专利名称：摄像设备和俯仰装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够进行俯仰(tilting)操作的摄像设备和包含在该摄像设备中的俯仰装置，该俯仰操作用于沿俯仰方向移动该摄像设备的被摄域(object field)。
背景技术：
已提出一种被摄体自动追随装置，其能够在左右方向和俯仰方向(panning and tilting directions)上自动追随被摄体，或根据检测照相机摇动的传感器的输出自动追随被摄体(参见例如日本特开平07-104335号公报)。该被摄体自动追随装置由以下部分构成镜筒组件，其一体地包含保持镜头组的镜筒和拍摄通过该镜头组形成于其上的被摄体像的摄像元件；以及镜转动部件，其用于在镜头组的前方位置使指向被摄体的镜的反射面俯仰，由此改变该镜的反射面的俯仰角。在该被摄体自动追随装置中，通过改变该镜的反射面的俯仰角，将被摄体像通过该镜的反射面转向镜头组，并且同时，镜筒组件与该镜同度地绕镜筒的光轴转动。
然而，在上述被摄体自动追随装置的构造下，用于进行俯仰操作的镜以俯仰的方式设置在镜筒组件的镜头组的前方，因而导致装置尺寸的增大。此外，当相对水平方向进行大俯仰角的向上或者向下俯仰操作时，即，当该镜的反射面被俯仰大角度时，摄像元件的被摄域可能被镜筒组件遮挡，因此，难以确保足够的俯仰角，也就是说，俯仰操作的允许范围受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种摄像设备和一种俯仰装置，使得可以获得其尺寸的减小并同时确保足够的俯仰角。
为了达到上述目的，在本发明的第一方面，提供一种摄像设备，其包括第一光学构件，其具有第一光轴，并使沿所述第一光轴入射到该第一光学构件上的光向不同于所述第一光轴的第二光轴方向弯曲；第二光学构件，其与所述第二光轴同轴地布置，并使沿所述第二光轴入射到该第二光学构件上的所述光向不同于所述第二光轴的第三光轴方向弯曲；转动装置，其使所述第一光学构件绕所述第二光轴转动；摄像镜头系统，其与所述第三光轴同轴地布置，以使由所述第二光学构件弯曲的所述光从该摄像镜头系统中通过；以及摄像元件，其接受已通过所述摄像镜头系统的所述光，并输出图像信号。
在根据本发明的第一方面的摄像设备的构造下，通过使第一光学构件绕第二光轴转动来进行向上或者向下的俯仰操作。因此，可以将俯仰操作允许范围设定至绕第二光轴2II(rad)的角度，由此不仅可以获得设备尺寸的减小，还可以确保足够的俯仰角。
优选地，摄像设备包括保持第二光学构件的基板，并且第一光学构件以可绕第二光轴转动的方式被支撑在基板上。
优选地，第一光学构件和第二光学构件中的至少一个由光学棱镜形成。
优选地，第一光学构件和第二光学构件中的至少一个由光学反射镜形成。
为了达到上述目的，在本发明的第二方面，提供一种俯仰装置，其包含在摄像设备中，该摄像设备包括摄像镜头系统，该俯仰装置包括第一光学构件，其具有第一光轴，并使沿所述第一光轴入射到所述第一光学构件上的光向不同于所述第一光轴的第二光轴方向弯曲；第二光学构件，其与所述第二光轴同轴地布置，并使沿所述第二光轴入射的所述光向不同于所述第二光轴的第三光轴方向弯曲；以及转动装置，其使所述第一光学构件绕所述第二光轴转动。
在根据本发明第二方面的俯仰装置的构造下，可提供与由根据本发明第一方面的摄像设备提供的相同的有利效果。
从以下结合附图所作的详细说明，本发明的上述和其它目的、特征和优势将变得更加明显。
图1是根据本发明第一实施例的摄像设备的摄影光学系统的主要部分的分解透视图；图2是包含图1中的摄影光学系统和用于该摄影光学系统的俯仰机构的摄像设备的主要部分的外观透视图；图3是包含图1中的摄影光学系统和用于该摄影光学系统的俯仰机构的摄像设备的主要部分的分解透视图；图4是图2中的摄像设备的摄影光学系统的向上仰的状态的透视图；图5是图2中的摄像设备的摄影光学系统的向下俯的状态的透视图；图6是根据本发明第二实施例的摄像设备的主要部分的外观透视图。
具体实施例方式
现在，将在下文中参考示出本发明优选实施例的附图详细说明本发明。
图1是根据本发明第一实施例的摄像设备的摄影光学系统的主要部分的分解透视图。
诸如摄影机等的摄像设备设有图1所示的摄影光学系统。该摄影光学系统包括作为光学构件的第一和第二棱镜1和2。第一棱镜1具有光轴A(第一光轴)。第一棱镜1形成有反射面1a，该反射面1a使从第一棱镜1的入射面沿光轴A入射到其上的来自被摄体的摄影光向不同于光轴A的光轴B(第二光轴)的方向反射。已通过第一棱镜1的入射面进入第一棱镜1的光从反射面1a反射，以沿光轴B的方向从第一棱镜1的射出面射出。光轴A和光轴B相互垂直。
第二棱镜2在第一棱镜1的后方位置与光轴B同轴地布置，使得第二棱镜2的入射面与第一棱镜1的射出面相对。第二棱镜2形成有反射面2a，该反射面2a将沿光轴B入射到其上的光向不同于光轴B的光轴C(第三光轴)的方向反射(弯曲)。从第二棱镜2的反射面2a反射的光沿光轴C的方向从第二棱镜2的射出面射出。简单地说，从第一棱镜1的射出面射出的光通过第二棱镜2的入射面进入第二棱镜2，在反射面2a上被向光轴C的方向反射(弯曲)，然后从第二棱镜2的射出面射出。光轴B和光轴C相互垂直。
从第二棱镜2沿光轴C的方向射出的光朝与光轴C同轴布置的摄像镜头系统3行进。摄像镜头系统3由以下部分构成固定镜头组3a、可变倍率镜头组(variable power lens group)3b、与未示出的光圈一起固定的镜头组3c、以及聚焦镜头组3d。由这些镜头组实现聚焦、光圈以及变焦功能。已通过摄像镜头系统3的光在由例如CCD实现的摄像元件4的摄像面上形成被摄体像。
该摄影光学系统能够进行将被摄域向上或者向下移动的俯仰操作。通过利用俯仰机构使第一棱镜1绕光轴B转动来进行该俯仰操作，其细节将在下文中说明。
接着，将参考图2和3说明包含该摄影光学系统和该俯仰机构的摄像设备。
图2是包含图1中的摄影光学系统和用于该摄影光学系统的俯仰机构的摄像设备的主要部分的外观透视图，图3是该摄像设备的主要部分的分解透视图。
在该摄像设备中，如图2和3所示，第一棱镜1由棱镜保持构件5保持。如图3所示，棱镜保持构件5包括用于保持第一棱镜1的保持部5a。此外，棱镜保持构件5形成有开口5b和5c。开口5b与第一棱镜1的光轴A同轴地布置，用于允许来自被摄体的光沿光轴A进入第一棱镜1的入射面。开口5c与光轴B同轴地布置，使从第一棱镜1的反射面1a反射并沿垂直于光轴A的光轴B射出的光从开口5c中通过。此外，棱镜保持构件5包括具有齿状外周的滑轮部(pulley part)5d。该滑轮部5d与开口5c和光轴B同轴地布置。
第二棱镜2由棱镜基板6保持。该棱镜基板6形成有用于接受来自第一棱镜1的光的开口6a。该开口6a以与棱镜保持构件5的开口5c相对的方式与光轴B同轴地布置。此外，棱镜基板6形成有环状突起6b，该环状突起6b以相对于棱镜保持构件5的开口5c可滑动的方式接合于该棱镜保持构件5的开口5c中。该突起6b与开口6a同轴地布置。棱镜保持构件5通过突起6b和开口5c之间的可滑动接合被可转动地支撑在棱镜基板6上。此外，棱镜基板6形成有用于允许光进入摄像镜头系统3的开口6f。该开口6f与光轴C同轴地布置，使从第二棱镜2的反射面2a反射并沿垂直于光轴B的光轴C射出的光从开口6f中通过。而且，棱镜基板6形成有接合部6c、两个螺丝孔6d、以及轴6e。上述固定镜头组3a(参见图1)由棱镜基板6保持。
俯仰驱动电动机7被安装到棱镜基板6。该俯仰驱动电动机7具有输出轴7a、用于输出轴7a的轴承金属(bearing metal)7b、以及两个内螺纹7c。该轴承金属7b使其外周部装配在棱镜基板6的接合部6c中。插通棱镜基板6的各螺丝孔6d的未示出的螺钉被分别旋入内螺纹7c，由此俯仰驱动电动机7被紧固到棱镜基板6。俯仰驱动电动机7的输出轴7a被刚性地装配在蜗轮8的中心孔8a中。蜗轮8构造成与螺旋齿轮9啮合。螺旋齿轮9形成有用于可转动地装配在棱镜基板6的轴6e上的装配孔9c。此外，螺旋齿轮9还包括螺旋齿轮部9a和用于与同步带(timing belt)10啮合的齿状滑轮部9b。
同步带10不仅与螺旋齿轮9的齿状滑轮部9b啮合，还与棱镜保持构件5的齿状滑轮部5d啮合。因此，俯仰驱动电动机7的转动通过蜗轮8和螺旋齿轮9传递到同步带10，棱镜保持构件5的滑轮部5d随同步带10的转动而转动。随着滑轮部5d转动，第一棱镜1绕光轴B转动，第一棱镜1的光轴A相对光轴C的角度被改变。简单地说，进行将被摄域向上或者向下(即沿俯仰方向)移动的俯仰操作。
此外，在本摄像设备中，上述可变倍率镜头组3b(参见图1)由图2所示的保持构件12保持。该保持构件12由固定到镜座11的两个导杆17和18以沿光轴(光轴C)方向可滑动的方式支撑。保持构件12由未示出的步进电动机驱动，以在被导杆17和18引导的同时沿光轴方向进退。通过该保持构件12沿光轴方向的垂直运动来进行改变摄影放大倍率的变焦操作。
在光圈单元13中设置镜头组3c(参见图1)和用于控制来自被摄体并通过光圈的摄影光量的光圈，该光圈单元13被紧固到镜座11。该光圈由光圈驱动电动机14驱动。摄像元件4(参见图1)被保持在镜座11的后端部11a上。
聚焦镜头组3d(参见图1)由保持构件15保持。该保持构件15由两个导杆17和18以沿光轴(光轴C)方向可滑动的方式支撑。保持构件15由步进电动机16驱动，以在被导杆17和18引导的同时沿光轴方向进退。通过该保持构件15沿光轴方向的进退运动来进行聚焦被摄体的聚焦操作。
接着，将参考图4和5说明本摄像设备的摄影光学系统的俯仰操作。图4是图2中的摄像设备的摄影光学系统的向上仰状态的透视图，图5是该摄影光学系统的向下俯的状态的透视图。
这里，摄像设备被设置成摄像镜头系统3的光轴即光轴C垂直地延伸。此外，摄像设备的初始俯仰状态被设定成第一棱镜1的光轴A水平地延伸。
在该设置状态下，为了将摄影光学系统例如从初始俯仰状态向上仰仰角θ，如图4所示，沿对应于俯仰方向的方向驱动俯仰驱动电动机7，使该俯仰驱动电动机7进行对应于俯仰角θ的转数。俯仰驱动电动机7的转动通过蜗轮8、螺旋齿轮9和同步带10传递到棱镜保持构件5的滑轮部5d，由此使该棱镜保持构件5沿顺时针方向绕光轴B(参见图3)转动俯仰角θ，如图4中所见。结果，棱镜保持构件5的开口5b(参见图3)指向斜上方。更具体地，第一棱镜1(光轴A)从水平方向向上仰仰角θ，由此被摄域被移向斜上方。此时，当第一棱镜1被俯仰俯仰角θ时，由第一和第二棱镜1、2反射两次、然后形成在摄像元件4上的被摄体像相对当第一棱镜1在水平位置时形成的基准被摄体像被转动了与俯仰角θ相等的角度。为了处理该被摄体像的转动，例如基于来自未示出的俯仰角检测传感器的输出信号进行校正，使形成在摄像元件4上的被摄体像俯仰俯仰角θ而被输出到外部液晶监视器或记录在图像存储器中，由此可获得期望的俯仰图像。
另一方面，为了将摄影光学系统从初始俯仰状态向下俯俯角θ，如图5所示，驱动俯仰驱动电动机7沿对应于俯仰方向的方向转动，使该俯仰驱动电动机7进行对应于俯仰角θ的转数。俯仰驱动电动机7的转动通过蜗轮8、螺旋齿轮9和同步带10传递到棱镜保持构件5的滑轮部5d，由此该棱镜保持构件5沿逆时针方向绕光轴B转动俯仰角θ，如图5中所见。结果，第一棱镜1从水平方向向下俯俯角θ，由此被摄域被移向斜下方。
根据本实施例，通过使第一棱镜1绕光轴B有角度地转动来进行向上或者向下的俯仰操作。该构造使得可以将俯仰操作允许范围设定至绕光轴B的2п(rad)角度，由此确保足够的俯仰角。此外，由于通过使第一棱镜1绕光轴B转动进行该俯仰操作，因而可达到摄像设备尺寸的减小。
接着，将参考图6说明本发明的第二实施例。图6是根据第二实施例的摄像设备的主要部分的外观透视图。
根据本实施例的摄像设备与根据第一实施例的摄像设备的不同之处在于反射镜代替第一棱镜1和第二棱镜2用作光学构件。其他部分与第一实施例的对应部分的构造相同，因此省略对它们的说明。
更具体地，如图6所示，根据本实施例的摄像设备具有反射镜保持构件21和反射镜基板22。该反射镜保持构件21与第一实施例的棱镜保持构件5的形状相同，第一反射镜19被保持在反射镜保持构件21中的预定位置。类似于第一棱镜1，第一反射镜19将沿光轴A入射到其上的光向垂直于光轴A的图6中未示出的光轴B的方向反射。在反射镜保持构件21中的第一反射镜19的预定位置对应于第一实施例的棱镜保持构件5中第一棱镜1的反射面1a的位置。第一反射镜19由在其一个表面上气相沉积有反射膜的树脂板状构件形成。可选地，也可将其上层叠有反射镜的板状构件用作第一反射镜19。
反射镜基板22与第一实施例的棱镜基板6的形状相同。第二反射镜20被保持在反射镜基板22上的预定位置。第二反射镜20将从第一反射镜19反射并沿光轴B行进的光向垂直于光轴B的图6中未示出的光轴C的方向反射。反射镜基板22上的第二反射镜20的预定位置对应于第一实施例的棱镜基板6上的第二棱镜2的反射面2a的位置。类似于第一反射镜19，第二反射镜20由在其一个表面上气相沉积有反射膜的树脂板状构件形成。可选地，也可将其上层叠有反射镜的板状构件用作第二反射镜20。
本发明不限于上述实施例，而可基于本发明的主题以各种方式进行修改，只要能够达到所附的权利要求所述的功能或者由上述实施例的构造所实现的功能，就不应当将其排除在本发明的范围以外。
权利要求
1.一种摄像设备，其包括第一光学构件，其具有第一光轴，并使沿所述第一光轴入射到该第一光学构件上的光向不同于所述第一光轴的第二光轴方向弯曲；第二光学构件，其与所述第二光轴同轴地布置，并使沿所述第二光轴入射到该第二光学构件上的所述光向不同于所述第二光轴的第三光轴方向弯曲；转动装置，其使所述第一光学构件绕所述第二光轴转动；摄像镜头系统，其与所述第三光轴同轴地布置，以使由所述第二光学构件弯曲的所述光从该摄像镜头系统中通过；以及摄像元件，其接受已通过所述摄像镜头系统的所述光，并输出图像信号。
2.根据权利要求1所述的摄像设备，其包括保持所述第二光学构件的基板，以及其中，所述第一光学构件以可绕所述第二光轴转动的方式被支撑在所述基板上。
3.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述第一光学构件和所述第二光学构件中的至少一个由光学棱镜形成。
4.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述第一光学构件和所述第二光学构件中的至少一个由光学反射镜形成。
5.一种俯仰装置，其包含在摄像设备中，该摄像设备包括摄像镜头系统，该俯仰装置包括第一光学构件，其具有第一光轴，并使沿所述第一光轴入射到该第一光学构件上的光向不同于所述第一光轴的第二光轴方向弯曲；第二光学构件，其与所述第二光轴同轴地布置，并使沿所述第二光轴入射到该第二光学构件上的所述光向不同于所述第二光轴的第三光轴方向弯曲；以及转动装置，其使所述第一光学构件绕所述第二光轴转动。
6.根据权利要求5所述的俯仰装置，其包括保持所述第二光学构件的基板，以及其中，所述第一光学构件以可绕所述第二光轴转动的方式被支撑在所述基板上。
7.根据权利要求5所述的俯仰装置，其特征在于，所述第一光学构件和所述第二光学构件中的至少一个由光学棱镜形成。
8.根据权利要求5所述的俯仰装置，其特征在于，所述第一光学构件和所述第二光学构件中的至少一个由光学反射镜形成。
全文摘要
本发明提供一种摄像设备和俯仰装置。该摄像设备可以具有小尺寸并确保足够的俯仰角。在该摄像设备中，光沿第一光轴入射到第一棱镜上，该第一棱镜通过俯仰机构绕第二光轴转动，并且该光由第一棱镜向第二光轴方向弯曲。然后，该光沿第二光轴入射到与第二光轴同轴布置的第二棱镜上，并由第二棱镜向第三光轴方向弯曲，通过与第三光轴同轴布置的摄像镜头系统。该光由输出图像信号的摄像元件接受。
文档编号H04N5/232GK1885142SQ200610086739
公开日2006年12月27日 申请日期2006年6月20日 优先权日2005年6月20日
发明者山本晴滋 申请人:佳能株式会社