CN115128795A - 镜头组件及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种镜头组件及电子设备。所述镜头组件包括沿光轴依次设置的第一光学透镜、至少两个可变透镜、以及图像传感器，第一光学透镜用于改变入射光线的路径，至少两个可变透镜分别用于在通电时发生形变以改变各自的屈光度。本申请通过在镜头组件中设置可变透镜，可变透镜可以在通电时发生形变，以改变各自的屈光度，从而实现变焦的效果。并且，本申请通过可变透镜改变屈光度实现变焦的方式，可以减少对透镜的移动或者不需要对透镜进行移动，有效减少镜头组件的体积及成本，有利于镜头组件的小型化设计。

Description

镜头组件及电子设备

技术领域

本申请涉及镜头技术领域，具体涉及一种镜头组件及电子设备。

背景技术

目前手机等终端的镜头组件朝着大倍率、多视场角、多焦段组合的方向发展。为了实现大倍率、多视场角、多焦段的效果，现有技术通常是通过多个摄像头进行组合，或者采用移动镜头中的透镜的方式，改变透镜之间的间隔实现变倍或变焦，或者采用光学连续变倍镜头等方案。

但是多个摄像头进行组合会导致摄像头模组的体积与成本增加。而移动式的连续变倍或变焦需要在镜头中留有用于允许透镜之间相对移动的空间，并且需要增加驱动马达等部件以驱动透镜的移动，同样会导致镜头组件的体积和成本增加，不利于镜头组件的小型化设计。

发明内容

本申请实施例提供一种镜头组件及电子设备，可以解决现有的多焦段镜头组件体积较大的问题。

本申请第一方面提供的一种镜头组件，包括图像传感器，以及沿图像传感器的光轴依次设置的第一光学透镜及至少两个可变透镜。第一光学透镜用于改变入射光线的路径。至少两个可变透镜分别用于在通电时发生形变以改变各自的屈光度。

可选的，至少一个可变透镜包括沿光轴依次设置的压电膜、透光膜、可形变件和透光基底。压电膜用于在受到电场作用后发生形变，并带动透光膜发生形变，透光膜用于在形变时带动可形变件发生形变。

可选的，发生形变的可形变件的第一表面未形变，第一表面为可形变件与透光基底贴合的面。

可选的，压电膜呈环状，且沿光轴的正投影上，压电膜、透光膜和可形变件的中心重合。

可选的，至少一个可变透镜在压电膜未受电场作用时的屈光度为负值，且可变透镜的屈光度与压电膜受到的电场强度成正比例关系。

可选的，可形变件的材质为透光的聚合物。

可选的，至少一个可变透镜还包括引脚，引脚与压电膜电连接。

可选的，至少两个可变透镜中的一个为液体透镜。

可选的，镜头组件还包括第二光学透镜，第二光学透镜设置在图像传感器与靠近图像传感器的一个可变透镜之间。

本申请第二方面提供的一种电子设备，包括如上述第一方面任一项的镜头组件。

在本申请的镜头组件及电子设备中，通过在镜头组件中设置可变透镜，可变透镜可以在通电时发生形变，以改变各自的屈光度，从而实现变焦的效果。并且，通过可变透镜改变屈光度实现变焦的方式，可以减少对透镜的移动或者不需要对透镜进行移动，从而能够减少预留的用于允许透镜之间相对移动的空间，并且不需要设置驱动马达等额外的元件，因此能够有效减少镜头组件的体积及成本，有利于镜头组件的小型化设计。

附图说明

图1为本申请一实施例的镜头组件的结构示意图；

图2为本申请另一实施例的镜头组件的结构示意图；

图3为本申请一实施例的可变透镜在未通电时的结构示意图；

图4为图3所示的可变透镜在通电时的一种结构示意图；

图5为本申请一实施例的可变透镜的屈光度与施加电压的关系示意图；

图6为本申请一实施例的可变透镜的立体结构示意图；

图7为本申请又一实施例的镜头组件的结构示意图；

图8为本申请一实施例的短焦状态的光路示意图；

图9为本申请一实施例的长焦状态的光路示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图，对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述实施例仅是一部分实施例，而非全部。基于本申请中的实施例，在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。

应理解，在本申请实施例的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅是为了便于描述本申请相应实施例的技术方案和简化描述，而非指示或暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本申请实施例提供一种镜头组件10，请参阅图1及图2，包括沿光轴41 依次设置的第一光学透镜11、至少两个可变透镜20以及图像传感器31。图 1及图2以设置两个可变透镜20为例，为方便描述，本申请实施例中沿光线入射方向依次设置的两个可变透镜20描述为“第一可变透镜21”和“第二可变透镜22”，虚线表示光轴41。第一可变透镜21用于作为变倍镜，改变透镜和成像面之间的距离，实现变焦。第二可变透镜22用于作为补偿镜，对不同焦距时的像面漂移做补偿，在变焦过程中确保成像清晰。

第一光学透镜11用于改变入射光线的路径，将入射光线调整至可变透镜可以接收的范围内。第一光学透镜11的结构和屈光度可以根据实际用就场景进行选择，例如在需要汇聚光线的镜头组件10中，第一光学透镜11可以采用物侧和像侧均为凸面、屈光度为正值的凸透镜；在需要收集大视场光线的镜头组件10中，第一光学透镜11可以采用物侧为凸面、像侧为凹面、屈光度为负值的弯月形透镜；在实现长焦化、减小镜头口径的镜头组件10中，第一光学透镜11可以采用物侧为凹面、像侧为凸面的弯月形透镜。第一光学透镜11的结构不限于上述，例如还可以采用物侧和像侧均为凹面、屈光度为负值的双凹透镜等。

至少两个可变透镜20分别用于在通电时发生形变以改变各自的屈光度。本申请的一个可变透镜20改变屈光度包括三种情况中的至少一种：一、屈光度在正值和负值之间改变，即在凸透镜和凹透镜之间进行形态切换；二、屈光度在正值范围内调整，即可变透镜20保持为凸透镜，并调整凸透镜的屈光度；三、在负值范围内调整，即可变透镜20保持为凹透镜，调整凹透镜的屈光度。

在进行图像采集时，入射光线依次经过第一光学透镜11、第一可变透镜 21及第二可变透镜22进行折射，最后光线投射在图像传感器31上，由图像传感器31将光信号转变为电信号。本申请中，图像传感器31为利用光电器件的光电转换功能将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号的元件。在需要进行变焦时，通过改变第一可变透镜21或第二可变透镜22 的屈光度，改变可变透镜20对光线的折射效果，实现变焦。

图1及图2以第一光学透镜11采用物侧和像侧均为凸面、屈光度为正值的凸透镜为例。图1中表示在施加电场的作用下，两个可变透镜20的屈光度都为正值，在该场景下，第一可变透镜21和第二可变透镜22均等效于凸透镜。图2表示在施加电场的作用下，第一可变透镜21的屈光度为正值，第二可变透镜22的屈光度为负值，在该场景下，第一可变透镜21等效于一个凸透镜，第二可变透镜22等效于一个凹透镜。

应理解，两个可变透镜20的使用状态并不限于上述场景，例如，在一些场景中，两个可变透镜20的屈光度都为负值，或第一可变透镜21的屈光度为负值，而第二可变透镜22的屈光度为正值。

镜头组件10设置至少两个可变透镜20，可变透镜20可以在通电时发生形变，以改变各自的屈光度。第一可变透镜21用于作为变倍镜，改变透镜和成像面之间的距离，实现变焦。第二可变透镜22用于作为补偿镜，对不同焦距时的像面漂移做补偿，在变焦过程中确保成像清晰。于此，第一可变透镜 21和第二可变透镜22相互结合，从而实现变焦的效果。另外，通过至少两个可变透镜20改变屈光度实现变焦的方式，可以减少对透镜的移动或者不需要对透镜进行移动，从而能够减少预留的用于允许透镜之间相对移动的空间，并且不需要设置驱动马达等额外的元件，因此能够有效减少镜头组件10的体积及成本，有利于镜头组件10的小型化设计。

如上所述，由于可变透镜20可以改变屈光度实现变焦，利用可变透镜 20实现的变焦过程不需要对透镜进行移动，因此，在一些实施方式中，可变透镜20、第一光学透镜11、图像传感器31的位置相对固定，镜头组件10还包括壳体(图中未示出)，壳体设置有容置腔，用于容置可变透镜20、第一光学透镜11及图像传感器31，并使三者的位置相对固定。

应当理解的是，在现有技术中，由于变焦镜头中的透镜之间需要相对位移以实现变焦，镜头中存在导轨、驱动装置等部件以驱动透镜进行位移，因此，变焦镜头属于较为精密的模组，出现问题时通常进行整体的更换，一般人员无法较好地进行维护。本申请的镜头组件10中各透镜位置相对固定，不需要设置导轨、驱动装置等精密部件，在一些实施方式中，可变透镜20与壳体为可拆卸式连接，例如通过螺丝、卡接等方式。壳体开设有通孔，位于可变透镜20的对应位置，用于将可变透镜20放入壳体的容置腔内。在另一些实施方式中，第一光学透镜11、图像传感器31与壳体为可拆卸式连接。通过设置可拆卸式连接的各个部件，在镜头组件10中的某个部件损坏需要进行维修时，通过更换对应的部件即可实现维修，不需要替换整个镜头组件10，有效降低了镜头组件10的维护成本。

此外，在镜头组件10生产时，可以通过向壳体中插入不同的部件，例如将第一光学透镜11由凸透镜更换为凹透镜，或者可变透镜20更换为屈光度变化范围更大的可变透镜20等，实现不同型号、不同应用场景的镜头组件 10的生产，可以减少镜头组件10生产时投入的产线数量，有效降低需要多型号镜头组件10时的生产成本，使镜头组件10的生产更加灵活，可以适用更多的应用场景。

在镜头组件10中，多个可变透镜20的种类及结构可以相同，也可以不相同。下面以图3所示的一种可变透镜20为例进行描述。图3为可变透镜 20为平面透镜时的示意图，其中，虚线框表示光线路径，虚线框的左右两边线为入射光线边缘，点划线表示可变透镜20的光轴41，图3的状态下可变透镜20的屈光度接近0。

如图3所示，可变透镜20包括沿光轴41依次设置的压电膜 (Pizeo－film)201、透光膜(Glass membrane)202、可形变件203及透光基底(Glass support)204。压电膜201采用可以产生逆压电效应的材料，在压电膜201 的极化方向施加电场，压电膜201就在一定方向上产生机械变形。即压电膜 201用于在受到电场作用后发生形变，带动透光膜202发生形变，透光膜202 用于在形变时带动可形变件203发生形变。

如图4所示，压电膜201受电场作用后发生形变，带动透光膜202及可形变件203发生形变。其中，虚线框表示光线路径。在图4所示的场景中，可形变件203形变为中间厚、两边薄的凸透镜效果，此时，可变透镜20的屈光度变为正值，光线经过可变透镜20的折射之后发生汇聚。

如图4所示，发生形变的可形变件203的第一表面未形变，该第一表面为可形变件203与透光基底204贴合的面。由于透光基底204对可形变件203 的支撑，可形变件203仅由透光膜202的挤压导致形变，可以提高对可形变件203的形变可控性，从而确保可变透镜20的屈光率变化的可控性。

在一些实施方式中，如图5所示，可变透镜20的压电膜201在未受到电场作用时屈光度可以不为0，而是为负值，且屈光度与压电膜201受到的电场强度成正比例关系。图5为压电膜201施加电压与可变透镜20的屈光度的关系示意图，其中图5的横轴表示对压电膜201施加电场的电压值，纵轴表示可变透镜20的屈光度。其中浅色线(即图示“UP”)表示电压增加过程中屈光度的变化，深色线(即图示“DOWN”)为电压减少过程中屈光度的变化。可以看出，随施加电场的电压增加，可变透镜20的屈光度会增加；相反，随着施加电场的电压减少，可变透镜20的屈光度会减少，两者成正比例关系。

根据图5所示的关系图，在需要进行变焦时首先确定各个可变透镜20 的目标屈光度值，在关系图中查找目标屈光度值对应的电压数值，根据电压数值改变施加至压电膜201的电场电压，从而实现精确控制可变透镜20屈光度的效果。

请一并参阅图3、图4和图6，在一些实施方式中，压电膜201呈环状，例如圆环形或矩形环状等，并且，在光轴41的正投影中，压电膜201、透光膜202和可形变件203的中心重合。基于此，压电膜201形变时对透光膜202 的压力更加均匀，使透光膜202形变带动可形变件203形变时，可形变件203 在垂直于光轴41的平面上各处的形变量接近中心对称，使可变透镜20形变后的各个方向的屈光度较为均匀。

在一些实施方式中，可形变件203的材质为透光的聚合物(polymer)，例如硅胶，通过采用透光聚合物作为可形变件203，在透光率较高的同时可以使可形变件203具备一定的形变能力，可确保屈光度改变时的光线通过率，确保成像效果。

在本申请的可变透镜20中，对压电膜201施加电场的方式包括但不限于：直接对压电膜201施加电压。在一些实施方式中，如图6所示，可变透镜20 还包括引脚205，引脚205与压电膜201电连接，压电膜201通过引脚205 连接外部电场，以对压电膜201施加电场产生形变。

在一个具体的实施方式中，压电膜201通过引脚205与驱动芯片连接，驱动芯片与处理模块连接。处理模块用于获取变焦参数，确定与变焦参数对应的电压参数，输出电压参数至驱动芯片。驱动芯片用于输出与电压参数对应的驱动电压至压电膜201，以使压电膜201在驱动电压的作用下发生一定量的形变，实现对可变透镜20的屈光度的控制。

不同于前述图3和图4所描述的可变透镜20，在一些实施方式中，至少两个可变透镜20中的一个可以为液体透镜，液体透镜为将液体作为透镜，通过外加电压改变液滴的形状，进而改变其焦距，也可以实现屈光度的改变。

应理解，本申请的可变透镜20的种类并不限于上述，只要能够改变各自的屈光度并满足本申请的实际成像需求即可。另外，在一些实施方式中，在光轴41的正投影上，至少两个可变透镜20及第一光学透镜11的中心重合，即光轴同心，有利于确保成像质量。

请一并参阅图7所示，镜头组件10还可以包括第二光学透镜12和棱镜 51。棱镜51用于折转光路，使镜头组件10以与入射光线垂直或成其他角度的方式设置，提高镜头组件10设置的灵活度。

第二光学透镜12设置在靠近图像传感器31的一个可变透镜20与图像传感器31之间，用于进一步调整光线，折射光线使焦点接近图像传感器，以提高成像质量。第二光学透镜12的屈光度可以根据实际应用场景进行选择，例如第二光学透镜12为凸透镜或凹透镜，在此不作限定。

请一并参阅图8或图9所示，以镜头组件10包括第一光学透镜11、两个可变透镜20、第二光学透镜12及图像传感器31，第一光学透镜11与第二光学透镜12的屈光度为正值，都为凸透镜的场景为例。第一可变透镜21可以通过电信号驱动改变屈光度，起到变倍镜的作用，改变透镜和成像面之间的距离，实现变焦；第二可变透镜22可以通过电信号驱动改变屈光度，起到补偿镜的作用，对不同焦距时的像面漂移做补偿，在变焦过程中确保成像清晰。图8或图9中的虚线表示入射光线的边缘。

图8为短焦拍摄状态的示意图，短焦拍摄状态下视角较大。通过施加电场使第一可变透镜21的屈光度为正值，第二可变透镜22的屈光度为负值，经过第一光学透镜11、第一可变透镜21(此状态为凸透镜)、第二可变透镜 22(此状态为凹透镜)、第二光学透镜12的折射之后，光线落在图像传感器 31上。

图9为长焦拍摄状态的示意图，长焦拍摄状态下视角较小。通过施加电场使第一可变透镜21的屈光度为负值，第二可变透镜22的屈光度为正值，经过第一光学透镜11、第一可变透镜21(此状态为凹透镜)、第二可变透镜22(此状态为凸透镜)、第二光学透镜12的折射之后，光线落在图像传感器 31上。

本申请实施例还提供一种电子设备，该电子设备包括上述任一实施例的镜头组件10。因此，该电子设备具有镜头组件10所能产生的有益效果。

该电子设备可以以各种形式来实施。例如，电子设备可以包括诸如手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant， PDA)、便捷式媒体播放器(Portable Media Player，PMP)、导航装置、可穿戴设备、智能手环、计步器等移动电子设备，以及诸如数字TV、台式计算机等固定电子设备。

以上所述仅为本申请的部分实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本说明书及附图内容所作的等效结构变换，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。

另外，尽管本文采用术语“第一、第二、第三”等描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

Claims (10)

1.一种镜头组件，包括图像传感器，其特征在于，还包括沿所述图像传感器的光轴依次设置的第一光学透镜及至少两个可变透镜；

所述第一光学透镜用于改变入射光线的路径；

所述至少两个可变透镜分别用于在通电时发生形变以改变各自的屈光度。

2.如权利要求1所述的镜头组件，其特征在于，至少一个可变透镜包括沿所述光轴依次设置的压电膜、透光膜、可形变件和透光基底；

所述压电膜用于在受到电场作用后发生形变，并带动所述透光膜发生形变，所述透光膜用于在形变时带动所述可形变件发生形变。

3.如权利要求2所述的镜头组件，其特征在于，发生形变的可形变件的第一表面未形变，所述第一表面为所述可形变件与所述透光基底贴合的面。

4.如权利要求2所述的镜头组件，其特征在于，所述压电膜呈环状，且沿所述光轴的正投影上，所述压电膜、所述透光膜和所述可形变件的中心重合。

5.如权利要求2所述的镜头组件，其特征在于，至少一个可变透镜在所述压电膜未受电场作用时的屈光度为负值，且所述可变透镜的屈光度与所述压电膜受到的电场强度成正比例关系。

6.如权利要求2所述的镜头组件，其特征在于，所述可形变件的材质为透光的聚合物。

7.如权利要求2所述的镜头组件，其特征在于，至少一个可变透镜还包括引脚，所述引脚与所述压电膜电连接。

8.如权利要求1所述的镜头组件，其特征在于，所述至少两个可变透镜中的一个为液体透镜。

9.如权利要求1所述的镜头组件，其特征在于，所述镜头组件还包括第二光学透镜，所述第二光学透镜设置在所述图像传感器与靠近所述图像传感器的一个所述可变透镜之间。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1－9任一项所述的镜头组件。

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