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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf
einen Linsenbewegungsmechanismus, der für eine Fotolinse mit Autofokusfunktion
geeignet ist, in dem eine optische Linseneinheit in die Richtung
ihrer optischen Achse genau bewegt wird, um hierdurch die Erfassung
des Fokussierungszustands zu bewirken.
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Stand der
Technik
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Als die Autofokusvorrichtung einer
Videokamera ist ein sogenanntes „mountain climbing system" bekannt, in dem
der Genauigkeitsgrad eines Fotobildfeldes aus einer Hochfrequenzkomponente
in einem Bildsignal erfasst wird, und die Position einer Linse so
gesteuert wird, dass der Genauigkeitsgrad maximal wird. Dieses System
ist im Detail in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 56-51164
beschrieben, wobei dieses System nachstehend kurz unter Bezugnahme
auf 6 der begleitenden Zeichnungen
beschrieben wird. In 6 bezeichnet das
Bezugszeichen 100 eine Linse, bezeichnet das Bezugszeichen 101 einen
Signalverarbeitungsabschnitt und bezeichnet das Bezugszeichen 102 einen Motor.
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Das Licht eines Objekts, das in die
Linse 100 eintritt, wird in ein elektrisches Signal durch
den Signalverarbeitungsabschnitt 101 umgewandelt. Durch den
Einsatz der Tatsache, dass die Hochfrequenzkomponente dieses elektrischen
Signals klein ist, falls der Fokussierungszustand der Linse 100 unzureichend
ist, und größer wird,
wenn die Linse mehr scharf gestellt ist, bewirkt der Signalverarbeitungsabschnitt 101,
dass das umgewandelte elektrische Signal einer Bildaufnahmevorrichtung
durch einen Hochpassfilter gelangt, wobei er danach das elektrische
Signal erfasst und über
einen Zeitraum, während
ein Bildfeld ausgebildet wird, d. h. eine Belichtungszeit (in dem
Fall eines Fernsehsystems 1/60 Sekunde), integriert und den Fokussierungszustand erfasst.
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Dann wird eine Fokuslinse durch den
Motor bewegt, so dass ein Hochfrequenzsignal erhalten werden kann,
wobei der fokussierte Zustand erhalten wird.
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Nun wird es gewöhnlich praktiziert, wenn die Richtung
eines Zustands außerhalb
des Schärfebereichs
erfasst wird, einige Linsen in der Fotolinse 100 in die
Vorwärts
und Rückwärtsrichtung
entlang ihrer optischen Achse fein zu bewegen (zu taumeln).
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Bisher wurde in einer derartigen
Zoomlinsenvorrichtung als ein Linsenbewegungsmechanismus zum feinen
Bewegen einer Linseneinheit gewöhnlich ein
System eingesetzt, das in 7 der
begleitenden Zeichnungen gezeigt ist. In 7 bezeichnet das Bezugszeichen 103 eine
fein bewegte Linseneinheit, das Bezugszeichen 103a bezeichnet
ein Halteelement, das die Linse 103 hält, und das Bezugszeichen 104 bezeichnet
den festen Abschnitt (festen Tubus) eines Linsenvorrichtungskörpers. Das
Linsenhalteelement 103a ist in eine Öffnung (nicht gezeigt) gepasst,
die in dem festen Abschnitt ausgebildet ist und wird durch die geradlinige
Bewegung in die Richtung der optischen Achse verlagert. Das Bezugszeichen
105a bezeichnet
das Außengewinde
einer Vorschubschraube, die direkt mit dem Motor verbunden ist und parallel
zu der optischen Achse angeordnet und mit einem Innengewinde 103b in
Eingriff ist, das an dem Linsenhalteelement 103a vorgesehen
ist.
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Bei einer derartigen Konstruktion
wird die Linse 103 durch die Drehbetätigung eines Motors 105 fein
bewegt und die Richtung zu dem fokussierten Zustand wird durch den
Signalverarbeitungsabschnitt erfasst.
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Nun wird in diesem System ein Zustand
außerhalb
des Schärfebereichs
durch die feine Bewegung der Linseneinheit bewirkt und daher ist
es in einer Linsenvorrichtung zum Fotografieren und insbesondere
einer Fernseh- oder Videolinsenvorrichtung, die bewegte Bilder handhaben,
notwendig, den Zustand außerhalb
des Schärfebereichs
innerhalb eines Bereichs, in dem eine Veränderung eines Bildsignals erfassbar
ist, und ferner auf ein derartiges Ausmaß zu unterdrücken, dass
es für
die Augen nicht erkennbar ist. Ferner wird nach der Erfassung durch Taumeln
eine Fokuslinseneinheit bewegt und daher ist es wichtig, um ein
schnelles Ansprechen eines Autofokus zu verwirklichen, das Taumeln
mit hoher Geschwindigkeit zu bewirken.
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Hier wird das Ausmaß der Änderungen
des Fokus durch das Taumeln durch das Ausmaß der Bewegung der Linseneinheit 103 bestimmt,
aber der Umfang der Bewegung der Linseneinheit 103, das die
vorstehend beschriebene Bedingung erfüllt, ist auf die Tiefenschärfe bezogen.
Das heißt,
wenn die Tiefenschärfe
niedrig ist, wird die Fokusänderung
erkennbar, trotzdem das Ausmaß der
Bewegung der Linseneinheit 103 klein gemacht ist, und wenn
die Tiefenschärfe
groß ist,
kann die Fokusveränderung nicht erfasst
werden, trotzdem das Ausmaß der
Bewegung der Linseneinheit 103 groß ausgeführt ist. Andererseits variiert
die Tiefenschärfe
abhängig
von der Brennweite der Zoomlinse und des F-Werts der Blende weit
und der Unterschied zwischen dem Mal, wenn die Tiefenschärfe am größten ist,
und dem Mal, wenn die Tiefenschärfe
am geringsten ist, ist in der Größenordnung
des mehreren zehnfachen. Dementsprechend muss das Ausmass der Bewegung
der Linseneinheit 103 durch das Taumeln ebenso viel wie das
mehrere zehnfache zwischen dem Minimum und dem Maximum variiert
werden.
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Bisher wurde jedoch in dem Linsenbewegungsmechanismus,
der zum Taumeln eingesetzt wird, eine Vorschubschraube eingesetzt,
bei der die Höhe
des Vorschubs relativ zu der Drehung des Motors 105 konstant
ist und somit war es notwendig, die Gesamtzahl der Umdrehungen der
Vorschubschraube zum Bewegen der Linseneinheit klein zu machen, wenn
die Tiefenschärfe
niedrig ist, und sehr groß zu machen,
wenn die Tiefenschärfe
groß ist.
Daher ist es notwendig gewesen, um das Taumeln zu bewirken, wenn
die Tiefenschärfe
groß ist,
den Motor weit zu drehen, und somit wurde viel Zeit bis zum Ende des
Taumelns benötigt
und nach allem hat dies zu dem Problem geführt, dass das Ansprechen des
Autofokus niedrig wird. Andererseits wird, wenn der Vorschub der
Vorschubschraube groß ausgeführt ist,
so dass die Linseneinheit schnell bewegt werden kann, wenn die Tiefenschärfe groß ist, die
Drehzahl des Motors, wenn die Tiefenschärfe klein ist, sehr klein und
somit ist es schwierig geworden, die Linseneinheit mit guter Genauigkeit
zu bewegen.
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Andererseits wird in der Linsenvorrichtung zum
Fotografieren, als ein Mechanismus zum Bewegen einer Linseneinheit
für optische
Nachführeinstellung
oder dergleichen in die Richtung ihrer optischen Achse, eine eingesetzt,
wie sie in 16A und 16B der begleitenden Zeichnung
gezeigt ist. In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 71 eine
bewegliche Linseneinheit, bezeichnet das Bezugszeichen 72 ein
Linsenhalteelement, das die Linse 71 hält, und bezeichnet das Bezugszeichen 73 den
fixierten Abschnitt (dem fixierten Tubus) eines Linsentubuskörpers, der
dem äußeren Zylinder
entspricht, und das Linsenhalteelement 72 ist in eine Öffnung gepasst,
die in dem fixierten Abschnitt 73 ausgebildet ist, und
ist in die Richtung der optischen Achse geradlinig bewegbar. Das
Bezugszeichen 74 bezeichnet ein Ringelement, das eine Nockenaufnahme
hat, und ist an den äußeren Umfang
des fixierten Abschnitts 73 gepasst und um die optische
Achse drehbar. Das Bezugszeichen 75 bezeichnet ein Stiftelement,
das an das Linsenhalteelement montiert ist, und das in eine gerade
Nut eingeführt
ist, die in dem fixierten Abschnitt 73 und der Nockenaufnahme
des Ringelements 74 ausgebildet ist.
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In der vorstehend beschriebenen Konstruktion,
wie in 16A und 16B gezeigt ist, wird das
Ringelement 74 manuell gedreht oder durch den Einsatz eines
Motors oder dergleichen elektrisch gedreht, das Stiftelement 75 bewegt
sich entlang beiden, der Nockenaufnahme des Ringelements 74 und
der geraden Nut des fixierten Abschnitts 73, und das Linsenhalteelement 72,
auf dem das Stiftelement 75 montiert ist, bewegt sich geradlinig
in die Richtung der optischen Achse. Die bewegliche Linseneinheit 71 wird
dann geradlinig in die Richtung der optischen Achse bewegt, wodurch
die beabsichtigte optische Linseneinstellung erreicht wird.
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In dem vorstehend beschriebenen Beispiel der
herkömmlichen
Technik bewegt sich jedoch das Linsenhalteelement 72 geradlinig,
während
es durch die Öffnung
in dem fixierten Abschnitt 73 in dem eingeführten Abschnitt
gleitet, und daher ist es für
das Linsenhalteelement 72, um gleichmäßig mit einer kleinen Kraft
bewegt zu werden, notwendig, dass ein geeignetes Spalt in dem eingeführten Abschnitt
zwischen dem Linsehalteelement 72 und dem fixierten Abschnitt 73 vorhanden
ist. Dies hat zu der Möglichkeit
geführt,
dass, wie in 17A der
begleitenden Zeichnungen gezeigt ist, das Linsenhalteelement 72 exzentrisch
wird oder, wie in 17B der
begleitenden Zeichnung gezeigt ist, eine Neigung des Linsenhalteelements 72 durch
Spiel verursacht wird und die optische Leistung verschlechtert wird.
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Des Weiteren ist in der Druckschrift
US 5 032 859 ein Antriebsring
3 an
einer Blendenöffnung
einer Kompaktkamera angebracht. Der Antriebsring
3 wird wechselseitig
durch einen Schrittmotor M angetrieben. Auf der Oberfläche des
Antriebsrings
3 ist ein Linsennockenabschnitt
6 zum
Bewegen einer nicht dargestellten Fotolinse in eine fokussierte
Position entsprechend einem Fokussignal vorgesehen. Die Fotolinse
wird zu dem Fernbereich an dem ersten Stufenabschnitt
6a zurückgezogen
oder zu dem Nahbereich an dem zweiten Stufenabschnitt
6b ausgefahren.
Der Linsennockenabschnitt
6 und das Linsenelement
7 bilden
eine Bereichseinstellungseinrichtung, die die Fotolinse zu der fokussierten
Position bewegt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Linsenbewegungsmechanismus zu schaffen, der leicht
jegliche Änderung
in der Tiefenschärfe
einer Fotolinse folgen kann.
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Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
das Auftreten der Exzentrität
oder Neigung einer Linse zu verhindern, wenn die Linse bewegt wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
wird durch einen Linsenbewegungsmechanismus nach Anspruch 1 gelöst.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1A und 1B zeigen einen Linsenbewegungsmechanismus
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2A und 2B zeigen die Form eines
scheibenartigen Nocken gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3A und 3B zeigen die Form eines
scheibenartigen Nocken gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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4 zeigt
ein Blockdiagramm einer ganzen Kamera, die hierauf den Linsenbewegungsmechanismus
gemäß der vorliegenden
Erfindung betreibt.
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5A und 5B zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel
der Linsenbewegungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
ein Steuerblockdiagramm einer Zoomlinse gemäß der herkömmlichen Technik.
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7 zeigt
einen Linsenbewegungsmechanismus gemäß der herkömmlichen Technik.
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8A und 8B zeigen den Bewegungsmechanismus
gemäß einem
erläuternden
Beispiel.
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9A und 9B sind Ansichten des Mechanismus,
der in 8A und 8B gezeigt ist, von vorne gesehen.
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10A und 10B zeigen einen weiteren
Linsenbewegungsmechanismus gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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11 zeigt
noch einen weiteren Linsenbewegungsmechanismus gemäß einem
erläuternden Beispiel.
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12 zeigt
ferner noch einen anderen Linsenmechanismus gemäß einem erläuternden Beispiel.
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13 zeigt
ein erläuterndes
Beispiel des Linsenbewegungsmechanismus.
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14 zeigt
den Halteraufbau für
eine weitere Form des Linsenbewegungsmechanismus gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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15A und 15B zeigen den Linsenbewegungsmechanismus
gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie er von einer Kamera betrieben wird.
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16A und 16B zeigen den Mechanismus zum
Bewegen einer Linsenreihe, wie beispielsweise einem optischen Nachführeinstellmechanismus
gemäß der herkömmlichen
Technik.
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17A und 17B zeigen einen Linsenbewegungsmechanismus
der herkömmlichen
Technik.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
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Zunächst zeigt 4 den gesamten Linsenbewegungsmechanismus
der vorliegenden Erfindung. In 4 bezeichnet
das Bezugszeichen 51 eine Fokuslinseneinheit zum Fokussieren,
das Bezugszeichen 52 bezeichnet eine Zoomlinseneinheit zum
Bewirken einer Brennweitenänderung,
das Bezugszeichen 53 bezeichnet einen Blendenabschnitt zum
Einstellen einer Aufnahme, das Bezugszeichen 54 bezeichnet
eine Linseneinheit, die in die Richtung ihrer optischen Achse genau
beweglich ist, um die Fokuserfassung zu unterstützen, das Bezugszeichen 56 bezeichnet
einen Linsenantriebsabschnitt zum Antreiben der Linse, das Bezugszeichen 57 bezeichnet
eine Übertragungslinseneinheit,
die den Abbildungsvorgang hat, und das Bezugszeichen 58 bezeichnet
einen Linsenantriebsabschnitt zum Antreiben der Fokuslinseneinheit 51.
Jede Linseneinheit hat mehrere Linsen. Das Bezugszeichen 59 bezeichnet
eine Bildaufnahmevorrichtung, wie beispielsweise eine CCD, das Bezugszeichen 60 bezeichnet
einen Steuerabschnitt zum Steuern der Linsenantriebsabschnitte 56 und 58 und
Ausführen
der automatischen Fokusfunktion und das Bezugszeichen 61 bezeichnet
einen Schaltkreis zum Bewirken, dass die Steuerung einer gesamten
Kamera ausgeführt
wird. Das Bezugszeichen 62 bezeichnet einen Zoomlinsenantriebsabschnitt
und einen Linsenpositionserfassungsabschnitt. Das Bezugszeichen 63 bezeichnet
einen Blendenantriebsabschnitt und Blendenpositionserfassungsabschnitt.
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In einer derartigen Konstruktion
ist die Linseneinheit 54 zur Fokuserfassung derartig ausgeführt, dass,
sogar wenn sie in die Richtung der optischen Achse fein bewegt wird,
ihre Bildvergrößerung kaum
variiert und nur ihr Fokus außerhalb
der Schärfe
liegt. Dementsprechend wird, durch die Linseneinheit 54,
die in die Richtung der optischen Achse durch den Linsenantriebsabschnitt 56 fein
bewegt (getaumelt) wird, die Fokusposition an der Bildaufnahmefläche der
Bildaufnahmevorrichtung 59 fein geändert und diese Änderung
kann als eine Änderung
in einem Bildsignal erfasst werden. Diese Signaländerung wird zu dem Schaltkreis 61 auf
Seiten der Kamera gesandt und wird hierdurch signalverarbeitet,
und das Ausmaß und
die Richtung des Zustands außerhalb
der Schärfestellung
wird berechnet und wird zu dem Steuerabschnitt 60 ausgebeben.
Der Steuerabschnitt 60 gibt ein Antriebssignal entsprechend
dem Ausmaß und
der Richtung des Zustands außerhalb
der Schärfe
aus und die Fokuslinse 51 wird durch den Linsenantriebsabschnitt 58 angetrieben,
wodurch ein Autofokus erzielt werden kann.
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1A und 1B zeigen den speziellen
Linsenbewegungssteuermechanismus 56, 54, der in 4 gezeigt ist. In 1A und 1B bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen
fein beweglichen Linsenabschnitt (entsprechend der Linseneinheit 54 in 4) und das Bezugszeichen 2 bezeichnet
ein Halteelement, das den Linsenabschnitt 1 hält und an
einen fixierten Abschnitt 3 (fixierter Tubus) gepasst ist
und in die Richtung der optischen Achse beweglich ist. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet
eine Nockenscheibe, die mit einer Nockenfläche an seinem äußeren Umfang
ausgebildet ist und mit der Ausgangswelle eines Schrittmotors 5 verbunden
ist, der an dem fixierten Abschnitt 3 montiert ist, und
die ihre Nockenfläche angeordnet
hat, so dass sie mit der Stirnfläche
des Linsenhalteelements 2 kontaktiert. Der Motor 5 wird so
gesteuert, dass er Vorwärtsdrehung
und Rückwärtsdrehung
wiederholt.
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Ferner wird in 1A und 1B die
Nockenscheibe 4 direkt mit der Abtriebswelle des Motors 5 verbunden,
kann aber alternativ durch einen Untersetzungsmechanismus mit der
Abtriebswelle verbunden sein. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet
ein Spiralelement, das eine Federeigenschaft hat und zwischen dem
Linsenhalteelement 2 und dem fixierten Abschnitt 3 eingebaut
ist und das Halteelement 2 vorspannt, so dass es normal
mit der Nockenfläche
der Nockenscheibe 4 kontaktiert. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet
einen Lichtsensor, der Licht erfasst, das von einem lichtreflektierenden
Abschnitt 40 reflektiert wird, der mit dem Nocken 4 vorgesehen
ist, um hierdurch die gedrehte Stellung des Nocken 4 zu
erfassen.
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2A und
2B sind Diagramme, die die
Nockenform der Nockenscheibe
4 und die Beziehung zwischen
dem Drehwinkel und der Versetzung des Nocken zeigen. In
2A und
2B, wenn die Drehmitte der Nockenscheibe
4 als
die Z-Achse definiert
ist und die Position der Nockenfläche mit dem Linsenhalteelement
2 kontaktiert
ist, wenn Taumeln nicht ausgeführt
wird, d. h. wenn der Linsenabschnitt
1 an einer Referenzposition
ist oder der Winkel, wenn die Bewegungsmitte der Nockenfläche vorwärts oder rückwärts gedreht
wird, die Referenz θ =
0 ist, wird das Zylinderkoordinatensystem r-θz genommen, wobei die Form
des Nocken eine derartige Form ist, dass er sich, wie aus seinem
charakteristischen Diagramm ersichtlich ist, leicht zu dem Linsenabschnitt
4 in
einem bestimmten Bereich (von –θ
1 bis –θ
1) mit θ = 0
als die Mitte vor- und zurückbewegt,
und den Linsenabschnitt
4 weit bewegt, wenn der Bereich überschritten
ist. Innerhalb des Einsatzbereichs des Nocken ist der Betrag der
Variation in der Position (Abstand) r der Nockenfläche relativ
zu dem Winkel
θ, insbesondere
die Form dieses scheibenartigen Nocken, eine derartige Form, dass
bei Winkeln –θa bis θa innerhalb
eines ziemlich getrennten Bereichs in dem Einsatzbereich der Nockenfläche liegt,
innerhalb dem Bereich –θa bis 0
erfüllt und innerhalb des Bereichs
von 0 bis θa
ist
erfüllt, wobei der Nocken so arbeitet,
dass die Bewegungsstrecke des Linsenabschnitts von der Mitte der Schwenkbewegung
weiter weg kommen kann.
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In der bevorstehend beschriebenen
Konstruktion, wenn der Motor 5 abwechselnd in die Vorwärts- und
Rückwärtsrichtung
gedreht wird, wird ferner die Nockenscheibe 4, die mit
seiner Abtriebswelle verbunden ist, gedreht. Zu dieser Zeit wird
das Linsenhalteelement 2 durch die Feder 6 gegen
die Nockenscheibe 4 gedrückt und daher bewegt sich, wenn
die Nockenscheibe 4 gedreht wird und die Versetzung ihrer
Nockenfläche,
die mit dem Linsenhalteelement 2 kontaktiert, sich ändert, das
Linsenhalteelement 2 in die Richtung der optischen Achse
vor und zurück,
in dem es ihr folgt, und der Linsenabschnitt 1 bewegt sich
in die Richtung der optischen Achse vor und zurück. Auf diese Weise wird Taumeln
erreicht.
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In der vorliegenden Erfindung wird
nun mehr durch die Verwendung der Nockenscheibe mit der vorstehend
beschriebenen Form die Drehung auf einen maximalen Winkel θ2, der geringer als eine volle Drehung des
Nocken ist, gesteuert, wenn die Tiefenschärfe groß ist, und es ist möglich gemacht,
Taumeln mit hoher Geschwindigkeit zu bewirken. Andererseits wird,
wenn die Tiefenschärfe
gering ist, wie in 2 gezeigt
ist, von der Nockenfläche
Gebrauch gemacht, bei der das Ausmaß der Versetzung des Nocken
klein ist (–θ1bis θ1), und daher wird, sogar wenn das Ausmass
der Bewegung der Linseneinheit klein ist, die Drehzahl des Motors
nicht zu klein und die Linseneinheit kann mit guter Genauigkeit
getaumelt werden.
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Wie vorstehend beschrieben ist, kann
durch den Linsenbewegungsmechanismus der vorliegenden Erfindung
Taumeln mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden ,sogar wenn die
Tiefenschärfe groß ist und
das Ausmaß der
Bewegung der Linse groß ist,
und darüber
hinaus wird taumeln möglich, sogar
wenn die Tiefenschärfe
gering ist und das Ausmaß der
Bewegung der Linse klein ist. Natürlich wird die Steuerung dieser
Drehwinkel auf der Basis der Zoompositionsinformation, die die Tiefenschärfe bestimmt,
und des Blendenwertes bewirkt.
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3A und 3B zeigen die Nockenform
einer Nockenscheibe in einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung. Es ist jedoch so zu verstehen, dass dieses Ausführungsbeispiel
dem ersten Ausführungsbeispiel
in den anderen Abschnitten als der Nockenscheibe gleich ist.
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In
3A und
3B wird, wenn ein Zylinderkoordinatensystem
rθz gleich
den von
2A und
2B genommen wird, die Nockenscheibe
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
dadurch charakterisiert, dass innerhalb des Bereichs eines winzigen
Winkels Δθ in der
Nähe der
Position θ =
0 entsprechend zu dem, wenn die taumelnde Linseneinheit an der Referenzposition
ist, der Abstand r zwischen der z-Achse und der Nockenfläche konstant
ist und die Form des Nocken so eingestellt ist, dass innerhalb des
Bereichs von Δθ
erfüllt ist und innerhalb der anderen
Bereiche
erfüllt ist.
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Das vorliegende Ausführungsbeispiel
löst das
Problem, dass, wenn die gestoppte Position der Nockenscheibe von
der Position θ =
0 durch die Stoppgenauigkeit oder dergleichen des Motors abweicht,
wenn der Taumelvorgang nicht ausgeführt wird, die Linseneinheit
sich aus der Referenzposition bewegen wird und außerhalb
des Schärfebereichs sein
wird. In der vorliegenden Erfindung wiederum, wird während dem
Taumeln der Motor so gedreht, dass die Nockenscheibe außerhalb
des Bereichs von Δθ gedreht
wird, wodurch die gleiche Wirkung wie die des ersten Ausführungsbeispiels
erhalten wird.
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Die Anfangspositionseinstellung des
Nocken wird nachstehend beschrieben.
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Wie vorstehend beschrieben ist, wird,
wenn der Motor 5 angetrieben wird, der nicht lineare Nocken 4 gedreht
und die Linse 1 wird in Übereinstimmung mit der Drehung
des Nocken 4 gedreht. Andererseits ist ein reflektierender
Abschnitt 4a zum Reflektieren von Licht an einem Abschnitt
des Nockens 4 vorgesehen, wie in 1B gezeigt ist, und der Fotosensor 10 ist
so fixiert, dass Licht, das von dem lichtemittierenden Abschnitt
des Fotosensors emittiert wird, durch den reflektierenden Abschnitt 4a reflektiert
wird und das Licht in den Lichtempfangsabschnitt des Fotosensors
eintreten kann. Die Auslegung ist ferner so gemacht, dass, wenn
die Anfangspositionseinstellung der Linse 1 während dem
ausschalten eines Stromversorgungsschalters notwendig ist, der Motor 5 angetrieben
wird, um hierdurch den Nocken 4 zu drehen, wobei das Licht
des Fotosensors 10 durch den reflektierenden Abschnitt 4a reflektiert
wird und wenn er den Fotosensor 10 erreicht, sensiert der
Steuerkreis sein Signal und stoppt den Motor 5. Somit wird
ein nicht linearer Nocken verwendet und ist ein Sensor zur Positionseinstellung mit
einem Abschnitt des Nockens vorgesehen, wodurch die winzige Vibration
der Taumellinse und zuverlässige
Anfangspositionseinstellung, die für die Fokuseinstellung notwendig
ist, bewirkt wird.
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Vorstehend sind Ausführungsbeispiele
gezeigt worden, in denen das Linsenhalteelement direkt bewegt und
durch den Nocken gesteuert wird.
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5A und 5B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel.
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In 5A und 5B bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine
bewegliche Linseneinheit, das Bezugszeichen 2 bezeichnet
ein Linsenhalteelement, das die bewegliche Linse hält, und
das Bezugszeichen 3 bezeichnet den fixierten Abschnitt
(fixierten Tubus) eines Linsentubuskörpers. Das Bezugszeichen 20 bezeichnet
eine metallene dünne
elastische Scheibe mit Kupfer als Hauptkomponente, das das Linsenhalteelement 2 an
seinem inneren Durchmesser hält und
das an seinem äußeren Durchmesser
an dem fixierten Abschnitt 3 fixiert ist. Das Linsenhalteelement 2 und
die elastische Scheibe 20 sind zu dem fixierten Abschnitt 3 jedoch
nicht relativdrehbar. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet ein
zu dem vorstehend beschriebenen ähnlichen
Nocken, der relativ zu dem fixierten Abschnitt 3 beweglich
ist. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine ringartige Platte,
die spitze Stiftelemente 11a und 11b hat, die
auf ihrer Oberfläche
an zwei Positionen symmetrisch in Bezug auf die Mitte der optischen
Achse montiert sind, und die ein konisches Loch 13 und
eine V-förmige
Nut 14 hat, die an ihrer anderen Oberfläche an Positionen ausgebildet ist,
die um 90° von
den Positionen der Stiftelemente 11a und 11b abweichen.
Es ist jedoch zu verstehen, dass die Positionen des konischen Lochs 13 und
der V-förmigen
Nut 14 um 180° voneinander
abweichen. Ferner drücken
die spitzen Enden der Stiftelemente 11a und 11b gegen
die Stirnfläche
des Linsenhalteelements 2. 5A zeigt
die wesentlichen Abschnitte bei Sichtweise von oben auf die Linse,
und 5B zeigt die wesentlichen
Abschnitte bei Sichtweise von der Seite auf die Linse.
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Ein konisches Loch 15 ist
in dieser Wandfläche
des fixierten Abschnitts 3 ausgebildet, die dem konischen
Loch 13 gegenüber
liegt, und ein Kugelelement 16 ist zwischen den zylindrischen
Löchern 13 und 15 zwischengeordnet.
Ferner ist eine Durchgangsöffnung 17 in
dieser Wandfläche
des fixierten Abschnitts 3 ausgebildet, die der V-förmigen Nut 14 gegenüber liegend
ist. Ein Kugelelement 18 ist in die Durchgangsöffnung 17 eingepasst,
so dass es von entgegengesetzten Seiten der Durchgangsöffnung 17 ragt,
und eine Fläche
des Kugelelements 18 greift in die V-förmige Nut 14 und die
andere Fläche
des Kugelelements 18 drückt
gegen die Nockenfläche des
Nockenelements 4. Das Nockenelement 4 ist zur Drehung
relativ zu dem fixierten Abschnitt 3 gelagert und ist durch
einen Motor oder dergleichen elektrisch drehbar.
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Das Bezugszeichen 4b bezeichnet
eine Scheibe, die einen Schlitz hat und zur Drehung synchron mit
dem Nockenelement 4 montiert ist. Das Bezugszeichen 21 bezeichnet
einen Lichtunterbrecher, der angeordnet ist, so dass er die Scheibe 4b umklammert,
und ausgewählt,
dass der Schlitz der Scheibe 4b den Lichtunterbrecher 21 passiert,
wenn das Nockenelement 4 und die Scheibe 4b gedreht werden.
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In einer derartigen Konstruktion
wird, wenn das Nockenelement 4 elektrisch gedreht wird,
das Kugelelement 18 durch die Nockenfläche gedrückt und zu der ringartigen
Platte 11 durch die Durchgangsöffnung 17 hinbewegt,
um die ringartige Platte 11 zu drücken. Die Platte 11 hat
ihre Bewegung in eine Richtung senkrecht zu der optischen Achse durch
die Wirkung des Kugelelements 16, das zwischen der Nut 13 und
dem konischen Loch 15 zwischengeordnet ist, die einander
gegenüber
liegend sind, und dem Kugelelement 18, das in die V-förmige Nut 14 und
die Durchgangsöffnung 17 gepasst
ist, und daher ist es zu der Seite des Linsenhalteelements 2 mit
dem Kugelelement 16 als eine Drehmitte geneigt. Darauf
drückt
das Stiftelement 12 das Linsenhalteelement 2,
das somit in die Richtung der optischen Achse bewegt wird.
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Andererseits wird, wenn das Nockenelement 4 umgekehrt
gedreht wird, um hierdurch die Versetzung der Nockenfläche zu verringern,
die gegen das Kugelelement 18 drückt, das Linsenhalteelement 2 durch
die elastische Kraft der elastischen Scheibe 20 in eine
Richtung entgegengesetzt zu der vorstehenden beschriebenen bewegt.
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Insbesondere ist in diesem Ausführungsbeispiel
die ringartige Platte 20, die das Linsenhaltelement 2 drückt, mit
dem Kugelelement 16 als eine Drehmitte geneigt und daher
ist durch das Hebelprinzip das Verhältnis zwischen dem Ausmaß der Versetzung,
die das Halteelement 2 an die Position des Stiftelements 12 drückt, und
dem Ausmaß der
Versetzung, die durch das Nockenscheibenelement 4 auf die
ringartige Platte 11 durch das Kugelelement 18 aufgeben
wird, gleich dem Verhältnis
zwischen der Strecke von dem Kugelelement 16, das die Drehmitte vorsieht,
zu dem Stiftelement 12 und dem Abstand von dem Kugelelement 16 zu
dem Kugelelement 18. Das heißt, dass das Ausmaß der Versetzung
des Nockens durch das vorstehend beschriebene Streckenverhältnis um
ein Mehrfaches des Ausmaßes
der Bewegung der Linse größer wird.
Somit wird die Wirkung erhalten, dass, wenn es gewünscht ist,
die Linseneinheit um einen winzigen Betrag zu bewegen, der Einfluss
des Betriebsfehlers des Nocken verglichen mit einem Fall klein wird,
in dem das Ausmaß der
Versetzung des Nockens und das Ausmaß der Bewegung der Linseneinheit
einander gleich sind, und das Wirken des Nocken wird leichter und
die Genauigkeit der Linsenposition wird besser.
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Wie vorstehend beschrieben ist, ist
die Auslegung so ausgeführt,
dass die Nockenscheibe, die so arbeitet, dass das Ausmaß der Veränderung
der Versetzung des Nocken relativ zu der Drehrichtung erhöht sein
kann, in einem rechten Winkel in Bezug auf die optische Achse des
Linsensystems angeordnet ist und die Nockenscheibe wird gedreht,
so dass sich die taumelnde Linseneinheit in die Richtung der optischen
Achse bewegt, wodurch, sogar wenn die Tiefenschärfe groß ist, Taumeln mit hoher Geschwindigkeit,
ohne dass die Drehzahl des Motors merklich erhöht ist, erreicht werden kann,
und ferner, sogar wenn das Ausmaß der Bewegung der Linse klein
ist, Taumeln mit hoher Genauigkeit erreicht werden kann.
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8A, 8B, 9A und 9B zeigen
ein erläuterndes
Beispiel. In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine
bewegliche Linseneinheit, das Bezugszeichen 2 bezeichnet
ein Linsenhalteelement, das die bewegliche Linseneinheit hält, und
das Bezugszeichen 3 bezeichnet den fixierten Abschnitt (fixierten
Tubus) eines Linsentubuskörpers.
Das Bezugszeichen 20 bezeichnet eine metallene dünne elastische
Scheibe mit Kupfer als Hauptkomponente und ist so gehalten, dass
sie den Gesamtumfang des Linsenhaltelements 2 bedeckt,
wobei ihr äußerer Durchmesserabschnitt
an den fixierten Abschnitt 3 fixiert ist. Das Linsenhalteelement 2 und
die elastische Scheibe 20 sind in Bezug auf dem fixierten
Abschnitt 3 nicht drehbar. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet ein
Nockenelement, das Nockenflächen 15a an
seiner Stirnfläche
hat und drehbar in Bezug auf den fixierten Abschnitt 3 ist.
Das Bezugszeichen 16 bezeichnet ein Betätigungsringelement, das mit
dem Nockenelement 15 über
ein Stiftelement 17 und relativ zu dem fixierten Abschnitt 3 drehbar
verbunden ist. Das Bezugszeichen 18 bezeichnet Nockennachlaufelemente,
die an dem Halteelement vorgesehen sind, wobei zwei oder mehr derartige
Nockennachlaufelemente an das Linsenhalteelement 2 an in
Bezug auf die Mitte der optischen Achse symmetrische Positionen
montiert sind und gegen die zwei Nockenflächen des Nockenelements 15 drücken. Hier
ist das Nockenelement mit einer Anzahl von Nockenflächen gleicher
Form entsprechend der Zahl der Nockennachlaufelemente 18 ausgebildet.
Ferner ist die elastische Scheibe 20 in einem nicht-belasteten
Zustand im Wesentlichen flach, aber wird immer verformt, wenn sie
in den Mechanismus eingebaut wird, und ist, in dem ihre elastische
Kraft normal eine Vorspannkraft zwischen dem Nockennachläufer 18 und der
Nockenfläche
des Nockenelements 15 erzeugt, montiert.
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In einer derartigen Konstruktion,
wird, wenn der Betätigungsring 16 manuell
gedreht wird, oder durch einen Motor oder dergleichen elektrisch
gedreht wird, das Nockenelement 15, das damit durch das
Stiftelement 17 verbunden ist, ebenfalls gedreht. Wenn
das Nockenelement 15 gedreht wird, werden die Nockennachläufer 18 durch
die Nockenflächen des
Nockenelements 15 herausgedrückt, wie in 8B gezeigt ist, und das Linsenhaltelement 2 wird gleichermaßen in die
Richtung der optischen Achse und der Linseneinheit 1 bewegt.
Die elastische Scheibe, die aus einer metallischen dünnen Haut
wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist, kann in die Richtung
der optischen Achse verformt werden, aber wird in Bezug auf eine
Richtung senkrecht zu der optischen Achse schwerlich exzentrisch.
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Andererseits wird, wenn der Betätigungsring 16 von
dem vorstehend beschriebenen Zustand zurück gedreht wird, das Nockenelement 15 ebenso
zurück
gedreht und das Ausmaß der
Versetzung der Nockenfläche
an der Position, an der der Nockennachläufer 18 drückt, steigt.
Zu dieser Zeit wird der Linsentubus (Linsenhalteelement) 2 zu
der Seite des Nockenelements durch die elastische Kraft der elastischen
Scheibe 20 hingedrückt
und somit wird der Nockennachläufer 18 entsprechend
der Nockenflächen
bewegt, wobei sich das Linsenhalteelement 2 sich in eine
Richtung entgegengesetzt zu der bevorstehend beschriebenen bewegt.
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Dadurch, dass der Betätigungsring 16 auf diese
Weise gedreht wird, kann die bewegliche Linseneinheit 1 sich
rückwärts und
vorwärts
in die Richtung der optischen Achse bewegen.
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9A und 9B sind Ansichten des erläuternden
Beispiels aus der Richtung der optischen Achse in 8A und 8B gesehen.
Das Linsenhalteelement 2 wird durch die elastische Scheibe
gehalten, wie in 9A und 9B gezeigt ist, aber die
elastische Scheibe wird der Kraft ausgesetzt, mit der das Linsenhaltelement
durch seinen inneren Durchmesser verteilt gedrückt wird, wobei es in eine
konische Form verformt wird. Zu dieser Zeit wird nur eine zu der
Fläche der
elastischen Scheibe senkrechte Kraft aufgebracht und daher ändert sich
die Mitte der Scheibe nicht und es tritt nicht ein, dass die optische
Achse der Linseneinheit exzentrisch wird. Ferner wird das Linsenhalteelement
durch die symmetrisch angeordneten Nockennachläufer gedrückt und daher parallel bewegt,
wobei keine Neigung der optischen Achse der Linseneinheit auftritt.
Ferner ist das erläuternde Beispiel
im Aufbau einfach und daher ist es möglich, es kompakt und mit dem
geringen Gewicht auszuführen,
und es ist ferner möglich,
es kostengünstig
herzustellen.
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Wie vorstehend beschrieben ist, ist
es möglich,
einen kompakten und leichtgewichtigen Linsenbewegungsmechanismus,
in dem die optische Achse der Linseneinheit nicht exzentrisch wird
und sich neigt, mit niedrigen Kosten zu realisieren.
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In dem erläuternden Beispiel ist die elastische
Scheibe „Donut"-förmig, wie
in 9A gezeigt ist, aber
alternativ kann eine elastische Scheibe 20 verwendet werden,
die eine oder mehrere Durchgangsöffnungen 20a hat,
wie in 9B gezeigt ist, um
eine gleiche Wirkung zu erhalten. In diesem Fall muss die Form und
Position der Durchgangsöffnungen 20a in
der elastischen Scheibe 20 in einer symmetrischen Beziehung
in Bezug auf die Position der Nockennachläufer 18, die das Linsenhaltelement 2 drücken, und
die Mitte der optischen Achse sein. Dies ist so, da, wenn die Nockennachläufer an
symmetrischen Positionen wie auf einer Linie X-X sind, wenn das
Linsenhalteelement 2 gedrückt wird, die elastische Scheibe 20 von
dem Nockennachläufer 18 aus
gesehen symmetrisch verformt werden wird und das Linsenhalteelement 2 sich
bewegen wird, ohne geneigt zu werden, aber wenn die Nockennachläufer 18 an
symmetrischen Positionen wie auf einer Linie Z-Z sind, wird die
elastische Scheibe 9 asymmetrisch verformt werden und daher
wird das Linsenhalteelement 2 geneigt werden.
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Ferner sind der Objektivtubus und
die elastische Scheibe als einzelne Teile konstruiert, aber, wie leicht
analog hergeleitet werden kann, dass, wenn die zwei integral miteinander
ausgebildet sind, eine gleiche Funktion und Wirkung erhalten werden
wird.
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10A und 10B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel ist eins, in
dem anstelle der ringartigen Platte 11 in dem Ausführungsbeispiel,
das in 5A und 5B gezeigt ist, eine elastische
Platte 31 verwendet ist und die Drehmitte auf den fixierten
Abschnitt 3 durch eine Schraube 32 fixiert ist.
Zur Erleichterung der Darstellung ist jedoch das Kugelelement 18 durch
ein Stiftelement 33 mit spitzen Enden ersetzt, aber sie
sind in ihrer Funktionen die gleichen. Die anderen Elemente, die
durch die gleichen Bezugszeichen wie diese in 5A und 5B bezeichnet sind,
sind in der Konstruktion gleich.
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In 10A und 10B bewegt sich, wenn das Nockenelement 4 gedreht
wird, der Stift 33 entlang der Versetzung des Nocken und
die elastische Platte 31 wird gedrückt. Wenn die elastische Platte 31 gedrückt wird,
wird die elastische Platte 31 um den fixierten Abschnitt
der Schraube 32 verformt und eine Biegung erzeugt, wie
in 10B gezeigt ist.
Dann wird das Stiftelement 12, das an der elastischen Platte 31 montiert
ist, ferner nach außen
zu der Seite des Linsenhaltelements 2 hin gedrückt und
somit wird die Linseneinheit 1 auf die gleiche Weise wie
in dem Ausführungsbeispiel
von 5A und 5B vorwärts und rückwärts bewegt.
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Die Wirkung dieses Ausführungsbeispiels
ist die gleiche wie die des Ausführungsbeispiels
von 5A und 5B, aber in diesem Ausführungsbeispiel wird
die elastische Platte 31 verformt und der Umfang ihrer
Versetzung ist eine Funktion höherer
Ordnung des Abstandes von dem durch die Schraube 32 fixierten
Abschnitt und dadurch wird das Verhältnis der Versetzung der Position
des Stiftelements 12 zu der Versetzung, die an der Position
des Nockenelements 19 gegeben ist, kleiner als in dem Ausführungsbeispiel
der 5A und 5B, wobei das Ausmaß der Versetzung
eine lineare Funktion der Strecke von der Drehmitte wird. Das heißt, wenn
ein Versuch gemacht wird, die Linseneinheit um denselben Betrag zu
bewegen, wenn die Größenbeziehung
die gleiche ist, wird der Umfang der Versetzung des Nocken in diesem
Ausführungsbeispiel
größer als
in dem Ausführungsbeispiel
von 5A und 5B. Somit wird, wenn die
Linseneinheit fein bewegt wird, das Wirken des Nocken leicht und
die Wirkung, dass die Genauigkeit der Linsenposition verbessert
wird, wird größer.
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11 bis 13 zeigen erläuternde
Beispiele, in denen jedes der vorstehenden Ausführungsbeispiele oder erläuternden
Beispiele das Nockenelement zum Bewegen der Linse durch eine Vorschubschraube
ersetzt ist.
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Zunächst zeigt 11 ein Beispiel, in dem das Nockenelement 15 der 8A und 8B durch ein Ringelement 41 ersetzt
ist, das mit einem Gewinde an seinem äußeren Umfang ausgebildet ist,
und in Eingriff mit einem Innengewinde gebracht ist, das auf dem
inneren Durchmesser des fixierten Abschnitts 3 ausgebildet
ist, um hierdurch eine Vorschubschraube auszubilden. In dieser Konstruktion
wird, wenn der Betätigungsring 16 gedreht
wird, das Ringelement 41 durch das Stiftelement 17 und
durch die Wirkung der Vorschubschraube gedreht, das Ringelement 41 in die
Richtung der optischen Achse bewegt, um hierdurch den Linsentubus 2 zu
drücken,
wobei somit die Linseneinheit 1 bewegt wird.
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Als nächstes zeigt 12 ein Beispiel, in dem in dem Ausführungsbeispiel
von 5A und 5B das Nockenelement durch
eine Vorschubschraube ersetzt wird. In 12 bezeichnet das Bezugszeichen 42 eine
Schraube mit Außengewinde,
die die Vorschubschraube ist, und das Bezugszeichen 43 bezeichnet
eine Schraube mit Innengewinde. Die Schraube mit Außengewinde 42 ist
mit der Abtriebssäule
eines Motors 44 verbunden. Das Bezugszeichen 45 bezeichnet
ein Stiftelement, das an der Mutter 43 montiert ist, und
in einen Einschub gepasst ist, der in dem fixierten Abschnitt 3 ausgebildet
ist, und von dem Innengewinde 43 nicht drehbar aber axial geradlinig
beweglich ist. Das Bezugszeichen 46 bezeichnet ein Stiftelement
mit spitzen Enden, das an der Mutter 43 montiert ist und
in eine V-förmige
Nut 14 in der ringartigen Platte 11 gepasst ist,
um die ringartige Platte 11 zu drücken. In dieser Konstruktion wird,
wenn die Schraube mit Außengewinde 42 gedreht
wird, die Mutter 43 geradlinig bewegt und die ringartige
Platte 11 gedrückt
und somit die Linseneinheit 1 bewegt.
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13 zeigt
ein Beispiel, in dem das Nockenelement von 10A und 10B durch
eine Vorschubschraube ersetzt ist, und in diesem Beispiel ist eine
Mutter 43 integral mit einer elastischen Platte 31 konstruiert.
Somit wird, wenn eine Schraube mit Außengewinde 42 gedreht
wird, eine Versetzung direkt auf die elastische Platte 31 aufgebracht,
wobei die Linseneinheit 1 wie in dem dritten Ausführungsbeispiel
bewegt werden kann.
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Wie vorstehend beschrieben ist, kann,
sogar wenn das Nockenelement zum Bewegen der Linse durch eine Vorschubschraube
versetzt wird, die Linseneinheit genauso bewegt werden, wobei die
gleiche Wirkung erzielt werden kann.
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14 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
in dem eine Vielzahl von elastischen Scheiben 4 zum Halten
des Linsentubus 2 verwendet sind. Dieses Ausführungsbeispiel
löst das
Problem, dass, wenn der Linsentubus 2 durch eine elastische
Scheibe 4 gehalten ist, die Position des gehaltenen Linsentubus 2 wahrscheinlich
instabil wird, wenn das Gewicht der beweglichen Linseneinheit 1 oder
des Linsentubus 2 schwer ist, oder wenn die volle Länge der
beweglichen Linseneinheit in die Richtung der optischen Achse groß ist. Dies
trifft auch auf die vorstehend beschriebenen anderen Ausführungsbeispiele
zu.
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15A und 15B zeigen ein Beispiel,
in dem der Linsenbewegungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung
auf eine Fotolinsenvorrichtung angewandt wird und in einem Apparat
eingesetzt wird, in dem eine Linseneinheit fein in die Richtung ihrer
optischen Achse bewegt wird, um hierdurch eine Fokuserfassung zu
bewirken. 15B zeigt
ein Beispiel, in dem eine Fotolinsenvorrichtung, die hierin den
Linsenbewegungsmechanismus gemäß der vorliegenden
Erfindung einsetzt, an einer Kamera montiert ist.
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Wie vorstehend beschrieben ist, ist
der Linsenbewegungsmechanismus der vorliegenden Erfindung zur Verwendung
in der Fokuserfassungsvorrichtung einer Linsenvorrichtung mit der
wie vorstehend beschriebenen automatischen Fokuseinstellfunktion
geeignet, wobei es hierdurch möglich
ist, eine Linsenvorrichtung mit einer sehr hohen Genauigkeit und
einer Hochgeschwindigkeitsautomatik- Fokuseinstellfunktion zu verwirklichen.
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Ein Linsenbewegungsmechanismus zum
feinen Bewegen mindestens einiger Linsenabschnitte einer Objektivlinse
in die Richtung ihrer optischen Achse, ist gekennzeichnet durch
ein Halteelement, das den Linsenabschnitt hält, und ein scheibenartiges
Nockenscheibenelement, das mit einer Nockenfläche vorgesehen ist, wobei das
Nockenscheibenelement gedreht wird, um hierdurch das Halteelement auf
einer Bahn in Übereinstimmung
mit der Nockenfläche
zu bewegen.