CN100373200C - 用于变焦距照相机的光学系统 - Google Patents

Abstract

一种变焦照相机的光学系统，包括：基部件；第一镜头组，安装到基部件上，用于将从物体反射和入射的光折反射到第一方向；第二镜头组，安置在通过第一镜头组所折反射的光路上，所述第二镜头组沿光路滑动以实现变焦功能；第三镜头组，用于将通过第二镜头组的光折反射到第二方向上；第四镜头组，安置在通过第三镜头组所折反射的光路上，第四镜头组沿着光路滑动以实现变焦功能以及聚焦功能，同时补偿由变焦功能所导致的图像平面的变化；以及动力传送装置，设置在基部件的预定的位置上，用于传送滑动第二和第四镜头组的动力。

Description

用于变焦距照相机的光学系统

技术领域

本发明涉及光学照相机，具体而言，涉及其中多个镜头组被设置以使光路可以在变焦距照相机中多个方向折射的变焦距照相机的光学系统。

背景技术

典型地，照相机是一种摄取图像的光学装置，并也称为摄影机械。除了普通摄影外，新闻摄影、商业摄影、建筑摄影、缩影摄影、航空摄影和太空摄影被广泛应用在诸如医疗、工业和科学等的不同的应用领域。

此处所称的照相机被分类为利用胶卷的普通照相机或者近来的不需要胶卷的数码照相机。

普通照相机模块是用于接收光以使图像形成在胶卷上的装置，其中照相机模块包括：镜头组，用于接收光并使得光从物体上反射的光聚焦到薄膜的表面上；虹膜，用于控制通过镜头组入射到照相机模块的光强度；聚焦装置，用于调整镜头和胶卷表面之间的距离，这样物体的图像可以清楚地形成在胶卷的表面上；胶卷供给器，用于在预定的间距上供给胶卷；以及快门组件，用于调整对胶卷的进行曝光的时间长度。

数码照相机在结构上与普通的照相机模块相似。但是，数码照相机能够将被摄图像存储在内存装置(硬盘或者存储卡)，而不是胶卷上，数码照相机能够将数字图像输入到外部计算机中。

此处，各种照相机中最重要的部件是镜头。简单的照相机可以利用凹凸镜头(convex meniscus lens)或者塑料镜头。但是，大多数照相机利用两个、三个或者更多个镜头组。当这样的照相机镜头组在照相机中利用时，也可以具有放大功率，由此实施变焦功能。在这种情况下，镜头的焦距距离是变化的。

现有技术中的变焦镜头典型地构造为正、负两组类型(two-grouptype)和正、正、负或者负、正、负三组类型(three-grouptye)。

两组类型的变焦镜头通过调整两组镜头之间的间距而实施变焦功能，其中光管和驱动装置由于驱动装置可以通过最小数目的部件来提供而得以简化。

由于伴随着变焦时的各部件组的运动增加，像差的变化进一步增加。因此，公知的是两组类型的变焦镜头不适于较高放大率。

三组类型的变焦镜头被安置的方式使得各镜头组的运动在变焦时受限，并且像差的变化可以很好地矫正。此处，三组类型的变焦镜头适于较高的放大率。但是，三组类型的变焦镜头的缺点是，因为光管和驱动装置由于镜头组的数目增加而变得复杂且尺寸较大。因此，最后的产品的尺寸增加。由此使得不能小型化和变薄最终的产品。

此外，如图1、2所示，两组或者三组类型的镜头组1通常利用棱镜2或者反射镜3来改变光4的路径90度，这样光在一个方向前进以在图像传感器5中形成图像。这样的变焦方法被称为内聚焦方法。

但是，此聚焦方法的问题在于，由于每个类型的镜头组被安置成一条线以导致光路在一个方向上前进并且驱动装置在此状态中移动镜头组，驱动装置太大并且其难于安装驱动装置，尽管放大方法可以一定程度地小型化这样的照相机模块。此外，还具有的问题在于由于对于驱动装置需要额外的空间，对于提供便携终端或者较小尺寸的照相机是困难的。

发明内容

相应地，本发明用于解决上述现有技术中的问题并提供额外的优点，这是通过提供变焦照相机的光学系统来实现的，其包括多个镜头组，所述镜头组安置以能够在多个方向而不是在单个方向上折射光路，其中获得空间用于安装驱动装置来实现变焦功能和聚焦功能，由此允许变焦照相机小型化和变薄。

本发明的另外一方面是提供一种变焦照相机的光学系统，其包括多个镜头组，所述镜头组安置以能够在多个方向而不是在单个方向上折射光路，其中获得空间用于安装驱动装置来使得变焦功能和聚焦功能变得有效，由此使得变焦照相机的组装过程变得简化并提供变焦照相机的性能。

根据本发明的另外一方面，提供了一种变焦照相机的光学系统，包括：基部件；第一镜头组，安装到基部件上，用于将从物体反射和入射的光折反射到第一方向；第二镜头组，安置在通过第一镜头组所折反射的光路上，所述第二镜头组沿光路滑动以实现变焦功能；第三镜头组，用于将通过第二镜头组的光折反射到第二方向上；第四镜头组，安置在通过第三镜头组所折反射的光路上，第四镜头组沿着光路滑动以实现变焦功能以及聚焦功能，同时补偿由变焦功能所导致的图像平面的变化；以及动力传送装置，设置在基部件的预定的位置上，用于传送滑动第二和第四镜头组的动力。

根据本发明的另外一方面，提供了一种变焦照相机模块的光学系统，包括：基部件；第一镜头组，安装到基部件上，用于将从物体反射和入射的光折反射到第一方向；第二镜头组，安置在通过第一镜头组所折反射的光路内，所述第二镜头组沿光路滑动以实现变焦功能；第三镜头组，用于将通过第二镜头组的光折反射到第二方向；承载第一、第二和第三镜头组的变焦凸轮，变焦凸轮在基部件的顶部表面上沿水平方向滑动，并在垂直方向上滑动第二镜头组；第一驱动电机，用于提供驱动力以在水平方向上滑动变焦凸轮；第四镜头组，安置在通过第三镜头组所折反射的光路上，第四镜头组沿着光路可滑动以实现变焦功能以及聚焦功能，同时补偿通过变焦功能所导致的图像平面的变化；以及第二驱动电机，安置在基部件上的预定位置上，以提供驱动力来沿着光路滑动第四镜头组。。

附图说明

本发明的上述特征和优点将从下述的详细说明并结合附图而了解到，其中：

图1是传统的变焦照相机中采用的棱镜的示意图；

图2是传统的变焦照相机中采用的反射镜的示意图；

图3是根据本发明的第一实施例的变焦照相机的光学系统的设置的分解透视图；

图4是根据本发明的第一实施例在组装的状态中的变焦照相机的光学系统的设置的透视图；

图5是显示了其中根据本发明的第一实施例的变焦照相机的不同的光学组件中的状态的俯视图，镜头组实现变焦功能以及棱镜多方向折射光路；

图6是显示了其中根据本发明的第一实施例的变焦照相机的不同的光学组件中的状态的俯视图，镜头组实现变焦功能以及反射镜多方向折射光路；

图7是显示了根据本发明的第二实施例的变焦照相机的光学系统的设置的分解透视图；

图8是根据本发明的第二实施例在组装状态中变焦照相机的光学系统的设置的透视图；

图9显示了在根据本发明的第二实施例的变焦凸轮操作之前的状态的俯视图，其中变焦凸轮在变焦照相机的光学系统的不同部件之中实现变焦功能；

图10是在根据本发明的第二实施例的变焦照相机的光学系统的变焦凸轮被操作之前的俯视图；以及

图11是根据本发明的第二实施例的变焦照相机的光学系统的变焦凸轮的部分截面的侧视图。

具体实施方式

此后，本发明的实施例将参照附图进行说明。为了简洁起见，对于公知的功能和结构将省略说明，因为它们将使得本发明的主题变得不清楚。

如图3、4中所示，变焦照相机的光学系统10包括基部件20、第一至第四镜头组30、40、50、60和动力传送装置70，其中基部件20适于能够设有第一至第四镜头组30、40、50、60和动力传送装置70。第一镜头组30被设置在基部件20上，这样第一镜头组30可以正交地折射从物体(未示出)反射和入射的光4。第二镜头组40被安置在第一和第三镜头组30、50之间从第一镜头组30折射的光4的路径上，这样第二镜头40可以沿着光4的路径的方向移动以实现变焦功能。第三镜头组50被安置在与第二镜头组40相邻的位置上，这样第三镜头组50可以正交地折射通过第二镜头组40的光。并且第四镜头组60在从第三镜头组50所折射的光4的路径上被安置在第三镜头组50相邻的位置上，这样第四镜头组60可以被滑动以实现变焦功能以及实现自动聚焦功能，同时通过聚焦功能补偿焦距功能所导致的图像平面的变化。动力传送装置70被设置在基部件20上的预定位置上，这样动力传送装置70可以传送用于第二和第四镜头组40、60的滑动运动的动力。

此外，如图5、6中所示，每个第一和第二镜头组30、50包括被安置以能够折射光4的反射镜或者棱镜。

如图5中所示，动力传送装置50包括第一和第二驱动电机71、72，其中第一驱动电机71被安置在预定的位置上以与设置在第二镜头组40中的第一齿轮41相接合。在此情况下，第二镜头组40可以随着第一驱动电机71被驱动而滑动。相似地，第二驱动电机72被安置在预定的位置上用于与设置在第四镜头组60中的第二齿轮61相接合，这样第四镜头组60可以随着第二驱动电机72被驱动而滑动。

如图5中所示，第一齿轮41用于与设置在第一驱动电机71中的第一电机侧齿轮71a相啮合并在电机71被驱动时线性地移动(这显示在垂直的方向上)，并且第二齿轮61被用于与设置在第二驱动电机72中的第二电机侧齿轮72a相啮合并随着电机72被驱动而线性地移动(显示在水平方向上)。

此外，如图3、5中所示，第一和第二引导装置80、90被设置在基部件20上以允许第二和第四镜头组40、60沿着光4的路径移动，其中第一引导装置80包括一对设置在基部件20上的一对第一导轨81和设置在第二镜头组40的相对侧面上的一对第一引导部分82，第一引导部分82设置在第二镜头组40的相对侧面上，第一引导部分82分别可滑动地与第一导轨81相接合，这样第二镜头组40可以沿着光4的路径随着第一驱动电机71被驱动而被滑动地引导。

此外，如图5中所示，第二引导装置90包括一对设置在基部件20上的第二导轨91和一对设置在第二镜头组60的相对侧面上的第二引导部分92，第二引导部分92分别可滑动地与第二导轨91相配合，这样第二镜头组60可以在第二驱动电机72被驱动时沿着光4的路径被可滑动地引导。

现在，将详细参照附图3-6来描述根据本发明的如上构造的第一实施例的变焦照相机的光学系统的操作。

如图3、5中所示，从物体所反射和入射的光4通过设置在基部件20上的第一镜头组件30而折射90度(基本正交地)。

此时，由于用于实现变焦功能的第二镜头组40被安置在通过第一镜头组30所折射的光4的路径上的第一镜头组30的相邻的位置上，第二镜头组40沿着光4的路径滑动并实现变焦功能。

此外，由于第一驱动电机71被安置在基部件20的预定的位置上以提供驱动力来沿着光4的路径滑动第二镜头组20，第二镜头组40在第一驱动电机71被驱动时滑动。

如图5中所示，设置在第一镜头组40中的第一齿轮41和设置在第一驱动电机71中的第一电机侧齿轮71a彼此啮合。因此，如果驱动电机71在此状态下被驱动，第一电机侧齿轮71a被旋转，并且这样第一齿轮41导致第二镜头组40在光4的路径中滑动。

在基部件20上，也提供了用于允许第二镜头组40在光4的路径上被引导的第一引导装置80。由于第一引导装置80包括一对安置在基部件20上的第一导轨81以及一对与第一导轨81配合的引导部分82以可滑动地引导第二镜头组40，第二镜头组40的第一引导部分82沿着第一导轨81在光4的路径上可滑动地引导。

在此状态中，通过第二镜头组40的光4通过第三镜头组50折射90度(基本正交)，如图5所示。

此处，每个第一和第三镜头组30、50利用了用于基本正交地折射如图3-5所示的光4的棱镜。

第四镜头组60在通过第三镜头组50所折射的光4的路径上被安置相邻于第三镜头组50。

第四镜头组60沿着光4的路径滑动以实现变焦功能，其中第四镜头组60也实现自动聚焦功能，同时通过使用补偿器(未示出)补偿通过变焦功能所导致的图像平面的变化。

此时，通过第四镜头组60的光4形成图像传感器5中的图像，如图5所示。

第四镜头组60在光4的路径上通过安置在与第一驱动电机71相邻的位置上安置的第二驱动电机72而滑动。

第二驱动电机72包括多个锥齿轮和连接到锥齿轮的第二电机侧齿轮72a，并且如果第二驱动电机72被驱动，锥齿轮被分别旋转以旋转第二电机侧齿轮72a，由此线性地移动(显示为水平方向)设置在第四镜头组上的第二齿轮61。

同时，第二引导装置90设置在基部件20之上以使得第四镜头组60可以在光4的路径上滑动。

由于第二引导装置90包括一对设置在基部件20上的导轨91和一对分别与导轨92相接合的第二引导部分92以使得对第二镜头组60可以滑动，第四镜头组60的第二引导部分92沿着导轨91在光4的路径上可滑动地引导。

根据本发明的另外的一方面，第一和第三镜头组30、50时用于折射光4的反射镜，如图6所示。

根据本发明的第二实施例的变焦照相机的光学系统的操作将参照图7-11更为详细地说明。

如图7、8所示，基部件20设有变焦凸轮100，其设有第一、第二和第三镜头组30、40和60。

如图9中所示，从物体上反射和入射的光通过第一镜头组30折射90度到垂直方向，第二镜头组40在光4的路径上滑动以实现变焦功能。

同时，第一驱动电机71安置在基部件20的预定位置上以在第一方向(如图所示的水平方向)上移动变焦凸轮100以及在第二方向(如图所示的垂直方向)上在光4的路径上移动第二镜头组40。结果，第二镜头组40在第一驱动电机71被驱动时滑动。

第一齿轮101设置在变焦凸轮100的一端上，用于与连接到第一驱动电机71的第一侧齿轮71a相接合并在驱动电机71被驱动时线性移动。因此，如果第一驱动电机71的第一电机侧齿轮71a被驱动时，第一齿轮101被线性地移动，由此导致变焦凸轮100在相同的方向上移动。

如图10、11所示，变焦凸轮100被形成有在变焦凸轮100的纵向方向上垂直延伸的凸轮孔102，并且形成在第二镜头组40的底部上的引导凸起104被插入并与凸轮孔102相接合。此外，基部件20在对于凸轮孔102的位置上形成有引导孔103，以及通过凸轮孔102所凸起的引导凸起104被插入到并与引导孔103相接合。

如果变焦凸轮100从上述的状态在水平方向上移动时，如图10所示，引导凸起104在垂直方向上沿着凸轮孔102被引导并且引导孔103引导第二镜头组40以能够在垂直方向上滑动。

这样，第二镜头组40在垂直方向上移动并且实现变焦功能。

凸轮孔102被形成以允许引导凸起104在垂直或者纵向的方向上线性地移动，如图10所示。

引导孔103径向形成以引导第二镜头组40的引导凸起104并将变焦凸轮100的水平运动转换为引导凸起104的垂直运动，由此允许第二镜头组100在垂直方向上滑动。

变焦凸轮100也设有第一引导装置80以沿着光4的路径滑动地在垂直方向上引导第二镜头组40。

第一引导装置80包括一对设置在变焦凸轮100上的第一导轨81以及一对分别与第一导轨81相接合以可滑动地引导第二镜头组40的引导部分82。因此，第二镜头组40的第一引导部分82沿着第一导轨81被引导并在光4的路径上滑动(如图中所示的垂直方向上)。

在此状态下，通过第二镜头组40的光4通过第三镜头组50折射90度(如图中所示的水平方向)。

在此所示出的示例中，每个第一和第三镜头组30、50利用棱镜和反射镜来折射光4。

第四镜头组60在与第三镜头组50相邻的位置上被安置在通过第三镜头组50所折射的光路上。

如图10所示，第四镜头组60沿着光4的路径滑动以实现变焦功能，此时，第四镜头组60也实现自动变焦功能同时用补偿器(未示出)补偿由于变焦功能所导致的图像平面变化。

光4在通过第四镜头组60之后在图像传感器5内形成图像。

同时，第四镜头组60沿着光4的路径通过设置在相邻于第一驱动电机71的位置上的第二驱动电机72而在水平的方向上滑动。

第二驱动电机72包括多个锥齿轮和连接到锥齿轮的第二电机侧齿轮72a，并且如果第二驱动电机72被驱动，锥齿轮被分别旋转这样第二电机侧齿轮72a被旋转，由此线性地移动(显示为水平方向)设置在第四镜头组60上的第二齿轮61。

同时，第二引导装置90设置在基部件20上以使得第四镜头组60可以沿着光4的路径在水平的方向上滑动。

由于第二引导装置90包括设置在基部件20上的一对导轨91和分别与导轨92相配合以使得对第二镜头组60可以滑动的一对第二引导部分92，第四镜头组60的第二引导部分92沿着导轨91在光4的路径上(水平方向)可滑动地引导。

通过安置多个镜头组，这样光路可以多方向折射而不是如上所述的在单方向上折射，用于安装用于驱动镜头组的装置的空间可以被获得，由此就可以使这样的变焦照相机的产品小型化和变薄，以提高照相机的变焦功能和聚焦功能，并简化照相机的元件组装的过程。

尽管本发明参照了特定的实施例进行了说明和描述，普通技术人员可以理解在不背离本发明的精神和实质的情况下可以对本发明进行改变，其范围由权利要求书所限定。此外，尽管本发明参照第二和第四镜头组的垂直和水平运动方向进行了说明，可以认识到这些方向参照被用于解释相对于俯视图的镜头运动，而不是描述镜头的物理运动。镜头的运动将被理解为在基本平行于基部的平面上。

Claims (21)

1.一种变焦照相机的光学系统，包括：

基部件；

第一镜头组，安装到基部件上，用于将从物体反射和入射的光折反射到第一方向；

第二镜头组，安置在通过第一镜头组所折反射的光路上，所述第二镜头组沿光路滑动以实现变焦功能；

第三镜头组，用于将通过第二镜头组的光折反射到第二方向上；

第四镜头组，安置在通过第三镜头组所折反射的光路上，第四镜头组沿着光路滑动以实现变焦功能以及聚焦功能，同时补偿由变焦功能所导致的图像平面的变化；以及

动力传送装置，设置在基部件的预定的位置上，用于传送滑动第二和第四镜头组的动力。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，第一和第三镜头组的每一个从棱镜所构成的组中选择。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，第一、第二、第三和第四镜头组沿着所折射的光路而顺序地安置在基部件上。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，用于容纳动力传送装置的空间被设置在基部件上。

5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，在第一和第三镜头组上光的折射角大体是90度。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述动力传送装置包括：

第一驱动电机，与设置在第二镜头组上的第一齿轮接合，以在第一驱动电机被驱动时提供用于沿着光路滑动第二镜头组的驱动力；以及

第二驱动电机，安置相邻于第一驱动电机并与设置在第四镜头组上的第二齿轮相接合，以在第二驱动电机被驱动时沿着光路提供滑动第四镜头组的驱动力。

7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，第一齿轮与连接到第一驱动电机的第一电机侧齿轮相啮合并在第一驱动电机被驱动时在第一方向上线性地移动，并且第二齿轮与连接到第二驱动电机的第二电机侧齿轮相啮合并在第二驱动电机被驱动时线性地在第二方向上移动。

8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，第一和第二引导装置设置在基部件上，用于引导第二和第四镜头组沿着光路可滑动地移动。

9.根据权利要求8所述的光学系统，其特征在于，所述第一引导装置包括：

设置在基部件上的一对第一导轨；以及

一对第一引导部分，设置在第二镜头组的相对侧面上并分别与第一导轨相接合以可滑动地移动，第一引导部分引导第二镜头组以在光路上可滑动地移动。

10.根据权利要求8所述的光学系统，其特征在于，所述第二引导装置包括：

设置在基部件上的一对第二导轨；以及

一对第二引导部分，设置在第四镜头组的相对侧面上并分别与第二导轨相接合以可滑动地移动，第二引导部分引导第四镜头组以在光路上可滑动地移动。

11.一种变焦照相机模块的光学系统，包括：

基部件；

第一镜头组，安装到基部件上，用于将从物体反射和入射的光折反射到第一方向；

第二镜头组，安置在通过第一镜头组所折反射的光路内，所述第二镜头组沿光路滑动以实现变焦功能；

第三镜头组，用于将通过第二镜头组的光折反射到第二方向；

承载第一、第二和第三镜头组的变焦凸轮，变焦凸轮在基部件的顶部表面上沿水平方向滑动，并在垂直方向上滑动第二镜头组；

第一驱动电机，用于提供驱动力以在水平方向上滑动变焦凸轮；

第四镜头组，安置在通过第三镜头组所折反射的光路上，第四镜头组沿着光路可滑动以实现变焦功能以及聚焦功能，同时补偿通过变焦功能所导致的图像平面的变化；以及

第二驱动电机，安置在基部件上的预定位置上，以提供驱动力来沿着光路滑动第四镜头组。

12.根据权利要求11所述的光学系统，其特征在于，第一和第三镜头组的每一个从反射镜和棱镜所构成的组中选择。

13.根据权利要求11所述的光学系统，其特征在于，用于容纳第一和第二驱动电机的空间被设置在基部件上。

14.根据权利要求11所述的光学系统，其特征在于，在第一和第三镜头组上的光的折射角大体是90度。

15.根据权利要求11所述的光学系统，其特征在于，第一齿轮设置在变焦凸轮的端部并与第一电机侧齿轮相啮合，在驱动第一驱动电机时，随着第一电机侧齿轮旋转，第一齿轮线性地移动，第二齿轮设置在第四镜头组上并与第二电机侧齿轮相啮合，在驱动第二驱动电机时，随着第二电机侧齿轮旋转，第二齿轮线性地移动。

16.根据权利要求11所述的光学系统，其特征在于，变焦凸轮形成有凸轮孔，形成在第二镜头组的底部上的引导凸起被插入并啮合在凸轮孔中，基部件在对应于凸轮孔的位置上形成有引导孔，因而通过凸轮孔突出的引导凸起啮合在引导孔中，这样引导孔引导引导凸起以在第一方向上可滑动地移动，同时在变焦凸轮在第二方向上移动时引导凸起沿着凸轮孔移动。

17.根据权利要求16所述的光学系统，其特征在于，凸轮孔沿垂直方向纵向地形成，这样引导凸起线性地移动，并且引导孔沿直径方向形成。

18.根据权利要求11所述的光学系统，其特征在于，变焦凸轮设有第一引导装置，用于引导第二镜头组，以在垂直的方向上沿着光路可滑动地移动。

19.根据权利要求18所述的光学系统，其特征在于，所述第一引导装置包括：

设置在基部件上的一对第一导轨；以及

一对第一引导部分，设置在第二镜头组的相对侧面上并分别与第一导轨相接合以可滑动地移动，第一引导部分引导第二镜头组以在光路上可滑动地移动。

20.根据权利要求11所述的光学系统，其特征在于，基部件设有第二引导装置，用于引导第四镜头组以沿着光路可滑动移动。

21.根据权利要求20所述的光学系统，其特征在于，所述第二引导装置包括：

设置在基部件上的一对第二导轨；以及

一对第二引导部分，设置在第四镜头组的相对侧面上并分别与第二导轨相接合以可滑动地移动，第二引导部分引导第四镜头组以在光路上可滑动地移动。

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