专利名称：机械式变焦镜头装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变焦镜头装置，更具体地说，涉及一种机械式变焦镜头 装置。
背景技术：
在数码照相机、具有照相功能的移动蜂窝电话机、摄像机当中广泛使用 了机械式镜头。这些镜头中，有些是具有变焦功能的镜头，往往机械结构复 杂、部件多、体积较大，使得产品的生产成本高，产品的重量、体积均较大， 消费者使用不方便，而且其复杂的结构也使得产品易在使用时受到损坏，而 且维护也比较困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述机械结构复杂、体 积大、成本高、容易损坏的缺陷，提供一种机械结构简单、部件少、体积小、 耐用的机械式变焦镜头装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种机械式变焦镜头 装置，包括设有第一通孔的支架、侧壁设有变焦曲线线槽和补偿曲线线槽的 第一圆筒、侧壁设有直线线槽的第二圆筒、外侧分别设有第一栓孔和第二栓 孔的第一圆环和第二圆环、变焦透镜、补偿透镜组，所述第一圆筒嵌入支架 的第一通孔，第二圆筒嵌入第一圆筒的内腔，第一圆环、第二圆环嵌入在第 二圆筒内腔；固定在第一栓孔内的第一栓子卡在第一圆筒上的变焦曲线线槽 内和第二圆筒上的直线线槽内；固定在第二栓孔内的第二栓子卡在第一圆筒 上的补偿曲线线槽和第二圆筒上的直线线槽内，以限制第一圆环和第二圆环 沿第一圆筒、第二圆筒轴向运动的路径，变焦透镜嵌入在第一圆环的内腔，补偿透镜组嵌入在第二圆环的内腔，变焦透镜和补偿透镜组沿轴向运动时， 像平面的位置不变。
在本发明所述的机械式变焦镜头装置中，所述第一圆筒和第二圆筒一端 还分别设有第一凸台和第二凸台，第一凸台和第二凸台限制第一圆筒和第二 圆筒在支架的第一通孔内沿其轴向的运动。
在本发明所述的机械式变焦镜头装置中，所述变焦透镜和补偿透镜组为
凸透镜，所述变焦透镜和补偿透镜组沿所述变焦曲线线槽和补偿曲线线槽而 轴向滑动时，所述变焦透镜的焦距/2'、放大率&和补偿透镜组的焦距/3'、放
大率^满足下列变焦微分方程，/2'^+，//^=0。
在本发明所述的机械式变焦镜头装置中，所述第一圆筒侧壁上的变焦曲 线线槽和补偿曲线线槽在第一圆筒横截面上的投影其切向绕过第一圆筒横截 面的角度范围都为0 80度。
在本发明所述的机械式变焦镜头装置中，所述支架上还设有第二通孔， 用于放置驱动第一圆筒或第二圆筒转动的直流电动机或步进电机。
在本发明所述的机械式变焦镜头装置中，所述补偿透镜组包括第一凸透 镜和第二凸透镜，两个凸透镜之间用垫圈隔开，两个凸透镜和垫圈固定在第 二圆环内。
在本发明所述的机械式变焦镜头装置中，所述第二圆筒的侧壁上的直线 线槽与第二圆筒的母线平行，且直线线槽的长度小于第二圆筒的长度。
在本发明所述的机械式变焦镜头装置中，所述第一圆筒上的变焦曲线线 槽和补偿曲线线槽在第一圆筒的横截面上的投影相互重叠。
在本发明所述的机械式变焦镜头装置中，所述第二圆环内还固定有两个 滤光透镜。
实施本发明的机械式变焦镜头装置，具有以下有益效果机械结构简单， 部件少，生产时装配容易，生产成本低；产品的体积小，重量轻，产品运输、
使用时不易损坏，维修容易。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中 图1是本发明机械式变焦镜头装置的优选实施例的爆炸图； 图2A是本发明机械式变焦镜头装置的优选实施例的总体结构示意图2B是本发明机械式变焦镜头装置的优选实施例的第一圆筒的结构示 意图2C是本发明机械式变焦镜头装置的优选实施例的第二圆筒的结构示 意图3是本发明机械式变焦镜头装置的优选实施例的光学原理示意图； 图4是本发明机械式变焦镜头装置的优选实施例的变焦曲线和补偿曲线 的示意图5是本发明机械式变焦镜头装置的优选实施例的透镜组的结构示意
图6是将本发明机械式变焦镜头装置的优选实施例用于近距离实际拍摄 所得到的照片；
图7是将本发明机械式变焦镜头装置的优选实施例用于长焦距实际拍摄 所得到的照片；
图8是将本发明机械式变焦镜头装置的优选实施例用于短焦距实际拍摄 所得到的照片。
具体实施例方式
图1是本发明机械式变焦镜头装置的优选实施例的爆炸图。本装置包括 设有第一通孔102的支架101、沿其侧壁设有变焦曲线线槽117和补偿曲线 线槽116的第一圆筒103、沿其侧壁设有直线线槽115的第二圆筒104、外侧 设有第一栓孔111的第一圆环105和外侧设有第二栓孔112的第二圆环106、 变焦透镜107、第一补偿透镜108和第二补偿透镜110、图像传感器118。支 架101上还设有与第一通孔102相平行的第二通孔121。第一圆筒103的靠近图像传感器118的一端设有凸台122。第二圆筒101的靠近图像传感器118 的一端设有凸台123。
图2A是本发明机械式变焦镜头装置的优选实施例的结构示意图。参考 图1和图2，在本发明的机械式变焦镜头装置中，第一圆筒103嵌入在支架 101的第一通孔102中，第二圆筒104嵌入在第一圆筒103的内腔中，第一 圆环105、第二圆环106嵌入在第二圆筒104的内腔，固定在第一圆环105 上的第一栓孔111和第二圆环106上第二栓孔112内的第一栓子113和第二 栓子114分别卡在第一圆筒103上的变焦曲线线槽117和补偿曲线线槽116 和(参考图2B)第二圆筒104上的直线线槽115 (参考图2C)内，以限制 第一圆环105和第二圆环106沿第一圆筒103、第二圆筒104轴向运动的路 径，变焦透镜107嵌入在第一圆环105的内腔，补偿透镜组(包括第一补偿 透镜108和第二补偿透镜110)嵌入在第二圆环106的内腔。
支架101上还设有与第一通孔102相平行的第二通孔121，第二通孔121 用于放置驱动第一圆筒103或第二圆筒104转动的直流电动机或步进电机(图 2A中为了构图简洁，未画出电机)。
补偿透镜组包括第一凸透镜108和第二凸透镜110，两个凸透镜之间用 垫圈109隔开，第一凸透镜108、第二凸透镜IIO和垫圈109固定在第二圆 环106内(参考图1)。
图2B是本发明机械式变焦镜头装置的优选实施例的第一圆筒的结构示 意图。第一圆筒103上的变焦曲线线槽117和补偿曲线线槽116在第一圆筒 103的横截面上的投影相互重叠。
图2C是本发明机械式变焦镜头装置的优选实施例的第二圆筒的结构示 意图。第二圆筒104的侧壁上的直线线槽115与第二圆筒104的母线平行， 且直线线槽115的长度小于第二圆筒104的长度。从图2B和图2C可知，第 一圆筒103和第二圆筒104 —端还分别设有凸台122和凸台123，这两个凸 台限制第一圆筒103和第二圆筒104在支架101的第一通孔102内沿第一通 孔102的轴向的运动。
图3是本发明机械式变焦镜头装置的优选实施例的光学原理示意图。图3中，A是物，A'是像，光路中的实线表示的是变焦透镜107 (图中用L1表 示变焦透镜107的运动范围)和补偿透镜组(图中用L2表示补偿透镜组的运 动范围)均未移动时的光路，虚线表示的是变焦透镜107和补偿透镜组(108、 IIO)移动后的光路。当变焦透镜107沿着光轴向像(图中用A表示此方向) 移动x,远的距离时，像平面也会向物的方向移动X2远的距离，这将导致图像 传感器118 (参见图1)上得到的像模糊。为了使像平面的移动得到补偿而保 持不动，则需要将补偿透镜组向物(图中用A表示此方向)移动力远的距 离，这样，像平面就不会移动，图像传感器118上得到的就仍然是清晰的像。 在本发明的装置中，变焦透镜107和补偿透镜组(包括第一补偿透镜108和 第二补偿透镜110)为凸透镜，变焦透镜107和补偿透镜组分别沿变焦曲线 线槽117和补偿曲线线槽116而轴向滑动时，变焦透镜的焦距/2'、横向放大 率^和补偿透镜组的焦距/3'、横向放大率A满足下列变焦微分方程
，/2/银+1^//^=0 (1)
变焦透镜107、变焦曲线线槽117、补偿透镜组、补偿曲线线槽116的位 置关系如果满足上述式(1)，则变焦透镜107的沿光轴的移动所导致的像平 面的移动由于补偿透镜组沿光轴的移动而得到补偿，总效果是焦距/2'发生改 变的同时，像平面不动，图像传感器118上得到的始终是清晰的像。
图4是本发明机械式变焦镜头装置的优选实施例的变焦曲线和补偿曲线 的示意图。变焦曲线即是第一圆筒上的变焦曲线线槽117平面展开后的示意 图，补偿曲线即是第一圆筒上的补偿曲线线槽116展开后的示意图。其中， 横坐标的单位是度(。)，纵坐标是沿第一圆筒103中轴移动的距离(单位是 mm)。从图中可见，当第一圆筒103相对于第二圆筒104旋转一定角度时，变 焦透镜107沿第一圆筒103的中轴的位移呈非线性变化，而第一补偿透镜 108、第二补偿透镜110构成的补偿透镜组(参见图5)沿第一圆筒103的中 轴的位移呈线性变化。
图5是本发明机械式变焦镜头装置的优选实施例的透镜组的结构示意 图。透镜组主要包括变焦透镜107、第一补偿透镜108和第二补偿透镜110构成的补偿透镜组、第一滤光透镜119、第二滤光透镜120。在实施时，第一 滤光透镜119、第二滤光透镜120可以固定在第二圆环106内。入射光线124 依次通过变焦透镜107、第一补偿透镜108、第一滤光透镜119、第二滤光透 镜120到达图像传感器118。
图6是将本发明机械式变焦镜头装置的优选实施例用于近距离实际拍摄 所得到的照片。从图6可知，本发明可以用于照相机等具有照相功能的产品 中，作为镜头使用。
图7是将本发明机械式变焦镜头装置的优选实施例用于长焦距实际拍摄 所得到的照片。从图7可知，本发明可以用于长焦距拍摄。
图8是将本发明机械式变焦镜头装置的优选实施例用于短焦距实际拍摄 所得到的照片。从图8可知，本发明可以用于短焦距拍摄。
权利要求
1、一种机械式变焦镜头装置，其特征在于，包括设有第一通孔(102)的支架(101)、侧壁设有变焦曲线线槽(117)、补偿曲线线槽(116)的第一圆筒(103)、侧壁设有直线线槽(115)的第二圆筒(104)、外侧分别设有第一栓孔(111)和第二栓孔(112)的第一圆环(105)和第二圆环(106)、变焦透镜(107)、补偿透镜组(108、110)，第一圆筒(103)嵌入支架(101)的第一通孔(102)，第二圆筒(104)嵌入第一圆筒(103)的内腔，第一圆环(105)、第二圆环(106)嵌入在第二圆筒(104)内腔；固定在第一栓孔(111)内的第一栓子(113)卡在第一圆筒(103)上的变焦曲线线槽(117)内和第二圆筒(104)上的直线线槽(115)内；固定在第二栓孔(112)内的第二栓子(114)卡在第一圆筒(103)上的补偿曲线线槽(116)和第二圆筒(104)上的直线线槽(115)内，以限制第一圆环(105)和第二圆环(106)沿第一圆筒(105)、第二圆筒(106)轴向运动的路径，变焦透镜(107)嵌入在第一圆环(105)的内腔，补偿透镜组(108、110)嵌入在第二圆环(106)的内腔，变焦透镜(107)和补偿透镜组(108、110)沿轴向运动时，像平面的位置不变。
2、 根据权利要求1所述的机械式变焦镜头装置，其特征在于，所述第 一圆筒(103)和第二圆筒(104) —端还分别设有第一凸台(122)和第二凸 台(123)，第一凸台(122)和第二凸台(123)限制第一圆筒(103)和第二 圆筒(104)在支架(101)的第一通孔(102)内沿其轴向的运动。
3、 根据权利要求1所述的机械式变焦镜头装置，其特征在于，所述变焦透镜(107)和补偿透镜组(108、 110)为凸透镜，所述变焦透镜(107) 和补偿透镜组(108、 110)沿所述曲线线槽(116、 117)和直线线槽(115) 而轴向滑动时，所述变焦透镜(107)的焦距/2'、放大率&和补偿透镜组(108、110)的焦距/3'、放大率^满足下列微分方程^/2'瓶+^//^^。
4、 根据权利要求1所述的机械式变焦镜头装置，其特征在于，所述第 一圆筒(103)侧壁上的变焦曲线线槽(117)、补偿曲线线槽(116)在第一 圆筒(103)横截面上的投影其切向绕过第一圆筒(103)横截面的角度范围 都为0 80度。
5、 根据权利要求1所述的机械式变焦镜头装置，其特征在于，所述支 架(101)上还设有第二通孔(121)，用于放置驱动第一圆筒(103)或第二 圆筒(104)转动的直流电动机或步进电机。
6、 根据权利要求1所述的机械式变焦镜头装置，其特征在于，所述补 偿透镜组(108、 110)包括第一凸透镜(108)和第二凸透镜(110)，第一凸 透镜(108)和第二凸透镜(110)之间用垫圈(109)隔开，第一凸透镜(108)、 第二凸透镜(110)和垫圈(109)固定在第二圆环(106)内。
7、 根据权利要求1所述的机械式变焦镜头装置，其特征在于，所述第 二圆筒(104)的侧壁上的直线线槽(115)与第二圆筒(104)的母线平行， 且直线线槽(115)的长度小于第二圆筒(104)的长度。
8、 根据权利要求1所述的机械式变焦镜头装置，其特征在于，所述第 一圆筒(103)上的变焦曲线线槽(116)和补偿曲线线槽(117)在第一圆筒(103)的横截面上的投影相互重叠。
9、 根据权利要求1所述的机械式变焦镜头装置，其特征在于，所述第 二圆环(106)内还固定有第一滤光透镜(119)和第二滤光透镜(120)。
全文摘要
本发明涉及一种机械式变焦镜头装置，包括设有变焦曲线线槽(117)、补偿曲线线槽(116)的第一圆筒(103)、设有直线线槽(115)的第二圆筒(104)、设有第一栓孔(111)的第一圆环(105)和设有第二栓孔(112)的第二圆环(106)、变焦透镜(107)、补偿透镜组(108、110)，通过栓子将第一圆环和第二圆环卡在变焦曲线线槽、补偿曲线线槽、直线线槽内以限制固定在圆环内的变焦透镜、补偿透镜组的轴向运动进而保持像平面的位置不变。本发明具有以下有益效果机械结构简单，部件少，生产时装配容易，生产成本低；产品的体积小，重量轻，产品运输、使用时不易损坏，维修容易。
文档编号G02B7/04GK101551501SQ20081009185
公开日2009年10月7日 申请日期2008年3月31日 优先权日2008年3月31日
发明者张志辉, 李荣彬, 雪 杜, 王文奎, 蒋金波 申请人:香港理工大学