专利名称：透镜装置和成像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种设置有路径弯曲光学系统的透镜装置，以及一种 成像装置。
背景技术：
用于对被摄体成像以及将该被摄体的图像数据记录在记录介质上 的诸如数码相机的成像装置已经迅速流行。这种成像装置由诸如变焦 透镜的成像光学系统、将光学图像转换成电子信号的电荷耦合装置(CCD)图像传感器(固态成像装置)、信号处理电路等组成，所述 信号处理电路用于处理从CCD图像传感器输出的成像信号并且将该成 像信号转换为图像数据。成像装置在许多方面已经得到了改善，以便满足实现成像光学系 统的高性能的需求和成像装置的小型化的需求，这两种需求互相冲突。 这种改善的结果是，出现了一种具有透镜装置的数码相机，该透镜装 置具有所谓的路径弯曲光学系统，其中，光路被棱镜弯曲(参见日本特开专利公开No. 2005-351930)。在具有路径弯曲光学系统的透镜装置中，棱镜将来自对着被摄体 的物方透镜的光弯曲成直角，并且该弯曲后的光通过透镜组聚焦在固 态成像装置的成像表面。透镜组被设置，以便当照相机主体保持在正 常位置时，其光轴沿着垂直的方向延伸。透镜组根据变焦操作，沿着 光轴的方向(照相机主体的纵向)移动。因此，采用具有路径弯曲光 学系统的透镜装置的成像装置比传统的成像装置薄很多。此外，在日本特开专利公开No. 2005-351930中描述的数码相机中，
透镜装置包括第一部分和第二部分。第一部分容纳透镜组。第二部分 容纳沿着垂直方向排列的两个电动机。其中一个电动机用于驱动透镜 组进行变焦，另一个电动机用于驱动透镜组进行聚焦。第二部分的厚 度制造得比第一区的厚度薄一些，并且诸如液晶显示器(LCD)的显 示部件被设置为部分地重叠在第二部分的后表面上。因此,数码相机 的总厚度降低。最近，对于更高扩大倍数的数码相机的需求日益增加。已经要求 采用变焦光学系统以驱动多个透镜组，其中，移动透镜组的数量增加。然而，如日本特开专利公开No.2005-351930中描述的数码相机存在如下 问题，其中一个移动透镜组必须要一个电动机驱动，并且因此，当移 动透镜组的数目增加时，所需的电动机数目也增加，从而导致数码相 机尺寸增大。此外，当使用凸轮环驱动多个移动透镜组时，出现了数 码相机的厚度也增加的问题。发明内容鉴于上述问题，本发明的目标是，在不增加成像装置的厚度的情 况下，提供一种能够实现用于驱动多个^镜组的变焦光学系统的透镜 装置和成像装置。为实现上述目标，本发明的透镜装置包括物方透镜组、用于弯曲 光路的光学装置、在成像表面侧的透镜组、以及凸轮板。在成像表面 侧的透镜组将被光学装置所弯曲的光聚焦在成像表面上。多个凸轮槽 在凸轮板上形成。凸轮槽配合于在成像表面侧的透镜组。凸轮板在与 物方透镜组的光轴垂直的平面内，在与成像表面侧的透镜组的光轴垂 直的方向上是可移动的，并且较之物方透镜组不向着物方突出。根据 凸轮板的移动，成像表面侧上的透镜组至少为了变焦沿着光轴的方向 移动。此外，镜头挡板附着在凸轮板上。在透镜装置不被使用时，镜 头挡板覆盖物方透镜的前侧。该光学装置是三棱镜或者反射镜，并且 在垂直方向上使光成直角弯曲。
根据本发明的透镜装置和成像装置，至少出于变焦目的，使得一 个凸轮板沿着光轴的方向移动成像表面侧上的透镜组。因此，在不增 加具有简单结构的成像装置的宽度的情况下，能够实现用于驱动多个透镜组的变焦光学系统。此外，因为镜头挡板附着在凸轮板上，所以 用于镜头挡板的致动器是没有必要的，从而使得能够縮小成像设备和 降低其制造成本。
当结合附图阅读下面的详细描述时，本领域一般技术人员将很容 易理解本发明的上述目的和优点。图l是根据本发明的数码相机的正透视图；图2是数码相机的后透视图；图3是示出了数码相机的内部的解释视图；图4是示出了凸轮板和透镜单元之间的位置关系的解释视图，图4A 示出了数码相机的电源处于断开状态时的位置关系，图4B示出了变焦 位置处于广角端(W端)时的位置关系，以犮图4C示出了变焦位置处 于远摄端(T端)时的位置关系；图5是示出了当变焦位置处于W端时垂直方向的透镜单元的剖视图；图6是示出了当变焦位置处于T端时垂直方向的透镜单元的剖视 图；以及图7是示出了数码相机的电子结构的结构图。
具体实施方式
如图1所示，数码相机1的前侧包括成像孔径2和闪光装置3。闪光 装置3发射闪光。通过成像孔径2，物方透镜5被暴露。物方透镜5是包 含在数码相机1内的变焦型透镜装置4 (参见图3)的第一透镜组G1。钮7被设置在数码相机1的顶侧。数码相机l的 右侧包括存储卡槽9。存储卡8可分离地插入存储卡槽9。由数码相机l 所拍摄的静态图片和动态图片的图像数据被记录在存储卡8上。需要注 意的是，智能媒体卡、xD图片卡(注册商标)等均可作为存储卡8。替 代地，可以将图像数据记录在数码相机l的内部存储器上。 '如图2所示，数码相机I的后侧包括液晶显示器(LCD)IO、变焦湊作 杆ll、多功能键12、模式转换操作杆13等。变焦操作杆ll用于透镜装 置4在远摄端(下文称为T端)和广角端(下文称为W端)之间的变焦。 多功能键12用于各种设置操作。通过操作多功能键12，当观察显示在 LCD IO上的菜单屏幕时，用户能够执行诸如打开/关闭闪光灯发射的各 种设置。当模式转换操作杆13的旋钮13a滑动时，数码相机l的操作模式根 据旋钮13a的位置切换。该操作模式包括静态图片成像模式、动态图片 成像模式、用于在LCD 10上再现/显示所选择的静态图片或者动态图片 的再现模式。在成像模式中，被摄体图像在LCD IO上显示为动态图片的直录图 像(through image)。用户在观察直录图像的同时进行取景(framing)。 此外，在再现模式中，记录在存储卡8上的图像被选择以显示在LCD 10 上。如图3所示，数码相机1包含透镜装置4、闪光装置3、以及用于将 电流提供至闪光装置3的电容器24。用于包含电池的蓄电池箱25被设置 在电容器24之下。透镜装置4由透镜单元20、凸轮板21、以及电动机22组成。用于物方透镜5的保持器28附着在壳体27的最上部，较之壳体 27的前侧向前突出。凸轮板21驱动第三、第五、以及第六移动透镜组
G3、 G5和G6，移动透镜组G3、 G5和G6在垂直方向上沿着光轴L2 (参见图4和图5)包含在壳体27中。三个凸轮槽21a， 21b以及21c在凸轮板21上形成。凸轮板21可 以沿着壳体27的前侧在横向方向上(附图中箭头P表示的方向)移动。 凸轮板21具有一定厚度，以便较之物方透镜5不向前突出。因此，凸 轮板21在其可移动范围内，较之物方透镜5不向前突出。凸轮槽21a、 21b以及21c分别配合于从壳体27的前侧上的导向 孔27a、 27b以及27c突出的凸轮随动件43a、 47a以及49a (参见图4 和图5)。如下文所描述，凸轮随动件43a、 47a以及49a与分别用于 保持第三、第五以及第六透镜组G3、 G5和G6的透镜保持框架一体地 形成。因此，第三、第五和第六透镜组G3、 G5和G6根据凸轮板21 的移动，沿着光轴L2移动。此外，齿条21d在凸轮板21的下端侧上形成，以便与电动机22 的齿轮23相啮合。相应地，根据电动机22的旋转，凸轮板21在箭头 P所示的方向上移动。需要注意的是，虽然在图中没有示出，但是当凸 轮板21在箭头P所示的方向上移动时，数码相机1包含具有沟道型凹 槽的保持构件，该沟道型凹槽与凸轮板21的上下端相啮合。大致为L型的镜头挡板21e与凸轮板21的部分上端一体地形成。 当不使用数码相机1时，镜头挡板21e覆盖物方透镜5以便保护物方 透镜5免受灰尘和刮擦。接下来，描述凸轮板21的操作。当数码相机1的电源处于断开状 态(当数码相机1未被使用)时，如图4A所示，凸轮板21处于镜头 挡板21e覆盖物方透镜5的位置。当数码相机1的电源打开时，或者 当向着W端进行变焦时，凸轮板21的定位如图4B所示。此外，当向 着T端进行变焦时，凸轮板21的定位如图4C所示。
凸轮板21根据使用变焦操作杆11进行的变焦操作，在如图4B所 示的位置和如图4C所示的位置之间移动。根据凸轮板21的移动，凸 轮随动件43a、 47a和49a分别通过与之配合的凸轮槽21a、 21b和21c 在垂直方向上沿着导向孔27a、 27b和27c移动。从而，第三、第五和 第六移动透镜组G3、 G5和G6分别沿着光轴L2移动，并且执行透镜 单元20的变焦和聚焦。需要注意的是，例如，变焦位置在四个位置被 确定。在凸轮板21在任何一个确定位置停止之后，凸轮板21被轻微 地后移，以便第五透镜组(参见图5)作为聚焦透镜为了聚焦而被移动。当操作电源按钮6以断开数码相机1的电源时，凸轮板21移至图 4A所示的位置。需要注意的是，凸轮槽21a至21c在如图4A所示位 置和图4B所示的位置是水平的。当数码相机1的电源处于断开状态时 第三、第五和第六移动透镜组G3、 G5和G6的位置与当数码相机1的 电源处于打开状态(当变焦位置处于W端)时的那些一样。接下来，将描述透镜单元20的内部结构。图5示出了当变焦位置 处于W端时的透镜单元20，图6示出了当变焦位置处于T端时的透镜 单元20。透镜单元20包括第一至第六透镜组Gl至G6、三棱镜(下文 简称为"棱镜")32、快门装置33、光屏蔽板34、红外线截止滤波器 35、 CCD图像传感器(下文简称为"CCD" ) 36、以及保持这些元件 的壳体27。第一透镜组G1包括物方透镜5。在第一透镜组G1的后面，设置 具有反射表面32a的棱镜32,该反射表面32a相对于物方透镜5的光 轴Ll倾斜45° 。反射表面32a将通过物方透镜5进入的物光向下反射。 反射镜可以替代棱镜32被使用。在棱镜32之下，将作为成像表面侧透镜组的第二至第六透镜组 G2至G6沿着与物方透镜5的光轴Ll大致成直角的光轴L2设置。处
于棱镜32正下方的第二透镜组G2由透镜40a和40b组成。在第二透镜组G2之下，将用于变焦的第三透镜组G3定位。第三 透镜组G3由第三透镜组保持框架43所保持的三个透镜41a，41b和41c 组成。凸轮随动件43a—体地附着在第三透镜组保持框架43上。凸轮 随动件43a从导向孔27a向前突出。如上所描述，因为凸轮随动件43a 和凸轮槽21a互相配合，第三透镜组G3根据凸轮板21的移动，沿着 光轴L2移动。在第三透镜组G3之下，将第四透镜组G4定位。第四透镜组G4 仅由第四透镜组保持框架45所保持的透镜44组成。第四透镜组保持 框架45被固定在壳体27的内部。快门装置33被设置在透镜44的成 像表面侧上。快门装置33具有孔径光阑功能。在快门装置33之下，将作为聚焦透镜的第五透镜组G5定位。第 五透镜组G5由第五透镜组保持框架47所保持的三个透镜46a、 46b和 46c组成。凸轮随动件47a —体地附着在第五透镜组保持框架47上。 凸轮随动件47a从导向孔27b向前突出。 '在第五透镜组G5之下，将用于变焦的第六透镜组G6定位。第六 透镜组G6仅由第六透镜组保持框架49所保持的透镜48组成。凸轮随 动件49a —体地附着在第六透镜组保持框架49上。凸轮随动件49a从 导向孔27c向前突出。在第六透镜组G6之下，以光屏蔽板34、红外线截止滤波器35以 及CCD36的顺序将它们固定。光屏蔽板34防止重影等的出现。光通 过物方透镜5进入，并且通过棱镜32沿着光轴L2弯曲。随后，该弯 曲光通过作为在成像表面侧的透镜组的第二至第六透镜组G2至G6， 被聚焦在CCD 36的成像表面上。
如图7所示，设置有中央处理单元(CPU) 50，该中央处理单元 根据来自释放按钮7、变焦操作杆ll、多功能键12等的操作信号，控 制数码相机1的各个部件。驱动电路52在CPU 50的控制下驱动透镜 装置4的电动机22。驱动电路52给予电动机22与变焦操作杆11 (W或者T)的输入 方向相对应的旋转方向，并且当变焦操作杆11处于打开状态时，继续 将驱动脉冲给予电动机22。电动机22是步进电动机，并且以正常或者 相反方向旋转预定次数，该预定次数与驱动电路52所供给的驱动脉冲 的数目相对应。CCD 36将由透镜装置4形成的被摄体图像转换成模拟成像信号， 并且输出该成像信号。需要注意的是，例如，可以使用互补金属氧化 物半导体(CMOS)类型的图像传感器替代CCD36。在成像模式中，信号处理部53对从CCD36读出的场图像(偶数 场或者奇数场图像)执行噪声消除、放大、以及转换成图像数据的处 理，还进行白平衡处理和伽玛(Y)修正。处理的场图像随后被发送 至LCD驱动器54。由此，被摄体图像作为直录图像显示在LCD 10上。 当在成像模式中将释放按钮7按下时，信号处理部53在该释放按钮7 按下操作之后，立即对从CCD36读出的一个帧的图像数据执行上面所 描述的各种图像处理。随后，信号处理部53压縮该数据，并且经由接 口 (I/F)电路55将该压縮数据记录在存储卡8上。在再现模式中，图像数据经由I/F电路55从存储卡8中读出，并 且该读出的图像数据在信号处理部53中解压縮，以发送至LCD驱动 器54。从而，记录在存储卡8上的图像被显示在LCD 10上。信号处理部53包括用于根据图像数据检测被摄体的亮度和图像 数据的对比度的电路。信号处理部53将关于检测的亮度和对比度的信
息发送至CPU 50。 CPU 50根据从信号处理部53所发送的关于被摄体 亮度的信息控制快门速度和孔径光阑，并且根据对比度信息对变焦调 整进行控制。接下来，将描述上述实施例的操作。如图4A所示，在处于断开状 态的数码相机1中，物方透镜5由镜头挡板21e覆盖以便保护其远离 灰尘等。当电源按钮6被按下并且数码相机1变为打开状态时，电动 机22由驱动电路52驱动，并且凸轮板21从图4A所示的位置移至图 4B所示的位置。因此，覆盖物方透镜5的镜头挡板21e移动以暴露物 方透镜5，从而数码相机1准备好成像。在静态图片或者动态图片成像模式中，当变焦操作杆ll被按下至 T端侧，电动机22被驱动并且凸轮板21移至T端侧，如图4C所示。 根据凸轮板21的移动，凸轮随动件43a、 47a和49a分别通过凸轮槽 21a、 21b和21c沿着导向孔27a、 27b和27c移动。从而，第三、第五 和第六透镜组G3、 G5和G6分别沿着光轴移动至T端侧。当变焦操作 杆11被按下至W端侧时，电动机22以反方向旋转，并且第三、第五 和第六透镜组G3、 G5和G6沿着光轴移至W端侧，如图4B所示。当在期望的时间停止按压操作杆11时，驱动电路52使凸轮板21 在上述四个位置中此时最接近凸轮板21的位置上停止。随后，为了聚 焦目的，CPU 50根据来自信号处理部53的对比度信息，使电动机22 在不改变变焦位置的情况下以相反方向旋转。在检测到释放按钮7按下时，CPU 50在适当的时间打开/关闭快 门装置33的快门，以成像静态图片。需要注意的是，在动态图片成像 模式中，在快门打开时进行成像。通过物方透镜5进入的光沿着透镜 单元20的光轴Ll和L2在CCD 36的成像表面(光接收表面)上聚焦。 CCD36将聚焦光学图像转换成电子成像信号，并将该成像信号发送至 信号处理部53。该成像信号接受各种图像处理，并且被转换成图像数
据。图像数据进一步接受数据压縮，并被记录在存储卡8上。当按下电源按钮6关闭数码相机1的电源时，电动机22被驱动， 并且凸轮板21移至图4A所示的位置。因此，物方透镜5被镜头挡板 21e所覆盖，并且来自电池的电源供应被停止。如上所述，根据本实施例的数码相机1，第三、第五以及第六移 动透镜组G3、 G5和G6能够被一个电动机22所驱动，以便进行变焦 和聚焦。而且，凸轮板21以滑动方式设置在壳体27的前侧，并且较 之物方透镜5不向前突出。因此，内部空间的利用效率良好。虽然在上述实施例中将一个凸轮板用于变焦和聚焦，但是凸轮板 仅用于变焦而使用另一驱动系统进行聚焦也是可能的。本发明作为成像装置的示例适用于数码相机，并且还适用于其它 具有成像机构的电子装置，诸如设置有照相机的便携式电话、设置有 照相机的膝上型计算机等。 '本发明不限于上述实施例，相反，在不背离本文随附的权利要求 所述的本发明的范围和精神的情况下，可以做出各种修改。
权利要求
1. 一种透镜装置，包括物方透镜组；光学装置，用于使通过所述物方透镜组的光路成直角弯曲，以形成垂直光路；在成像表面侧的透镜组，设置在所述垂直光路上，用于在成像表面上形成图像，在成像表面侧的所述透镜组沿着所述垂直光路移动，并且具有至少用于变焦的多个移动透镜组；凸轮板，在与所述物方透镜组的光轴垂直的平面内在垂直于所述垂直光路的方向上移动，并且与所述物方透镜组相比并不向物方突出；以及多个凸轮槽，形成于所述凸轮板上，并且配合于所述多个移动透镜组的一部分，所述凸轮槽根据所述凸轮板的移动来移动所述多个移动透镜组。
2. 根据权利要求l所述的透镜装置，还包括 壳体，用于容纳在成像表面侧的所述透镜组；以及 多个导向孔，形成于所述壳体上，以便与所述垂直光路平行地延伸，所述移动透镜组的一部分通过所述导向孔配合于所述凸轮槽。
3. 根据权利要求2所述的透镜装置，还包括形成在所述凸轮板上的镜头挡板，所述镜头挡板与所述凸轮板一 起移动，并且打开/关闭所述物方透镜组。
4. 根据权利要求3所述的透镜装置，其中，所述光学装置是三棱镜。
5. —种成像装置，包括 物方透镜组；光学装置，用于使通过所述物方透镜组的光路成直角弯曲，以形 成垂直光路；在成像表面侧的透镜组，设置在所述垂直光路上，并且用于在成 像表面上形成图像，在成像表面侧的所述透镜组沿着所述垂直光路移 动，并且具有至少用于变焦的多个移动透镜组；凸轮板，在与所述物方透镜组的光轴垂直的平面内在垂直于所述 垂直光路的方向上移动，并且与所述物方透镜组相比并不向物方突出；多个凸轮槽，形成于所述凸轮板上，并且配合于所述多个移动透 镜组的一部分，所述凸轮槽根据所述凸轮板的移动来移动所述多个移 动透镜组；以及图像传感器，设置在所述成像表面上，并且用于将所述图像转换 成电子信号。
全文摘要
透镜装置和成像装置。通过物方透镜组的光路由光学装置成直角弯曲，以便成为垂直光路。用于在成像表面上形成图像的成像表面侧的透镜组被设置在垂直光路上。在成像表面侧的透镜组沿着垂直光路移动，并且具有至少用于变焦的多个移动透镜组。凸轮板在与物方透镜组的光轴垂直的平面内在垂直于垂直光路的方向上移动，并且较之物方透镜组并不向物方突出。多个凸轮槽在凸轮板上形成。凸轮槽配合于所述多个移动透镜组的一部分。根据凸轮板的移动，凸轮槽移动所述多个移动透镜组，以便进行变焦和聚焦。
文档编号G03B17/02GK101398525SQ20081016815
公开日2009年4月1日 申请日期2008年9月28日 优先权日2007年9月28日
发明者近藤茂 申请人:富士胶片株式会社