專利名稱：光學(xué)組件及使用該光學(xué)組件的攝象裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)組件及一種使用該光學(xué)組件的攝象裝置。
在攝象裝置中，固態(tài)圖象傳感器(如CCD或MOS)裝在一外殼中，由密封玻璃加以密封，并且在外殼中裝有一透鏡，用于在固態(tài)圖象傳感裝置的攝象表面上形成物體圖象。這種攝象裝置廣泛應(yīng)用于攝影機(jī)中，例如用于視頻攝像機(jī)、電子靜態(tài)攝影機(jī)、內(nèi)窺鏡以及監(jiān)測攝影機(jī)中。
在最近開發(fā)的攝象裝置中，作為使光路彎折的光學(xué)組件，除透鏡之外還使用了棱鏡。在沒有采用棱鏡作為其光學(xué)系統(tǒng)組件的攝象裝置中，其光軸必然垂直于固態(tài)圖象傳感裝置的攝象表面，諸如透鏡等光學(xué)組件必須設(shè)置在此垂直光軸上，其結(jié)果是增加了在光軸方向上攝象裝置的長度，這在某些情況下是不利的。
應(yīng)當(dāng)特別指出的是，對于多種攝影機(jī)的尺寸特別是厚度，存在使其減小的需求。不采用棱鏡使其光軸彎折是難以滿足此需求的。
在光軸彎折的傳統(tǒng)攝象裝置中，采用一棱鏡和一透鏡，其棱鏡用于使光軸彎折，其透鏡用于成象。也就是說，采用了分立的光學(xué)部件用于使光軸彎折和用于成象。
在上述傳統(tǒng)攝象裝置中，分別采用了棱鏡和透鏡用于使光軸彎折和用于成象，還必須提供用于夾持棱鏡的部件和用于夾持透鏡的部件，其結(jié)果是增加部件的數(shù)量和組裝工時(shí)。這必然導(dǎo)致成本增加，使得難于滿足降低攝象裝置價(jià)格的需要。
另外，事實(shí)上必須在透鏡之外提供一棱鏡作為分離部件，意味著必須提供一用于夾持棱鏡的部件，這使降低攝象裝置的尺寸受到限制。
另外，在這種需要于透鏡之外提供一棱鏡作為分離部件的攝象裝置中，必須將透鏡、棱鏡和固態(tài)圖象傳感裝置調(diào)整至既定的位置關(guān)系，而這種位置調(diào)整是很難進(jìn)行的。這也導(dǎo)致制造成本增加，同樣是不能忽略的。
已經(jīng)做出了旨在解決上述問題的本發(fā)明。因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于引導(dǎo)來自于目標(biāo)的光通過一彎曲光路并在一固態(tài)圖象傳感器表面形成目標(biāo)象的光學(xué)組件，其部件數(shù)量少，易于組裝和減小尺寸，且價(jià)格便宜。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種減小了尺寸、厚度和價(jià)格且易于組裝的攝象裝置。
按照本發(fā)明的第一方面，提供一種由透明材料構(gòu)成的光學(xué)組件，它接收來自于目標(biāo)的光再引導(dǎo)其通過一彎曲光路并在一外部平面上形成圖象。
因此，在本發(fā)明第一方面的光學(xué)組件中，一單獨(dú)構(gòu)件完成光路彎折和成象的功能，即既用作棱鏡又用作透鏡。因此，當(dāng)該光學(xué)組件用于上述類型的攝象裝置時(shí)，其部件的數(shù)量可以大致與不使用棱鏡類型的攝象裝置的相同，并且通過光路彎折還可以實(shí)現(xiàn)厚度的降低。
這種部件數(shù)量的減少，使光學(xué)組件本身降低尺寸和價(jià)格，以及使采用該組件的攝象裝置減小尺寸和易于組裝都成為可能。尤其是，不需要調(diào)節(jié)棱鏡、透鏡和固態(tài)圖象傳感器三構(gòu)件之間的位置關(guān)系，而且通過調(diào)節(jié)光學(xué)組件與固態(tài)圖象傳感器兩構(gòu)件之間位置關(guān)系即可得到預(yù)定的光學(xué)特性。所以，易于進(jìn)行調(diào)節(jié)，并可降低成本，從而可以滿足降低攝象裝置價(jià)格的要求。
按照本發(fā)明的第二方面，提供一種攝象裝置，其包括圖象傳感器和在該圖象傳感器的攝象表面上形成目標(biāo)圖象的本發(fā)明第一方面的光學(xué)組件。
所以，本發(fā)明第二方面的攝象裝置可以享有本發(fā)明第一方面光學(xué)組件的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的光學(xué)組件由透明材料構(gòu)成，且用于接收來自目標(biāo)的光并引導(dǎo)其通過彎曲光路在一外平面上形成目標(biāo)圖象。光學(xué)組件的材料必須是透明的，且在室溫下是固態(tài)的。它可以是玻璃或透明樹脂。光路的彎折通過內(nèi)反射實(shí)現(xiàn)。也可以形成反射層并借助于該反射層實(shí)現(xiàn)反射。用于成象的必需的透鏡效果，可以通過將入射表面和/或出射表面加工為彎曲表面(可以是凹表面或凸表面)而獲得。也通過將用于彎折光路的內(nèi)反射表面加工為彎曲表面(可以是凹表面或凸表面)得到所必需的透鏡效果。
本發(fā)明的攝象裝置的特征在于它包括一圖象傳感器和在該圖象傳感器的攝象表面上形成目標(biāo)圖象的本發(fā)明光學(xué)組件。圖象傳感器僅僅需要具有圖象傳感功能。圖象傳感器的典型實(shí)例包括CCD型，MOS型，和放大型的固態(tài)圖象傳感器。


圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施例攝象裝置的剖面圖；圖2是表示本發(fā)明第二實(shí)施例攝象裝置的剖面圖；圖3是表示本發(fā)明第三實(shí)施例攝象裝置的剖面圖；圖4是表示本發(fā)明第四實(shí)施例攝象裝置的剖面圖；圖5是表示本發(fā)明第五實(shí)施例攝象裝置的剖面圖；圖6是使用本發(fā)明第一實(shí)施例攝象裝置構(gòu)成的卡片型攝像機(jī)的剖面圖。
現(xiàn)在將參考附圖所示實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。圖1至5是使用本發(fā)明光學(xué)組件實(shí)施例的本發(fā)明攝象裝置實(shí)施例2a至2e的剖面圖。在附圖中，編號1a至1e表示透明材料如玻璃或透明樹脂構(gòu)成的光學(xué)組件。它們可以通過例如注模形成，并用于接收來自目標(biāo)側(cè)的光A，B或C和通過內(nèi)反射改變(彎折)光路，并通過透鏡效果在下述固態(tài)圖象傳感器6的表面(攝象表面)上形成目標(biāo)象。
編號3表示形成在光學(xué)組件1a，1b和1e入射表面上的凸起；該凸起具有透鏡效果。編號4a和4b表示形成在光學(xué)組件1a至1e上的反射層。該反射層由諸如鋁等金屬構(gòu)成，并通過蒸鍍形成。由于有反射層4，光學(xué)組件1a至1e上的入射光被反射，光路發(fā)生彎折。而且，通過將該反射層4的反射表面加工為一凹(或凸)表面，可形成凹面反射鏡(或凸面反射鏡)，從而不僅使光路彎折，而且可獲得透鏡效果。
在光學(xué)組件1a至1e中，由于光學(xué)組件的透鏡效果(由透鏡狀的凸起3產(chǎn)生的透鏡效果，和由反射層4形成的凹面反射鏡或凸面反射鏡所產(chǎn)生的透鏡效果)，利用反射層4的反射而彎折的光路，使入射光A，B和/或C在固態(tài)圖象傳感器(6)的表面上形成圖象。
編號5表示容納固態(tài)圖象傳感器6的外殼，而編號7表示用于密封外殼5的密封玻璃。借助于透明膠，諸如紫外樹脂，攝象裝置2a至2e中的各個(gè)光學(xué)組件1a至1e的光輸出表面，被粘到用于將固態(tài)圖象傳感器6密封在外殼5中的密封玻璃7上。用光學(xué)組件1a至1e將目標(biāo)的圖象形成在固態(tài)圖象傳感器6的表面(攝象表面)上。包容在外殼5內(nèi)的固態(tài)圖象傳感器6與光學(xué)組件1之間的位置關(guān)系按預(yù)定方法調(diào)節(jié)好。這不需要象現(xiàn)有技術(shù)那樣調(diào)節(jié)棱鏡、透鏡和圖象傳感器三個(gè)構(gòu)件之間的位置關(guān)系。通過調(diào)節(jié)光學(xué)組件和固態(tài)圖象傳感器兩個(gè)構(gòu)件之間的位置關(guān)系，即可以獲得所需的光學(xué)特性。所以，這種調(diào)節(jié)易于實(shí)現(xiàn)，從而導(dǎo)致成本降低，符合攝象裝置降低價(jià)格的要求。
在圖1的光學(xué)組件1a中，與其上形成有固態(tài)圖象傳感器6一側(cè)相反的一側(cè)發(fā)出的光A(光束A的光軸不與固態(tài)圖象傳感器6的攝象表面中心軸重合)由凸面凸起3會聚，且在光路彎折90度之前由反射層4a進(jìn)一步會聚。反射層4b進(jìn)一步會聚光，且在將圖象形成在固態(tài)圖象傳感器6的攝象表面之前使光路彎折90度。
在圖2所示的光學(xué)組件1b中，光B平行于固態(tài)圖象傳感器6中心軸并離開該中心軸間隔一位置處入射到組件上。該光B首先由凸面凸起3會聚，再進(jìn)一步由反射層4a會聚，其光路彎折90度。該光進(jìn)一步由反射層4b會聚，且在圖象形成于固態(tài)圖象傳感器6的攝象表面上之前光路彎折90度。
除了沒有帶透鏡功能的凸面凸起3之外，圖3所示的光學(xué)組件1c與圖1所示的光學(xué)組件1a相同。
除了沒有帶透鏡功能的凸面凸起3之外，圖4所示的光學(xué)組件1d與圖2所示的光學(xué)組件1b相同。
在圖5所示的光學(xué)組件1e中，平行于固態(tài)圖象傳感器之表面入射到組件上的光C，首先由凸面凸起3會聚，并且再由反射層4進(jìn)一步會聚，在圖象形成于固態(tài)圖象傳感器6的攝象表面之前光路彎折90度。于是，位于側(cè)邊的目標(biāo)其圖象可被攝取到，很好地降低了攝象裝置的厚度。
在圖5所示的攝象裝置2e中，光路彎折90度可以一次完成(即奇數(shù)次彎折)，以使圖象反轉(zhuǎn)。在此情況下，用圖象處理電路進(jìn)行反轉(zhuǎn)處理，可以使反轉(zhuǎn)的圖象恢復(fù)到正常狀態(tài)。
圖6表示通過將圖1所示攝象裝置2a容納到外殼內(nèi)而構(gòu)成的卡片型攝像機(jī)。編號9表示外殼的底板，攝象裝置2a安裝在其上。編號10表示用于覆蓋安裝于外殼底板9上的攝象裝置2a和電子部件11的上蓋部分。編號12表示形成在底板9上的光闌孔。編號13表示設(shè)置用來關(guān)閉光闌孔12的紅外截止濾光片。
通過使用這種技術(shù)，可以形成一證件卡大小或PC卡大小的攝像機(jī)，這是筆記本PC的標(biāo)準(zhǔn)配置，并提供了一種便宜而極為便攜的卡片型攝像機(jī)。
此外，盡管攝像機(jī)是平薄的，但光路的長度可以通過彎折光路而變大，從而可以在攝象表面上形成大的目標(biāo)圖象。
應(yīng)該注意，所示的實(shí)施例僅僅以實(shí)例的形式給出，各種變化都是可能的。比如反射層4的反射表面可以是平的，以致于其僅有彎折光路的效果而沒有透鏡的效果，透鏡的效果僅由凸面凸起3提供。而且根據(jù)本發(fā)明，光學(xué)組件1的多個(gè)反射層4a和4b之一可以是平的，另一個(gè)可以制成凹表面的，透鏡效果僅由后者提供。
本發(fā)明降低了家用攝像機(jī)、內(nèi)窺鏡、監(jiān)視器攝像機(jī)等等的尺寸和價(jià)格。而且本發(fā)明提供了一種更適應(yīng)市場，更便于使用的卡片型攝像機(jī)，因此提供了一種劃時(shí)代的產(chǎn)品。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的光學(xué)組件中，光路是彎折的，且成象是由單一組件完成的，所以一個(gè)組件同時(shí)既是棱鏡又是透鏡。于是，部件的數(shù)量基本上與不使用棱鏡型的攝象裝置相同，還通過彎折光路實(shí)現(xiàn)了厚度的減小。
由于可以減少部件的數(shù)量，所以可以減小光學(xué)組件的尺寸與價(jià)格，并可以使采用這種光學(xué)組件的攝象裝置減小尺寸和易于組裝。尤其應(yīng)當(dāng)注意，這里不需要象現(xiàn)有技術(shù)中那樣調(diào)節(jié)棱鏡、透鏡和圖象傳感器三個(gè)構(gòu)件之間的位置關(guān)系，而且通過調(diào)節(jié)光學(xué)組件與固態(tài)圖象傳感器兩構(gòu)件之間位置關(guān)系即可得到所需的光學(xué)特性。所以，易于進(jìn)行調(diào)節(jié)，并可降低成本，從而可以滿足降低攝象裝置價(jià)格的要求。
在根據(jù)本發(fā)明第二方面的攝象裝置中，采用本發(fā)明第一方面的光學(xué)組件，使得它可以分享該光學(xué)組件的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種攝象裝置，包括固態(tài)圖象傳感器和由透明材料形成的光學(xué)組件，該組件接收來自目標(biāo)的光，并使光路彎折以將光引導(dǎo)到所述固態(tài)圖象傳感器上，并在所述固態(tài)圖象傳感器的攝象表面上形成目標(biāo)圖象。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的攝象裝置，其中所述的光學(xué)組件有一用于接收光的透鏡部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的攝象裝置，其中所述的光學(xué)組件有一用于彎折所述透鏡部分取得的光束光路的光路彎折部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的攝象裝置，其中一反射層形成在所述光學(xué)組件的光路彎折部分中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的攝象裝置，其中所述的光學(xué)組件光路彎折部分被加工為凹面反射鏡或凸面反射鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的攝象裝置，其中所述的光學(xué)組件具有多個(gè)所述光路彎折部分。
7.一種攝像機(jī)，包括一攝象裝置，其包括固態(tài)圖象傳感器和由透明材料形成的光學(xué)組件，該組件接收來自目標(biāo)的光，并使光路彎折以將光引導(dǎo)到所述固態(tài)圖象傳感器上，并在所述固態(tài)圖象傳感器的攝象表面上形成目標(biāo)圖象；以及一圖象處理電路，用于對入射到所述攝象裝置上的光通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電子信號的圖象信息進(jìn)行信號處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的攝像機(jī)，其中所述的光學(xué)組件有一用于接收光的透鏡部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的攝像機(jī)，其中所述的光學(xué)組件有一用于彎折通過所述第一透鏡部分獲得的光的光路的光路彎折部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的攝像機(jī)，其中一反射層形成在所述光學(xué)組件的光路彎折部分上。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的攝像機(jī)，其中所述光學(xué)組件的光路彎折部分被加工成為凹面反射鏡或凸面反射鏡。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的攝像機(jī)，其中由奇數(shù)個(gè)所述光路彎折部分導(dǎo)致圖象反轉(zhuǎn)后的圖象信息，被所述圖象處理電路作反轉(zhuǎn)處理而恢復(fù)到正常狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于通過彎折光路從目標(biāo)引導(dǎo)光束,并在圖象傳感器表面形成目標(biāo)圖象的光學(xué)組件,其中部件的數(shù)量被減少,組裝操作簡便,易于實(shí)現(xiàn)尺寸縮小,且光學(xué)組件的價(jià)格低,并使攝象裝置的大小與厚度減小,便于組裝和實(shí)現(xiàn)其價(jià)格的降低。光學(xué)組件由透明材料形成,它接收來自目標(biāo)的光,并引導(dǎo)該光通過一彎折的光路在圖象傳感器的攝象表面上形成目標(biāo)圖象。就是說,單一構(gòu)件的光學(xué)組件1既用作彎折光路的棱鏡又用作起成象作用的透鏡。
文檔編號H01L27/14GK1199983SQ98108449
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