CN120559817A - 光学成像装置 - Google Patents

Abstract

一种光学成像装置，包含多个光学镜片。多个光学镜片沿一光轴配置，以朝向一取像方向进行取像，并成像于一成像面。多个光学镜片区分为至少一组固定镜片组以及至少一组可动镜片组；其中，固定镜片组为固定设置，且可动镜片组用以相对于固定镜片组位移，以对光学镜片进行变焦。

Description

光学成像装置

技术领域

本发明有关于光学镜片群组的配置，特别是关于一种光学成像装置。

背景技术

如图1以及图2所示，摄影装置的光学镜片组是由多个光学镜片沿一光轴L依序排列设置而成，以在有限空间中得到较长的有效焦距(Effect Focal Length，EFL)，以成像于一成像面I。所述成像面I为用于设置图像感测器140’的假想平面。前述光学镜片群组的多个光学镜片，通常会固定于一镜片架上，而形成单一的光学镜片组120’。

如图1以及图2所示，当物距改变，前述的光学镜片组120’需要前后位移改变后焦长(back focal length)以对物体进行对焦，而让不同物距的物体能清晰成像于成像面I。或是，摄影装置不稳定时，光学镜片组120’上下左右位移以进行光学防手震(OpticalImage Stabilization，OIS)。多个光学镜片群组成的光学镜片组120’重量大，需要以尺寸较大的音圈马达(Voice Coil Motor,VCM)或其他的致动元件130’来驱动位移。智能手机或平板电脑等可携式电子装置，通常较为轻薄而内部空间有限。大尺寸的致动元件130’占用空间，不利于将光学镜片组120’配置于空间有限的可携式电子装置中。同时，大驱动力的致动元件130’消耗较大的驱动电流，而将耗损较多的电力。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出一种光学成像装置，降低进行光学特性调整时所需要的驱动力大小。

在本发明至少一实施例中，光学成像装置包含多个光学镜片。多个光学镜片沿一光轴配置，以朝向一取像方向进行取像，并成像于一成像面。

该些光学镜片区分为至少一组固定镜片组以及至少一组可动镜片组；其中，固定镜片组为固定设置，且可动镜片组用以相对于固定镜片组位移。

在至少一实施例中，可动镜片组用以相对于固定镜片组，在光轴上前后位移。

在至少一实施例中，可动镜片组用以相对于固定镜片组，在垂直于光轴的一平面上位移。

在至少一实施例中，光学成像装置更包含一图像感测器，位于成像面。

在至少一实施例中，光学成像装置更包含一滤光片，位于该些光学镜片以及图像感测器之间。

在至少一实施例中，光学成像装置更包含一固定架，图像感测器以及滤光片设置在固定架上。

在至少一实施例中，光学成像装置更包含一致动元件，连接于可动镜片组，致动元件用以驱动可动镜片组相对于固定镜片组位移。

在至少一实施例中，光学成像装置更包含一第二镜片架，用于承载可动镜片组，且致动元件连接于第二镜片架。

在至少一实施例中，光学成像装置更包含一第一镜片架，用于承载固定镜片组。

在至少一实施例中，致动元件为一音圈马达、一记忆金属马达、一压电马达或者其中两者以上的组合。

在至少一实施例中，光学成像装置更包含一光路改变元件，位于该些光学镜片的取像方向，光路改变元件用以将平行于一实际取像方向行进之光线改变为平行于取像方向行进。

在至少一实施例中，光路改变元件为一反射片，反射片与取像方向之间形成一夹角。

在至少一实施例中，光路改变元件为一棱镜，棱镜具有一入光面以及一出光面，入光面朝向实际取像方向，出光面朝向该些光学镜片，且入光面以及出光面之间具有一夹角。

在至少一实施例中，光学成像装置具有二组以上的固定镜片组，且各固定镜片组的有效焦距不同。

在至少一实施例中，光学成像装置具有二组以上的可动镜片组，且各可动镜片组的有效焦距不同。

本发明将多个光学镜片区分为多个群组。在进行光学特性调整时，例如对焦、变焦、光学防手震时，仅移动多个光学镜片中的可动镜片组。可动镜片组的重量或是进行光学特性调整所需要的位移行程小于整个光学镜片群组的重量或所需要的位移行程。因此，用于移动可动镜片组的致动元件所需要提供的驱动力小于移动整个光学镜片群组所需要的驱动力，可以有效缩小致动元件的尺寸，进而缩小光学成像装置的整体尺寸以及重量。同时，因为致动元件需要提供的驱动力下降，使得致动元件所需要的驱动电流也可以降低，改善光学成像装置的电力消耗状况。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1是现有技术中，摄影装置的上视示意图。

图2是现有技术中，光学镜片组位移进行对焦的示意图。

图3是本发明第一实施例中，光学成像装置的上视示意图。

图4是本发明第一实施例中，光学成像装置的剖面示意图。

图5是本发明第一实施例中，光学成像装置进行对焦的示意图。

图6是本发明第二实施例中，光学成像装置的剖面示意图。

图7是本发明第二实施例中，另一光学成像装置的剖面示意图。

图8以及图9是本发明第一、第二实施例中，固定镜片组以及可动镜片组的排列示意图。

图10是本发明第三实施例中，固定镜片组以及可动镜片组的排列示意图。

图11是本发明第四实施例中，固定镜片组以及可动镜片组的排列示意图。

图12以及图13是本发明第五实施例中，固定镜片组以及可动镜片组的排列示意图。

其中，附图标记：

100:光学成像装置

110:固定镜片组

112:第一镜片架

120:可动镜片组

120’:光学镜片组

122:第二镜片架

130,130’:致动元件

140,140’:图像感测器

150:滤光片

160:固定架

170:光路改变元件

172:入光面

174:出光面

180:基座

300:壳体

310:窗口

C:取像方向

C’:实际取像方向

I:成像面

L:光轴

P1:第一位置

P2:第二位置

ΔP:初始位移行程

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参阅图3以及图4所示，为本发明第一实施例所揭露的一种光学成像装置100，用于朝向一取像方向C取像，并成像于一成像面I；前述成像面I为一假想平面。

参阅图3及图4所示，光学成像装置100包含多个光学镜片、一致动元件130、一图像感测器140以及一滤光片150。光学成像装置100用于设置于电子装置中；电子装置可为但不限于智慧型手机、平板电脑、笔记型电脑、显示器或独立摄影机。

如图3以及图4所示，多个光学镜片沿一光轴L配置，以朝向取像方向C进行取像，并成像于成像面I。多个光学镜片区分为一组或多组固定镜片组110以及一组或多组可动镜片组120；第一实施例以一组固定镜片组110以及一组可动镜片组120作为例示说明，但固定镜片组110以及可动镜片组120的组数可以任意变化。

如图3以及图4所示，固定镜片组110为固定设置，且可动镜片组120用以相对于固定镜片组110位移。于第一实施例中，可动镜片组120配置于固定镜片组110以及成像面I之间，而可改变多个光学镜片至成像面I的后焦长，以对具有不同物距的物体进行对焦，在成像面I清晰地成像；但本发明不排除固定镜片组110以及可动镜片组120的位置互相交换；亦即，固定镜片组110以及可动镜片组120于光轴L上的排列次序并不受限制，而可任意改变。

如图3以及图4所示，相对于固定镜片组110，可动镜片组120可于光轴L上前后位移，或是于垂直于光轴L的一平面上进行上下左右位移。可动镜片组120相对于固定镜片组110位移的方向取决于所要执行的功能。当执行对焦功能时，可动镜片组120是相对于固定镜片组110于光轴L上前后位移。当执行光学防手震功能时，可动镜片组120是相对于固定镜片组110于垂直于光轴L的平面上进行上下左右位移。当然，前述两种功能可以同时执行，使得可动镜片组120进行三轴移动。

如图3所示，图像感测器140以及滤光片150构成一图像感测模块。图像感测器140是位于成像面I，使多个光学镜片的成像可以落在图像感测器140。图像感测器140进行图像撷取，并且编码产生图像信号。滤光片150位于该些光学镜片以及图像感测器140之间，用以调整进入图像感测器140的光线波长分布。

如图3以及图4所示，致动元件130直接地或间接地连接于可动镜片组120，使可动镜片组120结合致动元件130而形成调整模块。致动元件130用以驱动可动镜片组120相对于固定镜片组110位移，以执行对焦功能或光学防手震功能。致动元件130可为但不限定于音圈马达(Voice CoilMotor,VCM)、记忆金属马达(Shape Memory Alloys,SMA)、压电马达(Piezo)，或者其中两者以上之组合。致动元件130可为音圈马达(Voice CoilMotor,VCM)、记忆金属马达(Shape Memory Alloys,SMA)、压电马达(Piezo)或者其中两者以上的组合。同时，以音圈马达为例，音圈马达中的线圈数量可以根据需求配置，使得可动镜片组120可以于光轴L上单轴移动进行对焦、垂直于光轴L进行二轴线性移动以达成光学防手震，或是同时进行三轴线性移动达成对焦以及光学防手震。除了在三轴线性移动之外，通过可动镜片组120相对两侧边的驱动行程差异配置，可动镜片组120也可以适度的倾斜或旋转以进行光轴L校正。

如图4所示，固定镜片组110、致动元件130、滤光片150以及图像感测器140直接或间接地固定于一基座180，使固定镜片组110、调整模块以及图像感测模块可以依序组装连接。基座180可为一独立的基板，例如印刷电路板，以使光学成像装置100形成单一模块，以利于安装于电子装置。基座180也可以是电子装置的壳体300的一部分。

再参阅图4所示，光学成像装置100可进一步包含一第一镜片架112、一第二镜片架122以及一固定架160。第一镜片架112以及固定架160设置于基座180，第一镜片架112承载固定镜片组110，且图像感测器140以及滤光片150固定于固定架160，以使得固定镜片组110、滤光片150以及图像感测器140间接地固定于基座180。第二镜片架122承载可动镜片组120，且致动元件130连接于第二镜片架122并且固定于基座180，以使可动镜片组120间接地连接于致动元件130。前述的固定结构仅为例示，本发明不限定以前述固定结构设置该些光学镜片、致动元件130以及图像感测器140。在一些实施例中，光学成像装置100可包括一镜筒，固定镜片组110、可动镜片组120以及致动元件130设置于镜筒中。在一些实施例中，固定镜片组110设置于一镜筒中，可动镜片组120以及致动元件130设置于另一镜筒，且该二镜筒彼此连接。

如图4以及图5所示，通常，固定镜片组110及可动镜片组120所具有的光学镜片的数量，是尽量地使可动镜片组120可以拥有较小的重量，使得较小的驱动力就可以驱动可动镜片组120位移，而使得致动元件130的尺寸可以有效地被缩小。通常，长焦距的光学镜片群组中的多个光学镜片的尺寸会依序缩小，使得成像端的光学镜片会有较小的重量；此时可以选取靠近成像面I的光学镜片作为可动镜片组120，使得可动镜片组120位于固定镜片组110与成像面I之间，并且可动镜片组120的重量小于固定镜片组110，此种可动镜片组120的选取仅为一种方案，并非用于限定本发明中可动镜片组120的选取。

如图5所示，当光学镜片群组要进行对焦，例如将拍摄距离由无限(Infinity)改变为近距离时，需要改变光学镜片群组至成像面I的后焦长，以完成对焦而让成像的图像清晰。于本发明一或多个实施例中的光学成像装置100中，只需要移动可动镜片组120就能改变后焦长以进行对焦，而不需移动整个光学镜片群组。由于可动镜片组120的光学镜片数量以及占用的空间小于整个光学镜片群组，致动元件130不论是重量或尺寸都可以缩小，并且致动元件130所需要的驱动电流也可以降低。

先前技术以图2为例，并以图5为本发明的一例示进行比较。可动镜片组120的有效焦距(EffectFocalLength，EFL)实际上会小于整个光学镜片群组的有效焦距。达成相同对焦效果时，可动镜片组120由第一位置P1移动至第二位置P2所需要位移行程(后焦长的变化量)，将会小于移动整个光学镜片群组进行对焦所需要的初始位移行程ΔP。

在小尺寸的可携式电子装置中，例如具有照相功能的手机或可携式摄影装置，成像装置通常会具有5～8个光学镜片，该些光学镜片的有效焦距为20～35mm。依据本发明所提出的光学成像装置100，可动镜片组120的数量可以配置为为3～4个光学镜片组成，且可动镜片组120有效焦距配置为小于20～35mm；此时，移动可动镜片组120进行对焦，所需要移动的位移行程就可以缩小。

参阅图2以及图5所示，举例而言，当光学镜片群组的有效焦距为26.6mm，且物距由无限远改变为1.2m的距离时，移动整个光学镜片群组进行对焦所需要初始位移行程ΔP为0.619mm。若光学镜片群组的有效焦距仍为26.6mm，但如图5所示区分为有效焦距为13.311mm的固定镜片组110以及有效焦距为-8.213mm的可动镜片组120时，对焦时仅需要移动可动镜片组120，且可动镜片组120由第一位置P1移动至第二位置P2所需要的位移行程可以下降至0.2mm。

请参阅图6以及图7所示，为本发明第二实施例所揭露的一种光学成像装置100。在第二实施例与第一实施例的差别在于，第二实施例的光学成像装置100更包含一光路改变元件170，位于该些光学镜片的取像方向C，用以将平行一实际取像方向C’行进的光线改变为平行于取像方向C行进。亦即，光学成像装置100可以配置为潜望镜式结构，使得该些光学镜片的光轴L不需要沿着电子装置的厚度方向配置，有利于在轻薄的电子装置中应用。

如图6所示，在一具体实施例中，光路改变元件170是一反射片，反射片与取像方向C之间形成一夹角。取像方向C与反射片之间的夹角，以及实际取像方向C’与反射片的夹角设定为相同，使得通过电子装置壳体300的窗口310行进的光线，可以经过反射片后改变行进方向而通过固定镜片组110以及可动镜片组120，并在图像感测器140上成像。

如图7所示，在一具体实施例中，光路改变元件170是一棱镜。棱镜具有一入光面172以及一出光面174。入光面172朝向实际取像方向C’，出光面174朝向多个光学镜片，且入光面172以及出光面174之间具有一夹角，以将沿实际取像方向C’行进的光线改变至取像方向C。

参阅图8以及图9所示，于第一实施例以及第二实施例中，固定镜片组110以及可动镜片组120的相对位置可以有多种变化。图中所示的光路改变元件170在取像方向C以及实际取像方向C’相同时可以省略。

如图8所示，可动镜片组120可以是位于固定镜片组110与成像面I之间，亦即可动镜片组120位于固定镜片组110与图像感测器140之间。因此，进行对焦时，是以接近图像感测器140的光学镜片群组进行移动而改变后焦长。

如图9所示，固定镜片组110可以位于可动镜片组120与成像面I之间，亦即固定镜片组110位于可动镜片组120与图像感测器140之间。因此，进行对焦时，是以远离图像感测器140的光学镜片群组进行移动而改变前焦长。

请参阅图10所示，为本发明第三实施例所揭露的一种光学成像装置100。光学成像装置100包含二组固定镜片组110以及一组可动镜片组120。图中所示的光路改变元件170在取像方向C以及实际取像方向C’相同时可以省略。可动镜片组120位于二组固定镜片组110之间。可动镜片组120进行移动时，是以位于多个光学镜片中段的光学镜片群组进行移动，因此此时的可动镜片组120可以进行变焦。前述二组固定镜片组110不需要具有相同光学镜片组成，也不需要具有相同的有效焦距。

如图11所示，为本发明第四实施例所揭露的一种光学成像装置100。光学成像装置100包含一组固定镜片组110以及二组可动镜片组120。图中所示的光路改变元件170在取像方向C以及实际取像方向C’相同时可以省略。固定镜片组110位于二组可动镜片组120之间。进行对焦时，是以位于多个光学镜片前段以及后段的光学镜片群组进行移动，同时改变前焦长以及后焦长。前述二组可动镜片组120不需要具有相同光学镜片组成，也不需要具有相同的有效焦距。

如图12以及图13所示，为本发明第五实施例所揭露的一种光学成像装置100。光学成像装置100包含多组固定镜片组110以及多组可动镜片组120。图中所示的光路改变元件170在取像方向C以及实际取像方向C’相同时可以省略。图中所示固定镜片组110以及可动镜片组120的排列仅为例示，亦可为其他的排列次序。进行对焦时，仅有可动镜片组120需要移动，而不需同时移动所有的光学镜片。此外，多组可动镜片组120中，也可以依据实际取像需求，仅移动其中位于两组固定镜片组110之间的可动镜片组120，而达成变焦效果，不必然是多组可动镜片组120同时移动以进行对焦或变焦。前述多组可动镜片组120不需要具有相同光学镜片组成，也不需要具有相同的有效焦距。

在本发明一或多个实施例中，固定镜片组110以及可动镜片组120的数量，或者是在光轴L上的排列次序可以任意变化，不限定于如图8至图13所示的数量以及排列次序。特别是，移动位于不同位置的可动镜片组120，可以达成不同的光学调整效果；例如改变前焦长(front focal length)或后焦长可以对具有不同物距的物体进行对焦，而改变可动镜片组120于二个固定镜片组110之间的相对位置可以进行变焦。

本发明将多个光学镜片区分为多个群组。在进行光学特性调整时，仅移动多个光学镜片中的可动镜片组120。可动镜片组120的重量或是进行光学特性调整所需要的位移行程小于整个光学镜片群组的重量或所需要的位移行程。因此，用于移动可动镜片组120的致动元件130所需要提供的驱动力小于移动整个光学镜片群组所需要的驱动力，可以有效缩小致动元件130的尺寸，进而缩小光学成像装置100的整体尺寸以及重量。同时，致动元件130需要提供的驱动力下降，使得致动元件130所需要的驱动电流也可以降低，改善光学成像装置100的电力消耗状况。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种光学成像装置，其特征在于，包含：

多个光学镜片，沿一光轴配置，以朝向一取像方向进行取像，并成像于一成像面；该些光学镜片区分为一组固定镜片组以及一组可动镜片组；

该固定镜片组为固定设置，且该可动镜片组用以相对于该固定镜片组位移；

该可动镜片组的各该光学镜片的尺寸依序缩小至该成像面，且该可动镜片组中邻近该成像面的该光学镜片的凹面与邻近该固定镜片组的该光学镜片的凹面皆朝向第一侧，而该可动镜片组中被夹置于之间的其余该光学镜片的凹面皆朝向第二侧，该第一侧朝向该成像面，该第二侧朝向该固定镜片组；以及

一致动元件，连接于该可动镜片组，该致动元件用以驱动该可动镜片组相对于该固定镜片组位移，该可动镜片组与该致动元件结合成一调整模块。

2.如权利要求1所述的光学成像装置，其特征在于，该固定镜片组中邻近该成像面的该光学镜片的凸面与远离该成像面的该光学镜片的凸面皆朝向第二侧，而该固定镜片组中被夹置于之间的其余该光学镜片的凸面皆朝向第一侧。

3.如权利要求2所述的光学成像装置，其特征在于，更包含：

一基座，该固定镜片组以及该调整模块组装固定于该基座；

一第一镜片架，用于承载该固定镜片组，该第一镜片架组装设置于该基座；以及

一第二镜片架，用于承载该可动镜片组，且该致动元件连接于该第二镜片架并且固定于该基座，以使该可动镜片组组装连接于该致动元件。

4.如权利要求3所述的光学成像装置，其特征在于，更包含一图像感测器，该图像感测器位于该成像面。

5.如权利要求4所述的光学成像装置，其特征在于，更包含一滤光片，位于该些光学镜片以及该图像感测器之间。

6.如权利要求5所述的光学成像装置，其特征在于，更包含一固定架，该图像感测器以及该滤光片设置在该固定架上。

7.如权利要求6所述的光学成像装置，其特征在于，更包含一光路改变元件，位于该些光学镜片的该取像方向，该光路改变元件用以将平行于一实际取像方向行进的光线改变为平行于该取像方向行进。

8.如权利要求7所述的光学成像装置，其特征在于，该光路改变元件为一反射片，该反射片与该取像方向之间形成一夹角。

9.如权利要求7所述的光学成像装置，其特征在于，该光路改变元件为一棱镜，该棱镜具有一入光面以及一出光面，该入光面朝向该实际取像方向，该出光面朝向该些光学镜片，且该入光面以及该出光面之间具有一夹角。

10.如权利要求1所述的光学成像装置，其特征在于，该可动镜片组用以相对于该固定镜片组，在该光轴上前后位移。

11.如权利要求1所述的光学成像装置，其特征在于，该可动镜片组用以相对于该固定镜片组，在垂直于该光轴的一平面上位移。