光学设备的制作方法

专利名称：光学设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变焦式镜筒(lens barrel)，该镜筒可以通过沿着光轴在收纳位置和拍摄位置之间移动来改变拍摄倍率。
背景技术：
作为例如数字式照相机等包括变焦式镜筒的摄像设备的类型，日本特开 2009-122640号公报论述了一种包括例如棱镜等反射光学元件的摄像设备，该反射光学元件通过将从多个透镜单元入射到该反射光学元件的光束弯折成沿与光轴交叉的方向而将该光束引导至图像传感器，以实现小型化镜筒。在上述传统设备的变焦镜头中，通过利用配置在镜筒的第一透镜单元的后部的例如棱镜等反射光学元件将从第一透镜单元入射的光束弯折成沿与光入射光轴基本上垂直的方向(即，沿朝向图像传感器的方向)。即使设置在光束入射光轴的第一透镜单元的尺寸大，市场也期望提供通过减小在镜筒缩回状态下照相机在光入射光轴的方向上的尺寸而具有薄体的照相机。然而，在第二光轴上引导构件的引导轴可能成为不利于减小摄像设备主体尺寸的瓶颈，这是因为，在镜筒收纳操作期间，引导轴可能与设置于第一光轴的构件干涉。

发明内容
本发明涉及一种可以进一步减小厚度的摄像设备。根据本发明的一个方面，一种光学设备，其包括凸轮筒，该凸轮筒被构造成在所述凸轮筒的内周保持光学构件，所述光学构件能沿第一光轴来回移动；弯折构件，该弯折构件被构造成将来自被摄体的光束从所述第一光轴弯折成朝向第二光轴；和引导构件，该引导构件在与所述第二光轴平行的方向上延伸，所述引导构件被构造成以所述弯折构件能在与所述第二光轴平行的方向上来回移动地方式支撑和保持所述弯折构件，其中，所述引导构件被构造成当所述光学构件沿所述第一光轴被收纳到所述弯折构件已经退避出的空间中时，所述引导构件进入设置于所述凸轮筒的缺口(notch)。根据本发明另一个方面，一种光学设备，其包括第一光学构件，该第一光学构件被构造成能沿第一光轴来回移动；直进引导构件，该直进引导构件被构造成限制所述第一光学构件围绕所述第一光学构件的所述第一光轴的转动；弯折构件，该弯折构件被构造成将来自被摄体的光束从所述第一光轴弯折成朝向第二光轴；和引导构件，该引导构件在与所述第二光轴平行的方向上延伸，所述引导构件被构造成以所述弯折构件能在与所述第二光轴平行的方向上来回移动地方式支撑和保持所述弯折构件，其中，所述引导构件构造成 当所述第一光学构件沿所述第一光轴被收纳到所述弯折构件已经退避出的空间中时，所述弓I导构件进入设置于所述直进弓I导构件的缺口。通过以下参考附图对示例性实施方式的详细说明，本发明的其它特征和方面将变得明显。


包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出本发明的示例性实施方式、 特征和方面，并且与说明书一起用于说明本发明的原理。图1是作为本发明的摄像设备的示例性实施方式的数字式照相机的主要部件的截面图，其中，数字式照相机的镜筒位于广角端。图2是图1所示的数字式照相机的主要部件的当从第一透镜单元的被摄体侧观察时的主视图。图3是示出用于驱动第三透镜单元的示例机构的立体图。图4是光圈快门的立体图。图5是光圈快门的分解立体图。图6是数字式照相机的主要部件的截面图，其中，数字式照相机的镜筒位于远摄端。图7是示出图6所示的数字式照相机的主要部件的数字式照相机的当从第一透镜单元的被摄体侧观察时的主视图。图8是当镜筒位于sink位置(收纳位置)时观察到的数字式照相机的主要部件的截面图。图9是示出图8所示的数字式照相机的主要部件的数字式照相机的当从第一透镜单元的被摄体侧观察时的主视图。图10是用于驱动棱镜的机构的一部分以及凸轮筒的分解立体图。图11是示出棱镜驱动单元的一部分以及被构造成保持棱镜的保持构件的平面图。图12是从固定筒的内周观察到的固定筒的展开图。图13A至图13C示出棱镜承载件(prism carrier)与棱镜延迟齿轮(prism delay gear)之间的相位关系以及施加到扭力弹簧的加载量。图14是示出凸轮筒和棱镜驱动机构的局部截面的立体图。图15示出从镜筒的背面侧观察到的位于sink位置(收纳位置)的镜筒。图16是示出位于sink位置(收纳位置)的镜筒的主要部件的沿与光轴B垂直的面截取的截面图。图17是沿光轴方向从包括在照相机主体中的第一透镜单元的被摄体侧观察到的镜筒位于sink位置(收纳位置)的摄像设备的立体图。图18是从第一透镜单元的光轴方向观察到的摄像设备的立体图。图19是位于sink位置(收纳位置)的镜筒的部分立体图。图20是在镜筒位于sink位置(收纳位置)的状态中沿与第一透镜单元的光轴垂直的方向截取的照相机主体的截面图。图21是当镜筒位于sink位置(收纳位置)时的摄像设备的截面图。图22是沿着光轴B从被摄体的相反侧观察到的摄像设备的图像传感器的立体图。图23是沿着光轴B从被摄体侧观察到的图像传感器的立体图。图M是将要安装到镜筒中的图像传感器8、传感器板200、摄像基板201的分解立体图。
具体实施例方式下面将参考附图详细说明本发明的各示例性实施方式、特征和方面。图1是作为本发明的摄像设备的示例性实施方式的数字式照相机的主要部件的截面图，其中，数字式照相机的镜筒位于广角位置。图2是当从第一透镜单元的被摄体侧观察时图1所示的数字式照相机的主要部件的主视图。在本示例性实施方式中，假定镜筒是被构造成沿光轴在收纳位置和拍摄位置之间移动以改变拍摄倍率的变焦式镜筒。参考图1和图2，根据本示例性实施方式的数字式照相机包括变焦式镜筒，该变焦式镜筒由第一透镜单元10、第二透镜单元20、棱镜6、固定筒62、凸轮筒61以及直进引导筒 63构成。另外，根据本示例性实施方式的数字式照相机包括作为本发明的镜筒保持架的示例的变焦体64。在图2所示的示例中，未示出第一透镜单元10、第二透镜单元20、固定筒 62以及直进引导筒63。第一透镜单元10包括由第一透镜单元筒11保持的第一单元透镜1。作为本发明的第一光学构件的第二透镜单元20包括由第二单元透镜筒21保持的第二单元透镜2。第一透镜单元10和第二透镜单元20可以沿光轴A移动。从第一单元透镜1和第二单元透镜 2入射的光的光束被棱镜6弯折成沿光轴B的方向，该光轴B与第一单元透镜1和第二单元透镜2的光轴A以大约90°的角度交叉。如上所述，来自被摄体的光束被弯折以被引导到图像传感器8的成像面。因此，棱镜6用作光束弯折构件。棱镜6由保持构件60保持，且可沿着光轴B移动。光轴A与本发明的第一光轴对应。光轴B与本发明的第二光轴对应。在棱镜6与图像传感器8之间沿光轴B从棱镜6至图像传感器8依次配置光圈快门(diaphragm-shutter) 9、第三单元透镜3、第四单元透镜4、第五单元透镜5以及光学滤波器7，其中，光圈快门9被构造成控制拍摄期间的光量。第三单元透镜3、第四单元透镜4和第五单元透镜5均与本发明的光学构件对应。光圈快门9被固定到快门基板92。第三单元透镜3由第三单元基板31保持。利用螺钉结合为一体的第三单元基板31和快门基板92构成第三透镜单元30。第三透镜单元 30通过沿光轴B移动而进行倍率的改变。由步进马达32驱动第三透镜单元30。图3是示出用于第三透镜单元30的驱动机构的立体图，该第三透镜单元30是本发明的第二光学构件的示例。参考图3，齿轮33被安装到步进马达32的输出轴。齿轮33 与齿轮34啮合以使螺杆35增速转动。被安装到第三单元基板31的齿爪(rack) 36与螺杆35啮合。另外，第三单元基板 31被引导轴86和87支撑和保持。引导轴86和87是被设置成与光轴B平行的引导构件。 在上述构造的情况下，第三单元基板31能沿光轴B移动。此外，在上述构造的情况下，随着螺杆35的转动，齿爪36受到在光轴B的方向上作用的力。而且，第三透镜单元30与齿爪 36 一起在光轴B的方向上移动。图4是光圈快门9的立体图。图5是光圈快门9的分解立体图。参考图4和图5， 光圈快门9包括快门基板92、盖96以及多个叶片(blade)94和95。盖96被设置在接近第三单元基板31的位置。多个叶片94和95被设置在快门基板92与盖96之间，并且以开闭开口 96c的方式运动。盖96和快门基板92利用螺钉97被固定在一起。
步进马达91是被构造成驱动包括在光圈快门9中的多个叶片94和95开闭的致动器。沿与马达轴的轴线垂直的方向延伸的杆(lever) 93被固定到步进马达91的马达轴。 在杆93的在杆93的延伸方向上的两端相应地设置从杆93突出的轴93a和93b。轴93a被插入到圆弧孔92a、长孔94a以及圆弧孔96a中。圆弧孔9 形成于快门基板92。长孔9 形成于叶片94。圆弧孔96a形成于盖96。轴93a能沿圆弧孔9 和 96a移动。轴9 被插入到圆弧孔92b、长孔95a以及圆弧孔96b中。圆弧孔92b形成于快门基板92。长孔9 形成于叶片95。圆弧孔96b形成于盖96。轴93b能沿圆弧孔92b和 96b的形状移动。当杆93被步进马达91驱动而转动时，叶片94和95沿彼此相反的方向转动。随着叶片94和95的往复转动操作，开口 96c被打开和关闭。在上述构造的情况下，通过调节被构造成开闭开口 96c的叶片94和95之间的间隙来实现用于控制拍摄期间的光量的孔径光阑(aperture stop)功能。另外，通过将叶片94和95从开口 96c打开的状态移动到开口 96c关闭的状态而实现快门功能。返回图1和图2，第四单元透镜4由第四透镜单元保持件41保持。第四单元透镜 4和第四透镜单元保持件41构成第四透镜单元40。第四透镜单元40是本发明的第二光学构件。第四透镜单元40由引导轴86和87支撑和保持，并且能沿光轴B移动。另外，第四透镜单元40被弹簧(未示出)压向被摄体侧。在拍摄期间，第四透镜单元40接触止动件 (未示出)并且被固定在图1和图2所示的位置。第五单元透镜5被第五透镜单元保持件51保持。第五单元透镜5和第五透镜单元保持件51构成第五透镜单元50。第五透镜单元50是本发明的第二光学构件。第五透镜单元50由引导轴86和87支撑和保持，并且能沿光轴B移动。通过使第五透镜单元50在从螺杆4 传递的力的作用下沿光轴B移动来进行倍率的改变和聚焦，其中，螺杆42a由步进马达42驱动而转动。光学滤波器7用作被构造成截止空间频率高的光的低通滤波器并且用作红外线截止滤波器。图6是数字式照相机的主要部件的截面图，其中，镜筒位于远摄端。图7是示出图 6所示的数字式照相机的主要部件的数字式照相机的从第一透镜单元的被摄体侧观察时的主视图。在图7所示的示例中，未示出第一透镜单元10、第二透镜单元20、固定筒62以及直进引导筒63。参考图6和图7，当镜筒位于远摄端时，第一透镜单元10沿光轴A朝向被摄体侧前进。另外，第二透镜单元20在沿光轴A后退之后停在接近棱镜6的位置。由步进马达32 驱动的第三透镜单元30在沿光轴B朝向棱镜6移动之后停在接近棱镜6的位置。如图7所示，驱动光圈快门9的叶片94和95开闭的步进马达91被配置在棱镜6 下侧的如下位置在该位置，整个步进马达91与棱镜6重叠，并且步进马达91在光轴B的方向上的位置与棱镜6在光轴B的方向上的位置一致(match)。由步进马达42驱动的第四透镜单元40在沿光轴B朝向图像传感器8移动之后停在接近图像传感器8的位置。图8是当镜筒位于sink位置(收纳位置)时观察到的数字式照相机的主要部件的截面图。图9是示出图8所示的数字式照相机的主要部件的数字式照相机的沿第一透镜单元的光轴观察时的主视图。图15示出从镜筒的背面侧观察的位于sink位置(收纳位置) 的镜筒。图16是示出位于sink位置(收纳位置)的镜筒的主要部件的沿与光轴B垂直的平面截取的截面图。参考图8、图9和图16，当镜筒位于sink位置时，棱镜6、第三透镜单元30和第五透镜单元50以不相互干涉的方式沿光轴B朝向图像传感器8移动。此时，第三透镜单元30 将第四透镜单元40压向图像传感器8而使第四透镜单元40退到退避位置。通过执行上述操作，在第二透镜单元20和第一透镜单元10的后方部位形成收纳空间。变焦体64收纳引导轴86和87以及光学滤波器7。参考图15，在引导轴86和87 的轴方向上的一端，引导轴86和87延伸到引导轴86和87与设置在凸轮筒61内的第二单元透镜筒21在光轴A的方向上重叠的位置。在引导轴86和87的轴方向上的另一端，引导轴86和87延伸到引导轴86和87保持光学滤波器7的位置。另外，变焦体64收纳在光轴 A的方向上位于被摄体侧的固定筒62。此外，变焦体64收纳被包括在如下驱动机构中的齿轮系。参考图1、图6和图8，尺寸X表示变焦体64的背面壁的最小厚度，该变焦体64位于尚未朝向图像传感器8移动的棱镜6的在光轴A的方向上的后方(与被摄体侧相反的方向)。另外，尺寸Y表示从变焦体64的背面壁的外表面(与被摄体侧相反的面)到棱镜6 的保持构件60的尺寸。当根据变焦体64的最小厚度以及与保持构件60的间隙进行计算时，尺寸X和尺寸Y具有Y彡X的关系。在本示例性实施方式中，在变焦体64的背面壁形成有贯通孔64a。第二透镜单元 20能沿光轴A的方向经由贯通孔6 退避。因此，由贯通孔6 形成的与尺寸Y对应的空间被包括在当棱镜6的保持构件60朝图像传感器8退避时在第一透镜单元10和第二透镜单元20的后方部位形成的退避空间中。第二透镜单元20和第一透镜单元10沿光轴A退避到包括上述空间的收纳空间中，以被收纳在该收纳空间中。另外，如图16所示，在第二单元透镜筒21的与引导轴86和87对应的部位形成间隙槽(clearance groove) 21a和21b，其中，间隙槽被设置成防止在第二透镜单元20沿光轴 A退避时第二透镜单元20与引导轴86和87之间可能发生的干涉。此外，在镜筒缩回状态下，第二单元透镜2被收纳在引导轴86和87之间的位置。 另外，在镜筒缩回状态下，第二单元透镜2的在被摄体的相反侧的面被设置在如下位置该位置在光轴A的方向上位于引导轴86和87后方且离引导轴86和87的距离等于尺寸Z。如图9所示，驱动光圈快门9的叶片94和95开闭的步进马达91被设置在棱镜6 下侧的如下位置在该位置，整个步进马达91与棱镜6重叠，并且步进马达91在光轴B的方向上的位置与棱镜6在光轴B的方向上的位置一致。下面将详细说明固定筒62、凸轮筒61和直进引导筒63。图19是位于sink位置 (收纳位置)的镜筒的部分立体图。在固定筒62的内周部，凸轮槽62a(图12)以基本上均等的间隔设置在周向上的多个位置。更具体地，沿固定筒62的内周设置凸轮槽62a，并且沿凸轮筒61的外周设置的凸轮销(未示出)与凸轮槽62a凸轮接合。在凸轮筒61的外周形成与驱动齿轮68 (下文将说明驱动齿轮68)啮合的齿轮61a。凸轮筒61利用从驱动齿轮68传递的驱动力被驱动而转动。缺口 61b和61c(图19)设置于凸轮筒61的沿光轴A接近成像侧的部位(S卩，设置于凸轮筒61的后部)。另外，凸轮筒61利用固定筒62的凸轮槽6 与凸轮筒61的凸轮销(未示出)之间的凸轮作用沿光轴A来回移动。此外，第一单元凸轮槽(未示出)和第二单元凸轮槽(未示出)形成在如上所述能够沿光轴A来回移动的凸轮筒61的内周。如上所述，缺口 61b和61c (图19)设置于凸轮筒61的沿光轴A接近成像侧的部位(即，设置于凸轮筒61的后部)。因此，当凸轮筒61从图1所示的广角端沿着光轴A朝着成像面侧移动时(即，当凸轮筒61向后移动时)，引导轴86、87相应地进入缺口 61a和 61b。利用上述构造，凸轮筒61可移动到图8和图19所示的sink位置，而在引导轴86、87 和凸轮筒61之间没有任何干涉。直进引导筒63被设置在凸轮筒61的内周并且能与凸轮筒61 —体地沿光轴A的方向移动。缺口 63a和63b (图19)设置于作为直进引导构件的直进引导筒63的沿光轴A 接近成像侧的部位(即，设置于直进引导筒63的后部)。当直进引导筒63从图1所示的广角端沿着光轴A朝向成像面侧移动时(S卩，当直进引导筒63向后移动时)，引导轴86和87相应地进入缺口 63a和63b。在上述构造的情况下，直进引导筒63可移动到图8和图19所示的sink位置，而在引导轴86、87和直进引导筒63之间没有任何干涉。第一透镜单元10的第一透镜单元筒11被设置在凸轮筒61与直进引导筒63之间。 设置在第一透镜单元10的第一透镜单元筒11的外周的凸轮销与凸轮筒61的第一单元凸轮槽(未示出)凸轮接合。另外，沿光轴A延伸的直进槽(未示出)形成在直进引导筒63 的外周。此外，第一透镜单元筒11通过被设置在第一透镜单元筒11的内周并且进入直进引导筒63的直进槽的凸部而与直进引导筒63接合。在该构造的情况下，第一透镜单元筒 11绕光轴A的转动被限制。第二透镜单元20被配置在直进引导筒63的内周。另外，与第一透镜单元10类似地，第二透镜单元20通过被设置在第二单元透镜筒21并且进入凸轮筒61的第二单元凸轮槽(未示出)的凸轮销(未示出)而与凸轮筒61凸轮接合。另外，贯通槽(未示出)沿光轴A的方向设置于直进引导筒63。被设置在第二单元透镜筒21的凸轮销的基部的接合部与直进引导筒63的贯通槽接合并且进入该贯通槽。以该方式，第二单元透镜筒21沿其转动方向的运动被限制。当凸轮筒61转动时，在第一透镜单元筒11的凸部在光轴A的方向上沿直进引导筒63的直进槽滑动的状态下，第一透镜单元筒11相对于凸轮筒61沿光轴来回移动。通过凸轮筒61的第一单元凸轮槽与第一透镜单元筒11的凸轮销之间的凸轮作用使上述第一透镜单元筒11进退。因此，当凸轮筒61相对于固定筒62沿光轴A来回移动时，第一透镜单元筒11相对于凸轮筒61沿光轴A来回移动，并且第一单元透镜1在收纳位置和拍摄位置之间移动。另外，第二单元透镜2通过类似的运动而在收纳位置和拍摄位置之间移动。下面将参考图10-图14详细说明用于凸轮筒61和棱镜6的驱动机构。图10是凸轮筒61以及用于驱动棱镜6的机构的一部分的分解立体图。参考图10至图14，SW(Sink-Wide)马达67是用于使第一透镜单元10和第二透镜单元20在sink位置和广角端之间移动的驱动源。TW(tel印hoto-wide)马达53是用于使第一透镜单元10和第二透镜单元20在远摄端和广角端之间移动的驱动源。Sff马达67和TW马达53均以如下方式设置。也就是，各马达的马达轴线沿光轴B 取向，并且各马达的马达轴在凸轮筒61的直径方向上向内取向。TW马达53被配置成比SW马达67接近被摄体侧。蜗轮52被压配到SW马达67的马达轴。另外，蜗轮讨被压配到TW 马达53的马达轴。在蜗轮52和蜗轮M之间从被摄体侧(从图10的上部)起依次将变焦环形齿轮 (zoom ring gear) 55、变焦过桥齿轮(zoom carrier gear) 56以及太阳齿轮57设置于与光轴A平行的同一轴线。太阳齿轮57包括由三级平齿轮(flat gear)构成的太阳齿轮57a至57c。与太阳齿轮57a啮合的齿轮6 还经由螺旋齿轮(helical gear)66a与蜗轮52啮合。变焦过桥齿轮56包括齿轮56a和在周向上以基本上均等的间隔设置在齿轮56a 的面向被摄体侧的面的三个轴。由该三个轴中的每一个轴枢轴支撑变焦行星齿轮58。另外，蜗轮M经由螺旋齿轮6 与平齿轮6 啮合。变焦行星齿轮58与齿轮57b啮合。变焦环形齿轮阳包括内齿轮5 和外齿轮55b。变焦行星齿轮58与内齿轮5 啮合。外齿轮55b经由中间齿轮(idler gear) 59与驱动齿轮68啮合。此外，驱动齿轮68与凸轮筒61 的齿轮61a啮合。下面将详细说明棱镜驱动单元80。棱镜驱动单元80被设置在太阳齿轮57的下侧。此外，棱镜驱动单元80从被摄体侧依次包括棱镜承载件81、扭力弹簧84以及棱镜延迟齿轮82。棱镜承载件81、扭力弹簧84以及棱镜延迟齿轮82被设置在与太阳齿轮57的轴线相同的轴线。棱镜延迟齿轮82被棱镜承载件81能转动地枢轴支撑。三个轴沿周向以基本上均等的间隔设置在棱镜承载件81的面向被摄体侧的面。 棱镜行星齿轮83被三个轴中的每一个轴相应地枢轴支撑。棱镜行星齿轮83与太阳齿轮 57c和被固定地设置在齿轮基板(未示出)的内齿轮啮合。棱镜驱动齿轮85与棱镜延迟齿轮82的齿轮啮合。在彼此相对的方向上延伸的闩锁件(latch) 81b和82b被相应地设置到棱镜承载件81和棱镜延迟齿轮82。闩锁件81b被设置在闩锁件82b的直径方向上的内侧位置(参见图13A)。扭力弹簧84包括线圈以及两个臂8 和84b。臂8 和84b从线圈的两端在直径方向上向外延伸。两个臂8 和84b与棱镜延迟齿轮82的闩锁件82b和棱镜承载件81的闩锁件81b相应地闩锁。在组装过程中，通过在闩锁件82b和81b被设置在相同相位的状态(图13B)下将扭力弹簧84的两个臂8 和84b相应地闩锁到闩锁件82b和81b，而对扭力弹簧84的两个臂8 和84b预加载(precharge)。在该状态下，当允许棱镜延迟齿轮82自由转动以使棱镜承载件81转动时，棱镜承载件81、棱镜延迟齿轮82和扭力弹簧84 —体地转动。另一方面，当在棱镜延迟齿轮82的转动被限制的状态下使棱镜承载件81转动时，仅棱镜承载件81转动，同时扭力弹簧84被过度加载。图11是示出棱镜驱动单元80的一部分和被构造成保持棱镜6的保持构件60的平面图。参考图11，接合部60a和60b形成于保持构件60。接合部60a和60b相应地与两个引导轴86和87可动地接合，该两个引导轴86和87是被设置成彼此平行且在光轴B的方向上延伸的引导构件。齿条60c形成于接合部60a。齿条60c与棱镜驱动齿轮85啮合。 因此，当棱镜驱动齿轮85转动时，保持构件60与棱镜6 —体地沿光轴B来回移动。当从光轴A的被摄体侧观察时，与保持构件60接合的引导轴86、87延伸到凸轮筒61和直进引导筒63中。引导轴86和87被如上所述地构造，这是因为，棱镜6需要具有下面的功能在拍摄模式中用于将来自被摄体的光从光轴A弯折成朝向光轴B。返回图10，将详细说明凸轮筒61和棱镜6的操作。当SW马达67被驱动并且TW马达53停止时，驱动力从SW马达67传递到太阳齿轮57。因此，太阳齿轮57在该状态下转动，但是连接到TW马达53的变焦过桥齿轮56停止。因此，变焦行星齿轮58仅自转而不公转。例如，如果齿轮57b具有9个齿，变焦行星齿轮58具有10个齿，并且变焦环形齿轮阳的内齿轮5 具有30个齿，则太阳齿轮57的转动速度下降到原始速度的1/3. 33。该转动力被传递到变焦环形齿轮55。因此，外齿轮5 的转动经由中间齿轮59被传递到驱动齿轮68。另外，驱动齿轮68的转动被传递到凸轮筒61的齿轮61a。以该方式，凸轮筒61 被驱动转动。变焦环形齿轮55在与太阳齿轮57的转动方向相反的方向上转动。另外，太阳齿轮57的转动经由棱镜行星齿轮83被传递到棱镜承载件81。如果保持构件60能够在光轴 B的方向上移动，则扭力弹簧84和棱镜延迟齿轮82与棱镜承载件81 —体地转动，并且保持构件60在光轴B的方向上来回移动。另一方面，如果保持构件60在光轴B的方向上的移动被限制，则棱镜延迟齿轮82不能转动。因此，扭力弹簧84吸收棱镜承载件81的转动同时被过度加载。当SW马达67停止并且TW马达53被驱动时，与SW马达67连接的太阳齿轮57停止。另一方面，与TW马达53连接的变焦过桥齿轮56转动。因此，变焦行星齿轮58在自转的同时公转。例如，如果齿轮57b具有9个齿，变焦行星齿轮58具有10个齿，并且变焦环形齿轮阳的内齿轮5 具有30个齿，则太阳齿轮57的转动速度增加30%。该转动力被传递到变焦环形齿轮阳。以该方式，凸轮筒61被驱动转动。在该情况下，变焦环形齿轮55的转动方向与变焦过桥齿轮56的转动方向相同。另外，由于太阳齿轮57在该情况下停止，所以棱镜承载件81也停止。因此，没有驱动力被传递到保持构件60。当SW马达67和TW马达53被同时驱动时，合成的转数(每分钟转数(rpm))被传递到变焦环形齿轮阳。例如，假设太阳齿轮57沿顺时针(CW)方向以Irpm转动，并且变焦过桥齿轮56沿CW方向以Irpm转动。在该情况下，应从太阳齿轮57传递到变焦环形齿轮 55的转数是沿逆时针(CCW)方向0. 3rpm。此外，在该情况下，应从变焦过桥齿轮56传递到变焦环形齿轮阳的转数是沿CW方向1. 3rpm。因此，作为上述转数的合成结果，变焦环形齿轮55沿CW方向以Irpm转动。假设太阳齿轮57沿CW方向以1. 3rpm转动，并且变焦过桥齿轮56沿CW方向以 0. 3rpm转动。在该情况下，应从太阳齿轮57传递到变焦环形齿轮55的转数是沿CCW方向 0. 39rpm0此外，在该情况下，应从变焦过桥齿轮56传递到变焦环形齿轮55的转数是沿CW 方向0. 39rpm。因此，作为上述转数的合成结果，变焦环形齿轮55停止。如上所述，可以理解，通过适当地选择和设定SW马达67和TW马达53的转数和转动方向，能够在凸轮筒61停止时驱动棱镜6。另外，也可以理解，连接到SW马达67的齿轮系的减速比变高，而连接到TW马达53的齿轮系的减速比变低。稍后将详细说明减速比。
下文将参考图12和图13A至图13C详细说明通过使第一透镜单元10和第二透镜单元20在光轴A的方向上前进移动而将棱镜6移动到拍摄位置的操作。图12是从固定筒62的内周观察的固定筒62的展开图。参考图12，在固定筒62 的内周部，在周向上以基本上均等的间隔在多个位置设置凸轮槽62a(图12)。更具体地， 沿固定筒62的内周设置凸轮槽62a，并且沿凸轮筒61的外周设置的凸轮销(未示出)与凸轮槽62a凸轮接合。另外，缺口 62b形成在固定筒62的后端。当保持棱镜6的保持构件 60在光轴B的方向上来回移动时，保持构件60通过缺口 62b。另外，在凸轮筒61和直进引导筒63的与引导轴86和87相对应的部位形成间隙槽(图19)，所述间隙槽用于防止当凸轮筒61和直进引导筒63沿光轴A退避到sink位置 (缩回位置)时凸轮筒61和直进引导筒63与引导轴86和87之间可能发生的干涉。设置间隙槽的原因是，当从光轴A的被摄体侧观察时，与保持构件60接合的引导轴86和87延伸到直进筒61和直进引导筒63中，以使棱镜6移动到拍摄位置。因此，即使当从光轴A的被摄体侧观察时与保持构件60接合的引导轴86和87延伸到凸轮筒61和直进引导筒63中，由于用作间隙槽的缺口 61a、61b和63a、63b，也可以缩短镜筒在收纳状态(缩回状态)下在光轴A的方向上的长度。凸轮筒61和直进引导筒63对应于本发明的驱动筒。图13A至图13C示出棱镜承载件81和棱镜延迟齿轮82之间的相位关系以及施加到扭力弹簧84的加载量。当镜筒位于sink位置时，凸轮筒61的凸轮销位于固定筒62的凸轮槽62a内的图 12中的位置62c。在该状态下，如图13A所示，棱镜承载件81和棱镜延迟齿轮82处于扭力弹簧84被过度加载的相位关系。在该状态下，保持构件60被来自扭力弹簧84的加载力沿光轴B朝向退避方向(即，朝向图像传感器8)加压。此外，保持构件60在退避方向上的移动被机械端(未示出)限制。为了将镜筒设定到拍摄模式(状态)，首先，SW马达67沿使凸轮筒61前进的方向转动。在该状态下，凸轮筒61的凸轮销在固定筒62的凸轮槽62a中沿着固定筒62的凸轮槽62a向图12中的右方移动。另外，在提供升程的部分中，第一透镜单元10和第二透镜单元20在前进方向上沿着光轴A移动。在前进操作期间，棱镜承载件81还沿使保持构件60 向拍摄位置前进的方向转动。在该状态下，由于扭力弹簧84被过度加载，棱镜延迟齿轮82 保持停止。因此，保持构件60不从退避位置移动。当凸轮筒61已经在光轴A的方向上前进并且形成可以供保持构件60移向拍摄位置的空间时，如图13B所示，棱镜承载件81的闩锁件81b的相位与棱镜延迟齿轮82的闩锁件82b的相位彼此一致。当SW马达67在使凸轮筒61前进的方向上转动时，凸轮筒61的凸轮销在固定筒 62的凸轮槽62a中沿着固定筒62的凸轮槽62a向图12中的右方移动。同时，保持构件60 移向拍摄位置。当凸轮筒61到达广角端时，在沿使凸轮筒61前进的方向驱动SW马达67的状态下，沿使凸轮筒61缩回的方向驱动TW马达53。因此，当凸轮筒61停在广角端时，仅保持构件60在光轴B的方向上继续移向拍摄位置。当保持构件60到达拍摄位置时，保持构件60接触拍摄侧止动件(未示出)并且停在那里。棱镜延迟齿轮82在保持构件60停止的同时停止。在该情况下，通过在使凸轮筒61前进的方向上进一步继续驱动SW马达67，棱镜承载件81沿使保持构件60移向拍摄位置的方向继续转动并且扭力弹簧84被过度加载。通过以适当的力过度加载扭力弹簧84，在扭力弹簧84的作用下，保持构件60压靠拍摄侧止动件(未示出)。因此，在拍摄期间能够稳定保持构件60的位置和姿势。当扭力弹簧84被过度加载到预定的过度加载状态时，Sff马达67和TW马达53停止。通过执行上述操作，第一透镜单元10、第二透镜单元20和棱镜6被移动至广角端。 在该状态下，镜筒的操作状态变成拍摄状态。当凸轮筒61到达广角端时，凸轮销移动到固定筒62的凸轮槽62a中的位置62d。此后，第三透镜单元30和第四透镜单元40沿光轴B 移动到预定位置。通过以相反的顺序执行上述操作，镜筒能够从广角端移动到sink位置。更具体地，首先，第三透镜单元30和第四透镜单元40沿光轴B朝向图像传感器8退避。然后，在沿使凸轮筒61前进的方向驱动TW马达53的情况下，Sff马达67被同时沿使凸轮筒61缩回的方向驱动。在该状态下，凸轮筒61不转动而仅棱镜承载件81在使保持构件60向退避位置退避的方向上转动。另外，棱镜承载件81转动与扭力弹簧84的过度加载等同的量。因此，棱镜承载件 81的闩锁件81b的相位与棱镜延迟齿轮82的闩锁件82b的相位彼此一致。在该状态下，棱镜延迟齿轮82与棱镜承载件81和扭力弹簧84 —体地在使保持构件60向退避位置退避的方向上转动。因此，保持构件60在退避方向上移动。在保持构件60已经移动到退避位置并且在凸轮筒61的后方部位形成收纳空间之后，TW马达53停止，并且仅SW马达67继续沿使凸轮筒61缩回的方向驱动。因此，凸轮筒 61开始缩回。当保持构件60到达退避位置时，保持构件60接触退避侧机械端(未示出) 并且停在那里。同时，棱镜延迟齿轮82停止。Sff马达67继续驱动直到凸轮筒61缩回到收纳位置。因此，在过度加载扭力弹簧 84的情况下，棱镜承载件81继续沿使保持构件60退避的方向转动。在凸轮筒61到达并且被收纳在sink位置并且第一透镜单元10和第二透镜单元20被收纳之后，SW马达67停止。在通过使镜筒在广角端和远摄端之间移动来执行可变倍率操作时，通过仅驱动TW 马达53，第一透镜单元10和第二透镜单元20能够在光轴A的方向上移动而不使保持构件 60在光轴B的方向上移动。当镜筒位于远摄端时，凸轮筒61的凸轮销位于固定筒62的凸轮槽62a中的位置62e(参见图12)。现在，在下文中将详细说明上述构造的效果，在上述构造中，连接到SW马达67的齿轮系的减速比高，而连接到TW马达53的齿轮系的减速比低。通常，凸轮筒61的驱动负荷在固定筒62的凸轮槽62a的从sink位置到广角端的上升角大的区域中比在从广角端到远摄端的拍摄区域中高。在从sink位置到广角端的区域中，可能经常进一步地施加镜头防护器的操作负荷。因此，需要通过使用减速比高的齿轮系来增大马达的扭矩。另一方面，对于从广角端到远摄端的拍摄范围，需要保持马达的转数低，以防止不期望地记录在运动图像的拍摄期间通过驱动透镜而产生的噪音。在该情况下，如果使用具有高的减速比的齿轮系，则凸轮筒的转速会变得非常低。在本示例性实施方式中，在凸轮筒61的负荷大的从sink位置到广角端的区域中， 通过将来自SW马达67的驱动力经由具有高的减速比的齿轮系传递到凸轮筒61而驱动凸轮筒61。另一方面，在从广角端到远摄端的拍摄区域中，通过将来自TW马达53的驱动力经由具有低的减速比的齿轮系传递至凸轮筒61而驱动凸轮筒61。因此，即使TW马达53低速转动以在运动图像的拍摄期间维持马达的驱动噪音低的状态，也能够以适当的操作速度执行可变倍率操作。在本示例性实施方式中，不同类型的马达可用于SW马达67和TW马达53。例如， 直流(DC)马达可以用作SW马达67，步进马达可以用作TW马达53。通常，与DC马达相比， 步进马达能够以低速稳定地控制。因此，在运动图像拍摄操作期间以低速驱动马达时可以使用步进马达。另外，关于用于驱动步进马达的方法，可以选择使用微步驱动法或者两相励磁驱动法。如果使用微步驱动法，则能以更高的静音操作状态驱动马达。另一方面，如果使用两相励磁驱动法，则能以更高的扭矩驱动马达。因此，可以有选择地使用这些方法。更具体地，微步驱动法可以用于改变拍摄运动图像时的倍率，在拍摄运动图像时，需要维持足够的静音水平。另一方面，两相励磁驱动法可以用于改变在拍摄静止图像时的倍率。在根据本示例性实施方式的驱动机构的齿轮系的构造的情况下，在从sink位置到远摄端的所有区域，不管驱动的是SW马达67还是TW马达53，都能够驱动凸轮筒61。因此，可以以如下方式有选择地使用驱动方法。也就是，如果需要以高速改变倍率，则使用SW 马达67。另一方面，如果需要以低速实现可变倍率，则使用TW马达53。返回图10，下面将详细说明脉冲齿轮系70，该脉冲齿轮系70被构造成检测第一透镜单元10和第二透镜单元20在光轴A的方向上的位置。参考图10，脉冲齿轮系70被连接到作为行星齿轮系的输出齿轮的变焦环形齿轮阳和中间齿轮59。在脉冲齿轮系70的末级的脉冲板71设置多个叶片。光遮断器72计数多个叶片的通过次数。以该方式，检测凸轮筒61的转动量。以能够实现根据光学设计所设
定的必要的高分辨率的比率和数目来确定脉冲齿轮系70的增速比和脉冲板71的叶片的数目。基本上，如果使用齿轮系来传递来自马达的驱动力，则因为由于滑动而产生的转动量的损失可能不会发生，因此，根据减速比来线性确定与马达的转动量相关的凸轮筒的转动量。然而，在实际操作中，由于齿轮的齿隙(backlash)或啮合误差，与马达的转动量相关的凸轮筒的转动量可能变化而变得不均勻。然而，在一个马达驱动一个凸轮筒的传统的镜筒中，一旦组装好齿轮系，当马达被驱动时，齿轮之间的啮合关系不会变化。更具体地，由于在每次转动中均为同对齿轮啮合， 所以与马达转动量有关的凸轮筒的转动量的变化(variation)状态对于每次转动是相同的。因此，如果根据马达转动量计算凸轮筒的转动量，则所计算出的凸轮筒转动量与实际的凸轮筒转动量仅有少量误差。另一方面，如果利用通过合成与两个马达的转动量等同的转动力而产生的转动力来驱动一个凸轮筒，该合成通过使用行星齿轮系来实现，则如在本示例性实施方式中那样，当一个马达转动时，另一个马达的齿与变焦环形齿轮55的齿之间的关系会发生变化。换句话说，由于每次照相机的电源被打开时齿轮与不同的齿轮啮合，所以，每次照相机的电源被打开时，与马达转动量有关的凸轮筒转动量的变化状态可能不同。因此，即使根据马达转动量计算出凸轮筒转动量，所算出的凸轮筒转动量与实际的凸轮筒转动量的误差也可能变大。然而，在本示例性实施方式中，脉冲齿轮系70从中间齿轮59分支，该中间齿轮59 被设置在凸轮筒61和作为行星齿轮系的输出齿轮的变焦环形齿轮55之间。因此，脉冲齿轮系70的齿轮的齿与凸轮筒61的齿轮的齿之间的啮合关系不变。因此，本示例性实施方式能够以与传统镜筒的误差水平一样低的误差来检测凸轮筒的转动量。如上所述，在本示例性实施方式中，贯通孔6 被形成在变焦体64的背面壁。因此，与贯通孔64a的尺寸Y对应的空间(至少比与尺寸X对应的空间大的空间)被包括在形成于第一透镜单元10和第二透镜单元20的后方部位的退避空间中。另外，在本示例性实施方式中，作为间隙槽的缺口(图19)设置于第二单元透镜筒 21、凸轮筒61和直进引导筒63，所述间隙槽用于防止当第一透镜单元10和第二透镜单元 20沿光轴A退避时可能会发生的第二单元透镜筒21、凸轮筒61和直进引导筒63与引导轴 86和87的干涉。缺口( S卩，缺口 21a、21b、61a、61b、63a和63b)被设置在第二单元透镜筒 21、凸轮筒61和直进引导筒63的在收纳状态(缩回状态)与引导轴86和87对应的部位。因此，可以增大沿光轴(光入射光轴)A设置的第一透镜单元10和第二透镜单元 20将要退入的空间。结果，数字式照相机在镜筒缩回状态下的厚度能进一步减小。现在，下面将详细说明驱动单元相对于麦克风的位置，该驱动单元被构造成驱动第一透镜单元10、第二透镜单元20、第三透镜单元30、第四透镜单元40和第五透镜单元 50。图17是当从光轴方向观察时从包括在照相机主体100中的第一透镜单元的被摄体侧观察到的镜筒位于sink位置(收纳位置)的摄像设备的立体图。图20是在镜筒位于 sink位置(收纳位置)的状态中沿与第一透镜单元的光轴垂直的方向截取的照相机主体 100的截面图。参考图17，数字式照相机包括镜筒101、释放开关102、闪光单元103和立体声麦克风104。立体声麦克风由左声道麦克风104L和右声道麦克风104R构成。图20是在镜筒位于sink位置(收纳位置)的状态中沿与第一透镜单元的光轴垂直的方向截取的摄像设备的截面图。参考图20，摄像设备包括电池105、三脚架安装螺纹部106、主电容器107、用于将主电容器107连接到照相机外部设备的连接端子108和与释放开关102电连接的操作基板 109。另外，摄像设备包括变焦驱动单元110，该变焦驱动单元110被构造成在改变倍率和聚焦过程中驱动TW马达53、从蜗轮52和M到驱动齿轮68的齿轮系、步进马达32、齿轮33、 齿轮；34以及步进马达42，以沿着光轴方向驱动第一透镜单元10、第二透镜单元20、第三透镜单元30、第四透镜单元40和第五透镜单元50。变焦驱动单元110可能会变成噪音源，当在运动图像的拍摄过程中移动各透镜单元时，噪音可能会被无意地记录。在图20所示的示例中，左声道麦克风104L和变焦驱动单元110彼此间隔开距离 L0另外，右声道麦克风104R和变焦驱动单元110彼此间隔距离R。如图20所示，麦克风104的左声道麦克风104L和右声道麦克风104R以与光轴B基本上平行的方式被设置成与变焦驱动单元110夹着光轴B。因此，数字式照相机的上述部件被配置成保持作为噪音源的变焦驱动单元110与左声道麦克风104L之间的距离L以及变焦驱动单元110与右声道麦克风104R之间的距离R大，并且被配置成防止距离L和R彼此极大地不同。因此，可以减小来自变焦驱动单元110的噪音水平，在拍摄运动图像时，在倍率改变操作和聚焦操作过程中可能会无意地记录所述噪音。另外，左声道中的噪音水平和右声道中的噪音水平不会彼此极大地不同。结果，不必对左声道和右声道不均勻地进行电噪音减少处理。因此，照相机的使用者在复制所记录的数据的过程中不会对来自左右声道的声音之间的差异感到不适。另外，如图20所示，变焦驱动单元110被设置在光轴B与照相机主体100的底面之间，在该状态中，马达沿着光轴B配置。主电容器107沿着光轴B被配置在隔着光轴B与变焦驱动单元110相对的位置。通过隔着光轴B配置例如变焦驱动单元110和主电容器107 等纵长部件(构件)，可以有效地利用空间。结果，可以有效地减小照相机主体100的尺寸。下面将参考图18和图20至图M详细说明用于安装图像传感器8的方法。图18 是从第一透镜单元的光轴方向观察到的照相机主体100的立体图。图21是当镜筒位于sink 位置(收纳位置)时照相机主体100的截面图。图22是沿着光轴B从被摄体的相反侧观察到的包括在照相机主体100中的图像传感器8的立体图。图23是沿着光轴B从被摄体侧观察到的图像传感器的立体图。图M是将要安装到镜筒的图像传感器8、传感器板200 和摄像基板201的分解立体图。参考图18，使用者可以通过对操作单元204进行操作来选择照相机的功能。使用者可以在液晶显示(IXD)面板205上观察被拍摄的图像。参考图20至图M，传感器板200 是被构造成保持图像传感器8的图像传感器保持构件。摄像基板201包括安装在其上的图像处理电路201a和201b。摄像基板201利用图像处理电路201a和201b来处理从图像传感器8输出的图像信号。粘合剂202用于粘接图像传感器8。另外，设置多个固定螺钉203 以将传感器板200固定到变焦体64。参考图21至图M，传感器板200由保持部200a和连接部200b构成。保持部200a 的表面与图像传感器8的在光轴B的后方的表面基本上处于同一水平。连接部200b从保持部200a延伸。更具体地，连接部200b从成像面侧沿光轴B在远离被摄体侧的方向上延伸。粘合剂202被涂布到图像传感器8的与光轴B垂直的面的三个侧面与保持部200a 之间的间隙，从而将图像传感器8固定到传感器板200。连接部200b沿光轴B的方向连接摄像基板201周围的U形保持部200a。通过利用连接部200b连接保持部200a，可以提高传感器板200的部件的精度。另外，可以防止传感器板200和操作单元204之间的干涉。结果，可以有效地减小照相机主体100在光轴A 的方向上的厚度。如上所述，在本示例性实施方式中，缺口 61b、61c和63a、6;3b被相应地设置到凸轮筒61和直进引导筒63。在上述构造的情况下，凸轮筒61和直进引导筒63可以沿着光轴A 退避。本发明的构造不限于上述示例性实施方式。更具体地，在本发明的范围内，各部件的材料、各部件的形状、尺寸、类型、数目以及安装位置可以适当地改变或变型。另外，在上述示例性实施方式中，作为反射光学元件的示例，说明了棱镜6。然而， 本发明不限于此。更具体地，可以用例如镜等不同的光学构件来作为反射光学元件。虽然已经参考示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。所附权利要求的范围将被给予最宽的解释，以包含所有的变型、等同结构和功能。
权利要求
1.一种光学设备，其包括凸轮筒，该凸轮筒被构造成在所述凸轮筒的内周保持光学构件，所述光学构件能沿第一光轴来回移动；弯折构件，该弯折构件被构造成将来自被摄体的光束从所述第一光轴弯折成朝向第二光轴；和引导构件，该引导构件在与所述第二光轴平行的方向上延伸，所述引导构件被构造成以所述弯折构件能在与所述第二光轴平行的方向上来回移动地方式支撑和保持所述弯折构件，其中，所述引导构件被构造成当所述光学构件沿所述第一光轴被收纳到所述弯折构件已经退避出的空间中时，所述引导构件进入设置于所述凸轮筒的缺口。
2.根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于，所述缺口被设置于所述凸轮筒的在所述第一光轴上的与所述被摄体所在侧相反的一侧的端部。
3.一种光学设备，其包括第一光学构件，该第一光学构件被构造成能沿第一光轴来回移动；直进引导构件，该直进引导构件被构造成限制所述第一光学构件围绕所述第一光学构件的所述第一光轴的转动；弯折构件，该弯折构件被构造成将来自被摄体的光束从所述第一光轴弯折成朝向第二光轴；和引导构件，该引导构件在与所述第二光轴平行的方向上延伸，所述引导构件被构造成以所述弯折构件能在与所述第二光轴平行的方向上来回移动地方式支撑和保持所述弯折构件，其中，所述引导构件构造成当所述第一光学构件沿所述第一光轴被收纳到所述弯折构件已经退避出的空间中时，所述引导构件进入设置于所述直进引导构件的缺口。
4.根据权利要求3所述的光学设备，其特征在于，所述缺口被设置于所述直进引导构件的在所述第一光轴上的与所述被摄体所在侧相反的一侧的端部。
全文摘要
一种光学设备，包括凸轮筒，其被构造成在其内周保持光学构件，该光学构件可沿第一光轴来回移动；弯折构件，其被构造成将来自被摄体的光束从第一光轴弯折成朝向第二光轴；和引导构件，其在与第二光轴平行的方向上延伸，并且被构造成以弯折构件能在与第二光轴平行的方向上来回移动地方式支撑和保持弯折构件，其中，引导构件被构造成当光学构件沿第一光轴被收纳到弯折构件已经退避出的空间中时，引导构件进入设置于凸轮筒的缺口。
文档编号G02B7/04GK102375207SQ201110238158
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月18日 优先权日2010年8月18日
发明者寺田修一 申请人:佳能株式会社