专利名称：光学单元和包括该光学单元的图像拾取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学系统能够在其工作位置和其缩进位置之间移动的可伸缩光学单元，和具有该光学单元的图像拾取装置，诸如数字照相机和数字摄像机。特别是，本发明涉及这样的光学单元和具有该光学单元的图像拾取装置，其中通过当伸缩光学单元时，使光学滤光片在与其光轴相交的方向退出，例如聚焦镜头的镜头框缩进由于退出形成的空间，以使可伸缩镜头形状更薄，并且在使用者用力进行伸缩操作或在伸缩光学单元时退出机构不工作的异常情况下，处于光轴上的光学滤光片被迫退出光轴。
背景技术：
近年来，对诸如数字照相机和数字摄像机的图像拾取装置的便携性和可操作性的改进已在需求之中，整个装置的尺寸追求小型化，其中，在图像拾取装置中所用的光学系统的镜头和镜头镜筒也已经被小型化。另外，人们还迫切需要所拍图片具有高品质和高密度像素，以致于出现这样的情形，即，即使形成光学系统的镜头尺寸变大，也需要通过缩小驱动机构来使光学系统中的镜头镜筒变小。
另外，关于用做诸如数字照相机和数字摄像机的图像拾取装置的所谓可伸缩镜头，从便于携带方面来看，则要求使镜头的尺寸小，外形薄。而且，在诸如数字照相机和数字摄像机的图像拾取装置中，CCD、CMOS等固态成像器件拾取通过光学系统内的镜筒形成的物体的图像，将所拾取的光通过光电方法转换成输出的电信号，并产生相应于物体的图像的数字数据。
在这种情况下，由于CCD、CMOS等固态成像器件进行几何色散采样，所以当图像拾取装置拍摄比其周期排列更细的几何图案(头发、条纹图案、平铺图案等)时，将出现例如假彩色信号或莫尔纹，给图片蒙上一种不和谐的感觉，这是很不便的。
为了消除不必要的高频成份，传统上是借助于光学低通滤光片，增加模糊(blur)。至于光学低通滤光片，人们提出并使用利用了衍射现象、双折射、球差等的各种“模糊”构件。
另外，由于固态成像器件诸如CCD或CMOS不仅对可见光，而且对红外线光通常都具有高灵敏度，所以不消除不必要的红外线就不能还原出正确的颜色。为消除不必要的红外线，采用了红外截止滤光片，该红外截止滤光片具有通过不仅吸收红外线，而且沿着渐变的吸收曲线吸收从橙色到红色的光线，顺序地进行长波长光线的色彩还原的功能。关于红外截止滤光片，除使用玻璃或塑料的吸收型之外，还有使用不透光的多层膜的反射红外线的类型。
传统的诸如数字照相机和数字摄像机的图像拾取装置使用红外截止滤光片，以便得到如上所述的高度色彩还原性(例如参考专利文献2)。其设计成使该红外截止滤光片可以设置在光路上，并可从光路上移开。另外，通过使用红外光等以红外线照射物体，即使在普通的诸如数字照相机和数字摄像机的图像拾取装置无法拍照的非常黑的环境中，不使用闪光灯或照明设备它也能够拍照(“夜拍功能”)。
除上述夜拍功能(红外摄影功能)外，本发明的申请人近来已研发出这样的功能(“夜晚取景功能”)，其中在调焦的同时将红外截止滤光片设置在镜头的光轴上或偏离光轴，获得在黑暗中取景和以自然色调记录图像之间的兼容性。这是这样一种摄影，其中，在取景时，通过使红外截止滤光片撤出或退出光轴，在红外摄影状态下实现准确取景；在调焦阶段，使红外截止滤光片返回到光轴上用于调焦，然后在摄影(记录)时，驱动闪光灯拍摄具有正确色彩还原的图片。
图9是示出数字照相机的镜头未被使用且缩进的状态时的外观的透视图，所述状态具体指镜头镜筒收缩至处于缩进状态时的状态。图10是示出照相机在使用中且镜头镜筒被拉长的状态时的外观的透视图，所述状态具体指广角状态或远摄状态。图11A、11B和11C示出了包括在光学单元之中的可伸缩镜头的外观；图11A是示出收缩状态的透视图；图11B示出其广角状态；图11C示出其远摄状态。
另外，图12A、12B和12C示出包括在光学单元之中的传统可伸缩镜头；图12A是示出在不使用时镜头缩进位置的剖视图；图12B是广角位置的剖视图；图12C是远摄位置的剖视图。还有，图13是图12A-12C中示出的可伸缩镜头的分解透视图。
首先，将参照图9和10说明数字照相机的主要结构。标号1表示数字照相机的机身，标号2表示可伸缩型的图像拾取镜头部分，其位于机身1的一侧的前表面。在图9的缩进状态下，镜筒3保护图像拾取镜头部分2的前镜头表面。在机身1的前表面侧设置有取景镜头4、闪光灯5、和用于检测到物体的距离的自动对焦辅助光接收部分6。标号7表示取景窗；标号8表示快门按钮；标号9表示用于改变模式的旋纽。
接下来，将参照图11A至11C和图12A至12C详细描述作为可伸缩光学单元的图像拾取镜头部分2的结构。在图12A至12C中示出的可伸缩光学单元是不能在夜间摄影的类型(即没有夜拍功能的类型)。
标号10表示支持多个镜头11的第一组镜头框。第一组镜头框10包括多个凸轮销10a，其与凸轮环12的第一凸轮槽12a配合。第一组镜头框10由例如含有玻璃纤维的黑聚碳酸酯树脂模制而成，并具有强度和光遮蔽特性。
标号13表示支持多个镜头13a的第二组镜头框。第二组镜头框13包括多个凸轮销13b，其与凸轮环12的第二凸轮槽12b配合。第二组镜头框13由例如含有玻璃纤维的黑聚碳酸酯树脂模制而成，具有强度和光遮蔽特性。此外，第二组镜头框13可以包括光圈快门(iris shutter)机构。
上述凸轮环12包括由齿轮单元14的齿轮14a驱动以在固定环15的内圆周内旋转的齿轮部分12c，和与固定环15的凸轮槽15a配合的多个凸轮销12d。凸轮环12由例如含有玻璃纤维的黑聚碳酸酯树脂模制而成，具有强度和光遮蔽特性。凸轮环12的第一凸轮槽12a和第二凸轮槽12b使第一和第二组镜头框10和13沿预定曲线在其光轴L方向上移动，用于变焦(zooming)操作。
标号16表示直接导向环(straight forward guide ring)，其是在固定环15内与凸轮环12成整体地沿光轴L方向移动的构件。直接导向环16包括用于在光轴方向上引导第一组镜头框10的多个导向槽16a，和用于在光轴方向上引导第二组镜头框13的多个导向槽16b。该直接导向环由例如含有玻璃纤维的黑聚碳酸酯树脂模制而成，并具有强度和光遮蔽特性。
固定环15是固定在后镜筒17上的一个构件。固定环15由例如含有玻璃纤维的黑聚碳酸酯树脂模制而成，具有强度和光遮蔽特性。
标号18表示支持镜头19的第三组镜头框。第三组镜头框18由例如含有玻璃纤维的黑聚碳酸酯树脂模制而成，具有强度和光遮蔽特性。第三组镜头框18被支持着可在光轴方向上相对后镜筒17移动；具体而言，它设计成借助于未示出的诸如步进电机的动力源，沿光轴方向精密地移动。
固定环15、挡片驱动机构20和齿轮单元14固定在后镜筒17上。另外，在后镜筒17中，包括光学低通滤光片和红外截止滤光片的光学滤光片22用密封橡胶23固定定位，密封橡胶23在支持部分21处对着第三组镜头框18弹性地推动滤光片。而且，在后镜筒17中，诸如CCD、CMOS等的固态成像器件24设置和固定在光学滤光片22之后。
挡片驱动机构20是一个突起件，用于与缩进的图像拾取镜头部分2相联系地驱动挡片3闭合。另外，齿轮单元14通过与齿轮12c啮合的齿轮部分14a驱动凸轮环12旋转，齿轮比确定为使得在从缩进状态经广角状态到远摄状态和从远摄状态经广角状态到缩进状态的范围内都能得到足够的驱动力。
接着，将说明上述图像拾取镜头部分2的操作。
在从图12A的缩进状态到图12B的广角位置的操作中，由诸如DC电机的驱动源驱动与凸轮环12的齿轮部分12c啮合的齿轮单元14的齿轮14a，同时凸轮环12沿光轴L朝物体移动，这时凸轮销12d沿固定环15的凸轮槽15a转动。此时，直接导向环16与凸轮环12成整体地向前移动，如箭头A所示。
同时，第一组镜头框10向前移动，如箭头B所示，凸轮销10a沿凸轮环12的第一凸轮槽12a和直接导向环16的导向槽16a运动。与此同时，第二组镜头框13向前移动，如箭头C所示，凸轮销13b沿凸轮环12的第二凸轮槽12b和直接导向环16的导向槽16b运动。上述操作的结果是，第一组镜头框10和第二组镜头框13被置于光学广角位置。
尽管在从广角位置到图12C的远摄位置的操作中也由齿轮单元14驱动凸轮环12，但在该操作范围内凸轮销12d沿凸轮槽15a的水平凸轮槽15b运动，使得凸轮环12不沿光轴方向移动；因此，直接导向环16也不沿光轴方向移动，如箭头D所示。此时，第一组镜头框10如箭头E所示移动，凸轮销10a沿凸轮环12的第二凸轮槽12a和直接导向环16的导向槽16a运动。
同时，第二组镜头框13向前移动，如箭头F所示，其凸轮销13b沿凸轮环12的凸轮槽12b和直接导向环16的导向槽16b运动。上述操作的结果是，第一组镜头框10和第二组镜头框13在广角位置和远摄位置之间光学移动，用于变焦操作(在箭头G的方向)。
另外，从远摄位置到广角位置的移动和从广角位置到缩进位置的移动通过驱动齿轮单元14的齿轮14a反向旋转完成，所以凸轮环12以相反方向旋转。
于是，当第一组镜头框10和第二组镜头框13以此方式进行变焦操作时，第三组镜头框18借助未示出的另一驱动源，例如步进电机，沿光轴方向精密地移动。
当具有上述结构的传统可伸缩镜头2缩进时，由于诸如低通滤光片和红外截止滤光片的光学滤光片自身的厚度，和光学滤光片插入及固定的部分的厚度，限制了第三组镜头框18朝向由CCD、CMOS等组成的固态成像器件24的可移动范围。而且，对第三组镜头框18和第二组镜头框13之间的距离以及第二组镜头框13和第一组镜头框10之间的距离也有一定的限制。
即使使第三组镜头框18一直移动到与后镜筒17(光学滤光片插入和固定的地方)相接触，第三组镜头框18和第二组镜头框13之间的距离以及第二组镜头框13和第一组镜头框10之间的距离也可以小至它们分别相互接触，图像拾取镜头部分2(可伸缩镜头)的总缩进长度在外形上仅能薄至一定程度。
而且，在红外截止滤光片贴在光学低通滤光片上的状态下，光学滤光片22被用作固定到后镜筒17上的光学滤光片，使得红外截止滤光片不能设置在光轴上或偏离光轴，因而不能进行夜拍。
接着，将参照图14A至14C，图15A和15B，图16和17，详细说明根据能够在夜间摄影(具有夜拍功能)的传统可伸缩型光学单元的可伸缩镜头(图像拾取镜头部分)70的结构。
夜拍是一种通过将红外截止滤光片设置在光轴上或偏离光轴来实现拍摄的技术。光学单元的整体结构与上述不能够在夜间摄影(无夜拍功能)的类型的可伸缩光学单元2(参见图12A至12C)的结构相同。因此，相同部件用相同的标号表示以省却说明，仅对不同部件加以说明。
如图14A至14C中所示，后镜筒17A包括大致处于其表面的中心对着固定环15、形成近似矩形的平行六面体的壳体(casing)71。如图16和17中所示，在壳体71内设置有滤光片退回部分72，用于将光学滤光片(在该实施例中指红外截止滤光片91)布置在镜头光轴方向上的适当位置上。在壳体71的前面，设置有与该滤光片退回部分72对应的开口73，用于使来自物体侧的入射光经过，射向由后镜筒17A支持的固态成像器件24，例如CCD和CMOS。
此外，在壳体71的上表面设置有退出口(escape exit)74，用于使红外截止滤光片91沿与其光轴L相交的方向退出，红外截止滤光片是退回在滤光片退回部分72中的光学滤光片的一个具体示例。在退出口74的两侧设置有一对导向部分75和75，用于当红外截止滤光片在动力驱动下移动时，适当地在与光轴相交的方向上引导红外截止滤光片91。
另外，在后镜筒17A的一个表面的对角线上部分设置动力源安装部分77，用于安装动力源76，其产生用于移动红外截止滤光片91的动力。作为动力源76的一个示例，可以用步进电机，在其转轴76a突起的一侧上设置有法兰(flange)部分76b，用于与动力源安装部分77配合。通过用诸如螺钉的紧固装置将法兰部分76b固定到动力源安装部分77，动力源76被安装到后镜筒17A上。此时，转轴76a插入轴承77a内。
动力源76的转轴76a与旋转销78经臂78a被一体地设置。旋转销78平行与转轴76a并经臂78a与转轴76a分开预定距离。此外，在转轴76a的顶端安装有扇形齿轮79，其中齿轮部分79a位于其部分外周边缘上。在扇形齿轮79的中心设置有啮合插槽79b，转轴76a和旋转销78插入其中。转轴76a和旋转销78共同与啮合插槽79b啮合，从而通过转轴76a的旋转驱动扇形齿轮79，以整体旋转。
用扇形齿轮79的齿轮部分79a啮合小齿轮80，小齿轮80由设置在法兰部分76b上的轴76c可旋转地支撑。在小齿轮80的部分外周上设置有臂80a，朝着动力源76方向突起的驱动销81安装在臂80a上。这些动力源76、旋转销78、扇形齿轮79、小齿轮80、和驱动销81构成用以移动滤光片支座82的动力传输机构83。
扇形齿轮79和其它部分布置在后镜筒17A和动力源76之间，定位成能够达到预定性能，并能被驱动。应该指出，动力传输机构83不限于上述齿轮系等等，也可采用能够传输动力的各种机构，例如凸轮机构和连杆机构。
滤光片支座82支持红外截止滤光片91，以在与光轴L相交的方向移动，其中设置了形成有用于安装红外截止滤光片91的U形开口的支持部分82a。在支持部分82a的开口侧的两个外表面上分别设置突起82b，用于固定配合箍84，以封闭开口。在滤光片支座82的支持部分82a的相对侧，具有长槽82c，驱动销81以可滑动的方式与其啮合。
而且，在滤光片支座82的支持部分82a的开口侧的相对侧上，设置有突起的导向条82d，当滤光片在与光轴L相交的方向移动时，其由壳体71的导向部分75引导。滤光片支座82由例如含有玻璃纤维的聚碳酸酯树脂模制而成，具有强度、光遮蔽特性和批量生产性。
配合箍84由弹性件诸如橡胶的弹性体形成，具有一对与凸起82b啮合的啮合孔84a。在配合箍84上设有推动部分84b，用于弹性推动红外截止滤光片91，以防止安装时掉下来。通过在红外截止滤光片91装于该开口中时，将配合箍84紧固到支持部分82a的开口侧，红外截止滤光片91被置于预定位置上，由滤光片支座82支持。
支持红外截止滤光片91的方法不限于使用配合箍84的扣合(snap-fit)法；可以采用诸如利用热模压或粘合剂的粘合法或其它方法的各种方法。
在该示例中，在由滤光片支座82支持着在与光轴L相交的方向移动的情况下，红外截止滤光片91可以作为与光学低通滤光片85分立的构件而独立形成，这不同于传统可伸缩镜头。
光学低通滤光片85对于在诸如红外摄影的夜拍过程中记录图像拾取装置的图片来说也是必须的。因而，在该示例中，光学低通滤光片85沿光轴方向布置在固态成像器件24之前，安装在后镜筒17A的中心开口处，置于预定位置以被固定。
上述动力传输机构83和滤光片支座82构成移动机构86，用于在一光轴上的位置和一偏离光轴的位置之间移动红外截止滤光片91。移动机构86和壳体71构成退出机构88，用于从光轴上的预定位置、沿与之成直角的方向线性移动红外截止滤光片91，以使滤光片退出到偏离光轴的预定位置。
下面将简要说明退出机构88的操作。首先是关于红外截止滤光片从光轴上的位置移动到偏离光轴的位置的情况描述。
开始时，驱动源76被驱动，以按预定的旋转方向旋转转轴76a和旋转销78。这使扇形齿轮79以相同方向旋转，并旋转相同的量，使其与转轴76a一起旋转，就象是一个整体。随着扇形齿轮79的旋转，与齿轮部分79a啮合的小齿轮80沿相反方向旋转对应啮合齿轮数的量。
随着驱动销81绕轴76c旋转，驱动销81顺着长孔82c移动，并使滤光片支座82沿将支座从滤光片退回部分72拉出的方向移动。因此，由导向部分75引导的滤光片支座82沿与光轴相交的方向移动。结果，由滤光片支座82支持的红外截止滤光片91沿正交方向从在光轴上的预定位置线性移动到偏离光轴的预定位置。
另一方面，在红外截止滤光片91从偏离光轴的预定位置移动到在光轴上的预定位置的情况下，执行与上述退出操作相反的操作。通过该操作，红外截止滤光片91可移动到在光轴上的预定位置。
在其上安装有红外截止滤光片91等的后镜筒17A的前表面上，使固定环15的后端与之接触，并用诸如紧固螺钉等的紧固装置将其固定成为一个整体。如图17中所示，出于这个原因，固定环15的后端设置有多个螺钉接收部分15c，相配合的螺钉插于其中，另外，后镜筒17A还设有与这些螺钉接收部分15c相同数量的相应凹入部分17a。通过将每个螺钉接收部分15c配合到每个凹入部分17a中，固定环15相对于后镜筒17A定位。通过在这种状态下拧紧螺钉，固定环15就紧固到后镜筒17A上，以结合成为一体。
依靠上述结构，可伸缩镜头70能够实现上述“夜拍功能”和“夜间取景功能”。具体来说，当可伸缩镜头用作光学镜头，从图14A所示的缩进状态经图14B所示的广角状态到图14C所示的远摄状态，通过将红外截止滤光片91设置在光轴上或偏离光轴，能够实现红外摄影的“夜拍”和“夜间取景”。
图15A和15B解释了可伸缩镜头70的红外截止滤光片91移入和移出的操作；图15A示出红外截止滤光片91设置在光轴上的预定位置时的状态；图15B示出红外截止滤光片91完全移出光轴的状态。在相同图中，标记H表示红外截止滤光片91的移动方向。
作为包括上述可伸缩光学单元的图像拾取装置，例如，在专利文献1中公开了一种。在专利文献1中公开了一种能够在工作位置和缩进位置之间移动其光学系统的诸如照相机等的光学装置。
这种光学装置的特征为包括构成光学系统的第一镜头单元；用于驱动第一镜头单元的第一电机；构成光学系统的第二镜头单元，其设置在第一镜头单元之后；用于驱动第二镜头单元的第二电机；和控制装置，用于控制第一和第二电机以使第二镜头单元响应于光学系统的退回命令而退回，在第二镜头单元已经退回之后开始使第一镜头单元退回，并使第一镜头单元退回到由于退回第二镜头单元而形成的空间内。
另外，作为设置有红外截止滤光片的图像拾取装置，例如，在专利文献2中公开了一种。在该专利文献2中公开了一种图像拾取装置，具有能够在可见光和红外线的范围内摄影的图像拾取器件。
该图像拾取装置的特征在于，在具有能够在可见光和红外线的范围内摄影的图像拾取器件的图像拾取装置中，包括有红外截止滤光片，能够被布置在光路上和偏离光路；信号处理装置，用于处理通过图像拾取器件得到的视频信号；检测装置，用于在通过拍摄获得视频信号时检测亮度；和控制装置，用于根据检测装置所检测的结果评估操作是否错误，并向使用者通知该错误操作。
专利文献1日本公布专利申请No.2000-194046(第3至5页，图1等)专利文献2日本公布专利申请No.2000-261716(第2页，图1)可是，在以上参照图4A至14C所述的“具有夜拍功能、能够在夜间摄影的可伸缩镜头”中，由于增加了红外截止滤光片的移入和移出机构，所以与“无夜拍功能、不能够在夜间摄影的可伸缩镜头”相比较，镜头的总长度在缩进时变得较长，这造成一个问题。
这点将会详细说明；图4A示出“无夜拍功能的可伸缩镜头(以下称为“X型”)”；图4B示出“根据现有技术的、具有夜拍功能的可伸缩镜头(以下称为“Y型”)”；图4C示出“根据本发明的、具有夜拍功能的可伸缩镜头(以下称为“Z型”)”。
从图4A和4B中清楚示出，比较X型可伸缩镜头与Y型可伸缩镜头，Y型可伸缩镜头的厚度T1因退出机构88的厚度致使明显增加。
另外，如图4B所示，在“具有夜拍功能、能够在夜间摄影的可伸缩镜头”中，当在缩进时由于使用者关断电源或电池突然故障或电池盒被打开电源突然停止时，采用了这样的方式使用者可以用手动操作强行给该可伸缩镜头一个外力，用于强行执行伸缩操作。
在这种情况下，由于动力没有供应到红外截止滤光片的移入和移出机构，所以它不可能使红外截止滤光片随缩进操作同时退出光轴。结果，存在这样的危险被外力迫使退回的退回部件可能接触或干扰其它部件，以致于红外截止滤光片、滤光片支座及其驱动机构，或者可伸缩镜头自身的驱动机构(例如凸轮环)在结构上可能被破坏，这造成另一个问题。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题，目的是提供能够使可伸缩镜头比以前更薄的光学单元和具有该光学单元的图像拾取装置。
另外，本发明的目的还在于，如果使用者强行进行伸缩操作，或者出现当可伸缩镜头被退回或缩进时，用于使光学滤光片退出光轴以偏离光轴的退出机构不工作等的这样异常现象，通过提供一种用于强行使光学滤光片从光轴退回以偏离光轴的机构来解决上述问题。
为了实现上述目的，根据本申请的光学单元是一可伸缩光学单元，其具有一固定筒，至少一个沿光轴方向相对于固定筒可移动的镜筒，和设置在固定筒和镜筒之间的镜头及光学滤光片，所述光学单元包括一退出机构，其中在被缩进以使镜筒接近光学滤光片时，通过所述退出机构使光学滤光片在与光轴相交的方向移动以退出光轴，其中镜头可以在光学滤光片移动之后退回到一光轴上的位置。
此外，根据本申请的光学单元是一可伸缩光学单元，其具有一固定筒，至少一个沿光轴方向相对于固定筒可移动的镜筒，和设置在固定筒和镜筒之间的镜头及光学滤光片，所述光学单元包括一退出机构，其中在被缩进以使镜筒接近光学滤光片时，通过所述退出机构使光学滤光片在与光轴相交的方向移动以退出光轴，和一强行退出机构，用于当退出机构不能使光学滤光片从光轴退出时，使光学滤光片强行退出光轴。
此外，根据本申请的一种具有所述光学单元的图像拾取装置包括一可伸缩光学单元，其包括一固定筒，至少一个沿光轴方向相对于固定筒可移动的镜筒，和设置在固定筒和镜筒之间的镜头及光学滤光片，和一退出机构，用于使光学滤光片在与光轴相交的方向移动并退出光轴，该图像拾取装置是诸如数字照相机和数字摄像机的拍摄装置，其能够在光学滤光片已移动之后使镜头缩进到一光轴上的位置。
此外，根据本申请的一种具有所述光学单元的图像拾取装置是一拍摄装置，诸如数字照相机和数字摄像机，其包括一可伸缩光学单元，该光学单元包括一固定筒，至少一个沿光轴方向相对于固定筒可移动的镜筒，和设置在固定筒和镜筒之间的镜头及光学滤光片，一退出机构，其中在缩进以使镜筒接近光学滤光片时，通过所述退出机构使光学滤光片在与光轴相交的方向移动以退出光轴，和一强行退出机构，用于当退出机构不能使光学滤光片从光轴退出时，使光学滤光片强行退出光轴。
根据该申请的光学单元使光学滤光片在镜筒缩进时在与光轴相交的方向上退回，以在滤光片移动之后，在一光轴上的位置处形成一预定尺寸的空间，并使镜筒的镜头退回到该空间中。因而，通过在光学滤光片移动之后使镜头缩进在所述空间内，所述光学单元的可伸缩镜头的总长度变薄，从而使得该光学单元能够被小型化。
另外，通过除退出机构之外设置了一强行退出机构，在使用者进行强行操作或在伸缩时退出机构出错时，通过强行退出机构可以使光学滤光片强行从光轴上的位置退出到一偏离光轴的位置，因此使得能够防止诸如红外截止滤光片的光学滤光片及其支持构件、其驱动机构或者可伸缩镜头自身的驱动机构(例如凸轮环)结构断裂。
此外，根据该申请的包括所述光学单元的图像拾取装置，由于使用了可小型化的光学单元，所以该装置可用作诸如数字照相机和数字摄像机的拍摄装置，并且该图像拾取装置的整体尺寸小，外形薄。
另外，通过除退出机构之外设置了一强行退出机构，由于使用者的强行伸缩操作或由于退出机构在伸缩时的故障导致的光学单元的结构被破坏的风险性降低了，这使得诸如数字照相机和数字摄像机的图像拾取装置能够具有抗断裂的坚固结构。
图1A是示出根据本发明光学单元的第一实施例的缩进状态的剖视图，所述缩进状态为当可伸缩镜头未被使用时的退回状态；图1B是示出根据本发明光学单元的第一实施例的可伸缩镜头的广角状态的剖视图；图1C是示出根据本发明光学单元的第一实施例的可伸缩镜头的远摄状态的剖视图；图2是图1A的放大剖视图；图3A是用于解释根据本发明光学单元的第一实施例使红外截止滤光片移入或移出的操作的剖视图，图中示出滤光片位于光轴上的状态；图3B是用于解释根据本发明光学单元的第一实施例使红外截止滤光片移入或移出的操作的剖视图，图中示出滤光片移出光轴的状态；图4A是示出无夜拍功能的传统光学单元的可伸缩镜头的剖视图；图4B是示出具有夜拍功能的现有光学单元的可伸缩镜头的剖视图；图4C是示出根据具有夜拍功能的本发明光学单元的第一实施例的可伸缩镜头的剖视图；图5A是示出根据本发明光学单元的第二实施例的缩进状态的剖视图，所述缩进状态为可伸缩镜头未被使用时的退回状态；图5B是示出根据本发明光学单元的第二实施例的可伸缩镜头的广角状态的剖视图；图5C是示出根据本发明光学单元的第二实施例的可伸缩镜头的远摄状态的剖视图；图6A是用于解释根据本发明光学单元的第二实施例使红外截止滤光片移入或移出的操作的剖视图，图中示出滤光片位于光轴上的状态；图6B是用于解释根据本发明光学单元的第二实施例使红外截止滤光片移入或移出的操作的剖视图，图中示出滤光片移出光轴的状态；图7是示出根据本发明光学单元的第二实施例的可伸缩镜头的第二组镜头框和后镜筒的侧视图；图8是示出根据本发明第二实施例的可伸缩镜头的第二组镜头框和后镜筒的透视图；图9是示出数字照相机的一实施例的外观的透视图，所述照相机的光学单元的可伸缩镜头处于缩进状态；图10是示出数字照相机的一实施例的外观的透视图，所述照相机的光学单元的可伸缩镜头拉长到广角状态或远摄状态；图11A是示出光学单元的可伸缩镜头处于缩进状态时的外观的透视图；图11B是示出光学单元的可伸缩镜头处于广角状态时的外观的透视图；图11C是示出光学单元的可伸缩镜头处于远摄状态时的外观的透视图；图12A是示出无夜拍功能的传统可伸缩镜头的缩进状态的剖视图；图12B是示出无夜拍功能的传统可伸缩镜头的广角状态的剖视图；图12C是示出无夜拍功能的传统可伸缩镜头的远摄状态的剖视图；
图13是图12中所示的传统可伸缩镜头的分解透视图；图14A是示出根据现有技术具有夜拍功能的可伸缩镜头的缩进状态的剖视图；图14B是示出根据现有技术具有夜拍功能的可伸缩镜头的广角状态的剖视图；图14C是示出根据现有技术具有夜拍功能的可伸缩镜头的远摄状态的剖视图；图15A是用于解释图14中所示根据现有技术具有夜拍功能的可伸缩镜头的红外截止滤光片移入或移出操作的剖视图，图中示出滤光片位于光轴上的状态；图15B是用于解释图14中所示根据现有技术具有夜拍功能的可伸缩镜头的红外截止滤光片移入或移出操作的剖视图，图中示出滤光片移出光轴的状态；图16是从图14中所示根据现有技术具有夜拍功能的可伸缩镜头的红外截止滤光片的退出机构等的前侧观察到的分解透视图；图17是从图14中所示根据现有技术具有夜拍功能的可伸缩镜头的红外截止滤光片的退出机构等的后侧观察到的分解透视图。
具体实施例方式
在下文中，将参照
根据本发明的可伸缩光学单元和包括该光学单元的图像拾取装置的实施例。
图1A至1C是根据本申请的可伸缩镜头的第一实施例的剖视图，其中，图1示出缩进状态，也就是说，镜头在不使用时的缩进位置；图1B示出广角位置；图1C示出远摄位置。图2是图1A的放大剖视图。另外，图3A和3B是用于解释移入或移出红外截止滤光片的操作的剖视图。
在上下文中，与参照图12A至12C的说明相似，当进行变焦操作和与之相反的广角操作时，通过驱动凸轮环12旋转，使支持多个镜头11的第一组镜头框10和支持多个镜头13a的第二组镜头框13，从图1A中的缩进位置移动到图1B中的广角位置，及从图1B中的广角位置移动到图1C中的远摄位置。
另外，本申请的第一特征是，当光学单元缩进时，使由光学低通滤光片、红外截止滤光片等形成的光学滤光片沿与光轴L相交的方向退出，使诸如聚焦镜头等的第三组镜头框缩进由所述退出形成的空间内，因此能够使可伸缩镜头的总长度变薄。
下面将参照图1A至1C、图2和图3A与3B描述光学滤光片的退出机构88。应该指出，关于图1A至1C、图2和图3A与3B，与在图12A至12C、图13、图14A至14C以及图15A与15B中说明的那些部件相同的部件用相同的标号表示以加以解释。
根据第一实施例的可伸缩镜头(图像拾取镜头部分)90的结构，与参照图14A至14C说明的、具有“夜拍功能、能够在夜间摄影”的可伸缩镜头的结构大体上相同，因而，这里对整体结构将简单地说明，对区别点将详细地说明。
在图1A至1C中，标号10表示支持多个镜头11的第一组镜头框；标号12表示在光轴方向上可移动地支撑第一组镜头框10的凸轮环；标号13表示支持多个镜头13a的第二组镜头框；标号16表示在光轴方向上可移动地支撑第二组镜头框13的直接导向环。另外，标号15表示在光轴方向上可移动地支撑凸轮环12的固定环；固定环15一体地固定到后镜筒17B的前表面上。
后镜筒17B支持光学低通滤光片85和固态成像器件24，在这两者之间装有密封橡胶23。在光学低通滤光片85之前，作为光学滤光片的一个具体示例的红外截止滤光片91，布置成在一光轴L上的位置和一偏离光轴的位置之间线性可移动。另外，在位于光轴上的红外截止滤光片91之前，布置有由第三组镜头框18B支持着的镜头19。
尽管第三组镜头框18B的结构与前述第三组镜头框18的结构相同，但是在不会导致对光学性能不利影响的范围内，优选使镜头框在径向上较小，并使镜头框形成为使得红外截止滤光片91和滤光片支座82能轻易地在与光轴L相交的方向退出。在这种情况下，以下做法也是有效的在第三镜头框18B中设置避开在与光轴L相交的方向退出的滤光片支座82的一切口(cutout)。
尽管后镜筒17B的结构也与前述后镜筒17A的结构相同，后镜筒优选如下设置，以便使滤光片支座82在与光轴L相交的方向上退出以及使第三组镜头框18B在诸如CCD和CMOS的固态成像器件24的方向退回。
首先，为使滤光片支座82在与光轴L相交的方向退出，使退出口的入口比之前的更大。第二，为使第三组镜头框18B退回到在滤光片支座82已在与光轴L相交的方向退出之后形成的空间内，使开口73比之前的更大。开口73还可以具有固定光阑(fixed stop)的功能，可是，由于这种功能可以由其它开口(例如，固定光学低通滤光片85的部分)承担，因此在设计上能够使开口73较大。
接着，将说明该实施例的操作。当用作从图1A的缩进状态，经图1B的广角状态，到图1C的远摄状态的光学镜头时，通过将红外截止滤光片91设置在光轴L上和偏离光轴L，提供红外功能，以执行红外摄影(参见图3A和3B)。
在可伸缩镜头90的伸缩操作中，如图1A所示，通过从动力源76向滤光片支座82提供动力，利用滤光片支座82，红外截止滤光片91可以在与光轴L相交的方向退出(箭头H)。此后，使第三组镜头框18B退回到由于使红外截止滤光片91在与光轴L相交的方向退出之后形成的空间内(箭头I)。这使第三组镜头框18B退回到比之前更深的位置，所以镜头19可收缩得比以前更薄。
另外，由于第三组镜头框18B被缩进得比之前的更薄，所以第一组镜头框10、第二组镜头框13和直接导向环16可以沿预定的凸轮曲线移动，并退回到所得的空置空间以被重叠(箭头A、B和C)。
因而，从4A至4C中可以清楚地显示出这三种类型之间的关系，比较X型可伸缩镜头(图4A)与Y型可伸缩镜头(图4B)，可以发现，Y型可伸缩镜头的总长度增加了，增加的量为退出机构88的厚度T1。另一方面，比较Y型可伸缩镜头与Z型可伸缩镜头(图4C)，可以发现，Z型可伸缩镜头的总长度变薄了，变薄的量为厚度T2。再则，比较X型可伸缩镜头和Z型可伸缩镜头，尽管增加了红外截止滤光片22，但是Z型可伸缩镜头的总长度变薄了，变薄的量为厚度T3。
根据该实施例的可伸缩镜头90，其与现有技术或传统的“具有夜拍功能、能够在夜间摄影的可伸缩镜头”相比，有效地形成了用于退回的空间，并用于缩进镜头框(图4A至4C)。这使可伸缩镜头90的总长度能够变短、变薄。
此外，当与传统的“无夜拍功能、不能够在夜间摄影的可伸缩镜头”相比，由于通过使红外截止滤光片91在与光轴L相交的方向退出，形成缩进空间并有效地利用，所以可伸缩镜头的总长度能够变短、变薄。
图5A、5B和5C是根据本申请第二实施例的可伸缩镜头的剖视图；图5A表示缩进状态，也就是说，镜头未被使用时的缩进位置；图5B表示其广角位置；图5C表示其远摄位置。图6A和6B是用于解释使可伸缩镜头的红外截止滤光片移入或移出操作的剖视图。图7是表示第二组镜头框和后镜筒的侧视图。图8是同时表示第二组镜头框和后镜筒的透视图。
在可伸缩镜头100中，与参照图1A、1B和1C所说明的相同，支持多个镜头11的第一组镜头框10和支持多个镜头13a的第二组镜头框13B被凸轮环12驱动，旋转并从图5A的缩进位置移动到图5B的广角位置以及从图5B的广角位置移动到图5C的远摄位置，用于变焦操作和与之相反的广角操作。因此，省略其余部分的描述。
根据该第二实施例的可伸缩镜头100具有这样的特征，即设置强行退出机构92，在退出机构88不工作的异常情况下，使光学滤光片强行从光轴上的位置退出到偏离光轴的位置。接下来，参照图5A至5C、图6A和6B、图7和图8，描述光学滤光片的强行退出机构92。
应该指出，在图5A至5C、图6A和6B、图7和图8中，与前面参照图1A至1C、图2、图3A和3B说明的部件相同的部件用相同的标号表示。
根据第二实施例的可伸缩镜头(图像拾取镜头部分)100的结构，与参照图1A至1C等说明的、具有“夜拍功能、能够在夜间摄影”的可伸缩镜头的整体结构大体上相同，所以，这里对其整体结构将简单地说明，对区别点将详细地说明。
在图5A至5C中，标号10表示第一组镜头框；标号12表示凸轮环；标号13B表示第二组镜头框；标号16表示直接导向环。标号15表示固定环，其一体地固定到后镜筒17B的前表面上。后镜筒17B支持光学低通滤光片85和固态成像器件24。在光学低通滤光片85之前，作为光学滤光片的一个具体示例的红外截止滤光片91，布置成在光轴L上的位置和偏离光轴的位置之间线性可移动。
它这样设计，当通过使红外截止滤光片91向内和向外移动的退出机构88被退回和缩进时，红外截止滤光片91自动退出到偏离光轴的预定位置。与该退出机构88相结合地，设置了强行退出机构92。强行退出机构92是这样一种机构，当在伸缩操作中由于退出机构88的故障导致红外截止滤光片91不能退出到预定位置时，它使红外截止滤光片91强行移动到预定的退出位置。
在该实施例中，作为强行退出机构92的一个具体示例的突起92设置在第二组镜头框13B上。如图7、8及其它图中所示，设置在第二组镜头框13B上的突起92形状像由平板件逐渐缩尖梢而形成的楔形。其中形成倾斜平面92a。
在伸缩操作中，突起92按压动力传输机构83的扇形齿轮79的压力接收部分79c，使机构83工作，使得滤光片支座82会在离开光轴L的方向移动。换句话说，在该实施例中的强行退出机构92设计成使用一个在光轴方向上移动第二组镜头框13B的力作为动力，使退出机构88工作，并设计成使红外截止滤光片91强行退出离开光轴L。
接下来将说明该实施例的操作。在用作从图5A的缩进状态经图5B的广角状态到图5C的远摄状态的光学镜头的状态下，通过将红外截止滤光片91设置在光轴L上和偏离光轴L，提供红外拍摄功能，以执行红外摄影。
具体而言，通过选择图6A中所示的红外截止滤光片91设置在光轴L上的状态和图6B中所示的红外截止滤光片91从光轴L上的位置移动到偏离光轴L的位置的状态(箭头H)，借助于前述夜拍功能和夜间取景功能可以完成在夜间摄影。
在可伸缩镜头100的伸缩操作中，如图5A所示，从动力源76提供动力给滤光片支座82，以使红外截止滤光片91通过滤光片支座82在与光轴L相交的方向退出。随后，第三组镜头框18B被退回到在红外截止滤光片91已经在与光轴L相交的方向退回后形成的空闲空间内(箭头I)。
因此，第三组镜头框18B可被退回到比之前的更深的位置，处于更薄的状态。另外，由于第三组镜头框18B被收缩得比之前的更薄，所以第一组镜头框10、第二组镜头框13B和直接导向环16可以通过沿预定曲线移动以重叠的方式退回到空置空间内(箭头A、B和C)。
在这种情况下，如果由于例如由于使用者关断电源、或电池突然故障、或使用者打开电池框，供电突然停止等原因，使用者通过手工操作强行向可伸缩镜头100施加一个外力，则伸缩操作将被强行执行；在这种情况，强行退出机构92将起作用。
具体而言，如果使用者试图通过手工操作强行缩进可伸缩镜头100，如图16所示，在缩进操作结束时，突起92的倾斜平面92a从上方抵靠在动力传输机构83的扇形齿轮79的压力接收部分79c上。因此，倾斜平面92a按压扇形齿轮79，使其顺时针旋转，如图16所示。从而，通过小齿轮80和驱动销81的操作，滤光片支座82向外移动，由滤光片支座82支持着的红外截止滤光片91则从光轴L上的位置移动到偏离光轴L的位置。
如上所述，根据在该实施例中的可伸缩镜头100，尽是由于使用者的强行伸缩操作、退出机构88的故障等等使红外截止滤光片91在执行伸缩操作时留在光轴L上，也可以用强行退出机构92使红外截止滤光片91强行从在光轴L上的位置退出到偏离光轴L的位置。因此，可以防止红外截止滤光片91、其滤光片支座82等与其它部件相接触或干扰，同时可以防止红外截止滤光片91、滤光片支座82、其动力传输机构83，或可伸缩镜头自身的驱动机构(例如凸轮环12)的结构被破坏，使得能够提高可靠性。
本发明并不限定于上面所述和附图中所示的这些实施例，不脱离本发明的精神，可以进行多种修改。
例如，尽管在上述实施例中采用了这样的结构，其中使红外截止滤光片在与光轴相交的方向退出，但该方向也不一定要与其光轴相交，可以是这样一种结构，即其中的红外截止滤光片可以被设置在光轴上和偏离光轴以适当地起作用，例如，红外截止滤光片可以在对角线方向移动，或者通过绕轴旋转操作而沿弧线移动，所以对红外截止滤光片移入和移出的方向没有限制。另外，用于使红外截止滤光片移入和移出的机构也不限定于上述实施例。
而且，尽管在上述实施例中，当用于使红外截止滤光片可在与光轴相交的方向上移动的轨道状的导向部分75设置在后镜筒中时，红外截止滤光片的驱动和导向装置也可以由其它构件(例如，铰链型(flap type)、转动型(turntype)等)形成，或者可以设置在挡板驱动机构等中。
另外，可伸缩镜头的镜头结构和可伸缩镜头的驱动系统也不限定于上述实施例。而且，关于驱动源，不仅可以使用步进电机，还可以使超声波电机、普通的DC(直流)电机等。另外，齿轮单元并不总是必须的，例如，可以采用使用超声波电机、线性电机等直接驱动。
还有，可伸缩镜头的伸缩结构不限定于带有凸轮槽和凸轮销的凸轮机构，而只是需要使光学镜头系统收缩得较薄的机构；因此，诸如滚珠螺纹型、齿条齿轮型、线性电机型的各种机构都可以采用。另外，通过退出机构88和强行退出机构92使其退出的光学滤光片不限定于上述红外截止滤光片，例如，光学低通滤光片、液晶器件、EC器件和类似光学滤光片的其它元件都可以应用于此。
权利要求
1.一可伸缩型光学单元，其包括一固定筒，至少一个可沿光轴方向相对于所述固定筒移动的镜筒，及设置在所述固定筒和所述镜筒之间的一镜头和一光学滤光片，所述光学单元包括一退出机构，用于当所述镜筒被缩进以接近所述光学滤光片时，使所述光学滤光片在与一光轴相交的方向上移动，以退出该光轴，其中所述镜头在所述光学滤光片移动之后可退回到光轴上的一获得位置。
2.如权利要求1所述的光学单元，其中所述退出机构包括一壳体，其设置在所述固定筒内，可移动地支持所述光学滤光片；和一移动机构，用于使所述光学滤光片在所述光轴上的位置和一偏离光轴的位置之间移动。
3.如权利要求2所述的光学单元，其中所述移动机构包括一滤光片支座，用于支持所述光学滤光片；一动力源，其产生动力以在所述壳体内移动所述滤光片支座；和一动力传输机构，用于将动力从所述动力源传输到线性移动的所述滤光片支座。
4.如权利要求1所述的光学单元，其中所述光学滤光片是一红外截止滤光片和/或一低通滤光片。
5.一可伸缩型光学单元，其包括一固定筒，至少一个可沿光轴方向相对于所述固定筒移动的镜筒，及设置在所述固定筒和所述镜筒之间的一镜头和一光学滤光片，所述光学单元包括一退出机构，用于当所述镜筒被缩进以接近所述光学滤光片时，使所述光学滤光片在与一光轴相交的方向移动，以退出该光轴，及一强行退出机构，用于当所述退出机构不能使所述光学滤光片退出该光轴时，使所述光学滤光片强行退出光轴。
6.如权利要求5所述的光学单元，其中所述强行退出机构包括一突起，其设置在位于所述光学滤光片一侧的所述镜筒中；和一压力接收部分，其设置在所述光学滤光片一侧的一构件内，并被抵靠着它的所述突起按压，使得所述光学滤光片从在光轴上的位置移动到一偏离光轴的位置。
7.如权利要求5所述的光学单元，其中所述强行退出机构具有一位于所述光学滤光片一侧的所述镜筒中的突起，并由所述突起致动所述退出机构，以使所述光学滤光片强行退出光轴。
8.如权利要求5所述的光学单元，其中所述退出机构包括一壳体，其设置在所述固定筒内，可移动地支持所述光学滤光片；和一移动机构，用于使所述光学滤光片在所述光轴上的位置和一偏离光轴的位置之间移动。
9.如权利要求8所述的光学单元，其中所述移动机构包括一滤光片支座，用于支持所述光学滤光片；一动力源，其产生动力以在所述壳体内移动所述滤光片支座；和一动力传输机构，用于将动力从所述动力源传输到所述滤光片支座以便线性移动。
10.如权利要求5所述的光学单元，其中所述光学滤光片是一红外截止滤光片和/或一低通滤光片。
11.一包括一光学单元的图像拾取装置，所述光学单元包括一固定筒，至少一个可沿光轴方向相对于所述固定筒移动的镜筒，及设置在所述固定筒和所述镜筒之间的一镜头和一光学滤光片，以及一退出机构，用于当所述镜筒被缩进以接近所述光学滤光片时，使所述光学滤光片在与光轴相交的方向上移动，以退出光轴，其中所述镜头在所述光学滤光片移动之后可退回到光轴上的一获得位置。
12.一包括一可伸缩光学单元的图像拾取装置，所述光学单元包括一固定筒，至少一个可沿光轴方向相对于所述固定筒移动的镜筒，设置在所述固定筒和所述镜筒之间的一镜头和一光学滤光片，一退出机构，用于当所述镜筒被缩进以接近所述光学滤光片时，使所述光学滤光片在与光轴相交的方向移动，以退出光轴，以及一强行退出机构，用于当所述退出机构不能使所述光学滤光片从所述光轴上的位置退出时，使所述光学滤光片强行从该光轴上的位置退出。
全文摘要
一种可伸缩镜头安装光学单元包括一固定的镜头安装件、一可沿光轴相对于所述固定镜头安装件移动的镜头安装件、一插入在所述固定镜头安装件和所述镜头安装件之间的红外线截止滤光片。该可伸缩镜头安装光学单元还包括一撤除机构。当镜头安装件被退回以接近所述红外线截止滤光片时，所述撤除机构沿垂直于光轴的方向将该红外线截止滤光片撤出光轴。在红外线截止滤光片被移开之后，镜头可以被容纳在一光轴上的位置处。
文档编号G03B5/00GK1729426SQ20038010659
公开日2006年2月1日 申请日期2003年10月24日 优先权日2002年10月24日
发明者牧井达郎 申请人:索尼株式会社