УСТРОЙСТВО ИЗМЕНЕНИЯ МАСШТАБА ИЗОБРАЖЕНИЯ/ФОКУСИРОВКИ И УЗЕЛ ОБЪЕКТИВА С ПЕРЕМЕННЫМ ФОКУСНЫМ РАССТОЯНИЕМ Российский патент 2017 года по МПК G02B7/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее раскрытие относится к области оптической технологии, более конкретно к устройству изменения масштаба изображения/фокусировки и соответствующему узлу объектива с переменным фокусным расстоянием.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

С продвижением и популяризацией технологии цифрового формирования изображения оптические устройства формирования изображения широко используются в различных оборудованиях, таких как разнообразные портативные и миниатюрные оборудования. Существует настоятельная потребность в миниатюризованных оптических устройствах формирования изображения.

Для того чтобы устройства имели возможность точной настройки фокуса в случае миниатюризации, предложены решения, в которых ультразвуковой двигатель с резьбовым приводом используется для настройки фокуса (например, публикация PCT-заявки № WO2007118418) и изменения масштаба изображения (например, публикация Китайской заявки № CN102590979A). Эти технологии могут быть использованы для миниатюризации узла объектива с переменным фокусным расстоянием. Однако все еще нет подходящего решения для узла телескопического миниатюризованного объектива с переменным фокусным расстоянием.

В настоящее время имеются, в принципе, различные виды телескопических объективов, как указано ниже:

- узел большого объектива (такой как узел объектива SLR-камеры), который в общем случае имеет больший диаметр (калибр) переднего конца и меньший диаметр заднего конца (конца, соединяющегося с камерой) и в котором ручное изменение масштаба изображения (зуммирование) используется, чтобы раздвигать узел объектива и изменять фокусное расстояние (масштаб изображения); и

- узел телескопического объектива с возможностью автоматического (механизированного) изменения масштаба изображения, который в общем случае имеет многовтулочную структуру и в котором раздвижение (телескопирование) выполняется посредством внутренней втулки. Однако поскольку внутренняя втулка имеет меньший диаметр, для узла телескопического объектива затруднительно иметь широкоугольный эффект. Если требуется узел широкоугольного объектива, то многовтулочная структура будет короткой и толстой, вследствие чего масштабный коэффициент будет сильно ограничен, и размеры заднего конца узла объектива будут дополнительно увеличены.

Оба из двух вышеуказанных узлов объективов трудно миниатюризировать.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним аспектом настоящего раскрытия предложено устройство изменения масштаба изображения/фокусировки. Устройство изменения масштаба изображения/фокусировки может содержать первый тубус объектива фокусировки, первый тубус объектива с переменным фокусным расстоянием, первый ультразвуковой двигатель и второй ультразвуковой двигатель, которые расположены коаксиально. Первый тубус объектива фокусировки может быть радиально неподвижным. Первая группа объектива фокусировки, которую требуется перемещать, может быть установлена в первом тубусе объектива фокусировки. Первый тубус объектива с переменным фокусным расстоянием может быть радиально неподвижным и иметь больший диаметр, чем первый тубус объектива фокусировки. Первая группа объектива с переменным фокусным расстоянием, которую требуется перемещать, может быть установлена в первом тубусе объектива с переменным фокусным расстоянием. Ось вращения ротора первого ультразвукового двигателя может быть коаксиальной с первым тубусом объектива фокусировки. Ротор первого ультразвукового двигателя может быть использован для привода первого тубуса объектива фокусировки, чтобы перемещаться по оси. Ось вращения ротора второго ультразвукового двигателя может быть коаксиальной с первым тубусом объектива фокусировки. Ротор второго ультразвукового двигателя может быть использован для привода первого тубуса объектива с переменным фокусным расстоянием, чтобы перемещаться по оси.

В соответствии с другим аспектом настоящего раскрытия предложен узел объектива с переменным фокусным расстоянием. Узел объектива с переменным фокусным расстоянием может включать в себя устройство изменения масштаба изображения/фокусировки, описанное выше, группу объектива фокусировки и группу объектива с переменным фокусным расстоянием, которые требуется перемещать и которые установлены в соответствующих тубусах объективов.

В устройстве изменения масштаба изображения/фокусировки в соответствии с настоящим раскрытием тубус объектива с переменным фокусным расстоянием с требованием телескопирования расположен снаружи тубуса объектива фокусировки. Тубусы объективов приводятся ультразвуковыми двигателями, и вращательные движения ультразвуковых двигателей преобразуются в осевые перемещения тубусов объективов. При этом телескопирование тубуса объектива с переменным фокусным расстоянием и настройка положения изменения масштаба изображения могут быть реализованы одновременно. Поскольку тубус объектива с переменным фокусным расстоянием имеет больший диаметр, так что он пригоден для широкоугольного объектива, узел объектива с переменным фокусным расстоянием в соответствии с настоящим раскрытием может получать большую апертуру в случае того же самого максимального внешнего диаметра по сравнению с узлом объектива того типа, который использует внутренние структуры телескопирования. Кроме того, узел объектива становится постепенно большим изнутри наружу, когда группа объектива устанавливается сзади вперед, так что установка является более удобной и плавной, и миниатюризация узла объектива облегчается.

Конкретные варианты осуществления в соответствии с настоящим раскрытием будут описаны ниже более детально со ссылками на чертежи. Для простоты компоненты по существу с теми же самыми или сходными функциями обозначены одинаковыми ссылочными позициями для всех вариантов осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 схематично показывает базовые структуры устройства изменения масштаба изображения/фокусировки в соответствии с настоящим раскрытием;

Фиг.2 схематично показывает приводную структуру, посредством которой ротор приводит тубус объектива;

Фиг.3 схематично показывает другую приводную структуру, посредством которой ротор приводит тубус объектива;

Фиг.4 схематично показывает другую приводную структуру, посредством которой ротор приводит тубус объектива;

Фиг.5 схематично показывает структуру узла объектива с переменным фокусным расстоянием варианта осуществления 1;

Фиг.6 схематично показывает вид сверху второго тубуса объектива фокусировки в варианте осуществления 1;

Фиг.7 схематично показывает структуру узла объектива с переменным фокусным расстоянием в варианте осуществления 2;

Фиг.8 схематично показывает структуру узла объектива с переменным фокусным расстоянием в варианте осуществления 3; и

Фиг.9 схематично показывает структуру узла объектива с переменным фокусным расстоянием в варианте осуществления 4.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ

Базовая структура устройства изменения масштаба изображения/фокусировки в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия показана на фиг.1, на которой верхние и нижние края структур тубусов показаны пунктирными линиями для простоты. Устройство изменения масштаба изображения/фокусировки может включать в себя первый тубус 101 объектива фокусировки, первый тубус 102 объектива с переменным фокусным расстоянием, первый ультразвуковой двигатель и второй ультразвуковой двигатель.

Первый тубус 101 объектива фокусировки может быть радиально неподвижным, и первая группа объектива фокусировки, которую требуется перемещать, может быть установлена в первом тубусе 101 объектива фокусировки. Первый тубус 102 объектива с переменным фокусным расстоянием может быть радиально неподвижным, иметь больший диаметр, чем первый тубус объектива фокусировки, и быть расположен коаксиально с первым тубусом объектива фокусировки. Первая группа объектива с переменным фокусным расстоянием, которую требуется перемещать, может быть установлена в первом тубусе 102 объектива с переменным фокусным расстоянием. Ось вращения ротора 103 первого ультразвукового двигателя может быть коаксиальной с первым тубусом объектива фокусировки, и первый тубус объектива фокусировки может приводиться ротором 103 первого ультразвукового двигателя, чтобы перемещаться по оси. Ось вращения ротора 104 второго ультразвукового двигателя может быть коаксиальной с первым тубусом объектива фокусировки, и первый тубус объектива с переменным фокусным расстоянием может приводиться ротором 104 второго ультразвукового двигателя, чтобы перемещаться по оси.

При оптическом проектировании узла объектива осевое движение первого тубуса объектива фокусировки может быть использовано для достижения автофокусировки. Осевое движение первого тубуса объектива с переменным фокусным расстоянием может включать в себя телескопирование (выдвижение-складывание) узла объектива и зуммирование (изменение масштаба, трансфокацию). Телескопирование узла объектива здесь может относиться к помещению группы объектива с переменным фокусным расстоянием в область, где нормальное формирование изображения может выполняться путем перемещения тубуса объектива. В упомянутой области может настраиваться масштабный коэффициент. В некоторых вариантах осуществления может иметься два или более тубуса объектива с переменным фокусным расстоянием, чтобы реализовать многокаскадное телескопирование. Чем больше вперед выдвинут тубус объектива с переменным фокусным расстоянием, тем больше его диаметр. Тубусы объектива с переменным фокусным расстоянием могут быть связаны, например все могут приводиться вторым ультразвуковым двигателем. Тубусы объектива с переменным фокусным расстоянием могут также приводиться по отдельности. В этом случае ультразвуковые двигатели могут быть расположены соответственно.

В вариантах осуществления многообразие подходящих структур может быть использовано для выполнения тубуса объектива радиально неподвижным. Например, может быть использован фиксирующий стержень, проходящий аксиально, который проходит через боковую стенку тубуса объектива и вдоль которого тубус объектива может скользить аксиально; или выемки или выступы, проходящие аксиально, могут быть размещены на боковой стенке тубуса объектива, которые могут взаимодействовать с соответствующими фиксирующими элементами, чтобы ограничивать осевое перемещение тубуса объектива. В варианте осуществления радиальная фиксирующая структура может быть дополнительно обеспечена с осевыми ограничительными элементами, такими как преграждающие планки или выступы и т.д., которые расположены в фиксированных местоположениях, чтобы ограничивать диапазон осевого перемещения тубуса объектива, такой как диапазон телескопирования тубуса объектива с переменным фокусным расстоянием. В других вариантах осуществления подобные механизмы ограничения могут быть расположены в других фиксирующих структурах, или ротор, приводящий узел объектива, может быть ограничен, или приводной режим ультразвуковых двигателей может быть спроектирован, чтобы одновременно реализовывать функцию ограничения местоположения (детально описано ниже).

В основном, ультразвуковой двигатель варианта осуществления может включать в себя статор и ротор, которые коаксиальны один другому и вложены один в другой. Статор может быть неподвижным, а ротор может вращаться относительно статора. Пьезоэлектрические элементы могут быть прикреплены к статору или ротору. Пьезоэлектрические элементы могут приводить в колебания статор или ротор, к которому прикреплен пьезоэлектрический элемент, с возбуждением электрических сигналов, чтобы генерировать бегущие волны; при этом ротор может приводиться во вращение посредством соответствующей посадки (например, резьбовой посадки, или фрикционной посадки окружных поверхностей) между статором и ротором. Поскольку вращение ультразвукового двигателя может управляться с высокой точностью, и точность в управлении осевым перемещением может достигать микронного уровня, требования по точной фокусировке/изменению масштаба изображения могут быть удовлетворены. В одном варианте осуществления может быть использован многогранный ультразвуковой двигатель, в котором поверхности статора или ротора, к которым прикреплены пьезоэлектрические элементы, являются многогранником. Пьезоэлектрические элементы могут быть прикреплены к каждой грани многогранника. Гибкая печатная плата (FPC) может быть использована, чтобы связывать или приваривать металлические проводники к каждому из пьезоэлектрических элементов для передачи электрических сигналов, возбуждающих пьезоэлектрические элементы. Используемые пьезоэлектрические элементы могут представлять собой, например, пьезоэлектрическую керамику.

В вариантах осуществления магнитное кольцо Холла и датчик Холла могут быть дополнительно предусмотрены, чтобы точно измерять осевое перемещение тубуса объектива. Магнитное кольцо Холла может быть расположено коаксиально с первым тубусом объектива фокусировки. Одно из магнитного кольца Холла и датчика Холла может быть закреплено на роторе ультразвукового двигателя, а другое может быть закреплено на статоре ультразвукового двигателя или на тубусе объектива, приводимого ультразвуковым двигателем. Датчик Холла может выводить измеренные сигналы, которые представляют угол поворота магнитного кольца Холла относительно датчика Холла. Фактически, угол поворота является углом поворота ротора. Поскольку имеется соответствие между поворотом ротора и осевым перемещением тубуса объектива, расстояние осевого перемещения тубуса объектива может быть определено путем измерения поворота ротора. Измеренные данные могут быть посланы на хост для соответствующего оптического вычисления и/или управления перемещением тубуса объектива. Например, угол поворота ротора второго ультразвукового двигателя может быть измерен, и затем кратное изменения масштаба может быть вычислено, чтобы отображать кратное изменения масштаба пользователю, и/или хост может выполнять управление с обратной связью над изменением масштаба узла объектива с использованием измеренных данных для получения высокоточного изменения масштаба. В качестве другого примера угол поворота ротора первого ультразвукового двигателя может быть измерен, чтобы облегчать управление автофокусировкой, выполняемое хостом.

Многообразие подходящих приводных структур может быть использовано ротором ультразвукового двигателя для привода тубуса объектива, чтобы перемещаться по оси. Различные приводные структуры описаны на примерах, которые имеют свои соответствующие преимущества. В вариантах осуществления все роторы ультразвуковых двигателей могут использовать те же самые приводные структуры или они могут также использовать различные приводные структуры, основываясь на реальных ситуациях, соответственно.

(1) Приводная структура прямого контакта

В этой приводной структуре траектория ротора является спиральной, и поверхность ротора поддерживается в контакте с одним концом тубуса объектива, приводимого ротором, так что спиральное движение ротора приводит тубус объектива, чтобы перемещаться по оси.

Спиральная траектория может генерироваться посредством резьбовой посадки между ротором и статором ультразвукового двигателя. Например, ротор может быть расположен в статоре, и внешняя стенка ротора и внутренняя стенка статора могут быть снабжены винтовыми резьбами, которые взаимодействуют друг с другом, соответственно. Или ротор может быть расположен снаружи статора, и внутренняя стенка ротора и внешняя станка статора могут быть снабжены винтовыми резьбами, которые взаимодействуют друг с другом, соответственно. Когда ротор приводится во вращение, спиральная траектория может быть сформирована посредством направления винтовой резьбы.

Контакт между ротором и тубусом объектива, приводимым ротором, может поддерживаться за счет приложения предварительного давления. Предварительное давление может быть обеспечено различными путями. В одном варианте осуществления может использоваться сила упругости пружины. Например, пружина может использоваться для приложения давления к концу тубуса объектива, который не находится в контакте с ротором. В другом варианте осуществления может использоваться магнитная сила. Например, со ссылкой на фиг.2, магнитное кольцо S13 может быть связано с концом тубуса S11 объектива, который находится в контакте с ротором S12. Ротор S12 может быть выполнен из стали. На этом чертеже S14 представляет магнитную силу, S15 представляет соотношение связи, и S16 является схематичным представлением ограничительных структур, действующих на ротор, которые ограничивают вращение ротора в двух направлениях за счет обеспечения преграждающих планок. В этом варианте осуществления магнитное кольцо может рассматриваться как часть тубуса объектива, и то, что магнитное кольцо поддерживается в контакте с ротором, означает, что тубус объектива поддерживается в контакте с ротором. В другом варианте осуществления магнитное кольцо может быть связано с ротором, и тубус объектива может быть выполнен из стали. В двух вариантах осуществления, упомянутых выше, если требуется устройство измерений Холла, магнитное кольцо может одновременно действовать как магнитное кольцо Холла. В другом варианте осуществления как тубус объектива, так и ротор могут быть выполнены из стали (или стальное кольцо/железное кольцо может быть связано с контактными концами, соответственно), и магнитное кольцо может быть вставлено между ними (связывание не требуется), чтобы поддерживать соединение между ними.

(2) Приводная структура с выпуклой кромкой

В этой приводной структуре траектория ротора является спиральной или круговой. Опорный штифт, проходящий аксиально, может быть закреплен на роторе. Свободный конец опорного штифта удерживается в контакте с одним концом приводимого тубуса объектива. Выпуклая кромка может быть расположена на торцевой поверхности упомянутого одного конца тубуса объектива, так что спиральное или круговое движение ротора может приводить тубус объектива, чтобы перемещаться по оси. С этой приводной структурой диапазон вращения опорного штифта может быть ограничен путем проектирования формы выпуклой кромки тубуса объектива (например, выпуклые формы могут быть расположены в двух конечных точках диапазона вращения, чтобы блокировать перемещение опорного штифта). Поэтому дополнительные ограничительные механизмы ротора или тубуса объектива могут не требоваться.

Один пример показан на фиг.3. Торцевая поверхность тубуса объектива S21 может быть снабжена в соответствии с оптическим проектированием выпуклой кромкой, которая включает в себя две кривых. S22 является конечной точкой втягивания тубуса объектива, S23 является начальной точкой изменения масштаба, и S24 является конечной точкой изменения масштаба. Форма кривой схематично показана на чертеже и конкретно может быть определена в соответствии с оптическим проектированием. Два опорных штифта, которые симметричны друг другу, могут быть закреплены на роторе S25. Соответственно выпуклая кромка тубуса объектива, с которой находятся в контакте опорные штифты, также может быть симметричной, что может повысить устойчивость всей структуры. Кроме того, чтобы измерить перемещение тубуса объектива, магнитное кольцо Холла S27 может быть связано с поверхностью ротора. Датчик Холла S28 может быть соответственно прикреплен к тубусу объектива. Магнитное кольцо Холла, таким образом, используется для обеспечения магнитной связи между тубусом объектива (выполненного из стали) и ротором.

(3) Приводная структура приводного стержня

В этой приводной структуре траектория ротора является спиральной или круговой. Первый приводной стержень, проходящий аксиально, может быть закреплен на роторе. Боковая стенка приводимого тубуса объектива может быть снабжена криволинейной направляющей щелью. Свободный конец первого приводного стержня может быть вставлен в направляющую щель, так что спиральное или круговое движение ротора может приводить тубус объектива, чтобы перемещаться по оси.

Один пример показан на фиг.4. Внешняя стенка тубуса S31 объектива может быть снабжена в соответствии с оптическим проектированием криволинейной направляющей щелью, где S32 является секцией втягивания, а S33 является секцией изменения масштаба. Кривая, показанная на чертеже, является лишь схематичной. Перевернутая часть на конце S33 указывает, что оптическое проектирование узла объектива имеет точку перегиба. Конкретная форма кривой может быть определена в соответствии с оптическим проектированием. Свободный конец S34 первого приводного стержня, закрепленного на роторе (не показан), может быть вставлен в направляющую щель. С этой приводной структурой, поскольку начальная точка и конечная точка направляющей щели могут быть удобным образом установлены для ограничения диапазона поворота приводного стержня, дополнительные механизмы ограничения ротора или тубуса объектива могут не требоваться.

Следует отметить, что когда один ротор должен приводить одновременно два или более тубусов объектива (например, ротор второго ультразвукового двигателя приводит два или более тубусов объектива с переменным фокусным расстоянием, которые вложены один в другой), ротор может использовать те же самые приводные структуры или разные приводные структуры для двух или более тубусов объектива. Например, ротор может приводить один тубус объектива посредством прямого контакта, и в то же самое время приводить другой тубус объектива, который размещен в виде гильзы снаружи на упомянутом одном тубусе объектива, посредством приводной структуры приводного стержня. Или опорные штифты могут быть расположены в различных радиальных положениях ротора и могут соответственно приводить тубусы объективов, которые имеют диаметры, соответствующие положениям опорных штифтов. Или ротор может приводить один тубус объектива посредством опорного штифта, и в то же самое время приводить другой тубус объектива, который расположен как гильза снаружи упомянутого одного тубуса объектива, посредством приводной структуры приводного стержня. Или ротор может одновременно приводить два тубуса объектива, которые вложены один в другой, посредством различных приводных стержней, соответственно.

Узел объектива с переменным фокусным расстоянием в соответствии с настоящим раскрытием может быть получен на основе устройства изменения масштаба изображения/фокусировки, описанного выше, например, путем установки группы объектива фокусировки и группы объектива с переменным фокусным расстоянием, которые должны перемещаться, в соответствующие тубусы объективов, причем установленная группа объектива является коаксиальной с первым тубусом объектива фокусировки. Разумеется, в соответствии с требованиями оптического проектирования, фиксированная группа объектива фокусировки и/или группа объектива с переменным фокусным расстоянием также может быть обеспечена, которая также может быть коаксиальной с первым тубусом объектива фокусировки. В устройстве изменения масштаба изображения/фокусировки, описанном выше, группа объектива фокусировки на заднем конце расположена в самом внутреннем местоположении, а группа объектива с переменным фокусным расстоянием, которую нужно раздвигать, расположена снаружи. Поэтому сборка узла объектива может быть выполнена последовательно сзади вперед и изнутри наружу, что упрощает проектирование и изготовление узла объектива.

Узел объектива с переменным фокусным расстоянием в соответствии с настоящим раскрытием будет описан ниже со ссылкой на конкретные варианты осуществления. Однако то, что уже было подробно описано выше, например, радиальная фиксация тубуса объектива, ограничительная структура тубуса объектива или ротор и приводная структура ротора ультразвукового двигателя для тубуса объектива и т.д. не будет снова описываться.

Вариант осуществления 1

Один вариант осуществления узла объектива с переменным фокусным расстоянием в соответствии с настоящим раскрытием схематично показан на фиг.5 и может включать в себя первый тубус 101 объектива фокусировки, первый тубус 102 объектива с переменным фокусным расстоянием, первый ультразвуковой двигатель и второй ультразвуковой двигатель, конструктивные соотношения которых могут быть такими, как описано выше. В представленном варианте осуществления статор первого ультразвукового двигателя может быть первым фиксирующим тубусом 105, внутренняя стенка ротора 103 первого ультразвукового двигателя может быть многогранником, пьезоэлектрический элемент (не показан) может быть прикреплен к каждой стороне многогранника, и внешняя стенка ротора первого ультразвукового двигателя может быть пригнана к внутренней стенке первого фиксирующего тубуса посредством винтовой резьбы или трения. Статор второго ультразвукового двигателя может также быть первым фиксирующим тубусом 105, внешняя стенка ротора 104 второго ультразвукового двигателя может быть многогранником, пьезоэлектрический элемент (не показан) может быть прикреплен к каждой стороне многогранника, и внутренняя стенка ротора второго ультразвукового двигателя может быть пригнана к внешней стенке первого фиксирующего тубуса посредством винтовой резьбы или трения.

Первая группа 106 объектива фокусировки (показанная как одиночный объектив на чертеже, и далее так же) может быть установлена в первый тубус 101 объектива фокусировки. Первая группа 107 объектива с переменным фокусным расстоянием может быть установлена на переднем конце первого тубуса 102 объектива с переменным фокусным расстоянием. В соответствии с оптическим проектированием узел объектива в соответствии с представленными вариантами осуществления может дополнительно включать в себя фиксированную вторую группу 108 объектива фокусировки (окуляр) и фиксированную вторую группу 109 объектива с переменным фокусным расстоянием. Вторая группа объектива фокусировки может быть установлена во втором тубусе 110 объектива фокусировки (поскольку второй тубус объектива фокусировки фиксирован, он может быть расположен вместе с первым фиксирующим тубусом или может также быть отдельным тубусом, и он может фиксироваться на основании вместе с другими фиксирующими элементами, где основание представлено горизонтальной линией внизу на чертеже). Вторая группа объектива с переменным фокусным расстоянием может быть установлена на переднем конце первого фиксирующего тубуса 105 и расположена между первой группой объектива фокусировки и первой группой объектива с переменным фокусным расстоянием. Обычно затвор/апертура 111 может располагаться между первой группой объектива фокусировки и второй группой объектива с переменным фокусным расстоянием.

Поскольку пьезоэлектрические элементы двух ультразвуковых двигателей прикреплены к роторам, проводники FPC, соединенные с пьезоэлектрическими элементами, будут перемещаться в некотором диапазоне при вращении ротора. Для проводников, соединенных с ротором 104, защитное кольцо 112 фиксированной катушки может быть расположено на периферии проводников. Для проводников, соединенных с ротором 103, со ссылкой на фиг.6, полая область 115 может располагаться у боковой стенки второго тубуса 110 объектива фокусировки 110 для перемещения проводников. На фиг.6 могут быть предусмотрены сквозные отверстия 116, через которые может проходить фиксирующий стержень (не показан). Фиксирующий стержень используется для осевой фиксации тубуса объектива.

В настоящем варианте осуществления устройства измерения на эффекте Холла могут дополнительно использоваться, чтобы с высокой точностью измерять осевое перемещение первого тубуса 102 объектива с переменным фокусным расстоянием, где магнитное кольцо Холла S27 может быть закреплено на первом тубусе объектива с переменным фокусным расстоянием, а датчик Холла S28 может быть закреплен на роторе 104 второго ультразвукового двигателя.

В настоящем варианте осуществления первый ультразвуковой двигатель может приводить первую группу объектива фокусировки, чтобы выполнять автофокусировку, и второй ультразвуковой двигатель может приводить первую группу объектива с переменным фокусным расстоянием, чтобы выполнять телескопирование и изменение масштаба узла объектива. Два ультразвуковых двигателя совместно используют один статор, и два ротора установлены на внутренней стенке и внешней стенке статора соответственно, что приводит к чрезвычайно компактной структуре.

Вариант осуществления 2

Другой вариант осуществления узла объектива с переменным фокусным расстоянием в соответствии с настоящим раскрытием схематично показан на фиг.7 и главным образом отличается от варианта осуществления 1 тем, что добавлен другой тубус телескопического объектива.

Более конкретно, узел объектива с переменным фокусным расстоянием может дополнительно включать в себя второй тубус 213 объектива с переменным фокусным расстоянием. Третья группа объектива с переменным фокусным расстоянием, которая должна перемещаться, может быть установлена во втором тубусе 213 объектива с переменным фокусным расстоянием. Второй тубус объектива с переменным фокусным расстоянием может быть радиально неподвижным, иметь больший диаметр, чем первый тубус 102 объектива с переменным фокусным расстоянием, и располагаться коаксиально с первым тубусом объектива фокусировки. Внутренняя стенка второго тубуса объектива с переменным фокусным расстоянием упираться во внешнюю стенку первого тубуса объектива с переменным фокусным расстоянием. Ротор 104 второго ультразвукового двигателя может дополнительно использоваться для привода второго тубуса объектива с переменным фокусным расстоянием, чтобы перемещаться по оси, например, посредством приводной структуры приводного стержня. Приводной стержень 215, проходящий аксиально, может быть закреплен на роторе второго ультразвукового двигателя. Криволинейная направляющая щель может быть предусмотрена на боковой стенке второго тубуса объектива с переменным фокусным расстоянием. Свободный конец второго приводного стержня может быть вставлен в направляющую щель, так что спиральное или круговое движение ротора второго ультразвукового двигателя приводит второй тубус объектива с переменным фокусным расстоянием, чтобы перемещать его по оси.

В настоящем варианте осуществления пружина 216 растяжения может быть расположена, чтобы обеспечивать предварительное давление для контакта между первым тубусом объектива фокусировки и ротором первого ультразвукового двигателя. В то же время пружина растяжения может также ограничивать осевое перемещение первого тубуса объектива фокусировки, так что ограничительные механизмы, действующие на первый тубус объектива фокусировки или ротор первого ультразвукового двигателя, могут быть опущены.

В настоящем варианте осуществления путем добавления тубуса объектива с внешней стороны узел объектива может быть модифицирован от варианта однокаскадного телескопирования к варианту двухкаскадного телескопирования, что может быть реализовано путем простого обеспечения приводного стержня на роторе второго ультразвукового двигателя и является простым в реализации. Кроме того, узлы объектива увеличиваются от четырех групп до пяти групп, что облегчает увеличение масштабного коэффициента. И далее, поскольку является намного более простым добавить тубус с внешней стороны узла объектива, чем с внутренней стороны, узел многокаскадного телескопического объектива может быть легко получен таким способом. Если необходимо, чтобы дополнительный тубус управлялся независимо, соответственно должен быть добавлен ультразвуковой двигатель.

Вариант осуществления 3

Другой вариант осуществления узла объектива с переменным фокусным расстоянием в соответствии с настоящим раскрытием схематично показан на фиг.8, который может включать в себя первый тубус 101 объектива фокусировки, первый тубус 102 объектива с переменным фокусным расстоянием, первый ультразвуковой двигатель и второй ультразвуковой двигатель, конструктивное соотношение которых может быть таким, как описано выше. В настоящем варианте осуществления статор первого ультразвукового двигателя является первым фиксирующим тубусом 105, внутренняя стенка ротора 103 первого ультразвукового двигателя может быть пригнана к внешней стенке первого фиксирующего тубуса посредством резьбы или трения, внутренняя стенка первого фиксирующего тубуса может быть многогранником, и пьезоэлектрические элементы (не показаны) могут быть прикреплены к каждой стороне многогранника. Статор второго ультразвукового двигателя может быть вторым фиксирующим тубусом 317. Внешняя стенка ротора 104 второго ультразвукового двигателя может быть пригнана к внутренней стенке второго фиксирующего тубуса посредством резьбы или трения. Внешняя стенка второго фиксирующего тубуса может быть многогранником, каждая сторона которого может быть снабжена пьезоэлектрическими элементами. Внешняя стенка первого тубуса объектива фокусировки и внешняя стенка ротора первого ультразвукового двигателя могут упираться во внутреннюю стенку первого тубуса объектива с переменным фокусным расстоянием.

В настоящем варианте осуществления, чтобы увеличить масштабный коэффициент, может быть дополнительно предусмотрен второй тубус 213 объектива с переменным фокусным расстоянием, в котором может быть установлена третья группа 214 объектива с переменным фокусным расстоянием, которую необходимо перемещать. Второй тубус объектива с переменным фокусным расстоянием может быть радиально неподвижным, иметь больший диаметр, чем первый тубус 102 объектива с переменным фокусным расстоянием, и располагаться коаксиально с первым тубусом объектива фокусировки. Ротор 104 второго ультразвукового двигателя может также использоваться, чтобы приводить второй тубус объектива с переменным фокусным расстоянием, чтобы перемещаться по оси (например, посредством приводной структуры приводного стержня). Внутренняя стенка второго тубуса объектива с переменным фокусным расстоянием может упираться во внешнюю стенку первого тубуса объектива с переменным фокусным расстоянием, и внешняя стенка второго тубуса объектива с переменным фокусным расстоянием может упираться во внутреннюю стенку второго фиксирующего тубуса 317.

В настоящем варианте осуществления два ультразвуковых двигателя имеют свои собственные статоры. Два статора переключают два ротора и два тубуса объективов с переменным фокусным расстоянием между собой, так что узел объектива имеет хорошую соосность. Кроме того, пьезоэлектрические элементы прикреплены к статорам и не требуют перемещения, чтоб упрощает изготовление.

Вариант осуществления 4

Другой вариант осуществления узла объектива с переменным фокусным расстоянием в соответствии с настоящим раскрытием схематично показан на фиг.9, который отличается от варианта осуществления 3 тем, что два статора переключают только два ротора между собой. Т.е. внешняя стенка ротора 103 первого ультразвукового двигателя упирается во внутреннюю стенку ротора 104 второго ультразвукового двигателя.

В настоящем варианте осуществления пружина 418 натяжения может быть расположена так, чтобы обеспечивать предварительное давление для контакта между первым тубусом объектива фокусировки и ротором первого ультразвукового двигателя. В то же время пружина натяжения может также ограничивать осевое перемещение первого тубуса объектива фокусировки, поэтому ограничительные механизмы, действующие на первый тубус объектива фокусировки или ротор первого ультразвукового двигателя, могут быть опущены.

В настоящем варианте осуществления структура является более компактной, и радиальные размеры узла объектива уменьшаются. Кроме того, легче расположить устройства измерения на эффекте Холла, чтобы с высокой точностью управлять изменением масштаба изображения. Например, магнитное кольцо Холла S27 может быть закреплено на роторе 104 второго ультразвукового двигателя, а датчик Холла S28 может быть закреплен на втором фиксирующем тубусе 317.

Принципы и варианты осуществления были описаны выше со ссылкой на конкретные примеры. Однако следует иметь в виду, что варианты осуществления, описанные выше, использованы только для облегчения понимания настоящего раскрытия, но не должны интерпретироваться как ограничения настоящего раскрытия. Разнообразные модификации могут быть выполнены для конкретных вариантов осуществления, описанных выше, специалистом в данной области техники в соответствии с принципами настоящего раскрытия.

Группа изобретений относится к области оптической технологии, более конкретно к устройству изменения масштаба изображения/фокусировки и соответствующему узлу объектива с переменным фокусным расстоянием. Устройство изменения масштаба изображения/фокусировки содержит: первый тубус объектива фокусировки, в котором установлена первая группа объектива фокусировки; первый тубус объектива с переменным фокусным расстоянием, в котором установлена первая группа объектива с переменным фокусным расстоянием; первый ультразвуковой двигатель, ось вращения ротора которого коаксиальна с первым тубусом объектива фокусировки; и второй ультразвуковой двигатель, ось вращения ротора которого коаксиальна с первым тубусом объектива фокусировки; причем статор первого ультразвукового двигателя является первым фиксирующим тубусом; статор второго ультразвукового двигателя является первым фиксирующим тубусом. Технический результат – упрощение установки объектива, миниатюризация устройства. 3 н. 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство изменения масштаба изображения/фокусировки, содержащее:

первый тубус (101) объектива фокусировки, в котором установлена первая группа объектива фокусировки, которую требуется перемещать, причем первый тубус объектива фокусировки является радиально неподвижным;

первый тубус (102) объектива с переменным фокусным расстоянием, в котором установлена первая группа объектива с переменным фокусным расстоянием, которую требуется перемещать, причем первый тубус объектива с переменным фокусным расстоянием является радиально неподвижным, и расположен снаружи первого тубуса объектива фокусировки, и расположен коаксиально с первым тубусом объектива фокусировки;

первый ультразвуковой двигатель, ось вращения ротора (103) которого коаксиальна с первым тубусом объектива фокусировки, причем ротор (103) первого ультразвукового двигателя используется для привода первого тубуса объектива фокусировки, чтобы перемещаться по оси; и

второй ультразвуковой двигатель, ось вращения ротора (104) которого коаксиальна с первым тубусом объектива фокусировки, причем ротор (104) второго ультразвукового двигателя используется для привода первого тубуса объектива с переменным фокусным расстоянием, чтобы перемещаться по оси;

причем статор первого ультразвукового двигателя является первым фиксирующим тубусом (105), внутренняя стенка ротора первого ультразвукового двигателя является многогранником, к каждой стороне которого прикреплен пьезоэлектрический элемент, и внешняя стенка ротора первого ультразвукового двигателя пригнана к внутренней стенке первого фиксирующего тубуса посредством резьбы или трения; и

статор второго ультразвукового двигателя является первым фиксирующим тубусом (105), внешняя стенка ротора второго ультразвукового двигателя является многогранником, к каждой стороне которого прикреплен пьезоэлектрический элемент, и внутренняя стенка ротора второго ультразвукового двигателя пригнана к внешней стенке первого фиксирующего тубуса посредством резьбы или трения.

2. Устройство по п.1, в котором траектория движения ротора (103, 104) первого ультразвукового двигателя и/или второго ультразвукового двигателя является спиральной, и поверхность ротора удерживается в контакте с одним концом тубуса объектива, приводимого ротором, так что спиральное движение ротора приводит тубус объектива для перемещения по оси.

3. Устройство по п.1, в котором траектория движения ротора (103, 104) первого ультразвукового двигателя и/или второго ультразвукового двигателя является спиральной или круговой, опорный штифт (S26), проходящий аксиально, закреплен на роторе, свободный конец опорного штифта удерживается в контакте с одним концом тубуса объектива, приводимого ротором, и выпуклая кромка предусмотрена на одном конце тубуса объектива, так что спиральное или круговое движение ротора приводит тубус объектива для перемещения по оси.

4. Устройство по п.1, в котором траектория движения ротора (103, 104) первого ультразвукового двигателя и/или второго ультразвукового двигателя является спиральной или круговой, первый приводной стержень, проходящий аксиально, закреплен на роторе, криволинейная направляющая щель предусмотрена на боковой стенке тубуса объектива, приводимого ротором, и свободный конец (S34) первого приводного стержня вставлен в направляющую щель, так что спиральное или круговое движение ротора приводит тубус объектива для перемещения по оси.

5. Устройство по п.2 или 3, в котором ротор удерживается в контакте с тубусом объектива, приводимого ротором, посредством магнитной силы или силы упругости пружины.

6. Устройство по п.1, дополнительно содержащее магнитное кольцо (S27) Холла и датчик (S28) Холла, причем магнитное кольцо Холла расположено коаксиально с первым тубусом объектива фокусировки, и одно из магнитного кольца Холла и датчика Холла закреплено на роторе ультразвукового двигателя, а другое закреплено на статоре ультразвукового двигателя или тубусе объектива, приводимого ультразвуковым двигателем; и причем датчик Холла выводит сигналы измерений, которые представляют угол поворота магнитного кольца Холла относительно датчика Холла.

7. Устройство по одному из пп.1-4, дополнительно содержащее второй тубус (213) объектива с переменным фокусным расстоянием, в котором установлена третья группа объектива с переменным фокусным расстоянием, которую требуется перемещать, причем второй тубус объектива с переменным фокусным расстоянием является радиально неподвижным, имеет больший диаметр, чем первый тубус (102) объектива с переменным фокусным расстоянием, и расположен коаксиально с первым тубусом объектива фокусировки (101);

и причем ротор (103) второго ультразвукового двигателя дополнительно используется для привода второго тубуса объектива с переменным фокусным расстоянием, чтобы перемещаться по оси.

8. Устройство изменения масштаба изображения/фокусировки, содержащее:

первый тубус (101) объектива фокусировки, в котором установлена первая группа объектива фокусировки, которую требуется перемещать, причем первый тубус объектива фокусировки является радиально неподвижным;

первый тубус (102) объектива с переменным фокусным расстоянием, в котором установлена первая группа объектива с переменным фокусным расстоянием, которую требуется перемещать, причем первый тубус объектива с переменным фокусным расстоянием является радиально неподвижным, и расположен снаружи первого тубуса объектива фокусировки, и расположен коаксиально с первым тубусом объектива фокусировки;

первый ультразвуковой двигатель, ось вращения ротора (103) которого коаксиальна с первым тубусом объектива фокусировки, причем ротор (103) первого ультразвукового двигателя используется для привода первого тубуса объектива фокусировки, чтобы перемещаться по оси; и

второй ультразвуковой двигатель, ось вращения ротора (104) которого коаксиальна с первым тубусом объектива фокусировки, причем ротор (104) второго ультразвукового двигателя используется для привода первого тубуса объектива с переменным фокусным расстоянием, чтобы перемещаться по оси;

причем статор первого ультразвукового двигателя является первым фиксирующим тубусом (105), внутренняя стенка ротора первого ультразвукового двигателя пригнана к внешней стенке первого фиксирующего тубуса посредством резьбы или трения, и внутренняя стенка первого фиксирующего тубуса является многогранником, к каждой стороне которого прикреплен пьезоэлектрический элемент;

статор второго ультразвукового двигателя является вторым фиксирующим тубусом (317), внешняя стенка ротора второго ультразвукового двигателя пригнана к внутренней стенке второго фиксирующего тубуса посредством резьбы или трения, и внешняя стенка второго фиксирующего тубуса является многогранником, к каждой стороне которого прикреплен пьезоэлектрический элемент; и

внешняя стенка первого тубуса объектива фокусировки упирается во внутреннюю стенку первого тубуса объектива с переменным фокусным расстоянием, или внешняя стенка первого тубуса объектива фокусировки упирается во внутреннюю стенку ротора второго ультразвукового двигателя.

9. Устройство по п.8, дополнительно содержащее второй тубус (213) объектива с переменным фокусным расстоянием, в котором установлена третья группа объектива с переменным фокусным расстоянием, которую требуется перемещать, причем второй тубус объектива с переменным фокусным расстоянием является радиально неподвижным, имеет больший диаметр, чем первый тубус (102) объектива с переменным фокусным расстоянием, и расположен коаксиально с первым тубусом (101) объектива фокусировки;

и причем ротор (103) второго ультразвукового двигателя дополнительно используется для привода второго тубуса объектива с переменным фокусным расстоянием, чтобы перемещаться по оси.

10. Узел объектива с переменным фокусным расстоянием, содержащий устройство изменения масштаба изображения/фокусировки по одному из пп.1-9, и группу объектива фокусировки и группу объектива с переменным фокусным расстоянием, которые требуется перемещать и которые установлены в соответствующем тубусе объектива, при этом установленные группы объективов коаксиальны с первым тубусом объектива фокусировки.

11. Узел объектива по п.10, дополнительно содержащий фиксированную вторую группу (108) объектива фокусировки, которая установлена за первой группой (106) объектива фокусировки и коаксиальна с первым тубусом объектива фокусировки; и/или

дополнительно содержащий фиксированную вторую группу (109) объектива с переменным фокусным расстоянием, которая установлена между первой группой объектива фокусировки и первой группой объектива с переменным фокусным расстоянием и коаксиальна с первым тубусом объектива фокусировки.