CN100595615C - 镜筒及具有该镜筒的成像装置 - Google Patents

Abstract

一种镜筒，其包括构成为沿光轴手动移动的第一透镜组，构成为沿光轴电动移动的第二透镜组，构成为保持第一透镜组的第一保持元件，构成为保持第二透镜组的第二保持元件，构成为沿光轴移动第二保持元件的驱动元件，构成为传递驱动元件的驱动力到第二保持元件的传送元件，以及构成为沿光轴相对地推压传送元件和第二保持元件的推压元件。第一透镜组在第二透镜组的运动区域内是可移动的。推压元件在第二保持元件与第一保持元件干涉时发生位移。

Description

镜筒及具有该镜筒的成像装置

技术领域

本发明涉及一种用于例如数码相机、摄像机的镜筒和一种可互换的镜筒，并且尤其涉及一种手动执行变焦操作的镜筒。

背景技术

目前存在后聚焦镜筒，该镜筒包括聚焦透镜，该透镜相对变焦透镜设置在图象平面侧，并且其构造用于矫正变焦透镜运动时产生的图象平面变化和执行聚焦操作。

这种镜筒的其中一个示例为一种通过手动操作(手动变焦操作)执行变焦并且通过电动操作(自动聚焦操作)聚焦以改善拍摄操作的镜筒。

该实施例为日本专利No.03514245公开的镜筒，其包括设置在聚焦移动框架的运动区域内的外围元件。在该镜筒中，聚焦移动框架高速手动地执行变焦操作。

在该操作过程中，推压元件构成为吸收聚焦移动框架和其它外围元件之间产生的干涉。聚焦移动框架通过凸轮联接到变焦驱动元件上以沿光轴移动变焦移动框架。转动变焦驱动元件，由此沿光轴移动聚焦移动框架。

利用附着于聚焦移动框架的聚焦驱动元件使保持聚焦透镜的保持元件沿光轴移动执行聚焦操作。因此，聚焦操作依赖于变焦驱动元件的操作。

推压元件沿光轴以使两元件彼此远离的方向推压聚焦透镜保持元件和变焦驱动元件，同时定位于两元件之间。推压方向为减小丝杠机构的卡嗒卡嗒声的方向，该丝杠机构沿光轴旋拧聚焦透镜保持元件。

然而，对于上述专利文件公开的镜筒，由于聚焦透镜保持元件和变焦驱动元件在使两元件彼此远离的方向上被推压，除聚焦透镜自身的阻力之外，聚焦驱动元件承受推压元件的阻力。

因此，对于聚焦驱动元件通常需要具有克服聚焦透镜自身阻力和推压元件的阻力的总和的驱动力。

此外，聚焦移动框架和变焦驱动元件之间通过凸轮连接的联接结构导致由于凸轮环尺寸的增大而引起的镜筒尺寸的增大，要安装凸轮连接所需的组件，以及复杂的组件结构。

发明内容

本发明提供一种镜筒，该镜筒包括构成为沿光轴手动移动的第一透镜组，构成为沿光轴电动移动的第二透镜组，构成为保持第一透镜组的第一保持元件，构成为保持第二透镜组的第二保持元件，构成为沿光轴移动第二保持元件的驱动元件，构成为传递驱动元件的驱动力到第二保持元件的传送元件，以及构成为沿光轴相对地推压传送元件和第二保持元件的推压元件。第一透镜组在第二透镜组的运动区域内是可移动的。推压元件在第二保持元件与第一保持元件干涉时发生位移。

根据本发明的一个方面，镜筒包括构成为沿光轴相对地推压传送元件和第二保持元件并且设置在传送元件和第二保持元件之间的结构。

因此，可以获得一种优点，即使当第二保持元件与第一保持元件干涉时，除了第二透镜组的阻力之外，能够减小施加于驱动元件的机械阻力。

此外，不使用凸轮联接第一透镜组和第二透镜组。因此，可以获得其它优点，即由凸轮环尺寸的减小引起镜筒尺寸的减小，省去凸轮联接所要求的组件，以及有助于简化组件的结构。

通过下面结合附图描述的具体实施例，本发明的其它特点和特征将变得明显。

附图说明

图1是显示根据本发明的第一实施例的镜筒的示例结构的分解透视图。

图2是显示根据第一实施例的镜筒的示例结构(在广角位置)的光学截面图。

图3是显示根据第一实施例的镜筒的示例结构(在远摄位置)的光学截面图。

图4显示根据第一实施例的镜筒内的示例聚焦透镜单元。

图5显示根据第一实施例的镜筒内的聚焦控制操作滞后的状态。

图6是根据第一实施例的镜筒内的聚焦透镜单元的示意图。

图7是描述根据第一实施例的镜筒内的聚焦控制操作滞后的状态的示意图。

图8是根据第二实施例的镜筒内的聚焦透镜单元的示意图。

图9是描述根据第二实施例的镜筒内的聚焦控制操作滞后的状态的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图描述本发明的多个具体实施例。

第一具体实施例

图1是显示适用于本实施例的在成像设备例如摄像机和数码相机中使用的镜筒结构的分解透视图。图2和3是显示适用于本实施例的在成像设备例如摄像机和数码相机中的镜筒结构的光学截面图。图2显示了在广角位置各透镜组的状态。图3显示了在远摄位置各透镜组的状态。

根据本发明实施例的镜筒包括四个透镜组。在图1中，透镜组L1、L2和L3具有变焦功能；L1是第一变焦透镜组，L2是第二变焦透镜组，以及L3是第三变焦透镜组。第三变焦镜头组L3沿基本与光轴垂直的方向移动以光学地矫正模糊图象。第三变焦透镜组L3与沿光轴手动移动的第一透镜组对应。聚焦透镜组L4电动地执行聚焦并与第二透镜组对应。

能够手动操作的变焦操作环110设置在镜筒最靠外的前面。当变焦操作环110从图2所示的广角状态旋转时，第一变焦透镜单元10、第二变焦透镜单元40、作为光量可调设备的光圈机械单元50，作为模糊图象光学矫正单元的第三变焦透镜单元60，以及聚焦透镜单元90中的每一个从图2所示的广角状态朝向图3所示的远摄状态移动。

第一变焦透镜单元10、光圈机械单元50以及第三变焦透镜单元60移动相应的距离到达物侧。第二变焦透镜单元40移动到图象平面侧。

在图1中，当能够手动操作的变焦操作环110旋转时，变焦凸轮环20也旋转。变焦凸轮环20具有引导每个单元移动的螺旋凸轮凹槽(未示出)。固定筒30具有平移的导向凹槽。第一变焦透镜单元10、第二变焦透镜单元40、光圈机械单元50以及第三变焦透镜单元60由凸轮凹槽和平移导向凹槽引导，并且在变焦操作时沿光轴移动。

通过导向轴(未示出)沿光轴引导用于电动地执行聚焦操作(自动聚焦)的聚焦透镜单元90，该导向轴两端由中间筒70和后部筒100支撑。

后部筒100保持图象拾取元件(未示出)，该元件光电地转换由光学成像系统(例如电荷耦合器件(CCD)或者互补型金属氧化物半导体(CMOS)传感器)形成的物体图象。

联接筒120将镜筒保持在成像设备，例如摄像机或者数码相机上。支撑聚焦透镜单元的中间筒70和联接筒120都固定到固定筒30上。

在本发明的镜筒中，聚焦电动单元80用作为聚焦驱动元件，其产生用于沿光轴移动聚焦透镜单元90的驱动力。聚焦电动单元80通过螺钉固定到中间筒70上。

图4是显示聚焦透镜单元90的结构示意图。聚焦电动单元80作为沿光轴驱动聚焦透镜保持元件91的聚焦驱动元件。第一导向轴96沿光轴延伸。第一导向轴96与保持聚焦透镜组L4的聚焦透镜保持元件91中形成的U形凹槽(未示出)相接合，使得聚焦透镜保持元件91可沿光轴移动。第二导向轴97沿光轴延伸。

聚焦透镜保持元件91通过作为透镜驱动元件的聚焦电动单元80产生的驱动力沿光轴移动。第二导向轴97与聚焦透镜保持元件91的第一套筒91a和第二套筒92相接合，以此第一套筒91a和第二套筒92可沿光轴移动。第二套筒92与传送元件相对应。

第一套筒91a和第二套筒92通过第一套筒91a上形成的凸起91b和第二套筒92中形成的通孔92b相接合。利用该接合，允许两个套筒沿光轴相对地移动并且防止两者相对地转动。

第一套筒91a和第二套筒92与拉簧93联接，该拉簧与第一套筒91a上形成的凸部91c和第二套筒92上形成的凸部92c连接。通过拉簧93相对地推压第一套筒91a和第二套筒92。

作为推压元件的拉簧93的推压力满足关系A＜B，其中A为聚焦透镜组L4和聚焦透镜保持元件91的总重量，B为拉簧位移最小时拉簧93的推压力。

通过采用上述结构，在常规聚焦操作中，除了聚焦透镜组L4相对聚焦电动单元80的阻力之外的机械阻力能够被抑制。

第一套筒91a与第二导向轴97相接合，由此允许沿光轴引导聚焦透镜保持元件91。U形凹槽(未示出)与第一导向轴96相接合，由此防止绕第二导向轴97转动。

由电动地执行聚焦操作(自动聚焦)的聚焦电动单元80驱动的转子(未示出)成一体地设有进给丝杠81。进给丝杠81与安装在第二套筒92上的支架94相啮合，该第二套筒与聚焦透镜保持元件91的第一套筒91a相接合。当进给丝杠81与转子(未示出)一同转动时，聚焦透镜保持单元91靠进给丝杠81和支架94的啮合沿光轴被驱动。

通过扭力螺旋弹簧95偏压聚焦透镜保持单元91、支架94、进给丝杠81、第一导向轴96以及第二导向轴97，由此减小了其中的卡嗒卡嗒声。

各种电动机能够用作为图4所示的聚焦电动单元80。例如包括步进电动机、直流(DC)电动机，以及振动电动机。

正确地控制聚焦驱动时，就是图4所示的状态，此时不会出现问题。然而，如果在相机的电源处于关闭时变焦操作环110在无法控制的状态转动或者即使在可控制的状态如果变焦操作环110以高速手动地转动，聚焦控制操作会出现不希望的停止或滞后。

图5显示如上述的状态。尽管聚焦透镜保持元件91和聚焦电动单元80试图以高速朝向物侧移动，由于图象模糊光学矫正单元60比所述聚焦透镜保持元件和聚焦电动单元移动更快，所以聚焦透镜保持单元91也不会被保持在常规位置。

也就是，聚焦透镜保持元件91和图象模糊光学矫正单元60(其保持第三变焦透镜组L3)彼此接触。这样意味着在两个透镜保持元件之间产生干涉。

此时，聚焦透镜保持元件91不能返回到图4所示的常规位置或控制操作滞后。当相机的电源打开并且控制操作开始或者当控制操作过一会儿达到常态时，所述状态达到图4所述的状态。

在该情形中，聚焦透镜保持元件91和第二套筒92远离这样一种状态，在该状态中产生干涉的行程借助拉簧93如图4所示的将二者相对地推压，由此吸收干涉。

在推压元件位移为最大值时，作为推压元件的拉簧的推压力满足关系B’＜C，其中B’为拉簧位移最大时拉簧93的推压力，并且C为由电动机产生的最小力。

此外，满足关系D＜E，其中D为第三变焦透镜组L3的移动区域和第四变焦透镜组L4的移动区域的重叠区域(也即干涉行程)，并且E表示作为推压元件的拉簧93的位移最大时(也即干涉吸收行程)，第一套筒91a的凸部91c和第二套筒92的后端92d之间沿光轴的距离。

为了吸收干涉，聚焦透镜保持单元91和图象模糊光学矫正单元60的每一个抵接面可以是结构组件(如保持元件)的表面，而不是透镜表面。

如上所述，在该实施例中，通过远离图4所示用拉簧93相对地推压聚焦透镜保持元件91和第二套筒92这样一种状态来吸收干涉。因此，在常规聚焦操作中，除了干涉出现时，能够获得抑制除聚焦透镜组L4的阻力之外的机械阻力的优点。

图6和图7是分别描述图4和图5的示意图。图6显示这样一种状态，在该状态中聚焦透镜保持元件91和图象模糊光学矫正单元60在彼此无干涉的情况下独立地被驱动。图7显示这样一种状态，在该状态中聚焦透镜保持元件91和图象模糊光学矫正单元60彼此干涉。

图象模糊光学矫正单元60保持第三变焦透镜组L3。聚焦透镜保持元件91保持聚焦透镜组L4。通过拉簧93沿光轴相对地推压聚焦透镜保持元件91和支架94。聚焦透镜保持元件91靠聚焦电动单元80和支架94的啮合沿光轴移动。

当聚焦透镜保持元件91和图象模糊光学矫正单元60之间出现干涉时，通过干涉行程借助拉簧93的位移吸收干涉。

聚焦透镜保持元件91和支架94沿光轴彼此远离。也即，当聚焦透镜保持元件91和图象模糊光学矫正单元60之间出现干涉时，通过干涉行程拉伸拉簧93。

因此，甚至当聚焦透镜保持元件91和图象模糊光学矫正单元60之间出现干涉时，能够获得减小冲击支架94的优点。

第二具体实施例

图8和图9是显示一种改进的示意图，其中在第一实施例的镜筒中作为推压元件的拉簧93替换为压簧98。

适用于第二实施例的成像设备(例如摄象机和数码相机)中使用的镜筒的结构，以及聚焦透镜单元的整个结构基本与第一实施例的相同，因此在此不再重复描述。

图8显示这样一种状态，在该状态中聚焦透镜保持元件91和图象模糊光学矫正单元60在彼此无干涉的情况下独立地驱动。图9显示这样一种状态，在该状态中聚焦透镜保持元件91和图象模糊光学矫正单元60彼此干涉。

图象模糊光学矫正单元60保持第三变焦透镜组L3。聚焦透镜保持元件91保持聚焦透镜组L4。通过压簧98沿光轴相对地推压聚焦透镜保持元件91和支架94。聚焦透镜保持元件91靠透镜电动单元80和支架94的啮合沿光轴移动。

当聚焦透镜保持元件91和图象模糊光学矫正单元60之间出现干涉时，通过干涉行程借助压簧98的位移吸收干涉。

聚焦透镜保持元件91和支架94沿光轴彼此远离。也即，当聚焦透镜保持元件91和图象模糊光学矫正单元60之间出现干涉时，通过干涉行程压缩压簧93。

因此，甚至当聚焦透镜保持元件91和图象模糊光学矫正单元60之间出现干涉时，也能够获得减小冲击支架94的优点。

在上述的实施例中，未使用凸轮来联接第三变焦透镜组L3和聚焦透镜组L4。这样能够导致由凸轮环的尺寸减小引起的镜筒尺寸的减小，省去凸轮联接所要求的组件，并且有助于简化组件的结构。

在上述的实施例中，在聚焦透镜单元和图象模糊光学矫正元件之间出现干涉。然而，显然构成为吸收干涉的单元可以被设置在聚焦透镜单元和进入所述单元运动区域的相邻元件之间。

参考具体实施例描述本发明的同时，可以理解本发明并不局限于所公开的具体实施例。下面的权利要求的范围符合最宽的解释以此包含所有的变型、等同结构和功能。

Claims (6)

1.一种镜筒，包括

第一透镜组，构成为沿光轴手动地移动；

第二透镜组，构成为沿光轴电动地移动；

第一保持元件，构成为保持第一透镜组；

第二保持元件，构成为保持第二透镜组；

驱动元件，构成为沿光轴移动第二保持元件；

传送元件，构成为传递驱动元件的驱动力到第二保持元件，使第二保持元件通过驱动元件的驱动力沿光轴的方向移动；以及

推压元件，构成为沿光轴相对地推压传送元件和第二保持元件，

其中第一透镜组在第二透镜组的运动区域内是可移动的，并且推压元件在第二保持元件与第一保持元件干涉时发生位移。

2.根据权利要求1所述的镜筒，其中第一透镜组为变焦透镜组，并且第二透镜组为聚焦透镜组。

3.根据权利要求1所述的镜筒，其中满足关系A＜B，其中A为第二透镜组和第二保持元件的总重量，B为推压元件位移最小时推压元件的推压力。

4.根据权利要求1所述的镜筒，其中满足关系B’＜C，其中B’为推压元件位移最大时推压元件的推压力，C为由驱动元件产生的最小力。

5.根据权利要求1所述的镜筒，其中传送元件和第二保持元件相接合以此防止两者之间的相对转动。

6.一种具有权利要求1至5的任何一个所述的镜筒的成像装置。

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