DE102013020756A1

DE102013020756A1 - Optical extension for a smartphone camera

Info

Publication number: DE102013020756A1
Application number: DE102013020756.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Obrebski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2015-06-11

Abstract

Optische Erweiterung für eine Smartphonekamera, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Strahlengang der Erweiterung gefaltet ist, wobei diese Erweiterung eine mechanische Vorrichtung enthält, mit der die Erweiterung mit dem die Kamera enthaltenden Smartphone verbunden werden kann, so dass die optische Achse der Smartphonekamera am Ausgang der Smartphonekamera mit der optischen Achse der Erweiterung am Eingang dieser Erweiterung zusammenfällt.Optical extension for a smartphone camera, characterized in that the optical beam path of the extension is folded, this extension includes a mechanical device with which the extension can be connected to the smartphone containing the camera, so that the optical axis of the smartphone camera at the output of the Smartphone camera coincides with the optical axis of the extension at the entrance of this extension.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Erweiterung für eine Smartphone-Kamera oder eine Kamera an einem mobilen oder anderen kompakten Gerät (Tablet-PC oder Laptop), insbesondere ein Teleobjektiv, ein Teleskop oder ein Mikroskop, nach dem unabhängigen Anspruch 1.The invention relates to an optical extension for a smartphone camera or a camera on a mobile or other compact device (tablet PC or laptop), in particular a telephoto lens, a telescope or a microscope, according to independent claim 1.

Motivationmotivation

Die Smartphonekameras eignen sich heutzutage oft hervorragend für Gruppen- und umfangreiche Landschaftsaufnahmen, sie sind aber, bedingt durch den großen FOV und fehlenden optischen Zoom, wenig geeignet für Detail-, Personen- und Portraitaufnahmen. Auch Videoaufnahmen und das Fotografieren von astronomischen Objekten und Ereignissen bleibt ihnen verschlossen. Ebenso entfällt die jeder Kompaktkamera eigene Bildgestaltung durch gezielte Wahl und Vergrößerung des Bildausschnitts, durch die die Bildkomponenten geeignet gewichtet werden können. Hier besteht ein echter Bedarf.The smartphone cameras are nowadays often ideal for group and extensive landscape shots, but they are due to the large FOV and lack of optical zoom, not suitable for detail, personal and portrait shots. Also video recordings and the photographing of astronomical objects and events are closed to them. Likewise, the image composition inherent in any compact camera is eliminated by selective selection and enlargement of the image section, by means of which the image components can be suitably weighted. There is a real need here.

Stand der TechnikState of the art

Der große Bedarf für diese fehlenden Eigenschaften wurde bereits vor Jahren erkannt und manche Smartphonehersteller versuchten ihre Geräte mit optischem Zoom auszurüsten, allerdings mit wenig überzeugenden Ergebnissen. Die Qualität der Zooms war sehr schlecht, gleichzeitig wurden die damit ausgestatteten Smartphones gegen den allgemeinen Trend und Kundenwunsch groß, dick und klobig. Bereits nach zwei Jahren (2007 und 2008) sind diese Geräte von Nokia und Samsung vom europäischen und nordamerikanischen Markt verschwunden. Nachfolger davon sind noch im asiatischen Raum zu finden, wo die Größe der Geräte nicht so eine große Rolle spielt wie in Europa oder Amerika.The great need for these missing features was already recognized years ago and some smartphone manufacturers tried to equip their devices with optical zoom, but with little convincing results. The quality of the Zooms was very bad, at the same time, the smartphones equipped with it were large, thick and clunky against the general trend and customer demand. After just two years (2007 and 2008), these devices by Nokia and Samsung have disappeared from the European and North American markets. Successors are still to be found in Asia, where the size of the devices does not play such a major role as in Europe or America.

Statt des eingebauten optischen Zooms wurden anschließend zunehmend externe optische Erweiterungen zum Aufsetzen auf das Smartphone angeboten, beispielsweise solche mit Telefotoeigenschaft (Fall 1). Im Augenblick sind Lösungen mit 6×, 8×-, 10× und 12×-Vergrößerung im Markt. Deren prinzipiellen optischen Aufbau mit Kepler-Fernrohr zeigt 1(a), ungefähres Aussehen ist in 1(b) skizziert, 1(c) zeigt eine weitere mögliche optische Anordnung (Galilei Fernrohr), die aber wohl nicht angeboten wird. Wegen des nur senkrecht zum Smartphone verlaufenden Strahlengangs, spreizt die Erweiterung vom Smartphone ab und macht die Anordnung sperrig, unhandlich und somit nicht ergonomisch. Die Liste der Nachteile dieser Erweiterungen ist lang:

1. Hohes Gewicht
2. Großes Volumen, wobei
3. Gewicht und Volumenverteilung nicht kompakt sondern gestreckt und dazu senkrecht zu dem Smartphone verläuft (s. 1(b)) und dies führt zu
4. Großen Hebel, die schon bei kleinen Gewichten hohe Momente bewirken. Daher sind die Geräte, insbesondere wenn zusammengesetzt
5. Schlecht transportierbar und
6. Schlecht verwackelungsfrei auszurichten und zu halten
7. Erfordern daher verhältnismäßig große und stabile Stative, insbesondere bei höheren Vergrößerungen, was das Gesamtgewicht und die Transportprobleme noch weiter erhöht.
8. Will man das Gewicht reduzieren, in dem Korrekturoptiken eingespart werden, leidet die ohnehin nicht berühmte Qualität.
9. Die Verbindung zwischen der Erweiterung und dem Smartphone ist nicht besonders stabil, die resultierende Empfindlichkeit erfordert erhöhte Aufmerksamkeit und besondere Sorgfalt im Umgang mit dem Gerät, was sowohl die Ergonomie als auch jeden Spaß verdirbt.
10. Nicht sofort betriebsbereit, muss erst mit einigem Aufwand an Mühe und Zeit zusammengesetzt werden.

Instead of the built-in optical zoom then increasingly external optical extensions were offered for placement on the smartphone, such as those with telephoto property (Case 1). At the moment there are solutions with 6 ×, 8 ×, 10 × and 12 × magnification in the market. Their principal optical structure with Kepler telescope shows 1 (a) , approximate appearance is in 1 (b) outlined 1 (c) shows another possible optical arrangement (Galilei telescope), but probably not offered. Because of the beam path running only perpendicular to the smartphone, the extension spreads from the smartphone and makes the arrangement bulky, unwieldy and therefore not ergonomic. The list of disadvantages of these extensions is long:

1. High weight
2. Large volume, where
3. Weight and volume distribution not compact but stretched and perpendicular to the smartphone runs (s. 1 (b) ) and this leads to
4. Big levers that cause high moments even with small weights. Therefore, the devices, especially when assembled
5. Poorly transportable and
6. Align and hold poorly shake-free
7. Therefore require relatively large and stable tripods, especially at higher magnifications, which further increases the overall weight and transportation problems.
8. If you want to reduce the weight in which correction optics are saved, suffers the already not famous quality.
9. The connection between the extension and the smartphone is not particularly stable, the resulting sensitivity requires increased attention and extra care in handling the device, spoiling both ergonomics and fun.
10. Not ready for immediate use, it must be put together with some effort and time.

Als eine weitere Lösung (Fall 2) wird auch eine Verbindung zwischen dem Smartphone und einem Fernglas angeboten, wobei ein optischer Strahlengang des Fernglas als Telefotolinse dient. Für einen stolzen Preis von ca. 70 $US (Vorbestellung) bzw. 95 $US (Normalpreis) bekommt man eine noch klobigere Lösung, bei der man zwar ein vorhandenes Fernglas zusätzlich als solches benutzen kann, die aber je nach Fernglas nur unwesentlich besseres Ergebnis liefert als der im Smartphone ohnehin vorhandene, aber verlustbehaftete Digitalzoom. Dabei verbessert sich meist nur die Auflösung des Vergrößerten Bildes etwas, die Lichtverteilung und optische Fehler fallen oft noch schlechter aus. Die Nachteile sind bis auf den Punkt 8 die gleichen wie oben für die Telefotoerweiterung. Hinzu kommt noch, dass nur ein optischer Kanal des Fernglas benutzt wird, und auch hier ist die schwere und aufwendige Bildaufrichtung eigentlich überflüssig, sie ließe sich Software-mäßig völlig gewichtsfrei realisieren. Des Weiteren ist die Verbindungsmechanik ziemlich schwer und sehr unhandlich.As a further solution (Case 2) is also offered a connection between the smartphone and a pair of binoculars, wherein an optical beam path of the binoculars serves as a telephoto lens. For a hefty price of about $ 70 US (pre-order) or $ 95 US (normal price) you get an even clunkier solution, where you can use an existing binoculars additionally as such, but depending on the binoculars only marginally better result delivers as the existing in the smartphone anyway, but lossy digital zoom. Usually, only the resolution of the magnified image improves slightly, the light distribution and optical errors are often even worse. The disadvantages are up to the point 8 the same as above for the telephoto extension. In addition, only one optical channel of the binoculars is used, and here too the heavy and complex image erection is actually superfluous, it could be realized software-moderately completely free of weight. Furthermore, the connection mechanism is quite heavy and very unwieldy.

Die meisten und die größten Probleme in beiden Fällen werden dadurch verursacht, dass der gesamte optische Strahlengang der Erweiterung und somit deren optische Achse in voller Länge senkrecht zum Smartphone verläuft.Most and the biggest problems in both cases are caused by the fact that the entire optical beam path of the extension and thus its optical axis runs in full length perpendicular to the smartphone.

Aufgabe task

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die weiter oben beschriebenen Unzulänglichkeiten der vorhandenen Lösungen zumindest zum Teil zu beheben und eine optische Erweiterung zu finden, die die gewünschte Funktion (Telefoto, Mikroskop usw.) bereitstellt, ohne dass das Smartphone mit der Erweiterung klobig, unhandlich und nicht ergonomisch wird. Die Aufgabe wird mit einer optischen Erweiterung nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.It is therefore the object of the present invention to remedy the shortcomings described above of existing solutions, at least in part, and to find an optical extension that provides the desired function (telephoto, microscope, etc.), without the smart phone with the extension clunky , becomes unwieldy and not ergonomic. The object is achieved with an optical extension according to independent claim 1. Advantageous developments can be found in the subclaims.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Lösung der Aufgabe besteht im Wesentlichen in der Faltung des optischen Strahlenganges. Das Gewicht und das Volumen werden dadurch zwar nur im Falle 2 (Verbindungsstück zum Fernglas) deutlich reduziert, im Falle 1 (Telefoto-Erweiterung) durch zusätzlichen oder zusätzliche Spiegel sogar geringfügig erhöht. Daher ist die gefaltete Anordnung nicht naheliegend, weil sie durch mehr optische Elemente und entsprechend hohen Justierbedarf teurer und aufwendiger im Design und der Herstellung ist. Die Vorteile der gewonnener Ergonomie werden Einem erst auf den zweiten Blick klar. Was sich wesentlich durch die Faltung ändert ist die Gewicht- und Volumenverteilung, die sehr kompakt nahe am Smartphone ausfallt. Dies bewirkt, dass die besonders störenden Momente um bis zu eine Größenordnung zurückgehen, was bessere Transportierbarkeit und Ausrichtbarkeit bewirkt. Dabei können kleinere Stative verwendet werden. Zusätzliche Korrekturoptiken fallen nicht so negativ ins Gewicht, können also eher verwendet werden. Die Verbindung mit dem Smartphone fällt fast zwangsläufig großflächig und damit robust aus. Damit lässt sich eine schnelle und kompakte Schnappverbindung realisieren, die einen nahezu sofortigen Einsatz erlaubt, bzw. die Erweiterung kann auf dem Smartphone montiert bleiben, weil die zusammengesetzte Anordnung nicht mehr so sperrig ist.The solution to the problem consists essentially in the folding of the optical beam path. The weight and the volume are thereby reduced significantly only in case 2 (connector to the binoculars), in case 1 (telephoto extension) by additional or additional mirrors even slightly increased. Therefore, the folded arrangement is not obvious, because it is more expensive and expensive in design and manufacturing due to more optical elements and correspondingly high adjustment requirements. The advantages of the acquired ergonomics become clear only at second glance. What is significantly changed by the folding is the weight and volume distribution, which precipitates very compact close to the smartphone. This causes the particularly disturbing moments to decrease by up to an order of magnitude, which results in better portability and alignability. You can use smaller tripods. Additional correction optics are not so negative in weight, so can be used rather. The connection with the smartphone almost inevitably falls over a large area and thus robust. This allows a fast and compact snap connection can be realized, which allows an almost immediate use, or the extension can remain mounted on the smartphone, because the composite arrangement is not so bulky.

Die Faltung stellt vorzugsweise sicher, dass der optische Strahlengang und somit die optische Achse der Erweiterung zumindest teilweise längst der Smartphone-Oberfläche verläuft. Das heißt, dass die optische Achse der Erweiterung streckenweise einen von 90° verschiedenen Winkel zu der Smartphone-Oberfläche aufweist, vorzugsweise ist dieser Winkel kleiner gleich 45°, weiter bevorzugt ist dieser Winkel kleiner als 30°. Streckenweise soll hier bevorzugt heißen: über die Hälfte des Weges innerhalb der Erweiterung.The folding preferably ensures that the optical beam path and thus the optical axis of the extension runs at least partially along the smartphone surface. This means that the optical axis of the extension has in sections an angle different from 90 ° to the smartphone surface, preferably this angle is less than or equal to 45 °, more preferably this angle is less than 30 °. By way of example, it should be preferred here: over half of the path within the extension.

Die Faltung kann unter festen Winkeln verlaufen. Sie kann aber in manchen Anwendungen mit variablen Winkeln realisiert werden.The folding can be at fixed angles. However, it can be realized in some applications with variable angles.

Die Faltung kann mit Hilfe von Spiegeln aber auch von Prismen realisiert werden. Diese können auch drehbar und/oder beweglich ausgeführt werden.The folding can be realized with the help of mirrors but also by prisms. These can also be made rotatable and / or movable.

Es ist sinnvoll, aber nicht unbedingt notwendig, dass die montierte Erweiterung eine Möglichkeit bietet, die Smartphone-Kamera unter Umgehung oder Abschaltung der Erweiterung zu betreiben. Diese Funktion kann sinnvoll sein, um das eigentlich zu vergrößernde Objekt mit der Kamera mit Leichtigkeit zu finden, in der Bildmitte zu positionieren und dann nur die Vergrößerung einzuschalten. Dies ist besonders sinnvoll für die Astronomieanwendungen und Naturbeobachtung auf der Erde. Dies Funktion kann durch Entfernen der Eingangslinse und/oder des ersten (Eingangs-)Spiegels aus dem Strahlengang realisiert werden, z. B. in dem die Eingangslinse und/oder der Spiegel verschoben werden.It makes sense, but not essential, that the mounted extension provides a way to operate the smartphone camera by bypassing or disabling the extension. This function can be useful for finding the object that you actually want to magnify with the camera with ease, positioning it in the center of the frame, and then only turning on the magnification. This is especially useful for astronomy applications and nature observation on Earth. This function can be realized by removing the input lens and / or the first (input) mirror from the beam path, for. B. in which the entrance lens and / or the mirror are moved.

Der Befestigungsteil der Erweiterung zum Smartphone kann sinnvoller-, aber nicht notwendigerweise, eine Schutzfunktion für das Smartphone übernehmen. Dieser Befestigungsteil kann, muss aber nicht unbedingt, von der eigentlicher optischen Erweiterung trennbar sein und als Schutzhülle oder Schutzrahmen dienen.The attachment part of the extension to the smartphone can make sense, but not necessarily, take over a protective function for the smartphone. This attachment part may, but not necessarily, be separable from the actual optical extension and serve as a protective cover or protective frame.

Die Erweiterung kann für manche Anwendungen Informationen enthalten und/oder diese ans Smartphone liefern, z. B. Lage und/oder Ausrichtung im Raum, relativ und/oder absolut, betreffend gesamte Erweiterung und/oder deren Teile, insbesondere optische Achsen.The extension may contain information for some applications and / or deliver it to the smartphone, e.g. B. position and / or orientation in space, relative and / or absolute, concerning the entire extension and / or their parts, in particular optical axes.

Die Erweiterung kann manuelle oder motorische Aktuation aufweisen. Diese kann durch Software auf dem Smartphone unterstützt und/oder angesteuert werden (um z. B. Himmelskörper zu finden oder ihnen mit der Zeit zu folgen).The extension may include manual or motorized actuation. This can be supported and / or controlled by software on the smartphone (eg to find celestial bodies or to follow them over time).

Sind einige (mehr als 1) optische Elemente beweglich, so können sie miteinander gekoppelt sein, um die Ansteuerung besonders einfach zu halten.If some (more than 1) optical elements are movable, they can be coupled together to make the control particularly easy.

Um die Korrektur optischer Fehler der Erweiterung besonders einfach zu halten, kann die Einheit Smartphone und Erweiterung die Möglichkeit aufweisen, die Point Spread Function (PSF) zu messen, um die optischen Fehler Software-mäßig nachträglich zu beheben. Dies kann einiges an Gewicht sparen, was bei mobilen Geräten immer wichtig ist. Die Messung der PSF erfolgt bevorzugt ortsabhängig, allerdings bevorzugt mit einer Auflösung, die deutlich kleiner ist als die Kameraauflösung.In order to keep the correction of optical errors of the extension particularly simple, the unit Smartphone and extension can have the possibility to measure the Point Spread Function (PSF), in order to remedy the optical errors software-wise retrospectively. This can save a lot of weight, which is always important for mobile devices. The measurement of the PSF is preferably location-dependent, but preferably with a resolution that is significantly smaller than the camera resolution.

Durch Wegfall des zweiten optischen Kanals und vorzugsweise auch der Bildaufrichtung ist die erfindungsgemäße Lösung deutlich leichter und Platz-sparender als die Verbindung-zum-Fernglas-Lösung (Fall 2).By eliminating the second optical channel and preferably also the image erection, the solution according to the invention is significantly lighter and more space-saving. more economical than the Link-to-Binocular Solution (Case 2).

In der Beschreibung steht der Begriff Smartphone oft stellvertretend sowohl für Smartphone als auch für andere mobile oder kompakte Geräte wie Laptop-PC oder Tablet-PC.In the description, the term smartphone is often representative of both smartphone and other mobile or compact devices such as a laptop PC or tablet PC.

Linsen und Linse-Spiegel-Kombinationen können durch nichtplane Spiegel ersetzt werden.Lenses and lens-mirror combinations can be replaced with non-plane mirrors.

1(a) Stand der Technik: Funktionsskizze Smartphone mit Erweiterung enthaltend einfache Kepler-Anordnung als Telefotolinse 1 (a) State of the art: Functional sketch smartphone with extension containing simple Kepler arrangement as a telephoto lens

1(b) Stand der Technik: Ansichtskizze Smartphone mit Erweiterung enthaltend einfache Kepler-Anordnung 1 (b) State of the art: View sketch smartphone with extension containing simple Kepler arrangement

1(c) Funktionsskizze Smartphone mit Erweiterung enthaltend einfache Galilei-Anordnung 1 (c) Function sketch smartphone with extension containing simple Galileo arrangement

2 Stand der Technik: Funktionsskizze Smartphone mit Fernglas 2 State of the art: Function sketch smartphone with binoculars

3 Funktionsskizzen Smartphone mit erfindungsgemäßer Erweiterung enthaltend gefaltete stationäre Kepler-Anordnung

(a) erste Lösung
(b) zweite Lösung
(c) dritte Lösung
(d) vierte Lösung
(e) erste Lösung für eher kleine Vergrößerungen
(f) erste Lösung für eher höhere Vergrößerungen
(g) vereinfachte Lösung ohne Auskoppelspiegel

3 Function sketches Smartphone with inventive extension containing folded stationary Kepler arrangement

(a) first solution
(b) second solution
(c) third solution
(d) fourth solution
(e) first solution for rather small magnifications
(f) first solution for rather higher magnifications
(g) simplified solution without output mirror

4 Funktionsskizzen Smartphone mit erfindungsgemäßer Erweiterung enthaltend gefaltete variable Kepler-Anordnung

(a) Lösung mit Auskoppelspiegel
(b) vereinfachte Lösung ohne Auskoppelspiegel

4 Function sketches Smartphone with inventive extension containing folded variable Kepler arrangement

(a) Solution with output mirror
(b) simplified solution without output mirror

5 Funktionsskizze Laptop mit erfindungsgemäßer Erweiterung enthaltend gefaltete Kepler-Anordnung 5 Functional sketch of laptop with inventive extension containing folded Kepler arrangement

6 Funktionsskizze Tablet-PC mit erfindungsgemäßer Erweiterung enthaltend gefaltete Kepler-Anordnung für die Front-Kamera 6 Function sketch Tablet PC with inventive extension containing folded Kepler arrangement for the front camera

7 Funktionsskizze Tablet-PC mit erfindungsgemäßer Erweiterung enthaltend gefaltete Kepler-Anordnung für die hintere Kamera 7 Function sketch Tablet PC with inventive extension containing folded Kepler arrangement for the rear camera

1(a) stellt schematisch die Funktion der Optik der Telefotoerweiterung 22 für Smartphonekamera 2 eines Smartphones 1 dar. Der optische Strahlengang am Ausgang der Kamera und innerhalb der gesamten Erweiterung zeigen in die gleiche Richtung und verlaufen entlang der optischen Achse 7 der Kamera und der optischen Achse 77 der Erweiterung, wobei die beiden optischen Achsen zusammenfallen. Die Optik der Erweiterung bildet hier ein Teleskop in Kepler-Anordnung mit einem Zwischenbild (nicht eingezeichnet) zwischen dem Okular 3 und dem Objektiv 4 und einer Bildumkehr. Optional kann die Anordnung eine optische Vorrichtung, meist wieder zwischen dem Okular 3 und der Objektiv 4, zur Bildaufrichtung enthalten (die optionale Bildumkehroptik ist nicht eingezeichnet). Die Bildaufrichtung kann auch im Smartphone Software-mäßig realisiert werden, ohne die schwere und teure Bildumkehroptik. Die Bildumkehroptik wird meist mit Prismen realisiert. Die Kepler-Anordnung wird bevorzugt bei höheren Vergrößerungen verwendet. Der Pfeil an der optischen Achse 7 deutet auch in den folgenden Abbildungen die Blickrichtung der Kamera an. 1 (a) schematically represents the function of the optics of telephoto extension 22 for smartphone camera 2 a smartphone 1 The optical path at the exit of the camera and within the entire extension point in the same direction and run along the optical axis 7 the camera and the optical axis 77 the extension, where the two optical axes coincide. The optics of the extension here forms a telescope in Kepler arrangement with an intermediate image (not shown) between the eyepiece 3 and the lens 4 and a picture reversal. Optionally, the arrangement may be an optical device, usually again between the eyepiece 3 and the lens 4 , included for image erection (the optional image reversal optics is not shown). The image erection can also be implemented in the smartphone software, without the heavy and expensive Bildumkehroptik. The image reversal optics is usually realized with prisms. The Kepler arrangement is preferably used at higher magnifications. The arrow on the optical axis 7 also indicates the viewing direction of the camera in the following illustrations.

1(b) stellt schematisch das Aussehen der Gesamtanordnung aus dem Smartphone 1 und der Telefotoerweiterung 22 innerhalb des dazugehörigen Gehäuses 34. Die Befestigungsvorrichtung für die Erweiterung wurde der Einfachheit halber nicht dargestellt. 1 (b) schematically represents the appearance of the overall arrangement of the smartphone 1 and the telephoto extension 22 within the associated housing 34 , The fastening device for the extension has not been shown for the sake of simplicity.

1(c) stellt schematisch die Funktion der Telefotoerweiterung 23 für Smartphonekamera 2 eines Smartphones 1 ähnlich der 1(a) dar. Hier wurde allerdings statt der Kepler-Anordnung 22 die Galilei-Anordnung 23 mit Okular 3 und Objektiv 4 und optischer Achse 7/77 dargestellt. Die Galilei-Anordnung hat zwar den Vorteil, dass sie deutlich kürzer ausgelegt werden kann, weil sie kein Zwischenbild aufweist. Der entscheidende Nachteil der Galilei-Anordnung ist allerdings die Tatsache, dass sie nur mit großem Aufwand Vergrößerungen um mehr als Faktor 3 erlaubt, wohingegen die Kepler-Anordnung deutlich höhere Vergrößerungsfaktoren erlaubt. Es ist nicht bekannt, ob die Galilei-Anordnung überhaupt im Markt angeboten wird. Sie unterscheidet sich von der Kepler-Anordnung durch ein Okular 3 mit negativer Brechkraft. Es findet keine Bildumkehr statt und es entsteht kein Zwischenbild. 1 (c) schematically represents the function of telephoto extension 23 for smartphone camera 2 a smartphone 1 similar to the 1 (a) Here was, however, instead of the Kepler arrangement 22 the Galileo arrangement 23 with eyepiece 3 and lens 4 and optical axis 7 / 77 shown. Although the Galilei arrangement has the advantage that it can be designed significantly shorter because it has no intermediate image. The decisive disadvantage of the Galilei arrangement, however, is the fact that they only with great effort enlargements by more than factor 3 whereas the Kepler arrangement allows significantly higher magnification factors. It is not known if the Galileo order is even offered in the market. It differs from the Kepler arrangement by an eyepiece 3 with negative refractive power. There is no image reversal and there is no intermediate image.

2 stellt schematisch die Anordnung mit Fernglas 24 dar (Fall 2). Vor der Kamera 2 des Smartphones 1 ist ein optischer Kanal 33 von den beiden optischen Kanälen 33 und 33' mit den optischen Achsen 7 und 7' des Fernglases 24 angeordnet. Die optischen Kanäle sind als Kepler-Teleskope jeweils mit Okular 3 und 3' und Objektiv 4 und 4' ausgebildet. Die Bildumkehr der Anordnung wird jeweils mit der korrespondierenden Bildumkehrvorrichtung 11 und 11' rückgängig gemacht, was bei dem üblichen Nutzungszweck sinnvoll ist. Bei Benutzung mit der Smartphonekamera kann die Bildumkehr Hardware-los Sofware-mäßig im Smartphone erfolgen, somit ist die schwere Bildumkehrvorrichtung überflüssig, genauso wie ein zweiter optischer Kanal. 2 schematically represents the arrangement with binoculars 24 (Case 2). In front of the camera 2 of the smartphone 1 is an optical channel 33 from the two optical channels 33 and 33 ' with the optical axes 7 and 7 ' of the binoculars 24 arranged. The optical channels are as Kepler telescopes each with eyepiece 3 and 3 ' and lens 4 and 4 ' educated. The image inversion of the arrangement is in each case with the corresponding image inversion device 11 and 11 ' reversed, which is useful for the usual purpose. When used with the smartphone camera, the image reversal hardware-free software can be done in the smartphone, so the heavy image reversal device is unnecessary, as well as a second optical channel.

3(a) stellt schematisch eine erfindungsgemäße optische Erweiterung für Smartphonekamera 2 eines Smartphones 1 dar. Der optische Strahlengang 7 mit den Teilstücken 8, 9 und 10 wurde mit Hilfe der Spiegel (es könnten auch Prismen sein) 5 und 6 gefaltet, so dass der optische Strahlengang anfangs im Teilstück 8 im Wesentlichen senkrecht zu der Smartphoneoberfläche verläuft, dann aber im Teilstück 9 im Wesentlichen entlang der Smartphoneoberfläche, auch wenn nicht unbedingt parallel dazu. Da die optischen Achsen der Strahlengänge der Kamera und der Erweiterung im Wesentlichen deckungsgleich verlaufen, wurde hier auf eine Unterscheidung verzichtet. Die Anordnung der optischen Elemente ist hier in folgender Reihenfolge: der Kamera folgt das Okular der Erweiterung, dann der erste Umlenkspiegel 5, der zweite Umlenkspiegel 6 und dann das Objektiv 4. 3 (a) schematically illustrates an inventive optical extension for smartphone camera 2 a smartphone 1 dar. The optical beam path 7 with the sections 8th . 9 and 10 was using the mirrors (it could also be prisms) 5 and 6 folded, so that the optical beam path initially in the section 8th runs substantially perpendicular to the smartphone surface, but then in the section 9 essentially along the smartphone surface, though not necessarily parallel to it. Since the optical axes of the beam paths of the camera and the extension are essentially congruent, a distinction was made here. The arrangement of the optical elements is here in the following order: the camera is followed by the eyepiece of the extension, then the first deflecting mirror 5 , the second deflecting mirror 6 and then the lens 4 ,

3(b) stellt schematisch eine weitere Möglichkeit der erfindungsgemäßen optischen Erweiterung für Smartphonekamera 2 eines Smartphones 1 dar. Der einzige Unterschied zu der Variante in 3(a) ist, dass das Objektiv 4 vor und nicht hinter dem Spiegel 6 angeordnet ist. 3 (b) schematically illustrates a further possibility of the inventive optical extension for smartphone camera 2 a smartphone 1 dar. The only difference to the variant in 3 (a) is that the lens 4 in front and not behind the mirror 6 is arranged.

3(c) stellt schematisch eine weitere Möglichkeit der erfindungsgemäßen optischen Erweiterung für Smartphonekamera 2 eines Smartphones 1 dar. Der einzige Unterschied zu der Variante in 3(a) ist, dass das Okular 3 hinter und nicht vor dem Spiegel 5 angeordnet ist. 3 (c) schematically illustrates a further possibility of the inventive optical extension for smartphone camera 2 a smartphone 1 dar. The only difference to the variant in 3 (a) is that the eyepiece 3 behind and not in front of the mirror 5 is arranged.

3(d) stellt schematisch eine weitere Möglichkeit der erfindungsgemäßen optischen Erweiterung für Smartphonekamera 2 eines Smartphones 1 dar. Hier ist das Okular 3 hinter dem Spiegel 5 und das Objektiv 4 vor dem Spiegel 6 angeordnet. Diese Anordnung ist besonders geeignet, die Linsen 3 und 4 rotierbar zu lagern und somit einen Kepler-Vergrößerungswechsler zu realisieren. Der bewegliche Vergrößerungswechsler kann auch um weitere stationäre Optiken, vorzugsweise außerhalb des eigentlichen Wechslers, erweitert werden. 3 (d) schematically illustrates a further possibility of the inventive optical extension for smartphone camera 2 a smartphone 1 Here is the eyepiece 3 behind the mirror 5 and the lens 4 in front of the mirror 6 arranged. This arrangement is particularly suitable, the lenses 3 and 4 rotatable to store and thus to realize a Kepler magnification changer. The movable magnification changer can also be extended by further stationary optics, preferably outside the actual changer.

3(e) entspricht im Wesentlichen der 3(a), es ist nur deutlicher herausgestellt, dass das Strahlengang-Teilstück 9 nicht notwendigerweise parallel zur Smartphone-Oberfläche verlaufen muss, sondern kann sich dem Smartphone zwischen den Spiegeln 5 und 6 nähern. Dieser Fall wird bevorzugt bei kleineren Vergrößerungen vorkommen. Es ist klar, dass hier die Spiegel nicht mehr unter dem Winkel von 45° zum Smartphone stehen. 3 (e) essentially corresponds to the 3 (a) , it is only more clearly stated that the beam path section 9 not necessarily run parallel to the smartphone interface, but can the smartphone between the mirrors 5 and 6 approach. This case will preferably occur at smaller magnifications. It is clear that the mirrors are no longer at an angle of 45 ° to the smartphone.

3(f) entspricht im Wesentlichen der 3(a), es ist nur deutlicher herausgestellt, dass das Strahlengang-Teilstück 9 nicht notwendigerweise parallel zur Smartphone-Oberfläche verlaufen muss, sondern kann sich von dem Smartphone zwischen den Spiegeln 5 und 6 entfernen. Dieser Fall wird bevorzugt bei größeren Vergrößerungen vorkommen. Es ist klar, dass hier die Spiegel nicht mehr unter dem Winkel von 45° zum Smartphone stehen. 3 (f) essentially corresponds to the 3 (a) , it is only more clearly stated that the beam path section 9 does not necessarily have to run parallel to the smartphone interface, but can from the smartphone between the mirrors 5 and 6 remove. This case will preferably occur at larger magnifications. It is clear that the mirrors are no longer at an angle of 45 ° to the smartphone.

3(g) entspricht im Wesentlichen der 3(b), es wurde lediglich der Umlenkspiegel 6 weggelassen, so dass der optische Strahlengang nicht wieder in Richtung im Wesentlichen senkrecht zum Smartphone umgelenkt wird, sondern weiter im Wesentlichen entlang des Smartphones verläuft. Diese Lösung bietet sich z. B. an, wenn man nach oben fotografieren will (z. B. Hochhäuser, Flugzeuge, Bäume) ohne das Smartphone dabei über dem Kopf halten zu müssen. 3 (g) essentially corresponds to the 3 (b) It only became the deflecting mirror 6 omitted, so that the optical beam path is not redirected towards the direction substantially perpendicular to the smartphone, but continues to run substantially along the smartphone. This solution offers z. For example, if you want to photograph upstairs (eg skyscrapers, airplanes, trees) without having to hold the smartphone over your head.

Die erfindungsgemäßen optischen Erweiterung für Smartphonekamera 2 eines Smartphones 1 wurden in 3 dargestellt an Hand eines Kepler-Fernrohres. Genauso gut hätte es ein Galilei-Fernrohr sein können. Ebenso hätte es eine Mikroskop-Anordnung sein können, dabei würde man möglicherweise eine abweichende Anzahl von Optiken benutzen. Alle gefalteten Erweiterungen fallen in den Schutzbereich der Erfindung.The inventive optical extension for smartphone camera 2 a smartphone 1 were in 3 represented by a Kepler telescope. It could just as well have been a Galilean telescope. Likewise it could have been a microscope arrangement, it would possibly use a different number of optics. All folded extensions are within the scope of the invention.

4(a) zeigt eine der in 3(a) ähnliche Anordnung. In 4(a) sind allerdings die optischen Elemente zumindest teilweise beweglich, wobei neben Translation ausdrücklich auch die Rotation gemeint sein kann. Beispielsweise kann der Spiegel 5 rotieren und der Spiegel 6 sowohl rotiert wie auch verschoben werden. Auch Linse 4 kann bewegt werden. Die Bewegung der optischen Elemente kann miteinander gekoppelt werden, um jederzeit die optimale Ausrichtung der optischen Elemente ohne weitere Justage gewährleisten zu können. 4 (a) shows one of the in 3 (a) similar arrangement. In 4 (a) However, the optical elements are at least partially movable, which in addition to translation expressly also the rotation may be meant. For example, the mirror 5 rotate and the mirror 6 both rotated and moved. Also lens 4 can be moved. The movement of the optical elements can be coupled together in order to be able to ensure the optimum alignment of the optical elements at any time without further adjustment.

Eine mögliche Anwendung dieser Lösung wäre ein Gerät für Beobachtung von Himmelskörpern. Sie könnte durch einen optionalen Stativ, eine Software auf dem Smartphone, um z. B. Mechanik zu steuern oder Position- und/oder Ausrichtungsbestimmung ergänzt werden und würde eine sehr kompakte mobile astronomische Einheit bilden. Durch die sehr kleine Ausgangspupille der Smartphonekamera würden die anderen Optiken ebenfalls sehr kompakt ausfallen.A possible application of this solution would be a device for observation of celestial bodies. You could by an optional tripod, a software on the smartphone to z. As mechanics to control or position and / or orientation determination be supplemented and would form a very compact mobile astronomical unit. Due to the very small exit pupil of the smartphone camera, the other optics would also be very compact.

In der Lösung aus 4(b) wurde der zweite Umlenkspiegel 6 weggelassen. Astronomische Anwendungen sind ebenfalls möglich, man ist aber nicht ganz so flexibel mit dem Einstellen des Winkels des Displays und der Beobachtungsrichtung, allerdings wird so ein Spiegel und einiges an Mechanik eingespart.In the solution 4 (b) became the second deflecting mirror 6 omitted. Astronomical applications are also possible, but it is not quite as flexible with adjusting the angle of the display and the direction of observation, but so a mirror and a lot of mechanics is saved.

5 zeigt eine weitere Variante der erfindungsgemäßen optischen Erweiterung, hier für ein Laptop-PC 1, bestehend aus Teil 1', gewöhnlich mit Tastatur, und Teil 1'', gewöhnlich mit einem Bildschirm. Es wird erreicht, dass die Webcam 2 nicht zum Bediener sonder von ihm weg blickt, in dem die optische Achse 7 mit den Teilstücken 8, 9 und 10 über die Umlenkspiegel 5 und 6 hinter den Laptop-PC umgelenkt wird. Werden die Linsen 3 und 4 weggelassen, bleibt die Vergrößerung der Kamera erhalten, mit den Linsen gibt es bevorzugt eine höhere Vergrößerung. Diese Lösung ist praktisch, wenn man mit der Webcam Aufnahmen am Bildschirm kontrollieren möchte ohne selbst im Bild zu sein. Einige optische Elemente, vorzugsweise Spiegel 5 und 6 und die Linse 4, werden bevorzugt beweglich ausgeführt, weil der Winkel zwischen den Laptop-Teilen 1' und 1'' selten ein rechter Winkel ist. Dieser Winkel wird meist variabel eingestellt, somit sollte die Erweiterung bezüglich der Strahlführung einstellbar sein. Dies kann aber z. B. für die Fälle entfallen, wo der Winkel zwischen den Laptop-Teilen 1' und 1'' bekannt ist (z. B. besonders ergonomischer oder bevorzugter Winkel) und die Strahlführung in der Erweiterung fest darauf eingestellt wird, so dass die optischen Elemente nicht bewegt werden müssen. 5 shows a further variant of the optical extension according to the invention, here for a laptop PC 1 , consisting of part 1' , usually with keyboard, and part 1'' usually with a screen. It is achieved that the webcam 2 not looking to the operator but away from him, in which the optical axis 7 with the sections 8th . 9 and 10 over the deflection mirror 5 and 6 is redirected behind the laptop PC. Be the lenses 3 and 4 omitted, the enlargement of the camera is maintained, with the lenses, there is preferably a higher magnification. This solution is useful if you want to control images on the screen with the webcam without being in the picture yourself. Some optical elements, preferably mirrors 5 and 6 and the lens 4 , are preferably designed to be movable because of the angle between the laptop parts 1' and 1'' rarely is a right angle. This angle is usually set variable, so the extension should be adjustable with respect to the beam guidance. This can but z. B. accounts for the cases where the angle between the laptop parts 1' and 1'' is known (for example, particularly ergonomic or preferred angle) and the beam guide in the extension is fixed to it, so that the optical elements must not be moved.

6 zeigt eine weitere Variante der erfindungsgemäßen optischen Erweiterung, hier für ein Tablet-PC 1 mit der Front-Kamera 2' (auf der Display-Seite). Der Strahlengang ist ähnlich wie in 5, der Winkel zwischen den Teilstücken 8 und 10 der optischen Achse 7 ist aber von vornherein ungleich Null, im Unterschied zu 5, wo beide Teilstücke 8 und 10 parallel zueinander verlaufen. Auch hier können die Linsen 3 und 4 weggelassen werden, um die Vergrößerung bei 1 zu belassen. Eine flexible Lösung enthält zumindest ein bewegliches optisches Element. 6 shows a further variant of the optical expansion according to the invention, here for a tablet PC 1 with the front camera 2 ' (on the display page). The beam path is similar to in 5 , the angle between the sections 8th and 10 the optical axis 7 but is not equal to zero from the beginning, unlike 5 where both cuts 8th and 10 parallel to each other. Again, the lenses can 3 and 4 be omitted to increase the magnification 1 to leave. A flexible solution contains at least one movable optical element.

7 zeigt eine weitere Variante der erfindungsgemäßen optischen Erweiterung, hier für ein Tablet-PC 1 mit der hinteren Kamera 2'' (auf der Display abgewandter Seite). Auch hier lassen sich mit den optischen Elementen bevorzugt die Teilstücke 9 und 10 der optischen Achse 7 bewegen, wie durch die gestrichelten Pfeile angedeutet. Diese Lösung wird bevorzugt bei höheren Vergrößerungen verwendet. Für niedrigere Vergrößerungen und Vergrößerung 1, kann die Erweiterung um das Teilstück 8 der optischen Achse 7 um 180° gedreht werden, da in diesem Falle das Teilstück 9 der optischen Achse relativ kurz ausfällt. 7 shows a further variant of the optical expansion according to the invention, here for a tablet PC 1 with the rear camera 2 '' (on the side facing away from the display). Here, too, the sections can be preferred with the optical elements 9 and 10 the optical axis 7 move as indicated by the dashed arrows. This solution is preferably used at higher magnifications. For lower magnifications and magnification 1 , the extension may be around the section 8th the optical axis 7 rotated by 180 °, since in this case the section 9 the optical axis is relatively short.

Wird die Lösung in 4(a) ohne bewegliche Teile ausgeführt, kann sie jeweils für spezielle Aufgaben verwendet werden, z. B. Fotografieren mit einem Tablet-PC. Wegen der Größe und des Gewichts kann ein Tablet-PC nicht unbedingt zum Fotografieren hochgehalten werden. Damit man das Display immer noch benutzen kann, wird das Tablet unter einem Winkel gehalten und die Kameraachse durch die Erweiterung umgelenkt, s. 7. Es denkbar, die Erweiterung auch ohne Linsen und nur mit Spiegeln zu benutzen, um alleine eine ergonomische Position beim Fotografieren zu erreichen.Will the solution be in 4 (a) executed without moving parts, it can be used for specific tasks, such. B. Taking pictures with a tablet PC. Because of the size and weight, a tablet PC may not necessarily be held up for taking pictures. In order to still be able to use the display, the tablet is held at an angle and the camera axis is deflected by the extension, s. 7 , It is conceivable to use the extension without lenses and only with mirrors to achieve an ergonomic position when photographing alone.

Die optische Achse der Erweiterung 7 mit den Teilstücken 8, 9 und 10 verläuft bevorzugt in einer Ebene. Es sind aber Anwendungen denkbar, wo die Teilstücke nicht in einer Ebene verlaufen. Die Auswirkungen sind Parallelversatz der Bildachse und/oder Bilddrehung des Kamerabildes. Beide Auswirkungen können bei Bedarf Software-mäßig korrigiert werden.The optical axis of the extension 7 with the sections 8th . 9 and 10 preferably runs in a plane. However, applications are conceivable where the sections do not run in one plane. The effects are parallel offset of the image axis and / or image rotation of the camera image. Both effects can be software-corrected if necessary.

Claims

Optical extension for a smartphone camera, characterized in that the optical beam path of the extension is folded, this extension includes a mechanical device with which the extension can be connected to the smartphone containing the camera, so that the optical axis of the smartphone camera on Output of the smartphone camera coincides with the optical axis of the extension at the entrance of this extension.

An extension according to claim 1, characterized in that this extension includes a device that can make the optical path of the smartphone camera free, so that this extension has no effect on the smartphone camera.

An extension according to claim 1, characterized in that this extension comprises a device which contains information about the extension and / or can transmit to the smartphone.

An extension according to claim 3, characterized in that this information is the position and / or direction of the optical axis of the extension and / or the parts of said optical axis relative to the smartphone or in space and / or the optical magnification of the extension and / or the State of the device that can make the optical path of the smartphone camera, concern.

An extension according to claim 1, characterized in that on the smartphone software is implemented, which can change the camera recording both on the display and when saving the image information or instructions for aligning the arrangement of the smartphone and the extension and / or background information to the with the camera can provide observed operations.

Extension according to claim 1, characterized in that the optical elements are movable.

An extension according to claim 6, characterized in that at least one optical element is coupled to at least one further movable optical element so that the position of the one element is uniquely associated with the position of the other element.

Extension according to claim 1, characterized in that parts of the optical beam path extend at an angle of less than 30 ° to the smartphone.

An extension according to claim 1, characterized in that it includes a device that supports the measurement of a point spread function.

An extension according to claim 1, characterized in that the part of the extension, which serves to connect the extension to the smartphone, at least partially serves the protection of the smartphone.

An extension according to claim 10, characterized in that the part of the extension serving to protect the smartphone is repeatedly detached from the rest of the extension.