光学路径更换系统及成像设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种光学路径更换系统及成像设备，尤其涉及可以选择具有不同焦距的光学系统的光学路径更换系统及成像设备。
【背景技术】
[0002]数码相机和拍照手机的普及使得人们可以便利地拍照和共享照片。当今的技术让人们可以轻松的预览，拍照和回放拍出的照片。数码照相技术使得相机越来越小巧，便携，而且低功耗。但是很多时候相机的小巧便携是以牺牲相机的易用性以及拍照质量为代价的。
[0003]定焦镜头的焦距是固定的，用户必须移动自己的位置才能拍下想要的照片。当用户可移动的物理空间有限时，用户将无法拍到想要的照片。变焦镜头灵活易用，可以适应不同的拍摄环境，取景比定焦镜头灵活。使用变焦镜头时，用户可以使用一个镜头完成从广角到长焦各个焦段照片的拍摄，而不需要移动自己的位置。然而，这种便利通常是以牺牲照片质量为代价的，通常情况下变焦镜头的画质比定焦镜头差。因为变焦镜头的光圈通常比定焦镜头小，这导致变焦镜头的进光量比不上定焦镜头。而且变焦镜头的镜片数目通常比定焦镜头多，这造成了光经过多个镜片后的散射和强度的衰减。定焦镜头的简洁设计决定了它可以保证照片质量。定焦镜头只为一个焦段设计，大大减少了需要移动的镜片和零件的数量，保证了机构的精密性，可以拍出更锐利的照片。
[0004]另外，为了让一个相机模组具备变焦功能，它的内部结构会相当复杂。一个变焦镜头可能有数以百计的零部件。如果一个零件出现质量问题，无论是生产还是设计的问题，都会给镜头公司的投资造成极大的浪费，无论是生产阶段还是销售阶段。而且通常变焦镜头又大又重，跟小巧便携的趋势背道而驰。
[0005]定焦镜头总的来说可以拍出比变焦镜头画质水平更高的照片。而且定焦镜头通常比变焦镜头更小更轻。对于现在很多照相设备来说，特别是移动电话，体积小巧是最重要的，这使得在移动电话中使用变焦镜头是不实际的。所以大多数移动设备都没有可变焦功會K。
【实用新型内容】
[0006]根据本实用新型的第一方面，提供了一种光学路径更换系统，包括第一光学元件托盘，所述第一光学元件托盘形成包括第一光学路径的多个光学路径，其中，所述第一光学路径包括:光学入口，光线从其进入所述第一光学元件托盘；光学出口，所述光线从其离开所述第一光学元件托盘；以及第一光学通道，布置在所述第一光学元件托盘中所述光学入口和所述光学出口之间，其中所述第一光学通道被设置为使得所述光学入口与所述光学出口之间的第一光学路径的几何长度大于所述第一光学元件托盘的厚度；并且所述第一光学元件托盘被配置为能够移动以选择期望的光学路径。由于不同的光学路径可以具有不同的光学效果(例如，不同的焦距、滤波效果、光阑)，因此通过移动该光学托盘选择不同的光学路径，可以在成像设备中实现不同的成像效果。
[0007]可选地，所述的光学路径更换系统还可以包括:第一马达，被配置成能够移动所述第一光学元件托盘以选择期望的光学路径。通过设置马达可以不需要手动移动光学托盘，从而能够实现光学路径更换的自动化。
[0008]可选地，所述第一光学路径中安装光学元件以形成具有第一焦距的光学系统。由于第一光学路径的几何长度大于光学托盘的厚度，因此，通过第一光学路径形成的光学系统(例如，成像镜头)可以实现较大的焦距或者超广角镜头，从而可以在小型化的成像设备(例如智能手机)上实现长焦超广角照相。另外，所述第一光学路径中也可以安装光学元件以形成具有特定滤波效果、光圈等的光学系统
[0009]可选地，所述第一光学元件托盘上还具有穿过其的通孔所形成的光学窗口作为第二光学路径，所述光学窗口中安装光学元件以形成具有第二焦距的光学系统，所述第二焦距不等于所述第一焦距。第一焦距可以大于第一焦距以实现长焦照相，或者小于第一焦距以实现超广角镜头。通过在光学元件托盘上既设置通过通孔形成的第二光学路径(其几何长度大致等于或者小于托盘的厚度)又设置通过光学通道形成的第一光学路径(其几何长度大于托盘的厚度)，可以使得该光学元件托盘既有较短焦距的光学系统又有较长焦距的光学系统，从而可以满足成像设备对不同焦距的变焦要求。换言之，而本实用新型可以使用多个定焦镜头(光学系统)来提供变焦功能，从而可以拍出高画质的照片。这种镜头更换系统既可以提供变焦功能，同时又具备定焦镜头重量轻，体积小的优点，其尤其适用于例如智能手机的较薄的成像设备。特别地，在利用马达选择光学路径的情况下，可以使得不同的镜头自动对准成像元件和入光口，从而既带来了变焦的便利，又避免了传统变焦镜头体积大和重量重、设计复杂的缺点、以及成像质量下降的问题。
[0010]可选地，所述第一光学元件托盘为平面板状托盘，所述第一光学通道基本平行于所述平面板状托盘，并且所述光学窗口基本垂直于所述平面板状托盘。这种结构特别适合用于厚度较小的成像设备，可以在小厚度上实现大的变焦范围。
[0011]可选地，所述光学路径更换系统还可以包括:在所述光学出口处嵌入所述第一平面光学元件托盘中的出射反射器，使得所述第一光学通道能够与所述光学窗口共用一个成像元件。
[0012]可选地，，所述第一光学元件托盘的形状为圆盘形，并且所述第一马达被配置成旋转所述第一光学元件托盘。
[0013]可选地，所述光学路径更换系统还可以包括:穿过所述圆盘形第一光学元件托盘的几何中心的孔洞，使得所述圆盘形第一光学元件托盘具有内壁和外壁。
[0014]可选地，所述光学路径更换系统还可以包括:第二光学通道，设置在所述孔洞中，其中，当所述第一马达旋转所述第一光学元件托盘时，所述第二光学通道固定不动。
[0015]可选地，所述的光学路径更换系统还可以包括:第三光学通道，设置为相对于所述孔洞与所述第一光学通道对齐。
[0016]可选地，所述光学路径更换系统还可以包括:第三光学通道，设置为相对于所述孔洞与所述第一光学通道对齐，其中当选择所述第一光学路径时，所述第一光学通道、所述第二光学通道、和所述第三光学通道对齐。
[0017]可选地，所述光学入口被布置在所述圆盘形第一光学元件托盘的内壁处；并且在所述孔洞中放置入射反射器，使得当选择所述第一光学路径时，所述光线被反射进入所述光学入口。
[0018]可选地，所述光学出口被设置在所述圆盘形第一光学元件托盘的内壁处。
[0019]可选地，所述光学路径更换系统还可以包括放置在所述孔洞中的出射反射器，使得当选择第一光学路径时，从所述光学出口射出的出射光被所述出射反射器反射。
[0020]可选地，所述光学入口被设置在所述第一光学元件托盘的外壁上；而且在所述第一光学元件托盘的外壁外侧设置入射反射器，使得当选择所述第一光学路径时，所述光线被反射进入所述光学入口。
[0021]可选地，所述光学出口被设置在所述第一光学元件托盘的外壁上。
[0022]可选地，所述光学路径更换系统还可以包括:出射反射器；其中所述出射反射器被放置在所述第一光学元件托盘的外壁外侧，使得当选择所述第一光学路径时，从所述光学出口射出的出射光被所述出射反射器反射。
[0023]可选地，在所述光学入口处设置入射反射器以将所述光线反射进入所述第一光学通道中。
[0024]可选地，所述第一光学通道中设置有反射器用于改变所述第一光学通道的方向。
[0025]可选地，所述第一光学元件托盘是平板光学元件托盘，且所述第一光学通道通过或不通过所述平面光学元件托盘的几何中心。
[0026]可选地，所述光学路径更换系统还可以包括:第二光学元件托盘，包含在所述第二光学元件托盘上开孔的多个光学窗口，而且至少一个所述光学窗口被配置成在所述第二平面光学元件托盘内安装光学元件，以及第二马达，被配置成能够移动所述第二平面光学元件托盘以将所述多个光学窗口中的一个光学窗口对齐到期望的位置，使得所述第一光学元件托盘和第二光学元件托盘配合实现期望的光学效果。通过设置多个光学元件托盘，可以使光学路径的选择更灵活，从而可以实现更多的不同光学效果。例如，通过第一光学元件托盘和第二光学元件托盘的配合可以实现更多的焦距组合。
[0027]可选地，所述光学路径更换系统还可以包括第二光学元件托盘，第二光学元件托盘包括:第二光学入口，光线从其进入所述第二光学元件托盘；第二光学出口，光线从其离开所述第二光学元件托盘；第二光学通道，设置在所述第二光学元件托盘中，在所述第二光学入口和所述第二光学出口之间。所述第一光学元件托盘射出的光线能够进入到所述第二平面光学元件托盘的第二光学入口。通过设置多个光学元件托盘，可以使光学路径的选择更灵活，从而可以实现更多的不同光学效果。例如，通过第一光学元件托盘和第二光学元件托盘的配合可以实现更多的焦距组合。
[0028]可选地，所述第一光学元件托盘和第二光学元件托盘能够移动形成具有不同焦距和/或滤镜效果的光学系统。
[0029]所述多个光学路径共用同一成像元件用于成像或者所述多个光学路径至少使用两个成像元件用于成像。
[0030]根据本实用新型的另一方面，提供一种光学路径更换系统，包括:第一光学元件托盘，包含多个第一光学窗口，所述第一光学窗口各自由穿过所述第一光学元件托盘的通孔形成，其中所述多个第一光学窗口中的零个、一个或多个中安装有光学元件使得所述多个第一光学窗口结合其中可能安装的光学元件具有不同的光学效果，以及第一马达，被配置为能够移动所述第一光学元件托盘以将所述多个第一光学窗口中的一个光学窗口对齐到期望的位置。
[0031]可选地，所述多个第一光学窗口中的至少一些中安装具有不同焦距或者不同光圈的镜头。
[0032]可选地，所述第一光学元件托盘是圆盘形的，所述多个第一光学窗口中的一个或多个光学窗口的几何中心分布在与所述圆盘形光学元件托盘的圆心同心的圆环上，并且，所述第一马达配置为能够驱动所述圆盘形托盘旋转。
[0033]可选地，所述第一光学元件托盘是长方形的。
[0034]可选地，所述第一光学窗口在所述长方形的长度方向排成一维阵列；或者所述第一光学窗口排成两个或者更多个一维阵列，且每个一维阵列包含一个或者多个光学窗口。
[0035]可选地，所述第一光学元件托盘的形状是柱环形的至少一部分，所述第一光学元件托盘的多个第一光学窗口由从所述第一光学元件托盘的外表面至内表面的通孔形成，并且所述第一马达被配置成能够转动上述第一光学元件托盘以将所述多个第一光学窗口中的一个光学窗口对齐到期望位置。
[0036]可选地，所述第一光学元件托盘是由材料首尾相接形成的一个柔性环，所述柔性环能够被规制成几何形状，并且所述环被配置成能够在所述第一马达的驱动下以上述几何形状为轨迹滚动，以在保持所述几何形状的同时将所述多个第一光学窗口中的所述一个光学窗口移动到期望的位置。
[0037]可选地，所述光学路径更换系统还可以包括反射器，被配置为改变光线方向以实现期望的光路。
[0038]可选地，所述光学路径更换系统还可以包括第二光学元件托盘，包含多个第二光学窗口，所述第二光学窗口各自由穿过所述第二平面光学元件托盘的通孔形成，其中至少一个所述第二光学窗口中安装光学元件；以及第二马达，被配置成能够移动所述第二平面光学元件托盘以将所述多个第二光学窗口中的一个光学窗口对齐到期望的位置，使得所述多个第一光学窗口中的所述一个光学窗口与所述多个第二光学窗口中的所述一个光学窗口配合实现期望的光学效果。
[0039]可选地，所述多个第一光学窗口与所述多个第二光学窗口形成的组合光路中的至少一些构成具有不同焦距的光学系统。
[0040]可选地，所述第一光学元件托盘、所述反射器和所述第二光学元件托盘被布置为使得入射光经过所述多个第一光学窗口中的所述一个光学窗口后进入所述反射器，并且从所述反射器出射后进入所述多个第二光学窗口中的所述一个光学窗口。
[0041]根据本实用新型的另一方面，提供一种光学路径更换系统，包括:由柔性带状材料首尾相接形成的柔性环，包括内表面和外表面，多个光学窗口固定器，每个所述光学窗口固定器设置于所述柔性环上，以及一个或多个所述光学窗口固定器内部形成第一光学窗口，所述第一光学窗口被配置成能够安装光学元件。
[0042]可选地，所述光学路径更换系统还可以包括:第二光学元件托盘，包含多个第二光学窗口，其中一个或多个所述第二光学窗口被配置成安装光学元件，其中，依据所述第一光学元件托盘的包含第一光学窗口的一个或多个光学窗口固定器布置所述第二光学元件托盘，使得通过所述第一光学窗口的光线也通过至少一个所述第二光学窗口。
[0043]根据本实用新型的另一方面，提供一种成像设备，包括成像控制器、成像元件、马达控制器和上述光学路径更换系统，其中所述成像控制器根据用户改变成像效果的输入向所述马达控制器发出指令；所述马达控制器根据来自所述成像控制器的指令驱动所述光学路径更换系统中的相应马达移动所述光学路径更换系统中的相应光学元件托盘，以便选择合适的光学路径；以及所述成像元件接收从所述光学路径更换系统的所选择的光学路径输入的成像光，以形成具有期望的成像效果的图像。这种成像设备具有以上关于光学路径更换系统所陈述的优点。
【附图说明】
[0044]图1显示的是根据本实用新型的实施例的一个光学路径更换系统的透视图，其包括环形托盘并安装了驱动电机。
[0045]图2显示的是根据本实用新型的实施例的一个光学路径更换系统的透视图，其包括多个环形托盘并安装了驱动电机。
[0046]图3显示的是根据本实用新型的实施例的一个光学路径更换系统的透视图，其包括长方形的托盘是并安装了一排镜头。
[0047]图4显示的是根据本实用新型的实施例的一个光学路径更换系统的透视图，其包括长方形的托盘是并安装了多排镜头。
[0048]图5显示的是根据本实用新型的实施例的一个光学路径更换系统的透视图，其包括多个长方形的托盘，每个托盘都安装了多排镜头。
[0049]图6显示的是根据本实用新型的实施例的安装在光学元件托盘光学窗口上的镜头的切面图。
[0050]图7a显示的是根据本实用新型的实施例的光学元件托盘、反射器和成像元件的组合方式。
[0051]图7b显示的是根据本实用新型的实施例的多种光学元件托盘和成像元件的组合方式。
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