CN111090159A - 光学镜头、摄像模组及其组装方法以及相应的终端设备 - Google Patents

光学镜头、摄像模组及其组装方法以及相应的终端设备 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种光学镜头，包括：镜筒，其具有轴线和环绕所述轴线的镜筒侧面，所述镜筒侧面包括第一侧和与所述第一侧相反的第二侧；以及镜片组，所述镜片组安装在所述镜筒内，所述镜片组包括多个透镜，并且所述多个透镜中包括至少一个自由曲面透镜，所述至少一个自由曲面透镜适于将入射光向所述第二侧偏折，以使所述多个镜片所构成的光学系统的成像面向所述第二侧偏移。本申请还提供了相应的摄像模组、终端设备以及光学镜头和摄像模组组装方法。

Description

光学镜头、摄像模组及其组装方法以及相应的终端设备
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，具体地说，本发明涉及光学镜头、摄像模组及其组装方法以及相应的终端设备。
背景技术
随着手机、电脑等终端的发展，用户对于各项需求都有着不小的提升，尤其随着手机的发展，用户对于拍摄质量的追求，使得厂商发展出了个性化，定制化的摄像模组，例如大光圈，大广角，解决像差而出现的数量较多的镜片的镜头等。一方面这是光学设计上越来越复杂，另一方面的现实是复杂的光学系统又很敏感，这对制造的良率和产品质量造成了不小的挑战。例如，手机的紧凑型发展和手机屏占比的增加，让手机内部能够用于前置摄像模组的空间越来越小，而市场对摄像模组的成像质量又提出了越来越高的需求。
具体来说，从视觉效果上来看，目前的智能手机显示屏虽然已经能够实现较大屏幕显示，但是由于手机制造技术的限制，手机屏幕周边的边框区域无法或难以与手机屏幕一同实现全屏化，导致难以达到最佳的视觉效果和外观效果。另一方面，在目前的市场中，绝大多数的手机以高清摄像头作为主要卖点之一，用户对于摄像头的要求也越来越高。使用手机进行自拍已经成为了很多手机用户的常规使用习惯，而前置摄像头在自拍场景中得到了广泛的应用，可以说前置摄像头已成为手机中必不可少的一项配置。摄像头(即摄像模组)必须有一个通光路径，因此传统的摄像头与显示屏之间不能重叠设计，因为屏幕会降低光线进入摄像模组中，甚至完全阻挡光线进入。摄像模组本身具有一定的体积，当摄像模组与显示屏错开布置的情况下，摄像模组会占据一定的空间，导致摄像模组所在区域是无法提供显示的，因此目前市场上常规手机的顶侧(即配置前置摄像模组的一侧)会具有一个较大的黑边。市场上迫切期待一种能够缩小上述黑边的解决方案。
发明内容
本发明旨在提供一种能够克服现有技术的至少一个缺陷的解决方案。
根据本发明的一个方面，提供了一种光学镜头，包括：镜筒，其具有轴线和环绕所述轴线的镜筒侧面，所述镜筒侧面包括第一侧和与所述第一侧相反的第二侧；以及镜片组，所述镜片组安装在所述镜筒内，所述镜片组包括多个透镜，并且所述多个透镜中包括至少一个自由曲面透镜，所述至少一个自由曲面透镜适于将入射光向所述第二侧偏折，以使所述多个镜片所构成的光学系统的成像面向所述第二侧偏移。
其中，所述第一侧为适于设置在终端设备边框处的适配侧，所述第二侧是位于与所述适配侧相反位置的相反侧；所述至少一个自由曲面透镜位于所述镜片组的其它透镜的后端。
其中，所述镜筒包括第一镜筒和第二镜筒，所述至少一个自由曲面透镜安装于所述第二镜筒内，所述镜片组的其它透镜安装于所述第一镜筒内，并且所述第一镜筒和所述第二镜筒通过第一胶材粘合，构成所述镜筒。
其中，所述第一胶材适于在固化后支撑和固定所述第一镜筒和所述第二镜筒，以使第一镜片群和第二镜片群的相对位置保持在主动校准所确定的相对位置；其中所述第一镜片群是安装于所述第一镜筒内的所有透镜所构成的镜片群，所述第二镜片群是安装于所述第二镜筒内的所有透镜所构成的镜片群。
其中，所述光学镜头具有用于表征所述成像面的偏移方向的标记。
其中，所述自由曲面透镜轴对称，且所述自由曲面透镜的对称轴的走向与所述成像面的偏移方向一致。
其中，所述自由曲面透镜的光学区包括靠近所述第一侧的第一区域和靠近所述第二侧的第二区域，所述第一区域的厚度小于所述第二区域的厚度。
其中，所述自由曲面透镜的光学区包括靠近所述第一侧的第一区域和靠近所述第二侧的第二区域，所述第一区域的平均曲率小于所述第二区域的平均曲率。
其中，所述自由曲面透镜包括物侧表面和像侧表面；入射所述自由曲面透镜的光在所述物侧表面不发生偏折而仅在所述像侧表面发生偏折，或者入射所述自由曲面透镜的光在所述物侧表面和所述像侧表面均发生偏折。
其中，所述至少一个自由曲面透镜将所述光学镜头的光轴向所述偏折的方向倾斜。
根据本申请的另一方面，还提供了一种摄像模组，包括：前述任一光学镜头；以及感光组件，所述光学镜头安装于所述感光组件。
其中，所述感光组件包括感光芯片，所述感光芯片的感光区域的中心与向所述第二侧偏移后的成像面的中心重合。
其中，所述感光组件包括感光芯片，所述感光芯片的感光区域的中轴比所述镜筒的中轴靠近所述第二侧。
其中，所述感光组件的外侧面具有适于设置在终端设备边框处的适配侧，所述外侧面的适配侧具有自外向内缩进的缩进面，所述缩进面的一端位于所述感光组件的底面。
其中，所述感光组件包括：线路板；感光芯片，其安装于所述线路板；镜座，其安装于所述线路板表面并围绕在所述感光芯片周围；以及滤色片，其安装于所述镜座；其中，所述镜座的顶面与所述光学镜头通过第二胶材粘合。
其中，所述光学镜头与所述感光组件通过第二胶材粘合，且所述感光组件的适配侧与所述光学镜头的第一侧布置在同一侧；以及所述第二胶材适于在固化后支撑和固定所述光学镜头和所述感光组件，以使所述光学镜头和所述感光组件的相对位置保持在主动校准所确定的相对位置。
其中，所述镜筒包括第一镜筒和第二镜筒，所述至少一个自由曲面透镜安装于所述第二镜筒内，所述镜片组的其它透镜安装于所述第一镜筒内；其中所述第二镜筒的顶面或者所述第二镜片群的顶面具有用于表征所述成像面的偏移方向的标记。
根据本发明的另一方面，还提供了一种终端设备，包括：外壳，其具有边框；以及前述任一摄像模组，其中所述光学镜头的适配侧和所述感光组件的适配侧均设置在所述边框的适配位置处，所述边框的内侧面具有向所述边框的外侧面凹进的凹进部，所述凹进部容纳所述光学镜头的适配侧。
其中，所述边框为所述终端设备的顶框。
其中，所述终端设备为智能手机，所述边框为所述智能手机的顶框，所述摄像模组是所述智能手机的前置摄像模组，所述边框的外侧面呈弧形。
根据本发明的另一方面，还提供了一种光学镜头组装方法，包括：准备第一镜头部件和第二镜头部件，其中第一镜头部件包括第一镜片群，第二镜头部件包括第二镜片群，所述第二镜片群包括至少一个自由曲面透镜，所述第二镜头部件具有第一侧和与所述第一侧相反的第二侧；对所述第一镜头部件和所述第二镜头部件进行预定位，使所述第一镜片群和所述第二镜片群构成可成像的光学系统，其中所述至少一个自由曲面透镜适于将入射光向所述第二侧偏折，以使所述光学系统的成像面向所述第二侧偏移；对所述第一镜头部件和所述第二镜头部件进行主动校准，其中主动校准是基于所述光学系统的实际成像结果来对所述第一镜头部件和所述第二镜头部件的相对位置进行调整；以及粘合所述第一镜头部件和所述第二镜头部件，使二者的相对位置保持在主动校准所确定的相对位置。其中所述第一侧可以是适于设置在终端设备边框处的适配侧，所述第二侧可以是位于与所述适配侧相反位置的相反侧。
根据本发明的另一方面，还提供了一种摄像模组组装方法，包括：准备第一镜头部件、第二镜头部件和感光组件，其中第一镜头部件包括第一镜片群，第二镜头部件包括第二镜片群，所述第二镜片群包括至少一个自由曲面透镜，所述第二镜头部件具有第一侧和与所述第一侧相反的第二侧，所述感光组件包括感光芯片；对所述第一镜头部件、所述第二镜头部件和所述感光组件进行预定位，使所述第一镜片群和所述第二镜片群构成可成像的光学系统，且所述感光芯片可接收所述光学系统的成像，其中所述至少一个自由曲面透镜适于将入射光向所述第二侧偏折，以使所述光学系统的成像面向所述第二侧偏移；对所述第一镜头部件、所述第二镜头部件和所述感光组件进行主动校准，其中主动校准是基于所述光学系统的实际成像结果来对所述第一镜头部件和所述第二镜头部件的相对位置、以及所述第二镜头部件和所述感光组件的相对位置进行调整；以及粘合所述第一镜头部件和所述第二镜头部件、以及粘合所述第二镜头部件和所述感光组件，使所述第一镜头部件、所述第二镜头部件和所述感光组件的相对位置均保持在主动校准所确定的相对位置。其中所述第一侧可以是适于设置在终端设备边框处的适配侧，所述第二侧可以是位于与所述适配侧相反位置的相反侧。
与现有技术相比，本申请具有下列至少一个技术效果：
1、本申请可以通过偏折镜头有效通光路径，来对外壳、其它零部件或其它任何结构进行避让，从而使搭载光学镜头或摄像模组的设备的结构更加紧凑。
2、本申请可以减小带自由曲面镜片的光学系统的像差，从而提高成像品质。
3、本申请可以通过减小感光组件一侧的体积(例如镜座和/或线路板的靠近设备边框的一侧)，来使设备更加紧凑。
4、本申请可以增加终端设备(例如智能手机)的屏占比。
5、本申请特别适用于提升具有弧形边框的智能手机的屏占比。
附图说明
在参考附图中示出示例性实施例。本文中公开的实施例和附图应被视作说明性的，而非限制性的。
图1示出了本发明一个实施例的带自由曲面透镜的光学镜头的剖面示意图及其通光路径；
图2示出了本发明一个实施例的带自由曲面透镜的摄像模组的剖面示意图及其通光路径；
图3示出了本申请另一个实施例的带自由曲面透镜的摄像模组的剖面示意图及其通光路径；
图4示出了本申请另一个实施例的智能手机的剖面示意图；
图5示出了本申请一个实施例的摄像模组的组装示意图；
图6示出了本申请一个实施例的光学镜头的组装示意图；
图7示出了本申请的一个实施例的自由曲面透镜；
图8A示出了本发明一个实施例中的主动校准中相对位置调节方式；
图8B示出了本发明另一个实施例的主动校准中的旋转调节；
图8C示出了本发明又一个实施例的主动校准中的增加了v、w方向调节的相对位置调节方式。
具体实施方式
为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。
应注意，在本说明书中，第一、第二等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一主体也可被称作第二主体。
在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了物体的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。
还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可以”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
如在本文中使用的，用语“基本上”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。
除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1示出了本发明一个实施例的带自由曲面透镜的光学镜头的剖面示意图及其通光路径。参考图1，本实施例中，光学镜头1000包括：镜筒10和镜片组20。所述镜筒10具有轴线11和环绕所述轴线11的镜筒侧面12。所述镜筒侧面12包括适于设置在终端设备边框处的适配侧12a和位于与所述适配侧相反位置的相反侧12b。镜片组20安装在所述镜筒10内，所述镜片组20包括多个透镜，并且所述多个透镜中包括一个自由曲面透镜21(需注意，在其它实施例中，所述多个透镜中可以包括两个或更多的自由曲面透镜)，该自由曲面透镜21适于将入射光向所述相反侧12b偏折，以使所述多个镜片所构成的光学系统的成像面24向所述相反侧12b偏移。图1中的箭头a示出了偏移方向。此处成像面24的偏移是指在所述光学系统的有效通光路径所覆盖范围的整体偏移。如图1所示，虚线22示出了假定不具有自由曲面透镜的情形下的原有效通光路径，实线23示出了经过自由曲面透镜21后发生偏折的有效通光路径。在现有的常规镜头中，镜片均由旋转对称的透镜组成，因此镜头的有效通光路径也是旋转对称的。而在光学镜头中设置了自由曲面透镜后，可以利用自由曲面透镜控制每一条光线的出射角度和方向的特性，从而将有效通光路径向一个方向偏折，对应到成像面上，成像面也随着偏移(或者说光轴发生偏折，原光轴垂直于感光面，设置自由曲面透镜后，普通透镜所组成的透镜组的光轴仍然垂直于感光面，而该光轴经过自由曲面透镜所组成的透镜组折射后对于感光面倾斜)。用图1所示的光学镜头制作摄像模组时，相应的支架、线路板等非光学元件结构上也需要改变，防止偏折后的光路被遮挡。
进一步地，仍然参考图1，在一个实施例中，自由曲面透镜位于所述镜片组的其它透镜的后端。本文中，后端是指靠近像方的一端。
图2示出了本发明一个实施例的带自由曲面透镜的摄像模组的剖面示意图及其通光路径。参考图2，本实施例中，摄像模组包括光学镜头1000和感光组件300。所述光学镜头可以是图1所示实施例的光学镜头，即该光学镜头具有自由曲面透镜21。自由曲面透镜21适于将入射光向所述相反侧12b偏折，以使所述多个镜片所构成的光学系统的成像面24向所述相反侧12b偏移。所述光学镜头安装于所述感光组件300。
仍然参考图2，在一个实施例中，所述感光组件300包括感光芯片302，所述感光芯片302的感光区域的中心与向所述相反侧12b偏移后的成像面的中心重合。所述感光芯片302的感光区域的中轴3021比所述镜筒的中轴11靠近所述相反侧12b。具体来说，所述感光组件300可以包括线路板301、感光芯片302、镜座303和滤色片304。感光芯片302安装于所述线路板301(例如贴附于线路板301的表面)。镜座303安装于所述线路板301表面并围绕在所述感光芯片302周围。滤色片304安装于所述镜座303。感光组件300可以具有适于设置在终端设备边框处的适配侧309a和位于所述适配侧309a相反一侧的相反侧309b。感光组件300的适配侧309a与所述光学镜头1000的适配侧12a可以布置在同一侧。在相反侧309b，线路板301可以通过柔性连接带301a连接一连接器301b，该连接器301b可以用于电连接终端设备(例如智能手机)的主板。本实施例中，由于自由曲面透镜将原本旋转对称的光线偏折，对应的滤色片304上的丝印设置可以是不均匀的。自由曲面透镜可以有一对称轴，其与感光组件对称轴重叠。
在本申请的一个实施例中，所述感光组件300和所述光学镜头1000可以基于主动校准进行组装来获得摄像模组。其中，所述镜座303的顶面可以与所述光学镜头1000通过第二胶材粘合。所述第二胶材适于在固化后支撑和固定所述光学镜头和所述感光组件，以使所述光学镜头和所述感光组件的相对位置保持在主动校准所确定的相对位置。本实施例中，主动校准是基于所述光学系统的实际成像结果来对所述光学镜头1000和感光组件300的相对位置进行调整。
进一步地，仍然参考图2，在本申请的一个实施例中，所述感光组件300的外侧面具有适于设置在终端设备边框处的适配侧309a，所述外侧面的适配侧具有自外向内(指自适配侧12a向感光组件的中轴3021的方向)缩进的缩进面309，所述缩进面309的一端位于所述感光组件300的底面301c。如图2所示，可以在镜座303的适配侧309a形成一斜面，且线路板的外侧面也自外向内做相应的缩进，从而获得所述缩进面309。缩进面的轮廓线可以是直线、弧线、折线或其它任何形状，只要可以使所述感光组件300的外侧面自外向内缩进，且缩进面309的一端位于所述感光组件300的底面301c即可。所述缩进面309可以在注塑成型时直接做成所需的形状，也可以先做成常规的直角形状，后通过切削或研磨去除部分材料，形成缩进面所需的形状。
图3示出了本申请另一个实施例的带自由曲面透镜的摄像模组的剖面示意图及其通光路径。本实施例与图2所示实施例的区别在于，本实施例中的线路板301的外侧面(指位于适配侧309a的外侧面)做成了斜面，而图2所示实施例中线路板301的外侧面(指位于适配侧309a的外侧面)为垂直面(即线路板301的外侧面与底面301c垂直)。
图4示出了本申请另一个实施例的智能手机的剖面示意图。该智能手机2000包括外壳2100、显示屏2200和前置摄像模组2300。需要注意智能手机还包括许多其它元件，但本申请中主要涉及的是外壳、显示屏和前置摄像模组这三个元件，其它元件不再赘述。其中，外壳2100具有弧形顶框2110。所述摄像模组2300采用如图2或图3所示的摄像模组。其中，光学镜头的适配侧12a和所述感光组件的适配侧309a均设置在所述弧形顶框2110的适配位置处。本实施例中，所述弧形边框2110的内侧面2111呈弧形。需注意，本申请的其它实施例中，顶框2110也可以被手机外壳的其它边框(例如底框、左边框或右边框)代替。所述智能手机也可以是其它类型的终端设备。
图4所示的实施例中，摄像模组所在位置的边框(即顶框)凹进，使其具有容纳部分摄像模组的空间，该弧形边框的内侧面可以为弧形，也可以为三角形、矩形或梯形等。原则上说，只要边框的内侧面具有向所述边框的外侧面凹进的凹进部，所述凹进部可容纳所述光学镜头的适配侧即可。边框的外侧面可以是弧形的。从而使摄像模组可以嵌入边框中，将模组在手机中的位置更向手机顶部靠近，从而可以将摄像模组的通光孔手机顶部移动，给显示屏留下更多的空间，减小手机黑边的宽度。另一方面，在图4所示的实施例中，通过将光学镜头中的自由曲面透镜，控制每一条光线的出射角度和方向，将镜头的有效通光路径向所述相反侧12b(实际上就是与贴近边框侧相反的那一侧)偏折，从而使得镜头的成像面向相反侧12b偏移，因此随之感光芯片的位置可以向相反侧12b偏移，使得摄像模组可以更加贴近适配侧12a(实际上就是与贴近边框侧)。最后，自由曲面透镜还具有的像差校正功能，可以更好的提高镜头的成像质量。
进一步地，在本申请的一个实施例中，所述光学镜头中，所述自由曲面透镜设置在镜头的最后，如果光学镜头中只有一片自由曲面透镜，那么就设置在最后一片，如果有多片，则最后几片均为自由曲面透镜。这里的后指的是光学镜头的后端，即靠近像方的一端。
进一步地，在本申请的一个实施例中，所述光学镜头中，所设置的自由曲面透镜或自由曲面透镜组的光学区可以是轴对称的(俯视角度下轴对称，其中俯视角度是看向感光芯片正面的视角)，且所述自由曲面透镜的对称轴的走向与所述成像面的偏移方向一致。
进一步地，在本申请的一个实施例中，所述光学镜头中，设置一识别标志，该标志可以通过形状或颜色的不同实现，例如在镜筒上设置一小凸起，该标志与成像面偏移的方向可以具有预设的角度，优选地，该标志位于成像面偏移的方向上，即预设的角度为0度。简要来说，该标记可用于表征所述成像面的偏移方向的即可。在一个实施例中，当镜筒为如图1所示的单体式镜筒时，该标记可以设置于所述镜筒的顶面或者所述镜片群的顶面。在将本实施例的光学镜头与感光组件组装成摄像模组时，机器需预先识别所设标志，判断该光学镜头的方向，然后在进行主动校准(本行业内通常称为AA，即Active Alignment)组装摄像模组(这与常规摄像模组的组装过程不同)，通过模组成像效果调整镜头相对于感光组件至少一个方向的移动，使偏移后的成像面中心与感光芯片的感光区域的中轴对齐。在另一个实施例中，所述镜筒包括第一镜筒和第二镜筒，所述至少一个自由曲面透镜安装于所述第二镜筒内，所述镜片组的其它透镜安装于所述第一镜筒内，并且所述第一镜筒和所述第二镜筒通过第一胶材粘合，构成所述镜筒。本实施例中，先基于主动校准组装成像面偏移的光学镜头，然后再将该光学镜头与感光组件组装成摄像模组。此时，用于表征所述成像面的偏移方向的标记可以设置于所述第一镜筒的顶面(或者所述第一镜片群的顶面)，和所述第二镜筒的顶面(或者所述第二镜片群的顶面)。这样，在组装光学镜头的过程中，预定位阶段可以对第二镜头部件(其包括第二镜筒和第二镜片群)顶面的标记进行机器识别以判断该光学镜头的方向(指偏折方向)；在组装摄像模组时，可以对第一镜头部件(其包括第一镜筒和第一镜片群)顶面的标记进行机器识别以判断该光学镜头的方向(指偏折方向)。在另一个实施例中，用于表征所述成像面的偏移方向的标记也可以仅设置在第二镜筒的顶面(或者所述第二镜片群的顶面)。在组装摄像模组时，对第一镜头部件(其包括第一镜筒和第一镜片群)、第二镜头部件(其包括第二镜筒和第二镜片群)、以及感光组件这三个部件同时进行预定位和主动校准，再粘合在一起得到摄像模组。在预定位时，可以对第二镜头部件顶面的标记进行机器识别以判断该光学镜头的方向(指偏折方向)。
本申请所提供的带自由曲面透镜的光学镜头或摄像模组可以采用分体式的基于主动校准技术的方案进行组装。
一般光学镜头在加工时，各个镜片部分在Z方向和X、Y方向的尺寸上会有设计上的冗余，这些冗余的项目在加工时都可能导致实际加工中存在偏离于设计的误差。也就是加工后得到的光学镜头的不确定性较大。工艺中存在的制造公差和组装公差，使得光学镜头成像质量往往会较差，尤其是自由曲面透镜，其非旋转对称的特性，使得镜头在组装过程中，些微的角度公差即会导致镜头光学性能降低，因此加工难度较大。而如果通过镜头分体的方式，在组装过程中，调整自由曲面透镜在整个光学系统中的位置，可以减小透镜的组装公差，弥补透镜的制造公差，降低镜头组装难度，提高镜头组装的良率。
图5示出了本申请一个实施例的摄像模组的组装示意图。参考图5，本实施例中，摄像模组的组装方法包括步骤S10至S40。
步骤S10，准备第一镜头部件100、第二镜头部件200和感光组件300，其中第一镜头部件100包括第一镜片群110，第二镜头部件200包括第二镜片群210，所述第二镜片群210包括至少一个自由曲面透镜(可以是一片自由曲面透镜也可以是多片自由曲面透镜)，所述第二镜头部件200具有适于设置在终端设备边框处的适配侧12a和位于与所述适配侧12a相反位置的相反侧12b，所述感光组件300包括感光芯片302。本实施例中，第一镜头部件100还可以包括第一镜筒120，第一镜片群110安装于第一镜筒120内。第二镜头部件200还可以包括第二镜筒220，第二镜片群210安装于第二镜筒220内。
步骤S20，对所述第一镜头部件100、所述第二镜头部件200和所述感光组件300进行预定位，使所述第一镜片群110和所述第二镜片群210构成可成像的光学系统，且所述感光芯片302可接收所述光学系统的成像，其中所述至少一个自由曲面透镜21适于将入射光向所述相反侧12b偏折，以使所述光学系统的成像面向所述相反侧12b偏移。图5中，用虚线示出了假定不具有自由曲面透镜的情形下的原有效通光路径，用实线示出了经过自由曲面透镜21后发生偏折的有效通光路径。在本实施例中，所设置的自由曲面透镜的光学区具有对称轴，所具有自由曲面透镜的镜头部件具有一光学区的对称轴，因此，优选的在具有自由曲面透镜的镜头部件设置一识别标志，该标志可以通过形状或颜色的不同实现，例如在镜筒上设置一小凸起。可以通过机器识别来识别该标识，判断其方向，然后通过设备夹持各部件，进而进行预定位。
步骤S30，对所述第一镜头部件100、所述第二镜头部件200和所述感光组件300进行主动校准，其中主动校准是基于所述光学系统的实际成像结果来对所述第一镜头部件100和所述第二镜头部件200的相对位置、以及所述第二镜头部件200和所述感光组件300的相对位置进行调整。所述第一镜头部件100和所述第二镜头部件200的相对位置的调整、以及所述第二镜头部件200和所述感光组件300的相对位置的调整可以同时进行。本实施例中，通过感光组件300所得到的成像图片进行主动校准，提高镜头和摄像模组的成像质量。
步骤S40，粘合所述第一镜头部件100和所述第二镜头部件200、以及粘合所述第二镜头部件200和所述感光组件300，使所述第一镜头部件100、所述第二镜头部件200和所述感光组件300的相对位置均保持在主动校准所确定的相对位置。其中粘合可以包括布置胶材和胶材固化两个子步骤，其中布置胶材的子步骤可以在主动校准步骤(即步骤S30)前执行，也可以在主动校准步骤后执行。胶材固化的子步骤在主动校准步骤之后执行。
在一个实施例中，所组装的摄像模组中，第一镜头部件包括第一镜筒和第一镜片群。第二镜头部件包括第二镜筒和第二镜片群。至少一个自由曲面透镜安装于所述第二镜筒内。自由曲面透镜适于将入射光向所述相反侧12b偏折，以使所述多个镜片所构成的光学系统的成像面24向所述相反侧12b偏移。所述第一镜筒和所述第二镜筒通过第一胶材粘合。所述第一胶材适于在固化后支撑和固定所述第一镜筒和所述第二镜筒，以使第一镜片群和第二镜片群的相对位置保持在主动校准所确定的相对位置。所述第二镜头部件与所述感光组件通过第二胶材粘合，且所述感光组件的适配侧与所述光学镜头的适配侧布置在同一侧。第二胶材适于在固化后支撑和固定所述第二镜头部件与所述感光组件使得二者的相对位置保持在主动校准所确定的相对位置。
图6示出了本申请一个实施例的光学镜头的组装示意图。参考图6，本实施例中，光学镜头的组装方法包括步骤S100至S400。
步骤S100，准备第一镜头部件100和第二镜头部件200，其中第一镜头部件100包括第一镜片群110，第二镜头部件200包括第二镜片群210，所述第二镜片群210包括至少一个自由曲面透镜21，所述第二镜头部件200具有适于设置在终端设备边框处的适配侧12a和位于与所述适配侧12a相反位置的相反侧12b。本实施例中，第一镜头部件100还可以包括第一镜筒120，第一镜片群110安装于第一镜筒120内。第二镜头部件200还可以包括第二镜筒220，第二镜片群210安装于第二镜筒220内。
步骤S200，对所述第一镜头部件100和所述第二镜头部件200进行预定位，使所述第一镜片群110和所述第二镜片群210构成可成像的光学系统，其中所述至少一个自由曲面透镜21适于将入射光向所述相反侧12b偏折，以使所述光学系统的成像面向所述相反侧12b偏移。图6中，用虚线示出了假定不具有自由曲面透镜的情形下的原有效通光路径，用实线示出了经过自由曲面透镜21后发生偏折的有效通光路径。
步骤S300，对所述第一镜头部件100和所述第二镜头部件200进行主动校准，其中主动校准是基于所述光学系统的实际成像结果来对所述第一镜头部件100和所述第二镜头部件200的相对位置进行调整。
步骤S400，粘合所述第一镜头部件100和所述第二镜头部件200，使二者的相对位置保持在主动校准所确定的相对位置。其中粘合可以包括布置胶材和胶材固化两个子步骤，其中布置胶材的子步骤可以在主动校准步骤(即步骤S300)前执行，也可以在主动校准步骤后执行。胶材固化的子步骤在主动校准步骤之后执行。
进一步地，图7示出了本申请的一个实施例的自由曲面透镜。结合参考图1和图7，为使自由曲面透镜实现将入射光向所述相反侧12b偏折，进而使所述多个镜片所构成的光学系统的成像面24向所述相反侧12b偏移，自由曲面透镜可以轴对称。自由曲面透镜将原本旋转对称的光线向光学镜头的相反侧12b偏折，因此自由曲面透镜可以具有一对称轴，当光学镜头组装在摄像模组中时，该对称轴理论上与摄像模组的对称轴重叠。换句话说，参考图7，本实施例中，所述自由曲面透镜21的对称轴的走向可以与所述成像面的偏移方向一致。图7中的箭头a示出了所述成像面的偏移方向。本实施例中，自由曲面透镜在俯视角度下轴对称，其中俯视角度是看向感光芯片(或成像面)正面的视角。
进一步地，在本申请的另一个实施例中，所述光学镜头中，自由曲面透镜在光线偏折方向相对较厚，远离光线偏折方向的相对较薄。换句话说，所述自由曲面透镜的光学区可以包括靠近所述相反侧的第二区域21b和靠近所述适配侧的第一区域21a，所述第二区域21b的厚度大于所述第一区域21a的厚度。
进一步地，在本申请的另一个实施例中，所述光学镜头中，自由曲面透镜光线偏折方向一侧透镜的平均曲率相对较大。换句话说，所述自由曲面透镜的光学区可以包括靠近所述相反侧的第二区域21b和靠近所述适配侧的第一区域21a，所述第二区域21b的平均曲率大于所述第一区域21a的平均曲率。
进一步地，在本申请的另一个实施例中，所述光学镜头中，所述自由曲面透镜包括物侧表面21c和像侧表面21d。在一个例子中，入射所述自由曲面透镜21的光可以在所述物侧表面21c不发生偏折而仅在所述像侧表面21d发生偏折。在另一个例子中，入射所述自由曲面透镜21的光可以在所述物侧表面21c和所述像侧表面21d均发生偏折。
以下将进一步地介绍光学镜头或摄像模组组装方法中所使用的主动校准工艺。当准备步骤所准备的部件为三个或三个以上时，需要在多个部件之间的多个间隙进行主动校准，这多个间隙处的主动校准可以是同步进行的。例如在一个实施例中，第一镜头部件和第二镜头部件之间的主动校准，以及第二镜头部件与感光组件之间的主动校准可以是同步进行的。为使描述简要，下面以第一镜头部件和第二镜头部件之间的主动校准为例进行说明。
本申请中所述的主动校准可以在多个自由度上对第一镜头部件和第二镜头部件的相对位置进行调整。图8A示出了本发明一个实施例中的主动校准中相对位置调节方式。在该调节方式中，所述第一镜头部件(也可以是第一镜片)可以相对于所述第二镜头部件沿着x、y、z方向移动(即该实施例中的相对位置调整具有三个自由度)。其中z方向为沿着光轴的方向，x，y方向为垂直于光轴的方向。x、y方向均处于一个调整平面P内，在该调整平面P内平移均可分解为x、y方向的两个分量。
图8B示出了本发明另一个实施例的主动校准中的旋转调节。在该实施例中，相对位置调整除了具有图8A的三个自由度外，还增加了旋转自由度，即r方向的调节。本实施例中，r方向的调节是在所述调整平面P内的旋转，即围绕垂直于所述调整平面P的轴线的旋转。
进一步地，图8C示出了本发明又一个实施例的主动校准中的增加了v、w方向调节的相对位置调节方式。其中，v方向代表xoz平面的旋转角，w方向代表yoz平面的旋转角，v方向和w方向的旋转角可合成一个矢量角，这个矢量角代表总的倾斜状态。也就是说，通过v方向和w方向调节，可以调节第一镜头部件相对于第二镜头部件的倾斜姿态(也就是所述第一镜头部件的光轴相对于所述第二镜头部件的光轴的倾斜)。
上述x、y、z、r、v、w六个自由度的调节均可能影响到所述光学系的成像品质(例如影响到解像力的大小)。在本发明的其它实施例中，相对位置调节方式可以是仅调节上述六个自由度中的任一项，也可以其中任两项或者更多项的组合。
进一步地，在一个实施例中，主动校准步骤中，第一镜头部件和第二镜头部件相对位置的调整包括在所述调整平面上的平移，即x、y方向上的运动。
进一步地，在一个实施例中，主动校准步骤中，第一镜头部件和第二镜头部件相对位置的调整还包括：根据所述光学系统的实测解像力，调节并确定所述第一镜头部件的轴线相对于所述第二镜头部件的轴线的夹角，即w、v方向上的调节。所组装的光学镜头或摄像模组中，所述第一镜头部件的轴线与所述第二镜头部件的轴线之间可以具有不为零的夹角。
进一步地，在一个实施例中，主动校准步骤中，第一镜头部件和第二镜头部件相对位置的调整还包括：沿着垂直于所述调整平面的方向移动所述第一镜头部件(即z方向上的调节)，根据所述光学系统的实测解像力，确定所述第一镜头部件与所述第二镜头部件之间的在垂直于所述调整平面的方向上的相对位置。
进一步地，在一个实施例中，所述第一镜头部件可以不具有第一镜筒。例如第一镜头部件可以由单个第一镜片构成。在主动校准前，先对应预定位，使所述第一镜片的底面和所述第二镜头部件的顶面之间具有间隙；然后进行主动校准，再将所述胶材布置于所述间隙并使胶材固化。本实施例中，第一镜片可以由互相嵌合或粘合而形成一体的多个子镜片形成。本实施例中，第一镜片的不用于成像的非光学面的侧面和顶面可以形成遮光层。该遮光层可以通过在第一镜片的侧面和顶面丝网印刷遮光材料而形成。
在一个实施例中，主动校准步骤中，可以固定第二镜头部件，通过夹具夹持第一镜头部件，在与夹具连接的六轴运动机构的带动下，移动第一镜头部件，从而实现第一镜头部件和第二镜头部件之间的上述六个自由度下的相对移动。其中，夹具可以承靠于或部分承靠于第一镜头部件的侧面，从而将第一镜头部件夹起并进行多自由度的位置调整。
上述实施例中，由多个镜片群构成的所述光学系统的实际成像结果可根据感光芯片输出的图像数据得出。在主动校准技术中，可以在物方布置标板，给感光组件通电，由感光组件直接输出对标板进行成像的图像数据，基于该图像数据即可获得被校准光学系统的解像力数据(例如MTF曲线、SFR或TV line)，进而判断成像质量是否达标。
需注意，本申请中，所述适配侧并不限于与终端设备的边框适配。例如，在一些变形的实施例中，光学镜头具有第一侧和与所述第一侧相反的第二侧；且光学镜头的镜片组包括多个透镜，并且所述多个透镜中包括至少一个自由曲面透镜，所述至少一个自由曲面透镜适于将入射光向所述第二侧偏折，以使所述多个镜片所构成的光学系统的成像面向所述第二侧偏移。其中第一侧并不限于与终端设备的边框适配。原则上说，此类光学镜头可以适用于需要在一侧避让其它零部件或外壳或其它结构的任何应用场景。
以上描述仅为本申请的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (22)

1.光学镜头，其特征在于，包括：
镜筒，其具有轴线和环绕所述轴线的镜筒侧面，所述镜筒侧面包括第一侧和与所述第一侧相反的第二侧；以及
镜片组，所述镜片组安装在所述镜筒内，所述镜片组包括多个透镜，并且所述多个透镜中包括至少一个自由曲面透镜，所述至少一个自由曲面透镜适于将入射光向所述第二侧偏折，以使所述多个镜片所构成的光学系统的成像面向所述第二侧偏移。
2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一侧为适于设置在终端设备边框处的适配侧，所述第二侧是位于与所述适配侧相反位置的相反侧；所述至少一个自由曲面透镜位于所述镜片组的其它透镜的后端。
3.根据权利要求2所述的光学镜头，其特征在于，所述镜筒包括第一镜筒和第二镜筒，所述至少一个自由曲面透镜安装于所述第二镜筒内，所述镜片组的其它透镜安装于所述第一镜筒内，并且所述第一镜筒和所述第二镜筒通过第一胶材粘合，构成所述镜筒。
4.根据权利要求3所述的光学镜头，其特征在于，所述第一胶材适于在固化后支撑和固定所述第一镜筒和所述第二镜筒，以使第一镜片群和第二镜片群的相对位置保持在主动校准所确定的相对位置；其中所述第一镜片群是安装于所述第一镜筒内的所有透镜所构成的镜片群，所述第二镜片群是安装于所述第二镜筒内的所有透镜所构成的镜片群。
5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头具有用于表征所述成像面的偏移方向的标记。
6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述自由曲面透镜轴对称，且所述自由曲面透镜的对称轴的走向与所述成像面的偏移方向一致。
7.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述自由曲面透镜的光学区包括靠近所述第一侧的第一区域和靠近所述第二侧的第二区域，所述第一区域的厚度小于所述第二区域的厚度。
8.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述自由曲面透镜的光学区包括靠近所述第一侧的第一区域和靠近所述第二侧的第二区域，所述第一区域的平均曲率小于所述第二区域的平均曲率。
9.根据权利要求6所述的光学镜头，其特征在于，所述自由曲面透镜包括物侧表面和像侧表面；入射所述自由曲面透镜的光在所述物侧表面不发生偏折而仅在所述像侧表面发生偏折，或者入射所述自由曲面透镜的光在所述物侧表面和所述像侧表面均发生偏折。
10.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述至少一个自由曲面透镜将所述光学镜头的光轴向所述偏折的方向倾斜。
11.摄像模组，其特征在于，包括：
权利要求1-10中任意一项所述的光学镜头；以及
感光组件，所述光学镜头安装于所述感光组件。
12.根据权利要求11所述的摄像模组，其特征在于，所述感光组件包括感光芯片，所述感光芯片的感光区域的中心与向所述第二侧偏移后的成像面的中心重合。
13.根据权利要求11所述的摄像模组，其特征在于，所述感光组件包括感光芯片，所述感光芯片的感光区域的中轴比所述镜筒的中轴靠近所述第二侧。
14.根据权利要求11所述的摄像模组，其特征在于，所述感光组件的外侧面具有适于设置在终端设备边框处的适配侧，所述外侧面的适配侧具有自外向内缩进的缩进面，所述缩进面的一端位于所述感光组件的底面。
15.根据权利要求11所述的摄像模组，其特征在于，所述感光组件包括：
线路板；
感光芯片，其安装于所述线路板；
镜座，其安装于所述线路板表面并围绕在所述感光芯片周围；以及
滤色片，其安装于所述镜座；
其中，所述镜座的顶面与所述光学镜头通过第二胶材粘合。
16.根据权利要求14所述的摄像模组，其特征在于，所述光学镜头与所述感光组件通过第二胶材粘合，且所述感光组件的适配侧与所述光学镜头的第一侧布置在同一侧；以及所述第二胶材适于在固化后支撑和固定所述光学镜头和所述感光组件，以使所述光学镜头和所述感光组件的相对位置保持在主动校准所确定的相对位置。
17.根据权利要求11所述的摄像模组，其特征在于，所述镜筒包括第一镜筒和第二镜筒，所述至少一个自由曲面透镜安装于所述第二镜筒内，所述镜片组的其它透镜安装于所述第一镜筒内；
其中所述第二镜筒的顶面或者所述第二镜片群的顶面具有用于表征所述成像面的偏移方向的标记。
18.终端设备，其特征在于，包括：
外壳，其具有边框；以及
权利要求11-17中任意一项所述的摄像模组，其中所述光学镜头的适配侧和所述感光组件的适配侧均设置在所述边框的适配位置处，所述边框的内侧面具有向所述边框的外侧面凹进的凹进部，所述凹进部容纳所述光学镜头的适配侧。
19.根据权利要求18所述的终端设备，其特征在于，所述边框为所述终端设备的顶框。
20.根据权利要求18所述的终端设备，其特征在于，所述终端设备为智能手机，所述边框为所述智能手机的顶框，所述摄像模组是所述智能手机的前置摄像模组，所述边框的外侧面呈弧形。
21.光学镜头组装方法，其特征在于，包括：
准备第一镜头部件和第二镜头部件，其中第一镜头部件包括第一镜片群，第二镜头部件包括第二镜片群，所述第二镜片群包括至少一个自由曲面透镜，所述第二镜头部件具有第一侧和与所述第一侧相反的第二侧；对所述第一镜头部件和所述第二镜头部件进行预定位，使所述第一镜片群和所述第二镜片群构成可成像的光学系统，其中所述至少一个自由曲面透镜适于将入射光向所述第二侧偏折，以使所述光学系统的成像面向所述第二侧偏移；
对所述第一镜头部件和所述第二镜头部件进行主动校准，其中主动校准是基于所述光学系统的实际成像结果来对所述第一镜头部件和所述第二镜头部件的相对位置进行调整；以及
粘合所述第一镜头部件和所述第二镜头部件，使二者的相对位置保持在主动校准所确定的相对位置。
22.摄像模组组装方法，其特征在于，包括：
准备第一镜头部件、第二镜头部件和感光组件，其中第一镜头部件包括第一镜片群，第二镜头部件包括第二镜片群，所述第二镜片群包括至少一个自由曲面透镜，所述第二镜头部件具有第一侧和与所述第一侧相反的第二侧，所述感光组件包括感光芯片；
对所述第一镜头部件、所述第二镜头部件和所述感光组件进行预定位，使所述第一镜片群和所述第二镜片群构成可成像的光学系统，且所述感光芯片可接收所述光学系统的成像，其中所述至少一个自由曲面透镜适于将入射光向所述第二侧偏折，以使所述光学系统的成像面向所述第二侧偏移；
对所述第一镜头部件、所述第二镜头部件和所述感光组件进行主动校准，其中主动校准是基于所述光学系统的实际成像结果来对所述第一镜头部件和所述第二镜头部件的相对位置、以及所述第二镜头部件和所述感光组件的相对位置进行调整；以及
粘合所述第一镜头部件和所述第二镜头部件、以及粘合所述第二镜头部件和所述感光组件，使所述第一镜头部件、所述第二镜头部件和所述感光组件的相对位置均保持在主动校准所确定的相对位置。
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