CN1264041C - 光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种有效地利用可变形镜的特征，小型化且耗电量低的光学装置。其中，经由阶梯部将具有五个自由曲面的自由曲面棱镜(4)相互配合保持在接合起来的具有透镜开口部(1a)的前外壳(1)和后外壳(2)的内部，利用透镜支承件将第一透镜(10)与前外壳的透镜开口部对应地间隔地安装在第一光学面(5)上，利用镜支承件以从外部遮蔽其镜反射面的方式间隔地将可变形镜(12)安装到第四光学面(8)上，利用透镜支承件将第二透镜间隔安装到第五光学面(9)上的同时，进而将摄像元件(16)间隔地安装在第二透镜上，以此构成光学装置。

Description

光学装置

技术领域

本发明涉及有效地利用可变形镜的特征的光学装置。

背景技术

一般地，在照相机等摄像设备及显示设备中，其光学系统大多左右着设备整体的尺寸及性能。因此，不仅是照相机，为了提高摄像设备及显示设备的性能，特别是为了使之小型化提高其低耗电量的性能，光学系统被要求小型化并且耗电量低。特别是，在作为数字系统摄像设备的数字照相机及便携式电话的摄像单元领域，这种要求非常强烈。

作为解决这种光学系统的小型化和耗电量低的方法，例如，在特开平11-317894号公报中提出了可变形镜的方案。这种可变形镜由构成反射面的薄膜和与该薄膜对向配置的电极构成，将电压外加到薄膜和电极之间，利用静电力使构成反射面的薄膜的弯曲形状变化，可以调整其焦距。同时，这种可变形镜与现有技术的马达驱动的光学系统比较，具有小型且耗电量低，而且不产生马达的驱动音和传动系统的噪音的特点。

但是，在上述公开公报中，对于可变形镜本身提出了各种方案，但作为具体的光学装置，必须构成能够充分有效地利用该可变形镜的特征的光学系统。例如，只是原封不动用这种可变形镜代替现有技术的镜框内的固定镜，不能构成充分有效地发挥该可变形镜的特征的光学系统。

发明内容

本发明，为了解决上述课题，其目的是提供一种能够有效地利用可变形镜的特征的光学装置。

为解决上述课题，包括：可变形镜单元，具有使入射光反射的反射面，且可由通电使该反射面的形状变形；以及自由曲面棱镜，将入射光导入到内部，其特征为，在该自由曲面棱镜上形成有保持前述可变形镜单元的镜保持部、以及在上述镜保持部的相反侧的面进一步保持摄像元件的摄像元件支承件。

在这样构成的光学装置中，通过可变形镜单元和自由曲面棱镜的组合以实现小型化的同时，可以很容易地经由镜保持部将可变形镜单元保持在自由曲面棱镜上，可以提高自由曲面棱镜和可变形镜单元的相对位置精度。

根据技术方案2的发明，在技术方案1中任何一个所述的光学装置中，其特征为，前述可变形镜单元，以从外部遮蔽其反射面的方式被保持在前述自由曲面棱镜上。

在这样构成的光学装置中，由于以从外部将可变形镜单元的反射面遮蔽的方式被保持在自由曲面棱镜上，所以，在无需专用的遮挡可变形镜单元的反射面的遮挡部件的同时，还防止灰尘等附着到可变形镜单元的反射面上，有利于使用。

根据技术方案3的发明，在技术方案1～2中任何一个所述的光学装置中，其特征为，具有将前述自由曲面棱镜及被保持在该自由曲面棱镜上的前述可变形镜单元保护在内部的外壳，在前述自由曲面棱镜上形成与前述外壳的阶梯部。

在这样构成的光学装置中，可以很容易地将保持可变形透镜单元的自由曲面棱镜定位保持在保护外壳内。

根据技术方案4的发明，在技术方案1～3中任何一个所述的光学装置中，其特征为，在前述自由曲面棱镜上形成用于安装到采用所述光学装置的摄像设备上的结合用凹部或结合用突出阶梯部。

在这样构成的光学装置中，在可以将保持可变形镜单元的透镜很容易地安装定位到采用所述光学装置的摄像装置上的同时，还可以使摄像装置小型化。

根据技术方案5的发明，在技术方案1～4中任何一个所述的光学装置中，其特征为，前述可变形镜单元根据前述反射面的形状，调整入射光的对焦位置。

通过这种结构，在可以小型化的同时提高了透镜和可变形镜单元的相对位置精度的光学装置中，可以在低的耗电量并且不产生驱动噪音的情况下，进行调焦。

根据技术方案6的发明，在技术方案1至4中任何一个所述的光学装置中，其特征为，前述可变形镜单元根据前述反射面的形状调整变焦比。

通过这种结构，在可以小型化的同时提高了透镜和可变形镜单元的相对位置精度的光学装置中，可以在低的耗电量并且不产生驱动噪音的情况下，调整变焦比。

附图说明

图1是表示根据本发明的光学装置的第一种实施形式的简略结构图。

图2是表示图1所示的第一种实施形式中可变形镜的详细结构的图示。

图3是表示相对图1所示的可变形镜的外加电压，镜主体的弯曲特性的一个例子的图示。

图4是表示本发明的第二种实施形式的简略结构图。

图5是表示图4所示的第二种实施形式中的自由曲面棱镜的结构的立体图。

符号说明

1            前外壳              1a        透镜开口部

2            后外壳              3         螺钉

4            自由曲面棱镜        4a        阶梯部

4b           配合用凹部          4c        配合用突出阶梯部

5            第一光学面          6         第二光学面

7            第三光学面          8         第四光学面

9            第五光学面          10        第一透镜

11           透镜支承件          12        可变形镜

12a          基板                12b       环状支承壁

13           镜支承件            14        第二透镜

15           透镜支承件          15a       摄像元件支承件

16           摄像元件            17        光轴上光线

20           光学系统            21        前盖

22           后盖                23        上部爪部

24a，24b    下部爪部             25        光学取景器

26           闪光灯机构          27        电池

具体实施方式

下面，说明实施形式。图1是表示根据本发明的光学装置的第一种实施形式的简略结构图，图1的(A)是俯视图，图1(B)是正视图，图1(C)是侧视外观图，图1(D)是侧视剖面图。该实施形式，由于是将根据本发明的光学装置用于摄像元件的光学系统，所以如图所示，它包括起着保护内部构件的镜框作用的前外壳1和后外壳2，在前外壳1上有透镜开口部1a，用螺钉3等将前外壳1和后外壳2适当地相互接合。同时，通过将设于自由曲面棱镜4的外周缘上的阶梯部4a卡合到形成于前外壳1上的内侧阶梯部1b上，将自由曲面棱镜4保持在被接合起来的外壳1、2内。

在上述自由曲面棱镜4上具有5个自由曲面(光学面)，即，分别在前面上部形成第一光学面5，在背面上部形成第二光学面6，在前面中央部形成第三光学面7，在背面下部形成第四光学面8，在前面下部形成第五光学面9。同时，第一透镜(凹透镜)10，借助与自由曲面棱镜4成一整体地突出形成在第一光学面5的外缘部上的透镜支承件11，以一定间隔对向地安装在第一光学面5上。此外，该第一透镜10，以露出到前外壳1的透镜开口部1a的方式配置。

此外，可变形镜12，同样地利用与自由曲面棱镜4成一整体地突出形成在第四光学面8的外缘上的镜支承件13，以可变形镜12的镜主体面从外部被遮蔽的方式，以一定间隔对向地安装在自由曲面棱镜4的第四光学面8上。进而，第二透镜(凸透镜)14，同样地借助与自由曲面棱镜4成一整体地突出形成在第五光学面9的外缘部上的透镜支承件15，以一定间隔对向地安装在自由曲面棱镜4的第五光学面9上，进而，在透镜支承件15的突出延长部上成一整体地形成摄像元件支承件15a，在该摄像元件支承件15a上，与第二透镜14以一定间隔对向地安装配置摄像元件16。

其次，根据图2的(A)、(B)说明对向配置在自由曲面棱镜4的第四光学面8上的可变形镜的详细结构。图2(A)是俯视图，图2(B)是沿图2(A)的X-X′向视剖面图。可变形镜12，如图2的(A)、(B)所示，在圆盘形的基板12a的一侧面上突出地设置环状支承壁12b，在用该环状支承壁12b包围起来的区域内，配置有三个周边电极A、B、C和一个中心电极D构成的固定电极的同时，将镜主体12c的周边部接合固定到环状支承壁12b的开口端上。此外，固定电极的图形并不局限于图中所示的形式，可以采用各种形式。

三个周边电极A、B、C由分别配置在大致每120°的角度范围内的圆弧状的电极板构成。此外，中心电极D由配置在上述三个电极A、B、C的中心部的圆形区域内的圆板状的电极板构成。镜主体12c，例如，在用聚酰胺树脂形成的圆盘状盘的外侧面上被覆兼作可动电极和反射构件(镜面)的铝而构成。

这样构成的可变形镜12，当在前述固定电极(A～D)与可动电极(镜主体12c)之间外加预定的电压时，借助其静电力，可变地控制反射面(镜主体12c)的弯曲形状。顺便提及，在逐渐增大统一外加到各电极A～D上的相同水平的电压时，借助伴随着外加电压的增大而加强的静电力，镜主体12c逐渐加大其弯曲度。

图3是表示相对于外加电压的弯曲特性的一个具体的例子。如图3所示，伴随着外加电压的增大，镜主体12c的曲率半径逐渐缩小，对焦的被拍物体的距离逐渐缩短。例如，当外加电压为60V时，镜主体12c的曲率半径为324mm，对焦的被拍物体距离为50cm。

其次，对利用这种结构的可变形镜12的本实施形式的动作进行说明。经由前外壳1的透镜开口部1a入射到第一透镜10上的光轴上光线17，通过自由曲面棱镜4的第一光学面5，到达第二光学面6被反射，该反射光进一步到达第三光学面7，被再次反射。从该第三光学面7反射来的光，向第四光学面8出射，通过第四光学面8到达可变形镜12的镜主体12c的镜面并被反射。该反射光再次通过第四光学面8，进而通过第五光学面9及第二透镜14，入射到摄像元件16上。这时，调整向可变形镜12外加的电压以改变曲率半径，进行被拍物体距离的调整，在摄像元件16上进行对焦并成像。

这样，通过将可变形镜12和具有多个光学面的自由曲面棱镜4和通常的透镜组合构成光学系统，可以实现将光学系统乃至光学装置小型化，同时，通过调整外加到可变形镜上的电压，可以容易进行不发生噪音而且耗电量低的对摄像元件16的调焦(ヒント調整)。

其次，基于图4的(A)、(B)说明第二种实施形式。图4(A)是在部分残留第二实施形式的前盖的情况下的简略正视图，图4(B)是侧视剖面图。该实施形式将与第一种实施形式具有同样结构的、将可变形镜和通常的棱镜及摄像元件组合到自由曲面棱镜上构成的摄像元件用的光学系统，直接安装在电子照相机的主体上。

首先，如图5(A)、(B)的前面及背面立体图所示，利用第一～第五光学面5、6、7、8、9和第一及第二透镜支承件11、15，以及形成配合用凹部4b及配合用突出阶梯部4c的自由曲面棱镜4，和第一种实施形式一样，将第一及第二透镜10、14和可变形镜12及摄像元件16经由各个支承件安装，构成摄像元件用的光学系统20。

同时，将该光学系统20配置在由前盖21和后盖22构成的电子照相机的主体内，使形成于构成前述光学系统20的自由曲面棱镜4上的配合用凹部4b和配合用突出阶梯部4c相对于成一整体地突出形成于前盖21的内侧的上部爪部23，及同样成一整体地突出形成的两个下部爪部24a24b进行配合，将该光学系统20直接安装在照相机主体上。此外，在图4(A)、(B)中，25是配置在照相机主体内的光学取景器，26是配置在同一个照相机主体内的闪光灯机构，27是容纳在照相机主体内的电池。

通过这种结构，可以很容易地将由保持可变形镜等的自由曲面棱镜构成的小型化的光学系统，直接容易地定位安装到构成照相机主体的前盖上，可以将电子照相机小型化。

此外，在上述各实施形式中，说明了将一个可变形镜组合到自由曲面棱镜上，通过外加电压调整可变形镜的镜主体，进行聚焦调整的情况，但也可以将两个可变形镜组合到自由曲面棱镜上，通过调整外加电压将一个可变形镜的镜面由平板状调整成凹状，将另一个可变形镜的镜面由凹状向平板状的反向变形调整，也可以进行光学系统的变焦调整。

此外，在上述各实施形式中，说明了作为可变形镜利用静电力进行驱动的情况，但作为可变形镜除了用静电力驱动之外，也可以利用磁铁和流过反射变形面的电流所产生的电磁力进行驱动，也可以利用压电材料作为反射变形面，利用压电效应使之变形等。此外，在此之前，作为采用本发明的光学系统，描述了在摄像系统中采用可变形镜和具有保持部的透镜的情况，但并不局限于此，对于取景器、投影装置等其它光学装置，也可以采用同样的结构。

发明的效果

基于上述实施形式所说明的那样，根据技术方案1的发明，通过可变形镜单元和透镜的组合，可谋求小型化的同时，介由镜保持部，可以很容易地把可变形镜单元保持在透镜上，可以提高透镜和可变形镜单元的相对位置精度。此外，根据技术方案2的发明，在谋求小型化的同时，可以实现提高透镜和可变形镜单元及摄像元件的相对位置精度的摄像装置用光学装置。此外，根据技术方案3的发明，由于用至少一部分上形成自由曲面的棱镜构成透镜，所以，可以谋求将光学装置进一步小型化。此外，根据技术方案4的发明，由于以从外部遮蔽可变形镜单元的反射面的方式将可变形镜单元保持在透镜上，所以，无需可变形镜单元的反射面的专用遮蔽部件，同时，防止灰尘等附着在可变形镜单元的反射面，在操作上十分有利。此外，根据技术方案5所述的发明，可以将保持可变形镜单元的透镜很容易地定位保持在保护外壳内。此外，根据技术方案6的发明，在可以很容易地将保持可变形镜单元的透镜定位安装到采用该光学装置的摄像装置上的同时，可以将摄像装置小型化。此外，根据技术方案7的发明，在可以小型化的同时，提高透镜与可变形镜单元的相对位置精度的光学装置中，能够以低的耗电量并且不产生驱动音地进行焦点的调整。此外，根据技术方案8的发明，在小型化的同时，提高透镜与可变形镜单元的相对位置精度的光学装置中，能够以低的耗电量并且不产生驱动音地调整变焦比。

Claims (6)

1、一种光学装置，包括：可变形镜单元，具有使入射光反射的反射面，且可由通电使该反射面的形状变形；以及自由曲面棱镜，将入射光导入到内部，其特征为，

在该自由曲面棱镜上形成有保持上述可变形镜单元的镜保持部、以及在上述镜保持部的相反侧的面进一步保持摄像元件的摄像元件支承件。

2、如权利要求1所述的光学装置，其特征为，上述可变形镜单元以从外部遮蔽其反射面的方式被保持在上述自由曲面棱镜上。

3、如权利要求1或2所述的光学装置，其特征为，具有将上述自由曲面棱镜和被保持在该自由曲面棱镜上的上述可变形镜单元保护在内部的外壳，在上述自由曲面棱镜上形成有与上述外壳的阶梯部。

4、如权利要求1至3中任何一个所述的光学装置，其特征为，在上述自由曲面棱镜上形成有用于安装到采用该光学装置的摄像设备上的结合用凹部或结合用突出阶梯部。

5、如权利要求1至4中任何一个所述的光学装置，其特征为，上述可变形镜单元根据上述反射面的形状，调整入射光的对焦位置。

6、如权利要求1至4中任何一个所述的光学装置，其特征为，上述可变形镜单元根据上述反射面的形状调整变焦比。

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