CN112955789A - 带有光线偏转器的光学设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于与紧凑型相机模块一起使用的光学组件。该光学组件包括透明光学元件、被布置成使通过该光学元件的光偏转的光学反射表面、透明弹性非流体主体和致动器系统，该致动器系统包括一个或多个致动器和被布置成通过一个或多个致动器而经受弯曲和/或发生位移的致动器部件。非流体主体可以夹在致动器部件和光学元件之间，使得致动器部件和非流体主体的形状或取向可以通过致动器的致动来改变，以提供可调节的光焦度或光束偏转。

Description

带有光线偏转器的光学设备

技术领域

本发明涉及光学系统，特别是用于诸如紧凑型相机和智能电话的设备的光学成像系统。

背景技术

现有的自动对焦和图像稳定是大多数紧凑型相机中的常见特征，并且正在进行的重点在于使执行此类任务的系统更小、更便宜、更具鲁棒性同时提高光学质量。

在光学组件中集成自动对焦或图像稳定或两者需要包含可以改善成像特性的部件，但以组件的大小为代价。

为了仍然允许改善成像特性和/或限制大小的增加，或者甚至实现光学组件的大小或某些尺寸的减小，需要改进的组件设计。还需要提高光学组件的鲁棒性。

发明内容

本发明的目的是改进用于在光学成像系统中使用的光学组件，特别是用于紧凑型相机的成像系统。这些改进可以涉及成像质量、成像稳定、大小减小和其他光学特性中的一个或多个。

在本发明的第一方面，提供了一种光学组件，包括：

-至少具有第一侧和第二侧的透明光学元件，

-光学反射表面，该光学反射表面被布置成使透射通过第一侧的光线偏转，

-透明可变形的非流体主体，该透明可变形的非流体主体包括第一表面和相对的第二表面，其中光学反射表面、非流体主体的第一表面和透明光学元件的第一侧和第二侧通过一个或多个互连的光学透明部件连接，并且其中整个连接部的折射率大于空气的折射率，

-致动器系统，该致动器系统包括一个或多个致动器和被布置成通过一个或多个致动器而经受弯曲和/或发生位移的致动器部件，其中致动器部件的侧部邻接非流体主体的第二表面。

使致动器部件弯曲和/或发生位移的可能性具有这样的效果，即非流体主体的第二表面的形状、取向(例如倾斜)和/或位置可以通过致动器的致动来改变。也就是说，致动器部件的弯曲影响非流体主体的第二表面的形状，并且致动器部件的位移影响非流体主体的第二表面的取向和/或位置。取向是指第二表面相对于第一表面的角度，并且位置是指在垂直于第一表面的方向上从第二表面上的一点到第一表面的距离。致动器部件可以被配置成使得它至少覆盖非流体主体的第二表面的中心部分，即被布置成透射光的部分，诸如包括法向于第二表面的光轴的部分，或者使得它覆盖和包围非流体主体的第二表面。因此，致动器部件起到影响非流体主体的第二表面的形状、取向和/或位置的功能，以及从非流体主体传输和/或反射光/将光传输和/或反射到非流体主体中的功能两者。

固体的透明光学元件的折射率高于周围空气的折射率。因此，与在空气中传播相比，光学元件减少了在透明光学元件中传播的光束的发散。有利地，发散光线的这种限制意味着与在空气中传播相比，光线束的侧向延伸被减小。因此，与其中光线在空气中而不是透明光学部件中传播的情况相比，光学部件的侧向延伸可以类似地被减小。

有利地，通过配置光学组件使得光学反射表面、非流体主体的至少第一表面和透明光学元件的第一侧和/或第二侧经由一个或多个互连的光学透明部件(该一个或多个互连的光学透明部件具有大于空气的折射率的折射率，或者具有高于空气的折射率的相同或基本相同的折射率，或者具有与透明光学元件相同或基本相同的折射率)连接意味着在整个互连的透明部件中以及在至少在光学反射表面、非流体主体的第一表面和透明光学元件的第一侧和/或第二侧之间保持以上提及的对发散光线的有利限制。

光学元件可以是棱镜、板或块状元件或其他光学元件。光学元件可以由任何光学透明材料制成，诸如玻璃、聚合物、聚碳酸酯和其他塑料材料。第一侧和第二侧指的是被布置用于透射光(例如透射进入和离开光学元件)和/或反射光(例如通过反射表面)的光学透明侧。因此，至少第一侧和第二侧是旨在用于透射和/或反射光线(诸如应该被成像到图像传感器上的光线)的光学界面。光学组件可以是为成像目的特别配置的光学成像组件。

至少第一侧和第二侧中的任何一个可以具有平面表面或弯曲表面以提供光焦度。

光学反射表面被布置成将进入的光线偏转到与进入的光线的方向不同的方向。例如，光学反射表面可以相对于第一表面以45度的角度布置，使得垂直于第一侧的进入的光线被偏转90度。反射表面可以与光学元件分离，例如被配置为被布置成反射透射通过透明光学元件的光线的镜元件，或者可以是光学元件(诸如透明光学元件的反射涂覆表面)的一部分。有利地，光学组件可以例如经由前述互连的光学透明部件来配置，使得入射光和反射光仅通过具有大于空气的折射率的折射率的材料传播。有利地，入射光和反射光仅通过具有与非流体主体、透明光学元件和/或致动器部件的折射率相同或基本相同的折射率的材料传播。

互连的光学透明部件可以包括非流体主体、透明光学元件、致动器部件和/或其他透明光学部件，诸如粘合剂、透镜和其他部件(诸如棱镜)。有利地，在非流体主体具有与透明光学元件和/或致动器部件相同或基本相同的折射率的情况下，通过这些部件减小了光束发散。因此，其他透明光学部件也可以有利地具有与前述光学部件相同或基本相同的折射率，以减少发散和/或边界反射。

借助于致动器系统，可以影响非流体主体的第二表面以生成光学效果，诸如光学透镜效果和/或光线的光学偏转。

有利地，光学反射表面提供了光学组件的光轴的折叠，使得不同的光学部件可以以减小光学组件的大小或某些尺寸的方式放置。光轴的折叠可以实现更长的光学路径，使用沿光轴占据更多空间的光学部件和/或使用更多的光学部件，这可以改善光学特性，诸如成像质量。

有利地，非流体主体的第一表面邻接第一侧和第二侧中的一个，而非流体主体的第二表面邻接致动器部件。光学组件可以被配置成使得存在非流体主体的第一表面和第二表面分别与光学部件和致动器部件的相关侧的直接接触。另外，非流体主体可以具有与透明光学元件和/或致动器部件相同或基本相同的折射率，使得部件之间的边界处的反射被减少，并且使得不需要抗反射涂层。实际上，相同或基本相同的折射率可以包括相差小于例如25％或小于15％、10％或5％的折射率。在光学元件的第一侧、第二侧或第三侧中的任何一各上使用抗反射涂层的情况下，折射率可以相差超过25％。25％的差将以((1.5-1.5*1.25)/(1.5+1.5*1.25))^2＝((1.5*0.25)/(1.5*2.25))^2(即，在1％的范围内)的反射率结束。

致动器部件的位移可以包括平移，在该平移中致动器部件相对于透明可变形的非流体主体的第一表面平行地位移。在致动器部件是透明的并且非流体主体和致动器部件(分别是透明光学元件)的折射率不同(其实际上通常是这种情况)的示例中，非流体主体和致动器部件(分别是透明光学元件)之间的边界处的反射率构成光学腔或干涉仪，例如法布里-珀罗干涉仪。通过调节致动器部件的位移，并且从而调节两个反射边界之间的间隔，可以根据干涉仪的光学过滤器特性过滤透射通过法布里-珀罗干涉仪的光的光谱内容。这可以用于衰减特定波长范围的强度，以生成光谱分辨的图像。在另一示例中，在致动器部件包括反射表面的情况下，通过法布里-珀罗干涉仪反射的光的光谱内容可以以类似的方式被过滤。

根据这个第一方面，光学组件可以被被布置成使得非流体主体的第一表面邻接第一侧和第二侧中的一个，或者使得非流体主体被布置成使得第一表面接收经偏转的光线。

根据实施例，透明光学元件至少包括第一侧、第二侧和第三侧，其中第一侧和第二侧之间的角度小于180度，并且其中第三侧与第一侧和第二侧不平行，

-其中光学反射表面被布置成将透射通过第一侧的光线朝向第二侧偏转，以及

-其中包括第一表面和相对的第二表面的透明可变形的非流体主体被布置成使得非流体主体的第一表面邻接第一侧、第二侧和第三侧中的一个。

例如，光学元件可以呈具有平面的第一侧、第二侧和第三侧的棱镜的形式，或者其中第一、第二和第三侧中的一个或多个是弯曲的。

第一侧和第二侧之间的角度可以小于180度。第一侧和第二侧之间的角度的示例包括等于或基本等于30度、45度、60度或90度的值。在示例中，第一侧和第二侧之间的角度为90度，并且透明光学元件可以是直角棱镜。

第三侧与第一侧和第二侧不平行。在第三侧包括反射表面的情况下，经由第一侧透射到光学元件中的光线可以被第三侧反射。替代性地，经由第一侧透射到光学元件中的光线可以透射出第三侧，并且经由位于距第三侧一定距离处的反射表面(诸如镜)反射回来。

光学反射表面可以被形成在第三侧上或由第三侧构成，或者反射表面可以与光学元件分离，例如呈被布置成反射经由光学元件透射的光线的镜元件的形式。

至少第一侧、第二侧和第三侧中的任何一个可以具有平面表面或弯曲表面以提供光焦度。

类似于第一方面，非流体主体邻接或者可以接触第三侧、具有针对第一方面提及的相同的优点。因此，致动器部件可以被布置成具有与非流体主体结合的第三侧。

根据实施例，致动器部件是透明覆盖件构件。透明覆盖件构件可以是由玻璃、聚合物、聚碳酸酯、塑料或其他材料制成的板形构件。板形构件的相对表面可以是平面，或者相对表面中的一个或两个可以具有弯曲的表面。

透明覆盖件构件可以具有合适的刚度，以使得能够通过一个或多个致动器弯曲。替代性地，可以选择刚度，以在仅旨在进行位置和/或取向改变的情况下最小化弯曲。

有利地，透明覆盖构件可以提供光焦度的调节，以提供可调节的图像焦点。替代性地或附加地，透明覆盖件构件可以生成光束偏转，以在图像传感器上提供可调节的图像位置。这可以用于通过一个或多个致动器的适当电子控制来提供自动聚焦和/或图像稳定性。

根据实施例，非流体主体的第一表面邻接透明光学元件的第一侧或第二侧，并且一个或多个致动器被布置成使得能够弯曲透明覆盖件构件，使得非流体主体和透明覆盖件构件形成具有可调节的光焦度的透镜。

例如，一个或多个致动器可以被控制以生成透明覆盖件构件的位移，该位移具有沿着外圆周的相同方向的相等或相当大的位移幅度，以迫使透明覆盖件构件围绕光轴对称地向外或向内旋转弯曲。

根据实施例，非流体主体的第一表面邻接透明光学元件的第一侧或第二侧，并且一个或多个致动器被布置成使得透明覆盖件构件能够以不同的位移幅度和/或方向沿着圆周发生位移，使得透明覆盖件构件处的折射使得光线能够偏转可调节的角度。

有利地，可以通过生成具有不同位移幅度和/或方向的透明覆盖件构件的位移来使透明覆盖件构件倾斜。也可以确定不同的位移幅度，以提供光焦度和倾斜两者。因此，实施例可以被组合成使得一个或多个致动器被布置成实现透明覆盖件构件的位移和/或弯曲两者。

作为提供光焦度的替代或补充，致动器和相关联的控制系统可以被配置成实现透明覆盖件构件的弯曲，使得非流体主体和透明覆盖件构件生成散光或其他波前误差，例如为了校正其他光学部件的波前误差的目的。

根据实施例，致动器部件包括光学反射表面，并且非流体主体的第一表面邻接透明光学元件的第三侧，并且一个或多个致动器被布置成使得致动器部件能够沿着圆周发生位移。

致动器部件的位移可以包括在沿着圆周的致动点处具有不同位移幅度和/或方向的位移，使得光学反射表面使得能够使光线偏转可调节的角度。

有利地，通过施加不同的位移幅度和/或位移的方向，致动器部件可以用作具有可调角度的反射器，以提供朝向透明光学部件的第二侧反射的光线的传播方向的调节。特别地，将反射器的取向调节某一角度生成反射光线的反射器的、调节角度的两倍的角度校正。因此，镜提供了调节图像光线的方向的有效的方式，并可用于光学图像稳定。

替代性地，致动器部件的位移可以包括在沿着圆周的致动点处相同方向上具有相等或基本相等位移幅度的位移，使得光学反射表面仅仅相对于透明可变形的非流体主体的第一表面平移，例如平行地位移。

两个反射表面(致动器部件的反射表面和非流体主体的第一表面和光学透明部件的第三侧之间的折射反射边界)构成光学腔或干涉仪，例如法布里-珀罗干涉仪。因此，通过调节两个反射表面之间的距离，可以根据干涉仪的光学过滤器特性过滤透射通过法布里-珀罗干涉仪的光的光谱内容。这可以用于衰减特定波长范围的强度，以生成光谱分辨的图像。

非流体主体仅仅夹在致动器部件和第三侧之间，使得致动器部件及其反射表面可以被布置成与第三侧基本平行。然而，其他非平行配置也是可能的。

根据实施例，光学组件包括两个或更多个非流体主体，其中非流体主体中的每个的第一侧邻接第一侧、第二侧和第三侧中的相应侧，并且其中两个或更多个致动器系统与相应的非流体主体一起布置。

例如，一个非流体主体和具有反射器表面的相关联的致动器部件可以与第三侧一起布置以提供反射光线的角度调节；并且另一非流体主体和相关联的可弯曲致动器部件(在此是透明覆盖件构件)可以与第二侧或第一侧一起布置以提供光焦度调节。

在另一示例中，一个非流体主体和相关联的致动器部件(在此是透明覆盖件构件)可以与第一侧、第二侧或第三侧中的任何一个布置在一起以提供折射光线的角度调节；并且另一非流体主体和相关联的可弯曲致动器部件(在此是透明覆盖件构件)可以与第二侧或第一侧一起布置以提供光焦度调节。

因此，根据实施例，非流体主体中的一个被夹在第一侧或第二侧和致动器系统中的一个所包括的透明覆盖件构件之间，并且非流体主体中的另一个被夹在第三侧和致动器系统中的另一个所包括的致动器部件的光学反射表面之间。

根据实施例，致动器系统包括一个或多个致动器，其中每个致动器可以是磁电机、线性电机、步进电机、薄压电膜致动器、电容性致动器或体压电致动器，或者其中一个或多个致动器系统的致动器可以是所述致动器类型的组合。

有利地，在两个或更多个致动器的情况下，致动器可以是单独可控的，以生成致动器部件的取向调节，

根据实施例，致动器系统包括环形致动器，致动器部件被布置成通过环形致动器的致动而经历弯曲，并且环形致动器允许光线透射通过环形致动器的内部部分。

根据实施例，透明光学元件的第三侧包括光学反射表面。例如，第三侧可以设置有反射涂层，诸如金属涂层，以获得反射表面。

根据实施例，高度小于7.5mm，诸如小于4.9mm，诸如小于4.5mm，诸如小于4.0mm，诸如小于3.5mm，诸如小于3.0mm，诸如小于2.8mm。高度通常被理解为光学组件在垂直于第一表面的方向上的最大延伸。

根据实施例，透明光学元件是整体式的，即光学元件由单种材料制成。单种材料元素可以降低生产成本。然而，透明光学元件也可以由两种或更多种不同的材料制成。

根据实施例，透明光学元件是棱镜。

根据实施例，第三侧平行于或基本平行于光学反射表面。当反射表面形成在第三表面上或者是第三表面的一部分上时，显然就是这种情况。当反射表面与透明光学元件分离时，它们不需要平行，而是可以平行或基本平行。

根据实施例，光学反射表面提供部分反射。有利地，反射表面可以是透射入射光强度的一部分的部分反射器。所透射的光可以通过光学传感器进行测量，用于各种目的。

本发明的第二方面涉及包括根据第一方面的光学组件的相机模块。

根据第二方面的实施例，相机模块的覆盖件玻璃包括透明光学元件。有利地，透明光学元件可以用作覆盖件玻璃，使得第一侧形成相机模块中的外部窗口。替代性地，透明光学元件的第一侧可以由薄透明板保护，诸如可更换的保护性窗口。

根据第二方面的实施例，相机模块包括用于控制致动器系统以便实行光学图像稳定和/或图像聚焦的处理器。

根据第二方面的实施例，图像传感器被布置成接收透射通过透明光学元件的第二侧透射的光线。应当理解的是，可以在图像传感器和第二侧或透明覆盖件构件(即光学组件的输出)之间布置另外的光学部件，诸如透镜或透镜的组件。

本发明的第三方面涉及一种用于制造根据第一方面的光学组件的方法，所述方法包括：

-提供至少具有第一侧和第二侧的透明光学元件，

-提供光学反射表面，该光学反射表面被布置成使透射通过第一侧的光线偏转，

-提供透明可变形的非流体主体，该透明可变形的非流体主体包括第一表面和相对的第二表面，其中光学反射表面(102a、102b、102c)、非流体主体的第一表面(131)和透明光学元件(101)的第一侧(111)和第二侧(112)通过一个或多个互连的光学透明部件连接，并且其中整个连接部的折射率大于空气的折射率，以及

-提供致动器系统，该致动器系统包括一个或多个致动器和被布置成通过一个或多个致动器而经受弯曲和/或发生位移的致动器部件，其中致动器部件的侧部邻接非流体主体的第二表面。

因此，借助于致动器系统，非流体主体的第二表面的形状、方向和/或平行位移的位置可以通过致动器的致动而改变

本发明的第四方面涉及一种包括根据第二方面的相机模块的电子设备，其中该电子设备是以下中的任一个：

a.电话，诸如智能电话，

b.手表，诸如智能手表，

c.平板电脑，诸如

d.笔记本电脑，以及

e.相机。

本发明的第五方面涉及包括根据第二方面的相机模块的电子设备用于获得图像的用途。

一般而言，本发明的各个方面和实施例可以在本发明的范围内以任何可能的方式组合和耦合。参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面、特征和/或优点将变得显而易见并被阐明。

附图说明

将参照附图仅作为示例描述本发明的实施例，在附图中

图1A示出了包括透明光学元件的光学组件的示例，

图1B示出了由于光学元件的有利的光束限制，

图1C示出了具有弯曲侧的透明光学元件的示例，

图2A示出了光学组件的替代性实施例，其中透明光学元件具有被布置成透射或反射接收的光的至少三个主侧，

图2B示出了配置有光学组件的电子设备的原理草图，

图3A至图3E示出了不同的致动器配置以及由于致动器效应导致的致动器部件的变形、倾斜和位移，

图4A示出了光学组件的另一替代性配置，

图4B示出了透明光学元件的示例，以及

图5示出了反射和透射特性。

具体实施方式

图2B示出了电子设备200(诸如智能电话、平板电脑或膝上型电脑的一部分或其他设备)的截面图。设备200包括光学组件100，该光学组件被布置成经由孔口220接收光，并且将所接收的光的光线偏转到传播方向，例如允许经偏转的光沿着电子设备的细长方向传播的传播方向。设备200的细长长度可以显著长于设备的厚度，其中厚度在垂直于或基本垂直于孔口220的平面的方向上延伸。

光学组件100形成相机模块210的一部分，该相机模块还可以包括被布置成接收经偏转的光的图像传感器201和可选地透镜202或被布置在经偏转的光的路径中的其他光学部件。

可能期望的是减小电子设备200的厚度。这可能需要光学组件100的厚度T的相对应的减小，并且相机模块210可以包含在电子设备200的边界内。因此，没有光束折叠的配置可能太长而不能实现纤薄设计。另一方面，偏转器的使用增加了复杂性，并且由于增加的公差可能降低图像质量。

图1A示出了包括透明光学元件101的光学组件100的示例。光学元件可以是固体透明元件，其至少包括第一、第二和第三侧111至113。侧部111至113中的任何一个可以形成平面表面或弯曲表面，例如如图1C所示。弯曲表面可以由平面侧111至113构成，例如，向内或向外的弯曲的表面可以被形成在平面侧的一部分上。例如，这些侧部中的任何一个上的弯曲表面可以提供光学折射(该光学折射取决于光线的入射角)，即光焦度，例如一提供光学聚焦或扩散效果。第一、第二和第三侧111至113中的全部可以形成平面，即，使得光学元件101构成棱镜。光学元件的第一、第二和第三侧可以包括弯曲侧和平面侧的任意组合。在这个示例中，第一侧111和第二侧112之间的角度小于180度，例如90度，并且第三侧113与第一侧和第二侧不平行。如所示出的那样，光学元件101可以是直角棱镜。尽管棱镜通常被理解为具有平面侧，但是在本文献中，应当理解的是棱镜可以包括弯曲表面。

光学组件100还包括被布置成使透射通过第一侧111的光线121偏转的光学反射表面102a、102b、102c。反射表面(即镜)可以被布置在第三表面113上作为反射表面102a，或者被布置在致动器部件181的表面上，即被布置在面对光学透明元件101的表面上作为反射表面102b，或者被布置在相对的表面上作为反射表面102c。为了方便起见，由于可以使用反射表面102a、102b、102c中的任一个，所以当反射表面102可以是反射表面102a、102b、102c中的任何一个时，或者当从上下文中清楚反射表面的类型指的是什么时，使用对广义反射表面102的引用。

反射表面102也可以设置在其他元件上，诸如另一棱镜或其他镜元件。反射表面102可以包括涂覆在光学部件101或致动器部件181的表面上的金属层。因此，反射表面102可以平行于或基本平行于第三侧113。

致动器部件181、182本身可以是具有平行表面的板形，或者致动器部件可以是弯曲的。可以实现弯曲配置，因为主要相对表面中的一个或两个是弯曲的。因此，作为致动器部件181或第三侧113的表面的反射表面102可以是弯曲的。

因此，透明元件的配置中的致动器部件181、182可以被配置为提供折射光焦度，或者镜元件的配置中的致动器部件181、182可以被配置为提供反射光焦度。

进一步，致动器部件181、182(诸如面向光学部件101的侧部)可以被配置有除了镜功能之外的光学功能。因此，致动器部件181、182可以被配置有光栅、微透镜或纳米结构压印表面，以对透射或反射光的至少一部分进行整形，使得这可以用于其他目的，例如光学部件的反馈回路控制、光参数的感测和其他目的。在示例中，致动器部件181、182或镜表面102的镜配置可以被配置为分色镜，以提供光谱带通滤波器。

致动器部件和至少第一、第二和第三侧中的任何一个的可能弯曲表面可以在一个维度或两个维度上弯曲。

根据实施例，光学反射表面102被配置为部分反射器，使得光强度的一部分透射通过反射表面。该部分透射光可以由光学传感器测量，并用于控制致动器系统180。部分反射器的应用是基于透射通过部分反射镜的光强度提供反馈回路，其中透射光可以被测量并与反馈回路的参考进行比较，以便控制透镜聚焦或镜倾斜。

光学组件100还包括透明可变形的非流体主体130，诸如弹性聚合物材料。非流体主体130包括第一表面131和相对的第二表面132。第一表面邻接，即接触第一、第二或第二侧111至113中的一个。替代性地，非流体主体130或多个这种主体130中的一个或多个可以被布置为不接触第一、第二或第三侧111中113中的任何一个的分离部件。

可变形非流体主体透镜主体优选地由弹性材料制成。由于透镜主体是非流体主体，所以不需要紧密的外壳来固持透镜主体，并且没有泄漏的风险。在优选实施例中，透镜主体由软聚合物制成，该软聚合物可以包括多种不同的材料，诸如硅酮、聚合物凝胶、交联或部分交联聚合物的聚合物网络、以及可混溶的油或油的组合。非流体透镜主体的弹性模量可以大于300Pa，从而避免在正常操作中由于重力导致的变形。非流体透镜主体的折射率可以大于1.3。

使用软聚合物使得可以生产聚合物与空气接触的透镜，因此当调节透镜的焦距时需要更小的力。它还简化了生产，因为即使不同的生产步骤位于不同的位置或设施，聚合物也将保持在适当的位置。如上所述提及那样，还可以提供可压缩气体的泄漏通道或气泡，以减小调节透镜所需的力，并减小由环境中的温度和压力波动引起的应变。

光学组件100还包括致动器系统180，该致动器系统包括一个或多个致动器185和致动器部件181、182。致动器部件181、182是柔性的，并且具有合适的刚度，以使得能够通过致动器185的致动弯曲。致动器部件可以被配置为透明或不透明的元件，诸如板状元件。致动器部件181可以是金属、玻璃或塑料元件，或者它可以由其他材料制成。替代性地或附加地，致动器部件181、182被布置成通过致动器185的致动而发生位移。因此，致动器部件可以具有这样的刚度，该刚度使得能够弯曲，但是也足够硬以使得能够通过致动器的致动而平移。为了获得足够的刚度，致动器部件可以包括诸如加强环的加强元件，并且致动器可以被布置成作用在加强元件上。在所示的实施例中，致动器部件的侧部邻接，即接触非流体主体的第二表面132。非流体主体130具有弹性并且可变形，使得当致动器部件经历弯曲和/或发生位移时，第二表面132保持与致动器部件的所述侧部接触。因此，非流体主体的第二表面132的形状和/或取向可以通过致动器的致动而改变。

非流体主体130及其相关联的致动器系统180可以布置有第一、第二或第三第二侧111至113中的任何一个或多个。

例如，当非流体主体130和致动器系统180被布置成具有第三表面时，致动器部件181可以具有反射表面(即提供部分或全部反射的镜表面)，该反射表面接触非流体主体130的第二表面132，或者被布置在致动器部件181的相对侧上，该致动器部件可以是透明元件，例如玻璃板。因此，可以通过使用致动器185控制致动器部件181相对于第三表面113的取向来控制入射光线的偏转的角度。

受控的光线偏转可以用于提供光学图像稳定，即补偿光学成像期间电子设备200的抖动。

如可以通过使用反射定律获得的那样，镜表面102的这种布置生成光线偏转的最终变化与致动器部件181的角度的变化之比的两倍放大。

替代性地或附加地，非流体主体130和致动器系统180可以布置有第一或第二表面。在这种情况下，致动器部件181是透明致动器部件182。致动器部件可以被布置成通过致动器185的致动而变形以获得球形或非球形表面(优选地围绕光轴旋转对称)(为方便起见，致动器未被示出具有第一侧111)。光轴(未示出)是限定光沿着其传播通过光学组件的路径的线。以这样的方式，光线在透明致动器部件182的外表面处的折射提供了可调节的光焦度，该可调节的光焦度可以用于调节由非流体主体130和致动器部件182形成的透镜的焦距。可节的光焦度可以用于提供可变焦距和提供相机模块210的自动聚焦。

非流体主体130可以具有等于、基本上等于或接近光学元件101和/或致动器部件181、182的折射率的折射率。被布置成连接例如光学透明部件101与非流体主体130或本文描述的其他光学元件的其他光学透明部件也可以具有等于、基本上等于或接近非流体主体130或其他部件的折射率的、且高于空气的折射率的折射率。以这样的方式，透射通过互连的光学部件的光可以经历更少的反射损失和更少的发散。

一个或多个致动器可以由电子电路和/或数字处理器控制，以便生成光焦度或偏转的期望变化。该控制可以是基于与期望的光学变化或光学结果相关的输入信号的前馈控制，或者该控制可以是反馈控制，在该反馈控制中与期望的光学变化或结果相关的输入信号与实际变化或结果的测量信号进行比较。处理器可以由光学组件100或相机模块210构成。例如，处理器可以被编程为基于来自2D或3D运动传感器的输入来控制光学图像稳定和/或自动聚焦模式中的致动器，这些2D或3D运动传感器被布置为测量致动器部件181、182的运动和/或通过光学组件100所包括的聚焦检测器来测量聚焦水平。聚焦检测器可以是主动或被动的，诸如相位检测或对比度检测自动聚焦传感器。致动器185可以被布置成仅通过围绕一个轴线倾斜致动器部件来提供一个维度上的光学图像稳定，或者通过围绕多达两个轴线倾斜致动器部件来提供两个维度上的光学图像稳定。

附加地，可以控制一个或多个致动器来提供受控的光束转向，例如在其中光学组件被配置用于在图像投影设中使用备并且其中致动器元件181的镜的聚焦/光焦度和/或倾斜被控制以便获得稳定且聚焦的图像投影的应用中。

图1B示出了通过使用光学元件101获得的有利效果。由于光学元件101的高于周围环境(例如空气)的折射率的折射率，当光线在光学元件内传播时，以不同于0度(也就是说，使得光线与第一表面111成不同于90度的角度)的入射角撞击第一表面111的光线122的入射角将减小。因此，光线的扩散由于折射而减少。与光线121、122在空气中传播的情况相比，这具有第三侧113的所需面积以及第二侧112的面积被减小的效果。结果，致动器系统180的高度(即沿着致动器部件181、182的纵向尺寸的高度)可以被减小，例如减小到低于7.5mm的高度，诸如低于4.9mm或4.5mm。因此，与使用其中光在空气中传播的镜相比，使用诸如棱镜的光学元件来生成光束折叠是有利的。

因此，即使反射表面和光学部件可能增加复杂性并可能降低图像质量，致动器系统180与反射表面和光学部件的组合增加了诸如聚焦和/或偏转调节功能的功能。致动器系统和非流体主体可以以不同的方式与光学元件一起使用，该光学元件利用侧部111至113的存在来实现聚焦和/或光束偏转特性。

进一步，在结合光学元件的情况下，减小了光束扩展，使得非流体主体130和致动器部件181、182的侧向大小被最小化。

图2A示出了光学组件100的替代性实施例，其中透明光学元件101至少包括第一侧和第二侧，并且其中第一侧和第二侧可以平行或基本平行。第一侧111可以构成被布置成接收光的输入孔口，并且第二侧112可以构成被布置成朝向镜或反射表面102发射光的输出孔口。例如，光学元件101可以呈透明玻璃或塑料材料的板或块的形式。有利地，图2A中的光学元件101提供了减少光线的扩散方面的、与结合图1B描述的相同的有利效果。

反射表面102可以由与光学元件101隔离布置的镜构成，或者优选地，反射表面被布置在具有与光学元件101的第二侧112接触的侧部的棱镜或其他光学固体元件201的表面上。光学固体元件201是透明的。

因此，光学固体元件201是互连光学透明部件的示例，该互连光学透明部件被布置成连接反射表面102与非流体主体130和透明光学元件101，使得从透明光学元件101的第二侧112透射到非流体主体130的第一表面131的光在整个连接部中经历大于空气的折射率的折射率，并且优选地经历在光学部件之间的界面处不显著变化的折射率。

致动器系统180和相关联的非流体主体130可以与第一侧和第二侧111、112中的任何一个或多个一起布置，与光学固体元件201的成角度的表面或者光学固体元件201的与第一侧和第二侧111、112垂直的表面一起布置。替代性地或附加地，致动器系统180和相关联的非流体主体130可以与光学元件101或光学固体元件201中的任何一个分离布置。

考虑到透明光学元件101作为第一透明光学元件，光学固体元件201可以被称为第二透明光学元件201。

其中透明光学元件101和光学固体元件201被布置成使得各个部件的侧部进行接触(例如通过使用合适的透明粘合剂)的示例对于获得具有反射表面和用于接收和输出光线121的输入和输出侧的透明光学元件可能是有利的。

因此，透明光学元件101可以呈单个光学元件的形式，或者可以包括两个或更多个透明光学元件。

图4A示出了光学组件100的替代性配置，其中透明光学元件101是具有至少第一侧和第二侧的元件，诸如具有相对的、平行的或非平行的第一侧和第二侧的透明光学元件，并且其中光学组件100包括光学固体元件201。在这个示例中，光学固体元件201是具有反射表面的棱镜，该反射表面被布置成将经由垂直侧中的一个接收的光线121朝向另一垂直侧偏转。透明可变形的非流体主体130夹在光学固体元件201的被布置成接收光的侧部和透明光学元件101的第二侧112之间。与所述可变形非流体主体130(未示出)相关联的致动器系统180可以被布置成影响光学固体元件201(替代性地透明光学元件101)的取向，以便提供光束偏转调节功能。因此，在这个示例中，光学固体元件201(替代性地透明光学元件101)构成致动器部件。

替代性地，夹在光学固体元件201和透明光学元件101之间的透明可变形的非流体主体130可以作为被动非流体主体130(即没有相关联的致动器)应用。

夹在光学固体元件201和透明光学元件101之间的透明可变形的非流体主体130可以是与致动器部件181、182结合使用的相同的非流体物质，或者它可以是另一透明粘合剂。夹在光学固体元件201和透明光学元件101之间的非流体主体130可以用于提供光学固体元件201和透明光学元件101之间的折射率匹配以允许元件201和透明光学元件101的公差(例如定位公差)，并且可以以用于提供与元件之间的空气间隙相比的较高折射率光学路径。

被布置成接收由光学固体元件201透射的反射光的非流体主体130可以被布置成邻接光学固体元件201的侧部，并且可以经由互连的光学透明部件连接到光学固体元件201。

图4B示出了光学元件101的示例，该光学元件具有与板形元件402相结合的棱镜401的形状。棱镜401和板形元件402可以胶合在一起，或者该元件可以被形成为整体式光学元件，例如形成为模制塑料元件。第一侧111可以形成相机的入口窗口，例如电子设备200中相机的入口窗口。第二侧112可以具有如本文其他示例中所述的功能。第三侧113用于通过根据本文中的示例配置的光学反射表面102(图4B中未示出)提供光束偏转。

根据本发明的实施例，光学反射表面、非流体主体的第一表面和透明光学元件的第一侧和第二侧通过一个或多个互连的光学透明部件连接，并且其中整个连接部的折射率大于空气的折射率。看出的是，本实施例由图2A的实施例支持，其中非流体主体130和光学元件101被布置成接触光学固体元件201。本实施例还由图4A和图4B的实施例支持，其中非流体主体130被布置成接触光学固体元件201。这个实施例类似地由图1A中的实施例支持。

图3A示出了致动器部件181、182的俯视图，其中致动器185包括环形致动器，诸如被布置成生成致动器部件181、182(特别是透明部件181)的弯曲的环形压电元件。

图3B示出了致动器部件181、182的俯视图，其中致动器系统180包括两个或多个单独可控的致动器185。这种单独可控的致动器可以由磁电机、线性电机、步进电机、薄压电膜致动器、电容性致动器或体压电致动器构成，包括它们的组合。显然，不同的致动器系统180可以被配置有不同类型的环形致动器185或单独可控的致动器185。例如，被布置成生成致动器部件181、182的弯曲的一个致动器系统180可以包括环形压电元件，而被布置成生成致动器部件181、182的位移的另一致动器系统180可以包括被布置成在平行于或基本平行于光轴的方向上生成位移的单独可控的致动器。

图3C示出了致动器部件181、182弯曲的示例。弯曲可以通过致动器185中的任何一个获得，包括被布置成例如沿着致动器部件181、182的圆周在相同方向上提供力(替代性地扭矩)的单独可控的致动器。

图3D示出了改变致动器部件181、182的取向和/或位置的示例。这可以通过控制单独可控的致动器沿着致动器部件181、182的圆周在相同方向上提供不同的力或位移，或者通过控制可控的致动器沿着致动器部件181、182的圆周在不同的(例如相反的)方向上提供力或位移来实现。

如图3E所示，主要示出的单独可控的致动器185可以被定位在致动器部件181、182与光学元件101的侧部111至113中的一个之间，以减小透镜组件100的整体尺寸。

例如，可单独控制的致动器可以被配置为音圈，即包括可相对于彼此线性位移的磁体和线圈的线性电磁电机。线性位移可以通过控制被供应给线圈的电流来控制。致动器的可位移端可以被布置成与致动器部件181、182接合，而致动器的静止部分可以是光学组件100的固定支撑框架或诸如光学元件101的其他静止部分。

根据另一示例，单独可控的致动器可以被配置为悬臂梁致动器，其中梁的自由端提供线性或基本线性的位移。该梁可以被配置为双晶片压电悬臂梁，使得可以通过控制供应给(多个)压电元件的电流来控制位移。梁的与自由端相对的端可以固定到光学组件100的支撑框架或其他静止部件。梁可以被布置成使得它们在与自由端连接致动器部件181、182的点相切的方向上延伸。

可以以同步的方式控制三个或更多个单独可控的致动器185，以改变致动器部件181、182的形状和/或取向，从而实现期望的光学效果。例如，全部致动器可以被寻址以在相同方向上施加力，从而沿着光轴向前或向后移动致动器部件181、182的圆周部分。以这样的方式，可以调节由致动器部件181、182提供的光焦度。根据致动器系统180的另一功能，致动器185可以被寻址以向致动器部件施加沿着致动器部件的圆周变化的不同的力(包括不同的方向和/或幅度)。这种致动可以生成致动器部件的倾斜，而不会显著改变致动器部件的光焦度。另外，这种致动可以生成致动器部件的倾斜和致动器部件的光焦度方面的变化两者，即，弯曲和取向/位置的变化的组合，如图3C和图3D所示。

呈诸如环形压电元件的环形致动器形式的致动器185被布置成以光轴301为中心，使得压电环的孔允许透射光线121。通过向压电环供应电流，或者通过另一环形致动器的电激励，环切向收缩或扩张，相对于光轴301基本上旋转对称地收缩或扩张。所生成的力被传递到致动器部件181、182，这导致致动器部件在向内或向外的方向上弯曲，并且从而产生或调节包括致动器部件和非流体弹性部件130的透镜的光焦度。

图3E示出了非流体主体的第一表面131和第二表面132之间的距离d，即第一、第二或第三侧111至113中的任何一个与致动器部件181、182的面向非流体主体130的表面之间的距离。距离d可通过致动器185及其控制来控制，例如以100至1000nm之间的间隔或以0.1μm至500μm(微米)之间的间隔(诸如在1μm至500μm之间或在10μm至500μm之间的间隔)进行控制。

在示例中，在致动器部件181、182是平面并且第一、第二或第三侧111至113也是平面的情况下，第一表面131和第二表面132之间的腔构成法布里-珀罗干涉仪。因此，法布里-珀罗干涉仪的反射边界之间的间隔d可以通过一个或多个致动器185进行调节。

在第一示例中，致动器部件181、182是透明的。第一表面131和透明光学元件101的第一、第二或第三侧111至113之间的边界具有反射率R1，并且第二表面132和致动器部件之间的边界具有反射率R2，这些反射率根据致动器部件的折射率n1、非流体主体的n2和透明光学元件101的n3的差给出，即n1≠n2并且n3≠n2。在这个示例中，法布里-珀罗干涉仪是透射法布里-珀罗干涉仪。

在第二示例中，致动器部件181包括构成法布里-珀罗干涉仪的反射边界中的一个的反射表面102b、102c。法布里-珀罗干涉仪的另一个反射边界由第一表面131和第三侧113之间的边界构成。在这个示例中，法布里-珀罗干涉仪是反射法布里-珀罗干涉仪。

图5示出了如何使用法布里-珀罗干涉仪来获得可调节的过滤器效果，其中可以根据干涉仪的光学过滤器特性来过滤由法布里-珀罗干涉仪透射或反射的光的光谱内容。

在法布里-珀罗干涉仪包括透明致动器部件181、182的示例中，光谱透射由具有宽度δλ的曲线501给出。曲线501外的波长λ的透射光的强度被衰减(即透射系数T较低)，而曲线501内的波长的透射光的强度经历更高的透射系数。宽度δλ以某种方式取决于反射率R1和R2的乘积，使得乘积R1xR2的较低值给出较高的宽度δλ，并且乘积R1xR2的较高的值给出较窄的宽度δλ。

曲线501的峰的光谱位置取决于距离d。因此，通过调节距离d，可以调节曲线501的光谱位置，并且从而调节透射或反射波长的选择。

在示例中，第一表面131和第二表面132的边界处的反射率大约各为46％。在具有这些反射率的情况下，宽度δλ约为100nm。第一表面131和第二表面131之间的距离d可以从258nm或更小调节到387nm或更大。在258nm距离处，曲线501的峰位于大约400nm处。在287nm距离处，曲线501的峰位于大约600nm处。因此，100nm波段内的波长的透射可以在从400至600nm的间隔内偏移。46％的反射率或其他相对高的反射率可以通过在第一、第二和第三侧111至113中的任何一个上和/或在致动器部件181、182的邻接非流体主体130的表面(替代性地在板形致动器部件181、182的相对表面)上沉积金属或介电材料来实现。

如上所提及那样，还可以通过折射率方面的差异来实现法布里-珀罗干涉仪的反射率，但是具有显著低于46％的反射率。

在其中致动器部件181具有镜表(即反射表面102b、102c)的示例中，光谱反射特性由曲线502给出。为了方便起见，曲线502仅在400nm的位置处被示出，但是可以被偏移到600nm的位置。因此，在法布里-珀罗干涉仪的反射模式中，曲线502外的波长λ的反射光的强度没有显著衰减(即反射系数R较高)，而曲线502内的波长λ的透射光的强度经历衰减效应，即反射系数R较低。

尽管已经结合特定实施例描述了本发明，但本发明不应被解释为以任何方式局限于所呈现的示例。本发明的范围将根据所附权利要求进行解释。在权利要求的上下文中，术语“包括(comprising或comprises)”不排除其他可能的元件或步骤。而且，提及诸如“一”或“一个”等的参考不应被解释为排除复数。权利要求中关于图中指示的元件的附图标记的使用也不应被解释为限制本发明的范围。另外，在不同权利要求中提及的各个特征可以可能地被有利地组合，并且在不同权利要求中提及这些特征不排除特征的组合是不可能的和有利的。

Claims (25)

1.一种光学组件(100)，包括：

-至少具有第一侧(111)和第二侧(112)的透明光学元件(101)，

-光学反射表面(102a，102b，102c)，所述光学反射表面被布置成使透射通过所述第一侧的光线(121)偏转，

-透明可变形的非流体主体(130)，所述透明可变形的非流体主体包括第一表面(131)和相对的第二表面(132)，其中所述光学反射表面(102a、102b、102c)、所述非流体主体的所述第一表面(131)和所述透明光学元件(101)的所述第一侧(111)和所述第二侧(112)通过一个或多个互连的光学透明部件连接，并且其中整个连接部的折射率大于空气的折射率，以及

-致动器系统(180)，所述致动器系统包括一个或多个致动器(185)和被布置成通过所述一个或多个致动器而经受弯曲和/或发生位移的致动器部件(181，182)，其中所述致动器部件的侧部邻接所述非流体主体的所述第二表面(132)。

2.根据权利要求1所述的光学组件(100)，其中所述一个或多个互连的光学透明部件具有相同或基本相同的折射率。

3.根据前述权利要求中任一项所述的光学组件(100)，其中所述一个或多个互连的光学透明部件包括所述非流体主体(130)和所述透明光学元件(101)，其中所述非流体主体(130)具有与所述透明光学元件(101)和/或所述致动器部件(181，182)相同或基本相同的折射率。

4.根据前述权利要求中任一项所述的光学组件(100)，

-其中所述透明光学元件(101)至少包括所述第一侧、所述第二侧和第三侧(111至113)，其中所述第一侧和所述第二侧之间的角度小于180度，并且其中所述第三侧与所述第一侧和所述第二侧不平行，

-其中所述光学反射表面(102a，102b，102c)被布置成使透射通过所述第一侧的光线(121)朝向所述第二侧(112)偏转，并且

-其中包括所述第一表面(131)和所述相对的第二表面(132)的所述透明可变形的非流体主体(130)被布置成使得所述非流体主体的所述第一表面邻接所述第一侧、所述第二侧和所述第三侧中的一个。

5.根据前述权利要求中任一项所述的光学组件，其中所述致动器部件(181)是透明覆盖件构件(182)。

6.根据权利要求5所述的光学组件，其中所述非流体主体的所述第一表面(131)邻接所述透明光学元件的所述第一侧(111)或所述第二侧(112)，并且其中所述一个或多个致动器被布置成使得能够弯曲所述透明覆盖件构件，使得所述非流体主体和所述透明覆盖件构件形成具有可调节的光焦度的透镜。

7.根据权利要求5至6中任一项所述的光学组件，其中所述非流体主体的第一表面(131)邻接所述透明光学元件的所述第一侧(111)或所述第二侧(112)，并且其中所述一个或多个致动器被布置成使得所述透明覆盖件构件能够以不同的位移幅度和/或方向沿着圆周发生位移，使得所述透明覆盖件构件(182)处的折射使光线能够偏转可调节的角度。

8.根据前述权利要求中任一项所述的光学组件，其中所述致动器部件(181)包括所述光学反射表面(102a，102b)，并且其中所述非流体主体的所述第一表面(131)邻接所述透明光学元件的第三侧(113)，并且其中所述一个或多个致动器被布置成使得所述致动器部件能够沿着圆周发生位移。

9.根据前述权利要求中任一项所述的光学组件，包括

-两个或更多个非流体主体(130)，其中所述非流体主体中的每个的所述第一侧(131)邻接所述第一侧、所述第二侧和第三侧(111至113)中的相应侧，以及

-两个或更多个致动器系统(180)，所述两个或更多个致动器系统与相应的非流体主体一起布置。

10.根据权利要求9所述的光学组件，其中所述非流体主体中的一个夹在所述第一侧(111)或所述第二侧(112)和所述致动器系统中的一个所包括的所述透明覆盖件构件(182)之间，并且

其中所述非流体主体中的另一个被夹在所述第三侧(113)和所述致动器系统中的另一个所包括的致动器部件(181)之间。

11.根据前述权利要求中任一项所述的光学组件，其中所述致动器系统包括一个或多个致动器，其中每个致动器能够是磁电机、线性电机、步进电机、薄压电膜致动器、电容性致动器或体压电致动器，或者其中一个或多个致动器系统的致动器能够是所述致动器类型的组合。

12.根据前述权利要求中任一项所述的光学组件，其中所述致动器系统包括环形致动器，其中所述致动器部件被布置成通过所述环形致动器的致动而经历弯曲，并且其中所述环形致动器允许光线透射通过所述环形致动器的内部部分。

13.根据前述权利要求中任一项所述的光学组件，其中所述透明光学元件的第三侧(113)包括所述光学反射表面(102a)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的光学组件，其中所述光学组件(100)的厚度(T)小于7.5mm，诸如小于4.9mm，诸如小于4.5mm，诸如小于4.0mm，诸如小于3.5mm，诸如小于3.0mm，诸如小于2.8mm。

15.根据前述权利要求中任一项所述的光学组件，其中所述透明光学元件(101)是整体式的。

16.根据前述权利要求中任一项所述的光学组件，其中所述透明光学元件(101)是棱镜。

17.根据权利要求4至16中任一项所述的光学组件，其中所述第三侧(113)平行于或基本平行于所述光学反射表面(102a，102b，102c)。

18.根据权利要求4至17中任一项所述的光学组件，其中所述光学反射表面(102a，102b，102c)提供部分反射。

19.一种相机模块(210)，其包括根据权利要求1至18中任一项所述的光学组件(100)。

20.根据权利要求19所述的相机模块，其中所述相机模块的覆盖件玻璃包括所述透明光学元件(101)。

21.根据权利要求19至20中任一项所述的相机模块，其中所述相机模块包括用于控制所述致动器系统(180)以便实行光学图像稳定和/或图像聚焦的处理器。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的相机模块，其包括图像传感器(201)，其中所述图像传感器被布置成接收透射通过所述透明光学元件(101)的所述第二侧(112)的光线(121)。

23.一种用于制造根据权利要求1至18中任一项所述的光学组件的方法，所述方法包括：

-提供至少具有第一侧(111)和第二侧(112)的透明光学元件(101)，

-提供光学反射表面(102a，102b，102c)，所述光学反射表面被布置成使透射通过所述第一侧的光线(121)偏转，

-提供透明可变形的非流体主体(130)，所述透明可变形的非流体主体包括第一表面(131)和相对的第二表面(132)，其中所述光学反射表面(102a、102b、102c)、所述非流体主体的所述第一表面(131)和所述透明光学元件(101)的所述第一侧(111)和所述第二侧(112)通过一个或多个互连的光学透明部件连接，并且其中整个连接部的折射率大于空气的折射率，以及

-提供致动器系统(180)，所述致动器系统包括一个或多个致动器(185)和被布置成通过所述一个或多个致动器而经受弯曲和/或发生位移的致动器部件(181，182)，其中所述致动器部件的侧部邻接所述非流体主体的所述第二表面(132)。

24.一种电子设备(200)，其包括根据权利要求17至20中任一项所述的相机模块(210)，其中所述设备是以下中的任一个：

f.电话，诸如智能电话，

g.手表，诸如智能手表，

h.平板电脑，诸如

i.笔记本电脑，以及

j.相机。

25.一种包括根据权利要求19至22中任一项所述的相机模块的电子设备用于获取图像的用途。

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