CN101165586A - 双透镜光学系统和具有该双透镜光学系统的双透镜照像机 - Google Patents

Abstract

一种双透镜光学系统和具有该双透镜光学系统的双透镜照像机。所述双透镜光学系统包括：第一光学系统，其将代表物体图像的光的光轴改向90°以在图像传感器上形成图像；以及第二光学系统，其具有可移动反射构件，所述可移动反射构件被配置成有选择地定位在通过第一光学系统的光的光轴的被改向光轴的部分上，并且使用可移动反射构件来将代表物体图像的光改向90°以在所述图像传感器上形成图像，其中，所述第一光学系统和所述第二光学系统共享沿着光径定位在所述可移动反射构件之后的透镜和图像传感器。

Description

双透镜光学系统和具有该双透镜光学系统的双透镜照像机

技术领域

本发明涉及双透镜光学系统和具有该双透镜光学系统的双透镜照像机。

背景技术

近来，数字照像机已经逐渐变得更小和更薄。为此，许多照像机正在采用折射光学系统。而且，许多数字照像机正在采用变焦光学系统来改善方便性。但是，当数字照像机变得更小和更薄时，数字照像机的内部空间减少，因此使用变焦光学系统来调整焦距是有限的。因此，在提高光学变焦比上存在限制。使用软件利用数字变焦来补偿所述限制。但是，因为数字变焦使用图像的一部分来放大，图像质量变差。因此，可以通过同时采用具有标准范围内的焦距的变焦光学系统和具有更短焦距的单聚焦光学系统来提高所述光学变焦比。

存在采用所述两种不同光学系统的两种传统方法。第一种方法包括单个图像传感器和多个光学系统并有选择地使用适当的光学系统。第二种方法包括多个图像传感器和多个光学系统。

日本专利公布第10-254055号公开了一种使用第一种方法的光学系统。参见图1A，通过第一光学系统1的光被第一反射镜4反射，并且入射在图像传感器7上。参见图1B，当第一反射镜4被移动到垂直方向时，通过第二光学系统2的光被第二反射镜5反射，并且入射在图像传感器7上。参见图1C，当第一和第二反射镜4和5被移动到垂直方向时，通过第三光学系统3的光被第三反射镜6反射，并且入射在图像传感器7上。因为要采用的所有光学系统1、2和3都需要被包括在紧凑照像机内，因此难于减少部件的数量并使得照像机紧凑。

同样，在使用第二种方法的光学系统中，因为与第一种方法相比进一步增加了部件的数量，因此难于减少材料的成本并使得照像机紧凑。

发明内容

为了解决上述和/或其他问题，本发明提供了一种双透镜光学系统和具有该双透镜光学系统的双透镜照像机。

按照本发明的一个方面，提供了一种双透镜光学系统，包括：第一光学系统，其将指示物体图像的光的光轴反射90°以在图像传感器上形成图像；以及第二光学系统，其具有可移动反射构件，所述可移动反射构件被配置成有选择地定位在通过第一光学系统的光的光轴的被改向轴的部分上，并且使用可移动反射构件来将指示物体图像的光折射90°以形成在所述图像传感器上，其中，所述第一光学系统和所述第二光学系统共享沿着光径定位在所述可移动反射构件之后的透镜和所述图像传感器。

所述第一和第二光学系统共享定位在所述可移动反射构件之后的存在于同一光径上的部件。例如，所述第一和第二光学系统共享第二变焦透镜组、聚焦透镜组和图像传感器。因此，与传统方法相比，减少了部件的数量，并且在设计空间中有较少限制。

所述第一光学系统包括：第一入射透镜，指示物体图像的光入射在所述第一入射透镜上；第一棱镜，其将所述光的光轴折射90°；第一变焦透镜组和第二变焦透镜组，用于在沿着光轴移动的同时调整焦距以改变变焦比；图像传感器，在其上形成指示所述物体图像的光；以及聚焦透镜组，其被布置成沿着光轴在所述第二变焦透镜组和所述图像传感器之间移动并且调焦，使得指示所述物体图像的光良好地形成在所述图像传感器上。

所述第二光学系统包括：可移动反射构件，其有选择地定位在所述第一变焦透镜组和所述第二变焦透镜组之间的光的光轴上，以允许从与所述第一光学系统的被改向光轴的部分垂直的光轴入射的光形成在所述图像传感器上；第二入射透镜，在此，指示所述物体图像的光在与所述第一光学系统的被改向光轴垂直的方向上朝向所述可移动反射构件入射；所述第二变焦透镜组；以及所述图像传感器。

所述第一光学系统可以是变焦光学系统，以及所述第二光学系统可以是具有比所述第一光学系统的焦距更短的焦距的单焦光学系统。因此，按照本发明实施例的所述双透镜光学系统集成地采用所述变焦光学系统和所述单焦光学系统。因此，与当仅仅使用变焦光学系统时相比，可以获得更宽范围的光学变焦比。

所述可移动反射构件可以是棱镜或者反射镜。而且，所述双透镜光学系统可以还包括透镜盖，其有选择地阻挡光入射在所述第二入射透镜上。

当所述可移动反射构件未被定位在所述第一变焦透镜组和所述第二变焦透镜组之间的光轴上时，所述透镜盖阻挡所述第二入射透镜，并且当所述可移动反射构件被定位在在所述第一变焦透镜组和所述第二变焦透镜组之间的光轴上时，所述透镜盖打开所述第二入射透镜。

按照本发明的另一个方面，提供了一种双透镜照像机，包括：所述双透镜光学系统；控制单元，用于从所述图像传感器接收电信号，并且执行操作；以及存储器单元，其电连接到所述控制单元，并且存储指示物体图像的数据。

附图说明

通过参见附图详细说明本发明的优选实施例，本发明的上述和其他特征和优点将变得更清楚，其中：

图1A-1C图解了传统多焦照像机的光学系统的操作；

图2A图解了按照本发明实施例的处于W模式的双透镜光学系统；

图2B图解了按照本发明实施例的处于M模式的双透镜光学系统；

图2C图解了按照本发明实施例的处于T模式的双透镜光学系统；

图2D图解了按照本发明实施例的处于单焦模式的双透镜光学系统；

图3A图解了按照本发明另一个实施例的处于W模式的双透镜光学系统；

图3B图解了按照本发明另一个实施例的处于M模式的双透镜光学系统；

图3C图解了按照本发明另一个实施例的处于T模式的双透镜光学系统；

图3D图解了按照本发明另一个实施例的处于广角模式的双透镜光学系统；

图4A图解了按照本发明又一个实施例的处于W模式的双透镜光学系统；

图4B图解了按照本发明又一个实施例的处于M模式的双透镜光学系统；

图4C图解了按照本发明又一个实施例的处于T模式的双透镜光学系统；

图4D图解了按照本发明又一个实施例的处于广角模式的双透镜光学系统；

图5示意地图解了按照本发明实施例的双透镜照像机。

具体实施方式

以下，通过参见附图解释本发明的优选实施例而详细说明了本发明。附图中相同的附图标号表示相同的元件。

图2A、2B和2C分别图解了按照本发明实施例的处于广角模式(“W模式”)、中角模式(“M模式”)和摄远模式(“T模式”)的双透镜光学系统。参见图2A、2B和2C，按照本实施例的所述双透镜光学系统包括第一光学系统10和第二光学系统20。在本实施例中，第一光学系统10涉及变焦光学系统，而第二光学系统20涉及广角单焦光学系统。

第一光学系统10包括第一入射透镜11、第一棱镜12、第一变焦透镜组13、第二变焦透镜组15、聚焦透镜组16和图像传感器17。第一棱镜12将光沿其行进的路径的光轴改向90°，所述光代表物体图像。第一变焦透镜组13和第二变焦透镜组15沿着光轴移动以调整焦距并确定变焦比。聚焦透镜组16沿着光轴移动以调焦，使得可以在图像传感器17上良好地形成代表物体图像的光。虽然在附图中聚焦透镜组16是单个透镜，但是其也可以包括两个或者更多透镜。图像传感器17接收代表物体图像的光，并且将所述光转换为用于其每个像素的电信号。图像传感器17可以是电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)，或者任何其他适当的图像感测器件。

第一光学系统10是按照所述第一和第二变焦透镜组13和15的移动而在W、M和T模式之间改变的变焦光学系统。详细而言，所述焦距是当焦点在位于无限距离的图像上时透镜和胶片(或者图像传感器)之间的距离。就35毫米照像机而言，标准焦距在40-100毫米之间。在WS模式中，焦距较短，例如是39毫米，以便视角宽并且视觉范围大。因为焦距小于标准，因此W模式是广角模式。相反，在T模式中，焦距较长，例如是144.3毫米，因此视角窄并且视觉范围小。因为所述焦距大于标准，因此T模式是摄远模式。在T模式中，光学变焦比是3X，因为焦距是W模式中的焦距的三倍。

在上述变焦光学系统中，通过第一和第二变焦透镜组13和15在Z轴方向上的移动来确定光学变焦比。当数字照像机变小和变薄时，在提高光学变焦比上有限制。因此，按照本实施例的双透镜光学系统另外采用第二光学系统20。

图2D图解了按照本发明实施例的处于单焦模式的双透镜光学系统。参见图2D，第二光学系统20是广角单焦光学系统。第二光学系统20包括透镜盖23、第二入射透镜21、第二棱镜22、第一变焦透镜组13、第二变焦透镜组15、聚焦透镜组16和图像传感器17。透镜盖23可以手动地或者自动地阻挡光线入射在第二入射透镜21上。虽然在附图中透镜盖23是单个板并且移动到另一个位置，但是本领域内的技术人员可以容易地修改通过透镜盖23来闭合或者打开第二入射透镜21的方法。即，透镜盖23由诸如照像机快门的多个部分构成，并且当所述多个部分围绕预定轴旋转时，第二入射透镜21可以被闭合或者打开。

当用户试图使用第二光学系统20时，透镜盖23被打开以允许光通过第二入射透镜21和第二棱镜22，所述第二棱镜22位于第一变焦透镜组13和第二变焦透镜组15之间的轴上。第二棱镜22的驱动方向可以是如图2D中所示的Y轴方向或者图5中所示的X轴方向。可以通过诸如压电电机或者音圈电机之类的机动机构来执行棱镜的驱动。本发明不限于此，并且可以使用许多能够执行线性运动的其他机动机构。

当沿着所述第一和第二变焦透镜组13和15之间的光轴布置第二棱镜22时，第二棱镜22将通过第二入射透镜21的光改向90°，以向图像传感器17前进，并且同时阻挡通过第一入射透镜11的光。

在本发明中，作为单焦光学系统的实施例，说明了具有比处于W模式的变焦光学系统的焦距更短的焦距的广角单焦光学系统。单焦光学系统的焦距可以是24毫米。因此，因为视角更宽，可以在同一照片中拍摄大量的物体。即，按照本实施例的双透镜光学系统集成地采用第一光学系统10(变焦光学系统)和第二光学系统20(单焦光学系统)。因此，光学变焦比处于比仅仅使用变焦光学系统时更宽的范围。

具体上，所述第一和第二光学系统10和20可以共享在作为可移动反射构件的第二棱镜22之后布置的同一光径上的至少一些元件。例如，所述第一和第二光学系统10和20共享第二变焦透镜组15、聚焦透镜组16和图像传感器17。因此，与传统方法相比，减少了元件的数量，因此可以更有效地使用设计空间。即，与传统方法相比，本发明在更小和更薄的数字照像机中提供了高光学变焦比。而且，可以减少材料成本。

图3A-3D图解了按照本发明另一个实施例的双透镜光学系统。图4A-4D图解了按照本发明又一个实施例的双透镜光学系统。图3和4的实施例与图2A-2D中的实施例的区别在于，所述可移动反射构件是反射镜122，而不是第二棱镜22。另外，在图4A-4D中，反射镜222处于不同位置，消除了对于独立透镜盖23的需要。

在图3A-3D和图4A-4D中所示的双透镜光学系统分别采用反射镜122和222来取代图2A-2D中所示的第二棱镜22。当将图3A-3D和图4A-4D中所示的双透镜光学系统用作变焦光学系统时，反射镜122和222不位于第一和第二变焦透镜组13和15之间的光轴上。

在图3A-3D中，透镜盖23阻挡第二入射透镜21以防止指示物体图像的光入射在第二入射透镜21上。因此，指示物体图像的光通过第一入射透镜11，并且被第一棱镜12改向90°，并且通过第一变焦透镜组13、第二变焦透镜组15和聚焦透镜组16以在图像传感器17上形成图像。

当使用第二光学系统20(单焦光学系统)时，透镜盖23打开第二入射透镜21，并且反射镜122在枢轴上转动以定位在第一变焦透镜组13和第二变焦透镜组15之间的轴上。重要的是，反射镜122精确地定位在相对于第一变焦透镜组13和第二变焦透镜组15之间的轴45°的位置，以允许入射光精确地向图像传感器17前进。

不像在图3A-3D中所示的双透镜光学系统中那样，在图4A-4D中所示的双透镜光学系统中，反射镜222被布置为接近第二入射透镜21，并且不提供透镜盖23。当使用第一光学系统10(变焦光学系统)时，将反射镜222布置为与第一变焦透镜组13和第二变焦透镜组15之间的光轴平行。因此，因为反射镜222阻挡指示物体图像的光通过第二入射透镜21，因此不需要透镜盖23。

当使用第二光学系统20(单焦光学系统)时，反射镜222在枢轴上转动45°以定位在第一变焦透镜组13和第二变焦透镜组15之间的轴上。因此，通过反射镜222阻挡代表物体图像的光入射在第一入射透镜11上。仅仅入射在第二入射透镜21上的代表物体图像的光被反射镜222改向90°，并且向图像传感器17前进。重要的是，反射镜222被精确地定位在相对于第一变焦透镜组13和第二变焦透镜组15之间的轴45°的位置，以允许入射光精确地向图像传感器17前进。

图5示意地图解了按照本发明实施例的双透镜照像机。双透镜照像机100包括双透镜光学系统(10和20)、控制单元(未示出)和存储器单元(未示出)。而且，双透镜照像机100还包括取景器(未示出)。

所述光学系统的图像传感器17接收代表物体图像的光，并且将所述光转换为电信号以用于其每个像素。从图像传感器17输出的电信号通过信号传送单元(诸如柔性印刷电路板(FPCB))被输入到控制部分。所述控制部分操作和处理所述信号以产生图像数据，并且可以在必要时将图像数据传送到存储器部分和/或取景器。

如上所述，在具有按照本发明的双透镜光学系统10和20的双透镜照像机中，因为光学系统10和20共享至少一些元件，因此可以使得所述双透镜照像机更小和更薄。而且可以降低材料的成本。

虽然已经相对于本发明的示例实施例而具体示出和说明了本发明，但是本领域内的技术人员可以明白，在不脱离由所附的权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。

相关专利申请的交叉参考

本申请要求2006年10月17日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2006-0101030号的韩国专利申请的权益，其公开内容通过引用被整体并入在此。

Claims (19)

1.一种具有双透镜光学系统的成像装置，所述装置包括：

图像传感器；

第一光学系统，其将代表物体图像的光的第一光轴改向90°以在图像传感器上形成图像；以及

第二光学系统，其包括被配置成有选择地定位在光的第一被改向光轴中的可移动反射构件，并将代表物体图像的光的第二光轴改向90°以在所述图像传感器上形成图像，

其中，所述第一光学系统和所述第二光学系统共享至少一个透镜元件，以及所述图像传感器沿着光径设置在所述可移动反射构件之后。

2.按照权利要求1的成像装置，其中，至少所述第一被改向光轴的一部分和所述第二被改向光轴的一部分重合。

3.按照权利要求1的成像装置，其中，

所述第一光学系统包括：

第一入射透镜，代表物体图像的光入射在其上；

第一棱镜，其将所述光的光轴改向90°；

第一变焦透镜组和第二变焦透镜组，用于在沿着第一光轴移动的同时调整焦距以改变变焦比；

所述图像传感器；以及

聚焦透镜组，其被布置成沿着第一光轴在所述第二变焦透镜组和所述图像传感器之间移动并且调焦，使得代表所述物体图像的光良好地形成在所述图像传感器上，以及

所述第二光学系统包括：

可移动反射构件，其有选择地定位在所述第一变焦透镜组和所述第二变焦透镜组之间的光的第二光轴上，以允许从与所述第一光学系统的被改向光轴的部分垂直的第二光学系统的光轴入射的光形成在所述图像传感器上；

第二入射透镜，在此，代表所述物体图像的光在与所述第一光学系统的被改向光轴的部分垂直的方向上朝向所述可移动反射构件入射；

所述第二变焦透镜组；以及

所述图像传感器。

4.按照权利要求3的成像装置，其中，所述可移动反射构件是具有反射表面的第二棱镜，所述棱镜能够在垂直于所述第一被改向光轴的方向上移动。

5.按照权利要求3的成像装置，还包括透镜盖，其有选择地阻挡代表物体图像的光入射在所述第二入射透镜上。

6.按照权利要求5的成像装置，其中，通过机动机构来驱动所述透镜盖，以便有选择地布置在第二入射透镜和物体之间。

7.按照权利要求5的成像装置，其中，当所述第二棱镜未被定位在所述第一变焦透镜组和所述第二变焦透镜组之间的光轴上时，所述透镜盖覆盖所述第二入射透镜，并且当所述第二棱镜被定位在所述第一变焦透镜组和所述第二变焦透镜组之间的光轴上时，所述透镜盖曝光所述第二入射透镜。

8.按照权利要求3的成像装置，其中，所述可移动反射构件是反射镜，其能够围绕枢轴旋转，以便有选择地定位在所述第一变焦透镜组和所述第二变焦透镜组之间的光轴中。

9.按照权利要求8的成像装置，还包括透镜盖，其有选择地阻挡代表物体图像的光入射在所述第二入射透镜上。

10.按照权利要求9的成像装置，其中，当所述反射镜未被定位在所述第一变焦透镜组和所述第二变焦透镜组之间的光的光轴中时，所述透镜盖覆盖所述第二入射透镜，并且当所述反射镜被定位在所述第一变焦透镜组和所述第二变焦透镜组之间的光的光轴中时，所述透镜盖曝光所述第二入射透镜。

11.按照权利要求1的成像装置，其中，所述第一光学系统是变焦光学系统，以及所述第二光学系统是单焦光学系统，其具有比所述第一光学系统的焦距更短的焦距。

12.按照权利要求1的成像装置，其中，所述图像传感器是光电器件，其将代表物体图像的光转换为电信号。

13.按照权利要求1的成像装置，还包括：

控制单元，用于从所述图像传感器接收电信号，并且执行操作；以及

存储器单元，其电连接到所述控制单元，并且存储代表物体图像的数据。

14.一种具有变焦光学系统和单焦光学系统的数字照像机，所述单焦光学系统具有比第一光学系统的焦距更短的焦距，所述数字照像机具有布置在第一光轴上的图像传感器、聚焦透镜和第一变焦透镜组，

所述变焦光学系统包括：第一入射透镜，代表物体图像的光在第二光轴上入射在所述第一入射透镜上；第一光改向构件，用于将入射在所述第一入射透镜上的光改向成大致与第一光轴重合；以及第二变焦透镜组，

所述单焦光学系统包括：第二入射透镜，代表物体图像的光在第三光轴上入射在所述第二入射透镜上；第二光改向构件，用于将入射在所述第二入射透镜上的光改向成大致与第一光轴重合。

15.按照权利要求14的数字照像机，其中，所述第二光轴和所述第三光轴彼此大致平行，并且大致与第一光轴垂直。

16.按照权利要求14的数字照像机，其中，所述第一光改向构件是棱镜。

17.按照权利要求14的数字照像机，其中，所述第二光改向构件是棱镜。

18.按照权利要求17的数字照像机，其中，所述棱镜具有反射表面，并且能够在一个方向上移动，所述方向一般与第三光轴平行并重合，并且一般垂直于所述第一光轴。

19.按照权利要求14的数字照像机，其中，所述单焦光学系统还包括透镜盖，其有选择地阻挡光入射在第二入射透镜上。

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