专利名称：透镜装置及光学装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有校正光学设备光轴的位移及倾斜的调整结构的透镜装置，并涉及一种包含该透镜装置的光学装置。
背景技术：
响应于近来用户对提高光学装置中包含的变焦透镜系统例如单镜头反射式照相机的可互换透镜系统的质量的要求，需要改善构成变焦透镜系统的透镜单元的保持精确度。因此，已经提出具有调整因产品误差引起的透镜单元光轴的位移及倾斜的调整结构的光学装置。
关于公知的光学装置，有日本专利特许公开第2003-279822号公开的透镜装置。该透镜装置具有至少三个高度可在光轴方向上调整的调节螺钉，这些螺钉彼此以预定距离相隔设置。透镜装置包括环形板，具有凹口，使调节螺钉头部部分露出；透镜支撑框架，通过环形板固定在透镜镜筒框架内部；以及弹簧元件，将透镜支撑框架压向调节螺钉。
至少两个偏心螺钉，以彼此之间相隔预定距离与透镜支撑框架的圆周区域接触设置，在透镜镜筒框架的内圆周上设置弹性元件，用于接收因偏心螺钉的转动引起的透镜支撑框架的移动。公开了通过调节螺钉调整透镜倾斜并通过偏心螺钉调整透镜轴心的结构。
日本专利特许公开第2000-206389号公开了另一种已知的透镜装置。该透镜装置包括第一框架，保持透镜或透镜镜筒；第二框架，通过弹性段支撑第一框架；以及第三框架，通过另一弹性段支撑第二框架。透镜装置还包括两个调整部件，在与第一框架接触的状态下设置在第二框架上，调整光轴的倾斜和光轴的平行移动。透镜装置还包括两个调整部件，在与第二框架接触的状态下设置在第三框架上，分别调整光轴的倾斜和光轴的平行移动。
公开了一种通过操作调整部件并利用弹性段的变形来调整倾斜和偏心的结构。
根据日本专利特许公开第2003-279822号公开的装置，从光轴方向操作调节螺钉和偏心螺钉。所以，当在实际使用装置时要进行调整操作时，用来紧固调节螺钉和偏心螺钉的夹具和操作员的手容易被捕获在图像中，而这会干扰调整操作。基于装置的结构，可以调整构成变焦透镜系统的透镜单元中的最外面的透镜单元。然而，由于难以调整构成变焦透镜系统的透镜单元中设置在中心附近的透镜单元，所以降低了光学设计的灵活性。
日本专利特许公开第2000-206389号公开的装置使调整光轴的倾斜及光轴的平行移动的调整部件能在与光轴垂直的方向上操作。然而，在预定位置调整透镜的调整部件形成重叠结构，导致透镜镜筒尺寸增大。
发明内容
本发明提供一种透镜装置及包含该透镜装置的光学装置，它们使得能以精确的方式有效地调整透镜系统的倾斜及偏心，并可减小装置的尺寸。
根据本发明的第一方面的透镜装置包括支撑部件，它包括平行于光轴方向的平行接合部分以及在与光轴方向垂直的平面上在圆周方向上延伸的圆周接合部分；透镜支撑部件，它构造成支撑光学器件；偏心调整机构，它包括以可绕垂直于光轴的轴线转动的方式支撑在位于透镜支撑部件的外周上的支撑部件的平行接合部分上的第一调整部件；以及倾斜调整机构，它包括以可绕垂直于光轴的轴线转动的方式支撑在位于透镜支撑部件的外周上的支撑部件的圆周接合部分上的第二调整部件。
根据以下(参照附图)对示例性实施例的描述，本发明的其它特点会变得更加清楚。
图1是根据本发明第一实施例的透镜镜筒和照相机的剖视图；图2是根据本发明第一实施例的透镜镜筒的透镜调整机构的透视图；图3是根据本发明第一实施例的透镜镜筒的透镜调整机构的分解透视图；图4是根据本发明第二实施例的透镜镜筒和照相机的剖视图；图5是根据第二实施例的透镜镜筒的主要部分的剖面透视图。
具体实施例方式
下面参照附图描述本发明的实施例。
第一实施例图1示出为根据本发明的该实施例的透镜装置的可互换透镜系统和包含可互换透镜系统、作为光学装置的照相机。在本发明的实施例中，光学装置包括含有可互换透镜系统的照相机或者带有集成透镜系统的照相机。
如图1所示，可互换透镜系统1是包括五个透镜单元即第一至第五透镜单元L1至L5的变焦透镜系统。第三透镜单元L3包括子单元L3a和L3b。第四透镜单元L4包括子单元L4a和L4b。在上述可互换透镜系统1中，在变焦过程中全部透镜单元L1至L5在光轴上移动，然而，在聚焦过程中第二透镜单元L2在光轴方向上移动。此时，除了光轴方向以外，为了进行振动校正，在与光轴方向垂直的方向上，第三透镜单元L3和第五透镜单元L5一起移动，设在第四透镜单元L4中的物体侧的子单元L4a移动。
照相机本体100包括图像拾取元件100a，如CCD或CMOS传感器。
透镜支座101包括附装照相机本体100的卡销段，并用螺钉将透镜固定在固定镜筒102上。
外环103插入并固定在支座101与固定镜筒102之间。在外环103上，附装有刻度窗104、名牌105和SW面板(未示出)。通过操作设在SW面板上的切换器，可选择并使用诸如自动聚焦和振动校正的功能。
引导镜筒106拧到固定镜筒102上从而构成固定在照相机本体上的固定段。可通过滚子107绕光轴转动的凸轮镜筒108与引导镜筒106的外周接合。因此，当凸轮镜筒108转动时，在光轴方向上设在引导镜筒106上的引导凹槽与设在凸轮镜筒108上的凸轮凹槽的交点移动。当交点移动时，保持设在第三透镜单元L3的像平面侧上的子单元L3b的子单元L3b支撑框架109可以通过用螺钉固定的滚子(未示出)在光轴方向上移动。
类似地，支撑第四透镜单元L4的振动校正单元110和线性镜筒111每个都可通过用螺钉与其固定的滚子(未示出)在光轴方向上移动。
包括光圈驱动单元和光圈片单元的电磁光圈单元112设在子单元L3b支撑框架109上，设置的方式使得电磁光圈单元112插在子单元L3b支撑框架109与保持设在第三透镜单元L3的物体侧上的子单元L3a的子单元L3a支撑单元113之间。在子单元L3b支撑框架109的延伸部分109a的后边缘处(如图2所示)，支撑第五透镜单元L5的第五透镜单元支撑框架114由拧在子单元L3b支撑框架109、第一调整部件116和第二调整部件117上的第五透镜单元支撑板115支撑，以下将会对此进行描述。
决定光圈直径并遮挡有害光线的副光圈118弹性地连接在子单元L3a支撑框架113的前边缘的前面。
振动校正单元110支撑子单元L4a，支撑的方式使得子单元L4a可在垂直于光轴的方向上移动。振动校正单元110用包括磁铁和线圈的驱动单元驱动子单元L4a。在后边缘处，支撑设在第四透镜单元L4的像平面侧上的子单元L4b的子单元L4b支撑框架119用螺钉穿过加固板120固定。滤光器框架121拧到线性镜筒111上。
在滤光器框架121的尖端的外周上，设置卡销段，在滤光器框架121的尖端的内圆周上，设置螺纹段。诸如罩盖和滤光器的各种附件可以附装在这些段上。
支撑第一透镜单元L1的第一透镜单元支撑框架122拧到滤光器框架121上。滤光器框架121与第一透镜单元支撑框架122的接触区域作为在圆周方向上延伸的倾斜表面而设置。因而，当第一透镜单元支撑框架122转动并附装在滤光器框架121上时，可以选择在光轴方向上第一透镜单元支撑框架122在滤光器框架121上的安装位置。这样就能校正由于产品误差引起的广角侧和望远照相侧上的焦点位置的位移。
透镜的名字等印制在装饰环123的前表面上。聚焦单元124拧到引导镜筒106上。聚焦单元124主要由振动电机和差速机构构成。聚焦单元124输出聚焦键126的转动量，该转动量对应于振动电机的转子的转动量和手动环125的转动量。
其上焊接了检测水平和垂直方向上的振动的角速率的一对振动回转仪127的回转仪基板128拧到聚焦单元124的前侧上。
其上形成有葛莱码(gray code)图案的编码器柔性基板129附装在以圆形方式从聚焦单元124延伸的凸起的外周上。
凸起设置在聚焦单元124的前侧上，此处未设置振动回转仪127和编码器柔性基板129。滚子(未示出)拧到凸起上。
通过与设在变焦环130的圆周方向上的凹槽接合的滚子(未示出)，变焦环130可以只绕光轴转动，同时阻止在光轴方向上的移动。
与拧到凸轮镜筒108上的变焦键(未示出)接合的凹陷形成于变焦环130的内圆周上。这样，凸轮镜筒108就能通过变焦键与变焦环130一起转动。
在根据该实施例的可互换透镜系统中，振动回转仪127设在远离照相机本体的位置(即在聚焦单元124前面)。这样，由照相机本体产生的振动(即，因快门帘(Shutter Screen)移动及反射镜的上下移动引起的振动)不容易传给振动回转仪127。因而，不一定要采用将可互换透镜系统存放进外壳中的公知方法。
通过在没有设置振动回转仪127的变焦环130的光轴方向上设置校准部分，可以设置振动回转仪127而不会增大透镜的外径。通过采用这种方法，减小可互换透镜系统的尺寸。
变焦橡胶131围绕变焦环130的外周包裹。
拧到变焦环130上的变焦刷132用于通过在编码器柔性基板129的葛莱码图案上滑动来检测变焦环130与编码器柔性基板129之间的位置关系。
滚子(未示出)拧到内凸轮镜筒133上。该滚子与形成于引导镜筒106内的凸轮凹槽及形成于光轴方向上的凸轮镜筒108内的凹槽接合。因此，内凸轮镜筒133与凸轮镜筒108一起转动并在光轴方向上前后移动。
在支撑第二透镜单元L2的第二透镜单元支撑框架134中，设置在外周上的凸起与形成于第二透镜单元支撑框架134的内圆周内的凸轮凹槽接合。从第二透镜单元支撑框架134延伸的键部件与聚焦键126接合并一起转动。因此，当凸轮镜筒108转动时(同时聚焦键126停止)，第二透镜单元支撑框架134在光轴方向上前后移动，移动的量通过将内凸轮镜筒133在光轴方向上前后方向上的移动量与当内凸轮镜筒133的凸轮凹槽转动时接合点的光轴方向上的改变量相加而确定。
当聚焦键126转动时(同时凸轮镜筒108停止)，聚焦键126前后移动的同时根据内凸轮镜筒133的凸轮凹槽的接合点的光轴方向上的改变量而转动。
通过使用上述机构，根据该实施例的可互换透镜系统机械地校正由于内焦点的焦距改变引起的焦点位置的位移，并在光轴方向上前后移动第二透镜单元L2。
刻度片135与作为聚焦单元124的输出件的聚焦键126一起转动，并与刻度视窗104一起显示焦点位置。
主基板136与聚焦单元124、电磁光圈单元112、振动校正单元110、回转仪基板128和编码器柔性基板129通过柔性基板直接或电连接。
接触块(contact block)137拧到支座101上，通过柔性基板连接到主基板136上，用于实现与照相机本体的联通以及提供电源。后盖138与支座101弹性地连接并遮挡有害光线。保护橡胶环139弹性地连接到后盖138。
使用具有上述结构的可互换透镜系统，当变焦环130转动时，凸轮镜筒108通过变焦键转动，并且，根据上述机构，为了变焦，全部透镜单元L1至L5在光轴方向上前后移动。此时，第三透镜单元L3和第五透镜单元L5一起前后移动。当第三透镜单元L3前后移动时，副光圈118打开或关闭从而确定光圈的直径。
通过驱动用于自动聚焦的振动电机或者通过转动用于手动聚焦的手动环125转动聚焦键126。这样，根据上述机构，第二透镜单元L2前后移动从而进行聚焦。
在振动校正过程中，以一定方向在垂直于光轴的表面上驱动振动校正单元110的子单元L4a，该方向是在根据振动回转仪127的输出及编码器柔性基板129的输出来消除由产生的振动引起的胶片表面上的图像的移动的方向。
下面，参照图2和3描述支撑并连接子单元L3b和第五透镜单元L5的透镜支撑结构。图2是根据本发明第一实施例的调整机构的组装主构件的透视图。图3是根据本发明第一实施例的调整机构的分解主构件的透视图。
如上所述，在子单元L3b支撑框架109的延伸部分109a的后边缘处，第五透镜单元支撑板115由螺钉139固定。在第五透镜单元支撑板115上，支撑第五透镜单元L5的第五透镜单元支撑框架114由第一调整部件116和第二调整部件117保持。
在第五透镜单元支撑板115中，插入金属基板115a，形成平行于光轴的长凹槽的平行接合部分115b和115b以及为在垂直于光轴的平面上以圆周方向延伸的长凹槽的圆周接合部分115c形成在例如聚缩醛(POM)这样具有较大弹性的树脂材料上。平行接合部分115b和115b以及圆周接合部分115c设在三个位置处，优选围绕光轴彼此以相等角度分隔。位于三个位置中的每个上的平行接合部分115b和115b以及圆周接合部分115c彼此邻近设置。
第一调整部件116在三个位置处设在第五透镜单元支撑框架114的外周上，优选绕光轴彼此以相等角度分隔。
各个第一调整部件116包括圆柱头部分116a和偏心轴线部分116b，圆柱头部分116a的中心位于在径向上从光轴延伸并垂直于光轴延伸的轴线上，偏心轴线部分116b的中心位于从头部分116a的中心轴线偏心的轴线上。
第一调整部件116的头部分116a以可转动的方式压配合进平行接合部分115b和115b之间的空间(即，平行于光轴的长凹槽)中。第一调整部件116的头部分116a以可转动的方式压配合进设在第五透镜单元支撑框架114的外周上的凸起114a和114a之间的部分中。第一调整部件116的偏心轴线部分116b以可转动的方式压配合进在光轴方向上延伸、设在第五透镜单元支撑框架114的外周上的凹槽部114b中。
上述偏心轴线部分116b设在三个第一调整部件116的至少两个上，剩余的第一调整部件116可以包括不偏心的轴部分。
根据上述结构，第五透镜单元支撑框架114的位置被第一调整部件116限制在垂直于光轴的平面上。第一调整部件116可围绕以光轴为中心的径向转动。
第二调整部件117在三个位置处设在第五透镜单元支撑框架114的外周上，优选围绕着光轴彼此以相等角度分隔且邻近第一调整部件116。
通过将以从光轴在径向上延伸的轴线为中心的转动轴段117a压配合进形成在第五透镜单元支撑框架114的外周上的孔114c中，第二调整部件117的每一个都可转动地支撑在插头114上。
第二调整部件117包括轴段117a和具有偏心轴线的偏心头部分117b。偏心头部分117b与设在第五透镜单元支撑板115上的接合部分(长凹槽)115c接合。
上述偏心头部分117b设在三个第二调整部件117的至少两个上，剩下的第二调整部件117可以包括不偏心的轴部分。
根据上述结构，第五透镜单元支撑框架114的位置被第二调整部件117限制在垂直于光轴的平面上。第二调整部件117可以绕以光轴为中心的径向转动。
下面，描述第一调整部件116和第二调整部件117的调整操作。如上所述，第一调整部件116和第二调整部件117绕着从光轴以径向延伸的轴线被可转动地支撑。
首先，描述第五透镜单元支撑框架114(第五透镜单元L5)的偏心调整。第一调整部件116的头部分116a被转动。这样，当第五透镜单元支撑框架114的位置被第二调整部件117和圆周接合部分(长凹槽)115c限定在光轴方向时，通过偏心轴线部分116b和凹槽段114b的互相配合，第五透镜单元支撑框架114在垂直于光轴的平面上移动。换言之，通过每一个在平行接合部分115b和115b之间转动的头部分116a，偏心轴线部分116b偏心转动并平行于光轴推动凹槽段114b(即，凹槽段114b在圆周方向上移动)。因此，第五透镜单元支撑框架114在圆周方向上转动(移动)。此时，凸起114a和114a也和凹槽段114b一起在圆周方向上移动。
通过转动第一调整部件116中的至少两个，第五透镜单元支撑框架114可在垂直于光轴的平面上移动到任何位置。由于这种偏心调整是通过转动第一调整部件116进行的，所以相关于第五透镜单元支撑框架114力在光轴方向上产生。由于第一调整部件116和第二调整部件117彼此邻近设置，所以通过在光轴方向上的第二调整部件117和圆周接合部分115c的限制，在光轴方向上的力能使第五透镜单元支撑框架114的倾斜的改变最小化。
下面，描述第五透镜单元支撑框架114(第五透镜单元L5)的倾斜调整。转动第二调整部件117的偏心头部分117b。这样，第五透镜单元支撑框架114的倾斜角度根据转动轴段117a和偏心头部分117b的偏心量逐渐改变。第五透镜单元支撑框架114的位置在垂直于光轴的方向上由第一调整部件116和平行接合部分115b和115b限制。通过操作至少两个调整部件117，第五透镜单元支撑框架114(第五透镜单元L5)被调整到任何倾斜角度及任何倾斜方向。由于这种倾斜调整是通过转动第二调整部件117进行的，所以相关于第五透镜单元支撑框架114力在圆周方向上产生。由于第一调整部件116和第二调整部件117彼此邻近设置，所以能将第五透镜单元支撑框架114在圆周方向上的位置的改变最小化。
最后，描述通过第一至第五透镜单元L1至L5的整个系统进行的调整。在组装图1中所示的构件中的支座101、固定镜筒102、外部环103、聚焦单元124、手动环125、主基板136和固定于其上的构件之前，将引导镜筒106固定到调整夹具(未示出)上。在这种状态下，相对于拧到支撑子单元L3b的子单元L3b支撑框架109的延伸部分109a的后边缘上的第五透镜支撑板115，调整支撑第五透镜单元L5的第五透镜单元支撑框架114在垂直于光轴的方向上的位置(偏心调整)和倾斜。
这样，校正了由于第一至第五透镜单元L1至L5以及支撑其的构件的产品误差引起的光学特性的劣化，可实现所需的光学特性。在这种情况下，对偏心和倾斜两个调整都可以使用多于三个的调整部件，这些调整部件不必彼此以相等角度相隔定位。
第二实施例图4示出包括为根据本发明的第二实施例的透镜装置的可互换透镜系统以及为光学装置的可互换透镜系统的照相机。图5是图4所示的主要构件的放大剖面透视图。下面将参照图4和5描述第二实施例。
可互换透镜系统包括七个透镜单元，即第一至第七透镜单元L1至L7。对于变焦，第三透镜单元L3和第四透镜单元L4在光轴方向上移动，而对于聚焦，第二透镜单元L2在光轴方向上移动。第六透镜单元L6在垂直于光轴的方向上移动从而进行振动校正。
下面，描述根据本发明该实施例的调整机构中包含的构件。在支撑第五透镜单元L5的第五透镜单元支撑框架140的外周上，设置偏心滚子141，也就是用于偏心调整的第一调整部件。还设置偏心滚子142，也就是用于倾斜调整的第二调整部件。偏心滚子141和偏心滚子142设置在三个位置，优选绕光轴彼此以相等角度分隔，并通过螺钉以可转动的方式绕在光轴的径向上延伸的轴线固定。偏心滚子141和偏心滚子142可相对于光轴绕径向转动，并且在光轴方向上彼此邻近设置。
固定镜筒143是设在第五透镜单元支撑框架140的外周上的中间镜筒。在固定镜筒143上，平行接合部分143a和143a以及圆周接合部分143b设在绕光轴彼此以相等角度分隔的三个位置上并在光轴方向上彼此邻近，平行接合部分143a和143a形成平行于光轴的长凹槽，圆周接合部分143b是在垂直于光轴的平面内沿圆周方向延伸的长凹槽。根据第一实施例，平行接合部分和圆周接合部分在第五透镜单元支撑框架的圆周方向上彼此邻近设置。然而，根据第二实施例，平行接合部分和圆周接合部分在光轴方向上彼此邻近设置。
偏心滚子141和偏心滚子142中的每一个都包括圆筒部分(偏心头部分)，该部分具有从转动轴线偏心的轴线。偏心滚子141的偏心圆筒部分以可转动的方式压配合进接合部分(纵向凹槽)143a和143a之间的段中。偏心滚子142的偏心圆筒部分以可转动的方式压配合进圆周接合部分(长凹槽)143b中。
根据上述结构，由偏心滚子141和接合部分(纵向凹槽)143a和143a进行偏心调整，由偏心滚子142和接合部分(长凹槽)143b进行倾斜调整。这样就实现了与第一实施例所述那些一样的功能和优点。
在固定镜筒143的外周上，变焦环144由连接卡销以可转动的方式支撑，同时变焦环144在光轴方向上的移动被限制。
变焦橡胶145包裹在变焦环144外周的周围。变焦环144内形成孔144a从而当变焦橡胶145被去除时露出偏心滚子141和142。通过孔144a，偏心滚子141和142可以相对于光轴绕径向转动。
这样，仅通过去除变焦橡胶145而不用拆下透镜镜筒就可以校正由于第一至第七透镜单元L1至L7及支撑其的构件的产品误差引起的光学特性的劣化。因此，能实现所需要的光学特性。在这种情况下，对偏心及倾斜调整都可以采用多于三个的调整部件，这些调整部件不必彼此以相等角度相隔定位。
根据本发明的实施例，可以精确的方式有效地进行透镜系统的倾斜和偏心调整。而且，能减小装置的尺寸。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是应当理解本发明并不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求书的范围与最宽的解释一致，从而覆盖所有变型、等同结构和功能。
权利要求
1.一种透镜装置，包括支撑部件，它包括，平行于光轴方向的平行接合部分，以及在与所述光轴方向垂直的平面上在圆周方向上延伸的圆周接合部分；透镜支撑部件，构造成支撑光学器件；偏心调整机构，包括以可绕垂直于所述光轴的轴线转动的方式支撑在位于所述透镜支撑部件的外周上的所述支撑部件的所述平行接合部分上的第一调整部件；以及倾斜调整机构，包括以可绕垂直于所述光轴的轴线转动的方式支撑在位于所述透镜支撑部件的外周上的所述支撑部件的所述圆周接合部分上的第二调整部件。
2.如权利要求1所述的透镜装置，其中，三个第一调整部件和三个第二调整部件彼此以基本相等角度分隔设置在围绕所述光轴的三个位置上，以及所述第一调整部件中的至少两个和所述第二调整部件中的至少两个是包含相对于所述转动轴线偏心的圆筒部分的偏心部件。
3.如权利要求1所述的透镜装置，其中所述第一调整部件与所述第二调整部件彼此邻近设置。
4.如权利要求1所述的透镜装置，其中，在偏心调整操作期间，所述偏心调整机构在所述光轴方向上的移动由所述倾斜调整机构限制，以及在倾斜调整操作期间，所述倾斜调整机构在垂直于所述光轴的平面上的移动由所述偏心调整机构限制。
5.如权利要求1所述的透镜装置，其中可从透镜镜筒的外周操作所述第一调整部件和所述第二调整部件。
6.如权利要求1所述的透镜装置，其中所述支撑部件支撑光学器件。
7.一种照相机，包括根据前述任何一个权利要求所述的透镜装置；以及图像拾取元件，构造成从所述透镜装置接收光。
8.一种照相机系统，包括根据前述任何一个权利要求所述的透镜装置；以及照相机本体，所述透镜装置可拆卸地安装于该照相机本体上，其中所述照相机本体包括构造成从所述透镜装置接收光的图像拾取元件。
全文摘要
本发明公开了一种透镜装置，包括支撑部件，它包括平行于光轴方向的平行接合部分以及在与光轴方向垂直的平面上在圆周方向上延伸的圆周接合部分；透镜支撑部件，它构造成支撑光学器件；偏心调整机构，它包括以可绕垂直于光轴的轴线转动的方式支撑在位于透镜支撑部件的外周上的支撑部件的平行接合部分上的第一调整部件；以及倾斜调整机构，它包括以可绕垂直于光轴的轴线转动的方式支撑在位于透镜支撑部件的外周上的支撑部件的圆周接合部分上的第二调整部件。
文档编号G02B27/62GK101025464SQ20071007893
公开日2007年8月29日 申请日期2007年2月16日 优先权日2006年2月20日
发明者小山敦史 申请人:佳能株式会社