微型成像系统的光学变焦装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种光学装置，其包括将光从一个光轴反射到和该光轴基本垂直的一个光学平面的反射元件。该装置进一步包括在光学平面内设置的第一和第二透镜单元，以及一个致动器机械耦合到第一和第二透镜单元，并导致同步的相应的第一和第二位移。在第一和第二位移发生之前，通过第一和第二透镜单元的光以第一倍率在对应的焦平面成像；在第一和第二位移发生之后，通过第一和第二透镜单元的光以不同于第一倍率的第二倍率在对应的焦平面成像，从而实现光学变焦效果。

【技术实现步骤摘要】
微型成像系统的光学变焦装置相关申请本申请对美国临时申请61/856，639，“微型成像系统的光学变焦装置”，申请日2013年7月19日，宣称优先权。所述申请全文在此以引用的形式被包括在本申请说明书内。
本专利技术公开的实施一般涉及光学变焦装置。具体而言，所公开的实施涉及到微型成像系统，如智能/普通手机相机的光学变焦装置。
技术介绍
在许多成像应用中其空间制约严重限制了图像采集系统的设计（例如，照相机和其中的透镜系统）。例如，为保持智能/普通手机在市场上的竞争力，这些装置必须保持足够小以避免给随身携带它们的用户在任何时间造成不便（例如，它们常处于用户的口袋中）。同样，隐藏的监控摄像头也一定要小，以避免注意。在许多其他存在的成像应用中，有限的空间限制了或严重制约了对光学和机械部件的设计。虽然在这样的成像应用中光学变焦是高度需要的，然而由于可资使用的有限设计空间，光学变焦并没有在此类成像应用中被有效实施。此外，智能/普通手机相机趋向于向更薄，更小的尺寸发展。由于许多智能手机/普通手机的相机光轴位于垂直于薄的移动装置的表面，并且传统的光学变焦装置依赖于沿着光轴移动的光学-机械部件，在这类装置上采用传统的光学变焦装置本质上是不良的或违背趋势的。因此，这类的成像装置经常使用具有一个固定焦距的单透镜或透镜单元，从而放弃了光学变焦能力。因此，需要有一个袖珍的光学变焦装置来克服受限制的空间要求。
技术实现思路
为了解决上述问题，一些实施方式提供了一种光学装置。此光学装置包括第一反射元件，其被配置为将成像光从第一光轴反射至基本垂直于第一光轴的一个光学平面内。此光学装置进一步包括了在光学平面内设置的第一透镜单元，在光学平面内设置的第二透镜单元，以及一套机械致动系统。该致动系统机械式耦合了上述第一透镜单元，并使第一透镜单元产生从在光学平面内的第一位置到在光学平面内的第二位置的第一位移；该系统也机械耦合到第二透镜单元，并且使第二透镜单元产生从在光学平面内的第三位置到光学平面内的第四位置的第二位移。所述第一和第二位移同时发生。此外，所述第一透镜单元的第一位移由第二透镜单元的第二位移所补偿，其结果是：成像光通过在第一位置的第一透镜单元和通过在第三位置的第二透镜单元后以第一倍率被成像在特定的焦平面；以及，成像光通过在第二位置的第一透镜单元和通过在第四位置的第二透镜单元，然后以不同于第一倍率的第二倍率被成像在同样的焦平面上，从而实现光学变焦效果。在一些实施方式中，致动器被机械地耦合到所述第一透镜单元，并使其产生具有第一传动比的第一传动；同时它也被机械地耦合到所述第二透镜单元，并使其产生具有第二传动比的第二传动。第一和第二传动比的设置要使得致动器的致动运动产生所述第一透镜单元从第一位置到第二位置的第一位移，和产生所述第二透镜单元从第三位置到第四位置的第二位移。在一些实施方式中，该光学装置还包括第二个反射元件，其设置为把通过第一和第二透镜单元的成像光从光学平面内反射到平行于第一光轴的第二光轴。在一些实施方式中，相应的焦平面是垂直于第二光轴的，并且此光学装置还包括沿着第二光轴设置的成像传感器。在一些实施方式中，第一反射元件将光从第一光轴反射至位于光学平面内的第三光轴。在一些实施方式中，该光学装置还包括第三反射元件，并设置为将成像光从位于光平面内的第三光轴反射至同一平面内的第四光轴；以及包括第四反射元件并配置为把光从位于光学平面内的第四光轴反射至同一平面内的第五光轴。在一些实施方式中，第一透镜单元是沿着第三光轴设置的，而第二透镜单元则是沿第五学轴设置的。在一些实施方式中，第一反射元件将光从第一光轴反射至位于光学平面内的第六光轴。在一些实施方式中，该光学装置还包括第五反射元件，其被设置为把光从第六光轴反射至在同一光学平面内的第七光轴。在一些实施方式中，所述第一透镜单元是沿第六光轴而第二透镜单元则沿第七光轴设置。在一些实施方式中，所述装置是集成到移动电话相机中的光学变焦单元的一部分。在一些实施方式中，该装置被配置为用户可拆卸交换型。为了解决前述的问题，一些实施方式中提供了另一种光学装置。该装置包括第一反射元件，其被设置为把光从第一光轴反射至和第一光轴基本垂直的一个光学平面内。该装置进一步包括在此光学平面内设置的第一透镜单元，在同一光学平面内设置的第二透镜单元，成像传感器，及致动器。该致动器机械地耦合于第一透镜单元，并使第一透镜单元产生从位于光学平面内的第一位置到位于光学平面内的第二位置的第一位移；同时，此致动器也机械耦合到所述成像传感器，并使成像传感器产生从第一焦平面到第二焦平面的第二位移。所述第一和第二位移同时发生。第一透镜单元的第一位移由所述成像传感器的第二位移所补偿，使得通过在第一位置的第一透镜单元以及第二透镜单元的光以第一倍率成像于第一焦平面；另外，通过在第二位置的第一透镜单元以及第二透镜单元的光则以不同于第一倍率的第二放大倍率成像在第二焦平面，从而实现光学变焦效果。在一些实施方式中，致动器被机械地耦合到所述第一透镜单元，并产生具有第一传动比的第一传输，同时它也被耦合到所述成像传感器而产生具有第二传动比的第二传输，第一和第二传动比的设置是这样的，致动器所引起的致动使第一透镜单元产生从第一位置到第二位置的第一位移和使成像传感器产生从第一焦平面到第二焦平面位置的第二位移。在一些实施方式中，该光学装置还包括第二反射元件，其被设置为待成像光通过位于光学平面内的第一和第二透镜单元后将其反射至第二光轴，其特征在于，所述第二光学轴线是平行于第一光轴的。在一些实施方式中，所述的第一和第二焦平面垂直于第二光轴，而成像传感器则沿第二光轴设置。在一些实施方式中，第一反射元件把光从第一光轴反射至位于光学平面内的第三光轴，此光学装置还包括第三反射元件并设置成将光从第三光轴反射至在光学平面内的第四光轴，以及包括第四反射元件，其设置为把光从第四光轴反射至在光平面上内的第五光轴。在一些实施方式中，第一透镜单元是沿着第三光轴设置的和第二透镜单元沿着第五光轴设置。在一些实施方式中，第一反射元件将光从第一光轴反射至在光学平面内的第六光轴，并且该装置进一步包括第五反射元件，其被设置为将光从第六光轴反射至在光学平面内的第七光轴。在一些实施方式中，所述第一透镜单元沿第六光轴设置及第二透镜单元沿着第七光轴设置。在一些实施方式中，所述装置是集成到移动电话相机中的光学变焦单元的一部分。在一些实施方式中，该装置被设置为用户可拆卸交换型的。为了解决前述的问题，一些实施方式提供了一种便携式多功能装置。这个便携式多功能装置包括一个具有显示器和可拆卸的光学变焦单元的手机电话。可拆卸的光学变焦单元包括：定义进入光学变焦单元的成像光线的光轴的第一透镜单元，及第二透镜单元，其被设置为可以在一个基本垂直于第一光轴的平面内运动。第二透镜单元的运动就形成了可拆卸光学变焦单元的焦距的变化。在一些实施方式中，所述光学变焦单元还包括了第三透镜单元，其被设置为以这样的方式移动以补偿焦距的变化，使得无论第二透镜单元如何的移动被便携式多功能装置成像的物体总是在一个固定的焦平面上成像。附图说明为了更好的理解，应结合附图并参考随后的详细描述，其中：图1展示了一种装置，根据一些实施方式中的设计，其具有固定的（例如，非拆卸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学装置，包括：第一反射元件，所述第一反射元件被配置成将来自第一光轴的光反射至和第一光轴基本垂直的光学平面内；第一透镜单元，所述第一透镜单元被设置在该光学平面内；第二透镜单元，所述第二透镜单元被设置在该光学平面内；并且一个驱动器，所述驱动器被机械式地耦合到所述第一透镜单元，造成所述第一透镜单元从位于所述光学平面内的第一位置到位于所述光学平面内的第二位置的第一位移，并且所述驱动器被机械式地耦合到所述第二透镜单元，造成所述第二透镜单元从位于所述光学平面内的第三位置到位于所述光学平面内的第四位置的第二位移，在此所述第一和第二位移同时发生；其特征在于，所述第一透镜单元的所述第一位移由所述第二透镜单元的所述第二位移所补偿，使得当所述第一透镜单元在所述第一位置和所述第二透镜单元在所述第三位置时通过的透射光被以第一倍率成像在相应的焦平面上，以及当所述第一透镜单元在所述第二位置和所述第二透镜单元在所述第四位置时通过的透射光被以不同于第一倍率的第二倍率成像在所述相应的焦平面上，从而实现光学变焦效果。

【技术特征摘要】
2013.07.19 US 61/856,639;2013.10.03 US 14/045,7421.一种光学装置，包括：第一反射元件，所述第一反射元件被配置成将来自第一光轴的光反射至和第一光轴基本垂直的光学平面内；第一透镜单元，所述第一透镜单元被设置在该光学平面内；第二透镜单元，所述第二透镜单元被设置在该光学平面内；并且一个致动器，所述致动器被机械式地耦合到所述第一透镜单元，造成所述第一透镜单元从位于所述光学平面内的第一位置到位于所述光学平面内的第二位置的第一位移，并且所述致动器被机械式地耦合到所述第二透镜单元，造成所述第二透镜单元从位于所述光学平面内的第三位置到位于所述光学平面内的第四位置的第二位移，在此所述第一和第二位移同时发生；其特征在于，所述第一透镜单元的所述第一位移由所述第二透镜单元的所述第二位移所补偿，使得当所述第一透镜单元在所述第一位置和所述第二透镜单元在所述第三位置时通过的透射光被以第一倍率成像在相应的焦平面上，以及当所述第一透镜单元在所述第二位置和所述第二透镜单元在所述第四位置时通过的透射光被以不同于第一倍率的第二倍率成像在所述相应的焦平面上，从而实现光学变焦效果，并且所述致动器，通过第一传输以第一传动比被机械地耦合到所述第一透镜单元，并通过第二传输以第二传动比被耦合到所述第二透镜单元，所述第一和第二传动比被设置为导致致动器的致动产生所述第一透镜单元从所述第一位置到所述第二位置的所述第一位移，和所述第二透镜单元从所述第三位置到所述第四位置的所述第二位移。2.权利要求1的光学装置，还包括：第二反射元件，所述第二反射元件被配置为将通过所述第一和第二透镜单元的光从所述光学平面内反射至第二光轴，所述第二光轴平行于所述第一光轴。3.权利要求2的光学装置，所述的相应焦平面垂直于所述第二光轴，该光学装置还包括一个沿着第二光轴设置的成像传感器。4.权利要求1的光学装置，其特征在于，所述第一反射元件将来自所述第一光轴的光反射至在所述光学平面内的第三光轴；并且该装置还包括：第三个反射元件，所述第三个反射元件被配置为将来自所述第三光轴的光反射至在所述光学平面内的第四光轴；及第四反射元件，所述第四反射元件被配置为将来自所述第四光轴的光反射至在所述光学平面内的第五光轴。5.权利要求4的光学装置，其特征在于：所述第一透镜单元被沿着所述第三光轴配置，及所述第二透镜单元被沿着所述第五光轴配置。6.权利要求1的光学装置，其特征在于，所述第一反射元件将来自所述第一光轴的光反射至在所述光学平面内的第六光轴；以及该装置还包括：第三反射元件，被配置为将来自所述第六光轴的光反射至在所述光学平面内的第七光轴。7.权利要求6的光学装置，其特征在于：所述第一透镜单元被沿着所述第六光轴配置，及所述第二透镜单元沿着所述第七光轴配置。8.权利要求1的光学装置，其特征在于，所述装置是集成...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏康民，
申请(专利权)人：夏康民，
类型：发明
国别省市：美国;US