JP5312317B2 - 一種類の一体化光学設備フォーカス・コントロール／ズームシステム - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

〔技術分野〕
本発明は光学に関する。とりわけ、一種類の一体化光学設備焦点距離調節システムに関する。

〔背景技術〕
従来の光学設備焦点距離調節システムは普通モーターを利用して伝動機構を通して光学レンズ（組）を連動する。その構造が複雑、かつ普通モーターの回転速度が速いので、付属する減速ユニットが必要である。それにより構造が一層複雑になり、システムの伝動効率を下げるようになる。

超音波モーター（例えば米国特許ＵＳ６９４０２０９）は圧電材料の逆圧電効果を利用して特定の構造によって製作した駆動ユニットである。固定子、回転子など機能部品から構成されている。固定子に電歪効果を有する圧電部品を固定する。超音波モーターは回転速度が低く、伝動機構が簡単というメリットがある。光学設備焦点距離調節システムのために役割を果たしている。

但し、超音波モーターの回転軸の動力で光学レンズを伝動する時、伝動部品と/或いは接続部品を追加する必要がある。伝動部品と/或いは接続部品の追加によって存在している欠点は下記の通り：一、構造が複雑となった。また、製作のコストが上がった。二、光学レンズ運行の精度、安定性と信頼性が伝動部品或いは接続部品に束縛される。その伝動効率を一層上げると期待している。

〔発明の開示〕
本発明の目的は、構造が簡単だけでなく、焦点距離の簡単な調節、かつ伝動効率の高い一体化光学設備焦点距離調節システムを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕
これは一体化光学設備焦点距離調節システムである。第一光学レンズ、中空の第一殻、中空の第二殻と多数の圧電部品からなっている。上述した中空の第一殻に第一光学レンズが設置され、上述した中空の第一殻と中空の第二殻との間にねじ山で接続する。上述した多数の圧電部品が中空の第一殻の柱面、或いは中空の第二殻の柱面どちらかに付着し、上述した多数の圧電部品を通して付着された殻を激励振動させて進行波を生じる。この進行波がネジでもう一つの殻を駆動し、第一殻と第二殻との間に同時に相対の回転運動と相対の軸方向移動をさせる。

上述した中空の第一殻の外側表面に雄ネジがあり、上述した中空の第二殻の内側表面に上述した雄ネジと接続する雌ネジがある。

上述した多数の圧電部品は第二殻に固定され、上述した多数の圧電部品を通して第二殻内部の雌ネジを激励振動し、第一殻は第二殻に対して回転運動と軸方向の移動をさせる。

上述した中空の第一殻の内側表面に雌ネジがある。上述した中空の第二殻の外側表面に上述した雌ネジと接続する雄ネジがある。

上述した多数の圧電部品が第一殻内部に嵌め込んで固定され、かつ上述した雄ネジに近づき、上述した多数の圧電部品を通して第一殻の雄ネジを激励振動する。第一殻は第二殻に対して回転運動と軸方向の移動を生じさせ、焦点距離の調節が実現できる。

上述した圧電部品は圧電セラミックチップである。各圧電セラミックチップが第二殻に付着される。

上述した第一殻内部に光学レンズが内蔵されている。かつアパーチュアストップが設置されている。それに対して、上述した第二殻に現像部品がある。それは第二殻内部一端の中心位置に設置されている。

上述した第一殻にアパーチュアストップが設置されている。

上述した第二殻に第二光学レンズが設置されている。

上述した第二殻に第二光学レンズと第三光学レンズが設置されている。内蔵された第一光学レンズの第一殻は第二光学レンズと第三光学レンズの間にある。

中空の第三殻を含め、中空の第三殻にもう一つの光学レンズが内蔵された。上述した第三殻の外表面に第二殻内部の雌ネジと接続する雄ネジがある。上述した多数の圧電部品を通して第二殻を激励振動し、第三殻と第二殻との間に相対の回転運動を生じさせる。

上述したネジ表面は摩擦に強い処理をした、或いは摩擦に強い材料を塗った。

上述した雌ネジは連続、或いは断続したもの、上述した雄ネジは連続、或いは断続したもの。

上述した第三殻のネジピッチは第一殻のネジピッチと同じ、或いは違う。

上述した第一殻は第三殻のネジピッチと同じ、或いは違う。

〔発明の効果〕
光学レンズを通して直接に第一殻内部に設置され、第一殻と第二殻との間のネジ噛合、圧電部品を通してネジを激励振動して内面曲げ進行波を生じる。二つの殻の間に相対の回転運動を生じさせる。また、ネジ噛合を通して回転作動を直線運動に変え、直接駆動が実現できる。光学レンズの焦点距離が調節しやすいだけでなく、直接駆動のトルクが大きく、伝動効率が高いである。ネジ回転による軸方向位置決めの精度が高く、部品が少なく、コストが低いなどのメリットがある。

圧電セラミックで駆動動力を出す。小型化が実現、起動停止が速く、耐低温、位置決めが正確、信頼性が高く、電磁の妨害を生じない、運転時騒音無しなどのメリットがある。そして、ネジ駆動はトルク自己保持もできます。電気力節約が実現できます。

低い製作コスト：直接駆動のために減速ユニットは必要なし。汎用の光学レンズ（光学レンズとネジの殻）を利用してシステムの回転子として使う。部品数が少なく、複雑な伝動ユニットはない。ギヤとベアリングの構造が非常に簡単、製作コストが大いに低減、信頼性を上げるようになる。直接駆動とはモーターが生じた原始動力は直接にロード（即ち、回転子）に加えて焦点距離調節が必要な軸方向の移動を生じる。もう一つ二次伝動ユニットが必要はない。

本発明の目的、特徴とメリットをもっとよく了解するため、以下は添付図と実施例に基づいて本発明に対してもっと詳しく説明する。

図１は本発明の実施例１の第一殻と第二殻との間の接続関係の断面図である。

図２は図１の俯瞰図である。

図３は本発明の実施例１の一種類の一体化光学設備焦点距離調節システムの断面図である。

図４は本発明の実施例２の一種類の一体化光学設備焦点距離調節システムの断面図である。

図５は本発明の実施例３のもう一種類の一体化光学設備焦点距離調節システムの断面図である。

図６は本発明の実施例４の第一殻、第二殻と第三殻との間の接続関係の断面図である。

図７は図６の俯瞰図である。

図８は本発明の実施例４のもう一種類の一体化光学設備焦点距離調節システムの断面図である。

〔発明を実施するための最良の形態〕
〔実施例１〕
これは一体化光学設備焦点距離調節システムである。図１と図２のように、リングタイプの第一殻２と中心穴にある第二殻１、第二殻１の外側面は正１２面体、正１２面体の各柱面にそれぞれ１２個の圧電部品１１を貼り付けた（圧電部品１１は圧電セラミックでもいい、その形状はチップ状、アークチップ状、柱状、或いは各種多面体、整体リング状或いはテーパー状圧電部品）、第二殻１と第一殻２は中心穴で繋がり、第二殻１と第一殻２との間の貼合の所はネジで接続する。そのうち、第二殻１の中心穴内壁に雌ネジ１０がある。第一殻２の外側表面に相応の雄ネジ２０がある。ネジ１０とネジ２０の表面は摩擦に強い処理をした、或いは摩擦に強い材料を塗った。

図３のように、第一殻２に光学レンズ３１が設置されている。現像部品３０は第二殻１内部の一端の中心部分に設置されている。第一殻２内部は現像部品３０より離れた一端の中心部分にアパーチュアストップが設置されている。

作動する時、圧電部品１１に交互電圧を供給する。圧電部品１１に付着した第二殻１を激励振動して面内進行波を生じる。第二殻１が固定しているので、この面内進行波は第二殻１の雌ネジ１０のネジ表面を通して直接にネジで接続した第一殻２のネジ２０を駆動する。第一殻２は第二殻１に対して回転させる。同時にネジ接続で第一殻２の回転運動を第二殻１に対する軸方向移動に変える。第一殻２内部に固定された光学レンズ３１と第二殻１内部に固定された現像部品３０との距離を変化させ、光学フォーカス・コントロールが実現できる。

〔実施例２〕
もう一種類の一体化光学設備焦点距離調節システムである。図４のように、この実施例図４と実施例１の図３の主な区別は下記の通りである。この実施例の図４のように、第二殻１内部に第二光学レンズ３２が設置されている。複合の光学フォーカス・コントロール、ズームが実現できる。赤外光を遮るため、第二光学レンズ３２と現像部品３０との間に赤外仕切りガラス５０が設置されている。図4のその他の構造は実施例１の図３と同じ、或いは似る。ここで述べない。

〔実施例３〕
もう一種類の一体化光学設備焦点距離調節システムである。図５のように、リングタイプの第一殻２と中心穴にある第二殻１を含める。第二殻１内部に第二光学レンズ３２と第三光学レンズ３３とが設置されている。第一殻２に光学レンズ３１が設置されており、第一殻２が第二殻１の中の第二光学レンズ３２と第三光学レンズ３３との間に被覆されている。かつ第一殻２がその柱面に設置されている雄ネジ２０と第二殻１の内壁に設置された雌ネジ１０で接続する。第二殻１の外側面は正１２面体となり、正１２面体の各柱面にそれぞれ１２個圧電セラミックチップ１１が貼り付けられている。現像部品３０が第二殻１内部の一端の中心部分に設置されている。第二殻１の中のもう一端の中心部分にアパーチュアストップ５が設置されている。赤外光を遮るため、第二光学レンズ３２は現像部品３０との間に赤外仕切りガラス５０が設置されている。

第一殻２を第二殻１の中に簡単に取り付けるため、図５のように、第二殻１は第二殻１ａと第二殻１ｂとからなっている。まず、第一殻２をネジ接続で設置された雌ネジ１０の第二殻１ａに嵌め込む。それから、設置された第二光学レンズ３２の第二殻１ｂと第二殻１ａを貼り付けて固定する。

本実施例において、圧電部品１１を通して交互電圧を供給する。圧電部品１１に付着した第二殻１を激励振動して面内進行波を生じる。第一殻２を駆動して回転させる。それにより第一殻２の光学レンズ３１を移動させて光学フォーカス・コントロールが実現できる。

〔実施例4〕
もう一種類の一体化光学設備焦点距離調節システムである。図６、図７と図８のように、リングタイプの第一殻２、中心穴にある第二殻１と第三殻４、第二殻１内部に第二光学レンズ３２と第三光学レンズ３３が設置された。第一殻２に光学レンズ３１が設置され、第三殻４に光学レンズ４１が設置され、第一殻２と第三殻４が第二殻１の中の第二光学レンズ３２と第三光学レンズ３３との間に被覆されている。第一殻２が柱面に設置された雄ネジ２０と第二殻１の内壁に設置された雌ネジ１０で接続する。第三殻４が柱面に設置された雄ネジ４０と第二殻１の内壁に設置された雌ネジ１０で接続する。第二殻１の外側面は正１２面体となり、正１２面体の各柱面にそれぞれ１２個の圧電セラミックチップ１１が貼り付けられている。現像部品３０が第二殻１内部の一端の中心部分に設置されている。第二殻１の中のもう一端の中心部分にアパーチュアストップ５が設置されている。赤外光を遮るため、第二光学レンズ３２は現像部品３０との間に赤外仕切りガラス５０が設置されている。

第一殻２を第二殻１の中に簡単に取り付けるため、図５のように、第二殻１は第二殻１ａと第二殻１ｂからなっている。まず、第一殻２をネジ接続で設置された雌ネジ１０の第二殻１ａに嵌め込む。それから、設置された第二光学レンズ３２の第二殻１ｂと第二殻１ａを貼り付けて固定する。

圧電部品１１に交互電圧を供給した後、第二殻１と第一殻２、第三殻４との間に相対回転させる同時に、第二殻１と第一殻２、第三殻４との間のネジ１０とネジ２０、４０の作用により、第二殻１と第一殻２、第三殻４との間に同時に相対軸方向作動を発生させる。光学レンズ４１、光学レンズ３１を同時に移動させる。光学レンズと現像部品の距離を変化させる。簡単、或いは複合の光学フォーカス・コントロール／ズームの作用などが実現できる。

強調したいことに上述した実施例は本発明に対して例を挙げて説明したことである。それにより本発明の保護範囲を制限することはできない。本業界の普通技術者が理解できる。本発明の構想から脱出しないいかなる変形、或いは取って代わった物が本発明の保護範囲に属する。

例えば、上述した各実施例において、第一殻と第二殻がリングタイプを薦める。但し、本業界の普通技術者が理解できる。第一殻に対する実質要求は下記の通り：第一殻が固定光学レンズの中空構造となり、かつ表面に回転できるネジを設置すればよい。第二殻に対する実質要求は下記の通りである。第二殻の内部表面に雌ネジを設置し、第一殻と第二殻との間にネジ伝動で接続、かつ第二殻の表面で圧電部品を固定すればよい。

さらに、圧電部品は第二殻に固定できるだけでなく、第一殻の中に嵌め込んで固定することもできる。付着した殻を激励振動して進行波を生じてもう一つの殻との間に相対の回転運動及び相対の軸方向移動をさせればよい。

さらに、ネジ１０とネジ２０の断面は三角形、台形、長方形と凸面などさまざまな形と組合せでもいい。ネジ１０とネジ２０の形は連続、断続、特定軌道の曲線などでもいい。第二殻１と第一殻２との間、及び第二殻１と第一殻２と第三殻４との間に回転作動を相互の軸方向移動に変換すればいい。

さらに、第三殻４内部の雌ネジ４０のネジピッチは第一殻２外側表面の雄ネジ２０のネジピッチと同じ、或いは違う物でもいい。同じな速度、或いは変速の伝動を行うためである。例えば、実施例４の第一殻２、第三殻４と第二殻１との間のネジピッチは同じ、或いは違う物でもいい。同じであれば、第一殻２と第二殻４の軸方向運行距離は同じである。逆に言えば、第一殻２と第二殻４の軸方向運行距離は一致しない。

さらに、実際に使用する際、現像部品３０はＣＣＤ，ＣＭＯＳ感光部品或いは感光フィルムなどでもいい。また、現像部品３０は第二殻１内部に固定しただけでなく、需要によってその他の所に固定すればいい。光学レンズ３１との相応の現像機能を完成すればいい。

さらに、上述した実施例において、光学レンズ３１、４１及び第二光学レンズ３２、第三光学レンズ３３は単片光学レンズ或いは複合光学レンズ組でもいい。実際に使用する際、需要によって選んで使用する。実施例２、３、４の複雑なレンズシステムについては、需要によって多種類の光学設計の収差補償などに適することができる。

本発明の実施例１の第一殻と第二殻との間の接続関係の断面図である。 図１の俯瞰図である。 本発明の実施例１の一種類の一体化光学設備焦点距離調節システムの断面図である。 本発明の実施例２の一種類の一体化光学設備焦点距離調節システムの断面図である。 本発明の実施例３のもう一種類の一体化光学設備焦点距離調節システムの断面図である。 本発明の実施例４の第一殻、第二殻と第三殻との間の接続関係の断面図である。 図６の俯瞰図である。 本発明の実施例４のもう一種類の一体化光学設備焦点距離調節システムの断面図である。

Claims (2)

1. 第一光学レンズと、
   中空の第一殻と、
   外側柱面が正多面体である中空の第二殻と、
   多数の圧電部品とを有し、
   上記第一光学レンズが、上述した中空の第一殻に設置され、
   上述した中空の第一殻と中空の第二殻との間に回転できるねじ山で接続され、
   上述した多数の圧電部品が圧電セラミックチップであり、各圧電セラミックチップは、中空の第二殻の正多面体の外側柱面のそれぞれの側面に付着して固定され、
   上述した多数の圧電部品を通して付着された第二殻の雌ネジを激励振動させて進行波を生じ、
   この進行波がネジで駆動し、第一殻と第二殻との間に同時に相対の回転運動と相対の軸方向移動をさせ、
   上述した中空の第一殻の外側表面に雄ネジがあり、上述した中空の第二殻の内側表面に上述した雄ネジと接続する雌ネジがあり、
   上述した第二殻に第二光学レンズと第三光学レンズが設置されており、
   内蔵された第一光学レンズの第一殻は第二光学レンズと第三光学レンズの間にあり、
   中空の第三殻を含め、中空の第三殻にもう一つの光学レンズが内蔵され、
   上述した第三殻の外表面に第二殻内部の雌ネジと接続する雄ネジがあり、
   上述した多数の圧電部品を通して第二殻を激励振動し、
   第三殻と第二殻との間に相対の回転運動を生じさせることを特徴とする一体化光学設備焦点距離調節システム。
2. 現像部品とアパーチュアストップを含め、
   上述した現像部品は第二殻内部一端の中心位置に設置されており、
   上述した第一殻内部にアパーチュアストップが設置されていることを特徴とする請求項１に記載の一体化光学設備焦点距離調節システム。

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