CN103257428A - 透镜镜筒 - Google Patents

Abstract

本发明是适用于数码相机，摄像装置，手机内的透镜镜筒，该透镜镜筒小型，低成本，且高性能，并能通过其中所设的简单机构去抑制因温度变化而导致的透镜镜筒的焦点位置变动。该透镜镜筒具有由多枚透镜构成的透镜组、以及用于保持该透镜组的透镜室，其透镜组中的相邻的一组透镜间设置有弹性构件，该弹性构件用于在透镜的光轴方向上对该一组透镜加载；通过弹性构件使该一组透镜的间隔伸缩，使得透镜镜筒的后焦距朝向与因温度变化导致的透镜组、透镜室的热膨胀、收缩及透镜组的折射率变化所引起的透镜镜筒的焦点位置的变动方向相反的方向移动，从而通过弹性构件端的透镜在光轴方向上的间隔增减来抑制透镜镜筒的焦点位置的变动。

Description

透镜镜筒

技术领域

本发明涉及光学制品领域，特别是涉及小型、低成本且高性能的透镜镜筒。

背景技术

以往，人们知道有如下问题：温度变化所导致的透镜、透镜室的热膨胀及透镜的折射率变化会使得透镜镜筒的焦点位置发生变动从而导致光学性能劣化。特别是透镜的一部分或是透镜室在由塑料材料形成的情况下，热膨胀、折射率变化会变大，光学性能的劣化也会变大。

如果设置用于抑制此透镜镜筒的焦点位置发生变动的机构(例如自动对焦机构)，则虽然能解决光学性能劣化的问题，但是会导致透镜镜筒变大，增加制造成本。另外，即使透镜镜筒内有自动变焦的机构，当透镜镜筒的焦点位置伴随温度变化而发生变动时，自动对焦机构的控制范围会增大，结果同样会导致透镜镜筒的大型化。

例如图4所示，透镜镜筒由多个透镜、透镜室和多个隔圈(Spacer)构成，透镜通过位于各透镜之间的各隔圈来在光轴方向上进行定位，并被保持于压环和透镜室之间。A是后焦距(BF，Back Focus)，P是焦点深度(Depth of focus)。通过规定的调整装置，对透镜镜筒和图像传感器进行相对定位并固定，从而使得图像传感器面处在透镜镜筒的焦点深度P的范围内。在此状态下，伴随着环境温度变化，会发生透镜、透镜室的热膨胀及透镜的折射率变化，从而导致透镜镜筒的后焦距A变动，图像传感器面偏移出透镜镜筒的焦点深度P的范围，在该情况下，透镜镜筒的光学性能就会劣化，从而无法维持常温时的性能。

为了解决以上因环境温度变化导致的透镜镜筒后焦距变动所引起的光学性能劣化的问题，人们考虑采用如下透镜镜筒，该透镜镜筒具有能够机械式地修正透镜镜筒的后焦距和图像传感器的相对位置的机构(例如：自动对焦机构)，但是，此类机构会导致透镜镜筒的大型化及制造成本上升的问题。

发明内容

鉴于以往技术的以上问题点，本发明的目的是提供一种小型，低成本且高性能的透镜镜筒。

本发明第一技术方案的透镜镜筒结构如下：具有由多枚透镜构成的透镜组、以及用于保持透镜组的透镜室，上述透镜组中的相邻的一组透镜间设置有弹性构件，该弹性构件用于在该一组透镜的光轴方向上对该一组透镜加载；通过弹性构件使上述一组透镜的间隔伸缩，使得透镜镜筒的焦点位置朝向与因温度变化导致的透镜组、透镜室的热膨胀、收缩及透镜组的折射率变化所引起的透镜镜筒的焦点位置的变动方向相反的方向移动。

由此，通过弹性构件端的透镜在光轴方向上的间隔增减来抑制透镜镜筒的焦点位置的变动，如此，就能解决上述的问题。

本发明第二技术方案的透镜镜筒结构如下：透镜室使用的材料的线膨胀系数要大于透镜组的线膨胀系数，通过上述透镜室和上述透镜组因温度变化而产生的膨胀或收缩量的差值来调整上述透镜间的距离。

只要透镜室使用的材料的线膨胀系数与透镜组的线膨胀系数不同，在温度发生变化时，位于压缩弹簧两端的透镜就会在压缩弹簧的作用下移动而使两透镜距离增减。通过使透镜室使用的材料的线膨胀系数要大于透镜组的线膨胀系数，能够使位于压缩弹簧两端的透镜距离朝向有利于抵消透镜折射率因温度变化而变化所导致的透镜镜筒后焦距变化的方向增减。

本发明第三技术方案的透镜镜筒结构如下：相对于透镜间的距离变化量而产生的透镜镜筒的焦点位置的变化量为透镜间的距离变化量的一倍以上。

通过使透镜镜筒的焦点位置的变化量大于透镜间的距离变化量(透镜间的距离变化量的1倍以上)，能抑制温度变化较大时透镜折射率变化所导致的透镜镜头的焦点位置变化所带来的影响。

本发明第四技术方案的透镜镜筒结构如下：透镜室是由塑料材料形成。

通过由塑料材料形成透镜室，能够使透镜室具有较适合的热膨胀系数，以便抑制温度变化时透镜折射率变化所导致的透镜镜筒后焦距的变化所带来的影响。

本发明第五技术方案的透镜镜筒结构如下：透镜组内至少含有一枚以上的塑料透镜。

通过使透镜组内至少含有一枚以上的塑料透镜，能够便于设定透镜组整体的热膨胀系数，使其与透镜室的热膨胀系数相配合，以便更好地抑制温度变化时透镜折射率变化所导致的透镜镜筒后焦距的变化所带来的影响。

本发明的第六技术方案的透镜镜筒结构如下：相邻的1组镜片是由线膨胀系数一样的材料所形成，并且以在径向上无法相对移动的方式相互嵌合。

通过使相邻的1组镜片由线膨胀系数一样的材料形成，并且以在径向上无法相对移动的方式相互嵌合，能抑制温度变化时，透镜间的距离发生变化所导致的透镜间的径向上的相互偏芯。

附图说明

图1是表示本发明的透镜镜筒的结构的纵剖面图。

图2是表示本发明的透镜镜筒修正因温度变化而产生的后焦距变动的方法的纵剖面图。

图3是表示本发明的单焦点透镜镜筒的结构的分解立体图。

图4是表示以往的单焦点透镜镜筒的结构的纵剖面图。

图5是表示本发明的另一实施例的透镜镜筒的结构的纵剖面图。

图6是表示图5中透镜镜筒绕轴向旋转90度后的纵剖面图。

图7是表示图5中透镜镜筒的结构的分解立体图。

图8是表示图5中透镜镜筒的弹簧的放大示意图。

图9是表示本发明的又一实施例的透镜镜筒的结构的纵剖面图。

图10是表示图9中透镜镜筒的结构的分解立体图。

具体实施方式

参照图1、图2的具体实施例，就本发明的第一实施方式进行说明。

本发明的透镜镜筒包括：塑料压环6，塑料透镜室7，被保持在塑料透镜室7内的第1透镜1、第2透镜2、第3透镜3，第4透镜4、第5透镜5，及位于第2透镜2和第3透镜3之间并用于朝向使第2透镜2和第3透镜3向相反方向分开的方向加载的压缩弹簧8，平行隔圈9，及用于对相邻的两组透镜组在光轴方向上进行定位的隔圈10。各透镜组1～5和隔圈10受到压缩弹簧8沿光轴方向的加载从而各自承靠着适当的载荷压力，塑料透镜室7、塑料压环6、透镜组1～5及隔圈10的线膨胀系数各有不同；伴随着温度的变化，各构件尺寸也会发生变化，而累计形成一差值。依靠压缩弹簧8的作用，使得第2透镜2和第3透镜3在光轴方向上的距离产生变化。

上述透镜镜筒中，第2透镜2和第3透镜3在光轴方向上的距离变化对后焦距A的感度最高。换言之，上述透镜镜筒可以分成第1、2透镜1、2和第3、4、5透镜3～5这两部分，并由压缩弹簧8分隔开，随温度变化，各构件尺寸发生变化而累计形成一差值，第2透镜2和第3透镜3的距离经压缩弹簧8的作用而能有效地增减。

本透镜镜筒在常温中进行作为最终组装工序的后焦距调整，使之具有优良的光学性能。接下来参照图1，图2，就针对透镜镜筒因相对于常温的温度变化而导致的后焦距变化的修正方法进行说明。

常温中通过规定的调整装置对透镜镜筒和图像传感器进行相对定位并固定，使得图像传感器面11处在透镜镜筒的焦点深度P的范围内。如图1所示，常温中第2透镜2和第3透镜3在光轴方向上的距离是D，塑料透镜室7在光轴方向上的长度是B，图像传感器面11处在透镜镜筒的焦点深度P的范围内。在此种状态下，温度一发生变化，各透镜组1～5和塑料透镜室7的热膨胀系数及各透镜组1～5的折射率就会发生变化，透镜镜筒的后焦距A就会变动，此时，在不做任何修正，图像传感器面11偏移出透镜镜筒的焦点深度P的范围之外的情况下，透镜镜筒的光学性能就会劣化，即无法维持常温时的性能。

采用本发明的透镜镜筒，即使温度变为常温以外的温度，也不会受温度变化的影响，而仍能维持常温时的性能。本发明的透镜镜筒参考材料的线膨胀系数来修正透镜镜筒的后焦距变化。假设塑料透镜室7的线膨胀系数是α_LH，温度变化量是Δt时的尺寸变化量是b＝B＊α_LH＊Δt；另一方面，假设各透镜组1～5的线膨胀系数是α_Li(i＝1，2，...)，在光轴方向上的尺寸是C_Li(i＝1，2，...)，温度变化量是Δt时的尺寸变化量是c_Li＝C_Li＊α_Li＊Δt，另外，各隔圈10的线膨胀系数是α_Si(i＝1，2，...)，在光轴方向上的尺寸为E_Si(i＝1，2，...)，温度变化量是Δt时的尺寸变化量是e_Si＝E_Si＊α_Si＊Δt，这些尺寸变化量累计的总尺寸变化量是∑(c_Li+e_Si)。塑料透镜室7的线膨胀系数和透镜组1～5及隔圈10的关系如果设定为α_LH＞＞α_Li、α_LH＞＞α_Si，塑料透镜室7的尺寸变化量和透镜组1～5及隔圈10的尺寸变化量的关系就为b＞∑(c_Li+e_Si)。

本发明的透镜镜筒中，第2透镜2和第3透镜3间的距离变化同透镜镜筒的后焦距A的变化成反方向，也就是第2透镜2和第3透镜3间的距离一变长，透镜镜筒的后焦距A就会变短，第2透镜2和第3透镜3间的距离一变短，透镜镜筒的后焦距A就会变长。

以由常温变至高温的温度变化为例，就透镜镜筒的后焦距的修正方法进行说明。本透镜镜筒中，第2透镜2和第3透镜3由塑料材料形成，塑料透镜的折射率因温度的不同差异性较大，所以因温度变化对后焦距的变化影响也是最大的。这种情况下，一到高温，第2透镜2和第3透镜3的折射率会发生变化，使得透镜镜筒的后焦距A变长，此时其他的透镜组(玻璃透镜)的折射率也会发生变化，但因为和塑料透镜的折射率变化相比较，对后焦距A的影响是微乎其微的，所以省略此部分的说明。

透镜镜筒在高温中，塑料透镜室7、透镜组1～5和隔圈10等同时发生膨胀，各自发生如上所述的b、∑(c_Li+e_Si)的尺寸变化。

如上所述，本透镜镜筒内分为第1、第2透镜1、2和第3～5透镜3～5这两部分，由压缩弹簧8从中分开，压缩弹簧8对第2透镜2和第3透镜3朝向使其相互远离的方向加载，所以与因塑料透镜室7和各透镜组1～5及隔圈10的膨胀所产生的累计尺寸差d＝b-∑(c_Li+e_Si)相应地，使得第2透镜2和第3透镜3间的距离变长，透镜镜筒的后焦距A变短。

因此，高温中透镜镜筒的后焦距A因第2透镜2和第3透镜3的折射率变化变长的部分，通过在塑料透镜室7和透镜组1～5及隔圈10的膨胀所发生的累计尺寸差的基础上经由第2透镜2和第3透镜3间的距离变长来进行修正，从而去抑制后焦距A的变化。另外，在低温中，第2透镜2和第3透镜3的折射率变化、第2透镜2和第3透镜3间的距离变化通过同上述的高温中相反方向的作用，也达到相同的效果。

进一步概括而言，原本各构件因温度变化而影响的尺寸的收缩、膨胀是很微小的量，但是相对于该透镜镜筒全长尺寸B的变化而言，集中通过第2透镜2和第3透镜3间的间隔增减来进行应对，并且基于光学系的设计：通过第2透镜2和第3透镜3间的间隔变化来实现后焦距A的变化，从而能非常有效地修正因温度变化而产生的后焦距A的变动。

在此对透镜的折射率变化进行简要说明。透镜材料具有温度上升折射率变小、温度下降折射率变大的性质，该折射率对温度的敏感性根据材料的不同而不同，特别是塑料透镜的折射率对温度的敏感性很大，所以对后焦距的影响也会变大。

本透镜镜筒中的第2透镜2和第3透镜3是塑料透镜。第2透镜2因为有负折射力，所以温度一上升，后焦距就会变短；温度一下降，后焦距就会变长。另外，第3透镜3因为有正折射力，所以温度一上升，后焦距就会变长；温度一下降，后焦距就会变短。因折射力绝对值而言第2透镜2＜第3透镜3，所以本透镜镜筒的后焦距A随温度上升而变长，随温度下降而变短。

另外，如上所述，透镜折射率对温度的敏感性因材料不同而不同，因此也可以通过对第2透镜2使用比第3透镜3材料对温度的折射率敏感性大的材料，来减小温度对透镜镜筒的后焦距A的变动影响。

因此，若组合此方法和之前陈述的利用透镜室的热膨胀、收缩来改变透镜间隔而减少后焦距变动的方法，则针对更广范围的温度变化，也能极为有效的拟制后焦距的变动。

下面参照图5～8，对本发明的第二实施方式进行说明，其中，对与上述第一实施方式中功能相同的部分标注相同的附图标记。除必要的情况外，省略对其的详细说明。

在该第二实施方式中，除将压缩弹簧8替换为圆形的板簧8外，其余部分与上述第一实施方式中完全相同。通过采用厚度比上述第一实施方式中的压缩弹簧8(螺旋弹簧)薄的板簧8，能够减小光轴方向上的空间，从而有利于进一步实现透镜镜筒的小型化。

下面参照图9、10，对本发明的第三实施方式进行说明，其中，对与上述第二实施方式中功能相同的部分标注相同的附图标记。除必要的情况外，省略对其的详细说明。

在该第三实施方式中，由线膨胀系数一样或基本一样的塑料材料形成的第2透镜2和第3透镜3具有在板簧8外侧相互嵌合的结构，使得该第2透镜2和第3透镜3之间无法在径向上相互移动。在仅采用以上第一实施方式和第二实施方式的情况下，虽然能够通过第2透镜2和第3透镜3在光轴方向上的间隔增减来有效抑制透镜镜筒的焦点位置的变动，但却可能无法避免因温度变化所引起的透镜在径向上的尺寸变化所导致的透镜间的偏芯现象。而通过该第三实施方式中的嵌合结构，则由于能够保持第2透镜2和第3透镜3间在径向上不发生相互移动，因此能够有效避免上述偏心现象。其中，对第2透镜2和第3透镜3之间的具体嵌合方式并无特别限定，只要能保证第2透镜2和第3透镜3间在径向上不发生相互移动即可。另外，该第三实施方式中改变了平行隔圈9的设置位置并增加了第6透镜12，但其仅为产品中的适应性变换，对本实施方式的上述作用没有直接影响。

综上所述，本发明的透镜镜筒因为不需要有机械式修正透镜镜筒后焦距和图像传感器相对位置的机构等，所以就能够在不会导致透镜镜筒的大型化及成本上升的情况下，在不同的温度中能有效的抑制透镜镜筒的后焦距变动，很好的维持优良的光学性能。

产业上的利用效果

本发明是可以利用于相机，摄像机，及手机内的摄影透镜镜筒。

Claims (10)

1.一种透镜镜筒，具有由多枚透镜构成的透镜组、以及用于保持该透镜组的透镜室，其特征在于：上述透镜组中的相邻的一组透镜间设置有弹性构件，该弹性构件用于在该一组透镜的光轴方向上对该一组透镜加载；随着温度的变化，由上述该弹性构件使上述一组透镜间的距离也随之发生变化。

2.根据权利要求1所述的透镜镜筒，其特征在于：上述透镜室使用的材料的线膨胀系数要大于上述透镜组的线膨胀系数，通过上述透镜室和上述透镜组因温度变化而产生的膨胀或收缩量的差值来调整上述透镜间的距离。

3.根据权利要求1或2所述的透镜镜筒，其特征在于：相对于上述透镜间的距离变化量而产生的透镜镜筒的焦点位置的变化量为上述透镜间的距离变化量的一倍以上。

4.根据权利要求1或2所述的透镜镜筒，其特征在于：上述透镜室是由塑料材料形成。

5.根据权利要求3所述的透镜镜筒，其特征在于：上述透镜室是由塑料材料形成。

6.根据权利要求1或2所述的透镜镜筒，其特征在于：上述透镜组内至少含有一枚以上的塑料透镜。

7.根据权利要求3所述的透镜镜筒，其特征在于：上述透镜组内至少含有一枚以上的塑料透镜。

8.根据权利要求4所述的透镜镜筒，其特征在于：上述透镜组内至少含有一枚以上的塑料透镜。

9.根据权利要求5所述的透镜镜筒，其特征在于：上述透镜组内至少含有一枚以上的塑料透镜。

10.根据权利要求1或2所述的透镜镜头，其特征在于：上述相邻的1组镜片是由线膨胀系数一样的材料所形成，并且以在径向上无法相对移动的方式相互嵌合。

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