专利名称：透镜驱动装置以及具有该透镜驱动装置的光学装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种透镜驱动装置以及一种具有该透镜驱动装置的光学装置。
背景技术：
一种用于对焦或变焦透镜保持框架的普通已知驱动单元包括马达，该马达具有丝杠；以及齿条单元，该齿条单元与透镜保持框架耦接，并与丝杠匹配，且被构造成当马达旋转时沿丝杠运动。日本专利申请公开No. (JP>4-240609公开了一种齿条单元的构造，该齿条单元包括两个子单元，并借助于弹簧部件而压靠丝杠。JP9-258087公开了一种齿条单元，该齿条单元包括匹配部分、加压部分和对置的嵌齿。匹配部分布置在丝杠一侧，加压部分布置在另一侧。匹配部分与丝杠匹配，固定的对 置的嵌齿布置在匹配部分的相对侧，并沿光学轴线方向与匹配部分偏离，以便在受到冲击时防止跳齿(位置移动)。此外，在齿条单元的可运动范围的末端处，对置的嵌齿位于丝杠的无螺纹区域处，以便防止齿条单元在透镜保持框架的可运动范围的末端处榫接(cogging)。在JP4-240609所述的结构中，弹簧部件必须施加相当大的力，以便在受到冲击时防止齿条单元和丝杠之间的位置移动。这样，马达的负载增加，因此需要较大和较高扭矩的马达，且装置的更大尺寸和增加的成本也成为问题。在JP9-258087所述的结构中，在透镜保持框架的可运动范围的末端之外的位置处的强冲击将引起匹配部分和丝杠之间的塑性变形(榫接)，且匹配部分和丝杠中的至少一个受损，并变得不可操作。
发明内容
本发明提供了一种透镜驱动装置和一种具有该透镜驱动装置的光学装置，它们能够防止齿条单元和丝杠之间的位置移动和榫接。根据本发明的透镜驱动装置被构造成驱动保持器，该保持器被构造成保持透镜，且该透镜驱动装置包括驱动器，该驱动器被构造成使得丝杠旋转；齿条单元，该齿条单元包括与丝杠匹配的匹配部分，齿条单元与保持器耦接，并被构造成当丝杠由驱动器旋转时沿该丝杠运动；第一弹性部件，该第一弹性部件被构造成以第一力来将匹配部分压靠在丝杠上；对置的嵌齿，该对置的嵌齿布置成关于丝杠与匹配部分相对，并可相对于匹配部分位移；以及第二弹性单元，该第二弹性单元被构造成以第二力将对置的嵌齿压向丝杠。满足以下条件公式F1〈F2〈F3，其中，Fl是第一力，F2是第二力，F3是与F2相反的分量，当在匹配部分和丝杠之间施加包含F3的力时，匹配部分和丝杠中的至少一个将受损。通过下面参考附图对示例实施例的说明，将清楚本发明的其它特征。
图I是根据本发明的图像获取装置(光学装置)的方框图。
图2A-2C是以不同角度观察的透镜驱动装置的透视图，该透镜驱动装置被构造成驱动图I所示的第二透镜单元。图3是在图2A-2C中所示的透镜驱动装置的局部放大平面图。图4A是透镜驱动装置的局部分解透视图，图4B是透镜驱动装置的局部剖视图。图5A是透镜驱动装置的局部平面图，图5B和图5C是以不同角度观察的透镜驱动装置的局部透视图。
具体实施例方式图I是根据本实施例的图像获取装置(光学装置)，例如摄像机和数字照相机的方框图。在图I中，LI是具有正屈光力的第一透镜单元，它在变焦过程中固定。L2是具有负屈光力的第二透镜单元，它用作变焦透镜单元，被构造成在变焦过程中沿光学轴线方向 运动。L3是固定的具有正屈光力的第三透镜单元。L4是具有正屈光力的第四透镜单元，它被构造成在对焦过程中沿光学轴线方向运动。第一透镜单元LI至第四透镜单元L4构成图像获取光学系统，该图像获取光学系统被构造成用以形成物体的光学图像。參考标号I表不前镜筒，它被构造成保持第一透镜单兀LI。參考标号2表不第一保持器(透镜保持框架)，它被构造成保持第二透镜单元L2。參考标号3表示固定単元，它被构造成保持第三透镜单元L3。參考标号4表示第二保持器(透镜保持框架)，它被构造成保持第四透镜单元L4。第一保持器2和第二保持器4被支撑使得它们能够沿图像获取光学系统的光学轴线方向运动。參考标号5表示光圈单元，它被构造成改变光学系统的孔径。光圈单元5是剪刀型(guillotine)光圈,它被构造成通过利用驱动器6使两个光圈叶片沿相反方向运动来改变孔径。图像获取单元30包括例如图像获取元件(例如CXD和CMOS)、低通滤波器和红外线切断滤波器，并固定在后镜筒(未示出)中。图像获取単元30将图像获取信号输出至相机信号处理器31。相机信号处理器31放大并Y校正图像获取単元30的输出。由相机信号处理器31放大和Y校正的信号输出至微计算机32。微计算机32接收多种信号、处理它们，根据输入信号来输出多种信号，并控制光学装置。參考标号33是记录単元，它被构造成记录通过微计算机32处理的图像信号以及记录状态。參考标号34表示光圈检测器电路，它被构造成利用霍尔(Hall)元件来检测驱动器6的驱动磁体的旋转位置。微计算机32向光圈驱动电路37输出光圈驱动信号，以便根据输入信号(例如来自光圈检测器电路34的驱动器6的旋转量和来自相机信号处理器31的输入信号)来调节光量。參考标号50表示变焦开关,它被构造成指示变焦。參考标号51表示对焦开关,它被构造成指示由摄影师进行人エ对焦(焦点对准操作)。參考标号52表示电源开关。第一保持器(透镜保持框架)2通过透镜驱动装置而沿光学轴线方向运动。图2A至2C是被构造成驱动第一保持器(透镜保持框架)2的透镜驱动装置以不同角度观察时的透视图。图3是透镜驱动装置的局部放大平面图。图4A是透镜驱动装置的局部分解透视图，其中，丝杠8a被省略。图4B是透镜驱动装置的示意性局部剖视图。图5A是透镜驱动装置以与图5B和5C不同的角度观察时的局部平面图，其中丝杠8a被省略。如图2A中所示，第一保持器2由一对弓丨导杆101、102支撑，该对弓丨导杆101、102与光学轴线方向平行地延伸，使得第一保持器2能够沿图像获取光学系统的光学轴线方向运动。此外，如图2A至2C和图5A中所示，第一保持器2包括套筒单元2a、旋转止动凹部2b、一对接合孔部件2c、2d和止动器2e。 透镜驱动装置包括齿条单元7、变焦马达8、丝杠8a、对置的嵌齿单元40、扭力弹簧(第一弹性部件)46和弹簧部件(第二弹性部件)47。如图I中所示，齿条单元7与第一保持器2耦接，并包括主嵌齿(匹配部分)71、止动器72、轴73、弹簧保持器74、轴75、锥形部分76、接合部分77、止动孔78和旋转止动器79。如图3和图4A中所示，主嵌齿71用作能够与丝杠8a的螺纹部分匹配或接合的匹配部分。止动器72凹入，并在凹部的底部处与扭力弹簧46的一端46a接合，扭力弹簧46施加力F1，如图4B中所示。因此，力Fl通常将齿条单元7的主嵌齿71压靠在丝杠8a上。第一弹性部件并不局限于扭力弹簧。变焦马达8是被构造成使第二透镜单元L2沿光学轴线方向运动以便变焦的促动器(驱动器)，并通过来自变焦驱动电路35的驱动信号驱动。丝杠8a与齿条单元7匹配，且第一保持器2随着变焦马达8旋转而沿光学轴线方向运动。丝杠8a与变焦马达8的转子同心，并由变焦马达8旋转。丝杠8a布置成使得它的纵向方向平行于图像获取光学系统(或第二透镜单元L2)的光学轴线。如图3中所示，Dl表示丝杠8a的最外侧直径(该最外侧直径是螺纹顶端的直径)，D3是最内侧直径(该最内侧直径是槽中的最深点(底部)的直径)。轴73与对置的嵌齿单元40可旋转地接合，并用作对置的嵌齿单元40的旋转轴。轴73的截面形状组合了矩形和局部凸出的半圆。对置的嵌齿单元40包括对置的嵌齿41，该对置的嵌齿41被构造成当受到扰乱冲击时(例如跌落时)防止跳齿；以及一对接合孔部件42，该对接合孔部件42与轴73可旋转地接合。如图3和图4B中所示，主嵌齿71和对置的嵌齿41关于丝杠8a彼此相对。如后面所述，因为主嵌齿单元40可旋转地附连于齿条单元7，因此在主嵌齿71和对置的嵌齿41之间的间隔可变。如图4B中示意性地所示，主嵌齿71和对置的嵌齿41的脊相互平行。如图3和图4B中所示，主嵌齿71通常与丝杠8a接触，而对置的嵌齿通常并不接触丝杠8a，或者与丝杠8a分离(或者有间隙，如图3中所示)。对置的嵌齿41被构造成只在主嵌齿71越过螺纹时才与丝杠8a的螺纹接触。当在跌落等的冲击作用下负载沿光学轴线方向施加在齿条单元7上，使得主嵌齿71与丝杠8a分离时，对置的嵌齿41变成与丝杠8a匹配，并防止由于跳齿引起的位置移动。
这里，D2表示在主嵌齿71的螺纹顶端和对置的嵌齿41的螺纹顶端之间的距离。这时，满足以下条件公式。公式I能够通过简单的结构防止主嵌齿71和丝杠8a之间的位置移动D3 彡 D2 彡 Dl (I)ー对接合孔部件42布置在对置的嵌齿41的两侧，具有U形截面，并与轴73接合，这样，接合孔部件42能够绕轴73的中心线或如图4A中所示与光学轴线近似平行的Xl-Xl轴线而旋转。 当齿条单元7的轴73固定时，如图4A的右侧所示，轴73的止动器73a防止具有接合孔部件42的对置的嵌齿单元40沿逆时针方向C2旋转，且对置的嵌齿单元40只能沿顺时针方向Cl旋转。因为止动器73a为平面形，因此它的结构简単。在图4A的右侧，止动器73a与接合孔部件42的在齿条单元一侧的端表面垂直，但是止动器73a可以沿顺时针方向Cl向上傾斜。因此，止动器73a防止对置的嵌齿41沿接近丝杠8a (和主嵌齿71)的方向移动，并允许对置的嵌齿41沿离开丝杠8a (和主嵌齿71)的方向移动。因此，距离D2通常保持恒定。此外，轴73的凹入的止动器73b与接合孔部件42接触，并防止对置的嵌齿单元40沿顺时针方向Cl旋转大于预定角度。弹簧保持器74是插入扭カ弹簧46的中空部分46c中以便保持扭カ弹簧46的凸起，并被构造成沿光学轴线方向从齿条单兀7的端表面74a凸出。扭カ弹簧46的一端46a与止动器72接合，另一端46b与第一保持器2的止动器2e接合。因此，扭カ弹簧46施加力F1，如图5B中所示。弹簧保持器74插入其中的扭カ弹簧46的弹簧部分也用作压缩弹簧。如图5A中所示，该弹簧部分在一端处与齿条单元7的端表面74a接合，在另一端处与第一保持器2的接合孔部件2d中的端部2dl (在齿条单元7—侧)接合。因此，如图5B中所示，扭カ弹簧46包括在齿条单元7和第一保持器2之间施加力F4的弹簧部分。施加两个カFl和F4的扭カ弹簧46获得多重功能，并且与提供分别施加这些カ的两个弹簧的情况相比实现了小型化和成本降低。—对轴75是与第一保持器2的接合孔部件2c、2d可旋转地接合的柱形凸起，因此齿条单元7与第一保持器2耦接。轴75的中心线是与Xl-Xl轴线平行的X2-X2轴线，且位于主嵌齿71关于Xl-Xl轴线的另ー侧。该对轴75中的ー个布置在弹簧保持器74的端部上。位于弹簧保持器74的相反侧上的轴75具有锥形部分76。如图5B中所示，扭カ弹簧46的力F4沿光学轴线方向使锥形部分76压靠接合孔部件2c，并使第一保持器2能够沿光学轴线方向稳定地与齿条单元7 —起运动。此外，对置的嵌齿单元40与弹簧部件47接合，该弹簧部件47用作具有J形截面的扁平弹簧。弹簧部件47包括接合槽47a、加压部分47b和止动部分47c。弹簧部件47可以是其它的弹性部件，例如线弹簧或扭カ弹簧。接合单元77是布置在图4A所示的轴73下方的凸起(在主嵌齿71的相反侧)，该凸起向内侧(或朝着对置的嵌齿单元40)凸出。接合部件77的、图4A中所示的底部布置在弹簧部件47的接合槽47a中，且止动部分47c插入并固定在接合孔78中。加压部分47b与对置的嵌齿41的后表面接触，如图5B和5C中所示，并朝着丝杠8a向对置的嵌齿41施加(第二)力F2。弹簧部件47的(第二)力F2将对置的嵌齿41压向丝杠8a —侧(在图4A的右侧沿逆时针方向C2)，但是它通过止动器73a而被防止旋转。换句话说，对置的嵌齿41通过力F2而压靠止动器73a。如上所述，对置的嵌齿41通常与丝杠8a间开。这里，下面的公式2是用于防止齿条单元7的主嵌齿71和丝杠8a之间的位置移动和榫接的条件公式。因为由第二弹性部件施加的第二力F2大于由第一弹性部件施加给主嵌齿71的第一力F1，因此在受到强烈冲击时能够防止跳齿(位置移动)。此外，第二力F2设置成小于力F3。力F3是与力F2相反的分量，并当在主嵌齿71和丝杠8a之间施加力F3时包含F3的力将使主嵌齿71和丝杠8a中的至少一个受损。因此，对置的嵌齿单元40沿与齿条单元7分离的方向旋转(或者对置的嵌齿41沿与主嵌齿71分离的方向移动)，并能 够防止齿条单元7榫接。0<F1<F2<F3 (2)旋转止动器79具有薄矩形板形状，并布置于与主嵌齿71相对的端部，如图2B、图4A和图5A中所示，这样，它能够与第一保持器2的止动器2e接触。在第一保持器2的临时组装中，齿条单元7通过扭力弹簧46的力Fl而绕X2-X2轴线受压，且齿条单元7的旋转止动器79与止动器2e相接触。当具有变焦马达8时，主嵌齿71与丝杠8a匹配，齿条单元7的旋转止动器79与止动器2e分离，且主嵌齿71通过力Fl而压靠丝杠8a。由于跌落的较强冲击力，当沿使对置的嵌齿41与丝杠8a分离的方向产生的力F3超过力F2时，如图3中所示，对置的嵌齿单元40绕Xl-Xl轴线与丝杠8a分离。因此防止对置的嵌齿41和主嵌齿71受损和榫接。参考标号9表示作为变焦起始位置检测器的光断路器。光断路器9在形成于第一保持器2上的光遮蔽件(未示出)沿光学轴线方向运动时电检测在光的遮蔽和传播之间的切换，并检测第一保持器2沿光学轴线方向的参考位置。当接通电源开关52时，变焦马达8根据来自微计算机32的信号从变焦驱动电路35接收驱动信号，光断路器9检测第一保持器2的初始位置，且第一保持器2运动至预定初始位置并在该处等待。变焦马达8从初始位置被驱动与变焦开关50的操纵相对应的步数。换句话说，当操纵变焦开关50时，微计算机32检测由所述操纵指定的运动方向，并进行变焦。参考标号11表示促动器(驱动器)，它被构造成使得第四透镜单元L4沿光学轴线方向运动用于对焦。对焦马达11由来自对焦驱动电路36的驱动信号驱动。第二保持器4也由一对引导杆101、102来支撑，该对引导杆101、102平行于光学轴线方向延伸，使得第二保持器4能够沿图像获取光学系统的光学轴线方向运动。第二保持器4与第一保持器2类似地构造，且第二保持器4也通过透镜驱动装置(该透镜驱动装置与用于第一保持器2的透镜驱动装置类似)而沿光学轴线方向运动。 丝杠I Ia与布置于第二保持器4的齿条单元10匹配，该第二保持器4能够沿光学轴线方向运动和被引导。当对焦马达11旋转时，第二保持器4沿光学轴线方向运动。丝杠Ila布置成与对焦马达11的转子同心，并与图像获取光学系统(或第四透镜单元L4)的光学轴线平行。參考标号12表示作为对焦初始位置检测器的光断路器。光断路器12在形成于第ニ保持器4上的光遮蔽件(未示出)沿光学轴线方向运动时电检测光的遮蔽和传播之间的切换，并检测第二保持器4沿光学轴线方向的參考位置。当接通电源开关52时，对焦马达11根据来自微计算机32的信号从对焦驱动电路36接收驱动信号，光断路器12检测第二保持器4的初始位置，且第二保持器4运动至预定初始位置并在该处等待。对焦马达11从初始位置被驱动与变焦开关50和对焦开关51的操纵相对应的步数。在自动对焦吋，对焦驱动电路36根据来自微计算机32的输入信号来给焦马达11通电，并沿光学轴线方向驱动第四透镜单元L4。在本实施例中，齿条单元7和对置的嵌齿单元40是分开的单元，且对置的嵌齿单元40附连于齿条单元7，使得对置的嵌齿单元40能够绕轴73旋转。可选择地，齿条单元7 和对置的嵌齿单元40能够相互形成一体，并整个具有U形截面，且与对置的嵌齿单元40相对应的部分可以通过弾性变形而相对于与齿条单元7相对应的部分位移。本实施例能够防止主嵌齿71和丝杠8a之间的位置移动(跳齿)，原因是第二力F2大于第一力Fl。此外，因为第二力F2小于カF3，因此能够防止主嵌齿71和丝杠8a之间榫接，并能够防止主嵌齿71和丝杠8a中的至少ー个受损。本实施例的透镜驱动装置能够用于移动除变焦透镜保持框架和对焦透镜保持框架之外的透镜保持框架或保持器运动。本实施例的光学装置能够是便携式数字照相机等，它很可能受到跌落冲击，因此本实施例的结构很有效。不过，非便携式电子装置也会受到地震等的冲击。因此，本实施例的光学装置并不局限于便携式电子装置，可广泛用于物体的驱动(或移动)装置。尽管已经參考示例实施例介绍了本发明，但是应当知道，本发明并不局限于所述的示例实施例。下面的权利要求的范围将根据最广义的解释，以便包含所有这些变化形式以及等效结构和功能。
权利要求
1.ー种透镜驱动装置，被构造成驱动保持器，该保持器被构造成保持透镜，该透镜驱动装置包括 驱动器，该驱动器被构造成使丝杠旋转； 齿条单元，该齿条単元包括与丝杠匹配的匹配部分，齿条单元与所述保持器耦接，并被构造成当丝杠由驱动器旋转时沿该丝杠运动； 第一弾性部件，该第一弾性部件被构造成以第一力将匹配部分压靠丝杠； 对置的嵌齿，该对置的嵌齿布置成关于丝杠与所述匹配部分相対，并能够相对于匹配部分位移；以及 第二弹性单元，该第二弹性单元被构造成以第二力将所述对置的嵌齿压向丝杠； 其特征在于满足以下条件公式F1〈F2〈F3 其中，Fl是第一力，F2是第二力，F3是与F2相反的分量，当在匹配部分和丝杠之间施加包含F3的カ时，匹配部分和丝杠中的至少ー个将受损。
2.根据权利要求I所述的透镜驱动装置，还包括对置的嵌齿单元，该对置的嵌齿单元包括所述对置的嵌齿，所述对置的嵌齿单元是与齿条单元分开的部件，并被构造成能够相对于齿条单元旋转。
3.根据权利要求I或2所述的透镜驱动装置，其中匹配部分通常在第一弾性部件施加的第一力作用下与丝杠接触；以及 对置的嵌齿通常不与丝杠接触，且当匹配部分越过丝杠的螺纹时接触丝杠。
4.根据权利要求I或2所述的透镜驱动装置，其中齿条单元还包括止动器，该止动器被构造成防止所述对置的嵌齿沿接近丝杠的方向位移，并允许所述对置的嵌齿沿离开丝杠的方向位移。
5.根据权利要求I或2所述的透镜驱动装置，其中还满足以下条件公式D3 ^ D2 ^ Dl 其中Dl是丝杠的螺纹顶端的直径，D2是匹配部分的螺纹顶端和对置的嵌齿的螺纹顶端之间的正常距离，而D3是丝杠的槽的底部的直径。
6.根据权利要求I或2所述的透镜驱动装置，其中齿条单元沿与丝杠平行的轴线而与保持器接合；以及 第一弾性部件是扭カ弹簧，该扭カ弹簧具有弹簧部分，该弹簧部分绕与丝杠平行的轴线布置，并被构造成在齿条单元和保持器之间施加力。
7.根据权利要求2所述的透镜驱动装置，其中所述对置的嵌齿单元还包括具有U形截面的接合孔部件；以及 齿条单元还包括轴，该轴与接合孔部件能够旋转地接合；以及平面形止动器，该平面形止动器布置在所述轴上，并被构造成当接合孔部件与所述轴接合时从该接合孔部件凸出，并被构造成限制所述对置的嵌齿单元的旋转。
8.ー种光学装置，包括根据权利要求I至7中任意一个所述的透镜驱动装置。
全文摘要
一种透镜驱动装置，被构造成驱动保持器，该保持器被构造成保持透镜，该透镜驱动装置包括驱动器，该驱动器被构造成使丝杠旋转；齿条单元，该齿条单元包括与丝杠匹配的匹配部分，齿条单元与所述保持器耦接，并被构造成当丝杠由驱动器旋转时沿该丝杠运动；第一弹性部件，该第一弹性部件被构造成以第一力将匹配部分压靠丝杠；对置的嵌齿，该对置的嵌齿布置成关于丝杠与所述匹配部分相对，并能够相对于匹配部分位移；以及第二弹性单元，该第二弹性单元被构造成以第二力将所述对置的嵌齿压向丝杠；其特征在于满足以下条件公式F1<F2<F3，其中，F1是第一力，F2是第二力，F3是与F2相反的分量，当在匹配部分和丝杠之间施加包含F3的力时，匹配部分和丝杠中的至少一个将受损。以及一种包括这种透镜驱动装置的光学装置。
文档编号G02B7/04GK102819085SQ201210181020
公开日2012年12月12日 申请日期2012年6月4日 优先权日2011年6月7日
发明者都筑雅彦 申请人:佳能株式会社