CN1648710A

CN1648710A - 摄影镜头组件及照相机

Info

Publication number: CN1648710A
Application number: CNA2005100051127A
Authority: CN
Inventors: 西村隆; 长冈伸治
Original assignee: FTC Corp
Current assignee: FTC Corp
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2005-08-03
Also published as: EP1560423A1; US20050189481A1; JP2005215160A

Abstract

本发明的镜头组件具有固定的传感器保持体、以及对应于所使用的透镜而能移动的透镜座。传感器保持体具有由CCD或CMOS传感器等构成的图像传感器，透镜座具有保持WIDE透镜框的WIDE透镜保持体、保持TELE透镜框的TELE透镜保持体、第二反射镜、快门。透镜座能沿着与图像传感器的摄像面大致平行的方向移动。通过第一和第二反射镜改变被摄体光的角度来加长光路，所以能使减小光轴方向的厚度，从而实现薄型化。

Description

摄影镜头组件及照相机

技术领域

本发明涉及双焦点切换方式的摄影镜头组件及照相机，特别是以可内置于移动电话或数码相机等薄型电子装置中的摄影镜头组件及照相机为对象。

背景技术

近年来，内置有超过100万像素的摄影装置的移动电话或薄型数码相机迅速普及。对于移动电话，要求其具有能够收容于衣服的口袋或包中的尺寸及厚度。另外，在最近，由于要使显示画面大型化并提高操作性等，所以折叠式的移动电话成为主流。折叠式的移动电话对厚度的限制尤其严格，允许留给摄像装置的厚度至多只有10mm左右。

摄像装置具有摄影镜头、CCD或CMOS传感器等图像传感器，要缩短从摄影镜头到图像传感器的光轴方向上的距离并不容易。光轴方向上的距离由摄影镜头的焦距与图像传感器的厚度决定，对应于图像传感器摄像面的尺寸(约1/3～1/2英寸)，若将摄影镜头的焦距极度缩短，则会使像的倍率过小，而无法满足一般使用者所期望的图像摄影的要求(参照http：//www.zdnet.co.jp/bobile/0304/14的记载)。

另外，随着图像传感器分辨率的提高，一般图像传感器的尺寸也会增大。其理由为，若不改变图像传感器的尺寸而只提高分辨率，则像素的尺寸变小、摄像数据容易饱和、造成摄像图像的像质变差。

图10是表示图像传感器尺寸与摄影传感器视场角的关系的图。人们知道，越是分辨率高、摄像区域的尺寸大的图像传感器，焦距就会越长。即，若使用高分辨率且大尺寸的图像传感器，则有必须加长图像传感器与摄影镜头的距离。

另外，由于图像传感器的厚度，除传感器芯片自身的厚度以外还包括保护玻璃或芯片封装的厚度，所以其薄型化还有物理上的限度。

根据以上理由，若将超过100万像素的摄像装置搭载于移动电话中，则移动电话的设计会受到摄像装置厚度的限制，因而有损于携带性。况且，若采用光学的可变焦距镜头，则由于必须能够变换从广角侧到摄远侧的焦距，所以摄像装置的厚度更加变厚，薄型化会变得更加困难。由于这种情况，在搭载有超过100万像素的摄像装置的移动电话中不能具有真正的光学变焦距功能。

发明内容

本发明是为解决上述技术问题而做成的，其目的在于，提供一种可切换焦距且可实现小型、薄型化的镜头组件。

根据本发明的一实施方式，摄影镜头组件包括：多个透镜单元，该多个透镜单元分别具有不同焦距；摄像装置，该摄像装置使透过从上述多个透镜单元中选择出的透镜单元的被摄物光成像在同一摄像面上后，对其进行光电变换；透镜座，该透镜座收纳上述多个透镜单元，使得上述多个透镜单元各自的被摄物侧的透镜前端面在摄影时设置于大致相同位置上，上述多个透镜单元各自的光路切换通过移动上述透镜座整体来进行。

附图说明

图1是使用TELE透镜进行摄像时的镜头组件的剖视图。

图2是使用WIDE透镜进行摄像时的镜头组件的剖视图。

图3是本实施方式的镜头组件的俯视图。

图4是图3的B-B′线剖视图。

图5是图3的C-C′线剖视图。

图6是本实施方式的外观图。

图7是使WIDE作动器与TELE作动器34共通化时的俯视图。

图8是表示帘幕式快门13的一个例子的图。

图9是说明变焦量切换的一个例子的图。

图10是表示图像传感器尺寸与摄影镜头视场角之间关系的图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的一实施方式进行说明。

(第1实施方式)

图1及图2为说明本发明一种实施方式的镜头组件的概要的剖视图。本实施方式的镜头组件采用可将广角侧透镜(以下称为WIDE透镜)和摄远侧透镜(以下称为TELE透镜)切换使用双焦点切换方式。

图1是使用TELE透镜进行摄像时的镜头组件的剖视图。图2是使用WIDE透镜进行摄像时的镜头组件的剖视图。

无论是图1的情况还是图2的情况，图像传感器的设置位置相同，向图像传感器入射的光轴也是共通的。即，在本实施方式中，WIDE透镜与TELE透镜使用同一光轴。

如图1及图2所示，本实施方式的镜头组件从大致包括：常固定的传感器保持体、对应于所使用的透镜可移动的透镜座2。透镜座2配置于被摄物侧，传感器保持体1配置于摄影者侧。

在传感器保持体1上具有图像传感器3，该图像传感器3由CCD或CMOS传感器等构成。虽然该图像传感器3假定为超过100万像素的高分辨率，但并对分辨率没有特别限制。

在图像传感器3的摄像面的上表面上安装有保护用的保护玻璃4。在图像传感器3的斜上方设置有第1反射镜5。该第1反射镜5设置于传感器保持体1内，只用于使用TELE透镜的场合。由于传感器1为常时固定，所以第1反射镜5也不移动。但也可以将第1反射镜5设置于透镜座2上，此时第1反射镜5也是移动的。

透镜座2具有：WIDE透镜6、WIDE透镜框7、保持WIDE透镜框7的WIDE透镜保持体8、TELE透镜9、TELE透镜框10、保持TELE透镜框10的TELE透镜保持体11、第2反射镜12、快门13。透镜座2能够向与图像传感器3的摄像面大致平行的方向移动，在使用TELE透镜9时移动到图1的位置，在使用WIDE透镜6时移动到图2的位置。

如图1所示，在使用TELE透镜9时，通过TELE透镜9的背摄物光由第1反射镜5反射后，被引导至第2反射镜12处，由第2反射镜12反射后，入射入图像传感器3。

另一方面，如图2所示，当使用WIDE透镜6时，被摄物光不通过第1反射镜5及第2反射镜12而直接入射到图像传感器3。即，在使用WIDE透镜6时不使用第1反射镜5及第2反射镜12。

这样，在本实施方式中，根据是否将被摄物光向第1及第2反射镜5、12引导来改变光路长度，由此，使TELE透镜9使用时的光路延长。通过第1反射镜5及第2反射镜12，能够在与图像传感器3的摄像面大致平行的方向上设置光路，缩短光轴方向上的长度。

图3是本实施方式的镜头组件的俯视图。上述图1及图2表示图3的A-A′线剖视图。另外，图4是图3的B-B′线剖视图。图5是图3的C-C′线剖视图。

首先，对透镜座2的移动机构进行说明。如图3所示，透镜座2可沿导向棒21、22向图示的左右方向移动。向形成于透镜座2的端部的孔23中***导向棒21，向形成于另一端部的孔24中嵌***导向棒22。通过该导向棒21、22，使透镜座2悬吊在传感器保持体1上。

透镜座2的移动由切换机构与切换作动器25控制。该切换作动器25在使用者操作未图示的变焦按钮时动作。变焦按钮不必为专用按钮，也可以与移动电话等使用的模式设定按钮共用。

切换作动器25将因操作变焦按钮产生的电信号变换成机械信号。即，切换作动器25通过切换传动齿轮26使减速齿轮27旋转。由于减速齿轮27与圆盘28接合，所以圆盘28也旋转。在圆盘28上形成有驱动销30，该驱动销30接合于凸轮槽29中。当圆盘28转动时，与其向对应，驱动销30也移动，于是凸轮槽29向图3的左右方向(图像传感器3的摄像面方向)移动。如图4所示，由于该凸轮槽29形成为透镜座2的一部分，所以与驱动销30的移动相应，透镜座2整体沿导向棒21、22向图3的左右方向，即与图像传感器3的摄像面大致平行地移动。

其中，像本发明那样，由于当使透镜座2整体移动时，透镜座2的运动为直线运动，所以透镜座2的重量越重，停止时的声音与冲击就越不能忽视。为了在不降低切换速度的情况下解决该问题，最好是以透镜座2的移动速度按正弦曲线变化那样的切换速度进行控制。此时，若组合减速齿轮27那样的减速机构，则可进一步实现静音化和防止冲击。

用于决定透镜座的移动量的条件有两个，条件一：移动量越大，镜头组件整体的尺寸越大，条件二：如果减小移动量，则在使用TELE透镜9时有可能引起WIDE透镜6侧的漏光。

根据本发明实验者实验错误的结果可知，最好使透镜座的移动量比摄像面的长度大，且在其长度的1.5倍以内。该范围内是相对于从WIDE透镜6的漏光安全范围。

图6是本实施方式的其他实施方式的外观图，图6(a)是从上面看的外观图，图6(b)是从X方向看的外观图，图6(c)是从Y方向看的外观图。透镜组件沿图6的Y方向移动。图6的透镜组件的导向棒21、22配置在镜头组件的框体外侧。

接下来，对WIDE透镜6和TELE透镜9的自动对焦机构进行说明。图4表示的是TELE透镜9侧的截面构造，在摄远透镜保持体11的摄像面侧上设置圆盘状的端面凸轮31。通过按压弹簧32，摄远透镜保持体11压接在端面凸轮31上。端面凸轮31结合于摄远促动器齿轮33，摄远促动器齿轮33被摄远促动器34旋转驱动。

在端面凸轮31和摄远透镜保持体11的接触面上设置有阶梯。当摄远促动器34旋转摄远促动器齿轮33时，端面凸轮31也旋转，根据端面凸轮31的阶梯，摄远透镜保持体11沿光轴方向移动并进行调焦。

WIDE透镜6侧的与图4对应的截面图被省略，其构造与图4相同，借助WIDE透镜6侧用的端面凸轮，广角促动器35沿光轴方向移动并进行调焦。

另外，WIDE透镜6和TELE透镜9也可以被一个促动器驱动。图7是广角促动器和摄远促动器34共用化后的场合的俯视图。通过与促动器齿轮36的扇形齿轮37、38结合，图7的促动器驱动广角促动器齿轮39和摄远促动器齿轮33而使它们旋转。

图7中，无论使用WIDE透镜6和TELE透镜9中的哪一个，两透镜都沿光轴方向移动，在摄影上不引起特别的障碍。通过采用图7所示的构造，可以削减促动器的数量，谋求成本削减和小型化。

在本实施方式中，如图1所示，保持WIDE透镜6的广角透镜保持体8和保持TELE透镜9的摄远透镜保持体11的被摄体侧前端被配置成大致在一个平面上。这样，WIDE透镜6和TELE透镜9不从镜头组件整个表面凸出，可获得移动电话等要求的能充分承受严酷的落下实验的构造。另外，由于透镜不从整个表面凸出，所以也不会有损移动电话等的设计。

接下来，对快门13的机构进行说明。如图3所示，本实施方式的快门13呈矩形，通常配置在关闭光轴的位置。在用户刚按下未图示的快门按钮后，该快门13旋转180度。这样，在刚按下快门按钮后，只一次，遮挡向图像传感器3的摄像面入射的被摄体光。这样，在刚进行摄像后，干扰光不进入图像传感器3，能谋求摄像像质的提高。

若详细说明，则在矩形的快门13的轴上安装有快门齿轮40，惰轮41结合在该快门齿轮40上，快门促动器齿轮42结合在该惰轮41上。该快门促动器齿轮42被快门促动器43旋转驱动。当用户按下未图示的快门按钮时，快门13只高速旋转180度。这样，在快门13通过期间，被摄体光不会入射到图像传感器3上，在图像传感器3的摄像数据里不含有干扰光成分。

只要有可能，上述镜头组件就需要制成小型和薄型，需要在各部件的布置上下工夫。如图1～图5所示的镜头组件内的构造是一例，部件的配置也可根据需要变化。从有效利用空间的方面考虑，如图1和图2所示，最好将移动透镜座2的转换促动器25配置在图像传感器3的侧方。

由于透镜座2在每次进行WIDE/TELE的切换时移动，所以移动机构需要具有优良的耐久性。如上述实施方式所示，由于使用导向棒21、22的例子在变焦透镜等中其耐久性已被证实。

但是，当透镜座2沿导向棒21、22来回移动时，灰尘从导向棒21、22的附近进入到传感器保持件1内，有可能附着于图像传感器3的摄像面上。因此，在本实施方式中，如图4所示，在导向棒21、22的斜下方形成有大致平行于导向棒21、22延伸的防尘用槽51。该防尘用槽51能防止在透镜座2沿导向棒21、22移动时产生的灰尘等进入到内部。这样，就不用担心灰尘等附着于图像传感器3的摄像面。

这样，在本实施方式中，焦点距离不同的广角透镜保持件8和摄远透镜保持件11的被摄体外前端设置成大致在一个平面上，由于采用这样的配置方式，透镜不从框体凸出，能经得住落下实验，并不会损害外观。

另外，由于用第1和第2反射镜12改变被摄体光的角度而使光路变长，所以可充分减少光轴方向的厚度，可实现薄型化。

在上述实施方式中，说明了设置以轴为中心旋转180度的矩形快门13的例子，但快门13的形态并未被特别限定，也可以使用在银盐照相机等中广泛使用的个别的快门。图8表示的是显示个别的快门13’的一例的图。构成快门13’的2枚叶片部件52、53的一方为广角透镜用，另一方为摄远透镜用。如图8所示，这些叶片部件52、53通常退避到不覆盖两透镜的光轴的位置待机。在叶片部件52、53上形成凸轮槽54、55，驱动销56、57与上述凸轮槽配合。驱动销56、57与圆盘58形成为一体，该圆盘58由图8中未图示的快门促动器旋转驱动。

当用户按下快门按钮时，紧接着，快门促动器使圆盘向逆时针方向旋转60度，之后，马上向顺时针方向旋转60度。这样，叶片部件52、53在短时间内覆盖两透镜6、9的光轴。即，在图像传感器的摄像仅被中断很短时间。

即使在使用图8所示的其他类型的快门13’的场合，由于可以只由一个促动器驱动快门13’，所以可小型化。能在本发明的透镜组件上组装上述各种类型的快门机构，这是由于WIDE透镜6和TELE透镜9集中设置在被写体侧前端部。

在上述实施方式中，说明了设置WIDE透镜6和TELE透镜9的例子，但也可以设置标准透镜。即，本发明可广泛适用于设置焦点距离不同的2个以上的透镜的情况。

上述透镜组件可组装于附带照相机的移动电话或数码照相机等的便携式装置上。

在内置照相机的各种便携式装置上，大多数的场合下设置数码变焦功能。但是，数码变焦与光学变焦相比，像质变差，越提高变焦倍率，像质越坏。因此，在数码照相机等中并用光学变焦和数码变焦。但为了实现小型化，比较多的情况是，光学变焦被限定在3倍左右，更大的变焦由数码变焦实现。

在安装了本实施方式的透镜组件的便携式机器上，也可以并用光学变焦和数码变焦。由于本实施方式的透镜组件具有焦距不同的2种透镜，因此可进行光学变焦的变焦量为2个。用户在设定这之外的变焦量时进行数码变焦。

例如，对以下场合进行说明，即，用户设定对应于WIDE透镜6的焦距的变焦量，并慢慢增大变焦量。在该场合下，最初，使用WIDE透镜6进行光学变焦，之后，直到成为与TELE透镜9的焦距对应的变焦量，对使用WIDE透镜6摄像的数据进行数码变焦。当成为与TELE透镜9的焦距对应的变焦量时，一度中断数码变焦，显示在此之前的摄像数据，通过透镜座2转换为TELE透镜9，进行光学变焦。当使变焦量超过上述量时，使用TELE透镜9对摄像的数据进行数码变焦。相反，在缓慢减小变焦量时也进行同样的动作。

图9是说明变焦量转换的一例的图。便携式机器内的混和处理部以如下的顺序进行变焦量的调整。如图所示，在使变焦量从短焦距点(广角)向长焦距点(摄远)变化时，变焦量各以1.2倍变化。当用户短时间按压变焦按钮时，这时，变焦量一级(1.2倍)一级地变化。另一方面，当用户长时间按压变焦按钮时，变焦量以0.3秒的间隔一级一级地变化。

在从短焦点侧起使变焦量变化时，使用WIDE透镜6进行光学变焦，图9的第5(2.1倍)是使用WIDE透镜6的最大的变焦量。

用户持续按压变焦按钮时，便携式机器的画面表示保持原样不变，并切换为TELE透镜9。当TELE透镜9的转换结束时，转换为使用TELE透镜9的画面显示。在该阶段，不进行数码变焦，进行光学变焦的画面显示。如图9所示，在该阶段的变焦量为2.5倍。在该状态下，在用户长时间按压变焦按钮的场合，变焦量以0.3秒一个间隔变化一级(1.2倍)一级地变化。最后，最大的变焦量为5.2倍。

相反，从长焦点侧向短焦点侧使变焦量变化时，以与上述说明相反的顺序进行变焦切换，变焦量以1/1.2倍为单位变化。

如上所述，即使中途转换WIDE透镜6和TELE透镜9，也能使画面显示不中断，顺利进行画像的放大、缩小。

这样，当把本实施方式中的透镜组件安装到照相机等的便携式机器上时，与通常的数码照相机一样，能实现混和变焦照相机，该混和变焦照相机实现组合光学变焦和数码变焦的无缝变焦机能。

Claims

1.一种摄影镜头组件，其包括：

多个透镜单元，该多个透镜单元分别具有不同的焦距；

摄像装置，该摄像装置使通过从上述多个透镜单元中选择出的透镜单元的被摄体光成像于同一摄像面上，并且对其进行光电变换；

透镜座，该透镜座以在摄影时上述多个透镜单元各自的被摄体侧透镜前端面大致设置于同一位置的方式收容上述多个透镜单元；

其中，上述多个透镜单元各自的光路切换是通过移动上述透镜座整体来进行的。

2.如权利要求1所述的摄影镜头组件，其中，

上述多个透镜单元具有：

第一透镜单元，该第一透镜单元的光轴仅设在与上述摄像面大致正交的方向上；

第二镜单元，该第二透镜单元的光轴设在与上述摄像面大致正交以及大致平行的方向上。

3.如权利要求2所述的摄影镜头组件，

具有光路切换机构，该光路切换机构有选择地切换被摄体的光路，以便通过了上述多个透镜单元的被摄体光成像于上述摄像面上；

上述第二透镜单元具有曲折光轴光学***，该曲折光轴光学***具有能切换光轴方向的两个反射镜；

上述光路切换机构通过使透镜座沿着上述两个反射镜间的光轴移动，来进行上述多个透镜单元的各自的光路切换。

4.如权利要求3所述的摄影镜头组件，其中，

上述透镜座的移动量的范围为，大于上述摄像面在上述透镜座的移动方向上的长度，且小于该长度的1.5倍。

5.如权利要求3所述的摄影镜头组件，其中，

上述透镜座的移动量小于上述两个反射镜之间的间隔。

6.如权利要求3所述的摄影镜头组件，其中，

具有收容并固定上述摄像装置的传感器保持体；

上述两个反射镜配置在上述摄像面和上述第二透镜单元内的摄影透镜之间，距上述摄像面较近的一侧的反射镜与透镜座一起移动，距上述摄影透镜较近的一侧的反射镜被收容在上述传感器保持体内。

7.如权利要求6所述的摄影镜头组件，其中，

上述传感器保持体具有对上述透镜座的移动进行导向的导向棒，上述透镜座悬吊在上述导向棒上，沿着导向棒移动。

8.如权利要求6所述的摄影镜头组件，

具有切换机构，该切换结构使上述透镜座沿着上述传感器保持体移动；

上述切换机构具有：

传递驱动力的切换促动器、

由上述切换促动器直接或间接驱动的圆盘状部件、

在上述透镜座的框体上形成的凸轮槽、

形成于上述圆盘部件上并与上述凸轮槽配合的驱动销；

其中，由于上述圆盘部件的旋转，上述驱动销使上述透镜座沿着上述导向棒移动。

9.如权利要求8所述的摄影镜头组件，其中，

上述切换促动器配置在上述传感器保持体内的靠近上述摄影面一侧的反射镜的大致下方。

10.如权利要求1所述的摄影镜头组件，其中，

具有：快门叶片，该快门叶片被用于上述多个透镜单元中，其响应快门按钮的按压动作，以规定的时间遮挡被摄体光向上述摄影面的入射；

一个励动器，该一个励动器使上述快门叶片动作。

11.一种照相机，其搭载有权利要求1所述的摄影镜头组件。

12.如权利要求11所述的照相机，其中，

上述多个透镜单元具有短焦距透镜单元和长焦距透镜单元，该照相机还具有：

变焦量设定机构，该变焦量设定机构用于设定变焦量；

数字变焦处理装置，该数字变焦处理装置基于上述变焦量设定机构所设定的变焦量，以数字方式对由上述摄像装置得到的摄像数据进行扩大、缩小；

混合处理机构，该混合处理机构的作用在于，在由上述变焦量设定机构所设定的变焦量能对应于上述短焦距透镜单元或上述长焦距透镜单元的焦距的情况下，不进行上述数字变焦机构的处理；在上述变焦量设定机构从短焦距侧向长焦距侧进行变焦量切换时，使用上述短焦距透镜单元并进行上述数字变焦处理装置的处理，直至该变焦量对应于上述长焦距透镜单元的焦距为止；在该变焦量超过上述长焦距透镜单元的焦距时，用上述长焦距透镜单元并进行上述数字变焦处理装置的处理。

13.如权利要求11所述的照相机，其中，

变焦量设定机构，该变焦量设定机构用于设定变焦量；

显示装置，该显示装置显示由上述数字变焦处理装置所处理的图像数据；

混合处理装置，该混合处理装置的作用在于，在使上述变焦量从短焦距侧向长焦距侧连续变化时，在上述显示装置上显示采用上述短焦距透镜单元并由上述数字变焦处理装置进行变焦调整后的图像数据，直至达到设定的变焦量为止；在达到上述设定的变焦量后，在不改变上述显示装置的显示画面的情况下切换至上述长焦距透镜单元；在是上述设定的变焦量或比上述设定的变焦量大的变焦量时，在上述显示装置上显示使用上述长焦距透镜单元并由上述数字变焦处理装置进行变焦调整后的图像数据。

14.如权利要求11所述的照相机，其中，

上述多个透镜单元具有短焦距透镜单元和长焦距透镜单元该照相机还具有：

变焦量设定机构，该变焦量设定机构用于设定变焦量；

显示装置，该显示装置显示由上述数字变焦处理装置处理过的图像数据；

混合处理装置，该混合处理装置的作用在于，在使变焦量从短焦距侧向长焦距侧连续变化时，在上述显示装置上显示采用上述长焦距透镜单元并由上述数字变焦处理装置进行变焦调整后的图像数据，直至达到设定的变焦量为止；在达到了设定的变焦量后，在不改变上述显示装置的显示画面的情况下进行向上述短焦距透镜单元的切换；在该变焦量小于或等于上述设定的焦距的情况下，在上述显示装置上显示使用上述短焦距透镜单元并由上述数字变焦处理装置进行变焦调整后的图像数据。