专利名称：成像装置的制作方法
技术领域：
成像装置技术领域[0001]本实用新型涉及一种成像装置，在所述成像装置中，棱镜使由成像光学系统形成的图像弯曲，以待入射到成像传感器上。
背景技术：
[0002]当追求集成在移动电子器件(诸如移动电话)中的成像装置的进一步减小/小型化时，需要进一步减小每个光学元件的直径。然而，更小直径的光学元件会导致成像表面的周缘(边缘)区域中的光量不足。由于成像表面具有矩形形状(即，非方形形状)，沿长边的周缘光量(与成像表面的长边平行的方向上(即，邻近成像表面的短边的部分)的周缘光量)远远小于沿短边的周缘光量(与成像表面的短边平行的方向上(即，邻近成像表面的长边的部分)的周缘光量)。特别地，具有这样的一些成像装置，即，在这些成像装置中，为了满足减小其中安装有成像装置的本体的尺寸的需要，成像传感器前方设置有棱镜(弯曲光学系统)。在这种结构中，成像装置将面临一个问题，即，不能增大棱镜前方的透镜直径， 这使沿成像表面的长边的周缘光量变得更小。因此，为了减小矩形形状的成像传感器的短边处的周缘光量与长边处的周缘光量之差，已做出了很多努力，以增大沿长边的周缘光量， 换言之，以增大整个周缘部分(不论是短边还是长边)处的光量。[0003]日本未审查专利申请No. 2008-242446中公开了相关技术的一个实例。实用新型内容[0004]本实用新型提供了一种成像装置，所述成像装置由以下各项构成成像传感器，具有矩形成像表面；成像光学系统，用于在成像表面上形成图像；以及棱镜，定位在成像光学系统与成像传感器之间，以使光路弯曲，其中，减小了矩形成像表面上的短边与长边之间的周缘光量差。[0005]虽然待解决的问题在于如何增大沿成像表面的长边的周缘光量，但是本实用新型基于这样的逆向构思来解决此问题，即，减小沿短边的周缘光量，从而能减小短边与长边之间的周缘光量差。[0006]根据本实用新型的一方面，提供了一种成像装置，所述成像装置包括成像传感器，具有矩形成像表面；成像光学系统，所述成像光学系统在矩形成像表面上形成物体图像；棱镜，布置在成像光学系统与成像传感器之间，所述棱镜使成像光学系统的光路弯曲； 以及遮光板(蔽光框，mask)，设置有矩形开口，所述矩形开口限制待入射到成像传感器上的光。遮光板的矩形开口的纵横比大于成像传感器的矩形成像表面的纵横比。遮光板布置在这样的位置处，即，在此位置处，成像传感器的矩形成像表面的短边与长边之间的周缘光量差小于遮光板的矩形开口的纵横比等于成像传感器的矩形成像表面的纵横比时的情况。[0007]希望满足以下条件(1)[0008](1)0. 5 < B/A < 0. 9，其中，A代表遮光板的矩形开口的纵横比，并且B代表成像传感器的矩形成像表面的纵横比。[0009]希望遮光板布置在比棱镜的位置更靠近物体侧的位置处。[0010]希望满足以下条件O)[0011](2) 1. 0 < Lm/V < 3. 0，其中，Lm代表从成像传感器的成像表面到遮光板的开口的距离，并且V代表成像传感器的成像表面的短边的长度。[0012]希望成像光学系统包括变焦光学系统，并且希望满足以下条件(3)[0013](3) Lm · · | (1/Dexpff) - (1/DexpT) | < 0. 3，其中，DexpW 代表变焦光学系统的最短焦距极限处的出瞳直径(exit pupil diameter)，并且DexpT代表变焦光学系统的最长焦距极限处的出瞳直径。[0014]希望满足以下条件⑷[0015](4)0. 6 < Y/V < 1. 0，其中，Y代表遮光板的开口的短边的长度，并且V代表成像传感器的成像表面的短边的长度。[0016]根据本实用新型，成像装置设置有成像传感器，具有矩形成像表面；成像光学系统，用于在成像表面上形成图像；棱镜，定位在成像光学系统与成像传感器之间，以使光路弯曲；以及遮光板，具有用于限制入射到成像传感器上的光的矩形开口。此成像装置能够减小矩形成像表面的短边与长边之间的周缘光量差。[0017]根据本实用新型的一方面，成像光学系统包括从物体侧以如下顺序布置的具有入射侧棱镜的负第一透镜组、正第二透镜组以及正第三透镜组。在变焦操作期间，第一透镜组是固定的，而第二透镜组和第三透镜组在光轴方向上移动。[0018]根据本实用新型的一方面，遮光板优选地设置在棱镜的入射表面上，所述棱镜布置在成像光学系统与成像传感器之间。[0019]本公开涉及包含在日本专利申请No. 2010-220914(于2010年9月30日提交)和日本专利申请No. 2011-208760(于2011年9月沈日提交)中的主题，其内容整体通过引证特意结合于此。
[0020]以下将参照附图详细地描述本实用新型，附图中[0021]图1是沿光轴截取的根据本实用新型的一实施例的成像装置的截面图；[0022]图2是图1的成像装置的分离(extracted)透视图，仅示出了遮光板、棱镜以及成像传感器；[0023]图3是示出了根据本实用新型的遮光板的光拦截效应(light intercepting effect)的一示意性模型图；[0024]图4是示出了等光量线的视图，图示了成像表面的短边和长边处的等光量分布；[0025]图5A和图5B分别示出了基于不同的遮光板形状(无论是否设置有遮光板)的成像表面的短边与长边处的光量分布的差异；[0026]图6A和图6B是示出了更改实例中的遮光板形状的前视图；[0027]图7示出了根据本实用新型的成像装置的第一实施例在短焦距极限处的透镜布置；[0028]图8A、图8B、图8C和图8D示出了在图7所示的透镜布置中出现的多种像差；[0029]图9示出了根据本实用新型的成像装置的第一实施例在长焦距极限处的透镜布置；[0030]图10A、图10B、图IOC和图IOD示出了在图9所示的透镜布置中出现的多种像差；[0031]图11示出了根据本实用新型的成像装置的第二实施例在短焦距极限处的透镜布置；[0032]图12A、图12B、图12C和图12D示出了在图11所示的透镜布置中出现的多种像差；[0033]图13示出了根据本实用新型的成像装置的第二实施例在长焦距极限处的透镜布置；[0034]图14A、图14B、图14C和图14D示出了在图13所示的透镜布置中出现的多种像差；[0035]图15示出了根据本实用新型的成像装置的第三实施例在短焦距极限处的透镜布置；[0036]图16A、图16B、图16C和图16D示出了在图15所示的透镜布置中出现的多种像差；[0037]图17示出了根据本实用新型的成像装置的第三实施例在长焦距极限处的透镜布置；以及[0038]图18A、图18B、图18C和图18D示出了在图17所示的透镜布置中出现的多种像差。
具体实施方式
[0039]现在将参照各图描述本实用新型的实施例。图1是根据本实用新型的成像装置 (成像单元)20的截面图。成像装置20具有支撑成像光学系统的壳体21。此光学系统包括第一棱镜(入射侧棱镜/入射侧光学元件)LP1、具有负电(negative power)的第一放大透镜组LG1、具有正电(positive power)的第二放大透镜组LG2、以及第二棱镜(出射侧棱镜)LP2。集成在成像装置20中的光学系统是变焦光学系统，其通过使可移动的第一放大透镜组LGl和第二放大透镜组LG2在光轴方向上移动来改变焦距。[0040]现在将描述此成像装置的光学系统。物体发出的光入射到第一棱镜LPl的入射表面LPl-i上。第一棱镜LPl由反射表面LPl-r以大致为直角反射入射光，并且此反射光沿与入射光轴OP-I垂直的中间光轴OP-C通过第一放大透镜组LGl和第二放大透镜组LG2而传播，以待入射到第二棱镜LP2的入射光学表面LP2-i上。第二棱镜LP2由反射表面LP2_r 以大致为直角反射入射光，并且因此被反射的光沿与入射光轴OP-I平行的出射光轴0P-2 从出射表面LP2-0出射。根据此构造，入射光轴0P-1、中间光轴OP-C和出射光轴0P-2构成以大致为U形弯曲的单个光学系统。入射光轴0P-1、中间光轴OP-C和出射光轴0P-2的位置全部都位于由图1的页面确定的共同平面上。[0041]出射光轴0P-2上设置并定位有成像传感器23，从而使得成像传感器23的成像表面与出射光轴0P-2垂直(参见图1)。成像传感器23设置在盖板M的内表面上，如图1所示，所述盖板覆盖壳体21的上部。第二棱镜LP2的入射表面LP2-i前方(在物体侧上)设置有用于限制入射到成像传感器23上的光的遮光板25。图2是分离透视图，仅示出了第二棱镜LP2、成像传感器23 (仅示出了成像表面23T)、以及遮光板25。成像传感器23的成像表面23T在形状上是矩形的，并且遮光板25具有以与成像表面23T的纵横比不同的纵横比形成的矩形开口 25T。[0042]遮光板25的开口 25T的纵横比A(长边的长度与短边的长度之比)由以下方程式来定义A = X/Y，其中，长边的长度是X，而短边的长度是Y。类似地，成像传感器23的开口 23T的纵横比B由以下方程式来定义B = H/V，其中，长边的长度是H，而短边的长度是V。[0043]根据本实用新型的实施例，开口 25T的纵横比A设定成大于成像表面23T的纵横比B (A > B)(即，开口 25的形状在水平方向上比成像表面23T的形状宽)，并且遮光板25 设置在成像传感器23的成像表面23T的短边与长边之间的周缘光量差较小的位置处。如果遮光板25设置得过度靠近成像传感器23，则入射到成像传感器23的短边方向上的周缘区域(邻近长边的部分)上的光过度减少。另一方面，如果遮光板25设置得过度远离成像传感器23，则通过开口 25T的光再次到达邻近(成像表面23T的)长边的部分，因此不能实现入射到邻近长边的部分上的光的有效减少。[0044]图3至图5示出了减小成像表面23T的短边与长边之间的周缘光量差的作用(效果)，根据本实施例，通过减小入射到成像表面23T的短边的附近区域上的光的量(数量 (volume)) 0如图3所示，具有会聚到邻近成像表面23T的周缘区域的部分上的几个有效光束P。会聚到邻近成像表面23T的长边的部分上的一些有效光束P部分地被拦截(在外侧上)，而位于邻近短边的部分处的其它有效光束P没有被拦截。一些有效光束P中的黑色部分示出了未到达成像表面23T的部分。[0045]如上所述，遮光板25的矩形开口 25T部分地(在外侧上)拦截(遮蔽)会聚到邻近矩形成像表面23T的长边的部分上的光束，从而减小邻近成像表面23T的长边的部分处的光量(数量)，并且结果，减小(消除)短边与长边之间的周缘光量差。图4示出了在成像表面23T上显示的等光量(数量)椭圆线30。如图4所示，成像表面23T上的每条等光量(数量)线30的形状均(能变得)更接近成像表面23T本身的形状，从而使得邻近长边的部分与邻近短边的部分之间的光量差较小。因此，使用者在观看到的图像的周缘区域中不会感觉到较低的光量。[0046]图5A和图5B示出了光量分布的实例，其中，图5A示出了遮光板开口 25T的纵横比与成像表面23T的纵横比大致相同的情况，而图5B示出了遮光板25T的纵横比适当地大于成像表面23T的纵横比并且遮光板25设置在最佳位置处的情况。关于光量分布31H(代表与成像表面23T的长边平行的光量分布)，应当注意的是，图5A与图5B之间几乎没有差异。 另一方面，关于光量分布31V1和31V2 (分别代表在以上两种情况中与成像表面23T的短边平行的光量分布)，图5A的光量分布31V1在长边的附近区域中没有下降(即，周缘光量在长边的附近区域中仍然较大)，而图5B的光量分布31V2在长边的附近区域中下降(即，光量在长边的附近区域中变小)。因此，如从图5B中能清楚地理解的，邻近短边的部分与邻近长边的部分之间的光量差较小。[0047]条件(1)指定了开口 25T的纵横比A与成像表面23T的纵横比B之间的比例的期望范围[0048](1)0. 5 < B/A < 0. 9[0049]如果超出条件(1)的下限，则与成像表面23T相比，开口 25T在水平方向上变得过宽，这导致成像表面23T的短边处的周缘光量(与短边平行的方向上的周缘光量)的过度减小。因此，成像表面23T的短边与长边之间将产生很大的周缘光量差。另一方面，如果超出条件(1)的上限，则不能充分地减小成像表面23T的短边处的周缘光量，这同样导致成像表面23T的短边与长边之间的很大的周缘光量差。[0050]条件( 指定了由从成像传感器23到遮光板25的距离(Lm)与成像传感器23的成像表面23T的短边的长度(V)之间的比例定义的遮光板25的期望位置[0051](2) 1. 0 < Lm/V < 3. 0[0052]如果超出条件O)的下限，则遮光板25的位置过度靠近成像传感器23，这导致由于遮光板25产生的黑角所引起的短边处的周缘光量的过度减小。因此，成像表面23T的短边与长边之间产生很大的周缘光量差。另一方面，如果超出条件O)的上限，则遮光板25 的位置过度远离成像传感器23，并且不能充分地减小短边处的周缘光量，这同样导致成像表面23T的短边与长边之间的很大的周缘光量差。[0053]条件(3)指定了在成像光学系统是变焦光学系统的情况下的期望的出瞳直径 (DexpW 最短焦距位置处的出瞳直径，DexpT 最长焦距位置处的出瞳直径)，从而能在整个变焦范围上实现遮光板的效果[0054](3) Lm · · | (1/Dexpff) - (1/DexpT) | < 0. 3[0055]如果超出条件(3)的上限，则远心角在变焦期间的变化变得更大，这由于依据变焦范围的遮光板的效果的差异而是不期望的。[0056]条件(4)指定了遮光板25的开口 25T的短边的长度(Y)与成像传感器23的成像表面23T的短边的长度(V)之间的比例的期望范围[0057](4)0. 6 < Y/V < 1. 0[0058]如果超出条件(4)的下限，则开口 25T的短边的长度变得比成像表面23T的短边的长度短太多，这导致成像表面23T的短边处的周缘光量的过度减小。因此，成像表面23T 的短边与长边之间将产生很大的周缘光量差。另一方面，如果超出条件(4)的上限，则开口 25T的短边的长度变得比成像表面23T的短边的长度长太多，因此不能充分地减小沿成像表面23T的短边的周缘光量，这同样导致成像表面23T的短边与长边之间的很大的周缘光量差。[0059]更优选地，能满足以下条件方程式(4’ )[0060](4，)0. 6 < Y/V < 0. 9[0061]图6A和图6B示出了遮光板25的开口 25T的其它形状实例。图6A是矩形开口 25T，的一实例，其全部四个角均被倒圆(具有一弧度)。图6B是开口 25T”的另一实例，其具有线轴形状，其中，每个长边的中间段朝着彼此弯曲。[0062]如上所述，显然，本实用新型的特征在于遮光板25的开口 25 ^25Τ，、25Τ”)、第二棱镜LP2与成像传感器23之间的关系。其他光学元件(即，比遮光板25更靠近物体侧的光学元件)仅出于例证的目的而示出，而非对本实施例进行限定。[0063]在此将论述第一至第三特定实施例。在像差图和表中，d线、g线、C线、F线和e 线示出了在它们各自的波长处的像差；S代表矢形图像(sagittal image)，M代表经向图像 (meridional image)，Fno.代表f号，f代表整个光学系统的焦距，W代表视野半角)， Y代表图像高度，fB代表后焦距(backfocusM盖玻片的图像侧上的位于最靠近图像侧的表面与成像表面23T之间的距离)，！·代表曲率半径，d代表透镜厚度或者透镜之间的距离， N(d)代表d线处的折射率，并且vd代表相对于d线的阿贝值。关于f号、焦距、视野半角、图像高度、后焦距以及透镜之间距离(其在变焦期间改变)的值以以下顺序示出短焦距极限、中焦距、以及长焦距极限。[0064]将关于光轴旋转对称的非球面表面定义如下[0065]χ = cy2/ (1+[1- {1+K} c2y2]1/2) +A4y4+A6y6+A8y8+A10y10+A12y12. · ·[0066]其中，“X”代表距离非球面顶点的切面的距离，“C”代表非球面顶点的曲率(1/r)， “y”代表距离光轴的距离，“k”代表二次曲线系数(conic coefficient)，A4代表四次幂非球面系数，A6代表六次幂非球面系数，A8代表八次幂非球面系数，AlO代表十次幂非球面系数，并且A12代表十二次幂非球面系数。[0067][第一实施例][0068]图7至图IOD以及表1至表5示出了本实用新型的成像装置(包括变焦透镜系统)的第一实施例。图7示出了当聚焦在无穷远处的物体上时成像装置的第一实施例在广角(短焦距)极限处的透镜布置。图8A、图8B、图8C和图8D示出了在图7所示的透镜布置中出现的多种像差。图9示出了当聚焦在无穷远处的物体上时成像装置的第一实施例在远距(长焦距)极限处的透镜布置。图10A、图10B、图IOC和图IOD示出了在图9所示的透镜布置中出现的多种像差。[0069]表1示出了透镜表面数据，表2示出了多个透镜系统数据，表3示出了非球面表面数据，表4示出了透镜组数据，并且表5示出了与本实用新型的条件有关的数据。[0070]如图7和图9所示，第一实施例的成像装置包括从物体侧以如下顺序布置的具有入射侧棱镜LPl的负第一透镜组Gl (第1到8号表面)、光圈S (第9号表面)、正第二透镜组G2 (第10到13号表面)、正第三透镜组G3 (第14和15号表面)、以及包括出射侧棱镜 LP2和成像装置23的盖玻片23T的第四透镜组G4(第16到19号表面)。出射侧棱镜(第二棱镜Ii^)的入射表面(第16号表面)上设置有遮光板25。第一至第三透镜组Gl至G3 构成成像光学系统(第四透镜组G4不是成像光学系统的元件)。[0071][表1][0072]表面数据[0073]
权利要求1.一种成像装置，包括成像传感器，具有矩形成像表面；成像光学系统，所述成像光学系统在所述矩形成像表面上形成物体图像； 棱镜，布置在所述成像光学系统与所述成像传感器之间，所述棱镜使所述成像光学系统的光路弯曲；以及遮光板，设置有矩形开口，所述矩形开口限定待入射到所述成像传感器上的光， 其特征在于，所述遮光板的所述矩形开口的纵横比大于所述成像传感器的所述矩形成像表面的纵横比；并且其特征在于，所述遮光板布置在这样的位置处，即，在此位置处，所述成像传感器的所述矩形成像表面的短边与长边之间的周缘光量差小于所述遮光板的所述矩形开口的纵横比等于所述成像传感器的所述矩形成像表面的纵横比时的情况。
2.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，满足以下条件(1)(1)0.5 < B/A < 0. 9，其特征在于A代表所述遮光板的所述矩形开口的纵横比，并且 B代表所述成像传感器的所述矩形成像表面的纵横比。
3.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述遮光板布置在比所述棱镜的位置更接近物体侧的位置处。
4.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，满足以下条件O)(2)1. 0 < Lm/V < 3. 0， 其特征在于Lm代表从所述成像传感器的所述成像表面到所述遮光板的所述矩形开口的距离，并且 V代表所述成像传感器的所述成像表面的所述短边的长度。
5.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述成像光学系统包括变焦光学系统，并且其特征在于，满足以下条件(3)(3)Lm · · I (l/Dexpff)-(l/DexpT) | < 0. 3，其特征在于DexpW代表所述变焦光学系统的最短焦距极限处的出瞳直径，并且DexpT代表所述变焦光学系统的最长焦距极限处的出瞳直径。
6.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，满足以下条件(4)(4)0.6 < Y/V < 1. 0，其特征在于Y代表所述遮光板的所述开口的短边的长度，并且 V代表所述成像传感器的所述成像表面的短边的长度。
7.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述成像光学系统包括从物体侧以如下顺序布置的具有入射侧棱镜的负第一透镜组、正第二透镜组以及正第三透镜组，并且其特征在于，在变焦期间，所述负第一透镜组是固定的，而所述正第二透镜组和正第三透镜组在光轴方向上移动。
8.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述遮光板设置在所述棱镜的入射表面上，所述棱镜布置在所述成像光学系统与所述成像传感器之间。
专利摘要本实用新型提供了一种成像装置，具有成像传感器，具有矩形成像表面；成像光学系统，用于在成像表面上形成图像；以及棱镜，布置在成像光学系统与成像传感器之间，用于使光路弯曲。具有矩形开口的遮光板限制入射到成像传感器上的光。遮光板的遮光矩形开口的纵横比(长边/短边)大于矩形成像表面的纵横比，并且矩形成像表面上的短边与长边之间的周缘光量差小于这两个纵横比彼此相等时的情况。
文档编号G02B15/177GK202306100SQ20112037958
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者小织雅和, 早川浩一郎 申请人:Hoya株式会社