CN102902139B - 一种成像装置视场扩展系统和方法及手机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种成像装置视场扩展系统和方法及手机，其中成像装置视场扩展系统包括：设置于成像装置的物镜前方光轴上的平面反射镜，所述平面反射镜用于反射外部光线进入所述成像装置的物镜；以及反射镜控制机构，用于调整所述平面反射镜朝向的角度和/或方位。本发明通过在成像装置的物镜前增设平面反射镜，以反射外部光线进入成像装置，可将视场扩展到传统透镜不能达到的角度，且既不会对像质造成影响，又避免了采用非球面透镜等成本高难于加工的问题。

Description

一种成像装置视场扩展系统和方法及手机

技术领域

本发明涉及成像技术领域，更具体地说，涉及一种成像装置视场扩展系统和方法，尤其是采用该成像装置视场扩展系统的手机。

背景技术

在目前市场来看，手机的照相机市场大有取代传统照相机市场的趋势，但手机的照相机发展完全不能局限于现在CCD和COMS等图像感测的使用来提高像质的清晰度，势必需要照相机镜头来完善照相机的成像效果。在较早的扩展成像装置视场的方法多是采用球面反射镜组，其重量较大、抗冲击性较差，此外球面反射镜也会不可避免带来场曲、畸变等对像质的影响，需要增加透镜来进行象差和色差的校正，这样必会增加成本、重量也会增强。随着非球面透镜的出现，扩展视场可以应用球面透镜和非球面透镜进行结合使用，使象差和色差矫正起来更加容易。

目前多数使用的非球面透镜和球面透镜相结合的方式，非球面透镜的使用较以前的球面透镜边缘较薄，透镜中央处的光线和边缘处的光线可以聚焦到同一位置，可有效减小球差，还可以提高系统的相对孔径，并可通过调整非球面系数来提高光学性能和降低镜片数量。但是使用非球面透镜的成本很高，如果使用玻璃材质比塑料材质重量大，而塑料透镜的吸收率高于玻璃透镜的吸收率。塑料透镜受环境影响特别严重，从而造成透镜的不均匀分布会导致折射率的不一致，目前通常采用吸水率不高于0.7%的塑料材质，但是塑料透镜的光学性质受外界环境的影响仍然不会改变。另外，光学塑料的硬度要比光学玻璃的小，所以光学塑料透镜的抗划伤性较差，这也影响成像的精确度。

虽然可以采用球面透镜和非球面透镜组合的形式来实现视场扩展，但实际上校正象差和色差（球差和轴向色差除外）十分困难，也不可能完全消除对像质的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有成像装置的视场扩展零件成本高且成像质量不高的缺陷，提供一种采用平面反射镜进行视场扩展的成像装置视场扩展系统和方法，及使用该成像装置视场扩展系统的手机。

本发明提供了一种成像装置视场扩展系统，包括：设置于成像装置的物镜前方光轴上的平面反射镜，所述平面反射镜用于反射外部光线进入所述成像装置的物镜；以及反射镜控制机构，用于调整所述平面反射镜朝向的角度和/或方位。

在根据本发明所述的成像装置视场扩展系统中，所述平面反射镜具有中央开孔，且所述平面反射镜具有平行于所述成像装置的物镜的初始位置。

在根据本发明所述的成像装置视场扩展系统中，所述成像装置视场扩展系统还包括：控制模块，用于发送反射镜控制信号启动所述反射镜控制机构调整所述平面反射镜。

在根据本发明所述的成像装置视场扩展系统中，所述反射镜控制机构进一步包括：俯仰控制机构，用于调整所述平面反射镜与所述成像装置的物镜的光轴所呈的俯仰角度；以及方位控制机构，用于调整所述平面反射镜围绕所述成像装置的物镜的光轴转动的方位角度。

在根据本发明所述的成像装置视场扩展系统中，所述俯仰控制机构进一步包括用于固定所述平面反射镜并转动以调整所述俯仰角度的俯仰转台，以及用于接收所述控制模块的反射镜控制信号并控制所述俯仰转台的俯仰控制模块；所述方位控制机构进一步包括用于固定所述平面反射镜并转动以调整所述方位角度的方位转台，以及用于接收所述控制模块的反射镜控制信号并控制所述方位转台的方位控制模块。

在根据本发明所述的成像装置视场扩展系统中，所述俯仰控制机构还包括俯仰数据采集模块，用于采集所述平面反射镜的俯仰角度并反馈给所述控制模块；所述方位控制机构还包括方位数据采集模块，用于采集所述平面反射镜的方位角度并反馈给所述控制模块。

本发明还提供了一种手机，所述手机包括如上所述的成像装置视场扩展系统。

本发明还提供了一种成像装置视场扩展方法，包括以下步骤：调整设置于成像装置的物镜前方光轴上的平面反射镜朝向的角度和/或方位；控制成像装置拍摄图像。

在根据本发明所述的成像装置视场扩展方法中，所述调整设置于成像装置的物镜前方光轴上的平面反射镜朝向的角度和/或方位具体包括：调整所述平面反射镜与所述成像装置的物镜的光轴所呈的俯仰角度；和/或调整所述平面反射镜围绕所述成像装置的物镜的光轴转动的方位角度。

在根据本发明所述的成像装置视场扩展方法中，所述成像装置视场扩展方法还包括：采集所述平面反射镜的俯仰角度和/或方位角度进行显示和/或校对。

实施本发明的成像装置视场扩展系统和方法及手机，具有以下有益效果：本发明通过在成像装置的物镜前增设平面反射镜，以反射外部光线进入成像装置，可将视场扩展到传统透镜不能达到的角度，且既不会对像质造成影响，又避免了采用非球面透镜等成本高难于加工的问题，同时还可以侧对目标进行拍摄，使拍摄过程更加方便和隐蔽。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为根据本发明的成像装置视场扩展系统的第一实施例的示意图；

图2为根据本发明的成像装置视场扩展系统的第二实施例的示意图；

图3为根据本发明的成像装置视场扩展系统的第三实施例的示意图；

图4为根据本发明的成像装置视场扩展系统的光路示意图；

图5为根据本发明的成像装置视场扩展方法的流程图。

具体实施方式

本发明通过在照相机或者其它具备拍摄功能的成像装置的前方安装平面反射镜来达到视场扩展的目的。为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

请参阅图1，为根据本发明的成像装置视场扩展系统的第一实施例的示意图。如图1所示，本发明提供的成像装置视场扩展系统主要包括：平面反射镜10和反射镜控制机构20。其中平面反射镜10设置于成像装置的物镜8前方该成像装置的物镜8的光轴上。该反射镜控制机构20用于调整平面反射镜10的位置，使得成像装置外部不同位置的光线可以通过平面反射镜10的反射进入成像装置的物镜8，进而在图像传感器7上成像。例如反射镜控制机构20可以调整平面反射镜10朝向的角度和/或方位，使得外部物体9的光线可以通过平面反射镜10的反射进入成像装置成像。

上述平面反射镜10可以为完整的一块圆形平面反射镜，也可以优选地设置为如图1所示的具有中央开孔的平面反射镜。当平面反射镜10为具有中央开孔的平面反射镜时，该平面反射镜10具有平行于所述成像装置的物镜8的初始位置，即该平面反射镜平行于成像装置的物镜8，在成像装置不需要进行视场扩展的普通拍摄模式下时，可以不启动反射镜控制机构20，外部光线可以直接穿过平面反射镜10的中央开孔入射到物镜8上，进而实现普通模式下的正常拍摄。当需要实现进行视场扩展拍摄的视场扩展模式时，可以通过反射镜控制机构20来调整平面反射镜10朝向的角度和/或方位，使光路转折达到视场扩展的目的。如图1中经过视场扩展，可以拍摄到与物镜8的光轴呈90度的位置的外部物体9的图像。

在本发明的优选实施例中，上述平面反射镜的中央开孔的直径是根据在不启动旋转系统时需要的视场大小和图像像质综合选取的。本领域基础技术人员可以参考相关计算公式和软件分析结果来选取。

本发明的反射镜控制机构20可以采用本领域基础技术人员熟知的任何能够用于调整平面反射镜9的角度和/或方位的机构，如手动控制机构或者伺服机构。该反射镜控制机构20优选地可以调整平面反射镜9朝向任意角度和/或任意方位。

请参阅图2，为根据本发明的成像装置视场扩展系统的第二实施例的示意图。在第二实施例中，反射镜控制机构20优选地包括俯仰控制机构21和方位控制机构22。

其中，俯仰控制机构21用于调整平面反射镜10的俯仰角度，即平面反射镜10与成像装置的物镜8的光轴所呈的角度。方位控制机构22用于调整平面反射镜10的方位角度，即控制平面反射镜10围绕成像装置的物镜8的光轴转动，进而调整平面反射镜10所朝向的方位。

上述俯仰控制机构21和方位控制机构22可以均通过转台以及手动控制机构实现，也可以优选地通过电动控制机构实现。本实施例的成像装置视场扩展系统中优选通过增设控制模块30进行控制，即控制模块30用于发送反射镜控制信号给反射镜控制机构20，进而控制平面反射镜10根据用户需要调整位置。控制模块30还通过快门控制图像传感器7完成拍摄。

请参阅图3，为根据本发明的成像装置视场扩展系统的第三实施例的示意图。在第三实施例中，反射镜控制机构20通过转台和相关控制模块实现。

其中，俯仰控制机构21进一步包括俯仰转台211和俯仰控制模块212。其中，俯仰转台211用于固定平面反射镜10，并转动以调整平面反射镜10的与成像装置的物镜8的光轴所呈的俯仰角度。俯仰控制模块212用于接收控制模块30发送的反射镜控制信号并发送俯仰控制信号以控制俯仰转台211.

所述方位控制机构22进一步包括方位转台221和方位控制模块222。其中，方位转台221用于固定平面反射镜10，并转动以调整平面反射镜10围绕成像装置的物镜8的光轴转动的方位角度。方位控制模块222用于接收控制模块30发送的反射镜控制信号并发送方位控制信号以控制方位转台221.

在本发明的优选实施例中，该反射镜控制机构20还包括用于检测平面反射镜10的位置的数据采集模块，具体地，该数据采集模块包括但不限于俯仰数据采集模块以及方位数据采集模块，分别用于采集平面反射镜的俯仰角度值和方位角度值，并反馈给控制模块30，以便于控制模块30对平面反射镜10的位置进行校正。例如，俯仰控制机构21还包括俯仰数据采集模块213，用于采集平面反射镜10的俯仰角度并反馈给控制模块30。方位控制机构22还包括方位数据采集模块223，用于采集平面反射镜10的方位角度并反馈给控制模块30。

当平面反射镜10固定在俯仰转台211和方位转台221上进行俯仰和方位运动时，上述俯仰数据采集模块213和方位数据采集模块223可以分别通过采集俯仰转台211和方位转台221的俯仰角度值和方位角度值来实现。

本发明的成像装置视场扩展系统的使用流程如下：

首先，判断成像装置的拍摄模式，用户可以根据自己的需要模式来进行选择，是否需要视场扩展的照相效果。

当拍摄模式为普通拍摄模式，即不需要进行视场扩展时，不开启反射镜控制机构20，而是直接根据用户指令发送信号给快门进行拍摄，此时平面反射镜10平行于成像装置的物镜8，使得外部光线可以穿过平面反射镜10的中央开孔入射到物镜8上，进而实现普通模式下的正常拍摄。

当拍摄模式为视场扩展模式，即当需要进行视场扩展时，控制模块30可以根据用户输入的视场扩展模式设置指令，发送反射镜控制信号来调整平面反射镜10的俯仰角度和方位角度，进而拍摄外部不同位置的图像。在视场扩展模式时，控制模块10可以将当前平面反射镜10的俯仰角度和方位角度值反馈给用户，并根据用户的指令调整平面反射镜10的俯仰角度和方位角度。在另一实施例中，控制模块30也可以将当前平面反射镜10状态下成像装置采集的图像呈现给用户，用户可以通过按钮或者其它方式输入指令，对平面反射镜的俯仰角度和/或方位角度进行调整，获得某一所需方位的图像。若仅需要俯仰方向或方位方向上的摄像时，则控制模块30只需启动方位控制机构22或俯仰控制机构21来进行平面反射镜10的控制即可；若同时需要调整俯仰方向或方位方向来摄像时，则控制模块可以依指令控制方位控制机构22和俯仰控制机构21调整至所需位置。

在本发明的另一些实施例中，用户也可以设定全景拍摄模式，由控制模块30发出一系列反射镜控制信号以及快门信号，拍摄不同方位的图像，进而拼接成一幅完整的图像。例如，首先启动俯仰控制模块212控制装有平面反射镜10的俯仰转台211转动所需要的角度，然后再启动方位控制模块222来带动方位转台221转动辅助完成全方位的摄像工作，同时俯仰转台211和方位转台221转过的角度通过各自的数据采集模块反馈到控制模块30中，并最终运用到图像的拼接中。

请参阅图4，为根据本发明的成像装置视场扩展系统的光路示意图。如图4所示，为了适应不同角度摄影的要求，本发明借助平面反射镜10的镜像原理来扩展成像装置的视场。当平面反射镜10旋转角θ时，反射光线就相应的改变了2θ，成像装置的拍摄范围相应扩大ΔS，这样只需要转动平面反射镜10很小的角度就可以达到全方位摄影的目的。如图4所示，根据几何光学的基本原理可以得出：

ΔS=L·tg2θ        (1)

式中L为平面反射镜旋转点到拍摄景物的垂直距离。

当θ角很小时，有tg2θ≈2θ，代入式(1)可得：

ΔS≈L·2θ         (2)

由此可见，可以通过旋转平面反射镜10使拍摄景物的范围增大，从而达到对成像装置视场扩展的目的。Θ的范围可以为0-90°，由于成像装置尤其是手机的空间限制，Θ可以设置为0-75°。

本发明还相应提供了一种成像装置，包括如上所述的成像装置视场扩展系统，例如安装了上述成像装置视场扩展系统的照相机和摄像机等。优选地，本发明还将成像装置视场扩展系统应用到手机上，即提供了一种手机，安装了如上所述的成像装置视场扩展系统。

请参阅图5，本发明还相应提供了一种成像装置视场扩展方法，可以通过在普通成像装置上增设上述成像装置视场扩展系统实现，并包括以下步骤：

首先，在步骤S501中，调整设置于成像装置的物镜前方光轴上的平面反射镜朝向的角度和/或方位。在本发明的优选实施例中，该步骤可以包括：调整平面反射镜与成像装置的物镜的光轴所呈的俯仰角度；和/或调整平面反射镜围绕成像装置的物镜的光轴转动的方位角度。该步骤与上述成像装置视场扩展系统的实现过程与原理一致，在此不再赘述。

随后，在步骤S502中，控制成像装置拍摄图像。

该成像装置视场扩展方法还包括：采集平面反射镜的俯仰角度和/或方位角度进行显示和/或校对。该步骤与上述成像装置视场扩展系统中数据采集模块的实现一致，例如可以通过俯仰数据采集模块213以及方位数据采集模块223，分别用于采集平面反射镜的俯仰角度值和方位角度值，并反馈给控制模块30，以便于控制模块30显示给用户，或者对平面反射镜10的位置进行校正。

本发明考虑到目前原始方法来进行视场扩展会对成像效果影响非常严重，为了达到更好的成像效果又只能增加透镜来进行优化，但这样既带来成本的增加也使成像装置的工作距离增大。本发明应用平面反射镜来进行视场的扩展，并可以达到180°的全方位摄影又不会对像质造成影响，完全简化了优化的过程及非球面透镜难于加工的困难。这是使用增加透镜的方法不可能达到的角度。同时用于改变光线角度的平面反射镜采用中间开孔，这样在不需要大视场摄像时，完全不用启动反射镜控制机构就可以完成正常的摄像过程。

此外，对于成像光学系统来说,一般相对照度越大越好,一般而言,全视场相对照度大于0.5，随着视场的增大,将导致出射主光线的角度也越来越大,这样就会使相对照度下降。本发明应用平面反射镜来进行光线的旋转，光线不会因为视场的扩展而减少。并且本发明由于采用反射式系统可以不用考虑常规通过增加透镜的方法带来的象差和色差（球差和轴向色差除外）对像质的影响。

本发明的成像装置也可以满足一些特殊拍摄要求，例如在使用过程中完全可以不用将成像装置对着拍摄目标便可以完成拍摄，让拍摄过程更加方便和隐蔽。

本发明可以一体配置或者通过拆卸式方式应用到照相机和摄像机等常用成像装置上，例如采用拆卸式的方式进行固定时，可以在需要时随时安装上该成像装置视场扩展系统即可，使用起来更加方便。并且照相机和摄像机在设计过程中无需考虑工作距离的长短，也更加容易实现。

本发明也可以应用到手机的摄像头上，由于手机的厚度有限，其视场扩展系统的工作距离应尽可能的小，所以可以通过在手机摄像头前面增加一个直角三角棱镜来作为平面反射镜进行光路的折转，这样就可以使方位转台沉进到手机内部，从而满足手机对摄像头工作距离的要求。另外也可以采用拆卸式的方式，这样既可以节省空间又达到了便捷式的效果。

本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合或材料，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims (7)

1.一种成像装置视场扩展系统，其特征在于，包括：

设置于成像装置的物镜前方光轴上的平面反射镜，所述平面反射镜用于反射外部光线进入所述成像装置的物镜；

反射镜控制机构，用于调整所述平面反射镜朝向的角度和方位；

所述平面反射镜具有中央开孔，且所述平面反射镜具有平行于所述成像装置的物镜的初始位置；

所述反射镜控制机构进一步包括：

俯仰控制机构，用于调整所述平面反射镜与所述成像装置的物镜的光轴所呈的俯仰角度；

方位控制机构，用于调整所述平面反射镜围绕所述成像装置的物镜的光轴转动的方位角度。

2.根据权利要求1所述的成像装置视场扩展系统，其特征在于，所述成像装置视场扩展系统还包括：

控制模块，用于发送反射镜控制信号启动所述反射镜控制机构调整所述平面反射镜。

3.根据权利要求2所述的成像装置视场扩展系统，其特征在于：

所述俯仰控制机构进一步包括用于固定所述平面反射镜并转动以调整所述俯仰角度的俯仰转台，以及用于接收所述控制模块的反射镜控制信号并控制所述俯仰转台的俯仰控制模块；

所述方位控制机构进一步包括用于固定所述平面反射镜并转动以调整所述方位角度的方位转台，以及用于接收所述控制模块的反射镜控制信号并控制所述方位转台的方位控制模块。

4.根据权利要求2所述的成像装置视场扩展系统，其特征在于：

所述俯仰控制机构还包括俯仰数据采集模块，用于采集所述平面反射镜的俯仰角度并反馈给所述控制模块；

所述方位控制机构还包括方位数据采集模块，用于采集所述平面反射镜的方位角度并反馈给所述控制模块。

5.一种手机，其特征在于，所述手机包括权利要求1-4中任意一项所述的成像装置视场扩展系统。

6.一种成像装置视场扩展方法，其特征在于，包括以下步骤：

调整设置于成像装置的物镜前方光轴上的平面反射镜朝向的角度和方位；所述平面反射镜具有中央开孔，且所述平面反射镜具有平行于所述成像装置的物镜的初始位置；

控制成像装置拍摄图像；

所述调整设置于成像装置的物镜前方光轴上的平面反射镜朝向的角度和/或方位具体包括以下步骤：

调整所述平面反射镜与所述成像装置的物镜的光轴所呈的俯仰角度；以及

调整所述平面反射镜围绕所述成像装置的物镜的光轴转动的方位角度。

7.根据权利要求6所述的成像装置视场扩展方法，其特征在于，所述成像装置视场扩展方法还包括以下步骤：

采集所述平面反射镜的俯仰角度和/或方位角度进行显示和/或校对。