DE102008056647A1

DE102008056647A1 - Mechanismus zur Positionierung eines optischen Elementes

Info

Publication number: DE102008056647A1
Application number: DE102008056647A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Nomura
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2009-05-14
Also published as: GB2454591A; GB0820516D0; GB2454591B; US8041204B2; KR20090048361A; US20090125926A1

Abstract

Beschrieben ist ein Mechanismus zur Positionierung eines optischen Elementes (LG3), mit einem Halteglied (51), das ein optisches Element (LG3) einer Aufnahmeoptik hält; einem Ausfahr/Einfahr-Führungselement (52, 152), welches das Halteglied (51) in Richtung einer optischen Achse (O) der Aufnahmeoptik so führt, dass das Halteglied (51) in Richtung der optischen Achse (O) bewegbar ist; und einer Vorspannvorrichtung mit einem Arm (38c, 138c, 70), der um eine Schwenkachse (38x, 138x, 70x), die im Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse (O) liegt, schwenkbar ist und an dem Halteglied (51) anliegt, wobei die Vorspannvorrichtung auf das geführte Halteglied (51) zugleich eine Vorspannkraft in Bewegungsrichtung des Haltegliedes (51) und eine Bewegungskraft senkrecht zur Bewegungsrichtung des Haltegliedes (51) ausübt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mechanismus zur Positionierung eines optischen Elementes, das in einer optischen Einrichtung in Richtung einer optischen Achse bewegt wird.
In optischen Einrichtungen, z. B. Kameras, sind Ausfahr/Einfahr-Führungsmechanismen zum Bewegen eines Haltegliedes, das ein optisches Element, z. B. eine Linsengruppe, hält, in Richtung einer optischen Achse bekannt. Ein solcher Führungsmechanismus umfasst einen Mechanismus, in dem eine Führungsachse so in ein Führungsloch eingesetzt ist, dass die Führungsachse relativ zu dem Führungsloch in Richtung ihrer zur optischen Achse parallelen Längsachse frei verschiebbar ist, sowie einen anderen Mechanismus, in dem sich ein Führungsvorsprung so in Eingriff mit einer Führungsnut befindet, dass er in der zur optischen Achse parallelen Längsrichtung der Führungsnut relativ zur Führungsnut frei verschiebbar ist. Ein solcher Führungsmechanismus, der eine Führungsachse und ein Führungsloch vorstehend beschriebener Art umfasst, ist beispielsweise in JP 2000-206391 beschrieben.
Bei dem Führungsmechanismus oben beschriebener Art ist an den zueinander verschiebbaren Teilen zwischen dem Führungsloch und der Führungsachse und zwischen der Führungsnut und dem Führungsvorsprung jeweils ein vorbestimmtes Spaltmaß vorhanden, um die Bewegung zu ermöglichen, mit der die genannten Komponenten relativ zueinander verschoben werden. Außerdem sind häufig Mittel vorgesehen, um das Spiel zu beseitigen und so beispielsweise Klappergeräusche zu vermeiden, die durch dieses Spaltmaß verursacht werden, und eine stabile Positionierung zu ermöglichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Positionierungsmechanismus anzugeben, der es ermöglicht, in dem Ausfahr/Einfahr-Führungsmechanismus, der für das das optische Element haltende Halteglied vorgesehen ist, ein Spiel zuverlässig zu vermeiden und zugleich raumsparend ausgeführt ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Positionierungsmechanismus nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung ermöglicht es, in dem Ausfahr/Einfahr-Führungsmechanismus ein Spiel durch eine einfache und raumsparende Konstruktion zu beseitigen, die aus einer kleinen Zahl an Elementen besteht, da die Vorspannvorrichtung, die das Halteglied in Richtung der optischen Achse des optischen Elementes so vorspannt, dass das Halteglied in diese Richtung bewegt wird, das Halteglied zugleich in eine Richtung senkrecht zu dessen Bewegungsrichtung vorspannt. In dem Ausfahr/Einfahr-Führungsmechanismus kann ein Spiel noch wirksamer vermieden werden, indem der Positionierungsmechanismus mit einer Vorrichtung versehen ist, welche die Vorspannvorrichtung in dem kraftbeaufschlagten Zustand in eine Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Haltegliedes drückt.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Darin zeigen:
1 einen Längsschnitt durch einen Varioobjektivtubus, bei dem ein Mechanismus zur Positionierung einen optischen Elementes nach der Erfindung verwendet wird, wobei der Varioobjektivtubus in einem eingefahrenen, d. h. vollständig zurückgezogenen Zustand gezeigt ist;
2 einen Längsschnitt durch den Varioobjektivtubus in einem aufnahmebereiten Zustand, wobei die obere Hälfte in 2 den Varioobjektivtubus in der Weitwinkelgrenzeinstellung und die untere Hälfte in 2 den Varioobjektivtubus in der Telegrenzeinstellung darstellt;
3 eine perspektivische Vorderansicht des Varioobjektivtubus im eingefahrenen Zustand;
4 eine perspektivische Rückansicht des Varioobjektivtubus im eingefahrenen Zustand;
5 eine perspektivische Vorderansicht des Varioobjektivtubus in einem aufnahmebereiten Zustand;
6 eine perspektivische Rückansicht des Varioobjektivtubus in einem aufnahmebereiten Zustand, wobei der in dem Varioobjektivtubus vorgesehene Halter für die Bildaufnahmevorrichtung weggelassen ist;
7 eine perspektivische, auseinandergezogene Rückansicht des Varioobjektivtubus, wobei Elemente, die zur Positionierung der dritten Linsengruppe vorgesehen sind, weggelassen sind;
8 eine perspektivische Vorderansicht der für die dritte Linsengruppe bestimmten Linsenfassung und der Hauptteile des hierfür vorgesehenen Positionierungsmechanismus;
9 eine perspektivische Rückansicht der für die dritte Linsengruppe bestimmten Linsenfassung und der Hauptteile des hierfür bestimmten Positionierungsmechanismus;
10 eine Vorderansicht des Varioobjektivtubus, die hauptsächlich die Linsenfassung für die dritte Linsengruppe und den hierfür bestimmten Positionierungsmechanismus zeigt;
11 eine Vorderansicht der Linsenfassung für die dritte Linsengruppe und des hierfür bestimmten Positionierungsmechanismus nach 10;
12 eine Seitenansicht der Linsenfassung für die dritte Linsengruppe und des hierfür bestimmten Positionierungsmechanismus, wobei die Funktionsweise der in den Positionierungsmechanismus vorgesehenen Torsionsfeder gezeigt ist, die die Linsenfassung vorspannt;
13 eine Seitenansicht der Linsenfassung für die dritte Linsengruppe und des hierfür bestimmten Positionierungsmechanismus in einem Vergleichsbeispiel, bei dem eine Zugfeder als Vorspannvorrichtung zum Vorspannen für die Linsenfassung verwendet wird;
14A und 14B Graphen, die einen Vergleich zwischen der Variation der Federbelastung in dem Ausführungsbeispiel nach 12 und der Variation der Federbelastung in dem Vergleichsbeispiel nach 13 zeigen, wobei 14A die Variation in dem Ausführungsbeispiel nach 12 und 14B die Variation in dem Vergleichsbeispiel nach 13 zeigt;
15 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen, zur Positionierung eines optischen Elementes bestimmen Mechanismus, der ausgebildet ist, eine Linsenfassung zu positionieren, und in dem eine Leitkurvenwelle anstelle des Leitspindelmechanismus verwendet wird, der in dem in 1 bis 12 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel des Positionierungsmechanismus eingesetzt wird;
16 eine Vorderansicht des in 15 gezeigten, zur Positionierung des optischen Elementes bestimmten Mechanismus;
17 eine Vorderansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des zur Positionierung eines optischen Elementes be stimmten Mechanismus, die hauptsächlich die Linsenfassung für die dritten Linsengruppe und den hierfür bestimmten Positionierungsmechanismus zeigt, wobei eine Kombination aus einem Hebel und einer Torsionsfeder als Vorspannvorrichtung zum Vorspannen der Linsenfassung verwendet wird;
18 eine Vorderansicht der für die dritten Linsengruppe vorgesehenen Linsenfassung und des hierfür bestimmten Positionierungsmechanismus, die in 17 gezeigt sind;
19 eine Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Positionierungsmechanismus, der ausgebildet ist, die für die dritten Linsengruppe vorgesehene Linsenfassung zu positionieren, wobei die Funktionsweise des Hebels und der Torsionsfeder veranschaulicht sind;
20 eine Seitenansicht eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Positionierungsmechanismus, der ausgebildet ist, die für die dritte Linsengruppe vorgesehene Linsenfassung zu positionieren, wobei eine Kombination aus einem Hebel und einer Zugfeder als Vorspannvorrichtung zum Vorspannen der Linsenfassung verwendet wird;
21 eine Seitenansicht eines fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Positionierungsmechanismus, der ausgebildet ist, die für die dritte Linsengruppe vorgesehene Fassung zu positionieren, wobei eine Kombination aus einem Hebel und einer Zugfeder als Vorspannvorrichtung zum Vorspannen der Linsenfassung verwendet wird;
22 eine perspektivische Ansicht des für die Bildaufnahmevorrichtung vorgesehenen Halters, der ein Element eines ersten modifizierten Ausführungsbeispiels des Positionierungsmechanismus bildet, wobei der Halter an seiner Schutzwand einen Andruckteil aufweist, der auf den Vorspannarm der Vorspannfeder drückt;
23 eine teilweise quergeschnittene Rückansicht eines Teils des ersten modifizierten Ausführungsbeispiels der Positionierungsvorrichtung, wobei ein Zustand gezeigt ist, in dem der Andruckteil der Schutzwand des Halters auf den Vorspannarm der Vorspannfeder drückt;
24 eine teilweise quergeschnittene Rückansicht eines Teils eines zweiten modifizierten Ausführungsbeispiels des Positionierungsmechanismus, wobei ein Zustand gezeigt ist, in dem der Andruckteil der Schutzwand des Halters auf den Vorspannarm der Vorspannfeder drückt;
25 eine teilweise quergeschnittene Rückansicht eines Teils eines dritten modifizierten Ausführungsbeispiels des Positionierungsmechanismus, wobei ein Zustand gezeigt ist, in dem die Schutzwand des Halters auf einen gebo genen Abschnitt drückt, der an dem Vorspannarm der Vorspannfeder ausgebildet ist; und
26 eine teilweise quergeschnittene Rückansicht eines Teils eines vierten modifizierten Ausführungsbeispiels des Positionierungsmechanismus, wobei ein an dem zylindrischen Abschnitt eines Gehäuses ausgebildeter Andruckteil auf den Vorspannarm der Vorspannfeder drückt.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 der Gesamtaufbau eine Varioobjektivtubus 1 beschrieben, bei dem ein erfindungsgemäßer Mechanismus zum Steuern der Position eines optischen Elementes, im Folgenden einfach als Positionierungsmechanismus bezeichnet, verwendet wird. Die 1 und 2 zeigen jeweils einen Längsschnitt durch den Varioobjektivtubus 1. Dabei zeigt 1 einen eingefahrenen Zustand des Varioobjektivtubus 1, in dem keine Bilder aufgenommen werden. 2 zeigt in der oberen Hälfte den Varioobjektivtubus 1 in der Weitwinkelgrenzeinstellung und in der unteren Hälfte den Varioobjektivtubus in der Telegrenzeinstellung. Die 3 und 4 sind perspektivische Ansichten, die den Varioobjektivtubus 1 im eingefahrenen Zustand zeigen. Die 5 und 6 sind perspektivische Ansichten, die den Varioobjektivtubus 1 in einem aufnahmebereiten Zustand zeigen.
Der Varioobjektivtubus 1 hat eine Aufnahmeoptik, die eine erste Linsengruppe LG1, eine zweite Linsengruppe LG2, einen Satz von Verschlusslamellen (mechanischer Verschluss) S, der auch als Blende dient, eine dritte Linsengruppe LG3, ein Tiefpassfilter (optisches Filter) LPF und eine Bildaufnahmevorrichtung (Bildsensor) 24, z. B. ein CCD oder CMOS, in dieser Reihenfolge von der Objektseite her gesehen enthält. Die Aufnahmeoptik ist als Zoom- oder Variooptik ausgeführt. Eine Brennweitenänderung (Zoomoperation) wird durchgeführt, indem die ersten Linsengruppe LG1 und die zweite Linsengruppe LG2 längs einer optischen Achse O der Aufnahmeoptik in vorbestimmter Weise bewegt werden. Eine Fokussierung wird durchgeführt, indem die dritte Linsengruppe LG3 längs der optischen Achse O bewegt wird. In der folgenden Beschreibung beinhaltet der Ausdruck „in Richtung der optischen Achse" eine Richtung parallel zur optischen Achse O der Aufnahmeoptik.
Der Varioobjektivtubus 1 ist mit einem Gehäuse (Lagerelement) 22 versehen, in dem die von der ersten Linsengruppe LG1 bis zur dritten Linsengruppe LG3 reichende Optik so gelagert ist, dass die genannten Linsengruppen LG1 bis LG3 in Richtung der optischen Achse bewegt werden können. Der Varioobjektivtubus 1 hat einen Halter 23 für die Bildaufnahmevorrichtung 24, der an der Rückseite des Gehäuses 22 befestigt ist. In einem zentralen Teil des Halters 23 ist eine Öffnung ausgebildet, in der die Bildaufnahmevorrichtung 24 über einen Rahmen 62 gehalten ist. Ein Filterrahmen 21, der an der Vorderseite des Rahmens 62 befestigt ist, hält das Tiefpassfilter LPF. Eine Dichtung 61 dient als Staubschutz und ist fest zwischen dem Tiefpassfilter LPF und der Bildaufnahmevorrichtung 24 gehalten. Der die Bildaufnahmevorrichtung 24 haltende Rahmen 62 ist an dem Halter 23 so gelagert, dass eine Neigungseinstellung des Rahmens 62 relativ zu dem Halter 23 möglich ist.
Das Gehäuse 22 hat einen Trägerteil 22b, der um einen stationären, zylindrischen Abschnitt 22a des Gehäuses 22 angeordnet ist, einen AF-Montageteil 22c und einen Vorderwandteil 22d. Der zylindrische Abschnitt 22a umgibt die optische Achse O. Der Trägerteil 22b hält einen Variomotor 32. Der AF-Montageteil 22c hält einen AF-Motor 30. Der Vorderwandteil 22d ist vor dem AF-Montageteil 22c angeordnet. Innerhalb des zylindrischen Abschnitts 22a sind die oben genannten optischen Elemente wie die einzelnen Linsengruppen gehalten. Die äußere Form des Varioobjektivtubus 1 ist im Wesentlichen durch den zylindrischen Abschnitt 22a gebildet. Der Trägerteil 22b, der AF-Montageteil 22c und der Vorderwandteil 22d sind radial außerhalb des zylindrischen Abschnittes 22a um die optische Achse O angeordnet. Wie in den 3 bis 7 gezeigt, ist der AF-Montageteil 22c in der Nähe des hintere Endes des zylindrischen Abschnittes 22a ausgebildet. Die Rückseite des AF-Montageteils 22c ist mit dem Halter 23 verschlossen. Der Vorderwandteil 22d ist an dem Gehäuse 22 an einer Stelle ausgebildet, die in Richtung der optischen Achse von dem AF-Montageteil 22c nach vorn versetzt ist, so dass der Vorderwandteil 22d den AF-Montageteil 22c zugewandt ist.
Der Varioobjektivtubus 1 hat eine Linsenfassung (Halteglied für ein optisches Element) 51, welche die dritte Linsengruppe LG3 hält. Die Linsenfassung 51 hat ein Paar Führungsarme 51b und 51c, die bezüglich der optischen Achse O symmetrisch in im Wesentlichen entgegengesetzte radiale Richtungen von einem zentralen Linsenhalteabschnitt 51a der Linsenfassung 51 abstehen. Der Führungsarm 51b hat in der Nähe seines radial äußeren Endes ein Paar Führungslöcher (vorderes und hinteres Führungsloch, die in Richtung der optischen Achse O ausgerichtet sind) 51d, in die eine für die dritte Linsengruppe LG3 vorgesehene Führungsstange 52 so eingesetzt sind, dass die Führungsstange 52 relativ zu den beiden Führungslöchern 51d frei verschiebbar ist. Die Führungsstange 52 ist mit ihrem vorderen Ende an dem Gehäuse 22 und mit ihrem hinteren Ende an dem für die Bildabbildungsvorrichtung 24 vorgesehenen Halter 23 befestigt. Wie in den 6 und 10 gezeigt, befindet sich die Führungsstange 52 außerhalb des zylindrischen Abschnittes 22a des Gehäuses 22. Der vordere Endabschnitt der Führungsstange 52 ist an dem Vorderwandteil 22d gelagert. Der hintere Endabschnitt der Führungsstange 52 verläuft unterhalb des AF-Montageteils 22c und greift in ein Lagerloch, das in dem Halter 23 ausgebildet ist. Um an der Führungsstange 52 geführt zu werden, ist der Führungsarm 51b der Linsenfassung 51 so ausgebildet, dass ein Armab schnitt in der Nähe seines radial äußeren Endes von dem zylindrischen Abschnitt 22a des Gehäuses 22 nach außen übersteht. Der zylindrische Abschnitt 22a ist mit einer Öffnung 22e versehen (vgl. 7), die es dem Führungsarm 51b ermöglicht, von dem zylindrischen Abschnitt 22a nach außen überzustehen. Die für die dritten Linsengruppe LG3 bestimmte Linsenfassung 51 hat am radial äußeren Ende des anderen Führungsarms 51c einen Verdrehschutzvorsprung 51e. Das Gehäuse 22 hat an seiner Innenumfangsfläche eine in Richtung der optischen Achse langgestreckte Geradführungsnut 22f, in die der Verdrehschutzvorsprung 51e frei verschiebbar greift. Die Achse der für die dritte Linsengruppe LG3 bestimmten Führungsstange 52 und die Längsrichtung der Geradführungsnut 22f verlaufen parallel zur optischen Achse O. Die Linsenfassung 51 ist in einer Richtung parallel zur optischen Achse O so gerade geführt, dass sie in die gleiche Richtung bewegbar ist, wobei das Führungsloch 51d durch die Führungsstange 52 und der Verdrehschutzvorsprung 51e durch die Geradführungsnut 22f geführt ist. Die Fassung 51 kann von dem AF-Motor 30 längs der optischen Achse O vorwärts und rückwärts bewegt werden. Der Antriebsmechanismus für die Linsenfassung 51 wird später beschrieben.
Der Varioobjektivtubus 1 hat innerhalb des für den Variomotor 32 bestimmten Trägerteils 22b ein Untersetzungsgetriebe, das die Antriebskraft des Variomotors 32 auf ein Variozahnrad 31 überträgt (vgl. 6 und 7). Ein Nocken- oder Kurvenring 11, der innerhalb des zylindrischen Abschnittes 22a des Gehäuses 22 gelagert ist, hat an seinem hinteren Ende einen Zahnkranz 11a, der sich in Eingriff mit dem Variozahnrad 31 befindet. Der Nockenring 11 wird durch das Ineinandergreifen des Zahnkranzes 11a und des Variozahnrades 31 über den Variomotor 32 gedreht. Der Nockenring 11 hat an dem Zahnkranz 11a Führungsvorsprünge 11b. Das Gehäuse 22 hat an der Innenumfangsfläche seines zylindrischen Abschnittes 22e Nockenring-Steuernuten 22g. Die Füh rungsvorsprünge 11b befinden sich in verschiebbarem Eingriff mit den Steuernuten 22g. Jede Nockenring-Steuernut 22g besteht aus einem Leitnutabschnitt und einem Ringnutabschnitt. Der Leitnutabschnitt ist gegenüber der optischen Achse O geneigt. Der Ringnutabschnitt ist allein aus einer Umfangskomponente um die optische Achse O gebildet. Befindet sich der Varioobjektivtubus 1 zwischen dem in 1 gezeigten eingefahrenen (vollständig zurückgezogenen) Zustand und der Weitwinkelgrenzeinstellung, die in 2 in der oberen Hälfte gezeigt ist, so bewirkt das über den Variomotor 32 auf den Nockenring 11 ausgeübte Drehmoment, dass sich der Nockenring 11 in Richtung der optischen Achse bewegt und sich dabei dreht, während die Führungsvorsprünge 11b durch die oben genannten Leitnutabschnitte der Steuernuten 22g geführt sind. Dabei fährt der Nockenring 11 rotierend in Richtung der optischen Achse (zur Objektseite hin) aus, wenn sich der Varioobjektivtubus 1 aus dem eingefahrenen Zustand in die Weitwinkelgrenzstellung (aufnahmebereiter Zustand) bewegt. Bewegt sich dagegen der Varioobjektivtubus 1 aus der Weitwinkelgrenzeinstellung (aufnahmebereiter Zustand) in den eingefahrenen Zustand, so fährt der Nockenring 11 rotierend in Richtung der optischen Achse ein. Befindet sich der Varioobjektivtubus 1 in einem aufnahmebereiten Zustand (in dem Zoom- oder Variobereich) zwischen der Weitwinkelgrenzeinstellung und der Telegrenzeinstellung, so sind die Führungsabschnitte 11b des Nockenrings in den vorstehend genannten Ringnutabschnitten der Nockenring-Steuernuten 22g angeordnet, so dass sich der Nockenring 11 an einer in Richtung der optischen Achsen festen Position dreht, ohne sich dabei in Richtung der optischen Achse zu bewegen.
Der Varioobjektivtubus 1 hat innerhalb des zylindrischen Abschnittes 22a des Gehäuses 22 einen ersten Ausfahrtubus 13 und einen Geradführungsring 10, die so innerhalb des zylindrischen Abschnittes 22a gelagert sind, dass der Nockenring 11 zwischen dem ersten Ausfahrtubus 13 und dem Geradführungs ring 10 angeordnet ist. Der erste Ausfahrtubus 13 ist durch das Ineinandergreifen von Geradführungsvorsprüngen 13a, die von dem ersten Ausfahrtubus 13 radial nach außen abstehen, und Geradführungsnuten 22h, die an der Innenumfangsfläche des zylindrischen Abschnittes 22a ausgebildet sind, in Richtung der optischen Achse gerade geführt. Der erste Geradführungsring 10 ist durch das Ineinandergreifen von Geradführungsvorsprüngen 10a, die von dem Geradführungsring 10 radial nach außen abstehen, und Geradführungsnuten 22i, die an der Innenumfangsfläche des zylindrischen Abschnittes 22a ausgebildet sind, in Richtung der optischen Achse gerade geführt. Der erste Ausfahrtubus 13 und der Geradführungsring 10 sind jeweils so an den Nockenring 11 gekoppelt, dass sie relativ zu dem Nockenring 11 drehbar und zusammen mit dem Nockenring 11 in Richtung der optischen Achse bewegbar sind.
Der Geradführungsring 10 führt einen Antriebsrahmen 8, der durch Geradführungskeile 10b (vgl. 2), die an dem Geradführungsring 10 ausgebildet und innerhalb des Nockenrings 11 angeordnet sind, gerade in Richtung der optischen Achse. Der Varioobjektivtubus 1 hat innerhalb des Antriebsrahmens 8 eine Linsenfassung 6, welche die zweite Linsengruppe LG2 hält. Die Linsenfassung 6 ist einstückig mit dem Antriebsrahmen 8 ausgebildet. Der Ausfahrtubus 13 hat an seiner Innenumfangsfläche Geradführungsnuten 23b, die sich parallel zur optischen Achse O erstrecken. Der zweite Ausfahrtubus 12 hat Geradführungsvorsprünge 12a, die radial nach außen abstehen und verschiebbar in die Geradführungsnuten 23b greifen, so dass der zweite Ausfahrtubus 12 ebenfalls in Richtung der optischen Achse gerade geführt ist. Der Varioobjektivtubus 1 hat innerhalb des zweiten Ausfahrtubus 12 eine Linsenfassung 4, welche die ersten Linsengruppe LG1 hält.
Der Nockenring 11 hat an seiner Innenumfangsfläche Steuerkurvennuten 11c. Der Antriebsrahmen 8 hat an seiner Außenumfangsfläche Kurveneintriebs glieder 8a, die verschiebbar in die Steuerkurvennuten 11c greifen und dazu dienen, die zweite Linsengruppe LG2 zu bewegen. Da der Antriebsrahmen 8 über den Geradführungsring 10 in Richtung der optischen Achse gerade geführt ist, wird durch Drehen des Nockenrings 11 der Antriebsrahmen 8 und damit die zweite Linsengruppe LG2 entsprechend den Konturen der Steuerkurvennuten 11c in vorbestimmter Weise in Richtung der optischen Achse geführt.
Der zweite Ausfahrtubus 12 hat Kurveneingriffsglieder 12b, die radial nach innen abstehen und dazu dienen, die erste Linsengruppe LG1 zu bewegen. Der Nockenring 11 hat an seiner Außenumfangsfläche Steuerkurvennuten 11d, mit denen sich die Kurveneingriffsglieder 12b in gleitendem Eingriff befinden. Da der zweite Ausfahrtubus 12 über den ersten Ausfahrtubus 13 in Richtung der optischen Achse gerade geführt ist, wird durch Drehen des Nockenrings 11 der zweite Ausfahrtubus 12 und damit die erste Linsengruppe LG1 entsprechend den Konturen der Steuerkurvennuten 11d in vorbestimmter Weise in Richtung der optischen Achse bewegt.
Der Antriebsrahmen 8 und der zweite Ausfahrtubus 12 sind durch eine Vorspannfeder 27 in entgegengesetzte Richtungen voneinander weg vorgespannt, um die Präzision, mit der das jeweilige Kurveneingriffsglied 8a in die ihm jeweils zugeordnete Steuerkurvennut 11c greift, und die Präzision, mit der das jeweilige Kurveneingriffsglied 12b in die ihm zugeordnete Steuerkurvennut 11d greift, zu verbessern.
Der Varioobjektivtubus 1 hat innerhalb des Antriebsrahmens 8 eine Verschlusseinheit 15, welche die Verschlusslamellen S umfasst, die an dem Antriebsrahmen 8 gelagert sind. Der Varioobjektivtubus 1 hat hinter dem Antriebsrahmen 8 ein rückseitig montiertes Begrenzungselement 5. Der Antriebs rahmen 8 hat einen Führungsvorsprung 8b und das Begrenzungselement 5 einen Führungsvorsprung 5a. Die Führungsvorsprünge 8b und 5a bilden ein Paar Vorsprünge, die sich längs einer zur optischen Achse O parallelen Richtung aufeinander zu erstrecken. Die Verschlusseinheit 15 ist an den beiden Führungsvorsprüngen 8b und 5a in Richtung der optischen Achse verschiebbar gelagert.
Eine Zierplatte 16 mit einer Aufnahmeöffnung 16a ist am vorderen Ende des zweiten Ausfahrtubus 12 befestigt. Der Varioobjektivtubus 1 hat unmittelbar hinter der Zierplatte 16 ein Paar Schutzlamellen 17, welche die Aufnahmeöffnung 16a, die vor der ersten Linsengruppe LG1 angeordnet ist, öffnen und schließen.
Die Funktionsweise des Varioobjektivtubus 1 mit dem oben beschriebenen Aufbau wird im Folgenden beschrieben. In den in den 1, 3 und 4 gezeigten eingefahrenen Zustand ist die von der ersten Linsengruppe LG1 bis zur Abbildungsfläche der Bildaufnahmeoptik 24 reichenden Optik in Richtung der optischen Achse kürzer als in einem in den 2, 5 und 6 gezeigten aufnahmebereiten Zustand. Im eingefahrenen Zustand des Varioobjektivtubus 1 wird mit Erzeugen eines Zustandänderungssignals, das den Übergang aus dem eingefahrenen Zustand in einen aufnahmebereiten Zustand des Varioobjektivtubus 1 angibt, d. h. beispielsweise mit Einschalten eines Hauptschalters der Kamera, an der der Varioobjektivtubus 1 angebracht ist, der Variomotor 32 in Tubusausfahrrichtung angetrieben. Dadurch wird das Variozahnrad 31 gedreht, wodurch wiederum der Nockenring 11 rotierend in Richtung der optischen Achse vorwärts bewegt wird, wobei die Führungsvorsprünge 11b in den Leitnutabschnitten der zugehörigen Steuernuten 22g geführt sind. Der Geradführungsring 10 und erste Ausschubtubus 13 werden mit dem Nockenring 11 gerade vorwärts bewegt. Durch diese Drehung des Nockenringes 11 wird der Antriebsrahmen 8 in Richtung der optischen Achse in vorbestimmter Weise bewegt, indem die Kurveneingriffsglieder 8a und die Steuerkurvennuten 11c ineinander greifen. Außerdem wird durch die Drehung des Nockenrings 11 der zweite Ausfahrtubus 12, der über den ersten Ausfahrtubus 13 in Richtung der optischen Achse gerade geführt ist, in vorbestimmter Weise in Richtung der optischen Achse bewegt, indem die Kurveneingriffsglieder 12b und die Steuerkurvennuten 11d ineinander greifen.
Die Ausfahrstrecke der ersten Linsengruppe LG1 ausgehend von dem eingefahrenen Zustand des Varioobjektivtubus 1 ist bestimmt durch die Summe der Strecke der Vorwärtsbewegung des Nockenrings 11 relativ zu dem Gehäuse 22 und der Ausfahrstrecke des zweiten Ausfahrtubus 12 relativ zu dem Nockenring 11. Die Ausfahrstrecke der zweiten Linsengruppe LG2 ausgehend von dem eingefahrenen Zustand des Varioobjektivtubus 1 ist bestimmt durch die Summe der Strecke der Vorwärtsbewegung des Nockenrings 11 relativ zu dem Gehäuse 22 und der Ausfahrstrecke des für die zweiten Linsengruppe LG2 vorgesehenen Antriebsrahmens 8 relativ zu dem Nockenring 11. Eine Brennweitenänderung, das heißt eine Zoomoperation, wird durchgeführt, indem die ersten Linsengruppe LG1 und die zweite Linsengruppe LG2 auf der optischen Achse bewegt werden und dabei ihren Luftabstand voneinander ändern. Indem der Variomotor 32 in Tubusausfahrrichtung angetrieben wird, um den Varioobjektivtubus 1 ausgehend von dem in 1 gezeigten eingefahrenen Zustand auszufahren, wird Varioobjektivtubus 1 zunächst in die Weitwinkelgrenzeinstellung bewegt, die in dem Längsschnitt nach 2 in der oberen Hälfte gezeigt ist. Wird dann der Variomotor 32 weiter in die gleiche Richtung angetrieben, so wird der Varioobjektivtubus 1 in die Telegrenzeinstellung bewegt, die in der unteren Hälfte des Längsschnitts nach 2 gezeigt ist. In dem Zoom- oder Brennweitenänderungsbereich zwischen der Telegrenzeinstellung und der Weitwinkelgrenzeinstellung vollzieht der Nocken ring 11 nur die oben beschriebene, bezogen auf die optische Achse O lagefeste Drehung, während die Führungsvorsprünge 11b in Eingriff mit den Steuernuten 22g des Gehäuses 22 sind, wodurch der Nockenring 11 in Richtung der optischen Achse weder vorwärts noch rückwärts bewegt wird. Mit Ausschalten des Hauptschalters wird der Variomotor 32 in Tubuseinfahrrichtung angetrieben, wodurch der Varioobjektivtubus 1 eine der oben beschriebenen Ausfahroperation entgegengesetzte Einfahroperation vollzieht, wodurch er wieder in den in 1 gezeigten eingefahrenen Zustand gelangt.
Die Verschlusslamellen S sind hinter der zweiten Linsengruppe LG2 angeordnet, wenn sich das Varioobjektiv in dem in 2 gezeigten aufnahmebereiten Zustand befindet. Bewegt sich der Varioobjektivtubus 1 aus dem aufnahmebereiten Zustand in den in 1 gezeigten eingefahrenen Zustand, so wird die Verschlusseinheit 15 innerhalb des für die zweiten Linsengruppe LG2 vorgesehenen Antriebsrahmens 8 relativ zu diesem in Richtung der optischen Achse so vorwärts bewegt, dass ein Teil der zweiten Linsengruppe LG2 und die Verschlusslamellen L in einer zur optischen Achse O senkrechten Ebene liegen. Außerdem sind die Schutzlamellen 17 geschlossen, wenn sich der Varioobjektivtubus 1 im eingefahrenen Zustand befindet. Die Schutzlamellen 17 werden mit der Ausfahroperation, in der der Varioobjektivtubus 1 in einen aufnahmebereiten Zustand auseinander gezogen wird, geöffnet.
Die Linsenfassung 51, die die dritte Linsengruppe LG3 hält, kann unabhängig von dem oben beschriebenen Antrieb der ersten Linsengruppe LG1 und der zweiten Linsengruppe LG2, der von dem Variomotor 32 bewirkt wird, von dem AF-Motor 30 in Richtung der optischen Achse vorwärts und rückwärts bewegt werden. Befindet sich der Varioobjektivtubus 1 bei einer beliebigen Brennweite zwischen der Weitwinkelgrenzeinstellung und Telegrenzeinstellung in einem aufnahmebereiten Zustand, so wird die Linsenfassung 51, wel che die dritte Linsengruppe LG3 hält, zur Fokussierung längs der optischen Achse bewegt, in dem der AF-Motor 30 entsprechend einer Information über die Objektentfernung, die von einer nicht gezeigten Entfernungsmessvorrichtung bereitgestellt wird, angesteuert wird. Die Entfernungsmessvorrichtung ist beispielsweise in der Kamera vorgesehen, an der der Varioobjektivtubus 1 angebracht ist.
Der Positionierungsmechanismus, mit dem die Position der für die dritte Linsengruppe LG3 vorgesehenen Linsenfassung 51 gesteuert wird, wird im Folgenden im Einzelnen beschrieben. Wie oben dargelegt, ist der AF-Montageteil 22c an dem Gehäuse 22 so ausgebildet, dass er außerhalb des zylindrischen Abschnittes 22a angeordnet ist. Der Vorderwandteil 22d ist dem Gehäuse 22 so ausgebildet, dass er vor dem AF-Montageteil 22c angeordnet und diesem zugewandt ist. Der AF-Motor 30 ist über eine Setzschraube 33 so an der Vorderseite des AF-Montageteils 22c befestigt, dass ein an der Drehwelle des AF-Motors 30 befestigtes Ritzel 30a von der Rückfläche des AF-Montageteils 22c nach hinten absteht (vgl. 6). Ein Zwischenzahnrad 34, das in Eingriff mit dem Ritzel 30a ist, und ein angetriebenes Zahnrad 35, das in Eingriff mit dem Zwischenzahnrad 34 ist, sind drehbar an der Rückseite des AF-Montageteils 22c gelagert. Das angetriebene Zahnrad 35 ist an dem hinteren Ende einer Leitspindel (Schraubenschaft 36 befestigt. Die Drehbewegung der Drehwelle des AF-Motors 30 wird über das Ritzel 30a, das Zwischenzahnrad 34 und das angetriebene Zahnrad 35, die ein Untersetzungsgetriebe des AF-Antriebsmechanismus bilden, auf die Leitspindel 36 übertragen. Das vordere Ende der Leitspindel 36 sitzt in einem vorderen Spindelloch und das hintere Ende in einem hinteren Spindelloch. Die Spindellöcher sind in dem Vorderwandteil 22d des Gehäuses 22 bzw. dem für die Bildaufnahmevorrichtung 24 vorgesehenen Halter 23 ausgebildet. Die Leitspindel 36 ist in den Spindellöchern drehbar gelagert, so dass sie auf einer Drehachse, die im Wesentlichen parallel zur optischen Achse O liegt, frei rotieren kann.
Die für die dritte Linsengruppe LG3 vorgesehene Linsenfassung 51 hat an dem radial äußeren Ende ihres Führungsarms 51b einen Anschlag 51f. Ein Durchgangsloch, in das die Führungsspindel 36 eingesetzt ist, durchsetzt den Anschlag 51f. Eine auf die Leitspindel 36 geschraubte AF-Mutter (Element des Antriebsmechanismus) 37 ist vor dem Anschlag 51f montiert. Die AF-Mutter 37 ist an einer Drehung gehindert, indem eine an ihr ausgebildete Verdrehschutzaussparung 37a (vgl. 7) mit einem an der Linsenfassung 51 ausgebildeten Verdrehschutzvorsprung 51g (vgl. 8) in Eingriff ist und indem ein an der AF-Mutter 37 ausgebildeter Verdrehschutzvorsprung 37b mit einer nichtgezeigten, in dem Gehäuse 22 ausgebildeten Verdrehschutzaussparung in Eingriff ist. Durch Vorwärts- und Rückwärtsdrehen der Leitspindel 36 wird die AF-Mutter 37 in einer Richtung parallel zur optischen Achse O vorwärts bzw. rückwärts bewegt, ohne dass sie sich zusammen mit der Leitspindel 36 dreht. Die Linsenfassung 51 hat in der Nähe des radial äußeren Endes ihres Führungsarms 51b zwischen den beiden Führungslöchern 51d einen hochkant oder aufrecht angeordneten Wandabschnitt (Kontaktteil) 51k, der eine zur optischen Achse O im Wesentlichen parallele, flache Form hat. Die Linsenfassung 51 hat an dem Wandabschnitt 51k einen Federhaken 51h, der seitlich von dem hochkant angeordneten Wandabschnitt 51k absteht. Der Federhaken (Vorsprung) 51h ist ein L-förmiger Vorsprung, der so gebogen ist, dass das vordere Ende in Richtung der optischen Achse nach hinten weist. Die Linsenfassung 51 hat hinter dem Federhaken 51h auf der Seite des Wandabschnittes 51k einen im Querschnitt halbkreisförmigen Ausschnitt 51m.
Der Varioobjektivtubus 1 enthält eine Torsionsfeder 38, die als Vorspannvorrichtung dient. Die Torsionsfeder 38 übt auf die Linsenfassung 51 eine Vor spannkraft in einer Richtung aus, in der die Linsenfassung 51 längs der optischen Achse O bewegt wird. Die Torsionsfeder 38 hat einen Wicklungsteil (zentraler Schwenkabschnitt) 38a. Der Wicklungsteil 38a ist an einem Lagervorsprung (Schwenklagervorsprung) 22j gelagert, der an dem Gehäuse 22 ausgebildet ist. Der Lagervorsprung 22j hat die Form eines zylindrischen Vorsprungs und ist an der Außenfläche des zylindrischen Abschnittes 22a so ausgebildet, dass seine Achse im Wesentlichen senkrecht zu einer vertikalen Ebene P1 (vgl. 10) verläuft, die parallel zur optischen Achse O (d. h. die vertikale Ebene P1 enthält die optische Achse O). Der Wicklungsteil 38a der Torsionsfeder 38 ist auf der zylindrischen Außenfläche des Lagervorsprungs 22j gehalten. Indem eine Setzschraube 39 in ein Schraubloch, das den Lagervorsprung 22j mittig durchsetzt, geschraubt ist, wird der Wicklungsteil 38a der Torsionsfeder 38 daran gehindert, dass er sich von dem Lagervorsprung 22j löst. Die Mittelachse des an dem Lagervorsprung 22j gehaltenen Wicklungsteils 38a fällt im Wesentlichen mit der Mittelachse des Lagervorsprungs 22j zusammen.
Die Torsionsfeder 38 hat einen kurzen Lagerarm (zweiter Armabschnitt) 38b und einen langen Vorspannarm (Arm/erster Armabschnitt) 38c, die jeweils von dem Wicklungsteil 38a radial nach außen abstehen. Der kurze Lagerarm 38b ist an einem Federhaken (Vorsprung) 22k (vgl. 12) eingehakt, der an dem Gehäuse 22 in der Nähe des Lagervorsprungs 22j ausgebildet ist. Dagegen ist das freie Ende des Vorspannarms 38c an dem Federhaken 51h der Linsenfassung 51 eingehakt. Der hochkant angeordnete Wandabschnitt 51k und der halbkreisförmige Ausschnitt 51m der Linsenfassung 51 haben auch die Funktion, zu verhindern, dass der Vorspannarm 38c in Kontakt mit anderen in der Nähe angeordneten Teilen als den Federhaken 51h in Kontakt kommt, wenn der Vorspannarm 38c in Anlage mit dem Federhaken 51h gebracht wird. Der Vorspannarm 38c bildet einen kraftbeaufschlagten Abschnitt, der um eine Schwenkachse 38x (Drehachse), die im Wesentlichen mit der Achse des Wicklungsteils 38a zusammenfällt, schwenken kann. Dies bedeutet, dass der Vorspannarm 38c in einer Schwenkebene, die im Wesentlichen parallel zur vertikalen Ebene P1 liegt, schwenken kann. Mit anderen Worten ist also der Vorspannarm 38c um die Schwenkachse 38x, die im Wesentlichen parallel zur optischen Achse O liegt, schwenkbar.
Im freien Zustand, in dem der Vorspannarm 38c nicht an dem Federhaken 51h eingehakt ist, erstreckt sich der Vorspannarm 38c von dem Wicklungsteil 38a vertikal nach unten, wie in 12 durch die gestrichelte, mit den Bezugszeichen 38c (F) bezeichnete Linie gezeigt ist. Wird ausgehend von diesem Zustand der Vorspannarm 38c um etwa eine halbe Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn aus der in 12 mit 38c (F) bezeichneten Lage gedreht und ein Teil an dem freien Ende des Vorspannarms 38c an der in der Richtung der optischen Achse hinteren Fläche des Federhakens 51h eingehakt, so nimmt die elastische Verformung (Verdrehung) der Torsionsfeder 38 zu, und die Elastizität oder Federwirkung der Torsionsfeder 38 wirkt als Last auf dem Federhaken 51h, wodurch der Vorspannarm 38c in Richtung der optischen Achse nach vorn gegen den Federhaken 51h gedrückt wird. So kommt die Torsionsfeder 38 in einen kraftbeaufschlagten Zustand, in dem die von der Torsionsfeder 38 ausgeübte Vorspannkraft über den Vorspannarm 38c längs der optischen Achse in Vorwärtsrichtung auf die Linsenfassung 51 wirkt.
Dabei ist die Linsenfassung 51, auf welche die von der Torsionsfeder 38 ausgeübte Vorspannkraft längs der optischen Achse in Vorwärtsrichtung wirkt, daran gehindert, sich in Vorwärtsrichtung zu bewegen, indem der Anschlag 51f gegen die AF-Mutter 37 anliegt. Wie in den 8, 9 und 12 gezeigt, wird die Linsenfassung 51 durch die von der Torsionsfeder 38 ausgeübte Vorspannkraft mit ihrem Anschlag 51b in Kontakt mit der AF-Mutter 37 gehalten.
Die Position der Linsenfassung 51 in Richtung der optischen Achse ist so durch die AF-Mutter 37 festgelegt. Da die AF-Mutter 37 durch Vorwärts- und Rückwärtsdrehen des Ritzels 30a des AF-Motors 30 über die Leitspindel 36 parallel zur optischen Achse O vorwärts und rückwärts bewegt wird, wird die Position der Linsenfassung 51 in Richtung der optischen Achse durch die Antriebsrichtung und den Antriebsbetrag des AF-Motors 30 gesteuert. Wird die AF-Mutter 37 durch den AF-Motor 30 beispielsweise vorwärts bewegt, so folgt die Linsenfassung 51 über die von der Torsionsfeder 38 ausgeübte Vorspannkraft der Vorwärtsbewegung der AF-Mutter 37 und bewegt sich um einen Betrag, der gleich dem Betrag der Vorwärtsbewegung der AF-Mutter 37 ist, vorwärts. Wird dagegen die AF-Mutter 37 aus ihrer Position, in die sie vorwärts bewegt worden ist, rückwärts bewegt, so drückt die AF-Mutter 37 den Anschlag 51f nach hinten, so dass die Linsenfassung 51 entgegen der von der Torsionsfeder 38 ausgeübten Vorspannkraft rückwärts bewegt wird.
In dem Gehäuse 22 ist ein Positionssensor 40 vorgesehen, der die Grenze der Rückwärtsbewegung der Linsenfassung 51 in Richtung der optischen Achse erfasst. Der Positionssensor 40 besteht aus einem Lichtunterbrecher, der einen im Querschnitt U-förmigen Körper mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger umfasst, die an dem Körper in einem vorbestimmten Abstand voneinander einander zugewandt sind. Der Positionssensor 40 erfasst, dass die Linsenfassung 51 an der Grenze ihrer Rückwärtsbewegung angeordnet ist, wenn eine einstückig mit der Linsenfassung 51 ausgebildete Unterbrecherplatte 51i durch den Bereich zwischen dem Lichtsender und dem Lichtempfänger läuft. Der AF-Motor 30 ist ein Schrittmotor. Die Bewegungsgröße der dritten Linsengruppe LG3 bei der Fokussierung wird als Schrittzahl zur Ansteuerung des AF-Motors 30 berechnet, wobei die Grenze der Rückwärtsbewegung als Ursprungspunkt herangezogen wird.
Die Grenze der Rückwärtsbewegung der Linsenfassung 51 in ihrem von dem AF-Motor 30 gesteuerten Bewegungsbereich ist in 12 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Die Grenze der Vorwärtsbewegung der Linsenfassung 51 in dem gleichen Bewegungsbereich ist in 12 durch eine gestrichelte Linie dargestellt. 14A zeigt, wie die Federbelastung der Torsionsfeder 38 mit der Position der Linsenfassung 51 in Richtung der optischen Achse variiert. Der Schwenkwinkel des Vorspannarms 38c der Torsionsfeder 38 aus der Position, in der sich die Torsionsfeder 38 im freien Zustand befindet, in die Position, in der sich die Linsenfassung 51 an der Grenze ihrer Rückwärtsbewegung befindet, ist mit θmax bezeichnet. Der Schwenkwinkel des Vorspannarms 38c der Torsionsfeder 38 aus der Position, in der sich die Torsionsfeder 38 im freien Zustand befindet, in die Position, in der sich die Linsenfassung 51 an der Grenze ihrer Vorwärtsbewegung befindet, ist mit θmin (vgl. 12) bezeichnet. Die dem Schwenkwinkel θmin entsprechende Federbelastung bzw. Federkraft der Torsionsfeder 38 ist mit Fmin und die dem Schwenkwinkel θmax entsprechende Federbelastung bzw. Federkraft der Torsionsfeder 38 mit Fmax bezeichnet. Wie aus 12 hervorgeht, ist die Winkeländerung θv zwischen dem minimalen Schwenkwinkel θmin und dem maximalen Schwenkwinkel θmax in dem oben beschriebenen kraftbeaufschlagten Zustand der Torsionsfeder 38 bei weitem kleiner als der minimale Schwenkwinkel θmin, der vom freien Zustand der Torsionsfeder 38 bis zu dem Zustand reicht, in dem die Torsionsfeder 38 in dem kraftbeaufschlagten Zustand kommt. So kann die Variation ausgehend von der minimalen Federbelastung Fmin bis zur maximalen Federbelastung Fmax in dem Bewegungsbereich der Linsenfassung 51 auf ein Minimum reduziert werden.
13 zeigt ein Vergleichsbeispiel, in dem die Torsionsfeder 38 durch eine Zugfeder 38' ersetzt ist, die sich in einer Richtung parallel zur optischen Achse dehnt und zusammenzieht. Ein Ende der Zugfeder 38' ist an einem Feder haken 51h' einer Linsenfassung 51' (die der Linsenfassung 51 entspricht) eingehakt, während das andere Ende der Zugfeder 38' an einem Federhaken 22j' eines Gehäuses 22' (das dem Gehäuse 22 entspricht) eingehakt ist. Die Linsenfassung 51' ist längs einer Führungsstange 52' (die der Führungsstange 52 entspricht) in Richtung der optischen Achse vorwärts und rückwärts bewegbar. Die Grenze der Rückwärtsbewegung und die Grenze der Vorwärtsbewegung der Linsenfassung 51' in deren Bewegungsbereich, der durch einen AF-Motor 30' (der dem AF-Motor 30 entspricht) gesteuert wird, sind durch eine durchgezogene Linie bzw. eine gestrichelte Linie dargestellt. In 13 ist die Länge der Zugfeder 38' an der Grenze der Vorwärtsbewegung der Linsenfassung 51 gleich Lmin, wenn die Position der Anlage an den Federhaken 22j' des Gehäuses 22' als Referenzposition angesehen wird. Die Länge der Zugfeder 38' an der Grenze der Rückwärtsbewegung der Linsenfassung 51 ist in 13 Lmax, wenn die Position der Anlage an dem Federhaken 22j' des Gehäuses 22' als Referenzposition angesehen wird. Da der Federhaken 22j', dessen Position fest ist, vor dem Positionierungsmechanismus angeordnet ist, wird die Zugfeder 38' am längsten (Lmax), wenn sich die Linsenfassung 51' an der Grenze ihrer Rückwärtsbewegung befindet. In 13 bezeichnet Lf die Länge der Zugfeder 38', wenn sich diese im freien Zustand befindet.
14B zeigt, wie die Federbelastung bzw. die Federkraft der Zugfeder 38' in dem in 13 gezeigten Vergleichsbeispiel variiert. In 14B bezeichnet Fmin' die Federbelastung, wenn die Länge der Zugfeder 38' gleich Lmin ist. In 14B bezeichnet Fmax' die Federbelastung, wenn die Länge der Zugfeder 38' gleich Lmax ist. Wie aus 13 hervorgeht, ist die Änderung Lv2 zwischen der minimalen Länge Lmin und der maximalen Länge Lmax (in einem kraftbeaufschlagten Zustand, in dem die Vorspannkraft der Zugfeder 38' in Vorwärtsrichtung längs der optischen Achse auf die Linsenfassung 51' ausgeübt wird) bei weitem größer als die Änderung Lv1 ausge hend von der Länge Lf (Länge der Zugfeder 38' im freien Zustand) bis zu dem Punkt, an dem die Zugfeder 38' in den kraftbeaufschlagten Zustand gelangt. Da die Größe der Federbelastung der Zugfeder 38' proportional zur Änderung der Länge der Zugfeder 38' variiert, wird die Differenz zwischen der Federbelastung Fmin', die bei der minimalen Länge Lmin der Zugfeder 38' auftritt, und der Federbelastung Fmax', die bei der maximalen Länge Lmax der Zugfeder 38' auftritt, in der Zugfeder 38' übermäßig groß. Zudem muss der AF-Motor 30' eine hohe Motorleistung aufbringen, um mit der maximalen Federbelastung Fmax' zurechtzukommen.
Um die Variation der Federbelastung und damit den Unterschied in der Länge der Zugfeder 38' zwischen der maximalen Länge Lmax und der minimalen Länge Lmin zu verringern, ist es denkbar, als Zugfeder 38' eine Feder vorzusehen, die im freien Zustand länger ist. Wird jedoch eine solch lange Zugfeder verwendet, so wird ein entsprechend größerer Raum benötigt, was der gewünschten Miniaturisierung des Varioobjektivtubus 1 entgegensteht. Das in 13 gezeigte Vergleichsbeispiel ist in seinem Aufbau im Wesentlichen identisch mit dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel, wenn man von der Zugfeder 38' absieht. Wird als Zugfeder 38' eine längere Zugfeder verwendet, so muss der Federhaken 22j' vor (in 13 auf der rechten Seite) dem vorderen Ende des eingefahrenen Varioobjektivtubus 1 (was im Wesentlichen der Position des vorderen Endes des Gehäuses 22' entspricht) vorgesehen werden. Die Verwendung einer längeren Zugfeder als Zugfeder 38' führt also zu einer Verlängerung des Varioobjektivtubus 1 im eingefahrenen Zustand. In dem Vergleichsbeispiel nach 13 ist die Zugfeder 38' mit der maximalen Länge versehen, die in dem Varioobjektivtubus 1 strukturell möglich ist. Dementsprechend ist es schwierig, die Variation der Federbelastung weiter zu reduzieren als dies in 14B gezeigt ist und dabei die gegebene Größe des Varioobjektivs im eingefahrenen Zustand beizubehalten. Dadurch ist es unmöglich, zugleich eine Miniaturisierung des Varioobjektivs und eine Verringerung der Variation der Federbelastung zu erreichen.
Wird der Bewegungsbereich der Linsenfassung 51' reduziert (d. h. die Grenze der Rückwärtsbewegung der Linsenfassung 51 vor die Grenze gesetzt, die in 13 durch die durchgezogene Linie dargestellt ist), so kann die maximale Federbelastung der Zugfeder 38' reduziert werden, ohne die Zugfeder im freien Zustand verlängern zu müssen. Jedoch begrenzt eine solche Verringerung des Bewegungsbereichs der Linsenfassung 51' zwangsläufig den Bewegungsbereich der dritten Linsengruppe LG3, so dass die gewünschte optische Leistung nicht erzielt werden kann. Außerdem ist es nicht praktisch, den Bewegungsbereich der Linsenfassung 51' zu verringern.
In dem Vergleichsbeispiel nach 13 wird die Zugfeder 38' verwendet. Das gleiche Problem entsteht jedoch auch, wenn die Zugfeder 38' durch eine Druckfeder ersetzt wird. Unabhängig davon, ob das Vorspannelement zum Vorspannen der Linsenfassung 51' eine Zugfeder oder eine Druckfeder ist, bereitet es Schwierigkeiten, einen Ausgleich zwischen einer Miniaturisierung des Varioobjektivtubus 1 und einer Verringerung der Variation der Federbelastung in der speziellen Vorspannkonstruktion zu erreichen, in der die Feder, die sich in Richtung der Vorwärts-/Rückwärtsbewegung der Linsenfassung 51' dehnt und zusammenzieht, direkt zwischen der Linsenfassung 51' und einem stationären Element (Gehäuse 22') gekoppelt ist. Dagegen ist in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel des Positionierungsmechanismus, der mit der Torsionsfeder 38 als Vorspannvorrichtung zum Vorspannen der Linsenfassung 51a arbeitet, die Variation der Federbelastung der Torsionsfeder 38 bei weitem kleiner als in dem Vergleichsbeispiel. Auch ist die maximale Belastung der Feder kleiner als in dem Vergleichsbeispiel, obgleich die Torsionsfeder 38 eine Vorspannvorrichtung ist, die in einem Montageraum untergebracht ist, der die gleiche Größe wie in dem Vergleichsbeispiel hat, wie ein Vergleich zwischen den in 14A und 14B gezeigten Graphen ergibt. Die zum Antreiben der Linsenfassung 51 benötigte Energie ist so im Mittel auf einem niedrigen Wert, wodurch der Energieverbrauch des AF-Motors 30 verringert werden kann. Als AF-Motor 30 kann deshalb ein energiesparender Motor verwendet werden. Da die Variation der Federbelastung in Abhängigkeit der Bewegung der Linsenfassung 51 klein ist, kann die Linsenfassung 51 über ihren gesamten Bewegungsbereich gleichmäßig angetrieben werden. Außerdem erzeugt der Antriebsmechanismus kein störendes Geräusch, wenn die Antriebskraft von dem AF-Motor 30 auf die Linsenfassung 51 übertragen wird.
Wie oben beschrieben, ist in der Torsionsfeder 38 die Winkeländerung (θv) des Vorspannarms 38c in dem kraftbeaufschlagten Zustand zwischen der Grenze der Vorwärtsbewegung und der Grenze der Rückwärtsbewegung der Linsenfassung 51 kleiner als der minimale Schwenkwinkel (θmin) des Vorspannarms 38c, der ausgehend von dem freien Zustand des Vorspannarms 38c bis zu einem Zustand reicht, in dem die Torsionsfeder 38 in den kraftbeaufschlagten Zustand kommt. Außerdem ist eine Bedingung „θv/θmin < 1" erfüllt, welche die Variation der Federbelastung in dem kraftbeaufschlagten Zustand minimiert. In dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der minimale Schwenkwinkel θmin auf etwa eine halbe Drehung eingestellt. In dem kraftbeaufschlagten Zustand kann jedoch die Winkelabweichung θv des Vorspannarms innerhalb des Arbeitsbereichs vergleichsweise klein gehalten werden, indem der minimale Schwenkwinkel θmin, der in der oben genannten Bedingung den Nenner bildet, vergrößert wird (die Winkelabweichung θv ist konstant, da der maximale Schwenkwinkel θmax mit zunehmendem minimalem Schwenkwinkel θmin zunimmt). Dadurch kann eine weitere Verringerung der Differenz zwischen der maximalen Federbelastung und der minimalen Feder belastung der Torsionsfeder 38 erreicht werden. Ist die Bedingung „θv/θmin < 1" erfüllt, so kann die Variation der Federbelastung zwar wirksam unterdrückt werden. Eine noch bessere Wirkung wird jedoch erzielt, wenn die Bedingung „θv/θmin < 0,5" erfüllt ist. Eine praktische Maßnahme, um den minimalen Schwenkwinkel θmin zu vergrößern, besteht darin, den Vorspannarm 38c an dem Federhaken 51h einzuhaken, nachdem der Vorspannarm 38c ausgehend von seinem freien Zustand um 360 Grad oder mehr um den Wicklungsteil 38a (um die Schwenkachse 38x) verdreht worden ist. Da die Größe der Torsionsfeder 38 im Wesentlichen unverändert bleibt, wenn die elastische Verformung der Torsionsfeder 38 in Drehrichtung um die Achse des Wicklungsteils 38a (d. h. die Schwenkachse 38x) vergrößert wird, muss der Raum zur Montage der Torsionsfeder 38 nicht vergrößert werden. Dadurch unterscheidet sich das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel von dem oben beschriebenen Vergleichsbeispiel, in dem eine Zugfeder oder eine Druckfeder verwendet wird, die im freien Zustand länger ist. Bei gleichen Bedingungen, z. B. gleicher Dicke des die Feder bildenden Stahldrahtes, nimmt die Belastung der Torsionsfeder 38 im Mittel zu, wenn die elastische Verformung der Torsionsfeder 38 von einem freien Zustand der Torsionsfeder 38 bis zu einem Zustand reicht, in dem die Torsionsfeder 38 in einen kraftbeaufschlagten Zustand kommt, so dass die elastische Verformung der Torsionsfeder 38 innerhalb eines Bereiches eingestellt wird, in dem die maximale Federbelastung nicht übermäßig groß wird.
Einer derjenigen Faktoren, welche die Variationen der Federbelastung der Torsionsfeder 38 minimiert haben, ist die Länge des Vorspannarms 38c ausgehend von dem Wicklungsteil 38a, um den der Vorspannarm 38c schwenkt, bis zu dem Kraftangriffspunkt (Arbeitspunkt) an der Linsenfassung 51. Je größer die Länge des Vorspannarms 38 ausgehend von der Schwenkachse 38x bis zu dem Kraftangriffspunkt ist, d. h. je größer der Schwenkradius der Tor sionsfeder 38 in der Nähe ihres freien Endes ist, desto kleiner ist der Änderungswinkel (θv) des Vorspannarms 38c pro Einheitsverschiebung der Linsenfassung 51, wodurch Variationen in der Federbelastung verhindert werden können. Betrachtet man sich eine horizontale Ebene P2, die im Wesentlichen parallel zur Schwenkachse 38x der Torsionsfeder 38 liegt und die optische Achse O enthält, so ist der Federhaken 51h, an dem der Vorspannarm 38c an der Linsenfassung 51 eingehakt ist, in dem Bereich oberhalb der horizontalen Ebene P2 angeordnet, wie in den 10 gezeigt ist. Dagegen ist der Lagervorsprung 22j des Gehäuses 22, der den als Schwenkachse der Torsionsfeder 38 dienenden Wicklungsteil 38a hält, in dem Bereich unterhalb der horizontalen Ebene P2 angeordnet. Der Vorspannarm 38c der Torsionsfeder 38 ist demnach in vertikaler Richtung quer zur horizontalen Ebene P2 langgestreckt. Da die Torsionsfeder 38 radial außerhalb des Nockenrings 11, der ein in dem Varioobjektivtubus 1 drehbares Element bildet, montiert ist, kann der Vorspannarm 38c derart lang sein, ohne bewegliche Elemente zu stören, die der ersten Linsengruppe LG1 oder der zweiten Linsengruppe LG2, die von dem Nockenring 11 angetrieben werden, zugeordnet sind.
Auch im Hinblick auf die Form des Varioobjektivtubus 1 in der Vorderansicht ist der zum Steuern der Position der Linsenfassung 51 bestimmte Positionierungsmechanismus, der die Torsionsfeder 38 enthält, in dem Varioobjektivtubus 1 raumsparend montiert. Wie in 10 gezeigt, sind Elemente des Varioobjektivtubus 1, z. B. die für die dritte Linsengruppe LG3 vorgesehene Führungsstange 52 (Element eines Führungsmechanismus für die Linsenfassung 51), die AF-Mutter 37, der AF-Motor 30 und die Leitspindel 36 (Elemente des Antriebsmechanismus für die Linsenfassung 51) in einem im Wesentlichen dreieckigen Raum oberhalb der horizontalen Ebene P2 entlang der Außenfläche des zylindrischen Abschnittes 22a des Gehäuses 22 montiert. Der Wicklungsteil 38a der Torsionsfeder 38 ist in einem anderen im Wesentlichen dreieckigen Raum unterhalb der horizontalen Ebene P2 gelagert. Die beiden vorstehend genannten dreieckigen Räume, die oberhalb bzw. unterhalb der horizontalen Ebene P1 liegen, sind im Wesentlichen symmetrisch bezüglich der horizontalen Ebene P2 angeordnet. Optische Geräte, z. B. eine Kamera, an der der Varioobjektivtubus 1 angebracht ist, haben in der Vorderansicht häufig eine rechteckige Form (da sie z. B. ein rechteckiges Gehäuse haben). Die oben beschriebene Konstruktion macht es möglich, den Positionierungsmechanismus, mit dem die Position der Linsenfassung 51 gesteuert wird, effektiv in einem Totraum zwischen einem rechteckigen Gehäuseabschnitt der Kamera und der Außenumfangsfläche des zylinderförmigen Gehäuseabschnittes 22a unterzubringen. Wie am besten in 10 gezeigt, ist der Vorspannarm 38c der Torsionsfeder 38 in unmittelbarer Nähe des zylindrischen Abschnittes 22a langgestreckt und erstreckt sich aus dem unteren dreieckigen Raum in Richtung des oberen dreieckigen Raums derart, dass er die Außenfläche des zylindrischen Abschnittes 22a in etwa tangiert. Der Einbau der Torsionsfeder 38 außerhalb des zylindrischen Abschnitts 22a hat deshalb nur einen geringen Einfluss auf die laterale Abmessung des Varioobjektivtubus 1.
Wie oben beschrieben, ist der in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Positionierungsmechanismus vorhandene Mechanismus, der die Linsenfassung 51 durch die Torsionsfeder 38 vorspannt, im Stande, die auf den AF-Motor 30 wirkende Last zu verringern und dadurch den Energieverbrauch des AF-Motors 30 zu reduzieren. Zugleich trägt er zur Miniaturisierung des Varioobjektivtubus 1, insbesondere zur Verkürzung des Varioobjektivtubus 1 im eingefahrenen Zustand bei.
Ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Positionierungsmechanismus wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 15 und 16 beschrieben. Die Bewegung der Linsenfassung 51 wird in dem ersten Ausfüh rungsbeispiel des Positionierungsmechanismus durch die Leitspindel 36 und die AF-Mutter 37 gesteuert. Dagegen wird in dem zweiten Ausführungsbeispiel anstelle einer Leitspindel eine Leitkurvenwelle (Element eines Antriebsmechanismus/Führungselement) 136 als Antriebsmechanismus für eine Linsenfassung (Halteglied) 151 verwendet, welche eine Linsengruppe LG hält. Die Linsenfassung 151 wird von einer Führungsstange (Ausfahr-/Einfahrführungselement) 152 und eine Verdrehschutzachse 153, die sich parallel zur optischen Achse O erstrecken, parallel zur optischen Achse O gerade geführt. Die Führungsstange 152 ist verschiebbar in ein Führungsloch eingesetzt, das einen zylindrischen Abschnitt 151a der Linsenfassung 151 durchsetzt. Die Verdrehschutzachse 153 befindet sich in verschiebbarem Eingriff mit einer Verdrehschutznut 151d, die an einem Teil der Linsenfassung 151 ausgebildet ist, der von dem zylindrischen Abschnitt 151a abgewandt ist. Die Verdrehschutznut 151d und der zylindrische Abschnitt 151a sind im Wesentlichen symmetrisch bezüglich der optischen Achse O angeordnet. Ein Führungsstift (Element des Antriebsmechanismus/Mitnehmer) 151b steht von dem zylindrischen Abschnitt 151a ab, der an der Führungsstange 152 geführt ist. Der Führungsstift 151b greift in eine Leitnut 136a, die an der Außenfläche der Leitkurvenwelle 136 ausgebildet ist. Die Leitnut 136a weist ein Paar axial gegenüberliegende Führungsflächen auf, die bezüglich der optischen Achse O geneigt sind. Zwischen dem Führungsstift 151b und den beiden axial gegenüberliegenden Führungsflächen ist ein vorbestimmtes Spiel vorhanden, so dass der Führungsstift 151b auf den Führungsflächen gleiten kann. Die Leitkurvenwelle 136 hat an ihrem einen Ende ein Zahnrad 135. Indem ein Motor (Element des Antriebsmechanismus) 130 ein Drehmoment auf die Leitkurvenwelle 136 ausübt, wird die Leitkurvenwelle 136 um eine zur optischen Achse O parallele Drehachse gedreht. Dabei wird der Führungsstift 151b auf den beiden Führungsflächen der Leitnuten 136a gleitend geführt, wodurch die Linsenfassung 151 in Richtung der optischen Achse bewegt wird.
Eine Torsionsfeder (Vorspannvorrichtung) 138 ist an der Außenumfangsfläche eines zylinderförmigen Lagervorsprungs 122j gelagert, wobei ein Wicklungsteil 138a der Torsionsfeder 138 auf dem Lagervorsprung 122j sitzt, und die Achse des Wicklungsteils 138a senkrecht zur optischen Achse O verläuft. Die Position des Lagervorsprungs 122j ist fest. Die Torsionsfeder 138 hat einen Lagerarm (zweiter Armabschnitt) 138b und einen Vorspannarm (Arm/erster Armabschnitt) 138c, die beide radial von dem Wicklungsteil 138a nach außen abstehen. Der Lagerarm 138b liegt an einem festen Vorsprung 122k an, während das freie Ende des Vorspannarm 138c an einem Federhaken (Vorsprung) 151c der Linsenfassung 151 anliegt. In diesem federbeaufschlagten Zustand kann der Vorspannarm 138c der Torsionsfeder 138 um eine Schwenkachse 138c schwenken, die im Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse O liegt und im Wesentlichen mit der Achse des Wicklungsteils 138a zusammenfällt, die an dem Lagervorsprung 122j gelagert ist. Der Vorspannarm 138c spannt in diesem Zustand die Linsenfassung 151 längs der optischen Achse in Vorwärtsrichtung (in 15 nach links) vor. Durch diese Vorspannkraft wird der Führungsstift 151b gegen diejenige der beiden axial gegenüberliegenden Führungsflächen der Leitnut 136a, die in Richtung der optischen Achse der Vorderseite näher ist, gedrückt, um das Spiel zwischen dem Führungsstift 151b und der Leitnut 136a zu beseitigen. Da der Federhaken 151c in Längsrichtung etwa mittig an dem zylindrischen Abschnitt 151a ausgebildet ist, wird weitgehend vermieden, dass ein Kippmoment auf den zylindrischen Abschnitt 151a wirkt, das den zylindrischen Abschnitt 151a gegenüber der Führungsstange 152 verkippen könnte, wenn der Federhaken 151c die Federlast bzw. die Federkraft der Torsionsfeder 138 aufnimmt. Dadurch ist eine gleichmäßige Bewegung der Linsenfassung 151 in Richtung der optischen Achse sichergestellt.
Ähnlich wie bei der Torsionsfeder 38 nach erstem Ausführungsbeispiel können bei der Torsionsfeder 138 Variationen der Federlast im kraftbeaufschlagten Zustand verringert und auf den Motor 130 wirkende Lasten reduziert werden, wenn die Linsenfassung 151 über den Motor 130 und die Leitkurvenwelle 136 in Richtung der optischen Achse vorwärts und rückwärts bewegt wird. Ähnlich wie bei dem Positionierungsmechanismus zum Steuern der Position der Linsenfassung 51, welche die Torsionsfeder 38 enthält, muss der Raum für die Montage der Torsionsfeder 138 nicht vergrößert werden, selbst wenn das Ausmaß der Drehung des Vorspannarms 138c, das benötigt wird, um die Torsionsfeder 138 aus ihrem freien Zustand in den kraftbeaufschlagten Zustand zu bringen, geändert wird. Der Positionierungsmechanismus, mit dem die Position der Linsenfassung 151 gesteuert wird und der die Torsionsfeder 138 enthält, ist somit raumsparend untergebracht. Wie aus den in 15 und 16 gezeigten Ausführungsbeispiel hervorgeht, ist die Anwendung der Vorspannvorrichtung auf ein Halteglied, das ein optisches Element hält, erfindungsgemäß nicht auf die in dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehene Anwendung beschränkt, die direkt den Antrieb eines vorwärts und rückwärts bewegten Elementes betrifft. Die Vorspannvorrichtung kann auch zur Beseitigung eines Spiels verwendet werden, wie dies bei der Torsionsfeder 138 der Fall ist. Was den Antriebsmechanismus für das Halteglied, z. B. die Linsenfassung 151, betrifft, ist die Erfindung nicht ausschließlich auf die oben beschriebene spezielle Konstruktion beschränkt, die mit einer Kombination aus einer Nut und einem Vorsprung, wie sie die Leitnut 136 und der Führungsstift 151b darstellen, arbeitet. Beispielsweise ist auch eine Konstruktion verwendbar, die mit einer Kurvenscheibe oder dergleichen arbeitet. Die Erfindung ist also weitläufig einsetzbar, sofern der Antriebsmechanismus eine Art von Mechanismus ist, bei dem ein Spiel zwischen einer Führungsfläche und einem Mitnehmer, der sich im gleitenden Kontakt mit der Führungsfläche befindet, zu beseitigen ist. In dem Ausführungsbeispiel ist die Vorspannvorrichtung, welche die dritte Linsenfassung 51 vorspannt, durch die Torsionsfeder 38, also eine einzelne Feder, gegeben. Entsprechend ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel die Vorspannvorrichtung, welche die Linsenfassung 151 vorspannt, durch die Torsionsfeder 138 gegeben, die eine einzelne Feder darstellt. Die Vorspannvorrichtung ist jedoch nicht auf eine solche einzelne Torsionsfeder beschränkt, sofern sie die Voraussetzung erfüllt, dass sie auf das Halteglied (51 oder 151), welches das optische Element hält, eine Vorspannkraft über einen schwenkbaren, kraftbeaufschlagten Abschnitt bzw. Arm ausübt, der um eine Schwenkachse schwenken kann, die im Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse des optischen Elementes liegt, welches an dem Halteglied gehalten ist.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die 17 bis 21 ein drittes bis fünftes Ausführungsbeispiel von Varioobjektivtuben beschrieben, die unterschiedliche Vorspannvorrichtungen verwenden. Jedes dieser weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispiele ist in seinem Aufbau ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel, abgesehen von der Vorspannvorrichtung und der damit zusammenhängenden Konstruktion. Elemente, die denen des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Positionierungsmechanismus entsprechen, sind mit den gleichen Bezugzeichen versehen und werden im Folgenden mit den gleichen Bezeichnungen beschrieben.
In dem in den 17 bis 19 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel besteht die Vorspannvorrichtung zum Vorspannen der für die dritte Linsengruppe LG3 vorgesehenen Fassung 51 aus einer Kombination aus einem Schwenkhebel (Arm/Hebel) 70 und einer Torsionsfeder (Hebelvorspannelement) 238. Das Gehäuse 22 hat einen Schwenklagervorsprung 22m, der seitlich von dem Gehäuse 22 absteht, so dass die Achse des Schwenklagervorsprungs 22m im Wesentlichen senkrecht zur vertikalen Ebene P1 verläuft. Der Schwenkhebel 70 hat an seinem einen Ende ein Achsloch 70h, in das der Schwenklagervorsprung 22m eingesetzt ist, so dass der Schwenkhebel 70 um den Schwenklagervorsprung 22m frei drehbar und um eine Schwenkachse 70x schwenkbar ist, die im Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse O liegt und im Wesentlichen mit der Achse des Schwenklagervorsprungs 22m zusammenfällt. Das andere freie Ende des Schwenkhebels 70 liegt an einem Anlagevorsprung 51j an, der an der Linsenfassung 51 ausgebildet ist. Der Wicklungsteil 238a der Torsionsfeder 238 sitzt so auf dem Schwenklagervorsprung 22m, dass er an dessen Außenumfangsfläche gelagert ist. Die Torsionsfeder 238 spannt den Schwenkhebel 70 in 19 im Uhrzeigersinn vor, wobei ein Lagerarm 238b an einem festen Vorsprung 22n des Gehäuses 22 und ein Vorspannarm 238c an einem Abschnitt des Schwenkhebels 70 in der Nähe des Schwenklagervorsprungs 22m eingehakt ist. Der Lagerarm 238b und der Vorspannarm 238c stehen jeweils von dem Wicklungsteil 238a radial nach außen ab. Die Torsionsfeder 238 übt ihre Vorspannkraft auf den Schwenkhebel 70 so aus, dass die Linsenfassung 51 über den Anlagevorsprung 51J längs der optischen Achse vorwärts gedrückt wird.
Der Schwenkhebel 70 selbst weist keine Elastizität in Schwenkrichtung auf. In Folge der Vorspannkraft, welche die Torsionsfeder 238 auf den Schwenkhebel 70 ausübt, wirkt jedoch die Kombination aus dem Vorspannarm 238c der Torsionsfeder 238 und dem Schwenkhebel 70 als kraftbeaufschlagter Abschnitt (entsprechend dem Vorspannarm 38 nach erstem Ausführungsbeispiel oder dem Vorspannarm 138c der Vorspannfeder 138 nach zweitem Ausführungsbeispiel). Wie bei den Vorspannvorrichtungen nach erstem und zweitem Ausführungsbeispiel kann die auf den AF-Motor 30 wirkende Last dadurch verringert werden, dass die Variation der auf die Linsenfassung 51 wirkenden Federbelastung in dem kraftbeaufschlagten Zustand reduziert wird. Zugleich kann die Vorspannvorrichtung längs der optischen Achse raumsparend an geordnet werden. Abweichend von dem dritten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, den Wicklungsteil 238a der Torsionsfeder 238 an einem anderen Lagerabschnitt als dem Lagervorsprung 22n des Schwenkhebels 70 zu lagern.
In 20 ist ein viertes Ausführungsbeispiel gezeigt, das dem in den 17 bis 19 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel ähnelt, bei dem jedoch die Torsionsfeder 238 ersetzt ist durch eine Zugfeder (Hebelvorspannelement) 338, die ein Vorspannelement zum Vorspannen des Schwenkhebel 70 bildet, der in dem dritten Ausführungsbeispiel verwendet wird. Der Schwenkhebel 70 hat einen Hauptarm 70b, der ausgehend von dem angelenkten Abschnitt (Achsloch 70a) des Schwenkhebels 70 so ausgerichtet ist, dass er an dem Anlagevorsprung 51j der Linsenfassung 51 anliegt. Der Schwenkhebel 70 hat ferner einen Federeinhakarm 70c, der sich von dem angelenkten Abschnitt (Achsloch 70a) des Schwenkhebels 70 in eine Richtung erstreckt, die der Erstreckungsrichtung des Hauptarms 70b im Wesentlichen entgegengesetzt ist. Die Zugfeder 338 ist so montiert, dass ihre Achse im Wesentlichen parallel zur optischen Achse O verläuft, wobei ein Ende der Zugfeder 338 an dem Federeinhakarm 70c und das andere Ende der Zugfeder 338 an einem Federhaken 22p, der an dem Gehäuse 22 ausgebildet ist, eingehakt ist. Bei dem Schwenkhebel 70 ist ein Abstand D1 von der Schwenkachse 70x bis zu einem Anlageteil E1 des Schwenkhebels 70, der an dem Anlagevorsprung 51j anliegt, größer als ein Abstand D2 von der Schwenkachse 70x zu einem Anlageteil E2 des Schwenkhebels 70, der sich in Eingriff mit der Zugfeder 338 befindet; es gilt also D1 > D2. Infolge dieses Hebelverhältnisses zwischen der Länge des Hauptarmes 70b und dem Federeinhakarm 70c ist die Bewegungsstrecke des an dem Hauptarm 70b ausgebildeten Anlageteils E1 (Schwenkstrecke des Anlageteiles E1 um die Schwenkachse 70x) pro Einheitsbewegung der Linsenfassung 51 in Richtung der optischen Achse größer als die Bewegungsstrecke des an dem Federeinhakarm 70c ausgebildeten Anlageteils E2 (Schwenkstrecke des Anlageteiles E2 um die Schwenkachse 70x) pro Einheitsbewegung der Linsenfassung 51 in Richtung der optischen Achse. Wie ein Vergleich der 13 und 20 zeigt, ist die Änderung Lv3 zwischen der minimalen Länge Lmin und der maximalen Länge Lmax der Zugfeder 338 in dem auf die Linsenfassung 51 wirkenden kraftbeaufschlagten Zustand kleiner als die Änderung Lv2 des in 13 gezeigten Vergleichsbeispiels. Die Variation der Federbelastung kann so verglichen mit einer Ausführungsform, bei der eine einzelne Zugfeder als Vorspannvorrichtung zum Vorspannen der Linsenfassung 51 vorgesehen ist, verringert werden. Durch Verringerung der maximalen Federbelastung kann die auf den AF-Motor 30 wirkende Last reduziert werden.
In 21 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel gezeigt, das dem in 20 dargestellten Ausführungsbeispiel ähnelt, abgesehen davon, dass die Zugfeder 338 nach viertem Ausführungsbeispiel durch eine Zugfeder (Hebelvorspannelement) 438 ersetzt ist, die sich in ihrer Zugrichtung von der Zugfeder 338 unterscheidet. Der Schwenkhebel 70 ist mit einem Federeinhakarm 70c versehen, der sich ausgehend von dem angelenkten Abschnitt (Achsloch 70a) des Schwenkhebels 70 in eine Richtung erstreckt, die im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Hauptarms 70b liegt. Der Federeinhakarm 70d ist also etwa im rechten Winkel relativ zu dem Hauptarm 70b angeordnet. Die Zugfeder 438 ist so montiert, dass sie sich in dem Varioobjektivtubus 1 im Wesentlichen in vertikaler Richtung erstreckt, das heißt in einer Richtung, die der Längsrichtung des Hauptarms 70b entspricht. Dabei ist ein Ende der Zugfeder 438 an dem Federeinhakarm 70d und das andere Ende der Zugfeder 438 an einem Federhaken 22q eingehakt, der an dem Gehäuse 22 ausgebildet ist. Bei dem Schwenkhebel 70 ist der Abstand D1 von der Schwenkachse 70x zu einem Anlageteil E1 des Schwenkhebels 70, der an dem Anlagevorsprung 51j anliegt, größer als der Abstand D3 von der Schwenkachse 70x zu einem Anla geteil E3 des Schwenkhebels 70, der in Eingriff mit der Zugfeder 438 ist; es gilt also D1 > D3. Bewegt sich die Linsenfassung 51 in Richtung der optischen Achse vorwärts und rückwärts, so ist die Bewegungsstrecke des an dem Hauptarm 70b ausgebildeten Anlageteiles E1 (Schwenkstrecke des Anlageteils E1 um die Schwenkachse 70x) größer als die Bewegungsstrecke des an den Federeinhakarm 70d ausgebildeten Anlageteiles E3 (Schwenkstrecke des Anlageteils E3 um die Schwenkachse 70x). Die Änderung Lv4 zwischen der minimalen Länge Lmin und der maximalen Länge Lmax der Zugfeder 438 in dem auf die Linsenfassung 51 wirkenden kraftbeaufschlagten Zustand ist demnach klein (kleiner als die Änderung Lv2 des in 14 gezeigten Vergleichsbeispiels). Die Variation der Federbelastung kann so im Vergleich zu einer Ausführungsform verringert werden, bei der eine einzelne Zugfeder als Vorspannvorrichtung zum Vorspannen der Linsenfassung 51 verwendet wird. Indem die maximale Federbelastung verringert wird, kann die auf den AF-Motor 30 wirkende Last reduziert werden.
In dem vierten Ausführungsbeispiel erfüllt das Verhältnis zwischen der Länge (D1) des Hauptarms 70b des Schwenkhebels 70 und der Länge (D2) des Federeinhakarm 70c vorzugsweise folgende Bedingung: D2 < D1/2. Entsprechend ist es in dem fünften Ausführungsbeispiel von Vorteil, wenn das Verhältnis zwischen der Länge (D1) des Hauptarms 70b des Schwenkhebels 70 und der Länge (D3) des Federeinhakarm 70d folgende Bedingung erfüllt: D3 < D1/2.
Wie das vierte und das fünfte Ausführungsbeispiel zeigen, kann mit dem Schwenkhebel 70, der die Vorspannvorrichtung zum Vorspannen der Linsenfassung 51 bildet, die Lastvariation der Vorspannvorrichtung mittels einer Konstruktion verringert werden, die in Richtung der optischen Achse kompakt ausgestaltet ist, selbst wenn anstelle einer Torsionsfeder eine Zugfeder verwendet wird, die sich in ihrer Längsrichtung dehnt und zusammenzieht. Unter diesem Gesichtspunkt wird eine entsprechende technische Wirkung erzielt, wenn die in dem vierten bzw. fünften Ausführungsbeispiel vorgesehene Zugfeder 338 bzw. 834 durch eine Vorspannvorrichtung ersetzt wird, die aus einer Kombination aus einer Druckfeder und einem Schwenkhebel besteht.
In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele übt die Vorspannvorrichtung, welche die Linsenfassung 51 bzw. die Linsenfassung 151 in eine Richtung längs der optischen Achse O vorspannt, um diese in die gleiche Richtung zu bewegen, auf die Fassung 51 bzw. 151 auch eine Vorspannkraft in eine Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung der Fassung 51 bzw. 151 aus, wodurch das Spiel der Linsenfassung 51 bzw. 151 in dem Ausfahr/Einfahr-Führungsmechanismus beseitigt wird.
Der Vorspannarm 38c der Torsionsfeder 38 erstreckt sich in dem ersten Ausführungsbeispiel in einer Schwenkebene (definiert durch die Schwenkbewegung des Vorspannarms 38c, wie in den 10 und 11 durch eine durchgezogene Linie dargestellt), die senkrecht zur Schwenkachse 38x liegt. Der Vorspannarm 38c der Torsionsfeder 38 schwenkt in oben beschriebener Weise in dieser Schwenkebene, wenn sich die Linsenfassung 51 in dem kraftbeaufschlagten Zustand, in dem der Vorspannarm 38c der Torsionsfeder 38 an dem Federhaken 51h anliegt, längs der optischen Achse O bewegt. Der Federhaken 51h ist innerhalb des Schwenkbereichs des Vorspannarm 38c angeordnet, der durch die radiale Länge des Vorspannarm 38c festgelegt ist. Befindet sich der Vorspannarm 38c der Torsionsfeder 38 in einem freien Zustand, in dem er nicht an dem Federhaken 51h anliegt, so ist der Vorspannarm 38c gegenüber der Schwenkebene geneigt (d. h. außerhalb der Schwenkebene angeordnet) und hat eine Form, die zur optischen Achse O hin gekippt ist, wie in den 10 und 11 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Wird der Vorspannarm 38c in den kraftbeaufschlagten Zustand gebracht, in dem er an dem Federhaken 51h anliegt, so wird er elastisch verformt, indem er in den 10 und 11 entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt wird, bis er in Kontakt mit dem hochkant angeordneten, an der Linsenfassung 51 ausgebildeten Wandabschnitt 51k kommt (sodass der Vorspannarm 38c mit der oben beschriebenen Schwenkebene zusammenfällt), wodurch er daran gehindert ist, zurück in den freien Zustand zu gelangen. Der Wandabschnitt 51k hat eine flache, zur Schwenkebene des Vorspannarms 38c im Wesentlichen parallele Form. Die Linsenfassung 51 weist an dem hochkant angeordneten Wandabschnitt 51k den im Querschnitt halbkreisförmigen Ausschnitt 51m auf, der in Kontakt mit dem Vorspannarm 38c kommt. Der Federhaken 51h, der von der Linsenfassung 51 absteht, ist vor dem halbkreisförmigen Ausschnitt 51m angeordnet.
Wird der Vorspannarm 38c mit dem hochkant angeordneten Wandabschnitt 51k und damit dem mit halbkreisförmigen Ausschnitt 51m in Kontakt gebracht und dabei ausgehend von seinem freien Zustand elastisch verformt, so wird der Wandabschnitt 51k der Linsenfassung 51 durch die Elastizität oder Rückstellkraft des Vorspannarms 38c in 10 und 11 nach rechts vorgespannt. Der Wandabschnitt 51k ist unmittelbar unterhalb der beiden Führungslöcher 51d ausgebildet, die in der Nähe des radial äußeren Endes des Führungsarms 51b ausgebildet sind. Die von dem Vorspannarm 38c auf den Wandabschnitt 51k ausgeübte Last wirkt als Druckkraft, welche die beiden Führungslöcher 51d in den 10 und 11 nach rechts zwingt. Die Innenwandflächen der beiden Führungslöcher 51d werden dadurch gegen die Führungsstange 52 gedrückt, wodurch das Spiel zwischen der Führungsstange 52 und den beiden Führungslöchern 51d senkrecht zur Bewegungsrichtung der Linsenfassung 51 (Richtung längs der optischen Achse O) beseitigt wird. Außerdem wirkt ein Kraftmoment auf den Verdrehschutzvorsprung 51e und die Geradführungsnut 22f, die symmetrisch auf der von den beiden Führungslöchern 51d und der Führungsstange 52 abgewandten Seite der optischen Achse O angeordnet sind, so dass der Verdrehschutzvorsprung 51e gegen eine der gegenüberliegenden Führungsflächen in den Geradführungsnuten 22f gedrückt wird, um das Spiel zwischen dem Verdrehschutzvorsprung 51e und der Geradführungsnut 22f zu beseitigen. Die Linsenfassung 51 ist so lagestabil gehalten und weist keine Positionsabweichungen infolge des in dem Ausfahr/Einfahr-Führungsmechanismus vorhandenen Spaltmaßes auf. Dieser lagestabile Zustand bleibt auch erhalten, wenn die Linsenfassung 51 in eine beliebige Position bewegt wird, da die von dem Vorspannarm 38c auf den hochkant angeordneten Wandabschnitt 51k ausgeübte Vorspannkraft kontinuierlich solange auf den Wandabschnitt 51k wirkt, wie die Torsionsfeder 38 in dem kraftbeaufschlagten Zustand bleibt. Dadurch kann die Linsenfassung 51 gleichmäßig ohne Spiel und Geräuschentwicklung bewegt werden. Außerdem wird die Positionsgenauigkeit der Linsenfassung 51 in einem Zustand, in dem sie angehalten ist, in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse O verbessert. Der hochkant angeordnete Wandabschnitt 51k und der halbkreisförmige Ausschnitt 51m der Linsenfassung 51 haben zudem die Funktion, einen Kontakt des Vorspannarms 38c mit anderen Komponenten als dem Federhaken 51h, die in der Nähe des Vorspannarms 38c angeordnet sind, zu vermeiden, wenn der Vorspannarm 38c in Anlage mit dem Federhaken 51h gebracht wird.
Die Torsionsfeder 38 (d. h. der Vorspannarm 38c), welche die Linsenfassung 51 längs der optischen Achse O vorspannt, dient auch als Vorspannvorrichtung, die eine Vorspannkraft auf den aufrecht stehenden Wandabschnitt 51k senkrecht zur Bewegungsrichtung der Linsenfassung 51 ausübt. Dadurch kann das Spiel zwischen der Linsenfassung 51 und den Elementen, welche die Linsenfassung 51 in Richtung einer optischen Achse führen, z. B. der Führungsstange 52 und der Geradführungsnut 22f, mit einer einfach aufgebauten und raumsparenden Konstruktion, die aus einer geringen Zahl an Elementen besteht, beseitigt werden, ohne dass hierzu ein eigenes Vorspannelement ausschließlich zur Beseitigung des genannten Spiels vorgesehen werden muss.
Ähnlich dem Vorspannarm 38c der Torsionsfeder 38 nach erstem Ausführungsbeispiel hat der Vorspannarm 138c der Torsionsfeder 138 nach zweitem Ausführungsbeispiel im freien Zustand (in dem der Vorspannarm 138c nicht an dem Federhaken 151c eingehakt ist) eine Form, die relativ zur Lage des Vorspannarms 138c in der Schwenkebene (in dem kraftbeaufschlagten Zustand, der in 16 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist) zur optischen Achse O hin geneigt ist, wie in 16 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Wird der Vorspannarm 138c in den kraftbeaufschlagten Zustand gebracht, in der er an dem Federhaken 151c eingehakt ist, so wird der Vorspannarm in 16 im Uhrzeigersinn elastisch verformt. Die Elastizität beziehungsweise die Rückstellkraft des Vorspannarms 138c bewirkt, das der Vorspannarm 138c auf einen Teil der Außenfläche (Kontaktteil) des zylindrischen Abschnittes 151a der Linsenfassung 151 drückt, wodurch die Linsenfassung 151 in 16 nach links gedrückt wird. Durch diese Andruckkraft wird verhindert, dass die Linsenfassung eine Klapperbewegung relativ zur Führungsstange 152 ausführt. Dadurch wird die Lage der Linsengruppe LG in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse O stabilisiert. Die Torsionsfeder 138 hat also die folgenden beiden Funktionen: die erste Funktion besteht darin, die Linsenfassung 151 in Richtung ihrer Bewegung vorzuspannen; die zweite Funktion besteht darin, die Linsenfassung 151 in einer Richtung senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung vorzuspannen. Somit wird eine einfach aufgebaute und raumsparende Konstruktion, die nur aus wenigen Elementen besteht, angegeben, mit der die Linsenfassung 151 stabil gehalten werden kann.
Der Schwenkhebel 70 nach dem dritten bis fünften Ausführungsbeispiel ist ebenfalls ausgebildet, eine Kraft auf die Linsenfassung 51 in eine Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung der Linsenfassung 51 auszuüben. Im Folgenden wird der Schwenkhebel 70 nach drittem Ausführungsbeispiel stellvertretend für die in dem dritten bis fünften Ausführungsbeispiel vorgesehenen Schwenkhebel betrachtet. Der Schwenkhebel 70 ist in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse elastisch verformt. Im freien Zustand (in dem der Schwenkhebel 70 nicht an dem Federhaken 51h eingehakt ist), hat der Schwenkhebel 70 eine Form, die relativ zu seiner Lage in der Schwenkebene in dem kraftbeaufschlagten Zustand (in 17 durch eine durchgezogene Linie dargestellt) zur optischen Achse O hin geneigt ist, wie in den 17 und 18 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Wird der Schwenkhebel 70 in den kraftbeaufschlagten Zustand gebracht, in dem er an dem Federhaken 51h eingehakt ist, so wird der Schwenkhebel 70 in den 17 und 18 entgegen dem Uhrzeigersinn elastisch verformt, um so in Kontakt mit dem hochkant angeordneten Wandabschnitt 51k (dem halbkreisförmigen Ausschnitt 51m) der Linsenfassung 51 gebracht zu werden. Der Schwenkhebel 70 drückt dann den Wandabschnitt 51k in Folge seiner Rückstellkraft in den 17 und 18 nach rechts. Diese Andruckkraft verhindert, dass die Linsenfassung 51 eine Klapperbewegung relativ zu der Führungsstange 52 und der Geradführungsnut 22f ausführt. Dadurch wird die dritte Linsengruppe LG3 in ihrer Lage in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse O stabilisiert. Der Schwenkhebel 70 hat somit die folgenden beiden Funktionen: die erste Funktion besteht darin, die Linsenfassung 51 in ihrer Bewegungsrichtung durch die von der Torsionsfeder 238 ausgeübte Vorspannkraft vorzuspannen; die zweite Funktion besteht darin, die Linsenfassung 51 in eine Richtung senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung vorzuspannen. Dadurch kann die Linsenfassung 51 mit einer einfachen und raumsparenden Konstruktion, die nur aus wenigen Teilen besteht, stabil gehalten werden. Obwohl nicht im Einzelnen erläutert, weisen auch die Schwenkhebel 70 nach viertem und fünftem Ausführungsbeispiel die Doppelfunktion auf, die Linsenfassung 51 in zwei verschiedene Richtungen vorzuspannen.
Die 22 bis 26 zeigen modifizierte Ausführungsbeispiele, die jeweils so ausgeführt sind, dass auf ein Halteglied, das ein optisches Element hält, besonders effektiv eine Vorspannkraft in eine Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Haltegliedes ausgeübt werden kann. Diese modifizierten Ausführungsbeispiele sind weitgehend identisch mit dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel und unterscheiden sich von diesen nur in einigen Merkmalen. Die übereinstimmenden Merkmale werden im Folgenden nicht nochmals beschrieben.
In den 22 und 23 ist ein erstes modifiziertes Ausführungsbeispiel gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der für die Bildaufnahmevorrichtung vorgesehene Halter 23 mit einem Hauptkörper 23a und einer Schutzwand (Andruckvorrichtung/stationäres Wandelement/Außenwandelement) 23b versehen. Der Hauptkörper 23a hält die Bildaufnahmevorrichtung 24 und verschließt die Rückseite des zylindrischen Abschnittes (Andruckvorrichtung/stationäres Wandelement/Innenwandelement/inneres zylindrisches Wandelement) 22a des Gehäuses 22. Die Schutzwand 23b steht von dem Hauptkörper 23a längs der optischen Achse nach vorn ab. Die Schutzwand 23b ist der Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnittes 22a zugewandt, so dass zwischen der Schutzwand 23b und der Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnittes 22a ein Raum Q zur Unterbringung der Torsionsfeder 38 ausgebildet ist. Die Torsionsfeder 38 ist in dem Raum Q gehalten. Wie oben beschrieben, hat der Vorspannarm 38c der Torsionsfeder 38 im freien Zustand eine zur optischen Achse O hin geneigte Form, wie in 23 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Im kraftbeaufschlagten Zustand ist der Vorspannarm 38c elastisch verformt, wie in 23 durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist. In dem kraftbeaufschlagten Zustand liegt der Vorspannarm 38c an dem Federhaken 51h an. Ein Federandruckteil (Andruckvorsprung) 23c, der sich in dem kraftbeaufschlagten Zustand in Presskontakt mit dem Vorspannarm 38c befindet, ist an der Schutzwand 23b des Halters 23 ausgebildet. Wie in 22 gezeigt, ist der Federandruckteil 23c an einer dem Raum Q zugewandten Fläche der Schutzwand 23b ausgebildet. Der Federandruckteil 23c befindet sich also an einer Fläche der Schutzwand 23b, die der Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnittes 22a zugewandt ist. Der Federandruckteil 23c ist als rippenähnlicher Vorsprung ausgebildet, der sich in Richtung der optischen Achse erstreckt. Der Federandruckteil 23c bleibt über den gesamten Bewegungsbereich der Linsenfassung 51 in Kontakt mit dem Vorspannarm 38c. Die Kraglänge des Federandruckteil 23c ist so festgelegt, dass der Federandruckteil 23c den Vorspannarm 38c in Richtung des hochkant angeordneten Wandabschnittes 51k (des halbkreisförmigen Ausschnittes 51m) drückt, wenn der Vorspannarm 38c an dem Federhaken 51h eingehakt ist. Dadurch kann die Vorspannkraft der Torsionsfeder 38, die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Linsenfassung 51 wirkt, zuverlässig auf die Linsenfassung 51 ausgeübt und das Spiel zwischen der Führungsstange 52, die als Führungselement für die Linsenfassung 51 dient, und dem Führungsloch 51d zufriedenstellend beseitigt werden.
24 zeigt ein zweites modifiziertes Ausführungsbeispiel. Dieses modifizierte Ausführungsbeispiel ähnelt dem ersten modifizierten Ausführungsbeispiel darin, dass der Federandruckteil 23c, der an der Schutzwand 23b des Halters 23 ausgebildet ist, im kraftbeaufschlagten Zustand eine Andruckkraft auf den Vorspannarm 38c der Torsionsfeder 38 ausübt, wie in 24 durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist. Jedoch unterscheidet sich das zweite modifizierte Ausführungsbeispiel von dem ersten modifizierten Ausführungs beispiel darin, dass in dem zweiten modifizierten Ausführungsbeispiel das Gehäuse 22 einen zylindrischen Abschnitt 22a' aufweist, der nicht als vollständiger Zylinderkörper ausgebildet ist. Der zylindrische Abschnitt 22a' ist also ein unvollständiger Zylinderkörper, bei dem ein Teil des zylindrischen Abschnittes 22a, der der Schutzwand 23 zugewandt ist, fehlt. In Folge dieser Modifizierung sitzt der Wicklungsteil 38a der Torsionsfeder 38 auf einem Federhaken 23d, der an der Schutzwand 23b ausgebildet ist, und nicht an dem zylindrischen Abschnitt 22a'. Der Wicklungsteil 38a ist an dem Federhaken 23d gelagert. In den Federhaken 23d ist eine Befestigungsschraube 39' geschraubt, die verhindert, dass sich der Wicklungsteil 38a von dem Federhaken 23d löst. Deshalb ist es nicht erforderlich, dass das rohrförmige Element (zylindrischer Abschnitt 22a'), das bezüglich der Vorspannvorrichtung, d. h. der Torsionsfeder 38, innen liegt (d. h. von der Schutzwand 23b weiter entfernt als die Vorspannvorrichtung ist), die Form eines vollständigen Zylinders aufweist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, einen Andruckteil, der auf die Vorspannvorrichtung, d. h. die Torsionsfeder 38, drückt, an einem äußeren Wandelement (Schutzwand 23b) auszubilden.
25 zeigt ein drittes modifiziertes Ausführungsbeispiel. Das dritte modifizierte Ausführungsbeispiel ähnelt dem ersten und dem zweiten modifizierten Ausführungsbeispiel darin, dass der Vorspannarm 38c der Torsionsfeder 38 gegen die Schutzwand 23b des Halters 23 gedrückt wird, um dafür zu sorgen, dass eine Vorspannkraft zuverlässig auf die Linsenfassung 51 in eine Richtung senkrecht zu deren Bewegungsrichtung ausgeübt wird. Jedoch unterscheidet sich das modifizierte dritte Ausführungsbeispiel von dem modifizierten ersten und dem modifizierten zweiten Ausführungsbeispiel darin, dass eine in ähnlicher Weise wirkende Vorspannkraft ohne einen Federandruckteil 23c durch die spezielle Form des Vorspannarms 38c zuverlässig auf die Linsenfassung 51 ausgeübt wird. Dabei hat in dem dritten modifizierten Ausführungsbeispiel der Vorspannarm 38c der Torsionsfeder 38 einen sich nach außen erstreckenden Abschnitt (erster langgestreckter Abschnitt) 38c-1, einen gebogenen oder geknickten Abschnitt 38c-2 und einen sich nach innen erstreckenden Abschnitt (zweiter langgestreckter Abschnitt) 38c-3. Wie in 25 gezeigt, ist der Vorspannarm 38c an dem geknickten Abschnitt 38c-2 zur Schutzwand 23b hin ausgebeult. Der sich nach außen erstreckende Abschnitt 38c-1 verläuft von dem Wicklungsteil 38a schräg in Richtung der Schutzwand 23b (von dem zylindrischen Abschnitt 22a weg). Der geknickte Abschnitt 38c-2 schließt an den sich auswärts erstreckenden Abschnitt 38c-1 an. Der sich nach innen erstreckende Abschnitt 38c-2 verläuft von dem geknickten Abschnitt 38c-2 schräg in Richtung des zylindrischen Abschnittes 22a. Wird der Vorspannarm 38c elastisch verformt, um aus seinem freien Zustand, der in 25 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, in den kraftbeaufschlagten Zustand zu kommen, der in 25 durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist, so wird der geknickte Abschnitt 38c-2 gegen die Schutzwand 23b gedrückt. In Folge der gegen diese Andruckkraft wirkenden Reaktionskraft wird sich der nach innen erstreckende Abschnitt 38c-3 des Vorspannarm 38c ähnlich wie in dem ersten und dem zweiten modifizierten Ausführungsbeispiel in Richtung des Wandabschnittes 51k (und damit des halbkreisförmigen Ausschnittes 51m) gedrückt.
26 zeigt ein viertes modifiziertes Ausführungsbeispiel. In diesem vierten modifizierten Ausführungsbeispiel ist im Unterschied zu dem ersten bis dritten modifizierten Ausführungsbeispiel ein Andruckteil, der gegen den Vorspannarm 38c der Torsionsfeder 38 drückt, an dem zylindrischen Abschnitt 22a des Gehäuses 22 und nicht an der Schutzwand 23b des Halters 23 ausgebildet. In dem vierten modifizierten Ausführungsbeispiel ist die Vorspannrichtung des Vorspannarms 38c gegenüber dem Ausfahr/Einfahr-Führungselement (d. h. gegenüber der Führungsstange 52 und dem Führungsloch 51d) entgegenge setzt zu der Vorspannvorrichtung, die in den Ausführungsbeispielen nach den 23 bis 25 vorgesehen ist. Wird der Vorspannarm 38c elastisch verformt, um aus seinem freien Zustand, der in 26 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, in den kraftbeaufschlagten Zustand zu kommen, der in 26 durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist, so drückt der geknickte Abschnitt 38c in eine Richtung, die von der optischen Achse O weg weist, auf einen hochkant angeordneten Wandabschnitt 51k' (und damit einen halbkreisförmigen Ausschnitt 51m'). Der zylindrische Abschnitt 22a hat an seiner Außenumfangsfläche einen Federandruckteil (Andruckvorsprung) 22r, der in den Raum Q ragt (und damit auf die Schutzwand 23b gerichtet ist). Der Federandruckteil 22r drückt im kraftbeaufschlagten Zustand in eine Richtung, die auf den Wandabschnitt 51k' (und damit den halbkreisförmigen Ausschnitt 51m) weist, auf die Schutzwand 23b. In dem vierten modifizierten Ausführungsbeispiel kann also durch den Vorspannarm 38c der Torsionsfeder 38 auf die Linsenfassung 51 zuverlässig eine Vorspannkraft senkrecht zur Bewegungsrichtung der Linsenfassung 51 ausgeübt werden.
In einer Ausführungsform, in der der zylindrische Abschnitt 22a auf den Vorspannarm 38c drückt, kann der Vorspannarm 38c so ausgebildet sein, dass er einen gebogenen oder geknickten Abschnitt aufweist, wie dies bei dem Vorspannarm 38c der Torsionsfeder 38 nach drittem modifiziertem Ausführungsbeispiel der Fall ist. In dem in 25 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Vorspannarm 38c so geknickt, dass er zu der Schutzwand 23b hin ausgebeult ist. Der Vorspannarm 38c kann jedoch auch so geknickt sein, dass er in Richtung des zylindrischen Abschnittes 22a ausgebeult ist, so dass der geknickte Abschnitt gegen den zylindrischen Abschnitt 22a drückt. Es ist jedoch von Vorteil, wenn der spezielle Andruckteil wie der Federandruckteil 22r an der Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnittes ausgebildet ist, um die Stabilität zu erhöhen, wenn der geknickte Abschnitt des Vorspannarms gegen den zylindrischen Abschnitt 22a drückt.
Das erste bis vierte modifizierte Ausführungsbeispiel sind jeweils auf den Vorspannarm 38c der Torsionsfeder 38 nach erstem Ausführungsbeispiel angewandt. Das erste bis vierte modifizierte Ausführungsbeispiel können jedoch ebenso auf den Vorspannarm 38c der Torsionsfeder 138 nach zweitem Ausführungsbeispiel und die Schwenkhebel 70 nach drittem bis fünftem Ausführungsbeispiel angewandt werden. Im kraftbeaufschlagten Zustand des Vorspannarm 138c oder des Schwenkhebels 70 wird ein Spiel in dem Ausfahr/Einfahr-Führungselement besonders wirksam vermieden, wenn der Vorspannarm 138c oder der Schwenkhebel 70 in eine Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Haltegliedes (51 oder 151) gedrückt wird, das von dem Ausfahr/Einfahr-Führungselement (Führungsstange 52/Führungsstange 152) geführt ist.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme der Figuren anhand der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt. So ist beispielsweise das in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen in Richtung der optischen Achse vorwärts und rückwärts bewegte optische Element eine Linsengruppe, die der Fokussierung dient. Die Erfindung ist jedoch auch auf einen Positionierungsmechanismus anwendbar, der die Position eines optischen Elementes steuert, das ein anderes Element als eine zur Fokussierung bestimmte Linsengruppe ist.
Der Lagerarm 38b der Torsionsfeder 38 nach erstem Ausführungsbeispiel, der Lagerarm 238b der Torsionsfeder 238 nach drittem Ausführungsbeispiel sowie ein Ende jeder der Zugfedern 338 und 438 nach viertem bzw. fünftem Ausführungsbeispiel liegen jeweils an einem Vorsprung an, der an dem Gehäuse 22 ausgebildet ist. Das Element, an dem dieser Vorsprung ausgebildet ist, muss jedoch nicht notwendigerweise ein stationäres Element wie das Gehäuse 22 sein. Es kann auch ein bewegliches Element sein, sofern das Element, an dem der Vorsprung ausgebildet ist, zumindest relativ zu dem Haltglied, das der Linsenfassung 51 entspricht, bewegbar ist. Entsprechend ist das Lagerelement, das im dritten bis fünften Ausführungsbeispiel den Hebel 70 lagert, nicht auf ein stationäres Element wie das Gehäuse 22 beschränkt. Es kann auch ein bewegliches Element sein, sofern es zumindest relativ zu dem Halteglied, das der Linsenfassung 51 entspricht, bewegbar ist.
In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele haben der Vorspannarm 38c der Torsionsfeder 38, der Vorspannarm 138c der Torsionsfeder 138 und der Schwenkhebel 70 eine gerade oder lineare Form. Dabei werden der Vorspannarm 38c der Torsionsfeder 38, der Vorspannarm 138 der Torsionsfeder 138 und der Schwenkhebel 70 in dem kraftbeaufschlagten Zustand, in dem der Vorspannarm 38c bzw. 138c oder der Schwenkhebel 70 an der Linsenfassung 51 bzw. der Linsenfassung 151 anliegt, um die Schwenkachsen 38x, 138x und 70x in einer festen Schwenkebene geschwenkt. Der schwenkbare, kraftbeaufschlagte Teil (schwenkbarer Teil) ist jedoch nicht auf solch ein gerade geformtes Element beschränkt. Wie der geknickte Vorspannarm 38c nach 25 kann der schwenkbare, kraftbeaufschlagte Teil unterschiedliche Formen aufweisen. Ist der schwenkbare, kraftbeaufschlagte Teil nicht einfach geradförmig oder auch in dem kraftbeaufschlagten Zustand senkrecht zur Schwenkachse geneigt, so liegt der Verstellweg des schwenkbaren, kraftbeaufschlagten Teils nicht einfach in einer Ebene. Betrachtet man sich jedoch auf einen bestimmten Abschnitt des schwenkbaren, kraftbeaufschlagten Teils, so kann man davon ausgehen, dass der kraftbeaufschlagte Teil in einer festen Ebene um die Schwenkachse bewegt wird. Was die vorliegende Erfindung betrifft, wird eine zur Schwenkachse senkrechte Ebene, in der der Verstellweg dieses speziellen Abschnittes liegt, als Schwenkebene definiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2000-206391 [0002]

Claims

Mechanismus zur Positionierung eines optischen Elementes (LG3), mit: – einem Halteglied (51), das ein optisches Element (LG3) einer Aufnahmeoptik hält; – einem Ausfahr/Einfahr-Führungselement (52, 152), welches das Halteglied (51) in Richtung einer optischen Achse (O) der Aufnahmeoptik so führt, dass das Halteglied (51) in Richtung der optischen Achse (O) bewegbar ist; und – einer Vorspannvorrichtung mit einem Arm (38c, 138c, 70), der um eine Schwenkachse (38x, 138x, 70x), die im Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse (O) liegt, schwenkbar ist und an dem Halteglied (51) anliegt, wobei die Vorspannvorrichtung auf das geführte Halteglied (51) zugleich eine Vorspannkraft in Bewegungsrichtung des Haltegliedes (51) und eine Bewegungskraft senkrecht zur Bewegungsrichtung des Haltegliedes (51) ausübt.
Mechanismus nach Anspruch 1, bei dem die Vorspannvorrichtung eine Torsionsfeder (38, 138) enthält, die versehen ist: – einem Wicklungsteil (38a, 138a), der an einem separat von dem Halteglied (51) vorgesehenen Lagerelement (22) gelagert ist, wobei die Mittelachse des Wicklungsteils (38a, 138a) im Wesentlichen mit der Schwenkachse (38x, 138x) zusammenfällt; – einem ersten Armabschnitt (38c, 138c), der den genannten Arm bildet, sich von dem Wicklungsteil (38a, 138a) radial nach außen erstreckt und an dem Halteglied (51) anliegt; und – einem zweiten Armabschnitt (38b, 138b), der sich von dem Wicklungsteil (38a, 138a) radial nach außen erstreckt und an dem Lagerelement (22) anliegt, wobei – die elastische Verformung der Torsionsfeder (38, 138) in deren Schwenkrichtung um die Schwenkachse (38x, 138x) mit Bewegen des Haltegliedes (51) variiert, – sich der erste Armabschnitt (38c, 138c) in einem kraftbeaufschlagten Zustand der Vorspannvorrichtung, in dem der erste Armabschnitt (38c, 138c) an dem Halteglied (51) anliegt, in einer Schwenkebene erstreckt, die durch die Schwenkbewegung des ersten Armabschnittes (38c, 138c) um die Schwenkachse (38x, 138x) definiert ist, – der erste Armabschnitt (38c, 138c) in einem freien Zustand der Vorspannvorrichtung, in dem der erste Armabschnitt (38c, 138c) von dem Halteglied (51) gelöst ist, außerhalb der Schwenkebene angeordnet ist, und – der erste Armabschnitt (38c, 138c), wenn die Vorspannvorrichtung aus ihrem freien Zustand in ihren kraftbeaufschlagten Zustand gebracht ist, elastisch verformt und so ausgerichtet ist, dass er in der Schwenkebene liegt.
Mechanismus nach Anspruch 1, bei dem – der Arm der Vorspannvorrichtung einen Hebel (70) umfasst, der an seinem einen Ende an einem Lagerelement (22), das separat von dem Halteglied (51) vorgesehen ist, schwenkbar gehalten ist, während das andere Ende des Hebels (70) an dem Halteglied (51) anliegt, die Vorspannvorrichtung ein Hebelvorspannelement (238, 338, 438) umfasst, das den Hebel (70) in eine von zwei entgegengesetzten Schwenkrichtungen um die Schwenkachse (70x) vorspannt, sich der Hebel (70) in einem kraftbeaufschlagten Zustand der Vorspannvorrichtung, in dem der Hebel (70) an dem Halteglied (51) anliegt, in einer Schwenkebene erstreckt, die durch die Schwenkbewegung des Hebels (70) um die Schwenkachse (70x) definiert ist, – der Hebel (70) in einem freien Zustand der Vorspannvorrichtung, in dem der Hebel (70) von dem Halteglied (51) gelöst ist, außerhalb der Schwenkebene angeordnet ist, und – der Hebel (70), wenn die Vorspannvorrichtung aus ihrem freien Zustand in ihren kraftbeaufschlagten Zustand gebracht ist, in Richtung der Schwenkebene elastisch verformt ist.
Mechanismus nach Anspruch 1, bei dem – das Ausfahr/Einfahr-Führungselement eine Führungsstange (52, 152) umfasst, deren Achse in Richtung der optischen Achse (O) verläuft, – das Halteglied (51) ein Führungsloch (51d) umfasst, in das die Führungsstange (52, 152) verschiebbar eingeführt ist, und – der Arm der Vorspannvorrichtung in Kontakt mit einem Kontaktteil in unmittelbarer Nähe des Führungslochs (51d) ist und so auf das Halteglied (51) drückt, dass eine Innenwandfläche des Führungslochs (51d) gegen die Führungsstange (52, 152) gedrückt wird.
Mechanismus nach Anspruch 4, bei dem das Halteglied (51) einen Vorsprung hat, der von dem Kontaktteil absteht und innerhalb eines Schwenkbereichs des Arms der Vorspannvorrichtung angeordnet ist, um die Vorspannkraft in Bewegungsrichtung des Haltegliedes (51) aufzunehmen.
Mechanismus nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Andruckvorrichtung (23b), die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Haltegliedes (51) auf die Vorspannvorrichtung drückt, wenn sich die Vorspannvorrichtung in einem kraftbeaufschlagten Zustand befindet, in dem der Arm an dem Halteglied (51) anliegt.
Mechanismus nach Anspruch 6, bei dem – die Andruckvorrichtung bezüglich der Vorspannvorrichtung innen und/oder außen liegend ein stationäres Wandelement (23b) aufweist, und – der Arm der Vorspannvorrichtung in Kontakt mit dem stationären Wandelement (23b) ist und so in eine Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Haltegliedes (51) gedrückt wird.
Mechanismus nach Anspruch 7, bei dem das stationäre Wandelement (23b) ein Außenwandelement umfasst, das bezüglich der Vorspannvorrichtung außen angeordnet ist und in eine Richtung auf den Arm der Vorspannvorrichtung drückt, die zur optischen Achse (O) hin weist.
Mechanismus nach Anspruch 7, bei dem das stationäre Wandelement einen Innenwandabschnitt umfasst, der bezüglich der Vorspannvorrichtung innen angeordnet ist und in eine Richtung auf den Arm der Vorspannvorrichtung drückt, die von der optischen Achse (O) weg weist.
Mechanismus nach Anspruch 7, bei dem das stationäre Wandelement (23b) einen Andruckvorsprung (23c) umfasst, der sich in Presskontakt mit dem Arm der Vorspannvorrichtung befindet.
Mechanismus nach Anspruch 7, bei dem der Arm der Vorspannvorrichtung so zu dem stationären Wandelement (23b) hin ausgebeult ist, dass ein gebogener Abschnitt (38c-2) der Vorspannvorrichtung in Kontakt mit dem stationären Wandelement (23b) kommt.
Mechanismus nach Anspruch 11, bei dem der Arm der Vorspannvorrichtung einen ersten langgestreckten Abschnitt (38c-1), der sich zu dem stationären Wandelement (23b) hin bis zu dem gebogenen Abschnitt (38c-2) erstreckt, und einen zweiten langgestreckten Abschnitt (38c-3) umfasst, der sich ausgehend von dem gebogenen Abschnitt (38c-2) von dem stationären Wandelement (23b) weg erstreckt.
Mechanismus nach Anspruch 6, ferner umfassend: – ein inneres zylindrisches Element (22a), das außerhalb des Haltegliedes (51) angeordnet ist; und – ein Außenwandelement (23b), das außerhalb des Haltegliedes (51) angeordnet ist und der Außenfläche des zylindrischen Elementes (22a) zugewandt ist, – wobei die Vorspannvorrichtung zwischen dem inneren zylindrischen Element (22a) und dem Außenwandelement (23b) gehalten ist und der Arm der Vorspannvorrichtung mit dem inneren zylindrischen Element (22a) oder dem Außenwandelement (23b) in Presskontakt steht und so in eine Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Haltegliedes (51) gedrückt wird.
Mechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Halteglied (51) gerade geführt ist, ohne sich um die optische Achse (O) zu drehen.
Mechanismus nach einem der Ansprüche 2 bis 14, wobei der Mechanismus in einer Aufnahmelinseneinheit untergebracht ist und das Lagerelement (22) ein stationäres Element der Aufnahmelinseneinheit bildet.