变焦透镜系统和装有这种透镜系统的照相机的制作方法

专利名称：变焦透镜系统和装有这种透镜系统的照相机的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于移动式手机等设备的照相机组件和照相机。更特别的是，本发明涉及一种用于上述照相机组件和照相机进行变焦的变焦单元。
背景技术：
变焦单元通常包括至少两种透镜，即用于改变变焦单元放大倍数的放大改变透镜和用于控制焦点位置的调焦透镜。为了变焦，这些透镜需要单独移动。应当注意的是，本说明书中使用的技术术语“放大改变透镜”和“调焦透镜”均包括具有多个透镜元件的透镜系统。
通常，焦点位置随物距而改变。也就是说，用于拍摄位于无限远处物体的焦点位置与用于拍摄位于近处物体的焦点位置不同。为了补偿焦点位置的变化，同样需要移动放大改变透镜和调焦(焦距调节)透镜。
图3(a)和3(b)示出了固定透镜10、放大改变透镜12、调焦透镜14和光接收IC16之间的位置关系。图3(a)示出了变焦放大倍数为2倍且物体位于无限远处时的位置关系。图3(b)示出了变焦放大倍数同样为2倍而物体位于近处(例如，30cm)时的位置关系。附图标记18表示外壳(透镜镜筒)。
如图3(a)和3(b)所示，即使在放大倍数相同时，为了使焦点位置与光接收IC16的光接收表面重合，也需要根据变焦单元和物体之间的距离在位置a和位置b之间移动调焦透镜14的位置。
图4示出了改变放大倍数时各透镜的位置。
图4中，附图标记22表示放大倍数变为1倍、2倍和3倍时固定透镜10的位置。附图标记24表示当放大倍数按上述方式变化时改变的放大改变透镜12的位置。附图标记26和28表示调焦透镜14随放大倍数按上述方式改变的变化位置。如图所示，当放大改变透镜12通过透镜位置24的改变进而改变放大倍数时，移动调焦透镜14以便采用相对透镜位置24唯一确定的透镜位置26。可是当物体位于无限远处时，调焦透镜14需要采用附图标记28示出的位置。当物体位于近处时，如10cm时，调焦透镜14需要采用附图标记26示出的位置。
因此，变焦单元需要用于使放大改变透镜移动的致动器以及用于使调焦透镜的位置移动的致动器。
图5为示出了传统变焦单元的示意图。
变焦单元包括置于透镜镜筒18的光轴L上的固定透镜10、放大改变透镜12、调焦透镜14和光接收IC16。第一致动器34使支撑放大改变透镜12的部件30移动，而第二致动器36使支撑调焦透镜14的部件32移动。
但是，出于实现紧凑变焦单元的考虑，希望使致动器的数量最小化。而且，致动器是需要精密移动的设备以及使用昂贵的设备。出于节约成本的考虑，也希望致动器的数量最小化。
同时，最近已发展了一项值得注意的技术。
那就是，提出了一种新型透镜——“液晶透镜”，其中将透镜功能赋予由一对相对的平板形基板形成的液晶单元(例如，参见日本专利申请未审公开号平6-130351)。
还提出了能够快速调节焦距和对入射光具有高透射率的一种衍射型液晶透镜和一种多焦点衍射型液晶透镜(例如，参见日本专利申请未审公开号平2002-357804)。
皇家飞利浦电子公司于2004年3月3日发布了一种紧凑的变焦距液体透镜。
本发明是通过使用上述能够快速调节焦距的液晶透镜或液体透镜实现一种紧凑的变焦单元。

发明内容
因此，本申请的一个目的是解决传统变焦透镜系统中的上述问题，即由于需要至少两个致动器，很难实现尺寸减小和不期望的成本增加的问题。
本申请提供一种具有一个光轴的变焦透镜系统。该变焦透镜系统包括对准在该光轴上的放大改变透镜和调焦透镜。液晶透镜或液体透镜之一与放大改变透镜和调焦透镜相对齐地设置在该光轴上。该变焦透镜系统还包括致动器和与该致动器以及放大改变透镜和调焦透镜驱动连接的动力传动装置。致动器驱动动力传动装置以沿该变焦透镜系统的光轴单独移动放大改变透镜和调焦透镜。驱动器，其给液晶透镜和液体透镜中之一施加电压以改变其折射率。在该变焦透镜系统中，致动器改变变焦透镜系统的放大倍数，而驱动器调节给液晶透镜和液体透镜之一施加的电压，从而精确地调节该变焦透镜系统的焦点位置。
该动力传动装置可以是一个凸轮机构。
此外，本发明还提供一种装有上述变焦透镜系统的照相机。
本发明的变焦透镜系统只需要一个致动器。因此，能减小变焦透镜系统以及装有这种系统的照相机或照相机组件的体积并降低成本，还能促进这些产品生产的简化。
根据以下本发明所示实施例的详细描述，使得本发明的其他目的和优点变得更清楚。


图1是示出了本发明的变焦透镜系统中按照可变焦距比进行改变的每个透镜位置的图表；图2是说明本发明的变焦透镜系统设置的示意图；图3a是说明当物体位于无限远处时从变焦透镜系统到物体的距离与变焦透镜系统中各透镜的位置之间关系的图表；图3b是说明当物体处于近处时从变焦透镜系统到物体的距离与变焦透镜系统中各透镜的位置之间关系的图表；图4是示出了传统变焦透镜系统中各透镜的位置按照变焦放大倍数和变焦透镜系统到物体的距离而改变的图表；图5是示出了传统变焦透镜系统设置的示意图。
具体实施例方式
下面将参照图1和图2说明依据本发明的变焦单元的一个实施例。
图2是示出了依据本发明的变焦透镜系统的示意图。
该变焦单元包括透镜镜筒18。沿透镜镜筒18的光轴L设置的液晶透镜40、固定透镜10、放大改变透镜12、调焦透镜14和光接收IC16。该变焦单元还包括放大改变透镜支撑部件43、变焦透镜支持部件42、致动器44、凸轮机构45和液晶透镜驱动器46。该凸轮机构45设置于致动器44和支持部组件42、43之间，以根据致动器44的驱动力将支持部件42、43移动到光轴L上的各自预定位置。液晶透镜40的位置不必限制在固定透镜10之前的位置。液晶透镜40可以位于固定透镜10、放大改变透镜12、调焦透镜14和光接收IC16中任意一对相邻部件之间(位置20处)。
图1示出了当本发明的变焦单元的放大倍数从1倍变化到3倍时，液晶透镜40的位置50、固定透镜10的位置52、放大改变透镜12的位置54和变焦透镜14的位置56之间的关系。
也就是说，本发明的变焦单元中，凸轮机构45相对于放大改变透镜12沿光轴L的移动位置54就能确定调焦透镜14在光轴L上的位置56。
当变焦单元的放大倍数确定后，焦点位置与光接收IC16的光接收表面20大致重合。但是，为了在光接收表面20上更精确地定位焦点，必须根据变焦单元与物体之间的距离作适当修正。在本发明的变焦单元中，通过使用液晶透镜40，而非象上述传统变焦单元那样通过移动调焦透镜14来实行焦点位置的修正。借助液晶透镜对焦点位置的调节范围相对较小。但是足够用来补偿由从近距离成像位置到无限远成像位置变化引起的焦点位置的移动。
更特别的是，在本发明的变焦单元中，借助致动器44使得放大改变透镜12和调焦透镜14沿光轴L移动以实现位置调节，从而获得所需的放大倍数并实行焦点位置的粗调。此外，高速控制液晶透镜40以实现焦点位置的精确调节。在焦点位置的调节过程中，可根据放大改变透镜12的位置借助凸轮机构45唯一确定调焦透镜14的位置。调焦透镜14和放大改变透镜12之间的相对位置关系由这些透镜的特性决定。
需要注意的是，是否将光接收IC16和液晶透镜驱动器46设置于透镜镜筒18之内或之外仅是设计的问题。
虽然，作为示例上述实施例使用了液晶透镜，但也可以使用液体透镜构成具有上述功能的变焦单元。在前面的实施例中，调焦透镜14和放大改变透镜12之间的相对位置关系由凸轮机构45确定。但是，本领域的技术人员应当清楚，确定上述相对位置关系的装置不必限制为凸轮机构。
如上所述，本发明的变焦单元使用了液晶透镜或液体透镜，从而相比于需要至少两个致动装置的传统变焦单元，将所需的致动器数量减至一个。因此，本发明具有显著的有益效果。
因为仅使用一个致动器构成变焦单元，从而可以实现紧凑的调焦单元、降低成本并提高装配简便性。
同样能减小使用上述变焦单元的照相机的体积和成本。
需要注意的是，本发明不必限制于上述实施例，可以在不悖离本发明要旨的情况下以多种方式进行修改。
权利要求
1.一种具有光轴的变焦透镜系统，包括对准于所述光轴上的放大改变透镜和调焦透镜；与所述光轴上所述放大改变透镜和所述调焦透镜相对齐的液晶透镜和液体透镜中的一个；致动器；与所述致动器以及上述放大改变透镜和所述调焦透镜驱动连接的动力传动装置，所述动力传动装置由所述致动器驱动以便沿所述变焦透镜系统的光轴单独移动所述放大改变透镜和所述调焦透镜；以及给所述液晶透镜和液体透镜之一施加电压以改变其折射率的驱动器；其中，所述致动器改变所述变焦透镜系统的放大倍数，所述驱动器调节给所述液晶透镜或液体透镜之一施加的电压，从而精确调节所述变焦透镜系统的焦点位置。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于所述动力传动装置是凸轮机构。
3.一种装有根据权利要求1或2所述的变焦透镜系统的照相机。
全文摘要
一种使用一个致动器能够恰当地改变变焦放大倍数的变焦透镜系统，包括对准于光轴上的放大改变透镜和调焦透镜，液晶透镜，沿光轴使放大改变透镜和调焦透镜移动的致动器，设置于致动器与放大改变透镜和调焦透镜之间的凸轮机构，和给液晶透镜施加电压以改变其折射率的驱动器。凸轮机构由致动器驱动以沿变焦透镜系统的光轴单独地使放大改变透镜和调焦透镜移动，从而改变变焦放大倍数。驱动器调节给液晶透镜施加的电压以实现焦点位置的精确调节。
文档编号G03B17/00GK1818737SQ20061005998
公开日2006年8月16日 申请日期2006年1月24日 优先权日2005年1月24日
发明者萱沼安昭 申请人:株式会社西铁城电子