导光装置和包括此类装置的电子设备的制作方法

1.本发明涉及一种导光装置，更具体地，涉及一种用于电子设备的导光装置。


背景技术：

2.近年来，手机等小型移动电子设备中安装的摄像头系统变得越来越先进，同时尺寸也越来越小。预计摄像头将提供越来越多的功能，这些功能预计会被整合到与以前相同或更小的空间中。这给开发者带来了重大难题，因为摄像头系统需要一定的尺寸才能提供足够好的图像清晰度、空间频率、灵敏度等。
3.一个问题涉及如何为具有非常长的焦距和/或镜头总长(total track length，ttl)的小型电子设备提供摄像头系统。镜头焦距描述摄像头的视角和放大特性。焦距是光线会聚形成物体清晰图像的点与摄像头焦平面上的数字传感器之间的光学距离的计算值。ttl是指第一光学元件与图像传感器之间的距离。ttl通常取决于摄像头系统的结构和尺寸。另一个问题涉及光通过其进入摄像头的光圈。光圈确定透镜传送到图像传感器的光量。例如，宽光圈还能够在弱光情况下拍摄照片。
4.因此，可以推导出摄像头系统的光学装置受静态和固定摄像头尺寸的限制。如前所述，当摄像头集成在移动电子设备中时，摄像头的尺寸反过来受到电子设备的尺寸和结构的限制。
5.由于结构固定，光圈大小和变焦特性受到可用空间的限制。因此，需要一种能够在有限的空间条件下提供更佳摄像头特性的方案。
6.现有技术中提供更佳变焦特性的一种已知方案是通过潜望镜设计来水平布置变焦透镜组件，从而增加ttl/焦距。在该方案中，为了改进变焦特性，一种选择是通过增加摄像头的长度来增加ttl/焦距。此外，为了提高图像质量，需要增加摄像头尺寸，以便能够使用更大的透镜和光圈。因此，普通潜望镜光学变焦特性仍然受到固定摄像头结构尺寸的限制。


技术实现要素：

7.因此，本发明的目的在于提供一种改进的导光装置。上述和其它目的通过独立权利要求的特征来实现。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中显而易见。
8.根据第一方面，提供了一种用于沿偏转光路引导光的导光装置，所述导光装置包括壳体，所述壳体包括：透光区域；避光区域，用于将所述引导的光传输至图像传感器；第一透镜装置，设置在所述透光区域与所述避光区域之间；一个或多个光偏转元件，设置在所述透光区域与所述避光区域之间，其中，所述一个或多个光偏转元件用于在所述透光区域与所述避光区域之间形成所述偏转光路；所述壳体由两个或多个可操作互连组件形成，所述两个或多个可操作互连组件用于使所述壳体变形，使得所述壳体的所述变形改变所述透光区域与所述避光区域之间的所述偏转光路的长度。
9.该方案提供了一种用于可安装在电子设备中但仍可改进照片质量和变焦特性的
高变焦系数摄像头的装置。通过增加镜头总长(total track length，ttl)和/或焦距来实现所述改进的变焦特性。这可以在不必改变所述电子设备的物理尺寸的情况下实现。此外，动态改变所述壳体的所述高度的选项提供了进一步增加所述ttl和所述焦距的可能性。所述壳体的所述变形会改变所述偏转光路的所述长度，并因此能够减小或增加所述ttl，从而能够提高光学变焦。
10.在所述第一方面的一种可能的实现方式中，所述壳体具有沿第一方向延伸的高度和沿垂直于所述第一方向的第二方向延伸的宽度，其中，所述壳体的所述变形使得所述壳体至少在第一配置与第二配置之间改变；与采用所述第二配置时相比，采用所述第一配置时，所述壳体的所述高度较大；与采用所述第二配置时相比，采用所述第一配置时，所述偏转光路的所述长度较长。改变所述壳体的所述高度有利于改变所述偏转光路的所述长度和所述ttl。原因在于，由于成角度配置，所述壳体的所述高度每增加一毫米同时会使所述ttl增加几毫米。因此，提供具有至少两种不同配置和高度的所述壳体以多种方式改进了所述装置以及由所述装置拍摄的图像的质量。能够设置所述偏转光路的所述长度使得用户能够同时设置所述ttl和所述焦距，从而提高光学变焦。与数字变焦相比，所述光学变焦具有众所周知的优势。较大的壳体高度会增加所述ttl，而不需要较大的摄像头或电子设备。未使用所述摄像头(即在存储模式下)时，较小的壳体高度可以减小尺寸。
11.在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述光偏转元件中的至少一个是光反射元件。这有利于可以根据特定反射需求设计所述装置。
12.在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述壳体至少包括：第一光反射元件，安装在第一可操作互连组件的内表面上；第二光反射元件，安装在第二可操作互连组件的内表面上，其中，所述第一光反射元件和所述第二光反射元件彼此平行。引入两个或多个反射元件有利于更多次地折叠所述光路，从而进一步延长所述偏转光路，以及固有地增加所述ttl和所述焦距。
13.在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述偏转光路通过具有反射面的至少一个光反射元件在所述壳体内折叠至少一次，所述反射面相对于所述第一方向以85
°‑
95
°
的角度延伸。折叠所述光路会增加所述ttl和所述焦距，从而改进变焦特性。
14.在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述装置包括第一可操作互连组件和第二可操作互连组件，其中，所述第一可操作互连组件和所述第二可操作互连组件中的一个至少部分地容纳于所述另一可操作互连组件，所述第一可操作互连组件和所述第二可操作互连组件中的至少一个用于相对于所述另一可操作互连组件沿所述第一方向移动。这有利于形成简单、动态的壳体。所述可操作互连组件中的至少一个的移动会改变所述壳体的所述高度和/或所述偏转元件和/或反射面的位置。因此，所述可操作互连组件中的至少一个的所述移动可能会影响所述ttl的所述长度和焦距。
15.在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述可操作互连组件可枢转地互连，使得所述壳体的所述宽度随着所述壳体的所述高度减小而增大。这能够实现具有更小高度的第二配置，因为所述可操作互连组件可以至少在一定程度上彼此折叠。
16.在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述壳体包括至少一个管状截面，所述第一透镜装置至少部分地设置在所述至少一个截面中，并且所述第一透镜装置的直径大于所述壳体的所述至少一个管状截面的所述高度。这能够为所述壳体提供一种替代结
构，这也有助于拍摄高质量的手机照片。使用较大直径的透镜对于确保高灵敏度至关重要，这一点在弱光条件下非常重要。
17.在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述第一透镜装置相对于所述第一方向以一定角度设置，其中，采用所述第一配置时所述角度在60-90
°
的范围内，采用所述第二配置时所述角度在30-60
°
的范围内。所述成角度放置会导致成角度光路，这有利于延长ttl和焦距。所述成角度放置还可以使用直径大于所述壳体的所述高度的透镜，从而能够在弱光条件下拍摄高质量图像。此外，由于所述透镜装置的所述角度可以改变，因此还可自由设计和设置所述装置。
18.在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述第一透镜装置的至少一个点与所述可操作互连组件中的至少一个可枢转地互连，使得所述角度随所述壳体的所述高度增大而增大，所述角度随所述高度减小而减小。所述第一透镜装置的可能移动导致所述壳体的所述高度减小，使得能够在不使用所述摄像头时减小其存储容量。
19.在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述第一透镜装置用于在所述壳体内沿所述第二方向线性移动，从而可以使用其它可能的配置并因此可以改进摄像头。
20.在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述装置还包括第二透镜装置，用于将光聚焦到所述图像传感器，其中，当所述壳体采用所述第一配置时，所述第二透镜装置和所述第一透镜装置平行。引入所述第二透镜装置有利于实现具有改进的聚焦和变焦特性的导光装置。
21.在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述装置还用于使用至少一个反射面在所述壳体外部实现光的至少一次反射，所述反射面由邻近所述壳体的所述透光区域设置的光学元件提供。这有利于以适当的角度将所述光引导到所述透光区域，以便提供由用户或自动确定的适当的ttl和焦距。
22.在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述光学元件是棱镜，所述棱镜可以利用全内反射将光引导到所述透光区域。
23.在所述第一方面的另一种可能的实现方式中，所述壳体响应于用户输入在所述第一配置与所述第二配置之间改变，用户可以在所述模式之间改变，并且使得能够在不使用所述摄像头时减小其尺寸。
24.根据第二方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括导光装置和图像传感器。该方案使得具有小和/或固定外部尺寸和有限内部空间的电子设备能够仍具有更高性能的导光装置，例如，所述导光布置是高远心或光学变焦摄像头。
25.根据第三方面，提供了一种改变壳体内偏转光路的长度的方法，所述方法包括以下步骤：用户提供配置输入；所述输入产生所述壳体的若干可操作互连组件中的至少一个的移动，使得所述壳体变形；其中，所述壳体的所述变形改变所述偏转光路的所述长度。该方案提供了一种利用可以使用光学变焦的小尺寸摄像头拍摄高质量照片的方法。
26.在所述第三方面的一种可能的实现方式中，所述方法由上述导光装置执行。
27.从下面描述的实施例中，这一方面和其它方面是显而易见的。
附图说明
28.在本发明的以下详述部分中，参考附图中示出的示例性实施例更详细地解释各方
面、实施例和实现方式。
29.图1示出了本发明的一个实施例提供的装置的示意性横截面图；
30.图2示出了由于壳体高度改变导致偏转光路长度改变的示意图；
31.图3a示出了本发明的一个实施例提供的导光装置的示意性横截面图，所述导光装置采用第一配置；
32.图3b示出了图3a所示的导光装置系统的示意性横截面图，所述导光装置采用第二配置；
33.图4a示出了本发明的一个实施例提供的导光装置的示意性横截面图，所述导光装置采用第一配置；
34.图4b示出了图4a所示的导光装置系统的示意性横截面图，所述导光装置采用第二配置。
具体实施方式
35.图1示出了导光装置1，其可安装在电子设备中。所述设备可以是任何类型的电子设备，例如智能手机、笔记本电脑或平板电脑。所述导光装置1可以是摄像头，或者可以安装在摄像头中，更具体地，可以是电子设备的摄像头，或者可以安装在电子设备的摄像头中。所述导光装置1可以至少部分地封闭在所述设备的壳体内。当高度h增加时，例如使用光学变焦时，所述导光装置1可以部分地从所述设备的所述壳体突出。所述电子设备还可以包括图像传感器15，所述图像传感器15与所述导光装置1可操作地互连。所述图像传感器15可以设置在所述导光装置1的避光区域4附近。在图1所示的实施例中，所述图像传感器15平行于第二透镜装置10的平面和所述避光区域4的平面延伸。到达所述图像传感器15的偏转光路6可以平行于通过所述导光装置1的透光区域3的偏转光路6延伸。
36.所述导光装置1能够沿所述偏转光路6引导光7，例如光线或光束。所述导光装置1包括壳体2，优选地，所述壳体2包括透光区域3、避光区域4、第一透镜装置8和一个或多个光偏转元件(12a、12b)。所述透光区域3可以包括透光光圈，所述透光光圈可以是完全圆形或几乎完全圆形，并且可以平行于所述第一透镜装置8的平面。所述透光光圈也可以设置在邻近所述透光区域3的所述壳体外部。如果所述透光区域3设置在图1所示的成角度位置，则可以使得所述透光区域3的宽度大于所述壳体2的所述高度h。这使得能够形成比实际透光孔更宽的偏转光路6，这也增加了到达所述图像传感器15的光量，并因此例如使得能够在弱光情况下拍摄照片。
37.在一个优选实施例中，所述避光区域4用于将所述引导的光7传输至所述图像传感器15。所述第一透镜装置8设置在所述透光区域3与所述避光区域4之间。所述一个或多个光偏转元件(12a、12b)设置在所述透光区域3与所述避光区域4之间，并且用于在所述透光区域3与所述避光区域4之间形成所述偏转光路6。所述光偏转元件(12a、12b)中的至少一个可以是光反射元件，例如镜子。所述壳体2由两个或多个可操作互连组件(9a、9b、9c、9d)形成，所述两个或多个可操作互连组件能够使所述壳体2变形。如果所述壳体2发生所述变形，则会改变所述透光区域3与所述避光区域4之间的所述偏转光路6的长度。图2示出了所述变形以及所述偏转光路6的所述长度的改变。当所述偏转光路6的所述长度改变时，所述壳体2的所述高度h和镜头总长(total track length，ttl)的长度也会改变。所述ttl是所述光7到
达所述透光区域3的点与所述图像传感器15之间的距离。
38.所述壳体2具有沿第一方向d1延伸的高度h和沿第二方向d2延伸的宽度w。优选地，所述第二方向d2垂直于所述第一方向d1；优选地，所述高度h垂直于所述宽度w。所述壳体2的所述变形使得壳体2在至少两种模式(即第一配置与第二配置)之间改变。与采用所述第二配置时相比，采用所述第一配置时，所述壳体2的所述高度h较大；与采用所述第二配置时相比，采用所述第一配置时，所述偏转光路6的所述长度较长。采用所述第一配置时，所述导光装置1可以处于工作模式；采用所述第二配置时，即不使用时，所述导光装置1可以处于存储模式。例如，当所述电子设备位于口袋或袋子中时，所述导光装置1可以采用所述第二配置。当需要所述导光装置1时，可以在使用前机械地展开所述导光装置1。所述两种配置之间的所述改变可以自动进行，也可以通过用户输入进行。为了实现所述第一配置与所述第二配置之间的这种改变，所述导光装置1的不同部件可以是可调的、可倾斜的、可移动的或可拆卸的。此外，如前所述，所述壳体2由两个或多个可操作互连组件(9a、9b、9c、9d)形成，所述两个或多个可操作互连组件能够使壳体2变形并致使从所述第一配置切换到所述第二配置，反之亦然。图3a和图4a示出了采用第一配置的导光装置1，而图3b和图4b示出了采用第二配置的导光装置1。
39.所述壳体2包括至少两个光偏转元件(12a、12b)，所述光偏转元件都可以是光反射元件(12a、12b)。在一个实施例中，当有两个光反射元件(12a、12b)时，第一光反射元件12a安装在第一可操作互连组件9a的内表面上，第二光反射元件12b安装在第二可操作互连组件9b的内表面上。优选地，所述第一光反射元件12a和所述第二光反射元件12彼此平行，即以一定的偏移量基本上彼此相对。
40.在一个实施例中，至少一个光反射元件(12a、12b)具有反射面5，所述反射面5可以在所述壳体2内折叠所述偏转光路6至少一次。所述反射面5相对于所述第一方向d1以85
°‑
95
°
(分别优选地为90
°
和接近90
°
)的角度α延伸。所述反射面5优选地具有平坦表面，并且优选地朝向所述壳体2的内部。如果存在更多的反射面5，则它们优选地按顺序排列，由气隙隔开。所述反射面5以设计的方式引导所述光7，以延长所述偏转光路6，并因此增加焦距和ttl。因此，所述偏转光路6可以在所述壳体2内形成z形图案。在图1所示的实施例中，两个反射面5放置在所述壳体2内，并且所述两个反射面5相对于所述高度h的所述角度α约为90
°
。
41.所述反射面5和/或所述光偏转元件(12a、12b)和/或所述光反射元件(12a、12b)可以用于在所述壳体2的任何移动(例如，所述壳体2的向上和/或向下移动)过程中倾斜或移动。这样，可以将所述反射面5的位置设置为设计和/或计算的适当角度，以提供焦距和/或ttl的预期长度。可以在拍摄图像之前、期间或之后调整和设置所述适当角度。此外，所述反射面5和/或所述光偏转元件(12a、12b)和/或所述光反射元件(12a、12b)可以连接到所述可操作互连组件(9a、9b、9c、9d)中的任一个，并且该连接可以通过实现铰链、弹簧和/或折叠臂来实现。
42.所述导光装置1包括第一可操作互连组件9a和第二可操作互连组件9b。所述第一可操作互连组件9a和所述第二可操作互连组件9b中的一个至少部分地容纳于所述另一可操作互连组件。所述第一可操作互连组件9a和所述第二可操作互连组件9b中的至少一个能够相对于所述另一可操作互连组件(9b、9a)沿所述第一方向d1移动。
43.任意数量的可操作互连组件(9a、9b、9c、9d)可以形成所述壳体2。在图3a和图3b
中，所述壳体2由四个可操作互连组件(9a、9b、9c、9d)形成，基本上形成四连杆机构，优选地为平行四边形机构，其中所述机构/组件通过四个枢轴点互连。所述组件(9c、9d)朝向所述组件9b的平面枢转或从所述组件9b的平面枢转，所述组件9a与所述组件9b之间的距离响应于此而减小或增大。在图4a和图4b中，所述壳体2由两个可操作互连组件(9a、9b)形成，其中，所述两个可操作互连组件(9a、9b)是可相对于彼此移动的上部和下部。所述可操作互连组件(9a、9b、9c、9d)可枢转地互连，使得所述壳体2的所述宽度w能够随着所述壳体2的所述高度h减小而增大。所述宽度w随着所述高度h减小的这种变化如图3a和图3b所示。所述互连可以包括有助于倾斜或折叠所述壳体2的铰链或接头。
44.所述壳体2可以包括至少一个管状截面2a。所述第一透镜装置8可以至少部分地设置在所述至少一个截面2a中。优选地，所述第一透镜装置8的直径d大于所述壳体2的所述至少一个管状截面2a的所述高度h。使用较大直径对于在弱光情况下拍摄照片非常有用。
45.可以在所述壳体2中安装任意数量的所述第一透镜装置8。在一个实施例中，所述第一透镜装置8相对于所述第一方向d1以一定角度β设置。在一个实施例中，采用所述第一配置时所述角度β在60-90
°
的范围内，采用所述第二配置时所述角度β在30-60
°
的范围内。此外，采用所述第二配置时，所述角度β甚至可以小于30
°
。作为示例，当所述第一透镜装置8完全铺设时，所述角度β可以为0
°
。
46.尽管所述壳体2或所述设备的参数没有改变，但所述第一透镜装置8的成角度定位延长了所述偏转光路6。当所述壳体2的所述高度h也增大时，这使得能够进一步增大所述偏转光路6的所述长度，从而可以进一步增大所述ttl和所述焦距，并因此可以提高图像质量。
47.所述第一透镜装置8的至少一个点11可以与所述可操作互连组件(9a、9b、9c、9d)中的至少一个可枢转地互连。这种互连有利于所述第一透镜装置8的可能移动，即使在所述可操作互连组件(9a、9b、9c、9d)的所述移动期间也是如此。这种互连还使得所述角度β随所述壳体2的所述高度h增大而增大，所述角度β随所述高度h减小而减小。
48.所述第一透镜装置8能够在所述壳体2内沿所述第二方向d2线性移动，该移动可以通过致动器等实现。
49.所述导光装置1还可以包括一个或任意数量的第二透镜装置10。优选地，所述第二透镜装置10用于将光7聚焦到所述图像传感器15。在图1所示的实施例中，当所述壳体2采用所述第一配置时，所述第二透镜装置10和所述第一透镜装置8平行。当所述壳体2改变并切换到所述第一配置或所述第二配置中的一个时，所述第一透镜装置8和所述第二透镜装置10可以以不同的速度、在不同的范围或不同的时间等移动。因此，采用所述第二配置时，所述第一透镜装置8和所述第二透镜装置10可以彼此不平行。
50.与所述第一透镜装置8类似，所述第二透镜装置10中的任一个也可以附接到所述可操作互连组件(9a、9b、9c、9d)中的一个。此外，所述第一透镜装置8和/或所述第二透镜装置10可以用于在所述可操作互连组件(9a、9b、9c、9d)中的任一个的移动过程中倾斜或移动，使得所述第一透镜装置8和/或所述第二透镜装置10适合窄空间。例如，所述倾斜移动可以通过与所述第一透镜装置8和/或所述第二透镜装置10耦合的折叠臂来实现。
51.在图3a和图3b的实施例中，所述第一透镜装置8与所述可操作互连组件9b互连，而所述第二透镜装置10与所述可操作互连组件9d互连。在图4a和图4b的实施例中，所述第一透镜装置8和所述第二透镜装置10均与所述可操作互连组件9b互连。
52.所述透镜装置(8、10)中的至少一个可以是聚焦透镜装置。此外，所述透镜装置(8、10)中的至少一个可以是变焦透镜装置。优选地，当所述壳体2采用所述第一配置时，所述第一透镜装置8平行于所述透光区域3的平面，所述第二透镜装置10平行于所述避光区域4的平面。换言之，优选地，所述第一透镜装置8和所述第二透镜装置10垂直于通过所述第一透镜装置8和所述第二透镜装置10的所述偏转光路6。
53.如图1的实施例所示，所述导光装置1还可以用于使用至少一个反射面14在所述壳体2外部实现光7的至少一次反射。所述反射面14可以由邻近所述壳体2的所述透光区域3设置的光学元件13提供。此外，可以在所述壳体2外部设置两个或多个反射面14。这些反射面14可以用于随着所述壳体2的所述高度h的增大或减小而移动和/或倾斜。因此，这些反射面14可以通过铰链和/或弹簧和/或折叠臂固定到所述壳体2上。
54.所述光学元件13还可以是棱镜，所述棱镜可以利用全内反射将光引导到所述透光区域4。所述棱镜可以包括任意数量的反射面14。所述棱镜的所述反射面14可以引导光7进入所述棱镜。所述光7可以沿向上、垂直方向进入所述棱镜。所述反射面14可以引导所述光7，使得它们以垂直角度通过所述第一透镜装置8。优选地，所述棱镜是半五角棱镜，但也可以具有任何其它合适的形状。可以邻近所述棱镜13设置一个或多个其它反射面14。
55.如上所述，所述壳体2可以响应于用户输入在所述第一配置与所述第二配置之间改变。
56.上述装置可以用于改变所述壳体2内所述偏转光路6的长度。改变所述偏转光路6的长度的所述方法包括以下步骤：用户提供配置输入；然后，所述输入产生所述壳体2的若干可操作互连组件(9a、9b、9c、9d)中的至少一个的移动，使得所述壳体2变形。所述壳体2的所述变形改变所述偏转光路6的所述长度。如前所述，该方法可以由上述导光装置1或能够实现所述方法步骤的任何其它可能类似的装置执行。
57.本文已经结合各种实施例描述了各个方面和实现方式。但是，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域的技术人员在实现所要求保护的主题时可以理解和实现所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以满足权利要求中所描述的若干项目的功能。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施并不表示这些措施的组合不能被有效地使用。计算机程序可存储/分布在合适的介质上，例如与其它硬件一起或者作为其它硬件的部分提供的光存储介质或者固态介质，还可以以其它形式例如通过互联网或者其它有线或无线电信系统分布。
58.权利要求书中使用的附图标记不应被解释为限制范围。除非另有说明，否则应结合说明书阅读附图(例如交叉排线、部件布置、比例、度数等)，并且附图应视为本发明完整书面说明的一部分。说明书中使用的术语“水平”、“垂直”、“左”、“右”、“上”和“下”及其形容词和副词派生词(例如，“水平地”、“向右”、“向上”等)仅仅是指当特定附图面向读者时所示结构的方向。类似地，术语“向内”和“向外”通常是指表面相对于其伸长轴线或旋转轴线的方向(视具体情况而定)。