CN101551510B - 带棱镜的台阶式光学变焦模组结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种带棱镜的台阶式光学变焦模组结构，若干镜头按焦距大小从上至下依次间隔排列放置，各镜头光轴相互平行且位于同一平面内，第一等腰直角棱镜的纵向直角边正对镜头且与其光轴垂直、另一水平直角边朝下，又第一等腰直角棱镜斜面上布满设有具透光和反光两种工作模式的第一镜子，所述第一镜子与对应镜头光轴成45度角，最下面成像镜头组件中的第一等腰直角棱镜下方设有影像传感器，该组中的第一等腰直角棱镜的出射光线恰可到达影像传感器；设若干第二等腰直角棱镜，第二等腰直角棱镜的斜面设于第二组成像镜头组件以下的第一镜子上面，第一、二等腰直角棱镜大小相同，两者合在一起其截面构成正方体。本例工作可靠性高，使用寿命更长久。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学变焦模组结构，尤其是一种台阶式光学变焦模组结构。
背景技术
随着技术的不断发展，手机，掌上电脑等便携设备上的摄像头模组功能不断强化，从原来的10万像素、30万像素到现在的200万像素、300万像素甚至500万像素；从定焦到自动对焦，数字变焦再到光学变焦；还有微距拍摄功能的实现，这些都极大的提升了产品的功能价值，增多了使用者的拍摄乐趣。要将这些功能一一实现并不难，但要将他们很完美地集成在一个体积非常细小的摄像头模组里，这就需要匠心独用的设计。
目前这些功能常常依靠移动光学组件或影像传感器来实现，需要非常精细，复杂的传动装置，就使得整个模组结构复杂，体积臃肿，这样就不太适合应用于手机，掌上电脑，笔记本电脑等各种便携设备上。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供一种带棱镜的台阶式光学变焦模组结构，该带棱镜的台阶式光学变焦模组结构能在没有任何光学组件移动的情况下实现台阶式光学变焦、支持微距拍摄等各项功能。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种带棱镜的台阶式光学变焦模组结构，从上至下设有若干组成像镜头组件，每组成像镜头组件主要由镜头和第一等腰直角棱镜组成，若干个成像镜头组件中的镜头按焦距大小从上至下依次间隔(此间隔通过计算确定，为同领域技术人员容易实现之技术)排列放置，各组成像镜头组件中的镜头光轴相互平行且位于同一平面内，所述每组成像镜头组件中第一等腰直角棱镜的纵向直角边正对该组成像镜头组件中的镜头且与该组成像镜头组件中的镜头光轴垂直、另一水平直角边朝下，每组成像镜头组件中经过镜头的入射光线恰可到达其对应的第一等腰直角棱镜，又每组成像镜头组件中的第一等腰直角棱镜斜面上布满设有具透光和反光两种工作模式的第一镜子(由电子线路控制，此为成熟技术，本例不再详述，可把入射光线直角转向反射)，同一组成像镜头组件中所述第一镜子与对应镜头光轴成45度角，最下面成像镜头组件中的第一等腰直角棱镜下方设有影像传感器，该组中的第一等腰直角棱镜的出射光线恰可到达影像传感器；
还设有若干个第二等腰直角棱镜，若干个第二等腰直角棱镜的斜面设于第二组成像镜头组件以下(包括第二组)的第一镜子上面、呈一一对应，第一、二等腰直角棱镜大小相同，两者合在一起其截面构成正方形。
本发明的进一步技术方案是：最下面一组成像镜头组件中的第二等腰直角棱镜的斜面下面布满设有具透光和反光两种工作模式的第二镜子，第二镜子与同组中的第一镜子间留有微距拍摄的距离。
本发明的有益效果：本例中若干组成像镜头组件呈台阶式设置，通过第一、二镜子实现变焦，这样能在没有任何光学组件移动的情况下实现相应倍数的光学变焦，并支持微距拍摄，相较于传统3倍以上光学变焦的模组结构，此模组结构体积更为小巧，能广泛应用于手机、掌上电脑和笔记本电脑等各种便携设备上；光学组件不移动，光学变焦更快捷、更灵活、没有移动摩擦和工作可靠性高，使用寿命更长久。
附图说明
图1是本发明的模组结构的结构示意图；
图2是本发明的模组结构应用实施例的结构示意图。
具体实施方式
实施例：请参考图1：当需要使用上面焦距最大的第一组成像镜头组件11拍摄时，该组中的第一镜子2处在反光工作模式，其余组中的第一镜子及最下面一组成像镜头组件1n中的第一、二镜子处在透光工作模式，这样，第一组成像镜头组件11中镜头1的出射光线就能很好地聚焦成像在影像传感器6上，而下方各组中镜头焦距小的成像镜头组件的出射光线不会入射到影像传感器6上，可以被处理掉。
当需要使用焦距较小的成像镜头组件进行拍摄时(即指中间某一组件)，所指一组件中的第一镜子处在反光工作模式， 其余组件的第一镜子和最下面一组成像镜头组件1n中第一、二镜子处在透光工作模式，这样，镜头焦距较小的成像镜头组件的出射光线就能很好地聚焦成像在影像传感器上，而其他各组成像镜头组件的出射光线不会入射到影像传感器6上，可以被处理掉。
当需要使用下面镜头焦距最小(即最下面一组成像镜头组件)的成像镜头组件1n进行普通拍摄时，该组中的第一镜子2处在反光工作模式，其余各组的第一镜子和该组中第二镜子3处在透光工作模式，这样，镜头焦距最小的成像镜头组件的出射光线就能很好地聚焦成像在影像传感器6上，而上方各组镜头焦距较大的成像镜头组件的出射光线不会入射到影像传感器6上，可以被处理掉。
当需要使用最下面一组镜头焦距最小的成像镜头组件1n进行微距拍摄时，因为被拍摄物从无穷远位置移动到成像镜头组件1n前较近距离时，成像面将后移少许距离，也就是后焦会增大一点，使同组中的第二镜子3处在反光工作模式、其余第一镜子2处在透光工作模式，使该组件中第一镜子2和第二镜子3之间的水平距离等于后焦的增大量，这样就延长了光路，镜头焦距最小的成像镜头组件1n的出射光线就能很好地聚焦成像在影像传感器上，而上方各组件中镜头焦距较大的成像镜头组件的出射光线不会入射到影像传感器6上，可以被处理掉。
此台阶式光学变焦模组结构的光学变焦倍数就是各组成像镜头组件的焦距比。
本发明中，如果第一组成像镜头组件11前设有快门，则该组中第一镜子可以去掉，换成在第一直角棱镜31斜边平 面上镀反射膜；也可以同时去掉第一直角棱镜31和第一镜子2，在第一镜子位置上放置一面前反射镜。这样模组结构仍能实现光学变焦和微距拍摄等功能，同样为本例要求保护范围。
如果放弃微距拍摄功能，则最下面一组成像镜头组件1n中第二镜子3可以去掉，模组仍能实现台阶式光学变焦。
又本例中，因为第一镜子2本身的玻璃基质有一定厚度，在光路中，它成45°斜放，会引入较大像差且不易平衡，所以使用第一等腰直角棱镜31引入光学补偿，能很好的平衡对应第一镜子2斜放引入的像差。但此时，当选用第一组成像镜头组件时，它的成像光线入射到影像传感器6上时，将通过多个第一等腰直角棱镜31，这些第一等腰直角棱镜31会引入像差，所以在第二组(包括第二组)以下使用第二等腰直角棱镜41来平衡这些像差。在此模组结构中，使用大量等腰直角棱镜，能很好地平衡多块第一镜子斜放、第二镜子斜放和各第一直角棱镜引入的像差，保证了模组成像的高质量。
下面以呈上、下设置的两组成像镜头组件11、12为例说明：
见图2，本模组结构中含两组成像镜头组件11、12，两组成像镜头组件中的两镜头1按焦距大小呈上下间隔放置，两镜头光轴平行且在同一平面内，共用一个影像传感器6处于下方一组成像镜头组件12中的第一等腰直角棱镜31下方，用三块透光和反光可切换并对于成像镜头光轴成45°放置的镜子有选择性地使其光路发生90°转折，其中两块为第一镜子2、一块为第二镜子3，三块镜子相互平行，再使用三个等腰直角棱镜(其中两个为第一等腰直角棱镜31、一个为第二 等腰直角棱镜)对对应三块镜子引入的像差(因为镜子本身有厚度)进行光学补偿，保证成像的高质量。两块第一镜子设于对应的两块第一等腰直角棱镜斜面上，一块第二镜子设于第二等腰直角棱镜斜面下。透光和反光可切换并对于成像镜头光轴成45°放置的第二镜子用来实现微距拍摄功能。
此实施例能实现3倍的台阶式光学变焦，选用的两组成像镜头组件参数如下：
| 成像镜头组件11 | 成像镜头组件12 | |
| 焦距f(mm) | 15.00 | 5.00 |
| 光路总长(mm) | 15.75 | 10.25 |
| 后焦长(mm) | 12.75 | 6.95 |
| 成像像高(mm) | 6.10 | 6.10 |
| 畸变 | ＜2％ | ＜2％ |
| 最大主光线出射角 | 14.0° | 22.5° |
| 相对照度 | 88％ | 60％ |
请参考图2：当需要使用上方焦距大的成像镜头组件11拍摄时，该组中的第一镜子2处在反光工作模式，下方一组中的第一镜子2和第二镜子3处在透光工作模式，这样，焦距大的成像镜头组件11的出射光线就能很好地聚焦成像在影像传感器6上，而下方另一组焦距小的成像镜头组件12的出射光线不会入射到影像传感器6上，可以被处理掉。
当需要使用下方焦距最小的成像镜头组件12进行普通拍摄时，该组中的第一镜子2处在反光工作模式，该组中的第二镜子3和上方一组中的第一镜子2处在透光工作模式，这样下方焦距最小的成像镜头组件12的出射光线就能很好地聚 焦成像在影像传感器6上，而上方另一组焦距大的成像镜头组件11的出射光线不会入射到影像传感器6上，可以被处理掉。
当需要使用下方一组焦距最小的成像镜头组件12进行微距拍摄时，因为被拍摄物从无穷远位置移动到成像镜头组件12前较近距离时，成像面将后移少许距离，也就是后焦会增大一点，让第二镜子3处在反光工作模式其余两块第一镜子2处在透光工作模式，使第二镜子3和同组中的第一镜子2之间的水平距离等于后焦的增大量，这样就延长了光路，下方焦距小的成像镜头组件的出射光线就能很好地聚焦成像在影像传感器6上，而上方焦距大的成像镜头组件11的出射光线不会入射到影像传感器6上，可以被处理掉。此实施例中第二镜子和同组中第一镜子之间的水平距离为0.30mm，能实现88mm(拍摄物离成像镜头组件的距离)的微距拍摄。
本实施例选用的影像传感器6的规格如下：
其有效像素为2056像素×1544像素；像素尺寸为2.2um×2.2um；有效感光面积为4.52mm×3.40mm。
从上可以看出，本实施例在没有任何光学组件移动的情况下能实现3倍的台阶式光学变焦，支持88mm距离的微距拍摄，能拍摄300万像素的高质量图片，并且结构体积在13mm×9mm×7mm左右，非常小巧。
从以上详细叙述和实施例中可以看出，本发明中的带棱镜的台阶式光学变焦模组结构能在没有任何光学组件移动的情况下实现相应倍数的光学变焦，支持微距拍摄，并能拍摄高像素高质量的图片。相较于传统3倍以上光学变焦的模组结 构，此模组结构体积更为小巧，能广泛应用于手机、掌上电脑和笔记本电脑等各种便携设备上；光学组件不移动，光学变焦更快捷、更灵活，没有移动摩擦，使用寿命更长久。如在发明内容中表述，基于本发明的模组结构，做出功能上的删减或选材上的改变，都在本发明专利的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种带棱镜的台阶式光学变焦模组结构，其特征是：从上至下设有若干组成像镜头组件(11、12…1n)，每组成像镜头组件主要由镜头(1)和第一等腰直角棱镜(31)组成，若干个成像镜头组件中的镜头(1)按焦距大小从上至下依次间隔排列放置，各组成像镜头组件中的镜头光轴相互平行且位于同一平面内，所述每组成像镜头组件中第一等腰直角棱镜的纵向直角边正对该组成像镜头组件中的镜头且与该组成像镜头组件中的镜头光轴垂直、另一水平直角边朝下，每组成像镜头组件中经过镜头的入射光线恰可到达其对应的第一等腰直角棱镜，又每组成像镜头组件中的第一等腰直角棱镜斜面上布满设有具透光和反光两种工作模式的第一镜子(2)，同一组成像镜头组件中所述第一镜子与对应镜头光轴成45度角，最下面成像镜头组件(1n)中的第一等腰直角棱镜下方设有影像传感器(6)，该组中的第一等腰直角棱镜的出射光线恰可到达影像传感器(6)；
还设有若干个第二等腰直角棱镜(41)，若干个第二等腰直角棱镜的斜面设于第二组成像镜头组件以下的第一镜子上面、呈一一对应，第一、二等腰直角棱镜大小相同，两者合在一起其截面构成正方形。
2.根据权利要求1所述的带棱镜的台阶式光学变焦模组结构，其特征是：最下面一组成像镜头组件(1n)中的第二等腰直角棱镜(41)的斜面下面布满设有具透光和反光两种工作模式的第二镜子(3)，第二镜子(3)与同组中的第一镜子间留有微距拍摄的距离。
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