CN1239954C - 图像感受设备 - Google Patents

Abstract

本发明目的是提供一种图像感受设备，包括一个具有图像感受区的构件，一个光学件，一个定位所述光学件的定位部，以及，一个保持所述光学件和固定上述定位部的支承件，所述光学件把来自被感受物体的光束在上述图像感受区上形成一个图像；其中，通过两个调整件调整上述图像感受区的位置，所述调整件与所述支承件在两个接触区接触并与所述支撑件可动地连接；以及所述两个调整件设在上述光学件光轴的两侧，上述两个接触区设在离上述光学件光轴的不同距离处，以及，在粘合接触区时，靠近的接触区的粘合状态不同于离开上述光学件光轴的接触区的粘合状态；从而，当上述光学件随着所述构件的温度变化而沿着光轴变形时，上述图像感受区沿着与上述光学件变形的相同方向变形。

Description

图像感受设备

技术领域

本发明涉及了一种具有一个图像感受件的图像感受设备，对于如温度变化的外界因素引起的散焦现象采用了一种补偿构造。

背景技术

日本专利拟公开号10-253871公开了一个聚焦检测设备，作为调整和固定一个图像感受件的常规方法。这种设备的设置如图18所示。设备具有一个受光件111，通过一个图像透镜110把物体图像投影在其上面，以及一个受光件的保持件112。在保持件112上转动和移动受光件111，可以调整绕光轴(第一轴)的倾角。在保持件112上移动受光件111，可以调整沿着相互垂直的第二和第三轴的偏移，第二和第三轴在基本上垂直于图像透镜110光轴的平面上。

受光件的的保持件112上装有调整件113，它们能够平行于第一轴运动，并且具有铰链113a，可转动地把调整件113连接在受光件的保持件112上。每个调整件113相对着地连接到一个保持架114上，使得基本上平行于第一轴。凹口112a与铰链113a接触，可转动地连接受光件的保持件112，可以调整受光件111绕第二轴的倾角。至少调整件113之一沿光轴前后移动，可以调整受光件111绕第三轴的倾角。此外，以基本上相同的移动量相对于保持架114前后移动调整件113，可以调整沿第一轴的偏移。这样实现了总共为六个轴的调整，即沿着和绕着第一、第二和第三轴的调整。

用上述机构完成了六轴调整之后，受光件111与受光件的保持件112，受光件的保持件112与调整件113，以及调整件113与保持架114相互粘合。结果，把受光件111固定在保持架114上。

常规方法采取一种设置，其中即使一个构件的温度变化几乎不会引起受光件111的位置变化。为此，光学件本身必须几乎不改变位置。但是，如果在常规设置中图像透镜110用塑料制成，则由于高的线膨胀系数(参见表1)温度变化会引起位置偏移。

                                 表1

零件名称	材料	线膨胀系数(×10-5mm/℃)	弯曲弹性模量(×104N/mm)
				支承件	塑料	1.500	2.43
图像感受件	金属	0.260	7.00
				外罩玻璃	玻璃	0.378	8.60
摄影透镜	塑料	7.000	0.24
				盖片玻璃	玻璃	0.810	7.15
调整件	金属	0.860	11.000
				硅基粘合剂	树脂	5.000	0.0002
快速粘合剂	睛基丙烯酸酯	13.000	0.0421

为了防止这点，采用玻璃来降低图像透镜110的线膨胀系数，以满足性能要求。但是，玻璃是费钱的，因此采用塑料透镜必须满足性能要求，以降低设备的成本。

发明内容

已经作出本发明来考虑上述情况，其目的是提供一种图像感受设备，它始终保证适当的图像感受性能。

为了解决常规的问题和达到上述目的，按照第一方面特征，本发明的图像感受设备包括如下设置。

根据本发明一个方面的图像感受设备，包括一个具有图像感受区的构件，一个光学件，一个定位所述光学件的定位部，以及，一个保持所述光学件和固定上述定位部的支承件，所述光学件把来自被感受物体的光束在上述图像感受区上形成一个图像；其中，通过两个调整件调整上述图像感受区的位置，所述调整件与所述支承件在两个接触区接触并与所述支撑件可动地连接；以及所述两个调整件设在上述光学件光轴的两侧，上述两个接触区设在离上述光学件光轴的不同距离处，以及，在粘合接触区时，靠近的接触区的粘合状态不同于离开上述光学件光轴的接触区的粘合状态；从而，当上述光学件随着所述构件的温度变化而沿着光轴变形时，上述图像感受区沿着与上述光学件变形的相同方向变形。

根据本发明另外一个方面的图像感受设备，包括一个具有图像感受区的构件，一个光学件，一个定位所述光学件的定位部，以及一个保持所述光学件和固定上述定位部的支承件，所述光学件把来自被感受物体的光束在上述图像感受区上形成一个图像；其中，通过两个调整件调整上述图像感受区的位置，所述调整件与所述支承件在两个接触区接触并与所述支撑件可动地连接；以及两个调整件设在上述光学件光轴的两侧，两个接触区设在离开上述光学件光轴的不同距离上，以及在粘合接触区时，离开上述光学件光轴的接触区被粘合，而靠近的接触区不粘合，从而，当上述光学件随着所述构件的温度变化而沿着光轴变形时，上述图像感受区沿着与上述光学件变形的相同方向变形。

根据本发明另外一个方面的图像感受设备，包括一个具有图像感受区的构件，一个光学件，一个定位所述光学件的定位部，以及一个保持所述光学件和固定上述定位部的支承件，所述光学件把来自被感受物体的光束在上述图像感受区上形成一个图像；其中，通过两个调整件调整上述图像感受区的位置，所述调整件与所述支承件在两个接触区接触并与所述支撑件可动地连接；以及两个调整件设在上述光学件光轴的两侧，两个接触区设在离开上述光学件光轴的不同距离上，在粘合接触区时，用于离开上述光学件光轴的接触区的粘合剂和靠近的接触区的粘合剂具有不同的材料；从而，当上述光学件随着所述构件的温变变化而沿着光轴变形时，上述图像感受区沿着与上述光学件变形的相同方向变形。

本发明采用一种装置，使图像感受区沿着与光学件变形的相同方向变形。即使光学件易于变形，图像感受区也沿着相同的方向变形。可以减少光学件和图像感受区之间的距离，也就是说，可以减小散焦现象。

调整件和支承件在许多接触区上相互接触，在粘合许多接触区时改变一个粘合状态。这可以控制图像感受区沿光轴的变形量。

在粘合接触区时，离开光学件光轴的接触区的粘合状态不同于靠近的接触区的粘合状态。图像感受区可以沿着与光学件沿光轴变形的相同方向变形。

当由于构件温度变化而使图像感受区沿光轴变形时，设定一个使光学件沿着与图像感受区变形的相同方向变形的区域，也可以减小散焦现象。

此外，光学件的线膨胀系数高于支承件，支承件的线膨胀系数高于图像感受区。这种设置可以使沿光轴的各个变形方向相互一致。

调整件和支承件在许多接触区上保持相互接触，在粘合许多接触区时，其中有些接触区被粘合而其余的接触区不粘合。可以容易地改变粘合状态。

调整件和支承件在许多接触区上相互接触，在粘合许多接触区时，改变粘合剂的材料。组合这些粘合剂，可以比较容易地改变粘合剂材料来方便地控制变形。

在光学件光轴的两侧设有许多调整件。在离开光学件光轴的不同距离上设定了许多接触区，在粘合接触区时，一个离开光学件光轴的接触区被粘合而靠近的接触区不被粘合。可以使光学件和图像感受沿着与光轴相同的方向变形。

在光学件光轴的两侧设有许多调整件，在离开光学件光轴的不同距离上设定了许多接触区，在粘合接触区时，离开光学件光轴的接触区和靠近的接触区具有不同的材料。沿光轴的变形方向可以相互一致，变形量可以控制。基本上可以消除由于温度变化引起的摄影透镜和图像感受件之间的间距变化。

从以下本发明一个优选实施例的描述，对熟悉该技术的人员来说，除上述讨论外的其它目的和优点也将很明显。在以下描述中，参照作为描述内容一部分的附图，说明了本发明的一个例子。但是，这个例子不是本发明各种实施例的详细论述，因此要参照在描述内容之后的权利要求来确定本发明的范围。

附图说明

图1是表示本发明第一个实施例的分解透视图(从上看)；

图2是表示本发明第一个实施例的分解透视图(从下看)；

图3是表示本发明第一个实施例的剖视图；

图4是表示本发明摄影透镜的视图；

图5是表示本发明图像感受件构造的平面视图；

图6是本发明盖片玻璃的平面视图；

图7是表示本发明实施例的图像合成中一个图素阵列平面视图；

图8是表示本发明实施例的图像合成中一个表观图素阵列平面视图；

图9是表示图像感受设备设置的示意图；

图10是表示图像感受件另一种构造的平面视图；

图11是表示本发明实施例一个调整件布局的剖视图；

图12是表示本发明实施例摄影透镜粘合状态的透视图；

图13是表示本发明实施例中热变形仿真得到的变形状态剖视图；

图14是表示本发明实施例中热变形仿真得到的摄影透镜的变形状态视图；

图15A和15B是表示本发明第二个实施例的视图；

图16是表示本发明实施例中具不同线膨胀系数材料相互粘合时的变形视图；

图17是表示本发明一个图像感受***例子的框图；

图18是表示先前技术的分解透视图。

具体实施方式

以下参照附图来描述本发明的优选实施例。

(第一个实施例)

图1到3表示了本发明的第一个实施例。图1是本发明图像感受设备的分解透视图，从透镜一侧看时沿着光轴分解。在图1中，编号1表示一个支承件，它保持一个光学件和一个图像感受区，并且遮挡外界光线；编号2是一个摄影透镜，它把来自被感受物体的光线聚焦在一个预计成象面上；编号3是一个调整件，它与支承件1和图像感受区接触，并且容许相对于摄影透镜2调整图像感受区的位置；编号4是一个保护摄影透镜2的外罩玻璃；编号5是一个保护图像感受区的盖片玻璃；以及编号6是一个图像感受件，作为一个图像感受区来感受一个图像。

图9表示了第一个实施例图像感受设备的设置示意图。通过摄影透镜2的摄影透镜组把被感受物体的图像形成在一个图像感受件61上。由图像感受件61感受这个图像来得到一个图像。

图像感受件61具有一个如图10所示的构造。编号61mng表示一个第一绿图素；61mnb为一个蓝图素；61mnr为一个红图素；以及61mng2为一个第二绿图素。应注意到，m代表水平图素线数，n代表垂直图素线数。这些图素规则地排列成一般称为Bayer阵列的阵列，如图10所示。

这个图素阵列具有的绿图素在数目上为蓝或红图素的一倍。原则上，数目相同的三色图素可以形成一个彩色图像。增加绿图素数目来得到较高的视觉灵敏度，可以增加图像质量。因此，往往采用具有Bayer阵列的图像感受件。

现在说明本发明图像感受设备的图像感受原理。如图4所示，摄影透镜2具有四个透镜区202a到202d。仅考虑透镜区202a。来自被感受物体的光束通过透镜区202a运行到盖片玻璃5。如图6所示，盖片玻璃5具有R，G和B三色的彩色过滤层。编号5g表示一个第一绿区；5b表示一个蓝区；5r表示一个红区；以及5g2表示一个第二绿区。已经通过透镜区202a的光束通过一个第一绿区5g。已经通过盖片玻璃5的光束投影到图像感受件6中的图像感受区60g。

如图5所示，图像感受件6具有四个图像感受区60g，60b，60r和60g2。已经通过透镜区202a的光束在图像感受区60g上形成一个图像。相似地，已经通过透镜区202b的光束通过蓝区5b在图像感受区60b上形成一个图像。已经通过透镜区202c的光束通过红区5r在图像感受区60r上形成一个图像。已经通过透镜区202d的光束通过第二绿区5g2在图像感受区60g2上形成一个图像。

所得到的四个图像合成一个彩色图像。此时，四个透镜区202a到202d的形状相互稍有不同，把四个图像偏移了半个图素。

图7表示了一个状态，其中相关彩色的图素被分离和做成相互叠加。为了说明方便，图素大小是不同的。实际上，图素具有几乎相同的大小和形状。假设以一个第一绿图素6013g为中心，一个蓝图素6012b向右偏移了1/2图素，以及一个红图素6012r向下偏移了1/2图素。一个第二绿图素6012g2向右和向下各偏移了1/2图素。也就是说，红图素6012r插在第一绿图素6012g和6013g之间，蓝图素6012b插在第一绿图素6013g和6023g之间。第二绿图素6012g2插在第一绿图素6012g，6022g，6013g和6023g之间的接触区上。这看起来如图8所示的一个图素阵列，可以得到一个图像，它相当于在图像感受件上带有如图10所示Bayer阵列的图像。

现在说明图像感受件6的调整。如上所述，由四个图像感受区得到三色的四个图像。这四个图像做成相互重叠成一个图像。此时，如果摄影透镜2和图像感受件6的位置改变很大，则不能拍摄到在重叠目标位置上的图像。为了防止这一点，必须足够精确地调整摄影透镜2和图像感受件6的位置。

对着沿光轴(第一轴)和在垂直于光轴平面上两个相互垂直轴(第二和第三轴)的三个轴向偏移，以及对着环绕第一、第二和第三轴转动方向的偏移，沿着总共六个轴来调整图像感受件6。参照图3和11剖视图来描述调整机构。图像感受件6粘合和固定到盖片玻璃5上，形成一个图像感受组件。盖片玻璃5与调整件3a和3b接触，在调整前不固定。所以，对着沿着水平轴(第二轴)和垂直于纸面的轴(第三轴)的偏移，可以调整图像感受件6。另外，沿着绕光轴(第一轴)的转动方向可以调整图像感受件6。

调整件3a和3b分别配合支承件1中的孔区102a和102b中(图1)。调整件3a与孔区102a的两个侧壁102af和102an接触。调整件3a的作用为引导在纸面上沿上下方向滑动。相似地，调整件3b配合在孔区102b中并且两个侧壁102bf和102bn接触。以相同移动量垂直移动调整件3a和3b能够沿光轴(第一轴)作调整。以不同移动量垂直移动调整件3a和3b能够沿着环绕垂直于图3纸面的轴(第三轴)的转动方向作调整。

如图11所示，调整件3a沿纵向不配合，孔区102a的纵向尺寸比调整件3a的尺寸大得多。这也适用于调整件3b。调整件3a可以绕着和沿着垂直于图11纸面的轴(第二轴)转动和移动，容许绕着和沿着第二轴调整图像感受件6。采取这种机构，可以对六个轴调整图像感受件6，相对于摄影透镜2调整其位置。此后，粘合盖片玻璃5和调整件3a，3b之间的接触区，以固定支承件1和图像感受组件。在支承件1和调整件3a，3b之间的各个接触区中，粘合了作为离摄影透镜2光轴较远接触区的侧壁102af和102bf。结果是，图像感受组件被固定到支承件1上。

如图4所示，摄影透镜2具有定位销孔201a和201b。定位销孔201a是长孔，而定位销孔201b是配合孔。相应于它们，支承件1具有定位销101a和101b。定位销101a配合在定位销孔201a中，定位销101b配合在定位销孔201b中，由此相对于支承件1定位了摄影透镜2。如图12所示，用粘合剂7固定支承件1和摄影透镜2。此时，粘合剂7是具有较低弹性模量的粘合剂(硅基粘合剂之类)，以消除支承件1变形的影响。

图13表示了在具有上述设置的图像感受设备中由于温度变化造成的变形状态。对于具有上述构造的图像感受设备，这个变形状态是采用有限元方法得到的传导热变形分析结果。各相关构件的性能如表1所示。关于温度条件，部件在室温下装配，温度增加到70℃来得到变形状态。因为热变形分析的变形量非常小，在表示变形状态的视图(图13和14)中只有变形量被放大了50倍。

图14仅表示了摄影透镜2。根据支承件1和摄影透镜2之间的线膨胀系数比较，线膨胀系数高得多的摄影透镜2比支承件1伸展更多。但是，摄影透镜2被粘合剂压住，其纵向伸展受到限制，造成摄影透镜2中心扩张的变形状态。因而，摄影透镜2移动离开了图像感受件6。

关于图像感受件6，盖片玻璃5和图像感受件6具有低的线膨胀系数和高的弹性模量，比较难变形。如果四个表面，即作为与调整件3a接触面的侧壁102af和102an以及作为与调整件3b接触面的侧壁102bf和102bn被牢固地固定，则图像感受件6抑制了其变形，即使在支承件1变形下也几乎不动。如上所述，摄影透镜2移动离开图像感受件6。它们之间的间距增加，造成散焦现象。为了防止这一点，当要固定图像感受区时，调整件3a和3b仅与侧壁102af和102bf粘合，使得易于移动。根据支承件1的变形，图像感受件6朝着摄影透镜2变形，如图13所示。摄影透镜2的变形量和图像感受区的变形量相互抵消，几乎不引起散焦现象。

取决于如图像感受设备材料的条件，图像感受区的变形可以比摄影透镜2的变形大。相反，在摄影透镜2和图像感受件6之间间距减少而产生散焦现象。此时，作为与调整件3a接触面的侧壁102an和作为与调整件3b接触面的侧壁102bn也被固定。同时，在比侧壁102af和102bf粘合强度小得多的粘合强度下固定侧壁102an和102bn。尽管图像感受件6朝着摄影透镜2变形，相似于仅在侧壁102af和102bf粘合的情形，这种设置减小了变形量。在这种情形中，可以控制摄影透镜2和图像感受件6之间的间距。

第一实施例已经举例说明了用于感受物体图像的一种图像感受设备。依靠同样设置，即使上述常规的聚焦检测设备也可以达到温度补偿效应。当采用图像感受设备作为用对比度检测聚焦的检测设备时，它不用于感受图像而是检测对比度来检测聚焦，也可以得到同样的效应。

(第二个实施例)

现在描述本发明的第二个实施例。与第一个实施例中相同的编号表示相同的零件。

如第一个实施例中所描述，一个图像感受组件通过调整件3a和3b固定到支承件1上。此时，如果盖片玻璃5和调整件3a，3b相互粘合，则调整件3a和作为离开光轴接触面的侧壁102af相互粘合，调整件3b和侧壁102bf相互粘合，根据由构件温度变化造成的支承件1变形，图像感受件6朝着摄影透镜2变形。为了保持图像感受件6和摄影透镜2之间的间距不变，摄影透镜2必须沿相同方向(摄影透镜2沿着光轴离开图像感受件6的方向)变形。为此，采用线膨胀系数高于支承件1线膨胀系数的材料把摄影透镜2固定到支承件1上。当构件温度升高时，摄影透镜2的伸展大于支承件1，构件的翘曲如图16所示。

相反，在第二个实施例中，支承件1的尺寸比摄影透镜2大得多，几乎不受摄影透镜2变形的影响。仅靠粘合也不能使摄影透镜2变形。考虑到这一点，取消定位销101b的配合游隙，即在一个低压下把定位销101b配合在定位销孔201b中。这仅容许摄影透镜2相似于图像感受件6作变形。

在正常配合中，一个轴比孔细，如图15A所示。在轴和孔之间存在几微米到几十微米的间隙。当支承件1和摄影透镜2随构件温度升高而伸展时，这个间隙引起相对变化。摄影透镜2仅沿着横向(在垂直于光轴的平面上)伸展，沿光轴不变形。

相反，定位销在低压下配合来消除任何配合游隙，如图15B所示，仅摄影透镜2变形。为了促进摄影透镜2的变形，用第一个实施例中描述的低弹性模量粘合剂把摄影透镜2固定到支承件1上，如图12所示。当图像感受件6沿光轴变形时，依靠摄影透镜2固定方法的设计，这可以提供没有任何间隙的构造。

现在说明一个实施例，其中对一个静物视频相机应用了本发明的一个固态图像感受件。

图17是一个框图，表示了把本发明固态图像感受件应用于一个静物视频相机的情形。在图17中，一个挡板11作为透镜12和主开关的保护。透镜12把物体的光学图像形成在固态图像感受件14上。一个光阑13改变通过透镜12的光量。固态图像感受件14接受作为图像信号的形成在透镜12上的物体图像。编号16表示一个A/D转换器，对来自固态图像感受件14的图像信号输出进行模拟-数字转换；编号17是一个信号处理器，对来自A/D转换器的图像数据输出进行各种修正操作或者压缩数据。

编号18表示一个定时信号发生器，输出各种定时信号到固态图像感受件14、图像感受信号处理线路15、A/D转换器16和信号处理器17；编号19是一个***控制/计算装置，完成各种计算工作和控制整个静物视频相机；编号20是一个临时贮存图像数据的存储器；编号21是一个记录装置控制接口，记录/阅读在记录装置上或从记录装置上的数据；编号22是一个可拆卸的记录装置，如记录/阅读图像数据的半导体存储器；以及编号23是一个外部接口，连接一个外部计算机之类。

现在描述具有上述设置的静物视频相机的摄影操作。

当开启挡板11时，主电源被打开。然后，控制***的电源被打开，如A/D转换器16的图像感受***线路的电源被打开。A/D转换器16转换来自固态图像感受件14的信号输出，并且输入到信号处理器17中。根据数据，***控制/计算装置19执行曝光计算。

由光度测定结果确定亮度，***控制/计算装置19按照确定的结果控制快门速度。

在曝光结束之后，由A/D转换器16对来自固态图像感受件14的图像信号输出进行A/D转换，并且通过信号处理器17由***控制/计算装置19写入存储器20。在***控制/计算装置19的控制下，通过记录装置控制接口21把存储器20中积累的数据记录在记录装置22上。数据可以直接输入一个计算机之类来处理一个图像。

如上所述，按照上述实施例，一个这种类型的图像感受设备采取了一个措施，使图像感受区沿着光学件变形的相同方向变形。即使光学件变形，图像感受区也沿着相同方向变形。可以减少光学件和图像感受区之间的距离变化来减小散焦现象。对于如温度变化的外部因素引起的散焦现象，采用补偿构造可以始终保证适当的性能。

本发明不限于上述实施例，在本发明的精神和范围内可以作出各种变化和修改。所以，为了向公众通报本发明的范围，作出以下权利要求。

Claims (5)

1.一种图像感受设备，包括一个具有图像感受区的构件，一个光学件，一个定位所述光学件的定位部，以及，一个保持所述光学件和固定上述定位部的支承件，所述光学件把来自被感受物体的光束在上述图像感受区上形成一个图像；

其中，通过两个调整件调整上述图像感受区的位置，所述调整件与所述支承件在两个接触区接触并与所述支承件可动地连接；以及

所述两个调整件设在上述光学件光轴的两侧，上述两个接触区设在离上述光学件光轴的不同距离处，以及，在粘合接触区时，离上述光学件的光轴较近的接触区的粘合状态不同于离上述光学件光轴较远的接触区的粘合状态；从而，当上述光学件随着所述构件的温度变化而沿着光轴变形时，上述图像感受区沿着与上述光学件变形的相同方向变形。

2.按照权利要求1的设备，其特征在于，

上述光学件的线膨胀系数高于上述支承件的线膨胀系数，以及

上述支承件的线膨胀系数高于上述图像感受区的线膨胀系数。

3.按照权利要求1的设备，其特征在于，

调整件和上述支承件在两个接触区上保持相互接触，以及

在粘合两个接触区时，其中一个接触区被粘合，而另外一个接触区不粘合。

4.按照权利要求1的设备，其特征在于，

调整件和上述支承件在两个接触区处相互接触，以及

在粘合两个接触区时，改变一个粘合区上的粘合剂材料。

5.一种图像感受设备，包括一个具有图像感受区的构件，一个光学件，一个定位所述光学件的定位部，以及一个保持所述光学件和固定上述定位部的支承件，所述光学件把来自被感受物体的光束在上述图像感受区上形成一个图像；

其中所述光学件通过压配合被固定到所述定位部，当上述图像感受区随着所述构件的温度变化而沿着光轴变形时，上述光学件就由于所述光学件和所述支承件之间不同的热膨胀系数而沿着与上述图像感受区变形的相同方向变形。

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