CN103676405A - 光学成像装置、光学系统和移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学成像装置、一种光学系统和一种移动终端，其中光学成像装置包括至少一个透镜组，用于投影图像在成像元件上；反射镜，设置在光学成像装置的光入口与成像元件之间的光路径上，反射来自光入口的光，使其通过透镜组；驱动元件，用于固定反射镜，并在接收到来自外部的控制信号时，驱动反射镜。本发明提出了一种具有横向取景光路的光学成像结构，并且通过调节反射镜的角度来提高成像稳定性以及扩展取景视野。

Description

光学成像装置、光学系统和移动终端

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体而言，涉及一种光学成像装置、一种光学系统和一种移动终端。

背景技术

目前的数码相机、手机等具有拍照功能的终端设备大部分支持光学防抖技术。光学防抖技术即通过光学镜头或感光元件的移动补偿，使相机在抖动的情况下拍出清晰的照片的技术。

目前的光学防抖技术主要有以下三种：

第一种为整组镜片移动类型，如图1所示，镜头与图像传感器始终保持平行，传动装置带动整组镜片在x、y方向上平移补偿位移量，从而实现防抖的目的；

第二种为整个镜头倾斜类型，如图2所示，传动装置带动整个镜头模块旋转补偿位移量，从而实现防抖的目的；

第三种为整组镜片倾斜类型，如图3所示，类似于整个镜头倾斜类型，但是传动装置只是旋转镜片，使镜片与图像传感器处于一定的倾斜角补偿位移量，达到防抖的目的。

以上三种防抖技术均是适用于纵向的光学镜头，难以应用在越来越薄的智能手机上；且方案较复杂，可调整的抖动角度较小。

因此，需要一种新的防抖技术，可适用于横向的光学结构。

发明内容

本发明正是基于上述问题，提出了一种新的光学成像装置，具有横向取景光路的光学结构。

有鉴于此，根据本发明的一个方面，提供了一种光学成像装置，包括：至少一个透镜组，用于投影图像在成像元件上；反射镜，设置在所述光学成像装置的光入口与所述成像元件之间的光路径上，反射来自所述光入口的光，使其通过所述透镜组；驱动元件，用于固定所述反射镜，并在接收到来自外部的控制信号时，驱动所述反射镜。

由于采用了反射镜，因此当需要对光学成像装置本身的抖动角度进行补偿时，仅需要调整反射镜的旋转角度，从而控制入射光的方向，实现简单，并不像相关的防抖技术那样，需要旋转整个光学装置或移动整个透镜，实现复杂，并且由于采用了反射镜，因此光学成像装置的光入口可以不需要与透镜组平行，这样就实现了横向的光学结构，便于放置到超薄智能手持设备内。透镜组可以是任何可成像的光学结构。

在上述技术方案中，优选的，所述光学成像装置的光入口垂直于所述透镜组与所述成像元件之间的光路径。

在上述任一技术方案中，优选的，在所述光学成像装置的光入口处设置一个透镜或一个平面镜。

在上述任一技术方案中，优选的，所述驱动元件包括：电机和支架，所述支架用于支撑所述反射镜，所述电机在接收到所述控制信号时，控制所述支架的旋转角度和旋转方向。

反射镜由支架固定，而该支架可被电机驱动并旋转，且旋转方向是可变的，这样就能够使反射镜沿不同的方向进行旋转，旋转范围可大于180度，提高了灵活性。

在上述任一技术方案中，优选的，所述反射镜为双面反射镜。将该反射镜设置为双面的，使得反射镜在旋转时可拍摄到超过180度的全景照片。如果是单面镜，则拍摄角度比较受限。

如上所述，本发明提出了一种具有横向取景光路的光学成像结构，并且通过调节反射镜的角度来提高成像稳定性以及扩展取景视野。

根据本发明的另一方面，还提供了一种光学系统，包括如上述任一技术方案中所述的光学成像装置，还可以包括：控制器，根据目标物相对于所述光学成像装置的光入口的移动角度和移动方向，向所述光学成像装置中的驱动元件发送控制信号，以旋转所述光学成像装置中的反射镜，使所述反射镜旋转指定角度，以对所述目标物的移动角度进行补偿。

根据本发明的光学系统可采用本发明提出的具有横向光学结构且反射镜角度可调节的光学成像装置，在此基础之上增加相应的电气系统，根据采集的目标物相对于光学系统的移动情况来生成相对应的控制信号，从而控制光学成像装置中的反射镜的旋转角度，来补偿目标物相对于光学系统的移动角度，从而实现防抖的目的，可生成清晰的图像。

在上述技术方案中，优选的，所述控制器根据所述目标物的移动角度β计算出所述指定角度

当所述目标物的移动方向相对于所述光入口趋向于第一方向时，

当所述目标物的移动方向相对于所述光入口趋向于第二方向时，

其中，α为所述驱动元件中的支架的旋转轴与所述光学成像装置的光路径之间的原夹角，θ为调节后的所述旋转轴与所述光路径之间的新夹角。

在α是锐角时，当目标物的移动方向为透镜组中的成像光线的传播方向时，即认为目标物的移动方向为趋向于第一方向，当目标物的移动方向为成像光线的传播方向的反方向时，即认为目标物的移动方向为趋向于第二方向。

由于反射镜的旋转较为灵活，因此，相对于目前的防抖技术（旋转整个镜头或移动整个镜头）来说可提高补偿角度。

在上述任一技术方案中，优选的，还可以包括：角度采集单元，连接至所述控制器，用于获取所述移动角度和移动方向。

在上述任一技术方案中，优选的，所述角度采集单元包括以下至少一种：加速度传感器、陀螺仪、图像传感器，其中，所述加速度传感器、所述陀螺仪、所述图像传感器分别用于检测光学系统的移动角度和移动方向。有两种因素可能造成成像的模糊，一种是光学成像装置本身的抖动，另一种是目标物的移动，针对第一种，可通过加速度传感器、陀螺仪等检测光学成像装置本身的移动角度和移动方向来确定反射镜的补偿角度和旋转方向。针对第二种，可通过图像传感器计算目标物的移动角度和移动方向来确定反射镜的补偿角度和旋转方向。

在上述任一技术方案中，优选的，所述角度采集单元包括目标物追踪装置，用于在所述光学系统的位置保持不变的情况下，检测所述目标物的移动角度和移动方向。该方案针对上述第二种影响因素所提出的实现方案。

在上述技术方案中，优选的，所述目标物追踪装置包括：人脸识别装置、对焦装置。通过人脸识别来确定目标物，根据该目标物的轨迹，从而计算目标物的移动角度和移动方向。同理，采用对焦装置也是定位一个目标物，根据该目标物的轨迹来计算出目标物的移动角度和移动方向。

在上述任一技术方案中，优选的，控制器还用于在启动全景拍摄时，向所述光学成像装置中的驱动元件发送控制信号，以旋转所述光学成像装置中的反射镜，使所述反射镜旋转最大可旋转角度，以进行全景成像。

该技术方案是针对全景拍摄的场景，由于采用了反射镜，并且反射镜的角度可大于180度，因此，利用该反射镜的旋转，可实现全景拍摄。

在上述技术方案中，优选的，所述控制器还用于通过所述驱动元件控制所述反射镜的旋转方向和旋转速度。旋转速度可根据用户设置的拍摄时长以及照片数来确定。

根据本发明的再一方面，还提供了一种移动终端，包括如上述任一技术方案中所述的光学系统。

附图说明

图1示出了相关技术中的整组镜片平移类型的示意图；

图2示出了相关技术中的整个模组旋转类型的示意图；

图3示出了相关技术中的整组镜片旋转类型的示意图；

图4示出了根据本发明的实施例的光学成像装置的示意图；

图5示出了根据本发明的实施例的在时间点T1的成像示意图；

图6示出了根据本发明的实施例的在时间点T2发生抖动后的成像示意图；

图7示出了根据本发明的一个防抖实施例的调节反射镜进行角度补偿的成像示意图；

图8示出了根据本发明的一个追踪实施例的调节反射镜进行角度补偿的成像示意图；

图9示出了根据本发明的实施例的光学系统的示意图；

图10示出了根据本发明的实施例的调节单面反射镜进行全景拍摄的成像示意图；

图11A示出了根据本发明的实施例的调节双面反射镜进行全景拍摄的成像示意图；

图11B示出了根据本发明的实施例的可进行全景拍摄的移动终端示意图；

图11C示出了图11A中的双面反射镜在移动终端中的示意图；

图12示出了根据本发明的实施例的具有横向光学成像结构的移动终端示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图4示出了根据本发明的实施例的光学成像装置的示意图。

如图4所示，根据本发明的实施例的光学成像装置，包括：至少一个透镜组404，用于投影图像在成像元件（例如图中所示的感光器406）上；反射镜408，设置在所述光学成像装置的光入口410与成像元件之间的光路径上，反射来自所述光入口410的光，使其通过所述透镜组404；驱动元件，用于固定所述反射镜408，并在接收到来自外部的控制信号时，驱动所述反射镜408。

由于采用了反射镜408，因此当需要对光学成像装置本身的抖动角度进行补偿时，仅需要调整反射镜408的旋转角度，从而控制入射光的方向，实现简单，并不像相关的防抖技术那样，需要旋转整个光学装置或移动整个透镜，实现复杂，并且由于采用了反射镜，因此光学成像装置的光入口可以不需要与透镜组平行，这样就实现了横向的光学结构。

在上述技术方案中，优选的，所述光学成像装置的光入口410垂直于所述透镜组404与所述成像元件之间的光路径。

在上述任一技术方案中，优选的，在所述光学成像装置的光入口410处设置一个透镜或一个平面镜。

在上述任一技术方案中，优选的，所述驱动元件包括：电机（图4中未示出）和支架402，该支架402用于支撑所述反射镜408，电机在接收到所述控制信号时，控制支架402的旋转角度和旋转方向。

反射镜408由支架402固定，而该支架402可被电机驱动并旋转，且旋转方向是可变的，这样就能够使反射镜沿不同的方向进行旋转，旋转范围可大于180度，提高了灵活性。

在上述任一技术方案中，优选的，所述反射镜408为双面反射镜。将该反射镜408设置为双面的，使得无论反射镜408在旋转前的位置是怎样的，均可以快速调整反射镜旋转到合适的位置，并且可扩大全景拍摄范围。如果是单面镜，全景拍摄范围较小。

继续参考图5至图10，首先如图5所示，为时间点T1时的目标物A的成像示意图，在感光器上能够清晰的呈现目标物A。若在时间点T2时，光学系统发生了抖动，如果没有对发射镜408进行调整，则目标物在感光器406上的成像变模糊，如图6所示。为了解决该问题，通过调节反射镜408与光路径之间的夹角就可以形成清晰的图像。

如图7所示，控制器根据光学系统的抖动方向和抖动角度生成相应的控制信号，将该控制信号发送给电机，电机接收到该控制信号后，输出扭矩和转速，驱动与电机的驱动轴连接的支架402，从而调节反射镜408与光路径之间的夹角，完成角度补偿之后，成像在感光器406上的图像变清晰。

在图7中，光学系统的抖动角度为β，支架402与光学路径之间的原夹角为α，需调节支架402的旋转角度为1/2β，并且支架402的旋转方向与光学系统的抖动方向相反。因此通过计算，反射镜408旋转一定的角度进行补偿，可以使成像保持在原来的位置，不会造成图像模糊。

在上述实施例中，由于手抖动所引起的光学系统抖动，在另一中场景下例如目标物的运动，也可以适用于根据本发明的光学系统。

如图8所示，目标物从某位置处运动到另一位置处，为了保证目标物仍可成像在感光器406的原位置处，需要对反射镜的角度进行调节。

在图8中，假设目标物运动之后，相对于光学系统的移动角度为β，支架402与光学路径之间的原夹角为α，需调节支架402的旋转角度为1/2β，并且支架402的旋转方向与目标物的运动方向相反。因此通过计算，反射镜408旋转一定的角度进行补偿，可以使成像保持在原来的位置，不会造成图像模糊。

换言之，当追踪的人物从位置1移动到位置2时，通过反射镜的角度调整，可以让该人物的成像保持在画面的中央，实现预览或录像时自动追踪、运动拍摄。

因此，如图9所示，根据本发明的实施例的光学系统900，包括如上述任一技术方案中所述的光学成像装置100，还可以包括：控制器902，根据目标物相对于所述光学成像装置的光入口410的移动角度和移动方向，向所述光学成像装置中的驱动元件发送控制信号，以旋转所述光学成像装置中的反射镜408，使所述反射镜408旋转指定角度，以对所述目标物的移动角度进行补偿。

根据本发明的光学系统可采用本发明提出的具有横向光学结构且反射镜角度可调节的光学成像装置，在此基础之上增加相应的电气系统，根据采集的目标物相对于光学系统的移动情况来生成相对应的控制信号，从而控制光学成像装置中的反射镜的旋转角度，来补偿目标物相对于光学系统的移动角度，从而实现防抖的目的，可生成清晰的图像。

在上述技术方案中，优选的，所述控制器根据所述目标物的移动角度β计算出所述指定角度

当所述目标物的移动方向相对于所述光入口趋向于第一方向时，当所述目标物的移动方向相对于所述光入口趋向于第二方向时，其中，α为所述驱动元件中的支架的旋转轴与所述光学成像装置的光路径之间的原夹角，θ为调节后的所述旋转轴与所述光路径之间的新夹角。

由于反射镜的旋转较为灵活，因此，相对于目前的防抖技术（旋转整个镜头或移动整个镜头）来说可提高补偿角度的范围。

在上述任一技术方案中，优选的，光学系统还可以包括：角度采集单元904，连接至控制器，用于获取移动角度和移动方向。

在上述任一技术方案中，优选的，角度采集单元904包括以下至少一种：加速度传感器、陀螺仪、图像传感器，其中，加速度传感器、陀螺仪、图像传感器分别用于检测光学系统的移动角度和移动方向。有两种因素可能造成成像的模糊，一种是光学成像装置本身的抖动，另一种是目标物的移动，针对第一种，可通过检测光学成像装置本身的移动角度和移动方向来确定反射镜的补偿角度和旋转方向。针对第二种，可检测目标物的移动角度和移动方向来确定反射镜的补偿角度和旋转方向。

在上述任一技术方案中，优选的，角度采集单元904包括目标物追踪装置，用于在光学系统的位置保持不变的情况下，检测目标物的移动角度和移动方向。该方案针对上述第二种影响因素所提出的实现方案。

在上述技术方案中，优选的，目标物追踪装置包括：人脸识别装置、对焦装置。通过人脸识别来确定目标物，根据该目标物的轨迹，从而计算目标物的移动角度和移动方向。同理，采用对焦装置也是定位一个目标物，根据该目标物的轨迹来计算出目标物的移动角度和移动方向。

上述任一实施例中的光学系统还可以被用于全景拍摄，在启动全景拍摄软件时，触发控制器向光学成像装置中的电机发送相对应的控制信号，该电机根据该控制信号驱动支架，按照全景拍摄模式，从一端扫描至另一端，即使反射镜回到初始位置，并按照设定的旋转速度进行旋转，如图10所示；优选的，采用双面反射镜时，反射镜408的旋转角度可大于180度，因此该光学系统提供的全景拍摄范围也比相关技术中的全景扫描范围更广，如图11A所示。为了实现大于180度的全景拍摄范围，因此所能入射光的范围也相应增大，如图11B所示，将光入口410设置在移动终端1100的一侧，该光入口410呈圆柱面，使光线能够从移动终端的正面、背面以及侧面入射，使入射光的范围大于180度。如图11C所示，在该光入口410处设置有双面反射镜1102，由于光入口410呈圆柱面，因此光线可入射的范围能够大于180度，这样通过双面反射镜1102的反射就能够实现大角度全景拍摄。

因此，根据本发明的实施例的光学系统，包括如上述任一技术方案中的光学成像装置，还可以包括：控制器，在启动全景拍摄时，向光学成像装置中的驱动元件发送控制信号，以旋转光学成像装置中的反射镜，使反射镜旋转最大可旋转角度，以进行全景成像。控制器可以是可编程逻辑控制器，例如DSP芯片。

该技术方案是针对全景拍摄的场景，由于采用了反射镜，并且反射镜的角度可大于180度，因此，利用该反射镜的旋转，可实现全景拍摄。

在上述技术方案中，优选的，控制器还用于通过驱动元件控制反射镜的旋转方向和旋转速度。旋转速度可根据用户设置的拍摄时长以及照片数来确定。

图12示出了根据本发明的实施例的具有横向光学成像结构的移动终端示意图。

如图12所示，根据本发明的实施例的终端1100可以包括如上述任一技术方案中所描述的光学系统900。

由于根据本发明的光学系统900具有横向结构的光学镜头，因此横向的光学镜头可隐藏在扁平的手机、平板等产品外壳内，从而可将减少终端产品的厚度。上述终端1100可以为手机、平板电脑等便携式设备。

以上详细说明了根据本发明的技术方案，根据本发明的光学成像装置采用结构简单的反射镜来实现防抖、追踪拍摄和全景拍摄，不仅增加了防抖角度，并由于该光学成像装置具有横向结构的特点，因此采用该光学成像装置的终端能够获得扁平化的结构特点。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种光学成像装置，其特征在于，包括：

至少一个透镜组，用于投影图像在成像元件上；

反射镜，设置在所述光学成像装置的光入口与所述成像元件之间的光路径上，反射来自所述光入口的光，使其通过所述透镜组；

驱动元件，用于固定所述反射镜，并在接收到来自外部的控制信号时，驱动所述反射镜在水平方向和/或垂直方向上转动。

2.根据权利要求1所述的光学成像装置，其特征在于，所述光学成像装置的光入口垂直于所述透镜组与所述成像元件之间的光路径。

3.根据权利要求2所述的光学成像装置，其特征在于，在所述光学成像装置的光入口处设置一个凹透镜或凸透镜或平面透镜。

4.根据权利要求1所述的光学成像装置，其特征在于，所述驱动元件包括：

电机和支架，所述支架用于支撑所述反射镜，所述电机在接收到所述控制信号时，控制所述支架的旋转角度和旋转方向。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学成像装置，其特征在于，所述反射镜为双面反射镜或棱镜。

6.一种光学系统，其特征在于，包括如权利要求1至5中任一项所述的光学成像装置，还包括：

控制器，根据目标物相对于所述光学成像装置的光入口的移动角度和移动方向，向所述光学成像装置中的驱动元件发送控制信号，以旋转所述光学成像装置中的反射镜，使所述反射镜旋转指定角度，以对所述目标物的移动角度进行补偿。

7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，所述控制器根据所述目标物的移动角度β计算出所述指定角度

当所述目标物的移动方向相对于所述光入口趋向于第一方向时，

当所述目标物的移动方向相对于所述光入口趋向于第二方向时， $\mathrm{\θ}=\mathrm{\α}-\frac{1}{2}\mathrm{\β},$

其中，α为所述驱动元件中的支架的旋转轴与所述光学成像装置的光路径之间的原夹角，θ为调节后的所述旋转轴与所述光路径之间的新夹角。

8.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，还包括：

角度采集单元，连接至所述控制器，用于获取所述移动角度和移动方向；

所述角度采集单元包括以下至少一种：加速度传感器、陀螺仪、图像传感器。

9.根据权利要求8所述的光学系统，其特征在于，所述角度采集单元包括目标物追踪装置，用于在所述光学系统的位置保持不变的情况下，检测所述目标物的移动角度和移动方向；

所述目标物追踪装置包括：人脸识别装置、对焦装置。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的光学系统，控制器还用于在启动全景拍摄时，向所述光学成像装置中的驱动元件发送控制信号，以旋转所述光学成像装置中的反射镜，使所述反射镜旋转最大可旋转角度，以进行全景成像。

11.一种移动终端，其特征在于，包括如权利要求6至10中任一项所述的光学系统。

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