CN105572832B - 光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学装置，包括多个光学透镜组、光学感测元件以及壳体。任一该光学透镜组供光束通过其中以改变光束的行进方向；而光学感测元件则用以感应通过该多个光学透镜组中的至少一光学透镜组且入射至该光学感测元件的光束，进而予以转换为影像信号；壳体用以容置并固定该多个光学透镜组以及该光学感测元件。本发明光学装置呈现单一光学镜头型式且还能够同时进行不同光学功能运用，因此整体体积得以小型化并降低制造成本。

Description

光学装置

技术领域

本发明关于一种光学装置，尤其关于一种光学摄像装置。

背景技术

请参阅图1，其为现有单一影像摄影装置的结构示意图。单一影像摄影装置1包括光学镜头11、影像感测元件12以及壳体13，且光学镜头11是由至少一片透镜所构成，并用以供外界的光束通过其中，而影像感测元件12则用以感应通过光学镜头11并入射至其上的光束，并进而转换为影像信号，以供显示器显示影像，又，壳体13则用以容置光学镜头11以及影像感测元件12，并提供稳固的定位效果，使得光学镜头11以及影像感测元件12能够正常运作。其中，虽然图1所示为独立的单一影像摄影装置1，但由于现今光学技术的蓬勃发展，其亦可被微小化而设置在可携式的电子通讯产品上。

然而，图1所示的单一影像摄影装置1在一次的摄像过程中仅能摄取单一影像，为了克服此缺陷，目前的技术主要是将多个独立的单一影像摄影装置1予以聚集排列设置，藉以在同一时间区间摄取多个影像。

详言之，请参阅图2，其为现有阵列影像摄影装置的结构示意图。图2示意了阵列影像摄影装置2是透过框架21来将多个独立的单一影像摄影装置1予以阵列排列设置并形成矩形状，且每一单一影像摄影装置1是于各自撷取影像后将所获得的影像信号传送至后端处理器(图未示)进行整合处理，以供显示器显示。

虽然现有阵列影像摄影装置2可在一次的摄像过程中摄取多个影像，但其中所有单一影像摄影装置1所能提供的光学功能皆相同，例如所有单一影像摄影装置1的光轴皆固定为单一方向，亦即任两个光轴无夹角，抑或是所有单一影像摄影装置1的视角(field ofview)或焦距都一样。

又，受限于目前阵列影像摄影装置的制程，单一影像摄影装置1的摄像质量往往只能有1M～2M像素(pixel)的分辨率，故阵列影像摄影装置2所能提供的功能有局限性。此外，以阵列(array)排列设置的结构显然过于复杂，且由于阵列影像摄影装置2必须设置多个独立的单一影像摄影装置1，亦导致成本过高而无法有效推广。

请参阅图3，其为现有另一影像摄影装置的结构示意图。影像摄影装置9包括多个镜头模块91以及用以固定该些镜头模块的壳体92，且每一镜头模块91包括一光学透镜组911以及一光学感测元件(图未示)；其中，每一镜头模块91是各自地摄取影像，并将所获得的影像信号予以传至处理器(图未示，可内建于壳体中)进行整合处理，以合成3D立体影像或供显示器显示。虽然现有影像摄影装置9同样是可在一次的摄像过程中摄取多个影像，但由于壳体92内需设置多个光学感测元件，因此其体积能够缩小的程度相当有限。

是以，如何在兼顾整体体积与制造成本的情况下，使摄影装置能在一次的摄像过程中摄取多个影像，并可弹性地依据实际应用情况而提供不同的光学功能以获得所需的光学效果，已成为重要的课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种呈单一光学镜头型式且还能够同时进行不同光学功能运用的光学装置，使其整体体积得以小型化并降低制造成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种光学装置，包括多个光学透镜组、一光学感测元件以及一壳体，任一该光学透镜组是供光束通过并予以改变行进方向；该光学感测元件用以感应通过该多个光学透镜组中的至少一光学透镜组并入射至该光学感测元件的光束；该壳体用以容置并固定该多个光学透镜组以及该光学感测元件。

较佳地，该光学装置满足下列关系式：

其中，A_S为该光学感测元件的一有效感应范围，A_C,j为第j个光学透镜组对应至该光学感测元件的一投影范围，n为该多个光学透镜组的数量。

较佳地，该光学装置满足下列关系式：

0.3·f_avg<Δf<1.2·f_avg；

其中，f_avg为该多个光学透镜组的全部焦距的一平均焦距，Δf为该多个光学透镜组的全部焦距的一最大焦距差。

较佳地，该多个光学透镜组中的一者为具有一第一光轴的第一光学透镜组，且该多个光学透镜组中的一另一者为具有一第二光轴的第二光学透镜组；其中，该第一光轴与该第二光轴不重叠。

较佳地，该多个光学透镜组分别具有不同的光轴，且该多个光学透镜组的全部光轴的最大光轴角差小于10度。

较佳地，该光学装置还包括至少一滤光片，且该至少一滤光片设置于该多个光学透镜组与该光学感测元件之间，用以对通过任一该光学透镜组后的光束进行过滤筛选。

较佳地，该至少一滤光片是用以阻止可见光束、红外光束、近红外光束以及远红外光束中的至少一者通过其中。

较佳地，该光学装置还包括一遮光片，且该遮光片设置于该多个光学透镜组的前侧，并具有对应于该多个光学透镜组的多个通孔。

较佳地，该多个光学透镜组中的一者为一中心光学透镜组，而该多个光学透镜组中的其它光学透镜组分别为一周边光学透镜组，并围绕于该中心光学透镜组。

较佳地，该多个光学透镜组中的一者为具有一第一透镜的第一光学透镜组，且该多个光学透镜组中的一另一者为具有一第二透镜的第二光学透镜组；其中，该第一透镜与该第二透镜是一体成型地相连。

较佳地，该多个光学透镜组中的一者为一可见光镜头组，其供至少一可见光束穿过并改变行进方向，而该多个光学透镜组中的一另一者为一不可见光镜头组，其供至少一不可见光束穿过并改变行进方向。

较佳地，任一该光学透镜组包括单一透镜或相叠的多个透镜，且其中任一该透镜是由塑料、玻璃或硅基材料所制成。

较佳地，该多个光学透镜组的数量为四个或四个以上。

较佳地，该光学装置为一光学摄像装置。

本发明光学装置的多个光学透镜组可分别因应不同光学功能而被设计且皆被固定于同一壳体且共享同一光学感测元件，从而使得本发明光学装置是呈单一光学镜头型式且还能够同时进行不同光学功能运用的光学装置，如此使得光学装置的整体体积得以小型化并降低制造成本。

附图说明

图1：为现有单一影像摄影装置的结构示意图。

图2：为现有阵列影像摄影装置的结构示意图。

图3：为现有另一影像摄影装置的结构示意图。

图4：为本发明光学装置于一第一较佳实施例的外观结构示意图。

图5：为图4所示光学装置沿线L-L的部分剖面示意图。

图6：为图5所示多个光学透镜组与影像感测元件的投影关系示意图。

图7：为本发明光学装置于一第二较佳实施例的外观结构示意图。

具体实施方式

请参阅图4与图5，图4为本发明光学装置于一第一较佳实施例的外观结构示意图，图5为图4所示光学装置沿线L-L的部分剖面示意图。于本较佳实施例中，光学装置3是一种光学摄像装置，且包括第一光学透镜组31、第二光学透镜组32、第三光学透镜组33、第四光学透镜组34、光学感测元件35、滤光片36、遮光片37以及用以容置并固定该些光学透镜组31～34、光学感测元件35、滤光片36、遮光片37的壳体38。其中，第一光学透镜组31沿着第一光轴314的方依序包括第一透镜311、第三透镜312与第五透镜313，且第二光学透镜组32沿着第二光轴324的方向依序包括第二透镜321、第四透镜322与第六透镜323；同样地，第三光学透镜组33以及第四光学透镜组34亦分别沿其第三光轴334、第四光轴344的方向依序包括多个透镜(图未示)，其可相同于或异于第一光学透镜组31和第二光学透镜组32的透镜排列方式。

再者，任一光学透镜组31～34是供光束通过并予以改变行进方向，而光学感测元件35则用以感应通过任一光学透镜组31～34且入射至光学感测元件35的光束，并予以转换为影像信号，以供信号处理器(图未示)进行信号处理或供显示器(图未示)显示影像。

其次，上述任一透镜可由一塑料、一玻璃或一硅基材料所制成，而虽然图5中所示的第一光学透镜组31以及第二光学透镜组32分别是由多个透镜所相叠组成，但透镜的数量并不以此为限，例如该些光学透镜组31～34中的任一者亦可仅包括单一透镜。

较佳者，但不以此为限，第一光学透镜组31的第一透镜311、第二光学透镜组32的第二透镜321以及第三光学透镜组33与第四光学透镜组34的相对应位置上的透镜可相连接在一起，即上述多个透镜是以一体成型的方式形成于单一透光体上。同理，第一光学透镜组31的第三透镜312、第二光学透镜组32的第四透镜322以及第三光学透镜组33与第四光学透镜组34的相对应位置上的透镜可相连接在一起，并以一体成型的方式形成；而第一光学透镜组31的第五透镜313、第二光学透镜组32的第六透镜323以及第三光学透镜组33与第四光学透镜组34的相对应位置上的透镜可相连接在一起，并以一体成型的方式形成。

特别说明的是，上述分别属于不同光学透镜组31～34的多个透镜以一体成型的方式形成的设计，将使得光学装置3的组装更为容易。此外，由于本发明光学装置3具有能够微型化的优势，故可应用于手持移动装置，如手机、平板电脑或其它穿戴式装置等。

再者，遮光片37设置于该些光学透镜组31～34的前侧，并具有对应于该些光学透镜组31～34的多个通孔371，使得每一光学透镜组31～34皆能够露出，藉以供外界的光束进入该些光学透镜组31～34。其中，遮光片37的目的在于，使每一光学透镜组31～34周边的杂散光被遮蔽，进而确保入射至光学感测元件35的光束的光学分辨率。

又，滤光片36是设置于该些光学透镜组31～34与光学感测元件35之间，用以对通过该些光学透镜组31～34后的光束进行过滤筛选，使得入射至光学感测元件35的光束皆是可被利用的光束；举例来说，滤光片36可依据实际应用需求而被设计为阻止可见光束、红外光束、近红外光束以及远红外光束中的至少一者通过其中。

再者，该些光学透镜组31～34各自具有焦距，且由于该些光学透镜组31～34可分别由不同的数量及/或不同光学性质的透镜所组成，故任两个光学透镜组的焦距可相同或不同。于本较佳实施例中，f_avg为该些光学透镜组31～34的所有焦距的平均焦距，Δf为该些光学透镜组31～34的所有焦距中的最大焦距与最小焦距的差距(最大焦距差)，且光学装置3满足下列关系式：

0.3·f_avg<Δf<1.2·f_avg；

亦即于本较佳实施例中，该些光学透镜组31～34的所有焦距中的最大焦距与最小焦距的差距(最大焦距差)介于0.3倍的平均焦距与1.2倍的平均焦距之间，如此一来，可使光学装置3具有较佳的摄像效果。

此外，于本较佳实施例中，第一光学透镜组31的第一光轴314、第二光学透镜组32的第二光轴324、第三光学透镜组33的第三光轴334以及第四光学透镜组34的第四光轴344中的任二者之间的夹角(光轴角差)小于10度，藉以提升光学装置3的摄像效果。

请参阅图6，其为图5所示多个光学透镜组与影像感测元件的投影关系示意图。图6示意了A_S为光学感测元件35的有效感应范围，且A_C,1、A_C,2、A_C,3、A_C,4分别为第一光学透镜组31、第二光学透镜组32、第三光学透镜组33以及第四光学透镜组34对应至光学感测元件35的投影范围。于本较佳实施例中，光学装置3满足下列关系式：

0.75·A_S<A_C,1+A_C,2+A_C,3+A_C,4<1.5·A_S；

亦即于本较佳实施例中，所有光学透镜组31～34对应至光学感测元件35的投影范围的总和是介于光学感测元件35的有效感应范围的75％与150％之间，如此一来，可使光学感测元件35将所接收的光束转换成影像信号的效能被提升。

再者，当光学透镜组的数量非为四个时，上述关系式可转换如下：

其中，A_S为光学感测元件35的有效感应范围，A_C,j为第j个光学透镜组对应至光学感测元件35的投影范围，n为该些光学透镜组的数量。

请参阅下列表1，其为图4所示光学装置的多个光学透镜组的运用配置示意表。

表1中的I代表具有第一光学功能的光学透镜组，F代表具有第二光学功能的光学透镜组，且表1示意了光学装置3的5种配置型态：于配置型态1中，该些光学透镜组31～34皆为具有第一光学功能的光学透镜组；于配置型态2中，第四光学透镜组34为具有第二光学功能的光学透镜组，而其余的光学透镜组31～33则皆为具有第一光学功能的光学透镜组；于配置型态3中，第一光学透镜组31以及第二光学透镜组32为具有第一光学功能的光学透镜组，而第三光学透镜组33以及第四光学透镜组34为具有第二光学功能的光学透镜组；于配置型态4中，第一光学透镜组31为具有第一光学功能的光学透镜组，而其余的光学透镜组32～34则皆为具有第二光学功能的光学透镜组；于配置型态5中，该些光学透镜组31～34皆为具有第二光学功能的光学透镜组。

其中，第一光学功能以及第二光学功能可分别为广视角摄像功能以及非广视角摄像功能，抑或是第一光学功能以及第二光学功能可分别为远距离摄像功能以及近距离摄像功能，但不以上述为限。此外，在任一配置型态中，具有相同光学功能的任两个光学透镜组，亦可能具有不同的光学参数值；举例来说，虽然于某一配置型态中有两个光学透镜组都是具有远距离摄像功能的光学透镜组，但该两个光学透镜组可具有不同的焦距。惟，上述仅为该些光学透镜组31～34的数种配置型态，本技术领域普通技术人员皆可依据实际应用需求而变更设计该些光学透镜组31～34的运用配置，例如该些光学透镜组31～34可各自具有不同的光学功能。

请参阅图7，其为本发明光学装置于一第二较佳实施例的外观结构示意图。其中，本较佳实施例的光学装置4大致类似于前述第一较佳实施例中所述者，在此即不再予以赘述；而本较佳实施例与前述第一较佳实施例不同之处在于，光学装置4所包括的多个光学透镜组中的一者41是一中心光学透镜组，而该些光学透镜组中的其它光学透镜组42～45则分别为周边光学透镜组，且该些周边光学透镜组围绕于中心光学透镜组。

可选择地，图7所示光学透镜组42以及光学透镜组43分别为一可见光镜头组以及一不可见光镜头组，且可见光镜头组是供可见光束穿过并改变行进方向，而不可见光镜头组则供不可见光束穿过并改变行进方向，但并不以上述为限。

惟，以上说明仅为本发明的两个实施例，本技术领域普通技术人员皆可依据实际应用需求而进行任何均等的变更设计；举例来说，可变更设计为，光学装置内未设置有滤光片36，抑或是光学装置内未设置有遮光片37；再举例来说，虽然于上述较佳实施例中的遮光片37是设置于该些光学透镜组的前侧，但并不以此为限，可变更设计为，遮光片37设置于光学装置内的其它适当处，例如两个光学透镜组之间，或单一光学透镜组中的两个透镜之间。

又举例来说，虽然于上述较佳实施例中的光学装置仅包括单一滤光片36，但并不以此为限，可变更设计为，光学装置包括分别对应于多个光学透镜组的多个滤光片；可选择地，任两个滤光片还可因应特定需求而被设计为阻止相同种类的光束通过其中或分别阻止不同种类的光束通过其中。

根据以上的说明可知，由于本发明光学装置的多个光学透镜组可分别因应不同光学功能而被设计且皆被固定于同一壳体且共享同一光学感测元件，因此本发明提供的是一种呈单一光学镜头型式且还能够同时进行不同光学功能运用的光学装置，例如在一次的摄像过程中摄取由不同的光学功能所获得的多个影像，如此使得光学装置的整体体积得以小型化并降低制造成本，实具产业利用价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求范围，因此凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种光学装置，其特征在于，包括：

多个光学透镜组，该多个光学透镜组分别具有不同的光轴，且任一该光学透镜组是供光束通过并予以改变行进方向；

一光学感测元件，该多个光学透镜组共享同一该光学感测元件，使该光学感测元件感应通过任一该光学透镜组并入射至该光学感测元件的光束；以及

一壳体，用以容置并固定该多个光学透镜组以及该光学感测元件；

其中，该光学装置满足下列关系式：

其中，A_S为该光学感测元件的一有效感应范围，A_C,j为第j个光学透镜组对应至该光学感测元件的一投影范围，n为该多个光学透镜组的数量。

2.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该多个光学透镜组中的一者为具有一第一光轴的第一光学透镜组，且该多个光学透镜组中的一另一者为具有一第二光轴的第二光学透镜组；其中，该第一光轴与该第二光轴不重叠。

3.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该多个光学透镜组分别具有不同的光轴，且该多个光学透镜组的全部光轴的最大光轴角差小于10度。

4.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该光学装置还包括至少一滤光片，且该至少一滤光片设置于该多个光学透镜组与该光学感测元件之间，用以对通过任一该光学透镜组后的光束进行过滤筛选。

5.如权利要求4所述的光学装置，其特征在于，该至少一滤光片是用以阻止可见光束、红外光束、近红外光束以及远红外光束中的至少一者通过其中。

6.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该光学装置还包括一遮光片，且该遮光片设置于该多个光学透镜组的前侧，并具有对应于该多个光学透镜组的多个通孔。

7.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该多个光学透镜组中的一者为一中心光学透镜组，而该多个光学透镜组中的其它光学透镜组分别为一周边光学透镜组，并围绕于该中心光学透镜组。

8.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该多个光学透镜组中的一者为具有一第一透镜的第一光学透镜组，且该多个光学透镜组中的一另一者为具有一第二透镜的第二光学透镜组；其中，该第一透镜与该第二透镜是一体成型地相连。

9.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该多个光学透镜组中的一者为一可见光镜头组，其供至少一可见光束穿过并改变行进方向，而该多个光学透镜组中的一另一者为一不可见光镜头组，其供至少一不可见光束穿过并改变行进方向。

10.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，任一该光学透镜组包括单一透镜或相叠的多个透镜，且其中任一该透镜是由塑料、玻璃或硅基材料所制成。

11.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该多个光学透镜组的数量为四个以上。

12.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该光学装置为一光学摄像装置。

13.一种光学装置，其特征在于，包括：

多个光学透镜组，该多个光学透镜组分别具有不同的光轴，且任一该光学透镜组是供光束通过并予以改变行进方向；

一光学感测元件，该多个光学透镜组共享同一该光学感测元件，使该光学感测元件感应通过任一该光学透镜组并入射至该光学感测元件的光束；以及

一壳体，用以容置并固定该多个光学透镜组以及该光学感测元件；

其中，该光学装置满足下列关系式：

0.3·f_avg<Δf<1.2·f_avg；

其中，f_avg为该多个光学透镜组的全部焦距的一平均焦距，Δf为该多个光学透镜组的全部焦距的一最大焦距差。