CN100570423C - 伸缩式镜筒和图像传感装置 - Google Patents

Abstract

一种伸缩式镜筒和图像传感装置。该伸缩式镜筒包括：模糊校正单元，其在垂直于光轴的平面上驱动第一透镜，以消除图像传感装置的振动；以及第二透镜，其设在摄像时在第二透镜的光轴方向上邻近模糊校正单元的位置。当该伸缩式镜筒处于收缩状态时，模糊校正单元使第一透镜缩回到远离第二透镜的光轴的位置，并使第二透镜按照使第二透镜的一部分进入由第一透镜的缩回而产生的在光轴上的空间的至少一部分的方式缩回。

Description

伸缩式镜筒和图像传感装置

技术领域

本发明涉及一种具有模糊校正机构的伸缩式镜筒，用来驱动部分图像传感光学系统，并光学校正由于手不稳定而造成的图像传感装置的振动；还涉及一种具有该伸缩式镜筒的图像传感装置，例如照相机。

背景技术

调节伸缩式变焦镜筒，以便当未传感图像时，用来传感被摄体的图像的透镜组紧凑地容纳在照相机体内，只有当传感图像时，该透镜组才从照相机体伸出。

近年来，照相机越来越小型化，这要求当未传感图像时，伸缩式变焦镜头镜筒具有用于在照相机体内容纳透镜组的更短的容纳长度。然而，伸缩式变焦镜头的容纳长度依赖于镜筒内透镜组的厚度，并且该长度不能缩短到小于透镜组的厚度。

为解决该问题，提出了缩短镜筒容纳长度的方法，即通过将多个光学元件中的一些缩回到远离其余光学元件的光轴的位置，并在被缩回的光学元件在光轴上所位于的空间中至少容纳除被缩回的元件以外的一些光学元件(参见日本专利申请公开第2003-315861号的说明书)。

此外，除了需要更小型化的照相机之外，还要求改进图像质量。因此，已经提出了一种具有模糊校正机构的镜筒，该模糊校正机构用来对由于手不稳定而造成的照相机的振动进行光学校正(参见日本专利第3513329号的说明书和日本专利申请公开第2004-101721号的说明书)。

然而，通过使用日本专利申请公开第2003-315861号所说明的方法，当传感图像时不需要的缩回部件例如扭杆(torsion bar)是将一些光学元件从光轴缩回所需的元件。这导致成本的增加。

发明内容

本发明是考虑到上述情况而作出的，其目的在于通过简单的配置在不增加成本的情况下缩短伸缩式镜筒的容纳长度，以使该长度小于透镜组中各光学部件的总厚度。

根据本发明，通过提供一种伸缩式镜筒来实现上述目的，该伸缩式镜筒包括：模糊校正单元，其在垂直于光轴的平面上驱动第一透镜，以消除图像传感装置的振动；以及第二透镜，其设置在摄像时在所述第二透镜的光轴方向上邻近所述模糊校正单元的位置；其中，当该伸缩式镜筒处于收缩状态时，所述模糊校正单元使第一透镜缩回到远离所述第二透镜的光轴的位置，并使所述第二透镜按照使所述第二透镜的一部分进入由第一透镜的缩回而产生的在光轴上的空间的至少一部分的方式缩回。

根据本发明，还通过提供一种具有上述伸缩式镜筒的图像传感装置来实现上述目的。

根据本发明，还通过提供一种控制伸缩式镜筒的方法来实现上述目的，该伸缩式镜筒具有在垂直于光轴的平面上驱动第一透镜以消除图像传感装置的振动的模糊校正单元、和设置在摄像时在第二透镜的光轴方向上邻近所述模糊校正单元的第二透镜，该方法包括以下步骤：在该伸缩式镜筒的收缩状态中，使模糊校正单元的第一透镜缩回到远离所述第二透镜的光轴的位置；以及使第二透镜按照使所述第二透镜的一部分进入由第一透镜的缩回而产生的在光轴上的空间的至少一部分的方式缩回。

通过以下结合附图的说明，本发明的其它特征和优点是显而易见的，其中，相同的附图标记在全部附图中表示相同或相似的部分。

附图说明

包括在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用来解释本发明的原理。

图1是示出根据本发明实施例当在具有伸缩式变焦镜筒的数字照相机中传感图像时透镜系统的结构的示意图；

图2是示出根据本发明实施例在图像传感状态下的模糊校正单元的结构的平面图；

图3是示出根据本发明实施例在图像传感状态下的模糊校正单元的结构的剖视图；

图4是示出根据本发明实施例在收缩状态下的模糊校正单元的结构的平面图；

图5是示出根据本发明实施例在收缩状态下的模糊校正单元的结构的剖视图；

图6是示出根据本发明实施例当镜头收缩在具有伸缩式变焦镜筒的数字照相机中时透镜系统的结构的示意图；

图7是示出根据本发明实施例在图像传感状态下的模糊校正单元的另一结构的剖视图；以及

图8是用来说明根据本发明实施例的伸缩式变焦镜筒的收缩操作的流程图。

具体实施方式

图1是示出根据本发明实施例的具有伸缩式变焦镜筒的数字照相机中的透镜系统的结构的示意图。图1示出在图像传感状态下的透镜系统。

如图1所示，当传感图像时，伸缩式镜筒20从照相机体10伸出。

图1还示出：第一透镜组21；变焦光学系统的第二透镜组22；光圈快门单元23，用来通过驱动光圈叶片(未示出)来控制光量；第三透镜组24，其与第二透镜组22一起构成变焦光学系统；模糊校正单元的透镜25，其在传感了由照相机振动造成的图像模糊之后，执行沿通过根据振动量移动光轴来校正模糊的方向的驱动；对焦光学系统的第四透镜26；低通滤波器11；图像传感装置12，例如CCD或CMOS传感器；以及控制微型计算机15。如图1所示，驱动第四透镜26使其在驱动范围A上沿光轴移动。通过控制微型计算机15所驱动的致动器(未示出)来控制镜筒的伸缩和图像传感操作，例如对焦和变焦。

为了便于理解图1中的结构，第一透镜组21、第二透镜组22、第三透镜组24以及第四透镜26以单个透镜示出。然而，它们中的每个均可以包括多个透镜。此外，尽管只示出模糊校正单元的透镜25，但在本实施例中，模糊校正单元具有将在后面参考图2～5来说明的结构。由附图标记30表示的模糊校正单元的透镜25也可以包括多个透镜。

当第一透镜组21、第二透镜组22、光圈快门单元23、第三透镜组24、透镜25、和第四透镜26由导杆(guide bar)(未示出)引导时，它们在光轴上平行于光轴进行移动。通过低通滤波器11，在图像传感装置12上形成经过这些透镜而进入的被摄体的光学图像。

现在参考图2～5来详细说明在本发明的该实施例中具有透镜25的模糊校正单元30的结构。

图2是示出从被传感的被摄体侧看，模糊校正单元30的平面图。

在图2中，可移动透镜支持架100支持透镜25。可移动透镜支持架100具有如后所述的用来避免透镜之间的接触的凸起100a和100b。可移动透镜支持架100在X和Y方向分别具有线圈102a和102b。如图2所示，线圈102a和102b相互垂直地布置在与光轴垂直的平面上，并如后所述，分别用于沿X和Y方向驱动可移动透镜支持架100。

此外，在可移动透镜支持架100面向被传感的被摄体侧，可移动磁轭(yoke)103a和103b分别固定在线圈102a和102b上。

透镜支持架104被布置在关于可移动透镜支持架100的图像传感装置12侧。透镜支持架104具有：孔105a，其与导杆相接合，该导杆以当透镜支持架104沿光轴移动时，使透镜支持架104能平行于光轴进行移动的方式引导；和U形孔105b，其用作转动止动器，以当透镜支持架104移动时防止转动。通过使导杆和防止转动杆(未示出)分别通过该两个孔105a、105b，透镜支持架104可从收缩状态到图像传感状态和从图像传感状态到收缩状态进行直线移动。

磁体106a、106b通过透镜支持架104固定在与线圈102a和102b相对应的位置上，以在垂直于光轴的平面上相互垂直。附图标记107表示孔。

图3是沿图2的A-A’线的剖视图(即沿Y方向的剖视图)，其还示出第三透镜组24。

在图3中，固定磁轭107b被磁体106b吸引。尽管未示出沿X方向的固定磁轭，但其也同样地布置在磁体106a的图像传感装置12侧。支持部件110支持第三透镜组24，具有为防止第三透镜组24和透镜25在收缩操作期间和收缩状态下相互接触而设置的凸起110a。凸起110a以如下方式沿透镜25的缩回方向布置，以使其在收缩和伸出操作期间和收缩状态下至少与可移动透镜支持架100的凸起100a和100b中的一个相接触。例如，在图2中，在透镜25从被摄体侧看以光轴为中心沿第二象限的方向缩回的情况下，凸起110a在与光轴的距离相等的位置处形成为大于90°且包括第二象限的弧。凸起100a、100b、和110a的形状根据情况例如透镜25和第三透镜组24的形状、透镜25的操作等适当进行设计，其形状不局限于上述形状。

在图2和图3所示的布局中，布置两个动圈(moving-coil)电磁致动器，用来沿X和Y方向驱动透镜25。

当传感图像时，由于在不对X和Y方向线圈102a、102b通电的状态下，固定在透镜支持架104上的两个磁体106a、106b与固定在可移动透镜支持架100上的可移动磁轭103a、103b之间的电磁平衡，因而由可移动透镜支持架100支持的透镜25位于与其它光学系统相同的光轴上。

如果在这些条件下出现由于拍摄者的手而使图像模糊的振动，则通过传感器(未示出)来感测该振动，并向线圈102a、102b供电。因此，通过对线圈102a、102b通电，在可移动透镜支持架100、磁体106a、106b和透镜支持架104的固定磁轭107a、107b之间产生磁力，并沿垂直于光轴的方向即沿X和Y方向驱动可移动透镜支持架100。当可移动透镜支持架100沿校正(消除)振动的方向移动并到达适当的位置时，可移动透镜支持架100被固定在该位置。应当注意，这时固定地维持可移动透镜支持架100的方法不是机械固定方法。通过向线圈102a、102b持续地供电以维持关于透镜支持架104的磁体106a、106b的磁平衡，可移动透镜支持架100被保持在适当的位置。

当之后图像传感操作结束时，切断对线圈102a、102b的电流，将可移动透镜支持架100恢复到图像传感操作前的最初位置，并且透镜25位于与其它光学系统的光轴相同的位置。

接着，参考图8的流程图来说明收缩照相机体10中的具有上述结构的伸缩式镜筒20的收缩操作。该操作由控制微型计算机15来控制。应当注意，当照相机摄像管(camera tube)收缩时，透镜支持架104在由两个未示出的导杆进行引导的同时，沿光轴缩回照相机体10。

图4是从被摄体侧看的模糊校正单元30的平面图，其示出收缩状态。图5是沿图4的线B-B’的剖视图(即沿Y方向的剖视图)，还示出第三透镜组24。通过执行收缩操作来获得图4和图5所示的收缩状态。

首先，在步骤S1，当图像传感操作结束并指示断开电源时，用作进行对焦操作的透镜组的第四透镜26开始收缩。第四透镜26在由未示出的导杆进行引导的同时，沿将其沿光轴容纳在照相机体10内的方向缩回(步骤S2)。

接着，模糊校正单元30沿光轴朝图像传感装置12的方向收缩(步骤S3)。这时，通过缩回到由于执行对焦操作的第四透镜26的收缩而空出的空间来使模糊校正单元30收缩。因此，模糊校正单元30的收缩范围位于在图像传感状态下执行对焦操作的第四透镜26的驱动范围A内。这时，在收缩模糊校正单元30的同时，对模糊校正单元30的两个线圈102a、102b通电(步骤S4)。当线圈102a、102b开始通电时，产生沿X和Y方向的驱动可移动透镜支持架100的磁力，从而如图4所示，由可移动透镜支持架100支持的透镜25移动到远离透镜支持架104的孔107的位置，从而缩回到从其它透镜组的光轴偏移的另一位置(步骤S5)。

这时可移动透镜支持架100的移动量大于为了校正图像模糊而移动的距离，并获得可移动透镜支持架100的线圈102a、102b和可移动磁轭103a、103b从透镜支持架104的磁体106a、106b伸出的状态，如图5所示。继续向线圈102a、102b供电，将可移动透镜支持架100保持固定在缩回位置。

通过将由可移动透镜支持架100支持的透镜25保持在缩回到远离其它光学系统的光轴的位置，在模糊校正单元30由两个导杆进行引导的同时，将透镜支持架104拉入并容纳在收缩状态的位置。

因此，通过将透镜25缩回到远离其它光学系统的光轴的位置，在光轴上产生与透镜25的厚度相同的空间。未从光轴缩回的第三透镜组24被进一步拉入该空间(步骤S6)。当拉入第三透镜组24并达到收缩状态时，断开线圈102a、102b的电流(步骤S7)。当线圈102a、102b的电流断开时，由线圈102a、102b所产生的磁力消失。

因此，当向线圈102a、102b供电时，可移动透镜支持架100保持固定，以使线圈102a、102b和可移动磁轭103a、103b从透镜支持架104的磁体106a、106b伸出。当从该状态转变到收缩状态，并断开线圈102a和102b的电流时，为了维持关于可移动透镜支持架100的可移动磁轭103a的磁稳定的平衡，透镜支持架104的磁体106a试图沿图4中的X方向朝光轴拉可移动磁轭103a。同样地，磁体106b试图沿图4中的Y方向朝光轴拉可移动磁轭103b。

然而，在图5所示的收缩状态下，未从光轴缩回的第三透镜组24缩回到通过将透镜25缩回到从光轴偏移的其它位置而空出的空间中。因此，即使可移动透镜支持架100试图返回到最初的光轴，磁体106a和106b仍由第三透镜组24机械地固定保持在缩回后的位置处。

在缩回和收缩状态下，设在支持部件110上的凸起110a邻接可移动透镜支持架100的凸起110b，由此透镜25和第三透镜组24能维持在不相互接触的距离。

此外，其它透镜组同样沿将其沿光轴容纳在照相机体10内的方向缩回，并且镜筒20完全容纳在照相机体10内，以实现收缩状态(步骤S8)。

因此，通过将可移动透镜支持架100缩回到从光轴偏移的位置，使第三透镜组24缩回到空出的空间中，从而能以图6所示的方式容纳镜头。这能进一步缩短伸缩式镜筒的容纳长度。另外，由于可移动透镜支持架100被机械地保持在缩回位置，因此在收缩状态下将可移动透镜支持架100保持在缩回位置不消耗电能。

如上所述，通过由控制微型计算机15执行控制以缩回镜筒，将第三透镜组24和用于对焦的第四透镜26拉入并置于有效利用被缩回的透镜25的空间和用于对焦的区域A的空间的收缩状态，同时防止第四透镜26和透镜25相互碰撞。

应当注意，当照相机再次从透镜的收缩状态转变为图像传感状态时，透镜组再次沿光轴伸出。

当处于收缩状态时，第三透镜组24阻止透镜25返回到最初的光轴位置。然而，通过伸出实现该阻止的第三透镜组24，可移动透镜支持架100上的作用力消失。因此，由于安装在透镜支持架104上的磁体106a、106b试图吸引可移动透镜支持架100上的可移动磁轭103a、103b的力，能使由可移动透镜支持架100所保持的透镜25恢复到与其它光学系统相同的光轴。这时，无需对线圈102a、102b通电，并能仅通过磁体106a、106b吸引可移动磁轭103a、103b的力，即可恢复可移动透镜支持架100。因此，恢复可移动透镜支持架100不消耗电能。

在伸出操作时，可移动透镜支持架100的凸起100a和第三透镜组24的支持部件110的凸起110a邻接接触，并维持透镜25和第三透镜组24之间的距离，从而防止透镜相互接触。

此外，如图4所示，本实施例对模糊校正单元30的可移动透镜支持架100上的X和Y方向的线圈102a、102b供电，从而缩回到沿X和Y方向偏移的位置。然而，可以只向X和Y方向的线圈中的一个供电以移动到一侧，即沿X方向或Y方向中的一个。换句话说，只要将透镜25缩回到从其它光学系统的光轴偏移的另一位置即可，缩回到哪个位置无关紧要。

此外，关于模糊校正单元30，在本实施例中，位于可移动侧的可移动透镜支持架100设有线圈102a、102b；位于固定侧的透镜支持架104设有磁体106a、106b。然而，只要能通过对线圈通电使透镜偏心(off-center)，可以对模糊校正单元30采用任何配置。

根据本实施例，如上所述，使用模糊校正单元的偏心机构，在收缩时模糊校正单元的透镜缩回到从其它光学系统的光轴偏移的另一位置，未从光轴缩回的透镜组收缩到空出的空间中。因此，可使当未传感图像时处于收缩状态的镜筒的容纳长度小于透镜的总厚度。

此外，无需仅为了缩短容纳长度而添加复杂的机构。可以由使用模糊校正机构的简单配置来减小容纳长度。

此外，在收缩状态和伸出操作中，通过未从光轴缩回的透镜组与缩入由于模糊校正单元的透镜从光轴缩回而空出的空间的透镜组的作用力，将模糊校正单元的透镜保持在适当的位置。因此，无需为模糊校正单元通电，这种配置不会增加耗电。

在上述实施例中，说明了支持透镜25的可移动透镜支持架100位于关于透镜支持架104的被摄体侧的例子。然而，可移动透镜支持架100可以布置在关于透镜支持架104的图像传感装置12侧。例如，图3示出了在图像传感装置12在图的右侧的情况下的配置。然而，如图7所示，可移动透镜支持架100可以放置在关于透镜支持架104的图像传感装置12侧。在这种情况下，在第四透镜26的驱动范围的区域中，可以插入位于图像传感装置12侧的第四透镜26。在图7中，附图标记120、120a分别对应于支持部件110和凸起110a，其功能如上所述。

此外，在该实施例中，说明了未从光轴缩回的一个透镜缩回到由模糊校正单元的透镜25从光轴缩回而空出的空间中。然而，也可能这样配置，使第三透镜组24和第四透镜26缩回到由模糊校正单元的透镜25从光轴缩回而空出的空间中，以便从两侧托住透镜25。因此，通过在透镜25的两侧缩回透镜，可进一步缩短在未传感图像时的收缩状态下镜筒的容纳长度。在这种情况下，关于可移动透镜支持架100和透镜支持架104之间的位置关系，可以将这些元件以图3所示的顺序或图7所示的顺序进行布置。

尽管在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出很多明显不同的本发明的实施例，但应该理解，除由所附权利要求书定义外，本发明不局限于具体实施例。

Claims (10)

1.一种伸缩式镜筒，包括：

模糊校正单元，其在垂直于光轴的平面上驱动第一透镜，以消除图像传感装置的振动；以及

第二透镜，其设置在摄像时在所述第二透镜的光轴方向上邻近所述模糊校正单元的位置；

其中，当该伸缩式镜筒处于收缩状态时，所述模糊校正单元使第一透镜缩回到远离所述第二透镜的光轴的位置，并使所述第二透镜按照使所述第二透镜的一部分进入由第一透镜的缩回而产生的在光轴上的空间的至少一部分的方式缩回。

2.根据权利要求1所述的伸缩式镜筒，其特征在于，所述模糊校正单元包括：

支持单元，用来支持第一透镜；以及

两个电磁致动器，其在垂直于光轴的平面中沿两个相互垂直的方向驱动；

其中，通过对所述电磁致动器通电，驱动所述支持单元从而驱动第一透镜，并从而在镜筒的收缩状态下使第一透镜缩回到远离所述第二透镜的光轴的位置。

3.根据权利要求2所述的伸缩式镜筒，其特征在于，还包括支持所述第二透镜的第二支持单元；

其中，在镜筒的收缩状态下，停止对所述电磁致动器通电，所述第二支持单元将所述支持单元机械地保持在停止通电时的位置。

4.根据权利要求1所述的伸缩式镜筒，其特征在于，还包括：

支持第一透镜的第一支持单元；以及

支持所述第二透镜的第二支持单元；

其中，所述第一和第二支持单元分别具有凸起，该凸起通过在镜筒的收缩状态下相互接触，来维持使所述第一和第二透镜不相互接触的距离。

5.根据权利要求1所述的伸缩式镜筒，其特征在于，所述第二透镜设置在所述模糊校正单元的被摄体侧。

6.根据权利要求1所述的伸缩式镜筒，其特征在于，所述第二透镜设置在所述模糊校正单元的图像传感装置侧。

7.根据权利要求1所述的伸缩式镜筒，其特征在于，还包括在关于所述模糊校正单元与所述第二透镜相对的一侧邻近所述模糊校正单元设置的第三透镜；

其中，当在伸缩式镜筒的收缩状态下，所述模糊校正单元使第一透镜缩回到远离所述第二透镜的光轴的位置时，使所述第三透镜按照使所述第三透镜的一部分进入由第一透镜的缩回而产生的在光轴上的空间的至少一部分的方式缩回。

8.根据权利要求1所述的伸缩式镜筒，其特征在于，光轴上的空间至少包括用于对焦的透镜驱动区域。

9.一种图像传感装置，其具有如权利要求1所述的伸缩式镜筒。

10.一种控制伸缩式镜筒的方法，该伸缩式镜筒具有在垂直于光轴的平面上驱动第一透镜以消除图像传感装置的振动的模糊校正单元、和设置在摄像时在第二透镜的光轴方向上邻近所述模糊校正单元的所述第二透镜，所述方法包括以下步骤：

在该伸缩式镜筒的收缩状态中，使模糊校正单元的第一透镜缩回到远离所述第二透镜的光轴的位置；以及

使第二透镜按照使所述第二透镜的一部分进入由第一透镜的缩回而产生的在光轴上的空间的至少一部分的方式缩回。

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