專利名稱：可伸縮鏡頭系統(tǒng)和伸縮可伸縮鏡頭系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可伸縮鏡頭系統(tǒng)，它可以伸出或縮入光學(xué)儀器內(nèi)部，比如采用感光膠卷的照相機(jī)或采用CCD或CMOS圖象傳感器的數(shù)字照相機(jī)。本發(fā)明還涉及一種該可伸縮鏡頭系統(tǒng)的收縮方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種可伸縮鏡頭，其具有一個(gè)包括多個(gè)光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)。當(dāng)可伸縮鏡頭系統(tǒng)處于準(zhǔn)備照相狀態(tài)時(shí)，所有的光學(xué)元件組位于一個(gè)公共軸線上，組成一個(gè)光學(xué)照相系統(tǒng)。當(dāng)可伸縮鏡頭系統(tǒng)處于收縮位置時(shí)，光學(xué)元件組的至少一個(gè)可移動(dòng)元件被移動(dòng)到公共光軸外側(cè)的移動(dòng)位置，該可移動(dòng)元件和光學(xué)元件組的余下的光學(xué)元件中的至少一個(gè)分別向后移動(dòng)。
當(dāng)可伸縮鏡頭系統(tǒng)處于收縮位置時(shí)，希望可移動(dòng)元件位于光學(xué)鏡頭組的余下的元件中的至少一個(gè)位于相對(duì)于公共光軸的外側(cè)。
當(dāng)可伸縮鏡頭系統(tǒng)移動(dòng)到可收縮位置時(shí)，可移動(dòng)元件在被移動(dòng)到移動(dòng)位置后，向后平行于公共光軸移動(dòng)。
當(dāng)可伸縮鏡頭系統(tǒng)處于收縮位置時(shí)，光學(xué)元件中的可移動(dòng)元件的光軸可以平行于公共光軸。
光學(xué)元件可以包括多個(gè)可移動(dòng)元件。
多個(gè)可移動(dòng)元件中的每一個(gè)可以沿不同的方向從公共光軸向移動(dòng)分別到移動(dòng)位置。
希望用于沿著所述共同的光軸移動(dòng)所述多個(gè)光學(xué)元件中至少一個(gè)的旋轉(zhuǎn)元件的旋轉(zhuǎn)軸與所述光學(xué)攝影系統(tǒng)的所述共同光軸偏心。
希望當(dāng)可伸縮鏡頭系統(tǒng)處于收縮位置時(shí)，光學(xué)元件的可移動(dòng)元件位于旋轉(zhuǎn)元件的周緣內(nèi)。
旋轉(zhuǎn)元件可以是一個(gè)凸輪環(huán)。
可伸縮鏡頭可以組裝在相機(jī)內(nèi)。
當(dāng)相機(jī)的主開關(guān)關(guān)閉時(shí)，希望可伸縮鏡頭移動(dòng)到收縮位置。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了一種伸縮具有多個(gè)光學(xué)元件的可伸縮鏡頭系統(tǒng)的方法。其中當(dāng)可伸縮鏡頭處于準(zhǔn)備照相的位置時(shí)，所有的光學(xué)元件位于一條公共光軸上，以構(gòu)成一個(gè)光學(xué)照相系統(tǒng)。該方法包括沿徑向?qū)⒁苿?dòng)鏡頭組中的至少一個(gè)移動(dòng)到公共光軸外側(cè)的移動(dòng)位置；光學(xué)元件的可移動(dòng)元件被移動(dòng)到移動(dòng)位置后向后收縮；沿著公共光軸收縮光學(xué)元件組的余下的元件中的至少一個(gè)。
當(dāng)可伸縮鏡頭系統(tǒng)處于收縮位置時(shí)，可移動(dòng)元件可以位于光學(xué)元件組中余下的光學(xué)元件中的至少一個(gè)元件相對(duì)于公共光軸的外側(cè)。
可移動(dòng)元件在被移動(dòng)到移動(dòng)位置后，可以平行于公共光軸向后移動(dòng)。
當(dāng)可伸縮鏡頭系統(tǒng)處于收縮位置時(shí)，光學(xué)元件的可移動(dòng)元件的光軸可以平行于公共光軸。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提出了一種可伸縮式變焦距鏡頭系統(tǒng)。其中至少鏡頭組的一部分沿著光軸連續(xù)移動(dòng)以改變焦距；其中鏡頭組中至少一個(gè)徑向可移動(dòng)的鏡頭組從鏡頭組中徑向地移開，從而當(dāng)可伸縮變焦距鏡頭處于收縮位置時(shí)，徑向可移動(dòng)鏡頭組和鏡頭組的余下的鏡頭組中至少一組保留鏡頭組定位成在光軸方向相同位置范圍重疊。
希望徑向可動(dòng)鏡頭的直徑是鏡頭組中最小的。
可伸縮變焦距鏡頭系統(tǒng)還包括一種帶有孔的可調(diào)光圈，其直徑是可以調(diào)節(jié)的?？烧{(diào)整光圈可以位于鏡頭組的兩個(gè)相鄰鏡頭之間。當(dāng)變焦距鏡頭系統(tǒng)處于準(zhǔn)備照相的狀態(tài)時(shí)，徑向可動(dòng)鏡頭組在可調(diào)整光圈后面的位置。
可調(diào)整光圈可以作為一種光圈快門。
可伸縮變焦距鏡頭系統(tǒng)還可以包括一個(gè)光圈可變的可調(diào)整光圈?？烧{(diào)整光圈可以位于鏡頭組的兩個(gè)相鄰鏡頭之間。當(dāng)變焦距鏡頭系統(tǒng)處于準(zhǔn)備照相的位置時(shí)，徑向可動(dòng)鏡頭組的位置最靠近鏡頭組中的可調(diào)整光圈。
可調(diào)整光圈可以作為一種光圈快門。
希望徑向可動(dòng)鏡頭組位于鏡頭組的最前面的鏡頭后面的位置。


圖1是本發(fā)明的處于準(zhǔn)備照相狀態(tài)的數(shù)字照相機(jī)可伸縮變焦距鏡頭的一個(gè)實(shí)施例的縱截面剖視圖。
圖2是圖1所示的可伸縮變焦距鏡頭在相機(jī)沒有被使用時(shí)的完全收縮狀態(tài)下的縱截面剖視圖。
圖3A是圖1所示的可伸縮變焦距鏡頭的主要元件(包括鏡頭組、光圈快門、低通濾波器和CCD)的剖視圖。
圖3B是圖2所示的可伸縮變焦距鏡頭的主要元件(示于圖3A中)的剖視圖。
圖4是圖1和圖2所示可伸縮變焦距鏡頭的主要元件的分解透視圖。
圖5A是圖4所示主要元件在準(zhǔn)備照相狀態(tài)下的正視圖，為了清晰起見沿軸作用的導(dǎo)向環(huán)被移除。
圖5B是與圖5A相似，示出圖4所示主要元件在完全收縮狀態(tài)下的正視圖，為了清晰起見沿軸作用的導(dǎo)向環(huán)被移除。
圖6A是圖5A所示的元件的透視圖，其中為了清晰起見固定環(huán)的一部分被切除。
圖6B是圖5B所示元件的透視圖，其中為了清晰起見第二鏡頭組支撐架的一部分被切除。
圖7A是圖4中所示主要元件在準(zhǔn)備照相狀態(tài)下的正視圖，其設(shè)有沿軸作用的導(dǎo)向環(huán)并為清晰起見第二鏡頭組支撐架被移除。
圖7B是與圖7A相似的視圖，示出了在完全收縮狀態(tài)下圖4中的主要元件，設(shè)有沿軸作用的導(dǎo)向環(huán)并且為清晰起見第二鏡頭組支撐架被移除。
圖8A是圖7A所示元件的透視圖。
圖8B是圖7B所示元件的透視圖。
圖9是圖7B和8B所示元件的放大透視圖。
圖10A是圖1所示的可伸縮變焦距鏡頭主要元件的透視圖，該視圖是從可伸縮變焦距鏡頭的光軸方向的后面觀察的，示出變焦距鏡頭在第二鏡頭組支撐架上支撐的可伸縮鏡頭組架的支撐結(jié)構(gòu)。
圖10B是與圖10A相似的視圖，示出了在不同狀態(tài)下相同的支撐結(jié)構(gòu)。
圖11是本發(fā)明在處于完全收縮狀態(tài)下的可伸縮變焦距鏡頭的第二圖12是根據(jù)本發(fā)明在處于完全收縮狀態(tài)下的可伸縮變焦距鏡頭的第三實(shí)施例的縱剖面圖。
圖13是根據(jù)本發(fā)明的處于完全收縮狀態(tài)下的可伸縮變焦距鏡頭的第四實(shí)施例的縱剖面圖。
圖14是一相機(jī)的正視圖，示出了從可伸縮變焦距鏡頭的光軸上移除的光學(xué)元件的一個(gè)例子。
圖15是一相機(jī)的正視圖，示出了從可伸縮變焦距鏡頭的光軸上移除的光學(xué)元件的另一例子。
如圖1和圖2所示，在所有的鏡頭組L1，L2和L3中第二鏡頭組L2的直徑最小。
在設(shè)有上述光學(xué)照相系統(tǒng)的可伸縮變焦距鏡頭10中，在準(zhǔn)備照相狀態(tài)下，所有光學(xué)元件位于一條公共的光軸上，如圖1和圖3A所示。而在完全收縮狀態(tài)下(收縮位置)，如圖2、3B所示，第二鏡頭組L2沿與光軸Z1垂直的方向從光軸Z1上的位置移走，被定位到一個(gè)偏心光軸(可移動(dòng)元件的光軸)Z1’上(見圖2和圖3B)。當(dāng)?shù)诙R頭組L2被移動(dòng)到移動(dòng)位置時(shí)，第二鏡頭組L2不會(huì)在光軸方向與光學(xué)照相系統(tǒng)的其它光學(xué)元件(即第一鏡頭組L1，光圈快門S，第三鏡頭組L3，低通濾波器F以及CCD圖像傳感器C)重疊。同時(shí)，在完全收縮狀態(tài)下，第二鏡頭組L2(也就是從光軸Z1上移動(dòng)開的光學(xué)元件)沿著偏心光軸Z1’收縮，同時(shí)光學(xué)照相系統(tǒng)余下的光學(xué)元件(其未從光軸Z1上移開)中的至少一個(gè)沿著(平行于)光軸Z1收縮。光學(xué)照相系統(tǒng)的光學(xué)元件的這種移動(dòng)方式使得當(dāng)可伸縮變焦距鏡頭10完全收縮時(shí)其長度有可能進(jìn)一步減小。
當(dāng)可伸縮變焦距鏡頭10從圖1和圖3A所示的準(zhǔn)備照相狀態(tài)變化到圖2和圖3B所示的完全收縮狀態(tài)時(shí)，首先第二鏡頭組L2從光軸Z1位置徑向收縮而位于一個(gè)相對(duì)于光軸Z1偏心的偏心光軸Z1’的位置，光學(xué)照相系統(tǒng)余下的光學(xué)元件位于光軸Z1上。接著，第二鏡頭組L2沿著偏心光軸Z1’收縮，同時(shí)，前面提到的光學(xué)照相系統(tǒng)中余下的光學(xué)元件，第一鏡頭組L1、光圈快門S和第三鏡頭組L3沿著光軸Z1收縮。在如圖2和圖3B所示的完全收縮狀態(tài)(完全收容狀態(tài))下，移動(dòng)后的位于偏心光軸Z1’的第二鏡頭組L2和位于光軸Z1上的光學(xué)照相系統(tǒng)的其它光學(xué)元件(即這一具體實(shí)施例中的第三鏡頭組L3，低通濾波器F以及CCD圖像傳感器C)定位成在光軸Z1和Z1’的光軸方向上的相同位置范圍重疊。換句話說，在完全收縮狀態(tài)下，第二鏡頭組L2位于第三鏡頭組L3，低通濾波器F以及CCD圖像傳感器C相對(duì)于光軸Z1(沿垂直于光軸Z1的方向)的外側(cè)。
下面主要結(jié)合圖1和圖2詳細(xì)描述可伸縮變焦距鏡頭10的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使得獲得上面描述的光學(xué)照相系統(tǒng)的光學(xué)元件的收縮方式成為可能。可伸縮鏡頭10設(shè)有CCD架11、一個(gè)固定筒12和一個(gè)前外框架13，這些都是固定元件。低通濾波器F和CCD圖像傳感器C被固定在CCD架11上。前外框架13設(shè)有一個(gè)開口13a，通過它沿軸作用的外筒和內(nèi)筒16和17可使可伸縮變焦距鏡頭10伸長和收縮。
旋轉(zhuǎn)環(huán)14固定在固定筒12上，從而可繞旋轉(zhuǎn)軸Z2旋轉(zhuǎn)并可沿旋轉(zhuǎn)軸Z2移動(dòng)。固定筒12的外表面上設(shè)有一組徑向凸塊12a，旋轉(zhuǎn)環(huán)14在其內(nèi)表面上設(shè)有一組相應(yīng)的環(huán)形槽14a，固定筒12的這組徑向凸塊12a分別與該組環(huán)形槽14a接合，而在其內(nèi)滑動(dòng)。由于徑向凸塊12a和環(huán)形槽14a的接合，旋轉(zhuǎn)環(huán)14是通過固定筒12支撐，由此可繞旋轉(zhuǎn)軸線Z2旋轉(zhuǎn)，而不會(huì)沿旋轉(zhuǎn)軸線Z2移動(dòng)。
旋轉(zhuǎn)環(huán)14在其外表面上設(shè)有與傳動(dòng)齒輪(pinion)15接合的圓周齒14b。傳動(dòng)齒輪15由電機(jī)M(見圖1)驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。通過電機(jī)使傳動(dòng)齒輪15正向或反向的旋轉(zhuǎn)使旋轉(zhuǎn)環(huán)14相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線Z2正向或反向旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸線Z2相對(duì)于光學(xué)照相系統(tǒng)的光軸Z1偏心。旋轉(zhuǎn)環(huán)14在其內(nèi)表面上設(shè)有一組旋轉(zhuǎn)傳遞槽14c。后面將討論的環(huán)形元件(16、17、18、19和20)被設(shè)置為與旋轉(zhuǎn)軸線Z2同軸。
可伸縮變焦距鏡頭10在徑向方向上沿從可伸縮變焦距鏡頭10到旋轉(zhuǎn)軸線Z2的順序設(shè)有沿軸作用的外筒、內(nèi)筒16和17，一個(gè)凸輪環(huán)(旋轉(zhuǎn)元件)18，一個(gè)沿軸作用的導(dǎo)向環(huán)19和一個(gè)第二鏡頭組支撐架20。固定筒12在其內(nèi)表面上設(shè)有一組沿軸作用的導(dǎo)向槽12b，在沿軸作用的導(dǎo)向環(huán)19外表面上設(shè)有一組相應(yīng)的沿軸作用的導(dǎo)向凸塊19a，它分別與沿軸作用的導(dǎo)向槽12b相接合。在沿軸作用的導(dǎo)向環(huán)19的外表面上設(shè)有環(huán)形凸塊19b，而凸輪環(huán)18在它的內(nèi)表面上設(shè)有環(huán)形槽18a，其與環(huán)形凸塊19b相接合。環(huán)形凸塊19b與環(huán)形槽18a的接合使凸輪環(huán)18可繞著旋轉(zhuǎn)軸線Z2相對(duì)于沿軸作用的導(dǎo)向環(huán)19旋轉(zhuǎn)，而使凸輪環(huán)18和沿軸作用的導(dǎo)向環(huán)19不會(huì)沿著光軸Z1相互移動(dòng)。只要沿光軸Z1移動(dòng)，凸輪環(huán)18就會(huì)與沿軸作用的導(dǎo)向環(huán)19一起沿光軸Z1移動(dòng)，并且凸輪環(huán)18可繞旋轉(zhuǎn)軸線Z2相對(duì)于沿軸作用的導(dǎo)向環(huán)19旋轉(zhuǎn)。
固定筒12設(shè)有一組凸輪通槽12c，其徑向延伸過固定筒12的筒壁。凸輪環(huán)18設(shè)有一組相應(yīng)的從動(dòng)銷18b，其徑向向外伸出，以通過一組凸輪通槽12c而延伸過固定筒12，分別與一組旋轉(zhuǎn)傳遞槽14c接合。凸輪通槽12c的凸輪輪廓被確定成可使凸輪環(huán)18首先移動(dòng)到如圖1所示的最大延伸位置。之后，當(dāng)旋轉(zhuǎn)環(huán)14被驅(qū)動(dòng)而正向旋轉(zhuǎn)，從圖2中完全收縮狀態(tài)下的開口13a延伸出沿軸作用的外筒和內(nèi)筒16和17時(shí)，凸輪環(huán)18只能通過凸輪通槽12c與旋轉(zhuǎn)傳遞槽14c的接合來繞旋轉(zhuǎn)軸線Z2旋轉(zhuǎn)。
凸輪環(huán)18在其內(nèi)表面設(shè)有一組凸輪槽18c，其分別與第二鏡頭組支撐架20的外表面上形成的一組從動(dòng)凸塊20a相接合。凸輪環(huán)18在外表面上設(shè)有一組凸輪槽18d，其分別與在沿軸作用的內(nèi)筒17內(nèi)表面上形成的一組從動(dòng)銷17a接合。如圖4所示，第二鏡頭組支撐架20在其外表面上設(shè)有一組沿軸作用的導(dǎo)向槽20b，沿軸作用的導(dǎo)向環(huán)19在其前面有一組沿軸作用的導(dǎo)向桿19c，它們分別與沿軸作用的導(dǎo)向槽20b接合，而可沿光軸Z1方向(即沿可伸縮變焦距鏡頭10的光學(xué)照相系統(tǒng)光軸的方向)在沿軸作用的導(dǎo)向槽20b內(nèi)滑動(dòng)。第二鏡頭組支撐架20通過沿軸作用的導(dǎo)向桿19c和沿軸作用的導(dǎo)向槽20b的接合在光軸Z1方向?qū)?。因此，凸輪環(huán)18的正向或反向旋轉(zhuǎn)使第二鏡頭組支撐架20根據(jù)這組凸輪槽18c的輪廓沿旋轉(zhuǎn)軸線Z2前后運(yùn)動(dòng)。
沿軸作用的導(dǎo)向外、內(nèi)筒16和18相互連在一起使其可以一起運(yùn)動(dòng)，同時(shí)允許相對(duì)于對(duì)方繞旋轉(zhuǎn)軸線Z2旋轉(zhuǎn)。即，在凸輪環(huán)18的外表面上形成的一組徑向凸塊18f可滑動(dòng)地與沿軸作用的導(dǎo)向外筒16的內(nèi)表面上加工的一組相應(yīng)的環(huán)形槽16a相接合。
沿軸作用的導(dǎo)向外筒16由固定筒12支撐，可以只相對(duì)于固定筒12沿旋轉(zhuǎn)軸線Z2的方向移動(dòng)。而由沿軸作用的導(dǎo)向外筒16支撐的沿軸作用的導(dǎo)向內(nèi)筒17只相對(duì)于沿軸作用的導(dǎo)向外筒16沿旋轉(zhuǎn)軸線Z2的方向移動(dòng)。即，從沿軸作用的導(dǎo)向外筒16的外表面凸出的一組沿軸作用的導(dǎo)向凸塊16b與一組相應(yīng)的沿軸作用的導(dǎo)向槽12d接合，該組沿軸作用的導(dǎo)向槽12d形成在固定筒12的內(nèi)表面上，以平行于旋轉(zhuǎn)軸線Z2的方向延伸。從沿軸作用的導(dǎo)向內(nèi)筒17的外表面凸出的一組沿軸作用的導(dǎo)向凸塊17b與一組相應(yīng)的沿軸作用的導(dǎo)向槽16c接合，該組沿軸作用的導(dǎo)向槽16c形成在沿軸作用的導(dǎo)向外筒16的內(nèi)表面上，以平行于旋轉(zhuǎn)軸線Z2的方向伸出。因此，根據(jù)一組凸輪槽18d的輪廓，凸輪環(huán)18的正向旋轉(zhuǎn)或反向旋轉(zhuǎn)使沿軸作用的導(dǎo)向內(nèi)筒17沿旋轉(zhuǎn)軸線Z2前后移動(dòng)。
沿軸作用的導(dǎo)向內(nèi)筒17作為第一鏡頭組的支撐架而支撐第一鏡頭組L1?？缮炜s照相鏡頭10內(nèi)設(shè)有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)鏡頭架21，其作為支撐第二鏡頭組L2的第二鏡頭組支撐架。可伸縮照相鏡頭10在CCD架11的前面設(shè)有用于支撐第三鏡頭組L3的第三鏡頭架22。如圖4所示，第三鏡頭架22設(shè)有兩個(gè)徑向臂22a，其從基本上相對(duì)的方向徑向地向外伸出。第三鏡頭架22在每一徑向臂22a末端有一沿軸作用的導(dǎo)向孔22b。兩徑向臂22中的一個(gè)在相關(guān)的沿軸作用的導(dǎo)向孔22b附近有一圓柱部分22c，圓柱部分22c平行于光軸Z1向前延伸且其上加工有螺紋孔。一個(gè)進(jìn)給螺桿(未畫出)擰入圓柱部分22c的螺紋孔中。由于這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)進(jìn)給螺桿正向和反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，第三鏡頭架22由一裝置驅(qū)動(dòng)沿光軸Z1前后運(yùn)動(dòng)，該裝置包括兩個(gè)徑向臂22a的沿軸作用的導(dǎo)向孔22b、圓柱部分22c和前面提到的進(jìn)給螺桿。進(jìn)給螺桿以一個(gè)由物距(鏡頭到物體的距離)決定的旋轉(zhuǎn)角度(轉(zhuǎn)數(shù))旋轉(zhuǎn)。
如上所述，當(dāng)可伸縮變焦距鏡頭10處于完全收縮狀態(tài)時(shí)，第二鏡頭組L2從光軸Z1上的位置移開。在下面將主要結(jié)合圖4到圖10，詳細(xì)介紹將第二鏡頭組L2從光軸Z1上的位置拉出的機(jī)械裝置。
可旋轉(zhuǎn)鏡頭架21設(shè)有一個(gè)圓柱形鏡頭支座部分21a、一個(gè)擺臂21b和一個(gè)圓柱形擺動(dòng)部分21c。第二鏡頭組L2固定在圓柱形鏡頭支座部分21a上而受其支撐。擺臂21b從圓柱形鏡頭支座部分21a徑向伸出。圓柱形擺動(dòng)部分21c從擺臂21b的自由端向后延伸。圓柱形擺動(dòng)部分21c沿其軸線設(shè)有一個(gè)通孔，該通孔安裝到第二鏡頭組支撐架20的偏心樞軸20c上，從而使可旋轉(zhuǎn)鏡頭架21可以繞偏心樞軸20c自由旋轉(zhuǎn)。偏心樞軸20c由偏心于光軸Z1的位置從第二鏡頭組支撐架20上平行于光軸Z1地延伸出。固定在圓柱形鏡頭支座部分21a上的第二鏡頭組L2，可以通過第二鏡頭組支撐架20相對(duì)于偏心樞軸20c的擺動(dòng)，在光軸Z1的照相位置(見圖5A、6A、7A、8A和10A)與移動(dòng)位置(偏心位置)[即偏離光軸Z1(見圖5B、6B、7B、8B和10B)的位置之間移動(dòng)]?？尚D(zhuǎn)鏡頭架21總是通過位于偏心樞軸20c和圓柱形擺動(dòng)部分21c之間的扭簧23(見圖1)被偏置，以在旋轉(zhuǎn)方向上(如圖5A、6B、6A和6B所示的逆時(shí)針方向)旋轉(zhuǎn)，將第二鏡頭組L2定位在光軸Z1上，其中第二鏡頭組由圓柱形鏡頭支座部分21a固定?？尚D(zhuǎn)鏡頭架21在其自由端(擺動(dòng)端)(在與圓柱形擺動(dòng)部分21c的相反的端部)設(shè)有接合的凸塊21d，凸塊21d從圓柱形鏡頭支座部分21a沿離開可旋轉(zhuǎn)鏡頭架21的樞軸端的方向延伸。第二鏡頭組支撐架20在其內(nèi)周邊表面設(shè)有一個(gè)制動(dòng)突起20d(見圖6A、10A和10B)，當(dāng)?shù)诙R頭組支撐架20逆時(shí)針完全旋轉(zhuǎn)到如圖5A和6A所示的位置時(shí)，凸塊21d靠在制動(dòng)突起20d上。第二鏡頭組支撐架20設(shè)有一切除部分20f，當(dāng)?shù)诙R頭組L2移動(dòng)到如圖5B和6B所示的光軸Z1’上的移動(dòng)位置(偏心位置)時(shí)，圓柱形擺動(dòng)部分21c部分地進(jìn)入切除部分。
圓柱形擺動(dòng)部分21c在其外周邊表面上設(shè)有一個(gè)位置控制突起21f，而CCD架11在其前表面上設(shè)有向前伸出的位置控制凸輪桿11a。位置控制凸輪桿11a與位置控制突起21f接合來控制可旋轉(zhuǎn)鏡頭架21的位置。在圖9可清楚地看出，位置控制凸輪桿11a從CCD架11的基座上11b向前突出，平行于旋轉(zhuǎn)軸線Z2延伸。位置控制凸輪桿11a沿其一內(nèi)側(cè)邊設(shè)有一移動(dòng)位置保持表面11a1，它平行于旋轉(zhuǎn)軸線Z2延伸出，位置控制凸輪桿11a還在其前端設(shè)有一個(gè)凸面11a2，該凸面11a2由外側(cè)邊11a3向移動(dòng)位置保持表面11a1朝向基座11b向后傾斜。在可旋轉(zhuǎn)鏡頭架21的位置控制突起21f與移動(dòng)位置保持表面11a1相接合位置上的狀態(tài)，第二鏡頭組L2位于與光軸Z1偏離的移動(dòng)位置。在該狀態(tài)，如果可旋轉(zhuǎn)鏡頭架21沿光軸Z1朝前移動(dòng)直到位置控制突起21f與凸面11a2相接合的點(diǎn)，可旋轉(zhuǎn)鏡頭架21通過扭簧23的彈力繞偏心樞軸20c旋轉(zhuǎn)，而將裝在圓柱形鏡頭支座部分21a內(nèi)的第二鏡頭組L2移動(dòng)鏡頭組到光軸Z1上。當(dāng)?shù)诙R頭組L2通過扭簧23的彈力移動(dòng)到光軸Z1上時(shí)，圓柱形鏡頭支座部分21a的位置由制動(dòng)突起20d和與之接合的凸塊21d的接合來確定。此時(shí)，第二鏡頭組L2的光軸與光軸Z1重合。當(dāng)?shù)诙R頭組L2在光軸Z1上的準(zhǔn)備照相狀態(tài)下的照相位置時(shí)，位置控制突起21f與凸面11a2脫開，位于凸面11a2的前面。
相反，當(dāng)?shù)诙R頭組L2在光軸Z1上的準(zhǔn)備照相狀態(tài)下的照相位置處，如果可旋轉(zhuǎn)鏡頭架21沿光軸Z2向后移動(dòng)，首先位置控制突起21f與凸面11a2接合，隨后可旋轉(zhuǎn)鏡頭架21繞偏心樞軸20c旋轉(zhuǎn)，這樣，通過位置控制突起21f與凸面11a2的接合，第二鏡頭組L2從光軸Z1上的一個(gè)位置移動(dòng)到偏心光軸Z1’上的一個(gè)位置(移動(dòng)位置)。在該位置，第二鏡頭組L2處于偏心光軸Z1’上的移動(dòng)位置，圓柱形擺動(dòng)部分21c部分地位于切除部分20f內(nèi)。此時(shí)，偏心光軸Z1’位于第二鏡頭組支撐架20和凸輪環(huán)18的內(nèi)周邊內(nèi)。換句話說，盡管圓柱形擺動(dòng)部分21c部分位于切除部分20f內(nèi)，且偏心光軸Z1’位于第二鏡頭組支撐架20內(nèi)，偏心光軸Z1’定位成得使圓柱形擺動(dòng)部分21c不會(huì)與旋轉(zhuǎn)元件，比如凸輪環(huán)18相干涉。
下面將討論設(shè)有上述結(jié)構(gòu)的可伸縮變焦距鏡頭10的操作。當(dāng)可伸縮變焦距鏡頭10位于圖2和圖3B所示的完全收縮狀態(tài)時(shí)，沿軸作用的外筒16、沿軸作用的內(nèi)筒17、凸輪環(huán)18以及沿軸作用的導(dǎo)向環(huán)19都完全裝在前外框架13的開口13a中。在該狀態(tài)下，數(shù)碼相機(jī)的主開關(guān)MS(見圖1)一開啟，旋轉(zhuǎn)環(huán)14通過傳動(dòng)齒輪15的正向旋轉(zhuǎn)而被驅(qū)動(dòng)，以預(yù)定的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，使沿軸作用的外筒16、沿軸作用的內(nèi)筒17從開口13a向前延伸出預(yù)定的旋轉(zhuǎn)角度，這樣，可伸縮變焦距鏡頭10就從完全收縮狀態(tài)變化到最大廣角的準(zhǔn)備照相狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)環(huán)14的轉(zhuǎn)動(dòng)被傳遞給凸輪環(huán)18，這樣凸輪環(huán)18通過一組從動(dòng)銷18b和一組凸輪通槽12c的接合，向前到達(dá)最大延伸位置。在凸輪環(huán)18移動(dòng)到最前端的過程中，沿軸作用的外筒16、沿軸作用的內(nèi)筒17、凸輪環(huán)18以及沿軸作用的導(dǎo)向環(huán)19從開口13a向前伸出來。隨后，沿軸作用的導(dǎo)向環(huán)19和沿軸作用的外筒16與凸輪環(huán)18一起向前移動(dòng)，同時(shí)沿軸作用的內(nèi)筒17和第二鏡頭組支撐架20都向前移動(dòng)到最大廣角的照相位置。然后，當(dāng)?shù)诙R頭組支撐架20向前移動(dòng)到最大廣角的照相位置時(shí)，位置控制突起21f向前，同時(shí)在移動(dòng)位置保持表面11a1上滑動(dòng)，而從移動(dòng)位置保持表面11a1移動(dòng)到凸面11a2。一旦位置控制突起21f從移動(dòng)位置保持表面11a1移動(dòng)到凸面11a2，可旋轉(zhuǎn)鏡頭架21就通過扭簧23的彈力沿一方向繞偏心樞軸20c旋轉(zhuǎn)，移動(dòng)第二鏡頭組L2直到制動(dòng)突起20d靠在與之接合的凸塊21d上。在該位置第二鏡頭組L2的光軸與光軸Z1重合。如圖1和圖3A所示，制動(dòng)突起20d與凸塊21d接合的位置處于最大廣角的準(zhǔn)備照相狀態(tài)。
在最大廣角的準(zhǔn)備照相狀態(tài)，如果變焦開關(guān)ZS(見圖1)是以手動(dòng)操作來驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)齒輪15的話，凸輪環(huán)18繞旋轉(zhuǎn)軸線Z2在固定位置旋轉(zhuǎn)，而不沿旋轉(zhuǎn)軸線Z2(光軸Z1)移動(dòng)。凸輪環(huán)18的旋轉(zhuǎn)使第二鏡頭組支撐架20和沿軸作用的內(nèi)筒17分別根據(jù)兩組凸輪槽18c和18d的輪廓，以預(yù)定的運(yùn)動(dòng)方式沿旋轉(zhuǎn)軸線Z2(光軸Z1)移動(dòng)。由于第二鏡頭組支撐架20帶著可旋轉(zhuǎn)鏡頭架21，而第一鏡頭組L1由沿軸作用的內(nèi)筒17支撐，變焦操作通過第一和第二鏡頭組L1和L2沿光軸Z1的移動(dòng)來進(jìn)行。調(diào)焦操作根據(jù)物距通過沿光軸Z1驅(qū)動(dòng)第三鏡頭組L3來進(jìn)行。
數(shù)碼相機(jī)的主開關(guān)MS一關(guān)，傳動(dòng)齒輪15就被反向驅(qū)動(dòng)以使凸輪環(huán)18向后移動(dòng)離開最大廣角位置。在凸輪環(huán)18向后移動(dòng)的過程中，由于一組凸輪槽18c與一組從動(dòng)凸塊20a接合以及一組凸輪槽18d和一組從動(dòng)銷17a的接合，第二鏡頭組支撐架20和沿軸作用的內(nèi)筒17沿旋轉(zhuǎn)軸線Z2向后移動(dòng)。第二鏡頭組支撐架20的向后運(yùn)動(dòng)首先使可旋轉(zhuǎn)鏡頭架21的位置控制突起21f與位置控制凸輪桿11a的凸面11a2接觸，隨后通過位置控制突起21f與凸面11a2的接合使可旋轉(zhuǎn)鏡頭架21繞偏心樞軸20c旋轉(zhuǎn)，這樣使第二鏡頭組L2從光軸Z1縮回來。然后，位置控制突起21f從凸面11a2移動(dòng)到移動(dòng)位置保持表面11a1上，以在移動(dòng)位置固定第二鏡頭組L2。接著，在第二鏡頭組L2移動(dòng)到偏心光軸Z1’上的位置后，凸輪環(huán)18繼續(xù)向后移動(dòng)，而支撐第一鏡頭組L1的沿軸作用的內(nèi)筒17由于一組凸輪槽18c和一組從動(dòng)凸塊20a的接合而向后移動(dòng)。同時(shí)，由于一組凸輪槽18d與一組從動(dòng)銷17a的接合，第二鏡頭組支撐架20向后移動(dòng)，而位置控制突起21f向后移動(dòng)，同時(shí)保持與移動(dòng)位置保持表面11a1的接合(也就是說同時(shí)將第二鏡頭組L2固定在偏心光軸Z1’上)，使可伸縮變焦距鏡頭10處于圖2和圖3B所示的完全收縮狀態(tài)。
此處描述的本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了一個(gè)明顯的變化，這種修改在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍和精神內(nèi)。此處所描述的所有內(nèi)容是說明性的，并不限制本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明的基本原則在于一組光學(xué)元件中的一個(gè)被從這組光學(xué)元件的光軸上的一個(gè)位置移動(dòng)到光軸外的不同位置上，這個(gè)移動(dòng)元件和至少一個(gè)該組光學(xué)元件中的一個(gè)余下的元件沿光軸向后移動(dòng)，目的在于從起始時(shí)刻處于單一光軸的準(zhǔn)備照相狀態(tài)收縮該多個(gè)光學(xué)元件。因此，只要結(jié)構(gòu)符合這種設(shè)計(jì)原則，本發(fā)明的可伸縮鏡頭系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不僅限于上面描述的實(shí)施例。
比如，在第二個(gè)實(shí)施例中，如圖11所示，當(dāng)可伸縮變焦鏡頭10處于完全收縮的狀態(tài)時(shí)，除了第二個(gè)鏡頭組，第一個(gè)鏡頭組L1也可從光軸Z1移開，以便第一個(gè)鏡頭組L1徑向地移動(dòng)到偏心軸(可移去元件光軸)Z”，且第二個(gè)鏡頭組L2徑向地移到到偏心光軸Z1’。在第二個(gè)實(shí)施例中，由于所有第一到第三個(gè)鏡頭組L1，L2和L3都被定位成在沿光軸方向的相同位置交疊，處于完全收縮狀態(tài)的可伸縮變焦鏡頭10的長度(光軸方向的厚度)甚至可進(jìn)一步變短。
而且，從光軸Z1移開鏡頭組的方法(徑向)可以與第一個(gè)實(shí)施例不同。比如，在如圖13所示的第三個(gè)實(shí)施例中，已從光軸Z1移開的第二個(gè)鏡頭組L2的光軸Z1’在垂直于光軸Z1的方向上延伸。另外，在如圖14所示的第四個(gè)實(shí)施例中，已從光軸Z1移開的第二個(gè)鏡頭組L2的光軸Z1’沿向光軸Z1傾斜的方向延伸。換句話就是，在本發(fā)明中，從光軸Z1移開的光學(xué)元件的光軸Z1’可以沿平行于光軸Z1的方向延伸，也可以沿向光軸Z1傾斜的方向延伸。
而且，在本發(fā)明中，當(dāng)從光軸Z1移開時(shí)，光學(xué)元件移動(dòng)的徑向的方向可為任何所需的方向。比如，如圖14和15所示的一個(gè)長方形相機(jī)40，它有本發(fā)明的可伸縮變焦鏡頭10。在圖14中，鏡頭組具有最小鏡頭直徑的第二個(gè)鏡頭組L2沿正上方的方向移動(dòng)。在圖15中，第二個(gè)鏡頭組L2具有最小鏡頭直徑的第二個(gè)鏡頭組L2沿向上的對(duì)角線方向移動(dòng)，且有最大鏡頭直徑的第一個(gè)鏡頭組L1從上方看被水平向左移到。本發(fā)明并不局限于圖14和15中的例子，且當(dāng)光學(xué)元件從光軸Z1移開時(shí)光學(xué)元件和移動(dòng)方向的組合(數(shù)量)并不局限于此。
但是，第二個(gè)鏡頭組L2是光學(xué)攝影系統(tǒng)所有光學(xué)元件中的一個(gè)，它從可伸縮變焦鏡頭的上述實(shí)施例中的光軸上的一個(gè)位置移開，但是其他一個(gè)或更多光學(xué)元件，比如，光圈快門S和低通過濾器F可以與上述可伸縮鏡頭系統(tǒng)的實(shí)施例的第二個(gè)鏡頭組L2相同的方式構(gòu)成該可移動(dòng)光學(xué)元件。
雖然可伸縮鏡頭系統(tǒng)上述實(shí)施例是一個(gè)變焦鏡頭，本發(fā)明也應(yīng)用到可伸縮式定焦點(diǎn)鏡頭。
權(quán)利要求
1.一種可伸縮鏡頭系統(tǒng)，設(shè)有多個(gè)光學(xué)元件；其特征在于，當(dāng)所述可伸縮鏡頭系統(tǒng)處在準(zhǔn)備照相的位置時(shí)，所述所有的多個(gè)光學(xué)元件位于一個(gè)共同的光軸上以構(gòu)成一個(gè)光學(xué)攝影系統(tǒng)；以及當(dāng)所述可伸縮鏡頭系統(tǒng)處于收縮位置時(shí)，所述多個(gè)光學(xué)元件中至少一個(gè)可移動(dòng)元件被移到位于共同光軸外側(cè)的移動(dòng)位置，且所述可移動(dòng)元件和所述多個(gè)光學(xué)元件中的余下的光學(xué)元件中的至少一個(gè)被分別后移。
2.如根據(jù)權(quán)利要求1所述的可伸縮鏡頭系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述可伸縮鏡頭系統(tǒng)處于收縮位置時(shí)，所述可移動(dòng)元件位于所述多個(gè)光學(xué)元件中的余下的元件中的至少一個(gè)相對(duì)于所述共同光軸的外側(cè)。
3.如根據(jù)權(quán)利要求1所述的可伸縮鏡頭系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述可伸縮鏡頭系統(tǒng)移動(dòng)到所述收縮位置時(shí)，在所述可移動(dòng)元件被移到所述移動(dòng)位置后，其向后平行于所述光軸移動(dòng)。
4.如根據(jù)權(quán)利要求1所述的可伸縮鏡頭系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述可伸縮鏡頭系統(tǒng)位于所述收縮位置時(shí)，所述光學(xué)元件中的可移動(dòng)元件的光軸平行于共同光軸。
5.如根據(jù)權(quán)利要求1所述的可伸縮鏡頭系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)元件包括多個(gè)所述可移動(dòng)元件。
6.如根據(jù)權(quán)利要求5所述的可伸縮鏡頭系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)可移動(dòng)元件中的每一個(gè)沿不同的方向從所述共同光軸分別移動(dòng)到所述移動(dòng)位置。
7.如根據(jù)權(quán)利要求1所述的可伸縮鏡頭系統(tǒng)，其特征在于，用于沿著所述共同的光軸移動(dòng)所述多個(gè)光學(xué)元件中至少一個(gè)的旋轉(zhuǎn)元件的旋轉(zhuǎn)軸與所述光學(xué)攝影系統(tǒng)的所述共同光軸偏心。
8.如根據(jù)權(quán)利要求7所述的可伸縮鏡頭系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述鏡頭系統(tǒng)處于收縮位置時(shí)，所述光學(xué)元件中的可移動(dòng)元件位于所述旋轉(zhuǎn)元件周緣的內(nèi)部。
9.如根據(jù)權(quán)利要求7所述的可伸縮鏡頭系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)元件由一個(gè)凸輪環(huán)構(gòu)成。
10.如根據(jù)權(quán)利要求1所述的可伸縮鏡頭系統(tǒng)，其特征在于，所述鏡頭裝在照相機(jī)內(nèi)。
11.如根據(jù)權(quán)利要求10所述的可伸縮鏡頭系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述相機(jī)的主開關(guān)關(guān)閉時(shí)，所述可伸縮鏡頭系統(tǒng)移到所述收縮位置。
12.一個(gè)伸縮可伸縮鏡頭系統(tǒng)的方法，該鏡頭系統(tǒng)具有多個(gè)光學(xué)元件，其中，當(dāng)所述鏡頭系統(tǒng)處于一個(gè)準(zhǔn)備照相位置時(shí)，所有多個(gè)光學(xué)元件位于一個(gè)共同光軸上，以構(gòu)成一個(gè)光學(xué)攝影系統(tǒng)，所述方法包含沿徑向?qū)⑺龆鄠€(gè)光學(xué)元件中的至少一個(gè)移動(dòng)到所述共同光軸外側(cè)的移動(dòng)位置；所述光學(xué)元件的可移動(dòng)元件在被移到所述移動(dòng)位置后，向后收縮；以及沿共同光軸收縮所述多個(gè)光學(xué)元件的余下元件中的至少一個(gè)。
13.如權(quán)利要求12所述的伸縮可伸縮鏡頭系統(tǒng)的方法，其特征在于，當(dāng)所述可伸縮鏡頭系統(tǒng)處于收縮位置時(shí)，相對(duì)于所述共同光軸，所述可移動(dòng)元件定位在所述多個(gè)光學(xué)元件的余下元件中的至少一個(gè)的外側(cè)。
14.如權(quán)利要求12伸縮可伸縮鏡頭系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述可移動(dòng)元件在被移到所述移動(dòng)位置后，平行于所述共同光軸向后移動(dòng)。
15.如權(quán)利要求12所述的伸縮可伸縮鏡頭系統(tǒng)的方法，其特征在于，當(dāng)所述可伸縮鏡頭系統(tǒng)處于所述收縮位置時(shí)，所述光學(xué)元件的可移動(dòng)元件的光軸平行于所述共同光軸。
16.一個(gè)具有多個(gè)鏡頭組的可伸縮變焦距鏡頭系統(tǒng)，其特征在于，所述鏡頭組的至少一部分沿著光軸被連續(xù)地移動(dòng)以改變焦距；其中，所述多個(gè)鏡頭組中的至少一個(gè)徑向可移動(dòng)鏡頭組徑向地從所述多個(gè)鏡頭組中移開，從而當(dāng)可伸縮變焦距鏡頭處于收縮位置時(shí)，所述徑向可移動(dòng)鏡頭組和所述多個(gè)鏡頭組中余下的鏡頭組中的至少一組定位成在所述光軸方向上的相同位置范圍重疊。
17.如權(quán)利要求16所述的可伸縮變焦距鏡頭系統(tǒng)，其特征在于，所述徑向可移動(dòng)鏡頭組的直徑在所述鏡頭組中是最小的。
18.如權(quán)利要求16所述可伸縮變焦距鏡頭系統(tǒng)，其特征在于，還包含一個(gè)有孔的可調(diào)整光圈，其直徑是可變的；其中所述可調(diào)整光圈位于所述多個(gè)鏡頭組中兩相鄰的鏡頭組之間；以及其中當(dāng)所述變焦距鏡頭系統(tǒng)處于使用位置時(shí)，所述徑向可移動(dòng)鏡頭組在所述可調(diào)整光圈的后面。
19.如權(quán)利要求18所述可伸縮變焦距鏡頭系統(tǒng)，其特征在于，所述可調(diào)整光圈用作光圈快門。
20.如權(quán)利要求16所述可伸縮變焦距鏡頭系統(tǒng)，其特征在于，還包含一個(gè)帶有孔的可調(diào)整光圈，光圈直徑是可變的；其中所述可調(diào)整光圈位于所述多個(gè)鏡頭組中兩相鄰的鏡頭組之間；以及其中當(dāng)所述變焦距鏡頭系統(tǒng)處在準(zhǔn)備照相的位置時(shí)，所述徑向可移動(dòng)鏡頭組的位置最靠近所有多個(gè)鏡頭組中所述可調(diào)整光圈。
21.如權(quán)利要求20所述的可伸縮變焦距鏡頭系統(tǒng)，其特征在于，所述可調(diào)整光圈用作光圈快門。
22.如權(quán)利要求16所述可伸縮變焦距鏡頭系統(tǒng)，其特征在于，所述徑向可移動(dòng)鏡頭組位于所述多個(gè)鏡頭組中最前面鏡頭的后面的位置。
全文摘要
一種包括多個(gè)光學(xué)元件的可伸縮鏡頭系統(tǒng)。當(dāng)可伸縮鏡頭被使用時(shí)，所有的光學(xué)元件被定位于一個(gè)公共光軸。多個(gè)光學(xué)元件中的一個(gè)可移動(dòng)元件被移到共同光軸外側(cè)的移動(dòng)位置，且當(dāng)該可伸縮鏡頭系統(tǒng)處于收縮位置時(shí)，該可移動(dòng)元件和多個(gè)光學(xué)元件中余下元件中至少一個(gè)被分別向后移。
文檔編號(hào)G03B17/00GK1439929SQ03106208
公開日2003年9月3日 申請(qǐng)日期2003年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月21日
發(fā)明者野村博, 佐佐木啟光 申請(qǐng)人:賓得株式會(huì)社