CN111665604A - 透镜系统及成像装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种透镜系统，其具有堆叠结构。该透镜系统至少包括：第一透镜；第二透镜，其与所述第一透镜相邻，并且在所述第二透镜与所述第一透镜之间形成有第一空间；以及垫片，其位于所述第一透镜与所述第二透镜之间，并且具有至少一个透气口，所述至少一个透气口连通所述第一空间和所述第一空间外部的第二空间。本公开还提供了包括上述透镜系统的成像装置。

Description

透镜系统及成像装置

背景技术

成像装置可以广泛地指具有成像功能的各种电子装置或机械装置，例如，数码相机、单反相机、手机摄像头、电脑摄像头、视频监控摄像头、显微镜、望远镜等。成像装置通常会采用呈堆叠结构的透镜系统来实现成像功能。典型的透镜系统包括依次堆叠的多个透镜和多个垫片。透镜系统也可被称为透镜组。透镜系统中包括的透镜可以是具有不同焦距、形状等的凸透镜或凹透镜。在透镜系统中的任意两个相邻透镜之间设有垫片。垫片可以用于遮挡不必要的光线并且可以控制两个相邻透镜之间的距离，其也可以被称为遮光片、遮光板等。典型的垫片类型包括薄膜垫片和固定垫片。薄膜垫片可以指采用薄膜型材料制成且厚度较小的垫片。当两个相邻透镜之间的距离较小时，如小于0.022毫米，可以使用薄膜垫片。常用的薄膜垫片包括索玛(Soma)片、麦拉(Mylar)片等。固定垫片可以指通过塑胶成型制成且厚度较大的垫片。当两个相邻透镜之间的距离较大时，如，几倍于常用薄膜垫片的厚度，则需要使用固定垫片。

发明内容

提供本发明内容以便介绍一组概念，这组概念将在以下的具体实施方式中做进一步描述。本发明内容并非旨在标识所保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所保护主题的范围。

本公开的实施例提供了一种透镜系统，其具有堆叠结构，并且至少包括第一透镜、与第一透镜相邻的第二透镜、以及位于第一透镜与第二透镜之间的垫片。在第二透镜与第一透镜之间形成有第一空间。垫片具有至少一个透气口，该至少一个透气口连通第一空间和第一空间外部的第二空间。此外，本公开的实施例还提供了一种成像装置，其包括根据本公开的实施例的透镜系统。

应当注意，以上一个或多个方面包括以下详细描述以及权利要求中具体指出的特征。下面的说明书及附图详细提出了所述一个或多个方面的某些说明性特征。这些特征仅仅指示可以实施各个方面的原理的多种方式，并且本公开旨在包括所有这些方面和其等同变换。

附图说明

以下将结合附图描述所公开的多个方面，这些附图被提供用以说明而非限制所公开的多个方面。

图1是示例性的现有透镜系统的剖面图。

图2是图1所示的透镜系统的分解视图。

图3A-图3C示出了现有透镜系统在不同温度状态下的示例性变形。

图4A-图4B示出了根据实施例的对透镜系统的改进。

图5A-图5B进一步示出了根据实施例的对透镜系统的改进。

图6示出了根据实施例的垫片上的透气口的示例性形状。

图7示出了根据实施例的垫片上的透气口的示例性位置。

图8示出了根据实施例的垫片上的透气口的示例性朝向。

具体实施方式

现在将参考多种示例性实施方式来讨论本公开。应当理解，这些实施方式的讨论仅仅用于使得本领域技术人员能够更好地理解并从而实施本公开的实施例，而并非教导对本公开的范围的任何限制。

图1是示例性的现有透镜系统100的剖面图。透镜系统100具有堆叠结构。透镜系统100包括多个透镜，例如透镜110、透镜112、透镜114、透镜116、透镜118和透镜120。

透镜系统100还包括多个垫片，每个垫片位于两个相邻透镜之间。在透镜110与透镜112之间设有垫片130。由于透镜110与透镜112之间的距离较大，因此垫片130可以是固定垫片。在透镜112与透镜114之间设有垫片140，在透镜114与透镜116之间设有垫片142，在透镜116与透镜118之间设有垫片144，并且在透镜118与透镜120之间设有垫片146。由于透镜112、透镜114、透镜116、透镜118和透镜120中的任意两个相邻透镜之间的距离较小，因此垫片140、垫片142、垫片144和垫片146可以是薄膜垫片。透镜系统100中包括的每个垫片的大小和形状可以适应于与其相接触的两个相邻透镜的边缘。例如，垫片的上侧可以与一个透镜的边缘的下表面接触，而垫片的下侧可以与另一个透镜的边缘的上表面接触。垫片中心可以是镂空的，以便光线可以从中穿过。典型地，垫片的形状可以是圆环形。由于堆叠结构，垫片将与其两侧的透镜分别紧密接触。

透镜系统100还包括外壳，用于固定透镜系统100中所包括的多个透镜。图1示例性地示出了透镜系统100的外壳可以包括两个部件，例如，上盖150和基座152。

图2是图1所示的透镜系统100的分解视图，以用于进一步示出透镜系统100的结构。如图2所示，透镜系统100包括自上而下依次堆叠的透镜110、垫片130、透镜112、垫片140、透镜114、垫片142、透镜116、垫片144、透镜118、垫片146以及透镜120。

应当理解，图1和图2所示的透镜系统100仅仅是现有透镜系统的一个示例。尽管图1和图2示出了透镜系统100包括6个透镜，但是其它的透镜系统也可以包括更多或更少的透镜。此外，尽管图1和图2示出了透镜系统100的外壳是由一个以上的部件组成的，如由上盖150和基座152组成，但是其它透镜系统的外壳也可以是一体成型的。此外，图1所示的透镜的形状、透镜的堆叠方式等仅仅是示例性的，根据实际应用需求，透镜系统中的透镜也可以具有任何其它的形状和堆叠方式。

在现有的透镜系统中，由于每个垫片与其两侧的两个透镜的边缘均紧密接触，因此在这两个相邻透镜之间形成了密闭空间。由于该密闭空间中的空气会随着温度的变化而膨胀或收缩，这将导致这两个透镜也相应地发生变形。图3A-图3C示出了现有透镜系统在不同温度状态下的示例性变形。

图3A示出了在常温状态下的透镜系统300的剖面图。为了简单起见，图3A所示的透镜系统300仅包括两个相邻透镜310和320以及位于其间的垫片330。应当理解，透镜系统300也可以作为其它透镜系统的一部分。如图3A所示，垫片330分别与透镜310和透镜320紧密接触，从而在透镜310与透镜320之间形成了密闭空间340。图3A所示的透镜310和透镜320均处于正常状态。

图3B示出了在高温状态下的透镜系统300的剖面图。由于温度升高，空间340中的空气膨胀，产生针对透镜310和透镜320的压力，导致透镜310和透镜320从图3A所示的正常状态发生变形。例如，透镜310和透镜320将分别向上和向下凸起。在对透镜系统进行可靠性测试时，由于测试温度往往较高，透镜的这种变形尤其明显。

图3C示出了在低温状态下的透镜系统300的剖面图。由于温度降低，空间340中的空气收缩，产生针对透镜310和透镜320的拉力，导致透镜310和透镜320从图3A所示的正常状态发生变形。例如，透镜310和透镜320将分别向下和向上凹进。

本领域技术人员应当清楚，透镜的变形会引起透镜光学焦点的变化，从而会降低透镜系统的整体成像质量。在一些情况下，透镜的变形可能是暂时性的。例如，当温度恢复到常温时，透镜也将恢复到正常状态。然而，在一些情况下，透镜的变形也可能是永久性的。例如，即使在温度恢复到常温之后，已经变形的透镜也难以完全恢复至正常状态，从而对透镜系统造成永久性损伤。

本公开的实施例发现了在温度变化的情况下，由两个相邻透镜之间的密闭空间中的空气所引起的透镜变形问题。为了解决这样的透镜变形问题，本公开的实施例提出了在垫片上形成透气口，该透气口连通密闭空间和该密闭空间外部的空间，以使得空气能够通过该透气口而在密闭空间与该密闭空间外部的空间之间流通。在温度升高时，密闭空间中的空气膨胀，并可以通过垫片上的透气口从密闭空间流通到该密闭空间外部的空间。从而，减小或避免了空气受热膨胀对透镜产生的压力以及进一步的透镜变形。在温度降低时，密闭空间中的空气收缩，该密闭空间外部的空间中的空气可以通过垫片上的透气口流通到该密闭空间。从而，减小或避免了空气遇冷收缩对透镜产生的拉力以及进一步的透镜变形。

图4A-图4B示出了根据实施例的对透镜系统的改进。

图4A示出了示例性的现有透镜系统400a。为了简单起见，图4A所示的透镜系统400a仅包括两个相邻透镜410和420以及位于其间的垫片430。在图4A的下部示出了垫片430的俯视图。现有透镜系统400a采用堆叠结构，并且垫片430与透镜410和透镜420分别紧密接触。因此，在透镜410和透镜420之间形成了密闭空间。该密闭空间中的空气会随着温度的变化而膨胀或收缩，这将导致这两个透镜也相应地发生变形。垫片430可以为例如薄膜垫片、固定垫片等。

图4B示出了根据实施例的透镜系统400b。透镜系统400b是对图4A所示的现有透镜系统400a的改进。透镜系统400b也包括透镜410、透镜420以及垫片430。但与现有透镜系统400a不同的是，在透镜系统400b中的垫片430上形成有至少一个透气口，例如透气口432。透气口432连通透镜410和透镜420之间的密闭空间和该密闭空间外部的空间。透气口432可以使得空气能够在透镜410和透镜420之间的密闭空间与该密闭空间外部的空间之间流通。从而，即使温度发生变化，透镜系统400b也可以避免由于空气随着温度变化而膨胀或收缩所导致的透镜变形。

尽管在图4B中所示的透气口430是V形的，其外沿位于垫片430的外沿上，且朝向垫片430的中心，但是该透气口430仅仅是一个示例。根据其它实施例，透气口也可以具有其它形状、位置和朝向，这将在下文中讨论。此外，透气口432可以是通过各种制造工艺或制造过程在垫片430上形成的，本公开的实施例并不局限于任何特定的用于在垫片上形成透气口的制造工艺或制造过程。

图5A-图5B进一步示出了根据实施例的对透镜系统的改进。

在图5A的上部示出了示例性的现有透镜系统500a的剖面图。透镜系统500a包括透镜510、透镜520以及位于透镜510和透镜520之间的垫片530。透镜系统500a还包括外壳540。透镜系统500a采用堆叠结构，并且垫片530与透镜510和透镜520分别紧密接触。在透镜510与透镜520之间形成有密闭空间550。此外，在透镜510的边缘、透镜520的边缘与外壳540之间形成有空间560。如图所示，透镜510或520的边缘的侧表面并不规则，这在透镜的制造过程中是常见的。只有透镜510或520的边缘的侧表面的一部分与外壳540接触，而该侧表面的其它部分并未与外壳540接触。从而，透镜510的边缘的侧边面中未与外壳540接触的部分、透镜520的边缘的侧边面中未与外壳540接触的部分、以及外壳540的内表面一起限定出了空间560。然而，由于透镜510的边缘的下表面与垫片530的上表面紧密接触，并且透镜520的边缘的上表面与垫片530的下表面紧密接触，因此，空气无法在空间550与空间560之间流通。垫片530可以为例如薄膜垫片、固定垫片等。

在图5A的下部示出了以实线绘制的垫片530的俯视图。垫片530的形状被示出为，例如，圆环形。

在垫片530的俯视图中示出了垫片530的、与透镜510相接触的第一接触面。该第一接触面位于垫片530的上表面上。在图中，第一接触面被表示为以点划线绘制的圆环。对应于第一接触面的圆环的径向宽度由标号532指示。在本文中，径向宽度指图形沿着朝向垫片中心的方向的宽度。例如，对应于第一接触面的圆环的径向宽度可以计算为该圆环的外环与内环的半径之差。

在垫片530的俯视图中示出了垫片530的、与透镜520相接触的第二接触面。该第二接触面位于垫片530的下表面上。在图中，第二接触面被表示为以点线绘制的圆环，其径向宽度由标号534指示。

第一接触面与第二接触面在垫片530上形成重合区域。在垫片530的俯视图中，该重合区域被表示为以阴影绘制的圆环，其径向宽度由标号536指示。

如上文所解释的，为了使得空气能够在两个相邻透镜之间的密闭空间与该密闭空间外部的空间之间流通，本公开的实施例提出了可以在这两个相邻透镜之间的垫片上形成至少一个透气口，该至少一个透气口连通两个相邻透镜之间的密闭空间和该密闭空间外部的空间。图5B示出了根据实施例的透镜系统500b。透镜系统500b是对图5A所示的现有透镜系统500a的改进。透镜系统500b也包括透镜510、透镜520、垫片530以及外壳540。与现有透镜系统500a不同的是，在透镜系统500b的垫片530上形成有至少一个透气口，例如透气口570。透气口570连通空间550和空间560。

在图5B的上部示出了根据实施例的透镜系统500b的剖面图。如图所示，由于垫片530上的透气口570的存在，在透镜510的边缘的下表面与透镜520的边缘的上表面之间产生空隙，使得空气可以在空间550与空间560之间流通，如双箭头线所示。在温度升高时，空间550中的空气膨胀，并可以通过透气口570而从空间550流通到空间560。从而，减小或避免了空气受热膨胀对透镜510和/或520产生的压力以及进一步的透镜变形。在温度降低时，空间550中的空气收缩，空间560中的空气可以通过透气口570而从空间560流通到空间550。从而，减小或避免了空气遇冷收缩对透镜510和/或520产生的拉力以及进一步的透镜变形。

在图5B的下部示出了垫片530的俯视图，其类似于图5A中的垫片530的俯视图，除了在图5B的下部还示出了垫片530上的透气口570之外。

为了在透镜510与透镜520之间产生空隙以使得空气可以在空间550与空间560之间流通，垫片530上的透气口570应当至少跨越垫片530上的、第一接触面与第二接触面的重合区域，并且透气口570的径向宽度应当至少大于重合区域的径向宽度。

在图5B中，透气口570被示为示例性的V形，其外沿位于垫片530的外沿上，且其尖端朝向垫片530的中心。应当理解，该透气口570仅仅是一个示例。根据本公开实施例的透气口也可以具有其它形状、位置和朝向。如图所示，透气口570跨越垫片530上的重合区域，即，以阴影绘制的圆环。此外，透气口570的径向宽度由标号572指示，其是透气口570的外沿与内沿(例如，尖端)之间沿着朝向垫片530的中心的方向的距离。如图所示，由标号572指示的透气口570的径向宽度大于由标号536指示的重合区域的径向宽度。

考虑到垫片本身用于遮挡光线的功能，如果透气口过大，则容易产生光的杂点，引起耀斑现象。此外，如果透气口过大，垫片的强度也会降低。因此，在一些实施方式中，在保证空气能够在空间550与空间560之间流通的前提下，透气口570可以被设计的尽量小。优选地，透气口570的径向宽度至少应当小于垫片530的径向宽度。

图6示出了根据实施例的垫片上的透气口的示例性形状。

如图6所示，垫片610上的透气口612为V形，垫片620上的透气口622为U形，垫片630上的透气口632为圆形，垫片640上的透气口642为椭圆形，垫片650上的透气口652为矩形，垫片660上的透气口662为不规则形状。应当理解，图6中所示的透气口的形状都是示例性的，根据本公开实施例的透气口还可以具有任何其它形状。

图7示出了根据实施例的垫片上的透气口的示例性位置。

在一个示例中，在垫片710上具有一个矩形的透气口712。该透气口712的外沿位于垫片710的外沿上。也就是说，垫片710的外沿被透气口712的外沿断开。

在另一个示例中，在垫片720上也具有一个矩形的透气口722。但是，透气口712的外沿位于距垫片720的外沿的预定距离处，该预定距离由标号730指示。也就是说，垫片720的外沿是贯通的，而没有被透气口722断开。由标号730所指示的预定距离的设置应当保证透气口722满足以上讨论的本公开实施例的设计要求。例如，该预定距离需要保证透气口722的外沿位于垫片中的重合区域之外，即，至少保证透气口722可以跨越垫片中的重合区域，其中，该重合区域例如为在图5B中的垫片530的俯视图中以阴影绘制的重合区域。

应当理解，尽管图7中的透气口712和722都被示出为是矩形的，但是图7旨在用于说明透气口的示例性位置，其并不局限于任何具体的透气口的形状。

图8示出了根据实施例的垫片上的透气口的示例性朝向。

在一个示例中，在垫片810上具有一个椭圆形的透气口812。透气口812的外沿与内沿之间的连线814(如图中虚线所示)与垫片810的径向816(如图中点线所示)重合。也就是说，透气口812朝向垫片810的中心。

在另一个示例中，在垫片820上具有一个椭圆形的透气口822。透气口822的外沿与内沿之间的连线824(如图中虚线所示)并未与垫片820的径向826(如图中点线所示)重合。因此，透气口822并未朝向垫片820的中心。

应当理解，尽管图8中的透气口812和822都被示出为是椭圆形的且其外沿都位于垫片的外沿上，但是图8旨在用于说明透气口的示例性朝向，其并不局限于任何具体的透气口的形状和位置。

以上结合附图介绍了根据本公开实施例的一些示例性实施方式。然而，本公开的实施例并不局限于这些示例性实施方式。例如，尽管在图4A-图4B、图5A-图5B中的透镜系统仅包括两个透镜和一个垫片，本公开的实施例也可以被应用于包括更多透镜和更多垫片的透镜系统。在这种情况下，可以以与图4B和图5B所示类似的方式来在透镜系统中的任何垫片上形成透气口。此外，尽管在图6、图7、图8中分别示出了透气口的示例性的形状、位置和朝向，但是本公开的实施例也可以包括透气口的任何其它形状、位置和朝向，只要透气口可以连通两个相邻透镜之间的空间和该空间外部的空间，从而保证空气能够在两个相邻透镜之间的空间与该空间外部的空间之间流通即可。此外，尽管在图4B、图5B、图6、图7、图8中示出了仅在一个垫片上形成一个透气口，但是本公开的实施例也可以在一个垫片上形成一个以上的透气口。

根据本公开实施例的透镜系统可以被应用于各种成像装置中。由于根据本公开实施例的透镜系统能够有效地避免温度变化所引起的透镜变形，这些成像装置也相应地能够提供更为稳定的成像质量和成像性能。

本公开的实施例提供了一种透镜系统，其具有堆叠结构。该透镜系统至少包括：第一透镜；第二透镜，其与所述第一透镜相邻，并且在所述第二透镜与所述第一透镜之间形成有第一空间；以及垫片，其位于所述第一透镜与所述第二透镜之间，并且具有至少一个透气口，所述至少一个透气口连通所述第一空间和所述第一空间外部的第二空间。

在一种实施方式中，所述至少一个透气口使得空气能够：在温度升高时，从所述第一空间流通到所述第二空间；并且在温度降低时，从所述第二空间流通到所述第一空间。

在一种实施方式中，所述垫片具有与所述第一透镜的第一接触面以及与所述第二透镜的第二接触面，并且所述第一接触面与所述第二接触面在所述垫片上形成重合区域。所述至少一个透气口可以在所述垫片上跨越所述重合区域。所述至少一个透气口的径向宽度可以大于所述重合区域的径向宽度。所述至少一个透气口的径向宽度可以小于所述垫片的径向宽度。

在一种实施方式中，所述至少一个透气口的外沿可以位于所述垫片的外沿上或者位于距所述垫片的外沿的预定距离处。

在一种实施方式中，所述至少一个透气口可以朝向所述垫片的中心或者不朝向所述垫片的中心。

在一种实施方式中，所述至少一个透气口的形状可以包括以下各项中的至少一项：V形、U形、圆形、椭圆形、矩形和不规则形状。

在一种实施方式中，所述透镜系统还可以包括：外壳，其至少用于固定所述第一透镜和所述第二透镜。所述第二空间是在所述第一透镜的边缘、所述第二透镜的边缘与所述外壳之间形成的。

在一种实施方式中，所述垫片可以是薄膜垫片。

在一种实施方式中，所述垫片可以是Soma片或Mylar片。

本公开的实施例还提供了一种成像装置，其包括以上所述的透镜系统。

应当理解，以上描述的方法中的所有操作都仅仅是示例性的，本公开并不限制于方法中的任何操作或这些操作的顺序，而是应当涵盖在相同或相似构思下的所有其它等同变换。

还应当理解，以上描述的装置中的所有模块都可以通过各种方式来实施。这些模块可以被实施为硬件、软件、或其组合。此外，这些模块中的任何模块可以在功能上被进一步划分成子模块或组合在一起。

以上描述被提供用于使得本领域任何技术人员可以实施本文所描述的各个方面。这些方面的各种修改对于本领域技术人员是显而易见的，本文限定的一般性原理可以应用于其它方面。因此，权利要求并非旨在被局限于本文示出的方面。关于本领域技术人员已知或即将获知的、对本公开所描述各个方面的元素的所有结构和功能上的等同变换都将由权利要求所覆盖。

Claims (13)

1.一种透镜系统，其具有堆叠结构，并且至少包括：

第一透镜；

第二透镜，其与所述第一透镜相邻，并且在所述第二透镜与所述第一透镜之间形成有第一空间；以及

垫片，其位于所述第一透镜与所述第二透镜之间，并且具有至少一个透气口，所述至少一个透气口连通所述第一空间和所述第一空间外部的第二空间。

2.根据权利要求1所述的透镜系统，其中，所述至少一个透气口使得空气能够：在温度升高时，从所述第一空间流通到所述第二空间；并且在温度降低时，从所述第二空间流通到所述第一空间。

3.根据权利要求1所述的透镜系统，其中，所述垫片具有与所述第一透镜的第一接触面以及与所述第二透镜的第二接触面，并且所述第一接触面与所述第二接触面在所述垫片上形成重合区域。

4.根据权利要求3所述的透镜系统，其中，所述至少一个透气口在所述垫片上跨越所述重合区域。

5.根据权利要求4所述的透镜系统，其中，所述至少一个透气口的径向宽度大于所述重合区域的径向宽度。

6.根据权利要求4所述的透镜系统，其中，所述至少一个透气口的径向宽度小于所述垫片的径向宽度。

7.根据权利要求1所述的透镜系统，其中，所述至少一个透气口的外沿位于所述垫片的外沿上或者位于距所述垫片的外沿的预定距离处。

8.根据权利要求1所述的透镜系统，其中，所述至少一个透气口朝向所述垫片的中心或者不朝向所述垫片的中心。

9.根据权利要求1所述的透镜系统，其中，所述至少一个透气口的形状包括以下各项中的至少一项：V形、U形、圆形、椭圆形、矩形和不规则形状。

10.根据权利要求1所述的透镜系统，还包括：

外壳，其至少用于固定所述第一透镜和所述第二透镜，

其中，所述第二空间是在所述第一透镜的边缘、所述第二透镜的边缘与所述外壳之间形成的。

11.根据权利要求1所述的透镜系统，其中，所述垫片是薄膜垫片。

12.根据权利要求1所述的透镜系统，其中，所述垫片是索玛(Soma)片或麦拉(Mylar)片。

13.一种成像装置，包括：根据权利要求1至12中的任何一项所述的透镜系统。

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