CN219370036U - 一种成像棱镜、光学成像系统及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种成像棱镜、光学成像系统及电子设备，所述成像棱镜包括：入射面、底面、第一侧面以及第二侧面，入射面与底面平行，入射面与第一侧面之间的夹角为锐角，入射面与第二侧面之间的夹角为锐角；其中，底面设置有第一遮光材料。当该成像棱镜应用在光学成像系统中时，能够满足在较薄厚度的情况下同时实现长焦距，且结构简单、空间占比更小。
Description
技术领域
本实用新型涉及摄像技术领域，尤其涉及一种成像棱镜、光学成像系统及电子设备。
背景技术
长焦相机通常具有相对长的焦距，并且非常适合远距离捕获场景和被摄体。但是，长焦相机存在大光圈和厚度的矛盾，即如果要获得大光圈，厚度必然很厚；如果要减小厚度，必然要压缩光圈大小。
而诸如智能电话、平板计算机、平板电脑或可穿戴设备等便携式设备出现产生了对高分辨率小外形相机集成在设备中的需求。因此，希望具有小外形、高质量长焦相机的光学成像系统，而现有的光学系统仍然存在棱镜厚度较厚导致的镜头厚的问题。
实用新型内容
本实用新型通过提供一种成像棱镜、光学成像系统及电子设备，当该成像棱镜应用到光学成像系统中时，该系统能够在满足长焦距的同时，具有较薄的厚度。
为了实现上述目的，本实用新型实施例提供的技术方案如下：
第一方面，本实用新型提供了成像棱镜，应用于光学成像系统中，所述棱镜包括：入射面、底面、第一侧面以及第二侧面，所述入射面与所述底面平行，所述入射面与所述第一侧面之间的夹角为锐角，所述入射面与所述第二侧面之间的夹角为锐角；其中，所述底面设置有第一遮光材料。
优选地，所述入射面与所述第一侧面之间的夹角等于所述入射面与所述第二侧面之间的夹角。
优选地，所述第一侧面与所述入射面之间还包括第一切面，所述第二侧面与所述入射面之间还包括第二切面；所述第一切面与所述入射面垂直，所述第二切面与所述入射面垂直。
优选地，所述第一切面设置有第二遮光材料，所述第二切面设置有第三遮光材料。
第二方面，本实用新型提供了一种光学成像系统，包括：成像镜片、成像芯片以及前述第一方面中任一项所述的成像棱镜，第一侧面为第一反射面，第二侧面为第二反射面；透过所述成像镜片的光线从所述入射面入射至所述成像棱镜内，经过所述第一反射面以及所述第二反射面反射，自所述成像棱镜射出，投射至所述成像芯片。
优选地，所述入射面与所述底面的距离与所述成像芯片的感光区域面积相匹配，使得从所述成像棱镜中投射出的光线在成像芯片上形成的区域面积等于所述成像芯片的感光区域面积。
优选地，所述入射面为第三反射面；透过所述成像镜片的光线从所述入射面入射至所述成像棱镜内，经过所述第一反射面、所述第三反射面以及所述第二反射面反射，自所述成像棱镜射出，投射至所述成像芯片。
优选地，所述系统还包括：镜头驱动装置，所述镜头驱动装置固定于所述成像镜片与所述成像棱镜之间，所述镜头驱动装置与所述成像芯片之间的间隙处包含遮光材料。
优选地，所述成像镜片与所述成像棱镜之间还包括缓冲件。
第三方面，本实用新型提供了一种电子设备，包括：如前述第一方面任一项所述的系统以及一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为处理从所述系统生成的图像信号。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本实用新型实施例提供的成像棱镜，应用于光学成像系统中，该棱镜包括：入射面、底面、第一侧面以及第二侧面，入射面与底面平行，入射面与第一侧面之间的夹角为锐角，入射面与第二侧面之间的夹角为锐角，使得成像棱镜为一种梯形棱镜，即入射面与底面为平行面，当成像棱镜应用到光学成像系统中时，梯形棱镜相比于传统的三角棱镜，相当于将光线无法到达的底部位置进行切割，切割后的棱镜内的空间被充分利用，在不影响影响光学成像的情况下，具有更薄的厚度，使得光学成像系统的厚度就更薄，从而有利于减小摄像模组的厚度，使得设备更加小型化。由此，能够满足在较薄厚度的情况下同时实现长焦距，且结构简单、空间占比更小。且为了实现更好的成像，成像棱镜的底面设置有第一遮光材料。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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为实用新型实施例提供的一种成像棱镜的结构示意图；
图2为实用新型实施例提供的梯形棱镜切光前与切光后的结构示意图；
图3为实用新型实施例提供的包含凹槽的梯形棱镜结构示意图；
图4为实用新型实施例提供的一种光学成像系统的结构示意图；
图5为实用新型实施例提供的光学成像区域的示意图；
图6为实用新型实施例提供的切光前的光学成像区域的结构图；
图7为实用新型实施例提供的光学成像系统中光线走向的结构图；
图8为实用新型实施例提供的光学成像系统中的间隙的示意图；
图9为实用新型实施例提供的包含丝印的梯形棱镜的示意图；
图10为实用新型实施例提供的增加防撞结构的光学成像系统的结构示意图；
图11为实用新型实施例提供的软质材料的结构示意图；
图12为实用新型实施例提供的第二反射面的示意图；
图13为实用新型实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种成像棱镜、光学成像系统及电子设备，当该成像棱镜应用到光学成像系统中时，该系统能够在满足长焦距的同时，具有较薄的厚度。
本申请实施例的技术方案总体思路如下：
一种成像棱镜，应用于光学成像系统中，所述棱镜包括：入射面、底面、第一侧面以及第二侧面，所述入射面与所述底面平行，所述入射面与所述第一侧面之间的夹角为锐角，所述入射面与所述第二侧面之间的夹角为锐角；其中，所述底面设置有第一遮光材料。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
第一方面，如图1所示，本实用新型实施例提供的一种成像棱镜，应用于光学成像系统中，所述棱镜包括：
入射面202、底面204、第一侧面201以及第二侧面203，入射面202与底面204平行，入射面202与第一侧面201之间的夹角为锐角，入射面202与第二侧面203之间的夹角为锐角。也就是，成像棱镜可以为一种梯形棱镜。
其中，为了防止底面204漏光，梯形棱镜的底面204包括第一遮光材料。具体地，梯形棱镜的底面204可以是做磨砂处理并涂墨进行遮光后所得到的，或者是，遮光材料可以为遮光纸或遮光罩等。
梯形棱镜相比于传统的三角棱镜，相当于将光线无法到达的底部位置进行切割，切割后的棱镜内的空间被充分利用，在不影响影响光学成像的情况下，具有更薄的厚度，使得光学成像系统的厚度就更薄，从而有利于减小摄像模组的厚度，使得设备更加小型化。
优选地，入射面202与第一侧面201之间的夹角等于入射面202与第二侧面203之间的夹角。即成像棱镜为一种等腰梯形棱镜。
为了使得棱镜具有更小的空间占比，使得最终的设备更加小型化，如图2所示，第一侧面201与入射面202之间还包括第一切面Q1，第二侧面203与入射面202之间还包括第二切面Q2；第一切面Q1与入射面202垂直，第二切面Q2与入射面202垂直。
进一步地，如图2所示，第一切面Q1设置有第二遮光材料，第二切面Q2设置有第三遮光材料，使得第一切面Q1以及第二切面Q2具有消光和拦光的作用。其中，第二遮光材料与第三遮光材料可以为相同的材料，也可以为不同的材料。
具体地，第一切面Q1以及第二切面Q2的遮光材料可以是涂墨得到的，或者是先做磨砂处理再涂墨进行遮光后所得到的，或者是，遮光材料可以为遮光纸或遮光罩等。
可选地，如图3所示，等腰梯形棱镜的底面204与第一反射面201之间，以及等腰梯形棱镜的底面204与第二反射面203之间存在凹槽205，该凹槽205用于防止在对底面204涂墨时，溢出墨到等腰梯形棱镜的斜面。
第二方面，如图4所示，本实用新型实施例提供的一种光学成像系统，包括：成像镜片100、成像芯片30以及前述第一方面中任一项所述的成像棱镜，第一侧面201为第一反射面201，第二侧面203为第二反射面203。
透过成像镜片100的光线从入射面202入射至成像棱镜内，经过第一反射面201以及第二反射面203反射，自成像棱镜射出，投射至成像芯片30。
具体地，入射面202可以为第三反射面202，透过成像镜片的光线从第三反射面202入射至成像棱镜内，依次经过第一反射面201、第三反射面202以及第二反射面203反射，自成像棱镜射出，投射至成像芯片。
由此，光学成像系统中的梯形棱镜，包括：第一反射面201、第二反射面203以及第三反射面202，透过成像镜片100的光线入射至棱镜内，在梯形棱镜内经过第一反射面201、第三反射面202以及第二反射面203反射，自梯形棱镜射出，投射至成像芯片301；其中，第三反射面202与入射进梯形棱镜中的光线相垂直，梯形棱镜还包括底面204，底面204与第三反射面202平行。
在具体实施例中，如图4所示，透过成像镜片100的光线入射至梯形棱镜内，投射至第一反射面201，第一反射面201的光线投射至第三反射面202，第三反射面202的光线投射至第二反射面203，第二反射面203的光线透过第三反射面202投射至成像芯片301。其中，所述成像镜片100与所述成像芯片301相对梯形棱镜在同一侧。
如图5所示，整片成像芯片301作为镜头成像区域J1，但sensor感光成像区域J2仅仅为如图5所示中一个矩形区域(阴影区域)，其余区域为镜头成像但sensor无法利用区域J3，而在sensor无法利用区域J3，即使投射有光线，也无法被利用，因此，可以基于sensor感光成像区域J2的大小，设置棱镜的外形。
在具体实施例中，在不影响成像芯片301成像的情况下，为了使得梯形棱镜的厚度更薄，进而减小光学成像系统的厚度，优选地，第二反射面203的面积与成像芯片301的感光区域面积相匹配，使得从等腰梯形棱镜中投射出的光线在成像芯片301上形成的区域面积等于成像芯片301的感光区域面积。
具体地，对成像棱镜的底面204进行切割，通过改变梯形棱镜的高度(即第三反射面202与底面204之间的距离)，减小第二反射面203的面积，直至第二反射面203的面积能够满足，投射到第二反射面203上的光线均投射至成像芯片302的感光区域面积，即从第二反射面203所投射出的光线在成像芯片301上形成的区域面积等于成像芯片301的感光区域面积，使得切除的范围不影响成像，这样既可以满足芯片成像的需要，又可以减小成像棱镜的体积。
当然，作为其他可选地实施例，第二反射面203的面积与成像芯片301的感光区域面积相匹配，还可以是：从第二反射面203投射出的光线在成像芯片301上形成的区域面积大于或等于成像芯片301的感光区域面积。
具体而言，本申请通过切除成像棱镜的底面，从而切除掉不影响第二反射面203正常投射的区域，使得等腰梯形棱镜不再向sensor感光成像区域外发射光线，而等腰梯形棱镜的高度可以通过sensor感光成像区域的光线进行确认。这样既减小了成像棱镜的高度，又不影响正常效果。
举例来说，如图6所示，以宽为x、长为y的芯片为例，对sensor宽边成像光线做切光处理，可以切除到不影响(x/x2+y2)F(视场)成像光线，如图5所示中的阴影部分(J2)即为切除后得到的(视场)。其中，切光处理表示将sensor无法利用区域对应下的棱镜进行切除处理，得到切除后的棱镜。例如：以4:3芯片为例，对sensor宽边成像光线做切光处理，可以切除到不影响0.6F成像光线，得到目标的等腰梯形棱镜。
如图7所示，以1/2″像面、相对口径0.4镜头为例，传统的光学成像系统的厚度为9.57，本申请的光学成像系统的厚度为7.84，切光后棱镜的厚度可以降低1.93mm，因此可以有效地缩小系统的体积，节约手机内部空间，为手机提升其它器件的性能提供可能。
进一步地，为了使得等腰梯棱镜的形状与成像芯片301相匹配，如图7所示，本申请中的等腰梯形棱镜中的第一切面Q1以及第二切面Q2均与第三反射面202垂直，第一切面Q1位于第一反射面201与第三反射面202之间，第二切面Q2位于第三反射面202与第二反射面203之间，其中，第一切面Q1的延伸面与成像镜片100的边缘重合，第二切面Q2的延伸面与成像芯片301的边缘重合。
如图7所示，第一切面Q1所在的位置为成像镜片端，第二切面Q2所在的位置为成像芯片端，第一切面Q1外侧的区域为没有光线经过的一部分，第一切面Q1内侧的区域为棱镜区域，当从成像镜片100射出的光线到达等腰梯形棱镜时，光线将全部进入等腰梯形棱镜中。这样包含第一切面Q1的等腰梯形棱镜只是切除了没有光线经过的部分，并不影响相对照度。
第二切面Q2外侧的区域为光线到达sensor无法利用区域J3，第二切面Q2内侧的区域为棱镜区域，从等腰梯形棱镜中射出的光线可以满足sensor的0.6F成像。这样包含第二切面Q2的等腰梯形棱镜只是切除了sensor无法利用区域J3对应下的棱镜位置，并不影响成像芯片301成像。
同样地，以1/2″像面、相对口径0.4镜头为例，未切光前的棱镜长度为15.93mm，本申请的棱镜的长度为13.8mm，切光后棱镜的长度可以缩短2.13mm，因此可以有效地缩小系统的体积，节约手机内部空间，为手机提升其它器件的性能提供可能。
由此，包含第一切面Q1与第二切面Q2的等腰梯形棱镜，可以在不影响成像芯片301成像的情况下，使得光学成像系统的长度更短。
具体地，本申请中的光学成像系统还包括镜头驱动装置，镜头驱动装置固定于成像镜片100与成像棱镜之间，用于驱动成像镜片100。
如图8所示，镜头驱动装置101(镜头马达)与成像芯片301之间会存在间隙X，在镜头使用过程中(例如：开闪光灯时)，有部分光线从间隙X进入光学系统内部，形成杂散光，降低成像质量，因此，为了提高成像质量，在镜头驱动装置101与成像芯片301之间的间隙X处包含遮光材料。
具体来说，可以在镜头驱动装置与成像芯片301之间增加拦光材料，例如：如图9所示，可以在镜头驱动装置与成像芯片之间对应的等腰梯形棱镜位置上增加丝印S，或者在等腰梯形棱镜上涂墨，其中，丝印或者涂墨的形状、大小可以根据实际情况确定，本申请不作限定。或者是，还可以在镜头驱动装置101与成像芯片301之间增加遮光罩、遮光纸等等。
进一步地，如图10所示，光学成像系统中成像镜片100锁附在镜头驱动装置上，因此会跟随着镜头驱动装置上下运动，虽然在成像镜片100与梯形棱镜中间存在避让空间，但是在极限条件下，仍然可能发生成像镜片100撞击棱镜的风险。因此为了避免成像镜片100与梯形棱镜之间发生撞击，成像镜片100与梯形棱镜之间还可以包括缓冲件(图中未示出)。
具体来说，可以在成像镜片100和梯形棱镜之间增加防撞结构，举例来说，在成像镜片100与梯形棱镜之间的成像镜片100上或者梯形棱镜上贴软质材料，软质材料例如可以是硅胶、软性丝印等。其中，硅胶与软性丝印的分布可以是连续的，也可以是断断续续的，还可以是一个点等。
举例来说，如图11所示，软质材料Z可以为一个圆圈。只要能物理隔绝成像镜片100与梯形棱镜，缓冲件可以是任意可实施的材料和形状，本申请不作限定。
进一步地，由于本申请中的梯形棱镜包括第一反射面201、第三反射面202以及第二反射面203，因此当棱镜中的反射面的膜层设计不恰当时会增加光能损耗，为了降低光学成像系统的光能损耗，本申请中的第一反射面201以及第二反射面203均可以包括介质反射膜，第三反射面202可以包括增透膜。
具体来说，第三反射面202作为全反射面，通过镀增透膜，使得膜层第一层镀密度和折射率小于基底材料(上述提及的丝印可以刷在膜层之上)，即如图12所示，膜层由外层到最内层依次为丝印S、第一膜层2020、第二膜层2021、基底材料2022。
第一反射面201以及第二反射面203可以镀介质反射膜，当然，可以镀其他反射膜，例如金属反射膜等。
由此，本申请在不影响sensor成像的情况下，控制梯形棱镜的厚度与长度，减小梯形棱镜的厚度，缩短梯形棱镜的长度，从而使得光学成像系统具有更小的体积；在成像镜片100与成像芯片301之间的间隙增加遮光材料，降低系统的杂光干扰；在成像镜片100与梯形棱镜之间增加缓冲件，降低成像镜片100与梯形棱镜撞击风险；在第三反射面202镀第一层低于基底材料折射率和密度的靶材。
综上所述，本申请通过采用梯形棱镜，且从成像镜片发射出的光线与梯形棱镜的第三反射面(也即入射面)相垂直，底面与第三反射面平行，由于梯形棱镜相比于传统的三角棱镜等棱镜具有更薄的厚度，使得整个光学成像系统的厚度更薄。
第二方面，如图13所示，本实用新型提供了一种电子设备60，包括：如前述第一方面任一项所述的光学成像系统10以及一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为处理从所述光学成像系统10生成的图像信号。
该电子设备60可以为但不限于智能手机、平板电脑、智能手表、电子书阅读器、车载摄像设备、监控设备、医疗设备、无人机等等。具体地，在一种实施例中，电子设备60为智能手机，智能手机包括中框和电路板，电路板设置于中框，光学成像系统10安装于智能手机的中框，且其中的成像芯片302与电路板电性连接。光学成像系统10可作为智能手机的前置摄像模组或者后置摄像模组。
本申请以上实施例中的光学成像系统10拥有长焦、高画面亮度及小尺寸特性，因此通过采用上述光学成像系统10，电子设备60将能够兼顾远摄性能，且同时拥有亮度充足的拍摄画面及小型化的特点。
尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种成像棱镜，其特征在于，应用于光学成像系统中，所述棱镜包括：
入射面、底面、第一侧面以及第二侧面，所述入射面与所述底面平行，所述入射面与所述第一侧面之间的夹角为锐角，所述入射面与所述第二侧面之间的夹角为锐角；
其中，所述底面设置有第一遮光材料。
2.如权利要求1所述的棱镜，其特征在于，所述入射面与所述第一侧面之间的夹角等于所述入射面与所述第二侧面之间的夹角。
3.如权利要求1所述的棱镜，其特征在于，所述第一侧面与所述入射面之间还包括第一切面，所述第二侧面与所述入射面之间还包括第二切面；
所述第一切面与所述入射面垂直，所述第二切面与所述入射面垂直。
4.如权利要求3所述的棱镜，其特征在于，所述第一切面设置有第二遮光材料，所述第二切面设置有第三遮光材料。
5.一种光学成像系统，其特征在于，包括：成像镜片、成像芯片以及如权利要求1-4中任一项所述的成像棱镜，第一侧面为第一反射面，第二侧面为第二反射面；
透过所述成像镜片的光线从所述入射面入射至所述成像棱镜内，经过所述第一反射面以及所述第二反射面反射，自所述成像棱镜射出，投射至所述成像芯片。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二反射面的面积与所述成像芯片的感光区域面积相匹配，使得从所述成像棱镜中投射出的光线在成像芯片上形成的区域面积等于所述成像芯片的感光区域面积。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述入射面为第三反射面；
透过所述成像镜片的光线从所述入射面入射至所述成像棱镜内，经过所述第一反射面、所述第三反射面以及所述第二反射面反射，自所述成像棱镜射出，投射至所述成像芯片。
8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：镜头驱动装置，所述镜头驱动装置固定于所述成像镜片与所述成像棱镜之间，所述镜头驱动装置与所述成像芯片之间的间隙处包含遮光材料。
9.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述成像镜片与所述成像棱镜之间还包括缓冲件。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求5-9中任一项所述的系统以及一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为处理从所述系统生成的图像信号。
Applications Claiming Priority (2)
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