CN101889237A - 一种用于光学成像系统的防抖光学元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学系统，其包括一个透镜组，用来投影图象到图像感应装置上；一个所述光学系统的光入口和所述图像感应装置之间的光路径；一个具有会聚或发散光学能力并被安置在所述光路径上的反射光学元件，以及移动反射光学元件的装置，其对成像系统的意外移动作出反应，以消除或缓解所述意外移动引起的负成像效应。

Description

一种用于光学成像系统的防抖光学元件

技术领域

本发明涉及一种用于光学成像系统的防抖光学元件，特别地，这种元件可被用来补偿由光学成像系统的抖动或其它意外移动而引起的像移。

发明背景

由相机或摄像机获取的图像经常由于图像感应设备的意外移动而变得模糊不清。这种意外移动可能是由于未将相机放置在平稳位置、或由用户手震引起的。在低光线(low-light)即长曝光的情况下，或者目标物体的距离过远，这个问题变得特别严重。目前，已经开发出许多防抖技术用来解决此问题。

现有技术

用来提供防抖功能的一个主要技术是使用光学技术。光学防抖技术可以通过调整透镜位置或其它光学组件或图像感应器，从而减少或消除由手震或其它震动所引起的图像模糊不清，以使图像模糊不清降至最低。已知现有技术的例子包括US5521758、US5771123和US6606194。

US5521758描述了一种可变放大光学系统，其能够平稳图像，其中提供了一个后透镜子单元，其关于倾斜中心而倾斜(tilt)，倾斜中心是光轴上一点。后透镜子单元的倾斜能够纠正图像抖动。US6606194也描述了使用一个透镜子单元，其在垂直于光轴的方向上移动以平稳图像。US5771123披露了使用一个可变角的棱镜单元，其被安置在光圈档数(aperture stop)的图像一侧。

以上所述的防抖系统都要求一个额外光学元件在透镜单元内，其会增加透镜单元的尺寸和重量，也会使改造现有透镜单元的技术变得异常困难。

还有一已知现有技术WO2007/091112A，其使用万向棱镜或一个位于窗口透镜和透镜单元之间的反光镜。棱镜和反光镜用来折转光路径，而致动器或马达则根据移动感应器而移动棱镜或反光镜，以便能够平稳图像。类似于WO2007/091112A的有US2007/0035631A和US7454130，两者都使用反射元件以折转光路径并提供防抖功能。

发明概述

依照本发明，提供了一种光学系统，其包括一个透镜组，用来投影图象到图像感应装置上；一个所述光学系统的光入口和所述图像感应装置之间的光路径；一个具有会聚或发散光学能力并被安置在所述光路径上的反射光学元件，以及移动反射光学元件的装置，其对成像系统的意外移动作出反应，以消除或缓解所述意外移动引起的负成像效应。

在本发明的实施例里，反射光学元件可以被安置在透镜组和图像感应装置之间，或是在透镜组内，或可以在所述透镜系统的光入口和所述透镜组之间。

图像形成装置可以包括一个图像感应器或胶卷。

优选地，反射光学元件被调配关于一个轴而做倾斜运动，该轴垂直于光路径，和/或反射光学元件被调配沿着所述光路径而做平移运动。

附图说明

现参照附图，并通过范例描述本发明的一些实施例，其中：

图1是本发明一个实施例的示意图；

图2(a)和(b)显示图1实施例的反射光学元件的倾斜运动和平移运动；

图3(a)和(b)显示反射光学元件的其它形式；

图4(a)和(d)比较现有技术(图4(a)和(b))和本发明实施例(图4(c)和(d))以描述本发明的优点；

图5通过范例描述一种驱动反射光学元件的可能方法；和

图6(a)和(b)描述本发明的其它实施例，其中反射光学元件被安置在光路径的不同部分。

优选实施例详述

首先参照图1，其图解示意本发明的第一实施例。所示光学系统包含一个透镜组1，透镜组1包括一个前透镜2和一个后透镜3。透镜组1可以包括其它光学元件，如折射组件4、或任何其它已知的单个或组合光学元件。光学系统被设计以产生图像并形成在成像平面上，在成像平面上有图像感应装置，如图像感应器5或可能是传统胶片。在光学系统的光入口和图像感应器5之间就确定了光路径。

安置在后透镜3和图像感应器5之间的是一个反射功能光学元件6，其将光路径折转。如以下所述，反射功能光学元件6是一个具有光学功能的光学元件，即其不仅是一个重新定向光路经的反射面，其也能够有一个光学功能，如会聚或发散的光学能力。优选地，反射功能光学元件6是一个会聚或发散镜，但其也可以是具有一个折射元件的会聚或发散反射面的组合。

如图2(a)和(b)所示，反射功能光学元件6可以倾斜(图2(a))或平移(图2(b))。参见图1和图2(a)，将会发现，通过关于Z轴旋转反射功能光学元件6可以实现其倾斜运动，Z轴垂直于附图光路径所在的XY平面。参见图1和图2(b)，平移运动是在XY平面上移动反射功能光学元件6，从而光路径与反射功能光学元件6的接触点沿着光路径移动。

如上所述，反射功能光学元件6不仅仅是一个反射元件或一个具有反射面的棱镜，而是一个具有光学功能的元件，特别是一个具有会聚或发散光学功能的光学元件。图3(a)显示了一个具有会聚光学功能的反射功能光学元件6a，而图3(b)显示了一个具有发散光学功能的反射功能光学元件6b。无论是会聚还是发散的反射功能光学元件都可以用于本发明的实施例，以产生比现有技术更好的图像质量。

通过使用会聚/发散的反射元件，可以降低成像系统的尺寸和成本，而不会降低图像质量。对普通的折转光学系统而言(如小型照相机应用)，光线通过至少一个透镜(光学折射元件)并通过一个简单的反射元件发生折转，聚焦在成像面(感应器表面或胶卷)。在本发明的实施例里，会聚/发散的反射元件同时具有了成像聚集功能和光路径折转聚焦功能。这样可以减少光学折射元件的数目，而不会降低图像质量。因此，从以下的范例可以发现，能够降低成像系统的尺寸和成本。

在图4(a)里，如现有技术，系统包括三个透镜(G1-G3)和一个平面反射元件。在此系统里，光线被聚焦，在感应器表面上形成图像A和B(来自点源物体)。光斑图像A和B模糊不清，占用了扩展的圆面积。在一个良好质量的成像系统里，图像A和B应该是细小斑点(仅占用单个像素区域)，而不是一个大的圆面积。所以，得出的结论是此系统(如图4(a)所示)的成像质量很差。

在图4(b)里，系统包括四个透镜(G1到G4)和一个平面反射元件。为了改善发散能力和成像质量，增加一个透镜(G4)到系统里。与图4(a)所示的配置相比，重新形成的图像A和B范围更小，占用更小的面积，显示图像质量通过增加一个额外的光学折射元件(G4)得以改善。

图4(c)和(d)显示本发明的实施例，其中系统包括三个透镜(G1-G3)和一个会聚(图4(c))或发散(图4(d))的反射元件。在此例子里，会聚/发散的反射元件对图像聚焦有帮助。在图4(c)和(d)里，新图像A和B范围更小，仅占用一个较小的面积，类似于图4(b)的图像质量，但不会要求额外的透镜元件G4。所以，可以看到系统的图像质量是通过使用会聚/发散的反射元件而不是要求一个额外透镜而得到改善。

图5显示一种移动反射功能光学元件6的方法的例子。反射功能光学元件6被安装在旋转模块7上，其可以关于Z轴进行旋转。关于Z轴旋转模块7可以通过使用一个致动器8而得以实现，致动器8对来自一个微处理器控制单元(MCU，图中未显示)的控制信号而作出反应，MCU又接收移动感应器(图中未显示)的输入，如本领域熟知的加速计。对来自移动感应器的输入，MCU将产生输出信号到致动器8(和其它控制平移的致动器)，输出信号是根据输入信号由MCU执行的一个算法产生，或者是基于输入信号由查找表格产生。

在以上所述的实施例里，反射功能光学元件6是置于透镜组1和成像感应器5之间。光学元件6被放置在其它位置也是可能的，如图6(a)和(b)所示，光学元件被放置在透镜组1内，在图6(a)情况下是中间位置，而在6(b)的例子里是靠近前透镜2的靠前位置。但是图1的构造是优选的，由于其不会妨碍透镜组的设计，所以可以被改进到现有的透镜组中。

本发明，至少以其优选的形式，能够提供一个具有许多显著优点的防抖光学元件。防抖功能可以被提供到一个光学系统，在尺寸上有一个最小增加，还可以降低由成像系统的意外移动所引起的图像质量失真。本发明实施例的防抖系统非常变通，可以轻易适配到现有的光学系统，与现有技术相比，只需要一个小型致动器负载和一个小型功率负载。

Claims (8)

1.一种光学系统，包括：至少一个透镜组，用于投影图像在图像感应装置；一个所述光学系统的光入口和所述图像感应装置之间设定的光路径；一个具有会聚或发散的光学功能的且被安置在所述光路径上的反射光学元件；以及移动该反射光学元件的装置，其根据图像系统的意外移动而作出反应，以消除或缓解由所述意外移动引起的负成像效应。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述反射光学元件被安置在所述透镜组和所述图像感应装置之间。

3.根据权利要求2所述的光学系统，其中所述反射光学元件被安置在所述透镜组内。

4.根据权利要求2所述的光学系统，其中所述反射光学元件被安置在所述光学系统的光入口和所述透镜组之间。

5.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述反射光学元件与所述透镜组的一个透镜一起整体形成。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述图像感应装置包括一个图像感应器。

7.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述反射光学元件被调配以关于一个光轴做倾斜运动，该光轴垂直于光路径。

8.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述反射光学元件被调配以沿着所述光路径进行平移运动。

Images