用于光学元件的切换机构、透镜筒和成像设备的制作方法

专利名称：用于光学元件的切换机构、透镜筒和成像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于摄像机等中所采用的光学元件的切换机构、采用该切换机构
的透镜筒、以及设置有该透镜筒的成像设备，所述切换机构使得屏蔽红外光的光学元件能 够在光轴上的状态和该光学元件离开光轴的状态之间进行切换。
背景技术：
在构造拍摄动态和静态图像的视频摄像机和数字静态摄像机中，透镜筒作为集成 的部分或作为独立的元件被设置到摄像机主体。该透镜筒包括例如组装在柱形筒主体中的 具有可变放大率功能的透镜组，具有校正与放大率改变或目标距离改变有关的场波动的透 镜组。 在该透镜筒中，在光路上设置调整入射光量的各种滤光器，例如屏蔽红外光的红 外光去除滤光器。 附带地，近年来视频摄像机中可见到各种成像模式。除了正常成像外，在某些类型 的视频摄像机中具有能够夜间成像的所谓夜间拍摄成像模式。在夜间拍摄成像模式中，必 须主动让红外光进入。因此必须从光路中移除上述红外光去除滤光器。 为此，已提出设置有光学元件切换机构的透镜筒，这是一种能将红外光去除滤光 器移动到光路外部的机构。这种透镜筒的一个例子在JP-A-11-194417中说明。
该光学元件的切换机构包括以手动做出切换的方式构造的类型，以及以用电机作 为驱动源的电切换方式构造的类型。在手动切换的情况下，因为根据用户的操作方式可能 在力学机构上施加额外负载，因此有失败的风险。 同时，在电切换的情况下，用于传递来自电机的驱动动力的连接机构变得复杂，并 且根据连接机构的装配精度可能发生震动。此外，由于在电切换的情况下由于考虑到震动 需要使用过大尺寸的光学元件，所以透镜筒本身变得不希望的更大且更贵。

发明内容
需要提供一种光学元件的切换机构以及具有这种切换机构的透镜筒和成像装置，
所述切换机构构造成前后移动光学元件以开关光路，同时避免震动导致的不准确定位。
根据本发明实施例，提供一种用于光学元件的切换机构，其包括光学元件；保持
所述光学元件的保持器部件；具有驱动电机的驱动机构，驱动由所述保持器部件保持的光
学元件在与光轴垂直的平面上从光轴位置旋转到避让位置，所述光轴位置是所述光学元件
位于所述光轴上的位置，所述避让位置是所述光学元件离开所述光轴的位置；以及限制所
述保持器部件旋转的限制部件，通过所述限制部件，至少由所述保持器部件保持的光学元
件的旋转被限制在光轴位置。所述驱动机构包括所述驱动电机，联接到所述驱动电机的旋
转轴的蜗杆，以及与所述蜗杆啮合并设置到所述保持器部件的蜗轮。随着所述蜗杆的旋转
所述光学元件朝向位于所述光轴位置的限制部件被驱动的旋转进给方向，是所述光学元件
接近所述驱动电机的方向。
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根据本发明的另一实施例，提供一种透镜筒和一种成像设备，每个都包括上述用 于光学元件的切换机构。 根据本发明的实施例，随着设置到所述驱动电机的所述蜗杆的旋转，所述光学元 件被朝在所述光轴位置的限制部件驱动的旋转进给方向与所述光学元件接近所述驱动电 机的方向对齐。因此，通过在光学元件被所述限制部件限制的状态下进一步驱动所述驱动 电机，在联接有蜗轮的旋转轴被从所述驱动电机拉出的方向上施力。但是，将所述旋转轴拉 回所述驱动电机的力作用在旋转轴上，并因该拉回力在所述驱动电机停止后在蜗杆接近所 述驱动电机的方向上作用一力。由于力作用在蜗杆接近所述驱动电机的方向上，在光学元 件经与蜗杆啮合的蜗轮朝限制部件前进的方向上作用一力。由此可将保持部件持续保持在 光轴位置。因此，在光轴位置上精确进行由保持部件保持的光学元件的定位。因而不再需 要考虑震动等而使光学元件略微偏大。


图1是示出设置有本发明的实施例所应用的透镜筒的成像设备的外观的透视图； 图2是示出本发明的实施例所应用的透镜筒的外观的透视图； 图3是本发明实施例所应用的透镜筒的剖视图； 图4是本发明实施例所应用的红外光去除玻璃切换部分的组件的透视图； 图5A是红外光去除玻璃切换部分的平面图； 图5B是图5A的线I-I上所取的剖视图； 图5C是图5A的线II-II上所取的剖视图； 图6是主要部分的透视图，用于说明驱动电机的联接部分； 图7是驱动机构的主要部分的透视图，其中盖部件联接到底架； 图8是联接到该底架的驱动电机的剖视图； 图9A是用于说明当红外光去除玻璃在避让位置时，由红外光去除玻璃切换部分 进行切换操作的透视图。 图9B是用于说明当红外光去除玻璃在光轴位置时，由红外光去除玻璃切换部分 进行切换操作的透视图。 图IOA是示出作为本发明另一实施例的红外光去除玻璃切换部分的驱动机构的 透视图； 图10B是从后表面观察时图10A的驱动机构的透视图； 图11A是示出蜗杆的抵靠部通过抵靠在蜗轮的限制部上而被限制的状态的透视 图； 图11B是示出蜗杆和蜗轮在与旋转轴垂直的方向上的平面图； 图11C是蜗杆和蜗轮的主要部分的剖视图； 图12A是用于说明作为本发明另一实施例的红外光去除玻璃切换部分的推压机 构的透视图； 图12B是弹簧部件的平面图；以及 图13是具有该推压机构的红外光去除玻璃切换部分的平面图。
具体实施例方式
以下将以第一实施例、第二实施例和变型的顺序参照附图详细说明根据本发明实
施例的具有用于光学元件的切换机构的透镜筒。 第一实施例 根据作为第一实施例的本发明的以下实施例的透镜筒5用在数字视频摄像机1 中，如图l所示，它装备有使焦点可变的所谓变焦功能。但应理解，透镜筒5不是必须用在 数字视频摄像机1中，它可集成地联接到主要拍摄静态图像的电子静态摄像机或用作单镜 头反光摄像机的可互换镜头。
成像设备 这里所述作为成像设备的数字视频摄像机1包括例如主体部分2，在一个侧表面 上以可开可关的方式联接到主体部分2的面板部分3，以及在与面板部分3相对的另一侧表 面上以可旋转方式联接到主体部分2的握持部分4。 主体部分2具有拍摄目标图像的成像单元。透镜筒5设置到主体部分2的前表面 以向外突出，使得第一透镜组11面向外部。另外，立体声话筒6，例如麦克风设置到主体部 分2的顶表面2a作为拾取声音的声音拾取单元。
透镜筒 如图2所示，透镜筒5设置有整体上大致柱形的筒主体IO，形成在筒主体10内部 的多个透镜组11到15，以及红外光去除玻璃切换部分16。应注意除了第一透镜组11的一 部分外，图2所示透镜筒5位于数字视频摄像机1的主体部分2内部。为此，图2示出去除 装饰性面板的状态。但是，握持部分和装饰性面板等也设置在透镜筒5用作可更换透镜的 情况下。 如图3所示，在透镜筒5中保持多个透镜单元。保持在透镜筒5中的透镜系统是 由位于同一光轴7上的5个透镜组11到15(即，5组透镜单元)形成的透镜系统。这五个 透镜组11到15联接到大致圆柱形的筒主体10。另外，透镜筒5具有从一个壁表面到相对 壁表面安装在筒主体10内部的多个引导轴20。第二透镜组12和第四透镜组14都和引导 轴20通过可滑动方式插入配合到一起。 图3示出形成两个引导轴20的情况。但应理解，引导轴20的数量不局限于两个，
可形成所需数量的引导轴20。另外，说明是针对第二透镜组12和第四透镜组14都通过插
入与引导轴20配合在一起的情况。但应理解，本发明不局限于这种结构。可构造成为各自
透镜组设置引导轴，使得一个透镜组与相应的一个引导轴通过插入而配合到一起。 保持五个透镜组11到15和红外光去除玻璃切换部分16的筒主体10形成为大致
柱形，光从一个端部10a射入筒主体10，并且筒主体10由树脂模塑形成。筒主体10在所述
一个端部10a设置有第一透镜组11并在另一端部10b设置有成像元件17。 被筒主体10保持的五个透镜组11到15以光轴7彼此一致的方式从物侧起依次
设置在筒主体10内部。第一透镜组11、第三透镜组13和第五透镜组15固定到筒主体10，
同时第二透镜组12和第四透镜组14在光轴7的方向上被以可移动的方式保持。 在五个透镜组11到15中，位于筒主体10的一个端部10a的第一透镜组11包括
与目标相对放置的三个物镜第一透镜11a、第二透镜lib和第三透镜llc。第一透镜组11
的第一到第三透镜lla到lie被保持透镜外周的第一透镜组保持框架21保持并经第一透镜组保持框架21固定到筒主体10的所述一个端部10a。第一透镜组11的第一透镜11a具 有大到足以获得足够的外部光的有效直径，该直径大致与筒主体10的直径一样大。简而言 之，筒主体10的直径由第一透镜11a的直径决定。入射光以第一透镜11a、第二透镜lib和 第三透镜lie的顺序经过第一透镜组ll，并射出而入射在第二透镜组12上。
第二透镜组12包括具有正折射率的透镜12a和具有负折射率的透镜12b，并具有 所谓可变放大率功能，即通过在望远和广角方向上在光轴7上移动而改变视角的功能。第 二透镜组12的透镜12a和12b由保持透镜外周的第二透镜组保持框架22保持。第二透镜 组保持框架22具有在厚度方向上(即光轴方向上)穿透中心部分的通孔22a，透镜12a和 12b联接到该通孔22a。第二透镜组保持框架22在光路外侧还具有未示出的通孔。引导轴 20插入通过这些通孔，使得第二透镜组保持框架22能够在引导轴20的轴向上(即光轴方 向上)滑动。驱动电机连接到第二透镜组保持框架22，第二透镜组保持框架22被来自驱动 电机的驱动力在光轴方向上驱动。已通过第二透镜组12的透镜12a和12b的光射入到第 三透镜组13中。 第三透镜组13包括各自具有正折射率的两个透镜13a和13b和具有负折射率的 透镜13c，所有透镜经过第三透镜组保持框架23固定到筒主体10。包括透镜14a的第四透 镜组14位于第三透镜组13的下游。 第四透镜组14具有所谓聚焦功能，该功能为以下功能不仅在第三透镜组13的下 游通过在筒主体10内在摄远和广角方向上在光轴7上移动而改变放大率，还校正与目标距 离有关的场波动。第四透镜组14的透镜14a被保持透镜外周的第四透镜组保持框架24保 持。 与第二透镜组保持框架22 —样，第四透镜组保持框架24具有在厚度方向上(即 在光轴方向上)穿透中心部的通孔24a，透镜14a联接到该通孔24a。第四透镜组保持框架 24在光路外侧还具有未示出的通孔，引导轴20插入通过这些通孔。如此第四透镜组保持框 架24能够在引导轴20的轴向上(即光轴方向上)滑动。驱动电机连接到第四透镜组保持 框架24，第四透镜组保持框架24被来自驱动电机的驱动力在光轴方向上驱动。包括透镜 15a和15b的第五透镜组15位于第四透镜组14的下游。 第五透镜组15包括具有负折射率的一个透镜15a和具有正折射率的透镜15b，两 者都经过第五透镜组保持框架25固定到筒主体10。使红外光去除玻璃31在光轴7上或离 开光轴7的红外光去除玻璃切换部分16位于第五透镜组15的下游。 红外光去除玻璃切换部分16经过底架26固定到筒主体10，并通过在底架26上旋 转红外光去除玻璃31使红外光去除玻璃31位于光轴7上和离开光轴7。红外光去除玻璃 切换部分16将在以下详细说明。 成像元件17(CCD(电荷耦合器件)，或CM0S(互补金属氧化物半导体)等)位于红 外光去除玻璃切换部分16的下游。成像元件17设置成位于光轴7上并处在透镜筒5的筒 主体10的另一端10b。成像元件17被保持成像元件17外周的保持框架27保持，并经保 持框架27在另一端部10b固定到筒主体10。但应理解，成像元件17不是必须联接于透镜 筒5，它也可以这种方式构造成像元件17固定到数字视频摄像机1的主体部分2，与透镜 筒5分离。 第二透镜组12和第四透镜组14沿光轴7在摄远方向上和在广角方向上独立地移动。第二透镜组12和第四透镜组14通过在摄远方向上或在广角方向上移动而调整变焦 (可变放大率)和聚焦。更具体地，在变焦时，通过从广角到摄远(望远)移动第二透镜组 12和第四透镜组14而调整变焦。另外，在聚焦时，通过从广角到摄远(望远)移动第四透 镜组14而调整聚焦。 应理解透镜筒5不局限于如上所述五透镜组结构，可用具有筒主体和设置到筒主 体的至少一个透镜组的任何透镜筒。例如，透镜筒5可进一步包括校正透镜以校正由在第 四透镜组14下游中的变化等引起的图像模糊。或者，透镜筒5可具有位于第三透镜组13 上游或夹在透镜13a和透镜13b之间的具有孔径(aperture)机构的偏振滤光器。
红外光去除玻璃切换部分 将在下面详细说明设置在第五透镜组15下游的红外光去除玻璃切换部分16。
如图4和图5A到5C所示，红外光去除玻璃切换部分16包括底架26，作为光学元 件之一的红外光去除玻璃31 ，保持红外光去除玻璃31的保持器部件32，驱动保持器部件32 旋转的驱动机构40，以及将驱动机构40等固定到底架26的盖部件33。红外光去除玻璃切 换部分16在光轴位置与避让位置之间前后移动去除红外光的红外光去除玻璃31，其中光 轴位置是红外光去除玻璃31在光轴7上的位置，避让位置是红外光去除玻璃31离开光轴 7的位置。 为便于说明，假设光轴方向是z轴方向进行描述，红外光去除玻璃切换部分16位 于筒主体10内且垂直于z轴时的竖直方向是x轴方向，而垂直于z轴和x轴的水平方向是
y轴方向。 红外光去除玻璃切换部分16的底架26具有由树脂模塑形成的主表面，该主表面 与筒主体10的剖面大致相同形状。底架26在主表面的边沿有上升壁部26a，保持器部件 32和驱动机构40被容纳由上升壁部26a围绕的区域中。在其主表面的大致中心，底架26 设置有开口部分34，该开口部分34将用作从第五透镜组15出射光的光路。另外，在开口 部分34周围，底架26设置有在z轴方向上直立从而起到保持器部件32的旋转轴作用的凸 台35。进一步地，底架26设置有限制保持器部件32旋转的两个限制件36a和36b。限制 件36a和36b可以说是限定保持器部件32的机械端的部件。 一个限制件36a限定红外光 去除玻璃31在光轴7上的光轴位置，另一个限制件36b限定红外光去除玻璃31离开光轴 7的避让位置。进一步地，在保持器部件32的旋转区域上，底架26设置有环形滑动件26b， 保持器部件32在环形滑动件26b上滑动。另外，用于定位盖部件33的定位孔26c形成在 底架26的上升壁部26a中。 如图6到图8所示，底架26设置有位于凸台35附近并保持以下所述驱动机构40 的驱动电机41的电机保持部分37。电机保持部分37设置有凹部37a，其中安装有大致圆 柱形的驱动电机41的电机主体42。电机保持部分37的凹部37a形成在驱动电机41的旋 转轴43与x轴方向对齐的位置，并且联接到旋转轴43的蜗杆44和保持器部件32的蜗轮 32c彼此啮合。在电机保持部分37的凹部37a中，上升壁部37b形成在驱动电机41的旋 转轴43的轴向上的端部处。上升壁部37b设置有定位孔37c，电机主体42的xy平面中定 位件42a插入通过定位孔37c。进一步地，在与上升壁部37b隔开的位置上，电机保持部分 37的凹部37a设置有接收电机主体42的外周表面的V形倾斜部37d，所述凹部37a作为进 行电机主体42在轴向上的定位的轴确定部件。随着电机主体42的定位件42a插入通过定
8位孔37c，在xy平面上，即在垂直于光轴7的平面上进行电机保持部分37的定位。然后由 倾斜部37d进行驱动电机41的旋转轴43在轴向上的定位。但应理解，电机保持部分37不 是必须设置有定位孔37c，并且只要能实现电机主体42的xy平面上的定位可为任何结构。 例如，可这样的方式构造定位件设置到凹部37a，与该定位件相应的定位孔设置到电机主 体。 电机保持部分37的凹部37a形成为比联接有蜗杆44的驱动电机41的旋转轴43 在轴向上的全长上略长的尺寸(见图8)。这种构造留了允许驱动电机41和蜗杆44在红外 光去除玻璃切换部分16中在x轴方向上移动的裕量。红外光去除玻璃切换部分16将补偿 由蜗杆44和在驱动电机41侧的蜗轮32c之间的啮合导致的互锁。 由保持器部件32保持的红外光去除玻璃31是只屏蔽从第一透镜组11侧入射到 其上的透射光中的红外光的光学元件。红外光去除玻璃31具有例如与成像元件17大致相 同形状的矩形主表面。这里，将给出采用红外光去除玻璃的情况的说明。但应理解，本发明 不局限于该结构，适于成像条件的光学元件，例如校正光路长度的玻璃，去除可见光的透镜 等也可用。 保持红外光去除玻璃31的保持器部件32作为整体是保持红外光去除玻璃31边 沿的薄板形框体。与红外光去除玻璃31大致相同尺寸的开口部分32a形成在保持器部件 32中心。在其大致矩形的一个角部附近，保持器部件32包括轴承部分32b，凸台35以可 旋转的方式间隙配合(loosely fit)到轴承部分32b中；以及形成在轴承部分32b外周上 的蜗轮32c。当凸台35间隙配合到保持器部件32的轴承部分32b中时，整个保持器部件 32可在垂直于光轴7的平面上，S卩，在xy平面上旋转。保持器部件32的蜗轮32c是沿轴向 (即z轴方向)形成在轴承部分32b的外周上的扇形齿轮。蜗轮32c与驱动机构40的蜗 杆44啮合，使得来自驱动电机41的驱动力被传递从而与蜗杆44的旋转一起旋转保持器部 件32。蜗轮32c的齿轮以这样的方式形成允许红外光去除玻璃31在红外光去除玻璃31 在光轴上的光轴位置和红外光去除玻璃31离开光轴的避让位置之间旋转。保持器部件32 的旋转量由底架26的限制件36a和36b调节。具体地，当保持器部件32已被驱动机构40 旋转直到平行于x轴方向的保持器部件32侧面抵靠在限制件36a上时，保持器部件32设 置在光轴位置。同时，当保持器部件32已被驱动机构40旋转直到平行于y轴方向的保持 器部件32顶面抵靠在限制件36b上时，保持器部件32设置在避让位置。但应理解，调整保 持器部件32旋转量的限制件36a和36b不是必须形成在上述指定位置，而是只要它们能够 在预定位置限制保持器部件32的旋转，就可形成在任意位置。例如，平行于y轴方向的底 架26的上升壁部26a可起到限制件36b的作用。或者，限制件36a可设置在一个位置上， 在该位置上平行于x轴方向的保持器部件32的底面与之抵靠。进一步地，红外光去除玻璃 切换部分16在光轴位置上能准确进行定位就足够了 。对于限制件36b不必关心准确性，而 且可省略限制件36b。 红外光去除玻璃切换部分16的盖部件33覆盖保持器部件32和驱动机构40。在 与光轴7相应的大致中心，盖部件33设置有开口部分33a，来自第五透镜组15的光射入开 口部分33a中。另外，通过在z轴方向上推驱动电机41而对之施压的推压部分38在与驱 动电机41相对的位置设置到盖部件33。盖部件33设置有插孔33b以及相对底架26进行 定位的定位件33c，紧固到底架26的螺钉39插入通过插孔33b。通过将定位件33c插入到底架26的上升壁部26a中的定位孔26c中进行盖部件33的定位，然后盖部件33由螺钉39 固定在底架26上的预定位置。定位件33c设置为直立在盖部件33的外周表面上，与设置 推压部分38的位置隔开。由于这种构造，盖部件33通过螺钉39更可靠地固定到底架26， 而驱动电机41被推压部分38推压并保持。 盖部件33的推压部分38是设置在与驱动电机41相对的位置上的悬臂突出件，当 盖部件33固定到底架26时它在z轴方向上推压驱动电机41的电机主体42的外周表面。 盖部件33不仅防止保持器部件32的轴承部分32b从凸台35脱离，还在z轴方向上推压驱 动电机41。 推压部分38设置有推压力，该推压力小到不足以使驱动电机41本身在正常使用 中移动，但大到当保持器部件32被旋转直到它抵靠在限制件36a上时足以响应驱动电机41 的输出，以防止蜗杆44与蜗轮32c互锁。 驱动保持器部件32旋转的驱动机构40包括驱动电机41 ，固定到旋转轴43的蜗杆 44，以及与保持器部件32集成的蜗轮32c。驱动机构40是将旋转驱动力从驱动电机41经 由蜗杆44和蜗轮32c传递到保持器部件32的机构。换句话说，驱动机构40驱动红外光去 除玻璃31在红外光去除玻璃31在光轴上的光轴位置与红外光去除玻璃31离开光轴的避 让位置之间旋转。驱动机构40的驱动电机41被底架26的电机保持部分37保持。
驱动机构40的驱动电机41包括底部圆柱形的电机主体42和电机主体42内部的 一对定子磁体。驱动电机41包括在中心具有旋转轴43并设置在定子磁体内侧上的转子线 圈。驱动电机41的电机主体42是底部圆柱形。定位件42a形成在一个端面上，旋转轴43 沿轴向从另一端面朝外。驱动电机41的定位件42a插入穿过底架26的电机保持部分37 中的定位孔37c以进行驱动电机41的定位。蜗杆44被轴向支撑在设置于驱动电机41的 转子线圈的旋转轴43上。设置于驱动电机41的蜗杆44具有在从基端部分(电机主体42) 朝末端部分呈顺时针方向螺旋形的齿轮。换句话说，蜗杆44以这样的方式形成随着蜗齿 轮的旋转红外光去除玻璃31朝限制件36a被驱动的旋转进给方向与蜗杆44接近驱动电机 41的方向对准。在红外光去除玻璃切换部分16中，通过即使在保持器部件32抵靠在限制 件36a上之后进一步继续驱动驱动电机41 ，在联接有蜗杆44的旋转轴43被从驱动电机41 拉出的方向上施加力。但是，将旋转轴43拉回到驱动电机41的力被定子磁体施加在旋转轴 43上。该拉回力在驱动电机41停止后持续施加，并且力作用在蜗杆44接近驱动电机41的 方向上。由于力作用在蜗杆44接近驱动电机41方向上，力经过与蜗杆44啮合的蜗轮32c 作用在红外光去除玻璃31朝向限制件36a前进的方向上。因此，红外光去除玻璃切换部分 16持续将保持器部件32保持在光轴位置。蜗杆44与驱动电机41的旋转进给方向的关系 是通过采用上述拉回力将保持器部件32维持在光轴方向上的构造。 应理解驱动机构40的蜗杆44不局限于设置有沿以上指定旋转方向的齿轮的类 型。所述构造可在必要时根据驱动电机41、蜗杆44的齿、蜗轮32c和红外光去除玻璃31的 旋转进给方向改变。换句话说，红外光去除玻璃31随蜗轮的旋转被朝向限制件36a驱动的 旋转进给方向与蜗杆44接近驱动电机41的方向对齐，这对于蜗杆44来说足够了。例如， 在驱动电机41的电机主体42在x轴方向上设置在底架26的凸台35下方的情况下，蜗杆 44的齿轮的旋转进给方向变得与上述方向相反。 在具有上述结构的红外光去除玻璃切换部分16中，电机保持部分37与底架26集
10成(formed integrally)。由于进行驱动电机41定位的所有构造设置到电机保持部分37， 作为电机保持部分37的集成部分，所以可在驱动电机41组件处进行准确定位。
红外光去除玻璃切换部分16以这样的方式构造保持器部件32被驱动电机41的 旋转驱动力从避让位置驱动到光轴位置。另外，红外光去除玻璃切换部分16在光轴位置设 置有限制件36a，当保持器部件32抵靠在限制件36a上限定得到光轴位置。设置于驱动电 机41的蜗杆44以这样的方式形成随着蜗轮的旋转而朝限制件36a驱动红外光去除玻璃 31的旋转进给方向与蜗杆44接近驱动电机41的方向对准。在红外光去除玻璃切换部分 16中，通过即使在保持器部件32抵靠在限制件36a上后还继续驱动驱动电机41 ，在联接有 蜗杆44的旋转轴43被从驱动电机41拉出的方向上施力。但是将旋转轴43拉回到驱动电 机41中的力被定子磁体施加在旋转轴43上。该拉回力在驱动电机41停止后持续施加，力 作用在蜗杆44接近驱动电机41的方向上。由于力作用在蜗杆44接近驱动电机41的方向 上，所以在红外光去除玻璃31经过与蜗杆44啮合的蜗轮32c朝向限制件36a前进的方向 上作用一力。因此，红外光去除玻璃切换部分16将保持器部件32持续保持在光轴位置上。 从而，由保持器部件32保持的红外光去除玻璃31精确地位于光轴位置上。因此，不必再考 虑震动等而使红外光去除玻璃31略微偏大。进一步地，即使在施加使得保持器部件32从 光轴位置移开的外力的情况下，也可维持在限制件36a上的抵靠。 在红外光去除玻璃切换部分16中，驱动电机41被保持在电机保持部分37中，使 得驱动电机41被盖部件33的推压部分38推压， 一定程度上留下允许驱动电机41在旋转 轴43的轴向上移动的余量。因此可防止蜗杆44的齿轮和蜗轮32c的齿轮之间的互锁。
由于红外光去除玻璃31在与光轴7垂直的平面上旋转，所以可抑制红外光去除玻 璃切换部分16在光轴7的方向上变得庞大。这样可縮短透镜筒5的全长。因此，不仅可实 现透镜筒5的尺寸减小，还可增加射入成像元件17中的光的量。 尽管说明了红外光去除玻璃切换部分16在光轴位置上对红外光去除玻璃31进行
精确定位的能力，红外光去除玻璃31在避让位置只须从光轴位置避让开。简而言之，避让
位置可较为不准确。但是不用说，可在避让位置上应用光轴位置的结构。另外，红外光去除
玻璃切换部分16并不必须如上所述设置在透镜筒5的成像元件17侧上，而可设置在筒主
体10内的任意位置上。 红外光去除玻璃切换部分的操作。 现在将说明在其偏离光轴7的状态下的红外光去除玻璃切换部分16的保持器部 件32移动到光轴位置时的操作。 如图9A所示，红外光去除玻璃切换部分16在红外光去除玻璃31偏离光轴7的避 让位置。当用户进行切换操作以将红外光去除玻璃31从避让位置移动到光轴位置时，驱动 机构40的驱动电机41被驱动。随着驱动电机41被驱动旋转，联接到旋转轴43的蜗杆44 开始旋转，旋转力被传递到与蜗杆44啮合的蜗轮32c。保持器部件32由此朝限制件36a旋 转。当保持器部件32抵靠在限制件36a上时，驱动电机41不能再进一步旋转。随着驱动 电机41继续进一步传递驱动力，蜗杆44和蜗轮32c彼此啮合，施加在图9B中字母A所示 方向上旋转保持器部件32的力。在这种情况下，由于蜗杆44与旋转受到限制的蜗轮32c 啮合，所以力作用在旋转轴43被从电机主体42拉出的方向上。但是，由静磁体所施将旋转 轴43拉回到驱动电机41中的力作用在旋转轴43上。在驱动电机41被停止后该拉回力持续作用在旋转轴43上，并在蜗杆44接近驱动电机41的方向上作用一力。由于力作用在蜗 杆44接近驱动电机41的方向上，所以一力作用在红外光去除玻璃31经过与蜗杆44啮合 的蜗轮32c朝向限制件36a前进的方向上。这样，红外光去除玻璃切换部分16持续将保持 器部件32保持在光轴位置上，从而将红外光去除玻璃31精确地切换到光轴位置。另外，在 红外光去除玻璃切换部分16中，由于驱动电机41被可移动地保持在旋转轴43的光轴方向 上，所以可通过允许整个驱动电机41移动而防止蜗杆44的齿轮和蜗轮32c的齿轮之间互 锁。 第二实施例 现将说明根据作为第二实施例的本发明另一实施例的红外光去除玻璃切换部分。 从下文起，与红外光去除玻璃切换部分16相同的结构将用相同的附图标记，并省略说明。
在第二实施例中说明的红外光去除玻璃切换部分设置有如图IOA到图IIC所示的 具有蜗杆51和蜗轮52的驱动机构50，代替驱动机构40的蜗杆44和蜗轮32c。
如图10A所示，驱动机构50的蜗杆51设置有与蜗杆44相同旋转进给方向的齿轮， 并且联接到驱动电机41的旋转轴43。抵靠部分53设置到齿轮的末端。在蜗杆51的抵靠 部分53抵靠在蜗轮52的限制部分54上时，来自驱动电机41的旋转受到限制，使得驱动电 机41被锁住。如图11B所示，蜗杆51的抵靠部分53具有形成在包含旋转轴43的平面上 的抵靠表面53a，抵靠表面53a与蜗杆51末端上的齿轮连续。抵靠部分53形成这样的位置 上，使得在略晚于保持器部件32抵靠在限制件36a上的时刻抵靠表面53a抵靠在限制部分 54上。由于这种结构，可防止蜗杆51的齿轮与蜗轮52的齿轮之间的互锁。
如图10B和图11A所示，蜗轮52的限制部分54是当保持器部件32位于光轴位置 上时抵靠在蜗杆51的抵靠部分53上的突出件。如图11B所示，限制部分54在包含旋转轴 43的xy平面上具有抵靠在抵靠部分53上的平面54a。换句话说，限制部分54是由当保持 器部件32在光轴位置时与蜗杆44啮合的蜗轮32c的最后一个齿形成的突出件，该齿的尺 寸太大无法与蜗杆51啮合(见图11C)。 在具有蜗杆51和蜗轮52的红外光去除玻璃切换部分中，抵靠部分53在稍晚于保 持器部件32抵靠在限制件36a上的时刻抵靠在限制部分54上。由此，蜗杆51当其旋转受 到限制时被锁住。当抵靠部分53抵靠在限制部分54上时，可防止蜗杆51的齿轮与蜗轮52 的齿之间的互锁。 应理解抵靠部分53和限制部分54的结构不局限于上述结构，只要蜗杆51可在稍 晚于保持器部件32抵靠在限制件36a上的时刻被蜗轮52限制，它们可构造为任何方式。因 此，限制部分54不局限于在包含旋转轴43的xy平面上具有抵靠部分53的抵靠表面53a 抵靠于其上的平面54a的结构。另外，抵靠部分53不必在z轴方向上在对限制部分54施 压的方向上抵靠在限制部分54上。此外，已给出抵靠部分53和限制部分54在平面表面上 互相抵靠的情况下的说明。但应理解，本发明不局限于这种结构，它也可构造为抵靠部分53 的抵靠表面倾斜，使得限制部分54在保持器部件32抵靠在限制件36a上的方向上受压。
变型 具有蜗杆51和蜗轮52的红外光去除玻璃切换部分可进一步包括推压机构61，该 推压机构61将保持器部件32推到光轴位置上的限制件36a，如图12A和12B和图13所示。
如图12A和12B和图13所示，作为变型的红外光去除玻璃切换部分60包括推压机构61，推压机构61具有联接于保持部件62的弹簧部件63以及当保持部件62在光轴位 置时受弹簧部件63施压的凸台64。 除了还提供保持弹簧部件63的保持部分62a以外，推压机构61的弹簧部件63所 联接的保持部件62与上述保持器部件32是相同的构造。更具体地，保持部件62是整体上 呈薄板形的框体，保持红外光去除玻璃31的边缘。当在y轴方向上的框体的下侧上设置的 平面中观察时，保持部件62的保持部分62a由大致三角形的薄板形成。在其主表面上，保 持部分62a具有停止器部分65，弹簧部件63的第一弹性臂63a的停止器部分63c停止在停 止器部分65。进一步地，保持部分62a具有接合部分66、臂停止器部分67以及凸台68，其 中，弹簧部件63的接合部分63d与接合部分66接合，第二弹性臂63b停止在臂停止器部分 67处。 保持部分62a的臂停止器部分65和67分别停止第一和第二弹性臂63a和63b。 臂停止器部分65与保持部件62的框体的侧壁集成。另外，臂停止器部分67具有形成为大 致U字形的剖面，第二弹性臂63b弹性地停止于此。接合部分66是设置为直立在保持部分 62a的主表面上的柱形凸台，中心偏向凸台的大致椭圆形的止动部分66a设置在凸台末端， 从而限制弹簧部件63使之不掉落。形成在第二弹性臂63b末端的环形停止器部分63e弹 性地停止在凸台68。 推压机构61的弹簧部件63包括第一弹性臂63a、第二弹性臂63b和与第一和第 二弹性臂63a和63b连续并与保持部件62接合的环形接合部分63d。弹簧部件63的第一 弹性臂63a在末端弯曲从而形成停止在臂停止器部分65的停止器部分63c，而第一弹性臂 63a的基端形成为与环形接合部分63d连续。第二弹性臂63b在基端与环形接合部分63d 连续，停止在凸台68的环形停止器部分63e形成在末端。 弹簧部件63的各自部分通过弯曲单根钢丝而集成地形成。弹簧部件63在第一和 第二弹性臂63a和63b彼此分离的方向上持续受推的情况下被停止在保持部件62的保持 部分62a。弹簧部件63以这样的方式构造第一弹性臂63a的停止器部分63c停止在臂停 止器部分65而第二弹性臂63b停止在臂停止器部分67。在这种情况下，弹簧部件63停止 在各自的臂停止器部分65和67，同时在第一和第二弹性臂63a和63b彼此接近的方向上可 进行弹性变形。进一步地，弹簧部件63以环形接合部分63d与接合部分66接合的方式构 造，使其集成地联接到保持部件62。弹簧部件63的环形停止器部分63e在距用作旋转支撑 点的凸台35最远的位置处停止在保持部件62上。形成在底架26上的凸台64形成为使得 其一部分位于环形停止器部分63e的旋转区域上。更具体地，当保持部件62在光轴位置时， 凸台64设置在它对环形停止器部分63e施压的位置，使得它对与环形停止器部分63e联接 的保持部件62朝限制件36a施压。因此，在保持部件62在光轴位置的同时，凸台64通过 环形停止器部分63e持续朝限制件36a推压保持部件62。 在这种情况下，受压的环形停止器部分63e变得与环形接合部分63d连续，而环形 接合部分63d与保持部件62的接合部分66接合。因此，来自环形停止器部分63e的压力 被传递到保持部件62并朝限制件36a按压保持部件62本身。因而，由于当保持部件62在 光轴位置时，保持部件62被弹簧部件63和凸台64持续推压而停在光轴位置，所以红外光 去除玻璃切换部分60能够进行红外光去除玻璃31的精确定位。 当进行将红外光去除玻璃31从避让位置移动到光轴位置的切换操作时，红外光
13去除玻璃切换部分60驱动驱动机构40的驱动电机41以通过蜗杆51和蜗轮52朝光轴位 置旋转保持部件62。联接到保持部件62的弹簧部件63的环形停止器部分63e的一部分外 周表面在保持部件62刚要到达光轴位置之前抵靠在凸台64上。来自驱动电机41的驱动 力被进一步传递到抵靠在凸台64上的环形停止器部分63e。环形停止器部分63e因此反抗 弹簧推力朝第一弹性臂63a收縮，从而避开凸台64。保持部件62持续旋转直到环形停止器 部分63e的中心位于在y轴方向上比凸台64的中心更接近凸台35的一侧上。换句话说， 在红外光去除玻璃切换部分60中，整个保持部件62被旋转直到联接到保持部件62的环形 停止器部分63e收縮以避开凸台64并位于更接近用作保持部件62旋转支撑点的凸台35 的一侧上。 一旦保持部件62到达光轴位置，旋转因限制件36a的限制而受到限制。但在这 种情况下，环形停止器部分63e被凸台64按压。由于凸台64在y轴方向上对位于更接近 用作保持部件62旋转支撑点的凸台35的一侧上的环形停止器部分63e施压，所以凸台64 朝限制件36a按压保持部件62。 由于弹簧部件63对凸台64持续施压，如上构造的根据本发明该实施例的红外光 去除玻璃切换部分60将保持部件62维持在光轴位置。因此，被保持部件62保持的红外光 去除玻璃31精确地位于光轴位置。因此不必考虑震动等而使红外光去除玻璃31略微偏大。 进一步地，即使在施加使得保持部件62从光轴位置移开的外力的情况下，由于蜗杆51和蜗 轮52的作用和弹簧部件63的推力，也可维持在限制件36a上的抵靠。另外，红外光去除玻 璃切换部分60以这样的方式构造在光轴位置上，蜗杆51的抵靠部分53抵靠在蜗轮52的 限制部分54上，从而限制蜗杆51的旋转。因此可防止蜗杆51的齿轮与蜗轮52的齿互锁。
与红外光去除玻璃切换部分16 —样，由于红外光去除玻璃31在垂直于光轴7的 平面上旋转，所以可抑制红外光去除玻璃切换部分60在光轴7的方向上变得庞大。如此可 縮短透镜筒5的全长。因而不仅可实现透镜筒5的尺寸减小，还可增加射入成像元件17中 的光的量。 进一步地，由于红外光去除玻璃切换部分60构造成环形停止器部分63e和凸台64 在外圆周表面上互相抵靠的方式，它们形成为减少保持部件62的旋转阻力的形状，从而降 低施加在驱动电机41上的负载。因此，不必采用大尺寸的驱动电机41。
但应理解，红外光去除玻璃切换部分60并不必须设置有具有如上所述弹簧部件 63的推压机构61。换句话说，红外光去除玻璃切换部分60可构造成将弹簧部件63设置于 底架26，而凸台64设置于保持部件62的方式。进一步地，例如代替弹簧部件63，可设置抵 靠在凸台64上并在图13中箭头所示的方向上对保持部件62施压的销，该销直立在保持部 件62上。在这种情况下，设置为直立的销在保持部件62刚要到达光轴位置之前抵靠在凸 台64上，并且必须提供这样的机构，该机构允许销首先通过越过凸台64而避开凸台64，从 而在y方向上被定位在更接近凸台35的侧上。 应理解红外光去除玻璃切换部分60在如上所述蜗杆51和蜗轮52之外不必添加 推压机构61。例如，推压机构61可应用于以上第一实施例所述具有蜗杆44和蜗轮32c的 红外光去除玻璃切换部分16。进一步地，可只采用具有推压机构61的红外光去除玻璃切换 部分。 应理解，本发明不局限于上述实施例，而不用说可在不背离本发明范围的情况下 做各种变型。
14
本申请包含2008年12月26日在日本特许厅申请的日本在先专利申请 JP2008-334609中公开的内容，其全部内容在此弓I用作为参考。
权利要求
一种用于光学元件的切换机构，包括光学元件；保持所述光学元件的保持器部件；具有驱动电机的驱动机构，驱动由所述保持器部件保持的光学元件在与光轴垂直的平面上从光轴位置旋转到避让位置，所述光轴位置是所述光学元件位于所述光轴上的位置，所述避让位置是所述光学元件离开所述光轴的位置；以及限制所述保持器部件旋转的限制部件，通过所述限制部件，至少由所述保持器部件保持的光学元件的旋转被限制在光轴位置，其中所述驱动机构包括所述驱动电机，联接到所述驱动电机的旋转轴的蜗杆，以及与所述蜗杆啮合并设置到所述保持器部件的蜗轮，并且随着所述蜗杆的旋转所述光学元件朝向位于所述光轴位置的限制部件被驱动的旋转进给方向，是所述光学元件接近所述驱动电机的方向。
2. 根据权利要求l所述的用于光学元件的切换机构， 其中所述光学元件是屏蔽红外光的光学元件。
3. 根据权利要求l所述的用于光学元件的切换机构，其中所述驱动电机被保持部件保持，所述保持部件以在所述旋转轴的轴向上可移动的 方式保持所述驱动电机。
4. 根据权利要求3所述的用于光学元件的切换机构，其中所述驱动电机和所述保持部件中的每一个设置有 在所述平面上进行定位的定位部件，以及 限定所述驱动电机的所述旋转轴的轴向的轴确定部件。
5. 根据权利要求l所述的用于光学元件的切换机构，其中所述蜗轮和所述蜗杆中的每一个设置有当所述光学元件在所述光轴位置时，限 制所述蜗杆的旋转的限制部分以及抵靠在所述限制部分上的抵靠部分。
6. —种透镜筒，包括设置在柱形筒主体内部的光学元件，光从一个端部射入所述筒主体中； 保持所述光学元件的保持器部件；设置在所述筒主体内部并具有驱动电机的驱动机构，驱动由所述保持器部件保持的所 述光学元件在与光轴垂直的平面上从光轴位置旋转到避让位置，所述光轴位置是所述光学 元件位于所述光轴上的位置，所述避让位置是所述光学元件离开所述光轴的位置；以及限制所述保持器部件旋转的限制部件，通过所述限制部件，至少由所述保持器部件保 持的光学元件的旋转被限制在光轴位置，其中，所述驱动机构包括所述驱动电机，联接到所述驱动电机的旋转轴的蜗杆，以及 与所述蜗杆啮合并设置到所述保持器部件的蜗轮，并且随着所述蜗杆的旋转所述光学元件朝向位于所述光轴位置的限制部件被驱动的旋转进给方向，是所述光学元件接近所述驱动电机的方向。
7. —种成像设备，包括 成像设备主体；以及透镜筒，其以透镜筒与所述成像设备主体集成的方式以及所述透镜筒连接到所述成像 设备主体的方式中的一种方式设置， 其中所述透镜筒包括设置在柱形筒主体内部的光学元件，光从一个端部射入所述筒主体中， 保持所述光学元件的保持器部件，设置在所述筒主体内部并具有驱动电机的驱动机构，驱动由所述保持器部件保持的所 述光学元件在与光轴垂直的平面上从光轴位置旋转到避让位置，所述光轴位置是所述光学 元件位于所述光轴上的位置，所述避让位置是所述光学元件离开所述光轴的位置，以及限制所述保持器部件旋转的限制部件，通过所述限制部件，至少由所述保持器部件保 持的光学元件的旋转被限制在光轴位置，其中所述驱动机构包括所述驱动电机，联接到所述驱动电机的旋转轴的蜗杆，以及 与所述蜗杆啮合并设置到所述保持器部件的蜗轮，并且随着所述蜗杆的旋转所述光学元件朝向位于所述光轴位置的限制部件被驱动的旋转 进给方向，是所述光学元件接近所述驱动电机的方向。
全文摘要
本发明公开一种用于光学元件的切换机构，以及采用这种切换机构的透镜筒和成像设备。所述切换机构包括光学元件；保持所述光学元件的保持部件；具有驱动电机的驱动机构，驱动由所述保持部件保持的光学元件在与光轴垂直的平面上从光轴位置旋转到避让位置，所述光轴位置是所述光学元件在所述光轴上的位置，所述避让位置是所述光学元件离开所述光轴的位置；以及限制所述保持部件旋转的限制部件，通过该限制部件，至少由所述保持部件保持的光学元件的旋转被限制在光轴位置。所述驱动机构包括所述驱动电机，联接到所述驱动电机的旋转轴的蜗杆，以及与所述蜗杆啮合并设置到所述保持部件的蜗轮。
文档编号G02B7/00GK101770058SQ20091026565
公开日2010年7月7日 申请日期2009年12月28日 优先权日2008年12月26日
发明者前西润一, 堀段笃, 石井淳也, 西田忠嗣 申请人:索尼株式会社