CN108732715B - 光学系统 - Google Patents

Abstract

一种光学系统，包括一第一光学模块、一第二光学模块与一光路调整机构。第一、第二光学模块分别用以承载一第一光学组件和一第二光学组件，第一、第二光学组件分别具有第一、第二光轴，两个光轴相互垂直，其中第一光学模块具有一第一电磁驱动组件。光路调整机构设置于第一、第二光学模块之间并引导一入射光至第二光学模块，且包含一光路调整单元与一第二电磁驱动组件，其中光路调整单元与第二电磁驱动组件沿入射光的入射方向排列。

Description

光学系统

技术领域

本公开实施例涉及一种光学系统，尤其涉及一种具有多个光学模块与一光路导引结构的光学系统。

背景技术

随着科技的发展，现今许多电子装置(例如平板计算机或智能型手机)都配有镜头模块而具有照相或录像的功能，甚或配置有双镜头模块，带给人们丰富的视觉享受。当用户使用配有镜头模块的电子装置时，可能会有晃动的情形发生，进而使得镜头模块所拍摄的图像产生模糊。然而，人们对于图像质量的要求日益增高，故镜头模块的防震功能亦日趋重要。此外，现今人们追求小型化，对于配置有双镜头模块的装置而言，如何通过特殊的配置设计使其所占据空间能够减少，是一重要课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学系统，以解决上述至少一个问题。

本发明提供一种光学系统，可设置于一电子装置内，包括一第一光学模块、一第二光学模块与一光路调整机构。第一、第二光学模块分别用以承载一第一光学组件和一第二光学组件，第一、第二光学组件分别具有第一、第二光轴，两个光轴相互垂直，其中第一光学模块具有一第一电磁驱动组件。第二电磁驱动组件设置于第一电磁驱动组件与第二光学模块之间。光路调整机构设置于第一、第二光学模块之间并引导一入射光至第二光学模块，且包含一光路调整单元与一第二电磁驱动组件，其中光路调整单元与第二电磁驱动组件沿入射光的入射方向排列。

于一实施例中，前述第一电磁驱动组件包含一第一磁性组件，第二驱动组件包含一第二磁性组件，且第一、第二磁性组件的磁极方向不平行。于一实施例中，前述第二磁性组件的磁极方向平行于第一光轴。于一实施例中，前述第一、第二磁性组件的磁极方向相互垂直。于一实施例中，从垂直于前述第一光轴的方向观察，第一、第二磁性组件不重叠。于一实施例中，前述光路调整机构还包含一导磁组件，设置于光路调整单元与第二电磁驱动组件之间。

于一实施例中，前述光路调整机构还包含一电路板构件与一对位组件，且第二电磁驱动组件包含一线圈与一第二磁性组件，其中对位组件与线圈设置于电路板构件，且第二磁性组件设置于光路调整单元并对应线圈。于一实施例中，前述光路调整机构还包含一承载件与一底座，底座与电路板构件固定并容纳承载件，且承载件承载光路调整单元。于一实施例中，前述光路调整机构还包含一弹性组件，位于光路调整单元与承载件之间，并连接光路调整单元、承载件与底座。于一实施例中，前述承载件与底座分别具有相对于入射光的入射方向倾斜的一斜面，弹性组件设置于此些斜面上。于一实施例中，前述弹性组件具有一固定部分与一活动部分，分别连接底座与承载件，且固定部分具有两个第一出弦端，活动部分具有两个第二出弦端，其中前述第一出弦端的联机距离大于前述第二出弦端的联机距离。于一实施例中，前述弹性组件还包含一连接部分，连接固定部分与活动部分，且连接部分垂直于入射光的入射方向且具有一狭窄段，其中狭窄段的宽度小于连接部分与固定部分及活动部分之间的连接处的宽度。

于一实施例中，前述线圈具有一中空部分，对位组件被线圈围绕，且线圈与对位组件共享第二磁性组件。于一实施例中，前述第二电磁驱动组件包含多个线圈，对应第二磁性组件，且前述多个线圈电性独立。于一实施例中，前述对位组件设置于前述多个线圈之间。于一实施例中，前述对位组件与线圈设置于电路板构件的不同平面上。于一实施例中，前述电路板构件具有一本体板与一附加电路板，且对位组件与线圈分别设置于本体板与附加电路板，其中附加电路板相对于入射光的入射方向倾斜。

本发明的有益效果在于，使得光学系统中的前述两个电磁驱动组件可减少互相干扰的情形，除可让磁推力有效提升，且可使光路调整机构与第二光学模块设置得更靠近第一光学模块，因而得以缩小镜光学系统的整体体积，而达小型化。

附图说明

图1为本发明一实施例的光学系统的示意图。

图2A为图1中的第一光学模块的爆炸图。

图2B为图1中的第二光学模块与光路调整单元的爆炸图。

图3为图1中光路调整单元的示意图。

图4为图2中的底座与电路板构件分离的示意图。

图5为第一、第二磁性组件配置位置的示意图。

图6A为弹性组件的示意图。

图6B为图6A中区域A的放大图。

图7为本发明另一实施例的第二电磁驱动组件设置于电路板构件的示意图。

图8为本发明另一实施例的电路板构件、对位组件与第二电磁驱动组件配置的示意图。

附图标记如下：

1～光学系统；

10～第一光学模块；

20～第二光学模块；

30～光路调整机构；

11、21、31～底座；

12、22、32～承载件；

13、14～上、下簧片；

15～外框；

26～框架；

310～容纳槽；

311、321～斜面；

312、322～底面；

312A～凹槽；

33～弹性组件；

331～固定部分；

332～活动部分；

333～连接部分；

A～区域；

B～连接组件；

C1、C2、C3～第一、第二、第三线圈；

C2a～第二线圈；

D1～距离；

F、F’～电路板构件；

F1’～本体板；

F2’～附加电路板；

M1、M2、～第一、第二、第三磁性组件；

MC1、MC2、MC3～第一、第二、第三电磁驱动组件；

MC2a～第二电磁驱动组件；

P～光路调整单元；

Q1、Q2～入射光；

R1～狭窄段；

R2、R3～连接处；

S1、S2～第一、第二出弦端；

W～宽度。

具体实施方式

以下说明本发明实施例的光学系统。然而，可轻易了解本发明实施例提供许多合适的发明概念而可实施于广泛的各种特定背景。所公开的特定实施例仅仅用于说明以特定方法使用本发明，并非用以局限本发明的范围。

除非另外定义，在此使用的全部用语(包括技术及科学用语)具有与此篇公开所属的本领域技术人员所通常理解的相同涵义。能理解的是这些用语，例如在通常使用的字典中定义的用语，应被解读成具有一与相关技术及本公开的背景或上下文一致的意思，而不应以一理想化或过度正式的方式解读，除非在此特别定义。

图1为本发明一实施例的光学系统1的示意图。前述光学系统1例如为可驱动与承载双光学组件(如双镜头)的系统，并可设置于一电子装置(例如相机、平板计算机或手机)的内部，其主要包括一第一光学模块10、一第二光学模块20与一光路调整机构30，前述光路调整机构30设置于第一、第二光学模块10、20之间(Y轴方向上)。其中，光路调整机构30用以引导一入射光至第二光学模块20。如图1所示，当来自外界的光线(入射光)进入光学系统1时，入射光Q1(Z轴方向)穿过设置于第一光学模块10中的第一光学组件(例如镜头，未图示)，并至设置于电子装置上的一感光组件(未图标)；以及入射光Q2(Z轴方向)通过光路调整机构30的一光路调整单元P(例如棱镜、反射镜)，使其反射而沿Y轴方向射入至第二光学模块20，让光线得以穿过第二光学模块20的一第二光学组件(例如镜头)L并至电子装置内的感光组件，以获取图像。

值得注意的是，前述第二光学模块20的第二光学组件L的第二光轴O2(大致平行于Y轴)大致垂直于入射光Q1、Q2的入射方向(以及第一光学组件的第一光轴O1)，且第二光学模块20的各个零件可沿平行于Y轴的方向设置，让电子装置在Z轴方向上的厚度能够大幅地节省，以达小型化。

前述第一光学组件、第二光学组件L可相对于电子装置中的感光组件移动，进而能够适当地调整其焦距，以达到自动对焦(Auto-Focusing，AF)或是达光学图像防手震(Optical Image Stabilization，OIS)的功效，此外通过配置光路调整机构30以调整或补正光射入第二光学组件L的角度，可大幅提升图像质量。以下将详细说明第一、第二光学模块10、20以及光路调整机构30的结构与配置。

以下先说明第一光学模块10的结构。请一并参阅图1和图2A，其中图2A为图1中的第一光学模块10的爆炸图。第一光学模块10主要包含：一底座11、一承载件12、一上簧片13、一下簧片14、一外框15(具塑料材质)与一第一电磁驱动组件MC1。其中，承载件12承载第一光学组件(未图标，例如设置于承载件12的承载槽)，且通过上、下簧片(例如为片状弹簧)13、14，承载件12活动地连接底座11与外框15。第一电磁驱动组件MC1包含一第一线圈C1(或称线圈组件)及多个第一磁性组件M1(例如为磁铁)，配置用以驱使承载件12以及位于其中的第一光学组件相对于底座11移动，以达自动对焦或光学防手震的目的。其中第一线圈C1套设于承载件12上，第一磁性组件M1则设于底座11上并以围绕承载件12的方式设置，且面向第一线圈C1。通过一外部电源(未图示)对第一线圈C1施加驱动信号(例如驱动电流)，可与第一磁性组件M1之间产生磁力，以带动承载件12相对于底座11移动。此外，在施加驱动信号之前，上、下簧片13、14可让承载件12相对底座11保持在一初始位置。本实施例中的第一电磁驱动组件MC1为动圈式，于另一实施例中则可为动磁式。

以下将说明第二光学模块20与光路调整机构30的机构与配置。请一并参阅图1和图2B，其中图2B为图1中的第二光学模块20与光路调整机构30的爆炸图。前述第二光学模块20主要包含：前述第二光学组件L、底座21、承载件22与框架26，承载件22承载第二光学组件L并设置于底座21上及框架26内，底座21则与框架26连接固定。于一些实施例中，第二光学模块20可配置有一连接组件B与一第三电磁驱动组件MC3于底座21与承载件22之间，如图2B所示，连接组件B例如为滚动组件，可让承载件22活动地连接底座21，第三电磁驱动组件MC3包含多个第三线圈C3(或称线圈组件)与多个第三磁性组件M3，通过施加驱动信号(例如驱动电流)，可使第三电磁驱动组件MC3带动承载件22与第二光学组件L相对于底座21、框架26移动(例如在XY平面上移动)，以达对焦或防手震的功效。

继续参阅图1和图2B，前述光路调整机构30则用以将入射光Q2引入第二光学组件L，其主要包含：前述光路调整单元P、一底座31、一承载件32、一弹性组件33、一电路板构件F与一第二电磁驱动组件MC2。请一并参阅图2B和3，其中图3为前述光路调整机构30的示意图。底座31与承载件32大致呈现三角柱的外型，承载件32设置于底座31的容纳槽310中，并通过弹性组件(例如为簧片)33以使两者活动地连接。详细而言，底座31与承载件32分别具有斜面311与321，弹性组件33设置于此二斜面311、321上以连接底座31和承载件32。前述光路调整单元P亦呈有大致三角柱的外型，承载件32承载光路调整单元P(两者相互固定)，详细而言，光路调整单元P配置于斜面311、321上，其中，前述弹性组件33夹设于光路调整单元P与底座31、承载件32之间。

图4表示光路调整机构30的电路板构件F与底座31分离的示意图。前述第二电磁驱动组件MC2设置于底座31、承载件32底侧的位置，具体而言，第二电磁驱动组件MC2包含一第二线圈C2(或称线圈组件)与一第二磁性组件M2，两者相互对应并分别设置于电路板构件F上和承载件32的底面322上，第二线圈C2与电路板构件F相互固定，第二磁性组件M2与承载件32相互固定(亦与光路调整单元P相互固定)。而电路板构件F设置于底座31的底面312，如图4所示，底面312形成有一凹槽312A，可容纳电路板构件F，并可让其与底座31相互固定。当施加一驱动信号至第二线圈C2时(例如外部电源施加信号通过电路板构件F)，通过在第二线圈C2和磁性组件M2之间产生的磁力，使得承载件32与光路调整单元P一起相对于底座31移动，借以调校光路调整单元P将入射光Q2引导至第二光学组件P的入射角度，以此达光学防手震的效果。

值得注意的是，前述光路调整单元P与第二电磁驱动组件MC2沿着Z轴方向(入射光Q2的入射方向)排列，而第二磁性组件M2与第二线圈C2亦沿着Z轴方向上下设置。于一实施例中，第二磁性组件M2例如为一多极磁铁，相较于单极磁铁其磁力会进行内部循环且更封闭，可降低其对光学系统1的其他电路组件所造成的磁干扰问题。于一实施例中，第二磁性组件M2可为两个单极磁铁组合而成。

图5显示了第一电磁驱动组件MC1的第一磁性组件M1(属于第一光学模块10)以及第二电磁驱动组件MC2的第二磁性组件M2(属于光路调整机构30)的配置。如图所示，第一磁性组件M1的磁极方向沿X或Y轴方向(垂直于第一光轴O1)，而第二磁性组件M2的磁极方向则沿Z轴方向(平行于第一光轴O1或是入射光Q2的入射方向)，两个磁性组件不平行，于一实施例中两个磁性组件相互垂直。如此一来，相较于第一、第二磁性组件M1、M2平行排列的方式(磁极方向相同或沿同一轴)，本实施例通过改变上述磁性组件(M1、M2)的设置位置，可有效降低两个磁性组件磁干扰的程度，以提升整体系统的质量。另外，在垂直于第一光轴O1方向(即Y轴方向)观察，第一、第二磁性组件M1、M2并不重叠(即，两个磁性组件在Z轴方向上位在不同的高度)，由此可减少或避免因沿在同一平面而产生相互电磁干扰的问题。如此一来，在磁干扰大幅下降的情况下，光路调整机构30得以设置得更靠近第一光学模块10，两者的距离D1(如图1所示)可缩得更小，让光学系统1在电子装置内的体积降低，而达小型化。

此外，本实施例的光路调整单元P还包含一导磁组件(permeability element)T与一对位组件U，如图3和图4所示。前述导磁组件T设置于光路调整单元P与第二电磁驱动组件MC2之间，详细言之，其设在底面321与第二磁性组件M2之间，可使第二磁性组件M2的磁力往一既定方向集中，以增强驱使承载件32移动的磁推力，以及降低磁干扰的作用。于一实施例中，承载件32的底面321对应于第二磁性组件M2的部分可嵌入导磁组件T，使其具有导磁材质，第二磁性组件M2则直接接触并固定于底面321上，除了可增强磁力(第二磁性组件M2与第二线圈C2之间)往一既定方向集中外，更可增强承载件32的整体机械强度。

前述对位组件U例如为一位置传感器，举例而言，可为磁阻传感器(Magnetoresistive Sensor，MRS)或是光学传感器(Optical Sensor)，其用以感测承载件32、光路调整单元P相对于底座10的位置关系，以利一控制单元(未图标)通过第二电磁驱动组件MC2调整两者之间的位置。值得注意的是，对位组件U设置于第二线圈C2的中空部分(换言之，对位组件U被第二线圈C2围绕)，此配置可让整个机构的体积达小型化的功效。于本实施例中，对位组件U可与第二线圈C2共享第二磁性组件M2。

图6A为前述弹性组件33的示意图。弹性组件33设置于底座31与承载件32上，且位于光路调整单元P与承载件32之间(图2B)。当在施加驱动信号之前，弹性组件33可让承载件32与光路调整单元P相对底座31保持在一初始位置。值得注意的是，弹性组件33具有一固定部分331与一活动部分332(分别连接底座31与承载件32)，以弹性组件33的左半边说明为例，固定部分331具有两个第一出弦端S1，活动部分则具有两个第二出弦端S2，其中两个第一出弦端S1之间的联机距离大于两个第二出弦端S2之间的联机距离，可增强弹性组件33固定于底座31的强度，亦提供承载件32适当的活动性(相对于底座31)。此外，弹性组件33还包含一连接部分333，其大致垂直于入射光Q2的入射方向并具有一狭窄段R1，从图6B可看出，狭窄段R1的宽度小于连接部分333与固定部分331及活动部分332之间的连接处(Junction)R2、R3的宽度。换言之，连接处R2、R3与狭窄部R1之间具有宽度上的段差，可让弹性组件33具有更优良的分散应力的效果，提升装置的质量。

图7显示了另一实施例的第二电磁驱动组件MC2a，本实施例中的第二电磁驱动组件MC2a与前述第二电磁驱动组件MC2主要不同之处在于：第二电磁驱动组件MC2a具有多个(两个)第二线圈C2a，对应第二磁性组件M2，且对位组件U设置于两个第二线圈C2a之间。由于对位组件U不再放置于线圈内部的中空位置，使得第二线圈C2a的厚度W(Y轴方向)可相较于实施例1的第二线圈C2更小。此外，本实施例的两个第二线圈C2a电性独立，两者可分别独立地被施加驱动信号，通过外部电源施加多个不同的驱动信号至第二线圈C2a，让第二线圈C2a独立地被控制，进而与第二磁性组件M2产生相同或不相同的方向、大小的磁力。举例而言，当对两个第二线圈C2a输入相同大小与方向的驱动信号并与第二磁性组件M2之间产生磁力时，可使承载件32与光路调整单元P相对于底座31于X轴向的旋转；而当输入相同大小、不同方向的驱动信号时，则可使承载件32与光路调整单元P相对于底座31于Z轴向的旋转。如此一来，可使承载件32与光路调整单元P于不同轴向旋转。

图8显示了另一实施例的电路板构件F’、对位组件U、U’与第二电磁驱动组件MC2的示意图。本实施例中电路板构件F’可定义出一本体板F1’与一附加电路板F2’，附加电路板F2’相对于本体板F1’倾斜。其中，第二线圈C2设置于本体板F1’上，对位组件U则不再设置于第二线圈C2内的中空部分而设置于附加电路板F2’上。本体板F1’垂直(或大致垂直)于入射光Q2的入射方向或第二磁性组件M2的磁极方向(Z轴)，而附加电路板F2’则相对于入射光Q2的入射方向或第二磁性组件M2的磁极方向(Z轴)有一倾斜角度。前述对位组件U对应另一对位组件U’(可设置于承载件32)，两者可组成一对位组件。通过对位组件U、U’设置于相对第二磁性组件M2的磁极方向具有一角度倾斜，且不再与第二线圈C2共享第二磁性组件M2，除可减少第二电磁驱动组件MC2的驱动力降低的情形发生，亦可提升感测承载件32(与其承载的光路调整单元P)与底座31的相对位置的准度。

综上所述，本发明提供一种光学系统，可设置于一电子装置内，包括一第一光学模块、一第二光学模块与一光路调整机构。第一、第二光学模块分别用以承载一第一光学组件和一第二光学组件，第一、第二光学组件分别具有第一、第二光轴，两者相互垂直，其中第一光学模块具有一第一电磁驱动组件。光路调整机构设置于第一、第二光学模块之间并引导一入射光至第二光学模块，且包含一光路调整单元与一第二电磁驱动组件，其中光路调整单元与第二电磁驱动组件沿入射光的入射方向排列。此外，第一、第二电磁驱动组件分别具有一第一磁性组件与一第二磁性组件，两者的磁极方向不平行。如此一来，通过前述配置，使得光学系统中的前述两个电磁驱动组件可减少互相干扰的情形，除可让磁推力有效提升，且可使光路调整机构与第二光学模块设置得更靠近第一光学模块(在磁干扰降低的状况下)，因而得以缩小镜光学系统的整体体积，而达小型化。再者，通过光路调整单元与第二电磁驱动组件沿入射光的入射方向排列，亦可让电子装置的其他组件弹性地设置。

在本说明书以及权利要求中的序数，例如“第一”、“第二”等等，彼此之间并没有顺序上的先后关系，其仅用于标示区分两个具有相同名字的不同组件。

上述的实施例以足够的细节叙述使本领域技术人员能通过上述的描述实施本发明所公开的装置，以及必须了解的是，在不脱离本发明的精神以及范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视随附的权利要求所界定为准。

Claims (16)

1.一种光学系统，包括：

一第一光学模块，用以承载一第一光学组件，该第一光学组件具有一第一光轴，且该第一光学模块包含一第一电磁驱动组件；

一第二光学模块，用以承载一第二光学组件，该第二光学组件具有一垂直于该第一光轴的第二光轴；以及

一光路调整机构，对应该第二光学模块，且相邻于该第一光学模块，引导一入射光至该第二光学模块，并包含一光路调整单元、一第二电磁驱动组件、以及一承载件；

其中，该第二电磁驱动组件包括：

一第二磁性组件；

一线圈，与该第二磁性组件对应；以及

一导磁组件，用以调整该第二磁性组件的磁力分布，其中该第二磁性组件设置于该线圈和该导磁组件之间；

其中，该第一电磁驱动组件包含一第一磁性组件；

其中，从该第二光轴的方向观察，该第一磁性组件与该第二磁性组件不重叠；

其中，该承载件承载该光路调整单元，且该承载件在对应于该第二磁性组件的部分嵌入该导磁组件。

2.如权利要求1所述的光学系统，其中该第一磁性组件与该第二磁性组件的磁极方向不平行。

3.如权利要求2所述的光学系统，其中该第二磁性组件的磁极方向平行于该第一光轴。

4.如权利要求2所述的光学系统，其中该第一磁性组件与该第二磁性组件的磁极方向相互垂直。

5.如权利要求1所述的光学系统，其中该导磁组件设置于该光路调整单元与该第二磁性组件以及该线圈之间。

6.如权利要求1所述的光学系统，其中该光路调整机构还包含一电路板构件与一对位组件，其中该对位组件与该线圈设置于该电路板构件，且该第二磁性组件设置于该光路调整单元并对应该线圈。

7.如权利要求6所述的光学系统，其中该光路调整机构还包含一底座，该底座与该电路板构件固定并容纳该承载件。

8.如权利要求7所述的光学系统，其中该光路调整机构还包含一弹性组件，位于该光路调整单元与该承载件之间，并连接该光路调整单元、该承载件与该底座。

9.如权利要求8所述的光学系统，其中该承载件与该底座分别具有相对于该入射光的入射方向倾斜的一斜面，该弹性组件设置于多个所述斜面上。

10.如权利要求8所述的光学系统，其中该弹性组件具有一固定部分与一活动部分，分别连接该底座与该承载件，且该固定部分具有两个第一出弦端，该活动部分具有两个第二出弦端，其中多个所述第一出弦端的联机距离大于多个所述第二出弦端的联机距离。

11.如权利要求10所述的光学系统，其中该弹性组件还包含一连接部分，连接该固定部分与该活动部分，且该连接部分垂直于该入射光的入射方向且具有一狭窄段，该狭窄段的宽度小于该连接部分与该固定部分及该活动部分之间的连接处的宽度。

12.如权利要求6所述的光学系统，其中该线圈具有一中空部分，该对位组件被该线圈围绕，且该线圈与该对位组件共享该第二磁性组件。

13.如权利要求6所述的光学系统，其中该第二电磁驱动组件包含多个线圈，对应该第二磁性组件，且多个所述线圈电性独立。

14.如权利要求13所述的光学系统，其中该对位组件设置于多个所述线圈之间。

15.如权利要求6所述的光学系统，其中该对位组件与该线圈设置于该电路板构件的不同平面上。

16.如权利要求15所述的光学系统，其中该电路板构件具有一本体板与一附加电路板，且该对位组件与该线圈分别设置于该本体板与该附加电路板，其中该附加电路板相对于该入射光的入射方向倾斜。

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