CN110764170B - 光学元件、镜头、摄像头及电子装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光学元件、镜头、摄像头及电子装置。光学元件包括：第一透光壁；与第一透光壁相对设置的第二透光壁；和连接第一透光壁和第二透光壁的活动件，活动件限定有通光窗口。活动件与第一透光壁和第二透光壁围成有密闭腔室，密闭腔室用于容置透光液体；活动件能够相对于第一透光壁运动以通过透光液体改变第一透光壁和/或第二透光壁的曲度，并改变通光窗口的尺寸以改变光学元件的通光量。如此，活动件能够相对于第一透光壁运动可以改变第一透光壁和/或第二透光壁的曲度，这样可以改变光学元件的屈光度，另外，通光窗口的尺寸在活动件运动时可以改变，从而可以改变光学元件的通光量。

Description

光学元件、镜头、摄像头及电子装置

技术领域

本申请涉及光学技术领域，尤其涉及一种光学元件、镜头、摄像头及电子装置。

背景技术

在相关技术中，手机等电子装置的摄像头可以通过后盖或者显示屏开设的开口露出。摄像头拍摄的图像品质跟较多的因素相关，例如，可以理解，在其他条件一定的情况下，摄像头的进光量较大时，摄像头拍摄的图像容易出现曝光过度的现象，摄像头的进光量较小时，摄像头拍摄的图像容易出现欠曝光的现象。因此，如何提高摄像头拍摄的图像品质成为摄像头改进的方向。

发明内容

本申请提供一种光学元件、镜头、摄像头及电子装置。

本申请实施方式的光学元件包括：

第一透光壁；

与所述第一透光壁相对设置的第二透光壁；和

连接所述第一透光壁和所述第二透光壁的活动件，所述活动件限定有通光窗口，所述活动件与所述第一透光壁和所述第二透光壁围成有密闭腔室，所述密闭腔室用于容置透光液体；所述活动件能够相对于所述第一透光壁运动以通过所述透光液体改变所述第一透光壁和/或所述第二透光壁的曲度，并改变所述通光窗口的尺寸以改变所述光学元件的通光量。

本申请实施方式的镜头包括第一透镜和与所述第一透镜堆叠设置的第二透镜，所述第二透镜为以上所述的光学元件。

本申请实施方式的摄像头包括以上所述的镜头和传感器，所述传感器设置在所述镜头的光轴上。

本申请实施方式的电子装置包括机壳和以上所述的摄像头，摄像头通过机壳露出。

本申请实施方式的光学元件、镜头、摄像头及电子装置中，所述活动件能够相对于所述第一透光壁运动可以改变所述第一透光壁和/或所述第二透光壁的曲度，这样可以改变光学元件的屈光度；另外，通光窗口的尺寸在活动件运动时可以改变，从而可以改变光学元件的通光量，使得具有光学元件的镜头和摄像头可以调节屈光度和通光量以获取品质较高的图像。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施方式的电子装置的平面示意图；

图2是本申请实施方式的摄像头的剖面示意图；

图3是本申请另一实施方式的摄像头的剖面示意图。

图4是本申请实施方式的镜头的结构示意图；

图5是本申请实施方式的镜头的另一结构示意图；

图6是本申请实施方式的光学元件的剖面示意图；

图7是本申请实施方式的光学元件的剖面示意图；

图8是本申请实施方式的光学元件的剖面示意图；

图9是本申请实施方式的光学元件的剖面示意图；

图10是本申请实施方式的光学元件的剖面示意图；

图11是本申请实施方式的光学元件的结构示意图；

图12是本申请实施方式的光学元件的结构示意图。

主要元件符号说明：

电子装置1000、机壳1001、摄像头100、镜头110、图像传感器120、第一透镜10、光学元件20、第一透光壁21、第二透光壁22、活动件23、通光窗口201、密闭腔室24、连接件25、驱动元件26、电机261、传动元件27、弹性件262、棱镜36。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

目前手机上用到的液体镜头(Liquid lens)是基于电润湿(Electrowetting onDielectric)原理的，基于该原理的液体可变焦镜头由两种液体组成。基于电润湿原理的液体镜头需要两种液体形成液面所以该镜头的厚度较厚。另外由于电润湿作用在两种液体界面上产生的液面弧度较小，并且当液面太大时不利于产生明显的电润湿效应，所以基于电润湿效应的液体镜头往往通光孔径都很小。这就导致了这种基于电润湿原理的液体镜头的使用大大受限，只能用在光学系统中孔径足够小的位置。

目前的光学系统中的透镜都无法同时实现光圈的变化与焦距的变化，上述的液体镜头虽然可以实现透镜焦距的变化，但是其通光孔径不发生改变。

请参阅图1，本申请实施方式的电子装置1000包括机壳1001和摄像头100，摄像头100通过机壳1001露出。例如，机壳1001可以开设供摄像头100露出的通孔。

示例性的，电子装置1000可以为移动或便携式并执行无线通信的各种类型的计算机系统设备中的任何一种(图1中只示例性的示出了一种形态)。

具体地，电子装置1000可以为移动电话或智能电话(例如，基于iPhone system(苹果系统)或基于Android system(安卓系统)的电话)，便携式游戏设备(例如iPhone(苹果手机))、膝上型电脑、掌上电脑(personal digital assistant，PDA)、便携式互联网设备、音乐播放器以及数据存储设备，其他手持设备以及诸如手表等具有拍摄功能的设备。

电子装置1000还可以为其他的可穿戴设备(例如，诸如电子眼镜或智能手表的头戴式显示设备(head mount display，HMD))。

机壳1001为电子装置1000的外部零部件，其起到了保护电子装置1000的内部零件的作用。机壳1001可以为电子装置1000的后盖，后盖覆盖电子装置1000的电池等零部件。

摄像头100可以为前置摄像头，也可以为后置摄像头。本实施方式中，摄像头100后置，或者说，摄像头100设置在电子装置1000的背面以使得电子装置1000可以进行后置摄像。如图的示例中，摄像头100设置在机壳1001的中上位置部位。

当然，可以理解，摄像头100可以设置在机壳1001的左上位置或右上位置等其他位置。摄像头100设置在机壳1001的位置不限制于本申请的示例。

进一步地，机壳1001可以为塑料制成。塑料的延展性好，如此有利于机壳1001的定型和制作，进而有利于机壳1001的量产化，从而有利于电子装置1000的量产化。可以理解，机壳1001不仅仅可以采用塑料制成。可以根据不同情况来设置机壳1001的具体材质。例如，在其他实施方式中，机壳1001可以采用铝、铁等金属材料制成。在此不对机壳1001的具体材质做限定。

请参阅图2，本申请实施方式的摄像头100包括镜头110和图像传感器120。图像传感器120设置在镜头110的光轴上，例如镜头110的光轴与图像传感器120的中心重合。需要指出的是，摄像头100为立式摄像头时，摄像头100的光轴为一个，如图2所示。

如图3所示，摄像头100为潜望式摄像头时，摄像头100的光轴包括进光轴和与进光轴垂直的出光轴。摄像头100包括棱镜36，棱镜36用于将进入棱镜36的光线导向至镜头110。此时，图像传感器120设置在摄像头100的出光轴上，例如出光轴与图像传感器120的中心重合。

请参阅图4及图5，本申请实施方式中，镜头110包括第一透镜10和第二透镜20。第二透镜20与第一透镜10堆叠设置。或者说，镜头110具有多个透镜。这样可以改善镜头110的光学效果。例如，多个透镜组合可以降低镜头110的畸变，或者改变镜头110的视场角。

需要指出的是，第一透镜10的数量可以是一个或多个，例如，第一透镜10的数量可以为1个、2个、3个、4个、5个等数量。同样地，第二透镜20的数量可以是一个或多个，例如，第二透镜20的数量可以为1个、2个、3个、4个、5个等数量。

在图4的示例中，镜头110包括5个透镜，其中，第一透镜10的数量为4个，第二透镜20的为1个，1个第二透镜20和4个第一透镜10沿光线传导的方向依次排布。或者说，第二透镜20位于第一个透镜的位置。

在图5的示例中，第二透镜20夹设在两个第一透镜10之间。具体地，第二透镜20位于第二个透镜的位置。

本申请实施中，第二透镜20为下文的光学元件20。下文将详细介绍本申请实施方式的光学元件20。

请参阅图6，本申请实施方式的光学元件20包括第一透光壁21、第二透光壁22和活动件23。第二透光壁22与第一透光壁21相对设置。活动件23连接第一透光壁21和第二透光壁22。

活动件23限定有通光窗口201。活动件23与第一透光壁21和第二透光壁22围成有密闭腔室24，密闭腔室24用于容置透光液体。活动件23能够相对于第一透光壁21运动以通过透光液体改变第一透光壁21和/或第二透光壁22的曲度，并改变通光窗口201的尺寸以改变光学元件20的通光量。

或者说，活动件23能够相对于第一透光壁21运动以通过透光液体改变第一透光壁21的曲度。或者，活动件23能够相对于第一透光壁21运动以通过透光液体改变第二透光壁22的曲度。或者，活动件23能够相对于第一透光壁21运动以通过透光液体改变第一透光壁21和第二透光壁22的曲度。

本申请实施方式的光学元件20、镜头110、摄像头100及电子装置1000中，活动件23能够相对于第一透光壁21运动可以改变第一透光壁21和/或第二透光壁22的曲度，这样可以改变光学元件20的屈光度；另外，通光窗口201的尺寸在活动件23运动时可以改变，从而可以同时改变光学元件20的通光量，使得具有光学元件20的镜头110和摄像头100可以调节屈光度和通光量以获取品质较高的图像。

具体地，第一透光壁21和第二透光壁22均呈片状。第一透光壁21和第二透光壁22的透光率大于80％，以使第一透光壁21和第二透光壁22可以透过较多的光线。

活动件23可以呈片状或者块状等具体形状。活动件23可以相对于第一透光壁21转动，也可以相对于第一透光壁21移动，甚至可以相对于第一透光壁21同时转动和移动。

可以理解，在活动件23运动的过程中，密闭腔室24的形状也发生改变，由于透光液体的体积不变，因此，活动件23可以推动透光液体的形态发生变化，从而使得第一透光壁21和/或第二透光壁22的曲度。

另外，活动件23采用遮光的材料制成，在活动件23运动的情况下，通光窗口201的尺寸改变，使得透过第一透光壁21、通光窗口201和第二透光壁22的光量改变，从而改变了光学元件20的通光量。

本申请实施方式中，通光窗口201的横截轮廓可以为方形、圆形、椭圆形等形状。通光窗口201的尺寸为通光窗口201的横向尺寸，通光窗口201的横向为垂直于通光方向的方向。在通光窗口201的横截轮廓为圆形时，该圆形的直径D为通光窗口201的通光口径，如图7所示。

需要指出是，活动件23运动的过程是连续的，因此，通光窗口201的尺寸可以连续地变化，以使得光学元件20可以连续地调整透过光学元件20的光量。

需要指出的是，第一透光壁21和/或第二透光壁22在透光液体的作用下，第一透光壁21和/或第二透光壁22可以凸出也可以凹入。

本申请实施方式中，透光液体可以为离子溶液。例如，透光液体为硫酸钾溶液。当然，透光液体不仅仅可以为硫酸钾溶液，可以根据不同情况来设置透光液体的具体类型。在此不对透光液体的具体类型做限定。

需要指出的是，光学元件20可以用于使光线依次经过第一透光壁21、通光窗口201和第二透光壁22，也可以使光线依次经过第二透光壁22、通光窗口201和第一透光壁21。因此，本申请中不限定光学元件20用于控制光线透过的方向。

在某些实施方式中，第一透光壁21为柔性壁，第二透光壁22为刚性壁，活动件23能够相对于第一透光壁21运动以通过透光液体改变第一透光壁21的曲度，并改变所述通光窗口201的尺寸以改变光学元件20的通光量，如图7所示。

如此，在活动件23活动的情况下，第一透光壁21的曲度可以改变，从而使得光学元件20的焦距可以改变，另外，通光窗口201的尺寸可以改变，使得光学元件20的通光量也可以改变。

在此实施方式中，第一透光壁21的外表面的初始状态可以是呈平面状，也可以是呈凹面状或者凸面状。在图6的示例中，第一透光壁21的外表面的初始状态是呈平面状的。在活动件23运动的过程中，第一透光壁21的外表面可以呈凸面(如图7)，也可以呈凹面(如图8)。

当然，在其他实施方式中，第二透光壁22为柔性壁，第一透光壁21为刚性壁，活动件23能够相对于第二透光壁22运动以通过透光液体改变第二透光壁22的曲度，并改变所述通光窗口201的尺寸以改变所述光学元件的通光量，如图9所示。在此实施方式中，第二透光壁22的外表面的初始状态可以是呈平面状，也可以是呈凹面状或者凸面状。

柔性壁可以为有机共聚物形成的薄膜，例如为PDMA薄膜或者PDMS薄膜，只要柔性壁可以产生弹性变形即可，在此不限制柔性壁的具体材料。

在一个例子中，刚性壁的材质包括蓝玻璃，蓝玻璃的主要成分是磷酸盐或者氟磷酸盐，其对红外光线具有较高的吸收率，蓝玻璃制成的刚性壁对红外光具有较好的过滤效果，有利于提升拍摄的质量。

在另一个例子中，刚性壁的材质还可以为PET(Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸类塑料)，PET具有较高的成膜性、光学性能和耐候性，采用PET材质制成的刚性壁具有良好的透光性。刚性壁的材质还可以为PI(Polyimide，聚酰亚胺)等透光性能较好的材料。

在一些实施方式中，若第一透光壁21为柔性壁，第二透光壁22为刚性壁，第二透光壁22背离第一透光壁21的表面为曲面。或

若第二透光壁22为柔性壁，第一透光壁21为刚性壁，第一透光壁21背离第二透光壁22的表面为曲面。

或者说，刚性壁的外表面为曲面。曲面可以为球面，也可以为其他形状的曲面。有利于光学系统像差的优化。

当然，可以理解，刚性壁的外表面也可以为平面。

如图10所示，在一些实施方式中，第一透光壁21和第二透光壁22均为柔性壁，活动件23能够相对于第一透光壁21运动以通过透光液体改变第一透光壁21和第二透光壁22的曲度，并改变所述通光窗口201的尺寸以改变所述光学元件的通光量。如此，光学元件20的焦距的调整范围更大，有利于调整应用该光学元件20的镜头110的焦距以及像差等光学特性。

在此实施方式中，第一透光壁21和/或第二透光壁22的外表面的初始状态可以是呈平面状，也可以是呈凹面状或者凸面状。

请参阅图10，在一些实施方式中，光学元件20包括固定连接第一透光壁21和第二透光壁22的连接件25，活动件23可活动地设置在连接件25上。如此，连接件25有利于活动件23安装。具体地，连接件25环绕密闭腔室24设置。连接件25可以与第一透光壁21和第二透光壁22密封连接，以防止透光液体泄漏。例如，连接件25可以通过粘胶与第一透光壁21和第二透光壁22粘接固定在一起。

请参阅图11，进一步地，在一些实施方式中，连接件25呈筒状，活动件23的数量为多个，多个活动件23可转动地设置在连接件25上并沿连接件25的周向排布。多个所述活动件围成有所述通光窗口201。活动件23能够相对于连接件25转动以改变透光液体的形状以改变第一透光壁21和/或第二透光壁22的曲度，并改变所述通光窗口201的尺寸以改变所述光学元件的通光量。

如此，多个活动件23使得密闭腔室24的形状容易改变，从而改变透光液体的形状。另外，活动件23转动设置，这样可以使得活动件23的运动方式更加容易实现。例如，活动件23上可以形成有转接孔，连接件25上可以形成有转接轴，转接轴套设在转接孔中，从而使得活动件23可以在连接件25上转动，从而可以改变通光窗口201的尺寸。

活动件23可以为2个、3个、4个、5个、6个等数量，在此不限定活动件23的具体数量。

需要指出的是，在多个活动件23中，可以是部分活动件23转动，也可以是全部的活动件23转动以改变密闭腔室24的形状及通光窗口201的尺寸。

在一些实施方式中，光学元件20包括驱动元件26和传动元件27，驱动元件26用于通过传动元件27驱动活动件23相对于连接件25转动。如此，驱动元件26可以驱动活动件23转动，这样可以实现光学元件20调整焦距和透光度的自动化控制。

进一步地，在一些实施方式中，传动元件27包括拉丝，拉丝依次绕设多个活动件23，驱动元件26用于卷收或释放拉丝以使拉丝带动多个活动件23同步转动。

如此，拉丝的体积小，这样可以进一步减小光学元件20的体积。如图12所示，在拉丝卷收时，多个活动件23同步转动，从而使得通光窗口201的横向尺寸减小，从而减小光学元件20的通光量。

在一个例子中，活动件23上可以形成有穿孔，拉丝可以穿设穿孔并绕在活动上，拉丝例如采用镍合金等强度比较大材料制成。

如图11及图12所示，进一步地，在一些实施方式中，驱动元件26包括电机261和弹性件262，拉丝的一端连接电机261，另一端连接弹性件262，电机261用于通过拉丝驱动活动件23沿第一方向转动，弹性件262用于通过拉丝驱动活动件23沿第二方向转动，第一方向与第二方向相反。

具体地，拉丝的一端可以绕设在电机261的电机轴上，拉丝的另一端可以固定在弹性件262上。在一个例子中，电机261在沿正向转动时可以卷收拉丝，从而使得拉丝可以带动活动件23沿第一方向转动。在电机261沿反向转动时，电机261可以释放拉丝，而弹性件262在向拉丝施加弹性力，使得拉丝可以带动活动件23沿第二方向转动。

弹性件262可以是弹簧、橡胶块等具有弹性的元件。在此不限制弹性件262的具体结构和形状。

可以理解，在其他实施方式中，传动元件27可以采用齿轮、推杆等结构驱动活动件23转动。

综上，光学元件20应用在镜头110时，可以使得镜头110可以利用一个透镜上同时实现变焦和改变通光量的目的，降低了镜头110的体积。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种光学元件，其特征在于，包括：

第一透光壁；

与所述第一透光壁相对设置的第二透光壁；和

密封连接所述第一透光壁和所述第二透光壁的活动件，所述活动件限定有通光窗口，所述活动件与所述第一透光壁和所述第二透光壁围成有用于容置透光液体的密闭腔室；所述活动件能够相对于所述第一透光壁运动以通过所述透光液体改变所述第一透光壁和/或所述第二透光壁的曲度，并改变所述通光窗口的尺寸以改变所述光学元件的通光量；

所述光学元件包括固定连接所述第一透光壁和所述第二透光壁的连接件，所述活动件可活动地设置在所述连接件上，所述连接件呈筒状，所述活动件的数量为多个，多个所述活动件可转动地设置在所述连接件上并沿所述连接件的周向排布，多个所述活动件围成有所述通光窗口；

所述活动件能够相对于所述连接件转动以改变所述透光液体的形状以改变所述第一透光壁和/或所述第二透光壁的曲度，并改变所述通光窗口的尺寸以改变所述光学元件的通光量；

所述光学元件包括驱动元件和传动元件，所述驱动元件用于通过所述传动元件驱动所述活动件相对于所述连接件转动，所述传动元件包括拉丝，所述拉丝依次绕设多个所述活动件，所述驱动元件用于卷收或释放所述拉丝以使所述拉丝带动多个所述活动件同步转动。

2.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述第一透光壁为柔性壁，所述第二透光壁为刚性壁，所述活动件能够相对于所述第一透光壁运动以通过所述透光液体改变所述第一透光壁的曲度，并改变所述通光窗口的尺寸以改变所述光学元件的通光量；或

所述第二透光壁为柔性壁，所述第一透光壁为刚性壁，所述活动件能够相对于所述第二透光壁运动以通过所述透光液体改变所述第二透光壁的曲度，改变所述通光窗口的尺寸以改变所述光学元件的通光量。

3.根据权利要求2所述的光学元件，其特征在于，若所述第一透光壁为柔性壁，所述第二透光壁为刚性壁，所述第二透光壁背离所述第一透光壁的表面为曲面；或

若所述第二透光壁为柔性壁，所述第一透光壁为刚性壁，所述第一透光壁背离所述第二透光壁的表面为曲面。

4.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述第一透光壁和所述第二透光壁均为柔性壁，所述活动件能够相对于所述第一透光壁运动以通过所述透光液体改变所述第一透光壁和所述第二透光壁的曲度，并改变所述通光窗口的尺寸以改变所述光学元件的通光量。

5.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述驱动元件包括电机和弹性件，所述拉丝的一端连接所述电机，另一端连接所述弹性件，所述电机用于通过所述拉丝驱动所述活动件沿第一方向转动，所述弹性件用于通过所述拉丝驱动所述活动件沿第二方向转动，所述第一方向与所述第二方向相反。

6.一种镜头，其特征在于，包括：

第一透镜；和

与所述第一透镜堆叠设置的第二透镜，所述第二透镜为权利要求1-5任意一项所述光学元件。

7.一种摄像头，其特征在于，包括：

权利要求6所述的镜头；和

传感器，所述传感器设置在所述镜头的光轴上。

8.一种电子装置，其特征在于，包括：

机壳；和

权利要求7所述的摄像头，所述摄像头通过所述机壳露出。

Images