专利名称：可伸缩透镜筒的凸轮机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有凸轮环且用于可伸缩透镜筒(例如变焦透镜)的凸轮机构，用于通过转动该凸轮环使可线性移动环前伸或回缩。
背景技术：
在诸如相机的光学装置中已经逐渐增加了对采用透镜筒的最小化的需求。在通过凸轮环的转动而前伸和回缩的诸如变焦透镜筒(变焦透镜)的可回缩透镜筒中，期望减小凸轮环的长度同时确保每个可移动透镜组在光轴方向上的移动量有足够的范围(例如，参考日本未决专利公开(Kokai)No.2004-085932)。
发明内容
本发明已经基于下列观点进行设计，即在具有至少一个底凸轮槽的凸轮环中，其宽度在深度方向上减小，并且包括两个倾斜(有斜面的)侧面和将两个倾斜侧面彼此连接的底面，与凸轮环的底凸轮槽啮合的从动凸轮，即使两个倾斜侧面之一不存在(缺少)，也能够由此沿着凸轮槽被充分导向。
根据本发明的一方面，提供一种透镜筒的凸轮机构，其包括凸轮环；以及可移动框，当凸轮环通过设置在凸轮环上的至少一个凸轮槽与设置在可移动框上的相应的至少一个从动凸轮啮合而转动时，该可移动框沿着光学系统的光轴移动，该可移动框支承光学系统的至少一个光学元件。凸轮槽形成为底凸轮槽，其包括两个倾斜侧面和将两个倾斜侧面相互连接的底面，该凸轮槽的宽度在正交于凸轮槽的参考凸轮曲线的方向的横截面内的深度方向上减小。凸轮环包括在凸轮环的相对的端面至少之一上的至少一个单面凸轮部分，其中沿着单面凸轮部分，保持参考凸轮曲线的连续性，并且在光轴方向上靠近凸轮环的附近端安置的两个倾斜侧面之一的至少一部分在单面凸轮部分缺少，而保留两个倾斜侧面的另一个。
在光轴方向上位于靠近凸轮环的附近端的两个倾斜侧面之一能够在单面凸轮部分上完全缺少。
也能够缺少底面的一部分，而保留两个倾斜侧面的另一个。
期望该凸轮机构包括由凸轮环支承的线性导板，从而在光轴方向上与凸轮环整体移动，同时允许相对于凸轮环自由转动。在光轴方向上靠近凸轮环的附近端安置的两个倾斜侧面之一在凸轮槽的单面凸轮部分上完全缺少。线性导板包括倾斜止动面，该倾斜止动面匹配两个倾斜侧面之一的缺少部分。
期望凸轮环的每一个相对的端面均位于正交于光轴的平面内。
期望透镜筒构造为变焦透镜，并且希望单面凸轮部分包括在用于改变变焦透镜的焦距的凸轮槽的变焦部分中。
期望凸轮环和可移动框在使从动凸轮与两个倾斜侧面中保留的另一个相接触的方向上彼此相对偏压。
期望凸轮环包括至少两个凸轮槽，所述凸轮槽位于至少在光轴方向上的不同位置处，并且基本上具有相同的参考凸轮曲线。可移动框包括至少两个从动凸轮，所述从动凸轮位于至少在光轴方向上的不同位置处，并且分别与两个凸轮槽啮合。当可移动框沿光轴方向向相对的移动边界的至少之一移动时，两个从动凸轮之一与相应的凸轮槽之一保持啮合，同时两个从动凸轮的另一个从相应的另一个凸轮槽的端开口脱出，并且在此脱离。
期望底凸轮槽在横截面内具有截断的梯形形状。
期望凸轮环围绕可移动框设置，并且底凸轮槽形成在凸轮环的内周表面上。从动凸轮从可移动框的外周表面径向向外凸出，并与底凸轮槽啮合。
期望光学系统的光学元件包括透镜组。
期望至少一个凸轮槽包括形成在不同圆周位置处的多个前凸轮槽，以及形成在多个前凸轮槽的后面的不同圆周位置处的多个后凸轮槽，并且至少一个从动凸轮包括分别与多个前凸轮槽和多个后凸轮槽啮合的多个前从动凸轮和多个后从动凸轮。
期望单面凸轮部分形成为多个前凸轮槽中的一部分，所述凸轮槽在凸轮环的后端表面上是敞开的期望每个前凸轮槽和每个后凸轮槽分别形成为连续槽和不连续凸轮槽。
根据本发明应用的凸轮机构，在保持了透镜组和其它线性可移动元件的必要移动范围的同时，减小了凸轮环的轴向长度。
下面将参考附图详细讨论本发明，其中图1是根据本发明的可回缩变焦透镜的第一实施例的纵向剖面图，示出了完全回缩状态下的变焦透镜；图2是图1中所示的变焦透镜的纵向剖面图，示出了在广角端处变焦透镜的准备摄影状态；图3是图1中所示的变焦透镜的纵向剖面图，示出了在望远端处变焦透镜的准备摄影状态；图4是图1至3中所示的凸轮环的展开视图，用虚线示出了凸轮环的内凸轮槽(用于移动变焦透镜的第二透镜组)；图5是沿着图4中所示的V-V线的横截面图；图6是沿着图4中所示的VI-VI线的横截面图；图7是图1至3中所示的第二透镜组移动框的展开视图；图8是凸轮环和第二透镜组移动框的展开视图，示出了可回缩变焦透镜在回缩状态时其中的位置关系；图9是凸轮环和第二透镜组移动框的展开视图，示出了在广角端处变焦透镜的准备摄影状态下其中的位置关系；图10是凸轮环和第二透镜组移动框的展开视图，示出了在望远端处变焦透镜的准备摄影状态下其中的位置关系；图11是根据本发明的可回缩变焦透镜的第二实施例的纵向剖面图，示出了回缩状态下的变焦透镜；图12是图11中所示的变焦透镜的纵向剖面图，示出了在广角端处变焦透镜的准备摄影状态；图13是图11中所示的变焦透镜的纵向剖面图，示出了在望远端处变焦透镜的准备摄影状态；图14是图11至13中所示的凸轮环的展开视图，用虚线示出了凸轮环的内凸轮槽(用于移动变焦透镜的第二透镜组和第三透镜组)以及从动凸轮(用于移动图11至13中所示的第三透镜组移动框)；图15是沿着图14中所示的XV-XV线的横截面图；图16是沿着图14中所示的XVI-XVI线的横截面图；图17是相应于图4和14中所示的各凸轮环的凸轮环的另一个实施例的展开视图，该凸轮环的前端和后端缺少；图18是沿着图17中所示的XVIII-XVIII线的横截面图；图19是沿着图17中所示的XIX-XIX线的横截面图；图20是沿着图17中所示的XX-XX线的横截面图；图21是沿着图17中所示的XXI-XXI线的横截面图；以及图22是图1至3中所示的一部分变焦透镜的纵向剖面图，示出了当从动凸轮在形成在凸轮环上的相关内凸轮槽的变焦部分的单面凸轮部分中时，如图1至3中所示的用于移动第二透镜组的第二透镜组移动框的从动凸轮与形成在第二线性导环上的倾斜止动面之间的位置关系。
具体实施例方式
图1至10示出了根据本发明的变焦透镜(变焦透镜筒)的凸轮机构的第一实施例。本发明涉及一种变焦透镜的转动驱动凸轮环11以及第二透镜组移动框12(线性可移动环/可移动框)，该第二透镜组移动框12通过凸轮环11的转动来线性移动而不转动；不涉及发明并的变焦透镜的剩余结构将在下文中仅进行简要描述。
数字照相机中包括变焦透镜100。图1示出了在相机体(未示出)内容纳有变焦透镜100的状态(完全回缩)。图2示出了在广角端处变焦透镜的准备摄影状态。图3示出了在望远端处变焦透镜的准备摄影状态。
变焦透镜100具有摄影光学系统，该摄影光学系统具有第一透镜组L1、快门S、可调光圈A、第二透镜组L2、第三透镜组L3、低通滤波器(光学滤光器)18和CCD图像传感器20。在变焦透镜100的准备摄影状态下，这些光学元件位于摄影光轴Z上。第一透镜组L1和第二透镜组L2被沿着摄影光轴Z以预定的移动方式驱动以实现变焦操作，同时第三透镜组L3被沿着摄影光轴Z驱动以实现聚焦操作。
在下面的描述中，除非在表达上具有不同的解释，术语“光轴方向”指平行于摄影光轴Z的方向。另外，在下面的描述中，术语“向前/向后方向”指沿着摄影光轴Z的方向；物侧(从图1至3中看为左侧)和像侧(从图1至3中看为右侧)分别被定义为前和后。
变焦透镜100具有位于相机体内并固定到其上的固定筒16。变焦透镜100在该固定筒16的后端设有CCD支承板17。CCD支承板17保持CCD图像传感器20。低通滤波器18由CCD支承板17保持，以通过环形防尘密封件19定位在CCD图像传感器20的前面。
变焦透镜100在固定筒16之上直接设有变焦齿轮(未示出)，该变焦齿轮由固定筒16支承。固定筒16在其内周表面设有内螺纹16a。内螺纹16a的螺纹沿着相对于光轴方向和固定筒16的圆周方向倾斜的方向延伸。
变焦透镜100在固定筒16的内部设有螺旋环15。该螺旋环15在其外围表面上设有与固定筒16的内螺纹16a啮合的外螺纹15a。因此，当从前述的变焦齿轮向螺旋环15传递转动运动时，螺旋环15在转动的同时沿着光轴方向向前或向后移动。在向关于固定筒16的预定点那一边移动时，螺旋环15转动而不相对于固定筒16沿着光轴方向移动。如将从图1至3理解的，变焦透镜100是具有三个外伸缩筒的望远型透镜，它们是同心排列的第一外筒41、第二外筒42和第三外筒43。第一外筒41位于螺旋环15的前面并且与螺旋环15整体地转动。
第一外筒41在其内周表面上设有平行于摄影光轴Z的三个转动传递槽41a(参见图1)。变焦透镜100在第一外筒41内和整体转动的螺旋环15内部设有线性导环13。线性导环13沿着光轴方向被线性引导而不相对于固定筒16转动。第一外筒41和螺旋环15与线性导环13连结，以使之能够相对于线性导环13转动。
线性导环13具有三个滚柱导向通槽13a，它们在其内周和外周表面之间通过该线性导环13径向延伸。每个滚柱导向通槽13a在其光轴方向上的前端和后端分别具有前圆周槽部分和后圆周槽部分，并且还具有连接前圆周槽部分和后圆周槽部分的倾斜引槽部分。每个滚柱导向通槽13a的前圆周槽部分和后圆周槽部分沿着线性导环13的圆周方向相互平行延伸。
变焦透镜100在线性导环13内部设有凸轮环11。凸轮环11的前端面和后端面正交于摄影光轴Z。固定在凸轮环11的外周表面上的三个从动滚柱26分别与三个通槽13a啮合。三个从动滚柱26还在其径向外端处通过三个滚柱导向通槽13a分别与第一外筒41的三个转动传递槽41a啮合。
从变焦透镜100的上述结构来理解凸轮环11、线性导环13、第一外筒41和螺旋环15相对于固定筒16的操作。即，图1中所示的变焦透镜100的回缩状态下，沿其透镜筒前伸方向转动前述的变焦齿轮向前移动，且同时由于内螺纹16a与外螺纹15a的啮合使螺旋环15转动。螺旋环15的这个转动使得第一外筒41与螺旋环15一起向前移动同时与螺旋环15一起转动，并且进一步使得线性导环13与螺旋环15和第一外筒41一起向前移动。
第一外筒41的转动经由三个转动传递槽41a和三个从动滚柱26传递给凸轮环11。由于三个从动滚柱26同样分别与三个滚柱导向通槽13a啮合，因而凸轮环11向前移动同时按照三个滚柱导向通槽13a的前述倾斜引槽部分的轮廓相对于线性导环13转动。由于线性导环13自身同样如上所述与第一外筒41和螺旋环15一起向前移动，从而凸轮环11沿着光轴方向向前移动一移动量，该移动量对应于由于三个从动滚柱26与三个通槽13a的倾斜引槽部分分别啮合而使凸轮环11相对于线性导环13向前移动的量和线性导环13相对于固定筒16向前移动的量之和。
沿其透镜筒回缩方向转动前述的变焦齿轮使得凸轮环11、线性导环13、第一外筒41和螺旋环15以与上述的前伸操作相反的方式操作。在这个相反操作中，通过转动螺旋环15，直到三个从动滚柱26分别进入前述的三个滚柱导向通槽13a的后圆周槽部分，凸轮环11、线性导环13、第一外筒41和螺旋环15回缩至图1中所示的各自的回缩位置。
通过凸轮环11被驱动的变焦透镜100的元件结构将在下文中讨论。
线性导环13在其内周表面上设有第一线性导槽13b(参见图2)和第二线性导槽13c(参见图1)，二者形成在不同的圆周位置并且沿平行于摄影光轴Z延伸。变焦透镜100在线性导环13的内部设有第二透镜组线性导板(线性导板)10。第二透镜组线性导板10在其外缘上设有线性导向凸起10a，它们径向向外凸出，以分别与线性导环13的第一线性导槽13b滑动啮合(参见图2)。位于线性导环13内部的第二外筒42在第二外筒42的外周表面的后端处，设有线性导向凸起42a，它们径向向外凸出以分别与线性导环13的第二线性导槽13c滑动啮合。因此，第二外筒42和第二透镜组线性导板10均通过线性导环13沿着光轴方向被线性导向而不转动。
第二透镜组线性导板10与凸轮环11连结，以能够相对于凸轮环11转动且与凸轮环11一起沿着光轴方向移动，并且沿着光轴方向线性导向第二透镜组移动框(线性可移动框)12而不转动。第二透镜组移动框12在其外周表面上设有多个从动凸轮12a，该多个从动凸轮12a分别与形成在凸轮环11的内周表面上用于移动第二透镜组L2的相应的多个内凸轮槽11a啮合。由于第二透镜组移动框12通过第二透镜组线性导板10沿着光轴方向线性引导而不转动，从而第二透镜组移动框12按照凸轮环11的内凸轮槽11a的轮廓以预定移动方式沿着光轴方向移动。
变焦透镜100在第二透镜组移动框12的内部设有支承和保持第二透镜组L2的第二透镜框(可径向回缩透镜框)45。使第二透镜框45枢轴安装于第二透镜组移动框12上以在摄影位置(图2和3)和图1中所示的径向回缩位置(远离光轴回缩)之间转动，在摄影位置处，第二透镜组L2的光轴与摄影光轴Z重合，在径向回缩位置处，第二透镜组L2的光轴位于摄影光轴Z之上。第二透镜框45与第二透镜组移动框12沿着光轴方向整体地移动。
第三外筒43位于第二外筒42和凸轮环11之间。第三外筒43根据凸轮环11的转动以预定的移动方式沿着光轴方向向前和向后移动。变焦透镜100在第三外筒43内部设有第一透镜框44，第一透镜框44由第三外筒43支承。第一透镜组L1由第一透镜框44支承。
具有上述结构的变焦透镜100的操作将在下文中讨论。
在变焦透镜100的回缩状态下(如图1中所示)，变焦透镜100完全容纳在相机体内。一旦采用了变焦透镜100的数字相机的主开关被开启时，变焦齿轮被诸如变焦电机(未示出)的驱动装置沿着透镜筒前伸方向驱动。变焦齿轮的这个转动使得螺旋环15和第一外筒41的组合向前移动，同时由于内螺纹16a与外螺纹15a的啮合而转动，并且进一步使得线性导环13向前线性移动而不与螺旋环15和第一外筒41一起转动。这时，通过第一外筒41的转动而转动的凸轮环11沿着光轴方向向前移动。
凸轮环11的转动使得位于凸轮环11内部的第二透镜组移动框12相对于凸轮环11以预定移动的方式沿着光轴方向移动，该移动是由于一组三个前从动凸轮12a1分别与一组三个前内凸轮槽11a1的啮合和一组三个后从动凸轮12a2分别与一组三个后内凸轮槽11a2的啮合而产生的。这时，位于第二透镜组移动框12内部的第二透镜框45转动到插入位置(摄影位置)，在该位置处，第二透镜组L2的光轴与摄影光轴Z重合。之后，第二透镜框45保持在插入位置处直到变焦透镜100再次回缩到相机体内(参见图2和3)。另外，凸轮环11的转动使得围绕凸轮环11放置并且沿着光轴方向线性被导向而不转动的第三外筒43相对于凸轮环11以预定移动的方式沿着光轴方向移动，该移动是由于一组三个外凸轮槽11b(形成在凸轮环11的外周表面上)分别与多个从动凸轮25(从第三外筒43径向向内凸出)的啮合而产生的。
一旦数字相机的主开关被关闭，变焦齿轮被驱动装置沿着透镜筒回缩方向驱动。变焦齿轮的这个转动使得变焦透镜100以与上述的前伸操作相反的方式操作，以将变焦透镜100完全回缩到相机体内，如图1中所示。
本发明变焦透镜100特有的方面将在下文中讨论。凸轮环11的内凸轮槽11a是底凸轮槽，该底凸轮槽在正交于凸轮槽的纵向的横截面内具有截断的梯形形状，其宽度沿着深度方向减小。即，每个内凸轮槽11a包括两个倾斜侧面22a和22b以及将两个倾斜侧面22a和22b相互连接的底面22c，如图5中所示。
内凸轮槽11a基于形状和尺寸相同的参考凸轮曲线“α”(参见图4)形成，用于向第二透镜组移动框12传递所需的移动。多个内凸轮槽11a由两组内凸轮槽组成在不同圆周位置处形成的一组三个前内凸轮槽11a1，以及在不同圆周位置处形成的沿着光轴方向在该组三个前内凸轮槽11a1的后面的一组三个后内凸轮槽11a2。每个后内凸轮槽11a2均在凸轮环11上形成为间断凸轮槽(参见图4)。每个参考凸轮曲线α均表示该组三个前内凸轮槽11a1和该组三个后内凸轮槽11a2的每个凸轮槽的形状(凸轮曲线)，并且均包括变焦部分和透镜筒安装/拆卸部分。每个参考凸轮曲线α是沿着每个凸轮槽11a(11a1和11a2)的底面的横向中心的曲线。变焦部分作为透镜筒操作部分(可摄影部分)用于改变变焦透镜100的焦距。
该组三个前内凸轮槽11a1和该组三个后内凸轮槽11a2用于驱动在变焦透镜100的变焦操作期间整体移动的透镜组之一(所示的实施例中的第二透镜组L2)。该组三个前内凸轮槽11a1的每一个均是通过跟随具有相同形状和尺寸的相同参考曲线α而形成的凸轮槽，并且该组三个后内凸轮槽11a2的每一个均是通过跟随具有相同形状和尺寸的相同参考曲线α而形成的凸轮槽。每个参考凸轮曲线α能够概略地分成四部分第一至第四部分α1至α4。第一部分α1沿着光轴方向延伸并且在光轴方向上位于参考凸轮曲线α的前端。第二部分α2在光轴方向上从位于第一部分α1的后端的第一拐点αh向位于第一拐点αh之后的第二拐点αm延伸。第三部分α3在光轴方向上从第二拐点αm向位于第二拐点αm前面的第三拐点αn延伸。第四部分α4从第三拐点αn延伸。
每个前内凸轮槽11a1并不覆盖相关的参考凸轮曲线α的整个范围，并且每个后内凸轮槽11a2并未覆盖相关参考凸轮曲线α的整个范围。包括在相关参考凸轮曲线α中的每个前内凸轮槽11a1的范围与包括在相关参考凸轮曲线α中的每个后内凸轮槽11a2的范围不同。
即，如同4中所示，每个前内凸轮槽11a1形成在凸轮环11的前端附近，而不包括整个第一部分α1和一部分第二部分α2，并且形成该每个前内凸轮槽11a1以使在第二部分α2的中间点处包括前端开口R1，以便使该前端开口R1在凸轮环11的前端表面上敞开。另一方面，每个后内凸轮槽11a2形成在凸轮环11的后端附近，而不包括在第二拐点αm的相对侧上的第二部分α2和第三部分α3的毗邻部分。另外，每个后内凸轮槽11a2形成得在第一部分α1的前端处包括前端开口R4，以便使该前端开口R4在凸轮环11的前端表面上敞开。
如同7中所示，第二透镜组移动框12的多个从动凸轮12a由沿光轴方向在不同圆周位置处形成的一组三个前从动凸轮12a1和一组三个后从动凸轮12a2组成，该后从动凸轮形成在三个前从动凸轮12a1后面的不同的圆周位置处。该组三个前从动凸轮12a1和该组三个后从动凸轮12a2具有分别相应于该组三个前内凸轮槽11a1和该组三个后内凸轮槽11a2的横截面形状的横截面形状。该组三个前从动凸轮12a1和该组三个后从动凸轮12a2之间沿光轴方向的距离被确定，以便该组三个前从动凸轮12a1分别与该组三个前内凸轮槽11a1啮合，并且该组三个后从动凸轮12a2分别与该组三个后内凸轮槽11a2啮合。
每个前内凸轮槽11a1均具有单面凸轮部分(参见图4、8和10)X1作为一部分变焦部分(第二部分α2和第三部分α3)。凸轮环11的后端部分在某种意义上在每个前内凸轮槽11a1的单面凸轮部分X1上缺少，以便使得参考凸轮曲线α保持连续，并且使得倾斜侧面22a和底面22c保留在单面凸轮部分X1中(参见图6)。在单面凸轮部分X1中，由于每个前内凸轮槽11a1的参考凸轮曲线α达到第二拐点αm，倾斜侧面22b更大量地缺少，并且在第二拐点αm附近完全缺少。
即使当位于单面凸轮部分X1中时，每个前从动凸轮12a1的头部(径向外端部)也都由相关前内凸轮槽11a1的底面22c支承(以防止沿径向出来)，并且因此，第二透镜组移动框12的径向位置并未变得不固定，从而使第二透镜组移动框12操作的可靠性不被损害。
变焦透镜100在第一透镜框44和第二透镜组移动框12之间设有拉簧14，将该拉簧14拉伸从而使其安装在二者之间(参见图2和3)。通过拉簧14将第一透镜框44和第二透镜组移动框12向着彼此牵引，使得凸轮环11和第二透镜组移动框12沿着使每个从动凸轮12a接触相关内凸轮槽11a的倾斜侧面22a的方向相对移动。因此，即使当位于单面凸轮部分X1中时，都能够可靠地使得每个前从动凸轮12a1与相关前内凸轮槽11a1的倾斜侧面22a保持接触。
第二透镜组线性导板10还具有三个倾斜止动面10b(参见图1、3和22)。当三个前从动凸轮12a1分别通过三个前内凸轮槽11a1的单面凸轮部分X1时，该三个倾斜止动面10b相应于三个前内凸轮槽11a1的倾斜侧面22b的缺乏部分设置。即使对变焦透镜100施加震动或碰撞，三个倾斜止动面10b的设置防止各从动凸轮12a偏离相应的参考凸轮曲线α。
图8示出了如图1中所示变焦透镜在完全回缩状态时多个内凸轮槽11a和多个从动凸轮12a之间的位置关系。当变焦透镜100在完全回缩状态时，每个前从动凸轮12a1位于其第三拐点αn附近的相关前内凸轮槽11a1中，同时每个后从动凸轮12a2均位于其第三拐点αn附近的相关后内凸轮槽11a2中。每个前从动凸轮12a1和每个后从动凸轮12a2分别与相关前内凸轮槽11a1和相关后内凸轮槽11a2啮合。
从图1中所示的变焦透镜100的完全回缩状态沿着透镜筒前伸方向(图8中看为向上)转动凸轮环11，使得每个前从动凸轮12a1和每个后从动凸轮12a2被沿着光轴方向向后导向，以分别通过相关前内凸轮槽11a1和相关后内凸轮槽11a2在第三部分α3上向第二拐点αm移动。在每个从动凸轮12a的移动中间，由于每个后内凸轮槽11a2并不包括在第二拐点αm的相对侧上的第二部分α2和第三部分α3的毗邻部分，每个后从动凸轮12a2通过在凸轮环11的后端表面处的第一后端开口R3从相关后内凸轮槽11a2脱离。这时，由于每个前内凸轮槽11a1均包括其光轴方向上的后部分，该后部分对应于光轴方向上的每个后内凸轮槽11a2缺乏的后部分，使每个前从动凸轮12a1与相关前内凸轮槽11a1保持啮合，因此，每个前从动凸轮12a1和每个后从动凸轮12a2移动而不偏离相关参考凸轮曲线α。
沿着透镜筒前伸方向进一步转动凸轮环11，使得每个前从动凸轮12a1移动到广角端位置(图9中所示的位置)，同时通过相关前内凸轮槽11a1的单面凸轮部分X1被导向。尽管当该组三个前从动凸轮12a1各自与该组三个前凸轮槽11a1的单面凸轮部分X1啮合时，凸轮环11和第二透镜组移动框12仅通过每个前从动凸轮12a1与相关前内凸轮槽11a1的倾斜侧面22a和底面22c的啮合而被导向，每个凸轮环11和第二透镜组移动框12被导向而不偏离参考凸轮曲线α。
图9示出了当变焦透镜100位于如图2中所示的广角端处时，多个内凸轮槽11a和多个从动凸轮12a之间的位置关系。在这个状态下，每个后从动凸轮12a2从相关后内凸轮槽11a2脱离，同时每个前从动凸轮12a1与相关前内凸轮槽11a1保持啮合。
凸轮环11的转动角度控制通常用分成有限数阶段的变焦部分来进行。在这种控制中，希望每个前从动凸轮12a1在相关前内凸轮槽11a1的单面凸轮部分X1内的任何位置处都不停止，以防止凸轮环11从第二透镜组移动框12脱出。因此，当每个前从动凸轮12a1位于相关前内凸轮槽11a1的单面凸轮部分X1内时，希望提前设定能禁止凸轮环11停止相对于第二透镜组移动框12转动的控制程序。
在变焦透镜100在广角端的状态下沿透镜筒前伸方向(从图9中看为向上)转动凸轮环11，使得每个前从动凸轮12a1被沿着光轴方向向前导向，以沿着相关前内凸轮槽11a1的第二部分α2向着第一部分α1移动。由于每个前从动凸轮12a1的这个向前移动，目前正从相关后内凸轮槽11a2脱离的每个后从动凸轮12a2沿着第二部分α2向第一部分α1移动，并且进入形成在凸轮环11的后端表面上的第二后端开口R2，以重新与相关后内凸轮槽11a2啮合。一旦每个后从动凸轮12a2与相关后内凸轮槽11a2重新啮合，每个前从动凸轮12a1和每个后从动凸轮12a2就分别通过相关前内凸轮槽11a1和相关后内凸轮槽11a2被导向。沿着透镜筒前伸方向进一步转动凸轮环11，使得每个前从动凸轮12a1通过前端开口R1从相关前内凸轮槽11a1脱离。这时，每个后从动凸轮12a2与相关后内凸轮槽11a2保持啮合。由于每个从动凸轮12a和相关内凸轮槽11a的这种啮合，第二透镜组移动框12通过该凸轮环11的转动而沿着光轴方向移动。
图10示出了当变焦透镜100在如图3中所示的望远端时，多个内凸轮槽11a和多个从动凸轮12a之间的位置关系。在这个状态下，尽管每个前从动凸轮12a1通过其前端开口R1从相关前内凸轮槽11a1脱离，但是每个前从动凸轮12a1并不偏离相关参考凸轮曲线α，因为每个后从动凸轮12a2与相关后内凸轮槽11a2保持啮合。
在变焦透镜100设置在望远端的状态下沿着透镜筒前伸方向(从图10中看为向上)进一步转动凸轮环11，使得每个后从动凸轮12a2经由第一拐点αh进入第一部分α1。这时，每个前从动凸轮12a1已经从相关前内凸轮槽11a1脱离，并且每个后从动凸轮12a2仅与沿着光轴方向延伸的相关后内凸轮槽11a2的前端部分(第一部分α1)啮合，从而使第二透镜组移动框12能够通过沿着光轴方向从凸轮环11向前拉动第二透镜组移动框12而沿着光轴方向从凸轮环11的前面从凸轮环11移出。
如上所述，三个前内凸轮槽11a1分别包括三个单面凸轮部分X1。尽管前内凸轮槽11a在其延伸方向上的倾斜侧面22b在每个前内凸轮槽11a的单面凸轮部分X1中从底端至径向向上端完全缺少，但是与相关前内凸轮槽11a1啮合的每个前从动凸轮12a1在相关参考凸轮曲线α上移动，同时沿着相关前内凸轮槽11a1的倾斜侧面22a和底面22c滑动，并且与相关后内凸轮槽11a2啮合的每个后从动凸轮12a2在相关参考凸轮曲线α上移动，同时沿着相关后内凸轮槽11a2的倾斜侧面22a和底面22c滑动。这个结构使得第二透镜组移动框12沿着光轴方向移动预定的移动量成为可能。因此，实现了光轴方向上凸轮环11长度的减小，而不牺牲第二透镜组移动框12(第二透镜组L2)在光轴方向上的移动量。
图11至16示出了根据本发明的变焦透镜的凸轮机构的第二实施例。变焦透镜100A具有摄影光学系统，该摄影光学系统包括四个透镜组，其具有第一透镜组L1、第二透镜组L2、快门S、可调光圈A、第三透镜组L3、第四透镜组L4、低通滤波器(光学滤光器)18和CCD图像传感器20。同样前伸和回缩变焦透镜100A的基本结构与第一实施例中的变焦透镜100的结构相同。
如图14中所示，变焦透镜100A的凸轮环111具有形成在不同圆周位置处，用于沿着光轴方向移动第二透镜组L2的一组三个内凸轮槽111a1，以及形成在光轴方向上该组三个前内凸轮槽111a1后面的不同圆周位置处，用于沿着光轴方向移动第三透镜组L3的一组三个后内凸轮槽111a2。该组三个后内凸轮槽111a2基于参考凸轮曲线“β”形成。如图15中所示，每个后内凸轮槽111a2包括两个倾斜侧面122a和122b以及将两个倾斜侧面122a和122b相互连接的底面122c。从变焦透镜100A的第三透镜组移动框112的外围表面径向向外凸出的一组三个从动凸轮112a分别与一组三个后内凸轮槽111a2啮合。
每个后内凸轮槽111a2具有作为一部分变焦部分的单面凸轮部分X2。整个倾斜侧面122b和一部分底面122c从每个后内凸轮槽111a2的单面凸轮部分X2缺少，从而在单面凸轮部分X2中仅保留倾斜侧面122a(参见图16)。由于参考凸轮曲线β在凸轮环111的圆周方向上(图14中看为垂直方向)从其相对的端部接近单面凸轮部分X2的中心，在单面凸轮部分X2中，倾斜侧面122b大量地缺少。另外，在单面凸轮部分X2中，底面122c随着倾斜侧面122b逐渐减小，并且在凸轮环111的圆周方向上沿着单面凸轮部分X2中心附近的参考凸轮曲线β缺少。
即使当位于单面凸轮部分X2中时，每个从动凸轮112a的头部(径向外端部)也都由相关后内凸轮槽111a2的底面122c支承(以防止沿径向脱出)。因此，即使当每个从动凸轮112a在单面凸轮部分X2中移动时，也不偏离相关后内凸轮槽111a2的参考凸轮曲线β。
而且，每个从动凸轮112a的头部通过拉簧14来偏压相关后内凸轮槽111a2保留的倾斜侧面122a，拉簧14在第一透镜框44和第三透镜组移动框112之间拉伸和安装，因此，每个从动凸轮112a能够可靠地在相关后内凸轮槽111a2的参考凸轮曲线β上移动。另外，当三个从动凸轮112a通过三个后内凸轮槽111a2的单面凸轮部分X2时，第二透镜组线性导板10的三个倾斜止动面10b分别相应于三个后内凸轮槽111a2的倾斜侧面122b的缺少部分设置(参见图12和13)。即对变焦透镜100A施加震动或碰撞，第二透镜组线性导板10的三个倾斜止动面10b的这种设置也防止每个从动凸轮112a偏离相关参考凸轮曲线β。
尽管在上述第一和第二实施例中凸轮环(11或111)的后端部分缺少，但是凸轮环的前端部分和后端部分都能够缺少。具体来说，如图17中所示，一组三个前内凸轮槽211a1和一组三个后内凸轮槽211a2形成在凸轮环211的内周表面上。每个前内凸轮槽211a1在凸轮环211的前端处具有广角端位置，并且每个后内凸轮槽211a2在凸轮环211的后端处具有广角端位置。如图18中所示，每个前内凸轮槽211a1包括两个倾斜侧面222a1和222b1以及将两个倾斜侧面222a1和222b1相互连接的底面222c1，并且如图19中所示，每个后内凸轮槽211a2包括两个倾斜侧面222a2和222b2以及将两个倾斜侧面222a2和222b2相互连接的底面222c2。每个前内凸轮槽211a1在其广角端位置的附近设有单面凸轮部分X3，并且每个后内凸轮槽211a2在其广角端位置的附近设有单面凸轮部分X4。在延伸方向上的前内凸轮槽211a1的倾斜侧面222a1在每个前内凸轮槽211a1的单面凸轮部分X3部分中缺少一部分，而保留两个倾斜侧面222b1和222c1(参见图20)。在延伸方向上的后内凸轮槽211a2的倾斜侧面222a2在每个后内凸轮槽211a2的单面凸轮部分X4中从底端至径向向外端完全缺少，而保留两个倾斜侧面222b2和222c2(参见图21)。
一组三个前从动凸轮212a1分别与一组三个前内凸轮槽211a1啮合。即使当每个前从动凸轮212a1通过相关前内凸轮槽211a1的单面凸轮部分X3时，由于每个前从动凸轮212a1的头部(径向向外端部)由相关前内凸轮槽211a1的底面222c1支承(以防止沿径向脱出)，并且由于前内凸轮槽211a1的倾斜侧面222a1的一部分保留在单面凸轮部分X3中，每个前从动凸轮212a1也不从相关前内凸轮槽211a1的参考凸轮曲线γ脱离。另一方面，一组三个后从动凸轮212a2分别与一组三个后内凸轮槽211a2啮合。即使当每个后从动凸轮212a2通过相关后内凸轮槽211a2的单面凸轮部分X4时，由于每个后从动凸轮212a2的头部(径向向外端部)由相关后内凸轮槽211a2的底面222c2支承(以防止沿径向脱出)，每个后从动凸轮212a2也不从相关后内凸轮槽211a2的参考凸轮曲线δ脱离。而且，如果拉簧被安装成使每个前从动凸轮212a1偏压相关前内凸轮槽211a1的倾斜侧面222b1(并且使每个后从动凸轮212a2偏压相关后内凸轮槽211a2的倾斜侧面222b2)，每个前从动凸轮212a1能够可靠地在相关前内凸轮槽211a1的参考凸轮曲线γ上移动(并且每个后从动凸轮212a2能够可靠地在相关后内凸轮槽211a2的参考凸轮曲线δ上移动)。
因此，由于以这样的方式缺少凸轮环的前端部分和后端部分使得凸轮环在光轴方向上的长度减小而不牺牲相关透镜组在光轴方向上的移动量。
本发明并不仅仅局限于上述的特定实施例。例如，尽管该组三个前内凸轮槽11a1和该组三个后内凸轮槽11a2的每一个都形成在凸轮环11的圆周方向上的不同圆周位置处，该组三个后内凸轮槽111a2形成在凸轮环111的圆周方向上的不同圆周位置处，该组三个前从动凸轮12a1和该组三个后从动凸轮12a2的每一个都形成在第二透镜组移动框12的圆周方向上的不同圆周位置处，并且该组三个后从动凸轮112a形成在第二透镜组移动框112的圆周方向上的不同圆周位置处，但是形成在凸轮环上的凸轮槽的数目和形成在第二透镜组移动框上的从动凸轮的相应数目是可选择的。
尽管凸轮环的前端和后端表面的每一个均位于正交于变焦透镜的上述每个实施例的摄影光轴Z的平面内，但是凸轮环的每个前端和后端表面均可以包括位于不与摄影光轴Z正交的平面内的表面。例如，如果倾斜侧面22b在每个前内凸轮槽11a1的单面凸轮部分X1完全缺少，而保留倾斜侧面22a和底面22c，凸轮环11因此具有缺少凸轮环11的后端的一部分的形状。然而，即使凸轮环11以这样的方式部分地缺少，多个从动凸轮12a(12a1和12a2)的操作的可靠性也并不恶化。
尽管在所示的实施例中，变焦透镜的第二透镜组移动框(线性可移动框)12通过凸轮环11的转动线性移动而不相对其转动，但是可以将本发明应用于这样的透镜组移动框(可移动框)，即其中包括有在透镜组移动框沿着光轴方向移动期间的转动元件。
凸轮环(11，111或211)的单面凸轮部分(X1、X2、X3或X4)的上述结构并不仅仅局限于上述的特定实施例。例如，也可以使倾斜侧面22b和邻近缺少的倾斜侧面22b的一部分底面22c缺少，其中缺少的倾斜侧面22b延伸到相关参考凸轮曲线α以在每个后内凸轮槽11a2的单面部分X1中缺少。即，自由度存在于每个单面部分的形成中，其中在光轴方向上位于接近凸轮环的附近端的两个倾斜侧面之一以及邻近该倾斜侧面的一部分底面能够在保持参考凸轮曲线连续性的状态下缺少。
尽管上述每个实施例均涉及变焦透镜，但是本发明同样能够应用于任何其它光学仪器的类似凸轮机构。
可以对在此描述的本发明的特定实施例作出明显的改变，这种变型包含在本发明要求的实质和范围内。需要指出，在此包含的所有要素都是示例性的，并不限制本发明的范围。
权利要求
1.一种透镜筒的凸轮机构，包括凸轮环；以及可移动框，当所述凸轮环通过设置在所述凸轮环上的至少一个凸轮槽与设置在所述可移动框上的相应的至少一个从动凸轮啮合而转动时，该可移动框沿着光学系统的光轴移动，所述可移动框支承所述光学系统的至少一个光学元件，其中所述凸轮槽形成为底凸轮槽，该底凸轮槽包括两个倾斜侧面和将所述两个倾斜侧面相互连接的底面，所述凸轮槽的宽度在与所述凸轮槽的参考凸轮曲线方向正交的横截面内的深度方向上减小，并且其中所述凸轮环包括在所述凸轮环相对的端面至少之一上的至少一个单面凸轮部分，其中所述参考凸轮曲线的连续性沿着所述单面凸轮部分被保持，并且在所述光轴方向上位于靠近所述凸轮环的附近端的所述两个倾斜侧面之一的至少一部分在所述单面凸轮部分上缺少，同时保留所述两个倾斜侧面的另一个。
2.根据权利要求1的凸轮机构，其中在所述光轴方向上位于靠近所述凸轮环的附近端的所述两个倾斜侧面之一在所述单面凸轮部分上完全缺少。
3.根据权利要求2的凸轮机构，其中所述底面的一部分缺少，同时所述两个倾斜侧面的另一个保留。
4.根据权利要求1的凸轮机构，还包括由所述凸轮环支承的线性导板，从而在所述光轴方向上与所述凸轮环整体移动，同时允许相对于所述凸轮环自由转动，其中在所述光轴方向上位于靠近所述凸轮环的所述附近端的所述两个倾斜侧面之一在所述凸轮槽的所述单面凸轮部分上完全缺少，并且其中所述线性导板包括倾斜止动面，该倾斜止动面匹配所述两个倾斜侧面的所述缺少部分之一。
5.根据权利要求1的凸轮机构，其中所述凸轮环的所述相对的端面的每一个均位于正交于所述光轴的平面内。
6.根据权利要求1的凸轮机构，其中所述透镜筒构造为变焦透镜，并且其中所述单面凸轮部分包括在用于改变所述变焦透镜的焦距的所述凸轮槽的变焦部分中。
7.根据权利要求1的凸轮机构，其中所述凸轮环和所述可移动框在使所述从动凸轮与所述两个倾斜侧面保留的一个相接触的方向上彼此相对偏压。
8.根据权利要求1的凸轮机构，其中所述凸轮环包括至少两个所述凸轮槽，该凸轮槽位于至少在所述光轴方向上的不同位置处，并且基本上跟随相同的参考凸轮曲线；其中所述可移动框包括至少两个所述从动凸轮，该从动凸轮位于至少在所述光轴方向上的不同位置处，并且分别与所述两个凸轮槽啮合；以及其中，当所述可移动框沿所述光轴方向向至少一个相对的移动边界移动时，所述两个从动凸轮之一与所述凸轮槽的相应之一保持啮合，同时所述两个从动凸轮的另一个从所述凸轮槽的相应另一个的端开口脱出，并且在此脱离。
9.根据权利要求1的凸轮机构，其中所述底凸轮槽在横截面内具有截断的梯形形状。
10.根据权利要求1的凸轮机构，其中所述凸轮环围绕所述可移动框设置，并且其中所述底凸轮槽形成在所述凸轮环的内周表面上，并且其中所述从动凸轮从所述可移动框的外周表面上径向向外凸出，并与所述底凸轮槽啮合。
11.根据权利要求1的凸轮机构，其中所述光学系统的所述光学元件包括透镜组。
12.根据权利要求1的凸轮机构，其中所述至少一个凸轮槽包括形成在不同圆周位置处的多个前凸轮槽，以及形成在所述多个前凸轮槽的后面的不同圆周位置处的多个后凸轮槽，其中所述至少一个从动凸轮包括分别与所述多个前凸轮槽和所述多个后凸轮槽啮合的多个前从动凸轮和多个后从动凸轮。
13.根据权利要求12的凸轮机构，其中所述单面凸轮部分形成为所述多个前凸轮槽的每一个的一部分，该多个前凸轮槽在所述凸轮环的后端表面上是敞开。
14.根据权利要求12的凸轮机构，其中每个所述前凸轮槽和每个所述后凸轮槽分别形成为连续槽和不连续凸轮槽。
全文摘要
一种透镜筒的凸轮机构，包括凸轮环；以及可移动框，当凸轮环转动时，该可移动框通过设置在凸轮环上的凸轮槽与设置在可移动框上的相应从动凸轮的啮合沿着光轴移动，而不相对于凸轮环转动。凸轮槽形成为包括两个倾斜侧面和连接两个倾斜侧面的底面的底凸轮槽。凸轮环包括在凸轮环的端面上的单面凸轮部分，其中参考凸轮曲线的连续性沿着单面凸轮部分被保持，并且位于靠近凸轮环的附近端的两个倾斜侧面之一的至少一部分在单面凸轮部分缺少。
文档编号G02B7/10GK1967306SQ200610146529
公开日2007年5月23日 申请日期2006年11月15日 优先权日2005年11月16日
发明者石塚和宜 申请人:宾得株式会社