CN1327289C - 摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明的课题是不受摄像镜头和摄像元件的制约而能容易地制作快门部件，并且在不摄影的时候能保护摄像镜头。另外，能得到高性能的小型摄像镜头。将快门部件(14)配置在摄像镜头(25)的被摄对象侧。因此，快门部件可不受摄像镜头和摄像元件的制约，能容易地进行快件部件的设计和制作，由此能实现快门部件的小型化和薄型化，并由此能实现摄影机整体的小型化和薄型化，并且，在不摄影时能通过快门部件保护摄像镜头。这时，通过在摄像镜头(25)和摄像元件一体化的摄像单元(13)的被摄对象侧分体配置快门部件，相对摄像单元的快门部件的位置对准变得简单，能精度良好且容易地进行摄像单元和快门部件的组装作业，并由此能实现生产性的提高。

Description

摄像装置

技术领域

本发明涉及数字摄影机(DSC)、卡式摄影机(camera)、携带型电话机、监视摄影机、PC摄影机(个人计算机所附属的摄像装置)，还涉及使用CCD(电荷耦合器件)等摄像元件的小型摄像装置。

背景技术

在例如卡式摄影机等所使用的摄像装置中，设有摄像镜头、CCD等摄像元件和机械的快门部件，在摄像镜头和摄像元件之间配置快门部件，通过使该快门部件开合动作而打开，用摄像镜头摄入被拍摄物体的像并投影到摄像元件上，并用摄像元件将该被投影的像转换成电信号后作为图像数据取出。

在此，如果注意已有的数字摄影机(DSC)的摄像镜头，就会发现由于使用CCD高像素地取出图像，所以结构上与VTR用摄像镜头相类似。但是，在分辨率和画质方面，由于要求更高的性能，多数情况结构变得复杂化，有关光学系统的大小，即使CCD的屏幕尺寸相同，DSC用摄像镜头还是比VTR用摄像镜头大型化。以下，试列举有关已有的DSC用摄像镜头的特征的概要。

1.高画质

最近，一般用途的DSC也有CCD的像素数量为300万像素～400万像素的。由于屏幕尺寸不同，与用于VTR的35万像素级的摄像元件直接比较几乎没有意义，但如果忽略屏幕尺寸，则约有10倍的差存在。也就是说，可以认为摄像镜头所要求的像差补正的精度(难易度)也存在上述差左右的不同。

为了提高CCD的像素数量，现在一般采用尽量不增加屏幕尺寸而是利用使像素节距(pitch)减小的方法来提高像素数量，例如，在最近公布的用于数字式摄影机的有效像素数量为130万像素级的CCD中，像素节距大致为4.2μm。因此，即使假定最小错乱半径为像素节距的2倍即8.4μm，由于考虑到35mm氯化银摄影机的最小错乱半径大致为33μm，也可以说数字式摄影机的摄像镜头所要求的分辨率是氯化银摄影机的大致4倍。

2.像侧焦阑(telecentric)性良好

所谓像侧的焦阑性是指对各像点的光线束的主光线射出光学系统的最终面之后几乎与光轴平行，也就是与像面几乎垂直相交。换而言之，光学系统的射出瞳位置距离像面充分的距离。这是由于CCD上的彩色滤光器位于距离摄像面稍微离开的位置，而当光线射着入射时，实质的开口效率减小，所以特别是在最近的高感光度型CCD中，大多将微镜头阵列配置在摄像面的正前方，这时也一样，如果射出瞳不离开足够距离，则周边的开口效率会降低。

3.需要大的后焦距(back focus)

因CCD的结构而引起的用于保护的玻璃板和其后的空间，在摄像镜头的光学系统和CCD之间一般需要插入几个光学元件的空间(后焦距)。以防止因CCD的周期结构而引起产生的波纹(モァレ)现象等为目的，插入光学低通滤光器(以下简称为OLPF、LP)及相位板(PP)，以使CCD的红外波长域的感光度降低从而接近人眼的相对感光度为目的，在光学系统和CCD之间插入红外光吸收滤光滤(IR)。

如上所述，已有的DSC的摄像镜头主要具有3个特征(条件)，现状是为了实现2和3，不得不选择标准镜头甚至负焦距(retrofocus)型。这大大妨碍了摄像镜头的小型化。

但是，在这样的摄影装置中，由于在摄像镜头和摄像元件之间配置着快门部件，所以快门部件受到摄像镜头和摄像元件的制约，因此快门部件的设计和制作复杂而变得麻烦，并且必须在使摄像镜头和摄像元件在光轴上对准正确的位置的基础上，还必须在它们之间对准快门部件的位置，所以对摄像镜头、摄像元件和快门部件的组装作业要求高的精度，存在组装操作麻烦、生产性差等问题。

并且，在该摄像装置中，由于在摄像镜头和摄像元件之间配置着快门部件，所以在不使用时摄像镜头也露出来，为此容易使摄像镜头弄脏或受伤，因此为了保护摄像镜头还需要镜头盖，这就使得存在增加部件数量的问题。

本发明的课题是可以不受摄像镜头和摄像元件的制约、容易地制作快门部件，并且在不摄影时可以保护摄像镜头。另外，本发明的另一课题是可以精度良好且容易地组装摄像镜头、摄像元件和快门部件。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出来的，其目的在于提供一种摄像镜头，在使用摄像元件的摄影光学系统中，在上述摄像元件的被摄对象侧，具备由多个摄像镜头构成的镜头组，通过在上述镜头组的被摄对象侧配置红外吸收滤光器，能缩短后焦距，且能实现小型化。

本发明提供的摄像装置，通过摄像镜头将被摄对象的像投影在摄像元件上，通过上述摄像元件将该被投影的像作为图像数据取出，其特征在于，具有：

快门部件，被配置在上述摄像镜头的被摄对象侧，覆盖上述摄像镜头以便决定摄影时的曝光时间，而且至少一部分被配置在设在本体外壳表面上的装饰部的内部；

摄像单元，使上述摄像镜头和上述摄像元件一体化来构成；以及

固定光圈，与上述摄像镜头的上述被摄对象侧相邻，设置在上述快门部件的像面侧；

上述快门部件和上述摄像单元通过独立的组建构成。

如果采用本发明，则由于将快门部件配置在摄像镜头的被摄对象侧，故快门部件不受摄像镜头和摄像元件的制约，因此可以容易地进行快门部件的设计和制作，并由此可以实现快门部件的小型化和薄型化，随之而来可以实现装置整体的小型化和薄型化，并且由于在不摄影时开关自由地关闭快门部件来覆盖摄像镜头，故可以通过快门部件确实保护摄像镜头，以便不摄影时不使摄像镜头弄脏或受伤。

另外，由于在摄像镜头和摄像元件一体化的摄像单元的被摄对象侧，分体配置快门部件，所以还特别由于仅对摄像单元对准快门部件的位置即可，故可以精度良好且容易地进行摄像单元和快门部件的组装作业，并由此可以实现生产性的提高。

还由于在上述摄像镜头的上述被摄对象侧且在上述快门部件的像面侧配置固定光圈，故可以在固定光圈的极近位置配置快门部件，由此可以防止曝光不均匀，并且由于光圈是固定光圈，与使用可动光圈的情况相比较，可小型地构成快门部件，由此可以实现装置整体的小型化和薄型化。

特别通过在设在本体外壳表面上的装饰部的内部配置上述快门部件的至少一部分，可以实现装入摄像装置的本体外壳的薄型化，且由此可以实现设备整体的小型化和薄型化。

附图说明

图1是在卡式摄影机中应用本发明后从前面侧看的斜视图。

图2是从后面侧看图1的卡式摄影机的斜视图。

图3是示出图1的摄像装置的分解斜视图。

图4是图3的侧面图。

图5是图3的摄像单元的扩大剖面图。

图6是采用本发明的小型摄像镜头的一实施例的镜头结构图。

图7是一实施例的小型摄像镜头的各种像差图。

图8是已有例的摄像镜头的镜头结构图。

图9是已有例的摄像镜头的各种像差图。

具体实施方式

(实施例1)

以下，参照图1～图5说明在卡式摄影机中应用本发明的摄像装置的一实施例。

图1所示是从前面侧看本发明的卡式摄影机的斜视图，图2所示是从后面侧看本发明的卡式摄影机的斜视图，图3所示是图1主要部分的分解斜视图，图4是图3的侧面图，图5所示是图3的摄像单元的扩大斜视图。

如图1和图2所示，该卡式摄影机具备摄影机1主体1。该摄影机主体1由前壳2和后壳3构成，该前壳2和后壳3的任意一个都是由不锈钢等刚性高的金属制成的薄板形成。

这种情况，如图1所示，在前壳2前面的右上角设有摄影装置4，在位于其左侧的部位设有光学取景器5，在位于更加左侧的部位设有闪光灯发光部6。并且，在该前壳2和后壳3的上表面的前面左侧(图2的右侧)，设有快门按钮7和第1菜单按钮8。另一方面，如图2所示，在位于后壳3的后面(图2的前面)左侧的部位设有显示部9，在位于其右侧的部位设有能朝十字方向操作的指示键10。在位于该光标键10上侧和右侧的部位分别设有第2菜单按钮11、电源键12，此外，在位于显示部9上侧的部位，从后壳2侧连续设置光学取景器5。

摄像装置4的结构如图3和图4所示，其具备摄像单元13和用于决定曝光时间的快门部件14，在摄像单元13的被摄对象侧(图3的近前侧)配置着快门部件14，而且在该摄像单元13的侧部(图3的左侧)设置着光学取景器5，以该状态在摄影机本体1内组装摄像单元13、快门部件14和光学取景器5。这种情况，摄像单元13如图5所示构成，其在设置在基板15上的支持部件16内设有摄像部17和水晶滤光器18，在该支持部件16的前端部(同图的左端部)设有镜头部19，将这些摄像部17、水晶滤光器18和镜头部19的各中心配置成位于光轴20上的状态。

摄像部17的结构如图5所示，其具备设置在支持部件16内的基板15上的固定台21、收纳在该固定台21的凹部21a内的CCD等摄像元件22、及设置在固定台21上覆盖该摄像元件22的盖玻璃23，摄像元件22根据由镜头部19摄入的被摄对象的像输出电信号。水晶取景器18是光学低通滤光器，以与摄像部17的被摄对象侧(图5的左侧)对应的状态配置在支持部件16内。镜头部19的结构如下，其具备安装在支持部件16的前端部(图5的左端部)的镜筒24，在该镜筒24内从像面侧(图5的右侧)依次设置着摄像镜头25和固定光圈26。

这种情况，镜筒24如图5所示形成为圆筒状，在其内部的中间部分，形成支撑摄像镜头25的凸缘27。该凸缘27的内周面形成为如下的锥状(taper)，即被摄对象侧(同图的左侧)的直径比摄像镜头25的镜头功能部分大、且与这个直径相比像面侧(同图的右侧)的直径更大，以便不限制固定光圈26决定的视场角。另外，在该镜筒24内的凸缘27的被摄对象侧(同图的左侧)形成用于安装摄像镜头25和固定光圈26的安装凹部28。并且，通过将在该镜筒24外周面上形成的阳螺纹24a与在支持部件16的内周面上形成的阴螺纹16a螺合，将该镜筒24安装在支持部件16上。

另外，如图5所示，摄像镜头25是凹面朝向被摄对象侧(同图的左侧)的弯月形(meniscus)凸透镜，其外周部形成为与中心部的镜头厚度相同或比它更薄的平坦状。该摄像镜头25从被摄对象侧插入安装凹部28内，其外周部的平坦状的后面(同图的右侧面)通过粘接剂粘接在凸缘27上而固定在安装凹部28内。固定光圈26形成为相对摄像镜头25的镜头厚度足够薄的薄板状，其外形形成为大致与摄像镜头25相同或比它更大，且在其中心部形成以光轴20为中心的圆形通孔26a。该固定光圈26从被摄对象侧插入安装凹部28内，而被紧密安装在摄像镜头25的前面(同图的左侧)，且以固定光圈26的前面(同图的左侧面)与镜筒24的前端面大致构成同一平面的状态，利用粘接剂将该固定光圈26固定在安装凹部28内。

另一方面，快门部件14的结构，如图3所示，其具备快门外壳30，在该快门外壳30内回动可能地安装着快门叶片31，而且在该快门外壳30上安装着驱动快门叶片31的致动器32，通过由该致动器32使快门叶片31回动，由快门叶片31使圆形快门孔33开合，该圆形快门33被设置在快门外壳30的中心部且穿通其表面和背面(图3的前、后)。这时，快门外壳30以其快门孔33的中心位于摄像单元13的光轴20上的状态，如图3和图4所示，被收纳在前壳2的装饰部34内。

装饰部34的结构如下，其由设在前壳2的内面侧(图3的后面侧)的支架35、及设在前壳2的前面侧(图3的近前侧)的装饰环36构成，快门外壳30借助于支架35安装在前壳2上。也就是说，支架35如图3和图4所示，由吸收冲击的软质合成树脂形成具有高度差的大致圆板形状。在该支架35的内部，设有快门外壳30插入的收纳凹部37，在其前端部(图3的近前侧的端部)，与快门外壳30的快门孔33相对应设置着圆形的通孔35a。

另外，该支架35的结构如图4所示，其前端部(同图左端部)插入设在前壳2的右上角上的圆形开口部38内且向前壳2的前面侧(图4左侧)突出，以该状态安装在前壳2内。另外，装饰环36的结构如下，由具有装饰性的金属板大致形成为环状，并安装在从前壳2的开口部38向前面侧突出的支架35的前端部的外周，由此覆盖隐藏支架35的前端部。

如果采用这样的卡式摄影机，由于快门部件14配置在摄像单元13的摄像镜头25的被摄对象侧，所以快门部件14可以不受摄像镜头25和摄像元件22的制约，因此可以容易地设计、制作快门部件14，由此可以实现快门部件14的小型化和薄型化，继而可以实现摄影机整体的小型化和薄型化。特别是由于快门部件14被配置在摄像镜头25的被摄对象侧，所以在不摄影时可通过快门部件14开合自在地覆盖摄像镜头25，因此可通过快门部件14确实地保护摄像镜头25，以便在不摄影时不使摄像镜头25弄脏或受伤。

另外，在该卡式摄影机中，将摄像镜头25和摄像元件22一体化作为摄像单元13，该摄像单元13与快门部件14分体构成，该快门部件14分体构成配置在摄像单元13的被摄对象侧，所以在组装时只相对于摄像单元13对准快门部件14的位置即可，为此可以精度良好且容易地进行摄像单元13和快门部件14的组装作业，由此可以实现生产性的提高，可以得到低价格的制品。

另外，在该卡式摄影机中，由于在摄像镜头25的被摄对象侧且在开门部件14的像面侧配置固定光圈26，所以可以在距离固定光圈26很近的位置配置快门部件14，由此可以防止曝光不均匀，而且由于光圈是固定光圈26，所以与使用可动光圈的情况相比较可小型地构成快门部件14，由此也可以实现摄影机整体的小型化和薄型化。特别是将固定光圈26形成为相对摄像镜头25的镜头厚度十分薄的薄板状，以该固定光圈26紧密安装在摄像镜头25上的状态，与摄像镜头25一起固定在镜筒24的安装凹部28内，所以可以使固定光圈26的厚度非常薄，由此可以使光轴20方向的长度变短，故可以实现摄像单元13的小型化和薄型化。

再有，在该卡式摄影机中，以在向前壳2的前面突出而设置的装饰部34内收纳了快门部件14的快门外壳30的状态，将快门部件14配置在前壳2内，所以可以使由前壳2和后壳3构成的摄影机主体1的厚度变薄，由此可以实现摄影机整体的小型化和薄型化。这种情况下，由软质的合成树脂形成配置在前壳2的内面侧的支架35，快门外壳30收纳在该支架35的收纳凹部37内，所以由该支架35吸收冲击以便使冲击不施加在快门部件14上，从而装饰部34可以保护快门部件14。另外，即使支架35的前端部从前壳2的开口部38向前面侧突出，由于装饰环36安装在该突出的支架35的外周而覆盖隐藏支架35的前端部，所以可以得到外观和设计都理想的制品。

并且，在上述实施例中，虽然说明了有关应用于卡式摄影机的情况，但并不限于此，例如可以装入携带型电话机和移动电话(mobile)等电子设备中使用，此外还可以作为小型摄影机单独使用。

(实施例2)

接着，以下参照图6至图9说明有关本发明的摄影光学系统。

本发明的摄像镜头，其特征在于，通过在使用了CCD等摄像元件的摄影光学系统中，将红外光吸收滤光器配置在摄像镜头的被摄对象侧，从而将后焦距设定得较短。

表1所示为将红外光吸收滤光器配置在摄像镜头和摄像元件之间的已有示例、与将本发明的红外光吸收滤光器配置在摄像镜头的最靠近被摄对象侧而设计的一实施例的全长(TL)的比较。已有例的光轴上的全长TL＝16.59mm，一实施例的全长TL＝15.76mm。它们的差0.83mm是采用本发明的效果，可以证明这对摄像镜头的小型化具有大的效果。

另外，虽然对在一实施例中使用单焦点镜头进行了说明，但并不特别限于单焦点镜头。

表1

已有例的TL	一实施例的TL	TL的差
			16.59mm	15.76mm	0.83mm

以下，通过所示的有关已有例和一实施例的具体数值，补充本发明的说明。在表和附图中，f表示镜头全系统的焦距、F_no表示F号码、2ω表示镜头的全视场角、TL表示光轴从配置在最靠近被摄对象侧的镜头或红外光吸收滤光器的被摄对象侧面到像面的距离、b_f表示后焦距。后焦距b_f是从各最靠近像面的镜头的像侧面到像面的空气换算距离。另外，R表示曲率半径、D表示镜头厚度或镜头间隔、N_d表示d线的曲率、v_d表示d线的阿贝(Abbe)数。另外，球面像差图中的d、g、C是各波长的像差曲线，球面像差图中的S表示弧矢(sagittal)，M表示顶点。

在已有例中，距离像面最近的镜头和像面之间，配置着光学低通滤光器LP、相位板PP、红外光吸收滤光器IR、CCD的盖玻璃CG。在一实施例中，在最靠近被摄对象侧配置着红外光吸收滤光器IR，在其与距离像面最近的像面之间配置着光学低通滤光器LP、相位板PP、CCD的盖玻璃CG。

有关在已有例和一实施例中使用的非球面，众所周知，当设光轴方向为Z轴、与光轴垂直的方向为Y轴时，通过由非球面式Z＝(Y²/r)[1+{1-(1+K)(Y/r)²}]+A·Y⁴+B·Y⁶+C·Y⁸+D·Y¹⁰+……得到的曲面绕光轴回转而得到的曲面，定义给出了近轴曲率半径r、圆锥常数K、高次非球面系数A、B、C、D的形状。并且，表中的圆锥常数和高次非球面系数的标记中，“E和紧接其后的数字”表示“10的次方”。例如，“E-4”表示10^-4，该数值作用于紧前面的数值。

(已有例)表2所示为有关已有例的数值示例。另外，图8是该镜头的结构图，图9是其各种像差图。镜头的结构为配置着最靠近被摄对象侧的负镜头即第1镜头L1、留有空气间隔的开口光圈S1和S2、稍微留有空气间隔的正镜头即第2镜头L2、还留有空气间隔的负镜头即第3镜头L3、正镜头即第4镜头L4、最后稍微留有空气间隔的正镜头即第5镜头L5。构成第1镜头L1具有发散作用，从开口光圈S的后方的第2镜头L3到第5镜头L5具有聚光作用的负焦距型。

表2

f＝4.39  F_no＝2.86  2ω＝65.30°TL＝16.59  b_f＝4.02

                                                                                                

面No.      R          D            N_d         v_d

1          11.829     0.60         1.58913    61.25

2          3.448      3.36         -          -

3          4.472      1.21         1.80420    46.50

4          -11.322    1.58         -          -

5          -3.482     0.60         1.84666    23.78

6          7.436      0.17         -          -

7          18.657     1.72         1.69350    55.02

8          -3.754     0.03         -          -

9          11.436     1.40         1.77250    49.62

10         -27.132    0.60         -          -

11         ∽         1.97         1.54880    67.00  水晶OLPF+相位板

12         ∽         0.50         1.51680    64.20  外光吸收滤光器

13         ∽         0.50         -          -

14         ∽         0.50         1.51680    64.20  CCD盖玻璃

15         ∽         -     -        -

                                                                                                

非球面系数

第8面K＝-0.621461E+01  A＝-0.120601E-01  B＝0.157434E-02

C＝-0.139018E-03       D＝0.836217E-05

[一实施例]表3示出有关本发明的摄像镜头的一实施例的数值例。另外，图6是该镜头的结构图，图7是其各种像差图。镜头的概要结构除红外光吸收滤光器配置在最靠近被摄对象侧之外都没有变化。

表3

f＝4.40  F_no＝2.86  2ω＝65.06°TL＝15.76  b_f＝3.66

                                                                                           

面No.      R          D            N_d         V_d

1          ∽         0.50         1.51680    64.20  外光吸收滤光器

2          ∽         0.50         -          -

3          13.613     0.60         1.58913    61.25

4          3.448      2.60         -          -

5          4.214      1.17         1.80420    46.50

6          -13.783    1.62         -          -

7          -3.482     0.60         1.84666    23.78

8          8.746      0.15         -          -

9          24.508     1.76         1.69350    55.02

10         -3.333     0.03         -          -

11         6.615      1.40         1.77250    49.62

12         25.340     0.60         -          -

13         ∽         1.97         1.54880    67.00   水晶OLPF+相位板

14         ∽         0.50         -          -       CCD盖玻璃

15         ∽         0.50         1.51680    64.20

16         ∽         -            -          -

                                                                                           

非球面系数

第10面K＝-0.503401E+01  A＝-0.138924E-01  B＝0.178560E-02

C＝-0.179323E-03        D＝0.147311E-04

如上所述，通过将一实施例的数据与已有例进行比较，可以知道本发明的摄像镜头的性能可以几乎与已有例一样没有改变，而能达成更加小型化。

发明的效果

如上说述，如果采用本发明，则由于将快门部件配置在摄像镜头的被摄对象侧，故快门部件不受摄像镜头和摄像元件的制约，因此可以容易地进行快门部件的设计和制作，并由此可以实现快门部件的小型化和薄型化，随之而来可以实现装置整体的小型化和薄型化，并且由于在不摄影时开关自由地关闭快门部件而覆盖摄像镜头，故可通过快门部件确实保护摄像镜头，以便不摄影时不使摄像镜头弄脏或受伤。特别是，由于在摄像镜头和摄像元件一体化的摄像单元的被摄对象侧，分体配置快门部件，对摄像单元仅对准快门部件的位置即可，故可以精度良好且容易地进行摄像单元和快门部件的组装作业，并由此可以实现生产性的提高。

这种情况下，由于在上述摄像镜头的上述被摄对象侧且在上述快门部件的像面侧配置固定光圈，故可以在固定光圈的极近位置配置快门部件，由此可以防止曝光不均匀，并且由于光圈是固定光圈，与使用可动光圈的情况相比较，可小型地构成快门部件，由此可以实现装置整体的小型化和薄型化。

另外，通过在设在本体外壳表面上的装饰部的内部配置上述快门部件的至少一部分，可以实现装入摄像装置的本体外壳的薄型化，且由此可以实现设备整体的小型化和薄型化。

如果采用本发明，则可以得到高性能且小型的摄像镜头。

Claims (1)

1.一种摄像装置，通过摄像镜头将被摄对象的像投影在摄像元件上，通过上述摄像元件将该被投影的像作为图像数据取出，其特征在于，具有：

快门部件，被配置在上述摄像镜头的被摄对象侧，覆盖上述摄像镜头以便决定摄影时的曝光时间，而且至少一部分被配置在设在本体外壳表面上的装饰部的内部，具备能回动的快门叶片；

摄像单元，使上述摄像镜头和上述摄像元件一体化来构成；以及

固定光圈，与上述摄像镜头的上述被摄对象侧相邻，设置在上述快门部件的像面侧；

上述快门部件和上述摄像单元通过独立的组建构成。

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