ЗУМ-ОБЪЕКТИВ Российский патент 2018 года по МПК G02B7/04 G02B15/20 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области техники объективов, в частности к компактному и миниатюрному зум-объективу, который пригоден для применения в качестве объектива для сотового телефона.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В результате продвижения и популяризации цифровых технологий формирования изображений оптические устройства формирования изображений широко применяются в оборудовании различных типов, например множестве различных переносимых и малогабаритных устройств. Миниатюрные оптические устройства формирования изображений, например малогабаритные зум-объективы, требуются в различных областях.

Существующий малогабаритный зум-объектив обычно включает в себя фокусирующий приводной механизм и зуммирующий приводной механизм, которые применяются, чтобы приводить в движение соответствующие линзовые блоки для наводки на резкость и установки зума соответственно.

Линейный двигатель (VCM) является относительно простым двигателем. В частности, линейный двигатель широко применяется в области оптических устройств, например, в модуле автофокуса камеры сотового телефона. Для ясности, подвижная часть линейного двигателя называется якорным узлом фокусировки, и относительно неподвижная часть называется статорным узлом фокусировки.

На фиг. 1 показана базовая конструкция линейного двигателя, которая, в общем, включает в себя статор 1a1, якорь 1a2 и упругий соединительный элемент 1a3. Упругий соединительный элемент соединяет якорь и статор. Нагрузка (не показанная) жестко закреплена на якоре. На фиг. 1 статор является постоянным магнитом, и якорный узел фокусировки включает в себя приводную катушку 1a23, намотанную на якорь. После того как в приводную катушку подается мощность, якорь линейно перемещается под действием магнитного поля статора. Перемещение якоря в противоположном направлении может обеспечиваться подачей обратного тока в приводную катушку или использованием восстанавливающего усилия пружины. В других примерах возможно также, чтобы якорь был постоянным магнитом и приводная катушка содержалась в статорном узле фокусировки.

Линейный двигатель с вышеописанной конструкцией может точно позиционировать нагрузку (например, перемещать фокусирующую линзу в требуемое положение) за счет равновесия между электромагнитной силой, создаваемой приводной катушкой, и упругой силой упругого соединительного элемента. В общем, упругая сила упругого соединительного элемента пропорциональна смещению данного элемента в рабочем диапазоне, которая приводит к тому, что чем больше смещение якоря, тем больше требуется электромагнитная сила, и тем больше ток, необходимый для приведения в движение приводной катушки. В случае если якорь требуется удерживать в неподвижном положении (например, положении для фокусировки) в течение длительного времени, то ток, необходимый для приведения в движение приводной катушки, требуется также поддерживать в течение длительного времени, что приводит также к повышенному потреблению мощности для удерживания в статическом положении.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение может обеспечить зум-объектив, который может включать в себя подложку, фокусирующий приводной механизм, первый фокусирующий линзовый блок, зуммирующий приводной механизм и первый зуммирующий линзовый блок. Фокусирующий приводной механизм может приводить в аксиальное движение первый фокусирующий линзовый блок. Зуммирующий приводной механизм может приводить в аксиальное движение первый зуммирующий линзовый блок. Как фокусирующий приводной механизм, так и зуммирующий приводной механизм могут быть втулочными конструкциями, расположенными коаксиально. Зуммирующий приводной механизм может быть концентрически расположен снаружи фокусирующего приводного механизма. Фокусирующий приводной механизм может быть линейным двигателем и включать в себя статорный узел фокусировки, якорный узел фокусировки и упругий соединительный элемент. Статорный узел фокусировки может быть зафиксирован относительно подложки, и якорный узел фокусировки может быть соединен со статорным узлом фокусировки посредством упругого соединительного элемента. Статорный узел фокусировки может включать в себя статорную втулку фокусировки, и якорный узел фокусировки может включать в себя якорную втулку фокусировки, которая концентрически охватывается статорной втулкой фокусировки. Одна из статорной втулки фокусировки и якорной втулки фокусировки может быть постоянной магнитной втулкой, а другая может быть немагнитной втулкой. Узел, к которому относится немагнитная втулка, может дополнительно включать в себя предварительно намагниченный элемент и приводную катушку. Предварительно намагниченный элемент может быть изготовлен из постоянных магнитных или магнитовосприимчивых материалов и зафиксирован относительно немагнитной втулки. Приводная катушка может быть зафиксирована относительно немагнитной втулки. Когда в приводную катушку не подается мощность, магнитная сила, уже действующая между предварительно намагниченным элементом и постоянной магнитной втулкой, уравновешивается упругой силой упругого соединительного элемента.

В зум-объективе в соответствии с настоящим изобретением фокусирующий приводной механизм вынуждает упругий соединительный элемент находиться в состоянии равновесия сил, в случае отсутствия электрического тока, посредством исходно существующей магнитной силы. Кроме того, исходно существующая магнитная сила приводит к тому, что всего лишь небольшая электромагнитная сила требуется для приведения в движение упругого соединительного элемента и, соответственно, приводной ток и потребление мощности снижаются. Кроме того, поскольку зуммирующий приводной механизм концентрически расположен снаружи фокусирующего приводного механизма, то большую апертуру можно реализовать легче и монтаж и осуществление облегчаются.

Конкретный пример настоящего изобретения подробно описан в дальнейшем со ссылкой на чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - схематическое изображение существующего линейного двигателя;

Фиг. 2 - схематическое изображение эквивалентной конструкции линейного двигателя, применяемого в настоящем изобретении;

Фиг. 3 - схематическое изображение эквивалентной конструкции ультразвукового двигателя, применяемого в настоящем изобретении;

Фиг. 4 - схематическое изображение эквивалентной конструкции дискового двигателя, применяемого в настоящем изобретении;

Фиг. 5 - схематическое изображение передаточной конструкции якорного узла зуммирования, применяемого в настоящем изобретении;

Фиг. 6 - схематическое изображение передаточной конструкции другого якорного узла зуммирования, применяемого в настоящем изобретении;

Фиг. 7 - схематическое изображение метода создания обмоток четырехслойной печатной схемы, применяемой в настоящем изобретении;

Фиг. 8 - схематическое изображение метода создания обмоток другой четырехслойной печатной схемы, применяемой в настоящем изобретении;

Фиг. 9 - схематическое изображение зум-объектива в варианте осуществления 1;

Фиг. 10 - схематическое изображение зум-объектива в варианте осуществления 2;

Фиг. 11 - схематическое изображение зум-объектива в варианте осуществления 3; и

Фиг. 12 - схематическое изображение зум-объектива в варианте осуществления 4.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Зум-объектив в соответствии с настоящим изобретением может включать в себя фокусирующий приводной механизм, применяемый, чтобы приводить в аксиальное движение первый фокусирующий линзовый блок, и зуммирующий приводной механизм, применяемый, чтобы приводить в аксиальное движение первый зуммирующий линзовый блок. Как фокусирующий приводной механизм, так и зуммирующий приводной механизм могут быть втулочными конструкциями, расположенными коаксиально. Зуммирующий приводной механизм может быть концентрически расположен снаружи фокусирующего приводного механизма. В настоящем изобретении подвижная часть приводного механизма (электродвигателя) может называться якорным узлом и относительно неподвижная часть в приводном механизме может называться статорным узлом. Статорный узел может быть, в общем, зафиксирован относительно подложки. Примеры фокусирующего приводного механизма и зуммирующего приводного механизма, соответственно, описаны в дальнейшем.

1. Фокусирующий приводной механизм

Зум-объектив в соответствии с настоящим изобретением может использовать линейный двигатель с очень высокими характеристиками в качестве фокусирующего приводного механизма, который можно также называть «линейным двигателем со сверхвысокими характеристиками», и может применить принципы и конструкцию, описанные в патентной заявке под номером международной заявки PCT/CN2014/075377, «VOICE COIL MOTOR AND FOCUSING LENS».

На фиг. 2 можно видеть эквивалентную конструкцию линейного двигателя со сверхвысокими характеристиками в соответствии с настоящим изобретением, которая может включать в себя статорный узел 2a1 фокусировки, якорный узел 2a2 фокусировки и упругий соединительный элемент 2a3. Якорный узел фокусировки может соединяться со статорным узлом фокусировки посредством упругого соединительного элемента. Статорный узел фокусировки может быть относительно неподвижным и может включать в себя статорную втулку 2a11 фокусировки. Статорная втулка фокусировки может быть жестко закреплена на подложке (не показанной). Якорный узел фокусировки может включать в себя якорную втулку 2a21 фокусировки, которая может быть коаксиально посажена на статорную втулку фокусировки. Чтобы лучше поддерживать стабильность оптической оси во время аксиального перемещения, статорная втулка фокусировки предпочтительно может плотно концентрически охватываться якорной втулкой фокусировки, и контактная поверхность может быть гладкой поверхностью. В конкретном варианте осуществления статорная втулка фокусировки может быть концентрически расположена снаружи или внутри якорной втулки фокусировки, что может быть определено на основании требований конструкции. Без потери общности, упругий соединительный элемент может быть спиральной пружиной или в других формах, например, плоской листовой пружиной, сформированной с использованием процесса травления металла и т.п.

Одна из статорной втулки фокусировки и якорной втулки фокусировки может быть постоянной магнитной втулкой, а другая может быть немагнитной втулкой. Узел, к которому относится немагнитная втулка, может дополнительно включать в себя предварительно намагниченный элемент и приводную катушку. Например, на фиг. 2, статорная втулка фокусировки может быть постоянной магнитной втулкой, и якорная втулка фокусировки может быть немагнитной втулкой, и, следовательно, якорный узел фокусировки может дополнительно включать в себя предварительно намагниченный элемент 2a22 и приводную катушку 2a23. Разумеется, возможен также вариант, в котором статорная втулка фокусировки была немагнитной втулкой, и якорная втулка фокусировки была постоянной магнитной втулкой. В данном случае статорный узел фокусировки может дополнительно включать в себя предварительно намагниченный элемент и приводную катушку.

Предварительно намагниченный элемент может быть изготовлен из постоянных магнитных материалов или магнитовосприимчивых материалов и может быть зафиксирован относительно немагнитной втулки. Например, в случае когда якорная втулка фокусировки является немагнитной втулкой, предварительно намагниченный элемент может быть магнитным кольцом, которое расположено коаксиально и жестко закреплено на одном конце якорной втулки фокусировки, как показано на фиг. 2. В другом примере, в случае когда статорная втулка фокусировки является немагнитной втулкой, предварительно намагниченный элемент может быть жестко закреплен на статорной втулке фокусировки, на другой части статорного узла фокусировки или на подложке. В некоторых вариантах осуществления предварительно намагниченный элемент может быть также размещен в дискретной форме. Например, предварительно намагниченные элементы могут быть встроены в немагнитную втулку или жестко закреплены на ней с интервалами, при условии, что упомянутые элементы могут создавать исходной существующие магнитные силы во взаимодействии с постоянной магнитной втулкой.

Приводная катушка может быть зафиксирована относительно немагнитной втулки, например, расположена на внутренней или внешней поверхности немагнитной втулки. Например, на фиг. 2, приводная катушка расположена на внешней стенке якорной втулки фокусировки и прилегает к внутренней стенке статорной втулки фокусировки.

Первый фокусирующий линзовый блок, подлежащий приведению в движение, может быть, в общем, жестко закреплен на якорном узле фокусировки. Например, как показано на фиг. 2, первый фокусирующий линзовый блок 2a25 может быть жестко закреплен на магнитном кольце. В других вариантах осуществления линзовый блок может быть также закреплен на элементе-линзодержателе, который, в свою очередь, может быть соединен с якорным узлом фокусировки.

Когда в приводную катушку не подается мощность, магнитная сила, исходно существующая между предварительно намагниченным элементом и постоянной магнитной втулкой, может вынуждать упругий соединительный элемент, соединяющий якорный узел фокусировки и статорный узел фокусировки, деформироваться и приходить в равновесие с упругой силой, создаваемой тем самым, так что упругий соединительный элемент исходно находится в состоянии равновесия сил. Поэтому положение, в котором упругий соединительный элемент предварительно сохраняет равновесие, может быть установлено в одной из двух или между двумя конечными точками рабочего диапазона, чтобы обеспечить нулевое потребление мощности в соответствующем рабочем состоянии. Кроме того, потребление мощности, необходимое для отклонения упругого соединительного элемента из положения равновесия сил, оказывается меньше, чем потребление в случае, когда «исходно существующая магнитная сила» не прилагается, так что, при использовании для оптической фокусировки, упомянутый элемент дает преимущества низкого потребления мощности и большого хода. Подробный теоретический анализ проблемы снижения потребления приводной мощности упругим соединительным элементом благодаря исходно существующей магнитной силе описан, в частности, в китайской патентной заявке № CN201310748592.0.

Когда в приводную катушку подается мощность, то будет возникать сила, действующая между катушкой и постоянной магнитной втулкой и предварительно намагниченным элементом. Равновесие между «исходно существующей магнитной силой» и упругой силой будет соответственно изменяться, и, вследствие этого, якорный узел фокусировки будет приводиться в аксиальное движение. Сила, действующая между постоянной магнитной втулкой и приводной катушкой, будет концептуально описана ниже.

Постоянная магнитная втулка может быть намагничена в двух направлениях. Одно направление намагничивания является радиальным, в котором внутренняя или внешняя поверхность втулки является южным или северным полюсом. Другое направление намагничивания является аксиальным, в котором верхний или нижней конец втулки является южным или северным полюсом.

В случае если намагничивание постоянной магнитной втулки является радиальным намагничиванием, то, когда в приводную катушку будет подаваться мощность, между катушкой и постоянной магнитной втулкой будет создаваться аксиальная электромагнитная сила (сила Лоренца), и, вследствие этого, якорный узел фокусировки будет приводиться в движение вверх и вниз.

В случае если намагничивание постоянной магнитной втулки является аксиальным намагничиванием, то, когда в приводную катушку будет подаваться мощность, магнитные силы, действующие между катушкой и постоянной магнитной втулкой, будут иметь радиальное направление, но будут взаимно компенсироваться вследствие круговой симметрии. Однако магнитное поле, создаваемое катушкой, будет таким же или противоположным по направлению магнитному полю постоянной магнитной втулки. Поэтому магнитное поле, создаваемое током, будет добавляться к магнитному полю постоянной магнитной втулки или вычитаться из данного поля, и, вследствие этого, сила, действующая между постоянной магнитной втулкой и предварительно намагниченным элементом, будет усиливаться или ослабляться, и перемещение якорного узла фокусировки будет достигаться за счет нарушения равновесия между «исходно существующей магнитной силой» и упругой силой.

В предпочтительном варианте упругий соединительный элемент может быть изготовлен из магнитовосприимчивых материалов, например стали или ферромагнитных материалов. Упругий соединительный элемент может обеспечить эффект передачи магнитной силы, действующей между постоянной магнитной втулкой и предварительно намагниченным элементом, и способствовать уменьшению веса якорного узла фокусировки.

2. Зуммирующий приводной механизм

Зум-объектив в соответствии с настоящим изобретением может использовать различные подходящие электродвигатели в качестве зуммирующего приводного механизма, например полиэдрический ультразвуковой двигатель или дисковый электромагнитный двигатель. Зуммирующий приводной механизм, в общем, может включать в себя статорный узел зуммирования и якорный узел зуммирования. Статорный узел зуммирования может быть зафиксирован относительно подложки. Якорный узел зуммирования может приводить в движение первый зуммирующий линзовый блок.

Ультразвуковой двигатель, применяемый в настоящем изобретении, может применять принципы и конструкцию, описанные в китайском патенте с номером публикации CN1873455A, «An integrated optical equipment focus/zoom system». На фиг. 3 схематически показана эквивалентная конструкция ультразвукового двигателя, которая может включать в себя статорный узел 3b1 и якорный узел 3b2. Статорный узел может быть концентрически расположен внутри или снаружи якорного узла. Передача между стенками статорного узла и якорного узла, которые прилегают друг к другу, может обеспечиваться резьбовой посадкой или трением по окружной поверхности. По меньшей мере, одна из стенок статорного узла, которая не находится в контакте с якорным узлом, представляет собой многогранник, каждая поверхность которого снабжена пьезоэлектрическим материалом 3b19. Пьезоэлектрический материал, применяемый в настоящей заявке, может быть, например, пьезоэлектрической керамикой. Каждый из пьезоэлектрических материалов может быть снабжен задающей схемой (не показанной). Например, для выполнения функции задающей схемы можно пайкой или сваркой соединить металлические провода. Металлические провода могут передавать электрические сигналы, используемые для возбуждения пьезоэлектрических сигналов. Пьезоэлектрические материалы могут колебаться, при возбуждении электрическими сигналами, статор или якорь, к которому прикреплены упомянутые материалы для генерации бегущих волн и, тем самым, приведения якоря во вращение за счет посадки (например, посадке на винтовой резьбе или фрикционной посадке по окружной поверхности) между статором и якорем. На фиг. 3 статор концентрически расположен снаружи якоря, внутренняя стенка статора сопрягается с внешней стенкой якоря по винтовой резьбе, и внешняя стенка статора является многогранником. Можно также воспользоваться обратной схемой расположения, т.е. якорь концентрически расположен снаружи статора, внутренняя стенка якоря сопрягается с внешней стенкой статора по винтовой резьбе, и внутренняя стенка статора является многогранником. Статор, на котором закреплены пьезоэлектрические материалы, могут быть, в общем, изготовлены из металла, например меди или алюминия. Якорь, приводимый в движение винтовой резьбой, может быть изготовлен из любых материалов, например пластика или металла. Вышеописанные полиэдрические ультразвуковые двигатели обладают преимуществами высокой точности, низкого потребления мощности, большого осевого усилия и наличия функции автоблокировки и, следовательно, в высокой степени пригодными для привода зума.

Дисковый электромагнитный двигатель, применяемый в настоящем изобретении, может применять принципы и конструкцию, описанные в китайской патентной заявке № CN201310677074.4, «Electromagnetic motor», из которой эквивалентная конструкция схематически представлена на фиг. 4. Дисковый электромагнитный двигатель может включать в себя статорный узел 4b1 и якорный узел 4b2. Статорный узел может быть концентрически расположен внутри или снаружи якорного узла (на фиг. 4 якорный узел концентрически расположен снаружи статорного узла и может поворачиваться вокруг статорного узла; в других вариантах осуществления якорный узел может быть также концентрически расположен внутри статорного узла, и, в случае, если статорный узел зуммирующего приводного механизма прилегает к статорному узлу фокусирующего приводного механизма, данные узлы могут совместно использовать одну и ту же фиксированную втулку). По меньшей мере, одна пара магнитных полюсов 4b27 якоря (на фиг. 4 показаны четыре расположенных магнитных полюса якоря, один из которых не виден) может быть закреплена в нижней части якорного узла, и, по меньшей мере, две статорных катушки 4b13 (на фиг. 4 показаны четыре расположенных статорных катушки, одна из которых не видна) могут располагаться на подложке 46.

Якорь дискового электромагнитного двигателя может быть пустотелым железным цилиндром. В данном случае магнитные полюса якоря могут быть просто встроены в стенку железного цилиндра. Якорь может быть изготовлен также из немагнитных материалов, например пластика и т.п., и магнитные полюса якоря могут быть закреплены на поверхности немагнитных материалов или встроены в них. Якорь может быть также сформирован двумя частями: кольцевым магнитным полюсом (кольцом, содержащим встроенные магнитные полюса и изготовленным из немагнитных материалов) в нижней части и втулкой, изготовленной из магнитных материалов или магнитовосприимчивых материалов, на верхнем участке. Магнитные полюса могут не выступать из торцовой поверхности. Крышка дополнительно может быть расположена так, что магнитные полюса располагаются заподлицо с торцовой поверхностью крышки или даже немного вогнуто относительно данной поверхности. Когда в обмотки статора подается переменный ток или постоянный ток по некоторым правилам, между обмотками статора и магнитными полюсами якоря создается вращающееся магнитное поле. Магнитное поле может приводить якорь во вращение вместе с магнитными полюсами. Вышеописанные дисковые электромагнитные двигатели обладают преимуществами большого осевого усилия и автоблокировки и, следовательно, особенно пригодны для привода зума. В предпочтительном варианте дисковые электромагнитные двигатели, применяемые в настоящем изобретении, могут использовать шаговое управление, чтобы можно было обеспечить прецизионное управление смещением, без измерения перемещения якоря.

Некоторые предпочтительные схемы расположения поясняются ниже.

1. Измерение перемещения зума

Чтобы прецизионно измерять положение якорного узла зуммирующего приводного механизма, можно дополнительно обеспечить кольцевой магнит Холла и сенсорное устройство Холла. Какой-то один элемент из кольцевого магнита Холла и сенсорного устройства Холла может быть зафиксирован относительно якорного узла зуммирования, и другой может быть зафиксирован относительно статорного узла зуммирования или может перемещаться только в аксиальном направлении. Сенсорное устройство Холла может выдавать измерительные сигналы, которые могут применяться для представления угла поворота кольцевого магнита Холла относительно сенсорного устройства Холла. Поскольку между поворотом якоря и аксиальным перемещением приводимого, тем самым, элемента-линзодержателя, существует соответствие, то положение элемента-линзодержателя можно определять измерением поворота якоря. Данные измерений могут передаваться в главный компьютер для соответствующего оптического вычисления и/или управления перемещением линзового блока. Разумеется, поскольку дисковый электромагнитный двигатель особенно пригоден для осуществления прецизионного перемещения посредством шагового управления, в случае, если дисковый электромагнитный двигатель, управляемый методом шагового управления, применяется как зуммирующий двигатель, то система измерения положения на основе эффекта Холла также может отсутствовать. В предпочтительном варианте, если передаточное магнитное кольцо используется как передаточный механизм зуммирующего приводного механизма (подробно описанный ниже), то кольцевой магнит Холла может быть объединен с передаточным магнитным кольцом.

2. Передаточная конструкция зуммирующего приводного механизма

Якорный узел зуммирующего приводного механизма, применяемый в настоящем изобретении, может использовать множество различных подходящих передаточных конструкций, чтобы приводить в аксиальное движение зуммирующий линзовый блок. В общем, линзовый блок может быть жестко закреплен в соответствующем элементе-линзодержателе, например оправе линз. Якорь может приводить в движение линзовый блок посредством приведения в движение элемента-линзодержателя. Элемент-линзодержатель может быть зафиксирован в радиальном направлении. Например, ограничительный направляющий стержень или направляющий паз, который может ограничивать перемещение элемента-линзодержателя только аксиальным направлением, может быть расположен так, что линзовый блок может перемещаться только в аксиальном направлении. Ограничительный направляющий стержень может проходить сквозь боковую стенку элемента-линзодержателя таким образом, что элемент-линзодержатель может сдвигаться аксиально вдоль направляющего стержня. Или боковая стенка элемента-линзодержателя может быть также снабжена углублениями или выступами, продолжающимися в аксиальном направлении, которые могут взаимодействовать с соответствующим фиксирующим элементом, чтобы ограничивать движение элемента-линзодержателя перемещением только в аксиальном направлении. Разумеется, в случае если якорь имеет спиральную или линейную траекторию, то зуммирующий линзовый блок может быть также неподвижно установлен непосредственно на якорном узле.

Якорь можно поддерживать в контакте с элементом-линзодержателем, приводимым им в движение, путем приложения поджатия. Поджатие может обеспечиваться множеством различных подходящих методов. В варианте осуществления возможно применение упругой силы пружины. Например, можно использовать пружину для приложения давления на конце элемента-линзодержателя, который не контактирует с якорем. В другом варианте осуществления можно использовать магнитную силу. Например, на конце якоря, который контактирует с элементом-линзодержателем, можно приклеить магнитное кольцо, и элемент-линзодержатель, по меньшей мере, частично изготовлен из магнитных или магнитовосприимчивых материалов, чтобы якорь поддерживался в контакте с элементом-линзодержателем, приводимым им в движение, с помощью силы магнитного притяжения.

Ниже, для примера, приведено описание нескольких передаточных конструкций, посредством которых якорь приводит в движение элемент-линзодержатель.

(1) Передаточная конструкция с сопряжением между опорным пальцем и контактной кромкой

В данной передаточной конструкции траектория якоря (например, якоря дискового электромагнитного двигателя или ультразвукового двигателя) может быть спиральной или круговой. Какой-то один из якоря и элемента-линзодержателя, приводимого им в движение, может быть снабжен аксиально продолжающимся опорным пальцем на торцовой поверхности, и другой может быть снабжен контактной кромкой на торцовой поверхности. Свободный конец опорного пальца может поддерживаться в контакте с контактной кромкой таким образом, что спиральное или круговое движение якоря может приводить в аксиальное движение элемент-линзодержатель. При данной передаточной конструкции, форма контактной кромки элемента-линзодержателя может быть спроектирована с возможностью соответствия требованию к кривой движения узла объектива и ограничения диапазона поворота опорного пальца. Например, в двух конечных точках диапазона поворота могут быть расположены выступы для блокирования перемещения опорного пальца.

Пример представлен на фиг. 5. Торцовая поверхность оправы S21 линз, выполняющей функцию элемента-линзодержателя, может быть снабжена, в зависимости от оптической схемы, контактной кромкой, которая включает в себя две криволинейных секции, на которых S22 является конечной точкой отведения оправы линз, S23 является начальной точкой зуммирования, и S24 является конечной точкой зуммирования. Кривая, показанная на фигуре, является всего лишь схематической и конкретно может быть определена в зависимости от оптической схемы. Внутреннюю стенку оправы линз можно дополнительно снабдить ограничительными направляющими стержнями S29, которые ограничивают перемещение оправы линз только аксиальным перемещением, и тем самым поворотное движение якоря может преобразовываться в аксиальное линейное движение оправы линз. На якоре S25 могут быть неподвижно установлены два опорных пальца S26, которые симметричны друг относительно друга. Соответственно, контактные кромки оправы линз, с которыми находятся в контакте опорные пальцы, также могут быть симметричными друг относительно друга, что может повысить стабильность всей конструкции. Кроме того, для измерения перемещения оправы линз к поверхности якоря можно присоединить кольцевой магнит S27 Холла. На оправе линз можно соответственно неподвижно установить сенсорное устройство S28 Холла. Кольцевой магнит Холла можно использовать также для обеспечения магнитной связи между оправой линз (изготовленной из стали) и якорем. Для облечения производства оправу линз можно изготавливать из двух частей. Затем две части можно соединить для формирования оправы линз в сборе. Например, часть с контактной кромкой может быть изготовлена из пластиковых материалов, и часть цилиндрической формы может быть изготовлена из магнитных или магнитовосприимчивых материалов.

(2) Передаточная конструкция с сопряжением между передаточным штоком и криволинейным направляющим пазом

В данной передаточной конструкции траектория якоря может быть спиральной или круговой. Какой-то один из якоря и элемента-линзодержателя, приводимого им в движение, может быть снабжен продолжающимся наружу передаточным штоком, и другой может быть снабжен криволинейным направляющим пазом на боковой стенке. Свободный конец передаточного штока может быть вставлен в криволинейный направляющий паз таким образом, что спиральное или круговое движение якоря может приводить в аксиальное движение элемент-линзодержатель.

Пример представлен на фиг. 6. Внешняя стенка (или внутренняя стенка) оправы S31 линз, выполняющей функцию элемента-линзодержателя, может быть снабжена, в зависимости от оптической схемы, криволинейным направляющим пазом, при этом S32 является телескопической секцией, и S33 является зуммирующей секцией. Кривая, показанная на фигуре, является всего лишь схематической. Направленный вверх участок в конце S33 может указывать, что оптическая схема узла объектива имеет точку перегиба. Конкретная форма кривой может быть определена в зависимости от оптической схемы. Внутренняя стенка оправы линз может быть дополнительно снабжена ограничительными направляющими стержнями S35, которые могут ограничивать движение оправы линз только аксиальным перемещением. Свободный конец S34 передаточного штока, жестко закрепленного к якорю (не показанному), может быть вставлен в направляющий паз. При данной передаточной конструкции, поскольку начальную точку и конечную точку направляющего паза можно удобно устанавливать для ограничения диапазона поворота передаточного штока, то дополнительные ограничительные механизмы якоря могут быть ненужными. В других вариантах осуществления два передаточных штока и соответствующие направляющие пазы могут располагаться симметрично для получения более стабильной конструкции.

Две предпочтительных передаточных конструкции, посредством которых якорь зуммирующего приводного механизма приводит в движение элемент-линзодержатель, показаны на фиг. 5 и фиг. 6, где контактная кромка или криволинейный направляющий паз могут включать в себя две секции, которые соответствуют телескопическому движению и зуммирующему движению зуммирующего линзового блока. Следовательно, процесс телескопического раздвижения и процесс зуммирования узла объектива могут быть реализованы совместно.

(3) Передаточная конструкция с непосредственным контактом

В данной передаточной конструкции траектория якоря может быть спиральной или линейной. Например, якорь дискового электромагнитного двигателя или ультразвукового двигателя может формировать спиральную траекторию вследствие винтового сопряжения со статором. Якорь линейного двигателя может характеризоваться линейной траекторией, и торцовая поверхность якоря может поддерживаться в контакте с концом элемента-линзодержателя, приводимого в движение якорем таким образом, что непосредственно приводит в аксиальное движение элемент-линзодержатель.

Зуммирующий приводной механизм может быть дополнительно снабжен ограничительным механизмом, который может располагаться, например, на статорном узле зуммирования или подложке и использоваться для ограничения диапазона движения якорного узла зуммирования, например диапазона поворотного движения.

Следует отметить, что в случае, если якорь зуммирующего двигателя должен одновременно приводить в движение два или более зуммирующих линзовых блоков (например, зуммирующих линзовых блоков, закрепленных в двух или более оправах зуммирующих линз (элементах-линзодержателях), плотно концентрически составленных одна с другой), якорь может использовать одну и ту же передаточную конструкцию или использовать совместно разные передаточные конструкции. Например, якорь может приводить в движение одну оправу линз посредством передаточной конструкции с непосредственным контактом и одновременно приводить в движение другую оправу линз, которая концентрически расположена снаружи одной оправы линз, посредством передаточного штока. Или на якоре могут быть расположены опорные пальцы (или контактные кромки) в разных радиальных направлениях, чтобы приводить в движение оправы линз, которые имеют диаметры, соответствующие положению опорных пальцев. Или якорь может приводить в движение одну оправу линз посредством опорного пальца и одновременно приводить в движение другую оправу линз, которая концентрически расположена снаружи одной оправы линз, посредством передаточного штока. Или якорь может одновременно приводить в движение две оправы линз, которые концентрически составлены одна с другой, посредством разных передаточных штоков.

3. Способы формирования катушки и схемы

В предпочтительном варианте осуществления катушка или часть катушки фокусирующего приводного механизма и/или фокусирующего приводного механизма, применяемого в настоящем изобретении, может быть изготовлена из печатной схемы, например, задающая катушка линейного двигателя, статорная катушка дискового двигателя и задающая схема ультразвукового двигателя и т.п. Разумеется, катушку можно формировать также в виде традиционной обмотки с использованием покрытых изоляцией проводов. Замена обмотки печатной схемой может исключить проблему применения обмотки (в частности, линейный двигатель, используемый для оптической фокусировки, обычно имеет небольшой размер), и монтаж может быть проще. Печатная схема может быть сформирована в виде жесткой платы, например печатной платы (PCB), или на гибкой плате, например в виде гибкой печатной платы (FPC). Каждая из плат PCB или FPC может быть снабжена однослойной схемой или может быть также сформирована двумя или более слоями схемы, например двумя, четырьмя, шестью, восемью, десятью, двенадцатью слоями схемы и т.п. При изготовлении обмотки статора из печатной схемы, с одной стороны, можно полностью отказаться от сложной и прецизионной операции намотки для микродвигателя; с другой стороны, плата PCB или FPC, выполненная с печатной обмоткой, может также выполнять функцию подложки зум-объектива. На подложке могут располагаться сенсорная микросхема, схема управления и т.п., и, следовательно, можно обеспечить более компактный узел объектива.

На основе отработанных технологий изготовления печатной платы, конструкцию печатной схемы можно скомпоновать в соответствии с предварительно заданной конфигурацией катушек, и необходимую обмотку можно получить в виде одиночного модуля (одной платы PCB или FPC) или путем соединения множества плат PCB или FPC (проводники, которые расположены на концах и должны быть соединены, можно сваривать). На фиг. 7 и 8 показаны две типичных схемы расположения печатной схемы, где стрелки указывают направления токов. Специалисту в данной области техники нетрудно понять, что схема расположения и/или метод соединения печатной схемы могут быть соответственно спроектированы в соответствии с конфигурацией, необходимой для обмотки. На фиг. 7 показана плоская спиральная обмотка, перекрывающаяся в аксиальном направлении, в которой проводник сначала спирально намотан в один слой и затем входит в другой слой через сквозное отверстие и остается спирально намотанным. Каждый слой спиральной схемы может быть однослойной платой PCB или FPC или одним слоем многослойной платы PCB или FPC. Слои могут соединяться проводящими переходами (аналогично смотри внизу). На фиг. 8 показана многослойная 3-мерная спиральная обмотка, составная в радиальном направлении, в которой проводник сначала спирально намотан между разными слоями и затем трехмерно спирально намотан изнутри наружу (или снаружи внутрь), что можно рассматривать как вставку одна в другую нескольких вертикальных катушек с разными диаметрами. В предпочтительном варианте печатные схемы могут быть выполнены из сверхпроводящих материалов, и поэтому можно значительно уменьшить потери меди и нагревание двигателя, и можно повысить характеристики и надежность двигателя.

Как описано выше, возможно изготовление множества различных модификаций конкретной конструкции зум-объектива в соответствии с настоящим изобретением. Например, относительные положения статорной втулки фокусировки и якорной втулки фокусировки могут быть взаимозаменяемыми. В другом примере направление намагничивания постоянной магнитной втулки может быть радиальным или аксиальным. В еще одном примере предварительно намагниченный элемент может быть расположен на статорном узле фокусировки или на якорном узле фокусировки. Данные разные модификации можно объединять друг с другом для получения различных других вариантов осуществления. Зум-объектив в соответствии с настоящим изобретением поясняется со ссылкой на нижеприведенные конкретные варианты осуществления.

Вариант 1 осуществления

Вариант осуществления узла зум-объектива в соответствии с настоящим изобретением показан на фиг. 9. Зум-объектив может включать в себя подложку 56, фокусирующий приводной механизм, первый фокусирующий линзовый блок 5a25, зуммирующий приводной механизм и первый зуммирующий линзовый блок 5b25. На основании оптической схемы, зум-объектив в соответствии с настоящим изобретением может дополнительно включать в себя неподвижный второй фокусирующий линзовый блок 5a15, который может быть установлен между первым фокусирующим линзовым блоком и подложкой и зафиксирован относительно подложки. Например, второй фокусирующий линзовый блок может быть жестко закреплен на статорной втулке 5a11 фокусировки. В других вариантах осуществления второй фокусирующий линзовый блок может быть также жестко закреплен на неподвижной втулке, которая размещена дополнительно. В настоящем варианте осуществления, чтобы получить более компактную конструкцию и упростить электрическое соединение, подложка может быть предпочтительно платой PCB, на которой может быть дополнительно смонтирована фоточувствительная микросхема 54.

Фокусирующий приводной механизм может быть линейным двигателем и может включать в себя статорный узел 5a1 фокусировки, якорный узел 5a2 фокусировки и упругий соединительный элемент 5a3. Статорный узел фокусировки может включать в себя статорную втулку 5a11 фокусировки, которая может быть постоянной магнитной втулкой и жестко закрепленной на подложке. Якорный узел фокусировки может включать в себя якорную втулку 5a21 фокусировки, предварительно намагниченное кольцо 5a22 и приводную катушку 5a23. Якорная втулка фокусировки может быть немагнитной втулкой. Якорная втулка фокусировки может быть цилиндрической втулкой с гладкими внутренней и внешней поверхностями и может быть плотно посажена коаксиально внутри статорной втулки фокусировки. В середине якорной втулки фокусировки может быть расположено углубление, которое можно использовать для вмещения приводной катушки. Через сквозное отверстие в нижней части углубления может проходить электрический соединитель приводной катушки, чтобы подсоединять подложку в виде печатной платы (PCB-подложку), действующую как основание объектива. Упругий соединительный элемент может быть подсоединен между якорной втулкой фокусировки и подложкой. Предварительно намагниченное кольцо может быть жестко закреплено на одном конце якорной втулки фокусировки дальше от подложки. В настоящем изобретении предварительно намагниченное кольцо можно одновременно использовать в качестве элемента-линзодержателя первого фокусирующего линзового блока. В других вариантах осуществления немагнитный элемент-линзодержатель и предварительно намагниченное кольцо могут располагаться раздельно.

Предварительно намагниченное кольцо и постоянная магнитная втулка (в настоящем варианте осуществления статорная втулка фокусировки) могут притягивать друг друга. Поэтому сила предварительного намагничивания (давление) может прилагаться к упругому соединительному элементу и поддерживаться в равновесии с упругой силой упругого соединительного элемента до того, как в приводную катушку подается мощность. Если линейный двигатель работает вблизи точки равновесия, то можно обеспечить большой приводной ход с использованием небольшого приводного тока.

В предпочтительном варианте, чтобы во время монтажа способствовать регулировке фокусного расстояния линзы в положении равновесия сил упругого соединительного элемента, когда в приводную катушку не подается мощность, сопряжение между элементом-линзодержателем (в настоящем варианте осуществления, предварительно намагниченным кольцом) и якорной втулкой фокусировки может быть резьбовой посадкой, чтобы фокусное расстояние можно было регулировать во время монтажа первого фокусирующего линзового блока.

В настоящем варианте осуществления зуммирующий приводной механизм может быть полиэдрическим ультразвуковым двигателем. Его статорный узел может включать в себя статорную втулку 5b11 зуммирования, и якорный узел 5b2 может включать в себя якорную втулку 5b21 зуммирования, элемент-линзодержатель 5b24 первого зуммирующего линзового блока и передаточное магнитное кольцо 5b26, которое обеспечивает удерживание якорной втулки зуммирования в контакте с элементом-линзодержателем, приводимым в движение упомянутой втулкой. Внутренняя поверхность статорной втулки зуммирования может быть с винтовой резьбой. Внешняя поверхность статорной втулки зуммирования может быть многогранником. Каждая поверхность многогранника может быть снабжена пьезоэлектрическим материалом (не показанным), например, листом пьезоэлектрической керамики. Якорная втулка зуммирования может быть изготовлена из ферромагнитных материалов (например, стали). Внутренняя поверхность якорной втулки зуммирования может быть гладкой цилиндрической поверхностью, и внешняя поверхность может быть поверхностью с резьбой, которая может сопрягаться со статорной втулкой. Поэтому якорная втулка зуммирования может иметь спиральную траекторию движения. Передаточное магнитное кольцо может быть жестко закреплено на одном конце элемента-линзодержателя (оправе линз); так что оправа линз и якорная втулка могут сдвигаться одна относительно другой в то время, как между ними сохраняется плотное аксиальное соединение (соединение за счет силы магнитного поля). Ограничительный направляющий стержень 5bs1 может располагаться на внутренней или внешней поверхности оправы 5b24 линз таким образом, что первый зуммирующий линзовый блок может выполнять только аксиальное линейное движение. Кроме того, можно дополнительно обеспечить ограничительный механизм, который ограничивает диапазон движения якорной втулки зуммирования, например аксиально-ограничительный механизм 5bs2 и поворотно-ограничительный механизм 5bs3.

В настоящем варианте осуществления ультразвуковой двигатель может применять метод привода с резьбовой муфтой. В других вариантах осуществления можно также применять другие методы привода, например метод привода с фрикционным сцеплением по окружной поверхности и т.п.

Вариант 2 осуществления

Другой вариант осуществления зум-объектива в соответствии с настоящим изобретением показан на фиг. 10. Зум-объектив может включать в себя PCB-подложку 66, фокусирующий приводной механизм, первый фокусирующий линзовый блок 6a25, зуммирующий приводной механизм и первый зуммирующий линзовый блок 6b25. На PCB-подложке может быть смонтирована фоточувствительная микросхема 64. На основании оптической схемы, зум-объектив в соответствии с настоящим вариантом осуществления может дополнительно включать в себя неподвижный второй фокусирующий линзовый блок 6a15 и неподвижный второй зуммирующий линзовый блок 6b15, чтобы обеспечивать более высокие характеристики фокусировки. Второй фокусирующий линзовый блок может быть установлен между первым фокусирующим линзовым блоком и подложкой. Элемент-линзодержатель второго фокусирующего линзового блока может быть втулкой 6a14, жестко закрепленной на подложке. Втулку можно одновременно использовать для ограничения якорной втулки фокусировки. Второй зуммирующий линзовый блок может быть установлен между первым зуммирующим линзовым блоком и первым фокусирующим линзовым блоком и зафиксирован относительно подложки. Например, второй зуммирующий линзовый блок может быть жестко закреплен на статорной втулке 6a11 фокусировки (статорной втулке 6b11 зуммирования). В настоящем варианте осуществления статорная втулка фокусировки и статорная втулка зуммирования могут быть одной и той же деталью, и якорная втулка 6a21 фокусировки и якорная втулка 6b21 зуммирования могут располагаться на, соответственно, внутренней поверхности и внешней поверхности статорной втулки. Поэтому конструкция очень компактна.

Фокусирующий приводной механизм может быть линейным двигателем. Якорная втулка фокусировки якорного узла 6a2 фокусировки может быть цилиндрической постоянной магнитной втулкой с гладкими внутренней и внешней поверхностями. Поэтому статорный узел 6a1 фокусировки может включать в себя предварительно намагниченное кольцо 6a12 и приводную катушку 6a13. Первый фокусирующий линзовый блок может быть установлен на якорной втулке фокусировки с помощью элемента-линзодержателя 6a24 (который может быть изготовлен из немагнитных материалов) посредством резьбовой посадки. Предварительно намагниченное кольцо может быть жестко закреплено на подложке (основании объектива). Участок предварительно намагниченного кольца может быть встроен в подложку. Упругий соединительный элемент 6a3 (например, листовая пружина) может быть подсоединен между якорной втулкой фокусировки и предварительно намагниченным кольцом.

Зуммирующий приводной механизм может быть полиэдрическим ультразвуковым двигателем. На внешней поверхности статорной втулки зуммирования (которая может быть объединена со статорной втулкой фокусировки и изготовлена из немагнитных материалов) может быть винтовая резьба. Верхний участок внутренней поверхности статорной втулки зуммирования может быть гладкой втулкой, которая может плотно концентрически охватываться якорной втулкой фокусировки, и нижний участок может быть снабжен углублением. Поверхность углубления может быть многогранником. К каждой поверхности многогранника может быть прикреплен лист пьезоэлектрической керамики. Статорная втулка зуммирования может быть изготовлена из материалов, которые согласуются по коэффициенту жесткости с пьезоэлектрической керамикой, например алюминия, меди и т.п. Приводная катушка или часть приводной катушки фокусирующего приводного механизма может вмещаться в полиэдрическую полость, и другая часть может быть расположена на PCB-подложке. Схема (не показанная), управляющая ультразвуковым двигателем и приводной катушкой 6a13, может быть катушкой в виде платы FPC (FPC-катушкой) и интегрированной в виде одной детали. Якорная втулка 6b21 зуммирования может быть стальным кольцом. Передаточное магнитное кольцо 6b26 может быть жестко закреплено на одном конце оправы 6b24 линз первого зуммирующего линзового блока таким образом, что оправа линз и якорная втулка могут сдвигаться одна относительно другой в то время, как между ними сохраняется плотное аксиальное соединение (соединение за счет силы магнитного поля), подобно варианту 1 осуществления. Оправа линз может быть снабжена ограничительным механизмом (не показанным), который может двигаться только в аксиальном направлении. Для измерения зуммирующего движения передаточное магнитное кольцо может быть кольцевым магнитом Холла. В данном случае измерительное устройство Холла (не показанное) может быть жестко закреплено на якорной втулке зуммирования. Напротив, в случае если оправа 6b24 линз изготовлена из ферромагнитных материалов, передаточное магнитное кольцо может быть также жестко закреплено на якорной втулке. В данном случае измерительное устройство Холла может быть жестко закреплено на оправе линз. В настоящем варианте осуществления лист пьезоэлектрической керамики может располагаться также на внешней поверхности якорной втулки зуммирования.

Основные различия между настоящим вариантом осуществления и вариантом 1 осуществления заключаются в том, что применяются четыре линзовых блока, положения якоря и статора ультразвукового двигателя переставлены, и якорная втулка фокусировки является постоянной магнитной втулкой, и вследствие этого схема расположения предварительно намагниченного кольца и приводной катушки изменяется.

На фиг. 10 обозначения N и S представляют, соответственно, направления дополнительных магнитных полюсов якорной втулки фокусировки. Как показано на фигуре, направление намагничивания статорной втулки фокусировки может быть радиальным направлением (при этом внутренняя поверхность и внешняя поверхность якорной втулки фокусировки являются южным полюсом и северным полюсом соответственно) или может быть также аксиальным направлением (при этом верхний конец и нижний конец якорной втулки фокусировки являются южным полюсом и северным полюсом соответственно).

Вариант 3 осуществления

Другой вариант осуществления зум-объектива в соответствии с настоящим изобретением представлен на фиг. 11. Зум-объектив может включать в себя PCB-подложку 76, фокусирующий приводной механизм, первый фокусирующий линзовый блок 7a25, зуммирующий приводной механизм и первый зуммирующий линзовый блок 7b25. На PCB-подложке может быть смонтирована фоточувствительная микросхема 74. На основании оптической схемы, зум-объектив в соответствии с настоящим вариантом осуществления может дополнительно включать в себя неподвижный второй фокусирующий линзовый блок 7a15 и неподвижный второй зуммирующий линзовый блок 7b15, чтобы обеспечивать более высокие характеристики фокусировки. Второй фокусирующий линзовый блок может быть установлен между первым фокусирующим линзовым блоком и подложкой. Элемент-линзодержатель второго фокусирующего линзового блока может быть втулкой 7a14, жестко закрепленной на подложке. Втулку можно одновременно использовать для ограничения якорной втулки фокусировки. Второй зуммирующий линзовый блок может быть установлен между первым зуммирующим линзовым блоком и первым фокусирующим линзовым блоком. Элемент-линзодержатель второго зуммирующего линзового блока может быть втулкой 7b14, жестко закрепленной на подложке.

Фокусирующий приводной механизм может быть линейным двигателем. Статорная втулка 7a11 фокусировки статорного узла 7a1 фокусировки может быть постоянной магнитной втулкой и жестко закрепленной на подложке. Якорная втулка 7a21 фокусировки может быть немагнитной втулкой, которая снабжена внешней винтовой резьбой на верхней части и плотно концентрически посажена в статорную втулку фокусировки. Поэтому якорный узел 7a2 фокусировки может включать в себя предварительно намагниченное кольцо 7a22 и приводную катушку 7a23. В настоящем варианте осуществления предварительно намагниченное кольцо может одновременно выполнять функцию элемента-линзодержателя первого фокусирующего линзового блока и содержать внутреннюю винтовую резьбу, которая может зацепляться с внешней винтовой резьбой на верхней части якорной втулки фокусировки. Снаружи якорная втулка фокусировки может быть снабжена углублением, которое можно использовать для вмещения приводной катушки. Через сквозное отверстие, расположенное в нижней части углубления может проходить электрический соединитель приводной катушки для подсоединения к упругому соединительному элементу 7a3, посредством которого, в таком случае, электрический соединитель может соединяться с PCB-подложкой, действующей как основание объектива. Или электрический соединитель приводной катушки может также непосредственно соединяться с PCB-подложкой. Упругий соединительный элемент 7a3 может быть подсоединен между якорной втулкой фокусировки и подложкой.

Зуммирующий приводной механизм может быть полиэдрическим ультразвуковым двигателем. Втулка 7b14, служащая опорой для неподвижного второго зуммирующего линзового блока, может быть концентрически расположена снаружи статорной втулки фокусировки. Якорная втулка 7b21 зуммирования может быть плотно концентрически расположена снаружи жестко закрепленной втулки. Внутренняя поверхность якорной втулки зуммирования может быть гладкой цилиндрической поверхностью, и внешняя поверхность может быть поверхностью с резьбой, которая может быть плотно сопрягаться с внутренней поверхностью статорной втулки 7b11 зуммирования посредством резьбовой посадки. Внешняя поверхность статорной втулки зуммирования может быть многогранником, к каждой поверхности которого может быть прикреплен лист пьезоэлектрической керамики. Подобно тому как в варианте 2 осуществления, якорная втулка зуммирования может приводить в аксиальное движение первый зуммирующий линзовый блок посредством передаточного магнитного кольца 7b26, прикрепленного на одном конце оправы 7b24 линз первого зуммирующего линзового блока. Передаточное магнитное кольцо может быть кольцевым магнитом Холла.

В настоящем варианте осуществления дополнительно обеспечен неподвижный линзовый блок, который увеличивает радиальный размер и тем самым может уменьшить сложность технологии производства объектива.

Вариант 4 осуществления

Другой вариант осуществления зум-объектива в соответствии с настоящим изобретением представлен на фиг. 12. Зум-объектив может включать в себя PCB-подложку 86, фокусирующий приводной механизм, первый фокусирующий линзовый блок 8a25, зуммирующий приводной механизм и первый зуммирующий линзовый блок 8b25. На PCB-подложке может быть смонтирована фоточувствительная микросхема 84. На основании оптической схемы, в настоящем варианте осуществления можно применить три дополнительных линзовых блока, которые могут включать в себя неподвижный второй фокусирующий линзовый блок 8a15, неподвижный второй зуммирующий линзовый блок 8b15 и третий зуммирующий линзовый блок 8b25ʹ, приводимый в движение зуммирующим приводным механизмом. Применение пяти линзовых блоков позволяет в соответствии с настоящим вариантом осуществления реализовать зум-объектив с высокими характеристиками. Второй фокусирующий линзовый блок может быть установлен между первым фокусирующим линзовым блоком и подложкой. Элемент-линзодержатель второго фокусирующего линзового блока может быть втулкой 8a14, жестко закрепленной на подложке. Втулку можно одновременно использовать для ограничения якорной втулки фокусировки. Второй зуммирующий линзовый блок может быть установлен между первым зуммирующим линзовым блоком и первым фокусирующим линзовым блоком и зафиксирован относительно подложки. Например, второй зуммирующий линзовый блок может быть жестко закреплен на статорной втулке 8a11 фокусировки.

Фокусирующий приводной механизм может быть линейным двигателем. Статорная втулка фокусировки может быть изготовлена из немагнитных материалов (например, пластиков). Якорная втулка 8a21 фокусировки якорного узла 8a2 фокусировки может быть постоянной магнитной втулкой, верхняя часть которой снабжена внутренней винтовой резьбой. Поэтому статорный узел 8a1 фокусировки может включать в себя предварительно намагниченное кольцо 8a12 и приводную катушку 8a13. Статорная втулка фокусировки может быть жестко закреплена на подложке и плотно концентрически расположена снаружи якорной втулки фокусировки. Нижний участок внутренней части статорной втулки фокусировки может быть снабжен углублением, которое можно использовать для вмещения приводной катушки. Электрический соединитель приводной катушки может проходить через сквозное отверстие, расположенное в нижней части углубления, для соединения с подложкой. Первый фокусирующий линзовый блок может быть установлен на якорной втулке фокусировки с помощью элемента-линзодержателя 8a24 (который можно изготовить из немагнитных материалов), снабженного внешней винтовой резьбой, посредством резьбовой посадки. На подложке (основании объектива) может быть жестко закреплено предварительно намагниченное кольцо. Упругий соединительный элемент 8a3 (например, листовая пружина) может быть подсоединен между якорной втулкой фокусировки и предварительно намагниченным кольцом.

Зуммирующий приводной механизм может быть дисковым электромагнитным двигателем. Статорная катушка (не показанная) дискового электромагнитного двигателя может располагаться на PCB-подложке, например, может быть реализована печатной схемой. Якорная втулка 8b21 зуммирования может быть плотно концентрически расположена снаружи статорной втулки 8a11 фокусировки. Поэтому статорную втулку зуммирования и статорную втулку фокусировки можно считать одной и той же деталью. Якорная втулка зуммирования может быть изготовлена из магнитных материалов и может выполнять на месте только поворотное перемещение (никакого аксиального перемещения). Передаточное магнитное кольцо 8b26 может быть жестко закреплено на якорной втулке зуммирования. Передаточное магнитное кольцо может приводить в аксиальное движение первый зуммирующий линзовый блок за счет взаимодействия опорного пальца S26, расположенного на его торцовой поверхности, с контактной кромкой на торцовой поверхности оправы 8b24 линз первого зуммирующего линзового блока. Контактная кромка может включать в себя две секции. Первая секция может быть телескопической секцией, и вторая секция может быть зуммирующей секцией. Оправа 8b24 линз может быть снабжена ограничительным механизмом, который может выполнять только аксиальное движение. Кроме того, передаточное магнитное кольцо может дополнительно приводить в движение оправу 8b24ʹ линз (которая может быть плотно концентрически расположена снаружи оправы линз первого зуммирующего линзового блока) третьего зуммирующего линзового блока посредством передаточного штока S34. Якорная втулка зуммирования может также применять кольцевой магнит Холла, и соответствующее измерительное устройство Холла (не показанное) может быть неподвижно закреплено на подложке.

В вышеприведенных примерах все линзовые блоки и втулки (оправы линз) могут быть концентрическими и коаксиальными. Монтаж объектива может осуществляться в порядке изнутри наружу. Поэтому технологичность конструкции является высокой. Вышеописанные предпочтительные варианты осуществления могут, по существу, удовлетворять требованиям в конструкции для большинства объективов, чей коэффициент зуммирования не очень значителен. В случае если необходимо реализовать миниатюрный многоступенчатый телескопический зум-объектив с большим коэффициентом зуммирования, то, на основании вышеприведенных примеров, вокруг линз могут быть дополнительно обеспечены оправы линз и передаточные конструкции (передаточные штоки), или может быть добавлен двигатель.

Принципы и варианты осуществления настоящего изобретения описаны выше со ссылкой на конкретные примеры. Однако следует понимать, что вышеописанные варианты осуществления служат просто для облегчения понимания настоящего изобретения, но не подлежат интерпретации в смысле его ограничения. Специалистом со средним уровнем компетентности в данной области техники может быть создано множество различных модификаций вышеописанных конкретных вариантов осуществления в соответствии с концепциями настоящего изобретения.

Зум-объектив содержит фокусирующий приводной механизм и зуммирующий приводной механизм и соответствующие линзовые блоки. Зуммирующий приводной механизм концентрически расположен снаружи фокусирующего приводного механизма. Фокусирующий приводной механизм является линейным двигателем и содержит статорный узел (7a1) фокусировки и якорный узел (7a2) фокусировки, которые соединены посредством упругого соединительного элемента (7a3). Какая-то одна из статорной втулки (7a11) фокусировки в статорном узле фокусировки и якорной втулки (7a21) фокусировки в якорном узле фокусировки является постоянной магнитной втулкой, и другая из статорной втулки (7a11) фокусировки и якорной втулки (7a21) фокусировки является немагнитной втулкой, и узел, к которому относится немагнитная втулка, дополнительно содержит предварительно намагниченный элемент (7a22) и приводную катушку (7a23). При реализации заявленного технического решения наблюдается следующее: из-за магнитной силы, исходно существующей между предварительно намагниченным элементом и постоянной магнитной втулкой, упругий соединительный элемент находится в состоянии равновесия сил без подачи электрического тока, так что для приведения в движение упругого соединительного элемента требуется небольшая электромагнитная сила и, соответственно, приводной ток и потребление мощности снижаются. Кроме того, поскольку зуммирующий приводной механизм концентрически расположен снаружи фокусирующего приводного механизма, то можно легко реализовать большую апертуру и облегчаются монтаж и реализация. 10 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Зум-объектив, содержащий подложку (56, 66, 76, 86), фокусирующий приводной механизм, первый фокусирующий линзовый блок (5a25, 6a25, 7a25, 8a25), зуммирующий приводной механизм и первый зуммирующий линзовый блок (5b25, 6b25, 7b25, 8b25);

при этом фокусирующий приводной механизм приводит в аксиальное движение первый фокусирующий линзовый блок и зуммирующий приводной механизм приводит в аксиальное движение первый зуммирующий линзовый блок;

и причем:

фокусирующий приводной механизм и зуммирующий приводной механизм являются втулками, расположенными коакcиально, и зуммирующий приводной механизм концентрически расположен снаружи фокусирующего приводного механизма;

фокусирующий приводной механизм является линейным двигателем и содержит статорный узел (2a1, 5a1, 6a1, 7a1, 8a1) фокусировки, якорный узел (2a2, 5a2, 6a2, 7a2, 8a2) фокусировки и упругий соединительный элемент (5a3, 6a3, 7a3, 8a3), причем статорный узел фокусировки зафиксирован относительно подложки и якорный узел фокусировки соединен со статорным узлом фокусировки посредством упругого соединительного элемента;

статорный узел фокусировки содержит статорную втулку (5a11, 6a11, 7a11, 8a11) фокусировки;

якорный узел фокусировки содержит якорную втулку (5a21, 6a21, 7a21, 8a21) фокусировки, которая концентрически охватывается статорной втулкой фокусировки;

одна из статорной втулки фокусировки и якорной втулки фокусировки является постоянной магнитной втулкой (5a11, 6a21, 7a11, 8a21), а другая является немагнитной втулкой (5a21, 6a11, 7a21, 8a11); и

узел, к которому относится немагнитная втулка, дополнительно содержит:

предварительно намагниченный элемент (5a22, 6a12, 7a22, 8a12), который изготовлен из постоянных магнитных или магнитовосприимчивых материалов и зафиксирован относительно немагнитной втулки; и

приводную катушку (5a23, 6a13, 7a23, 8a13), которая зафиксирована относительно немагнитной втулки;

причем, когда в приводную катушку не подается мощность, магнитная сила, уже действующая между предварительно намагниченным элементом и постоянной магнитной втулкой, уравновешивается упругой силой упругого соединительного элемента.

2. Зум-объектив по п. 1, в котором

направление намагничивания постоянной магнитной втулки является радиальным направлением или аксиальным направлением.

3. Зум-объектив по п. 1, в котором

статорная втулка фокусировки плотно концентрически охватывается якорной втулкой фокусировки и контактная поверхность между ними является гладкой поверхностью.

4. Зум-объектив по п. 1,

дополнительно содержащий второй фокусирующий линзовый блок (5a15, 6a15, 7a15, 8a15), который установлен между первым фокусирующим линзовым блоком и подложкой и зафиксирован относительно подложки; и/или

дополнительно содержащий второй зуммирующий линзовый блок (6b15, 7b15, 8b15), который установлен между первым зуммирующим линзовым блоком и первым фокусирующим линзовым блоком и зафиксирован относительно подложки, при этом, предпочтительно, элемент-линзодержатель линзового блока, зафиксированного относительно подложки, снабжен винтовой резьбой, которая используется для регулировки фокусного расстояния во время монтажа.

5. Зум-объектив по п. 1, в котором

элемент-линзодержатель первого зуммирующего линзового блока снабжен ограничительным направляющим стержнем (S29) или направляющим пазом, который ограничивает перемещение элемента-линзодержателя только аксиальным направлением;

зуммирующий приводной механизм содержит статорный узел (3b1, 4b1) зуммирования и якорный узел (3b2, 4b2) зуммирования и статорный узел зуммирования зафиксирован относительно подложки; и

траектория якорного узла зуммирования является спиральной или круговой; один из якорного узла зуммирования и элемента-линзодержателя, приводимого им в движение, снабжен аксиально продолжающимся опорным пальцем (S26) на торцовой поверхности, и другой снабжен контактной кромкой на торцовой поверхности; и свободный конец опорного пальца поддерживается в контакте с контактной кромкой таким образом, что спиральное или круговое движение якорного узла зуммирования приводит в аксиальное движение элемент-линзодержатель; или

траектория якорного узла зуммирования является спиральной или круговой; один из якорного узла зуммирования и элемента-линзодержателя, приводимого им в движение, снабжен продолжающимся наружу передаточным штоком (S34), и другой снабжен криволинейным направляющим пазом на боковой стенке; и свободный конец передаточного штока вставлен в криволинейный направляющий паз таким образом, что спиральное или круговое движение якорного узла зуммирования приводит в аксиальное движение элемент-линзодержатель; или

траектория якорного узла зуммирования является спиральной или линейной, и торцовая поверхность якорного узла зуммирования поддерживается в контакте с концом элемента-линзодержателя, приводимого в движение якорным узлом зуммирования таким образом, что непосредственно приводит в аксиальное движение элемент-линзодержатель.

6. Зум-объектив по п. 5, в котором зуммирующий приводной механизм применяет передаточную конструкцию с опорным пальцем или передаточную конструкцию с передаточным штоком и форма контактной кромки или криволинейного направляющего паза содержит ведущие кривые, которые соответствуют телескопическому движению и зуммирующему движению первого зуммирующего линзового блока соответственно.

7. Зум-объектив по п. 5, дополнительно содержащий третий зуммирующий линзовый блок (8b25’), при этом элемент-линзодержатель (8b24’) третьего зуммирующего линзового блока снабжен ограничительным направляющим стержнем или направляющим пазом, который ограничивает перемещение элемента-линзодержателя только аксиальным перемещением, и плотно концентрически расположен снаружи элемента-линзодержателя первого зуммирующего линзового блока, и зуммирующий приводной механизм дополнительно применяет передаточную конструкцию с опорным пальцем или передаточную конструкцию с передаточным штоком для приведения в аксиальное движение третьего зуммирующего линзового блока.

8. Зум-объектив по п. 5, в котором зуммирующий приводной механизм дополнительно содержит кольцевой магнит (S27) Холла и сенсорное устройство (S28) Холла; один элемент из кольцевого магнита Холла и сенсорного устройства Холла зафиксирован относительно якорного узла зуммирования, и другой зафиксирован относительно статорного узла зуммирования или перемещается только в аксиальном направлении; при этом сенсорное устройство Холла выдает измерительный сигнал, который применяется для представления угла поворота кольцевого магнита Холла относительно сенсорного устройства Холла; и, предпочтительно, кольцевой магнит Холла объединен с передаточным магнитным кольцом, причем передаточное магнитное кольцо неподвижно закреплено на торцовой поверхности якорного узла зуммирования или конце элемента-линзодержателя, приводимого им в движение, и применяется для обеспечения магнитной силы для поддерживания якорного узла зуммирования в контакте с элементом-линзодержателем, приводимым им в движение.

9. Зум-объектив по любому из пп. 1-8, в котором

зуммирующий приводной механизм применяет режим привода полиэдрическим ультразвуковым двигателем, при котором статорный узел концентрически расположен внутри или снаружи якорного узла, передача между стенками статорного узла и якорного узла, которые прилегают друг к другу, обеспечивается резьбовой посадкой или трением по окружной поверхности, при этом, по меньшей мере, одна из стенок статорного узла, которая не находится в контакте с якорным узлом, является многогранником, причем каждая поверхность многогранника снабжена пьезоэлектрическим материалом, причем каждый пьезоэлектрический материал соединен с задающей схемой, и, предпочтительно, пьезоэлектрический материал является пьезоэлектрической керамикой.

10. Зум-объектив по любому из пп. 1-8, в котором

зуммирующий приводной механизм применяет режим привода дисковым электромагнитным двигателем, при котором статорный узел концентрически расположен внутри или снаружи якорного узла, по меньшей мере, одна пара магнитных полюсов якоря закреплена в нижней части якорного узла, и, по меньшей мере, две статорных катушки расположены на подложке.

11. Зум-объектив по п. 10, в котором катушка или часть катушки фокусирующего приводного механизма и/или зуммирующего приводного механизма изготовлена из печатной схемы, при этом печатная схема сформирована на печатной плате или гибкой печатной плате, при этом печатная плата или гибкая печатная плата сформирована одним или двумя, или более слоями схемы, причем печатная схема на печатной плате или гибкой печатной плате применяет планарную спиральная обмотку, перекрывающуюся в аксиальном направлении, и/или многослойную 3-мерную спиральную обмотку, составную в радиальном направлении, и, предпочтительно, печатная схема изготовлена из сверхпроводниковых материалов.