CN1199982A - 图象拾取装置和摄象机 - Google Patents

Abstract

公开了一种图象拾取装置,它能减少零部件数量,实现减少组装工时,满足减小尺寸的要求,便于调节焦距,并能防止在调节焦距后的焦距偏离调节值。容器3与光学构件容纳部件8a组合集成为一体,并通过使啮合台阶部分15与啮合爪16啮合,使光学构件和图象传感装置4之间在X、Y、Z方向上有确定的位置关系。还提供了一个调节焦距用的调整垫19,并提供了一个使光学构件10向容器3偏移的偏移部件18。

Description

图象拾取装置和摄象机

本发明涉及一种图象拾取装置，该装置是把容纳图象传感装置的容器与容纳光学构件的光学构件容纳部件组合而成的，本发明还与使用这种图象拾取装置的摄象机有关。

有多种图象拾取装置，它们使用CCD型、MOS型或放大型固态图象传感装置。图3是显示这种图象拾取装置的传统实例的截面图。

图中，数字1表示安装前述图象拾取装置2的印刷电路板，数字3表示容纳固态图象传感装置4的容纳，它由陶瓷或树脂构成。数字5表示密封玻璃，用于密封容器3中容纳的固态图象传感装置4。数字6表示一个圆筒，它被装在印刷电路板1上。圆筒6包围容纳固态图象传感装置4的容器3。利用一个对抵部分(未画出)确定容器3和圆筒6在X和Y方向的相对位置(这里的X和Y方向是在平行于图象传感装置4表面的平面中彼此成直角的两个方向)。数字7表示基本上是在圆筒6的内表面上半部上形成的内螺纹。内螺纹7与光学构件安装部件8的柱螺纹9螺纹啮合，从而使圆筒6和光学构件安装部件8彼此固定在一起。

光学构件安装部件8基本上呈圆柱形。光学构件安装部件8的前端部的内直径小于其另一端的内直径，从而形成一个啮合台阶部分。在光学构件安装部件8的内部，透镜10、红外线截止滤光器11、光阑12及透镜13被粘合剂之类材料固定在各自的位置。数字14表示光阑12的孔径。在这个图象拾取装置中，借助上述对抵部分造成的圆筒6与容器3之间的对抵，使能按预先确定的方式设定光学构件10、11、12、13及图象传感装置4相对于X和Y轴的位置关系。然而，相对于Z方向(垂直于图象传感装置4的表面的方向)，必须由光学构件容纳部件8旋入圆筒6的距离来调节它们的位置关系。

图3所示传统的图象拾取装置2有如下问题：第一，在容纳图象传感装置4的容器3和容纳光学构件10、11、12、13的光学构件容纳部件8之间必须提供一个圆筒6。再有，还必须提供螺纹、粘合剂之类以把圆筒6装到印刷电路板1上，等等，这意味着需要大量零部件，其结果是图象拾取装置2的材料费用相当高。再有，要减小尺寸(当今很需要这一点)是困难的，而且必定增加组装所需工时。

第二，必须提供粘合剂、螺纹之类来把光学构件10、11、12、13固定在光学构件容纳部件8上，而这种固定操作需要不可忽略的工时量。

第三，由于光学构件容纳部件8是与圆筒6螺纹啮合的，因此这些部件的结构相当复杂。再有，由于伴生的螺纹间隙，使调节焦距很难完成。还有，为了通过调节光学构件容纳部件8旋入圆筒的距离来调节焦距，必须实现连线以把图象拾取装置2与驱动电路相连，而且必须在观察所取的再生图象的同时，完成图象拾取和进行调节光学构件容纳部件8旋入圆筒的距离这一困难的操作。这项操作非常麻烦，而且需要不能忽略的工时。还有，由于螺纹的松弛等原因，焦距将不能保持在调节的位置。

完成本发明的着眼点在于消除上述问题。因此，本发明的一个目的是实现减少零部件数量，满足减小尺寸的要求，便于调节焦距，并防止焦距偏离调节位置。

在本发明的第一方面中，提供了一种图象拾取装置，其中用于容纳图象传感装置的图象传感装置容器的一部分与容纳用于在图象传感装置表面上形成目标图象的光学构件的光学构件容纳部件的一部分彼此啮合在一起，从而得到一个集成单元，在X、Y、Z方向上光学构件和图象传感装置之间确定了一定的位置关系。

这样，在根据本发明第一方面的图象拾取装置中，容纳图象传感装置的容器直接装在光学构件容纳部件上，在二者之间不存在如圆筒那样的部件，从而实现了减少零部件数量，并能满足减小尺寸的要求。再有，通过把图象传感装置容器的一部分与光学构件容纳部件的一部分啮合，得到了一个集成的单元，同时，能实现光学构件和图象传感装置在X、Y、Z方向的定位，从而在很大程度上便于组装，可以显著减少组装工时。当然，这种集成不是通过内螺纹和柱螺纹的啮合来实现的，所以没有螺纹间隙的问题。由于容纳图象传感装置的容器和光学构件容纳部件的集成不是采用螺纹啮合，所以不必担心焦距会失去调节。

在本发明的第二方面中提供了一种图象拾取装置，其中，在根据本发明第一方面的图象拾取装置中，在容器和光学构件容纳部件之间提供了一个调整垫，借助这个调整垫，可把光学构件容纳部件和图象传感装置在Z方向的彼此间距调节到一个预先确定值。

这样，在根据本发明第二方面的图象拾取装置中，在容器和光学构件之间提供了用于调节焦距的调整垫，于是，通过事先测量图象传感装置表面相对于容器的高度，便能够通过选择其厚度与此高度相对应的调整垫，来把图象传感装置和光学构件之间的距离设定为预先确定的值。这样，便不需要借助一个所取的图象来完成焦距调节，从而大大方便了调节焦距。

在本发明的第三方面中提供了一种图象拾取装置，其中，在本发明的第一方面和第二方面的图象拾取装置中，在容纳图象传感装置的容器和光学构件之间提供了一个偏移装置，用于使光学构件向容器偏移。

这样，在本发明第三方面的图象拾取装置中，利用偏移装置使光学构件向容器偏移，于是，即使光学构件容纳部件或光学构件中存在尺寸误差，也能可靠地调节光学构件和图象传感装置之间的距离，从而能可靠地实现焦距调节功能。再有，由于有偏移装置，有可能保持容纳图象传感装置的容器与光学构件容纳部件彼此集成在一起。

在本发明的第四方面中，提供了一种摄象机，它使用根据本发明第一、第二或第三方面的图象拾取装置。

这样，在本发明第四方面的摄象机中，有可能享用本发明第一、第二或第三方面的图象拾取装置的优点。

从根本上说，根据本发明，容纳图象传感装置的图象传感装置容器的一部分与容纳光学构件(用于在图象传感装置的表面上形成目标的图象)的光学构件容纳部件的一部分啮合在一起，从而得到一个集成的单元，在X、Y、Z方向上光学构件和图象传感装置之间确定了一定的位置关系。

还有可能通过在容器和光学构件容纳部件之间提供一个调整垫，来把光学构件和图象传感装置之间的距离，即焦距，调节到一个预先确定值。

再有，可以用一个偏移装置使光学构件向容器偏移。该偏移装置可以是一个弹性部件，如O形环或弹簧。

图象传感装置可以是CCD型、MOS型或放大型的固态图象传感装置。容纳图象传感装置的容器可以是陶瓷容器或树脂容器。光学构件包括形成目标图象所不可缺少的透镜。除此透镜外，还可以用红外截止滤光器等。尽管可以使用单个透镜，使用多个透镜也是可能的。在某些情况下，在光学构件容纳部件中装有光阑作为一个光学构件，在另一些情况中，则在光学构件容纳部件本身中提供光阑。调整垫由金属或树脂制成，并以高精度控制其厚度，例如±几个微米(μm)的量级。具体地说，根据透镜焦点的深度，准备不同厚度(例如1mm、1.05mm、0.95mm)的调整垫。当焦距没有问题时，使用1mm厚的调整垫。当光学构件和图象传感装置之间的距离过大大约50μm时，使用0.95mm厚的调整垫。当然，对应于透镜焦深的焦距误差如果不影响图象，则是可以允许的。这样，当焦距的变化在焦深范围内时，则只需要提供单一类型的调整垫。在这种情况下，可以由透镜和调整垫构成一个集成单元。

上述值只是作为举例给出的，不应被认为是一种限制。

图1是一截面图，显示出根据本发明第一实施例的图象拾取装置；

图2是一截面图，显示出根据本发明第二实施例的图象拾取装置；

图3是一截面图，显示出一个传统的实例；以及

图4是一示意图，显示出使用根据本发明的图象拾取装置的摄象机。

现在将参考图件中所示实施例详细描述本发明。图1的截面图显示根据本发明第一实施例的图象拾取装置2a，图2的截面图显示根据本发明第二实施例的图象拾取装置2b。第一实施例的图象拾取装置2a与第二实施例的图象拾取装置2b的区别在于光学构件的组成。在图象拾取装置2b中透镜10的数量大于图象拾取装置2a中的透镜数量，因此装置2b比装置2a更复杂，尺寸也比装置2a大。然而，实质上这两个装很大程度上是相同的，所以将一起描述它们。在这些图件中，数字3表示一个容纳图象传感装置的容器，数字15表示在容纳图象传感装置的容器3的外侧表面上形成的指向下的啮合台阶，数字4表示在容纳图象传感装置的容器3中所容纳的固态图象传感装置，而数字5表示密封固态图象传感装置4的密封玻璃。在容器3中图象传感装置3的表面和密封玻璃5的表面之间沿Z方向的距离a被设定为一个预先确定值。然而，这个距离的实际值和预设值之间是有差别的。考虑到这一点，在把图象传感装置4装入容器3并用密封玻璃5密封之后要正确地测量距离a。

数字8a和8b表示光学构件容纳部件。每个容纳部件用例如树脂或金属构成，构成一个下端开口的容器，并在其下端有一个适于与啮合台阶15啮合在一起的弹性啮合爪(钩)16。数字10和13表示透镜，数字11表示红外截止滤光器，数字14a表示在光学构件容纳部件8a、8b的外壁中形成的孔，数字12表示光阑，数字14b表示光阑12的孔径，数字17表示在光学构件容纳部件8a、8b的内表面上形成的指向下的支持O形环的凸起，数字18表示O形环，它被装配在支持O形环的凸起17的周围，且其厚度大于凸起17的高度。

数字19表示一个调整垫，它放在光学构件(透镜)10(在第二实施例的装置2b情况中是透镜10、光阑12、红外截止滤光器11及透镜13)和容纳图象传感装置的容器3之间。

准备了具有不同厚度(例如1mm、1.05mm和0.95mm)的多种类型调整垫19。根据容器3的图象传感装置4的表面和密封玻璃5的表面之间沿Z方向的距离a来选用调整垫19，总能把图象传感装置4的表面与光学构件10或13之间的距离设置为预先确定值b。当然，会伴有某些误差，但只要误差在焦深范围内，这种误差是允许的。

当确定了图象拾取装置的类型后，固态图象传感装置4的表面和光学构件10或13之间的距离便确定了。假定该值为b。由于容纳图象传感装置的容器3一侧的某种误差，该值有可能偏离b。误差因素包括：固态图象传感装置4的厚度变化、把它粘到容器3底部的粘合剂(未画出)厚度的变化、密封玻璃5厚度的变化、以及把密封玻璃5粘到容器3上的粘合剂(未画出)厚度的变化。这样，误差因素是不少的。考虑到这一点，要事先测定容纳图象传感装置的容器3中图象传感装置4的表面与密封玻璃5的表面之间的距离。

这个距离a被用作为参考。例如，当距离a没有问题时使用1mm厚的调整垫19，即当这个厚度的调整垫使距离b能达到预先确定值时，便使用这个调整垫。如果当使用1mm厚调整垫时的距离a会使光学构造与图象传感装置的距离大约过大50μm，则使用0.95mm厚的调整垫。反之，如果当使用1mm厚调整垫时的距离a会使光学构件与图象传感装置的距离大约过小50μm，则使用1.05mm厚的调整垫。这样，便能使固态图象传感装置4表面与光学构件10或13之间的距离保持在一个预先确定的值。距离b中允许一定的误差，只要它处于焦深范围之内；在那个范围内的图象中不会产生问题。这样，通过准备若干个有不同厚度的调整垫，其数量对应于预计变化幅度除以光学系统焦深所得到的值，便能够从这些调整垫中选择一个适当的调整垫19来可靠地应对其尺寸的变化。

当变化范围在焦深之内时，只需要准备一个具有固定厚度的调整垫。在这种情况中，调整垫19可以和透镜10或13构成一个集成单元。

当组装图象拾取装置时，红外截止滤光器11、O形环18、透镜10和13、光阑12等被置于光学构件容纳部件8a、8b中。在第一实施例中，必须把红外截止滤光器11固定在光学构件容纳部件8a中，但其他构件不需要用粘合剂之类把它们固定在光学构件容器部件8a、8b上。其厚度对应于所测距离a的调整垫19与透镜10、13接触。光学构件容纳部件8a、8b与容器3咬合。具体地说，将容器3压入弹性啮合爪16之间，从而这些啮合爪分开然后与容器3侧表面上的啮合台阶15啮合，从而完成图象拾取装置。利用O形环18的弹性维持这种状态。

在这个图象拾取装置中，容纳图象传感装置的容器3和光学构件容纳部件8a、8b彼此直接组合，在二者之间没有如圆筒之类部件，从而减少了零部件数量并能满足减小尺寸的要求。再有，通过啮合台阶15与啮合爪16的啮合，容器3能啮合到光学构件容纳部件8a、8b中从而形成一个集成单元。与此同时，能实现光学构件10、13等在X、Y、Z方向上相对于图象传感装置4的定位，从而极便于组装，由此能显著减少组装工时。由于这种集成不是通过内螺纹和柱螺纹的螺纹啮合，当然就不存在螺纹间隙了。由于没有采用螺纹啮合作为把容纳图象传感装置的容器3与光学构件容纳部件8a、8b组合的手段，便不必担心在调节焦距之后其焦距将不保持在所调节状态。

再有，在容器3和光学构件10、13之间提供了用于调节焦距的调整垫19，而图象传感装置4的表面和密封玻璃5的表面之间的距离a是事先测定的。由于这种安排，便能够通过选择其厚度对应于距离a的调整垫19来使图象传感装置和光学构件之间的距离b设置成预先确定值。这样，便不需要借助所取的图象来完成焦距调节，从而显著有利于调节焦距的操作。

因为作为偏移装置的O形环18使光学构件10、13等向容器3偏移，便有可能利用调整垫19可靠地调节光学构件10、13和固态图象传感装置4之间的距离，即使在光学构件容纳部件8a、8b或光学构件10、13中存在某些尺寸误差也能做到，从而能可靠地实现焦距调节功能。换句话说，上述尺寸误差能被O形环吸收。尽管在本实施例中使用O形环作为偏移装置，但这不应被认为是一种限制。任何其他类型的部件，只要是弹性的，都可用于这一目的。

如图4所示，通过使用信号处理电路部分完成对来自图象拾取装置的图象信息的信号处理，这个图象拾取装置便能用于各类摄象机(例如家用视频摄象机、内窥镜、及监视用摄象机)中作为图象拾取装置。当装备了上述图象拾取装置，这些摄象机便能享用这个图象摄取装置的各种优点。

在根据本发明第一方面的图象拾取装置中，容纳图象传感装置的容器和光学构件容纳部件是彼此直接组合在一起的，在二者之间没有圆筒之类部件，从而减少了零部件数量，并能满足减小尺寸的要求。再有，通过把容器的一部分与光学构件容纳部件的一部分啮合，它们能构成一个集成单元；与此同时，能实现光学构件在X、Y、Z方向上相对于图象传感装置的定位，从而能显著地便利于组装，并显著地减少组装工时。当然，由于不是通过内螺纹和柱螺纹的螺纹啮合来集成，因而没有螺纹间隙问题。由于没有采用螺纹啮合作为把容纳图象传感装置的容器与光学构件容纳部件组合的手段，便不必担心在调节焦距之后其焦距将不保持在所调节状态。

在根据本发明第二方面的图象拾取装置中，在容器和光学构件之间提供了用于调节焦距的调整垫，于是，通过事先测量图象传感装置表面相对于容器的高度，便能通过选择其厚度对应于这一高度的调整垫来把图象传感装置和光学构件之间的距离设置为一个预先确定值，从而不需要利用所取图象来完成焦距调节，从而显著便于调节焦距的操作。

在根据本发明第三方面的图象拾取装置中，利用偏移装置使光学构件向容器偏移，这样，即使光学构件容纳部件或光学构件中存在某种尺寸误差，也能可靠地调节光学构件和图象传感装置之间的距离，从而能可靠地实现焦距调节功能。

在根据本发明第四方面的摄象机中，能够享用根据本发明第一、第二或第三方面的图象拾取装置的各种优点。

Claims (10)

1.一个图象拾取装置，其至少包括：

容纳一个图象传感装置的容器，容纳一个图象传感装置，以及

光学构件容纳部件容纳一个光学构件用于在图象传感装置的表面上形成目标图象，

其中容纳图象传感装置的容器的一部分与光学构件容纳部件的一部分啮合，从而得到一个集成单元，并在光学构件和图象传感装置之间，在平行于图象传感装置表面的平面内的X和Y方向上及在垂直于该表面的Z方向上有确定的位置关系。

2.根据权利要求1的图象拾取装置，其中容纳图象传感装置的容器有一啮合台阶部分。

3.根据权利要求1的图象拾取装置，其中光学构件容纳部件有一啮合爪。

4.根据权利要求1的图象拾取装置，其中在容器和光学构件容纳部件之间提供一个调整垫，利用这一调整垫把光学构件和图象传感装置之间沿Z方向的距离调节到一个预先确定值。

5.根据权利要求1或2的图象拾取装置，还包括偏移装置用于使光学构件向容器偏移。

6.装备一个图象拾取装置的摄象机，其包括：

一个图象拾取装置，包括一个容纳图象传感装置的容器容纳一个图象传感装置，以及一个光学构件容纳部件容纳一个用于在图象传感装置的表面上形成目标图象的光学构件，这里容纳图象传感装置的容器的一部分与光学构件容纳部件的一部分啮合，从而得到一个集成单元，并在光学构件和图象传感装置之间，在平行于图象传感装置表面的平面内的X和Y方向上及在垂直于该表面的Z方向上有确定的位置关系，以及

图象信号处理电路，用于完成对由电信号代表的图象数据的信号处理，该电信号是通过对图象传感装置表面上形成的目标光学图象进行光电转换得到的。

7.根据权利要求6的装备有图象拾取装置的摄象机，其中容纳图象传感装置的容器有啮合台阶部分。

8.根据权利要求6的装备有图象拾取装置的摄象机，其中光学构件容纳部件有一啮合爪。

9.根据权利要求6的装备有图象拾取装置的摄象机，其中在容器和光学构件容纳部件之间提供一个调整垫，利用这一调整垫把光学构件和图象传感装置之间沿Z方向的距离调节到一个预先确定值。

10.根据权利要求6的装备有图象拾取装置的摄象机，还包括偏移装置用于使光学构件向容器偏移。

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