TW202346961A - 成像光學系統 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種成像光學系統(1)，包括折疊部件(2)和可調光學部件(3)，其佈置在光學系統(1)的光路上，其中可調光學部件(3)包括第一光學表面(7)、 第二光學表面(8)和第一光學表面(7)與第二光學表面(8)之間的可變形的內部空間(9)，該內部空間(9)填充有透明液體(11)，其中可調光學部件(3)的光學特性可通過改變內部空間(9)的形狀來調整。成像光學系統(1)進一步包括可移動地安裝的籠元件(13)，其至少部分地包圍折疊部件(2)，並與可調光學部件(3)機械耦合，以便籠元件(13)的位移導致可調光學部件(3)的光學特性的改變，以及致動器(14, 15, 16)，其佈置在折疊部件(2)和籠元件(13)之間，致動器(14, 15, 16)配置為向籠元件(13)施加位移力。

Description

成像光學系統
本發明涉及根據權利要求1所述的成像光學系統。
成像光學系統基本上是眾所周知的，並被用於各種設備，如行動電話。理想的是，成像光學系統具有緊湊的設計，同時能夠調整至少一個光學參數，特別是在通過成像光學系統捕捉圖像的過程中。本發明的目的是提出一種成像光學系統，利用它可以實現這些目標。
本發明的目的通過根據權利要求1所述的成像光學系統來解決。優選實施例是從屬權利要求2-15的發明主題。
根據本發明，成像光學系統包括折疊部件和可調光學部件，其佈置在光學系統的光路上。可調光學部件包括第一光學表面、第二光學表面和位於第一光學表面與第二光學表面之間的可變形的內部空間。內部空間填充有透明液體。可調光學部件的光學特性可通過改變內部空間的形狀進行調整。成像光學系統還包括可移動地安裝的籠元件，其至少部分地包圍著折疊部件，並與可調光學部件機械耦合，以便籠元件的位移導致可調光學部件的光學特性的改變。此外，致動器佈置在折疊部件和籠元件之間，其中致動器配置為對籠元件產生位移力。
本發明是基於這樣的發現：具有上述特徵的成像光學系統可以具有緊湊的設計。同時，在圖像採集過程中，至少一種光學特性可以以簡單的方式關於成像光學系統的結構來調整。
根據本發明，折疊部件可被視為允許偏轉和/或改變進入成像光學系統的光束路徑的光學部件。在可行實施例中，折疊部件包括棱鏡、反射鏡或類似的光學部件。優選地，折疊部件限定進光軸和出光軸，它們圍成至少30°的折疊角，優選為至少45°，高度優選90°。因此，折疊部件優選將光路折疊至少30°，更優選至少45°，高度優選90°。折疊部件的進光軸和出光軸之間的這種角度對成像光學系統在平坦化設計的行動電話中的應用有利。這是因為成像光學系統可以佈置成這樣，即進光軸垂直於行動電話的主要延伸平面，並且出光軸與所述延伸平面平行地延伸。多個部件，特別是光學部件，可以佈置在光路中平行於延伸平面延伸的部分，因此不會對行動電話的平坦化設計產生負面影響。當然，這些優點也可以用帶有成像光學系統的其他設備來實現。
根據本發明，可調光學部件具有至少一種光學特性，可以通過改變內部空間的形狀來調整。本發明並不局限於可調光學部件的具體設計，也不局限於哪種光學特性可調節。唯一相關的是，第一光學表面和第二光學表面在成像光學系統的光路中可佈置的區域中各自至少部分是透明的，並且它們相對彼此可位移。因此，內部空間的變形基本上可以通過完全或部分地使第一表面和第二表面相對於彼此移位來發生。優選地，在可調光學部件的至少一種狀態下，第一光學表面和/或第二光學表面是平的，並且相互平行間隔。也是在本發明的範圍內，在成像光學系統的至少一種狀態下，第一和/或第二光學表面各自具有彎曲的形狀。本發明不限於特定的透明液體，在一簡單實施例中，其可以是光學油或其他合適的液體。
通過提供內部空間的變形，可以影響沿光路照射可調部件的光束的路徑。這使得例如在成像光學系統是圖像採集系統的一部分時，可以輕鬆地進行光學圖像穩定。如果成像光學系統是移動系統，如行動電話的一部分，不能保持在確定的位置，並且非期望移動可能會對圖像品質產生負面影響，那麼這種光學圖像穩定是有利的。
根據本發明，籠元件是結構部件，其設計成接收力和/或扭矩，並將其傳遞給可調光學部件，以實現內部空間的變形，從而使可調光學部件的至少一個光學特性發生變化。
為此，籠元件至少相對於折疊部件可移動地安裝。至關重要的是，籠元件至少部分地包圍折疊部件。優選地，籠元件在至少一個平面內圍繞折疊部件超過45°，優選超過90°，更優選超過180°。籠元件優選提供空間，其中折疊部件佈置在籠元件裡，並且被籠元件包圍。在這種情況下，籠元件優選具有一個或多個開口，可以通向空間，其中折疊部件被籠元件包圍，並且光路通過其中。假定折疊部件具有進光軸和出光軸，那麼進光軸通過籠元件的第一開口，出光軸通過籠元件的第二開口。
籠元件和可調光學部件之間的機械耦合可以通過所述部件之間的直接機械連接或通過所述部件之間的附加裝置的間接連接來實現。本發明不限於特定類型的連接。因此，機械耦合有可能是點狀和/或線狀和/或平面狀。
優選地，可調光學部件佈置成第一光學表面面對籠元件，可調光學部件的至少一種光學特性的改變是通過第一光學表面相對於第二光學表面的位移來實現的。第二表面可以安裝在成像光學系統的部件上，該部件相對於可移動的籠元件是固定佈置的，例如平坦的剛性玻璃。在另一簡單實施例中，可調光學部件可以包括第三表面，其佈置在第一和第二表面之間，並相對于光路橫向限定了內部空間。這一第三表面也可用於將籠元件機械地耦合到可調光學部件上。
根據本發明，致動器是使籠元件相對於折疊部件移位元的裝置。有利的是，致動器佈置在折疊部件和籠元件之間，因為這實現了成像光學系統的緊湊設計。
在優選實施例中，可調光學部件是可調棱鏡，其中第一光學表面是剛性的，第二光學表面是剛性的，光學特性可以通過改變第一光學表面和第二光學表面之間的角度來調節。替選地，可調光學部件是可調透鏡，其中第一或第二光學表面是可變形的，並且通過改變第一光學表面和第二光學表面之間的角度以及改變可變形的第一或第二表面的形狀來調節光學特性。
對於該實施例，其中可調光學部件設計成棱鏡，其第一和第二表面是剛性的，有可能通過使所述表面相對彼此傾斜而使用成像光學系統進行光學成像穩定，從而改變成像光學系統內的光路。因此，光束可以引導到可能用於成像光學系統的圖像感測器的特定區域。
同樣的效果也可以通過優選實施例來實現，其中第一和第二表面設計成可變形的膜。然而，除此之外，還可以改變可調光學部件的焦平面。這尤其可以通過增加內部空間中透明液體的液體靜壓力來實現，這可以導致第一和/或第二表面的曲率改變。如果提供光學玻璃，其佈置在第一或第二光學表面的光路中，並且可調光學部件可以被籠元件壓住，那麼這種曲率的變形可以以簡單的方式實現。這種曲率的設置導致焦平面的移動，從而使成像光學系統能夠提供聚焦功能。
在優選實施例中，成像光學系統包括至少一個圖像感測器，其佈置在成像光學系統的光路中，其中折疊部件沿光路佈置在可調光學部件和圖像感測器之間。替選地，光學系統包括至少一個圖像感測器，其佈置在光學系統的光路中，並且其中可調光學部件相對于光路佈置在折疊部件和圖像感測器之間。
根據上述兩種優選佈置中的第一種，折疊部件佈置在可調部件和圖像感測器之間。這意味著，沿著光軸的光束首先通過可調光學部件，然後通過折疊部件進行偏轉，並重新定向到圖像感測器。如果這樣的成像光學系統用在行動電話中，可調光學部件可以平行於行動電話的主擴展平面佈置。第一光學表面可以面對折疊部件，優選通過硬質光學玻璃與之隔開。可調部件的至少一種光學特性的調整可以通過使第一光學表面或優選整個可調光學部件對剛性光學玻璃進行移位來實現，從而導致內部空間的形變。
這種第一佈置的優點是使光學系統的組裝更容易，特別是如果它是與行動電話組裝的。這是由於在第一步中，除了可調光學部件外，所有的光學部件都可以被安裝。在這種狀態下，可以採取所有必要的品質控制措施，特別是可以進行測量，以確保已經組裝好的部件具有所有需要的光學特性。這些測量不會受到可調光學部件的影響。一旦所有的品質控制措施完成後，可調光學部件就會被安裝。
根據兩種優選佈置中的第二種，可調部件可以沿著折疊部件和圖像感測器之間的光路定位。可調部件的第一光學表面可以面對折疊部件。在第二光學表面的可調光學部件的另一側可以佈置剛性的光學玻璃。可調部件的至少一種光學特性的調整可以通過使第一光學表面或優選整個可調光學部件對剛性光學玻璃進行移位來實現，從而導致內部空間的形變。
可調光學部件置於折疊部件和圖像感測器之間的佈置的優點是成像光學系統的緊湊設計。此外，當成像光學系統用於手機時，可調光學部件不必平行於手機的主延伸軸佈置，這樣就可以實現平坦化設計。
在優選實施例中，籠元件通過軸承裝置相對於折疊部件可移動地安裝。軸承裝置配置成使籠元件可圍繞至少一個旋轉軸旋轉，該旋轉軸垂直於光軸，該光軸在折疊部件和可調光學部件之間延伸，這樣就可以實現光學圖像的穩定。額外地，或替選地，軸承裝置配置成使籠元件可沿光軸移位，該光軸在折疊部件和可調光學部件之間延伸，從而可實現可調部件的焦平面的位移。
根據上述的優選實施例，軸承裝置的設計允許為保持架元件限定一個或多個自由度。優選地，軸承裝置是彈性彈簧元件，基本上是平的，並且在至少一種狀態下垂直於光軸延伸到籠元件和可調光學部件之間。為此，彈簧元件可以以簡單的方式設計成容易變形的扁平金屬片或塑膠件。彈簧元件的剛度可以由其材料特性和形狀決定。優選地，軸承裝置包括機械基座，其限定了籠元件的位移。為此，軸承裝置，優選設計成彈簧元件，可以具有至少兩個不同剛度的區域，據此，籠元件在較低剛度的區域與軸承裝置機械連接，較高剛度的區域限制籠元件在至少一個自由度上的運動。
在優選實施例的範圍內，籠元件通過軸承裝置和成像光學系統的至少另一個部件安裝。例如，可調光學部件的部件也可以對籠元件具有軸承功能，例如，如果籠元件與可調光學部件機械耦合。在這種情況下，面對籠元件並與籠元件耦合的第一光學表面，由於其自身的硬度，至少在籠元件不移動時，可以作為其軸承。
根據一個實施例，致動器包括形狀記憶合金。形狀記憶合金與籠和棱鏡固定連接。特別是，致動器包括由形狀記憶合金組成的多根導線，其中導線佈置為以可控的方式通過加熱導線超過過渡溫度而收縮。為了改變可調光學部件的調諧狀態，形狀記憶合金加熱到過渡溫度以上，使籠相對於折疊元件移動。
在優選實施例中，致動器包括至少一個線圈和至少一個磁鐵，其中線圈相對於折疊部件固定佈置，而磁鐵則固定地連接到籠元件上。特別是，線圈中的電流導致籠和折疊元件之間產生洛倫茲力。
通過產生在線圈中流動的電流，從而產生磁場，與磁體的磁場相互作用，就容易實現致動器的運行。這些磁場之間的相互作用導致了可以施加在籠元件上的位移力。有利的是，如果至少線圈佈置在空間內，籠元件將折疊部件包圍在其中。這實現了成像光學系統的緊湊設計。此外，有利的是，該線圈固定地佈置在成像光學系統中。在籠元件的位移過程中，線圈和為線圈提供電流的電源之間沒有相對位移。因此，容易實現線圈與電源的可靠電接觸。相反，磁體在可移動安裝的籠元件上的佈置是有利的，因為磁體不需要與電源有電接觸就能產生位移力。
在一實施例中，籠元件圍繞旋轉軸可移動地安裝，磁體優選佈置在離籠元件的旋轉軸2 mm到15 mm之間，特別是5 mm到10 mm之間。磁體和旋轉軸之間的距離越大，位移力和旋轉軸之間的杠杆就越大，這就相應地導致了更大的扭矩，以使籠元件相對於旋轉軸產生旋轉。因此，旋轉扭矩可以由籠元件的幾何形狀和磁體在籠元件中的位置來設定，優選與致動器的功率無關。
優選地，在磁體遠離線圈的一側佈置磁遮罩元件。磁遮罩是有利的，因為致動器的磁體不會因其磁場而干擾其他部件。相反，磁遮罩的作用是使致動器不受其他磁場的影響，從而使其可靠地運行，無論其位置或成像光學系統的環境如何。
在優選實施例中，致動器是第一致動器，位移力是第一位移力。此外，第一致動器的線圈和磁體佈置成，使得第一位移力導致籠元件圍繞第一旋轉軸旋轉，該旋轉軸垂直於延伸至折疊部件和可調光鏡之間的光軸。通過籠元件圍繞第一旋轉軸的旋轉，可以提供光學圖像穩定。額外地，或替選地，至少第一位移力是平行於光軸的，並引起籠元件沿光軸的位移，從而提供可調光學部件焦平面的變化。
上述的進一步發展是有利的，因為只有一個致動器可以用來圍繞第一旋轉軸傾斜籠元件，並使籠元件沿光軸位移，從而既能穩定光學圖像，又能改變可調部件的焦平面。優選地，軸承裝置設計成為籠元件的上述運動提供兩個或多個自由度。
在一個可行實施例中，提供了兩個第一致動器，其可以佈置在籠元件的兩個相對的側面，並可以以不同的方式控制，以引起籠元件圍繞第一旋轉軸的傾斜和/或引起籠元件沿光軸的位移。在本實施例中，有可能在兩個第一推杆的線圈中產生電流，其方式是產生與光軸平行的相反的磁場力，從而對籠元件施加兩個相應相反的位移力。這些相反的位移力導致圍繞第一旋轉軸的扭矩，從而導致籠元件圍繞所述第一旋轉軸的傾斜。替選地，也有可能以這樣的方式產生電流，使場力指向同一方向並與光軸平行。這可能導致籠元件沿光軸的位移，從而導致可調光學部件的焦平面的改變。
在優選實施例中，光學系統進一步包括具有至少一個線圈和至少一個磁體的第二致動器，其中線圈相對於折疊部件固定地佈置，磁體固定地附接到籠元件上，並且其中第二致動器的線圈和磁體佈置成這樣，即第二位移力導致殼體元件圍繞第二旋轉軸旋轉，該旋轉軸垂直於第一旋轉軸並垂直於光軸。
通過第二致動器，可以提供進一步的選擇，通過圍繞第二旋轉軸傾斜籠元件來實現光學圖像的穩定。優選地，第二致動器佈置在光軸上，該光軸在折疊元件和可調光學部件之間延伸，由此，折疊元件佈置在第二致動器和可調光學部件之間。
在另一優選實施例中，第一致動器包括第一對線圈，它們佈置在共同的第一平面內，並配置成在電流流動的情況下，兩個相反的磁場力與佈置在籠元件上的至少一個磁體相互作用，並產生第一位移力，導致籠元件圍繞第一旋轉軸旋轉。第二致動器包括第二對線圈，它們佈置在與第一平面平行的共同第二平面內，並配置成在電流流動的情況下，兩個相反的磁場力與佈置在籠元件上的至少一個磁鐵相互作用，並產生第二位移力，導致籠元件圍繞第二旋轉軸旋轉。光學圖像穩定是可以通過第一致動器和/或第二致動器實現的。
上述實施例實現了成像光學系統的空間節省設計，同時提供允許籠元件圍繞兩個相互垂直的旋轉軸旋轉的手段。為此，第一或第二致動器的線圈可以串聯起來，並具有相反方向的線圈。通過在這樣一對線圈中產生電流，產生了兩個磁場，有兩個方向相反的磁場力。優選地，線圈中心與籠元件的第一旋轉軸相偏離，這樣，兩個磁場力與至少一個磁體配合，使籠元件圍繞第一旋轉軸旋轉。
優選地，第一致動器的第一對線圈和第二致動器的第二對線圈相對于對方旋轉90°。因此，所產生的用於傾斜籠元件的扭矩的有效軸也相對於彼此旋轉了90°，並與籠元件的旋轉軸相對應。每對線圈優選設計成平面線圈，並可製造成印刷電路板。特別是，第一和第二致動器可以製造成多層印刷電路板，它們相互之間有物理連接。
在一替選實施例中，致動器包括至少一個致動元件，該致動元件與籠元件和/或可調光學部件機械連接，至少部分由形狀記憶合金製成，配置為對籠元件和/或可調光學部件施加位移力。
根據上述的進一步發展，在加熱過程中，形狀記憶合金用於直接或間接地通過籠元件對可調部件施加位移力。為此，致動元件可以通過電接觸，以便在電流流動過程中加熱並變形為可自由定義的狀態。由此產生的力尤其可以作為籠元件的位移力。在本實施例的範圍內，可以根據需要調整電流，以便將位移力設定為電流的函數。
在優選實施例中，至少一個位置感測器，特別是霍爾感測器，佈置為檢測籠元件相對於光學系統的固定佈置部件的位移，特別是相對於線圈和/或折疊部件的位移。
上述的進一步實施例並不限於位置感測器的特定實施例。然而，其設計為霍爾感測器，以本身已知的方式測量磁場的場強，並輸出測量信號，特別是電壓，作為磁場強度的函數，是特別有利的。如果致動器包括磁體，其位置在成像光學系統的運行過程中會發生變化，則優選提供霍爾感測器。通過霍爾感測器的佈置，其相對於籠元件和其上的磁體是靜止的，籠元件的位置可以在任何時候確定。優選地，位置感測器的佈置方式是，在籠元件的至少一種狀態下，位置感測器和磁體是相對佈置的。
在優選實施例中，控制器通過信號路徑與位置感測器和致動器相連，並配置為控制籠元件相對於光學系統的折疊部件的相對位移，作為位置感測器的位置信號的函數。
通過上述的進一步發展，位置感測器和控制器可以成為控制回路的部件，利用它可以確保成像光學系統的可靠運行。特別是，能夠主動補償由於籠元件的重量和重力的自然影響而產生的任何位移。為此，可以提供幾個具有不同測量軸的位置感測器，以便能夠檢測和補償籠元件在成像光學系統的任何位置上的非期望位移。
在優選實施例中，至少一個靜態透鏡沿光路佈置在折疊部件和圖像感測器之間，並且至少一個靜態透鏡可移動地安裝在殼體內，其中線性致動器配置為使至少一個靜態透鏡沿靜態光軸位移，以改變成像光學系統的焦平面和/或變焦。
該至少一個剛性透鏡可以形成為一組剛性透鏡的一部分。剛性透鏡以本身已知的方式，是收集光學系統，它產生由成像光學系統捕獲的物體的真實光學圖像。通過線性致動器，鏡頭可以是變焦鏡頭，對於它來說，焦距和視角可以改變。線性致動器可以包括至少一個磁體和多個線圈，這些線圈平行于光路分佈。至少一個剛性透鏡的位置可以通過在多個線圈中暫時交錯地產生電流來調整，這樣產生移動的磁場，該磁場被線性致動器的磁體所跟隨，從而影響了至少一個剛性透鏡的移動。
在優選實施例中，靜態透鏡是通過軸承來安裝的，該軸承包括滾動元件、磁體和磁軌，它們配合地配置為通過滾動元件將透鏡偏向外殼。
通過上述的進一步發展，滾動元件永久地預載，而不使用機械傳動裝置。為此，滾動元件可以封閉在磁體和磁軌之間，從而使磁體和磁軌之間的吸引力對滾動元件施加永久負荷。磁體和磁軌優選由可相對於彼此移動的殼體部件固定，並且各自具有合適的滾動元件的滾動表面。通過磁體和磁軌之間的相互作用，有可能以可靠的方式在這種滾動軸承佈置的預定軸承元件之間永久地實現接觸壓力。這提高了調整靜態鏡頭的軸承的可靠性。
圖1顯示了成像光學系統1的第一實施例的俯視圖。
圖1所示的成像光學系統1可以設計用於行動電話（未顯示），並根據照相機的功能對物體進行光學檢測。為了提高圖像品質，有可能通過執行所謂的光學圖像穩定來補償手機不穩定引導的負面影響。此外，還提供了自動對焦功能和變焦功能。
成像光學系統1包括折疊元件2、設計成可調透鏡的可調光學部件3、多個剛性透鏡4和圖像感測器5，它們都位於成像光學系統1的共同光路中。根據本實施例，成像系統的光路正交地穿過圖像平面，並通過折疊元件2偏轉90°，使光路的一部分沿著光軸6延伸。換句話說，光軸6對應的是光路的一部分，它在圖像感測器5和折疊元件2之間延伸。如圖1所示的實施例的優點是，成像光學系統的主要部件是沿光軸6佈置。有利的是，成像光學系統1可以併入具有平坦化設計的行動電話中，其中光軸6在行動電話的主要延伸平面內延伸。
可調光學部件3包括兩個光學表面7、8，它們各自設計成可變形的膜，其中光學表面7是面向折疊部件2的第一光學表面，而光學表面8是背向折疊部件2的第二光學表面。在光學表面7和8之間存在內部空間9，在相對於光軸6的橫向方向上由容器壁10劃定。容器壁10可以看作是可調光學部件3的第三光學表面。
內部空間9填充有透明光學液體11。通過改變兩個光學表面7和8之間的相對位置，有可能改變可調透鏡的至少一個光學特性。這允許根據需要改變光路的路線，例如，為了補償手機的非期望振動，從而提供上述的光學圖像穩定功能。
此外，可以改變可調光學部件3的焦平面，從而實現焦平面的改變，以提高圖像品質。如圖1所示，這是通過將可調光學部件對著平板玻璃12移動來實現的，這使得第二光學表面8變形，並增加了透明液體11中的壓力。這隨即導致面對折疊部件2的第一表面7的曲率變化。圖1中的虛線表示第二表面的曲率幾何的可變性。
為了實現可調光學部件2的調整，圖1所示的成像光學系統1的設計包括籠元件13，其相對於折疊元件2可移動地安裝，並可通過多個致動器14、15、16進行移位，以執行上述功能。從圖1中可以看出，籠元件13在三個側面圍繞著折疊部件2。沿著光路，籠元件具有兩個開口，其中一個在圖像平面內開放，另一個在可調光學部件3的方向上開放。因此，光路通過一個開口進入折疊部件2，被折疊90°，並通過另一個開口沿光軸6離開籠元件13。
根據圖1所示的實施例，扁平的彈簧元件17佈置在籠元件13和成像光學系統1的殼體部件18之間。彈簧元件17是軸承元件，用於可移動地引導籠元件13，以實現內部空間9的變形。在此，籠元件13的兩端在容器壁10的區域內周向地與可調光學部件3機械耦合。這樣的機械耦合允許籠元件13的運動和力轉移到可調光學部件3。
根據其作為軸承元件的功能，彈簧17用於限定籠元件的自由度，因此在本案例中，籠元件13沿光軸6的位移、圍繞第一旋轉軸19的傾斜和圍繞第二旋轉軸20的傾斜是可能的。如上所述，在所示的例子中，這是由三個致動器14、15、16實現的，下面將詳細解釋。
致動器14、15是相同的，就本發明而言，都可以認為是第一致動器。致動器14和15各自包括磁體21、22和線圈23、24，其中磁體21、22佈置在籠元件13上，因此可相對於折疊元件2移動。線圈23、24由載體25固定，其相對於折疊部件2固定佈置。致動器14和15的磁體21、22和線圈23、24佈置為，使得在線圈23、24中產生的電流引起具有磁力的磁場，該磁場作用於各自相對的磁體21、22，從而引起籠元件13的位移。在本文所示實施例中，可以通過致動器14和15對籠元件13施加的力的可能方向用箭頭表示。通過在線圈23、24中產生電流，可以通過致動器14和15的相反方向的力，使籠元件圍繞第一旋轉軸19傾斜。然而，同樣可能的是，這些力在同一方向上起作用，導致籠元件13沿光軸6的線性位移。
就本發明而言，致動器16可視為第二致動器，也包括磁體26和線圈27。磁體26和線圈27沿光軸6佈置。如關於致動器14和15的描述，磁體26位於籠元件13上，而線圈27與線圈23、24一起由載體25固定。根據關於致動器14和15的解釋，也可以在線圈27中產生電流，以便對磁體26施加位移力。與致動器14和15不同的是，在這種情況下，施加在籠元件13上的力在圖像平面內或在圖像平面外起作用，這一點也由箭頭說明。這些力可以導致籠元件13圍繞第二旋轉軸20傾斜。
每個致動器14、15、16都包括霍爾感測器28、29、30，其可以確定籠元件13的位置。霍爾感測器28、29、30通過信號通路連接到控制器（未顯示）。控制器也與線圈23、24、27連接，並定義控制回路，以控制籠元件13的位置。
磁遮罩31、32和33配置在籠元件13上，分別用於磁性覆蓋磁體21、22和26，使其不受其他磁場的影響，反之亦然。
如上所述，根據圖1的成像光學系統1包括一組剛性透鏡4，它們沿光路佈置在折疊部件2和圖像感測器5之間。這組剛性透鏡4由殼體37固定，該殼體通過滾動元件39可移動地佈置在另一殼體34中。線性致動器35配置為沿光軸6移動該組靜態透鏡4，以改變成像光學系統1的聚焦面和/或變焦。為此，致動器35包括多個線圈36，這些線圈分佈在與光軸6平行的殼體34中。磁力可由線圈36產生，以使殼體37相對於殼體34移位，從而改變一組鏡片4沿光軸6的位置。
為了確保這裡所示的軸承佈置盡可能沒有間隙，根據圖1的實施例還規定，通過磁體40和磁軌41對殼體34和37之間的滾動元件39進行預載入。這裡，磁體40佈置在殼體37上，而磁軌41佈置在殼體34上，並平行於光軸6延伸。磁鐵40和磁軌41之間的吸引力使殼體34和37永久地壓在滾動元件39上，從而減少了軸承遊隙。
應該注意的是，線性致動器35和磁軌41可以相對於殼體34的周長安排在不同的部分，以便最佳地利用可用的設計空間。
圖2顯示了成像光學系統1的另一實施例，它基本上具有與圖1已經描述的相同的結構部件。然而，在致動器的佈置和作用方式上存在著差異。與圖1相反的是，沒有佈置在光軸6側面的致動器。相反，所有的致動器14、16都佈置在光軸6上。
第一致動器14包括第一對線圈，它們佈置在共同的第一平面內，並配置成在電流流動的情況下，兩個相反的磁場力與佈置在籠元件上的至少一個磁體相互作用並產生力，導致籠元件圍繞第一旋轉軸19旋轉。第二致動器16包括第二對線圈，它們佈置在與第一平面平行的共同第二平面內，並配置成在電流流動的情況下，兩個相反的磁場力與佈置在籠元件上的磁鐵相互作用，並產生位移力，導致籠元件圍繞第二旋轉軸20旋轉。這允許實現光學圖像穩定。聚焦功能可以通過一組靜態透鏡4沿光軸6的移動來實現，這已經在圖1中有所描述。
1:成像光學系統 2:折疊部件 3:可調透鏡 4:靜態透鏡 5:圖像感測器 6:光軸 7:第一光學表面 8:第二光學表面 9:內部空間 10:容器壁 11:光學液體 12:平面玻璃 13:籠元件 14:第一致動器 15:第一致動器 16:第二致動器 17:彈簧元件 18:殼體 19:第一旋轉軸線 20:第二旋轉軸線 21:磁體 22:磁體 23:線圈 24:線圈 25:載體 26:磁體 27:線圈 28:位置感測器 29:位置感測器 30:位置感測器 31:磁遮罩 32:磁遮罩 33:磁遮罩 34:殼體 35:線性致動器 36:線圈 37:可移動殼體 38:磁體 39:滾動元件 40:磁體 41:磁軌 42:第一平面 43:第二平面
在下文中，將參照附圖描述本發明的示例及其優選實施例。 圖1   顯示了根據本發明的第一實施例的成像光學系統； 圖2   顯示了根據本發明的第二實施例的成像光學系統。
1:成像光學系統
2:折疊部件
3:可調透鏡
4:靜態透鏡
5:圖像感測器
6:光軸
7:第一光學表面
8:第二光學表面
9:內部空間
10:容器壁
11:光學液體
12:平面玻璃
13:籠元件
14:第一致動器
15:第一致動器
16:第二致動器
17:彈簧元件
18:殼體
19:第一旋轉軸線
20:第二旋轉軸線
21:磁體
22:磁體
23:線圈
24:線圈
25:載體
26:磁體
27:線圈
28:位置感測器
29:位置感測器
30:位置感測器
31:磁遮罩
32:磁遮罩
33:磁遮罩
34:殼體
35:線性致動器
36:線圈
37:可移動殼體
38:磁體
39:滾動元件
40:磁體
41:磁軌

Claims (15)

  1. 成像光學系統(1)，包括 - 折疊部件(2)和可調光學部件(3)，其佈置在光學系統(1)的光路上； - 其中，可調光學部件(3)包括第一光學表面(7)、第二光學表面(8)和位於第一光學表面(7)和第二光學表面(8)之間的可變形的內部空間(9)，該內部空間(9)填充有透明液體(11)，其中，可調光學部件(3)的光學特性可通過改變內部空間(9)的形狀來調整； - 成像光學系統(1)進一步包括可移動地安裝的籠元件(13)，其至少部分地包圍折疊部件(2)，並與可調光學部件(3)機械連接，以便籠元件(13)的位移導致可調光學部件(3)的光學特性的改變； - 驅動器(14、15、16)，其佈置在折疊部件(2)和籠元件(13)之間，驅動器(14、15、16)配置為向籠元件(13)施加位移力。
  2. 如請求項1的成像光學系統(1)， 其中，可調光學部件(3)是可調棱鏡， 第一光學表面(7)是剛性的，且第二光學表面(8)是剛性的，並且 通過改變第一光學表面(7)和第二光學表面(8)之間的角度來調整光學特性，或 其中，可調光學部件(3)是可調透鏡， 第一光學表面(7)和/或第二光學表面(8)是可變形的，並且 通過改變第一光學表面和第二光學表面之間的角度和/或改變可變形的第一光學表面(7)和/或第二光學表面(8)的形狀來調整光學特性。
  3. 如請求項2的成像光學系統(1)， 其中，成像光學系統(1)包括至少一個圖像感測器(5)，其佈置在成像光學系統(1)的光路中，其中折疊部件(2)沿光路佈置在可調光學部件(3)和圖像感測器(5)之間。
  4. 如請求項2的成像光學系統(1)， 包括至少一個圖像感測器(5)，其佈置在光學系統(1)的光路中，並且其中可調光學部件(3)相對于光路佈置在折疊部件(2)和圖像感測器(5)之間。
  5. 如前述請求項中任一項的成像光學系統(1)， 其中，籠元件(13)通過軸承裝置(17)相對於折疊部件(2)可移動地安裝， 其中軸承裝置(17)配置成使籠元件(13)可圍繞至少一個旋轉軸(19、20)旋轉，所述旋轉軸垂直於光軸(6)，該光軸在折疊部件(2)和可調光學部件(3)之間延伸，使得通過成像光學系統(1)實現光學圖像的穩定， 和/或其中軸承裝置(17)配置成使得籠元件(13)可沿著在折疊部件(2)和可調光學部件(3)之間延伸的光軸(6)移位元，從而通過成像光學系統(1)實現聚焦。
  6. 如請求項5的成像光學系統(1)， 其中，軸承裝置(17)是彈性彈簧元件，其基本上是平的，並且在至少一種狀態下垂直於光軸(6)延伸到籠元件(13)和可調光學部件(3)之間，優選地其中軸承裝置(17)包括機械基座，其限定籠元件(13)的位移。
  7. 如前述請求項中任一項的成像光學系統(1)，其中 致動器(14、15、16)包括至少一個線圈(23、24、27)和至少一個磁體(21、22、26)，其中 線圈(23、24、27)相對於折疊部件(2)固定佈置，磁體(21、22、26)固定附接到籠元件(13)上，其中優選地   磁體(21、22、26)與籠元件(13)的旋轉軸(19、20)的距離在3 mm到15 mm之間，高度優選為5 mm到10 mm之間。
  8. 如請求項7的成像光學系統(1)，其中 磁遮罩元件(31、32、33)分別佈置在磁體(21、22、26)背離線圈(23、24、27)的一側。
  9. 如請求項7或8的成像光學系統(1)， 其中，致動器(14、15)是第一致動器(14、15)，位移力是第一位移力， 其中，第一致動器(14、15)的線圈(23、24)和磁體(21、22)佈置為，使得第一位移力導致籠元件圍繞垂直於光軸(6)的第一旋轉軸(19)旋轉，從而通過成像光學系統(1)實現光學成像穩定， 和/或其中至少第一位移力平行於光軸(6)，並導致籠元件(13)沿光軸(6)的位移，從而使可調光學部件(3)的焦平面產生變化。
  10. 如請求項9的成像光學系統(1)， 還包括具有至少一個線圈(27)和至少一個磁體(26)的第二致動器(16)，其中 線圈(27)相對於折疊部件(2)固定佈置，磁體(26)固定附接到籠元件(13)上， 其中，第二致動器(16)的線圈(27)和磁體(26)佈置為，使得第二位移力導致殼體元件(13)圍繞第二旋轉軸(20)旋轉，所述旋轉軸垂直於第一旋轉軸(19)並垂直於光軸(6)。
  11. 如請求項9和10的成像光學系統(1)， 其中，第一致動器(14)包括第一對線圈，它們佈置在共同的第一平面(41)中，並配置成在電流流動的情況下，兩個相反的磁場力與第一致動器的至少一個磁體(21)相互作用，所述磁體佈置在籠元件(13)上，並產生第一位移力，導致籠元件(13)圍繞第一旋轉軸(19)旋轉， 並且其中第二致動器(16)包括第二對線圈，它們佈置在與第一平面(41)平行的共同第二平面(42)中，並配置成在電流流動的情況下，兩個相反的磁場力與第二致動器的至少一個磁體(26)相互作用，所述磁鐵佈置在籠元件(13)上，並產生第二位移力，導致籠元件圍繞第二旋轉軸(20)旋轉， 其中，光學圖像穩定是通過第一致動器(14)和/或第二致動器(16)實現的。
  12. 如前述請求項中任一項的成像光學系統(1)， 至少一個位置感測器(28、29、30)，特別是霍爾感測器，佈置為檢測籠元件(13)相對於光學系統(1)的固定佈置的部件，特別是線圈(23、29、27)和/或折疊部件(2)的位移。
  13. 如請求項12的成像光學系統(1)， 其中，控制器通過信號通路與位置感測器(28、29、30)和致動器(14、15、16)連接，並配置為控制籠元件(13)相對於光學系統(1)的折疊部件(2)的相對位移，作為位置感測器(28、29、30)的位置信號的函數。
  14. 如請求項3或4中的至少一項的成像光學系統(1)， 至少一個靜態透鏡(4)，其沿光路佈置在折疊部件(2)和圖像感測器(5)之間，並且至少一個靜態透鏡(4)可移動地安裝在殼體(34)內，其中線性致動器(35)配置為使至少一個靜態透鏡(4)沿光軸(6)位移以改變成像光學系統(1)的焦平面和/或變焦。
  15. 如請求項14的成像光學系統(1)， 其中，靜態透鏡(4)通過軸承安裝，所述軸承包括滾動元件(39)、磁體(40)和磁軌(41)，配合地配置為通過滾動元件(39)將靜態透鏡(4)偏向於殼體(34)。
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