CN100541310C

CN100541310C - 变焦光学模块及光学系统

Info

Publication number: CN100541310C
Application number: CNB2005100851565A
Authority: CN
Inventors: 森川冲; 泽那施瓦瑞恩·戈帕尔·克里沙南
Original assignee: Micron Technology Inc
Current assignee: Aptina Imaging Corp
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2025-07-21
Also published as: US7324290B2; JP2006079081A; CN1746761A; US20060056058A1

Abstract

本发明公开了一种变焦光学模块和光学系统。该模块设置有壳体、透镜组件和突起及凹入系统。该透镜组件可移动地布置成相对于所述壳体可操作的关系。该突起及凹入系统包括布置在所述壳体和所述透镜组件中的一个上的至少一个突起和布置在所述透镜组件和所述壳体中相对的一个上的至少一个凹入。所述至少一个突起可操作地与所述至少一个凹入啮合，来相对于所述壳体不连续分级地控制所述透镜组件的轴向运动。

Description

变焦光学模块及光学系统

技术领域

本发明涉及变焦光学模块及光学系统。

背景技术

诸如照相机之类的光学系统包括透镜和图像接收器。透镜的焦距以及透镜和图像接收器之间的距离一同确定了，用户为在图像接收器获得目标的聚焦再现而必须将透镜定位成离开目标的距离。

在一些光学系统中，透镜和图像接收器之间的距离是固定的。在其它光学系统中，透镜和图像接收器之间的距离是可变的，由此提供了具有变焦系统的光学系统。

发明内容

在一个实施例中，一种变焦光学模块包括壳体、透镜组件和突起及凹入系统。该透镜组件可移动地布置成相对于所述壳体可操作的关系。该突起及凹入系统包括布置在所述壳体和所述透镜组件中的一个上的至少一个突起和布置在所述透镜组件和所述壳体中相对的一个上的至少一个凹入。所述至少一个突起可操作地与所述至少一个凹入啮合，来相对于所述壳体不连续分级地控制所述透镜组件的轴向运动。

还公开了其它实施例。

附图说明

在图中示出了本发明的说明性的现有优选实施例，其中：

图1是相关目标及图像离透镜的距离的示意图；

图2是第一变焦光学模块的分解立体图；

图3A、3B、3C及3D分别提供了图2所示光学模块的截面图、分解截面图、正视图及俯视图；

图4是可选变焦光学模块的分解立体图；

图5提供了图4所示光学模块的截面图；

图6示出了图4所示导轨的可选实施例；

图7是另一可选变焦光学模块的分解立体图；且

图8示出了图7所示光学模块的俯视图。

具体实施方式

图1示出的光学系统10包括透镜12及图像接收器14。举例来讲，图像接收器14可选地可以采用电荷耦合设备(CCD)列阵或胶卷的形式。在使用中，从第一图像的点A反射的光折射通过透镜12并聚焦至点B。因为点B与图像接收器14的平面重合，所以点A形成为其一部分的图像将在图像接收器14处焦点对准地再现。相反，从第二图像的点A’反射的光折射通过透镜12并聚焦至点B’。因为点B’不与图像接收器14的平面重合，所以点A’形成为其一部分的图像将在图像接收器14处焦点未对准地再现。

如果光学系统10设置有变焦系统，则点A’形成为其一部分的图像可以通过减小透镜12和图像接收器14之间的距离而聚焦。一般而言，为了在图像接收器14处聚焦图像，图像和透镜12之间的距离u以及透镜12和图像接收器14之间的距离v符合以下等式：

1/u+1/v＝1/F

其中F是等于透镜12的焦距的常量。

图2-7示出了实现透镜12相对于图像接收器14的运动的各种机构。

图2示出的光学模块16包括透镜组件18及壳体20。在使用中，壳体20可以安装至光学系统10(或形成为其一部分)，该光学系统10保持图像接收器14相对于壳体20固定。

透镜组件18可以采用不同的形式。在图2中，透镜组件包括其中安装透镜12的圆筒22。可选的，还可以在圆筒22中安装保护盖24及红外(IR)滤光器26。

当装配好时，透镜组件18可移动地布置成相对于壳体20可操作的关系。例如，如图2所示，透镜组件18可以基本上布置在壳体20内。

光学模块16还包括突起及凹入系统。图2所示的突起及凹入系统包括形成在圆筒22的外表面上的凸起带28(即突起)以及形成在壳体20的内表面上的多个凹入环30、32(参见图3A和3B)。或者，凸起带可以形成在壳体20的内表面上，而凹入环可以形成在圆筒22的外表面上。当透镜组件18相对于壳体20轴向移动时，凸起带28交替地与凹入环30、32中的一个或另一个啮合。以这种方式，突起及凹入系统相对于壳体20不连续分级地控制透镜组件18的轴向运动，由此提供了可以选择透镜12和图像接收器14之间的两个固定关系之一的变焦系统。

在光学模块16的可选实施例中，突起及凹入系统可以采用多种形式中的任何一种，这些形式包括布置在壳体20或透镜组件18上的至少一个突起及布置在透镜组件18或壳体20中相对的一个上的至少一个凹入的形式。例如，突起及凹入系统可以包括一条带及一个相对的凹入，使得透镜组件18相对于壳体可移动，而仅仅可固定在一个缺省位置中。在另一实施例中，突起及凹入系统可以包括一个或多个微凹(dimple)及相对的微凸(nodule)(即该系统没有一部份形成为环)。

透镜组件18还可以包括可操作突出部34，其适于啮合来将透镜组件18移动至其期望的位置之一。如图2、3C、3D及3E所示，可操作突出部可以延伸通过形成于壳体20中的纵向槽36。

图3示出了可选的光学模块38。类似于光学模块16，光学模块38包括透镜组件40及壳体42。但是，与光学模块16不同，光学模块38的突起及凹入系统包括形成在壳体42中的导轨44(即凹入)以及透镜组件40上的延伸至导轨44中的突起46。导轨44至少设置有轴向螺旋部分48，其使得透镜组件40能够以旋转的方式轴向运动。以此方式，突起及凹入系统控制了透镜组件18相对于壳体20的轴向运动，由此提供了变焦系统。

导轨44还可以设置有纵向部分50，其使得透镜组件40能够以平移的方式运动。

可操作突出部或把手56可以设置在透镜组件40上，以使得其对旋转运动更易于抓握。

在一些实施例中(参见图6)，导轨44的一个或两个壁可以设置有波纹部分(52和/或54)。以此方式，当透镜组件40旋转时，延伸进入导轨44的突起46可与(多个)波纹部分52、54啮合，由此提供不连续的聚焦位置。

图7和8还示出了光学模块的另一个实施例。光学模块58类似于光学模块38，除了光学模块58的透镜组件60与旋转运动设备62接口。以此方式，可以控制运动设备62来使透镜组件60相对于壳体42自动旋转。如所示出的，运动设备62和透镜组件60之间的接口可以包括1)安装到运动设备62的主轴66上的驱动齿轮64，以及2)安装到(例如与其形成或压在其上)透镜组件60上的从动齿轮68。然后齿轮64、68被定位成相互啮合。可选的，齿轮64、68不需要形成为完整的(例如，如果导轨44绕壳体42的四分之一外周旋转，则运动设备62和透镜组件60仅需要设置成四分之一齿轮或具有仅覆盖其四分之一外周的齿的盘)。

在一个实施例中，运动设备62是提供不连续聚焦分级的步进电机。

以上公开的光学模块16、38、58可以偶合至(或形成为其一部分)例如包括胶卷和数字照相机的各种光学系统。在一些实施例中，所公开的光学模块16、38、58被包括在移动照相手机中，来为手机的照相机提供简单的低成本变焦装置。

Claims

1.一种变焦光学模块，包括：

壳体；

透镜组件，其可移动地布置成相对于所述壳体可操作的关系；和

突起及凹入系统，包括：

布置在所述壳体和所述透镜组件中的一个上的至少一个突起；和

布置在所述透镜组件和所述壳体中相对的一个上的至少一个凹入，其中所述至少一个突起可操作地与所述至少一个凹入啮合，来相对于所述壳体不连续分级地控制所述透镜组件的轴向运动，

其中所述至少一个凹入中的每个都是微凹坑，且其中所述至少一个突起中的每个都是微凸起。

2.一种变焦光学模块，包括：

壳体；

透镜组件，其可移动地布置成相对于所述壳体可操作的关系；和突起及凹入系统，包括：

布置在所述透镜组件和所述壳体中相对的一个上的至少一个凹入，其中所述至少一个凹入中的每一者包括具有交替升起和凹入的梯级的波纹元件；

其中所述至少一个突起分别可操作地与所述各个至少一个凹入的所述连续波纹元件啮合，来相对于所述壳体不连续分级地控制所述透镜组件实质上平行于光轴的轴向运动。

3.如权利要求2所述的光学模块，其中：

所述壳体具有内表面，且所述至少一个凹入形成在所述壳体的所述内表面中；并且

所述透镜组件具有外表而，且所述至少一个突起形成在所述透镜组件的所述外表面上。

4.如权利要求3所述的光学模块，其中：

所述透镜组件包括圆筒和固定于所述圆筒中的透镜；并且

所述透镜组件的所述外表面位于所述圆筒的外表面上。

5.如权利要求2所述的光学模块，其中所述至少一个凹入包括凹入环，且其中所述至少一个突起包括凸起带。

6.如权利要求2所述的光学模块，其中所述至少一个凹入包括两个或更多凹入，且其中所述至少一个突起仅是一个突起。

7.如权利要求2所述的光学模块，其中所述至少一个凹入仅是一个凹入，且其中所述至少一个突起包括两个或更多突起。

8.如权利要求2所述的光学模块，其中所述透镜组件包括可操作突出部，所述可操作突出部适于啮合来将所述透镜组件移动至所期望的位置。

9.如权利要求8所述的光学模块，其中所述壳体具有形成于其中的纵向槽，所述可操作突出部延伸于所述纵向槽中。

10.如权利要求2所述的光学模块，其中所述透镜组件适于以旋转的方式轴向移动。

11.如权利要求2所述的光学模块，其中：

所述至少一个凹入包括形成在所述壳体中的导轨，所述导轨至少具有螺旋部分；并且

至少一个所述突起延伸进入所述导轨，所述至少一个所述突起适于与所述螺旋部分啮合来不连续分级地控制所述透镜组件的轴向和旋转运动。

12.如权利要求11所述的光学模块，其中所述导轨还包括纵向部分。

13.一种变焦光学模块，包括：

壳体；

突起及凹入系统，包括：

形成在包括所述透镜组件和所述壳体中相对的一个的主体上的导轨，所述导轨至少具有围绕所述主体的一部分螺旋延伸的螺旋部分和纵向部分，所述螺旋部分经配置以当所述至少一个突起从所述纵向部分转换至所述螺旋部分时与所述至少一个突起啮合，

所述至少一个突起选择性地延伸：

a)进入所述导轨的所述纵向部分以控制所述透镜组件相对于所述壳体的轴向运动；或

b)进入所述导轨的所述纵向部分以控制所述透镜组件相对于所述壳体的轴向和旋转运动；以及

其中所述导轨的至少一个壁具有波纹部分，并且当所述透镜组件旋转时，延伸进入所述导轨的所述至少一个突起与所述导轨的所述波纹部分啮合。

14.如权利要求13所述的光学模块，其中所述透镜组件具有连接至其上的可操作突出部，所述可操作突出部适于啮合来使所述透镜组件相对于所述壳体旋转。

15.如权利要求13所述的光学模块，还包括旋转运动设备，所述旋转运动设备与所述透镜组件接口来使所述透镜组件相对于所述壳体旋转。

16.如权利要求15所述的光学模块，其中：

从动齿轮的至少一部分安装到所述透镜组件；

驱动齿轮的至少一部分安装到所述旋转运动设备；并且

所述驱动齿轮和从动齿轮被定位成相互啮合。

17.如权利要求15所述的光学模块，其中所述旋转运动设备是步进电机。

18.一种变焦光学系统，包括：

壳体；

图像接收器，其位于相对于所述壳体的固定位置中；

透镜组件，其可移动地布置成相对于所述壳体和所述图像接收器可操作的关系，以将图像聚焦在所述图像接收器上；和

突起及凹入系统，包括：

布置在所述壳体和所述透镜组件中的一个上的至少一个突起；及

布置在所述透镜组件和所述壳体中相对的一个上的至少一个凹入，所述至少一个凹入中的每一者包括具有交替升起和凹入的梯级的波纹元件，

其中所述至少一个突起分别可操作地与所述至少一个凹入的所述连续波纹元件啮合，来相对于所述壳体和所述图像接收器不连续分级地控制所述透镜组件的轴向运动；且

所述不连续分级分别将所述透镜系统定位在距所述图像接收器的预定距离。