CN101046534A - 图像拾取装置和移动电话 - Google Patents

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Abstract

一种图像拾取装置，包括：成像光学***，用于调节与从透镜入射的光相对应的图像的焦点位置；框架，设置成沿入射到成像光学***的光的光轴方向可移动，用于通过覆盖成像光学***的周边而固定该成像光学***；驱动单元，用于将框架沿光轴方向移动到预定范围内的任意位置；图像拾取器件，用于接收通过成像光学***入射的光，以便可以输出与所接收的光相对应的信号；以及推动单元，***到附着有图像拾取器件的底座与框架之间，用于沿光轴方向以及沿远离图像拾取器件的方向推动框架。

Description

图像拾取装置和移动电话
技术领域
本发明包含于2006年3月31日向日本专利局提交的JP2006-099827日本专利申请有关的主题，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及图像拾取装置和移动电话，具体地说，本发明涉及一种能够以低成本实现高质量成像功能的小尺寸图像拾取装置和移动电话。
背景技术
近来，小尺寸薄形图像拾取装置已经广泛使用，以便安装在诸如移动电话和PDA(个人数字助理)等小型便携式电子设备上。因此，不仅语音信息而且图像信息都可以被简单地传输。
在这种置于小型便携式电子设备的图像拾取装置中，由于其小尺寸，极大地减小了成像光学***的焦距，并且孔径F值可以设定在大约2至4，从而增加快门速度，以便避免照相机抖动。因此，极大地减小了图像侧(image side)上的聚焦深度，从而对相对于成像平面沿光轴方向定位成像光学***的精度有严格的要求。
在图像拾取装置中用于光电转换的图像拾取器件的光接收部位上的元件以几微米的间距设置。因此，即使在图像拾取装置上存在微型体(诸如灰尘)，也遮挡了目标的光通量，消弱了拾取目标的图像，从而图像拾取装置的防尘变成一项重要的挑战。
在这种情况下，就图像拾取装置的成像光学***的位置设定方法和防尘方法而言，已经提出了各种技术。例如，公开了这样一种技术，即，为了在制造图像拾取装置期间消除焦距调节，通过使与光学部件一体形成的腿部邻接图像拾取器件而将图像拾取器件和光学部件沿光轴方向定位，以便在采取防尘措施的同时，用弹性件(诸如螺旋弹簧)沿图像拾取器件方向推动光学部件(例如，见第2003-37758号未经审查的日本专利申请)。
发明内容
但是，随着具有图像拾取装置的移动电话的数量将进一步增加，假设也越来越需要由图像拾取装置摄取的高图像质量。例如，需要具有更多像素数的图像拾取器件的图像拾取装置。因此，由于图像拾取器件的像素数的增加使得像素间距进一步减小，从而极大地减小了用于粘附在图像拾取器件的光接收平面上的灰尘的容许面积。即，此刻即使粘附有肉眼不可见的小灰尘，也遮挡了目标的光通量，影响了图像数据。
在第2003-37758号未经审查的日本专利申请的技术中，当作用有很长时间的微小震动时，或者由于光学部件的腿部与镜框的隔板或与图像拾取器件的接触磨损，以及掉落过程中的冲击，而可能产生灰尘(例如，微金属片)，以致粘附在图像拾取器件的顶表面上。
当成像光学***移动以便变焦或特写描绘时，可能在用于移动成像光学***的运转件或驱动件与成像光学***之间需要机械连接。外部的灰尘可能透过该连接，以致也影响图像数据。
此外，灰尘还可能透过用于推动光学部件的螺旋弹簧的间隙。
考虑到这种情况，提出了本发明，并且希望以低成本实现具有高图像质量的小尺寸成像功能。
根据本发明第一实施例的图像拾取装置包括：成像光学***，用于调节与从透镜入射的光相对应的图像的焦点位置；框架，沿入射到成像光学***的光的光轴方向可移动地设置，用于通过覆盖成像光学***的周边而固定该成像光学***；驱动单元，用于将框架沿光轴方向移动到预定范围内的任意位置；图像拾取器件，用于接收通过成像光学***入射的光，以便输出与所接收的光相对应的信号；以及推动单元，***到附着有图像拾取器件的底座与框架之间，用于沿光轴方向以及沿远离图像拾取器件的方向推动框架。
优选地，推动单元包括具有预定弹性的弹性件。
优选地，弹性件由环化橡胶制成。
优选地，橡胶包括内置的弹簧。
优选地，弹性件由环化的泡沫橡胶制成。
优选地，推动单元***到底座的其上附着有图像拾取器件的表面与框架的邻接图像拾取器件的端面之间。
优选地，框架的形状形成为框架一部分的直径逐渐减小，并且框架的该部分***到底座的一部分内，而推动单元***到框架表面的一部分与底座上形成的倾斜表面之间。
根据第一实施例，框架通过驱动单元而沿光轴方向移动到预定范围内的任意位置，其中该框架设置成沿入射到成像光学***的光的光轴方向可移动，该成像光学***根据从透镜入射的光来调节图像的焦点位置，该框架用于通过覆盖成像光学***的周边而固定该成像光学***。推动单元***到附着有图像拾取器件的底座与框架之间，用于沿光轴方向以及沿远离图像拾取器件的方向推动框架，其中图像拾取器件接收通过成像光学***入射的光，以便可以输出与所接收的光相对应的信号。
根据第二实施例的具有内置的图像拾取装置的移动电话，其中，图像拾取装置包括：成像光学***，用于调节与从透镜入射的光相对应的图像的焦点位置；框架，设置成沿入射到成像光学***的光的光轴方向可移动，用于通过覆盖成像光学***的周边而固定该成像光学***；驱动单元，用于将框架沿光轴方向移动到预定范围内的任意位置；图像拾取器件，用于接收通过成像光学***入射的光，以便输出与所接收的光相对应的信号；以及推动单元，***到附着有图像拾取器件的底座与框架之间，用于沿光轴方向以及沿远离图像拾取器件的方向推动框架。
根据第二实施例，内置于移动电话中的图像拾取装置包括：成像光学***，用于调节与从透镜入射的光相对应的图像的焦点位置；框架，设置成沿入射到成像光学***的光的光轴方向可移动，用于通过覆盖成像光学***的周边而固定该成像光学***；驱动单元，用于将框架沿光轴方向移动到预定范围内的任意位置；以及图像拾取器件，用于接收通过成像光学***入射的光，以便可以输出与所接收的光相对应的信号，并且框架被推动单元沿光轴方向以及沿远离图像拾取器件的方向推动，其中推动单元***到附着有图像拾取器件的底座与框架之间。
根据本发明的实施例，可以以高图像质量和低成本实现小尺寸图像拾取装置。
附图说明
图1是根据本发明实施例的图像拾取装置的外部透视图；
图2是图1所示图像拾取装置的结构图；
图3是以不同角度所看到的图1所示图像拾取装置的视图；
图4是图3所示图像拾取装置的截面图；
图5是图3所示图像拾取装置的不同截面图；
图6是图3所示图像拾取装置的另一不同截面图；
图7是图3所示图像拾取装置的另一不同截面图；
图8是图3所示图像拾取装置的另一不同截面图；
图9是图3所示图像拾取装置的另一不同截面图；以及
图10A和图10B是其上安装有根据本发明实施例的图像拾取装置的移动电话的实例的视图。
具体实施方式
下面将描述本发明的实施例。本发明的构成特征与说明书或附图中所述实施例之间的对应关系将在下面示出。该描述将起到确认在说明书或附图中描述支持本发明的实施例的目的。因此，即使有实施例不对应于本发明的构成特征，但在说明书或附图中描述了，这也不意味着该实施例不符合构成特征。因此，即使该实施例被描述成对应于构成特征，这也不意味着该实施例不对应其它的构成特征。
根据本发明第一实施例的图像拾取装置包括：成像光学***，用于调节从透镜(例如，图4的第一透镜101和第二透镜102)入射的光的图像的焦点位置；框架(例如，图4的透镜框架104)，设置成沿入射到成像光学***的光的光轴方向可移动，用于通过覆盖成像光学***的周边而固定该成像光学***；驱动单元(例如，图4的偏心筒体105)，用于将框架沿光轴方向驱动到预先设定的范围内的任意位置；图像拾取器件(例如，图4的图像拾取器件107)，用于接收通过成像光学***入射的光，以便可以输出与所接收的光相对应的信号；底座(例如，图4的底座106)，具有附着于其上的图像拾取器件；以及推动装置(例如，图4的弹性件111)，***到框架的中部内，用于沿光轴方向以及沿远离图像拾取器件的方向推动框架。
在框架的部分形状具有减小直径的图像拾取装置中，框架的该部分***到底座的一部分内，从而推动装置可以***到框架该部分的表面(例如，图8的表面104g)与设置在底座中的倾斜表面(例如，图8的表面106g)之间。
根据本发明第二实施例的移动电话包括内置有图像拾取装置的移动电话(例如，图10的移动电话200)。该图像拾取装置包括：成像光学***，用于调节从透镜(例如，图4的第一透镜101和第二透镜102)入射的光的图像的焦点位置；框架(例如，图4的透镜框架104)，设置成沿入射到成像光学***的光的光轴方向可移动，用于通过覆盖成像光学***的周边而固定成像光学***；驱动单元(例如，图4的偏心筒体105)，用于将框架沿光轴方向驱动到预先设定的范围内的任意位置；图像拾取器件(例如，图4的图像拾取器件107)，用于接收通过成像光学***入射的光，以便输出与所接收的光相对应的信号；底座(例如，图4的底座106)，具有附着于其上的图像拾取器件；以及推动装置(例如，图4的弹性件111)，***到框架的中部内，用于沿光轴方向以及沿远离图像拾取器件的方向推动框架。
下面将参照附图描述本发明的实施例。
图1是根据本发明实施例的图像拾取装置的外部透视图。
图1中示出的图像拾取装置100被构造成足以安装在小型便携式电子设备(诸如移动电话和PDA(个人数字助理))上的小尺寸结构。图像拾取装置100中包括图像拾取器件，其具有两维设置的光电传感器(transducer)，光电传感器包括CCD(电荷耦合器件)图像传感器和C-MOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器，以便输出与图像拾取器件的接收平面接收的光相对应的以及与所拾取的图像相对应的信号。
图像拾取器件设置在底座106的下方，从而穿过第一透镜101和第二透镜102(未示出)的光入射在图像拾取器件的接收平面上。
第一透镜101和第二透镜102固定于柱形透镜框架104，并且透镜框架104***到柱形底座106的一部分内，沿底座106的一部分形状在图中的竖直方向上可移动。偏心筒体105也被成形为柱形的，以便可以覆盖透镜框架104的外表面。偏心筒体105围绕入射在第一透镜101上的光的光轴可转动，从而偏心筒体105通过用户沿箭头121的方向移动手柄105d而转动。
偏心筒体105设置有偏心孔105a、与偏心孔105a具有相同形状的偏心孔105b、以及设置在图的后侧的且与偏心孔105a具有相同形状的偏心孔105c。线性偏心孔105a至105c的设置并不是说它们与偏心筒体105的上端面或下端面的距离是恒定的，而是说每个孔的右端靠近底座106而左端远离底座。
透镜框架104包括销104a至104c(销104b和104c未示出)，用于分别***偏心孔105a至105c内。当偏心筒体105如上所述转动时，偏心筒体105在销104a至104c的上表面和下表面分别邻接偏心孔105a至105c的上表面和下表面的状态下转动。
图2是图1中所示图像拾取装置100的结构立体图。
如图中所示，透镜框架104***到底座106的柱形固定部106d内部，从而透镜框架104的销104a至104c的相应位置适合于底座106的***部106a至106c的相应位置。因此，在图像拾取装置100中，在***部106a至106c分别邻接销104a至104c的状态下，透镜框架104可沿光轴141的方向在底座106的固定部106d内部移动。为了方便起见，图中示出的是将第一透镜101从透镜框架104上拆卸下来的情况。
在其中***有透镜框架104的固定部106d的外部，还安装有偏心筒体105。此时，如上所述，透镜框架104的销104a至104c分别***到偏心孔105a至105c内。沿光轴141方向固定偏心筒体105的位置，从而背面105e邻接底座106的表面106e。此外，如上所述，偏心筒体105通过使用者移动手柄105d而可围绕光轴141转动。
因此，当偏心筒体105转动时，销104a至104c的相应位置根据偏心孔105a至105c的相应轮廓而移动得更靠近底座106或远离之，从而通过转动偏心筒体105，透镜框架104可以与第一透镜101和第二透镜102沿光轴141方向一起移动。
也就是说，在图像拾取装置100中，通过操作手柄105d，可以调节通过透镜入射的光的焦点位置。
图3是以不同角度所看到的图1所示图像拾取装置100的视图，并且在该图中还示出了上述的底座106、偏心筒体105、以及透镜框架104。为了方便起见，图中示出的是将第一透镜101从透镜框架104上拆卸下来的情况。
图4是在图3的平面A处的图像拾取装置100的截面图。
在图中，图像拾取器件107粘附于底座106的底表面106f。图像拾取器件107包括两维设置的多个光电传感器(诸如CCD和C-MOS)。设置在图像拾取器件107中的光电传感器之间的距离是很小的，从而图像拾取器件能够以许多像素拾取图像。在图中，图像拾取器件107的上面是光接收部，并且图像拾取器件107设置成使得光接收部的中心经过光轴141。
设置有光圈103，以便可以最优地调节入射在第二透镜102上的光通量的直径。在图像拾取装置100中，通过附着于透镜框架104的第一透镜101和第二透镜102来调节入射光的图像的焦点位置。
如上所述，图像拾取装置100通过采取内置于小型便携式电子设备(诸如移动电话)中而以足够小的尺寸来构造，从而将包括第一透镜101和第二透镜102的成像光学***的焦距设定得足够小。而且，在图像拾取装置100中，将孔径F值设定为大约2至4，用于增加快门速度，以便防止照相机抖动，从而极大地减小了图像侧的聚焦深度。因此，非常需要相对于图像拾取器件107的光接收部(邻接第二透镜102的表面)沿光轴方向定位成像光学***的精度。
如上所述，在图像拾取装置100中，当通过偏心筒体105的转动而沿光轴141方向移动透镜框架104时，固定于透镜框架104的第一透镜101和第二透镜102也移动。从而，在图像拾取装置100中，通过透镜框架104沿光轴141方向的移动，成像光学***的光轴141相对于图像拾取器件107的光接收部(邻接第二透镜102的表面)而对准。因此，当通过图像拾取装置100拾取图像时，有必要使透镜框架104可以移动微小的距离，从而通过第一透镜101和第二透镜102入射的光的图像位于适当的焦点位置处，而且透镜框架104可以可靠地固定在与该适当焦点位置相对应的一位置处。
然后，在根据本发明实施例的图像拾取装置100中，弹性件111***在透镜框架104与底座106之间。根据本实施例，环形弹性件111具有类似于透镜框架104直径的直径以及凹部。其由具有预定弹性的材料(诸如泡沫橡胶、泡沫moltopren、海绵、以及具有内置弹簧的橡胶)制成。弹性件111固定在与上述底座106的固定部106d内部的透镜框架104相邻的表面106e上。
从而，透镜框架104通常被弹性件111从图中的下侧(底座106一侧)在任何位置处沿光轴141方向向上推动。由于销104a至104c分别***到偏心孔105a至105c内，所以即使透镜框架104在图中被向上推动，它也不能向上移动穿过预定位置。在这种情况下，透镜框架104可以沿光轴141方向自由移动一微小距离，并且透镜框架104可以沿光轴141方向可靠地固定在对应于适当焦点位置的一位置处。
在透镜框架104随着偏心筒体105沿光轴141方向(图中的竖直方向)转动而在预定范围内移动时，即使透镜框架104沿光轴141方向位于任何位置处，弹性件111在图中继续向上推动透镜框架104。也就是说，弹性件111的尺寸(图中的竖直尺寸)大得足以在图中向上推动透镜框架104，即使透镜框架104位于远离底座106的位置处。
在能够以大量的像素拾取图像的图像拾取装置100中，尽管如上所述要求沿光轴方向定位成像光学***的高度精度，但在图像拾取器件107的光接收部上设置有多个光电传感器，以便可以在彼此相邻的传感器之间具有极小的距离(间距)，从而可能需要充分的对策来防止异物进入通过第一透镜101和第二透镜102沿光轴141方向入射在图像拾取器件107上的光通量。例如，即使肉眼不可见的小灰尘进入图像拾取器件107与第二透镜102之间的空间131，也遮挡了目标光通量，影响待拾取的图像。此外，即使在微小的震动作用很长时间时，或者由于透镜框架104与底座106的固定部106d之间的接触磨损，以及掉落过程中的或在偏心筒体105转动时销104a至104c与邻接的面之间的冲击，而产生灰尘(诸如微金属片)，也需要考虑不影响待拾取的图像。
在根据本发明实施例的图像拾取装置100中，弹性件111用于定位成像光学***。如上所述，弹性件由诸如泡沫橡胶、泡沫moltopren、海绵、以及具有内置弹簧的橡胶等材料制成，并且通过使图中的下端面邻接底座106的同时使图中的上端面邻接透镜框架104而附着。从而，与使用螺旋弹簧的情况不同，透镜框架104与底座106之间的间隙被密封，以便可以气密地密封107与第二透镜102之间的空间131，防止灰尘进入空间131。
由于弹性件111***在透镜框架104与底座106之间，以便可以在图中向上推动透镜框架104，所以可以更有效地实现防尘。例如，尽管可以从图的上侧推动透镜框架104而定位，但在这种情况下，图中透镜框架104的下端面邻接图中底座106的上端面(表面106e)。
因此，可能产生透镜框架104与底座106之间的接触磨损以及由于磨损而可以产生金属碎片(灰尘)，使得在这种情况下灰尘进入空间131。
然而，根据本发明实施例的图像拾取装置100被构造成使得部件在空间131内可以不相互接触，从而可靠地防止灰尘进入空间131内。
在这种情况下，在根据本发明实施例的图像拾取装置100中，可以以高精度实现成像光学***沿光轴方向的定位，并且采取防尘措施来防止异物(包括微尘)进入成像光学***与图像拾取器件之间。因此，可以获得高图像质量的完美的图像。
弹性件的截面形状不限于图4中所示的形状；也可以采取其它形状，只要这些形状可以如上所述推动透镜框架104即可。
图5是取代弹性件111而使用弹性件112时的对应于图4的截面图。在该变型中，使用具有矩形截面的弹性件112。
图6是取代弹性件111而使用弹性件113时的对应于图4的截面图。在该变型中，使用具有马蹄铁形截面的弹性件113。
图7是取代弹性件111而使用弹性件114时的对应于图4的截面图。在该变型中，使用具有Z形截面的弹性件114。
在图5至图7中所示的变型中，以与图4中相同的方式，透镜框架104与底座106之间的间隙用相应的弹性件112至114密封，以便可以气密地密封图像拾取器件107与第二透镜102之间的空间131，从而防止灰尘进入空间131。
可替换地，如图8中所示，通过改变底座106和透镜框架104的形状，还可以使用与图4至图7中的弹性件不同的另一弹性件。在图8的变型中，底座106和透镜框架104的形状分别在底座106的与透镜框架104的外表面面对的内表面106g上以及在透镜框架104的外表面104g上形成为类似的有角度的倾斜面。具有圆形截面的弹性件115***到表面106g与表面104g之间，以便使之邻接。
在图8的变型中，当透镜框架104沿光轴方向移动时，弹性件115不仅被压，而且沿表面106g和表面104g的倾斜面滚动。通过这种方式，可以防止弹性件的弹性下降，使得更精确地进行成像光学***沿光轴方向的定位。
除此之外，弹性件还可以优选地根据图像拾取装置的结构(诸如弹性件的材料和透镜框架的重量)而成形。
根据图像拾取装置的结构，可以在图像拾取器件上设置滤色镜(诸如红外滤色镜)，用于摄取自然色图像。图9是对应于图4的具有滤色镜的图像拾取装置的截面图。参照该图，固定于底座106上的滤色镜161设置在第二透镜102与图像拾取器件107之间。即使在这种结构中，通过采用本发明的实施例，透镜框架104与底座106之间的间隙用弹性件114密封，以便可以气密地密封滤色镜161与第二透镜102之间的空间132，从而防止灰尘进入空间132。
在该变型中，弹性件114仅作为例子；但是也可以包括上述的其它弹性件。
如上所述，根据本发明实施例的图像拾取装置100可以安装在小型便携式电子设备上。图10A和图10B是示出了具有其上安装有图像拾取装置100的移动电话200的实例的视图；图10A是从操作侧看到的移动电话200的主视图；而图10B是从移动电话200的背面看到的视图。
移动电话200装有设置在中心的铰链，以便可以折叠。如图10A所示，移动电话200包括：上部201，具有包括显示屏的显示单元221；以及下部202，具有包括按键的操作单元。
当图像拾取装置100安装在移动电话200上时，如图10B所示，第一透镜101设置成在上部201的背面上露出其自身。图像拾取装置100构造成具有的厚度与移动电话200的厚度相比足够小(薄)，从而通过将图像拾取装置100安装在移动电话上，可以不强加诸如在移动电话200外部设计方面自由度的约束。
通过以此种方式将根据本发明实施例的图像拾取装置100安装在移动电话200上，例如可以在远离家的地方以较高的图像质量简单地拾取完美的图像。通过使用移动电话200的通信功能，所拾取的图像也可以传递到另一移动电话或个人计算机。因此，可以以低成本更方便地利用包括高质量图像的信息。
对本领域技术人员来说应该理解，可以根据设计需求和其它因素进行各种改变、结合、子结合和替换，只要它们是在本发明所附权利要求或其等同物范围内进行。

Claims (8)

1.一种图像拾取装置，包括：
成像光学***，用于调节与从透镜入射的光相对应的图像的焦点位置；
框架，设置成沿入射到所述成像光学***的光的光轴方向可移动，用于通过覆盖所述成像光学***的周边而固定所述成像光学***；
驱动单元，用于将所述框架沿所述光轴方向移动到预定范围内的任意位置；
图像拾取器件，用于接收通过所述成像光学***入射的光，以便可以输出与所接收的光相对应的信号；以及
推动单元，***到附着有所述图像拾取器件的底座与所述框架之间，用于沿所述光轴方向以及沿远离所述图像拾取器件的方向推动所述框架。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述推动单元包括具有预定弹性的弹性件。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述弹性件由环化橡胶制成。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述橡胶包括内置的弹簧。
5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述弹性件由环化的泡沫橡胶制成。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述推动单元***到所述底座的其上附着有所述图像拾取器件的表面与所述框架的邻接所述图像拾取器件的端面之间。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述框架的形状形成为所述框架一部分的直径逐渐减小，并且所述框架的所述部分***到所述底座的一部分内，并且
其中，所述推动单元***到框架表面的一部分与所述底座上形成的倾斜表面之间。
8.一种包括内置的图像拾取装置的移动电话，其中，所述图像拾取装置包括：
成像光学***，用于调节与从透镜入射的光相对应的图像的焦点位置；
框架，设置成沿入射到所述成像光学***的光的光轴方向可移动，用于通过覆盖所述成像光学***的周边而固定所述成像光学***；
驱动单元，用于将所述框架沿所述光轴方向移动到预定范围内的任意位置；
图像拾取器件，用于接收通过所述成像光学***入射的光，以便可以输出与所接收的光相对应的信号；以及
推动单元，***到附着有所述图像拾取器件的底座与所述框架之间，用于沿所述光轴方向以及沿远离所述图像拾取器件的方向推动所述框架。
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