CN101140351B - 用于摄影设备的光学模块以及具有此种模块的摄影设备 - Google Patents

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Abstract

用于摄影设备的光学模块包括：沿着面对摄影对象的第一光学轴线方向而布置的固定透镜组构件，布置在固定透镜组构件后方并经由反射入射的图像光而顺着与第一光学轴线方向垂直的第二光学轴线方向输出图像光的反射构件。该光学模块还包括：第一与第二透镜组，以及提供动力以便改变第一与第二透镜组构件之间距离的变焦电动机。因此，光学模块具有高效率构成的结构。

Description

用于摄影设备的光学模块以及具有此种模块的摄影设备
本申请书所要求的，是2006年9月4日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2006-0084846号(Korean Patent Application No.10-2006-0084846)的权益，该申请的公开文件全部在此作为参考。
技术领域
本发明涉及用于摄影设备的光学模块。更具体地说，本发明涉及结构简单、构造效率高的摄影设备所用的光学模块。
背景技术
人们广泛使用摄影设备例如数字式静照相机和数字式摄像机。这些类型的摄影设备一般包括具有透镜装置的光学***、布置在透镜装置一个侧边的成像装置、处理来自成像装置的电信号的图象处理组件以及存储已摄取图像的存储器。
在操作摄影设备的过程中，当摄影者摄取某个对象时，穿过透镜装置的该对象的图像光，入射到成像装置例如电荷耦合器件(CCD)上。成像装置把入射的图像光转换成电图像信号。图像处理组件处理图像信号。存储器存储已摄取的图像。因此，摄影就完成了。
为了方便用户，采用变焦透镜光学***以便以广角或变焦摄取遥远目标中的对象。变焦透镜光学***具有机械结构，用于改变构成为变焦透镜光学***的变焦透镜组之间的距离，从而执行倍增变化功能。
在常规的变焦透镜光学***中，形成于筒状镜头套上的立体凸轮(三维凸轮)，一般是配置为机械结构以改变变焦透镜组之间的距离。然而，立体凸轮难以制造，而且组装起来耗费时间，成本又高。另外，常规的***通常包括一种结构，在变焦操作时，变焦透镜组在该结构中沿着镜头套里的立体凸轮移动。因此，能让变焦电动机(zoommotor)和聚焦电动机(focusing motor)围着立体凸轮布置的位置受到限制，因而难以有效地利用镜头套中的空间，并增大整个光学模块的尺寸。
发明内容
本发明的一个实施例提供了一种光学模块，其用于具有简单而有效构造的摄影设备。该光学模块包括：沿着面对拍摄对象的第一光学轴线方向布置的固定透镜组构件；布置在固定透镜组构件后方并通过反射入射的图像光而沿垂直于第一光学轴线方向的第二光学轴线方向输出图像光的反射构件；第一透镜组构件，其包含沿着第二光学轴线方向布置的第一透镜组，以及支承第一透镜组并具有第一导向凸出部的第一边缘组件。光学模块还包括：第二透镜组构件，其包含与第一透镜组分开而沿着第二光学轴线方向布置的第二透镜组，还包含支承第二透镜组并具有第二导向凸出部的第二边缘组件；以及提供动力以便改变第一与第二透镜组构件之间距离的变焦电动机。光学模块还包括：平面凸轮构件，其包含在一个边缘的一部分上形成而接受来自变焦电动机的动力的齿轮装置；第一凸轮槽，第一导向凸出部***该槽中滑动，从而移动第一透镜组构件；第二凸轮槽，第二导向凸出部***该槽中滑动，从而移动第二透镜组构件；以及框架，平面凸轮构件安装在其中。
第一和第二导向凸出部可以沿相同方向形成。快门可以安装在第二透镜组构件上，且光圈可以安装在第二透镜组构件上。
至少一个用于传送动力的动力传送齿轮可以安装在变焦电动机的轴与齿轮装置之间。动力传送齿轮可以包括由蜗轮、伞齿轮、正齿轮以及螺旋齿轮所构成的一组齿轮中所选用的一个齿轮。变焦电动机可以布置在相对于第一光学轴线方向而言的反射构件的后方。变焦电动机的轴可以沿垂直于第一及第二光学轴线方向的方向布置。
光学模块还可以包括至少一根与第二光学轴线方向平行的导向杆、形成于插在能够滑动的导向杆周围的第一边缘组件处的第一导向槽，以及形成于插在能够滑动的导向杆周围的第二边缘组件处的第二导向槽，以便引导第一及第二透镜组构件沿第二光学轴线方向移动。光学模块还可以包括至少一根与第二光学轴线方向平行的导向杆、形成于插在能够滑动的导向杆周围的第一边缘组件处的第一导向孔，以及形成于插在能够滑动的导向杆周围的第二边缘组件处的第二导向孔，以便引导第一及第二透镜组构件沿第二光学轴线方向移动。
第一凸轮槽可以是“U”形的。第二凸轮槽可以是具有预定曲率的弧形的。平面凸轮构件可以铰链结构安装在框架上，以便在变焦操作期间进行转动运动，或者平面凸轮构件可以用能够滑动的结构安装在框架上，以便在变焦操作期间进行滑动运动。与平面凸轮构件的平面垂直的方向可以面对所要拍摄的对象。协助变焦操作并由与变焦电动机分开的装置传送的第三透镜组构件，可以额外地布置在相对于第二光学轴线方向而言的第二透镜组构件的后方。
摄影装置可以包括上述光学模块。
附图说明
下面，参照附图，通过对本发明的推荐实施例进行详细说明，本发明的上述和其他性能及优点将更加清楚，在这些附图中：
图1是显示按照本发明一个实施例的布置在摄影设备中的光学模块的透视图；
图2是显示按照本发明一个实施例的光学模块的透视图；
图3是沿着图2中线段III-III截取的剖视图；
图4是按照本发明一个实施例的光学模块的透视图，该图中去除了框架；
图5是按照本发明一个实施例的光学模块的分解透视图；
图6是显示按照本发明一个实施例的光学模块中的变焦电动机、齿轮系以及平面凸轮构件的前视图；
图7是对应于图6的侧视图；
图8是显示处于广角模式中的按照本发明一个实施例的光学模块的视图；
图9是显示处于中间模式中的按照本发明一个实施例的光学模块的视图；
图10是显示处于远距离模式中的按照本发明一个实施例的光学模块的视图；
图11是显示按照本发明另一个实施例的光学模块中的变焦电动机、齿轮系以及平面凸轮构件的前视图；以及
图12是对应于图11的侧视图。
具体实施方式
图1是显示按照本发明一个实施例而布置在摄影设备中的光学模块的透视图。参看图1，符合本发明实施例的摄影设备10具有细长的结构，在该结构中，前表面S1的宽度大于侧表面S2的宽度。在摄影设备10的上表面上配置了快门开关11。摄影设备10的前表面S1上具有闪光灯12和辅助光组件13，后表面上具有液晶显示组件14。在摄影设备10的一个侧部配置了光学模块100。拍摄对象处于摄影设备10的前方。光学模块100拍摄该对象，并把该对象的图像光输入给内部成像装置。
参看图2、3、4及5，按照本发明一个实施例的摄影设备所用光学模块100包括第一透镜组构件110、第二透镜组构件120、变焦电动机130、平面凸轮(二维凸轮)的凸轮构件140、固定透镜组构件150、反射构件160，以及框架196。变焦操作是由第一透镜组构件110、第二透镜组构件120、变焦电动机130以及平面凸轮构件140实施的。在对变焦操作所做的说明中，第一光学轴线方向L1是指面对摄影对象的方向，第二光学轴线方向L2是指垂直于第一光学轴线并穿透第一透镜组111及第二透镜组121的方向。
第一透镜组构件110包括第一透镜组111和第一边缘组件112。第一透镜组111包括至少一个透镜，并沿着第二光学轴线方向L2而布置。第一边缘组件112围绕并支承第一透镜组111。在第一边缘组件112的一个侧部形成延长件112a。第一导向凸出部112b形成于延长件112a的末端部分上。根据本发明的一个实施例，虽然第一边缘组件112包括延长件112a，而且第一导向凸出部112b形成于延长件112a上，但是，第一边缘组件112可以不包括延长件112a，而且第一导向凸出部112b可以直接形成于第一边缘组件112上。
第一导向槽113a和第一导向孔113b形成于第一边缘组件112中。虽然第一导向槽113a和第一导向孔113b形成于第一边缘组件112中，但是，当在第一边缘组件112的第一导向孔113b位置上形成另一条第一导向槽而不是第一导向孔113b时，则该两条第一导向槽能够形成于第一边缘组件112中。还有，当在第一边缘组件112的第一导向槽113a的位置上形成另一个第一导向孔而不是第一导向槽113a时，则该两个第一导向孔只能形成于第一边缘组件112中。也就是说，由于第一导向槽113a或第一导向孔113b插在导向杆195周围以便执行沿着第二光学轴线方向L2引导第一边缘组件112的功能，第一导向槽113a或第一导向孔113b能被相容地布置。
第二透镜组构件120与第一透镜组构件110分离开而沿着第二光学轴线方向L2布置。第二透镜组构件120包括第二透镜组121和第二边缘组件122。第二透镜组121包括至少一个透镜，并被沿着第二光学轴线方向L2而布置。第二边缘组件122围绕并支承第二透镜组121。在第二边缘组件122的一个侧部形成延长件122a。第二导向凸出部122b形成于延长件122a的末端部分上。虽然第二边缘组件122包括延长件122a，而且第二导向凸出部122b形成于延长件122a上，但是，第二边缘组件122可以不包括延长件122a，而且第二导向凸出部122b可以直接形成于第二边缘组件122上。
第二导向槽123a和第二导向孔123b形成于第二边缘组件122中。虽然第二导向槽123a和第二导向孔123b形成于第二边缘组件122中，但是，当在第二边缘组件122的第二导向孔123b位置上形成另一条第二导向槽而不是第二导向孔123b时，则该两条第二导向槽能够形成于第二边缘组件122中。还有，当在第二边缘组件122的第二导向槽123a位置上形成另一个第二导向孔而不是第二导向槽123a时，则该两个第二导向孔能够形成于第二边缘组件122中。也就是说，由于第二导向槽123a或第二导向孔123b插在导向杆195周围以便执行沿着第二光学轴线方向L2引导第二边缘组件122的功能，第二导向槽123a或第二导向孔123b能被相容地布置。
变焦电动机130布置在反射构件160附近，而且变焦电动机130提供动力以便改变第一透镜组构件110与第二透镜组构件120之间的距离。变焦电动机130被布置在相对于第一光学轴线方向L1而言的反射构件160附近，且变焦电动机130的轴130a被布置成垂直于第一和第二光学轴线方向L1和L2。另外，变焦电动机130的直径的尺寸，小于下文将要说明的固定透镜组构件150的高度。变焦电动机130的尺寸和排列结构能使光学模块100的体积最小化，这样能够有效地利用空间。
平面凸轮构件140具有平板结构。齿轮机构141形成于平面凸轮构件140的边缘部分的一个侧部上，且第一凸轮槽142和第二凸轮槽143形成于该构件的中央部分上。转动中心孔144形成于第二凸轮槽143周围。由于平面凸轮构件140的平面被布置成垂直地面对所要拍摄的对象，所以，能使光学模块100的体积最小化。
齿轮机构141具有预定的节距圆(pitch circle)，并且是渐开线齿形状的。齿轮机构141的长度由设计师根据平面凸轮构件140的可转动角度而大致确定。
在这个例子中，齿轮机构141具有预定的节距圆，并且是渐开线齿形状的，但是，齿轮机构141的形状或形成于齿轮机构141上的齿的形状可以是任何适宜形状的。换言之，齿轮机构141被成形而接受来自变焦电动机130的动力，以便使平面凸轮构件140做转动运动。例如，齿轮机构可以是齿条形状或摆线齿形状的。
在这个例子中，第一凸轮槽142是U形形状的，从而第一导向凸出部112b被***该槽中而滑动。第二凸轮槽143是具有预定曲率的弧形的，从而第二导向凸出部122b被***该槽中而滑动，但也充分的是，当第一透镜组构件110与第二透镜组构件120之间的距离随着平面凸轮构件140的转动而改变时，第一和第二凸轮槽142和143被形成为执行必要的变焦操作。第一和第二凸轮槽142和143并非特殊形状的。也就是说，设计师确定进行变焦操作所需要的第一与第二透镜组构件110和120之间距离的变化量，并根据距离的变化量而确定第一和第二凸轮槽142和143的曲度和形状。
旋转中心孔144处于平面凸轮构件140的旋转中心位置上。也就是说，由框架196的固定销196a所充当的铰链连接件***在旋转中心孔144中，从而使平面凸轮构件140围绕旋转中心孔144的位置而转动。
如图2、3及4所示，固定透镜组构件150被布置在按照本发明的光学模块100上方，也就是说，被沿着第一光学轴线方向L1而布置在第一透镜组构件110之上。还有，用于反射所拍摄的图像光使之向顺着第二光学轴线方向L2而布置的第一透镜组111行进的反射构件160，被布置在固定透镜组构件150后方。反射构件160由棱镜或反射镜所形成，并由于改变入射的图像光的角度而反射入射的图像光。
另外，执行快门及曝光量调节功能的快门与光圈组件170，被安装在第二透镜组构件120的上表面上，以便能够随着第二透镜组构件120而移动。第三透镜组构件180沿着第二光学轴线方向L2而布置在符合本实施例的光学模块100下方，也就是说，布置在第二透镜组构件120下方，且成像装置构件190被布置在第三透镜组构件180下方。
第三透镜组构件180包括第三透镜组181、第三边缘组件182以及第三透镜组驱动电动机183，并通过处理图像光而协助变焦操作。还有，第三透镜组构件180执行自动聚焦功能，并执行聚焦透镜组构件的功能。
根据这个例子，第三透镜组构件180在被驱动装置传输的同时协助变焦操作，而该驱动装置与第一及第二透镜组构件110及120所用的驱动装置分开。然而，只用第一和第二透镜组构件110和120，也可以实现变焦操作。
成像装置安装在成像装置构件190上。电荷耦合器件或互补金属氧化物半导体可用作成像装置，其他图像传感器也能用作该装置。导向杆195安装在框架196上而与第二光学轴线方向L2平行，而且，在本实施例中，对称地一左一右安装了两根导向杆195。导向杆195插在第一导向槽113a、第一导向孔113b、第二导向槽123a以及第二导向孔123b中，以便沿着第二光学轴线方向L2引导第一和第二透镜组构件110和120。
虽然在这个例子中说，导向杆195的数量是两根，但对于所能使用的导向杆195的数量，并无限制。例如，符合本发明的导向杆195的数量，可以是1根、3根或者4根，或者任何其他适宜的数量。
下面，参照图6和图7，说明动力从变焦电动机130传输到平面凸轮构件140的过程。图6是显示按照本发明一个实施例的光学模块中的变焦电动机、齿轮系以及平面凸轮的前视图。图7是对应于图6的侧视图。
蜗杆131插在变焦电动机130的轴130a周围。蜗轮132被布置成与蜗杆131啮合而垂直于变焦电动机130的轴130a的方向。第一伞齿轮133安装在蜗轮132的轴上。第二伞齿轮134与第一伞齿轮133啮合。第一正齿轮135安装在第二伞齿轮134的轴上。第二正齿轮136与第一正齿轮135啮合。第三正齿轮137与第二正齿轮136啮合。
另外，平面凸轮构件140的齿轮机构141与第三正齿轮137啮合，从而动力从变焦电动机130的轴130a传送给平面凸轮构件140的齿轮机构141。当动力传送给平面凸轮构件140时，平面凸轮构件140如图6所示围绕着旋转中心孔144以及固定销196a而转动。接着，第一导向凸出部112b与第二导向凸出部122b沿着第一与第二凸轮槽142和143滑动，从而使第一与第二透镜组构件110与120之间的距离改变，因此执行变焦操作。
下面参照图8至10，说明按照本发明一个实施例的光学模块的驱动操作情况。如上所述，图8是显示处于广角模式中的按照本发明一个实施例的光学模块的视图；图9是显示处于中间模式中的按照本发明一个实施例的光学模块的视图；图10是显示处于远距离模式中的按照本发明一个实施例的光学模块的视图。
当用户打开摄影设备10的开关时，启动操作就开始了。启动操作指的是，当变焦电动机130被驱动而顺时针转动第三正齿轮137时，与第三正齿轮137啮合的齿轮机构141逆时针转动，从而平面凸轮构件140也逆时针转动。当由于第一导向凸出部112b处于第一凸轮槽142的右上侧中的末端部分，且第二导向凸出部122b被移动到第二凸轮槽143的下末端部分，使第一与第二透镜组构件110与120之间的距离达到最大时，启动操作结束。光学模块100的位置状态与用广角拍摄对象时所用的广角极限(extremity)有关。
当用户想以窄角向对象推近而拍摄处于遥远位置上的对象时，就操作变焦开关(未显示)而驱动变焦电动机130，使第三正齿轮137逆时针转动。接着，与第三正齿轮137啮合的齿轮机构141被顺时针移动，从而使平面凸轮构件140顺时针转动。
在此情况下，如图9所示，第一导向凸出部112b被移动到第一凸轮槽142的左下侧，并经过第一凸轮槽142最下部处的曲线点。接着，如图10所示，第一导向凸出部112b被移动到第一凸轮槽142的左上侧，抵达该槽的左上末端。同时，第二导向凸出部122b沿着第二凸轮槽143攀升，抵达第二凸轮槽143的上末端部分。所以，当第一与第二导向凸出部112b与122b被如上所述那样移动时，第一与第二透镜组构件110与120之间的距离如图10所示那样达到最大。在这种情况下的光学模块的位置状态，与远距摄影的极限有关。
如上所述，根据按照上述本发明实施例而构造的光学模块100，其设计、制造以及组装都简化了，而且可以有效地利用空间。因此，细长型的摄影设备能被造出。
下面参照图11和12说明按照本发明另一实施例的平面凸轮构件的结构，主要是集中说明与上述实施例的不同之处。图11是显示符合本发明另一个实施例的光学模块中的变焦电动机、齿轮系以及平面凸轮构件的前视图；图12是对应于图11的侧视图。
蜗杆231插在变焦电动机230的轴230a的周围。蜗轮232被布置成与蜗杆231啮合而垂直于变焦电动机230的轴230a的方向。第一伞齿轮233安装在蜗轮232的轴上。第二伞齿轮234与第一伞齿轮233啮合。第一正齿轮235安装在第二伞齿轮234的轴上。第二正齿轮236与第一正齿轮235啮合。第三正齿轮237与第二正齿轮236啮合。
另外，平面凸轮构件240的齿轮机构241与第三正齿轮237啮合，从而动力从变焦电动机230的轴230a传送给平面凸轮构件240的齿轮机构241。在本实施例中，齿轮结构241由齿条实施。
当动力传送给平面凸轮构件240时，并不像上文所述平面凸轮构件140的转动操作那样，而是平面凸轮构件240顺着水平方向线性移动。接着，第一导向凸出部(未显示)与第二导向凸出部(未显示)分别被***第一与第二凸轮槽242与243中而沿着第一与第二凸轮槽242和243滑动，从而使第一与第二透镜组构件110与120之间的距离改变，因此执行变焦操作。
凸轮导向凸出部244形成于平面凸轮构件240上，插在形成于安装了光学模块的框架(未显示)中的水平导向槽(未显示)里，并执行顺着水平方向引导平面凸轮构件240运动的功能。就其他结构、操作以及效果而言，由于符合本实施例的光学模块基本上与符合前面所述实施例的光学模块的相同，所以，在此不再说明。
尽管已专门显示并参照附图说明了本发明，但专业人员都明白，只要不违背随附的权利要求书所限定的本发明的宗旨和范围，就可以在形式和细节上，加以各种各样的变动。

Claims (20)

1.用于摄影设备的一种光学模块，该光学模块包括：
沿着面对摄影对象的第一光学轴线方向布置的固定透镜组构件；
布置在固定透镜组件构件之后，通过反射入射的图像光而沿垂直于第一光学轴线方向的第二光学轴线方向输出图像光的反射构件；
第一透镜组构件，其包括沿着第二光学轴线方向布置的第一透镜组和支承第一透镜组并包括第一导向凸出部的第一边缘组件；
第二透镜组构件，其包括与第一透镜组分开而沿着第二光学轴线方向布置的第二透镜组和支承第二透镜组并包括第二导向凸出部的第二边缘组件；
用于提供动力以改变第一与第二透镜组构件之间距离的变焦电动机；
凸轮构件，其包括形成于所述凸轮构件的边缘的一部分上用于接受来自变焦电动机动力的齿轮机构、供第一导向凸出部***其中而滑动以便移动第一透镜组构件的第一凸轮槽，以及供第二导向凸出部***其中而滑动以便移动第二透镜组构件的第二凸轮槽；以及
安装了凸轮构件的框架。
2.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于：第一与第二导向凸出部沿相同方向形成。
3.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于：快门安装在第二透镜组构件上。
4.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于：光圈安装在第二透镜组构件上。
5.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于：至少一个传送动力的动力传送齿轮布置在变焦电动机的轴与齿轮机构之间。
6.如权利要求5所述的光学模块，其特征在于：动力传送齿轮包括至少下列零部件之一：蜗轮、伞齿轮、正齿轮以及螺旋齿轮。
7.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于：变焦电动机布置在相对于第一光学轴线方向而言的反射构件的后方。
8.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于：变焦电动机沿垂直于第一和第二光学轴线方向的方向布置。
9.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于还包括：平行于第二光学轴线方向的至少一根导向杆、形成于插在能够滑动的导向杆周围的第一边缘组件处的第一导向槽，以及形成于插在能够滑动的导向杆周围的第二边缘组件处的第二导向槽，以便引导第一和第二透镜组构件沿第二光学轴线方向移动。
10.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于还包括：平行于第二光学轴线方向的至少一根导向杆、形成于插在能够滑动的导向杆周围的第一边缘组件上的第一导向孔，以及形成于插在能够滑动的导向杆周围的第二边缘组件上的第二导向孔，以便引导第一和第二透镜组构件沿第二光学轴线方向移动。
11.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于：第一凸轮槽是“U”形的。
12.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于：第二凸轮槽是具有预定曲率的弧形的。
13.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于：凸轮构件以铰链结构安装在框架上，以便在变焦操作期间进行转动。
14.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于：凸轮构件以能够滑动的结构安装在框架上，以便在变焦操作期间进行滑动。
15.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于：凸轮构件是平面凸轮构件。
16.如权利要求15所述的光学模块，其特征在于：与平面凸轮构件的平面垂直的方向面对着所要拍摄的对象。
17.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于：协助变焦操作并由与变焦电动机分开的装置传送的第三透镜组构件，额外地布置在相对于第二光学轴线方向而言的第二透镜组构件的后方。
18.如权利要求6所述的光学模块，其特征在于：包括多个动力传送齿轮，包括蜗轮、伞齿轮、正齿轮以及螺旋齿轮。
19.如权利要求1所述的光学模块，其特征在于：第二凸轮槽基本上是线性的。
20.一种包括按照权利要求1所述的光学模块的摄影设备。
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