專利名稱：攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可轉(zhuǎn)換高寬比(aspect ratio)的結(jié)構(gòu)緊湊小巧的攝像裝置(imaging apparatus)。
背景技術(shù)：
在常規(guī)的攝像系統(tǒng)中，例如，在日本專利特開平No.6-82691中，一種用變形轉(zhuǎn)換器(anamorphic converter)來(lái)轉(zhuǎn)換攝像光學(xué)系統(tǒng)的高寬比的技術(shù)是公開的。
該現(xiàn)有技術(shù)文中描述的變形轉(zhuǎn)換器示于圖1A、1B。此變形轉(zhuǎn)換器是將柱面透鏡G1、G2、G3組合而成的，每個(gè)透鏡都只在畫面的水平或垂直方向上具有光焦度。如此，僅在畫面的水平或垂直方向上產(chǎn)生放大或縮小圖像的作用。變形轉(zhuǎn)換器被設(shè)計(jì)成對(duì)攝像光學(xué)系統(tǒng)可裝可拆，由此攝影者能轉(zhuǎn)換拍攝圖像(photographing image)的高寬比。
但該現(xiàn)有技術(shù)具有下述問題。首先，為了轉(zhuǎn)換攝影者的拍攝圖像的高寬比，需進(jìn)行操作以便安裝、拆卸或替換變形轉(zhuǎn)換器。因此，攝影者難以迅速切換高寬比。其次，可由變形轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的拍攝圖像高寬比是一定的，因此為了轉(zhuǎn)換高寬比以獲得不同的高寬比，就必須按所需高寬比準(zhǔn)備多種替換用的變形轉(zhuǎn)換器。這樣就相應(yīng)地增加了購(gòu)買替換用的變形轉(zhuǎn)換器的費(fèi)用。另外還產(chǎn)生一些問題增加了攜帶攝像裝置的負(fù)荷，操作變得復(fù)雜，并需有儲(chǔ)備轉(zhuǎn)換器的空間。
近年來(lái)一直需要結(jié)構(gòu)緊湊小巧的攝像裝置。其尺寸對(duì)應(yīng)于例如設(shè)置有磁介質(zhì)的卡。但是，由于這樣的結(jié)構(gòu)，即采用柱面透鏡的變形轉(zhuǎn)換器為了轉(zhuǎn)換高寬比須加以替換，因此難以使攝像裝置結(jié)構(gòu)緊湊小巧。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種不用轉(zhuǎn)換器而能迅速獲得多種高寬比并能使結(jié)構(gòu)緊湊小巧的攝像裝置。
為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明的攝像裝置，從物體側(cè)依次包括掃描鏡，扁平狀光學(xué)系統(tǒng)，扁平狀二維圖像傳感器，和圖像合成處理裝置，由掃描鏡掃描并由二維圖像傳感器獲得的各個(gè)圖像在該圖像合成處理裝置中被連成一合成圖像。在這種情況下，光學(xué)系統(tǒng)在扁平取向上與二維圖像傳感器相一致。
在本發(fā)明攝像裝置中，二維圖像傳感器的攝像面的高寬比α滿足下列條件0.05＜α＜0.5 (1)在本發(fā)明攝像裝置中，相對(duì)于一個(gè)經(jīng)圖像合成處理裝置合成的一個(gè)合成圖像，分成2至32段的其中一段圖像相當(dāng)于單一掃描操作中由二維圖像傳感器所獲得的拍攝圖像。
結(jié)合附圖由下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳述，本發(fā)明的這些特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)及其他特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)會(huì)一目了然。


圖1A、1B分別為俯視、側(cè)視剖面圖，示出轉(zhuǎn)換技術(shù)的高寬比的一個(gè)貫常例；圖2A、2B分別為俯視、側(cè)視剖面圖，示意性地示出本發(fā)明的攝像裝置之一實(shí)施例；圖3A、3B分別為俯視、側(cè)視剖面圖，示出局部放大的本發(fā)明實(shí)施例的攝像裝置的攝像光學(xué)系統(tǒng)。
圖4A、4B、4C為曲線圖，示出圖3A、3B的攝像光學(xué)系統(tǒng)的縱向像差特性；圖5A、5B、5C為說明性示圖，示出在本發(fā)明實(shí)施例的攝像裝置中拍攝圖像的一些例子，其中合成圖像的高寬比分別為3∶4、任意比和16∶9。
圖6為說明性視圖，示出本發(fā)明實(shí)施例的攝像裝置中與合成圖像有關(guān)的拍攝圖像的一個(gè)修改示例；圖7A、7B、7C示意性地示出一個(gè)修改示例，其中可變角度棱鏡式旋轉(zhuǎn)鏡在本發(fā)明實(shí)施例的攝像光學(xué)系統(tǒng)中用作一維掃描鏡并沿不同取向旋轉(zhuǎn)；以及圖8A、8B分別為對(duì)圖7A-7C的修改示例中所用的可變角度棱鏡式旋轉(zhuǎn)鏡加以說明的俯視、側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
在對(duì)實(shí)施例進(jìn)行描述之前，要對(duì)本發(fā)明的功能和效果加以說明。
在本發(fā)明攝像裝置中，拍攝圖像數(shù)通過掃描控制而改變并獲得圖像，這樣圖像就被合成，并產(chǎn)生了合成圖像。因此，不用諸如轉(zhuǎn)換器等的輔助裝置就可迅速轉(zhuǎn)換高寬比。并且，選擇待合成的拍攝圖像的開始圖像(攝影開始位置)，從而，合成圖像的攝影區(qū)域的中心可沿一方向(例如，沿水平方向)可選擇地改變。通過采用掃描鏡，光路被彎折，攝像裝置的尺寸就可得到縮減。此外，當(dāng)構(gòu)成為扁平狀的光學(xué)系統(tǒng)和二維圖像傳感器在相同方向上使用時(shí)，就可使攝像裝置的結(jié)構(gòu)小巧緊湊。
條件(1)適合于在保持圖像質(zhì)量良好的同時(shí)獲得緊湊小巧的結(jié)構(gòu)以及確定二維圖像傳感器的攝像面的高寬比。
若攝像面的高寬比α低于條件(1)的下限且變得很小，那么同被應(yīng)用有合成處理的拍攝圖像(合成圖像)的高寬比的差異就變得太大。這就意味著在產(chǎn)生合成圖像時(shí)，需大量圖像(分段圖像)。但是，二維圖像傳感器的曝光和所得圖像的讀取需要預(yù)定的時(shí)間。因此，例如當(dāng)拍攝運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)，圖像變得很模糊，圖像質(zhì)量也顯著惡化。
若攝像面的高寬比α超過條件(1)的上限且變得很大，就須將通過光學(xué)系統(tǒng)的光線的有效直徑域放大。在這種情況下，光學(xué)系統(tǒng)的扁平度比增大，趨至1.0。結(jié)果，光學(xué)系統(tǒng)體積變大，難以使攝像裝置結(jié)構(gòu)小巧。
如果組成一合成圖像的分段圖像的數(shù)量少于2，光學(xué)系統(tǒng)的扁平度比就因有效光線直徑的加大而趨于1.0。因此，光學(xué)系統(tǒng)體積變得很大，從而難以將攝像裝置設(shè)計(jì)得小巧。
如果組成一合成圖像的分段圖像的數(shù)量超過32，分段圖像與應(yīng)用有合成處理的拍攝圖像之間的高寬比的差異就會(huì)變得太大。這樣，在產(chǎn)生合成圖像時(shí)，需要大量圖像(分段圖像)。然而，二維圖像傳感器的曝光和所得圖像的讀取需要預(yù)定的時(shí)間。因此，例如當(dāng)拍攝運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，圖像就會(huì)變得很模糊，且圖像質(zhì)量也顯著惡化。
在本發(fā)明中，光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成為扁平形狀(例如，卵幣形)。具體地說，光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成為，使其厚度在與具有扁平形狀的二維圖像傳感器的攝像面的短側(cè)方向相同的方向上制得很小(外形尺寸制得很小)。如此，就可實(shí)現(xiàn)攝像裝置結(jié)構(gòu)的緊湊、小巧。
在本發(fā)明中，掃描鏡可以MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))萬(wàn)向架鏡的形式構(gòu)成?；蛘?，它也可以以一維旋轉(zhuǎn)鏡的形式構(gòu)成，該一維旋轉(zhuǎn)鏡具有隨著旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生不同反射角的反射面。
優(yōu)選是，將本發(fā)明的攝像裝置應(yīng)用于厚度為1-5mm的卡。厚度小于1mm的卡太薄，因此難以制造攝像裝置。超過5mm，卡就太厚了。
按照附圖，本發(fā)明實(shí)施例描述如下。
圖2A、2B示出實(shí)施例的攝像裝置。圖3A、3B示出本發(fā)明實(shí)施例的攝像裝置的攝像光學(xué)系統(tǒng)。圖4A-4C示出攝像光學(xué)系統(tǒng)的縱向像差特性。
圖5A-5C示出實(shí)施例的攝像裝置中拍攝圖像的一些例子。圖6示出實(shí)施例的攝像裝置中與合成圖像有關(guān)的拍攝圖像的一個(gè)修改示例。
實(shí)施例的攝像裝置包括一維掃描鏡2，透鏡組(lens unit)3，二維圖像傳感器4，圖像合成處理裝置5，均位于卡體罩(card body housing)1內(nèi)。二維圖像傳感器4對(duì)一維掃描鏡2所掃描的區(qū)域進(jìn)行攝像。圖像合成處理裝置5將由二維圖像傳感器4獲取的各個(gè)圖像連接成一個(gè)合成圖像。附圖中，附圖標(biāo)記1a表示攝影用開口，6表示孔徑光闌，7表示扁平狀二維圖像傳感器用蓋玻片。
一維掃描鏡2是以MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))萬(wàn)向架鏡(gimbal mirror)的形式構(gòu)成的。
透鏡組3在相互垂直的兩個(gè)方向上具有不同的外形尺寸并成扁平狀。扁平的取向是這樣的，即在光線被一維掃描鏡2折射的方向上的外形尺寸很小。如下所述，在這里二維圖像傳感器4的攝像面也成扁平狀。這樣放置透鏡組3以使得在與二維圖像傳感器4的攝像面的短側(cè)方向相同的方向上的厚度變得很小。即，扁平狀光學(xué)系統(tǒng)3在扁平取向上與扁平狀的二維圖像傳感器4一致。
二維圖像傳感器4的形狀也是扁平的。更具體地說，攝像面呈扁平狀。攝像面的高寬比α滿足條件(1)。
二維圖像傳感器4具有這樣多的像素，從而相對(duì)一個(gè)合成圖像獲得分成2至32段的拍攝圖像。在本實(shí)施例的攝像裝置中，通過圖像合成處理裝置5產(chǎn)生一個(gè)合成圖像。在這種情況下，為了產(chǎn)生合成圖像，采用了分成任意n段(n為整數(shù)且2≤n≤32)的圖像。這樣，當(dāng)實(shí)施例的攝像裝置構(gòu)成為，使得圖像被分為n段的其中一段相當(dāng)于單一掃描操作所得的拍攝圖像。圖像被分成的段數(shù)取決于掃描鏡2的轉(zhuǎn)速和二維圖像傳感器4的攝像時(shí)間。
例如，如圖5A所示，當(dāng)對(duì)一個(gè)被分成16段的區(qū)域進(jìn)行掃描并攝像以獲得分段圖像時(shí)，這些分段圖像被合成，合成圖像的高寬比為3∶4。如圖5C所示，當(dāng)對(duì)一個(gè)被分成21段的區(qū)域進(jìn)行掃描并攝像以獲得分段圖像時(shí)，這些分段圖像被合成，合成圖像的高寬比為16∶9。這樣，本實(shí)施例的攝像裝置這樣設(shè)計(jì)，使得被分成n(此處n為整數(shù)，且2≤n≤32)段的區(qū)域被掃描且合成圖像的高寬比可任意地改變。二維圖像傳感器4的攝像時(shí)間和單一掃描操作中掃描鏡2的掃描速度取決于一個(gè)合成圖像被分成的段數(shù)，其中合成圖像由單一快門操作(單攝)產(chǎn)生。
在上述構(gòu)成的本實(shí)施例的攝像裝置中，通過改變一維掃描鏡2的角度在一維方向上對(duì)圖像進(jìn)行n次掃描，和在從開口1a入射的光中、在一預(yù)定攝影區(qū)域中、由一維掃描鏡2所分割的光被一維掃描鏡2反射并由二維圖像傳感器4通過透鏡組3和蓋玻片7攝像。在各個(gè)掃描操作中形成的圖像通過圖像合成處理裝置5被連接在一起。當(dāng)完成n次掃描操作時(shí)就產(chǎn)生了一個(gè)合成圖像。
其次，下面示出構(gòu)成實(shí)施例攝像裝置的攝像光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
還有，當(dāng)z取為光軸方向的坐標(biāo)，y為垂直于光軸方向的坐標(biāo)，K為錐形常量，和A、B、C、D為非球面系數(shù)時(shí)，非球面的構(gòu)造就由下式表示z＝(y2/r)/[1+{1-(1+K)(y/r2)}1/2]+Ay4+By6+Cy8+Dy10數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)1焦距4.65mmF數(shù)(光圈值)2.8像高1.68mm面數(shù) 曲率半徑 面間距 折射率 阿貝數(shù)(mm) (mm)(d線)物體面∞ ∞孔徑光闌 ∞ 2.0002 -3.687 2.154 1.69350 53.23 -2.896 0.1004 4.440 2.412 1.74330 49.35 -5.702 2.000 1.84666 23.86 4.660 0.9147 ∞ 1.000 1.51633 64.18 ∞ 0.605畫面 ∞ 0.000非球面數(shù)據(jù)第二面K＝4.558237A＝-0.435904*10-2B＝-0.315536*10-2C＝0.682960*10-3D＝0.367140*10-3第三面K＝0.372397A＝-0.479874*10-2B＝0.738046*10-3C＝-0.740595*10-5D＝0.519471*10-5第四面
K＝-3.668441A＝0.159853*10-2B＝0.665283*10-3C＝-0.163756*10-4D＝-0.278468*10-5第六面K＝3.304163A＝0.765822*10-2B＝-0.278814*10-2C＝0.101811*10-2D＝-0.755198*10-4在扁平狀二維圖像傳感器的攝像面中，像素尺寸為2.8μm，像素?cái)?shù)為1200像素*100像素，扁平狀透鏡組的光學(xué)面的最大尺寸為2.4mm*5.56mm。
實(shí)施例中卡體罩1的厚度被設(shè)計(jì)為在2.4mm至5mm的范圍內(nèi)。
根據(jù)實(shí)施例攝像裝置，由于通過掃描鏡在各個(gè)掃描操作中得到的拍攝圖像被合成從而形成一個(gè)圖像，因此待合成的拍攝圖像的數(shù)量被計(jì)數(shù)，從而可改變高寬比。因此，不使用例如常規(guī)轉(zhuǎn)換器的輔助裝置就能迅速改變高寬比。
通過選擇待合成的拍攝圖像的開始圖像，沿一個(gè)方向(如沿水平方向)可選擇地改變合成圖像攝影區(qū)域的中心。
此外，掃描鏡2用來(lái)彎折光路，因此可相應(yīng)縮減攝像裝置的大小。另外，由于光學(xué)系統(tǒng)3和二維圖像傳感器4沿相同方向形成為扁平狀，因此能使攝像裝置的結(jié)構(gòu)緊湊小巧。
在本實(shí)施例的攝像裝置中，圖像由二維圖像傳感器4獲取并由圖像合成處理裝置5連接。在這種情況下，由圖像合成處理裝置5進(jìn)行的圖像合成處理和一維掃描鏡2的反射角可以這樣控制，即如圖6所示，使相鄰掃描圖像I1、I2、I3、…、Im(m≤n)通過部分區(qū)域重疊而被連接。即使在攝像裝置以這種方式構(gòu)造時(shí)，也可以任意改變合成圖像的高寬比。
還有，盡管圖2A、2B和圖3A、3B中一維掃描鏡2是以MEMS萬(wàn)向架鏡的形式構(gòu)成的，但它也可以用可變角度旋轉(zhuǎn)鏡的形式構(gòu)成，如圖7A-7C所示。
圖7A-7C示出用作本實(shí)施例的攝像光學(xué)系統(tǒng)的一維掃描鏡2的可變角度棱鏡式旋轉(zhuǎn)鏡。圖8A、8B示出用在圖7A-7C中的修改示例的可變角度棱鏡式旋轉(zhuǎn)鏡。
如圖8A所示，可變角度棱鏡式旋轉(zhuǎn)鏡是這樣構(gòu)成的，使得多個(gè)反射面2a設(shè)置在周邊上，多個(gè)反射面2a中的反射角隨著旋轉(zhuǎn)而連續(xù)改變。
如圖7A-7C所示，通過使可變角度旋轉(zhuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)，反射面2a的反射角改變，且預(yù)定攝影區(qū)域被從開口1a入射的光中所分割的光掃描。之后，通過與圖2A、2B和圖3A、3B中所示攝像裝置中相同的處理產(chǎn)生一個(gè)合成圖像。
根據(jù)本發(fā)明，從上述說明中可清楚得知，不用轉(zhuǎn)換器就可迅速獲得各種高寬比，并使得攝像裝置的結(jié)構(gòu)緊湊小巧。
權(quán)利要求
1.一種攝像裝置，從物體側(cè)依次包括掃描鏡；扁平狀光學(xué)系統(tǒng)；扁平狀二維圖像傳感器；以及圖像合成處理裝置，用來(lái)將由掃描鏡掃描的、由二維圖像傳感器獲得的各個(gè)圖像連接成一個(gè)合成圖像，其特征在于，光學(xué)系統(tǒng)在扁平面取向上與二維圖像傳感器相一致。
2.如權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于，二維圖像傳感器的攝像面的高寬比α滿足下例條件0.05＜α＜0.5。
3.如權(quán)利要求1或2所述的攝像裝置，其特征在于，相對(duì)于通過所述圖像合成處理裝置合成的一個(gè)合成圖像，分成2至32段的圖像的其中一段對(duì)應(yīng)于單一掃描操作中由二維圖像傳感器所獲得的拍攝圖像。
4.如權(quán)利要求1-3中任何一個(gè)所述的攝像裝置，其特征在于，扁平狀的光學(xué)系統(tǒng)這樣構(gòu)成，使得在與二維圖像傳感器(4)的攝像面的橫向相同的方向上的厚度很小。
5.如權(quán)利要求1-4中任何一個(gè)所述的攝像裝置，其特征在于，掃描鏡是以MEMS萬(wàn)向架鏡的形式構(gòu)成的。
6.如權(quán)利要求1-4中任何一個(gè)所述的攝像裝置，其特征在于，掃描鏡是以一維旋轉(zhuǎn)鏡的形式構(gòu)成的，該一維旋轉(zhuǎn)鏡具有多個(gè)反射面，其中反射角隨著旋轉(zhuǎn)而連續(xù)改變。
7.如權(quán)利要求1-4中任何一個(gè)所述的攝像裝置，其特征在于，攝像裝置應(yīng)用于厚度為1-5mm的卡。
8.如權(quán)利要求1-7中任何一個(gè)所述的攝像裝置，其特征在于，由所述圖像合成處理裝置連接的相鄰掃描圖像在部分區(qū)域重疊。
全文摘要
一種攝像裝置，從物體側(cè)依次包括一維掃描鏡(2)，扁平狀透鏡組(3)，扁平狀二維圖像傳感器(4)，和圖像合成處理裝置(5)，其中由一維掃描鏡掃描并由二維圖像傳感器獲得的圖像被連接成一合成圖像。透鏡組(3)在扁平面取向上與二維圖像傳感器(4)一致。二維圖像傳感器(4)的攝像面的高寬比α滿足下面的條件0.05＜α＜0.5相對(duì)于通過圖像合成處理裝置(5)合成的一個(gè)合成圖像，分成2至32段的圖像的其中一段對(duì)應(yīng)于單一掃描操作中由二維圖像傳感器(4)所獲得的拍攝圖像。
文檔編號(hào)G02B13/00GK1577045SQ20041007085
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月24日
發(fā)明者武山哲英 申請(qǐng)人:奧林巴斯株式會(huì)社