝474aと直進溝474bの加工は、溝を形成するための切削工具を用いて行う。本実施例では例えば、切削工具としてエンドミルを用いる。エンドミル494は直進溝474aと直進溝474の使用範囲より内側にある溝を切削加工する。エンドミル494は、直進溝474aと直進溝474の使用範囲より内側にある逃げ溝の加工に際し、貫通直進溝幅Bと逃げ溝幅Cを形成する。
【0044】
エンドミル495は、直進溝474bを切削加工する。エンドミル495は直進溝474bの加工に際し、有底直進溝幅Aを形成する。また、エンドミル495は加工に際し、貫通直進溝幅Bと逃げ溝幅Cの間を斜面部で繋いでいる。この斜面部の光軸直交方向幅をdとする。底面474dは直進溝474bの底面である。また、底面474dの光軸直交方向位置は、斜面部の光軸直交方向幅d内になるように設定されている。上記のように設定することで、エンドミル494で案内筒474の外側から光軸方向範囲mの加工を行い、エンドミル495で案内筒474の内側から光軸方向範囲nの加工を行うだけで、上記のような形状の溝が実現できる。なお、直進溝474aと直進溝474bを加工する切削工具は、本実施例ではエンドミルを用いたが、これに限らずエンドミル以外で同様の加工が可能な切削工具によって加工してもよい。
【0045】
光軸方向範囲mと光軸方向範囲nの両方の範囲をエンドミル495によってインナー加工を行う方法も考えられるが、その場合は加工にかかる時間が増え加工コストが増大してしまう。
【0046】
また、インナー加工は、上記加工を実施する加工機の特性上、加工長さを長く取りづらく、加工長さに制限がある場合がある。そのような場合も、本実施例における加工方法ならインナー加工範囲を短く設定できるため、加工制約を受けづらく、任意の加工が可能となる。
【0047】
以上のように、上述した直進溝474aと直進溝474bをそれぞれ異なる加工手段によって加工することにより、径嵌合部435c及び径嵌合部474cはどちらも切り欠きのない全周嵌合とすることができる。これにより、直進筒417の倒れを精度良く決めることができるため1群レンズ451の倒れ位置を精度良く決めることになり、光学性能の優れた光学機器を提供することができる。
【0048】
以上、本発明をその好適な実施例に基づいて詳述してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
【符号の説明】
【0049】
474 案内筒
474a 直進溝
474b 直進溝
474c 径嵌合部
491 カムフォロア
492 カムフォロア

図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7