CN1708711A - 光学部件及影像拾取装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可收缩型光学部件，其能在工作位置和收缩位置之间移动其光学系统，及包括该光学部件的影像拾取装置。尤其是，本发明涉及通过检测被支撑而能相对固定镜筒移动的透镜镜筒的位置能够获得镜头位置信息的光学部件及影像拾取装置。根据本发明的光学部件是可收缩型光学部件，包括可沿光轴方向相对固定环移动的第二组透镜框架和后镜筒，及提供在第二组透镜框架后面的固态影像拾取器件，其中用于检测第二组透镜框架位置的位置检测装置被设置在可移动的第二组透镜框架上。根据本发明，可消除在外部部分上的凸起和类似物而变得小尺寸，且零件数量和工序数量的增长能够被限制到最小值。

Description

光学部件及影像拾取装置

技术领域

本发明涉及一种可收缩型光学部件，在其内部一个光学系统可在工作位置和收缩位置之间移动，及涉及包括像数码照相机和数码摄影机这样的光学部件的影像拾取装置；及尤其涉及包括通过检测被支撑的能相对固定镜筒移动的透镜镜筒的位置而能获得镜头位置信息(信息，例如，在变焦位置)的光学部件和包括该光学部件的影像拾取装置。

背景技术

近些年来，对像数码照相机和数码摄影机这样的影像拾取装置已经要求在可携带性和操作性的改进。现在整个相机被要求小尺寸，在影像拾取装置中使用的像镜头和透镜镜筒这样的光学系统的最小化已在进行。另外，也强烈地要求对拍摄的照片的图像质量和像素的进一步的提高，因而构成光学系统的透镜可能会制造的尺寸大；然而，光学透镜镜筒的最小化经常被要求通过制造更小尺寸的驱动机构。

关于在例如数码照相机和数码摄影机的影像拾取装置中使用的被叫做可收缩镜头的有相似的要求，并且考虑到携带的便利性而要求最小化、薄制品及类似。

图3示出例如，一个具有可收缩型镜头的数码照相机没被使用而镜头收缩的状态，即，示出镜头收缩位置的外观透视图。图4示出数码照相机被使用而透镜镜筒伸出的状态，即，示出同一照相机在广角位置或摄远(telephoto)位置的外观透视图。

图5A、5B及5C示出常规可收缩镜头的截面图。图5A示出当不使用透镜在收缩位置的截面；图5B示出在广角位置的截面；图5C示出在摄远位置的截面。图6示出该可收缩镜头的分解透视图。

首先，参考图3和4描述数码照相机的主要功能。附图标记1标示该数码照相机的相机主体而附图标记2标示可收缩型的影像拾取镜头部分，其被提供在相机主体的前表面的一侧上。在图3所示的收缩状态，挡板3保护影像拾取镜头部分2的前面透镜表面。此外，在相机主体1的前表面安排有取景器透镜4、闪光灯5及用于检测到物体的距离的自动对焦辅助光接收部分6。此外，附图标记7标示取景窗，附图标记8标示快门按钮，而附图标记9标示改变模式的旋纽。

其次，参考图5A、5B、5C及图6详细描述身为可收缩型光学部件的影像拾取镜头部分2的结构。

附图标记10标示固持多个透镜11的第一组透镜框架，第一组透镜框架10包括多个安装在凸轮环12的第一凸轮槽12a中的凸轮销10a。第一组透镜框架10由例如包含玻璃纤维的黑色聚碳酸酯树脂构成，具有强度和光遮蔽品质。

附图标记13标示固持多个透镜13a的第二组透镜框架。第二组透镜框架13包括多个安装在凸轮环12的第二凸轮槽12b中的凸轮销13b。第二组透镜框架13由例如包含玻璃纤维的黑色聚碳酸酯树脂构成，具有强度和光遮蔽品质。第二组透镜框架13可具有可变光阑快门机构。

上述凸轮环12包括被齿轮部件14的齿轮14a驱动而在固定环15的内圆周旋转的齿轮部12c，及要被安装于固定环15的凸轮槽15a中的多个凸轮销12d。凸轮环12由例如包含玻璃纤维的黑色聚碳酸酯树脂构成，具有强度和光遮蔽品质。通过第一凸轮槽12a和第二凸轮槽12b，可完成变焦操作，在该操作中，第一组透镜框架10和第二组透镜框架13在光轴L方向沿预定曲线移动。

附图标记16标示直向向前引导环，其为与凸轮环12一体地在光轴L方向上在固定环15的内圆周移动的组件。直向向前引导环16包括多个引导第一组透镜框架10在光轴方向上的引导槽16a和多个引导第二组透镜框架13在光轴方向上的引导槽16b。直向向前引导环16由例如包含玻璃纤维的黑色聚碳酸酯树脂构成，具有强度和光遮蔽品质。

固定环15是固定到后镜筒17的组件。固定环15由例如包含玻璃纤维的黑色聚碳酸酯树脂构成，具有强度和光遮蔽品质。

附图标记18标示固持透镜19的第三组透镜框架。第三组透镜框架18由例如包含玻璃纤维的黑色聚碳酸酯树脂构成，具有强度和光遮蔽品质。第三组透镜框架18被保持以便能在光轴方向上相对于后镜筒17移动，该后镜筒被设计为借助于如步进电机(未示出)的动力源轻微地在光轴方向上偏移。

固定环15、镜筒驱动机构20及齿轮部件14被固定在后镜筒17。此外，固定到后镜筒17的是光学滤色镜22，其由在面对第三组透镜框架18的固持位置21以便被一个弹性施力的密封橡胶23定位的光学低通滤色镜或红外截断滤色镜构成。另外，一个放置在光学滤色镜22后面的像CCD和CMOS这样的固态影像拾取器件24被固定到后镜筒17。

挡板驱动机构20是一个突出组件用于驱动而关闭与影像拾取部分2的收缩操作有关(linked with)的挡板3。齿轮部件14通过与齿轮14a啮合的齿轮部12c驱动并旋转凸轮环12；传动比被确定为使得在收缩状态到广角状态到摄远状态，及摄远状态到广角状态到收缩状态的范围中有足够的驱动力。

接下来，描述上述影像拾取镜头部分2的操作。

在从图5A中的收缩状态到图5B中的广角位置的操作中，齿轮部件14的齿轮14a被如DC马达的驱动源驱动，齿轮部12c被旋转，凸轮销12d沿固定环15的凸轮槽15a旋转，并且凸轮环12在光轴的方向上移向物体。此时，直向向前引导环16与凸轮环12一体地向前移动，如箭头标记A所示。

同时，凸轮销10a沿凸轮环12的第一凸轮槽12a和直向向前引导环16的引导槽16a移动，结果为第一组透镜框架10向前移动，如箭头标记B所示。同时地，凸轮销13b沿凸轮环12的第二凸轮槽12b和直向向前引导环16的引导槽16b移动，结果为第二组透镜框架13向前移动，如箭头标记C所示。随着上述操作，第一组透镜框架10和第二组透镜框架13被定位于光学广角位置。

在从广角位置到图5C中的摄远位置的操作中，凸轮环12也被齿轮部件14驱动；然而，因为凸轮销12d在这个范围内沿凸轮槽15a的水平凸轮槽15b移动，凸轮环12不在光轴的方向上移动，这样直向向前引导环16也不在箭头标记D所示的光轴方向上移动。此时，凸轮销10a沿凸轮环12的凸轮槽12a和直向向前引导环16的引导槽16a移动，结果为第一组透镜框架10在箭头标记E的方向上移动。

同时，凸轮销13b沿凸轮环12的凸轮槽12b和直向向前引导环16的引导槽16b移动，结果为第二组透镜框架13在箭头标记F的方向上移动。随着上述操作，第一组透镜框架10和第二组透镜框架13光学地在广角位置和摄远位置之间移动而完成变焦操作。

另外，从摄远位置到广角位置的操作和从广角位置到收缩位置的操作通过驱动齿轮部件14的齿轮14a反向旋转并使凸轮环12在相反方向上旋转而完成。

因此，当第一组透镜框架10和第二组透镜框架13完成变焦操作，第三组透镜框架18在光轴方向上被一个单独的如步进电机的驱动源，未示出，轻微地偏移而完成对焦操作。

以这种方式，影像拾取镜头部分2使第一组透镜框架10和第二组透镜框架13依赖于物体的位置来移动而选择性地完成变焦操作和对焦操作，这样对影像拾取镜头部分2来说具有用于检测透镜位置的工具是必要的。

讲到可收缩型镜头的传统变焦位置检测方法，已知有例如，通过凸轮环的旋转角度来检测位置的方法和通过凸轮环在移动方向上的位置来检测位置的方法。

此外，关于通过凸轮环的旋转角度检测位置的方法，已知有通过安排在凸轮环外部部分的导电图案传导中的变化来检测位置的方法，及一种检测变焦位置的方法，该方法中有一个用于检测旋转位置的凸起和一个安排在其外部被设置在凸轮环的外部部分的开关，而开关被该凸起操作，以及类似方法。

图7示出前一种，通过电接触(刷)检测旋转位置的方法。在图7中，附图标记50标示可收缩型镜头的影像拾取镜头部分，其被设计为能选择性地采取收缩位置即当不使用时镜头的收缩状态、广角位置及摄远位置。取景器镜头51安排在影像拾取镜头部分的左上方。

使用电接触的旋转位置检测装置52被设置在影像拾取镜头部分50的顶部。旋转位置检测装置52包括设置在透镜镜筒的旋转部分的电接触图案53，及安装在相机主体或类似物的固定部分的刷部54，并且多个提供在刷部54上的刷55与电接触图案53为可滑动接触。

因而，该多个刷55与该电接触图案53接触的位置根据透镜镜筒旋转部分的旋转位置而变化，这样电输出依赖于旋转位置会变化。通过监测电输出的改变，可能通过旋转位置检测装置52检测镜头的变焦位置。

图8示出后一种，通过可变电阻器检测旋转位置的方法。在图8中，附图标记60标示可收缩型镜头的影像拾取镜头部分，其被设计为能选择性地采取收缩位置即当不使用时镜头的收缩状态、广角位置及摄远位置。取景器镜头61安排在影像拾取镜头部分的左上方，使用可变电阻器的旋转位置检测装置62被设置在影像拾取镜头部分60的左下方取景器镜头的下面。

旋转位置检测装置62包括安装在相机主体或类似物的固定部分的可变电阻器63，用于支撑可变电阻器63的检测件63a的支撑组件64，用于使支撑组件64在影像拾取镜头部分60的光轴方向上移动的引导螺丝65，及一齿轮组(gear train)66，其与提供在透镜镜筒旋转部分的齿轮部啮合以传输其中的旋转力到引导螺丝65。齿轮组66包括与透镜镜筒的齿轮部啮合的驱动齿轮，固定在引导螺丝65的螺丝齿轮，及与螺丝齿轮和驱动齿轮连接以传输动力的惰轮(idler gear)。

因而，取决于透镜镜筒的旋转部分的旋转位置，可变电阻器63的阻值会改变。通过监测从可变电阻器63的阻值输出，可能通过旋转位置检测装置62检测镜头的变焦位置。

作为使用上述位置检测方法的光学装置，还有例如在专利文献1中公开的那种。在专利文献1描述的光学装置特征在于包括组成光学系统的第一镜头部件，用于驱动第一镜头部件的第一马达，提供在第一镜头部件后面的组成该光学系统的第二镜头部件，及控制装置，其用于控制第一和第二马达回应于光学系统的收缩指示而收缩第二镜头部件，当第二镜头部件被收缩后开始收缩第一镜头部件，并收缩第一镜头部件到由收缩第二镜头部件而产生的空间中。

此光学装置被提供一个用于检测镜头位置的线性传感器，其借助于螺丝及类似物安装在一个基部。该线性传感器由在终端之间产生输出的可变电阻组成，当预定的电压加到终端之间时，该输出随它的滑动头的移动线性地改变。

专利文献1

日本公开专利申请2000-194046(第5页，图2等)

然而，在上述镜头位置检测方法中，当使用根据凸轮环的旋转角度的前种镜头位置检测方法时，在凸轮环的外部部分上安排凸起、开关或导电图案及类似物是必要的，结果是该外部部分在尺寸上变大并且零件的数量及工序的数量也增加，这导致不经济的问题。

当使用根据凸轮环在突出方向上的位置的后种位置检测方法时，在外部部分上提供凸起并也在对应该凸起的预定位置提供开关或板簧是必要的，结果是虽然零件数量的增加少于前种方法，外部部分变得庞大而悖于小型化，这提出另一问题。

另外，当使用该位置检测方法的两者之一时，存在一个用于检测传导的滑动部分如机械开关或刷，这样由于该滑动部分的摩擦阻力会出现对镜头的负荷。由于这个原因，也提出镜头对驱动力的移动效率会变差的问题。

本发明被创造以解决上述问题并提供一种光学部件，其位置检测装置被提供在可移动透镜镜筒的内层并且位置在透镜镜筒内检测，由此使整个装置最小化并也防止安排在透镜镜筒中的镜头部分之间的碰撞，本发明又提供包括该光学部件的影像拾取装置。

发明内容

为了达到上述目的，本申请的光学部件为可收缩型光学部件，在其中至少一个透镜镜筒可相对于固定镜筒在其光轴方向上移动，及一个影像拾取装置被设置在透镜镜筒后面，其包括在固定镜筒中的用于检测设置在透镜镜筒内的透镜镜筒的位置的位置检测装置。

此外，一个包括本申请光学部件的影像拾取装置为如数码照相机及数码摄影机的相机装置，在具有可收缩型光学部件的影像拾取装置中包括固定镜筒、至少一个可相对于固定镜筒在其光轴方向上移动的透镜镜筒、一个安排在透镜镜筒后面的影像拾取工具，及在固定镜筒内用于检测透镜镜筒的位置的位置检测装置。

根据上述光学部件，因为用于检测透镜镜筒位置的位置检测装置被设置在固定镜筒中，通过消除在外部部分上的凸起或类似物而使该光学部件最小化及限制零件数量和工序数量的增长到最小是可能的。

同样，根据包括该光学部件的影像拾取装置，既然能够采用被最小化的光学部件，使整个装置在尺寸上小及重量上轻是可能的。

附图说明

图1A是示出根据本发明光学部件第一实施例的收缩状态的截面图；

图1B是示出同样光学部件第一实施例的广角位置的截面图；

图1C是示出同样光学部件第一实施例的摄远位置的截面图；

图2是图1光学部件在分解方式下的透视图；

图3是示出在其中光学部件在收缩状态的数码照相机的外观的透视图；

图4是示出在其中光学部件伸出在广角或摄远状态的数码照相机的外观的透视图；

图5A是示出传统光学部件的收缩状态的截面图；

图5B是示出同一光学部件的广角状态的截面图；

图5C是示出同一光学部件的摄远状态的截面图；

图6是传统光学部件在分解方式下的透视图；

图7是示出其中传统光学部件的镜头位置检测装置是基于电接触系统的例子的正视图；以及

图8是示出其中传统光学部件的镜头位置检测装置是基于可变电阻器系统的例子的正视图。

具体实施方式

以下，参考附图描述根据本发明的可收缩型光学部件和包括该光学部件的影像拾取装置的实施例。

图1A、1B及1C是根据本发明的可收缩型镜头的截面图。图1A示出收缩状态，即当不在使用镜头收缩的状态；图1B示出广角位置的状态；图1C示出摄远位置的状态。请注意，在图1A、1B及1C中，在图5A、5B及5C中描述的相同元件由将会解释的相同符号标示。

于是，该变焦操作以与在图5A、5B及5C中描述的相同的方式完成，在该操作中，固持多个透镜11的第一组透镜框架10和固持多个透镜13a的第二组透镜框架13通过驱动而转动凸轮环12从图1A中收缩位置移动到图1B中的广角位置，及从图1B中的广角位置移动到图1C中的摄远位置。

本发明特征在于一个用于检测透镜镜筒位置的位置检测装置被设置在可收缩型光学部件内，移动透镜镜筒的内部，在该可收缩型光学部件内至少一个透镜镜筒可相对固定镜筒沿其光轴方向移动且一个影像拾取工具被提供在透镜镜筒后面；及因此对焦镜头部分的动态范围是被控制的，防止了在透镜镜筒内的透镜部分的碰撞以避免故障，及提高了光学位置的精确性。

在下文中，参考附图1A到图1C及图2描述该光学部件的镜头位置检测机构。图2是该光学部件的分解透视图。

在图1A到图1C中，数字10标示用于固持多个透镜11的第一组透镜框架，数字12标示用于支撑第一组透镜框架10以在其光轴方向上可移动的凸轮环。此外，数字13标示用于固持多个透镜13a的第二组透镜框架，数字16标示用于支撑第二组透镜框架13以在其光轴方向上可移动的直向向前引导环。

此外，数字15标示用于支撑该凸轮环12以在其光轴方向上移动的固定环，固定环15被一体地固定在后镜筒17的前表面。后镜筒17固持光学滤色镜22和固态影像拾取器件24，密封橡胶23被提供在滤色镜和该器件之间。此外，在光学滤色镜22的前面安排由第三组透镜框架18保持的透镜19。

此外，一个向后镜筒突出的鳍状凸起71被提供在第二组透镜框架13的后表面侧。该凸起71近似平行于影像拾取镜头部分2的光轴延伸，并被安排定位于固持该镜头19的第三组透镜框架18的外圆周表面的外面。用于检测该凸起71的光传感器72被通过安装支架73安装在后镜筒17。使凸起71对着光传感器72的检测部分，这样当凸起71进入检测部分时，第二组透镜框架13的位置被检测到。

在这个实施例中，凸起71和光传感器72形成用于检测透镜镜筒的位置的位置检测装置的一个特定的例子。此位置检测装置能检测第二组透镜框架13撤回及最接近第三组透镜框架18的状态。在这种情形下，凸起71和光传感器72的安装为使得第二组透镜框架13在到达与第三组透镜框架18接触之前立刻停止。

接下来，描述镜头的操作。

通过驱动凸轮环12穿过齿轮部12c，齿轮销12d向前移动而从镜头收缩状态到广角位置同时沿固定环15的凸轮槽15a(箭头标记A)转动。此时，相对第一组透镜框架10和第二组透镜框架13，分别地，凸轮销10a在沿凸轮槽12的前后方向上移动，而凸轮销13b沿凸轮槽12b的前后方向上移动。因而，光学部件到达预定的光学广角位置(箭头标记B和箭头标记C)。

而且，在光学广角位置和摄远位置之间，凸轮环12也通过被齿轮部12c驱动而旋转。因为在这一范围内固定环15的凸轮槽15a形成为使得凸轮环12不会向前或向后移动，其移动变得如箭头标记D所示。此时，相对第一组透镜框架10，凸轮销10a沿凸轮槽15a向前和向后移动，相对第二组透镜框架13，凸轮销13b沿凸轮槽12b向前和向后移动，因而，在光学广角位置和摄远位置之间的移动通过预定的光学位置(箭头标记E和箭头标记F)。

通过上述对第一组透镜框架10、第二组透镜框架13及凸轮环12的驱动完成镜头的收缩和变焦操作，而对焦镜头部分，即第三组透镜框架18被其他驱动源驱动至向前和向后以对焦(箭头标记G)。

在这种情形中，在图1A的收缩状态和图1B的广角位置之间，如果对焦镜头部分移动通过全部预定光学范围，第二组透镜框架13会与第三组透镜框架18碰撞。另一方面，在图1B的广角状态和图1C的摄远状态之间，第二组透镜框架13向前移动，这样在透镜之间不会发生碰撞。

因此，检测镜头的变焦位置并限制对焦镜头部分在收缩位置和广角位置之间的移动范围是必要的。因而，在本发明中，设置在第二组透镜框架13上的凸起71被安装在后镜筒17上的光传感器72检测，这样能检测到镜头的变焦状态。

换句话说，因为第二组透镜框架13总是在图1A的收缩状态和图1C的摄远状态之间向前移动，检测凸起71被设置在第二组透镜框架13的后端，并被安排在图1A的收缩状态进入光传感器的检测部分以及在图1B的广角状态从光传感器72撤出，由此广角位置能被检测到。另外，在图1B的广角状态和图1C的摄远状态之间，检测凸起71总是从光传感器72撤出。

因此，可以完成这样的控制：当光传感器72打开时，限制对焦镜头的动态范围，而当光传感器关闭时允许对焦镜头在全动态范围中移动。因此，这样的控制使得在第二组透镜框架13和身为对焦镜头部分的第三组透镜框架18之间的碰撞被避免。另外，因为位置检测装置被提供来检测广角位置，该装置也能被用于提高变焦位置精度的目的。

本发明不限于上面描述及图中示出的实施例。可不偏离本发明权利要求的范围做出不同的修改。

例如，虽然上述实施例具有这样的结构：凸起设置被提供在第二组透镜框架13上而光传感器72安装在后镜筒17上。反过来，光传感器72可以被安装在第二组透镜框架13上而凸起71可以被提供在后镜筒17上。另外，也能采用由其他传感器而不是光传感器来检测凸起的结构。此外，凸起71的形状不限于上述实施例中的。

例如，可使用如圆或角形棍及其他不同形状的棍形组件。

到目前在实施例中描述光传感器72安装在后镜筒上，光传感器72或凸起71可以安装在固定环15内。另外，本发明的光学部件不限于由三组组成的镜头结构。当有两个或三个或更多透镜镜筒相对于固定镜筒移动时，两个或三个或更多位置检测装置可提供以检测这些透镜镜筒的位置。

而且，关于可收缩型镜头的驱动源，除了一般的DC马达或步进马达可使用超声波马达及类似物。而且，齿轮机构不是必须使用的，可以使用例如超声波马达、直线式或类似物的直接驱动。此外可收缩型镜头的收缩结构不限于具有凸轮槽和凸轮销的凸轮机构；该机构可广泛应用到光学透镜系统能被以可收缩方式收缩成薄形的机构中。

如上所述，根据本发明光学部件，因为位置检测装置被设置于在固定镜筒内可沿光轴方向移动的透镜镜筒上，有可能消除在外部部分的凸起及类似物而变得小尺寸，及限制部件数量和工序数量的增长到最小值。此外，由于使用非接触传感器作为位置检测装置，有可能没有机械损失如产生对镜头负荷地获得位置的信息

另外，根据包括本发明光学部件的影像拾取装置，因为能成为小尺寸的光学部件可以作为如数码照相机和数码摄影机的相机单元使用，有可能使整个影像拾取装置尺寸小及重量轻。

Claims (6)

1.一种可收缩型光学部件，其中至少一个透镜镜筒可沿光轴方向相对一个固定镜筒移动及影像拾取装置被设置在所述透镜镜筒后面，包括：

设置在所述固定镜筒内的所述透镜镜筒中的用于检测透镜镜筒位置的位置检测装置。

2.如权利要求1所述的光学部件，其中所述位置检测装置包括设置在所述固定镜筒和所述可移动透镜镜筒之一中的鳍形凸起和设置在所述固定镜筒和所述可移动透镜镜筒另一中的光传感器。

3.如权利要求1所述的光学部件，其中所述那个透镜镜筒是一个包括一可沿光轴方向移动的第二组透镜框架的直向向前引导环，且所述位置检测装置检测所述第二组透镜框架的位置。

4.如权利要求3所述的光学部件，其中所述第二组透镜框架是一个通过改变在所述光轴上的位置能设定变焦范围的变焦透镜，且所述位置检测装置检测所述透镜的变焦范围。

5.如权利要求4所述的光学部件，进一步包括：

用于当变焦镜头在收缩位置和一个摄远位置之间时移动所述变焦透镜朝向所述摄远位置的移动装置，其中

在收缩位置和一个广角位置之间所述第二组透镜框架的位置由所述位置检测装置检测，而在广角位置和摄远位置之间所述第二组透镜框架的位置不被该位置检测装置检测。

6.一种影像拾取装置，包括可收缩型光学部件，该光学部件具有一个固定镜筒、至少一个可沿光轴方向的相对所述固定镜筒移动的透镜镜筒、安排在所述透镜镜筒后面的影像拾取装置及所述固定镜筒内用于检测透镜镜筒位置的位置检测装置，

所述影像拾取装置是一个如数码照相机和数码摄影机的相机单元。

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