专利名称：光学组件及使用该光学组件的摄象装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学组件及一种使用该光学组件的摄象装置。
在摄象装置中，固态图象传感器(如CCD或MOS)装在一外壳中，由密封玻璃加以密封，并且在外壳中装有一透镜，用于在固态图象传感装置的摄象表面上形成物体图象。这种摄象装置广泛应用于摄影机中，例如用于视频摄像机、电子静态摄影机、内窥镜以及监测摄影机中。
在最近开发的摄象装置中，作为使光路弯折的光学组件，除透镜之外还使用了棱镜。在没有采用棱镜作为其光学系统组件的摄象装置中，其光轴必然垂直于固态图象传感装置的摄象表面，诸如透镜等光学组件必须设置在此垂直光轴上，其结果是增加了在光轴方向上摄象装置的长度，这在某些情况下是不利的。
应当特别指出的是，对于多种摄影机的尺寸特别是厚度，存在使其减小的需求。不采用棱镜使其光轴弯折是难以满足此需求的。
在光轴弯折的传统摄象装置中，采用一棱镜和一透镜，其棱镜用于使光轴弯折，其透镜用于成象。也就是说，采用了分立的光学部件用于使光轴弯折和用于成象。
在上述传统摄象装置中，分别采用了棱镜和透镜用于使光轴弯折和用于成象，还必须提供用于夹持棱镜的部件和用于夹持透镜的部件，其结果是增加部件的数量和组装工时。这必然导致成本增加，使得难于满足降低摄象装置价格的需要。
另外，事实上必须在透镜之外提供一棱镜作为分离部件，意味着必须提供一用于夹持棱镜的部件，这使降低摄象装置的尺寸受到限制。
另外，在这种需要于透镜之外提供一棱镜作为分离部件的摄象装置中，必须将透镜、棱镜和固态图象传感装置调整至既定的位置关系，而这种位置调整是很难进行的。这也导致制造成本增加，同样是不能忽略的。
已经做出了旨在解决上述问题的本发明。因此，本发明的目的是提供一种用于引导来自于目标的光通过一弯曲光路并在一固态图象传感器表面形成目标象的光学组件，其部件数量少，易于组装和减小尺寸，且价格便宜。本发明的另一个目的是提供一种减小了尺寸、厚度和价格且易于组装的摄象装置。
按照本发明的第一方面，提供一种由透明材料构成的光学组件，它接收来自于目标的光再引导其通过一弯曲光路并在一外部平面上形成图象。
因此，在本发明第一方面的光学组件中，一单独构件完成光路弯折和成象的功能，即既用作棱镜又用作透镜。因此，当该光学组件用于上述类型的摄象装置时，其部件的数量可以大致与不使用棱镜类型的摄象装置的相同，并且通过光路弯折还可以实现厚度的降低。
这种部件数量的减少，使光学组件本身降低尺寸和价格，以及使采用该组件的摄象装置减小尺寸和易于组装都成为可能。尤其是，不需要调节棱镜、透镜和固态图象传感器三构件之间的位置关系，而且通过调节光学组件与固态图象传感器两构件之间位置关系即可得到预定的光学特性。所以，易于进行调节，并可降低成本，从而可以满足降低摄象装置价格的要求。
按照本发明的第二方面，提供一种摄象装置，其包括图象传感器和在该图象传感器的摄象表面上形成目标图象的本发明第一方面的光学组件。
所以，本发明第二方面的摄象装置可以享有本发明第一方面光学组件的优点。
本发明的光学组件由透明材料构成，且用于接收来自目标的光并引导其通过弯曲光路在一外平面上形成目标图象。光学组件的材料必须是透明的，且在室温下是固态的。它可以是玻璃或透明树脂。光路的弯折通过内反射实现。也可以形成反射层并借助于该反射层实现反射。用于成象的必需的透镜效果，可以通过将入射表面和/或出射表面加工为弯曲表面(可以是凹表面或凸表面)而获得。也通过将用于弯折光路的内反射表面加工为弯曲表面(可以是凹表面或凸表面)得到所必需的透镜效果。
本发明的摄象装置的特征在于它包括一图象传感器和在该图象传感器的摄象表面上形成目标图象的本发明光学组件。图象传感器仅仅需要具有图象传感功能。图象传感器的典型实例包括CCD型，MOS型，和放大型的固态图象传感器。
图1是表示本发明第一实施例摄象装置的剖面图；图2是表示本发明第二实施例摄象装置的剖面图；图3是表示本发明第三实施例摄象装置的剖面图；图4是表示本发明第四实施例摄象装置的剖面图；图5是表示本发明第五实施例摄象装置的剖面图；图6是使用本发明第一实施例摄象装置构成的卡片型摄像机的剖面图。
现在将参考附图所示实施例详细说明本发明。图1至5是使用本发明光学组件实施例的本发明摄象装置实施例2a至2e的剖面图。在附图中，编号1a至1e表示透明材料如玻璃或透明树脂构成的光学组件。它们可以通过例如注模形成，并用于接收来自目标侧的光A，B或C和通过内反射改变(弯折)光路，并通过透镜效果在下述固态图象传感器6的表面(摄象表面)上形成目标象。
编号3表示形成在光学组件1a，1b和1e入射表面上的凸起；该凸起具有透镜效果。编号4a和4b表示形成在光学组件1a至1e上的反射层。该反射层由诸如铝等金属构成，并通过蒸镀形成。由于有反射层4，光学组件1a至1e上的入射光被反射，光路发生弯折。而且，通过将该反射层4的反射表面加工为一凹(或凸)表面，可形成凹面反射镜(或凸面反射镜)，从而不仅使光路弯折，而且可获得透镜效果。
在光学组件1a至1e中，由于光学组件的透镜效果(由透镜状的凸起3产生的透镜效果，和由反射层4形成的凹面反射镜或凸面反射镜所产生的透镜效果)，利用反射层4的反射而弯折的光路，使入射光A，B和/或C在固态图象传感器(6)的表面上形成图象。
编号5表示容纳固态图象传感器6的外壳，而编号7表示用于密封外壳5的密封玻璃。借助于透明胶，诸如紫外树脂，摄象装置2a至2e中的各个光学组件1a至1e的光输出表面，被粘到用于将固态图象传感器6密封在外壳5中的密封玻璃7上。用光学组件1a至1e将目标的图象形成在固态图象传感器6的表面(摄象表面)上。包容在外壳5内的固态图象传感器6与光学组件1之间的位置关系按预定方法调节好。这不需要象现有技术那样调节棱镜、透镜和图象传感器三个构件之间的位置关系。通过调节光学组件和固态图象传感器两个构件之间的位置关系，即可以获得所需的光学特性。所以，这种调节易于实现，从而导致成本降低，符合摄象装置降低价格的要求。
在图1的光学组件1a中，与其上形成有固态图象传感器6一侧相反的一侧发出的光A(光束A的光轴不与固态图象传感器6的摄象表面中心轴重合)由凸面凸起3会聚，且在光路弯折90度之前由反射层4a进一步会聚。反射层4b进一步会聚光，且在将图象形成在固态图象传感器6的摄象表面之前使光路弯折90度。
在图2所示的光学组件1b中，光B平行于固态图象传感器6中心轴并离开该中心轴间隔一位置处入射到组件上。该光B首先由凸面凸起3会聚，再进一步由反射层4a会聚，其光路弯折90度。该光进一步由反射层4b会聚，且在图象形成于固态图象传感器6的摄象表面上之前光路弯折90度。
除了没有带透镜功能的凸面凸起3之外，图3所示的光学组件1c与图1所示的光学组件1a相同。
除了没有带透镜功能的凸面凸起3之外，图4所示的光学组件1d与图2所示的光学组件1b相同。
在图5所示的光学组件1e中，平行于固态图象传感器之表面入射到组件上的光C，首先由凸面凸起3会聚，并且再由反射层4进一步会聚，在图象形成于固态图象传感器6的摄象表面之前光路弯折90度。于是，位于侧边的目标其图象可被摄取到，很好地降低了摄象装置的厚度。
在图5所示的摄象装置2e中，光路弯折90度可以一次完成(即奇数次弯折)，以使图象反转。在此情况下，用图象处理电路进行反转处理，可以使反转的图象恢复到正常状态。
图6表示通过将图1所示摄象装置2a容纳到外壳内而构成的卡片型摄像机。编号9表示外壳的底板，摄象装置2a安装在其上。编号10表示用于覆盖安装于外壳底板9上的摄象装置2a和电子部件11的上盖部分。编号12表示形成在底板9上的光阑孔。编号13表示设置用来关闭光阑孔12的红外截止滤光片。
通过使用这种技术，可以形成一证件卡大小或PC卡大小的摄像机，这是笔记本PC的标准配置，并提供了一种便宜而极为便携的卡片型摄像机。
此外，尽管摄像机是平薄的，但光路的长度可以通过弯折光路而变大，从而可以在摄象表面上形成大的目标图象。
应该注意，所示的实施例仅仅以实例的形式给出，各种变化都是可能的。比如反射层4的反射表面可以是平的，以致于其仅有弯折光路的效果而没有透镜的效果，透镜的效果仅由凸面凸起3提供。而且根据本发明，光学组件1的多个反射层4a和4b之一可以是平的，另一个可以制成凹表面的，透镜效果仅由后者提供。
本发明降低了家用摄像机、内窥镜、监视器摄像机等等的尺寸和价格。而且本发明提供了一种更适应市场，更便于使用的卡片型摄像机，因此提供了一种划时代的产品。
根据本发明第一方面的光学组件中，光路是弯折的，且成象是由单一组件完成的，所以一个组件同时既是棱镜又是透镜。于是，部件的数量基本上与不使用棱镜型的摄象装置相同，还通过弯折光路实现了厚度的减小。
由于可以减少部件的数量，所以可以减小光学组件的尺寸与价格，并可以使采用这种光学组件的摄象装置减小尺寸和易于组装。尤其应当注意，这里不需要象现有技术中那样调节棱镜、透镜和图象传感器三个构件之间的位置关系，而且通过调节光学组件与固态图象传感器两构件之间位置关系即可得到所需的光学特性。所以，易于进行调节，并可降低成本，从而可以满足降低摄象装置价格的要求。
在根据本发明第二方面的摄象装置中，采用本发明第一方面的光学组件，使得它可以分享该光学组件的优点。
权利要求
1.一种摄象装置，包括固态图象传感器和由透明材料形成的光学组件，该组件接收来自目标的光，并使光路弯折以将光引导到所述固态图象传感器上，并在所述固态图象传感器的摄象表面上形成目标图象。
2.根据权利要求1的摄象装置，其中所述的光学组件有一用于接收光的透镜部分。
3.根据权利要求1的摄象装置，其中所述的光学组件有一用于弯折所述透镜部分取得的光束光路的光路弯折部分。
4.根据权利要求3的摄象装置，其中一反射层形成在所述光学组件的光路弯折部分中。
5.根据权利要求3的摄象装置，其中所述的光学组件光路弯折部分被加工为凹面反射镜或凸面反射镜。
6.根据权利要求3的摄象装置，其中所述的光学组件具有多个所述光路弯折部分。
7.一种摄像机，包括一摄象装置，其包括固态图象传感器和由透明材料形成的光学组件，该组件接收来自目标的光，并使光路弯折以将光引导到所述固态图象传感器上，并在所述固态图象传感器的摄象表面上形成目标图象；以及一图象处理电路，用于对入射到所述摄象装置上的光通过光电转换产生的电子信号的图象信息进行信号处理。
8.根据权利要求6的摄像机，其中所述的光学组件有一用于接收光的透镜部分。
9.根据权利要求6的摄像机，其中所述的光学组件有一用于弯折通过所述第一透镜部分获得的光的光路的光路弯折部分。
10.根据权利要求9的摄像机，其中一反射层形成在所述光学组件的光路弯折部分上。
11.根据权利要求9的摄像机，其中所述光学组件的光路弯折部分被加工成为凹面反射镜或凸面反射镜。
12.根据权利要求9的摄像机，其中由奇数个所述光路弯折部分导致图象反转后的图象信息，被所述图象处理电路作反转处理而恢复到正常状态。
全文摘要
本发明公开一种用于通过弯折光路从目标引导光束,并在图象传感器表面形成目标图象的光学组件,其中部件的数量被减少,组装操作简便,易于实现尺寸缩小,且光学组件的价格低,并使摄象装置的大小与厚度减小,便于组装和实现其价格的降低。光学组件由透明材料形成,它接收来自目标的光,并引导该光通过一弯折的光路在图象传感器的摄象表面上形成目标图象。就是说,单一构件的光学组件1既用作弯折光路的棱镜又用作起成象作用的透镜。
文档编号H01L27/14GK1199983SQ98108449
公开日1998年11月25日 申请日期1998年5月15日 优先权日1997年5月16日
发明者高地泰三 申请人:索尼株式会社