CN101116315B - 光学装置 - Google Patents

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Abstract

一种光学装置，供照相机使用，并用于照射物体。该光学装置包括发光元件和被设置成引导来自发光元件的光的透镜，以用从发光元件发射的光照射物体。发光元件包括两个或更多个发光区，其中来自发光区的光自透镜以相应的空间角度被引导，且发光区可单独地并选择性地被控制以发射可控光强度的光。供变焦照相机使用时，该装置能进行与照相机的变焦相对应的变焦，以照射基本上与被摄影部分相对应的物体。

Description

光学装置
技术领域
本发明涉及光学装置，供成像装置如照相机使用，用于取得物体的摄影图像和用于当取得图像时照射物体。
背景技术
传统的模拟和数字照相机使用通过放电管和透镜的闪光、凹面镜或其他聚焦装置，用于将自放电管的光引导至物体。具有焦距可变透镜(变焦透镜)的照相机能使用可变焦闪光，其中聚焦装置能够相对于放电管移动而与相机透镜的焦距无关，从而自闪光的光束的发散角度被控制，以与相机透镜的成像角度相对应。在相机透镜的短焦距处，控制闪光以比长焦距时更大的发散角度扩展光，从而基本上仅照射被摄影的物体。
通常都接受以下清晰度的透镜(用于成像或其他目的)，并且贯穿本说明书都使用以下清晰度的透镜：
宽角度透镜：具有(相对)短焦距的透镜，和
长焦透镜：具有(相对)长焦距的透镜。
变焦透镜：具有可变焦距的透镜。当变焦透镜具有短焦距时，其可称作宽角度透镜，当其具有长焦距时，其可称作长焦透镜。
例如在移动通讯装置、如移动电话中，使用小照相机，其中限制了可用空间。由于其空间需要，如上所述的利用可相对于光源移动的聚焦装置的传统变焦闪光不适合于这种应用。
提供可变光分布的不同类型的闪光由JP 02-135327得知，其中被设置成相互相邻的两个分离的发光单元用在频闪装置中。在光分布中为宽的一个发光单元当摄影透镜被设置成宽视角(WIDE位置)时发光，同时在光分布中为窄的另一个发光单元当摄影透镜被设置成窄视角(TELE位置)时发光。另外该装置非常大，并由此较不适合于小的移动装置。
而且，尽管这些装置能提供可变光分布(宽或窄的空间角度)，但是，光分布或多或少地集中在照相机透镜的轴附近。通常，较灵活的光分布是有利的，因为将被摄影的物体不一定被设置在将取得的画面的中间。
因此，本发明的目的是提供一种光学装置，其足够小型化以被设置在移动通讯装置中，且其中能以更加有效的方式控制光分布。
发明内容
本发明提供了一种光学装置，供成像装置使用，用于取得物体的摄影图像，该光学装置包括能够发光的发光元件、和被设置成引导来自发光元件的光以用从发光元件发射的光照射物体的透镜，其中发光元件包括两个或更多个发光区，其中来自发光区的光被从透镜以相应的空间角度引导，且发光区能被单独地且选择性地控制成发射可控强度的光。
当具有至少两个发光区的发光元件设置在共用透镜后面时、且发光区能被单独且选择性地控制时，能实现可用在移动装置中的非常小型化的装置，且其允许非常灵活的光分布。
这种光学装置能用作用于取得物体的摄影图像的成像装置的独立配件，但是其可以本身包括用于取得物体的摄影图像的成像装置，该成像装置包括与感光元件以成像关系设置的成像透镜，以将光从物体投射到感光元件上，从而在感光元件上形成物体的图像。
发光元件可以包括发光二极管或其他固体发光装置，发光区可以包括第一发光区和设置在第一发光区周围的第二发光区。
在本发明的光学装置中，成像装置能选择性地限制物体成像至成像透镜的较小或较大的孔径角，这被称为变焦。物体成像能通过选择感光元件上物体图像的相应部分被限制为成像透镜的该较小或较大的孔径角，这被称为数字变焦。当成像透镜具有可变焦距时，物体成像可通过选择性变化成像透镜的焦距被限制为成像透镜的该较小或较大的孔径角，这被称为光学变焦。
不管使用数字变焦还是光学变焦，当物体成像被限制为成像透镜的较小的孔径角时，能控制第一发光区发光，并且控制第二发光区不发光，当物体成像被限制为成像透镜的较大的孔径角时，能控制第一和第二发光区都发光。
当物体成像被限制为成像透镜的较大的孔径角时，优选控制第一和第二发光区都以第一光强度发光，当物体成像被限制为成像透镜的较小的孔径角时，控制第一发光区以第二光强度发光，并且控制第二发光区不发光。由此，避免了来自发光元件的光用于照射没有成像在感光元件上的物体，并且节省了功率。
优选地，第二光强度高于第一光强度。当物体成像被限制为成像透镜的较小的孔径角、即成像装置处于远摄或放大模式，且第二发光区被控制成不发光时，其都是可以的并且是有利的以控制第一发光区发射更多的光，而不会由于元件中耗散的功率导致发光元件过热。
在根据本发明的光学装置中，感光元件能包括电荷耦合装置、CMOS装置或在载体上具有感光乳剂的膜。
发光区可被设置成手动控制，以发射可控强度的光。这使得用户能根据其在给定情况下发现的最适当的条件选择发光区。
该光学装置可以进一步包括被设置成测量至物体的距离的距离测量装置，并且然后发光区可以被设置成根据所测量的距离被控制成发射可控强度的光。由此，在物体被设置成距离光学装置相对远的情况下，照明光可以通过使用仅一个或几个发光区而集中在物体上。
该光学装置可被设置成执行在感光元件上形成的图像的图像分析，并且在这种情况下，发光区可以被设置成根据所述图像分析的结果被控制成发射可控强度的光。以这种方式，该分析结果可以用于建议从哪些基本区发光或者直接控制这些区。
根据本发明的光学装置可以包括用于无线话音通信的装置，例如移动电话。
根据本发明的光学装置不具有需要精细调整的可移动部分，并且因此其对机械冲击较不敏感。
当取得物体摄影、例如人物的肖像摄影，并且背景比人距照相机透镜更远时，发光元件的中心部分将照射人，且外围部分将照射背景。一个或多个中心发光区可被控制成发射比外围部分中的区更低强度的光，由此接近照相机的人和更远的背景都可以被更均匀地照射。
附图说明
现在将参考附图更全面地描述本发明，在图中
图1是本发明的光学装置的前视图；
图2是图1中的光学装置的侧面示意图；
图3示出了图1中的光学装置中的变焦原理；
图4示出了在图1-3中示出的装置中使用的发光元件；以及
图5示出了使用基本发光区的单独控制的实例。
具体实施方式
在图1和图2中示出了移动电话10的轮廓，该移动电话10具有用于取得摄影图像的照相机20或其他装置以及能被控制成发光以照射将通过照相机20摄影的物体的照明装置30。移动电话10具有未示出的用于无线话音通信的装置。
照相机20包括成像透镜21，其与感光元件22以成像关系设置，以便将光从物体投射到感光元件上，从而于其上形成物体的图像。在所示出的实例中，感光元件22是例如电荷耦合装置(CCD)，并且所取得的图像是数字图像。替换地，感光元件包括在载体上具有感光乳剂的膜。
数字照相机20能够变焦，即改变孔径角，也就是其中物体被成像到感光元件22上的空间角度。与在其他数字照相机中类似，这可以通过在感光元件上选择物体图像的适当部分例如中心部分用于照相机中的处理，并且在存储图像之前扩展或拉伸所选的图像部分来完成。这被称为数字变焦。
图3中示出的是照明装置30，包括能够发光的发光元件31、和透镜32。透镜32被设置成将来自发光元件的光引导至物体以照射该物体。
图4中示出的是发光元件31的结构，其包括第一、中心发光区33和设置在第一发光区周围的第二发光区34。第二发光区34由八个基本区构成，或者其可以是连续环形区。每个区可以被单独且选择性地控制成发射可控强度的光。每个发光区是固态装置，例如发光二极管、LED。
当照相机处于宽角度模式时，所有发光区都被控制成发光，以使光通过透镜以第一、相对大的空间角度35发射，该角度35对应于处于照相机的宽角度模式的成像透镜的孔径角。
当照相机被变焦成远摄模式时，仅中心发光区33被控制成发光，以使光通过透镜以第二、相对小的空间角度36发射，该空间角度36对应于处于照相机的远摄模式的成像透镜的孔径角。来自外部发光区34中的基本区的光不会照射物体的正在被摄影的部分，且这些基本区是关断的。这节省了功率。
一般，整个发光元件31能够以热的形式消耗一定量的功率，并且当外部发光区34关断时，降低了功耗。在不超出发光元件的功耗限制的情况下，中心发光区33可以被控制成发射强度比另外可能的光强度高的光。由此，以相对小的空间角度36的光强度将相应增加，并且能由此适当地照射更远的物体。
发光元件31优选是分段发光二极管(LED)，其中所述段能被一个一个单独地控制。在所示出的实施例中，发光元件31具有中心区33和外围区34。发光元件可具有设置在彼此周围的几个区，由此，来自照明装置的光能具有几个孔径角，以更接近地对应于照相机20的变焦设置。
可不依赖于照相机20的变焦设置单独地控制发光区。由此，光可以在需要它的方向上被引导，例如，用于控制将被摄影的物体上光的分布。
由此，作为实例，代替如上所述的根据照相机的变焦设置来控制发光区33和34，可以使用距离测量装置控制发光区。如果将被摄影的物体被设置得距离照相机相对远，则仅控制中心发光区33通过透镜发光，而当该物体较接近照相机时可以控制两个区33和34都发光。
发光区也可由用户手动控制，该用户能根据在给定情况下用户发现的最适当的条件，在其中仅从中心发光区33发光的模式和其中从中心发光区33以及外部发光区34发光的模式之间选择。
在这种情况下，也可以单独控制图4中示出的九个基本区中的每一个，这使得用户能在最需要光的方向上引导该光。图5中示出了一个实例，其中将要摄影面51。由此，能通过控制如由53所表示的一个或多个下部基本区发光，将照明装置31设置成穿过透镜32以相对小的空间角度52发光，同时其余的基本区被关断。再次地，由于在发光元件31中总共允许的功耗，与使用所有区的情况相比，这允许来自相关区的更高的光强度。
代替手动控制各个基本区，来自感光元件22的输出信号能通过图像分析程序而被分析，并且分析结果可用于建议从哪些基本区发光或者直接控制这些区。如果图像分析程序例如检测到最可能关心的物体位于场景的左上角处，这可以通过比较当前图像与多个存储的参考图像来完成，那么该程序能够自动控制相应的基本区发光，同时其余的基本区被关断。这确保了在最需要光的方向上引导该光。
本发明还非常适合于供具有光学变焦的照相机、即具有变焦透镜的照相机使用，并且还适合于其中感光元件包括在载体上具有感光乳剂的膜的照相机。
照明装置30优选为能够被制造成独立部件并且与照相机20安装到一起的模块，该照相机20同样可以是独立部件。
尽管已经描述并示出了本发明的优选实施例，但是，本发明不限于此，而是也可以体现为在以下权利要求限定的主题范围内的其他方式。

Claims (17)

1.一种供成像装置使用的用于取得物体的摄影图像的光学装置，该光学装置包括：
发光元件(31)，其能够发光并且包括至少两个发光区(33，34)，其被设置成使得来自所述发光区的光能够以各自相应的空间角度被引导，并且使得所述发光区(33，34)能够被单独且选择性地控制成发射可控强度的光，
其特征在于：
所述发光元件(31)包括固态发光装置；以及
该至少两个发光区(33，34)被设置在共用透镜(32)后面，该共用透镜被设置成引导来自所述发光区的光以照射物体。
2.如权利要求1的光学装置，其中所述固态发光装置是发光二极管。
3.如权利要求1或2的光学装置，其中所述至少两个发光区包括第一中心发光区(33)和设置在第一中心发光区(33)周围的第二发光区(34)。
4.如权利要求3的光学装置，其中所述第二发光区(34)由多个基本区构成，每一个基本区可以被单独且选择性地控制成发射可控强度的光。
5.如权利要求1的光学装置，还包括用于取得物体的摄影图像的成像装置(20)，该成像装置包括彼此以成像关系设置的成像透镜与感光元件(22)，以便将光从物体投射到感光元件(22)上，以在感光元件(22)上形成物体的图像。
6.如权利要求5的光学装置，其中所述成像装置(20)能够选择性地限制物体成像至成像透镜的较小或较大的孔径角。
7.如权利要求6的光学装置，其中所述物体成像通过选择感光元件(22)上物体图像的相应部分而被限制至成像透镜(21)的该较小或较大的孔径角。
8.如权利要求6的光学装置，其中所述成像透镜(21)具有可变焦距，并且所述物体成像通过选择性地改变成像透镜(21)的焦距而被限制至成像透镜(21)的该较小或较大的孔径角。
9.如权利要求6至8中的任一项的光学装置，其中
当所述物体成像被限制为成像透镜的较大的孔径角时，第一(33)和第二(34)发光区都被控制成发射具有第一光强度的光，以及
当所述物体成像被限制为成像透镜的较小的孔径角时，第一发光区(33)被控制成发射具有第二光强度的光，并且第二发光区(34)被控制成不发光。
10.如权利要求9的光学装置，其中第二光强度比第一光强度高。
11.如权利要求5的光学装置，其中所述感光元件(22)包括电荷耦合装置。
12.如权利要求5的光学装置，其中所述感光元件(22)包括CMOS装置。
13.如权利要求5的光学装置，其中所述感光元件(22)包括在载体上具有感光乳剂的膜。
14.如权利要求1的光学装置，其中所述发光区(33，34；53)被设置成被手动控制以发射可控强度的光。
15.如权利要求1的光学装置，还包括距离测量装置，其被设置成测量与物体的距离，并且其中所述发光区(33，34；53)被设置成被控制以根据所述测量的距离发射可控强度的光。
16.如权利要求1的光学装置，还被设置成执行在感光元件(22)上形成的图像的图像分析，并且其中所述发光区(33，34；53)被设置成被控制以根据所述图像分析的结果发射可控强度的光。
17.如权利要求1的光学装置，还包括用于无线话音通信的装置。
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