CN1475827A

CN1475827A - 照相机变焦距透镜系统

Info

Publication number: CN1475827A
Application number: CNA031491669A
Authority: CN
Inventors: 徐在庆
Original assignee: SAMSUNG TAEKWAK CO Ltd
Current assignee: Hanwha Techwin Co Ltd
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2004-02-18
Anticipated expiration: 2023-04-30
Also published as: CN1277139C; US20030219244A1; KR20030091176A; KR100865776B1; US7342606B2

Abstract

变焦距透镜系统，包括变焦基座，驱动源依照设置于电子设备上的控制单元的控制信号产生旋转力，多个动力传送齿轮，位于变焦基座上，用于减小驱动源的转动力，第一透镜凸轮，其位于变焦基座上，多个第一透镜轴，其沿光轴方向耦合在变焦基座上并位于第一透镜凸轮中，第一透镜筒，具有第一透镜，设置于第一凸轮中并沿光轴方向可转动地耦合到第一透镜轴上，动力传输元件，其沿光轴方向耦合到第一透镜凸轮，外部第二透镜凸轮，位于第一透镜凸轮的外圈并固定在变焦基座上，内部第二透镜凸轮，位于外部透镜凸轮中，多个第二透镜轴，其沿光轴方向耦合到变焦基座上并位于内部第二透镜凸轮中，第二透镜筒，具有第二透镜，设置于内部第二凸轮中。

Description

照相机变焦距透镜系统

技术领域

本发明涉及一种变焦距透镜系统，尤其是涉及一种微变焦距透镜系统，其具有光学变焦功能，可用于便携式通讯系统。

背景技术

通常，单聚焦透镜被用作便携式通讯系统中的微透镜系统。即，构成尺寸达到微小级的透镜，这类简单结构的单聚焦透镜已经被普遍地采用。然而，因为单聚焦透镜系统不能提供变焦功能，所以将由软件处理的电子变焦功能应用于这种单聚焦透镜系统。但是，在满足那些想要取得更清晰图象的用户方面，这种电子变焦功能有一些局限性。

发明内容

因此，本发明已尽一切努力去解决上面所提到的问题。

本发明的一个目的是提供一种其构成微小级的变焦距透镜系统，以用于便携式通讯装置或其它便携式电子设备中，实现光学变焦功能。

为达到上述目的，本发明提供一种变焦距透镜系统，其包括：变焦基座，图象拾取装置能够耦合到其上，变焦镜头基座设计成可以耦合到电子设备上；驱动源，依照设置于电子设备上的控制单元的控制信号产生旋转力；多个动力传送齿轮，其位于变焦基座上，用于减小驱动源的转动力；第一透镜凸轮，其位于变焦基座上，由动力传送齿轮的转动力驱动旋转；多个第一透镜轴，其沿光轴方向耦合在变焦基座上并位于第一透镜凸轮中；第一透镜筒，具有第一透镜，第一透镜筒设置于第一凸轮中并沿光轴方向可滑动地耦合到第一透镜轴上，以随着第一透镜凸轮的转动在光轴方向上移动；动力传输元件，其沿光轴方向耦合到第一透镜凸轮；外部第二透镜凸轮，位于第一透镜凸轮的外圈，并固定在变焦基座上；内部第二透镜凸轮，位于外部透镜凸轮中，并可通过动力传输元件转动和线性地移动；多个第二透镜轴，其沿光轴方向耦合到变焦基座上，并位于内部第二透镜凸轮中；第二透镜筒，具有第二透镜，第二透镜筒设置于内部第二凸轮中，并可滑动地耦合到第二透镜轴上，以随着内部第二透镜凸轮的转动在光轴方向上线性地移动。

优选地，驱动源包括转子，构成步进电机磁铁；定子，具有一对步进电机线圈和一对步进电机磁轭，步进电机线圈位于步进电机磁铁的外圈，彼此以直角隔开，步进电机磁轭位于步进电机磁铁的外围，彼此以直角隔开。

优选地，第一透镜凸轮的内圈具有多个凸轮槽，第一透镜筒的外圈具有多个凸轮突起，其可滑动地耦合到凸轮槽。

优选地，外部第二透镜凸轮的内圈具有多个凸轮槽，内部第二透镜凸轮的外圈具有多个凸轮突起，其可滑动地耦合到凸轮槽。

优选地，内部第二透镜凸轮的内圈具有多个凸轮槽，第二透镜筒的外圈具有多个凸轮突起，其可滑动地耦合到凸轮槽。

依据本发明的另一方面，变焦距透镜系统包括：

变焦基座，图象拾取装置能够耦合到其上，变焦基座设计成可以耦合到电子设备上；驱动源，依照设置于电子设备上的控制单元的控制信号产生旋转力；多个动力传送齿轮，其位于变焦基座上，用于减小驱动源的转动力；第一透镜组，其位于变焦基座上，通过动力传送齿轮沿光轴方向移动，第一透镜组包含具有第一透镜的第一透镜筒；第二透镜组，其位于第一透镜组的外圈，并耦合到变焦基座上，第二透镜组和第一透镜组共同运转，第二透镜组包含具有第二透镜的第二透镜筒，其中，当光学变焦镜头被控制从近距状态移到广角状态时，第二透镜筒相对于第一透镜筒移向被摄物体，而当光学变焦镜头被控制从广角状态移到近距状态时，第一透镜筒移向被摄物体，并且第二透镜筒移向第一透镜筒。

优选地，第一透镜组包括第一透镜凸轮，其可转动地配置于变焦基座上，由动力传送齿轮装置的旋转力驱动旋转；多个第一透镜轴，其在光轴方向耦合到变焦基座上，并位于第一透镜凸轮中；第一透镜筒，位于第一透镜凸轮内，并在光轴方向可滑动地耦合到第一透镜轴，以随着第一透镜凸轮的转动在光轴方向上线性地移动。

优选地，第二透镜组包括：外部第二透镜凸轮，其位于第一透镜凸轮的外圈上，并固定在变焦基座上；内部第二透镜凸轮，其位于第二透镜凸轮中，能旋转和线性地移动；多个第二透镜轴，其在光轴方向耦合到变焦基座上，并位于内部第二透镜凸轮中；第二透镜筒，位于内部第二透镜凸轮内并耦合到第二透镜轴，以随着内部第二透镜凸轮的转动而在光轴方向上线性地移动。

附图说明

附图和说明书合成一体并作为说明书的一部分，图解了本发明的一个实施例，并与文字描述部分一起用于阐明本发明的原理。

图1是本发明中变焦距透镜系统的一应用实施例的透视图；

图2是依据本发明优选实施例的变焦距透镜系统的透视图；

图3是依据本发明优选实施例的驱动源和变焦透镜基座的示意图；

图4是图3中描述的驱动源的详细视图；

图5是依据本发明优选实施例的减速齿轮组透视图；

图6是图5的俯视图；

图7是依据本发明优选实施例的步进电机盖的透视图，步进电机盖耦合到变焦基座上；

图8是依据本发明优选实施例的步进电机盖的顶端部分透视图；

图9是依据本发明优选实施例的步进电机盖的底端部分的透视图；

图10是依据本发明优选实施例的第二透镜组的透视图；

图11是依据本发明优选实施例的第一透镜组的透视图；

图12是依据本发明优选实施例的第一透镜组的透镜凸轮透视图；

图13是图12的侧视图；

图14是在近距状态时图2的纵向剖面图；

图15是在广角状态时图2的纵向剖面图；

图16是图2在远摄状态时的纵向剖面图；

图17是本发明由驱动源产生的控制脉冲的时序图；和

图18是本发明的变焦轨迹曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图，详细说明本发明的优选实施例。

图1表示本发明的变焦距透镜系统的一个应用实施例，其中变焦距透镜系统3应用在便携式电子设备中，例如移动电话1。

变焦距透镜系统3构成微小级的及设计成可实现变焦功能。也即，变焦距透镜系统3被设计成可容纳于具有图象拾取装置的便携式电子设备中，例如移动电话1、笔记本电脑、PC相机、PDA(个人数字助理)或门电话。

图2表示本发明的变焦距透镜系统的总体外貌，图3和图4表示变焦距透镜系统的驱动源，图5和图6表示动力传送齿轮组，用于传输驱动源的驱动力。

变焦距透镜系统包括：变焦基座5、作为图象拾取装置的CMOS模块组件、驱动源9(见图3和4)、多个动力传送齿轮11(见图5和6)及第一和第二透镜组13和15(见图2和10)。CMOS模块组件7和驱动源9彼此电连接，以便由控制单元(未示出)控制。控制单元最好位于安装有变焦距透镜系统的便携式电子设备中。

变焦基座5作为一个底座，其上耦合有CMOS模块组件7、驱动源9、动力传送齿轮组11及第一和第二透镜组13和15，组成一个变焦距透镜系统。

CMOS模块组件7位于变焦基座5上，并电连接到驱动源9和变焦开关(未示出)，通过变焦开关控制驱动源9。

CMOS模块组件7耦合在变焦基座5的背面(和被摄物体相反的一面)。

驱动源9是一转子，其包括具有转动轴17的柱形步进电机磁铁19，步进电机磁铁19可旋转地耦合到变焦基座5前面(朝向被摄物体的一面)的一个拐角部(见图3)，以及，步进电机齿轮21(见图4)固定耦合到转动轴17。步进电机齿轮21响应于步进电机磁铁19的转动而转动，定子由第一和第二步进电机线圈23和25与第一和第二步进电机磁轭27和29组成，设置于步进电机磁铁19的周围。步进电机线圈23和25彼此以直角布置，步进电机磁轭27和29彼此也以直角布置。步进电机线圈23和25直接缠绕在步进电机磁轭27和29上，以减少传统线圈架的空间限制。此外，步进电机线圈23和25与步进电机磁轭27和29的直角布置减少了空间限制，增加了设计的自由度。步进电机磁轭27和29设置于步进电机磁铁1 9周围且磁极相反的位置(N和S极)，因而当电源关闭时，它们位于常规夹角90°的稳定的位置。也就是说，如图17所示，经过两个控制脉冲，驱动源9旋转90°。

上面所设计的这样的驱动源9使得其可能制造出微小级的变焦距透镜系统，同时变焦基座5上面的布置能有效地利用它的空间。

驱动源9由耦合在变焦基座5上的盖31遮盖，步进电机齿轮21位于盖31的朝向被摄物体的表面上(见图5)。

动力传送齿轮组11与步进电机齿轮21啮合，实现减速。动力传送齿轮组11包括第一、第二、第三、第四和第五齿轮33、35、37、39和41，其和步进电机齿轮21啮合，相继接收驱动力。动力传送齿轮组的齿轮具有一个中心孔，盖31插入该孔中。

图8表示盖31朝向被摄物体的顶端部分，图9表示盖31背向被摄物体的底端部分。

盖31具有孔31a和31b，变焦基座5上的凸起部分5a和5b装入其中。盖31的上面还具有轴31c，其可插进动力传送齿轮组11的齿轮中，因而，盖31可固定耦合在变焦基座5上。如图9所示，盖31还具有孔31d，驱动源9的转动轴17插在孔31d中，步进电机齿轮21耦合在朝向被摄物体的一面。

动力传送齿轮组11的齿轮个数并不局限于以上所述，其可以依据设计的要求来增加或减少。

如图10所示，第一透镜组13包括第一透镜凸轮43、第一透镜筒45、第一透镜座47和第一透镜48。

第一透镜凸轮43成圆柱形，在其外圈设有和齿轮41啮合的齿轮牙(见图5和6)。第一透镜凸轮43借由齿轮41的驱动力转动地耦合到变焦基座5上，在其内圈上设有凸轮槽43a。

第一透镜凸轮43的位置由耦合到变焦基座5的多个透镜凸轮盖51、53和55来决定(见图10)。

进一步，第一透镜凸轮43的外圈在光轴方向有一延长部分和一个孔43d，其中透镜凸轮轴73在光轴方向上耦合到第二透镜凸轮71上去传输转动力，这将在下面描述。

第一透镜筒45位于第一透镜凸轮43的内圈上并成圆柱形。第一透镜筒45外圈设有凸轮凸起部分45a，可插入第一透镜凸轮43的凸轮槽43a中。

另外，第一透镜筒45配有多个第一透镜轴57，沿光轴方向在变焦基座5面向被摄物体的一面凸起，因而允许沿光轴往复运动。也即，第一透镜筒45上设有孔(未示出)，第一透镜轴57可转动地插进该孔中，因而允许第一透镜筒45随着第一透镜凸轮43的转动而沿光轴线性地移动。

第一透镜筒45的内圈具有螺纹，带有第一透镜41的第一透镜座47可旋入到第一透镜筒45。也就是说，第一透镜座47外圈具有螺纹，可耦合到第一透镜筒45的阴螺纹上。在相机组装完成前，操作第一透镜筒45和第一透镜底座47，第一透镜筒45和第一透镜底座47的螺纹耦合用于聚焦调整，之后，透镜筒45和底座47通过粘结法固定。因此，当第一透镜筒45沿光轴移动时，第一透镜能够在光轴方向沿第一透镜筒45的移动而移动。

第二透镜组15包括外部第二透镜凸轮71、位于外部第二透镜凸轮71的内圈的内部第二透镜凸轮75、耦合有第二透镜77的第二透镜筒79。

外部第二透镜凸轮71成圆柱形，通过螺钉固定耦合到变焦基座5，在其内侧配有螺旋凸轮槽71a，间隔120°(见图15)。

内部第二透镜凸轮75外侧具有间隔120°的凸轮突起75a，凸轮突起75a耦合到外部第二透镜凸轮71的凸轮槽71a中，以使内部第二透镜凸轮75能够沿着凸轮槽71a移动(见图12)。

内部第二透镜凸轮75在光轴方向上耦合到第二凸轮轴73上。结果，内部第二透镜凸轮75依照第一透镜凸轮43的转动而转动，并沿光轴方向上移动。内部第二透镜凸轮75的内侧有三个螺旋凸轮槽75b，间隔120°。

第二透镜筒79外圈具有间隔120°的凸轮突起79a(见图11)，凸轮凸起部分79a耦合到第二透镜凸轮75的凸轮槽75b中，以使第二透镜筒79能够沿着凸轮槽75b移动。第二透镜筒79耦合到第二透镜轴81上，而第二透镜轴81在光轴方向上耦合在变焦基座5上，以使第二透镜筒79在光轴方向上滑动。因此，第二透镜筒79设计成其可依照内部第二透镜凸轮75的转动而在光轴方向上线性地移动。第二透镜77设计成紧配合在第二透镜筒79内。

下文将对上述变焦距透镜系统的操作进行描述。

图14表示近距状态，图1 5表示广角状态，图16表示远摄状态。

如图17所示，当驱动步进电机磁铁19的一个脉冲信号通过控制单元(未示出)施加到线圈1到4时，步进电机磁铁19旋转45°，当两个脉冲施加到线圈时，步进电机磁铁19旋转90°，当步进电机磁铁19被控制旋转时，第一和第二镜头组13和15移动以实现变焦操作。也就是说，步进电机磁铁19的旋转力传输到动力传送齿轮组11以逆时针旋转第一镜头凸轮43。此时，第一透镜筒43的凸轮突起45a沿第一镜头凸轮43内圈的凸轮槽43a移动，结果，第一透镜筒43经第一透镜轴57在光轴方向移动。但当透镜系统随着位于第一透镜凸轮43内圈上形成的凸轮槽43a的形状，从近距状态移到广角状态时，朝被摄物体方向没有移动(如图18所示)。而仅当其从广角状态移到远摄状态时，实现移动。

另外，第一透镜凸轮43的转动力传送到透镜凸轮轴73以使内部第二透镜凸轮75逆时针旋转。当内部第二透镜凸轮75旋转时，第二透镜筒79沿在内部第二透镜凸轮75内圈上形成的凸轮槽75b移动。此时，因为第二透镜筒79耦合到第二透镜轴81上，所以它可以在光轴方向线性地移动。另外，因为内部第二透镜凸轮75的突起75a耦合到外部第二透镜凸轮71的凸轮槽71a，所以它们可以沿凸轮槽71a移动，当旋转时，内部第二透镜凸轮75沿光轴方向线性地移动。结果，依据内部第二透镜凸轮75和第二透镜筒的移动量，第二透镜组15从近距状态到广角状态移向被摄物体。因此，第二透镜组15变焦轨迹是这样形成的，当第二透镜组15从近距状态到广角状态时移向被摄物体，而当其从广角状态到远摄状态时远离被摄物体。

上面所述的变焦距透镜系统的结构在减小系统尺寸方面也是非常有效的。

尽管本发明的优选实施例已在上文中进行了详细的描述，但也应当清楚地理解，本领域熟练的技术人员可以得到启示，在本发明的基本发明原理上得到多种变动和/或改进，将落入本发明以及所附权利要求书的精神实质和范围内。

Claims

1.一种变焦距透镜系统，包括：

变焦基座，图象拾取装置能够耦合到其上，变焦基座设计成可以耦合到电子设备上；

驱动源，依照设置于电子设备上的控制单元的控制信号产生旋转力；

多个动力传送齿轮，其位于变焦基座上，用于减小驱动源的转动力；

第一透镜凸轮，其位于变焦基座上，由动力传送齿轮的转动力驱动旋转；

多个第一透镜轴，其沿光轴方向耦合在变焦基座上，并位于第一透镜凸轮中；

第一透镜筒，具有第一透镜，第一透镜筒设于第一透镜凸轮中，并沿光轴方向可滑动地耦合到第一透镜轴上，以随着第一透镜凸轮的转动在光轴方向上移动；

动力传输元件，其沿光轴方向耦合到第一透镜凸轮；

外部第二透镜凸轮，位于第一透镜凸轮的外圈，并固定在变焦基座上；

内部第二透镜凸轮，位于外部透镜凸轮中，并可通过动力传输元件转动和线性地移动；

多个第二透镜轴，其沿光轴方向耦合到变焦基座上，并位于内部第二透镜凸轮中；

第二透镜筒，具有第二透镜，第二透镜筒设于内部第二透镜凸轮中，并可滑动地耦合到第二透镜轴上，以随着内部第二透镜凸轮的转动在光轴方向上线性地移动。

2.根据权利要求1所述的变焦距透镜系统，其中驱动源包括：

转子，构成步进电机磁铁；

定子，具有一对步进电机线圈和一对步进电机磁轭，步进电机线圈位于步进电机磁铁的外圈，彼此以直角隔开，步进电机磁轭位于步进电机磁铁的外围，彼此以直角隔开。

3.根据权利要求1所述的变焦距透镜系统，其中：

第一透镜凸轮的内圈具有多个凸轮槽，第一透镜筒的外图具有多个凸轮突起，其可滑动地耦合到凸轮槽。

4.根据权利要求1所述的变焦距透镜系统，其中：

外部第二透镜凸轮的内圈具有多个凸轮槽，内部第二透镜凸轮的外圈具有多个凸轮突起，其可滑动地耦合到凸轮槽。

5.根据权利要求1所述的变焦距透镜系统，其中：

内部第二透镜凸轮的内圈具有多个凸轮槽，第二透镜筒的外国具有多个凸轮突起，其可滑动地耦合到凸轮槽。

6.一种变焦距透镜系统，包括：

第一透镜组，其位于变焦基座上，通过动力传送齿轮沿光轴方向移动，第一透镜组包含具有第一透镜的第一透镜筒；

第二透镜组，其位于第一透镜组的外圈并耦合到变焦基座上，第二透镜组和第一透镜组配合，第二透镜组包含具有第二透镜的第二透镜筒，

其中，当光学变焦镜头被控制从近距状态移到广角状态时，第二透镜筒相对于第一透镜筒移向被摄物体，而当光学变焦镜头被控制从广角状态移到近距状态时，第一透镜筒移向被摄物体，并且第二透镜筒移向第一透镜筒。

7.根据权利要求6所述的变焦距透镜系统，其中第一透镜组包括：

第一透镜凸轮，其可转动地配置于变焦基座上，由动力传送齿轮装置的旋转力驱动旋转；

多个第一透镜轴，其在光轴方向耦合到变焦基座上，并位于第一透镜凸轮中；和

第一透镜筒，位于第一透镜凸轮内，并在光轴方向可滑动地耦合到第一透镜轴，以随着第一透镜凸轮的转动在光轴方向上线性地移动。

8.根据权利要求6所述的变焦距透镜系统，其中第二透镜组包括：

外部第二透镜凸轮，其位于第一透镜凸轮的外圈上，并固定在变焦基座上；

内部第二透镜凸轮，其位于外部第二透镜凸轮中，能旋转和线性地移动；

多个第二透镜轴，其在光轴方向耦合到变焦基座上，并位于内部第二透镜凸轮中；

第二透镜筒，位于内部第二透镜凸轮内并耦合到第二透镜轴，以随着内部第二透镜凸轮的转动而在光轴方向上线性地移动。

9、一种变焦距透镜系统，包括：

具有控制单元的电子设备；

其上耦合有电子设备的变焦基座；

驱动源，依照来自于控制单元的控制信号产生旋转力，驱动源耦合在变焦基座上；

第一透镜组，具有耦合有第一透镜的第一透镜筒，透镜组位于变焦基座上，经由驱动源的驱动力驱动可在光轴方向上移动；和

第二透镜组，具有耦合有第二透镜的第二透镜筒，第二透镜组位于第一透镜组的外圈和变焦基座上，与第一透镜组同步以实现动力传送。