CN102577351A - 图像拾取装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种具有能够容易地以高精度执行对准的机构的图像拾取装置，该图像拾取装置具有：放置部分(161)，在其上放置从被摄体接收光的图像拾取元件；斜面部分(162)，其被设置在所述放置部分上，并相对于进入所述图像拾取元件(104)的光的轴倾斜；方向指定部分(115)，其指定移动方向使得所述放置部分平行于光轴方向移动；面板部分(110)，其具有垂直于所述光轴方向的表面；以及旋转部件(122)，其被设置在所述斜面部分和面板部分之间，并通过与所述斜面部分接触而在所述斜面部分的倾斜方向旋转和移动。

Description

图像拾取装置

技术领域

本发明涉及图像拾取装置。

背景技术

根据市场的需求，对于诸如视频摄像机或监视摄像机的图像拾取装置的图像质量的高分辨率的需求日益增加。为获得图像质量的高分辨率，图像拾取元件变得高密度化。因为当分辨率高时图像拾取装置的焦深窄，从而需要精确调节焦距以适当调节图像的焦点。

为此，需要首先需要精确调节法兰焦距(flange focal length)，其为从镜片的安装表面至图像拾取元件的光接收表面的距离。专利文献1公开了涉及调节法兰焦距的固态图像拾取元件的位置调节装置的技术。另外，专利文献2公开了涉及图像拾取元件的保持装置的技术，所述保持装置使得图像拾取元件的光轴的中心与镜片的光轴一致。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本特开平8-79594号公报

专利文献2：日本实用新型注册258206号公报

发明内容

技术问题

另外，还需要通过精确调节法兰焦距的对准(alignment)而将图像拾取元件的光接收表面整体置于焦深中，从而形成图像中心以及整个图像都处于聚焦的状态。为此，需要调节图像拾取元件以使其垂直于光轴。从而，因为可以将图像拾取元件的光接收表面整体置于焦深中，从而可以聚焦整个图像。

然而，在现有技术中，即使高精度地对准，也难以抑制图像拾取元件的倾斜。例如，在专利文献1中，被置于可移动导引体(movable guide body)中的固态图像拾取元件随着螺杆的旋转而移动。然而，在该调节方法中，由于图像拾取元件的最小馈送量由可通过手旋转的范围内的螺杆的旋转角确定，无法实现几微米量级的馈送量。另外，在专利文献1中，没有调节相对于图像拾取元件的光轴的倾斜的机构。另外，由于影响图像拾取元件的倾斜的元件数量较大，难于抑制图像拾取元件的倾斜。

另外，在专利文献2中，放置图像拾取元件的保持部件中形成的斜面一直被按压在可围绕光轴旋转的杆部件中形成的斜面。由此，图像拾取元件沿光轴方向移动。然而，由于在该方法中，图像拾取元件的最小馈送量由可通过手旋转的范围内的螺杆的旋转角确定，无法实现几微米量级的馈送量。另外，由于使用模具形成保持部件和杆部件，并且斜面的尺寸有偏差，从而难于抑制图像拾取元件的倾斜。

使用电机而不是上述用户的手动调节来调节图像拾取元件的移动的方法也是可以的。然而，还没有在图像拾取装置的限定尺寸和量产成本的约束下使用电机精确驱动图像拾取元件的方法。

考虑上述问题而提出本发明，本发明的目的是提供一种新颖且改善的图像拾取装置，其能够容易地实现可高精度对准的机构。

技术方案

根据本发明一个方面，为了获得上述目的，提供一种图像拾取装置，包括：放置部分，在其上放置接收来自物体的光的图像拾取元件；斜面部分，被设置在放置部分上，并相对于进入图像拾取元件的光的轴倾斜；方向指定部分，指定移动方向使得放置部分平行于光轴方向移动；面板部分，具有垂直于光轴方向的表面；以及旋转部件，被置于斜面部分与面板部分之间，并通过与斜面部分接触而沿着斜面部分的倾斜方向旋转和移动。

斜面部分的倾斜方向可以是沿着以光轴为中心的圆周的方向，并且旋转部件可以在以光轴为中心的圆周上旋转。

放置部分可具有垂直于光轴的表面，并且方向指定部分可固定到面板部分。

方向指定部分可以是平行于光轴的三个杆部件，并且可以在放置部分中设置平行于光轴的通孔，方向指定部分通过该通孔。

图像拾取装置可具有按压部件，其将放置部分按压到面板侧。

图像拾取元件还可以包括环形保持部件，其围绕光轴旋转，并且可旋转地保持旋转部件；以及驱动部分，其使得保持部件旋转。

三个斜面部分可设置在以光轴为中心的圆周上，并且旋转部件可设置在每个斜面部分上。斜面部分可以彼此不同的间隔设置。

图像拾取装置还还可以包括：摩擦减少部件，其被设置在旋转部件和面板部分之间，并相比于面板部分与旋转部件之间的摩擦而减少与旋转部件的摩擦。

图像拾取装置可包括红外(IR)截止滤光器，其被设置在从图像拾取元件至被摄体的光轴上并被固定到面板。

本发明有利效果

根据上述的本发明，能够容易地实现可高精度地对准的机构。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的图像拾取装置的分解透视图；

图2是示出根据同一实施例的图像拾取装置100的正视图；

图3是示出根据同一实施例的图像拾取装置100的截面图；

图4是示出根据同一实施例的图像拾取装置100的后视图；

图5是示出根据同一实施例的图像拾取装置100的后视图；

图6是示出根据同一实施例的图像拾取装置100的后视图；

图7是示出根据同一实施例的图像拾取装置的前面板110的透视图；

图8是根据同一实施例的图像拾取装置100的球保持器(ballholder)120的透视图；

图9是根据同一实施例的图像拾取装置100的互补金属氧化物半导体(CMOS)适配器160的透视图；

图10是示出根据同一实施例的图像拾取装置100的IR截止单元按压部分142的透视图；

图11是根据同一实施例的图像拾取装置100的CMOS适配器160和球保持器120的侧视图；

图12是示出根据同一实施例的图像拾取装置100的CMOS适配器160和球保持器120的侧视图；以及

图13是根据同一实施例的图像拾取装置100的CMOS适配器160和球保持器120的部分放大的截面图。

具体实施方式

下面将参考附图详细说明本发明的优选实施例。注意，在该说明书和附图中，以相同的标号表示具有基本相同功能和结构的元件，并省略重复的解释。

将以以下顺序进行说明：

1.图像拾取装置100的结构

2.图像拾取装置100的操作

<1.图像拾取装置100的结构>

首先，将参考图1说明根据本发明的一个实施例的图像拾取装置100的结构。图1是示出根据该实施例的图像拾取装置100的分解透视图。

该实施例的图像拾取装置100例如是固定到天花板等的监视摄像机，并具有可以安装和拆卸镜片的主体部分。安装到图像拾取装置100的镜片(未示出)的实例为C卡口镜片(C mount lens)。在该实施例的图像拾取装置100中，可以进行在主体部分内设置的CMOS图像传感器的位置调节。因为能够首先精确调节法兰焦距，所述法兰焦距为从镜片的安装表面至图像拾取元件的光接收表面的距离，从而即使在使用高分辨率CMOS图像传感器时也能够在整个图像上聚焦。

例如，如图1所示，图像拾取装置100包括前面板110、薄板102、球保持器120、驱动部分130、IR截止单元140、IR截止单元按压部分142、光学低通滤波器按压部分152、光学低通滤波器154、密封部件156、CMOS适配器160、CMOS图像传感器104、板106、端点传感器170、弹簧按压部分182、以及弹簧184。

在图像拾取装置100中，镜片、在IR截止单元140设置的IR截止滤波器(未示出)、光学低通滤波器154、以及CMOS图像传感器104被设置在同一光轴上。

在图1中，图像拾取装置100的镜片安装侧在底部。在前面板110内，组装图像拾取装置100，其中从前面板110的背面111顺序叠置前面板110、薄板102、球保持器120、IR截止单元140、CMOS适配器160、CMOS图像传感器104、以及板106。

下面将详细说明组成部件。

[前面板110]

前面板110是图像拾取装置100的壳体，并且镜片被设置在图2所示的前面板110的前侧。图2是示出根据该实施例的图像拾取装置100的正视图。图2示出这样的状态，其中镜片被移除，并且镜片安装部分112被设置在前面板的中心。在图2中，通过开口部分113观察内部的IR截止单元140。在开口部分113内部提供内螺纹，该内螺纹可与镜片的外螺纹部分耦合。作为安装镜片的方法，可以使用除螺纹以外的类型。

前面板110在内部容纳图像拾取装置100的部件。图4至6为示出根据该实施例的图像拾取装置100的后视图。另外，图7是示出根据该实施例的图像拾取装置100的前面板110的透视图。图4示出图像拾取装置100的后盖(未示出)被移除的状态。图5和图6示出从图4所示的图像拾取装置100移除弹簧按压部分182、弹簧184、板106、CMOS图像传感器104、以及CMOS适配器160的状态。

如图2至7所示，在前面板110，例如，在前侧设有镜片安装部分112，并在背面111侧一体地形成环形突出部分114、轴部件115、止挡器(stopper)116、固定部分117、118和119、以及固定孔117a、118a和119a。

前面板110的背面是形成为精确垂直于光轴的表面。前面板110是面板部分的实例。

环形突出部分114是在前面板110的背面的中心设有的筒形部件，并且成为球保持器120旋转时的基准。在环形突出部分114的周围，装有环形薄板102和环形球保持器120。在环形突出部分114的CMOS图像传感器104侧，通过IR截止单元按压部分142固定IR截止单元140。

轴部件115是方向指定部分的实例并且为杆部件，其指定移动方向使得CMOS适配器160的CMOS放置部分161平行于光轴移动。轴部件115形成为垂直于背面111，从而轴部件115平行于光轴。多个轴部件115彼此平行。轴部件115引导CMOS适配器160，使得CMOS适配器160通过接收在CMOS适配器160被按压至球122时产生的力而在相对于光轴的平行方向移动。尽管在该实施例中将对设置三个轴部件115的情况进行说明，然而本发明不限于该实例。

止挡器116是突出部件，其被设置为邻接球保持器120的第二突出部分120使得球保持器120不过度旋转。

在前面板110的背面111上，还设置驱动部分130、端点传感器170和弹簧按压部分182。

固定部分117是突出部件，其被配置为将驱动部分130固定到前面板110，并且通过螺孔117a和螺杆131将驱动部分130固定到前面板110。

固定部分118是突出部件，其被配置为将端点传感器170固定到前面板110，并且通过螺孔118a和螺杆171将端点传感器170固定到前面板110。

固定部分119是突出部件，其被配置为将弹簧按压部分182固定到前面板110，并且通过螺孔119a和螺杆183将弹簧按压部分182固定到前面板110。

[薄板102]

薄板102例如是光滑不锈钢的(使用不锈钢的钢(SUS))环形薄板弹簧材料。薄板102被置于前面板110和球122之间。从而，当从CMOS图像传感器104侧按压的球122滑动时，摩擦和磨损被减少，并且当旋转地驱动球122时驱动部分130的驱动负载被减少。薄板102是摩擦减少部件的实例。前面板110是诸如铝合金和镁合金等的压铸件，并且当考虑表面硬度和粗糙度时，可以减少与其上设置薄板102的摩擦球122的摩擦。薄板102由SUS的薄板弹簧材料制成，从而可以以低价容易地获得具有高精度的板厚度。由于SUS的板厚度未受到按压等的处理精度的影响，所以精度良好。

[球保持器120]

球保持器120是围绕光轴旋转并旋转地保持球122的环形保持部件。通过根据球保持器120的齿轮部分124与驱动部分130的齿轮部分134之间的啮合、驱动部分130的电机132的驱动来旋转球保持器120。

球保持器120具有开口部分121、球按压部分123、齿轮部分124、第一突出部分125、第二突出部分126、以及凸出部分127。第一突出部分125是闸板(shutter)，其被配置为使得端点传感器170能够感测球保持器120的旋转位置。如图5所示，第一突出部分125被容纳在端点传感器170中的状态是球保持器120的原点(origin)。第二突出部分126是设置为邻接止挡器116的突出部分，例如以防止在异常时的跑偏。

当CMOS适配器160在光轴方向向镜片侧移动时，CMOS适配器160的斜面部分162接近镜片侧。从而，在球保持器120中设有开口部分121，所述开口部分121被配置为容纳斜面部分162。

球保持器120使用驱动部分130作为电源，围绕镜片的光轴旋转，在所述球保持器120中，在同一圆周上以近似相等的间隔设置三个球122。由于球122沿着CMOS适配器160的斜面部分162移动，从而能够在光轴方向移动设置了CMOS图像传感器104的CMOS适配器160。如图13所示，球122被容纳在开口部分123a中并通过球按压部分123按压，从而球不向上侧移动。从而，即使在CMOS适配器160的斜面部分162不位于球122的上侧的状态下，球122也不会偏离。另外，凸出部分127被设在球保持器120的薄板102侧，并且球保持器120能够容易地在薄板104上滑动。

[球122]

球122的实例是钢球。由于可以采用日本工艺标准(JIS)的现成产品，所以能够以低价容易地获得高精度(根据等级有约1微米的误差)的钢球。在该实施例中，三个钢球122被保持在球保持器120中。三个球122被设置在垂直于光轴方向的相同表面。通过压缩线圈弹簧184将球122按压到薄板102。球122是旋转部件的实例。球122被设置在斜面部分162和前面板110之间。球122与斜面部分162接触并沿着斜面部分162的倾斜方向旋转和移动。球122沿着以光轴为中心的圆周旋转。

[驱动部分130]

驱动部分130是齿轮盒，并例如包括驱动电机132和具有多个正齿轮的齿轮部分134。对于驱动部分130的齿轮部分，需要非常高的减速比，从而以高精度在光轴方向移动CMOS适配器160。为了实现与球保持器120的齿轮部分124配合的、例如500∶1，驱动部分130具有例如5段减速齿轮部分134。

[IR截止单元140及其他]

在IR截止单元140中设有IR截止滤波器。对应于被摄体的亮度等级，IR截止滤波器被设置在光轴上或光轴外。IR截止单元140具有IR截止滤波器的配置可通过例如电机141来切换的机构。

IR截止单元通常被设置在CMOS适配器160中。另一方面，该实施例的IR截止单元140从CMOS适配器160或CMOS图像传感器104断开，并经IR截止单元按压部分142被固定到前面板110。从而，可以实现可移动CMOS适配器160的重量减少或简化(例如，重量平衡改善)并移动稳定的CMOS图像传感器104。另外，当将IR截止单元设置在CMOS适配器中时不需要螺丝紧固(通常攻丝(tapping))，并且可以减少使得CMOS适配器160变形的因素。

IR截止单元按压部分142具有在突出部分144的末端设置的凸出部分143。凸出部分143约束球保持器120使其不在光轴方向移动。IR截止单元按压部分142经螺孔145被固定到前面板110。另外，在IR截止单元按压部分142的板部分146设置开口部分147，使得来自被摄体的光通过。

[光学低通滤波器154及其他]

光学低通滤波器按压部分152例如通过自攻螺丝(tappingscrew)被固定到CMOS适配器160的透镜侧。光学低通滤波器154和密封部件156被设置在光学低通滤波器按压部分152与CMOS适配器160之间。光学低通滤波器移除不需要的光学成分以捕捉被摄体的图像。密封部件156具有围绕CMOS图像传感器104的形状，并通过密封CMOS图像传感器104而防止灰尘、光等的侵入。密封部件156由例如橡胶制成。

[CMOS适配器160]

CMOS适配器160包括CMOS放置部分161、斜面部分162、突出部分164、通孔164a等。

接收来自被摄体的光的CMOS图像传感器104被置于CMOS置部分161。CMOS放置部分161具有垂直于光轴的表面。

斜面部分162被设置在CMOS放置部分161，并被形成为相对于进CMOS图像传感器104的光的轴倾斜。斜面部分162的倾斜方向是沿着以光轴为中心的圆周的方向。三个斜面部分162被设置在以光轴为中心的圆周上，并且球122被逐个设置在斜面部分162。斜面部分162可以彼此不同的间隔设置。从而，可以调节除CMOS适配器160之外的各个部件的配置。

在CMOS适配器160中，通过对准机构将安装在板106上的CMOS图像传感器104固定地黏附在CMOS图像传感器104相对于CMOS适配器160的基准表面精确定位的状态。

突出部分164位于CMOS适配器160的外圆周上，在斜面部分162附近的同一圆周上以近似相等的间隔设置。通孔164a被形成于CMOS适配器160的三个突出部分164处。轴部件115通过通孔164a。从而，CMOS适配器160被组装在前面板110。在组装后，压缩线圈弹簧184通过轴部件115，并且弹簧184由弹簧按压部分182而被压缩。从而，即使CMOS适配器160位于光轴方向的可移动范围，弹簧184也一直按压CMOS适配器160。

CMOS图像传感器104是图像拾取元件的实例，其将光接收的光信号转换为电信号。电荷耦合器件(CCD)图像传感器等可以用作图像拾取元件。板106具有与CMOS图像传感器104连接的电路等。

[其他]

端点传感器170例如是光电耦合器，其检测球保持器120的旋转位置。

弹簧按压部分182防止弹簧184的移动，使得压缩弹簧184可以将CMOS适配器160按压至镜片侧。

弹簧184是按压部件(pressing member)的实例，它在球122的方向按压CMOS适配器160，使得在CMOS适配器160中形成的斜面部分164一直与球122接触。

[CMOS图像传感器104的倾斜]

在根据该实施例的机构中，CMOS适配器160成为CMOS图像传感器104相对于光轴倾斜的主要因素。通过对准前面板110、薄板102、球122以及CMOS图像传感器104来黏附可影响倾斜的其他部件。

前面板110受到C卡口部分(镜片安装部分112)与放置薄板102的背面111的垂直度(squareness)的影响，而这可以通过在背面基准上对镜片安装部分112进行螺纹加工而高精度地实现。其他部件可以如上所述以低价高精度地实现。

在CMOS适配器160中，朝向基准表面的三个斜面的偏差(失配/不均匀性)成为CMOS图像传感器104的倾斜。然而，由于其他元件可以根据本机构高精度地实现，如果对于上述尺寸精度以常规树脂模制中能够实现的精度来制造CMOS适配器160，就能够实现作为整体需要的性能。

<2.图像拾取装置100的操作>

[球保持器120的旋转]

当减速比增加时，存在的益处为，驱动转矩可以增加。从而，可以减小驱动部分130的驱动电机132的大小。尽管球保持器120可以手动旋转，但是需要以非常小的角度稳定地旋转和控制球保持器120，从而以高精度调节法兰焦距。在手动情况下，这是困难的。另一方面，在该机构中，通过球保持器120的旋转角控制CMOS图像传感器104的最终移动量。从而，端点传感器170指定球保持器120的基准位置作为原点，并通过电机132的旋转数(旋转角)控制距原点的位置(＝角度)。

[图像拾取装置100的操作]

将对该实施例的图像拾取装置100的操作进行说明。概括地说，当电机132旋转时，通过齿轮部分134和124来减速，并且齿轮部分134和124旋转球保持器120。于是球122旋转。从而，三个球122各自按压CMOS适配器160的三个斜面部分162。

通过利用轴部件115作为移动方向指定部件而球122按压斜面部分162来上推CMOS适配器160。在CMOS适配器160中，弹簧184在球122附近的三个位置一直按压球122。因此，CMOS适配器160在保持姿势(倾斜)的同时按压球122时被上推。

根据上述的该实施例，可以在将CMOS图像传感器104(图像拾取元件)调节到图像拾取装置100(摄像机)的法兰焦距的位置的机构中以低价按小尺寸实现其中可高精度地实现对准的机构。

上面已经参考附图说明了本发明的优选实施例，当然，本发明并不限于上述实例。本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内发现多种变形和修改，并且可以理解，这些变化和修改当然落入本发明的技术范围中。

附图标记

100图像拾取装置

102薄板

104CMOS图像传感器

106板

110前面板

120球保持器

122球

130驱动部分

140IR截止单元

142IR截止单元按压部分

152光学低通滤波器按压部分

156密封部件

160CMOS适配器

170端点传感器

182弹簧按压部分

184弹簧

111背面

112镜片安装部分

114开口部分

114环形突出部分

115轴部件

116止挡器

117、118、119固定部分

117a、118a、119a螺孔

121开口部分

123球按压部分

124齿轮部分

125第一突出部分

126第二突出部分

127凸出部分

132电机

134齿轮部分

131螺杆

140IR截止单元

141电机

142IR截止单元按压部分

143凸出部分

144突出部分

145螺孔

146板部分

147开口部分

160CMOS适配器

161CMOS放置部分

162斜面部分

164突出部分

164a通孔

170端点传感器

171螺杆

182弹簧按压部分

183螺杆

Claims (10)

1.一种图像拾取装置，包括：

放置部分，在其上放置接收来自被摄体的光的图像拾取元件；

斜面部分，被设置在所述放置部分上，并相对于进入所述图像拾取元件的光的轴倾斜；

方向指定部分，指定移动方向使得所述放置部分平行于光轴方向移动；

面板部分，具有垂直于所述光轴方向的表面；以及

旋转部件，被设置在所述斜面部分和面板部分之间，并通过与所述斜面部分接触而沿所述斜面部分的倾斜方向旋转和移动。

2.根据权利要求1的图像拾取装置，其中：

所述斜面部分的倾斜方向是沿着以光轴为中心的圆周的方向；以及

所述旋转部件在以光轴为中心的圆周上旋转。

3.根据权利要求1的图像拾取装置，其中：

所述放置部分具有垂直于所述光轴的表面；以及

所述方向指定部分被固定到所述面板部分。

4.根据权利要求1的图像拾取装置，其中：

所述方向指定部分是平行于所述光轴的三个杆部件；以及

平行于所述光轴的通孔被设置在所述放置部分，所述方向指定部分通过所述通孔。

5.根据权利要求1的图像拾取装置，包括：

按压部件，将所述放置部分按压到面板侧。

6.根据权利要求1的图像拾取装置，还包括：

环形保持部件，围绕所述光轴旋转并可旋转地保持所述旋转部件；以及

驱动部分，使得所述保持部件旋转。

7.根据权利要求1的图像拾取装置，其中：

三个斜面部分被设置在以所述光轴为中心的圆周上；以及

所述旋转部件被设置在每个所述斜面部分上。

8.根据权利要求7的图像拾取装置，其中：

所述斜面部分被以彼此不相等的间隔设置。

9.根据权利要求1的图像拾取装置，还包括：

摩擦减少部件，被置于所述旋转部件和面板部分之间，并相比于面板部分与所述旋转部件之间的摩擦而减少与所述旋转部件的摩擦。

10.根据权利要求1的图像拾取装置，包括：

红外截止滤波器，被设置在从所述图像拾取元件至所述被摄体的光轴上并被固定到面板。

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