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CN107850821A - 可调焦距相机透镜 - Google Patents

可调焦距相机透镜 Download PDF

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CN107850821A
CN107850821A CN201680035063.8A CN201680035063A CN107850821A CN 107850821 A CN107850821 A CN 107850821A CN 201680035063 A CN201680035063 A CN 201680035063A CN 107850821 A CN107850821 A CN 107850821A
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克拉克·彼得
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Abstract

自动调焦照相机组件被描述公开了。照相机组件包括：电可控光学倍率透镜，和透镜组件，其具有支撑邻近所述电可控光学倍率透镜的至少一个透镜元件的框架。所述电可控光学倍率透镜被安装到所述框架的目标端。光通孔挡板，被设置于所述电可控光学倍率透镜或者在其内部，或在与所述电可控光学倍率透镜邻近的所述框架的外表面上。光通孔挡板可以包括一个遮光膜和可选的对准标记。

Description

可调焦距相机透镜
相关申请
本申请是一个常规的申请，并要求优先权为美国临时专利申请62/181,496，优先权日为2015年6月18日，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请涉及可调焦距照相机透镜组件，且特别是，利用电可调“折射”透镜的照相机透镜组件，例如液体透镜、可变形的聚合物透镜、液晶透镜和不进行物理移动而改变其聚焦特性的类似结构。
现有技术
当今的自动对焦相机市场是由音圈马达结构主导的，其通过整个基底透镜沿着相机的光轴的实际移动来实现聚焦调整。使用这种技术的聚焦调节范围是由运动的最大距离来决定的。
可替代的无运动的方法已运用电可调“折射”透镜，如液体透镜、可变形的聚合物透镜、液晶透镜等被提出了。
这样的电可调透镜的设计受限于它们的光学倍率的可调谐范围，其中，在某些情况下，具有对透镜的直径的依赖关系。例如，液晶透镜的情况下，这种依赖关系可以是逆二次函数关系。在一个具体的例子中，更小的直径将提供更高的光学倍率。此外，所需的直径较大时，一般这样的透镜的性能更差(例如，像差和MTF劣化，较慢的响应时间，更多的光散射等)。
发明内容
申请人已经发现一个照相机透镜组件可以被设置在所述透镜组件前的光通孔挡板处，使得电可调透镜可以设置在光通孔挡板处或附近。这意味着可调透镜的位置越接近相机的光通孔挡板，整体性能则更好。当光通孔挡板处设置这样一个电可调透镜，可调透镜的大小可随着光通孔挡板的尺寸被减小。这提供了可调聚焦相机透镜系统的整体性能的提高，因此相应地改进了自动对焦相机。
根据所提出的方案的一个方面，提供了一种自动对焦相机组件，包括：电可控光学倍率透镜；透镜组件，其具有框架以支撑至少一个邻近所述电可控光学倍率透镜的透镜元件，所述电可控光学倍率透镜被安装到所述框架的目标端；和光通孔挡板，位于所述电可控光学倍率透镜上或在其内，或在所述电可控光学倍率透镜旁边的所述框架的外表面上。
根据所提出的方案的另一个方面，提供了一种可调液晶透镜，包括至少两个液晶单元，每个都调制光的一个线性偏振的聚焦和以所述单元的电极限定的光通孔内的光通孔挡板遮光膜。
根据所提出的方案，提供了对应于所述光通孔挡板的指示对准标记。
图示简单说明
本发明将通过参照所附的附图详细描述实施例，以更好的理解本发明的实施方式，其中：
图1示出了传统的小孔径定焦照相机，其具有位于外部凸透镜的外部周边，该凸透镜具有位于与光通孔挡板距离d、在外部透镜的前方的可调液晶透镜(TLCL)；
图2是截面图，示出了如图1的基础透镜框架、外部透镜和TLCL的一部分；
图3是如图1和2的照相机透镜装置的分段区域(到角部)功能的调制传递函数(MTF)的近似曲线图，其中MTF性能显示为从中心到右上(TR)，右下(BR)，左下(BL)和左上(TL)；
图4A是根据所提出的解决方案的实施例的TLCL结构的示意图，其具有在透镜组件前、用于自动对焦相机的设置在TLCL层状几何结构内的光通孔挡板层；
图4B是根据所提出的解决方案的实施例，是图4A中所示出的光学设置的简化示意图，其中显示了光线，而省略了基础透镜的细节；
图5A是根据所提出的解决方案的另一个实施例，示出了TLCL结构的示意图，其具有TLCL内的光通孔挡板，邻接与在图4A和4B示出的结构类似的基础透镜框架；
图5B是根据所提出的解决方案的另一个实施例，示出了TLCL结构的示意图，其具有TLCL外表面上的光通孔挡板，邻接与在图4A和4B示出的结构类似的基础透镜框架；
图5C是根据所提出的解决方案的另一个实施例，示出了TLCL结构的示意图，其具有邻接与在图4A和4B示出的结构类似的基础透镜框架，具有从所述基础透镜框架的平面周边凸缘延伸的光通孔挡板；
图6是根据所提出的解决方案，如图4A、4B和5A-5C的照相机(透镜)几何结构，示出了MTF性能的示意图，显示为从中心到右上(TR)，右下(BR)，左下(BL)和左上(TL)；和
图7示出了如图5B的TLCL的示意性前视图，其中，光通孔遮光膜上印有取向标记，以辅助带有基础透镜框架的TLCL的取向，
其中，各个图中类似的特征使用类似的标号。而所描述的层的次序是有意义的，“前”和“后”在本说明书中的限定，仅仅是用于参考本申请的附图中的方向，并不意味着任何绝对的空间方向。
实施方式
如图1中所示，常规自动对焦相机10可以具有固定的聚焦的透镜系列15A至15D和与一个过滤器17，以使光通过光通孔挡板14在图像传感器18上形成远场图像。聚焦近场图像的能力需要由电可调透镜12来提供更多可调的光学倍率。透镜12可以是可调液晶透镜，其具有两个液晶单元12A和12B，每一个聚焦一个(两个正交的)偏振方向上的光。这种液晶透镜在本领域中是公知的。
如图2中示意性的示出，透镜组件可以具有在镜筒的端部内设有挡板14的框架或镜筒20，以支撑外部透镜15A。一个TLCL或其它电可调透镜12可被安装到镜筒20的端部。这使得挡板14距离可调透镜12大约400微米。而透镜15A的光通孔可以是大约2.19毫米。
如图3中所示，按照图2的设置，分段区域到角部的调制传递函数(MTF)的百分比近似曲线图，其为从四角交叉中心到右上(TR)，右下(BR)，左下(BL)和左上(TL)。可以理解的(可以看到的)，采用比光通孔挡板14大的TLCL 12，TLCL的MTF是差的，特别是在分段区域值大于0.50的情况下。
根据图4A和4B示意性示出的提出的技术方案的一个实施例，从外部透镜15A的边缘延伸出来的光通孔挡板14(如图2)被(移动)定位在TLCL12的两个液晶单元12A和12B之间。图4B具有基础透镜15的简化图示(包括元件15A至15D和可能的过滤器17)，示出(代表)光线穿过在TLCL 12内的光通孔挡板14，并被成像到成像平面18。这允许部分TLCL被用来接受光进入照相机，以使相同大小的透镜组件形成更小的光通孔。这种几何形状将挡板14设置在距离每个TLCL单元大概160微米处，这比在图2设置约570微米要小得多。在提出的实施方式中，可调透镜12的光通孔可以是1.32毫米，而在图1和2的原始结构中，透镜12的光通孔为2.2毫米。
该光通孔挡板14的精确位置可以变化，不限制本发明。例如：
根据图5A中示意性示出的所提出的方案的另一实施例，示出了一个(透镜)镜筒20适于通过包含于TLCL的挡板14将TLCL 12安装到其端部，如图4A和4B所示。在图5A至图5C中，示出了TLCL 12和镜筒20的端部之间的间隙，但是，这仅是为了(更清晰)图示的目的，并且TLCL 12将被安装到接触(抵接)镜筒20的目标端。(凸)透镜15A可以具有在光轴上的顶点，其几乎与TLCL接触。
在图5B示意性示出的所提出的方案的进一步的实施方案中，光通孔挡板14可被提供(安装/设置/制造)在TLCL 12的外表面上，其临近镜筒20。例如，光通孔挡板14可在晶片级制造过程中使用涂层沉积或形成。
根据图5C示意性示出的所提出的方案的另一实施方案中，光通孔挡板14是在框架或镜筒20(邻接TLCL 12)的外端部。
在图5A的实施例中，其中该光通孔挡板14位于TLCL 12内部，MTF性能对比图2中所示的结构显著提高，如图6所示。例如，MTF在低分段区域约为60，然后在设置中，在0.50到0.65的分段区域(根据方向)下降为30以下，其中光通孔挡板14配置在透镜15A(图2)的周缘，而将光通孔挡板14设置在TLCL 12中(图5A)的结果是MTF在低分段区域约为65，然后一直到0.60的分段区域，在所有方向上都比较一致，和在直到至少0.70的分段区域时，使MTF维持在等于或高于30。
将可调的LC透镜12的光通孔(14)进行最小化可以实现：更小的像差，更清晰的图像，更高的可调谐光学倍率，更快的响应时间，并有可能的更少的光散射。较小的光通孔还可以实现LC厚度的减小。根据一个变型的在图5B所示的提出的解决方案的实施例(未示出)，使用厚度减小的TLCL 12可实现在TLCL 12的透镜组件外部的外部表面上设置光通孔挡板14。
图7示意性示出了电可调透镜，如一个TLCL 12，其具有光通孔挡板14，设置在如图5A中示出的分层几何结构的内部或设置在如图5B所示的外表面。光通孔挡板14可包括TLCL12的光通孔的限制内的一个遮光膜，例如TLCL 12的光通孔可以通过电极或TLCL 12的电极结构来限定。
遮光膜可以包括对准标记22，例如，在装置12的角部，以允许TLCL 12的光轴与透镜组件(10)的光轴的对准，其可以由镜筒20来限定。当光通孔挡板(14)本身在组装过程中是不可见的，这种标记可以在制造中用于提供一种方法来对准光通孔挡板14与镜筒20。标记22可以设置在与光通孔挡板14相同的表面上(图5B)。例如，该遮光膜可包括：金属层膜或光吸收材料膜。根据另一个变型的实施例，标记22可设置在TLCL 12的不同的外部表面上(未示出)。
TLCL 12和透镜组件的对准可以在一些情况下被简化，通过使用对透镜12的光学性能的动态控制以补偿透镜12和镜筒20之间的对准偏差，或补偿透镜组件的光学特性的差异。一些TLCL可以具有其由分段电极可调控制的光学轴线。在一个设置中，TLCL具有集成的光通孔挡板14，光通孔挡板14和镜筒20之间的对准可以在制造时(期间)精确地实现。
虽然本发明已参考所示出和描述的优选实施例，但在本技术领域的熟练技术人员可以在其中进行在形式和细节上的各种改变，而也不脱离本发明的精神和范围内所定义的权利要求。

Claims (16)

1.一种自动聚焦的照相机组件，包括：
电可控光学倍率透镜；
透镜组件，具有支撑邻近所述电可控光学倍率透镜的至少一个透镜元件的框架，所述电可控光学倍率透镜被安装到所述框架的目标端；和
光通孔挡板，位于所述电可控光学倍率透镜或者在其内部，或在与所述电可控光学倍率透镜邻近的所述框架的外表面上。
2.如权利要求1中所述的组件，其中，所述电可控光学倍率透镜是可调液晶透镜(TLCL)，其包含至少两个液晶单元，每个设置为调制光的一个线性偏振的聚焦，所述TLCL具有光学倍率的可调范围适应于调整照相机从远场到近场的聚焦。
3.如权利要求1或2所述的组件，其中，所述光通孔挡板包括遮光膜。
4.如权利要求3中所述的组件，其中该光通孔挡板是所述液晶单元中的一个的基板上的涂层。
5.如权利要求4中所述的组件，其中所述涂层设置在所述至少两个液晶单元的两个之间。
6.如权利要求4中所述的组件，其中所述涂层设置在所述可调液晶透镜的外表面上。
7.如权利要求1中所述的组件，还包括：对应于所述光通孔挡板的指示对准标记。
8.如权利要求3-6中任一项所述的组件，其中，所述遮光膜还包括对应于所述光通孔挡板的指示对准标记。
9.如权利要求1-8中任一项所述的组件，其中所述框架包括在所述框架的所述目标端的平的安装表面，并且所述电可控光学倍率透镜具有平面层状结构，并抵靠所述平的安装表面。
10.如权利要求1-9中任一项所述的组件，其中，所述至少一个透镜元件包括多个透镜元件。
11.一种可调液晶透镜，包括至少两个液晶单元，每个都调制光的一个线性偏振的聚焦和以所述单元的电极限定的光通孔内的光通孔挡板遮光膜。
12.如权利要求11所述的透镜，其中，所述光通孔挡板遮光膜位于所述单元之间。
13.如权利要求11所述的透镜，其中，所述光通孔挡板遮光膜位于所述单元的外表面。
14.如权利要求11，12或13所述的透镜，其中，该光通孔挡板是所述液晶单元中的一个的基板上的涂层。
15.如权利要求11，12或13所述的透镜，还包括：对应于所述光通孔挡板的指示对准标记。
16.如权利要求15所述的透镜，其中，该对准标记是所述液晶单元中的一个的基板上的涂层。
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