JP4142670B2

JP4142670B2 - ズームカメラの光学装置

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Description

本発明はズームカメラの光学装置に関して、特に、ズームカメラで光路を多方向に屈折させるように複数の光学要素を構成するズームカメラの光学装置に関するものである。

通常、カメラは写真撮影のための光学機器として写真機とも呼ばれ、一般的な写真だけでなく、報道写真、商業写真、建築写真、顕微鏡写真、航空写真、天体写真は、医学、工業、学術のような広範囲な分野にわたって使用される。

このようなカメラは、フィルムを使用する一般のカメラとフィルムを必要としない最近のデジタルカメラとに区分される。

一般のカメラモジュールは、光を受信してフィルムに像を形成する装置であって、被写体から反射される光を受けてフィルムの表面にフォーカスを行う光学要素と、この光学要素を通じて受信される光の量を調節する絞りと、フィルムに形成された被写体の像が鮮明になるようにレンズとフィルム面との間の距離を調節する焦点調整装置と、フィルムを一定の間隔で移送するフィルム移送装置と、フィルムが光に露出される時間を調節するシャッターアセンブリーと、から構成される。

このデジタルカメラの構成は、一般のカメラモジュールと類似している。しかしながら、デジタルカメラは、撮影した映像をフィルムの代わりに内部記憶装置(ハードディスク又はメモリカード)に格納可能であり、外部コンピュータにデジタルイメージを入力することができる。

ここで、それぞれのカメラで一番重要な部分はレンズである。簡単なカメラの場合に、凸メニスカスレンズ(ｃｏｎｖｅｘｍｅｎｉｓｃｕｓｌｅｎｓ)又はプラスチックレンズを使用する。しかしながら、ほとんどのカメラは２枚又は３枚以上のレンズで構成されるレンズ群を備える。また、カメラに構成されるレンズ群を用いて、レンズの焦点距離の倍率を可変させるズーム機能が遂行される。

ズームレンズは、正、負の２群タイプと、正、正、負又は負、正、負の３群タイプが代表的な構成として知られている。

２群タイプのズームレンズは、両レンズ群間の間隔を調整してズーム機能を遂行するもので、このような２群タイプはズーム駆動を遂行可能に最小限の部品で構成されているため、鏡筒及び駆動装置が簡素化される。

ズームの際に、必須的に伴われる各部品群の移動量が増加することにより、収差変動も一層増加するようになる。このため従来、２群タイプのズームレンズは高倍率には適合しないものと知られている。

また、３群タイプのズームレンズは、ズームの際に伴われる各レンズ群の移動量を制限し、収差の変動を良好に補正することができる。したがって、この３群タイプのズームレンズは高倍率化に適合するものである。しかしながら、レンズ群の枚数が増加するという問題点により、鏡筒と駆動装置が複雑化し、サイズ的に大きなものとなる。それにより、最終製品のサイズが大きくなって小型化及び薄形化を阻害するという短所があった。

また、図１及び図２に示すように、２群又は３群タイプのレンズ群１は、通常、プリズム２又はミラー３を用いて光４の経路を９０度変更するので、光は一方向に進んでイメージセンサー５に結像される。このようなズーム方式をインナーフォーカス(ｉｎｎｅｒｆｏｃｕｓ)方式と呼ばれる。

このような方式は、光路を一方向に進行させるためにそれぞれのタイプのレンズ群を一列に配列させ、この状態で駆動装置によってレンズを移動させる構成なので、駆動装置を設けるのに困難さがあった。また、このズーム方式でカメラモジュールの小型化がある程度は可能であるが、駆動装置が非常に大きいという短所があった。加えて、レンズ群の駆動のための駆動装置の空間が追加的に必要なので、携帯端末機及び小型カメラに装着することが難しいという短所もあった。

したがって、上記のような従来の問題点を解決するために、本発明の目的は、ズームカメラで光路を一方向から多方向に屈折可能に複数の光学要素を配置すると共に、ズーム機能及び焦点調整機能のための駆動装置の設置空間を確保することによって、製品の小型化及び薄型化が図られるズームカメラの光学装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、ズームカメラで光路を一方向から多方向に屈折可能に複数の光学要素を配置し、且つ、ズーム機能及び焦点調整機能のための駆動装置の設置空間を確保して組み立て工程を容易にし、ズームカメラの機能を向上させることができるズームカメラ光路屈折装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の実施形態は、ズームカメラモジュールであって、ベース部材と、前記ベース部材内に設けられ、被写体から反射されて入射される光を第１方向に屈折させる第１の光学要素と、前記第１の光学要素によって屈折された光路方向に沿って配置され、前記光路方向に摺動してズーム機能を行う第２の光学要素と、前記第２の光学要素の光を第２方向に屈折させる第３の光学要素と、前記第３の光学要素によって屈折された光路方向に沿って配置され、前記光路方向に摺動してズーム機能を行い、それによって発生する像平面変動分を補償しつつ焦点調整機能を行う第４の光学要素と、前記ベース部材内の所定位置に備えられ、前記第２及び第４の光学要素を摺動可能とする動力を伝達する動力伝達手段と、を含んで構成されることを特徴とするズームカメラの光学装置を提供する。

また、本発明の第２の実施形態は、ズームカメラモジュールであって、ベース部材と、前記ベース部材内に設けられ、被写体から反射されて入射される光を第１方向に屈折させる第１の光学要素と、前記第１の光学要素によって屈折された光路方向に沿って配置されて前記光路方向に摺動してズーム機能を行う第２の光学要素と、前記第２の光学要素の光を第２方向に屈折させる第３の光学要素と、前記第１、第２、第３の光学要素を実装し、前記ベース部材の上端面で前記第２方向に摺動すると共に前記第２の光学要素を前記第１方向に摺動させるズーム移動カムと、前記ズーム移動カムを前記第２方向に摺動可能とする駆動力を付与する第１の駆動モータと、前記第３の光学要素によって屈折された光路方向に沿って配置され、前記光路方向に摺動してズーム機能を行い、それによって発生する像平面変動分を補償しつつ焦点調整機能を行う第４の光学要素と、前記ベース部材内の所定位置に備えられ、前記第４の光学要素を前記光路方向に摺動可能とする駆動力を付与する第２の駆動モータと、から構成されることを特徴とするズームカメラの光学装置を提供する。

本発明は、ズームカメラで光路を一方向から多方向に屈折可能に複数の光学要素を配置することで、光学要素を駆動させる駆動装置の設置空間を確保し、それにより、製品の小型化及び薄型化を図るだけでなく、カメラのズーム機能及び焦点調整機能を向上させ、部品の組み立て工程を簡便化することができる効果がある。

以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。

図３及び図４に示すように、ズームカメラの光学装置１０は、ベース部材２０と、第１〜第４の光学要素３０，４０，５０，６０と、動力伝達手段７０とから構成され、ベース部材２０は、第１〜第４の光学要素３０，４０，５０，６０及び動力伝達手段７０を備えるようになっている。第１の光学要素３０は、被写体から反射されて入射される光４を直交方向に屈折させるようにベース部材２０内に取り付けられる。第２の光学要素４０は、光４の経路方向に摺動してズーム機能を行うように第１及び第３のレンズ３０、５０の間に配置され、第１の光学要素３０から屈折された光４の経路方向に配置される。第３の光学要素５０は、第２の光学要素４０の光４を直交方向に屈折させるように第２の光学要素４０に隣接して配置される。そして、第４の光学要素６０は、光４の経路方向に摺動してズーム機能を行い、それによって発生する像平面変動分を補償しつつ自動的に焦点調整機能を行うように第３の光学要素５０から屈折された光４の経路方向に沿ってこの第３の光学要素５０に隣接して配置される。動力伝達手段７０は、第２及び第４の光学要素４０、６０の摺動のために動力を伝達可能とするようにベース部材２０内の所定位置に備えられる。

図５及び図６に示すように、第１及び第３の光学要素３０、５０は光４を屈折させうるようにミラー(ｍｉｒｒｏｒ)又はプリズム(ｐｒｉｓｍ)で構成される。

図５に示すように、第１〜第４の光学要素３０，４０，５０，６０は、ベース部材２０から屈折される光４の経路方向に沿って順次に備えられる。また、ベース部材２０内には動力伝達手段７０のための収容空間が提供され、第１及び第３の光学要素３０、５０の光４の経路の屈折角度は９０度となる。

図５に示すように、動力伝達手段７０は、第１及び第２の駆動モータ７１、７２で構成され、第１の駆動モータ７１は、第２の光学要素（レンズ群）４０に設けられた第１のナット部４１と噛み合ってベース部材２０内の所定位置に備えられる。このとき、第１の駆動モータ７１は、第２の光学要素４０を摺動可能とする駆動力を付与する。第２の駆動モータ７２は、第４の光学要素（レンズ群）６０に設けられた第２のナット部６１と噛み合ってベース部材２０内の所定位置に備えられる。このとき、第２の駆動モータ７２は、第４の光学要素６０を摺動可能とする駆動力を付与する。

図５に示すように、第１のナット部４１は、第１の駆動モータ７１に設けられた第１のリードスクリュー部７１ａと噛み合って第１の駆動モータ７１の駆動によって垂直方向に直線移動される。そして、第２のナット部６１は、第２の駆動モータ７２に設けられた第２のリードスクリュー部７２ａと噛み合って第２の駆動モータ７２の駆動によって水平方向に直線移動される。

また、図３及び図５に示すように、第１及び第２のガイド手段８０、９０は、ベース部材２０内で第２及び第４の光学要素４０、６０を光４の経路方向に移動可能にガイドするように構成されている。第１のガイド手段８０は、一対の第１のガイドレール８１，８１と第１のガイド部８２、８２とからなる。このとき、第１のガイドレール８１，８１は、第１のガイド部８２，８２と摺動可能に結合するようにベース部材２０内に設けられている。また、第１のガイド部８２，８２は、第１の駆動モータ７１の駆動によって第２の光学要素４０を光４の経路方向に摺動可能にガイドするように第２の光学要素４０の両側に備えられる。

なお、図３及び図５に示すように、第２のガイド手段９０は、一対の第２のガイドレール９１，９１と第２のガイド部９２，９２とからなる。このとき、第２のガイドレール９１，９１は、第２のガイド部９２，９２と摺動可能に結合するようにベース部材２０内に設けられている。また、第２のガイド部９２，９２は、第２の駆動モータ７２の駆動によって第４の光学要素６０を光４の経路方向に摺動可能にガイドするように第４の光学要素６０の両側に備えられる。

次に、上記のような構成を有する本発明の好ましい第１の実施形態によるズームカメラの光学装置の動作過程について、添付の図３〜図６を参照してより詳細に説明する。

図３及び図５に示すように、被写体から反射された入射される光４は、ベース部材２０内に備えられた第１の光学要素３０によって直交方向に９０度屈折される。

このとき、第１の光学要素３０によって屈折された光４の経路方向に沿って第１の光学要素３０に隣接してズーム機能を行う第２の光学要素４０が配置されており、この第２の光学要素４０が、光４の経路方向に摺動してズーム機能を行う。

加えて、ベース部材２０の所定位置に、第２の光学要素４０を光４の経路方向に沿って摺動可能とする駆動力を付与する第１の駆動モータ７１が備えられているため、第２の光学要素４０はこの第１の駆動モータ７１の駆動によって摺動される。

図５に示すように、第２の光学要素４０に設けられた第１のナット部４１と第１の駆動モータ７１に備えられた第１のリードスクリュー部７１ａとが相互に噛み合っている。したがって、この状態で第１の駆動モータ７１が駆動されると、第１のリードスクリュー部７１ａが回転するに従って、第１のナット部４１は、第２の光学要素４０を光４の経路方向である垂直方向に摺動させる。

また、ベース部材２０内には、第２の光学要素４０を光４の経路方向に摺動可能にガイドする第１のガイド手段８０が構成される。第１のガイド手段８０において、ベース部材２０内に備えられた一対の第１のガイドレール８１，８１に第２の光学要素４０を摺動可能にガイドする第１のガイド部８２，８２が結合されているため、第２の光学要素４０の第１のガイド部８２，８２が一対の第１のガイドレール８１，８１に沿って光４の経路方向にガイドされて摺動する。

この状態で、図５に示すように、第２の光学要素４０の光４は、第３の光学要素５０によって直交方向に９０度屈折される。

ここで、図３〜図５に示すように、第１及び第３の光学要素３０、５０には、光４を屈折させるためにプリズムが使用される。

第４の光学要素６０は、第３の光学要素５０によって屈折された光４の経路方向に沿って第３の光学要素５０に隣接して配置される。この第４の光学要素６０は、光４の経路方向に摺動してズーム機能を行い、このとき、ズーム機能によって発生される像平面変動分を補償器(ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ)(図示せず)によって補償しつつ自動に焦点調整機能を行う。このとき、図５に示すように、光４は、第４の光学要素６０を通過し、イメージセンサー５に像が形成される。

第４の光学要素６０は、第１の駆動モータ７１に隣接して備えられた第２の駆動モータ７２によって光４の経路方向に沿って摺動する。

第２の駆動モータ７２は、複数のベベルギアを備え、このベベルギアに接続された第２のリードスクリュー部７２ａと噛み合う。第２の駆動モータ７２が駆動すると、それぞれのベベルギアが回転して第２のリードスクリュー部７２ａを駆動させ、それにより、第４の光学要素６０に設けられた第２のナット部６１が直交方向に直線移動される。

このとき、第２のガイド手段９０は、第４の光学要素６０を光４の経路方向である直交方向に摺動可能にガイドするようにベース部材２０内に構成される。

第２のガイド手段９０において、ベース部材２０内に備えられた一対の第２のガイドレール９１，９１に第４の光学要素６０を摺動可能にガイドする第２のガイド部９２，９２が結合されているため、第４の光学要素６０の第２のガイド部９２，９２は、一対の第２のガイドレール９１，９１に沿って光４の経路方向にガイドされて摺動する。

図６に示すように、第１及び第３の光学要素３０、５０として、他の実施形態で光４を屈折させるためのミラーが使用される。

本発明の望ましい第２の実施形態によるズームカメラの光学装置の動作過程について、添付の図７〜図１１を参照してより詳細に説明すると、次のようである。

図７及び図８に示すように、ベース部材２０には、第１、第２、第４の光学要素３０、４０、６０を実装したズーム移動カム１００が備えられる。

図９に示すように、被写体から反射されて入射される光４は、ズーム移動カム１００に備えられた第１の光学要素３０によって垂直方向に９０度屈折される。

このとき、第２光学要素４０は、第１の光学要素３０によって屈折された光４の経路方向に沿って第１の光学要素３０に隣接して配置されており、この第２の光学要素４０は、光４の経路方向に摺動してズーム機能を行う。

図９及び図１０に示すように、第１の駆動モータ７１は、ズーム移動カム１００を水平方向に移動させると共に第２の光学要素４０を光４の経路方向である垂直方向に摺動させるように、ベース部材２０の所定位置に備えられる。その結果、第２の光学要素４０は、第１の駆動モータ７１の駆動によって摺動される。

第１のナット部１０１は、第１の駆動モータ７１に備えられた第１のリードスクリュー部７１ａと噛み合い、この第１の駆動モータ７１の駆動の際に、第１のリードスクリュー部７１ａによって駆動され、直線移動をするように、ズーム移動カム１００の一端に取り付けられる。したがって、第１の駆動モータ７１の第１のリードスクリュー部７１ａが駆動すると、第１のナット部１０１は、直線移動してズーム移動カム１００を同一方向に摺動させる。

図１０及び図１１に示すように、ズーム移動カム１００には、垂直方向の長さ方向に延在するカムホール１０２が形成されており、第２の光学要素４０の下部に形成されたガイド突起１０４は、このカムホール１０２に嵌合される。また、ベース部材２０には、カムホール１０２に対応する位置にガイドホール１０３が形成されており、カムホール１０２を通じて形成されたガイド突起１０４は、このガイドホール１０３にも嵌合される。

図１０に示すように、上記の状態でズーム移動カム１００が水平方向に移動すると、ガイド突起１０４は、カムホール１０２に沿って垂直方向にガイドされ、且つ、ガイドホール１０３は、第２の光学要素４０を垂直方向に摺動可能にガイドする。このとき、第２の光学要素４０は、垂直方向に摺動してズーム機能を行う。

図１０に示すように、カムホール１０２は、ガイド突起１０４を垂直方向の長さ方向に沿って直線移動するように形成されている。

ガイドホール１０３は、対角線方向に延在して形成され、第２の光学要素４０のガイド突起１０４をガイドすると共に、ズーム移動カム１００の水平移動を垂直移動に変換して第２の光学要素４０を垂直方向に摺動可能にする。

このとき、ズーム移動カム１００には、第２の光学要素４０を光４の経路方向である垂直方向に摺動可能にガイドする第１のガイド手段８０が構成される。

第１のガイド手段８０は、ズーム移動カム１００に設けられた一対の第１のガイドレール８１，８１を備えており、この第１のガイドレール８１，８１に第２の光学要素４０を摺動可能にガイドする第１のガイド部８２，８２が結合される。したがって、第２の光学要素４０の第１のガイド部８２，８２は、一対の第１のガイドレール８１，８１に沿って光４の経路方向である垂直方向にガイドされて摺動する。

この状態で、図１０のように、第２の光学要素４０の光４は、第３の光学要素５０によって水平方向に９０度屈折される。ここで、第１及び第３の光学要素３０、５０としては、光を屈折させるためのプリズム及びミラーが使用される。

第３の光学要素５０に隣接する位置には、第４の光学要素６０が、第３の光学要素５０によって屈折された光４の経路方向に沿って配置される。

図１０に示すように、第４の光学要素６０は、光４の経路方向に摺動してズーム機能を行い、このとき、ズーム機能によって生じる像平面変動分を補償器（図示せず）によって補償しつつ自動的に焦点調整機能を行う。

光４は、第４の光学要素６０を通過し、イメージセンサー５に像が形成される。

このとき、第４の光学要素６０は、第１の駆動モータ７１に隣接して備えられた第２の駆動モータ７２によって光４の経路方向である水平方向に沿って摺動する。

第２の駆動モータ７２は複数のベベルギアを備え、ベベルギアに備えられた第２のリードスクリュー部７２ａと噛み合う。第２の駆動モータ７２が駆動すると、それぞれのベベルギアが回転して第２のリードスクリュー部７２ａを駆動させ、それにより、第４の光学要素６０に設けられた第２のナット部６１が、水平方向に直線移動される。

このとき、ベース部材２０内に、第４の光学要素６０を光４の経路方向である水平方向に摺動可能にガイドする第２のガイド手段９０が構成される。

第２のガイド手段９０は、ベース部材２０内に設けられた一対の第２のガイドレール９１，９１を備えており、この第２のガイドレール９１，９１に第４の光学要素６０を摺動可能にガイドする第２のガイド部９２が結合されている。したがって、第２のガイド部９２，９２は、一対の第２のガイドレール９１，９１に沿って光４の経路方向である水平方向にガイドされて摺動する。

以上、本発明のズームカメラの光学装置は、上述した実施形態及び図面によって限定されるものではなく、本発明の技術的思想を外れない範囲内で様々な変形及び変更が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。

従来のズームカメラでプリズムを使用する図である。従来のズームカメラでミラーを使用する図である。本発明の第１の実施形態によるズームカメラの光学装置の構成を示す分解斜視図である。本発明の第１の実施形態によるズームカメラの光学装置の結合状態を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態によるズームカメラの光学装置において、光学要素によってズーム機能を行い、プリズムを用いて多方向に光路を屈折させる様子を示す平面図である。本発明の第１の実施形態によるズームカメラの光学装置において、光学要素によってズーム機能を行い、ミラーを用いて多方向に光路を屈折させる様子を示す平面図である。本発明の第２の実施形態によるズームカメラの光学装置の構成を示す分解斜視図である。本発明の第２の実施形態によるズームカメラの光学装置の結合状態を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態によるズームカメラの光学装置の構成において、ズーム機能を行うズーム移動カムの作動前の状態を示す平面図である。本発明の第２の実施形態によるズームカメラの光学装置の構成において、ズーム機能を行うズーム移動カムの作動後の状態を示す平面図である。本発明の第２の実施形態によるズームカメラの光学装置の構成において、ズーム機能を行うズーム移動カムの結合状態を示す側断面図である。

符号の説明

１０光学装置
２０ベース部材
３０第１の光学要素（ミラー又はプリズム）
４０第２の光学要素（レンズ群）
５０第３の光学要素（ミラー又はプリズム）
６０第４の光学要素（レンズ群）
７０動力伝達手段
８０第１のガイド手段
９０第２のガイド手段
１００ズーム移動カム
１０２カムホール
１０３ガイドホール
１０４ガイド突起

Claims

ズームカメラモジュールであって、
ベース部材と、
前記ベース部材内に設けられ、被写体から反射されて入射される光を第１方向に屈折させる第１の光学要素と、
前記第１の光学要素によって屈折された光路方向に沿って配置されて前記光路方向に摺動してズーム機能を行う第２の光学要素と、
前記第２の光学要素の光を第２方向に屈折させる第３の光学要素と、
前記第１、第２、第３の光学要素を実装し、前記ベース部材の上端面で前記第２方向に摺動すると共に前記第２の光学要素を前記第１方向に摺動させるズーム移動カムと、
前記ズーム移動カムを前記第２方向に摺動可能とする駆動力を付与する第１の駆動モータと、
前記第３の光学要素によって屈折された光路方向に沿って配置され、前記光路方向に摺動してズーム機能を行い、それによって発生する像平面変動分を補償しつつ焦点調整機能を行う第４の光学要素と、
前記ベース部材内の所定位置に備えられ、前記第４の光学要素を前記光路方向に摺動可能とする駆動力を付与する第２の駆動モータと、
から構成されることを特徴とするズームカメラの光学装置。
前記第１及び第３の光学要素は、ミラー又はプリズムからなることを特徴とする請求項１記載のズームカメラの光学装置。
前記ベース部材内に、前記第１及び第２の駆動モータのための収容空間が形成されていることを特徴とする請求項１記載のズームカメラの光学装置。
前記第１及び第３の光学要素の光屈折角度が９０度であることを特徴とする請求項１記載のズームカメラの光学装置。
前記ズーム移動カムの一端には、前記第１の駆動モータに備えられた第１のリードスクリュー部と噛み合い、前記駆動モータの駆動の際に前記第１のリードスクリュー部の駆動によって直線移動される第１のナット部が備えられ、
前記第４の光学要素には、前記第２の駆動モータに備えられた第２のリードスクリュー部と噛み合い、前記駆動モータの駆動の際に前記第２のリードスクリュー部の駆動によって直線移動される第２のナット部が備えられること、
を特徴とする請求項１記載のズームカメラの光学装置。
前記ズーム移動カムには、前記第２の光学要素に形成されたガイド突起に嵌合されるカムホールが形成され、前記ベース部材には、前記カムホールに対応する位置に、前記カムホールから突出された前記ガイド突起と嵌合されるガイドホールが形成されており、前記ズーム移動カムが前記第２方向に移動する際に、前記ガイド突起が前記カムホールに沿って移動すると共に、前記第２の光学要素は前記ガイドホールにより、前記第１方向に摺動可能にガイドされることを特徴とする請求項１記載のズームカメラの光学装置。
前記カムホールは、前記ガイド突起を直線移動可能に前記第１方向の長さ方向に延在して形成され、前記ガイドホールは対角線方向に延在して形成されていることを特徴とする請求項６記載のズームカメラの光学装置。
前記ズーム移動カムには、前記第２の光学要素を前記光路方向に摺動可能にガイドする第１のガイド手段が構成されることを特徴とする請求項１記載のズームカメラの光学装置。
前記第１のガイド手段は、
前記ズーム移動カム内に備えられる一対の第１のガイドレールと、
前記第２の光学要素の両側に備えられ、前記第１のガイドレールと摺動可能に結合され、前記第２の光学要素を前記光路方向に摺動可能にガイドする第１のガイド部と、
から構成されることを特徴とする請求項８記載のズームカメラの光学装置。
前記ベース部材には、前記第４の光学要素を前記光路方向に摺動可能にガイドする第２のガイド手段が構成されることを特徴とする請求項１記載のズームカメラの光学装置。
前記第２のガイド手段は、
前記ベース部材内に備えられる一対の第２のガイドレールと、
前記第４の光学要素の両側に備えられて前記第２のガイドレールと摺動可能に結合され、前記第４の光学要素を前記光路方向に摺動可能にガイドする第２のガイド部と、
から構成されることを特徴とする請求項１０記載のズームカメラの光学装置。