CN101166283B - 图像捕获装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种图像捕获装置。所述图像捕获装置包括将通过透镜入射的光分成至少两个要输出的光色彩分量的棱镜和将经所述棱镜分离并从所述棱镜输出的光转换成捕获图像信号的图像捕获器件。所述图像捕获装置包括固定板，该固定板附接到安装在基板上的图像捕获器件。另外，所述图像捕获装置还包括多个固定构件，用于通过粘合剂，将所述固定板的未附接所述图像捕获器件的未附接表面与所述棱镜的侧表面固定起来。

Description

图像捕获装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种图像捕获装置，其适合于应用到具有用于通过棱镜分离入射光的机构的摄像机中，并且涉及一种制造这种图像捕获装置的方法。

背景技术

为了满足高清晰度和高灵敏度的性能，在诸如商用摄像机之类的比较昂贵的摄像机中已经执行了将光分成色彩分量的过程。即，通过分色棱镜将经过单个透镜的光分成红(R)、绿(G)和蓝(B)的三种色彩分量。然后，分离出的光线的图像形成在其各自的图像捕获器件上。在此情况下，应当参照每个图像捕获器件的光接收表面的六个不同的轴中的每个轴，执行棱镜和图像捕获器件之间的位置对准。即，应当沿水平方向(X轴)、垂直方向(Y轴)，以及其交叉方向(z轴)和围绕其各个轴的旋转方向(α、β和γ)执行位置对准。另外，所执行的对于这六个轴的位置对准应当具有微米量级的足够的精度。如果未正确地执行位置对准，则可能出现诸如配准间隙(registration gap)之类的缺陷。

因此，棱镜和各个图像捕获器件之间的固定可能需要高的位置精度，因此已提出了多种过程来进行其位置对准和固定。

日本未经审查的专利申请公开第11-275595号(JP 11-275595 A)公开了如下技术方案：提供用于稳定分色棱镜和图像捕获器件之间的粘合层的力，然后将分色棱镜和图像捕获器件固定在一起。

发明内容

如上所述，应当将棱镜和图像捕获器件彼此对准，然后固定在一起。因此，一般而言，它们的对准是在将图像捕获器件安装在基板上之前执行的。换言之，对准是使用图像捕获器件这一个单元来执行的。这是因为这种具有大体积的基板在位置对准中可能是造成不稳定的因素。然而，在将图像捕获器件与棱镜一起固定之后再将图像捕获器件安装在基板上的过程的情况下，存在如下缺点：组装的步骤数目增多了。

此外，在许多情况下，棱镜和图像捕获器件之间的固定是使用粘合剂进行的。然而，可能不存在与棱镜具有相同线性热膨胀系数的粘合剂。因此存在如下的缺点：所使用的粘合剂的量越多，分色棱镜和图像捕获器件之间的位移的可能性就越高。

希望在使由于固定后的温度变化而引起的棱镜和图像捕获器件的位移最小化的同时，减少用于在棱镜和图像捕获器件之间进行固定的步骤的数目。

根据本发明的一个实施例，提供了一种图像捕获装置，其具有棱镜和图像捕获器件，所述棱镜将通过透镜入射的光分成至少两个要输出的光色彩分量，所述图像捕获器件将经棱镜分离并从棱镜输出的光转换成捕获图像信号。所述图像捕获装置的构造如下。首先在图像捕获器件被固定到棱镜上的情况下，将安装在基板上的图像捕获器件附接到固定板。随后，在固定构件的面向固定板的未附接到图像捕获器件的未附接表面的一侧涂抹UV固化粘合剂。另外，还在固定构件的面向棱镜侧表面的另一侧涂抹UV固化粘合剂。设置所述固定构件以将固定板的未附接表面固定到棱镜的侧表面上。通过在固定板的未附接到图像捕获器件的未附接表面上滑动，使涂抹了粘合剂的固定构件与所述棱镜的侧表面相接触。此后，通过UV照射来固化UV固化粘合剂。

如上所述，安装在基板上的图像捕获器件被附接到固定板，然后通过固定构件固定到棱镜上。因此，即使在将图像捕获器件安装到基板上之后固定棱镜，也几乎不会发生位移。

此外，通过在固定板上滑动，使涂抹了粘合剂的固定构件与棱镜侧表面相接触。因此，可以由于线接触而将固定构件和棱镜固定起来。因此，可以将线性膨胀系数与棱镜不同的粘合剂的量减到最少。

根据本发明的实施例，可以减少在棱镜和图像捕获器件之间进行固定的过程的步骤数。另外，可以使由于固定之后的温度变化引起的棱镜和图像捕获器件之间的位移最小化。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例在图像捕获器件和棱镜之间进行固定的实例的立体图。

图2是示出根据本发明实施例的图像捕获器件和棱镜的设置实例的侧视图。

图3是示出根据本发明实施例在图像捕获器件和棱镜之间进行固定的实例的侧视图。

图4是示出根据本发明实施例的固定玻璃构件的实例的侧视图。

图5A和图5B是示出根据本发明实施例的棱镜和固定玻璃板的长度的实例的侧视图，其中图5A示出了在没有固定玻璃板时图像捕获器件和棱镜的设置，图5B示出了存在固定玻璃板时的设置。

图6A和图6B是根据本发明实施例的防尘构件的实例的示意图，其中图6A是防尘构件的截面图，图6B是防尘构件的正视图。

图7是示出根据本发明实施例在图像捕获器件和棱镜之间进行固定的处理实例的流程图。

图8是示出根据本发明实施例的图像捕获器件和棱镜之间的位置对准的实例的立体图。

图9是示出根据本发明实施例的固定玻璃构件的安装实例的立体图。

图10是示出根据本发明实施例在图像捕获器件和棱镜之间进行固定的实例的立体图。

具体实施方式

在下文中，将参照图1至图10来描述根据本发明实施例的摄像机。所述摄像机包括以下部件：棱镜40，其将入射光分成三个色彩分量R、G和B；以及CMOS(互补金属氧化物半导体)器件，其作为图像捕获器件1。

图1示出了将安装在基板2上的图像捕获器件1固定到棱镜40上。在此实施例中，用CMOS器件作为图像捕获器件1。换言之，所述固定是在包含CMOS器件的CMOS封装被表面安装到基板上时执行的。

具体而言，如图1所示，图像捕获器件1包括G通道图像捕获器件1G、R通道图像捕获器件1R和B通道图像捕获器件1B。这些器件分别固定在棱镜40的相应块40G、40R和40B的光输出表面上。图像捕获器件1G、1R和1B分别通过固定玻璃板(固定板)20G、20R和20B附接到棱镜40的块40G、40R和40B，并分别由固定玻璃构件30G和31G、30R和31R，以及30B和31B支撑。下面将描述固定位置和固定的过程的细节。

此外，将参照图2，描述棱镜40和图像捕获器件1之间的位置关系。为了有助于对说明书的理解，在图2中未示出基板。

首先，如图2所示，棱镜40的块40G从自下部入射到棱镜40上的输入光中分离出光分量G。分离出的光分量G在G通道图像捕获器件1G的光接收表面上形成图像。接下来，棱镜40的块40B从经过块40G的光中分离出光分量B。分离出的光分量B在B通道图像捕获器件1B的光接收表面上形成图像。然后，经过块40G和40B的光，即光分量R经过块40R并在R通道图像捕获器件1R的光接收表面上形成图像。下面将描述棱镜40和各个图像捕获器件1G、1R和1B之间的位置对准。

此外，将参照图3，详细描述棱镜40和图像捕获器件1之间的粘合。图3是示出了棱镜40和图像捕获器件1之间的固定的侧视图。虽然与图2的情形一样，在图3中没有示出基板，但基板与棱镜40的固定是在图像捕获器件1已安装在基板上的情况下执行的。在图3中，如果在图中示出基板，则其将会被示出在图像捕获器件1的左侧。此外，在图3中，仅将棱镜40示出为一个块。但实际上，对于棱镜40的用于三个不同通道(R、G和B)的每个块，都进行同一种固定。

如图3所示，用CMOS密封玻璃构件11来密封图像捕获器件1。CMOS密封玻璃构件11通过UV(紫外)粘合剂60附接到固定玻璃板20。此外，固定玻璃构件30和31通过UV粘合剂固定到棱镜40，以支撑棱镜40的侧表面40a和40b。

在此实施例中，安装了图像捕获器件1的CMOS封装通过CMOS密封玻璃构件11附接到固定玻璃板20，所述CMOS密封玻璃构件11是用于CMOS封装的密封构件。

另外，为了提高各个构件之间的固定精度，用UV固化粘合剂(在下文中称为UV粘合剂)作为固化收缩率小且固化时间短的粘合剂。

另外，为了使粘合剂更能抵抗温度变化，固定玻璃板20和固定玻璃构件30、31由与棱镜40相同的材料形成。

此外，在固定玻璃构件30、31与固定玻璃板20之间的粘合，以及在固定玻璃构件30、31与棱镜40之间的粘合中，使用表面张力。因此，可以减少粘合剂的量。因此，可以防止图像捕获器件1和棱镜40之间相对位置的变化。另外，还可以防止随时间的变异。

在上述状态下，如果固定玻璃构件30、31与固定玻璃板20之间的附接表面的表面张力和固定玻璃构件30、31与棱镜40之间的附接表面的表面张力几乎相同，则固定玻璃构件30、31变得不稳定。因此，可能造成图像1和棱镜40之间的位移。因此，在此实施例中，各个构件之间的附接表面的粗糙度不同，以使得可以改变作用于各个构件之间的表面张力强度。换言之，固定玻璃板20的未与图像捕获器件1附接的表面20a是镜表面。而且，固定玻璃构件30的与固定玻璃板20附接的表面30a是镜表面。此外，固定玻璃构件31的与固定玻璃板20附接的表面31a是镜表面。与之形成对照的是，棱镜40的侧表面40a和40b是粗糙表面。

如上所述，固定玻璃板20和固定玻璃构件30、31之间的附接表面是镜表面。因此，预定强度的表面张力可作用于这些附接表面。与之形成对照的是，固定玻璃构件30、31和棱镜40之间的附接表面是粗糙表面。因此，几乎不产生表面张力。因此，附接表面是镜表面的固定玻璃构件30、31和固定玻璃板20之间的粘合变强。因此，固定玻璃构件30、31垂直附接到固定玻璃板20。另一方面，固定玻璃构件30、31通过线接触(linecontact)附接到具有粗糙附接表面的棱镜40。

因此，由于图像捕获器件1和棱镜40之间的位置对准，固定玻璃构件30、31和棱镜40之间的线接触可以补偿固定玻璃构件30、31和棱镜40之间的位移。当棱镜40未与安装了图像捕获器件1的固定玻璃板20平行对准时，可发生这种补偿。下面将描述对固定玻璃构件30和31进行固定的方法。

这里，在本实施例中，镜表面的粗糙度是Rmax(最大粗糙度)为0.5μm或更小。粗糙表面的粗糙度是Rmax为1.5μm至3μm。

如上所述，对于固定玻璃构件30、31与固定玻璃板20之间，以及固定玻璃构件30、31与棱镜40之间的粘合，适当地调节每个附接表面的粗糙度。因此，如果固定玻璃构件30、31附接的方向不正确，则几乎无法达到期望的固定强度。因此，如图4所示，固定玻璃构件30和31具有削去部分70，用于防止固定时弄错对固定玻璃板20的附接表面和对棱镜40的附接表面。

如图4所示，削去部分70形成在除了要附接到固定玻璃板20的表面30a(或31a)和要附接到棱镜40的表面30b(或31b)以外的两个表面彼此正交的位置。由于如上所述形成削去部分70，因此不可能沿错误方向不对准固定玻璃构件30和31就进行安装。因此，可以提高组装的可操作性。此外，可以将固定玻璃构件30和31附接到固定玻璃板20和棱镜40而不出现错误，因此可以保持设计时采取的固定强度。

此外，根据本实施例，固定玻璃板20夹在图像捕获器件1和棱镜40之间。这里，可以调节固定玻璃板20沿厚度方向的高度和棱镜40沿光轴方向的高度，以保持图像捕获器件1和透镜(未示出)之间的距离恒定。图5A示出了未夹持固定玻璃板20时图像捕获器件1和棱镜40的设置。与之形成对照的是，图5B示出了根据本实施例的除了图像捕获器件1以外还包括固定玻璃板20和棱镜40的设置。

在图5A中，CMOS密封玻璃构件11和棱镜40之间的距离是0.7mm。在此条件下，如果固定玻璃板20夹在图像捕获器件1和棱镜40之间，则图像捕获器件1和透镜之间的距离将会变长。因此，用固定玻璃板20在厚度方向上的高度来代替图5A中虚线所示的棱镜40的上部。即，执行这样的代替，用于即使夹持了固定玻璃板20，也防止图像捕获器件1和透镜之间的距离改变。然后，将棱镜40在光轴方向上的高度调节为刚好减小了这个量。图5B示出了此情况下图像捕获器件1、固定玻璃板20和棱镜40的示例性设置。

如上所述，既调节了固定玻璃板20在厚度方向上的高度，又调节了棱镜40在光轴方向上的高度。因此，即使插入了固定玻璃板20，也无需改变图像捕获器件1和透镜之间的距离。

此外，在本实施例中，在固定玻璃板20和棱镜40之间的间隙中安装防尘构件50。将参照图6A和图6B来描述防尘构件50的固定实例。图6A是截面图，图6B是正视图。在图6A中，防尘构件50附接在固定玻璃板20上，且被形成为填充固定玻璃板20和棱镜40之间空间的形状。另外，还在防尘构件50中形成开口50a。开口50a使得从棱镜40入射的光可以从中通过。

如图6B所示，防尘构件50设置在安装了图像捕获器件1的基板2上。在图6B中，虽然图中未示出，但防尘构件50实际上通过固定玻璃板20(未示出)固定在基板2上。可以通过防尘构件50的开口50a看见图像捕获器件1。

如上所述，将具有开口50a的防尘构件50置于固定玻璃板20和棱镜40之间的间隙中。因此，这种防尘构件50的构造可以防止灰尘等进入固定玻璃板20和棱镜40之间的间隙。另外，其还能防止光照射到除了图像捕获器件1的光接收部分以外的任何部分。

此外，防尘构件50可以由在与棱镜40接触的部分没有边角的材料制成。这种材料具有低应力和低摩擦。另外，例如，防尘构件50所具有的厚度约为0.1mm。

随后，将参照图7的流程图，描述用于在图像捕获器件1和棱镜40之间进行固定的处理的实例。首先，将图像捕获器件1安装在基板2上(步骤S1)。然后，将固定玻璃板20附接到密封了图像捕获器件1的CMOS密封玻璃构件11上(步骤S2)。随后，将防尘构件50附接到固定玻璃板20上(步骤S3)。此后，在支撑基板2的同时，由通过棱镜40分光而得到的三色光分量R、G和B与图像捕获器件1的光接收表面对准。

如图8所示，对于水平方向(X轴)、垂直方向(Y轴)，以及其交叉方向(z轴)和关于其各个轴的旋转方向(α、β和γ)，执行棱镜40和图像捕获器件1之间的位置对准。此外，在图8以及后面将参照的图9和图10中，略去了基板2的示意性图示。使用夹具等(未示出)来执行棱镜40和图像捕获器件1之间的位置对准。另外，可以将图像捕获器件1固定在如下的位置，在所述位置，其在环境测试、机械测试等中表现出可靠性而没有发生位移。

再次参照图7的流程图来进行进一步描述，在完成了棱镜40和图像捕获器件1之间的位置对准之后，将UV粘合剂60涂抹到两个表面，即固定玻璃构件30和31各自的侧表面上(步骤S5)。所述的两个表面，即固定玻璃构件30和31各自的侧表面，是要附接到固定玻璃板20的表面和要附接到棱镜40的表面。

在将UV粘合剂60涂抹到固定玻璃构件30和31上之后，同时使固定玻璃构件30和31与固定玻璃板20接触，然后移动直到与棱镜40接触(步骤S6)。在此情况下，固定玻璃构件30和31、固定玻璃板20以及棱镜40之间的位置关系表示在图9中。

在如图9所示放下固定玻璃板20和棱镜40时，执行固定玻璃构件30和31的固定。在图中，在构成固定玻璃构件30和31的表面当中，将UV粘合剂60涂抹到附接于固定玻璃板20的表面30a和31a，以及附接于棱镜40的表面30b和31b上。如图9所示，为了对固定玻璃构件30和31进行固定，使固定玻璃构件30的附接表面30a和固定玻璃构件31的附接表面31a与固定玻璃板20接触。然后，沿图9中箭头A1所示的方向滑动固定玻璃构件30和31，并移动直到与棱镜40的侧表面接触为止。

如图10所示，固定玻璃构件30和31与棱镜40的侧表面接触。如图10所示，通过固定玻璃构件30和31支撑附接在图像捕获器件1和棱镜40上的固定玻璃板20。

这里，将再次参照图7的流程图，继续进行描述。当在步骤S6中，固定玻璃构件30和31设置在棱镜40的侧表面上时(当变成图10所示的状态时)，通过UV照射来固化UV粘合剂，以将图像捕获器件1固定在棱镜40上(步骤S7)。

因此，可以在图像捕获器件1安装在基板2上时将其固定在棱镜40上。因此，与将图像捕获器件1固定在棱镜40上然后再与基板2附接的过程相比，可以减少组装的步骤数。

此外，在本实施例中，粘合剂仅用于固定玻璃构件30和31与固定玻璃板20的附接表面，以及固定玻璃构件30和31与棱镜40的附接表面。因此，可以将粘合剂的量保持得很小。因此，由于温度变化而引起的位移的可能性变得很小，所述由于温度变化而引起的位移可能由线性膨胀系数的不同而导致。

应当注意的是，在目前为止所描述的实施例中表示的具体数值是作为示例而提供的，因此本发明的实施例不限于这些数值。

此外，在上面描述的实施例中，描述了用CMOS器件作为图像捕获器件的实例。作为替代方式，可以使用其他任何图像捕获器件，例如CCD(电荷耦合器件)。图像捕获器件也可以以除了表面安装方式以外的方式安装在基板上。

此外，在上述实施例中，描述了将图像捕获装置的构造应用到摄像机上的实例。作为替代方式，可以将所述构造应用到各种图像捕获装置中的任何一种，例如集成有作为摄像机的记录单元的图像捕获装置。

此外，在上述实施例中，举例描述了三片式(three-plate-type)图像捕获装置。但是，所述图像捕获装置的构造例如可以应用于两片式或四片式图像捕获装置。

此外，在上述实施例中，图像捕获装置被构造为具有对温度变化的高抵抗力。因此，固定玻璃板20以及固定玻璃构件30和31由与棱镜40相同的材料制成。然而，可以使用诸如陶瓷和钛之类的其他任何材料，只要它是具有与棱镜40相近的热膨胀系数的材料即可。

此外，在上述实施例中，通过固定玻璃板20将图像捕获装置1固定在棱镜40上。作为替代方式，可以使用用于图像捕获器件1的较大的密封玻璃材料，而非固定玻璃板20。

本领域技术人员应当理解的是，根据设计需求和其他因素，可能产生各种修改、组合、子组合和替换，它们落入所附权利要求或其等同物的范围之内。

相关申请的交叉引用

本发明包含与2006年10月17日在日本专利局提出的日本专利申请No.2006-282842相关的主题，该申请的全部内容通过引用结合于此。

Claims (11)

1.一种图像捕获装置，具有棱镜和图像捕获器件，所述棱镜将通过透镜入射的光分成至少两个要输出的光色彩分量，所述图像捕获器件将经所述棱镜分离并从所述棱镜输出的光转换成捕获图像信号，所述图像捕获装置包括：

固定板，其附接到所述图像捕获器件，所述图像捕获器件安装在基板上；以及

多个固定构件，用于通过粘合剂，将所述固定板的未附接到所述图像捕获器件的未附接表面与所述棱镜的侧表面固定起来，

其中，所述粘合剂设置在所述图像捕获器件和所述固定板的接触表面之间、所述固定构件和所述棱镜的接触表面之间以及所述固定构件和所述固定板的接触表面之间。

2.如权利要求1所述的图像捕获装置，其中

所述粘合剂是紫外固化粘合剂。

3.如权利要求2所述的图像捕获装置，其中

彼此附接的所述固定构件的表面和所述棱镜的表面这两者之一是粗糙表面。

4.如权利要求3所述的图像捕获装置，其中

彼此附接的所述固定构件的表面和所述固定板的表面这两者都是镜表面。

5.如权利要求4所述的图像捕获装置，其中

在所述固定构件上的如下位置处设置削去部分，在所述位置，所述固定构件的与所述棱镜接触的表面相反那侧的表面和所述固定构件的与所述固定板接触的表面相反那侧的表面垂直。

6.如权利要求5所述的图像捕获装置，其中

所述图像捕获器件和所述透镜之间的距离与在所述固定板未插入所述图像捕获器件和所述棱镜之间的情况下所述图像捕获器件和所述透镜之间的距离相等。

7.如权利要求6所述的图像捕获装置，其中

所述固定板和所述固定构件由玻璃材料制成，所述玻璃材料能透过用于对所述紫外固化粘合剂进行固化的紫外光。

8.如权利要求7所述的图像捕获装置，还包括用于所述图像捕获器件的密封玻璃构件，所述密封玻璃构件位于所述图像捕获器件的面对所述固定板那侧，其中

所述图像捕获器件通过所述密封玻璃构件连接到所述固定板。

9.如权利要求8所述的图像捕获装置，其中

所述固定板由所述用于图像捕获器件的密封玻璃构件形成。

10.如权利要求9所述的图像捕获装置，其中

在所述固定板和所述棱镜之间设有防尘构件。

11.一种用于制造图像捕获装置的方法，所述图像捕获装置具有棱镜和图像捕获器件，所述棱镜将通过透镜入射的光分成至少两个要输出的光色彩分量，所述图像捕获器件将经所述棱镜分离并从所述棱镜输出的光转换成捕获图像信号，所述方法包括以下步骤：

将安装在基板上的所述图像捕获器件附接到固定板上；

将紫外固化粘合剂涂抹在固定构件的一侧以及所述固定构件的另一侧，所述一侧面向所述固定板的未附接到所述图像捕获器件的未附接表面，所述固定构件的另一侧面向所述棱镜的侧表面，其中所述固定构件将所述固定板的所述未附接表面固定到所述棱镜的所述侧表面上；

通过在所述固定板的所述未附接表面上滑动涂有所述紫外固化粘合剂的所述固定构件，使所述固定构件与所述棱镜的所述侧表面相接触；以及

通过紫外照射来固化所述紫外固化粘合剂。

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