CN101796447A - 镜头装置和摄像设备 - Google Patents

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CN101796447A CN200880105668A CN200880105668A CN101796447A CN 101796447 A CN101796447 A CN 101796447A CN 200880105668 A CN200880105668 A CN 200880105668A CN 200880105668 A CN200880105668 A CN 200880105668A CN 101796447 A CN101796447 A CN 101796447A
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Abstract

一种镜头装置，其包括：第一透镜单元和第二透镜单元，该第一透镜单元和第二透镜单元均被构造成沿光轴方向移动；第一凸轮筒，其包括分别位于外周面和内周面的第一凸轮部和第二凸轮部，随着第一凸轮筒绕光轴转动，第一凸轮筒利用第一凸轮部和第二凸轮部分别使第一透镜单元和第二透镜单元沿光轴方向移动；以及直进移动引导筒，其被配置在第一凸轮筒的内周侧并且被构造成沿光轴方向引导第一透镜单元和第二透镜单元。

Description

镜头装置和摄像设备
技术领域
本发明涉及一种可适用于如紧凑的数字式照相机等摄像设备的镜头装置。
背景技术
上述摄像设备包括具有如下变焦镜筒的摄像设备(参见日本特开2001-324663号公报)：该变焦镜筒具有通过使多个透镜单元(包括透镜及其保持构件)沿光轴方向移动来改变摄像倍率的变焦功能。
在日本特开2001-324663号公报所公开的变焦镜筒中，由形成于能够绕光轴转动的凸轮筒的凸轮使多个透镜单元沿光轴方向移动。这里，防止多个透镜单元转动，从而使多个透镜单元不与凸轮筒一起绕光轴转动。换句话说，在沿光轴方向引导多个透镜单元的同时，通过凸轮筒的转动而沿光轴方向驱动多个透镜单元。
期望摄像设备具有较高的倍率(magnification ratio)，但是，另一方面，要求摄像设备较小特别是较薄，从而能够容易地携带摄像设备。为了同时实现高倍率和小轮廓，可构思缩短变焦镜筒中的各筒构件在光轴方向上的尺寸的多段伸缩结构。然而，多段伸缩结构使得难以彼此互不干涉地配置用于驱动多个透镜单元的凸轮。
日本特许第3,842,087号公报公开了如下的变焦镜筒，该变焦镜筒在转动筒的外周面和内周面上设置有用于使第一透镜单元在光轴方向上移动的第一凸轮和用于使第二透镜单元在光轴方向上移动的第二凸轮，使得彼此不干涉(交叉)地设置第一凸轮和第二凸轮。
在日本特许第3,842,087号公报所公开的变焦镜筒中，由独立的筒构件(第一直进筒和第二直进筒)在光轴方向上分别引导第一透镜单元和第二透镜单元。因此，第一直进筒和第二直进筒之间的相对偏心很容易引起第一透镜单元和第二透镜单元之间的类似偏心。特别地，由于变焦镜筒的尺寸减小导致透镜灵敏度变高，因此，即使微小的偏心也能对光学特性产生大的影响。
发明内容
本发明提供一种能够在使多个透镜单元之间的相对偏心最小化的同时实现高变倍率的镜头装置，以及包含该镜头装置的摄像设备。
根据本发明的一方面的镜头装置包括：第一透镜单元和第二透镜单元，所述第一透镜单元和所述第二透镜单元均被构造成能沿光轴方向移动；第一凸轮筒，其包括位于外周面的第一凸轮部和位于内周面的第二凸轮部，随着所述第一凸轮筒绕光轴转动，所述第一凸轮筒利用所述第一凸轮部使所述第一透镜单元沿所述光轴方向移动并且利用所述第二凸轮部使所述第二透镜单元沿所述光轴方向移动；以及直进移动引导筒，其被配置在所述第一凸轮筒的内周侧，并且被构造成在所述光轴方向上引导所述第一透镜单元和所述第二透镜单元。
根据本发明的另一方面的摄像设备包括上述镜头装置。
通过下面结合附图的说明，本发明的其它特征和优点将变得明显，其中，在各图中，相同的附图标记表示相同或类似的部件。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施方式的镜筒(收纳时)的剖视图。
图2是根据第一实施方式的镜筒(广角端)的剖视图。
图3是根据第一实施方式的镜筒的分解立体图。
图4是根据第二实施方式的镜筒的剖视图。
图5是根据第二实施方式的镜筒的剖视图。
图6是具有根据第一和第二实施方式的镜筒的照相机(电源OFF状态)的立体图。
图7是上述照相机(电源ON状态)的立体图。
图8是上述照相机的俯视图。
图9是上述照相机的背面图。
图10是上述照相机的仰视图。
图11是示出上述照相机的电结构的方框图。
具体实施方式
现在，将参照附图说明本发明的实施方式。
第一实施方式
图6至图10示出了作为具有本发明的第一实施方式的变焦镜筒(镜头装置)的摄像设备的紧凑的数字式照相机的外观。
照相机12包括能够改变摄像倍率的变焦镜筒(下文称为“镜筒”)100。
图6示出了处于电源OFF状态的照相机12，该电源OFF状态是镜筒100被收纳在照相机主体内的状态。图7示出了处于电源ON状态的照相机12，该电源ON状态是镜筒100从照相机主体突出(能够摄像)的状态。此外，图8、图9和图10分别示出了照相机12的俯视图、背面图和仰视图。图11示出了照相机12的电结构。
如这些图所示，在照相机12的正面，设置有用于确定被摄体的构图的取景器17、用于在测光和测距时发出辅助光的发光部16、用于照明被摄体的闪光灯18、以及镜筒100。
在照相机12的上侧，设置有释放按钮13、电源ON/OFF按钮15和变焦开关14。在照相机12的底侧，设置有三脚架安装部27，并且还设置有未示出的用于将记录介质(卡型半导体存储器)和电池插入到内部的槽。这些槽被盖28覆盖。
此外，在照相机12的背面，配置有操作按钮21、22、23、24、25和26，从而能够设定各种照相机功能和切换各种模式(静态摄像模式、运动摄像模式、重放模式等)。20是如LCD等显示器，19是取景器的目镜部。
参照图11，显示器20显示通过摄像产生并且存储在存储器40中的图像数据或从记录介质读入的图像数据等。
CPU 46、ROM 45和RAM 47经由总线44分别被连接到释放按钮13、驱动控制电路43、操作按钮21～26、显示器20、存储器40和记录部42等中的每一方。
摄像元件37、闪光灯18、变焦马达驱动电路29、调焦马达驱动电路31、快门驱动电路32、光圈驱动电路35被连接到驱动控制电路43，摄像元件37由CCD传感器或CMOS传感器等形成。驱动控制电路43根据来自CPU 46的信号使这些电路中的每一个电路动作。
ROM 45为CPU 46存储用于控制上述各部件和各电路的计算机程序。RAM 47存储控制各部件和各电路所需的数据。
当电源ON/OFF按钮15为ON时，CPU 46从ROM 45读出所需的程序以开始初始操作。此时，CPU 46使镜筒100从被收纳于照相机主体内的收纳状态移动到突出状态(广角状态)。当操作变焦开关14时，CPU 46经由变焦马达驱动电路29驱动镜筒100伸缩运动，以通过改变稍后说明的第一透镜单元和第二透镜单元之间的距离来进行变焦。
当半压释放按钮13时，CPU 46基于来自摄像元件37的信号进行测光，并且基于测光值来确定光圈值、快门速度和是否需要使闪光灯18发光。CPU 46还测量距被摄体的距离，并且经由调焦马达驱动电路31将调焦透镜30(与稍后说明的第一透镜单元和第二透镜单元对应)驱动到对好焦的位置，以实现对好焦的状态。
当按下释放按钮13时，CPU 46经由光圈驱动电路35使光圈34闭合，并且经由快门驱动电路32使快门33进行开闭操作，以曝光摄像元件37。来自摄像元件37的输出信号经由模拟信号处理电路36和A/D转换器38被输入到数字信号处理电路39。数字信号处理电路39对从摄像元件37输入的信号进行各种处理，以产生图像信号(图像数据)。该图像数据被存储在存储器40中。
存储在存储器40中的图像数据被压缩扩展电路(companding circuit)41压缩并且经由记录部42被存储在记录介质中。图像数据也被显示在显示器20上。
接着，将利用图1至图3说明镜筒100的结构。图1和图2分别是示出镜筒100的收纳状态和广角状态的剖视图。图3是镜筒100的分解立体图。
在图1至图3中，1是由第一透镜和保持第一透镜的筒状构件形成的第一透镜单元。在第一透镜单元1的光轴方向的后端部(像侧端部)的内周面上绕光轴间隔120°地形成三个凸轮从动件1b。
2是由被配置成比第一透镜靠近像侧的第二透镜和保持第二透镜的构件形成的第二透镜单元。在第二透镜单元2的光轴方向的后端部(像侧端部)的外周面上绕光轴间隔120°地形成三个凸轮从动件2a。
3是外周面上具有沿圆周方向形成的三个第一凸轮部(凸轮槽部)3a的凸轮筒(第一凸轮筒)，第一透镜单元1的三个凸轮从动件1b分别与三个第一凸轮部3a接合。在凸轮筒3的内周面上沿圆周方向形成三个第二凸轮部(凸轮槽部)3b，第二透镜单元2的三个凸轮从动件2a分别与三个第二凸轮槽3b接合。
在凸轮筒3的内周侧配置直进移动引导筒4。凸轮筒3可沿着直进移动引导筒4的外周面绕光轴转动。另一方面，直进移动引导筒4被直接或者经由另一构件固定到照相机12的未示出的机架(固定构件)，从而防止直进移动引导筒4绕光轴转动。
在第一透镜单元1的内周面上，在圆周方向的三个位置形成沿光轴方向延伸的引导槽部1a。形成于直进移动引导筒4的光轴方向的前端部(被摄体侧端部)的外周面的三个引导突起4a分别与三个引导槽部1a接合。
在第二透镜单元2的外周面上的具有与凸轮从动件2a的相位不同的相位的三个位置形成沿光轴方向延伸的引导突起2b。三个引导突起2b与以沿直进移动引导筒4的光轴方向延伸的方式形成在圆周方向的三个位置的引导槽部4b接合。
当图11所示的变焦马达驱动电路29使与其连接的变焦马达M转动时，该转动经由动力传递机构(未示出)被传递到凸轮筒3，从而使凸轮筒3绕光轴转动。凸轮筒3相对于直进移动引导筒4转动。
由于第一凸轮部3a与凸轮从动件1b之间的凸轮作用和第二凸轮部3b与凸轮从动件2a之间的凸轮作用，凸轮筒3的转动分别为第一透镜单元1和第二透镜单元2提供沿光轴方向和沿绕光轴的方向的驱动力。此时，通过引导槽部1a与直进移动引导筒4的引导突起4a接合来防止第一透镜单元1绕光轴转动，并且通过引导突起2b与直进移动引导筒4的引导槽部4b接合来防止第二透镜单元2绕光轴转动。因此，第一透镜单元1和第二透镜单元2仅沿光轴方向移动。
根据该实施方式，由单个直进移动引导筒4将第一透镜单元1和第二透镜单元2引导成沿光轴方向直线移动(换句话说，防止第一透镜单元1和第二透镜单元2绕光轴转动)。因此，与传统的由不同的构件沿光轴方向引导第一透镜单元1和第二透镜单元2的情况相比，减小了第一透镜单元1和第二透镜单元2之间的相对偏心。这相应地提高了由第一透镜单元1和第二透镜单元2形成的摄像光学系统的光学性能，并且能够由照相机12获得高品质的图像。
由于直进移动引导筒4被配置在凸轮筒3的内周侧，因此，与直进移动引导筒4被配置在凸轮筒3的外周侧的情况相比，可以使镜筒100的直径更小。
在该实施方式中，虽然摄像光学系统由两个透镜单元形成，但是，可以增加第三透镜单元，或者可以使用四个以上的透镜单元来形成摄像光学系统。
第二实施方式
图4和图5示出了作为本发明的第二实施方式的变焦镜筒100’的结构。该实施方式的变焦镜筒(下文称为“镜筒”)100’也被用在图6至图10所示的照相机12中。图4和图5分别示出了镜筒100’的收纳状态和广角状态。在下面的说明中，用与第一实施方式相同的附图标记表示与第一实施方式的构成元件和部件相同的构成元件和部件。图3所示的结构对该实施方式基本上是通用的，将利用图3中的附图标记来说明图4和图5中的未示出的构成元件或部件。
1是由第一透镜和保持第一透镜的筒状构件形成的第一透镜单元。在第一透镜单元1的光轴方向的后端部(像侧端部)的内周面上绕光轴间隔120°地形成三个凸轮从动件1b。
2是由被配置成比第一透镜靠近像侧的第二透镜和保持第二透镜的构件形成的第二透镜单元。在第二透镜单元2的光轴方向的后端部(像侧端部)的外周面上绕光轴间隔120°地形成三个凸轮从动件2a。
5是由被配置成比第二透镜靠近像侧的第三透镜和保持第三透镜的构件形成的第三透镜单元。在第三透镜单元5的外周面上绕光轴间隔120°地形成三个凸轮从动件5a。
3是外周面上具有沿圆周方向形成的三个第一凸轮部(凸轮槽部)3a并且内周面上具有沿圆周方向形成的三个第二凸轮部(凸轮槽部)3b的凸轮筒(第一凸轮筒)，三个凸轮从动件1b分别与三个第一凸轮部3a接合，三个凸轮从动件2a分别与三个第二凸轮槽3b接合。此外，在凸轮筒3的内周面上，沿圆周方向形成三个第三凸轮部(凸轮槽部)3c，三个凸轮从动件5a分别与三个第三凸轮部3c接合。
在凸轮筒3的内周侧配置直进移动引导筒4。凸轮筒3可沿着直进移动引导筒4的外周面绕光轴转动。
在直进移动引导筒4的外周面上，在圆周方向的两个位置形成沿光轴方向延伸的引导槽部4d(参见图3)。以沿光轴方向延伸到引导板(引导构件)6的方式形成的直进键6a与引导槽部4d接合，该引导板6被安装到固定于照相机12的机架(未示出)的固定筒9。这防止了直进移动引导筒4绕光轴转动。引导板6与固定筒9接合，从而在防止引导板6绕光轴转动的状态下使引导板6可沿光轴方向移动。
在第一透镜单元1的内周面上，在圆周方向的三个位置形成沿光轴方向延伸的引导槽部1a。形成于直进移动引导筒4的光轴方向的前端部(被摄体侧端部)的外周面的三个引导突起4a分别与三个引导槽部1a接合。
在第二透镜单元2的外周面上的三个位置形成沿光轴方向延伸的引导突起2b(参见图3)。三个引导突起2b与以沿直进移动引导筒4的光轴方向延伸的方式形成在圆周方向的三个位置的引导槽部4b(参见图3)接合。
在第三透镜单元5的外周面上的三个位置形成沿光轴方向延伸的引导突起(未示出)。该三个引导突起与以沿直进移动引导筒4的光轴方向延伸的方式形成在圆周方向的三个位置的引导槽部4c(参见图3)接合。
凸轮筒3和直进移动引导筒4通过卡合结构(bayonetstructure)而可彼此相对转动，并且凸轮筒3和直进移动引导筒4被彼此联接，从而可沿光轴方向一体地移动。由于如上所述地防止了直进移动引导筒4的转动，因此，实际上，凸轮筒3相对于直进移动引导筒4转动并且与直进移动引导筒4一体地沿光轴方向移动。
在固定筒9的内周侧配置移动凸轮筒(第二凸轮筒)8。在移动凸轮筒8的光轴方向的后部的外周面上形成凸轮从动件8b，该凸轮从动件8b与形成于固定筒9的内周面的凸轮部(凸轮槽部)9a接合。此外，在移动凸轮筒8的后端部的外周面上形成转动传递突起8a。该转动传递突起8a与驱动环10接合，该驱动环10被配置在固定筒9的外周侧并且可相对于固定筒9绕光轴转动。因此，移动凸轮筒8随着驱动环10的转动而转动。
移动凸轮筒8和引导板6也通过卡合结构而可彼此相对转动，并且移动凸轮筒8和引导板6被彼此联接，从而可沿光轴方向一体地移动。由于如上所述地防止了引导板6的转动，因此，实际上，移动凸轮筒8相对于引导板6和固定筒9转动并且与引导板6一体地相对于凸轮筒9沿光轴方向移动。
在凸轮筒3和第一透镜单元1的外周侧配置作为外部构件的圆筒构件7。圆筒构件7与移动凸轮筒8一起形成镜筒100’的外观面并且封闭第一透镜单元1和凸轮筒3之间的间隙，以防止污物和灰尘从外部侵入镜筒100’中。
圆筒构件7和凸轮筒3通过卡合结构而可彼此相对转动，并且圆筒构件7和凸轮筒3被彼此联接，从而可沿光轴方向一体地移动。
在圆筒构件7的后端部的外周面上形成凸轮从动件7a，该凸轮从动件7a与形成于移动凸轮筒8的内周面的凸轮部(凸轮槽部)8c接合。
由以沿光轴方向延伸的方式形成于引导板6的直进键6b沿光轴方向引导圆筒构件7(防止圆筒构件7绕光轴转动)。
如上所述地将圆筒构件7引导成沿光轴方向直线移动使得移动凸轮筒8转动，由于凸轮部8c和凸轮从动件7a之间的凸轮作用，使得圆筒构件7与凸轮筒3和直进移动引导筒4一起沿光轴方向移动。此时，由于凸轮筒3在突起部3d处与移动凸轮筒8的内周面接合以可与移动凸轮筒8一体地转动，因此，凸轮筒3一边绕光轴转动一边沿光轴方向移动。
11是覆盖驱动环10的外周面的覆盖筒。覆盖筒11由固定筒9保持。
当图11所示的变焦马达驱动电路29使与其连接的变焦马达M转动时，该转动经由动力传递机构(未示出)被传递到驱动环10，从而使驱动环10绕光轴转动。当驱动环10转动时，移动凸轮筒8绕光轴转动，并且由于凸轮从动件8b与固定筒9的凸轮部9a之间的凸轮作用，移动凸轮筒8相对于固定筒9和驱动环10沿光轴方向移动。引导板6也与移动凸轮筒8一起相对于固定筒9沿光轴方向移动。
当移动凸轮筒8一边转动一边沿光轴方向移动时，如上所述，圆筒构件7相对于移动凸轮筒8沿光轴方向移动，这使得凸轮筒3也一边与移动凸轮筒8一体地转动一边与圆筒构件7一起沿光轴方向移动。直进移动引导筒4在不转动的情况下与凸轮筒3和圆筒构件7一起沿光轴方向移动。
由于第一凸轮部3a与凸轮从动件1b之间的凸轮作用以及第二凸轮部3b与凸轮从动件2a之间的凸轮作用，凸轮筒3的转动分别为第一透镜单元1和第二透镜单元2提供沿光轴方向和沿绕光轴的方向的驱动力。由于第三凸轮部3c与凸轮从动件5a之间的凸轮作用，第三透镜单元5也接收到沿光轴方向和沿绕光轴的方向的驱动力。此时，通过引导槽部1a与直进移动引导筒4的引导突起4a接合、引导突起2b与直进移动引导筒4的引导槽部4b接合、以及引导突起(未示出)与直进移动引导筒4的引导槽部4c接合来防止第一透镜单元1、第二透镜单元2和第三透镜单元5绕光轴转动。因此，第一透镜单元1、第二透镜单元2和第三透镜单元5仅沿光轴方向移动。
根据该实施方式，由单个直进移动引导筒4将第一透镜单元1、第二透镜单元2和第三透镜单元5引导成沿光轴方向直线移动(换句话说，防止第一透镜单元1、第二透镜单元2和第三透镜单元5绕光轴转动)。因此，与传统的由不同的构件沿光轴方向引导第一透镜单元1、第二透镜单元2和第三透镜单元5的情况相比，减小了第一透镜单元1、第二透镜单元2和第三透镜单元5之间的相对偏心。这相应地提高了由第一透镜单元1、第二透镜单元2和第三透镜单元5形成的摄像光学系统的光学性能，并且能够由照相机12获得高品质的图像。
此外，根据该实施方式，由于凸轮筒3和直进移动引导筒4相对于固定筒9沿光轴方向伸出，因此，可以实现具有比第一实施方式的镜筒的全长大的全长、即可以实现具有比第一实施方式的镜筒的变倍率高的变倍率的镜筒。
虽然已经参照典型实施方式说明了本发明，但是，应该理解，本发明不限于所公开的典型实施方式。所附权利要求书的范围将符合最宽的解释，以包含所有变型、等同结构和功能。
本申请要求2007年10月4日提交的日本专利申请2007-261088的外国优先权，该日本专利申请的全部内容通过引用包含于此，正如其被在此详细说明。
产业上的可利用性
本发明提供一种能够在使多个透镜单元之间的相对偏心最小化的同时实现高的变倍率的镜头装置，以及包含该镜头装置的摄像设备。

Claims (4)

1.一种镜头装置，其包括：
第一透镜单元和第二透镜单元，所述第一透镜单元和所述第二透镜单元均被构造成能沿光轴方向移动；
第一凸轮筒，其包括位于外周面的第一凸轮部和位于内周面的第二凸轮部，随着所述第一凸轮筒绕光轴转动，所述第一凸轮筒利用所述第一凸轮部使所述第一透镜单元沿所述光轴方向移动并且利用所述第二凸轮部使所述第二透镜单元沿所述光轴方向移动；以及
直进移动引导筒，其被配置在所述第一凸轮筒的内周侧，并且被构造成在所述光轴方向上引导所述第一透镜单元和所述第二透镜单元。
2.根据权利要求1所述的镜头装置，其特征在于，所述镜头装置还包括被构造成能沿所述光轴方向移动的第三透镜单元，
其中，所述第三透镜单元包括形成于所述第一凸轮筒的内周面的第三凸轮部，并且所述第三凸轮部被构造成使所述第三透镜单元沿所述光轴方向移动，以及
所述直进移动引导筒在所述光轴方向上引导所述第三透镜单元。
3.根据权利要求1或2所述的镜头装置，其特征在于，所述镜头装置还包括第二凸轮筒，所述第二凸轮筒被构造成能绕光轴转动，并且所述第二凸轮筒被构造成使所述第一凸轮筒与所述直进移动引导筒一起沿所述光轴方向移动。
4.一种摄像设备，其包括根据权利要求1至3中任一项所述的镜头装置。
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