CN104101979B - 变焦式镜筒和摄像设备 - Google Patents

Abstract

变焦式镜筒和摄像设备。一种当镜筒收缩时能够在不缩小沿径向向外退避的可退避透镜的透镜直径的情况下减小镜筒的径向尺寸的同时增加变焦倍率并使镜筒、乃至于使摄像设备薄型化的镜筒。第一透镜保持架保持第一透镜，第二透镜保持架保持第二透镜。第一透镜保持架跟随形成在凸轮筒中的凸轮槽以在光轴的方向上移动。在拍摄状态下，第二透镜布置在光轴上。在退避状态下，第二透镜布置在从光轴中心沿径向向外退避的位置处并且布置在凸轮筒的背面。

Description

变焦式镜筒和摄像设备

技术领域

本发明涉及安装在诸如数字相机等的摄像设备上的变焦式镜筒，以及配备有该镜筒的摄像设备。

背景技术

安装在诸如数字相机等的摄像设备上的一些镜筒具有变焦机构，其通过改变多个透镜之间的在光轴方向上的间距而使拍摄视角（shooting angle of view）变化。对于这种类型的镜筒来说，由于对高变焦倍率化和薄型化相机的需求，需要透镜组的行程尽可能增加并且需要镜筒在光轴方向上小型化。

于是，当镜筒收缩时，镜筒中的一些透镜从光轴中心沿径向向外退避以增加变焦倍率并使镜筒、乃至于使相机薄型化（日本特开2008-46504号公报和日本特开2012-58354号公报）。

然而，根据日本特开2008-46504号公报，因为在镜筒收缩时退避的透镜布置在其他透镜的径向外侧，所以透镜直径需要尽可能小以便减小镜筒在径向上的尺寸，这会对设计强加严重制约。另一方面，根据日本特开2012-58354号公报，待退避的所有透镜都转动到镜筒的在径向外侧的区域，因此摄像设备的大型化是不可避免的。

发明内容

本发明提供一种当镜筒收缩时能够在不缩小沿径向向外退避的透镜的透镜直径的情况下减小镜筒的径向尺寸的同时增加变焦倍率并使镜筒、乃至于使摄像设备薄型化的镜筒，并且还提供一种具有该镜筒的摄像设备。

相应地，本发明的第一方面提供一种镜筒，其包括：第一透镜；第二透镜，其被构造成布置得比所述第一透镜靠近像面并且能够从所述镜筒的光轴的中心沿径向向外退避；第一透镜保持构件，其被构造成保持所述第一透镜；第二透镜保持构件，其被构造成保持所述第二透镜；和凸轮筒，其被构造成具有形成在其内周部的凸轮槽，所述第一透镜保持构件跟随所述凸轮槽以在所述光轴的方向上移动，其中，在拍摄状态下，所述第二透镜布置在所述光轴上，并且在退避状态下，所述第二透镜布置在从所述光轴的中心沿径向向外退避的位置处并且布置在所述凸轮筒的背面。

相应地，本发明的第二方面提供一种摄像设备，其包括：镜筒，所述镜筒包括：第一透镜；第二透镜，其布置得比所述第一透镜靠近像面并且能够从所述镜筒的光轴的中心沿径向向外退避；第一透镜保持构件，其保持所述第一透镜；第二透镜保持构件，其保持所述第二透镜；和凸轮筒，其具有形成在其内周部的凸轮槽，所述第一透镜保持构件跟随所述凸轮槽以在所述光轴的方向上移动，其中，在拍摄状态下，所述第二透镜布置在所述光轴上，并且在退避状态下，所述第二透镜布置在从所述光轴的中心沿径向向外退避的位置处并且布置在所述凸轮筒的背面。

根据本发明，因为当镜筒收缩时能够在不缩小沿径向向外退避的透镜的直径的情况下减小镜筒的在径向上的尺寸的同时增加变焦倍率并使镜筒、乃至于使摄像设备薄型化，所以能够使摄像设备小型化。

从下面（参照附图）对示例性实施方式的说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1A是示出了从正面观察到的作为具有根据本发明的镜筒的示例性摄像设备的数字相机的外观的立体图，图1B是示出了从背面观察到的图1A中的数字相机的图。

图2是示意性地示出数字相机的控制系统的方框图。

图3是示出处于退避位置的镜筒的截面图。

图4是示出处于拍摄位置的镜筒的截面图。

图5是示出处于中间位置的镜筒的截面图。

图6是用于说明当镜筒处于退避位置时可退避透镜的状态的立体图。

图7是用于说明当镜筒处于拍摄位置时可退避透镜的状态的立体图。

图8是示意性地示出退避杆与被退避杆之间的关系的图。

图9是示意性地示出第一透镜保持架、第二透镜保持架和移动构件在光轴方向上的轨迹的图。

图10是示出移动凸轮筒的立体图。

具体实施方式

下面将根据示出了本发明的实施方式的附图说明本发明。

图1A是示出了从正面观察到的作为具有根据本发明的镜筒的示例性摄像设备的数字相机的外观的立体图，图1B是示出了从背面观察到的图1A中的数字相机的图。

参见图1A，在根据本实施方式的数字相机中，在相机主体32的正面侧设置有确定被摄体的构图的取景器30、在进行测光和测距时使用的辅助光源29、电子闪光灯31以及镜筒15。镜筒15是能够在拍摄位置和退避位置之间沿光轴方向移动以便以高倍率改变拍摄倍率的变焦型。

在相机主体32的上部侧设置有快门释放钮26、电源选择钮28和变焦杆27。参见图1B，在相机主体32的背面侧设置有操作钮35至40、诸如LCD等的显示器34和取景器目镜33。

图2是示意性地示出根据本实施方式的数字相机的控制系统的方框图。参见图2，CPU54、ROM53、RAM55、存储器48、压缩-解压单元49、存储卡驱动器50、显示器34和驱动电路51被连接至总线52。诸如快门释放钮26、操作钮35至40、电源选择钮28和变焦杆27等的切换器也被连接至总线52。

变焦驱动镜筒15的变焦机构25、驱动聚焦透镜（可退避透镜）1的聚焦驱动机构10、驱动快门42的快门驱动机构41以及驱动光圈43的光圈驱动机构44被连接至驱动电路51。

诸如CCD传感器或CMOS传感器等的摄像器件24以及电子闪光灯31也被连接至驱动电路51，其中，来自被摄体的光在通过了拍摄光学系统之后在摄像器件24上形成像。经由驱动电路51基于来自CPU54的信号控制连接至驱动电路51的各单元的操作。

各种控制程序等被存储在ROM53中，各种控制程序所需的数据被存储在RAM55中。模拟信号处理单元45对从摄像器件24输出的图像数据执行模拟处理，并将图像数据输出至A/D转换单元46。

A/D转换单元46将从摄像器件24得到的模拟数据转换成数字数据并将数字数据输出至数字信号处理单元47。数字信号处理单元47对作为通过A/D转换单元46进行转换的结果而获得的数字数据执行预定的处理，并且将作为图像数据的数字数据输出至存储器48。

存储在存储器48内的图像数据通过压缩-解压单元49而经受诸如JPEG或TIFF等的压缩处理并接着被输出至并存储在插在存储卡驱动器50中的存储卡内。

存储在存储器48内的图像数据和存储在存储卡内的图像数据通过压缩-解压单元49而经受解压缩处理并接着经由总线52被显示在显示器34上。当看到显示在显示器34上的图像并确定图像是不需要的时，使用者可以通过操作操作钮36将图像删除。

参见图3至图10，将给出镜筒15的详细说明。图3是示出处于退避位置的镜筒15的截面图，图4是示出处于拍摄位置的镜筒15的截面图，图5是示出处于中间位置（在退避位置与拍摄位置之间）的镜筒15的截面图。

参见图3至图5，镜筒15具有由第一透镜14、第二透镜16和可退避透镜1组成的拍摄光学系统。保持第二透镜16的第二透镜保持架17布置在保持第一透镜14的第一透镜保持架15a的背面侧（像面侧）。可退避透镜保持架2布置在第二透镜16的像面侧，构成聚焦透镜的可退避透镜1被保持在可退避透镜保持架2内。

摄像器件24布置在可退避透镜1的像面侧并且被保持在器件保持架13内。

在第一透镜保持架15a的外周侧布置有移动凸轮筒19，并且在第一透镜保持架15a的内周侧布置有直进筒18。移动凸轮筒19和直进筒18彼此卡口式联接，并且移动凸轮筒19能够在转动的同时与直进筒18一体地在光轴方向上移动。

在移动凸轮筒19的外周侧布置有固定凸轮筒20。在固定凸轮筒20的外周侧布置有驱动凸轮筒21，并且在驱动凸轮筒21的外周侧布置有保持筒22。

当驱动凸轮筒21由于从变焦机构25传递来的动力而转动时，驱动凸轮筒21的转动力使移动凸轮筒19转动。移动凸轮筒19由于跟随形成在固定凸轮筒20的内周部中的凸轮槽而在转动的同时沿光轴方向移动。此时，直进筒18与移动凸轮筒19一体地在光轴方向上移动，并且直进筒18在被固定凸轮筒20限制了转动的状态下沿光轴方向移动。

第一透镜保持架15a和第二透镜保持架17在被直进筒18限制了转动的状态下通过跟随形成在移动凸轮筒19的内周部中的具有不同凸轮轨迹的各个凸轮槽而在光轴方向上移动。

图6是用于说明当镜筒处于退避位置（图3）时可退避透镜1的状态的立体图。图7是用于说明当镜筒处于拍摄位置（图4）时可退避透镜1的状态的立体图。

参见图6和图7，在器件保持架13的被摄体侧布置有移动构件3，并且在移动构件3的被摄体侧布置有移动基部构件4。移动基部构件4设置有与光轴平行的转轴7。

可退避透镜保持架2由转轴7以如下方式支撑：使得可退避透镜保持架2能够在移动基部构件4的像面侧转动，并且能够在可退避透镜1布置于光轴中心的位置（图7）和可退避透镜1从光轴中心沿径向向外退避的位置（图6）之间转动。可退避透镜保持架2被扭簧8沿如下方向施力：使得可退避透镜1相对于移动基部构件4被保持在光轴中心。

在移动构件3的外周部设置有沿径向向外突出的多个从动件9。通过使从动件9跟随着形成在驱动凸轮筒21的内周部中的各个凸轮槽而使移动构件3在光轴方向上移动。在这种场合下，移动构件3在被固定凸轮筒20限制了转动的状态下沿光轴方向移动。

移动构件3设置有作为聚焦驱动机构的诸如步进马达等的致动器10（例如见图3）。导螺杆11以平行于光轴的方式从致动器10朝向被摄体延伸。螺母12与导螺杆11接合并由移动基部构件4保持。在光轴方向上引导移动基部构件4的两个导杆5和6以平行于光轴的方式从移动构件3朝向被摄体延伸。

当如图7所示镜筒15处于拍摄位置时驱动致动器10使得导螺杆11转动，并且导螺杆11与螺母12的接合使得移动基部构件4在光轴方向上移动。结果，在可退避透镜1、即聚焦透镜被保持在光轴中心的状态下，可退避透镜保持架2与移动基部构件4一体地在光轴方向上移动，以进行聚焦操作。

布置在可退避透镜1的像面侧的器件保持架13设置有退避杆13a，并且可退避透镜保持架2设置有被退避杆2a。随着镜筒15收缩，退避杆13a给予被退避杆2a转动力，使得可退避透镜保持架2从可退避透镜1布置于光轴中心的位置（图7）转动至可退避透镜1从光轴中心沿径向向外退避的位置（图6）。参见图8，将给出此时可退避透镜保持架2如何转动的详细说明。

图8是示意性地示出退避杆13a与被退避杆2a之间的关系的图。参见图8，在退避杆13a中形成有被退避杆2a所跟随的第一凸轮面13b和第二凸轮面13c。第一凸轮面13b在与光轴交叉的方向上倾斜，并且第二凸轮面13c平行于光轴。

随着镜筒15收缩，被退避杆2a与退避杆13a的第一凸轮面13b接触并跟随第一凸轮面13b，结果，被退避杆2a与第一凸轮面13b的凸轮接合使得可退避透镜保持架2在退避方向上转动。该状态对应于图5中示出的退避状态。

此后，被退避杆2a结束跟随第一凸轮面13b并沿着第二凸轮面13c在光轴方向上朝向退避位置移动。因此不需要通过致动器10的驱动力使可退避透镜保持架2转动，所以可以使用相对小的致动器10。应当注意，当镜筒15从退避位置向拍摄位置移动时，上述操作是相反的。

这里，当被退避杆2a跟随第一凸轮面13b时，产生使退避杆13a推动可退避透镜保持架2并使移动基部构件4朝向被摄体提升的力。移动基部构件4的这种提升显然部分是由导杆6支撑的。

因此，在本实施方式中，布置在移动基部构件4的被摄体侧的第二透镜保持架17设置有弹簧构件23（图3），该弹簧构件23在镜筒15收缩时朝向像面对移动基部构件4施力，从而能够防止移动基部构件4朝向被摄体提升。

图9是示意性地示出第一透镜保持架15a、第二透镜保持架17和移动构件3在光轴方向上的轨迹的图。

参见图9，当镜筒15收缩时，移动构件3和第二透镜保持架17在彼此靠近的状态下、在采取大致相同轨迹的情况下沿光轴方向移动。在本实施方式中，在被退避杆2a与退避杆13a接触之前，移动构件3与第二透镜保持架17在彼此靠近的状态下采取大致相同的轨迹。

结果，由移动构件3保持的移动基部构件4与第二透镜保持架17的在光轴方向上的间距能够被保持恒定。因此，通过使该间距保持狭窄，第二透镜保持架17能够防止移动基部构件4朝向被摄体提升。

当镜筒15从拍摄位置向退避位置移动时，首先，驱动致动器10以使可退避透镜保持架2沿光轴方向朝向像面移动。此时，退避杆13a给予被退避杆2a转动力，使得可退避透镜保持架2向退避位置转动。

此后，驱动凸轮筒21的转动使得移动构件3进行收缩操作，响应于该操作，可退避透镜保持架2平行于光轴地移动至图3所示的退避位置。结果，镜筒15收缩。

在这种场合下，在退避位置，可退避透镜保持架2布置于摄像器件24的短边侧侧面（图3中的上侧面）的外侧，并且可退避透镜保持架2的在光轴方向上的被摄体侧被移动凸轮筒19和固定凸轮筒20覆盖。

图10是示出移动凸轮筒19的立体图。参见图10，在移动凸轮筒19的内周部形成有第一透镜保持架15a沿光轴方向所跟随的第一凸轮槽19a和第二透镜保持架17沿光轴方向所跟随的第二凸轮槽19b。

在移动凸轮筒19的像面侧端部，在第一凸轮槽19a的凸轮轨迹中的第一透镜保持架15a退避的区域以及第二凸轮槽19b的凸轮轨迹中的第二透镜保持架17退避的区域的像面侧，形成有缺口部19c。

此外，参见图3，在固定凸轮筒20的像面侧端部形成有缺口部20a，在驱动凸轮筒21的像面侧端部形成有缺口部21a，并且在保持筒22的像面侧端部形成有缺口部22a。

在镜筒15处于退避位置的状态下，从光轴沿径向向外退避的可退避透镜保持架2被插入到缺口部19c、20a、21a和22a内，并且在本实施方式中，可退避透镜保持架2的一部分从镜筒15的外周部突出。

在该状态下，在相机主体32的内部，可退避透镜保持架2布置在由摄像器件24的短边侧侧面、凸轮筒19、20和21的背面以及设置于相机主体32的背面的显示器34所围成的空间内。即，在该状态下，可退避透镜保持架2被布置成比凸轮筒19靠近像面并且当从被摄体侧观察时被凸轮筒19覆盖。因此，即使可退避透镜保持架2的直径、也就是可退避透镜1的直径增加，也能够避免镜筒15在径向上的尺寸增加。

如上所述，根据本实施方式，当镜筒收缩时，能够在不缩小沿径向向外退避的可退避透镜1的透镜直径的情况下减小镜筒15的在径向上的尺寸的同时增加变焦倍率并且使镜筒15、乃至于使数字相机薄型化。这导致数字相机的进一步小型化。

应该注意的是，虽然在本实施方式中，步进马达被用作致动器10的示例，但也可以使用音圈马达。

其他实施方式

本发明的实施方式还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施方式的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。

虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。权利要求书的范围应符合最宽泛的解释，以包括所有这种变型、等同结构和功能。

本申请要求2013年4月15日提交的日本专利申请No.2013-084761的优先权，其全部内容通过引用包含于此。

Claims (5)

1.一种镜筒，其包括：

第一透镜；

第二透镜，其被构造成布置得比所述第一透镜靠近像面并且能够从所述镜筒的光轴的中心沿径向向外退避；

第一透镜保持构件，其被构造成保持所述第一透镜；

第二透镜保持构件，其被构造成保持所述第二透镜；和

第一凸轮筒，其被构造成具有形成在其内周部的凸轮槽，所述第一透镜保持构件跟随所述凸轮槽以在所述光轴的方向上移动，

其特征在于，所述镜筒还包括：

第二凸轮筒，其被构造成布置于所述第一凸轮筒的外周侧；

移动基部构件，其设置有转轴，所述转轴转动以使所述第二透镜保持构件从所述光轴向外退避；和

移动构件，其被构造成保持所述移动基部构件并且设置有致动器，所述致动器使所述第二透镜保持构件在所述光轴的方向上移动，

其中，在拍摄状态下，所述第二透镜布置在所述光轴上，

在退避状态下，所述第二透镜布置在从所述光轴的中心沿径向向外退避的位置处并且布置在所述第一凸轮筒的背面，

所述第二透镜保持构件以所述第二透镜保持构件能够相对于所述移动基部构件退避的方式被所述移动基部构件保持，

驱动所述致动器，使得所述第二透镜保持构件与所述移动基部构件一体地在所述光轴的方向上移动，并且

通过所述第二凸轮筒使所述移动构件移动。

2.根据权利要求1所述的镜筒，还包括摄像器件，所述摄像器件被构造成接收已经通过了包括所述第一透镜和所述第二透镜的拍摄光学系统的光束，

其中，在所述退避状态下，当从垂直于所述光轴的方向观察时，所述第二透镜和所述摄像器件彼此重叠。

3.根据权利要求1所述的镜筒，其中，在所述退避状态下，所述第二透镜保持构件被插入到形成在所述第一凸轮筒的像面侧的端部的缺口部内。

4.一种摄像设备，其包括：

镜筒，所述镜筒包括：

第一透镜；

第二透镜，其布置得比所述第一透镜靠近像面并且能够从所述镜筒的光轴的中心沿径向向外退避；

第一透镜保持构件，其保持所述第一透镜；

第二透镜保持构件，其保持所述第二透镜；和

第一凸轮筒，其具有形成在其内周部的凸轮槽，所述第一透镜保持构件跟随所述凸轮槽以在所述光轴的方向上移动，

其特征在于，所述镜筒还包括：

第二凸轮筒，其被构造成布置于所述第一凸轮筒的外周侧；

移动基部构件，其设置有转轴，所述转轴转动以使所述第二透镜保持构件从所述光轴向外退避；和

移动构件，其被构造成保持所述移动基部构件并且设置有致动器，所述致动器使所述第二透镜保持构件在所述光轴的方向上移动，

其中，在拍摄状态下，所述第二透镜布置在所述光轴上，在退避状态下，所述第二透镜布置在从所述光轴的中心沿径向向外退避的位置处并且布置在所述第一凸轮筒的背面，所述第二透镜保持构件以所述第二透镜保持构件能够相对于所述移动基部构件退避的方式被所述移动基部构件保持，驱动所述致动器，使得所述第二透镜保持构件与所述移动基部构件一体地在所述光轴的方向上移动，并且通过所述第二凸轮筒使所述移动构件移动。

5.根据权利要求4所述的摄像设备，还包括：

摄像器件，其接收已经通过了包括所述第一透镜和所述第二透镜的拍摄光学系统的光束，和

显示器，其被构造成布置在所述摄像设备的背面侧，

其中，所述第二透镜布置在由所述摄像器件的侧面、所述第一凸轮筒的背面和所述显示器围成的空间内。