DE3622843C2

DE3622843C2 -

Info

Publication number: DE3622843C2
Application number: DE3622843A
Authority: DE
Inventors: Kazunari Tokio/Tokyo Jp Kobayashi
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1985-08-09
Filing date: 1986-07-08
Publication date: 1988-01-21
Also published as: JPH0458753B2; US4734778A; DE3622843A1; JPS6242678A

Description

Die Erfindung betrifft eine Bildaufnahmevorrichtung auf Halbleiterbasis nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind bisher eine Anzahl von Endoskopen und Kameras entwickelt worden, bei denen die Bildaufnahme durch die Verwendung von Bildsensoren auf Halbleiterbasis erfolgt. In diesen Vorrichtungen muß der Bildsensor sehr genau in Relation zu dem optischen System der Bildaufnahmevor richtung positioniert werden. Deshalb sind Bildaufnah mevorrichtungen auf Halbleiterbasis entwickelt worden, die mit verschiedenen Trägervorrichtungen zum Halten des Bildsensors versehen sind, so daß die Position des Sen sors justierbar ist.

Generell umfaßt die Positionierung des Bildsensors die Brennpunktjustierung, die Zentrierung und die Kippwin keleinstellung der Sensoroberfläche. Bei Verwendung der konventionellen Trägervorrichtung kann durch die aufein anderfolgende Ausführung der Fokussierung und Zentrierung die Justierung des Kippwinkels der Sensoroberfläche beeinträchtigt werden. Zur genauen Positionierung des Bildsensors muß deshalb der Vorgang der Justierung mehrere Male wiederholt werden, was die Justierung bzw. Ausrich tung sehr kompliziert macht.

Die Erfindung geht in ihrem Oberbegriff von der JP-PS 60 62 781 A aus, in der eine Bildaufnahmevorrichtung auf Halbleiterbasis beschrieben ist, deren Sensorfläche räumlich gegenüber dem optischen System liegt und deren Trägermechanismus so ausgebildet ist, daß die Position des Sensors relativ zum optischen System in der Weise justierbar ist, daß zur Scharfeinstellung die Optik und nicht der Sensor verschoben wird und zur universellen Bewegung des Sensors dessen Träger in seiner "Rechtwinkligkeit" zur optischen Achse justiert werden kann.

Beim vorstehend aufgeführten Stand der Technik bewirkt eine Veränderung des Kippwinkels der Sensoroberfläche eine Veränderung der Fokussierung und Zentrierung, so daß, wie vorher bereits ausgeführt, der Vorgang des Justierens mehrere Male wiederholt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bildaufnahmevorrichtung auf Halbleiterbasis nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei der sich die Fokussierung, die Zentrierung und die Justierung des Kippwinkels der Sensoroberfläche nicht gegenseitig beeinträchtigen und somit das Halbleiter-Bildelement schnell und einfach positioniert werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnen den Merkmale des Anspruches 1.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorlie genden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 den Längsschnitt der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1; und

Fig. 4 die Seitenansicht einer Blattfeder.

Fig. 1 zeigt eine Bildaufnahmevorrichtung auf Halbleiterbasis der vorliegenden Erfindung, die an dem Okularabschnitt 10 eines Endoskopes befestigt ist. Der Abschnitt 10 enthält einen zylindrischen äußeren Tubus 12 und einen hierin eingeschraubten Trägertubus 14. Ein Objektivsystem 16 mit einer Mehrzahl von Linsen ist in den Tubus 14 ein gebaut. Die optische Achse L des Systems 16 ist koaxial zu den Tuben 12 und 14.

Die Aufnahmevorrichtung enthält einen Bildsensor 22 auf Halbleiterbasis, wie z. B. eine CCD, mit einer Sensorfläche 22 a, die gegenüber dem optischen Linsensystem 16 liegt und einen Trägermechanismus 24, der den Sensor 22 so hält, daß dessen Position relativ zu dem System 16 justierbar ist. Der Mechanismus 24 enthält ein zylindrisches Gehäuse 26, das an dem äußeren Tubus 12 des Okkularabschnitts 10 an gebracht ist und sich in vorwärtiger Richtung vom Tubus 12 wegerstreckt. Ein ringförmiger Flansch 26 a befindet sich an der inneren Umfangsoberfläche in einem Mittenbereich des Teiles 26. Er ist an der distalen Stirnfläche des äußeren Tubus 12 durch drei Schrauben 28, die in gleichem Abstand in Umfangsrichtung des Flansches 26 a angeordnet sind, befestigt. Außerdem sind drei Blattfedern 30 jeweils mit den Schrauben 28 an dem Flansch 26 a angebracht. Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, erstreckt sich jede Feder 30 in Umfangsrichtung des Flansches 26 a und ist an einem Ende jeweils durch die entsprechende Schrauben 28 am Flansch befestigt. Die Feder 30 ist V-förmig und ihre Spitze drückt gegen die Seite des Gehäuses 26. Ein Filter 32 zur Vermeidung des Moire-Effektes ist an dem Flansch 26 a ge genüber dem optischen System 16 befestigt.

Innerhalb des distalen Endes des Gehäuses 26 befindet sich eine scheibenförmige Platte 34 mit dem Bildsensor 22 dar auf und ein im wesentlichen zylindrisches Justierteil 36, welches die Platte trägt. Die Platte 34 erstreckt sich parallel zur Sensoroberfläche 22 a des Elementes 22 und wird von dem Teil 36 in der Weise gehalten, daß sie in einer Richtung parallel zur Fläche 22 a und im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse L beweglich ist. Das Teil 36 hat einen äußeren Durchmesser, der kleiner ist als der innere Durchmesser des Gehäuses 26. In dem Übergangsbe reich der inneren peripheren Oberfläche des Teiles 36 liegt eine ringförmig umlaufende Schulter 38 in der Weise, daß sie dem Flansch 26 a gegenüberliegt. Die Platte 34 wird an der Schulter 38 mittels dreier zentrierender Schrauben 40 gehalten, die an dem Teil 36 befestigt sind. Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, sind die Schrauben 40 in regel mäßigen Abständen in Umfangsrichtung des Teiles 36 ange ordnet und zur Bewegung in radialer Richtung zum Teil 36 dort hineingeschraubt.

Jede Schraube 40 hat einen konischen Endabschnitt, welcher mit der Umfangskante der Platte 34 auf der Seite des opti schen Systems 16 in Anlage ist. Das Gehäuse 26 ist mit Schlitzen 42 versehen, die jeweils den Schrauben 40 gegen überliegen. In dieser Ausführung kann die Platte 34 auf der Schulter 38 gleiten, um in jede gewünschte Position durch Betätigung der Schrauben 40 von außerhalb des Teiles 26 durch die Schlitze 42 gebracht zu werden. Auf diese Weise kann das Zentrum der Sensoroberfläche 22 a des Bild sensors 22 auf Halbleiterbasis mit der optischen Achse L ausgerichtet werden. Nach dieser Zentrierung wird die Platte 34 mittels Klemmschrauben 44 und Muttern 45 fest mit dem Justierteil 36 verbunden.

Das Endstück 36 a des Justierteiles 36 auf der Seite des optischen Systems 16 weist einen im wesentlichen kreis förmigen Abschnitt auf, der sich radial nach außen er streckt und stumpf auf die innere Oberfläche des Teiles 26 und die Blattfeder 30 stößt. Das Teil 36 wird von einem zylindrischen Fokussierring 46 gehalten, der in den vor springenden Endabschnitt des Gehäuses 26 zur Bewegung entlang der optischen Achse L eingeschraubt ist. Eine Kontaktfläche 48 des Justierhalters liegt an seiner äuße ren peripheren Umfangsoberfläche. Die Kontaktfläche ist sphärisch-konvex mit einem Kurvenradius R, dessen Mittel punkt O im Schnittpunkt der optischen Achse L und der Sensoroberfläche 22 a liegt. Der Fokussierring 46 weist eine Trägerfläche 50 auf seiner inneren peripheren Umfangsober fläche auf. Die Trägerfläche 50 ist sphärisch-konkav ge formt mit einem Radius R, dessen Mittelpunkt auf der Achse L liegt. Das Justierteil 36 wird gegen den Ring 46 durch die Blattfeder 30 gedrückt, so daß die Oberflächen 48 und 50 in engem Kontakt zueinander gehalten werden. Auf diese Weise kann das Teil 36 frei um den Punkt O bewegt werden. Es kann sich außerdem entlang der optischen Achse L bewe gen, wenn sich der Ring 46 bewegt. Drei Kippschrauben 52 sind in das Gehäuse 26 eingeschraubt, die in Umfangsrich tung in regelmäßigen Abständen so angeordnet sind, daß sie in tangentialer Richtung zur Kontaktfläche 48 beweglich sind. Die Spitze 52 jeder Schraube stößt gegen eine End fläche 54 einer Kerbe, die in die äußere periphere Um fangsoberfläche des Justierteiles 36 geschnitten ist. Auf diese Weise kann das Teil 36 zur Justage des Kippwinkels der Sensorfläche 22 a durch Vor- oder Zurückdrehen der Schrauben 52 geschwenkt werden.

Auf der Oberfläche der Platte 34, die von dem optischen System 16 abgewandt ist, sind verschiedene elektronische Bauteile 56 angebracht. Ein offenes Ende des Justierteiles 36 auf der Seite des vorspringenden Endbereiches des Ge häuses 26 wird durch eine kreisförmige Abdeckplatte 58 geschlossen. Die Platte 58 ist mit einer Durchlaßöffnung 60 versehen, durch die eine Signalleitung 62 (Koaxialka bel) geführt wird. Das distale Endstück des Kabels 62 ist zur Freilegung der Außenleiter 62 a, die zum nahegelegenen Ende des Kabels umgebogen sind, abisoliert. Dieser mit den Leitern 62 a bedeckte Teil des Kabels wird durch die Öffnung 60 geführt und dann mit der Abdeckplatte 58 durch Löten verbunden. Die ebenfalls freigelegten Innenleiter 62 b sind mit der Platte 34 durch Löten verbunden. Auf diese Weise werden äußere Kräfte, die auf die Signallei tung 62 einwirken, auf die Platte 58 geleitet, ohne die Verbindungen der Leiter 62 b zu belasten. Das Ende des Ka bels 62 ist mit einer Bildverarbeitungsvorrichtung (nicht gezeigt) verbunden.

Es soll nun beschrieben werden, wie die Sensoroberfläche 22 a des Bildsensors 22 relativ zum Objektivsystem 16 in der Bildaufnahmevorrichtung auf Halbleiterbasis gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform eingestellt wird. Zu nächst wird das Zentrum O der Sensoroberfläche 22 a in die optische Achse L gebracht. Dabei werden die Platte 34 und der Bildsensor 22 in Richtung quer zur Achse L durch geeignetes Drehen an den Schrauben 40 bei gelockerten Klemmschrauben 44 bewegt. Wenn die Mitte O auf der Achse L liegt, werden die Schrauben 44 angezogen. Dadurch gelangt der Mittelpunkt der Oberfläche 22 a in den Kreismittelpunkt des Justierteiles 36.

Anschließend wird die Brennpunktjustierung vorgenommen. Dabei wird der Fokussierring 46 so gedreht, daß das Ju stierteil 36, die Platte 34 und das Aufnahmeelement 22 zusammen mit dem Ring 46 sich entlang der optischen Achse L bewegen. Dadurch wird die Lage der Sensoroberfläche 22 a relativ zu dem Brennpunkt des Objektivsystems 16 justiert. In diesem Fall muß sich nur der zentrale Teil der Ober fläche 22 a im Brennpunkt befinden.

Schließlich wird der Kippwinkel der Sensoroberfläche 22 a justiert. Dies geschieht durch geeignete Bewegung der Kippschrauben 52, um das Justierteil 36 so zu bewegen, daß die Oberfläche 22 a im rechten Winkel zur optischen Achse L positioniert wird. Wie oben erwähnt, befindet sich das Zentrum der Oberfläche 22 a im Rotationsmittelpunkt des Teiles 36. Folglich wird es sich niemals bewegen, wenn das Teil 36 in irgendeine Richtung zum Zwecke der Kippjustage geschwenkt wird. Deshalb kann die erreichte Justierung des Zentrums und des Brennpunktes nicht zerstört wieder ver loren gehen.

Gemäß der auf diese Weise konstruierten Bildaufnahmevor richtung auf Halbleiterbasis kann sich das Justierteil 36 um den Schnittpunkt der Sensoroberfläche 22 a mit der opti schen Achse L drehen. Obwohl die Kippjustierung nach der Mitteneinstellung und der Brennpunktjustierung der Fläche 22 a durchgeführt wird, werden das Zentrum und der Brenn punkt nicht mehr verändert. Deshalb kann die Ausrichtung des Bildsensors 22 auf Halbleiterbasis relativ zu dem op tischen System 16 einfach und schnell ausgeführt werden. Durch die Verwendung von Metall als Material für die den Bildsensor 22 umgebenden Teile kann der Sensor außerdem problemlos abgeschirmt werden.

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform begrenzt, sondern es können verschiedene Änderungen und Modifikationen durch Fachleute durchgeführt werden, ohne von der eigentlichen Erfindung abzuweichen. Z. B. müssen von den Schrauben 40 und 52 und den Blattfedern 30 nicht jeweils drei Stück verwendet werden, es können auch mehr oder weniger sein. Anstatt der Blattfedern können auch Schraubenfedern ver wendet werden.

Claims

1. Bildaufnahmevorrichtung auf Halbleiterbasis zur Aufnahme von optischen Bildern, die von einem Objektivsystem abgebildet werden, mit einem auf einer Platte befestigten Bildsensor auf Halbleiterbasis, dessen Sensorfläche gegenüber dem optischen System liegt sowie einem Trägermechanismus, zum Tragen des Bildsensors derart, daß die Position des Bildsensors relativ zu dem optischen System justierbar ist; dadurch gekennzeichnet, daß der Trägermechanismus (24) aufweist: ein Gehäuse (26), das in einer vorbestimmten Position relativ zu dem optischen System (16) angeordnet ist; ein Justierteil (36), das die Platte (34) derart trägt, daß diese in einer Richtung parallel zu der Sensoroberfläche (22 a) bewegbar ist; Zentriervor richtungen zur Bewegung der Platte, um den Mittelpunkt der Sensoroberfläche mit der optischen Achse des optischen Systems (16) in Übereinstimmung zu bringen; ein Fokussierteil (46), das von dem Gehäuse so getragen wird, daß es entlang der optischen Achse des optischen Systems bewegbar ist, wobei das Justierteil durch das Gehäuse und das Fokussierteil so getragen wird, daß beide zusammen entlang der optischen Achse des optischen Systems sowie um den Schnittpunkt der Sensorfläche mit der optischen Achse bewegbar sind; und Vorrichtungen zur universellen Bewegung des Justierteiles um den Schnittpunkt derart, daß der Kippwinkel der Sensoroberfläche (22 a) relativ zur optischen Achse justierbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Justierteil (36) eine konvex-sphärische Anla gefläche (48) aufweist, deren Krümmungsmittelpunkt auf dem Schnittpunkt liegt und daß das Fokussierteil (46) eine konkav-sphärische Stützfläche (50) aufweist, de ren Krümmungsmittelpunkt auf der optischen Achse liegt und denselben Krümmungsradius hat wie die Anlageflä che, und daß der Trägermechanismus (24) Druckmittel (30) aufweist, um das Justierteil gegen das Fokussier teil derart vorzuspannen, daß die Anlagefläche in un mittelbarer Berührung mit der Stützfläche ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippvorrichtung eine Mehrzahl von Kippschrau ben (52) aufweist, die zur Bewegung in tangentialer Richtung zur Stützfläche (50) in das Gehäuse (26) eingeschraubt sind und deren entsprechende Enden gegen das Justierteil (36) stoßen, wobei die Kippschrauben auf der Umfangsrichtung zur optischen Achse in regel mäßigen Intervallen angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriervorrichtung eine Mehrzahl von Zen trierschrauben (40) aufweist, die in dem Justierteil (36) zur Bewegung in einer Richtung parallel zur Sensoroberfläche (22 a) eingeschraubt sind und deren entsprechende Enden gegen die Platte (34) stoßen, wobei die Zentrierschrauben in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung um eine Achse angeordnet sind, die durch den Mittelpunkt der Sensorfläche im rechten Winkel hierzu verläuft.