WO2021208912A1

WO2021208912A1 - 棱镜结构、光学模组以及电子设备

Info

Publication number: WO2021208912A1
Application number: PCT/CN2021/086924
Authority: WO
Inventors: 周末; 张溢文; 曹飞
Original assignee: 维沃移动通信有限公司
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2021-10-21
Also published as: CN111458832A

Abstract

一种棱镜结构、光学模组以及电子设备，棱镜结构包括第一支架（500），第一支架（500）为中空结构件，第一支架（500）具有第一光路出口（510）、第二光路出口（520）、第一光路进口（530）和第二光路进口（540），第一光路进口（530）与第一光路出口（510）对应，第二光路进口（540）与第二光路出口（520）对应；第一支架（500）具有转动轴线，第一支架（500）可绕转动轴线转动，第一光路出口（510）与第二光路出口（520）位于转动轴线的周向。该棱镜结构应用于摄像头和电子设备中时，能够减少元件数量和耗电量，降低成本，优化结构布局。

Description

棱镜结构、光学模组以及电子设备

交叉引用

本发明要求在2020年04月17日提交中国专利局、申请号为202010306917.X、发明名称为“棱镜结构、光学模组以及电子设备”的中国专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用结合在本发明中。

技术领域

本发明实施例涉及通信设备技术领域，尤其涉及一种棱镜结构、光学模组以及电子设备。

背景技术

随着科技的高速发展，电子设备(例如手机、平板电脑等)的性能不断优化，对拍照摄像功能的要求不断提高，以期望获得更好的画质，而这些都是基于电子设备的摄像头具有更宽广的焦距范围来实现的。目前，为了增加摄像头的焦距范围，业内通常是采用多摄像头布局设计方案，例如后置三摄、后置四摄等技术，由此来提升电子设备的拍照摄像质量。

在现有的多摄像头布局设计方案中，通常多个摄像头都需要各自对应搭配镜片组、COMS(或者CCD)感光元件、电路板、对焦模组以及防抖模组，这些器件不仅会增加电子设备整机的电耗，还会占据电子设备内部过多的空间，导致电子设备内部的结构空间过于紧张。

发明内容

本发明实施例提供一种棱镜结构、光学模组以及电子设备，以解决目前的电子设备通过采用多摄像头布局设计来增大焦距范围时，存在的内部结构空间过于紧张以及电耗过高的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种棱镜结构，其包括第一支架，所述第一支架为中空结构件，所述第一支架具有第一光路出口、第二光路出口、第一光路进口和第二光路进口，所述第一光路进口与所述第一光路出口对应，所述第二光路进口与所述第二光路出口对应；所述第一支架具有转动轴线，所述第一支架可绕所述转动轴线转动，所述第一光路出口与所述第二光路出口位于所述转动轴线的周向。

第二方面，本发明实施例还提供一种光学模组，其包括感光元件、第一驱动机构以及前述的棱镜结构；

所述第一驱动机构与所述第一支架相连，所述第一驱动机构驱动所述第一支架绕转动轴线转动，以使得所述第一支架在第一状态和第二状态切换；其中，在所述第一状态时，所述第一光路出口与所述感光元件相对，在所述第二状态时，所述第二光路出口与所述感光元件相对。

第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，其包括前述的棱镜结构，或者包括前述的光学模组。

本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：

在本发明实施例所公开的棱镜结构中，其包括有第一支架，第一支架为中空结构件，且第一支架具有第一光路出口、第二光路出口、第一光路进口和第二光路进口，由于第一光路进口与第一光路出口对应，第二光路进口与第二光路出口对应，因此该棱镜结构能够形成两条独立的光路，进而能够增加焦距的可选范围；同时，第一支架能够绕其转动轴线转动，进而可以在两条光路中进行选择切换。

当本发明实施例所公开的棱镜结构应用在摄像头和电子设备中时，基于棱镜结构对光路的调节，相当于能够实现两个摄像头的功能，且相应地仅需要配备一套感光元件、防抖模组等器件，相较于现有技术，无疑能够减少摄像头、感光元件、防抖模组等的配置数量，而降低耗电量、降低制造成本、以及优化了电子设备内部的结构布局。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例公开的摄像头的分解结构示意图；

图2为本发明实施例公开的第一支架和第一驱动机构未组配时的结构示意图；

图3为本发明实施例公开的第一支架和第一驱动机构组配后的结构示意图；

图4为本发明实施例公开的摄像头在短焦工作状态的光路图；

图5为本发明实施例公开的摄像头在长焦工作状态的光路图；

附图标记说明：

100-第一壳体、110-内腔、120-第一透光部、121-第一保护镜、130-第二透光部、131-第二保护镜、

200-感光元件、210-传感器本体、220-第二壳体、

300-第一调焦镜组、400-第二调焦镜组、

500-第一支架、510-第一光路出口、511-第一出光棱镜、520-第二光路出口、521-第二出光棱镜、530-第一光路进口、531-第一进光棱镜、540-第二光路进口、541-第二进光棱镜、

610-第一反射元件、620-第二反射元件、

710-第三反射元件、711-反射面、

800-第一驱动机构、810-第二支架、811-转动配合部、820-传动轴、821-限位凸部、830-线圈。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。

请参考图1～图5，本发明实施例公开一种棱镜结构，其适用于调节光路。所公开的棱镜结构包括第一支架500。

第一支架500为中空结构件，也就是说，光线能够在第一支架500内部进行传播而不受阻挡。同时，第一支架500具有第一光路出口510、第二光路出口520、第一光路进口530和第二光路进口540，第一光路进口530与第一光路出口510对应，第二光路进口540与第二光路出口520对应。具体而言，外部光线可以从第一光路进口530和第二光路进口540进入到第一支架500内部，且从第一光路进口530进入的光线能够对应从第一光路出口510出射，从第二光路进口540进入的光线能够对应从第二光路出口520出射；由此，在第一支架500上即形成了相互独立的两条光路，且不同的光路传播路径存在差异，在应用于摄像技术时能够形成不同的焦距范围。

第一支架500具有转动轴线，第一支架500可绕转动轴线转动，第一光路出口510与第二光路出口520位于转动轴线的周向。应理解的是，当第一支架500围绕其转动轴线转动时，第一光路出口510与第二光路出口520也会围绕转动轴线转动，由此第一光路出口510和第二光路出口520的位置可以选择性改变，进而实现了不同光路的切换。

当然，本实施例未限制第一支架500的具体形状类型，如图2所示，第一支架500可以为多面体，其也可以为圆柱体、球体等。进一步地，第一支架500还可以包括更多的光路进口和光路出口组合，以形成更多的光路，在应用于摄像技术时能够覆盖更大的焦距范围。

由上述说明可知，在本发明实施例所公开的棱镜结构中，其包括有第一支架500，第一支架500为中空结构件，且第一支架500具有第一光路出口510、第二光路出口520、第一光路进口530和第二光路进口540，由于第一光路进口530与第一光路出口510对应，第二光路进口540与第二光路出口520对应，因此该棱镜结构能够形成两条独立的光路，进而能够增加焦距的可选范围；同时，第一支架500能够绕其转动轴线转动，进而可以在两条光路中进行选择切换。

当本发明实施例所公开的棱镜结构应用在摄像头和电子设备中时，基于棱镜结构对光路的切换，相当于能够实现两个摄像头的功能，且相应地仅需要配备一套感光元件、防抖模组等器件，相较于现有技术，无疑能够减少摄像头、感光元件、防抖模组等的配置数量，而降低耗电量、降低制造成本、以及优化了电子设备内部的结构布局。

在可选的方案中，第一光路进口530可以设置有第一进光棱镜531，第一光路出口510可以设置有第一出光棱镜511，第二光路进口540可以设置有第二进光棱镜541，第二光路出口520可以设置有第二出光棱镜521。如此设置下，当外部光线从第一光路进口530和第二光路进口540进入到第一支架500内部，需要分别透射过第一进光棱镜531和第二进光棱镜541，而光线从第一光路出口510和第二光路出口520出射至第一支架500之外时，需要分别透射过第一出光棱镜511和第二出光棱镜521；在上述的过程中，第一进光棱镜531、第二进光棱镜541、第一出光棱镜511和第二出光棱镜521均可以对光线的光路进行调节，通常起到汇聚光线的作用(即第一进光棱镜531、第二进光棱镜541、第一出光棱镜511和第二出光棱镜521为汇聚构型，当然它们也可以为发散构型)，进而实现对焦距的优化调节；同时，第一进光棱镜531、第二进光棱镜541、第一出光棱镜511和第二出光棱镜521还可以其他滤光的作用，例如通常可以将红外光线滤除，以避免红外光线影响成像效果。

本实施例未限制第一进光棱镜531、第二进光棱镜541、第一出光棱镜511和第二出光棱镜521在第一支架500上的具体布设情况，可根据实际应用环境而定。

在可选的方案中，棱镜结构还可以包括第一反射元件组，第一反射元件组设置于第一支架500内，且第一反射元件组将从第一光路进口530进入的光线反射至第一光路出口510。如前所述，第一支架500中形成不同光路需要包括不同的焦距范围，而第一反射元件组能够将从第一光路进口530的光线经过反射处理后再投射至第一光路出口510，相较于直接从第一光路进口530入射、再由第一光路出口510出射，无疑增加了光路的路径长度，而增大了焦距范围。应理解的是，经过第一反射元件组处理的光路实现了长焦镜头的功能，而未经过反射镜组处理的光路则实现了短焦镜头的功能。

在本实施例中，第一反射元件组的构成方式可以有多种，在一种具体的实施方式中，第一反射元件组可以包括第一反射元件610和第二反射元件620，从第一光路进口530进入的光线依次通过第一反射元件610和第二反射元件620而反射至第一光路出口510。应理解的是，第一反射元件610可以与第一光路进口530相对设置，以使得外部光线从第一光路进口530射入第一支架500之内后能够投射至第一反射元件610上；第一反射元件610可以同时与第二反射元件620相对设置，以使得光线经由第一反射元件610反射后能够投射至第二反射元件620上；第二反射元件620可以同时与第一光路出口510相对设置，以使得光线经由第二反射元件620反射后能够投射至第一光路出口510而投射至第一支架500之外。

当然，本实施例未限制第一反射元件组的构成方式，例如第一反射元件组也可以仅包括一个反射镜，光线在第一支架500内部仅经过一次反射即通过第一光路出口510投射至第一支架500之外。

通常情况下，第一反射元件610与第二反射元件620均可以为平面反射镜。本实施例不限制第一反射元件610和第二反射元件620的具体类型，例如二者也可以为反射棱镜。

结合前述可知，第一支架500是棱镜结构的主体构件，其为第一进光棱镜531、第二进光棱镜541、第一出光棱镜511、第二出光棱镜521和第一反射元件组提供了安装基础。

请再次参考图1～图5，基于前述的棱镜结构，本发明实施例还公开一种光学模组，光学模组的类型可以有多种，通常可为摄像模组。本发明实施例所公开的光学模组包括感光元件200、第一驱动机构800以及前述的棱镜结构。

感光元件200是光学模组的成像构件，其能够将光线转化为图片，即感光后形成图像。在本实施例中，外部光线可经过棱镜结构而投射至感光元件200上，进而顺利成像。通常情况下，感光元件200可选用为CMOS感光芯片。基于前述棱镜结构的效果，感光元件200可对棱镜结构上不同光路、即不同焦距范围内光线实现成像目的。

如前所述，第一支架500可进行转动，在本实施例中，第一支架500可基于第一驱动机构800实现转动。具体地，第一驱动机构800与第一支架500相连，第一驱动机构800驱动第一支架500绕转动轴线转动，以在不同的光路进行选择切换。

第一支架500具有第一状态和第二状态，且第一支架500可在转动过程切换状态；其中，在第一状态时，第一光路出口510与感光元件200相对，在第二状态时，第二光路出口520与感光元件200相对。具体而言，当第一支架500处于第一状态时，感光元件200可接收并感应第一光路传播的光线，即从第一光路进口530入射并从第一光路出口510出射的光线；当第一支架500处于第二状态时，感光元件200可接收并感应第二光路传播的光线，即从第二光路进口540入射并从第二光路出口520出射的光线。

由于两条光路的光线的焦距范围不同，相当于实现了两个摄像头的功能，且仅仅使用了一个感光元件，因此能够较现有技术减少摄像头、感光元件等期间的配置数量，进而实现降低制造成本、优化电子设备内部的结构布局的有益效果。

本实施例中，第一驱动机构800的具体类型可以有多种。在一种具体的实施方式中，第一驱动机构800可以包括第二支架810、传动轴820和线圈830，第二支架810上设置有转动配合部811，转动配合部811具有转动槽，传动轴820的一端与第一支架500相连，传动轴820的另一端通过转动槽与转动配合部811转动配合，且传动轴820为永磁件，线圈830设置于第二支架810上。

具体而言，当线圈830中通电后，基于电流的磁效应，线圈830周围会产生磁场，且该磁场会与传动轴820的磁场产生相互作用(相互吸引或相互排斥)，进而驱动传动轴820在转动槽内转动，而第一支架500随着传动轴820实现转动，并在第一状态和第二状态之间切换。需要说明的是，通过线圈通电实现磁体的转动为本领域常规手段，在此不赘述。

为了提升传动轴820的转动稳定性和安装可靠性，在可选的方案中，传动轴820的第二端沿周向设置有限位凸部821，限位凸部821转动配合于转动槽。应理解的是，在传动轴820与转动配合部811的转动槽转动配合的基础上，限位凸部821能够卡接于限位槽中，进而避免传动轴820从转动配合部811脱离。如此，传动轴820即可可靠安装于转动槽内，且能够实现稳定转动，进而确保第一支架500能够顺利实现状态切换。

进一步地，转动配合部811可以为磁性结构件。如此设置下，传动轴820周围的磁场强度被增大，可以提升对传动轴820的驱动效率，进而提升第一驱动机构800驱使第一支架500的工作效率。当然，本实施例未限制转动配合部811的具体制备材料进行限制，其也可以为非磁性结构件。

通常情况下，光学模组还可以包括第一壳体100，第一壳体100作为光学模组的基础构件，为棱镜结构、感光元件200和第一驱动机构800等提供安装基础，第一壳体100通常具有内腔110，棱镜结构、感光元件200和第一驱动机构800等其他构件通常设置于内腔110中。

第一壳体100具有第一透光部120和第二透光部130，第一透光部120和第二透光部130与内腔110连通。应理解的是，第一透光部120和第二透光部130能够供外部光线射入到内腔110中，为后续棱镜结构调节光线的光路、及感光元件200的感光提供准备。具体地，第一透光部120和第二透光部130可以包括开设于壳体上的安装孔以及设置于安装孔中的透光盖板，透光盖板可起到一定的防护功能。透光盖板可以为透明树脂或玻璃制成的盖板，举例来说，第一透光部120可以包括第一保护镜121，第二透光部130可以包括第二保护镜131，第一保护镜121和第二保护镜131即为透明盖板。

当然，本实施例未限制第一透光部120和第二透光部130的具体类型，透光部还可以直接构造为透光孔，但是该方式不利于光学模组的防水防尘性能。

对应前述，在第一支架500处于第一状态时，第一支架500转动至使得从第一透光部120进入的光线投射至第一光路进口530，在第一支架500处于第二状态时，第一支架500转动至使得从第二透光部130进入的光线投射至第二光路进口540。

在本实施例中，第一透光部120与第一光路进口530的具体配合关系、第二透光部130与第二光路进口540的具体配合关系均未做出限制，举例来说，第一透光部120与第一光路进口530可以相对设置，第二透光部130与第二光路进口540也可以相对设置。

而在另一种具体的实施方式中，光学模组还可以包括第二反射元件组，第二反射元件组设置于内腔110中，在第二状态时，第二反射元件组将穿过第二透光部130的光线反射至第二光路进口540。应理解的是，在第一支架500处于第二状态时，从第二透光部130进入的光线通过第二反射元件组投射至第二光路进口540；基于第二反射元件组，无疑也能够增加从第二光路进口540并在感光元件200上感光的光线的光路路径长度，进而增大了焦距范围。

需要说明的是，第二反射元件组和前述的第一反射元件组除了能够增加光学模组的焦距覆盖范围，还能够起到优化第一透光部120和第二透光部130的位置布局的作用。具体而言，在本实施例中，光学模组仅使用一个感光元件200，而第一透光部120和第二透光部130可以设置在壳体100的任意方向，最终均可以通过第一反射元件组和第二反射元件组将外部光线投射至感光元件200上而顺利成像。

在本实施例中，第二反射元件组的构成方式可以有多种，在一种具体的实施方式中，第二反射组件可以为第三反射元件710，第三反射元件710具有反射面711，且反射面711与第二透光部130相对；在第二状态时，反射面711与第二光路进口540相对。应理解的是，在第一支架500处于第二状态时，从第二透光部130进入内腔110中的外部光线可以投射至反射面711上，经由反射面711而反射至第二光路进口540。

在本实施例中，第三反射元件710可选用为反射棱镜，当然其也可以为如平面反射镜等其他的反射结构。当然，本实施例也未限制第二反射元件组的构成方式，其也可以包括多个反射镜，如此外部光线从第二透光部130进入内腔110后则经过多次反射再投射至第二光路进口540。

为了进一步优化光学模组对光线的焦距调节作用，在可选的方案中，光学模组还可以包括第一调焦镜组300和第二调焦镜组400，第一调焦镜组300位于感光元件200与棱镜结构之间，第二调焦镜组400设置于棱镜结构背离第一调焦镜组300的一侧，且第一调焦镜组300和第二调焦镜组400的光轴均通过感光元件200。

应理解的是，第一调焦镜组300和第二调焦镜组400通常为透镜结构，可以对光线进行汇聚或发散，进而实现对光学模组的焦距调节，通常情况下二者为汇聚构型，如此可使得光线聚光而便于感光元件200成像；本实施例不限制第一调焦镜组300和第二调焦镜组400具体为凸透镜或凹透镜。

在本实施例中，光学模组还可以包括第二驱动机构，第二驱动机构与第一调焦镜组 300相连、且可驱动第一调焦镜组300沿其光轴方向移动，进而可以实现光学模组的无极变焦。本实施例未限制第二驱动机构的具体类型，其可以为调焦马达，也可以为其他的液压伸缩件、丝杠机构等。

基于前述的棱镜结构，或者基于前述的光学模组，本发明实施例还公开了一种电子设备，其包括前述的棱镜结构，或者包括前述的光学模组。本发明实施例所指的电子设备可以是智能手机、平板电脑、电子书阅读器、可穿戴装置等设备，本发明实施例不限制电子设备的具体种类。

在电子设备中，感光元件200通常包括传感器本体210和第二壳体220，传感器本体210设置于第二壳体220上，且传感器本体210通常通过柔性电路板与电子设备的主板电连接，以实现供电和信息交互。

本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims

一种棱镜结构，包括第一支架(500)，所述第一支架(500)为中空结构件，所述第一支架(500)具有第一光路出口(510)、第二光路出口(520)、第一光路进口(530)和第二光路进口(540)，所述第一光路进口(530)与所述第一光路出口(510)对应，所述第二光路进口(540)与所述第二光路出口(520)对应；所述第一支架(500)具有转动轴线，所述第一支架(500)可绕所述转动轴线转动，所述第一光路出口(510)与所述第二光路出口(520)位于所述转动轴线的周向。
根据权利要求1所述的棱镜结构，其中，所述第一光路进口(530)设置有第一进光棱镜(531)，所述第一光路出口(510)设置有第一出光棱镜(511)，所述第二光路进口(540)设置有第二进光棱镜(541)，所述第二光路出口(520)设置有第二出光棱镜(521)。
根据权利要求1所述的棱镜结构，其中，所述棱镜结构还包括第一反射元件组，所述第一反射元件组设置于所述第一支架(500)内，且所述第一反射元件组将从所述第一光路进口(530)进入的光线反射至所述第一光路出口(510)。
根据权利要求3所述的棱镜结构，其中，所述第一反射元件组包括第一反射元件(610)和第二反射元件(620)，从所述第一光路进口(530)进入的光线依次通过所述第一反射元件(610)和所述第二反射元件(620)而反射至所述第一光路出口(510)。
根据权利要求4所述的棱镜结构，其中，所述第一反射元件(610)与所述第二反射元件(620)均为平面反射镜。
一种光学模组，包括感光元件(200)、第一驱动机构(800)以及如权利要求1至5中任一项所述的棱镜结构；

所述第一驱动机构(800)与所述第一支架(500)相连，所述第一驱动机构(800)驱动所述第一支架(500)绕所述转动轴线转动，以使得所述第一支架(500)在第一状态和第二状态切换；其中，在所述第一状态时，所述第一光路出口(510)与所述感光元件(200)相对，在所述第二状态时，所述第二光路出口(520)与所述感光元件(200)相对。
根据权利要求6所述的光学模组，其中，所述第一驱动机构(800)包括第二支架(810)、传动轴(820)和线圈(830)，所述第二支架(810)上设置有转动配合部(811)，所述转动配合部(811)具有转动槽，所述传动轴(820)的一端与所述第一支架(500)相连，所述传动轴(820)的另一端通过所述转动槽与所述转动配合部(811)转动配合，且所述传动轴(820)为永磁件，所述线圈(830)设置于所述第二支架(810)上。
根据权利要求7所述的光学模组，其中，所述转动配合部(811)为磁性结构件。
根据权利要求6所述的光学模组，还包括第一壳体(100)，所述第一壳体(100) 具有内腔(110)、第一透光部(120)和第二透光部(130)，所述感光元件(200)、第一驱动机构(800)和所述棱镜结构均设置于所述内腔(110)中，所述第一透光部(120)和所述第二透光部(130)与所述内腔(110)连通；在所述第一状态时，从所述第一透光部(120)进入的光线投射至所述第一光路进口(530)，在所述第二状态时，从所述第二透光部(130)进入的光线投射至所述第二光路进口(540)。
根据权利要求9所述的光学模组，还包括第二反射元件组，所述第二反射元件组设置于所述内腔(110)中，在所述第二状态时，所述第二反射元件组将从所述第二透光部(130)进入的光线反射至所述第二光路进口(540)。
根据权利要求10所述的光学模组，其中，所述第二反射组件为第三反射元件(710)，所述第三反射元件(710)具有反射面(711)，且所述反射面(711)与所述第二透光部(130)相对；在所述第二状态时，所述反射面(711)与所述第二光路进口(540)相对。
根据权利要求6所述的光学模组，还包括第一调焦镜组(300)和第二调焦镜组(400)，所述第一调焦镜组(300)位于所述感光元件(200)与所述棱镜结构之间，所述第二调焦镜组(400)设置于所述棱镜结构背离所述第一调焦镜组(300)的一侧，且所述第一调焦镜组(300)和所述第二调焦镜组(400)的光轴均通过所述感光元件(200)。
一种电子设备，包括如权利要求1至5中任一项所述的棱镜结构，或者包括如权利要求6至12中任一项所述的光学模组。