TWI418913B

TWI418913B - 光學元件位置控制機構

Info

Publication number: TWI418913B
Application number: TW097142460A
Authority: TW
Inventors: Hiroshi Nomura
Original assignee: Hoya Corp
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2008-11-04
Publication date: 2013-12-11
Also published as: DE102008056601A1; GB2454780A; TW200928545A; GB2454780B; KR20090048360A; KR101249869B1; USRE44171E1; US7965933B2; US20090123145A1; GB0820515D0

Description

光學元件位置控制機構

本發明涉及一種在光學設備中用於控制光學元件位置的機構，更確切地說，涉及提供光學元件保持部件的結構，該結構通過在光學元件保持部件的移動方向上的偏置力可沿光軸方向移動。

在例如照相機的光學設備中，經常出現這樣的情況，即光軸方向的偏置力被施予光學元件保持部件，該光學元件保持部件支撐光學元件並能夠在光軸方向移動，從而使光學元件保持部件具有作為驅動光學元件保持部件的驅動機構的一部分的功能、消除驅動機構中的間隙(backlash)或穩定光學元件保持部件的位置。用於偏置光學元件保持部件的偏置裝置通常由拉伸或壓縮彈簧製成，該彈簧被安裝為使其軸沿光軸方向延伸。該配置被公開在例如日本未審查的專利公開2000-206391中。

在廣泛用作偏置光學元件保持部件的偏置裝置的拉伸或壓縮彈簧的安裝結構中，彈簧的兩端分別嚙合光學元件保持部件和單獨的支撐部件(即固定部件)，其中該支撐部件不隨光學元件保持部件移動，從而使得光學元件保持部件的移動量直接影響彈簧的拉伸量。隨著彈簧拉伸量的增加，彈簧負載的可變範圍也增加。

同時，作為光學元件保持部件的驅動機構的元件的電機或執行器的輸出被確定為能夠容納偏置裝置用於偏置光學元件保持部件的最大負載。換言之，彈簧部件的最大負載越大，用於光學元件保持部件的所需的驅動源也就越強，這對於包含驅動源的裝備的功率消耗、製造成本和最小化是不利的。然而，在用於光學元件保持部件的拉伸或壓縮彈簧的傳統安裝結構中，根據彈簧拉伸量變化的彈簧負載趨向於具有大的變化範圍，從而難以最小化最大彈簧負載。

在拉伸或壓縮彈簧中，通過採用具有更長的長度的拉伸或壓縮彈簧，有可能得到用於光學元件保持部件的特定移動量的彈簧的減小的負載變化。然而，在近些年製造的光學設備中，具有強烈的小型化的需求，但是增加彈簧的長度與空間的節省相互矛盾，從而不易被採納。特別是，在變焦透鏡筒中，非常需要在不進行圖像採集的透鏡筒容納狀態使其更加緊湊，並且通常採用可回縮透鏡筒結構，其中在光軸方向上多個光學元件之間的距離盡可能最小化，從而在透鏡筒處於容納狀態時減小透鏡筒的長度。這樣，光學元件保持部件在其移動方向上的長度受到可回縮透鏡筒長度的限制，從而當偏置裝置偏置光學元件保持部件時難以採用長彈簧。結果是，很容易出現具有大的可變範圍的彈簧負載的上述問題。

此外，雖然可以通過減小光學元件保持部件的移動量來減小彈簧負載的可變範圍，但是光學元件保持部件的移動量(即，由光學元件保持部件所支撐的光學元件的移動量)從一開始就被確定以滿足光學性能的需要，而如果光學元件保持部件的移動量受到限制就無法得到所述光學性能。例如，在光軸方向構建的盡可能小的變焦透鏡筒中，當變焦透鏡筒被設計為高倍率透鏡並處於上述的透鏡筒容納狀態時，光學元件保持部件的移動量往往很大。

本發明提供了一種光學元件位置控制機構，其中通過光學元件保持部件的移動引起的用於偏置光學元件保持部件的彈簧的負載變化小，即使該機構可以以節省空間的方式被構造，並且其中以很高程度獲得最小化和低功耗。

此外，本發明提供了一種光學元件位置控制機構，其包括這樣一種已經減小了負載變化的偏置裝置，其中偏置裝置被安全的保護而免於受到損壞，所述損壞可能來自於其他元件的外部的或者內部的接觸，或者是接觸偏置裝置的安裝工人的手。

根據本發明的一個方面，提供了一種光學元件位置控制機構，包括：光學元件保持部件，其支撐攝影系統的光學元件並在光軸方向上被引導；驅動機構，其用於在所述光軸方向上移動所述光學元件保持部件；和偏置裝置，其包括能夠繞擺動軸擺動的臂，所述擺動軸基本上與所述光軸正交，而所述臂基本上與所述擺動軸正交延伸、並具有與所述光學元件保持部件嚙合的自由端部分以便在所述光軸方向上偏置所述光學元件保持部件。

理想情況是，偏置裝置包括扭轉彈簧，其包括：由與光學元件保持部件分開提供的支撐部件支撐的盤繞部分，其中盤繞部分的中心軸與擺動軸基本上一致；第一臂部分，其構成所述臂，並從在其自由端部分與光學元件保持部件嚙合的盤繞部分向外徑向延伸；第二臂部分，其從與所述支撐部件嚙合的盤繞部分向外徑向延伸。其中，根據光學元件保持部件的移動，扭轉彈簧繞盤繞部分的中心軸在扭轉彈簧的轉動方向上改變其彈性形變的量。

理想情況是，從所述第一臂部分的自由狀態直到當所述第一臂部分進入施力狀態的、所述第一臂部分在其轉動方向上的角位移的量，大於在施力狀態下所述光學元件保持部件的向前移動極限和向後移動極限之間的、所述第一臂部分在其轉動方向上的角位移的量，其中，在所述第一臂部分的自由狀態下，所述第一臂部分和所述光學元件保持部件脫開，在第一臂部分進入施力狀態下，所述第一臂部分和所述光學元件保持部件嚙合。

理想情況是，偏置裝置的臂包括桿，桿的一端在與光學元件保持部件分開提供的支撐部件上轉動，桿的另一端與光學元件保持部件嚙合；以及所述偏置裝置包括用於繞擺動軸在正向和反向的轉動方向上偏置所述桿的桿偏置部件。

理想情況是，所述桿偏置部件包括扭轉彈簧，所述彈簧包括：通過所述支撐部件支撐的盤繞部分，所述盤繞部分的中心軸基本上與所述擺動軸一致；第一臂部分，其從所述盤繞部分向外徑向延伸，從而與所述桿嚙合；以及第二臂部分，其從所述盤繞部分向外徑向延伸，從而與所述支撐部件的彈簧鉤部分嚙合。根據所述桿的擺動移動，圍繞所述盤繞部分的中心軸、在所述扭轉彈簧的轉動方向上，所述扭轉彈簧改變其彈性形變的量。

理想情況是，所述桿偏置部件包括拉伸彈簧，所述拉伸彈簧的一端和另一端分別與所述桿和所述支撐部件嚙合，所述拉伸彈簧的長度根據所述桿的擺動移動而變化。

理想情況是，桿從擺動軸到所述桿與所述拉伸彈簧嚙合的嚙合部分之間的距離小於從擺動軸到所述桿與所述光學元件保持部件嚙合的嚙合部分之間的距離。

理想情況是，光學元件位置控制機構包括轉動環，其通過轉動所述轉動環移動至少一個與光學元件分開提供的光學元件，以及所述驅動機構和所述偏置裝置位於所述轉動環的徑向外側。根據這一結構，偏置裝置可以被構造成不限制例如轉動環的可移動部件。

理想情況是，擺動軸以及偏置裝置的臂的自由端部分位於轉動環以外，分別在平面兩側提供的兩個空間的兩者中，所述平面基本上平行於所述擺動軸並位於所述光軸上。因此，偏置裝置的負載變化有效減小，並且能夠提高空間利用率。

理想情況是，所述驅動機構包括：螺桿軸，其繞平行於所述光軸的軸轉動；以及螺母，其和所述螺桿軸螺旋嚙合，並通過所述螺桿軸的向前和向後轉動而在光軸方向上向前和向後移動。通過所述螺母與所述光學元件保持部件相接觸來確定所述光學元件保持部件在所述光軸方向上的位置。所述偏置裝置在引導所述光學元件保持部件接觸所述螺母的方向上偏置所述光學元件保持部件。

理想情況是，驅動機構包括：引導部件，其包括至少一個引導表面，而所述引導表面相對所述光軸方向傾斜；和跟隨件，其從所述光學元件保持部件突出，以在所述引導表面上滑動。所述跟隨件通過所述偏置裝置的偏置力壓在所述引導部件的引導表面上。

理想情況是，引導部件包括在光軸方向上延伸的凸輪桿，其中引導槽作為凸輪槽，在該凸輪槽中所述跟隨件被能夠滑動地嚙合，該凸輪槽形成於所述凸輪桿的圓周表面上，並且所述引導表面位於所述引導槽的內部。

理想情況是，位置控制機構包括：固定圓柱形部分，其位於所述偏置裝置的內部，並環繞所述攝影光學系統；以及保護壁部件，其作為與所述固定圓柱形部分相獨立的元件而被提供，並且被固定在所述固定圓柱形部分上以產生所述固定圓柱形部分的外圓周表面與所述保護壁部件之間的容納空間，所述偏置裝置被容納於所述容納空間中。

理想情況是，保護壁部件和圖像拾取裝置保持架是一體的，所述圖像拾取裝置保持架保持圖像拾取裝置，從而所述圖像拾取裝置處在圖像形成位置。

理想情況是，固定圓柱形部件或保護壁部件包括擺動移動支撐突起，所述擺動移動支撐突起支撐所述偏置裝置的擺動中心部分，從而允許所述臂繞所述擺動軸擺動移動。

理想情況是，保護壁部件包括基本上平行於擺動平面的側壁部分，在所述擺動平面中所述偏置裝置的所述臂繞所述擺動軸擺動。

理想情況是，固定圓柱形部件包括轉動環引導機構，其裝備在所述固定圓柱形部件的內圓周表面上、幾乎在所述固定圓柱形部件的整個圓周範圍上引導，用於轉動地引導轉動環，位於所述固定圓柱形部件的內部，從而在所述光軸方向上控制所述轉動環的位置。通過所述轉動環的轉動，所述轉動環移動與光學元件獨立提供的至少一個光學元件。

理想情況是，所述光學元件保持部件不繞所述光軸轉動而被線性引導。

理想情況是，所述驅動機構包括電機和減速齒輪傳動機構。

根據本發明得到光學元件位置控制機構，其中通過光學元件保持部件的移動引起的、用於偏置光學元件保持部件的彈簧的負載變化小，即使機構可以節省空間的方式被構造，並且其中最小化和低功耗兩者達到很高程度。

此外，不依賴於固定圓柱形部件的形狀，偏置裝置被安全地保護，因為通過繞基本上正交于與光軸平行的平面的軸擺動、偏置光學元件保持部件的偏置裝置被安裝在固定圓柱形部件和保護壁部件之間，所述保護壁部件是獨立於固定圓柱形部件的部件。

首先，以下將主要根據第一圖到第七圖說明應用了本發明的光學元件位置控制機構的變焦透鏡鏡筒1的整體結構。第一圖和第二圖分別顯示了變焦透鏡鏡筒1的剖面圖，第一圖顯示了變焦透鏡鏡筒1處於透鏡鏡筒收回狀態，在此狀態中不拍攝照片，第二圖中的剖面圖的上半部分顯示變焦透鏡鏡筒1處於廣角端，第二圖中的剖面圖的下半部分顯示變焦透鏡鏡筒1處於遠攝端。第三圖和第四圖是處於透鏡鏡筒收回狀態的變焦透鏡鏡筒1的立體圖，第五圖和第六圖是處於預備攝影狀態的變焦透鏡鏡筒1的立體圖。

變焦透鏡鏡筒1具有攝影光學系統，攝影光學系統按從目標側開始的順序，包括第一透鏡組LG1、第二透鏡組LG2、一組快門葉片(機械快門，也用作光圈)S、第三透鏡組LG3、低通濾光器(光學濾波器)LPF以及圖像拾取裝置(成像感測器)24，例如CCD或CMOS。此攝影光學系統被配置為變焦光學系統。通過按照預定的移動方式，沿攝影光學系統的光軸O移動第一透鏡組LG1和第二透鏡組LG2來執行焦距改變操作(變焦操作)，通過沿光軸O移動第三透鏡組LG3來執行聚焦操作。在以下描述中，“光軸方向”的表達包括與攝影光學系統的光軸O平行的方向。

變焦透鏡鏡筒1具有機架(支撐部件)22，在此機架22內部支撐光學系統的第一透鏡組LG1到第三透鏡組LG3，以允許這些透鏡組在光軸方向上移動。變焦透鏡鏡筒1具有圖像拾取裝置保持架(圖像拾取裝置保持部件)23，固定在機架22的背部。在圖像拾取裝置保持架23的中心位置形成開口，圖像拾取裝置24通過圖像拾取裝置框架62固定在該開口中。固定在圖像拾取裝置框架62前方的濾光器框架21保持低通濾光器LPF。用於防塵的封裝件(密封件)61緊密的保持在低通濾光器LPF與圖像拾取裝置24之間。圖像拾取裝置框架62由圖像拾取裝置保持架23支撐，從而能夠相對圖像拾取裝置保持架23對圖像拾取裝置框架62作傾斜調整。

機架22圍繞其圓柱形部分(固定圓柱形部分)22a設有變焦馬達支撐部分22b、AF機構安裝部分22c和前壁部分22d。圓柱形部分22a包圍光軸O，變焦馬達支撐部分22b支撐變焦馬達32，AF機構安裝部分22c支撐AF馬達(驅動機構的元件)30，前壁部分22d位於AF機構安裝部分22c之前。圓柱形部分22a支撐上述光學元件(例如每個位於圓柱形部分22a內的透鏡組)並形成變焦透鏡鏡筒1的實質外觀。變焦馬達支撐部分22b、AF機構安裝部分22c和前壁部分22d徑向地位於圍繞光軸O的圓柱形部分22a的外側。如第三圖到第七圖所示，AF機構安裝部分22c在圓柱形部分22a的後端部分附近形成，AF機構安裝部分22c的後表面部分由圖像拾取裝置保持架23接近包圍。前壁部分22d在沿光軸方向向前遠離AF機構安裝部分22c的位置形成在機架22上，面向AF機構安裝部分22c。

變焦透鏡鏡筒1具有第三透鏡組框架(光學元件保持部件)51，用於保持第三透鏡組LG3。第三透鏡組框架51具有一對引導臂部分51b和51c，從第三透鏡組框架51的中心透鏡保持部分51a延伸出來，相對光軸O基本上成反徑向對稱。引導臂部分51b在其徑向外側端附件具有一對引導孔(沿光軸方向上排列的前引導孔和後引導孔)51d，第三透鏡組引導軸(進/退移動引導部件)52被插入其中，以便能夠相對這對引導孔51d自由滑動。第三透鏡組引導軸52的前端和後端分別固定在機架22和圖像拾取裝置保持架23上。如第六圖、第十一圖和第二十三圖所示，第三透鏡組引導軸52位於機架22的圓柱形部分22a的外側，且第三透鏡組引導軸52的前端部分由前壁部分22d支撐。第三透鏡組引導軸52的後端部分從AF機構安裝部分22c的下面通過，並與形成在圖像拾取裝置保持架23中的軸支撐孔23a(見第八圖)嚙合。為了被第三透鏡組引導軸52引導，形成第三透鏡組框架51的引導臂部分51b，使得引導臂部分51b在其徑向外側端附近的部分從機架22的圓柱形部分22a向外凸出，且圓柱形部分22a具有開口22e(見第七圖)，允許引導臂部分51b從圓柱形部分22a向外凸出。第三透鏡組框架51在另一引導臂部分51c的徑向外端具有抗轉動突起51e，機架22在其內圓周表面具有沿光軸方向延伸的直線引導槽22f，抗轉動突起51e被嚙合在其中以能夠自由地滑動。該抗轉動突起51e和直線引導槽22f之間的嚙合防止第三透鏡組框架51轉動。從而，第三透鏡組框架51以如下方式被引導：僅能夠沿著第三透鏡組引導引導軸52在光軸方向上線性移動，並且第三透鏡組框架51能夠通過AF馬達30在光軸方向上向前和向後移動。後面將說明第三透鏡組框架51的驅動機構。

變焦透鏡鏡筒1在機架22的變焦馬達支撐部分22b內部具有減速齒輪鏈，用於將變焦馬達32的驅動力傳遞給變焦齒輪31(見第六圖和第七圖)。如第二十四圖所示，以凸輪環(轉動環)11在圓柱形部分22a內部被支撐的方式，變焦透鏡筒1裝備在圓柱形部分22a中，以及凸輪環11在其後端具有與變焦齒輪31嚙合的內齒輪11a。凸輪環11通過內齒輪11a與變焦齒輪31的嚙合，由變焦馬達32驅動轉動。凸輪環11在內齒輪11a上具有一組三個引導突起11b，機架22在圓柱形部分22a的內圓周表面上具有凸輪環控制槽(轉動環引導機構的元件)22g(見第二十四圖)，其中一組三個引導突起11b分別地可滑動地嚙合於凸輪環控制槽22g中。每個凸輪環控制槽22g由引導槽部分22g-1和圓周槽部分22g-2構成，其中引導槽部分22g-1相對光軸O方向傾斜，而圓周槽部分22g-2位於引導槽部分22g-1之前並由圍繞光軸O的圓周形部件單獨構成。當變焦透鏡鏡筒1處於第一圖所示的收回(完全回縮)狀態和第二圖上半部分所示的廣角端狀態之間時，通過由變焦馬達32向凸輪環11施加扭矩，使得凸輪環11在轉動的同時沿光軸方向移動，其中引導突起11b分別由上述凸輪環控制槽22g的引導槽部分22g-1引導。更明確地，當變焦透鏡鏡筒1從透鏡鏡筒收回狀態進入廣角端狀態(預備攝影狀態)時，凸輪環11在轉動的同時沿光軸方向前進(朝向目標側)。相反地，當變焦透鏡鏡筒1從廣角端狀態(預備攝影狀態)進入透鏡鏡筒收回狀態時，凸輪環11在轉動的同時沿光軸方向回縮。另一方面，當變焦透鏡鏡筒1處於廣角端狀態與遠攝端狀態之間的預備攝影狀態(在變焦範圍內)時，凸輪環11的引導突起11b位於前面所說的凸輪環控制槽22g的圓周槽部分22g-2之內，從而凸輪環11在光軸方向的固定位置上轉動，也就是不沿光軸方向移動。

變焦透鏡鏡筒1在機架22的圓柱形部分22a的內部具有被支撐在圓柱形部分22a內部的第一推進鏡鏡筒13和直線引導環10，且凸輪環11位於第一推進鏡筒13與直線引導環10之間。通過從第一推進鏡筒13徑向地向外突出的直線引導突起13a分別與在圓柱形部分22a的內圓周表面上形成的直線引導槽22h之間的嚙合，對第一推進鏡筒13沿光軸方向進行直線地引導，通過從直線引導環10徑向地向外突出的直線引導突起10a分別與在圓柱形部分22a的內圓周表面上形成的直線引導槽22i之間的嚙合，對直線引導環10沿光軸方向進行直線地引導。第一推進鏡筒13和直線引導環10每個都與凸輪環11耦合，從而能夠相對凸輪環11轉動並與凸輪環11一起沿光軸方向移動。

通過位於凸輪環11內部的直線引導環10的直線引導栓10b(見第二圖)，直線引導環10在光軸方向直線地引導第二透鏡組移動框架8。變焦透鏡鏡筒1在第二透鏡組移動框架8的內部提供第二透鏡保持框架6，用以保持第二透鏡組LG2。第二透鏡保持框架6與第二透鏡組移動框架8構成整體。此外，第一推進鏡筒13在其內圓周表面上提供沿平行於光軸O方向延伸的直線引導槽13b，第二推進鏡筒12具有徑向地向外突出的直線引導突起12a，直線引導突起12a可滑動地嚙合在直線引導槽13b中，因此第二推進鏡筒12也被沿光軸方向被直線地引導。變焦透鏡鏡筒1在第二推進鏡筒12內提供第一透鏡組保持框架4，用以保持第一透鏡組LG1。

凸輪環11在其內圓周表面上提供第二透鏡組控制凸輪11c，第二透鏡組移動框架8在其外圓周表面提供凸輪從動件8a，用以移動第二透鏡組LG2，且分別地可滑動地嚙合在第二透鏡組控制凸輪11c中。由於第二透鏡組移動框架8通過直線引導環10沿光軸方向被直線地引導，凸輪環11的轉動導致第二透鏡組移動框架8(第二透鏡組LG2)依照第二透鏡組控制凸輪槽11c的輪廓，按預定移動方式沿光軸方向移動。

第二推進鏡筒12具有徑向地向內突出的凸輪從動件12b，用以移動第一透鏡組LG1，凸輪環11在其外圓周表面提供第一透鏡組控制凸輪槽11d，凸輪從動件12b分別地可滑動地嚙合在其中。由於第二推進鏡筒12通過第一推進鏡筒13在光軸方向被直線地引導，凸輪環11的轉動導致第二推進鏡筒12(第一透鏡組LG1)依照第一透鏡組控制凸輪槽11d的輪廓，按預定的移動方式沿光軸方向移動。

第二透鏡組移動框架8和第二推進鏡筒12由透鏡組間偏置彈簧27沿相反的彼此遠離的方向偏置，從而改善每個凸輪從動件8a與相關的第二透鏡控制凸輪槽11c之間的嚙合精度，以及每個凸輪從動件12b與相關的第一透鏡組控制凸輪槽11d之間的嚙合精度。

變焦透鏡鏡筒1在第二透鏡組移動框架8內提供快門單元15，包括一組由第二透鏡組移動框架8支撐的快門葉片S。變焦透鏡鏡筒1在第二透鏡組移動框架8後面提供後置式限制部件5，第二透鏡組移動框架8和後置式限制部件5具有引導突起8b和引導突起5a，作為在沿平行於光軸O方向的彼此朝向方向上突出的一對突起。快門單元15由兩個引導突起8b和5a支撐，以便可在其上沿光軸方向滑動。

具有攝影孔16a的裝飾板16固定在第二推進鏡筒12的前端，變焦透鏡鏡筒1和一組保護柵片17緊跟在裝飾板16的後面，其中保護柵片用來打開和關閉位於第一透鏡組LG1之前的攝影孔16a。

以下將討論具有以上結構的變焦透鏡鏡筒1的操作。在第一圖、第三圖和第四圖所示的透鏡鏡筒收回狀態下，光學系統沿光軸方向的長度(從第一透鏡組LG1的前表面(目標側表面)到圖像拾取裝置24的成像表面的距離)比其在第二圖、第五圖和第六圖中所示的預備攝影狀態下的長度要短。在透鏡鏡筒收回狀態，當傳統的從透鏡鏡筒收回狀態變換到預備攝影狀態的狀態變換信號(例如，打開安裝了變焦透鏡鏡筒1的照相機的主開關)被開啟時，變焦馬達32沿透鏡鏡筒前進方向被驅動。這使得變焦齒輪31轉動，因此導致凸輪環11沿光軸方向向前移動，同時隨分別由凸輪環控制槽22g的引導槽部分22g-1引導的引導突起11b而轉動。直線引導環10和第一推進鏡筒13隨凸輪環11直線地向前移動。通過凸輪從動件8a與第二透鏡組控制凸輪槽11c之間的嚙合，凸輪環11的轉動導致第二透鏡組移動框架8按預定移動方式沿光軸方向移動。此外，通過凸輪從動件12b與第一透鏡組控制凸輪槽11d之間的嚙合，凸輪環11的轉動導致第二推進鏡筒12按預定移動方式沿光軸方向移動，其中第二推進鏡筒12通過第一推進鏡筒13沿光軸方向被直線地引導。

即，第一透鏡組LG1從透鏡鏡筒收回狀態向前推進的量，由凸輪環11相對於機架22向前移動的量與第二推進鏡筒12相對於凸輪環11向前推進的量之和決定，而第二透鏡組LG2從透鏡鏡筒收回狀態向前推進的量，由凸輪環11相對於機架22向前移動的量與第二透鏡組移動框架8相對於凸輪環11向前推進的量之和決定。通過在光軸O上移動第一透鏡組LG1和第二透鏡組LG2，同時改變第一透鏡組LG1與第二透鏡組LG2之間的空氣距離來執行變焦操作。在鏡筒推進方向上驅動變焦馬達32，從而使變焦透鏡鏡筒從第一圖所示的透鏡鏡筒收回狀態前進，首先導致變焦透鏡鏡筒1移動到第二圖剖面圖的上半部分所示的廣角端，然後進一步沿同樣方向驅動變焦馬達32，導致變焦透鏡鏡筒1移動到第二圖剖面圖的下半部分所示的遠攝端。在遠攝端和廣角端之間的變焦範圍內，當引導突起11b分別嚙合在機架22的凸輪環控制槽22g的圓周槽部分22g-2之內時，凸輪環11只執行上述固定位置轉動操作，因此在光軸方向既不向前移動也不向後移動。當主開關關閉時，變焦馬達32沿透鏡鏡筒回縮方向被驅動，使得變焦透鏡鏡筒1執行與上述透鏡鏡筒推進操作相反的透鏡鏡筒回縮操作，因此變焦透鏡鏡筒1返回到第一圖所示的透鏡鏡筒收回狀態。

當變焦透鏡鏡筒1處於第二圖所示的預備攝影狀態時，該組快門葉片S位於第二透鏡組LG2後面。當變焦透鏡鏡筒1從預備攝影狀態移動到第一圖所示的透鏡鏡筒收回狀態時，快門單元15在第二透鏡組移動框架8內，相對第二透鏡組移動框架8沿光軸方向向前移動，從而第二透鏡組LG2的一部分和該組快門葉片S處於與光軸O垂直的平面內。此外，當變焦透鏡鏡筒1處於透鏡鏡筒收回狀態時，該組保護柵片17關閉。該組保護柵片17在變焦透鏡鏡筒1的推進操作時打開，其中變焦透鏡鏡筒1進入預備攝影狀態。

支撐第三透鏡組LG3的第三透鏡組框架51可通過AF馬達30，沿光軸方向向前和向後移動，獨立於上述由變焦馬達32執行的第一透鏡組LG1和第二透鏡組LG2的驅動操作。此外，當變焦透鏡鏡筒1處於預備攝影狀態，位元從於廣角端到遠攝端的任意焦距上時，支撐第三透鏡組LG3的第三透鏡組框架51沿光軸方向移動，根據由例如安裝了變焦透鏡鏡筒1的照相機內提供的測距裝置(未顯示)獲得的目標距離資訊，通過驅動AF馬達30執行聚焦操作。

以下將討論用於控制第三透鏡組框架51位置的位置控制機構機構的細節。如上所述，在機架22上形成AF機構安裝部分22c，使其位於圓柱形部分22a的外側，而在機架22上形成前壁部分22d，使其位於AF機構安裝部分22c之前並與之相對。AF馬達30通過固定螺絲33固定在AF機構安裝部分22c之前，因此固定在AF馬達30的旋轉軸上的小齒輪30a從AF機構安裝部分22c的後表面向後突出(見第六圖)。與小齒輪30a嚙合的中間齒輪34和與中間齒輪34嚙合的驅動齒輪35被可轉動地支撐在AF機構安裝部分22c的後表面。驅動齒輪35固定在引導螺桿(螺桿軸/驅動機構的元件)36的後端。AF馬達30的旋轉軸的轉動通過構成AF驅動機構的減速齒輪鏈的小齒輪30a、中間齒輪34和驅動齒輪35傳導到引導螺桿36。引導螺桿36的前端和後端分別固定在機架22的前壁部分22d中的前軸孔和後軸孔23b(見第八圖)中，由此圖像拾取裝置保持架23被可轉動地支撐，因此引導螺桿36能在基本與光軸O平行的轉動軸上自由轉動。

第三透鏡組框架51在引導臂部分51b的徑向外端提供螺母對接部分51f。穿過螺母對接部分51f形成用以插入引導螺桿36的通孔。與引導螺桿36成螺桿嚙合的AF螺母(驅動機構的元件)37安裝在螺母對接部分51f之前。通過AF螺母37的抗轉動凹部37a(見第七圖)與第三透鏡組框架51的抗轉動突起51g(參見第八圖和第九圖)之間的嚙合，以及AF螺母37的抗轉動突起37b和機架22中形成的抗轉動凹部(未顯示)之間的嚙合，防止了AF螺母37轉動。向前和向後轉動引導螺桿36，導致AF螺母37沿與光軸O平行的方向向前和向後移動，且不隨引導螺桿36轉動。第三透鏡組框架51在位於一對引導孔51d之間的引導臂部分51b的徑向外端附近，提供基本上以平行於光軸O的平面形狀形成的垂直壁部分51k。第三透鏡組框架51在垂直壁部分51k上還提供彈簧鉤51h，此彈簧鉤51h從垂直壁部分51k橫向地突出。彈簧鉤(突出)51h成L形突起，其彎曲使得前端沿光軸方朝後。第三透鏡組框架51在垂直壁部分51k的一側上的彈簧鉤51h的後面，提供半圓形截面的部分51m。

在變焦透鏡鏡筒1中，提供扭轉彈簧38作為偏置裝置，沿可使第三透鏡組框架51沿光軸O移動的方向，為第三透鏡組框架51提供偏置力。扭轉彈簧38具有盤繞部分(擺動中心部分)38a。盤繞部分38a由形成在機架22上的彈簧支撐突起(擺動移動支撐突起)22j支撐。彈簧支撐突起22j為圓柱形突起，形成於圓柱形部分22a的外表面，且彈簧支撐突起22j的軸沿與平行於光軸O的垂直平面P1(見第十一圖和第二十三圖，垂直平面P1包含光軸O)基本垂直的方向延伸。扭轉彈簧38的盤繞部分38a保持在彈簧支撐突起22j的圓柱形外表面上，並通過在穿過彈簧支撐突起22j中心形成的螺孔中擰緊固定螺絲39，避免盤繞部分38a從彈簧支撐突起22j上脫落。保持在彈簧支撐突起22j上的盤繞部分38a的中心軸基本上與彈簧支撐突起22j的中心軸一致。

扭轉彈簧38具有短支撐臂部分(第二臂部分)38b和長偏置臂部分(臂/第一臂部分)38c，每個都從盤繞部分38a徑向地向外突出。短支撐臂部分38b鉤在彈簧鉤(突起)22k上(見第十三圖)，其中彈簧鉤22k形成在機架22上，位於彈簧支撐突起22j附近。另一方面，偏置臂部分38c的自由端鉤在第三透鏡組框架51的彈簧鉤51h上。第三透鏡組51的垂直壁部分51k和半圓形截面部分51m也具有在使偏置臂部分38c與彈簧鉤51h嚙合時，防止偏置臂部分38c與附近除彈簧鉤51h外的任何部分接觸的功能。偏置臂部分38c作為可擺動的施力部分，能夠繞與盤繞部分38a的軸基本一致的擺動軸38x(支點)擺動(也就是，能夠在與垂直平面P1基本平行的擺動平面內擺動)。換言之，偏置臂部分38c能夠繞與光軸O基本垂直的擺動軸38x擺動。

當處於自由狀態，即偏置臂部分38c沒有鉤在彈簧鉤51h上時，偏置臂部分38c相對第十三圖的盤繞部分38c垂直向下延伸，如第十三圖中符號38c(F)標記的雙點鏈線部分所示。從此狀態，將偏置臂部分38c相對第十三圖中的38c(F)逆時針轉動大致半圈，並將偏置臂部分38c在其自由端的部分鉤在沿光軸方向的彈簧鉤51h的後表面上，扭轉彈簧38的彈性形變(扭曲)量增加，扭轉彈簧38的彈力作為載入在彈簧鉤51h上的負荷，使得偏置臂部分38c沿光軸方向向前擠壓彈簧鉤51h。也就是，扭轉彈簧38進入施力狀態，其中扭轉彈簧38沿光軸方向向前的偏置力通過偏置臂部分38c施加給第三透鏡組框架51。

如此，由扭曲彈簧38沿光軸方向向前施以偏置力的第三透鏡組框架51，通過螺母對接部分51f與AF螺母37的對接，防止了向前移動。也即是，如第九圖、第十圖和第十三圖所示，第三透鏡組框架51通過由扭轉彈簧38的偏置力而與AF螺母37接觸的螺母對接部分51f保持，第三透鏡組框架51在光軸方向上的位置，由AF螺母37決定。由於通過向前和向後轉動AF馬達30的小齒輪30a，AF螺母37通過引導螺桿36沿平行於光軸O方向向前和向後移動，第三透鏡組框架51在光軸方向上的位置由AF馬達30的驅動方向和驅動量控制。例如，如果AF螺母37被AF馬達30向前移動，第三透鏡組框架51通過扭轉彈簧38的偏置力，跟隨此AF螺母37向前移動，移動量為AF螺母37向前移動的量。反之，如果AF螺母37從其向前移動後的位置向後移動，AF螺母37向後擠壓螺母對接部分51f，從而第三透鏡組框架51逆著扭轉彈簧38的偏置力向後移動。

原點位置感測器40被安裝在機架22中，用來探測被AF馬達30移動的第三透鏡組框架51在光軸方向向後移動的界限。原點位置感測器40由光電遮斷器構成，其中包括U形截面主體，其上設置了具有預定間距的彼此面對的光發射器和光接收器，當與第三透鏡組框架51整體形成的感測器阻斷板51i擠入光發射器和光接收器之間時，可檢測到第三透鏡組框架51位於其向後運動的界限。AF馬達30是步進馬達。第三透鏡組LG3在執行聚焦操作時移動的量，被計算為以向後移動的界限作為原點用於驅動AF馬達30的步數。

第三透鏡組框架51在其被AF馬達30控制的移動範圍內的向後移動的界限，在第十三圖中由實線顯示，第三透鏡組框架51在其相同的移動範圍內向前移動的界限，在第十三圖中由雙點鏈線顯示。第十五A圖顯示了按照第三透鏡組51在光軸方向的位置變化的扭轉彈簧38的荷載變化。當第三透鏡組51位於向後移動的界限時，扭轉彈簧38的偏置臂部分38c相對其處於自由狀態時的位置的擺角角度由θmax表示，當第三透鏡組51位於向前移動的界限時，扭轉彈簧38的偏置臂部分38c相對其處於自由狀態時的位置的擺角角度由θmin表示(見第十三圖)。此外，與擺角θmin和θmax相應的扭轉彈簧38的荷載分別由Fmin和Fmax表示。如第十三圖所示，當扭轉彈簧38處於前述的施力狀態時，最小擺角θmin與最大擺角θmax之間的角位移量θv比範圍從扭轉彈簧38的自由狀態到扭轉彈簧38進入施力狀態的最小擺角θmin小得多。因此，在第三透鏡組框架51的移動範圍內，從最小載荷Fmin到最大載荷Fmax的變化可減至最小。

第十四圖顯示了對比實例，其中扭轉彈簧38由在平行於光軸O方向伸長和縮短的拉伸彈簧38'代替。拉伸彈簧38'的一端鉤在第三透鏡組框架51'(相當於第三透鏡組框架51)的彈簧鉤51h'上，拉伸彈簧38'的另一端鉤在機架22'(相當於機架22)的彈簧鉤22j'上。第三透鏡組框架51'可在光軸方向沿第三透鏡組引導軸52'(相當於第三透鏡組引導軸52)向前和向後移動，第三透鏡組框架51'在其由AF馬達30'(相當於AF馬達30)控制的移動範圍內，向後移動的界限和向前移動的界限分別由實線和雙點鏈線表示。此外，在第十四圖中，以與機架22'的彈簧鉤22j'嚙合的位置為參考位置，當第三透鏡組框架51處於其向前移動的界限時，拉伸彈簧38'的長度記為Lmin，並且以與機架22'的彈簧鉤22j'嚙合的位置為參考位置，當第三透鏡組框架51處於其向後移動的界限時，拉伸彈簧38'的長度記為Lmax。由於位置固定的彈簧鉤22j'位於光學元件位置控制機構的前面，因此當第三透鏡組框架51'位於其向後移動的界限時，拉伸彈簧38'變為最長(Lmax)。第十四圖中所示的Lf指出了拉伸彈簧38'處於自由狀態時的長度。

第十五B圖顯示了第十四圖所示對比實例中，拉伸彈簧38'的荷載變化。第十五B圖中的Fmin'表示拉伸彈簧38'長度為Lmin時的彈簧荷載，第十五B圖中的Fmax’表示拉伸彈簧38'長度為Lmax時的彈簧荷載。從第十四圖可知，最小長度Lmin與最大長度Lmax(處於施力狀態，其中拉伸彈簧38'的沿光軸方向向前的偏置力施加給第三透鏡組框架51')之間的位移Lv2比從長度Lf(拉伸彈簧38'處於自由狀態時的長度)到拉伸彈簧38'進入施力狀態的位移Lv1大得多。由於拉伸彈簧38'的荷載量與拉伸彈簧38'的長度變化量成正比變化，因此在拉伸彈簧38'中，拉伸彈簧38'位於最小長度Lmin時的荷載Fmin’與拉伸彈簧38'位於最大長度Lmax時的荷載Fmax’之間的差變得極大。此外，為滿足最大載荷Fmax’，AF馬達30'需為大功率馬達。

為了減小載荷變化，也就是減小拉伸彈簧38'在最大長度Lmax與最小長度Lmin之間的長度差，可以想像，將採用在自由狀態具有更長的長度的拉伸彈簧作為拉伸彈簧38'。然而，如果採用這樣的長拉伸彈簧作為拉伸彈簧38'，則相應地需要更大的空間，這與變焦透鏡鏡筒小型化的需求相違背。除拉伸彈簧38'外，第十四圖顯示的對比實例與第十三圖所示的實施例的結構基本相同。如果採用長度更長的拉伸彈簧作為拉伸彈簧38'，彈簧鉤22j'必須在處於收回狀態的變焦透鏡鏡筒前端的位置(基本相當於機架22'前端的位置)之前(第十四圖中的右手側)。也即是，採用長度更長的拉伸彈簧作為拉伸彈簧38'，導致變焦透鏡鏡筒在收回狀態的長度增加。這種情況下，第十四圖所示對比實例中的拉伸彈簧38'被給予了變焦透鏡鏡筒在結構上可能的最大長度，因此，在保持變焦透鏡鏡筒在收回狀態下的當前尺寸的情況下，很難將荷載變化減小到比第十五B圖所示的更小的程度，因此不可能同時滿足變焦透鏡鏡筒小型化的要求和減小載荷變化的要求。

如果第三透鏡組框架51'的移動範圍減小(如果第三透鏡組框架51'的向後移動的界限被設置在第十四圖所示的實線之前)，就能夠減小拉伸彈簧38'的最大荷載，而無需增大拉伸彈簧38'在自由狀態下的長度；然而，這樣減小第三透鏡組框架51'的移動範圍，不可避免地限制了第三透鏡組LG3的移動範圍，從而可能無法獲得必須的光學性能。因此，減小第三透鏡組框架51'的移動範圍是不實際的。

儘管第十四圖所示的對比實例中使用了拉伸彈簧38'，但即便用壓縮彈簧代替拉伸彈簧38'也會產生相同的問題。也就是說，不論用於偏置第三透鏡組框架51'的彈簧部件是拉伸彈簧還是壓縮彈簧，都難於在變焦透鏡鏡筒小型化與減小處於特定偏置結構的彈簧部件的荷載變化之間獲得平衡，其中沿第三透鏡組框架51'的進/退移動方向拉伸和收縮的彈簧部件直接連接在第三透鏡組框架51'與固定部件(機架22')之間。

相反的，在上述光學元件位置控制機構的實施例中，其中使用扭轉彈簧38作為用來偏置第三透鏡組框架51的偏置裝置，雖然扭轉彈簧38是安裝在同對比實例中大小相同的安裝空間內的偏置裝置，但扭轉彈簧38的荷載變化比對比實例中的荷載變化小得多，彈簧的最大荷載也比對比實例中的最大荷載小，可通過第十五A圖和第十五B圖中圖表之間的對比理解。因此，驅動第三透鏡組框架51所需的能量被平均到低水準，從而能夠降低AF馬達30的功耗。換言之，可採用節能型AF馬達作為AF馬達30。此外，由於與第三透鏡組框架51的移動相應的荷載變化小，第三透鏡組框架51可在其全部移動範圍內被平穩地驅動；此外，在將驅動力從AF馬達30傳導到第三透鏡組框架51時，驅動機構中不會輕易出現雜訊。

如上所述，在扭轉彈簧38中，在第三透鏡組框架51的向前移動界限和向後移動界限之間的施力狀態下，偏置臂部分38c角位移量(θv)比範圍為從其自由狀態到扭轉彈簧38進入施力狀態的偏置臂部分38c的最小擺動角(θmin)更小，且滿足條件運算式“θv/θmin<1”，這使得施力狀態下荷載變化最小化。在第十三圖所示的實施例中，儘管最小擺角的角度θmin設置為接近半圈，但通過增大作為上述條件運算式中分母的最小擺角θmin的值，處於施力狀態工作段的偏置臂部分38c的角位移量(θv)可以相當小(由於最大擺角θmax隨著最小擺角θmin的增加而增加，因此角位移量θv為常量)，這使得能夠進一步減小扭轉彈簧38的最大荷載和最小荷載之間的差。儘管通過滿足條件運算式“θv/θmin<1”，顯著地壓制了荷載變化，但如果滿足條件運算式“θv/θmin<0.5”，可獲得更好的效果。作為增大最小擺角θmin值的實用技術，可將偏置臂部分38c圍繞盤繞部分38a(圍繞擺軸38x)從偏置臂部分38c的自由狀態扭轉360度或更多之後，鉤在彈簧鉤51h上。由於即便扭轉彈簧38圍繞盤繞部分38a(擺動軸38x)沿轉動方向的彈性型變數增加，扭轉彈簧38也幾乎不改變大小，因此安裝扭轉彈簧38的空間不需增加，不同於採用了在自由狀態下長度更長的拉伸彈簧或壓縮彈簧的上述對比實例中的情況。如果在彈簧的鋼線厚度相同的條件下，如果扭轉彈簧38的彈性形變量(其範圍從其自由狀態到扭轉彈簧38進入施力狀態)增加，則扭轉彈簧38的荷載狀態增加，因此扭轉彈簧38的彈性型變數被設置在其最大荷載不會非常大的範圍內。

此外，使扭轉彈簧38的荷載變數最小化的參數之一，是偏置臂部分38c的從偏置臂部分38a繞其擺動的盤繞部分38a到第三透鏡組框架51上的施力點(工作點)的長度。偏置臂部分38從擺動軸38x到施力點的長度越長，即扭轉彈簧38在其自由端附近的擺動部分的轉動半徑越大，則偏置臂部分38c對應第三透鏡組框架51每位移單元的位移角(θv)越小，從而可以抑制彈簧荷載的變化。假設一個與扭轉彈簧38的擺動軸38x基本平行且包含光軸O的水平面P2，則將偏置臂部分38c鉤在第三透鏡組框架51上的彈簧鉤51h位於水平面P2之上的區域，如第十一圖和第二十三圖所示。另一方面，支撐作為扭轉彈簧38的擺動軸的盤繞部分38a的機架22的彈簧支撐突起22j，位於水平面P2之下的區域。因此，扭轉彈簧38的偏置臂部分38c沿穿過水平面P2的垂直方向延伸。由於扭轉彈簧38徑向地安裝在作為變焦透鏡鏡筒1中可轉動部件的凸輪環11的外側，因此能夠給予偏置臂部分38c如此的長度，而偏置臂部分38c不會妨礙與由凸輪環11驅動的第一透鏡組LG1或第二透鏡組LG2相關的任何可移動部件。

此外，考慮到變焦透鏡鏡筒1的前投影視圖的形狀，用以控制第三透鏡組框架51的包含扭轉彈簧38的位置控制機構，以節省空間的方式安裝在變焦透鏡鏡筒1中。如第十一圖所示，變焦透鏡鏡筒1的元件，例如第三透鏡組引導軸52(第三透鏡組框架51的引導機構的元件)、AF螺母37、AF馬達30和引導螺桿36(第三透鏡組框架51的驅動機構的元件)被安裝在形成在水平面P2之上的沿機架22的圓柱形部分22a的外圓周表面的基本上三角形的空間中。扭轉彈簧38的盤繞部分38a被支撐在另一個形成在水平面P2之下的基本上三角形的空間中，其中這兩個分別形成在水平面P2之上和之下的基本上三角形的空間相對於水平面P2基本上對稱。儘管光學裝置(例如安裝了變焦透鏡鏡筒1的照相機)的前設計視圖的形狀通常基於矩形(例如，具有矩形機架)，這樣的結構能夠有效地將用來控制第三透鏡組機架51的位置控制機構，容納在照相機的矩形機架部分與圓柱形機架部分22a的週邊表面之間形成的靜空間中。此外，如第十一圖所示，扭轉彈簧38的偏置臂部分38c緊鄰圓柱形部分22a延伸，以扭轉彈簧38的偏置臂部分38c基本與圓柱形部分22a的週邊表面相切的方式從下面的三角形空間延伸到上面的三角形空間。因此，扭轉彈簧38在圓柱形部分22a外面的安裝，對變焦透鏡鏡筒1的橫向寬度影響很小。

如上所述，在光學元件位置控制機構的上述實施例中，通過扭轉彈簧38偏置第三透鏡組框架51的機構可以減小AF馬達30上的荷載，從而降低AF馬達30的功耗，同時為變焦透鏡鏡筒1小型化作貢獻，特別是減小變焦透鏡鏡筒1在收回狀態下的長度。

以下將參考第十六圖和第十七圖，說明本發明所述光學元件位置控制機構的第二實施例。在光學元件位置控制機構的第一實施例中，第三透鏡組框架51的移動由引導螺桿36和AF螺母37控制。然而，在光學元件位置控制機構的第二實施例中，採用引導凸輪軸(驅動機構的元件/引導部件)136取代引導螺桿，作為驅動保持透鏡組LG的透鏡框架(光學元件保持部件)151的驅動機構的元件。透鏡框架151被引導軸(進/退移動引導部件)152和在與光軸O平行方向延伸的抗轉動軸153沿與光軸O平行方向直線地引導。引導軸152滑動地插入穿過透鏡框架151的圓柱形部分151a形成的引導孔，抗轉動軸153滑動地嚙合在形成在透鏡框架151的與圓柱形部分151a相反一側的透鏡框架151部分上的抗轉動槽151d中，其中，抗轉動槽151d和圓柱形部分151a相對於光軸O基本對稱。引導銷(驅動機構的元件/跟隨件)151b從圓柱形部分151a突出，由引導軸152引導。引導銷151b嚙合在形成在引導凸輪軸136的外圓周表面上的引導槽136a中。引導槽136a包括一對軸向相反的引導表面，相對於光軸O方向傾斜，且在引導銷151b與這對軸向相反的引導表面之間進行了預先清除，使得引導銷151b能在其上滑動。引導凸輪軸136在其一端具有齒輪135。馬達(驅動機構的元件)130通過齒輪135對引導凸輪軸136施加扭矩，使得引導凸輪軸136繞平行於光軸O的轉動軸轉動。因此，引導銷151b在引導槽136a的一對軸向相反的引導表面上滑動時被引導，使得透鏡框架151在光軸方向移動。

扭轉彈簧(偏置裝置)138由圓柱形彈簧支撐突起(擺動移動支撐部件)122j的外圓周表面支撐，扭轉彈簧138的盤繞部分(擺動中心部分)138a固定在彈簧支撐突起122j上，且盤繞部分138a的軸沿垂直於光軸O的方向延伸。彈簧支撐突起122j的位置是固定的。扭轉彈簧138包括支撐臂部分(第二臂部分)138b和偏置臂部分(臂/第一臂部分)138c，二者都從盤繞部分138a徑向地向外突出，且支撐臂部分138b與固定的突起122k嚙合，而偏置臂部分138c的自由端與透鏡框架151的彈簧鉤(突起)151c嚙合。在此彈簧嚙合狀態，扭轉彈簧138的偏置臂部分138c能夠繞與光軸O基本垂直，且與被彈簧支撐部分122j支撐的盤繞部分138a的軸基本一致的擺動軸138x擺動，且沿光軸方向向前(第十六圖中朝左方向)偏置透鏡框架151。此偏置力導致引導銷151b擠壓靠在引導槽136a的一對軸向相反的引導表面的一個中，是在光軸方向上更靠前的一個，從而消除引導銷151b和引導槽136a之間的間隙。由於彈簧鉤151c形成在圓柱形部分151a在其縱向上的基本中心處，因此當彈簧鉤151c收到扭轉彈簧138的荷載時，不容易在圓柱形部分151a上產生使圓柱形部分151a相對於引導軸152傾斜的傾斜力矩，這保證了透鏡框架151在光軸方向上的平滑移動。

根據扭轉彈簧138，按照與第一實施例中扭轉彈簧38類似的方式，當通過馬達130和引導凸輪軸136沿光軸方向向前和向後移動透鏡框架151時，可減小在施力狀態下彈簧荷載的變化並可減小馬達130上的荷載。此外，與用於控制的第三透鏡組框架51的位置的包括扭轉彈簧38的位置控制機構相似，當扭轉彈簧138從自由狀態被帶入施力狀態時，即便偏置臂138c的轉動量變化，用於安裝扭轉彈簧138的空間也不增加，因此，用於控制透鏡框架151位置的包括扭轉彈簧138的位置控制機構，被以節省空間的方式安裝。此外，從第十六圖和第十七圖所示的第二實施例可以知道，本發明中偏置裝置在光學元件保持部件上的應用，不限於第一實施例中的與進/退移動部件的驅動操作直接相關的應用，偏置裝置也可以用於消除間隙，就像扭轉彈簧138一樣。作為用於驅動保持部件(例如透鏡框架151)的驅動機構，本發明不只限於上述使用像引導槽136與引導銷151b的組合那樣的採用槽和突起的組合的特定結構；例如，可採取使用面凸輪(端面凸輪)的或者類似的結構。簡言之，只要驅動機構是要求消除引導表面與和與引導表面滑動接觸的從動件之間的間隙的類型，本發明都廣泛適用。

上述第一實施例中，由單獨扭轉彈簧構成的扭轉彈簧38是用於偏置第三透鏡組框架51的偏置裝置，在上述第二實施例中，由單獨扭轉彈簧構成的扭轉彈簧138是用於偏置透鏡框架151的偏置裝置。然而，如果偏置裝置滿足偏置裝置通過能夠繞擺動軸(與由光學元件保持部件保持的光學元件的光軸基本垂直)擺動的施力部分(臂)對光學元件保持部件(51或151)施加偏置力的要求，則偏置裝置不限於這樣的單獨扭轉彈簧。

以下將參考第十八圖到第二十二圖，說明採用不同的偏置裝置的光學元件位置控制機構的第三到第五實施例。下面要說明的每個實施例除偏置裝置及其相關結構之外，與第一實施例的結構相似，與光學元件位置控制機構的第一實施例相似的元件，用相同的符號表示，並給予相同的部件名。

在第十八圖到第二十圖所示的第三實施例中，用於偏置第三透鏡組框架51的偏置裝置由擺動桿(臂/桿)70和扭轉彈簧(桿偏置部件)238的組合構成。機架22具有擺動支撐突起(擺動移動支撐部分/擺動中心部分)22m，從機架22橫向突出(使得擺動支撐突起22m的軸沿與垂直面P1基本垂直的方向延伸)，擺動桿70在其一端具有軸孔70a，擺動支撐突起22m插入其中，使得擺動桿70能夠繞擺動支撐突起22m自由轉動，且能繞與光軸O基本垂直且與擺動支撐突起22m的軸基本一致的擺動軸70x(支點)擺動。擺動桿70的另一端(自由端)與在第三透鏡組框架51上形成的桿嚙合突起51j嚙合。扭轉彈簧238的盤繞部分238a安裝在擺動支撐突起22m上，被擺動支撐突起22m的週邊表面支撐。根據第二十圖，支撐臂部分(桿偏置部件的第二臂部分)238b和偏置臂部分(桿偏置部件的第一臂部分)238c分別被鉤在機架22的固定突起(彈簧鉤部分)22n和擺動桿70接近擺動支撐突起22m的部分上，扭轉彈簧238順時針偏置擺動桿70，其中支撐臂部分238b和偏置臂部分238c都從盤繞部分238a徑向地向外延伸。扭轉彈簧238在擺動桿70上，以通過桿嚙合突起51j沿光軸方向向前擠壓第三透鏡組框架51的方式施加偏置力。

擺動桿70本身在其擺動方向無彈性。然而，通過扭轉彈簧238對擺動桿70的偏置力，扭轉彈簧238的偏置臂部分238c和擺動桿70的組合，實質上實現可擺動施力部分的功能，與光學元件位置控制機構的第一實施例中扭轉彈簧38的偏置臂部分38c類似，或者與光學元件位置控制機構的第二實施例中偏置彈簧138的偏置臂部分138c類似。因此，正如上述(第一和第二)實施例中的偏置裝置，即使偏置裝置以節省空間的方式安裝在光軸方向，也可通過減小施力狀態下對第三透鏡組框架51的荷載變化減小AF馬達30上的荷載。與第三實施例不同，可使扭轉彈簧238的盤繞部分238a被不同於擺動桿70的擺動支撐突起22m的支撐部分支撐。

除扭轉彈簧238被拉伸彈簧(桿偏置部件)338代替作為用於偏置第三實施例中採用的擺動桿70的偏置部件外，第二十一圖所示的第四實施例與第十八圖到第二十圖所示的第三實施例相似。擺動桿70具有主臂70b，主臂70b從擺動桿70轉動部分(軸孔70a)沿與第三透鏡組框架51的桿嚙合突起51j嚙合的方向延伸，擺動桿70進一步具有彈簧鉤臂(彈簧鉤部分)70c，彈簧鉤臂70c從彈簧桿70的轉動部分(軸孔70a)沿與主臂70b的延伸方向基本相反的方向延伸。安裝拉伸彈簧338使其軸沿基本平行於光軸O的方向延伸，拉伸彈簧338的一端和另一端分別鉤在彈簧鉤臂70c和形成在機架22上的彈簧鉤22p上。在擺動桿70中，從擺動軸70x到擺動桿70的與桿嚙合突起51j嚙合的嚙合部分E1之間的距離D1，比從擺動軸70x到擺動桿70的與拉伸彈簧338嚙合的嚙合部分E2之間的距離D2更大；即D1>D2。由於主臂70b和彈簧鉤臂70c之間長度的比率(桿比率)，第三透鏡組框架51沿光軸方向的每移動單位對應的主臂70b上的嚙合部分E1的移動量(嚙合部分E1繞擺動軸70x轉動的量)比第三透鏡組框架51沿光軸方向的每移動單位對應的彈簧構臂70c上的嚙合部分E2的移動量(嚙合部分E2繞擺動光軸70x轉動的量)更大。因此，通過對比第十四圖和第二十一圖可知，在對第三透鏡組框架51的施力狀態下，拉伸彈簧338的最小長度Lmin和最大長度Lmax之間的位移Lv3，比第十四圖所示的對比實例中的位移Lv2小，因此荷載變化可減小到比使用單獨拉伸彈簧作為用於偏置第三透鏡組框架51的偏置裝置的情況下更小的程度，這樣可以通過減小最大荷載來減輕AF馬達30上的荷載。

除了第四實施例中的拉伸彈簧338被與拉伸彈簧338的拉伸方向不同的拉伸彈簧(桿偏置部件)438代替外，第二十二圖所示的第五實施例與第二十一圖所示的第四實施例相似。擺動桿70具有從擺動桿70的轉動部分(軸孔70a)上突出的彈簧構臂70d，其突出方向與主臂70b的延伸方向基本垂直，即與主臂70b基本成直角。安裝拉伸彈簧438使其軸沿與變焦透鏡鏡筒基本垂直，即與主臂70b延伸方向一致的方向延伸，其中拉伸彈簧438的一端鉤在彈簧鉤臂70d上，另一端鉤在形成在機架22上的彈簧鉤22q上。在擺動桿70中，從擺動軸70x到擺動桿70的與桿嚙合突起51j嚙合的嚙合部分E1的距離D1，比從擺動軸70x到擺動桿70的與拉伸彈簧438嚙合的嚙合部分E3的距離D3更大，即D1>D3。因此，當第三透鏡組框架51沿光軸方向向前和向後移動時，主臂70b上嚙合部分E1的移動量(嚙合部分E1繞擺動軸70x轉動的量)，比彈簧鉤臂70d上的嚙合部分E3的移動量(嚙合部分E3繞擺動軸70x轉動的量)更大。因此，在對第三透鏡組框架51的施力狀態下，拉伸彈簧438的最小長度Lmin與最大長度Lmax之間的位移Lv4較小(比第十三圖所示的對比實例的位移Lv2小)，因此荷載變化可減小到比採用單獨拉伸彈簧作為用於偏置第三透鏡組框架51的偏置裝置的情況下更小的程度，這樣可以通過減小最大荷載來減輕AF馬達30上的荷載。

在第四實施例中，理想的是，擺動桿70的主臂70b的長度(D1)與彈簧構臂70c的長度(D2)之間的比滿足以下條件運算式：D2<D1/2。同樣地，在第五實施例中，理想的是，擺動桿70的主臂70b的長度(D1)與彈簧鉤臂70d的長度(D3)之間的比滿足以下條件運算式：D3<D1/2。

從第四和第五實施例可知，通過將擺動桿70作為用於偏置第三透鏡組框架51的偏置裝置，可以通過在光軸方向上緊湊設計的結構來減小偏置裝置的荷載變化，即便採用在軸向拉伸和收縮的拉伸彈簧代替扭轉彈簧。由此觀點，即便通過由壓縮彈簧和擺動桿的組合構成的偏置裝置取代第四或第五實施例中的拉伸彈簧338或438，也可獲得相似的效果。

雖然在第一實施例中的扭轉彈簧38的支撐臂部分38b、在第三實施例中的扭轉彈簧238的支撐臂部分238b、以及第四和第五實施例中的每個拉伸彈簧338和438的一端中的每一個和形成在機架22上的突起(22k，122k，22n，22p或者22q)嚙合，在上面形成突起的部件不僅限於例如機架22的固定部件，也可以是移動部件，只要是在其上形成突起的部件和至少對應於第三透鏡組框架51的光學元件保持部件之間在光軸方向上的相對位置變化。同樣地，在第三到第五實施例中的擺動桿部件70的支撐部件不僅限於諸如機架22的固定部件，也可以是移動部件，只要是轉動該桿部件的部件和至少對應於第三透鏡組框架51的光學元件保持部件之間的相對位置變化。

在每一個上述變焦透鏡筒的實施例中的偏置裝置中，隨著從擺動軸到施力部分到光學元件保持部件的距離的增加，減小偏置裝置的負載變化的效果也隨之增加。然而，增加距離帶來了施力部分的長度的增加，從而增加了施力部分干擾透鏡筒的其他部件的可能性。因此，偏置裝置需要安裝在透鏡筒的徑向外側部分，而不是移動部件密集排列的徑向中心部分。然而，如果偏置裝置被安裝在透鏡筒的徑向外側部分，那麼需要保護偏置裝置，因為偏置裝置被在其附近區域的元件從外側接觸偏置裝置而導致變形的機會以及位置錯誤發生的機會大大增加。然而，有時難以通過透鏡筒的機架保護偏置裝置。

例如，在光學元件保持機構的第一實施例中，通過延長偏置臂部分38c以及將扭轉彈簧38置於機架22的圓柱形部分22a之外，可以得到減少偏置裝置的負載變化的效果，即使如第六圖所示，機架22沒有保護扭轉彈簧38。如第二十四圖所示，一組三個凸輪環控制槽22g形成於機架22的圓柱形部分22a的內圓周表面上，幾乎在其整個圓周範圍之上。由於該結構，圓柱形部分22a需要是完整的圓柱體，在其圓周方向上沒有缺失的部分。雖然機架22是合成樹脂的模制產品，但在製造過程中難以將機架22製成具有雙壁結構的機架，其中所述機架進一步包括位於圓柱形部分22a的徑向外側的壁部分，從而覆蓋扭轉彈簧38。更具體的說，為了模制圓柱形部分22a，在圓柱形部分22a被模制後，鑄模模具在徑向外側方向遠離光軸O被移除，從而一般來講，不可能提供具有壁部分的機架22，該壁部分22被成型以在鑄模模具的徑向移除路徑上覆蓋扭轉彈簧38。

為了在這種情況下保護扭轉彈簧38，在變焦透鏡筒1中，被固定在機架22後面的圖像拾取裝置保持架23裝備有覆蓋扭轉彈簧38外側的保護壁部分(保護壁部件)23c。如第四圖、第七圖、第八圖和第二十三圖所示，保護壁部分23c裝備有平側壁部分(平碟狀部分)23d以及盒狀部分23e。側壁部分23d基本上平行於扭轉彈簧38的偏置臂部分38c的擺動方向(擺動平面)，以及盒狀部分23e位於環繞扭轉彈簧38的盤繞部分38a的位置，所述扭轉彈簧38位於側壁部分23d之下。保護壁部分23c的前沿接觸前壁部分22d，盒狀部分23e的側沿接觸更低的支撐部分22r。前壁部分22d和更低的支撐部分22r裝備有被成型以分別和保護壁部分23c上述前沿和上述側沿嚙合的階梯部分22d-1以及階梯部分22r-1。如第八圖所示，保護壁部分23c被裝備在側壁部分23d的內側表面，其中所述側壁部分23d具有光軸方向槽23f，而所述側壁部分23d在第三透鏡組框架51移動的時候防止所述保護壁部分23c免於干擾彈簧構51h。此外，保護壁部分23c裝備緊鄰於具有感測器容納部分23g的光軸方向槽23f之後，在感測器容納部分23g中容納原點位置感測器40。

當圖像拾取裝置保持架23固定在機架22上，圖像拾取裝置保持架23在機架22上向前滑行，盒狀部分23e的側沿通過更低的支撐部分22r的階梯部分22r-1被滑動地支撐。隨後，在圖像拾取裝置保持架23與機架22的後表面接觸的主要部分上，保護壁部分23c的前沿也接觸前壁部分22d並且與階梯部分22d-1嚙合。於是，如第四圖所示，通過將圖像拾取裝置保持架23利用一系列螺桿固定在機架22上，保護壁部分23c完全覆蓋了扭轉彈簧38的外側，從而變焦透鏡筒1處於被保護狀態。在該被保護狀態，如第二十三圖所示，扭轉彈簧38保持在機架22的圓柱形部分22a的外圓周表面和圖像拾取裝置保持架23的保護壁部分23c之間的空間Q中，並且通過圓柱形部分22a保護扭轉彈簧38不接觸變焦透鏡筒1內側的移動部分，以及進一步通過保護壁部分23c從外部保護扭轉彈簧38不接觸變焦透鏡筒1的外側。這樣，扭轉彈簧38(特別是偏置臂部分38c)不可能被不可逆地型變，即不同於通過接觸變焦透鏡筒1的其他部分或者組裝工人的手在正常使用中的彈性型變數，因而當變焦透鏡筒1在組裝狀態，第三透鏡組框架51的位置控制的精確性不會被破壞。

在這種情況下，由於固定在機架22上的圖像拾取裝置保持架23裝備有保護壁部分23c，該保護壁部分23c在圖像拾取裝置保持架23固定在機架22上的狀態時覆蓋扭轉彈簧38的外側，因此位於機架22外側的扭轉彈簧38可以被保護以不受損壞。特別是，用於保護扭轉彈簧38不受損壞的偏置裝置保護結構，在不受機架22的形狀的限制的情況下，在可靠保護扭轉彈簧38的能力上是突出的，即使是在難以通過塑膠模制在圓柱形部分22a的外側形成覆蓋扭轉彈簧38的壁部分的結構中。在機架22中，前壁部分22d和更低的支撐部分22r的每一個都是從圓柱形部分22a的外側圓周表面伸出的碟狀部分，並且能夠通過畫出與彈簧支撐突起22j同方向的鑄模模型而被模制，其中前壁部分22d和更低的支撐部分22r兩者都被製成接觸保護壁部分23c，從而能夠被模制為機架22的一部分，而不像保護壁部分23c。

雖然第一實施例的扭轉彈簧38在上述描述中被表示為通過圖像拾取裝置保持架23的保護壁部分23c而保護的元件，但是使用保護壁部分23c的偏置裝置保護結構能夠應用於上述其他實施例中的偏置裝置。如果一些東西在外部接觸到擺動桿70，第三到第五實施例中每個的擺動桿70都具有相比較於扭轉彈簧38的偏置臂部分38c而不易型變的優點，由此可知，特別是當偏置裝置是扭轉彈簧時，偏置裝置保護結構使用保護壁部分23c是有效的。

此外，雖然第二十四圖顯示了一類經過凸輪環控制槽22g的引導槽部分22g-1使凸輪環11沿光軸方向移動的透鏡筒前進結構，該凸輪環控制槽22g形成在機架22的圓柱形部分22a的內圓周表面上，根據本申請的偏置裝置保護結構對於如第二十五圖所示的使用螺旋結構的透鏡筒前進結構也是有效的。顯示在第二十五圖中的機架522的圓柱形部分522a，在其內圓周表面裝備有一組三個凸輪環引導槽(轉動環引導機構的元件)522b。每個凸輪環引導槽522b由引導槽部分522b-1和圓周槽部分522b-2組成。凸輪環511裝備在內齒輪511a上，在其上具有一組三個引導凸起511b，所述引導凸起511b分別與一組三個凸輪環引導槽522b嚙合。與第二十四圖中所示的凸輪環前進結構的類型不同，當經過形成在圓柱形部分522a的內圓周表面上的內部螺旋線(轉動環引導機構的元件)522c與在凸輪環511的內齒輪511a的齒輪齒上形成的外螺旋線(旋轉環引導機構的元件)511c的嚙合、而不經過一組三個凸輪環引導槽522b的引導槽部分522b-1與凸輪環511的引導突起511b嚙合而進行轉動，凸輪環511在光軸方向上前進和回縮。在凸輪環511經由外螺旋線511c和內螺旋線522c的嚙合前進到光軸方向上其向前移動的極限位置，外螺旋線511c和內螺旋線522c彼此脫離，而一組三個引導突起511b分別和一組三個凸輪環引導槽522b的一組三個圓周槽部分522b-2嚙合。然後，凸輪環511在光軸方向上的固定位置旋轉，即在光軸方向上沒有移動。在第二十五圖所示的凸輪環前進結構的類型中，與第二十三圖中所示的相近似的偏置裝置保護結構依然有效，因為機架522的圓柱形部分522a為了控制凸輪環511的移動以形成為完整的圓柱體而在圓周方向上沒有缺失的部分。

雖然參考附圖已經討論了根據本發明的上述實施例，但是本發明並不僅限於這些實施例。例如，雖然在光軸方向上向前和向後移動的光學元件是用於在所展示的實施例中聚焦的透鏡組，本發明也可以應用於不是用於聚焦的透鏡組的光學元件的位置控制的位置控制機構。

此外，雖然每個上述實施例中的偏置裝置給光學元件保持部件施加在光軸方向上向前的偏置力，但是本發明不限於所述偏置裝置的特定的偏置方向。也就是說，偏置裝置可以是在光軸方向上施加向後的偏置力的類型，即與光學元件保持部件的方向反向的方向。

此外，雖然在上述第一、第三、第四和第五實施例中，分別支撐扭轉彈簧38和擺動桿70的彈簧支撐突起22j和擺動支撐突起22m形成在機架22的圓柱形部分22a上，也可以在圖像拾取裝置保持架23的保護壁部分23c上形成類似的擺動部件支撐突起。

在此描述的本發明的特定實施例中可以進行不同的變化，這樣的變型是在本發明所附權利要求書的精神和保護範圍當中。需要指出的是，這裏包括的所有內容都是說明性的，而非用於限制本發明的保護範圍。

1．．．變焦透鏡鏡筒

11．．．凸輪環

12．．．第二推進鏡筒

13．．．第一推進鏡筒

22．．．機架

22a．．．圓柱形部分

22b．．．變焦馬達支撐部分

22c．．．AF機構安裝部分

22d．．．前壁部分

22f．．．直線引導槽

22g．．．凸輪環控制槽

22h．．．直線引導槽

22i．．．直線引導槽

22j．．．彈簧支撐突起

22k．．．彈簧鉤

22m．．．擺動支撐突起

22n．．．固定突起

22p．．．彈簧鉤

22q．．．彈簧鉤

23．．．圖像拾取裝置保持架

24．．．圖像拾取裝置

30．．．AF馬達

32．．．變焦馬達

36．．．引導螺桿

37．．．AF螺母

38．．．扭轉彈簧

38a．．．盤繞部分

38b．．．短支撐臂部分

38c．．．偏置臂部分

38x．．．擺動軸

39．．．固定螺絲

40．．．原點位置感測器

51．．．第三透鏡組框架

51a．．．透鏡保持部分

51b．．．引導臂部分

51d．．．引導孔

51e．．．抗轉動突起

51f．．．螺母對接部分

51g．．．抗轉動突起

51h．．．彈簧鉤

51i．．．感測器阻斷板

51j．．．桿嚙合突起

52．．．第三透鏡組引導軸

70．．．擺動桿

70a．．．轉動部分

70b．．．主臂

70x．．．擺動軸

122j．．．彈簧支撐突起

122k．．．突起

130．．．馬達

136．．．引導凸輪軸

136a．．．引導槽

138．．．偏置彈簧

138a．．．盤繞部分

138b．．．支撐臂部分

138c．．．偏置臂部分

138x．．．擺動軸

151．．．透鏡框架

151a．．．圓柱形部分

151b．．．引導銷

151c．．．彈簧鉤

152．．．引導軸

153．．．抗轉動軸

238．．．扭轉彈簧

238a．．．盤繞部分

238b．．．支撐臂部分

238c．．．偏置臂部分

338．．．拉伸彈簧

438．．．拉伸彈簧

LG．．．透鏡組

LG1．．．第一透鏡組

LG2．．．第二透鏡組

LG3．．．第三透鏡組

LPF．．．低通濾光器

O．．．光軸

S．．．快門葉片

第一圖是應用了本發明所述的用於控制光學元件位置的機構的變焦透鏡筒的剖面圖，圖中變焦透鏡鏡筒處於透鏡筒容納狀態(完全回縮狀態)；

第二圖是處於預備攝影狀態的變焦透鏡筒的剖面圖，其中第二圖顯示的變焦透鏡筒的上半部分和下半部分別表示處於廣角端和遠攝端的變焦透鏡鏡筒；

第三圖是處於透鏡筒容納狀態的變焦透鏡筒的前立體圖；

第四圖是處於透鏡筒容納狀態的變焦透鏡筒後立體圖；

第五圖是處於預備攝影狀態的變焦透鏡筒的前立體圖；

第六圖是處於預備攝影狀態的變焦透鏡筒的後立體圖，其中變焦透鏡筒的圖像拾取裝置保持架被移開；

第七圖是變焦透鏡筒的分解後立體圖，其中與第三透鏡組的位置控制相關聯的元件被移開；

第八圖是用於第三透鏡組框架的位置控制機構(光學元件控制機構)的前分解立體圖；

第九圖是第三透鏡組框架及其位置控制機構的主要部分的前立體圖；

第十圖是第三透鏡組框架及其位置控制機構的主要部分的後立體圖；

第十一圖是變焦透鏡筒的前視圖，主要顯示第三透鏡組框架及其位置控制機構；

第十二圖是第十一圖所示的第三透鏡組框架及其位置控制機構的前視圖；

第十三圖是第三透鏡組框架及其位置控制機構的側視圖，顯示了用於偏置第三透鏡組框架的位置控制機構的扭轉彈簧的操作；

第十四圖是在採用了拉伸彈簧作為用於偏置第三透鏡組框架的偏置裝置的對比實例中，第三透鏡組框架及其位置控制機構的側視圖；

第十五A圖和第十五B圖是第十三圖所示實施例中的彈簧荷載變化與第十四圖所示對比實例中的彈簧荷載變化之間的對比圖表，其中第十五A圖顯示了第十三圖所示實施例中的彈黃荷載變化，第十五B圖顯示了第十四圖中所示對比實例中的彈簧荷載變化；

第十六圖是光學元件位置控制機構的第二實施例的側視圖，用於控制透鏡框架的位置，其中使用引導凸輪軸(lead cam shaft)取代第一圖到13中顯示的在光學元件位置控制機構的第一實施例中使用的引導螺桿機構；

第十七圖是第十六圖所示光學元件位置控制機構的第二實施例的前視圖；

第十八圖是光學元件位置控制機構的第三實施例的前視圖，主要顯示第三透鏡組框架及其位置控制機構，其中使用桿和扭轉彈簧的組合作為用於偏置第三透鏡組框架的偏置裝置；

第十九圖是第十八圖所示的第三透鏡組框架及其位置控制機構的前視圖；

第二十圖是光學元件位置控制機構的第三實施例的側視圖，用來控制第三透鏡組框架的位置，顯示了桿和扭轉彈簧的操作；

第二十一圖是光學元件位置控制機構的第四實施例的側視圖，用來控制第三透鏡組框架的位置，其中使用桿和拉伸彈簧的組合作為用於偏置第三透鏡組框架的偏置裝置；

第二十二圖是光學元件位置控制機構的第五實施例的側視圖，用來控制第三透鏡組框架的位置，其中使用桿和拉伸彈簧的組合作為用於偏置第三透鏡組框架的偏置裝置；

第二十三圖是光學元件位置控制機構的第一實施例主要部分的後視圖，顯示了保護用於偏置第三透鏡組框架的扭轉彈簧的保護結構的實施例；

第二十四圖是光學元件位置控制機構的第一實施例的機架和凸輪環的圓柱形部分的展開平面圖；以及

第二十五圖是與第二十四圖中所示結構不同的機架和凸輪環的圓柱形部分的另一實施例的展開平面圖。