專利名稱：圖象拾取裝置和攝象機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖象拾取裝置，該裝置是把容納圖象傳感裝置的容器與容納光學構(gòu)件的光學構(gòu)件容納部件組合而成的，本發(fā)明還與使用這種圖象拾取裝置的攝象機有關(guān)。
有多種圖象拾取裝置，它們使用CCD型、MOS型或放大型固態(tài)圖象傳感裝置。圖3是顯示這種圖象拾取裝置的傳統(tǒng)實例的截面圖。
圖中，數(shù)字1表示安裝前述圖象拾取裝置2的印刷電路板，數(shù)字3表示容納固態(tài)圖象傳感裝置4的容納，它由陶瓷或樹脂構(gòu)成。數(shù)字5表示密封玻璃，用于密封容器3中容納的固態(tài)圖象傳感裝置4。數(shù)字6表示一個圓筒，它被裝在印刷電路板1上。圓筒6包圍容納固態(tài)圖象傳感裝置4的容器3。利用一個對抵部分(未畫出)確定容器3和圓筒6在X和Y方向的相對位置(這里的X和Y方向是在平行于圖象傳感裝置4表面的平面中彼此成直角的兩個方向)。數(shù)字7表示基本上是在圓筒6的內(nèi)表面上半部上形成的內(nèi)螺紋。內(nèi)螺紋7與光學構(gòu)件安裝部件8的柱螺紋9螺紋嚙合，從而使圓筒6和光學構(gòu)件安裝部件8彼此固定在一起。
光學構(gòu)件安裝部件8基本上呈圓柱形。光學構(gòu)件安裝部件8的前端部的內(nèi)直徑小于其另一端的內(nèi)直徑，從而形成一個嚙合臺階部分。在光學構(gòu)件安裝部件8的內(nèi)部，透鏡10、紅外線截止濾光器11、光闌12及透鏡13被粘合劑之類材料固定在各自的位置。數(shù)字14表示光闌12的孔徑。在這個圖象拾取裝置中，借助上述對抵部分造成的圓筒6與容器3之間的對抵，使能按預先確定的方式設定光學構(gòu)件10、11、12、13及圖象傳感裝置4相對于X和Y軸的位置關(guān)系。然而，相對于Z方向(垂直于圖象傳感裝置4的表面的方向)，必須由光學構(gòu)件容納部件8旋入圓筒6的距離來調(diào)節(jié)它們的位置關(guān)系。
圖3所示傳統(tǒng)的圖象拾取裝置2有如下問題第一，在容納圖象傳感裝置4的容器3和容納光學構(gòu)件10、11、12、13的光學構(gòu)件容納部件8之間必須提供一個圓筒6。再有，還必須提供螺紋、粘合劑之類以把圓筒6裝到印刷電路板1上，等等，這意味著需要大量零部件，其結(jié)果是圖象拾取裝置2的材料費用相當高。再有，要減小尺寸(當今很需要這一點)是困難的，而且必定增加組裝所需工時。
第二，必須提供粘合劑、螺紋之類來把光學構(gòu)件10、11、12、13固定在光學構(gòu)件容納部件8上，而這種固定操作需要不可忽略的工時量。
第三，由于光學構(gòu)件容納部件8是與圓筒6螺紋嚙合的，因此這些部件的結(jié)構(gòu)相當復雜。再有，由于伴生的螺紋間隙，使調(diào)節(jié)焦距很難完成。還有，為了通過調(diào)節(jié)光學構(gòu)件容納部件8旋入圓筒的距離來調(diào)節(jié)焦距，必須實現(xiàn)連線以把圖象拾取裝置2與驅(qū)動電路相連，而且必須在觀察所取的再生圖象的同時，完成圖象拾取和進行調(diào)節(jié)光學構(gòu)件容納部件8旋入圓筒的距離這一困難的操作。這項操作非常麻煩，而且需要不能忽略的工時。還有，由于螺紋的松弛等原因，焦距將不能保持在調(diào)節(jié)的位置。
完成本發(fā)明的著眼點在于消除上述問題。因此，本發(fā)明的一個目的是實現(xiàn)減少零部件數(shù)量，滿足減小尺寸的要求，便于調(diào)節(jié)焦距，并防止焦距偏離調(diào)節(jié)位置。
在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種圖象拾取裝置，其中用于容納圖象傳感裝置的圖象傳感裝置容器的一部分與容納用于在圖象傳感裝置表面上形成目標圖象的光學構(gòu)件的光學構(gòu)件容納部件的一部分彼此嚙合在一起，從而得到一個集成單元，在X、Y、Z方向上光學構(gòu)件和圖象傳感裝置之間確定了一定的位置關(guān)系。
這樣，在根據(jù)本發(fā)明第一方面的圖象拾取裝置中，容納圖象傳感裝置的容器直接裝在光學構(gòu)件容納部件上，在二者之間不存在如圓筒那樣的部件，從而實現(xiàn)了減少零部件數(shù)量，并能滿足減小尺寸的要求。再有，通過把圖象傳感裝置容器的一部分與光學構(gòu)件容納部件的一部分嚙合，得到了一個集成的單元，同時，能實現(xiàn)光學構(gòu)件和圖象傳感裝置在X、Y、Z方向的定位，從而在很大程度上便于組裝，可以顯著減少組裝工時。當然，這種集成不是通過內(nèi)螺紋和柱螺紋的嚙合來實現(xiàn)的，所以沒有螺紋間隙的問題。由于容納圖象傳感裝置的容器和光學構(gòu)件容納部件的集成不是采用螺紋嚙合，所以不必擔心焦距會失去調(diào)節(jié)。
在本發(fā)明的第二方面中提供了一種圖象拾取裝置，其中，在根據(jù)本發(fā)明第一方面的圖象拾取裝置中，在容器和光學構(gòu)件容納部件之間提供了一個調(diào)整墊，借助這個調(diào)整墊，可把光學構(gòu)件容納部件和圖象傳感裝置在Z方向的彼此間距調(diào)節(jié)到一個預先確定值。
這樣，在根據(jù)本發(fā)明第二方面的圖象拾取裝置中，在容器和光學構(gòu)件之間提供了用于調(diào)節(jié)焦距的調(diào)整墊，于是，通過事先測量圖象傳感裝置表面相對于容器的高度，便能夠通過選擇其厚度與此高度相對應的調(diào)整墊，來把圖象傳感裝置和光學構(gòu)件之間的距離設定為預先確定的值。這樣，便不需要借助一個所取的圖象來完成焦距調(diào)節(jié)，從而大大方便了調(diào)節(jié)焦距。
在本發(fā)明的第三方面中提供了一種圖象拾取裝置，其中，在本發(fā)明的第一方面和第二方面的圖象拾取裝置中，在容納圖象傳感裝置的容器和光學構(gòu)件之間提供了一個偏移裝置，用于使光學構(gòu)件向容器偏移。
這樣，在本發(fā)明第三方面的圖象拾取裝置中，利用偏移裝置使光學構(gòu)件向容器偏移，于是，即使光學構(gòu)件容納部件或光學構(gòu)件中存在尺寸誤差，也能可靠地調(diào)節(jié)光學構(gòu)件和圖象傳感裝置之間的距離，從而能可靠地實現(xiàn)焦距調(diào)節(jié)功能。再有，由于有偏移裝置，有可能保持容納圖象傳感裝置的容器與光學構(gòu)件容納部件彼此集成在一起。
在本發(fā)明的第四方面中，提供了一種攝象機，它使用根據(jù)本發(fā)明第一、第二或第三方面的圖象拾取裝置。
這樣，在本發(fā)明第四方面的攝象機中，有可能享用本發(fā)明第一、第二或第三方面的圖象拾取裝置的優(yōu)點。
從根本上說，根據(jù)本發(fā)明，容納圖象傳感裝置的圖象傳感裝置容器的一部分與容納光學構(gòu)件(用于在圖象傳感裝置的表面上形成目標的圖象)的光學構(gòu)件容納部件的一部分嚙合在一起，從而得到一個集成的單元，在X、Y、Z方向上光學構(gòu)件和圖象傳感裝置之間確定了一定的位置關(guān)系。
還有可能通過在容器和光學構(gòu)件容納部件之間提供一個調(diào)整墊，來把光學構(gòu)件和圖象傳感裝置之間的距離，即焦距，調(diào)節(jié)到一個預先確定值。
再有，可以用一個偏移裝置使光學構(gòu)件向容器偏移。該偏移裝置可以是一個彈性部件，如O形環(huán)或彈簧。
圖象傳感裝置可以是CCD型、MOS型或放大型的固態(tài)圖象傳感裝置。容納圖象傳感裝置的容器可以是陶瓷容器或樹脂容器。光學構(gòu)件包括形成目標圖象所不可缺少的透鏡。除此透鏡外，還可以用紅外截止濾光器等。盡管可以使用單個透鏡，使用多個透鏡也是可能的。在某些情況下，在光學構(gòu)件容納部件中裝有光闌作為一個光學構(gòu)件，在另一些情況中，則在光學構(gòu)件容納部件本身中提供光闌。調(diào)整墊由金屬或樹脂制成，并以高精度控制其厚度，例如±幾個微米(μm)的量級。具體地說，根據(jù)透鏡焦點的深度，準備不同厚度(例如1mm、1.05mm、0.95mm)的調(diào)整墊。當焦距沒有問題時，使用1mm厚的調(diào)整墊。當光學構(gòu)件和圖象傳感裝置之間的距離過大大約50μm時，使用0.95mm厚的調(diào)整墊。當然，對應于透鏡焦深的焦距誤差如果不影響圖象，則是可以允許的。這樣，當焦距的變化在焦深范圍內(nèi)時，則只需要提供單一類型的調(diào)整墊。在這種情況下，可以由透鏡和調(diào)整墊構(gòu)成一個集成單元。
上述值只是作為舉例給出的，不應被認為是一種限制。


圖1是一截面圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的圖象拾取裝置；圖2是一截面圖，顯示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的圖象拾取裝置；圖3是一截面圖，顯示出一個傳統(tǒng)的實例；以及圖4是一示意圖，顯示出使用根據(jù)本發(fā)明的圖象拾取裝置的攝象機。
現(xiàn)在將參考圖件中所示實施例詳細描述本發(fā)明。圖1的截面圖顯示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的圖象拾取裝置2a，圖2的截面圖顯示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的圖象拾取裝置2b。第一實施例的圖象拾取裝置2a與第二實施例的圖象拾取裝置2b的區(qū)別在于光學構(gòu)件的組成。在圖象拾取裝置2b中透鏡10的數(shù)量大于圖象拾取裝置2a中的透鏡數(shù)量，因此裝置2b比裝置2a更復雜，尺寸也比裝置2a大。然而，實質(zhì)上這兩個裝很大程度上是相同的，所以將一起描述它們。在這些圖件中，數(shù)字3表示一個容納圖象傳感裝置的容器，數(shù)字15表示在容納圖象傳感裝置的容器3的外側(cè)表面上形成的指向下的嚙合臺階，數(shù)字4表示在容納圖象傳感裝置的容器3中所容納的固態(tài)圖象傳感裝置，而數(shù)字5表示密封固態(tài)圖象傳感裝置4的密封玻璃。在容器3中圖象傳感裝置3的表面和密封玻璃5的表面之間沿Z方向的距離a被設定為一個預先確定值。然而，這個距離的實際值和預設值之間是有差別的?？紤]到這一點，在把圖象傳感裝置4裝入容器3并用密封玻璃5密封之后要正確地測量距離a。
數(shù)字8a和8b表示光學構(gòu)件容納部件。每個容納部件用例如樹脂或金屬構(gòu)成，構(gòu)成一個下端開口的容器，并在其下端有一個適于與嚙合臺階15嚙合在一起的彈性嚙合爪(鉤)16。數(shù)字10和13表示透鏡，數(shù)字11表示紅外截止濾光器，數(shù)字14a表示在光學構(gòu)件容納部件8a、8b的外壁中形成的孔，數(shù)字12表示光闌，數(shù)字14b表示光闌12的孔徑，數(shù)字17表示在光學構(gòu)件容納部件8a、8b的內(nèi)表面上形成的指向下的支持O形環(huán)的凸起，數(shù)字18表示O形環(huán)，它被裝配在支持O形環(huán)的凸起17的周圍，且其厚度大于凸起17的高度。
數(shù)字19表示一個調(diào)整墊，它放在光學構(gòu)件(透鏡)10(在第二實施例的裝置2b情況中是透鏡10、光闌12、紅外截止濾光器11及透鏡13)和容納圖象傳感裝置的容器3之間。
準備了具有不同厚度(例如1mm、1.05mm和0.95mm)的多種類型調(diào)整墊19。根據(jù)容器3的圖象傳感裝置4的表面和密封玻璃5的表面之間沿Z方向的距離a來選用調(diào)整墊19，總能把圖象傳感裝置4的表面與光學構(gòu)件10或13之間的距離設置為預先確定值b。當然，會伴有某些誤差，但只要誤差在焦深范圍內(nèi)，這種誤差是允許的。
當確定了圖象拾取裝置的類型后，固態(tài)圖象傳感裝置4的表面和光學構(gòu)件10或13之間的距離便確定了。假定該值為b。由于容納圖象傳感裝置的容器3一側(cè)的某種誤差，該值有可能偏離b。誤差因素包括固態(tài)圖象傳感裝置4的厚度變化、把它粘到容器3底部的粘合劑(未畫出)厚度的變化、密封玻璃5厚度的變化、以及把密封玻璃5粘到容器3上的粘合劑(未畫出)厚度的變化。這樣，誤差因素是不少的。考慮到這一點，要事先測定容納圖象傳感裝置的容器3中圖象傳感裝置4的表面與密封玻璃5的表面之間的距離。
這個距離a被用作為參考。例如，當距離a沒有問題時使用1mm厚的調(diào)整墊19，即當這個厚度的調(diào)整墊使距離b能達到預先確定值時，便使用這個調(diào)整墊。如果當使用1mm厚調(diào)整墊時的距離a會使光學構(gòu)造與圖象傳感裝置的距離大約過大50μm，則使用0.95mm厚的調(diào)整墊。反之，如果當使用1mm厚調(diào)整墊時的距離a會使光學構(gòu)件與圖象傳感裝置的距離大約過小50μm，則使用1.05mm厚的調(diào)整墊。這樣，便能使固態(tài)圖象傳感裝置4表面與光學構(gòu)件10或13之間的距離保持在一個預先確定的值。距離b中允許一定的誤差，只要它處于焦深范圍之內(nèi)；在那個范圍內(nèi)的圖象中不會產(chǎn)生問題。這樣，通過準備若干個有不同厚度的調(diào)整墊，其數(shù)量對應于預計變化幅度除以光學系統(tǒng)焦深所得到的值，便能夠從這些調(diào)整墊中選擇一個適當?shù)恼{(diào)整墊19來可靠地應對其尺寸的變化。
當變化范圍在焦深之內(nèi)時，只需要準備一個具有固定厚度的調(diào)整墊。在這種情況中，調(diào)整墊19可以和透鏡10或13構(gòu)成一個集成單元。
當組裝圖象拾取裝置時，紅外截止濾光器11、O形環(huán)18、透鏡10和13、光闌12等被置于光學構(gòu)件容納部件8a、8b中。在第一實施例中，必須把紅外截止濾光器11固定在光學構(gòu)件容納部件8a中，但其他構(gòu)件不需要用粘合劑之類把它們固定在光學構(gòu)件容器部件8a、8b上。其厚度對應于所測距離a的調(diào)整墊19與透鏡10、13接觸。光學構(gòu)件容納部件8a、8b與容器3咬合。具體地說，將容器3壓入彈性嚙合爪16之間，從而這些嚙合爪分開然后與容器3側(cè)表面上的嚙合臺階15嚙合，從而完成圖象拾取裝置。利用O形環(huán)18的彈性維持這種狀態(tài)。
在這個圖象拾取裝置中，容納圖象傳感裝置的容器3和光學構(gòu)件容納部件8a、8b彼此直接組合，在二者之間沒有如圓筒之類部件，從而減少了零部件數(shù)量并能滿足減小尺寸的要求。再有，通過嚙合臺階15與嚙合爪16的嚙合，容器3能嚙合到光學構(gòu)件容納部件8a、8b中從而形成一個集成單元。與此同時，能實現(xiàn)光學構(gòu)件10、13等在X、Y、Z方向上相對于圖象傳感裝置4的定位，從而極便于組裝，由此能顯著減少組裝工時。由于這種集成不是通過內(nèi)螺紋和柱螺紋的螺紋嚙合，當然就不存在螺紋間隙了。由于沒有采用螺紋嚙合作為把容納圖象傳感裝置的容器3與光學構(gòu)件容納部件8a、8b組合的手段，便不必擔心在調(diào)節(jié)焦距之后其焦距將不保持在所調(diào)節(jié)狀態(tài)。
再有，在容器3和光學構(gòu)件10、13之間提供了用于調(diào)節(jié)焦距的調(diào)整墊19，而圖象傳感裝置4的表面和密封玻璃5的表面之間的距離a是事先測定的。由于這種安排，便能夠通過選擇其厚度對應于距離a的調(diào)整墊19來使圖象傳感裝置和光學構(gòu)件之間的距離b設置成預先確定值。這樣，便不需要借助所取的圖象來完成焦距調(diào)節(jié)，從而顯著有利于調(diào)節(jié)焦距的操作。
因為作為偏移裝置的O形環(huán)18使光學構(gòu)件10、13等向容器3偏移，便有可能利用調(diào)整墊19可靠地調(diào)節(jié)光學構(gòu)件10、13和固態(tài)圖象傳感裝置4之間的距離，即使在光學構(gòu)件容納部件8a、8b或光學構(gòu)件10、13中存在某些尺寸誤差也能做到，從而能可靠地實現(xiàn)焦距調(diào)節(jié)功能。換句話說，上述尺寸誤差能被O形環(huán)吸收。盡管在本實施例中使用O形環(huán)作為偏移裝置，但這不應被認為是一種限制。任何其他類型的部件，只要是彈性的，都可用于這一目的。
如圖4所示，通過使用信號處理電路部分完成對來自圖象拾取裝置的圖象信息的信號處理，這個圖象拾取裝置便能用于各類攝象機(例如家用視頻攝象機、內(nèi)窺鏡、及監(jiān)視用攝象機)中作為圖象拾取裝置。當裝備了上述圖象拾取裝置，這些攝象機便能享用這個圖象攝取裝置的各種優(yōu)點。
在根據(jù)本發(fā)明第一方面的圖象拾取裝置中，容納圖象傳感裝置的容器和光學構(gòu)件容納部件是彼此直接組合在一起的，在二者之間沒有圓筒之類部件，從而減少了零部件數(shù)量，并能滿足減小尺寸的要求。再有，通過把容器的一部分與光學構(gòu)件容納部件的一部分嚙合，它們能構(gòu)成一個集成單元；與此同時，能實現(xiàn)光學構(gòu)件在X、Y、Z方向上相對于圖象傳感裝置的定位，從而能顯著地便利于組裝，并顯著地減少組裝工時。當然，由于不是通過內(nèi)螺紋和柱螺紋的螺紋嚙合來集成，因而沒有螺紋間隙問題。由于沒有采用螺紋嚙合作為把容納圖象傳感裝置的容器與光學構(gòu)件容納部件組合的手段，便不必擔心在調(diào)節(jié)焦距之后其焦距將不保持在所調(diào)節(jié)狀態(tài)。
在根據(jù)本發(fā)明第二方面的圖象拾取裝置中，在容器和光學構(gòu)件之間提供了用于調(diào)節(jié)焦距的調(diào)整墊，于是，通過事先測量圖象傳感裝置表面相對于容器的高度，便能通過選擇其厚度對應于這一高度的調(diào)整墊來把圖象傳感裝置和光學構(gòu)件之間的距離設置為一個預先確定值，從而不需要利用所取圖象來完成焦距調(diào)節(jié)，從而顯著便于調(diào)節(jié)焦距的操作。
在根據(jù)本發(fā)明第三方面的圖象拾取裝置中，利用偏移裝置使光學構(gòu)件向容器偏移，這樣，即使光學構(gòu)件容納部件或光學構(gòu)件中存在某種尺寸誤差，也能可靠地調(diào)節(jié)光學構(gòu)件和圖象傳感裝置之間的距離，從而能可靠地實現(xiàn)焦距調(diào)節(jié)功能。
在根據(jù)本發(fā)明第四方面的攝象機中，能夠享用根據(jù)本發(fā)明第一、第二或第三方面的圖象拾取裝置的各種優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一個圖象拾取裝置，其至少包括容納一個圖象傳感裝置的容器，容納一個圖象傳感裝置，以及光學構(gòu)件容納部件容納一個光學構(gòu)件用于在圖象傳感裝置的表面上形成目標圖象，其中容納圖象傳感裝置的容器的一部分與光學構(gòu)件容納部件的一部分嚙合，從而得到一個集成單元，并在光學構(gòu)件和圖象傳感裝置之間，在平行于圖象傳感裝置表面的平面內(nèi)的X和Y方向上及在垂直于該表面的Z方向上有確定的位置關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的圖象拾取裝置，其中容納圖象傳感裝置的容器有一嚙合臺階部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的圖象拾取裝置，其中光學構(gòu)件容納部件有一嚙合爪。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的圖象拾取裝置，其中在容器和光學構(gòu)件容納部件之間提供一個調(diào)整墊，利用這一調(diào)整墊把光學構(gòu)件和圖象傳感裝置之間沿Z方向的距離調(diào)節(jié)到一個預先確定值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的圖象拾取裝置，還包括偏移裝置用于使光學構(gòu)件向容器偏移。
6.裝備一個圖象拾取裝置的攝象機，其包括一個圖象拾取裝置，包括一個容納圖象傳感裝置的容器容納一個圖象傳感裝置，以及一個光學構(gòu)件容納部件容納一個用于在圖象傳感裝置的表面上形成目標圖象的光學構(gòu)件，這里容納圖象傳感裝置的容器的一部分與光學構(gòu)件容納部件的一部分嚙合，從而得到一個集成單元，并在光學構(gòu)件和圖象傳感裝置之間，在平行于圖象傳感裝置表面的平面內(nèi)的X和Y方向上及在垂直于該表面的Z方向上有確定的位置關(guān)系，以及圖象信號處理電路，用于完成對由電信號代表的圖象數(shù)據(jù)的信號處理，該電信號是通過對圖象傳感裝置表面上形成的目標光學圖象進行光電轉(zhuǎn)換得到的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝備有圖象拾取裝置的攝象機，其中容納圖象傳感裝置的容器有嚙合臺階部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的裝備有圖象拾取裝置的攝象機，其中光學構(gòu)件容納部件有一嚙合爪。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的裝備有圖象拾取裝置的攝象機，其中在容器和光學構(gòu)件容納部件之間提供一個調(diào)整墊，利用這一調(diào)整墊把光學構(gòu)件和圖象傳感裝置之間沿Z方向的距離調(diào)節(jié)到一個預先確定值。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的裝備有圖象拾取裝置的攝象機，還包括偏移裝置用于使光學構(gòu)件向容器偏移。
全文摘要
公開了一種圖象拾取裝置,它能減少零部件數(shù)量,實現(xiàn)減少組裝工時,滿足減小尺寸的要求,便于調(diào)節(jié)焦距,并能防止在調(diào)節(jié)焦距后的焦距偏離調(diào)節(jié)值。容器3與光學構(gòu)件容納部件8a組合集成為一體,并通過使嚙合臺階部分15與嚙合爪16嚙合,使光學構(gòu)件和圖象傳感裝置4之間在X、Y、Z方向上有確定的位置關(guān)系。還提供了一個調(diào)節(jié)焦距用的調(diào)整墊19,并提供了一個使光學構(gòu)件10向容器3偏移的偏移部件18。
文檔編號H04N5/335GK1199982SQ98108448
公開日1998年11月25日 申請日期1998年5月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月16日
發(fā)明者高地泰三 申請人:索尼株式會社