CN100399097C - 伸缩式透镜镜筒和使用该镜筒的光学仪器 - Google Patents

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Abstract

一种伸缩式透镜镜筒包括用来固定第一透镜组(L1)的第一固定框架(2)，用来固定第二透镜组(L2)的第二固定框架(5)，第二透镜组相对于第一透镜组(L1)设在像平面一侧，用来在光轴方向上移动第二固定框架5的致动器(6)，和一个筒状凸轮框架(17)，它包括多个绕着圆周方向基本上等间隔地形成的凸轮槽，用来将第一固定框架在光轴方向上移动。致动器(6)附在该凸轮框架(17)上没有形成该凸轮槽的部分上。第一透镜组(L1)利用这些凸轮槽而移动，并且第二透镜组(L2)利用致动器(6)而移动，因此能够实现更快的变焦速度和更低的变焦噪音。

Description

伸缩式透镜镜筒和使用该镜筒的光学仪器
技术领域
本发明涉及一种用来高倍变焦的伸缩式透镜镜筒。尤其是，本发明涉及一种能够改善变焦操作性，使透镜镜筒小型化并减小透镜镜筒的整个长度同时保持其光学性能的伸缩式透镜镜筒。另外，本发明涉及一种使用这种伸缩式透镜镜筒的光学仪器。
背景技术
近年来，数码照相机(以下，称之为DSC)允许用户随时查看所拍摄的图像，这种应用已经急剧地扩大。作为用于这种DSC的透镜镜筒，从不使用时的可携性来考虑，通常采用一种所谓的伸缩式透镜镜筒，它在不使用时能够缩短。
图35是用来显示常规伸缩式透镜镜筒(见JP2002-107598A)的分解透视图。这种伸缩式透镜镜筒60是一个光学系统，其中单个凸轮镜筒61将活动透镜框架62和63前后移动使得焦距改变。此凸轮镜筒61的内圆面设有凸轮槽64和65，它们分别确定活动透镜框架62和63的移动路径。活动透镜框架62外圆面上提供的三个凸轮销62a和活动透镜框架63外圆面上提供的三个凸轮销63a分别与凸轮槽64和65紧密配合，由此活动透镜框架62和63沿着光轴(Z轴)方向移动。凸轮镜筒61装在固定镜筒70的外面，并且能够绕光轴自由地转动。凸轮镜筒61的外圆面设有齿轮66，它与驱动力传递齿轮67啮合。驱动力传递齿轮67通过减速齿轮链68与凸轮镜筒驱动致动器69相连。因而，当驱动凸轮镜筒驱动致动器69时，通过减速齿轮链68就将驱动力传递到驱动力传递齿轮67上，由此转动凸轮镜筒61。这样使活动透镜框架62和63分别沿凸轮槽64和65形状移动，从而从收缩状态经由广角端进行变焦。
图36是显示凸轮镜筒61内圆面上形成的凸轮槽64和65的展开图。如图36所示，凸轮槽64和65在凸轮镜筒61的圆周方向上形成，从收缩位置通过广角端位置延伸到摄远端位置。因此，当打开DSC的电源时，活动透镜框架62和63从收缩位置移动到作为下一个停止位置的广角端位置，并且停在那里拍摄图像。
此外，因光学变焦倍数的增加，照像机摇晃的影响变得显著了。为了减少这种影响，一种含有图像模糊校正设备的DSC正在迈向商业化。作为用来DSC的这种图像模糊校正设备，已经有一个建议的方法，即沿与光轴垂直的两个方向移动校正透镜组，以便校正由用户引起的照像机摇晃，这样获得一个稳定的图像(例如，参见JP2001-117129A)。
然而，在上述常规的伸缩式透镜镜筒中，由于使用减速齿轮链68和凸轮框架(凸轮镜筒61)变焦，因此产生了问题，即难于实现变焦速度的增加和变焦噪音的减小。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种伸缩式透镜镜筒，它能够增加变焦速度并减小变焦噪音，同时具备高变焦倍数。此外，本发明的目的是提供一种含有这种伸缩式透镜镜筒的光学仪器。
为了实现上述目的，本发明所述的伸缩式透镜镜筒，用来固定第一透镜组的第一固定框架；用来固定位于相对于该第一透镜组的像平面一侧的第二透镜组的第二固定框架；用来将该第二固定框架在光轴方向上移动的致动器；和筒状凸轮框架，包括为了使该第一固定框架在光轴方向上移动而在周向上基本上以等间隔形成的多个凸轮槽，该筒状凸轮框架被配置在上述第一固定框架的内侧；其中，该致动器被固定在该凸轮框架的没有形成该凸轮槽的部分且该第一固定框架的内周侧；在缩入时，上述第一固定框架进入到上述凸轮框架及上述致动器的外侧。
本发明所述的第一种光学仪器是其上装有本发明所述的上述伸缩式透镜镜筒的光学仪器，它包括：存储系统，它能够将电源关闭时的光学变焦倍数存储作为初始光学变焦倍数信息。对于该初始光学变焦倍数信息存储在该存储系统中的情况，在电源打开时，第二透镜组移动到基于该初始光学变焦倍数信息的光学变焦倍数位置并且在那里停下来。
第二种本发明所述的光学仪器是其上装有本发明所述的上述伸缩式透镜镜筒的光学仪器，它包括：输入系统，用来在电源打开时输入光学变焦倍数，和存储系统，用来把从该输入系统输入的该光学变焦倍数存储为初始光学变焦倍数信息。对于该初始光学变焦倍数信息存储在该存储系统的情况，在电源打开时，第二透镜组移动到基于该初始光学变焦倍数信息的光学变焦倍数位置并在那里停下来。
附图说明
图1是显示本发明第一实施例所述的伸缩式透镜镜筒的分解透视图；
图2A是显示在本发明第一实施例的伸缩式透镜镜筒中如何在第一组活动框架上模塑出固定部分以将导柱固定的方法的半剖面图，图2B是显示在本发明第一实施例的伸缩式透镜镜筒中如何将导柱固定按压并固定到第一组活动框架上形成的固定部分的方法的半剖面图，图2C是显示如何固定常规导柱的方法的半剖面图；
图3是用来描述根据本发明第一实施例所述的伸缩式透镜镜筒中的导柱支承部分的分解透视图；
图4A示出理想的伸缩式透镜镜筒中的透镜倾斜情况，图4B示出常规伸缩式透镜镜筒中的透镜倾斜情况，图4C示出根据本发明第一实施例所述的伸缩式透镜镜筒中的透镜倾斜情况；
图5是根据本发明第一实施例所述的伸缩式透镜镜筒中的凸轮槽的展开图；
图6是沿平行于光轴的一个平面剖开的局部截面图，示出在根据本发明第一实施例所述的伸缩式透镜镜筒中凸轮销和凸轮槽如何互相配合的情况，图6B是沿平行于光轴的平面剖开的局部截面图，示出根据本发明第一实施例所述的伸缩式透镜镜筒中凸轮销和凸轮槽如何在凸轮槽的宽部互相配合的情况；
图7是用来描述根据本发明第一实施例所述的伸缩式透镜镜筒中的第二组透镜的原始位置探测传感器的安装位置的分解透视图；
图8是用来显示根据本发明第一实施例所述的伸缩式透镜镜筒中的图像模糊校正设备的设置情况的分解透视图；
图9示出根据本发明第一实施例所述的伸缩式透镜镜筒中的图像模糊校正设备的位置探测部分的位移量和磁通量密度之间的关系；
图10是描述根据本发明第一实施例所述的伸缩式透镜镜筒中的图像模糊校正设备的操作情况的框图；
图11是显示根据本发明第一实施例所述的伸缩式透镜镜筒中的凸轮框架的分解透视图；
图12是描述根据本发明第一实施例所述的光学仪器中的致动器驱动电路的设置情况的框图；
图13是描述根据本发明第一实施例所述的光学仪器中的图像处理部分的硬件构造的框图；
图14是显示根据本发明第一实施例所述的光学仪器的操作部分的示意图；
图15是显示根据本发明第一实施例所述的伸缩式透镜镜筒装配方法的流程图；
图16是描述根据本发明第一实施例所述的伸缩式透镜镜筒的装配方法中的第一装配步骤的透视图；
图17是描述根据本发明第一实施例所述的伸缩式透镜镜筒的装配方法中的第二装配步骤的透视图；
图18是描述根据本发明第一实施例所述的伸缩式透镜镜筒的装配方法中的第三装配步骤的透视图；
图19是描述根据本发明第一实施例所述的伸缩式透镜镜筒的装配方法中的第四装配步骤的透视图；
图20是描述在根据本发明第一实施例所述的伸缩式透镜镜筒的第四装配步骤中凸轮销和凸轮槽如何互相配合的剖面图；
图21是描述在根据本发明第一实施例所述的伸缩式透镜镜筒的装配方法中如何固定柔性印刷电缆的透视图；
图22是显示在本发明第一实施例中伸缩式透镜镜筒处于收缩时的剖面图；
图23是显示在本发明第一实施例中伸缩式透镜镜筒在摄远端使用时的剖面图；
图24是显示在本发明第一实施例中伸缩式透镜镜筒在广角端使用时的剖面图；
图25是显示在本发明第一实施例中伸缩式透镜镜筒在广角端和摄远端之间的一个中间位置使用时的剖面图；
图26A至26C是描述利用本发明第一实施例所述的光学仪器以预定变焦倍数所拍摄的图像的图；
图27是显示根据本发明第二实施例所述的伸缩式透镜镜筒中的凸轮框架的剖面图；
图28是显示根据本发明第三实施例所述的伸缩式透镜镜筒的第二组透镜驱动致动器的前端的设置情况的侧面图；
图29是显示根据本发明第四实施例所述的光学仪器中的致动器驱动电路的设置情况的框架图；
图30是显示根据本发明第五实施例所述的光学仪器中的致动器驱动电路的设置情况的框架图；
图31是显示根据本发明第五实施例所述的光学仪器内的变焦初始位置选择系统中的操作面板的示意图；
图32是描述根据本发明第六实施例所述的伸缩式透镜镜筒中的驱动齿轮和图像模糊校正设备之间位置关系的分解透视图；
图33是从与光轴平行的方向看到的前视图，它示出根据本发明第六实施例所述的伸缩式透镜镜筒中驱动齿轮和图像模糊校正设备；
图34是描述根据本发明第七实施例所述的伸缩式透镜镜筒中的快门单元和第二组活动框架之间位置关系的分解透视图；
图35是显示常规伸缩式透镜镜筒的分解透视图；
图36是显示在常规伸缩式透镜镜筒的凸轮镜筒内圆面上形成的凸轮槽的展开图。
具体实施方式
本发明所述的伸缩式透镜镜筒，包括用来固定第一透镜组的第一固定框架，用来将设置在相对于第一透镜组的像平面一侧的第二透镜组固定的第二固定框架，用来将第二固定框架在光轴方向上移动的致动器；和筒状凸轮框架，它包括多个绕着圆周方向基本上等间隔地形成的凸轮槽，用来将第一固定框架在光轴方向上移动。该致动器装在该凸轮框架的没有形成该凸轮槽的部分且该第一固定框架的内周侧。
根据上述本发明中的伸缩式透镜镜筒，第一透镜组由凸轮槽驱动，第二透镜组由该致动器驱动。由于第一透镜组和第二透镜组按照这种方式单独驱动，因此当驱动第二透镜组进行变焦的时候，不一定要驱动第一透镜组。因此，可以实现一个伸缩式透镜镜筒，它能够增加变焦速度并减小变焦噪音。因而用户能够即时地改变视角，这使得追踪目标，拍摄活动图像等等变得可能，这在常规DSC中是困难的。
此外，由于用来驱动第二透镜组的致动器设在凸轮框架上，没有干扰那些凸轮槽，因此由于高密度的安装，可以减少组件的数目，减小透镜镜筒的直径，简化构造并降低成本。
根据本发明所述的上述伸缩式透镜镜筒还可以具有用来探测第二固定框架位置的探测元件、基本上中空的柱状驱动框架，它可以绕着光轴旋转，并且连同第一固定框架在光轴方向一起移动、和用来旋转该驱动框架的驱动传动装置。这里，优选该凸轮槽与该驱动框架紧密配合，并且该驱动框架在它沿该凸轮槽旋转的时候在光轴方向上移动。还优选的是，该探测元件和该驱动传动装置分别装在该凸轮框架上没有形成该凸轮槽的那部分上。
对于这个优选模式，由于用于第二透镜组的位置探测元件和用于旋转驱动框架的驱动传动装置设在凸轮框架上，而没有干扰这多个凸轮槽，因此由于高密度安装，可以减少组件的数目，减小透镜镜筒的直径，简化配置并降低成本。
在本发明上述伸缩式透镜镜筒中，优选该凸轮框架是采用树脂通过使用由多个硬模部件组合起来的模压模塑而成，并且这多个形成于该凸轮框架上的凸轮槽中的至少一个和该致动器的安装部分中的至少一个、该探测元件和该驱动传动装置都是用一个公共的硬模部件模塑的。
对于这个优选模式，由于能够减少用来树脂模塑的硬模部件的数目，因此可以减少硬模的成本，并因而降低透镜镜筒的成本。
在本发明上述伸缩式透镜镜筒中，还可以包括至少两个互相平行的、其一端固定到第一固定框架的棒状引导元件。这里，优选第二固定框架由该引导元件可滑动地保持。
对于这个优选模式，当第一透镜组相对于光轴倾斜时，第二透镜组也以同样的方向倾斜。因而，可以抑止光学性能的降低。
这里，根据本发明的伸缩式透镜镜筒还可以具有图像模糊校正元件，用来固定设置在相对于第二固定框的像平面上、校正图像模糊的第三透镜组。这里，最好这样支承该引导元件，使得其相对于图像模糊校正元件可以基本沿平行于光轴滑动。
对于这个优选模式，可以调整第一透镜组和第二透镜组相对于用来校正图像模糊的第三透镜组的倾斜方向，该倾斜方向对光学性能有最大的影响，因此进一步抑止了光学性能的降低。
另外，优选通过将每个引导元件按压到两个彼此分开且贯穿光轴的通孔中而将其固定到第一固定框架。
以此优选模式，很容易调整引导元件关于光轴的平行度，从而能够将引导元件平行于光轴固定。另外，相比于常规系统中为此目的要用夹具进行引导元件的预固定并将其粘结来说，能够减少装配步骤数。
在本发明上述伸缩式透镜镜筒中，优选在第一透镜组和第一固定框架之间沿垂直于光轴的方向提供一个间隙，并且在非拍摄时间第一透镜组和第一固定框架向着像平面一侧移动，致动器的前端进入这个间隙。
对于这个优选模式，能够在没有增加透镜镜筒的直径的同时减小伸缩式透镜镜筒的整体长度。
本发明上述伸缩式透镜镜筒还可以具有一个基本上中空的柱状驱动框架，它可以绕着光轴相对于该凸轮框架旋转，因此与第一固定框架一起在光轴方向上移动。这里，优选该驱动框架包括用来与该凸轮槽紧密配合的配合元件，和在该凸轮槽上形成的、其沿光轴方向宽度增加的宽部，使得在第一透镜组最大限度地移动到(moved furthest)像平面一侧的时候该配合元件不会碰到该凸轮槽。
对于这个优选模式，即使在收缩状态下沿光轴方向施加一个压紧负载，配合元件也不会碰到凸轮槽。因此，可以防止透镜镜筒遭受损坏，例如配合元件变形或者凸轮槽损坏。
最好，本发明上述伸缩式透镜镜筒还包括探测元件，当第二固定框架最大限度地处于像平面一侧的位置或者在其附近时，用于探测第二固定框架在光轴方向上的绝对位置。
对于这个优选模式，由于能够在电源打开后探测到变焦位置信息并即时地初始化，因此可以缩短变到下一个变焦位置所需的时间。
这里，优选最大限度地在像平面一侧的位置基本上是光学系统中的摄远端位置。
这个优选模式在电源打开后变焦位置可以不经过广角端迅速地移到摄远端位置的附近。这使得用户可以按比例增加图像，而不会错过重要的按快门机会。
另外，图像模糊校正元件可以包括一对用来在垂直于光轴的两个方向上驱动第三透镜组致动器。这时候，用来旋转驱动框架的驱动传动装置优选设在这一对致动器之间。
对于这个优选模式，由于驱动传动装置设在这对用来校正图像模糊的致动器之间，因此可以将驱动传动装置向光轴中心设置而不会对凸轮槽产生干扰。因而可以减小透镜镜筒的直径。
本发明上述伸缩式透镜镜筒还可以在图像模糊校正元件和第二固定框架之间包括快门单元。这时候，该快门单元最好在第二固定框架一侧的表面包括驱动致动器，并且第二固定框架上设有该驱动致动器可部分进入的凹进部分。
对于这个优选模式，可以减小快门单元和第二固定框架之间的间隙，因此缩短了伸缩式透镜镜筒的整体长度。
尽管对于本发明上述伸缩式透镜镜筒的装配方法没有特别的限制，但是该伸缩式透镜镜筒例如可以如下进行装配。即，该方法包括装配第一固定框架和驱动框架的第一装配步骤，装配驱动框架和凸轮框架同时使得配合元件和凸轮槽互相紧密配合的第二装配步骤，将驱动框架的配合元件移到凸轮槽的宽部的第三装配步骤，以及将固定框架固定到凸轮框架的第四装配步骤。这里，尽管在第四装配步骤中还没有需要安装驱动装置，但固定框架是一个其上安装了用于将第一固定框架在光轴方向上移动的驱动装置的框架。此外，所有的第一到第四装配步骤都是从同一方向进行的。
对于这个装配伸缩式透镜镜筒的方法，由于所有的组件是从同一方向安装的，因此可以减少装配步骤数，并降低透镜镜筒的成本。
另外，由于在第四装配步骤将固定框架固定到凸轮框架的时候配合元件和凸轮槽已经移到凸轮槽的宽部，因此即使在第四装配步骤中沿光轴方向对镜筒施加一个压紧负载，配合元件和凸轮槽也不会彼此接触。因此不会产生例如配合元件变形或者凸轮槽损坏的问题。
接下来，根据本发明所述的第一种光学仪器是一种其上装有本发明上述伸缩式透镜镜筒的光学仪器，并且包括能够将电源关闭时的光学变焦倍数存储为初始光学变焦倍数信息的存储系统。对于该初始光学变焦倍数信息存储在该存储系统中的情况，在电源打开时，第二透镜组移动到基于该初始光学变焦倍数信息的光学变焦倍数位置并且在那里停下来。
对于这第一种光学仪器，当关闭电源的时候，最后用过的变焦位置的设置值自动地存储起来。因而，下一次打开电源时，可以以相同的视角开始图像的拍摄。
此外，根据本发明所述的第二种光学仪器是一种其上装有本发明的上述伸缩式透镜镜筒的光学仪器，并且包括用来在电源打开时输入光学变焦倍数的输入系统，和用来把从该输入系统输入的这个该光学变焦倍数存储为初始光学变焦倍数信息的存储系统。对于该初始光学变焦倍数信息存储在该存储系统的情况，在电源打开时，第二透镜组移动到基于该初始光学变焦倍数信息的光学变焦倍数位置并在那里停下来。
对于这第二种光学仪器，由于在电源打开时用户能够自由地设置变焦倍数，因此可以根据场景或者图像拍摄的状况改变变焦倍数。因而，不太可能产生错过按快门机会的问题。
下面是参照具体实施例对本发明进行的说明。然而，本发明不限于下面所述的实施例。
(第一实施例)
以下参照附图1-26描述本发明第一实施例中的伸缩式透镜镜筒。
如图1所示，建立一个XYZ三维直角坐标系，其中伸缩式透镜镜筒1的光轴是Z轴(物方在正侧)。L1表示第一组透镜，L2表示可沿光轴(Z轴)移动用来变焦的第二组透镜，L3表示用来校正图像模糊的第三组透镜，L4表示为了校正因变焦引起的像平面波动以及为了实现聚焦而沿光轴移动的第四组透镜。
第一组固定框架2固定第一组透镜L1，并且固定到带有螺杆等的第一组筒状活动框架3上，从而使得第一组透镜L1的中心轴与光轴平行。与光轴平行的两个导柱(导向元件)4a和4b中的每个的一端固定到第一组活动框架3上。后面将描述如何固定这些导柱4。
第二组活动框架5固定第二组透镜L2，并且由上述两个导柱4a和4b支承，使得可以沿光轴方向滑动。此外，第二组透镜驱动致动器6例如步进电机的进给螺杆6a和位于第二组活动框架5上的齿条7的螺纹部分互相啮合，由此第二组透镜主动致动器6的驱动力使得第二组活动框架5沿光轴方向移动进行变焦。
第三组框架8固定图像模糊校正透镜组L3(第三组透镜)并且构成图像模糊校正设备31，后面将要描述。
第四组活动框架9由两个平行于光轴的导柱11a和11b支承，并插入第三组框架8和一个主凸缘10之间，这样第四组活动框架9可以沿光轴方向滑动。此外，第四组透镜驱动致动器12例如步进电机的进给螺杆12a和位于第四组活动框架9上的齿条13的螺纹部分互相啮合，由此第四组透镜主动致动器12的驱动力使得第四组活动框架9沿光轴方向移动，以便对因变焦引起的像平面波动进行校正以及实现聚焦。
在主凸缘10上装有成像元件(CCD)14。
这里，参照图2A至2C描述如何将导柱4a和4b固定到第一组活动框架3上。图2A至2C中的每一幅图是显示仅关于Z轴的一个侧面的半剖面图。尽管下面的描述着眼于如何将相对于Z轴位于一侧的导柱4a固定到固定部分3e上，但对于如何将位于另一侧的导柱4b固定到固定部分同样适用。
图2A是半剖面图，显示了一种由树脂模塑出固定部分3e以固定导柱4a的一端的方法。如图2A所示，用来固定导柱4a一端的固定部分3e通过模塑形成在第一组活动框架3的内表面。固定部分3e基本上与Z轴平行，并且由彼此分开的通孔3e1和3e2构成。这些通孔3e1和3e2是利用三个成型硬模29a，29b和29c用树脂模塑的。该树脂模塑是在保持柱状的成型硬模29a和29b与基本呈梯形截面的成型硬模29c的两个侧面接触的时候进行的。之后，将柱状成型硬模29a和29b沿基本上平行于Z轴的相反方向A和B向外拉出来，并且将基本上呈梯形的成型硬模29c沿靠近Z轴的C方向向外拉出来，这样得到通孔3e1和3e2。这时候，要调整柱状成型硬模29a和29b在垂直于Z轴的平面内的位置，使得在将导柱4a按压进通孔3e1和3e2的时候可以平行于Z轴固定。
随后，如图2B所示，将导柱4a从图的右边(成像元件14的那一侧)按压进通孔3e1和3e2。尽管通孔3e1和3e2的内径d1和d2设计的比导柱的外径D大几个微米，但是由于柱状成型硬模29a和29b的中心轴线30a和30b在垂直于Z轴的平面中相对的偏移或者倾斜(见图2A)，导柱4a被两个通孔3e1和3e2牢固地固定住。以这种方式，导柱4a平行于Z轴固定到第一组活动框架3上。
图2C是显示固定导柱4a的常规方法的半剖面图。常规的固定方法如下。首先，用树脂模塑出一个由单个连续通孔构成的固定部分3d，该通孔具有的内径d3比导柱4a的外径D足够大。接下来，将导柱4a插进固定部分3d，采用所需要的夹具预固定，并通过在导柱4a和固定部分3d之间填充粘结剂将其固定。
如上所述，在根据本发明实施例所述的固定导柱的方法中，能够简单地通过将导柱4a按压进通孔3e1和3e2而平行于Z轴固定导柱4a。因而，与常规情形不同，没有必要为了将导柱4a预固定而采用特别的夹具或者粘结剂。此外，固化粘结剂的时间和麻烦也不需要了。因而，可以以较低的成本并在短时间内将导柱4a固定。此外，通过简单地调整硬模29a和29b在垂直于Z轴的平面内的位置，能够将导柱4a精确地平行于Z轴固定。
接下来，参照图3描述如何支承导柱4a和4b。
第三组框架8上设有支承部分8a(在主轴一侧上面)和支承部分8b(在旋转制动器一侧上面)。将导柱4a和4b穿入支承部分8a和8b，使得它们平行于光轴而固定。由于导柱4a和4b沿光轴相对于这两个支承部分8a和8b滑动，固定在导柱4a和4b中每个的一端的第一组活动框架3所固定的第一组透镜L1相对于设在第三组框架8上的图像模糊校正透镜L3保持其精确度。此外，导柱4a和4b可滑动地贯穿设在第二组活动框架5上的支承部分5a(在旋转制动器一侧上)和支承部分5b(在主轴一侧上)，因而第二组活动框架5就由导柱4a和4b可滑动地支承在光轴方向上。因而，第二组活动框架5固定的第二组透镜L2相对于设在第三组框架8上的图像模糊校正透镜L3保持其精确度。
这里，将参照图4A至4C描述上述第一组透镜L1，第二组透镜L2和第三组透镜L3之间的关系。在这些图中，箭头L1a和L2a分别表示第一组透镜L1和第二组透镜L2的中心轴线的方向。
图4A示出三个透镜组L1，L2和L3的理想状态，其中第一组透镜L1的中心轴线L1a和第二组透镜L2的中心轴线L2a平行于Z轴(它是透镜镜筒的光轴并且对应于第三组透镜L3的中心轴线)。
图4B示出第一组透镜L1和第二组透镜L2分别由如图35所示的设在活动透镜框架62上的凸轮销62a和设在活动透镜框架63上的凸轮销63a以类似于图35所示的常规透镜镜筒的系统所支承的情况。这里，由于凸轮销62a和63a以及凸轮槽64和65在精确度方面的偏差，第一组透镜L1的中心轴线L1a和第二组透镜L2的中心轴线L2a既不互相平行又不与Z轴平行。因而，很可能光学性能会变差。
图4C示出当前实施例所述的情形。第一组透镜L1和第二组透镜L2由相同的导柱4a和4b支承。因此，即使第一组透镜L1的中心轴线L1a和第二组透镜L2的中心轴线L2a相对于Z轴倾斜，但是这些中心轴线L1a和L2a的方向也总是彼此一致。换句话说，由于第一组透镜L1和第二组透镜L2总是关于图像模糊校正透镜组L3以同样的方向倾斜，而透镜组L3对于光学性能具有最大的影响，因此可以使得光学性能的恶化最小化。
接下来，描述沿光轴方向移动第一组透镜L1的设置。
如图1所示，在基本上中空的柱状驱动框架15的成像元件14一侧的一部分内圆面上形成传动装置15a。另外，在其物方(Z轴正方向)的内圆面上基本相隔120°形成三个突起部分15b。这三个突起部分15b与设在第一组活动框架3的成像元件14一侧的内圆面的三个圆形槽部分3a紧密配合，因此驱动框架15能够围绕光轴关于第一组活动框架3旋转，并且驱动框架15和第一组活动框架3沿光轴方向整体移动。此外，将三个凸轮销16a，16b和16c以120°的间隔按压并固定到驱动框架15的内圆面。
在筒状凸轮框架17的外表面上形成了基本相隔120°的三个凸轮槽18a，18b和18c。图5是凸轮框架17的外圆面的展开图。驱动框架15的凸轮销16a，16b和16c分别与凸轮框架17的凸轮槽18a，18b和18c紧密配合。每个凸轮槽18a，18b和18c在凸轮框架17的成像元件14一侧(Z轴的负方向)都有一个基本上与该框架的圆周方向平行的部分19a，一个位于物方(Z轴的正方向)且基本平行于凸轮框架17的圆周方向的部分19c，一个成螺旋形连接部分19a和19c的部分19b和一个位于部分19a的末端且其沿Z轴方向的宽度增加的宽部19d。当凸轮销16a，16b和16c位于部分19a时，第一组透镜L1止住，这时它向着成像元件14一侧缩进(收缩状态)。从这个状态，驱动框架15绕着光轴旋转，从而使得凸轮销16a，16b和16c移动通过部分19b并到达部分19c。当凸轮销16a，16b和16c位于部分19c时，第一组透镜L1止住，这时它是向着物方前进的。
形成凸轮槽18a，18b和18c，使得沿光轴方向具有不同的宽度，这取决于驱动框架15前进了多远。参照图6描述这一点。
图6A是沿平行于Z轴的一个方向剖开的局部截面图，显示了凸轮销16a，16b和16c和位于凸轮槽18a，18b和18c的部分19a，19b和19c中的凸轮槽18a，18b和18c。如图所示，在部分19a，19b和19c中，凸轮槽18a，18b和18c在Z轴方向上形成为比凸轮销16a，16b和16c宽大约几个微米。结果，凸轮销16a，16b和16c能够在凸轮槽18a，18b和18c中平滑地滑动。
图6B是沿此平行于Z轴的方向剖开的局部截面图，显示了凸轮销16a，16b和16c和位于凸轮槽18a，18b和18c的宽部19d中的凸轮槽18a，18b和18c。如图所示，在宽部19d中，凸轮槽18a，18b和18c形成为沿Z轴方向比凸轮销16a，16b和16c宽，以使凸轮销16a，16b和16c沿Z轴方向不与凸轮槽18a，18b和18c接触。结果，在驱动框架15最大限度地缩进到到像平面一侧的状态下(后面要描述的图22中的状态)，凸轮销16a，16b和16c位于宽部19d，并且如图6B所示不与凸轮槽18a，18b和18c接触。
在凸轮框架17的外圆面上，在凸轮槽18b和18c之间形成一个用来可旋转地固定位于花键状驱动齿轮19两端的驱动齿轮轴20的轴承部分17d、和一个凹进的半圆柱状用来避免驱动齿轮19的干扰的驱动齿轮安装部分(凹进部分)17a，这样驱动齿轮19就可旋转地固定在凸轮框架17的外圆面上。驱动齿轮19将后面将要描述的装在主凸缘10上的驱动单元21的驱动力传递到设在驱动框架15上的齿轮部分15a。因此，驱动齿轮19的旋转使得驱动框架15绕着光轴旋转。这时，设在驱动框架15上的凸轮销16a，16b和16c进入凸轮框架17的凸轮槽18a，18b和18c中，因此驱动框架15也沿着光轴方向移动。这里，由于固定到第一组活动框架3上的两个导柱4a和4b贯穿第三组框架8的支承部分8a和8b，因此第一组活动框架3绕着光轴的旋转受到限制，这样当驱动框架15沿着光轴方向移动的时候第一组活动框架3沿着光轴方向直线移动。
第二组活动框架5的驱动致动器6固定到凸轮框架17的安装部分17b。另外，第四组活动框架9的驱动致动器12固定到主凸缘10的安装部分10a。用来把驱动力传递到驱动齿轮19的驱动单元21包括驱动致动器22和由多个齿轮构成的减速齿轮单元23，并固定到主凸缘10的安装部分10b。
快门单元24由光阑叶片(diaphragm blade)和快门叶片组成，它们形成一个用来控制成像元件14的曝光量和曝光时间的固定光圈直径。
一个用于第二组活动框架5的原始位置(home position)探测传感器25是光电探测器，它包括发光元件和受光元件，并且探测第二组活动框架5沿光轴方向的位置，即，第二组透镜L2的原始位置(绝对位置)。如图7所示，这个原始位置探测传感器25是装在凸轮框架17的安装部分17c上的，并且如下探测原始位置：当第二组活动框架5最大限度地向着成像元件14的一侧移动(-Z方向一侧)或者在其邻近处移动时，设在第二组活动框架5上的叶片5c在原始位置探测传感器25的前面经过并且把光挡住，由此可以探测到原始位置。当探测原始位置的时候，第二组活动框架5和装在其上的齿条7最大限度地位于成像元件14的一侧并且最接近驱动电机6。这个状态对应于后面要描述的图22中的状态。
用于第四组活动框架9的原始位置探测传感器26探测第四组活动框架9沿光轴方向的位置，即，第四组透镜L4的原始位置。用于驱动框架15的原始位置探测传感器27探测驱动框架15沿旋转方向的位置，即与驱动框架15作为一体一起移动的第一组活动框架3和第一组透镜L1的原始位置。
图像模糊校正设备31移动图像模糊校正透镜组L3，用来校正在沿第一方向(Y方向)的俯仰方向和第二方向(X方向)的左右方向拍摄图像时的图像模糊。第一电磁致动器41y产生沿Y方向的驱动力，第二电磁致动器41x产生沿X方向的驱动力，使得将图像模糊校正透镜组L3沿着基本上与光轴Z垂直的X和Y方向驱动。
参照图8详细地描述图像模糊校正设备31利用图像模糊校正透镜组L3校正图像模糊的情况。
用来在图像拍摄时校正图像模糊的图像模糊校正透镜组L3固定在俯仰活动框架32上，该框架沿第一方向(Y方向)的俯仰方向和第二方向(X方向)的左右方向是可活动的。这个俯仰活动框架32在-X方向一侧具有轴承32a，并在+X方向一侧具有旋转制动器32b。将平行于Y轴方向的俯仰轴33a插到这个轴承32a内，并且使后面将要描述的平行于Y轴方向的俯仰轴33b与旋转制动器32b紧密配合，这样俯仰活动框架32能够沿第一方向(Y方向)滑动。
在-Z方向一侧相对于俯仰活动框架32设有用来沿第二方向(X方向)移动图像模糊校正透镜组L3的左右活动框架34。左右活动框架34上设有用来固定两个俯仰轴33a和33b的两端的固定部分34a，以便将上述俯仰活动框架32沿俯仰方向(Y方向)滑动。另外，左右活动框架34具有在+Y方向一侧的轴承34b，和在-Y方向一侧的左右轴35b以及左右轴35b的两端被按压并固定到其上的固定部分34c。将平行于X方向的左右轴35a插到这个轴承34b中，使平行于X方向的左右轴35b与第三组框架8的旋转制动器部分8d紧密配合，这样左右活动框架34能够沿第二方向(X方向)滑动。
位于相对于左右活动框架34的-Z方向一侧的第三组框架8上设有将左右轴35a的两端固定以便将上述左右活动框架34沿左右方向(X方向)滑动的固定部分8c、和左右轴35b与之配合的旋转制动器部分8d。
在俯仰活动框架32的-Z方向一侧表面上附上基本上为L形的电基板36。电基板36上设有用来沿俯仰方向和左右方向分别驱动图像模糊校正透镜组L3的第一线圈37y和第二线圈37x，以及用来分别探测图像模糊校正透镜组L3的在俯仰方向和左右方向上的位置的霍尔元件38y和38x。这些线圈37y和37x以层状线圈与电基板36形成一个整体。
磁铁39y和39x是在一侧上两极磁化(two-pole magnetized)的。这些磁铁39y和39x分别被固定到基本上具有U形横截面的磁轭40y和40x上。磁轭40y是通过按压从Y方向固定到第三组框架8的配合部分8y的。类似地，磁轭40x是通过按压从X方向固定到第三组框架8的配合部分8x的。
第一电磁致动器41y包括第一线圈37y，磁铁39y和磁轭40y。类似地，第二电磁致动器41x包括第一线圈37x，磁铁39x和磁轭40x。第一电磁致动器41y构成用来在第一方向的俯仰方向(Y方向)上驱动俯仰活动框架32的第一驱动装置，第二电磁致动器41x构成用来在第二方向的左右方向(X方向)上驱动俯仰活动框架32的第二驱动装置。
采用上述构造，当有电流流过电基板36的第一线圈37y的时候，磁铁39y和磁轭40y产生沿第一方向的俯仰方向(Y方向)电磁力。以类似的方式，当有电流流过电基板36的第二线圈37x的时候，磁铁39x和磁轭40x产生沿第二方向的左右方向(X方向)的电磁力。以这种方式，两个电磁致动器41y和41x在基本上垂直于光轴Z的两个方向，即X方向和Y方向上驱动图像模糊校正透镜组L3。
下面是有关用来探测图像模糊校正透镜组L3位置的位置探测部分42y和42x的描述。在电基板36上安置并固定了用来把磁通量转换为电信号的霍尔元件38y和38x。上述电磁致动器41y和41x的磁铁39y和39x还用作检测磁铁。因此，霍尔元件38y和38x以及磁铁39y和39x构成位置探测部分42y和42x。这里，参照图9描述磁铁39x和39y的磁通量的状态。该图的水平轴表示以光轴作为中心，在俯仰方向(Y方向)或者左右方向(X方向)上的位置，而纵轴表示磁通量密度。水平轴的中心对应着两极磁化磁铁39x或者39y的边界，磁通量密度在这个位置为零。这个位置基本上与图像模糊校正透镜组L3的光轴中心一致。霍尔元件38y和38x相对于磁铁39y和39x移动，从而磁通量密度随着在一个范围内位移量的变化而基本上线性变化，这个范围是以位移量的零位置为中心并用虚线表示。因而，通过探测来自霍尔元件38y和38x的电信号输出，就可以探测图像模糊校正透镜组L3的在俯仰方向(Y方向)和左右方向(X方向)上的位置。
一个柔性印刷电缆43在图中未示出的照相机主体电路和装在电基板36上的线圈37x，37y以及霍尔元件38x，38y之间传递信号。
上述元件32至43构成图像模糊校正设备31。
现在，以下描述参照图10，着眼于图像模糊校正设备31的工作情况。
图像模糊是由于手的运动使得照相机发生位移和偏差引起的。结合有图像模糊校正设备31的照相机利用两个设置为具有基本上90°的探测方向的角速度传感器44y和44x来探测这些位移和偏差。角速度传感器44y和44x的输出是时间积分(time-integrated)的。随后，将它们转换为一个照相机主体已经移动的角度，然后转换为图像模糊校正透镜组L3的目标位置信息。为了根据目标位置信息移动图像模糊校正透镜组L3，伺服驱动电路45计算出目标位置信息和由位置探测部分42y和42x探测到的图像模糊校正透镜组L3的当前位置信息之差，并传递一个信号到电磁致动器41y和41x。根据这个信号，电磁致动器41y和41x驱动图像模糊校正透镜组L3。
对于在第一方向的俯仰方向(Y方向)上的驱动，已经从伺服驱动电路45接受了指令的电磁致动器41y利用柔性印刷电缆43将电流通过第一线圈37y，从而产生一个沿俯仰方向(Y方向)的力，由此在俯仰方向(Y方向)上驱动俯仰活动框架32。
另外，对于在第二方向的左右方向(X方向)上的驱动，已经从伺服驱动电路45接受了指令的电磁致动器41x利用柔性印刷电缆43将电流通过第二线圈37x，从而产生一个沿左右方向(X方向)的力，由此在左右方向(X方向)上驱动左右活动框架34和装在其上的俯仰活动框架32。
以这种方式，能够利用俯仰活动框架32和左右活动框架34按照需要在垂直于光轴的两维平面内移动图像模糊校正透镜组L3，这使得校正由于照相机晃动引起的图像模糊成为可能。
接下来，描述将第二组透镜驱动致动器6、原始位置探测传感器25和驱动齿轮19安装到凸轮框架17中的位置。
如图11所示，第二组透镜驱动致动器6装在凸轮框架17的安装部分17b上。第二组透镜L2的原始位置探测传感器25是装在凸轮框架17的安装部分17c上，而设在第二组活动框架5上的叶片5c在原始位置探测传感器25的前面经过并且将光挡住，因此可以探测到原始位置。此外，如前面所述，驱动齿轮19装在凸轮框架17的轴承部分17d和驱动齿轮安装部分(凹进部分)17a。
图5示出三个凸轮槽18a，18b和18c和三个安装部分17a，17b和17c在展开后它们之间的关系。换句话说，安装部分17a设在凸轮槽18b和18c之间，安装部分17b设在凸轮槽18a和18b之间，而安装部分17c设在凸轮槽18c和18a之间。通过以这种方式在这些凸轮槽之间设置安装部分17a，17b和17c，就可以利用这些不干扰凸轮槽18a，18b和18c的安装部分17a，17b和17c将驱动齿轮19、第二组透镜驱动致动器6和原始位置探测传感器25安装到凸轮框架17上。
参照图12和14描述致动器驱动电路在光学仪器(这里是DSC 80)中含有本发明所述的伸缩式透镜镜筒的致动器驱动电路。
DSC 80包括用来控制DSC 80的微处理器50。这个微处理器50根据DSC 80所设的电源按钮81的信号，经由驱动控制系统84驱动并且控制第一组透镜驱动致动器22，并且在原始位置探测传感器27探测第一组透镜L1的原始位置之后，将第一组透镜L1驱动到预定位置。另外，微处理器50根据来自变焦控制杆82的信号，经由驱动控制系统85驱动并控制第二组透镜驱动致动器6，并且在原始位置探测传感器25探测第二组透镜L2的原始位置之后，将第二组透镜L2驱动到一个预定变焦位置。此外，当按下快门按钮83时，微处理器50经由驱动控制系统86驱动并控制第四组透镜驱动致动器12，并且在原始位置探测传感器26探测第四组透镜L4的原始位置后，实现聚焦。
接下来将参照图13和14描述DSC 80的图像处理过程。
成像元件(CCD)14通过伸缩式透镜镜筒1将图像输入转换为电信号。成像元件驱动控制系统143控制成像元件14的操作。模拟信号处理系统144对成像元件14所得到的视频信号进行模拟信号处理，例如伽马处理。A/D转换系统145把从模拟信号处理系统144输出的模拟视频信号转换为数字信号。数字信号处理系统146对已经由A/D转换系统145转换为数字信号的视频信号进行例如去噪和边缘增强这样的数字信号处理。帧存储器147临时存储已经由数字信号处理系统146处理过的图像信号。图像记录控制系统148对于将帧存储器147上临时存储的图像写到图像记录系统149，例如内存或者记录介质上进行控制。根据来自图像显示控制系统150的信号，图像记录系统149上记录的拍摄图像通过帧存储器151显示在图像显示系统152，例如装在DSC 80上的液晶监视器上。
如上构成的伸缩式透镜镜筒1可以通过下面图15所示的步骤S1到S6进行装配。以下将依次描述这些步骤中的每一步。
(第一装配步骤S1)
如图16所示，将分别固定在第一组活动框架3的导柱4a和4b插到第二组活动框架5的支承部分5a和5b。此外，使驱动框架15上所设的突起部分15b与第一组活动框架3上所设的槽部分3a紧密配合，然后沿着箭头所示的方向旋转驱动框架15。
(第二装配步骤S2)
如图17所示，使从驱动框架15的内壁面突起的凸轮销16a，16b和16c与设在凸轮框架17的外圆面上的凸轮槽18a，18b和18c紧密配合。
(第三装配步骤S3)
如图18所示，沿箭头所示的方向旋转驱动框架15。由于凸轮销16a，16b和16c和凸轮槽18a，18b和18c彼此紧密配合，因此驱动框架15的旋转使得凸轮框架17沿Z轴方向移动并且由驱动框架15所容纳。驱动框架15的旋转使得凸轮销16a，16b和16c移动到位于凸轮槽18a，18b和18c的终端的宽部19d所在的位置。接着，将导柱4a和4b插到其上装有图像模糊校正设备31的第三组框架8的支承部分8a和8b中。
(第四装配步骤S4)
如图19所示，在将图中未示出的导柱11a和11b以及第四组活动框架9插在第三组框架8的后面之后，将主凸缘10并入。然后，从主凸缘10的后面，用三个螺丝135将凸轮框架17，第三组框架8和主凸缘10固定。
参照图20，将描述在第四装配步骤中凸轮销16a，16b和16c如何配合凸轮槽18a，18b和18c。在将第一组活动框架3的物方的端面3b保持与放置表面180接触的同时，用螺丝将透镜镜筒1固定住，使得第一组透镜L1面向下。当紧固螺丝的时候，在凸轮框架17上作用一个向下的负荷F。这时，凸轮销16a，16b和16c位于凸轮槽18a，18b和18c的终端处的宽部19d中。因此，即使在负荷F的作用下，凸轮销16a，16b和16c不与凸轮槽18a，18b和18c接触。负荷F是由从第一组活动框架3的内表面上突出、形成为环状部分的、位于像平面一侧的端面3c以及凸轮框架17的物方端面17e之间的触点来承受。因而，在紧固螺丝的时候，负荷F不会作用在凸轮销16a，16b和16c或者凸轮槽18a，18b和18c上，以致引起例如凸轮销16a，16b和16c的变形或者凸轮槽18a，18b和18c的损坏这样的问题。
(第五装配步骤S5)
将第二组透镜驱动致动器6固定到凸轮框架17上，并且将第一组透镜驱动致动器22和第四组透镜驱动致动器12固定到主凸缘10上。
(第六装配步骤S6)
如图21所示，将用于图像模糊校正设备31的柔性印刷电缆43和用于快门单元24的柔性印刷电缆138焊接到装在主凸缘10上的电基板(柔性印刷电路板)36上，使得焊接部分36a和43a彼此固定，并且焊接部分36b和138a彼此固定。然后，将成像元件14固定到主凸缘10的固定部分10c上。
以上面的方式，完成伸缩式透镜镜筒1的装配。
以下将解释如上构成的伸缩式透镜镜筒1的操作。
在伸缩式透镜镜筒1的操作中，首先描述从图22所示的非拍摄(非使用)状态经过图23所示的状态转变到图24所示的拍摄(广角端)状态。
在图22所示的非拍摄状态，打开DSC 80的电源开关等，图像拍摄就绪的状态启动。首先，旋转用来驱动第一组透镜L1的第一组透镜驱动致动器22，使得驱动齿轮19通过减速齿轮单元23旋转。驱动齿轮19的旋转引起与驱动齿轮19啮合的驱动框架15一起绕着光轴旋转并且沿着光轴在凸轮槽18a，18b和18c中移动。在将原始位置探测传感器27初始化后，驱动框架15沿物体方向(Z轴方向)移动，由此第一组活动框架3也沿物体方向移动。然后，当用一个图中未示出的旋转量探测传感器探测到第一组透镜驱动致动器22已经移动了预定的旋转量的时候，第一组活动框架3移向一个预定的位置，然后第一组透镜驱动致动器22的旋转停下来。在这个停止位置，凸轮销16a，16b和16c已经到达图5展开的凸轮槽中的与凸轮框架17的圆周方向基本上平行的位置19c。图23示出了这个状态。
接着，为了将作为变焦透镜的第二组透镜L2移到预定的位置，第二组透镜驱动致动器6通过进给螺杆6a旋转并驱动齿条7，使得第二组活动框架5沿Z轴开始移动。
首先，描述着眼于在打开电源后在DSC 80的微处理器50中变焦倍数的初始位置没有设定的情况。
在将原始位置探测传感器25初始化后，第二组活动框架5在物体方向上移动，并且在图24所示的广角端停下来，使得照相机主体准备好用于拍摄图像。
在另一方面，在打开电源后在DSC 80的微处理器50中将变焦倍数的初始位置设定到摄远端附近的情况中，在将原始位置探测传感器25初始化后，第二组活动框架5停在图23所示的摄远端附近，使得DSC 80准备好用于图像拍摄。如果在这个状态下按下快门按钮83，那么，要拍摄的图像显示出如图26A所示的按比例放大了的目标。
此外，在打开电源后在DSC 80的微处理器50中将变焦倍数的初始位置设定到基本位于摄远端和广角端的中点的情况中，在将原始位置探测传感器25初始化后，第二组活动框架5停在图25所示的中点附近，使得DSC 80准备好用于图像拍摄。如果在这个状态下按下快门按钮83，那么，要拍摄的图像如图26B所示。
在打开电源后在DSC 80的微处理器50中将变焦倍数的初始位置设定到广角端附近的情况中，在将原始位置探测传感器25初始化后，第二组活动框架5停在图24所示的广角端附近，使得DSC 80准备好用于图像拍摄。如果在这个状态下按下快门按钮83，那么，要拍摄的图像如图26C所示。
在以上任何一种情形中，第一组活动框架3和第二组活动框架5移动到一个预定位置，同时由第三组框架8中的支承部分8a和8b所固定的相同导柱4a和4b所支承。因此，即使当第一组透镜L1和第二组透镜L2相对于光轴倾斜的时候，还能保证一定的光学性能，因为倾斜方向相对于图像模糊校正透镜组L3是相同的。
在实际图像拍摄的时候，第二组透镜驱动致动器6和第四组透镜驱动致动器12各自进行变焦操作和对由于变焦以及实现聚焦而引起的像平面波动的校正操作。在变焦的时候，拍摄图像是在图24所示状态的广角端处，以及图23所示状态的摄远端处，其中第二组透镜L2沿-Z方向移动(在成像元件14一侧的端部)。因而，可以在从广角端到摄远端的任意位置拍摄图像。
接下来，描述从图23，24和25所示的每个拍摄状态转变到图22所示的非拍摄状态的操作。
在每个拍摄状态中，当DSC 80的电源按钮81断开时，图像拍摄结束。由第二组透镜驱动致动器6首先将第二组活动框架5移动到成像元件14一侧，因而得到图23所示的状态。随后，第一组透镜驱动致动器22旋转，因此通过减速齿轮单元23，按照与上面相反的方向旋转驱动齿轮19。驱动齿轮19的旋转引起与驱动齿轮19啮合的驱动框架15绕着光轴旋转，与此同时，凸轮槽18a，18b和18c使得驱动框架15沿成像元件14的方向移动，从而使得第一组活动框架3也移动。之后，当原始位置探测传感器27探测到驱动框架15的旋转时，第一组活动框架3移到预定位置，然后第一组透镜驱动致动器22的旋转停止。在这个停止位置，凸轮销16a，16b和16c已经到达图5所示展开的凸轮槽的与凸轮框架17的圆周方向基本上平行的位置19c。以这种方式，就实现了图22所示的收缩状态，其中相比于拍摄状态长度减小了长度C。
这里，在沿光轴方向改变伸缩式透镜镜筒1的长度的缩进操作中，使用了用来驱动第一组透镜L1的第一组透镜驱动致动器22。在变焦操作中，仅使用了第二组透镜驱动致动器6。因而，由于在进行实际图像拍摄的变焦操作时已经将第一组透镜L1推动前进，因此没有必要操作第一组驱动致动器22，并且仅驱动第二组透镜驱动致动器6，从而将第二组透镜移到用于变焦的图23和图24之间的一个预定的位置。因此，当进行图像拍摄例如变焦操作时，没有必要根据变焦倍数展开和缩进镜筒，这和图35所示的常规的伸缩式透镜镜筒不同。在图35所示的常规的伸缩式透镜镜筒中，在变焦操作时，旋转一个驱动致动器69，并且通过减速齿轮链68旋转凸轮镜筒61，由此同时驱动活动透镜框架62和63，这使得变焦速度低并且驱动噪音大。另一方面，在本发明所述的伸缩式透镜镜筒1中，采用步进电机作为第二组透镜驱动致动器6，并且第二组活动框架5是通过与该步进电机相连的进给螺杆6a直接驱动的，这样实现较快的进给速度和较小的驱动噪音。以这种方式，即使是伸缩式透镜镜筒也能实现快速变焦和低变焦噪音。因而，用户能够即时地改变视角，这使得追踪目标，拍摄活动图像等等成为可能，这在常规的DSC中是困难的。
在当前的实施例中，为了在打开电源后将用来变焦的第二组透镜L2移到具有预定变焦倍数的位置，必须提前将第一组透镜L1从收缩状态中的位置移到预定位置，因此需要一定的时间。然而，与在图35所示的常规伸缩式透镜镜筒中通过单个驱动致动器6驱动多个活动透镜框架62和63不同，第一组透镜L1和第二组透镜L2是通过分开的致动器来驱动的。因而，一个致动器仅仅需要较小的驱动力，而驱动速度(致动器的旋转数)能够得以增加，因而可以缩短整个时间段。
如上所述，根据第一实施例，由于能够在不干扰凸轮框架17的凸轮槽18a，18b和18c的情况下装有专门用于变焦的致动器6，即使是伸缩式透镜镜筒也能够实现较快的变焦速度和较低的变焦噪音。因而，用户能够即时地改变视角，这使得可以追踪目标，拍摄活动图像等等，这对于常规的DSC来说是困难的。
根据当前实施例，第一组透镜L1和第二组透镜L2是单独驱动的。换句话说，仅仅驱动第二组透镜L2用来变焦。因而，可以实现较快的变焦速度和较低的变焦噪音。因此，例如在使用麦克风记录声音同时拍摄活动图像的DSC中，降低了本身不可取的所记录变焦噪音的级别，因而极大地提高了商业价值。
此外，通过不仅设置用来变焦的致动器6，而且将原始位置探测传感器25和驱动齿轮19设置在未形成凸轮槽18a，18b和18c的凸轮框架17上的一个部分内，可以将所有的组件设置在单个凸轮框架17上的高密度安装，因而使得透镜镜筒小型化，由于简化的配置减少了组件的数量并降低了成本。
另外，在引入了具备高变焦倍数的透镜的DSC中，设置原始位置探测传感器25，使得当此透镜处于收缩位置特别是摄远端位置或者其附近时能够探测到用来变焦的透镜组L2的绝对位置，因而使得可以在打开电源后即时地将透镜组L2不经过广角端移到摄远端位置附近。这对于防止用户错过重要的关上快门的机会以便放大图像产生了显著的效果。
此外，第一组透镜L1和第二组透镜L2相对于图像模糊校正透镜L3至少倾斜同一方向的结构使得不使用时的整个长度得以减小同时使得光学性能的降低最小化。
此外，导柱4a和4b是通过将其按压进两个在光轴方向上贯穿的彼此分开的通孔而固定的，因此，相比常规系统中为此目的使用夹具预固定导柱并将其粘结来说，装配步骤数能够得以减少。另外，将形成通孔的成型硬模29a和29b在垂直于Z轴的平面内的相对位置进行调整，使得导柱4a和4b的方向能够容易地调整，从而可以平行于光轴固定导柱4a和4b。
此外，在具有筒状凸轮框架17和其上设有凸轮销16a，16b和16c的基本中空柱状驱动框架15的伸缩式透镜镜筒中，在凸轮槽中形成宽部19d，使得在收缩状态下凸轮销16a，16b和16c不会接触凸轮槽18a，18b和18c。因而，即使在收缩状态下装配时沿光轴方向施加一个压紧负载，这时例如凸轮销16a，16b和16c的变形或者凸轮槽18a，18b和18c的损坏这样的问题也不会发生。
此外，即使在采用了其装配复杂的凸轮框架17的伸缩式透镜镜筒中，通过使各组件可以用螺丝从一个方向安装和紧固，相比于从两边进行装配的常规方法，也可以减少装配步骤数，并且简化装配工作。
尽管在当前实施例中设有第一组透镜L1的第一组框架2和第一组活动框架3是不同的元件，它们也可以作为一个整体形成，导柱可以固定其上。
另外，在当前实施例所描述的图像模糊校正设备31中，也可以在其他地方提供使用霍尔元件的位置探测装置。或者，磁性的位置探测装置可以由光学的位置探测装置代替，例如包括发光元件和受光元件。
尽管第三组透镜L3利用图像模糊校正设备31可以沿垂直于光轴方向的方向移动，但是不必说，即使是一个普通透镜镜筒，其中第三组透镜L3固定到第三组框架8而没有安装图像模糊校正设备，也可以达到类似的效果。
尽管在当前实施例中第一组活动框架3和第二组活动框架5顺序移动，但是为了缩短展开或者缩进的时间，它们也可以在同一时间移动。例如，当展开镜筒时，在第一组活动框架3开始移动之后和在它停在一个预定位置之前，从收缩位置开始移动第二组活动框架5并且在广角端位置(或者想要的变焦位置)使之停止是可行的。另外，当收缩镜筒时，在第二组活动框架5开始移动之后并在它在预定位置停止之前，开始移动第一组活动框架3并使之在收缩位置停止是可行的。
此外，尽管当前实施例示出一个例子，其中用来驱动第二组透镜L2的致动器6，第二组透镜L2的位置探测传感器25和用来旋转驱动框架15的驱动齿轮19装在凸轮框架17上。但是本发明不限于这种构造。可以在凸轮框架17上仅装有致动器6和探测传感器25，或者仅装有致动器6和驱动齿轮19。
(第二实施例)
以下，将参照图27描述本发明第二实施例中的伸缩式透镜镜筒。图27是显示本实施例伸缩式透镜镜筒中的凸轮框架17的剖面图。本实施例中的透镜镜筒与第一实施例中的类似，除了下面描述的之外。与第一实施例那些相同的元件采用相同的参考符号，并且省去对它们的描述。
图27是沿垂直于光轴的平面切开的凸轮框架17的截面图。在凸轮框架17的外圆面上，三个凸轮槽18a，18b和18c，驱动齿轮19的安装部分17a，第二组活动框架5的驱动致动器6的安装部分17b，和用于第二组透镜L2的原始位置探测传感器25的安装部分17c交替设置，以使得不会彼此干扰。当用树脂模塑此凸轮框架17，必须将多个成型硬模部件结合起来构成一个成型硬模，将树脂注入这个成型硬模的腔中，并且在树脂模塑之后，按预定方向拉出每个模压部件，由此得到模塑制品。
通常想象到的成型硬模和模塑方法如下。由于三个凸轮槽18a，18b和18c基本相隔120°设置，分别使用了用来模塑凸轮槽18a，18b和18c的三个成型硬模部件，因此在树脂模塑之后，按分开120°的三个方向A，B和C成放射状地将这些模压部件拉出来。另外，分别使用了三个成型硬模部件用来模塑三个安装部分17b，17c和17a，在树脂模塑之后，按三个不同方向D，E和F成放射状地将这些模压部件拉出来。因而，以这种方式，有必要分别使用对应于三个凸轮槽18a，18b和18c以及安装部分17a，17b和17c的至少六个成型硬模部件来进行树脂模塑并且然后按六个不同的方向成放射状地拉出来，从而模塑出凸轮框架17。
在本实施例中，使成型硬模部件的拉出方向A和F互相平行，因此用一个成型硬模部件来模塑凸轮槽18a和第二组透镜L2的原始位置探测传感器25的安装部分17c。这减少了成型硬模部件的总数。
如上所述，根据第二实施例，由于在模塑凸轮框架17的时候可以减少成型硬模部件的数目，因此可以压缩成型硬模的成本。这使得可以减少该伸缩式透镜镜筒的成本。
尽管上面的描述着眼于用一个成型硬模部件模塑凸轮槽18a和安装部分17c的例子，但是本发明不限于此。通过用一个公共的成型硬模部件来模塑三个凸轮槽18a，18b和18c中的至少一个和安装部分17a，17b和17c中的至少一个，就可以获得上述效果。
(第三实施例)
接下来，参照图28描述本发明第三实施例中的伸缩式透镜镜筒。图28是显示本实施例中伸缩式透镜镜筒的第二组透镜驱动致动器6的前端6b的设置的侧面图。本实施例中的透镜镜筒与第一实施例中的类似，除了下面描述的之外。与第一实施例那些相同的元件采用相同的参考符号，并且省去对它们的描述。
图28示出与第一实施例中图22类似的非拍摄状态。与第一实施例不同，在本实施例中，在第一组透镜L1和筒状第一组活动框架3之间在垂直于光轴的方向上设有一个间隙55，并且第二组透镜驱动致动器6的前端6b在收缩状态下进入这个间隙55。
在不使第二组透镜驱动致动器6的前端6b进入这个间隙55的构造中，有必要如第一实施例中图22所示将第二组透镜驱动致动器6设在第一组活动框架3的外面，或者有必要将第二组透镜驱动致动器6设在第一组活动框架3的里面并处于-Z方向一侧的位置上(在成像元件14的一侧)。然而，对于第二组透镜驱动致动器6设在第一组活动框架3的外面的情况，就增加了伸缩式透镜镜筒的外径。对于第二组透镜驱动致动器6设在第一组活动框架3的里面并移至-Z方向一侧的位置的情况，就增加了第一组透镜L1的前端至第二组透镜驱动致动器6位于成像元件14一侧的端部的长度L。结果，透镜镜筒1的整个长度在收缩状态下伸长了。相反，根据本实施例，外径和长度L都能得以减小。
如上所述，根据第三实施例，在第一组透镜L1和第一组活动框架3之间沿垂直于光轴的方向设有一个间隙55并且在收缩状态下第二组透镜驱动致动器6的前端6b进入这个间隙55，由于这种构造，减小透镜镜筒1的外径并且缩短透镜镜筒1在收缩状态下的整体长度成为可能。
(第四实施例)
下面，参照图29描述本发明第四实施例中的使用了伸缩式透镜镜筒的光学仪器。图29是显示本实施例中的光学仪器内的致动器驱动电路的设置的框架图。本实施例中的光学仪器与第一实施例中的类似，除了下面描述的之外。与第一实施例那些相同的元件采用相同的参考符号，并且省去对它们的描述。
图29所示的当前实施例中的致动器驱动电路是通过在图12所示的第一实施例中的致动器驱动电路中增加一个变焦初始位置存储系统53得到的。这个变焦初始位置存储系统53由非易失存储器例如EEPROM等等构成，并且在利用DSC 80完成图像拍摄之后、在关掉电源之前立刻存储变焦位置作为光学变焦倍数信息。换句话说，当关掉电源按钮81时，在图23，24和25所示的任一种拍摄状态中，在那之前变焦初始位置存储系统53即时存储变焦位置。
之后，当打开DSC 80的电源按钮81时，用来驱动第一组透镜L1的第一组透镜驱动致动器22旋转并移动到图23所示的状态。接着，微处理器50读出变焦初始位置存储系统53所存储的变焦位置，并且根据读出的变焦初始位置存储值将用作变作为焦透镜的第二组透镜L2移到一个预定位置。例如，如果变焦初始位置存储值对应于广角端状态，那么第二组活动框架5就移到图24所示的状态，从而进入图像拍摄就绪的状态。
如上所述，根据本实施例，即使在关掉采用了具备高变焦倍数的透镜的DSC的电源之后，在关掉之前也会自动存储变焦位置的设置值。这对于在同一视角进行多次图像拍摄是极其有用的。
应当注意，DSC中还可以设置重新设定功能，其中将自动设定变焦位置的初始值，例如，当用户按下复位按钮之后设置为摄远端。
(第五实施例)
以下，参照图30和图31描述本发明第五实施例中的使用了伸缩式透镜镜筒的光学仪器。图30是显示本实施例中的光学仪器内的致动器驱动电路设置的框架图。图31是显示变焦初始位置选择系统中的操作面板的示意图。本实施例中的光学仪器与第五实施例中的类似，除了下面描述的之外。与第一实施例那些相同的元件采用相同的参考符号，并且省去对它们的描述。
图30所示的当前实施例中的致动器驱动电路是通过在图29所示的第四实施例中的致动器驱动电路中增加一个变焦初始位置选择系统54得到的。变焦初始位置选择系统54中的操作面板设在DSC 80的外表面的操作部分(见图14)，并且其外观包括用来选择变焦位置的箭头键54a和用来显示当前变焦位置的显示部分54b，如图31所示。用户通过按下箭头键54a来选择变焦位置，由此在打开电源后自由地选择变焦位置。所选变焦位置存储在变焦初始位置存储系统53中作为初始光学变焦倍数信息。
当按下电源按钮81打开电源时，与上述第四实施例类似，第一组透镜L1移到图23所示的位置。随后，微处理器50读出由变焦初始位置选择系统54所设置在变焦初始位置存储系统53中的变焦位置，并且根据这些，第二组透镜L2移动并且自动地设定到用户预设的变焦位置。
如上所述，根据本实施例，打开电源时的变焦倍数能够由用户自由地设定，因此使得可以根据场景或者图像拍摄状况来改变变焦倍数。因而，不太可能引起错过按快门机会的问题。
应该指出的是，可以设计要选择的变焦初始位置，使之可以在从广角端到摄远端的范围内连续设置。
(第六实施例)
接下来，参照图32和图33描述本发明第六实施例中的伸缩式透镜镜筒。图32是描述本实施例的伸缩式透镜镜筒中的驱动齿轮19和图像模糊校正设备31之间位置关系的分解透视图。而图33是从与光轴平行的方向看到的前视图，它示出本实施例的伸缩式透镜镜筒中的驱动齿轮19和图像模糊校正设备31。本实施例中的透镜镜筒与第一实施例中的类似，除了下面描述的之外。与第一实施例那些相同的元件采用相同的参考符号，并且省去对它们的描述。
参照图32，将要描述驱动齿轮19的安装位置。
驱动齿轮19将主凸缘10上装的减速齿轮单元21的驱动力传递到驱动框架15，并且沿光轴方向需要有一个预定长度用于活动框架15在光轴方向上移动。另外，为了在光轴方向上移动活动框架15，在凸轮框架17上设置凸轮槽18a，18b和18c，并且必须将驱动齿轮19装在凸轮框架17上，使之不会干扰凸轮槽。此外，将图像模糊校正设备31设在主凸缘10和凸轮框架17之间。由于这种限制，因此将驱动齿轮19设在两个放在相对于光轴成90°的位置上的电磁致动器41y和41x之间，使之不会干扰图像模糊校正设备31。结果，在凸轮框架17上设有驱动齿轮19，还在其两端设有凸轮槽18b和18c，使得在具备图像模糊校正设备31的伸缩式透镜镜筒1中，能够将驱动齿轮19设在光轴的中心附近而不会引起图像模糊校正设备31和用于伸缩的驱动齿轮19之间的干扰。
此外，如图33所示，驱动齿轮19设在两个电磁致动器41y和41x之间，使得其上安装了图像模糊校正设备31的第三组框架8基本上在双点划线所示的凸轮框架17的圆内。因此，能够减小伸缩式透镜镜筒1的直径。
如上所述，根据本实施例，通过将用来伸缩的驱动齿轮19设置在两个用来校正图像模糊的致动器41y和41x之间，能够在对凸轮槽不产生干扰的情况下将驱动齿轮19设置在光轴的中心附近。因而，既可以缩短透镜镜筒的整体长度，又可以减小它的直径。
(第七实施例)
下面，参照图34描述本发明第七实施例中的伸缩式透镜镜筒。图34是描述本实施例的伸缩式透镜镜筒中的快门单元24和第二组活动框架5之间位置关系的分解透视图。本实施例中的透镜镜筒与第一实施例中的类似，除了下面描述的之外。与第一实施例那些相同的元件采用相同的参考符号，并且省去对它们的描述。
参照图34，将要描述在哪里放置快门单元24的驱动致动器24a和24b。
快门单元24包括光阑叶片和快门叶片，它们形成一个用来控制成像元件14的曝光量和曝光时间的固定光圈直径。光阑叶片由驱动致动器24a驱动，而快门叶片由驱动致动器24b驱动。设置驱动致动器24a和24b，使之从快门单元24与图像模糊校正设备31相对的一面，即第二组活动框架5一侧的表面突出。在第二组活动框架5对着快门单元24一侧的表面上，对应于驱动致动器24a和24b的两个位置上设有凹进部分5d和5e。结果，当第二组活动框架5和快门单元24之间的距离减小的时候，驱动致动器24a和24b分别部分地进入第二组活动框架5的凹进部分5d和5e，因此避免了驱动致动器24a和24b与第二组活动框架5之间的干扰。
因此，例如，在图23所示的摄远端处，当第二组透镜L2和图像模糊校正透镜组L3之间的间隙减小的时候，快门单元24的驱动致动器24a的一部分进入第二组活动框架5的凹进部分5d。
如上所述，根据本实施例，将快门单元24的驱动致动器24a和24b设在快门单元24在第二组活动框架5一侧的表面上，并且在第二组活动框架5上设有驱动致动器24a和24b可以部分进入的凹进部分。这能够减小快门单元24和第二组活动框架5之间的间隙，从而缩短了伸缩式透镜镜筒的整体长度。
本发明可以在不脱离其精神或者本质特征的前提下以其他特定方式实施。本申请所公开的实施例从各方面理解均为示例性而不是限制性的，本发明的范畴是由所附权利要求指出，而不是前述说明，所有落在与权利要求等效的含义和范围内的变化都囊括其中。

Claims (10)

1.一种伸缩式透镜镜筒，包括：
用来固定第一透镜组的第一固定框架；
用来固定位于相对于该第一透镜组的像平面一侧的第二透镜组的第二固定框架；
用来将该第二固定框架在光轴方向上移动的致动器；和
筒状凸轮框架，包括为了使该第一固定框架在光轴方向上移动而在周向上基本上以等间隔形成的多个凸轮槽，该筒状凸轮框架被配置在上述第一固定框架的内侧；
其中，该致动器被固定在该凸轮框架的没有形成该凸轮槽的部分且该第一固定框架的内周侧；
在缩入时，上述第一固定框架移动到上述凸轮框架及上述致动器的外侧。
2.如权利要求1所述的伸缩式透镜镜筒，还包括
用来探测该第二固定框架位置的探测元件，
中空的柱状驱动框架，该驱动框架可以绕着光轴旋转，并且连同该第一固定框架在光轴方向一起移动，和
用来旋转该驱动框架的驱动传动装置，
其中该凸轮槽与该驱动框架紧密配合，并且使得随着该驱动框架的旋转，该驱动框架沿该凸轮槽在光轴方向上移动，并且
该探测元件和该驱动传动装置分别装在该凸轮框架上没有形成该凸轮槽的那部分上。
3.如权利要求2所述的伸缩式透镜镜筒，其中该凸轮框架是采用树脂通过使用由多个成型硬模部件组合起来的成型硬模模塑而成，并且
形成于该凸轮框架上的该多个凸轮槽中的一个和该致动器、该探测元件和该驱动传动装置的安装部分中的一个是用一个公共的成型硬模部件模塑而成。
4.如权利要求1所述的伸缩式透镜镜筒，还包括至少两个互相平行的棒状引导元件，该引导元件的一端固定到该第一固定框架，
其中该第二固定框架由该引导元件可滑动地固定。
5.如权利要求4所述的伸缩式透镜镜筒，其中每个该引导元件是通过将其按压到两个彼此分开且沿光轴方向贯穿的通孔中而固定到该第一固定框架的。
6.如权利要求1所述的伸缩式透镜镜筒，还包括一个中空的柱状驱动框架，该驱动框架可以绕着光轴相对于该凸轮框架旋转，由此与该第一固定框架在光轴方向上一起移动，
其中该驱动框架包括用来与该凸轮槽紧密配合的配合元件，并且
在该凸轮槽上形成沿光轴方向的宽度增加的宽部，使得在该第一透镜组最大限度地移动到该像平面一侧的时候该配合元件不与该凸轮槽接触。
7.如权利要求1所述的伸缩式透镜镜筒，还包括探测元件，它设置为用来当该第二固定框架最大限度地处于该像平面一侧的位置或者在其附近时探测该第二固定框架在光轴方向上的绝对位置。
8.如权利要求7所述的伸缩式透镜镜筒，其中该最大限度地处于该像平面一侧的位置是光学系统中的摄远端位置。
9.一种其上装有如权利要求1所述的伸缩式透镜镜筒的光学仪器，该光学仪器包括：
存储系统，它能够将电源关闭时的光学变焦倍数存储为初始光学变焦倍数信息；
其中，对该初始光学变焦倍数信息存储在该存储系统中的情况，在电源打开时，该第二透镜组移动到基于该初始光学变焦倍数信息的光学变焦倍数位置并且在那里停下来。
10.一种其上装有如权利要求1所述的伸缩式透镜镜筒的光学仪器，该光学仪器包括：
输入系统，用于使用户在打开电源的时候自由输入光学变焦倍数；以及
存储系统，用来把从该输入系统输入的该光学变焦倍数存储为初始光学变焦倍数信息；
其中，在该初始光学变焦倍数信息存储在该存储系统的情况下，在电源打开时，该第二透镜组移动到基于该初始光学变焦倍数信息的光学变焦倍数位置并在那里停下来。
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