CN113589468B - 光学系统、摄像头模组及电子设备 - Google Patents

光学系统、摄像头模组及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光学系统、摄像头模组及电子设备。光学系统包括沿光轴间隔设置的第一透镜组与第二透镜组；第一透镜组具有相背的第一表面与第二表面，第一透镜组可转动以在第一状态和第二状态之间切换，在第一状态时，第一表面朝向物侧，在第二状态时，第二表面朝向物侧；第二透镜组位于第一透镜组朝向或背向物侧的一侧；以及驱动组件，驱动组件与第一透镜组和所述第二透镜组连接，以驱动第一透镜组实现第一状态与第二状态的切换，同时驱动第二透镜组移动以实现光学系统的对焦。通过驱动组件使第一透镜组在第一状态与第二状态之间切换，能够实现切换光学系统的视场角，同时驱动第二透镜组移动以实现光学系统的实时对焦。

Description

光学系统、摄像头模组及电子设备
技术领域
本发明属于光学成像技术领域，尤其涉及一种光学系统、摄像头模组及电子设备。
背景技术
目前手机用户对于电子设备拍摄功能要求越来越高，一般镜头会有广角/窄角功能，以广角可以拍摄大视野角度，窄角可以拍摄小部分视野所需要的视野角度。传统电子设备只有固定视场角的镜头模组，无法满足电子设备对于多场景下的拍摄需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学系统，能够实现视场角的切换，从而满足对于多场景下的拍摄需求。
为实现本发明的目的，本发明提供了如下的技术方案：
一种光学系统，包括沿所述光轴间隔设置的第一透镜组与第二透镜组；所述第一透镜组具有相背的第一表面与第二表面，所述第一透镜组可转动以在第一状态和第二状态之间切换，在所述第一状态时，所述第一表面朝向物侧，在所述第二状态时，所述第二表面朝向物侧；所述第二透镜组位于所述第一透镜组朝向或背向物侧的一侧，所述第二透镜组沿所述光轴移动；以及驱动组件，所述驱动组件与所述第一透镜组和所述第二透镜组连接，以驱动所述第一透镜组实现所述第一状态与所述第二状态的切换，且所述驱动组件驱动所述第二透镜组移动以实现所述光学系统的对焦。
通过驱动组件驱动第一透镜组实现由第一状态到第二状态的切换，即可实现根据不同的场景改变光学系统的视场角的需求，从而实现一个光学系统即可满足多场景的拍摄需求；并且，驱动组件驱动第二透镜组在第一透镜组由第一状态与第二状态之间切换时相应移动以实现光学系统的实时对焦，能够减少拍摄延时，快速响应。
进一步地，所述第一透镜组包括至少一片透镜。
第一透镜组可以为一片透镜，也可以是多片透镜。当第一透镜组只有一片透镜时，优点在于第一透镜组结构简单，相对于多片透镜更容易实现旋转以从第一状态与第二状态进行切换，且所需的旋转的空间较小，利于光学系统的小型化；第一透镜组为多片透镜时，优点在于多片透镜对于所接收到的外界的图像能够很好地进行调制，从而能形成更清晰的图像，提升光学系统成像的品质。
进一步地，所述第一表面为凹面，所述第二表面为凸面；或者，所述第一表面为凸面，所述第二表面为凹面。
第一表面为凹面时，第二表面为凸面；第一表面为凸面时，第二表面为凹面，也即第一表面与第二表面的凹凸性质是相反的。如此，可使得第一状态下的光学系统与第二状态下的光学系统的视场角变化范围更大，更好地满足差异较大的拍摄场景的拍摄需求。
进一步地，在所述第一透镜组转动的任意位置，所述第一透镜组与所述第二透镜组之间具有间隔。
为避免第一透镜组在转动时受到相邻透镜组或者其他部件的影响，第一透镜组的设置应当与其他部件留有足够的间隔，以保证第一透镜组在转动时的任意位置，第一透镜组与第二透镜组以及其他部件具有间隔，也即二者之间相互不接触，一方面能够流畅地实现旋转切换第一状态与第二状态，另一方面也能避免第一透镜组或者第二透镜组或者其他部件磨损，提高使用寿命。
进一步地，所述第二透镜组包括一透镜安装支架与至少一片透镜，至少一片所述透镜安装于所述透镜安装支架，所述驱动组件驱动所述透镜安装支架沿所述光轴移动；或者，所述驱动组件驱动所述透镜在所述透镜安装支架内部沿所述光轴移动。
第二透镜组也可以包括至少一片透镜，其相应的效果已在前文详细阐述。上述的多种实施方式均可以实现在第一透镜组转动切换第一状态与第二状态时整个光学系统的对焦。
进一步地，所述光学系统还包括第三透镜组，所述第三透镜组可沿所述光轴移动，且所述第一透镜组设置于所述第三透镜组与所述第二透镜组之间。
增加第三透镜组，可以使得光学系统内的透镜数量更多，从而能够形成更清晰的图像，提高光学系统的成像的质量。
进一步地，所述第一透镜组转动的旋转轴位于所述第一表面与所述第二表面之间，且所述旋转轴与所述光轴垂直。
第一透镜组转动的旋转轴可以位于第一表面与第二表面之间，也即第一透镜组的内部；也可以位于第一表面与第二表面之外，也即第一透镜组的外部。当旋转轴位于第一透镜组的内部时，则其旋转幅度显然更小，有利于光学系统的小型化。
进一步地，所述旋转轴经过所述第一透镜组的几何中心。
旋转轴经过几何中心时第一透镜组的旋转幅度最小，需要的旋转空间也最小，能最大限度地实现光学系统的小型化。
本发明还提供一种摄像头模组，所述摄像头模组包括外壳与如上述任一实施方式所述的光学系统，所述光学系统安装于所述外壳。
所得到的摄像头模组能够通过驱动组件驱动第一透镜组实现由第一状态到第二状态的切换，即可实现根据不同的场景改变光学系统的视场角的需求，从而实现一个光学系统即可满足多场景的拍摄需求；同时，驱动组件驱动第二透镜组在第一透镜组由第一状态与第二状态之间切换时相应移动以实现光学系统的实时对焦，能够减少拍摄延时，快速响应。
本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括本体与上述的摄像头模组，所述摄像头模组安装于所述本体。
所得到的电子设备能够通过驱动组件驱动第一透镜组实现由第一状态到第二状态的切换，即可实现根据不同的场景改变光学系统的视场角的需求，从而实现一个光学系统即可满足多场景的拍摄需求；同时，驱动组件驱动第二透镜组在第一透镜组由第一状态与第二状态之间切换时相应移动以实现光学系统的实时对焦，能够减少拍摄延时，快速响应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是一种实施方式的光学系统的示意图；
图2是另一种实施方式的光学系统的示意图；
图3是另一种实施方式的光学系统的示意图；
图4A是一种实施方式的第一透镜组的示意图；
图4B是另一种实施方式的第一透镜组的示意图；
图5是另一种实施方式的光学系统的示意图
图6是一种实施方式的摄像头模组的示意图；
图7是一种实施方式的电子设备的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
下面将结合具体实施例和附图对本申请的技术方案作进一步的说明。
请参阅图1，本发明提供一种光学系统100，光学系统100包括沿光轴S间隔设置的第一透镜组20与第二透镜组40，以及驱动组件60。
第一透镜组20具有相背的第一表面21与第二表面22，第一透镜组20可转动以在第一状态和第二状态之间切换，在第一状态时，第一表面21朝向物侧X1，如图1所示；在第二状态时，第二表面22朝向物侧X1，如图2所示。
在一些实施例中，第二透镜组40可以位于第一透镜组20背向物侧X1的一侧，也即第一透镜组20更靠近物侧X1，第二透镜组40可沿光轴S移动，如图1所示。在另一些实施例中，第二透镜组40可以位于第一透镜组20朝向物侧X1的一侧，也即第二透镜组40更靠近物侧X1，第二透镜组40沿光轴S移动，如图3所示。
第一透镜组20与第二透镜组40的位置可以任意设置，可选的，将第一透镜组20设置于更靠近物侧X1的位置，由于第一透镜组20可旋转，其更靠近物侧X1时对于光学系统100来说，这种实施方式更容易调节光学系统100的视场角，且能够使得第一状态与第二状态时的光学系统100的视场角差异更大，有利于光学系统100适用于更多的拍摄场景。
请继续参阅图1至图3，驱动组件60与第一透镜组20和第二透镜组40连接，以驱动第一透镜组20实现第一状态与第二状态的切换；并且，驱动组件60还驱动第二透镜组40沿光轴S移动以实现光学系统100的对焦。
在一些实施例中，驱动组件60驱动第二透镜组40沿光轴S移动可以与驱动第一透镜组20实现第一状态与第二状态切换同时进行，如此可以缩短第一透镜组20切换状态时光学系统100的响应时间，即从开始切换到切换结束并完成重新对焦的整个过程的时间。
在另一些实施例中，驱动组件60先驱动第一透镜组20实现第一状态与第二状态的切换，之后再驱动第二透镜组40沿光轴S移动以实现光学系统100的对焦。如此，可以避免第一透镜组20在切换第一状态与第二状态的过程中与第二透镜组40沿光轴S移动时发生干扰，比如第一透镜组20与第二透镜组40之间发生碰撞等。
可以理解的，驱动组件60并不是一个单一的元件，而是一个动力系统。其可以具有一个或多个驱动件，驱动件可直接或通过传动件间接地与第一透镜组20以及第二透镜组40连接。
例如，为了驱动第一透镜组20转动，驱动组件60可以包括马达与齿轮，一齿轮固定在第一透镜组20的旋转轴上，然后由马达驱动齿轮旋转，从而带动第一透镜组20旋转，从而实现第一状态与第二状态的切换。当然，为了驱动第一透镜组20转动，也可以使用其他结构，例如带传动机构、链传动机构、蜗轮蜗杆传动机构等，本发明对此不做具体限制。
为了驱动第二透镜组40沿光轴S移动，驱动组件60可以包括滑块与滑轨，通过滑块与滑轨的配合作用使第二透镜组40在光轴S方向移动，从而实现光学系统100的对焦。在一些其他的实施例中，驱动第二透镜组40沿光轴S移动的结构也可以是其他可行的结构，本发明也不做具体限制。
第一透镜组20在第一状态时光学系统100具有第一视场角FOV1，如图1所示，第一透镜组20在第二状态时光学系统100具有第二视场角FOV2，如图2所示，且FOV1≠FOV2，也即第一透镜组20在第一状态时光学系统100的视场角FOV1与第一透镜组20在第二状态时光学系统100的视场角FOV2不相等。
如此，通过驱动组件60驱动第一透镜组20实现由第一状态到第二状态的切换，即可实现根据不同的场景改变光学系统100的视场角的需求，从而实现一个光学系统100即可满足多场景的拍摄需求。
在一些实施例中，第一透镜组20可以包括多片透镜，如两片透镜、三片透镜组成的透镜组。在另一些实施例中，第一透镜组20也可以只有一片透镜。
第一透镜组20可以为一片透镜，也可以是多片透镜。当第一透镜组20只有一片透镜时，优点在于第一透镜组20结构简单，相对于多片透镜更容易实现旋转以从第一状态与第二状态进行切换，且所需的旋转的空间较小，利于光学系统100的小型化；第一透镜组20为多片透镜时，优点在于多片透镜对于所接收到的外界的图像能够很好地进行调制，从而能形成更清晰的图像，提升光学系统成像的品质。
在一些实施例中，第一表面21为凹面，第二表面22为凸面，如图4A所示。在另一些实施例中，第一表面21为凸面，第二表面22为凹面，如图4B所示。
第一表面21为凹面时，第二表面22为凸面；第一表面21为凸面时，第二表面22为凹面，也即第一表面21与第二表面22的凹凸性质是相反的。可以理解的，凸透镜对于光线有汇聚作用，凹透镜对于光线有发散作用。反之，凸透镜的视场角会相对于凹透镜的视场角要大，可参阅图4A与图4B中的FOV3与FOV4。如此，可使得第一状态下的光学系统与第二状态下的光学系统100的视场角变化更大，更好地满足差异较大的拍摄场景的拍摄需求。
在第一透镜组20转动时的任意位置，第一透镜组20与第二透镜组40之间均具有间隔。
为避免第一透镜组20在转动时受到相邻透镜组或者其他部件的影响，第一透镜组20的设置应当与其他部件留有足够的间隔，以保证第一透镜组20在转动时的任意位置，第一透镜组20与第二透镜组40以及其他部件具有间隔，也即二者之间相互不接触，一方面能够流畅地实现旋转切换第一状态与第二状态，另一方面也能避免第一透镜组20或者第二透镜组40或者其他部件磨损，提高使用寿命。
请继续参阅图1，在一些实施例中，第二透镜组40包括一透镜安装支架42与至少一片透镜44，至少一片透镜44安装于透镜安装支架42。第二透镜组40也可以是具有一片或多片透镜44，所有透镜44均安装设置于一透镜安装支架42。
当第一透镜组20由第一状态切换为第二状态，或者由第二状态切换到第一状态时，显然原先已经实现对焦的光学系统100会因为第一透镜组20的旋转，导致旋转后的光学系统100无法对焦。因而为实现在第一透镜组20转动切换第一状态与第二状态时光学系统100的对焦，第二透镜组40需要相应移动。
在一些实施例中，透镜44可以在透镜安装支架42内固定，然后通过驱动组件60驱动透镜安装支架42移动以带动透镜44沿光轴S移动。如此，即透镜44固定安装于透镜安装支架42，由透镜安装支架42沿光轴S移动实现光学系统100的对焦。如此，驱动组件60与第二透镜组40的连接关系较为简单，仅需直接与透镜安装支架42连接即可，不用考虑内部透镜的移动，较为容易实施。
在另一些实施例中，透镜安装支架42位置固定，驱动组件60驱动安装于透镜安装支架42内部的透镜44沿光轴S移动。如此，也即透镜安装支架42的位置固定，驱动组件60驱动透镜44在透镜安装支架42内部沿光轴S移动以实现光学系统100的对焦。其优点在于，可以通过驱动组件60直接驱动各透镜44，能够更为精准地实现对焦，成像效果更好。
在另一些实施例中，还可以是透镜安装支架42带动透镜44沿光轴S移动，同时安装于透镜安装支架42内部的透镜44也在透镜安装支架42内沿光轴S移动。一方面驱动组件60驱动透镜安装支架42沿光轴S移动，另一方面驱动组件60同时驱动透镜安装支架42内部的透镜44在透镜安装支架42内部沿光轴S移动。如此，驱动组件60能够更精确地控制透镜安装支架42与透镜44移动，更好地实现光学系统100的对焦。
上述的多种实施方式均可以实现在第一透镜组20转动切换第一状态与第二状态时整个光学系统100的对焦，在具体实施时可以根据实际需要灵活选用。
请参阅图5，在一些实施例中，光学系统100还可以包括第三透镜组30，第三透镜组30可沿光轴S移动，且第一透镜组20设置于第三透镜组30与第二透镜组40之间。
增加第三透镜组30，可以使得光学系统100内的透镜数量更多，从而能够形成更清晰的图像，提高光学系统的成像的质量。
可以理解的是，前述的第二透镜组40与第三透镜组30并不是指实际的透镜组结构，而是仅用于区分其与可旋转的第一透镜组20的位置关系，也即，在第一透镜组20的同侧的所有透镜的集合可以看作前述的第二透镜组40与第三透镜组30。
另外，请参阅图5，并非靠近物侧X1的透镜组才是第二透镜组40，靠近像侧X2的透镜组才是第三透镜组30，在一些其他的实施例中，靠近物侧X1的也可以是第三透镜组30，靠近像侧X2的也可以是第二透镜组40。图5仅用于描述第一透镜组20是设置于第二透镜组40与第三透镜组30之间的位置关系，本发明对于第三透镜组30与第二透镜组40本身与其他部件的位置关系并不做具体的限制。
另外，上述的第一透镜组20、第二透镜组40与第三透镜组30中的透镜，其材质均可以是塑料或者玻璃，塑料透镜容易成型，制作成本较低；玻璃透镜成像质量好，但对成型工艺的要求相对较高，制备成本也较高。
请继续参阅图1，在一些实施例中，第一透镜组20转动的旋转轴S1位于第一表面21与第二表面22之间，且旋转轴S1与光轴S垂直。
第一透镜组20转动的旋转轴S1可以位于第一表面21与第二表面22之间，也即第一透镜组20的内部；也可以位于第一表面21与第二表面22之外，也即第一透镜组20的外部。显而易见的，当旋转轴S1位于第一透镜组20的外部时，其旋转幅度相对较大，必然导致第一透镜组20与第二透镜组40或其他部件之间的间隔较大，从而不利于光学系统100的小型化。当旋转轴S1位于第一透镜组20的内部时，则其旋转幅度显然更小，有利于光学系统100的小型化。
优选地，旋转轴S1经过第一透镜组20的几何中心(几何中心在图中未示出)。第一透镜组20旋转时的旋转轴S1经过第一透镜组20的几何中心，几何中心是指具有一定对称性的物体最中心的位置。可以理解的，旋转轴S1经过几何中心时第一透镜组20的旋转幅度最小，需要的旋转空间也最小，能最大限度地实现光学系统100的小型化。
值得注意的是，图1至图3与图5中的第一透镜组20、第二透镜组40或第三透镜组30仅为示意图，不能将图中所示出的透镜的片数与透镜的面型等参数理解为实际产品的具体结构，也不应该视为对本发明方案的限制。
请参阅图6，本发明还提出一种摄像头模组200，摄像头模组200包括外壳150与如上述任一实施方式的光学系统100，光学系统100安装于外壳150内。所得到的摄像头模组200能够通过驱动组件驱动第一透镜组实现由第一状态到第二状态的切换，即可实现根据不同的场景改变光学系统的视场角的需求，从而实现一个光学系统即可满足多场景的拍摄需求；同时，驱动组件驱动第二透镜组在第一透镜组由第一状态与第二状态之间切换时相应移动以实现光学系统的实时对焦，能够减少拍摄延时，快速响应。
请参阅图7，本发明还提出一种电子设备1000，电子设备1000包括本体500与如上的摄像头模组200，摄像头模组200安装于本体500内。所得到的电子设备1000能够通过驱动组件驱动第一透镜组实现由第一状态到第二状态的切换，即可实现根据不同的场景改变光学系统的视场角的需求，从而实现一个光学系统即可满足多场景的拍摄需求；同时，驱动组件驱动第二透镜组在第一透镜组由第一状态与第二状态之间切换时相应移动以实现光学系统的实时对焦，能够减少拍摄延时，快速响应。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施方式的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种光学系统，其特征在于，包括沿光轴间隔设置的第一透镜组与第二透镜组；
所述第一透镜组具有相背的第一表面与第二表面，所述第一透镜组可转动以在第一状态和第二状态之间切换，在所述第一状态时，所述第一表面朝向物侧，在所述第二状态时，所述第二表面朝向物侧；所述第一透镜组在所述第一状态和所述第二状态时所述光学系统的视场角不同；
所述第二透镜组位于所述第一透镜组朝向或背向物侧的一侧，所述第二透镜组沿所述光轴移动；以及
驱动组件，所述驱动组件与所述第一透镜组和所述第二透镜组连接，以驱动所述第一透镜组实现所述第一状态与所述第二状态的切换，且所述驱动组件驱动所述第二透镜组移动以实现所述光学系统的对焦。
2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜组包括至少一片透镜。
3.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一表面为凹面，所述第二表面为凸面；或者，所述第一表面为凸面，所述第二表面为凹面。
4.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，在所述第一透镜组转动的任意位置，所述第一透镜组与所述第二透镜组之间具有间隔。
5.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二透镜组包括一透镜安装支架与至少一片透镜，至少一片所述透镜安装于所述透镜安装支架，所述驱动组件驱动所述透镜安装支架沿所述光轴移动；或者，所述驱动组件驱动所述透镜在所述透镜安装支架内部沿所述光轴移动。
6.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括第三透镜组，所述第三透镜组可沿所述光轴移动，且所述第一透镜组设置于所述第三透镜组与所述第二透镜组之间。
7.如权利要求1-6中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述第一透镜组转动的旋转轴位于所述第一表面与所述第二表面之间，且所述旋转轴与所述光轴垂直。
8.如权利要求7所述的光学系统，其特征在于，所述旋转轴经过所述第一透镜组的几何中心。
9.一种摄像头模组，其特征在于，所述摄像头模组包括外壳与如权利要求1-8中任一项所述的光学系统，所述光学系统安装于所述外壳。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括本体与如权利要求9所述的摄像头模组，所述摄像头模组安装于所述本体。
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