JP4218308B2 - 光学ユニット及び撮像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学系を使用位置と収納位置との間に移動可能な沈胴式の光学ユニットであって、光学ユニットの沈胴時に光学フィルタを光軸上から光軸外に退避させる退避機構を有する光学ユニット、及びその光学ユニットを備えたデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置に関し、特に、ユーザーが沈胴動作を強制的に実行したり、光学ユニットの沈胴時に退避機構が作動しない異常時等に、光学フィルタを光軸上から光軸外に強制的に退避させるようにした光学ユニット、及びその光学ユニットを備えた撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置においては、携帯性の向上や使い勝手の良化が求められ、装置全体の小型化が追求されており、撮像装置に用いられる光学系レンズ鏡筒やレンズの小型化も進められている。更に、撮影された画像のさらなる高画質化・高画素化の要望は非常に強く、光学系の構成部材であるレンズは大型化しても、駆動機構を小型化することによって光学系レンズ鏡筒の小型化が要望される場合がある。
【０００３】
また、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置において使用されている、所謂沈胴式レンズに関しても携帯性の利便性という観点から、小型化及び薄型化が要望されている。更に、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置においては、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子は、光学系鏡筒によって結像された被写体の像を受像し、この受像した光を光電変換して電気信号として出力し、被写体の像に対応したデジタルデータを生成する。
【０００４】
ここで、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子は、幾何学的に離散的なサンプリングをするために、撮像素子の周期配列より細かい幾何学模様（髪の毛、縞模様、タイル模様等）を写すと、偽色信号やモアレ等が生じ、画像に違和感が生じてしまうという不具合がある。この不要な高周波成分を除くために、光学式ローパスフィルタによってボケを加えるということが一般に行われている。このように光学式ローパスフィルタには、回折現象、複屈折、球面収差等を利用した様々な「ボカス」手段が提案され、実施されている。
【０００５】
また、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子は、一般的に可視光だけでなく赤外域にも高い感度を持っているため、不要な赤外域を遮断しなければ正しい色再現ができない。この不要な赤外域を遮断するために赤外域カットフィルタが用いられており、その赤外域カットフィルタは赤外線だけでなくオレンジから赤にかけてなだらかな吸収カーブを描き、長波長域の色再現を整える役割も果たしている。この赤外域カットフィルタには、ガラス又はプラスチックを使用した吸収タイプの他に、マルチコーティングにより赤外線を反射して透過光をカットするタイプもある。
【０００６】
一般的なデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置においては、上述したように高い色再現性を追及するために赤外域カットフィルタが用いられている（例えば、特許文献２参照。）。この赤外域カットフィルタは、光路中に配置すること及び光路から外すことができるようになっている。また、赤外線ライト等で赤外光を被写体に照射することにより、通常のデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置では撮影できないような真っ暗闇の環境においても、フラッシュ等の閃光装置や照明装置等の発光装置を使わずに撮影することもできる（「ナイトショット機能」）。
【０００７】
また、最近本出願人により、上述したナイトショット機能（赤外線撮影機能）だけでなく、フォーカスに同期して赤外域カットフィルタをレンズの光軸上に出し入れすることで、暗闇でのフレーミングと自然な色合いでの画像記録を両立する機能（「ナイトフレーミング機能」）が開発されている。これは、フレーミング時において、赤外域カットフィルタを光軸外に退避させることによって赤外線撮影状態で正確なフレーミングを実現し、ピント合わせの段階で赤外域カットフィルタを光軸上に戻してピント合わせを行い、撮影（記録）の際にフラッシュを発光させることによって自然な色再現での撮影を行うものである。
【０００８】
図５は、沈胴式レンズを備えた、例えばデジタルスチルカメラの不使用時のレンズ収納状態、つまりレンズの沈胴位置の外観斜視図を示すものである。図６は、レンズ鏡筒が伸長したカメラ使用状態を示すもので、ワイド（広角）位置若しくはテレ（望遠）位置の外観斜視図である。
【０００９】
また、図７Ａ、Ｂ、Ｃ及び図８Ａ、Ｂ、Ｃに従来の沈胴式レンズを示す。即ち、図７Ａ、Ｂ及びＣは、沈胴式レンズの光学ユニットの外観形状を示すもので、図７Ａは沈胴状態、図７Ｂはワイド状態、図７Ｃはテレ状態をそれぞれ示す斜視図である。また、図８Ａは不使用時のレンズ収納位置、図８Ｂはワイド（広角）位置、図８Ｃはテレ（望遠）位置をそれぞれ示す断面図である。そして、図９は、沈胴式レンズを分解した状態の斜視図である。
【００１０】
まず、図５及び図６において、デジタルスチルカメラの主な機能について説明する。符号１がデジタルスチルカメラのカメラ本体部であり、符号２がカメラ本体部１の一側前面に設けられている沈胴式の撮像レンズ部である。図５Ａの沈胴状態では、バリア３により撮像レンズ部２の前玉レンズ面が保護されている。更に、カメラ本体部１の前面側にはファインダレンズ４と、ストロボ５と、被写体との距離を検出するためのオートフォーカス補助光受光部６が配置されている。また、符号７はファインダ窓、８はシャッターボタン、９はモード切り換えつまみである。
【００１１】
次に、図７Ａ、Ｂ、Ｃ及び図８Ａ、Ｂ、Ｃを参照して、沈胴式の光学ユニットである撮像レンズ部２の詳細な構成について説明する。ここに示す沈胴式の光学ユニットは、夜間撮影ができないタイプ（ナイトショット機能未搭載型）のものである。
【００１２】
符号１０は、複数のレンズ１１を保持した１群レンズ枠であり、１群レンズ枠１０はカム環１２の第１のカム溝１２ａに嵌合される複数のカムピン１０ａを備えている。１群レンズ枠１０は、例えばガラス繊維を含有する黒色のポリカーボネート樹脂で成形され、強度及び遮光性を有している。
【００１３】
符号１３は、複数のレンズ１３ａを保持した２群レンズ枠であり、２群レンズ枠１３はカム環１２の第２のカム溝１２ｂに嵌合される複数のカムピン１３ｂを備えている。２群レンズ枠１３は、例えばガラス繊維を含有する黒色のポリカーボネート樹脂で成形され、強度及び遮光性を有している。また、２群レンズ枠１３にはアイリスシャッタ機構を構成している場合もある。
【００１４】
上述したカム環１２は、ギアユニット１４のギア１４ａにより固定環１５の内径内で回転駆動するためのギア部１２ｃと、固定環１５のカム溝１５ａに嵌合される複数のカムピン１２ｄを備えている。カム環１２は、例えばガラス繊維を含有する黒色のポリカーボネート樹脂で成形され、強度及び遮光性を有している。第１のカム溝１２ａ及び第２のカム溝１２ｂは、１群レンズ枠１０及び２群レンズ枠１３を所定のカーブに沿って光軸Ｌ方向に移動させるズーミング動作が行われる。
【００１５】
符号１６は直進案内環であり、カム環１２と一体的に固定環１５の内側で光軸Ｌ方向に移動する部材である。この直進案内環１６には、１群レンズ枠１０を光軸方向にガイドする複数の案内溝１６ａと、２群レンズ枠１３を光軸方向にガイドする複数の案内溝１６ｂを備えている。この直進案内環１６は、例えばガラス繊維を含有する黒色のポリカーボネート樹脂で成形され、強度及び遮光性を有している。
【００１６】
固定環１５は、後部鏡筒１７に固定される部材である。この固定環１５は、例えばガラス繊維を含有する黒色のポリカーボネート樹脂で成形され、強度及び遮光性を有している。
【００１７】
符号１８は、レンズ１９を保持した３群レンズ枠である。この３群レンズ枠１８は、例えばガラス繊維を含有する黒色のポリカーボネート樹脂で成形され、強度及び遮光性を有している。この３群レンズ枠１８は、後部鏡筒１７に対して光軸方向に移動可能に保持されており、図示しないステッピングモータ等の動力源によって光軸方向に微小に変移するようになっている。
【００１８】
後部鏡筒１７には固定環１５と、バリア駆動機構２０と、ギアユニット１４が固定される。また、後部鏡筒１７には３群レンズ枠１８に対面するようにした保持部２１に光学式ローパスカットフィルタや赤外カットフィルタからなる光学フィルタ２２がシールゴム２３で弾性付勢されるようにして位置決め固定されている。更に、後部鏡筒１７には光学フィルタ２２の背後にＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子２４が位置決め固定されている。
【００１９】
バリア駆動機構２０は、撮像レンズ部２の沈胴時に連動してバリア３を閉止駆動するための突起部材である。また、ギアユニット１４は、ギア１２ｃと噛み合うギア部１４ａを介してカム環１２を回転駆動するものであり、そのギア比は沈胴状態→ワイド状態→テレ状態及びテレ状態→ワイド状態→沈胴状態の範囲において十分な駆動力を得られるように決められている。
【００２０】
次に、上述した撮像レンズ部２の動作について説明する。
図８Ａの沈胴状態から図８Ｂのワイド位置の間の動作において、カム環１２は、そのギア部１２ｃに噛合されるギアユニット１４のギア１４ａがＤＣモータ等の駆動源によって駆動されることにより、そのカムピン１２ｄが固定環１５のカム溝１５ａに沿って回転しながら光軸Ｌに沿って被写体に向けて移動する。このとき、直進案内環１６は、カム環１２と一体的に矢印Ａ方向に移動する。
【００２１】
これと同時に１群レンズ枠１０は、そのカムピン１０ａがカム環１２の第１のカム溝１２ａ及び直進案内環１６の案内溝１６ａに沿って矢印Ｂ方向へ移動する。これと同時に２群レンズ枠１３は、そのカムピン１３ｂがカム環１２の第２のカム溝１２ｂ及び直進案内環１６の案内溝１６ｂに沿って矢印Ｃ方向へ移動する。以上のような動作により、１群レンズ枠１０及び２群レンズ枠１３は光学的にワイド位置となる。
【００２２】
そして、ワイド位置から図８Ｃのテレ位置の間の動作においても、カム環１２はギアユニット１４により駆動されるが、この範囲においてカムピン１２ｄはカム溝１５ａの水平なカム溝１５ｂを移動することでカム環１２が光軸方向に移動しないことから、直進案内環１６も矢印Ｄに示すように光軸方向には移動しない。このとき、１群レンズ枠１０は、そのカムピン１０ａがカム環１２のカム溝１２ａ及び直進案内環１６の案内溝１６ａに沿って矢印Ｅ方向に移動する。
【００２３】
同時に２群レンズ枠１３は、そのカムピン１３ｂがカム環１２のカム溝１２ｂ及び直進案内環１６の案内溝１６ｂに沿って矢印Ｆ方向に移動する。以上のような動作により、１群レンズ枠１０及び２群レンズ枠１３は光学的にワイド位置からテレ位置の間を移動することによってズーミング動作を行う。尚、テレ位置からワイド位置、ワイド位置から沈胴状態については、ギアユニット１４のギア１４ａを逆回転駆動することで、カム環１２を逆向きに回転させることによって行う。
【００２４】
ここで、１群レンズ枠１０及び２群レンズ枠１３がズーミング動作を行ったとき、これとは別の図示しない、例えばステッピングモータ等からなる駆動源によって３群レンズ枠１８が光軸方向に微小に変位することによりフォーカッシング動作を行う。
【００２５】
このような構成を有する従来の沈胴レンズの沈胴状態において、光学式ローパスカットフィルタや赤外域カットフィルタ等の光学フィルタ自体の厚さ及び光学フィルタの挿入・固定部分の厚さにより、３群レンズ枠１８がＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子２４方向に移動できる範囲が規制されてしまう。また、３群レンズ枠１８と２群レンズ枠１３との間、及び２群レンズ枠１３と１群レンズ枠１０との間を近づけることができる距離に関しても、ある一定の限界があった。
【００２６】
仮に、３群レンズ枠１８を後部鏡筒１７（光学フィルタの挿入・固定部分）に接触するところまで移動させ、３群レンズ枠１８〜２群レンズ枠１３間、及び２群レンズ枠１３〜１群レンズ枠１０間をそれぞれ接触するところまで近づけたとしても、撮像レンズ部２（沈胴式レンズ）の沈胴全長は、ある一定の限界までしか薄型化することができなかった。
【００２７】
また、光学フィルタ２２は、赤外域カットフィルタが光学式ローパスフィルタと張り合わされた状態で光学フィルタとして使用されて後部鏡筒１７に固定されていた。そのため、赤外域カットフィルタを光軸上に出し入れすることができず、従って夜間撮影ができなかった。
【００２８】
次に、図１０Ａ、Ｂ、Ｃ、図１１Ａ、Ｂ、図１２及び図１３を参照して、夜間撮影が可能なタイプ（ナイトショット機能搭載型）の先行技術に係る沈胴式光学ユニットである撮像レンズ部２の詳細な構成について説明する。この夜間撮影（ナイトショット）は、赤外域カットフィルタを光軸上に出し入れすることで可能になる技術である。光学ユニット全体の構成は、上述した夜間撮影ができないタイプ（ナイトショット機能未搭載型）の沈胴式光学ユニットと同様であるため、同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。
【００２９】
この沈胴式レンズ（撮像レンズ部）７０は、光学的には３群構成であり、１群レンズと２群レンズが所定のカムカーブに沿って光軸方向に駆動されることによってズーミングを行い、３群レンズが光軸方向に微小に変位することによってフォーカシングを行うことができる。即ち、１群レンズと２群レンズの変位によって焦点距離を可変し、３群レンズの変位によって適切に合焦させることができるように構成されている。
【００３０】
沈胴式レンズ７０の構成は、図８及び図９にて示したものと略同様である。１群レンズ枠１０は、カム環１２の第１のカム溝１２ａに係合される３本のカムピン１０ａを外周部に有し、内周部には１群レンズを構成する複数のレンズ１１が挿入・固定される複数のレンズ室１０ｂが設けられている。これらレンズ室１０ｂの前側には、沈胴状態において前玉レンズを保護するバリア機構のバリア３が設けられている。
【００３１】
２群レンズ枠１３は、カム環１２の第２のカム溝１２ｂに係合される３本のカムピン１３ｂを外周部に有し、内周部には２群レンズを構成する複数のレンズ１３ａが挿入・固定される複数のレンズ室１３ｃが設けられている。
【００３２】
カム環１２は、ギアユニット１４のギア１４ａに噛合されるギア部１２ｃを外周部に有し、そのギアユニット１４で駆動されることにより固定環１５の内側で回転駆動される。このカム環１２の内周部には、１群レンズ枠１０のカムピン１０ａが係合される３本の第１のカム溝１２ａと、２群レンズ枠１３のカムピン１３ｂが係合される３本の第２のカム溝１２ｂとが設けられている。これら第１及び第２のカム溝１２ａ，１２ｂは、１群レンズ枠１０及び２群レンズ枠１３を所定のカーブに沿って光軸方向に移動させ、ズーミング動作を行うものである。
【００３３】
直進案内環１６は、上述したように、カム環１２と一体になって固定環１５の内側を光軸方向に移動する部材である。また、固定環１５は、後部鏡筒１７Ａに固定される部材であり、カム環１２のカムピン１２ｄが係合される３本のカム溝１５ａを有している。
【００３４】
３群レンズ枠１８Ａには、３群レンズを構成するレンズ１９が挿入・固定されるレンズ室１８ａが設けられている。この３群レンズ枠１８Ａは、光学性能に悪影響を与えない範囲で径方向に小型化を図り、赤外域カットフィルタ９１及びそのフィルタホルダ８２が光軸Ｌと直交方向に退避しやすい形状とすることが好ましい。この際、光軸Ｌと直交方向に退避したフィルタホルダ８２を避けるような切欠き等を設けることも可能である。
【００３５】
固定環１５等が固定される後部鏡筒１７Ａには、図１２及び図１３に示すように、固定環１５に対向される側の面の略中央部に略直方体をなすケーシング７１が設けられている。このケーシング７１の内部には、レンズの光軸方向において適切な位置に光学フィルタ（本実施例では、赤外域カットフィルタ９１) を配置するためのフィルタ収納部７２が設けられている。このフィルタ収納部７２に対応させてケーシング７１の前面には、対物側からの入射光線を後部鏡筒１７Ａに保持されているＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子２４に向けて通すための開口部７３が設けられている。
【００３６】
後部鏡筒１７Ａの構成は、フィルタホルダ８２を光軸Ｌと直交方向に退避させて３群レンズ枠１８をＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子２４方向に収納するため、次のようにすることが好ましい。その１は、フィルタホルダ８２を光軸Ｌと直交方向に退避させるため、退避口７４の逃げ部を大きくする。その２は、３群レンズ枠１８Ａ、フィルタホルダ８２が光軸Ｌと直交方向に退避した後にできるスペースに収納するため、開口部７３を大きくする。この開口部７３は、通常、固定絞りとしての機能を兼用する場合もあるが、この機能は別の開口部（例えば、光学式ローパスカットフィルタ８５を固定している部分）に持たせることができるため、開口部７３を大きくすることは設計的にも可能である。
【００３７】
また、ケーシング７１の上面には、フィルタ収納部７２に収納された光学フィルタの一具体例を示す赤外域カットフィルタ９１を光軸Ｌと直交する方向に退避させるための退避口７４が設けられている。この退避口７４の両側には、赤外域カットフィルタ９１が動力を受けて移動する際に当該赤外域カットフィルタ９１を光軸と直交する方向に適切にガイドするための一対のガイド部７５，７５が設けられている。
【００３８】
更に、後部鏡筒１７Ａの一面の斜め上部には、赤外域カットフィルタ９１を移動させるための動力を発生する動力源７６が取り付けられる動力源取付部７７が設けられている。動力源７６としては、例えば、ステッピングモータを適用することができ、その回転軸７６ａが突出する側には動力源取付部７７に取り付けるためのフランジ部７６ｂが設けられている。このフランジ部７６ｂを取付ネジ等の固着手段で動力源取付部７７に固定することにより、動力源７６が後部鏡筒１７Ａに取り付けられる。このとき、軸受け穴７７ａに回転軸７６ａが挿入される。
【００３９】
動力源７６の回転軸７６ａには、アーム部７８ａを介して回動ピン７８が一体的に設けられている。この回動ピン７８は、アーム部７８ａによって回転軸７６ａから所定距離だけ変位して互いに平行とされている。更に、回転軸７６ａの先端部には、外周縁の一部にギア部７９ａが設けられた扇形ギア７９が取り付けられている。扇形ギア７９の中央部には、回転軸７６ａと回動ピン７８が挿入される係合穴７９ｂが設けられている。この回転軸７６ａと回動ピン７８が係合穴７９ｂに同時に係合されることにより、回転軸７６ａの回転によって扇形ギア７９が一体的に回転駆動される。
【００４０】
扇形ギア７９のギア部７９ａには、フランジ部７６ｂに設けられた枢軸７６ｃに回転自在に支持されたピニオンギア８０が噛合されている。ピニオンギア８０の外周の一部にはアーム部８０ａが設けられており、このアーム部８０ａに、動力源７６側に突出する駆動ピン８１が取り付けられている。これら動力源７６と回動ピン７８と扇形ギア７９とピニオンギア８０と駆動ピン８１によってフィルタホルダ８２を移動するための動力伝達機構８３が構成されている。
【００４１】
これら扇形ギア７９等は、後部鏡筒１７Ａと動力源７６との間に配置され、所定の性能を得られるようにそれぞれ位置決めされて、駆動される。尚、動力伝達機構８３は、上述したギア列等に限定されるものではなく、例えば、カム機構、リンク機構その他の動力伝達の可能な各種の機構を用いることができる。
【００４２】
フィルタホルダ８２は、赤外域カットフィルタ９１を保持して光軸Ｌと直交方向に移動させるもので、赤外域カットフィルタ９１が装着されるコ字状に開口された保持部８２ａが設けられている。この保持部８２ａの開口側の両外面には、その開口部を閉じる取付バンド８４を係止するための突起８２ｂがそれぞれ設けられている。また、フィルタホルダ８２の保持部８２ａと反対側には、駆動ピン８１が摺動可能に係合される長穴８２ｃが設けられている。
【００４３】
更に、フィルタホルダ８２の保持部８２ａの開口側と反対側には、光軸Ｌと直交方向に移動される際に、ケーシング７１のガイド部７５にガイドされるガイド突条８２ｄが設けられている。このフィルタホルダ８２の材質としては、例えば、ガラス繊維を含有するポリカーボネート樹脂を用いて成形することができ、強度、遮光性及び量産性を備えている。
【００４４】
取付バンド８４はゴム状弾性体等の弾性部材によって形成され、突起８２ｂに係合される一対の係合孔８４ａが設けられている。この取付バンド８４には、装着時に赤外域カットフィルタ９１を弾性的に付勢して脱落を防止する付勢部８４ｂが設けられている。この取付バンド８４を、保持部８２ａに赤外域カットフィルタ９１を装着した状態で開口側に取り付けることにより、赤外域カットフィルタ９１が所定位置に位置決めされてフィルタホルダ８２に保持される。
【００４５】
赤外域カットフィルタ９１の保持方法は、取付バンド８４によるスナップフィット方法に限定されるものではなく、熱カシメや接着剤による接着方法、その他各種の方法を用いることができる。
【００４６】
赤外域カットフィルタ９１は、フィルタホルダ８２に保持されて光軸Ｌと直交方向に移動されるため、本実施例においては、従来の沈胴式レンズの場合とは異なり、光学式ローパスカットフィルタ８５とは別部材として独立に形成されている。
【００４７】
光学式ローパスカットフィルタ８５は、赤外線撮影等の夜間撮影時においても撮像装置の画像記録のためには必要である。そのため、本実施例においては、後部鏡筒１７Ａの中央穴に装着された固体撮像素子２４の光軸方向前側に配置され、所定位置に位置決めされて固定されている。
【００４８】
上述した動力伝達機構８３とフィルタホルダ８２により、赤外域カットフィルタ９１を光軸上の位置と光軸外の位置との間に移動させる移動機構８６が構成されている。そして、移動機構８６とケーシング７１により、赤外域カットフィルタ９１を光軸上の所定位置から直交方向へ直線状に移動させて光軸外の所定位置に退避させる退避手段８８が構成されている。
【００４９】
この退避手段８８の動作を簡単に説明すると、次の如くである。まず、赤外域カットフィルタ９１を光軸上の位置から光軸外の位置へ移動させる場合について説明する。まず、駆動源７６を駆動させて回転軸７６ａ及び回動ピン７８を所定の回転方向に回転させる。これにより、回転軸７６ａ等と回転方向に一体とされた扇形ギア７９が同方向に同じ量だけ回転される。この扇形ギア７９の回転により、そのギア部７９ａに噛合されたピニオンギア８０が噛み合った歯数の分だけ逆方向に回転される。
【００５０】
この駆動ピン８１が枢軸７６ｃを中心に回動することにより、その駆動ピン８１が長穴８２ｃに沿って移動しつつ、フィルタホルダ８２をフィルタ収納部７２から引き出す方向に移動させる。これにより、フィルタホルダ８２がガイド部７５にガイドされて光軸方向と直交方向に移動する。その結果、フィルタホルダ８２に保持された赤外域カットフィルタ９１が、光軸上の所定位置から直交方向へ直線状に移動されて光軸外の所定位置に移る。
【００５１】
一方、赤外域カットフィルタ９１を光軸外の所定位置から光軸上の所定位置へ移動させる場合は、上述した退避動作と逆の動作が行われ、それにより赤外域カットフィルタ９１を光軸上の所定位置に移動させることができる。
【００５２】
このような赤外域カットフィルタ９１等が装着される後部鏡筒１７Ａの前面に固定環１５の後端部が当接され、取付ネジ等の固着手段により固定されて一体化される。固定環１５の後端部には取付ネジが挿通される複数個のネジ受け部１５ｃが設けられていると共に、これらネジ受け部１５ｃに対応して後部鏡筒１７Ａには同じ数の凹部１７ａが設けられている。これらの凹部１７ａに各ネジ受け部１５ｃを嵌合させることにより、後部鏡筒１７Ａに対して固定環１５が位置決めされる。その状態でネジ止めすることにより、後部鏡筒１７Ａに固定環１５が締付け固定されて一体化される。
【００５３】
また、バリア駆動機構２０は、１群レンズ枠１０に設けられているバリア３を駆動するためのものである。このバリア駆動機構２０は、沈胴レンズ７０の収納時及び沈胴時に、バリア３を駆動させて前面レンズ１１を保護する。このバリア駆動機構２０は、３群レンズ枠１８の光軸方向へのガイドとなるガイド軸を後部鏡筒との間に保持する場合もある。
【００５４】
ギアユニット１４は、カム環１２をギア部１２ｃによって駆動するものである。ギアユニット１４のギア比は、沈胴位置からワイド位置さらにテレ位置まで、及びテレ位置からワイド位置さらに沈胴位置までの範囲において十分な駆動力が得られるように設定する。このギアユニット１４でカム環１２を駆動することにより、沈胴式レンズ７０のズーミング動作が行われる。
【００５５】
以上のような構成により、この沈胴式レンズは、上述した「ナイトショット機能」と「ナイトフレーミング機能」を実行することができる。即ち、図１０Ｂに示すワイド状態から図１０Ｃに示すテレ状態の間において光学レンズとして使用するときに、赤外域カットフィルタ９１を光軸上に出し入れすることにより、赤外線撮影である「ナイトショット撮影」及び「ナイトフレーミング撮影」を行うことができる。
【００５６】
このような構成を有する先行技術に係る沈胴式レンズ７０によれば、後部鏡筒１７Ａの光軸中心における開口部７３の径を大きくすると共に沈胴全長を規制している要素の一つである赤外域カットフィルタ９１及びフィルタホルダ８２を沈胴時に光軸外へ退避させる動作を行い、空いたスペースにレンズ保持枠等を入り込ませることにより、ナイトショット機能及びナイトフレーミング機能を備えた沈胴式レンズをより効率良く収納して、光学ユニットの薄型化を図ることができる。
【００５７】
図１１Ａ，Ｂは、赤外域カットフィルタ９１を出し入れする動作を説明するもので、図１１Ａは光軸上の所定位置に赤外域カットフィルタ９１をセットした状態を示し、図１１Ｂは光軸上から光軸外に完全に移動させた状態を示している。同図において、符号Ｋは、赤外域カットフィルタ９１の移動方向を示している。
【００５８】
上述したような沈胴式光学ユニットを備えた撮影装置としては、例えば、特許文献１のようなものがある。この特許文献１には、光学系を使用位置と収納位置に移動可能なカメラ等の光学装置に関するものが記載されている。
【００５９】
この光学装置は、光学系を構成する第１のレンズユニットと、前記第１のレンズユニットを駆動する第１のモータと、前記光学系を構成する、前記第１のレンズユニットの後方に設けられる第２のレンズユニットと、前記第２のレンズユニットを駆動する第２のモータと、前記光学系の収納指示に応答して前記第２のレンズユニットを繰り込み、前記第２のレンズユニットの繰り込みが完了した後に前記第１のレンズユニットの繰り込みを開始し、前記第２のレンズユニットの繰り込みによって空けられたスペースに前記第１のレンズユニットを繰り込むように前記第１、第２のモータを制御する制御手段を有する、ことを特徴としている。
【００６０】
また、赤外域カットフィルタを備えた撮像装置としては、例えば、特許文献２のようなものがある。この特許文献２には、可視光領域及び赤外光領域の撮像が可能な撮像素子を有する撮像装置に関するものが記載されている。
【００６１】
この撮像装置は、可視光領域及び赤外光領域の撮像が可能な撮像素子を有する撮像装置において、光路中に配置すること及び上記光路から外すことが可能な赤外光カットフィルタと、上記撮像素子から得られた画像信号を信号処理する信号処理手段と、上記画像信号が撮影されたときの明るさを検出する検出手段と、上記検出手段の検出結果に基づいて誤操作か否かを判断し、上記誤操作を利用者に知らせるための制御手段とからなることを特徴としている。
【００６２】
【特許文献１】
特開２０００−１９４０４６号公報（第３〜５頁、図１等）
【特許文献２】
特開２０００−２６１７１６号公報（第２頁、図１）
【００６３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した図１０〜図１３で説明したような「ナイトショット機能が搭載された夜間撮影可能な沈胴レンズ」においては、沈胴時に、ユーザー（使用者）が電源をオフにし、或いは急な電池切れや、電池ボックスを開けることによって急に電源の供給がなくなると、手動操作で沈胴式レンズに無理矢理外力を与え、沈胴動作を無理に行うことが想定される。かかる場合には、赤外域カットフィルタの出し入れ機構に対して電源が与えられなくなる。その結果、沈胴動作において赤外域カットフィルタを同期的に光軸外へ退避させることができず、その外力によって無理矢理収納させられる収納部品が他の部品と接触及び／又は干渉し、赤外域カットフィルタやそのフィルタホルダ、その駆動機構、或いはカム環等の沈胴式レンズ自体の駆動機構が構造的に破壊されるおそれがあるという課題があった。
【００６４】
本発明は、上述したような課題を解消するためになされたものであり、沈胴式レンズの収納・沈胴動作の際に、ユーザーが強制的に沈胴動作を実行したり、光学フィルタを光軸上から光軸外へと退避させる退避機構が作動しない異常等が生じた場合に、その光学フィルタを強制的に光軸上から光軸外へと退避させる機構を設けることにより、上述した課題を解決することを目的としている。
【００６５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本出願の光学ユニットは、固定鏡筒と、その固定鏡筒に対して光軸方向に沿って移動可能とされた少なくとも１つのレンズ鏡筒と、そのレンズ鏡筒の背後に配された光学フィルタと、レンズ鏡筒が光学フィルタに近づくときにその光学フィルタを光軸上から光軸外に退避させる退避機構と、を備え、退避機構では光学フィルタを光軸上から退避させることができないときに、その光学フィルタを光軸上から強制的に退避させる強制退避機構を設け、その強制退避機構は、レンズ鏡筒の光学フィルタ側に設けられた突起部を有し、その突起部で退避機構を作動させることによって光学フィルタを光軸上から強制的に退避させるようにしたものである。
【００６６】
また、本出願の光学ユニットを備えた撮像装置は、固定鏡筒と、その固定鏡筒に対して光軸方向に沿って移動可能とされた少なくとも１つのレンズ鏡筒と、そのレンズ鏡筒の背後に配置された光学フィルタと、レンズ鏡筒が光学フィルタに近づくときにその光学フィルタを光軸上から光軸外に退避させる退避機構と、その退避機構では光学フィルタを光軸上から退避させることができないときに、その光学フィルタを光軸上から強制的に退避させる強制退避機構を有する沈胴式の光学ユニットを備えたデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ装置であり、強制退避機構は、レンズ鏡筒の光学フィルタ側に設けられた突起部を有し、その突起部で退避機構を作動させることによって光学フィルタを光軸上から強制的に退避させるようにしたものである。
【００６７】
上述した光学ユニットでは、退避機構とは別の強制退避機構を設けることにより、ユーザーによる強制的な沈胴操作や沈胴時における退避機構の異常時等において、強制退避機構によって光学フィルタを光軸上から光軸外へ強制的に退避させることができ、赤外域カットフィルタ等の光学フィルタやその保持部材、その駆動機構、或いはカム環等の沈胴式レンズ自体の駆動機構が構造的に破壊されるのを防ぐことができる。
【００６８】
また、本出願の光学ユニットを備えた撮像装置では、ユーザーによる強制的な沈胴操作や沈胴時における退避機構の不作動等によって光学ユニットが構造的に破壊されるおそれを少なくし、構造的な破壊に強いデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の装置を提供することができる。
【００６９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による沈胴式の光学ユニット及びその光学ユニットを備えた撮像装置の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
【００７０】
図１Ａ、Ｂ及びＣは本発明による沈胴式レンズの断面図であり、図１Ａが不使用時のレンズ収納状態である沈胴位置、図１Ｂがワイド（広角）位置、図１Ｃがテレ（望遠）位置の各状態を示すものである。図２Ａ、Ｂは、赤外域カットフィルタの出し入れ動作を説明する断面図、図３は２群レンズ枠と後部鏡筒を示す側面図、図４は同じく斜視図である。
【００７１】
ここで、複数のレンズ１１を保持した１群レンズ枠１０及び複数のレンズ１３ａを保持した２群レンズ枠１３がカム環１２の回転駆動により、図１Ａの沈胴位置から図１Ｂのワイド位置及び図１Ｂのワイド位置から図１Ｃのテレ位置にズーミング動作及びその逆のワイド動作を行うときの各動作は、図１０Ａ、Ｂ及びＣで説明した場合と同様である。また、本発明の特徴とする部分は、退避機構が作動しない異常時に、光学フィルタを強制的に光軸上から光軸外へと退避させる強制退避機構に関するものである。
【００７２】
以下に、光学フィルタの強制退避機構９２を、図１Ａ〜Ｃ、図２Ａ、Ｂ図３及び図４を参照して説明する。尚、図１Ａ〜Ｃ、図２Ａ、Ｂ、図３及び図４において、上述した図８Ａ〜Ｃ、図９、図１０Ａ〜Ｃ及び図１１Ａ、Ｂで説明した構成部分と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００７３】
本実施例に係る沈胴式レンズ（撮像レンズ部）９０は、全体の構成としては、図１０Ａ〜Ｃ等を参照して説明した「夜間撮影可能なナイトショット機能搭載」の沈胴式レンズと略同様であるので、ここでは全体の構成を概略説明し、差異のある点について詳細に説明する。
【００７４】
図１Ａ〜Ｃにおいて、１０は、複数のレンズ１１を保持する１群レンズ枠であり、１２は、１群レンズ枠１０を光軸方向へ移動可能に支持するカム環である。また、１３Ｂは、複数のレンズ１３ａを保持する２群レンズ枠であり、１６は、２群レンズ枠１３Ｂを光軸方向へ移動可能に支持する直進案内環である。更に、１５は、カム環１２を光軸方向へ移動可能に支持する固定環であり、固定環１５は後部鏡筒１７Ｂの前面に一体的に固定されている。
【００７５】
後部鏡筒１７Ｂには、光学式ローパスカットフィルタ８５と固体撮像素子２４が保持されていて、両者の間にはシールゴム２３が介在されている。光学式ローパスカットフィルタ８５の前方には、光学フィルタの一具体例を示す赤外域カットフィルタ９１が光軸Ｌ上と光軸外との間に直線的に移動可能とされて配置されている。そして、収納時及び沈胴時に、退避機構８８によって自動的に光軸外の所定位置に退避する構成とされている。この赤外域カットフィルタ９１の前方の光軸上に、３群レンズ枠１８Ｂに保持されたレンズ１９が配置されている。
【００７６】
３群レンズ枠１８Ｂは、その構成は上述した３群レンズ枠１８と同様であるが、光学性能に悪影響を与えない範囲で径方向に小型化を図り、赤外域カットフィルタ９１及びフィルタホルダ８２が光軸Ｌと直交方向に退避し易いような形状とすることが好ましい。この場合、光軸Ｌと直交方向に退避したフィルタホルダ８２を避けるような切欠きを３群レンズ枠１８Ｂに設けることも有効である。
【００７７】
２群レンズ枠１３Ｂは、上述した構成に加えて、沈胴動作においてフィルタホルダ８２を光軸Ｌと直交方向に強制的に移動させるために動力を伝達させる強制退避機構の一具体例を示す突起部９２が設けられている。この突起部９２は、板材の先端部を細くしたクサビのような形状とされており、先端部に傾斜面９２ａが形成されている。この突起部９２は、沈胴動作時に、動力伝達機構８３の扇形ギア７９の受圧部７９ｃを押圧することにより、フィルタホルダ８２が光軸Ｌから離れる方向に移動するように動力伝達機構８３を作動させる。即ち、本実施例の強制退避機構は、２群レンズ枠１３Ｂが光軸方向へ移動する際の力を動力として退避機構８８を動作させ、赤外域カットフィルタ９１を光軸上から強制的に退避させるように構成されている。
【００７８】
次に、本実施例の動作について説明する。図１Ｂのワイド状態から図１Ｃのテレ状態に至るまでの光学レンズとして使用する状態においては、赤外域カットフィルタ９１を光軸上に出し入れすることにより、赤外線撮影機能を持たせて、赤外線撮影を実行することができる。即ち、図２Ａに示すように赤外域カットフィルタ９１を光軸上にセットした状態と、図２Ｂに示すように赤外域カットフィルタ９１を光軸上から光軸外へ移動させた状態を選択的に取ることにより（矢印Ｈ）、上述したナイトショット機能及びナイトフレーミング機能によって夜間撮影を行うことができる。
【００７９】
この沈胴式レンズ９０の沈胴動作においては、図１Ａに示すように、動力源７６からの動力をフィルタホルダ８２に与えることにより（矢印Ｊ）、フィルタホルダ８２を介して赤外域カットフィルタ９１を光軸Ｌと直交方向に退避させる。その後、赤外域カットフィルタ９１が光軸Ｌと直交方向に退避して空いたスペースに、３群レンズ枠１８Ｂを収納する（矢印Ｉ）。これにより、３群レンズ枠１８Ｂが従来よりも深い位置に収納され、より薄く収納された状態となる。更に、３群レンズ枠１８Ｂが従来に比較してより薄く収納されたため、その空いたスペースに、所定のカムカーブに沿って１群レンズ枠１０，２群レンズ枠１３及び直進案内環１６を重ね合わせて収納することができる（矢印Ａ、矢印Ｂ及び矢印Ｃ）。
【００８０】
このとき、例えば、ユーザー（使用者）が電源をオフにし、或いは急な電池切れや、電池ボックスを開けることによって急に電源の供給がなくなる等の原因に基づいてユーザーが手動操作で沈胴式レンズに無理矢理外力を与えると、沈胴動作を無理に行うことになるが、かかる場合に強制退避機構９２が働くことになる。
【００８１】
即ち、ユーザーが手動操作で沈胴式レンズを無理矢理沈胴させようとすると、図１２に示すように、沈胴時の終期において、突起部９２の傾斜面９２ａが動力伝達機構８３の扇形ギア７９の受圧部７９ｃに上方から当接される。これにより、傾斜面９２ａで押圧されて扇形ギア７９が、図１２において時計方向に回動される。その結果、ピニオンギア８０及び駆動ピン８１の作動を介してフィルタホルダ８２が外側に移動し、これに保持されている赤外域カットフィルタ９１が光軸上から光軸外へ移動される。
【００８２】
以上により、本発明に係る沈胴式レンズ９０においては、沈胴動作において、ユーザーによる強制的な沈胴操作や退避機構８８の作動不良等によって赤外域カットフィルタ９１が光軸上に置き去りにされたような場合にも、強制退避機構９２によって赤外域カットフィルタ９１が強制的に光軸上から光軸外に退避させられる。そのため、赤外域カットフィルタ９１やそのフィルタホルダ８２等が他の部品と接触したり干渉したりするのを防ぐことができ、赤外域カットフィルタ９１やフィルタホルダ８２、その動力伝達機構８３、或いはカム環１２等の沈胴式レンズ自体の駆動機構が構造的に破壊されるのを防止し、信頼性を向上することができる。
【００８３】
本発明は、上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。
【００８４】
例えば、上記実施例では、赤外域カットフィルタを光軸と直交方向に退避させる構成としたが、その退避方向は光軸に対して直交する方向でなくてもよく、赤外域カットフィルタが適切に機能するように光軸上に出し入れできるもの、例えば、赤外域カットフィルタを斜め方向に移動させ、或いは支軸を中心にした回動動作によって円弧状に移動させる構成としてもよく、外域カットフィルタの出し入れ方向に限定されるものではない。更に、赤外域カットフィルタを出し入れする機構についても、上述した実施例に限定されるものではない。
【００８５】
また、上記実施例においては、赤外域カットフィルタを光軸と直交方向に移動可能とするためのレール状のガイド部７５を後部鏡筒に設けたが、例えば、別部材で赤外域カットフィルタの駆動ガイド手段（例えば、フラップ方式、旋回方式等）を構成してもよく、また、バリア駆動機構等に設けてもかまわない。
【００８６】
更に、沈胴式レンズのレンズ構成についても本実施例に限定されるものではなく、沈胴式レンズの駆動方式についても同様である。また、駆動源としては、ステッピングモータばかりでなく、超音波モータや一般的なＤＣモータ等を用いることができる。更に、ギアユニットを必ずしも必要とするものではなく、例えば、超音波モータやリニアモータ等によるダイレクト駆動によるものでもかまわない。
【００８７】
また、沈胴式レンズの沈胴構造は、カム溝やカムピンによるカム機構に限定されるものではなく、光学レンズ系を薄型に収納する機構であればよく、例えば、ボールネジ式、ラック・ピニオン式、リニアモータ式等のように各種の機構を採用することができるものである。更に、強制退避機構９２によって退避される光学フィルタは、上述した赤外域カットフィルタに限定されるものではなく、例えば、光学式ローパスカットフィルタ、液晶装置、ＥＣ素子その他の光学フィルタ状のものを適用することができるものである。
【００８８】
以上説明したように、本出願の光学ユニットによれば、退避機構とは別の強制退避機構を設け、その強制退避機構は、レンズ鏡筒の光学フィルタ側に設けられた突起部を有し、その突起部で退避機構を作動させることによって光学フィルタを光軸上から強制的に退避させる構成としたため、ユーザーによる強制的な沈胴操作や沈胴時における退避機構の異常時等において、強制退避機構によって光学フィルタを光軸上から光軸外へ強制的に退避させることができ、赤外域カットフィルタ等の光学フィルタやその保持部は、その駆動機構、或いはカム環等の沈胴式レンズ自体の駆動機構が構造的に破壊されるのを防ぐことができるという効果が得られる。
【００８９】
また、本出願の光学ユニットを備えた撮像装置によれば、ユーザーによる強制的な沈胴操作や沈胴時における退避機構の不作動等によって光学ユニットが構造的に破壊されるおそれを少なくし、構造的な破壊に強いデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の装置として用いることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る沈胴式レンズを示すもので、図１Ａは不使用時のレンズ収納状態である沈胴状態、図１Ｂはワイド（広角）状態、図１Ｃはテレ（望遠）状態をそれぞれ示す断面図である。
【図２】本発明に係る赤外域カットフィルタの出し入れ動作を説明するもので、図２Ａは光軸上に位置した状態、図２Ｂは光軸外に移動した状態をそれぞれ示す断面図である。
【図３】本発明に係る沈胴式レンズの２群レンズ枠及び後部鏡筒を示す側面図である。
【図４】本発明に係る沈胴式レンズの２群レンズ枠及び後部鏡筒を示す斜視図である。
【図５】光学ユニットが沈胴状態であるデジタルスチルカメラの外観斜視図である。
【図６】光学ユニットがワイド状態又はテレ状態に伸長したデジタルスチルカメラの外観斜視図である。
【図７】光学ユニットの外観を示すもので、図７Ａは沈胴状態、図７Ｂはワイド状態、図７Ｃはテレ状態をそれぞれ示す斜視図である。
【図８】従来のナイトショット機能のない沈胴式レンズを示すもので、図８Ａは沈胴状態、図８Ｂはワイド状態、図８Ｃはテレ状態をそれぞれ示す断面図である。
【図９】図８の沈胴式レンズを分解して示す斜視図である。
【図１０】先行技術に係るナイトショット機能のある沈胴式レンズを示すもので、図１０Ａは沈胴状態、図１０Ｂはワイド状態、図１０Ｃはテレ状態をそれぞれ示す断面図である。
【図１１】図１０に示すナイトショット機能のある沈胴式レンズの赤外域カットフィルタの出し入れ動作を説明するもので、図１１Ａは光軸上に位置した状態、図１１Ｂは光軸外に移動した状態をそれぞれ示す断面図である。
【図１２】図１０に示すナイトショット機能のある沈胴式レンズの赤外域カットフィルタの退避手段等を分解して前側から見た分解斜視図である。
【図１３】図１０に示すナイトショット機能のある沈胴式レンズの赤外域カットフィルタの退避手段等を分解して後側から見た分解斜視図である。
【符号の説明】
２，７０，９０…撮像レンズ部（沈胴式レンズ）、 １０…１群レンズ枠、 １０ａ…カムピン、 １２…カム環、 １３，１３Ｂ…２群レンズ枠、 １５…固定環、 １６…直進案内環、 １７，１７Ａ，１７Ｂ…後部鏡筒、 １８，１８Ｂ…３群レンズ枠、 ２２…光学フィルタ、 ２４…固体撮像素子（撮像手段）、 ７１…ケーシング、 ７２…フィルタ収納部、 ７３…開口部、 ７４…退避口、 ７５…ガイド部、 ７６…動力源、 ７９…扇形ギア、 ７９ｃ…受圧部、 ８２…フィルタホルダ、 ８３…動力伝達機構、 ８５…光学式ローパスカットフィルタ（光学フィルタ）、 ８６…移動機構、 ８８…退避機構、 ９１…赤外域カットフィルタ（光学フィルタ）、 ９２…突起部（強制退避機構）、 ９２ａ…傾斜面

Claims (3)

1. 固定鏡筒と、
   上記固定鏡筒に対して光軸方向に沿って移動可能とされた少なくとも１つのレンズ鏡筒と、
   上記レンズ鏡筒の背後に配された光学フィルタと、
   上記レンズ鏡筒が上記光学フィルタに近づくときに当該光学フィルタを光軸上から光軸外に退避させる退避機構と、を備え、
   上記退避機構では上記光学フィルタを光軸上から退避させることができないときに、当該光学フィルタを光軸上から強制的に退避させる強制退避機構を設け、
   上記強制退避機構は、上記レンズ鏡筒の上記光学フィルタ側に設けられた突起部を有し、上記突起部で上記退避機構を作動させることによって上記光学フィルタを光軸上から強制的に退避させるようにした
   光学ユニット。
2. 請求項１記載の光学ユニットにおいて、
   上記退避機構は、上記光学フィルタを保持するフィルタフレームと、
   上記フィルタフレームを移動させるための動力を発生する動力源と、
   上記動力源の動力を上記フィルタフレームに伝えて移動させる動力伝達機構と、を有し、
   上記突起部で上記動力伝達機構を作動させるようにした
   光学ユニット。
3. 固定鏡筒と、
   上記固定鏡筒に対して光軸方向に沿って移動可能とされた少なくとも１つのレンズ鏡筒と、
   上記レンズ鏡筒の背後に配置された光学フィルタと、
   上記レンズ鏡筒が上記光学フィルタに近づくときに当該光学フィルタを光軸上から光軸外に退避させる退避機構と、
   上記退避機構では上記光学フィルタを光軸上から退避させることができないときに、当該光学フィルタを光軸上から強制的に退避させる強制退避機構を有する沈胴式の光学ユニットを備えたデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ装置であり、
   上記強制退避機構は、上記レンズ鏡筒の上記光学フィルタ側に設けられた突起部を有し、上記突起部で上記退避機構を作動させることによって上記光学フィルタを光軸上から強制的に退避させるようにした
   撮像装置。

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