CN105572853A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学装置，包括多个光学透镜组、光学感测元件、至少一光源组件以及壳体。任一光学透镜组可供光束通过其中以改变光束的行进方向；且光学感测元件用以感应通过该多个光学透镜组中的至少一光学透镜组且入射至光学感测元件上的光束，进而予以转换为影像信号；而光源组件则用于输出光束；壳体用以容置并固定该多个光学透镜组、该光学感测元件以及该至少一光源组件。本发明光学装置呈现单一光学镜头型式且还能够同时进行不同光学功能运用，因此整体体积得以小型化并降低制造成本，光学装置的组装程序以及需组装的元件数量得以简化，而且光学装置的摄像效果得以被提升。

Description

光学装置

技术领域

本发明关于一种光学装置，尤其关于一种具有照明功能的光学摄像装置。

背景技术

请参阅图1，其为现有单一影像摄影装置的结构示意图。单一影像摄影装置1包括光学镜头11、影像感测元件12以及壳体13，且光学镜头11是由至少一片透镜所构成，并用以供外界的光束通过其中，而影像感测元件12则用以感应通过光学镜头11并入射至其上的光束，并进而转换为影像信号，以供显示器显示影像，又，壳体13则用以容置光学镜头11以及影像感测元件12，并提供稳固的定位效果，使得光学镜头11以及影像感测元件12能够正常运作。其中，虽然图1所示为独立的单一影像摄影装置1，但由于现今光学技术的蓬勃发展，其亦可被微小化而设置在可携式的电子通讯产品上。

然而，图1所示的单一影像摄影装置1在一次的摄像过程中仅能摄取单一影像，为了克服此缺陷，目前的技术主要是将多个独立的单一影像摄影装置1予以聚集排列设置，藉以在同一时间区间摄取多个影像。

详言之，请参阅图2，其为现有阵列影像摄影装置的结构示意图。图2示意了阵列影像摄影装置2是透过框架21来将多个独立的单一影像摄影装置1予以阵列排列设置并形成矩形状，且每一单一影像摄影装置1是于各自撷取影像后将所获得的影像信号传送至后端处理器(图未示)进行整合处理，以供显示器显示。

虽然现有阵列影像摄影装置2可在一次的摄像过程中摄取多个影像，但其中所有单一影像摄影装置1所能提供的光学功能皆相同，例如所有单一影像摄影装置1的光轴皆固定为单一方向，亦即任两个光轴无夹角，抑或是所有单一影像摄影装置1的视角(fieldofview)或焦距都一样。

又，受限于目前阵列影像摄影装置的制程，单一影像摄影装置1的摄像质量往往只能有1M～2M像素(pixel)的分辨率，故阵列影像摄影装置2所能提供的功能有局限性。此外，以阵列(array)排列设置的结构显然过于复杂，且由于阵列影像摄影装置2必须设置多个独立的单一影像摄影装置1，亦导致成本过高而无法有效推广。

请参阅图3，其为现有另一影像摄影装置的结构示意图。影像摄影装置9包括多个镜头模块91以及用以固定该些镜头模块的壳体92，且每一镜头模块91包括一光学透镜组911以及一光学感测元件(图未示)；其中，每一镜头模块91是各自地摄取影像，并将所获得的影像信号予以传至处理器(图未示，可内建于壳体中)进行整合处理，以合成3D立体影像或供显示器显示。虽然现有影像摄影装置9同样是可在一次的摄像过程中摄取多个影像，但由于壳体92内需设置多个光学感测元件，因此其体积能够缩小的程度相当有限。

此外，无论是现有的单一影像摄影装置或现有的多个影像摄影装置，在考虑摄影装置的摄像品质的情况下，为了提高摄影装置所获得的影像的锐利度，摄影装置的光圈常被迫缩小，但光圈若被缩得过小会导致摄影装置所需的亮度不足，反而降低整体效能。

请参阅图4，其为现有配置有闪光灯的影像摄影装置的结构示意图。图4示意了闪光灯7为一独立元件，其可独立于影像摄影装置8外，亦可与影像摄影装置8相结合，主要是用于影像摄影装置8的摄像过程中向影像摄影装置8的使用环境提供照明亮度，进而提升摄像质量。然而，闪光灯7占据过多的空间，因此配置有闪光灯7的影像摄影装置8的整体体积亦难以有效缩小。

是以，如何在兼顾整体体积与制造成本的情况下，使摄影装置能在一次的摄像过程中摄取多个影像，并可弹性地依据实际应用情况而提供不同的光学功能以获得所需的光学效果，且在各种应用场合中(如缩小光圈的情况下)还能够获得摄像时所需的亮度，已成为重要的课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种呈单一光学镜头型式且还能够同时进行不同光学功能运用的光学装置，使其整体体积得以小型化并降低制造成本，且光学装置的组装程序以及需组装的元件数量得以简化。

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种可向光学装置的使用环境提供适合的照明亮度以与其光学感测元件所需求的亮度相匹配的光学装置，藉以提升光学装置的摄像质量与效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种光学装置，包括多个光学透镜组、一光学感测元件、至少一光源组件以及一壳体，且任一该光学透镜组是供光束通过并予以改变行进方向；该光学感测元件用以感应通过该多个光学透镜组中的至少一光学透镜组并入射至该光学感测元件的光束；该至少一光源组件用以输出光束；该壳体用以容置并固定该多个光学透镜组、该光学感测元件以及该至少一光源组件。

较佳地，该至少一光源组件所输出的光束是用以提供照明及/或一结构光。

较佳地，该光学装置满足下列关系式：

B_w>0.6·E_w·(F/#_w)²；

其中，B_w为该至少一光源组件所输出的光束中波长为w的光束的一总亮度，E_w为该光学感测元件所需要的波长为w的光束的一亮度，F/#_w为供波长为w的光束通过的光学透镜组的一光圈值。

较佳地，每一该光源组件包括一发光源以及一阻遮件，且该阻遮件设置于该发光源与该光学感测元件之间，以阻挡该发光源所输出的光束入射至该光学感测元件。

较佳地，该发光源包括激光二极管(LD)、发光二极管(LED)以及有机发光二极管(OLED)中的至少一者，且该发光源是用以输出具有一第一波长区间的光束、具有一第二波长区间的光束以及具有热感应波长区间的光束中的至少一者。

较佳地，该多个光学透镜组中的一者为一中心光学透镜组，而该多个光学透镜组中的其它光学透镜组分别为一周边光学透镜组，并围绕于该中心光学透镜组。

较佳地，该光学装置满足下列关系式：

$0.6<\frac{f_c}{f_{e,j}}<1.2;$ 以及

$\frac{f_c}{F/\#}<2.5;$

其中，f_c为该中心光学透镜组的一有效焦距(effectivefocallength，EFL)，f_e,j为第j个周边光学透镜组的一有效焦距，F/#为该中心光学透镜组的一光圈值(f-number)。

较佳地，该中心光学透镜组的一中心光轴与至少一该周边光学透镜组的一周边光轴之间具有一夹角，且该夹角小于20度。

较佳地，该至少一光源组件设置于至少一该周边光学透镜组中，或设置于该至少一该周边光学透镜组与该光学感测元件之间。

较佳地，该光学装置还包括至少一滤光片，且该至少一滤光片设置于该多个光学透镜组与该光学感测元件之间，用以对通过任一该光学透镜组后的光束进行过滤筛选。

较佳地，该至少一滤光片用以阻止可见光束、红外光束、近红外光束以及远红外光束中的至少一者通过其中。

较佳地，该光学装置还包括一遮光片，且该遮光片设置于该多个光学透镜组的前侧，并具有对应于该多个光学透镜组的多个通孔。

较佳地，该多个光学透镜组中的一者为一可见光镜头组，其供至少一可见光束穿过并改变行进方向，而该多个光学透镜组中的一另一者为一不可见光镜头组，其供至少一不可见光束穿过并改变行进方向。

较佳地，该多个光学透镜组中的一者为具有一第一透镜的第一光学透镜组，且该多个光学透镜组中的一另一者为具有一第二透镜的第二光学透镜组；其中，该第一透镜与该第二透镜是一体成型地相连。

较佳地，任一该光学透镜组包括单一透镜或相叠的多个透镜，且其中任一该透镜是由塑料、玻璃或硅基材料所制成。

较佳地，该光学装置为一光学摄像装置。

本发明光学装置的多个光学透镜组可分别因应不同光学功能(如广视角摄像功能、非广视角摄像功能、远距离摄像功能、近距离摄像功能等)而被设计，且该些光学透镜组皆被固定于同一壳体且共享同一光学感测元件，因此本发明可提供一种呈单一光学镜头型式且还能够同时进行不同光学功能运用的光学装置，例如在一次的摄像过程中摄取多个由不同的光学功能所获得的影像，如此使得光学装置的整体体积得以小型化并降低制造成本，且光学装置的组装程序以及需组装的元件数量得以简化。再者，由于本发明光学装置还设置有可向光学装置的使用环境提供适合的照明亮度以与光学感测元件所需求的亮度相匹配的光源组件，并且设计光源组件与多个光学透镜组及光学感测元件共同容置在壳体中，因此本发明得以在兼顾光学装置的整体体积的情况下，提升光学装置的摄像质量与效果。

附图说明

图1：为现有单一影像摄影装置的结构示意图。

图2：为现有阵列影像摄影装置的结构示意图。

图3：为现有另一影像摄影装置的结构示意图。

图4：为现有配置有闪光灯的影像摄影装置的结构示意图。

图5：为本发明光学装置于一第一较佳实施例的外观结构示意图。

图6：为图5所示光学装置沿线L-L的部分剖面示意图。

图7：为本发明光学装置于一第二较佳实施例的部分剖面示意图。

具体实施方式

请参阅图5与图6，图5为本发明光学装置于一第一较佳实施例的外观结构示意图，图6为图5所示光学装置沿线L-L的部分剖面示意图。于本较佳实施例中，光学装置3是一种光学摄像装置，且包括第一光学透镜组31、第二光学透镜组32、第三光学透镜组33、第四光学透镜组34、光源组件35、光学感测元件36、滤光片37、遮光片38以及用以容置并固定该些光学透镜组31～34、光源组件35、光学感测元件36、滤光片37、遮光片38的壳体39。其中，第一光学透镜组31沿着第一光轴314的方向依序包括第一透镜311、第三透镜312与第五透镜313，而第三光学透镜组33沿着第三光轴334的方向依序包括第二透镜331、第四透镜332与第六透镜333；同样地，第二光学透镜组32以及第四光学透镜组34亦分别沿其第二光轴324以及第四光轴344的方向依序包括多个透镜(图未示)，其可相同于或异于第一光学透镜组31或第三光学透镜组33的透镜排列方式。

再者，任一光学透镜组31～34是供光束通过并予以改变行进方向，而光学感测元件36则用以感应通过任一光学透镜组31～34且入射至光学感测元件36的光束，并予以转换为影像信号，以供信号处理器(图未示)进行信号处理或供显示器(图未示)显示影像。

其次，上述任一透镜可由一塑料、一玻璃或一硅基材料所制成，而虽然图6中所示的第一光学透镜组31以及第三光学透镜组33分别是由多个透镜所相叠组成，但透镜的数量并不以此为限，例如该些光学透镜组31～34中的任一者亦可仅包括单一透镜。

较佳者，但不以此为限，第一光学透镜组31的第一透镜311、第三光学透镜组33的第二透镜331以及第二光学透镜组32与第四光学透镜组34的相对应位置上的透镜可相连接在一起，即上述多个透镜是以一体成型的方式形成于单一透光体上。同理，第一光学透镜组31的第三透镜312、第三光学透镜组33的第四透镜332以及第二光学透镜组32与第四光学透镜组34的相对应位置上的透镜可相连接在一起，并以一体成型的方式形成；而第一光学透镜组31的第五透镜313、第三光学透镜组33的第六透镜333以及第二光学透镜组32与第四光学透镜组34的相对应位置上的透镜可相连接在一起，并以一体成型的方式形成。

上述分别属于不同光学透镜组31～34的多个透镜以一体成型的方式形成的设计，将使得光学装置3的组装更为容易。此外，由于本发明光学装置3具有能够微型化的优势，故可应用于手持移动装置，如手机、平板电脑或其它穿戴式装置等。

再者，遮光片38设置于该些光学透镜组31～34的前侧，并具有对应于该些光学透镜组31～34以及光源组件35的多个通孔381，使得每一光学透镜组31～34及光源组件35皆能够露出，藉以供外界的光束进入该些光学透镜组31～34以及供光源组件35所提供的光束向外界输出。其中，遮光片38的目的在于，使每一光学透镜组31～34周边的杂散光被遮蔽，进而确保入射至光学感测元件36的光束的光学分辨率。

又，滤光片37是设置于该些光学透镜组31～34与光学感测元件36之间，用以对通过该些光学透镜组31～34后的光束进行过滤筛选，使得入射至光学感测元件36的光束皆是可被利用的光束；举例来说，滤光片37可依据实际应用需求而被设计为阻止可见光束、红外光束、近红外光束以及远红外光束中的至少一者通过其中。

其次，于本较佳实施例中，第三光学透镜组33为一中心光学透镜组，而第一光学透镜组31、第二光学透镜组32以及第四光学透镜组34分别为围绕于中心光学透镜组的周边光学透镜组，且该些周边光学透镜组围绕于中心光学透镜组。

再者，该些光学透镜组31～34各自具有一有效焦距(effectivefocallength，EFL)，且由于该些光学透镜组31～34可分别由不同的数量及/或不同光学性质的透镜所组成，故任两个光学透镜组的有效焦距可相同或不同。于本较佳实施例中，f_c为中心光学透镜组的有效焦距(即为第三光学透镜组33的有效焦距)，f_e,j为第j个周边光学透镜组的有效焦距(即f_e,1为第一光学透镜组31的有效焦距，f_e,2为第二光学透镜组32的有效焦距，f_e,3为第四光学透镜组34的有效焦距)，F/#为中心光学透镜组的光圈值(f-number)(即为第三光学透镜组33的光圈值)，且光学装置3满足下列关系式：

$0.6<\frac{f_c}{f_{e,j}}<1.2;$ 以及

$\frac{f_c}{F/\#}<2.5;$

也就是说，于本较佳实施例中，第一光学透镜组31、第二光学透镜组32以及第四光学透镜组34的有效焦距除以第三光学透镜组33的有效焦距皆分别介于0.6与1.2之间，且第三光学透镜组33的有效焦距除以第三光学透镜组33的光圈值是小于2.5的，如此一来，可使光学感测元件36将所接收的光束转换成影像信号的效能被提升。

较佳者，但不以此为限，于本较佳实施例中，第一光学透镜组31的光轴314、第二光学透镜组32的光轴324以及第四光学透镜组34的光轴344分别与第三光学透镜组33的光轴334的夹角均小于20度，亦即任一周边光学透镜组的光轴与中心光学透镜组的夹角皆小于20度，如此亦可使光学装置3具有较佳的摄像效果。

可选择地，该些光学透镜组31～34中的一者与一另一者分别为一可见光镜头组以及一不可见光镜头组，且可见光镜头组是供可见光束穿过并改变行进方向，而不可见光镜头组则供不可见光束穿过并改变行进方向，但并不以上述为限。

特别说明的是，光源组件35是用以向光学装置3的使用环境提供适合的照明亮度，以与光学感测元件36所需求的亮度相匹配，藉以提升光学感测元件36将所接收的光束转换成影像信号的效能，也就是说，当光学装置3的使用环境亮度不足时，或是当任一光学透镜组31～34的光圈(图未示)缩得过小，使得光学感测元件36所接收的光束的总亮度不足时，可藉由光源组件35向光学装置3的外界提供照明，以进而提升光学装置3的摄像效果与功能。

于本较佳实施例中，光源组件35包括呈层叠设置的发光源351以及阻遮件352，且阻遮件352位于发光源351与光学感测元件36之间，以阻挡发光源351所输出的光束入射至光学感测元件36，进而确保发光源351所输出的光束只有单向地朝光学装置3的外界输出。于另一较佳实施例中，光源组件35亦可依据实际应用需求而增设供发光源351所输出的光束通过其中的衍射光学组件(图未示)，使得光学装置3可向外界提供一结构光。

又，发光源351可包括激光二极管(LD)、发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)以及类似于激光二极管、发光二极管、有机发光二极管等半导体类的其它发光元件中的至少一者，且发光源351所提供的光束可为具有第一波长区间的光束以及具有第二波长区间的光束中的至少一者。举例来说，发光源351所提供的光束可包括可见光束、不可见光束以及具有热感应波长的光束。

可选择地，光源组件35还可进一步包括与发光源351相搭配的光学元件，举例来说，该光学元件可为与第一光学透镜组31的第一透镜311以及第三光学透镜组33的第二透镜331相连接在一起的透镜353，且透镜353供光源组件35所输出的光束通过其中并予以改变行进方向。

较佳者，但不以此为限，于本较佳实施例中，B_w为光源组件35所输出的光束中波长为w的光束的总亮度，E_w为光学感测元件36所需要的波长为w的光束的亮度，F/#_w则为供波长为w的光束通过的光学透镜组的的光圈值(f-number)，且光学装置3满足下列关系式：

B_w>0.6·E_w·(F/#_w)²；

其中，光源组件35是透过上述关系式而向光学装置3的使用环境提供适合的照明亮度，以与光学感测元件36所需求的亮度相匹配，进而提升光学装置3的摄像效果与功能。

请参阅图7，其为本发明光学装置于一第二较佳实施例的部分剖面示意图。其中，本较佳实施例的光学装置3’大致类似于前述第一较佳实施例中所述者，在此即不再予以赘述；而本较佳实施例与前述第一较佳实施例不同之处在于，前述第一较佳实施例的光源组件35仅包括单一发光源351，而本较佳实施例的光源组件35’包括多个发光源351、354。

惟，以上说明仅为本发明的实施例，本技术领域普通技术人员皆可依据实际应用需求而进行任何均等的变更设计。举例来说，可变更设计为，光学装置内未设置有滤光片37，抑或是光学装置内未设置有遮光片38；再举例来说，虽然于上述较佳实施例中的遮光片38是设置于该些光学透镜组的前侧，但并不以此为限，可变更设计为，遮光片38设置于光学装置内的其它适当处，例如两个光学透镜组之间，或单一光学透镜组中的两个透镜之间。

又举例来说，虽然于上述较佳实施例中的光学装置仅包括单一滤光片37，但并不以此为限，可变更设计为，光学装置包括分别对应于多个光学透镜组的多个滤光片；可选择地，任两个滤光片还可因应特定需求而被设计为阻止相同种类的光束通过其中或分别阻止不同种类的光束通过其中。

再举例来说，虽然上述较佳实施例中的光学装置的多个光学镜头组是以周边光学镜头组围绕于中心光学镜头组的方式设置，但并不以此为限，可变更设计为，多个光学镜头组以排列成矩形等特定形状的方式设置。

本发明光学装置的多个光学透镜组可分别因应不同光学功能(如广视角摄像功能、非广视角摄像功能、远距离摄像功能、近距离摄像功能等)而被设计，且根据以上的说明可知，由于该些光学透镜组皆被固定于同一壳体且共享同一光学感测元件，因此本发明提供的是一种呈单一光学镜头型式且还能够同时进行不同光学功能运用的光学装置，例如在一次的摄像过程中摄取多个由不同的光学功能所获得的影像，如此使得光学装置的整体体积得以小型化并降低制造成本，且光学装置的组装程序以及需组装的元件数量得以简化。

再者，由于本发明光学装置还设置有可向光学装置的使用环境提供适合的照明亮度以与光学感测元件所需求的亮度相匹配的光源组件，并且设计光源组件与多个光学透镜组及光学感测元件共同容置在壳体中，因此本发明得以在兼顾光学装置的整体体积的情况下，提升光学装置的摄像质量与效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求范围，因此凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明的专利保护范围内。

Claims (16)

1.一种光学装置，其特征在于，包括：

多个光学透镜组，且任一该光学透镜组是供光束通过并予以改变行进方向；

一光学感测元件，用以感应通过该多个光学透镜组中的至少一光学透镜组并入射至该光学感测元件的光束；

至少一光源组件，用以输出光束；以及

一壳体，用以容置并固定该多个光学透镜组、该光学感测元件以及该至少一光源组件。

2.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该至少一光源组件所输出的光束是用以提供照明及/或一结构光。

3.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该光学装置满足下列关系式：

B_w>0.6·E_w·(F/#_w)²；

其中，B_w为该至少一光源组件所输出的光束中波长为w的光束的一总亮度，E_w为该光学感测元件所需要的波长为w的光束的一亮度，F/#_w为供波长为w的光束通过的光学透镜组的一光圈值。

4.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，每一该光源组件包括一发光源以及一阻遮件，且该阻遮件设置于该发光源与该光学感测元件之间，以阻挡该发光源所输出的光束入射至该光学感测元件。

5.如权利要求4所述的光学装置，其特征在于，该发光源包括激光二极管、发光二极管以及有机发光二极管中的至少一者，且该发光源是用以输出具有一第一波长区间的光束、具有一第二波长区间的光束以及具有热感应波长区间的光束中的至少一者。

6.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该多个光学透镜组中的一者为一中心光学透镜组，而该多个光学透镜组中的其它光学透镜组分别为一周边光学透镜组，并围绕于该中心光学透镜组。

7.如权利要求6所述的光学装置，其特征在于，该光学装置满足下列关系式：

$0.6<\frac{f_c}{f_{e,j}}<1.2;$ 以及

$\frac{f_c}{F/\#}<2.5;$

其中，f_c为该中心光学透镜组的一有效焦距，f_e,j为第j个周边光学透镜组的一有效焦距，F/#为该中心光学透镜组的一光圈值。

8.如权利要求6所述的光学装置，其特征在于，该中心光学透镜组的一中心光轴与至少一该周边光学透镜组的一周边光轴之间具有一夹角，且该夹角小于20度。

9.如权利要求6所述的光学装置，其特征在于，该至少一光源组件设置于至少一该周边光学透镜组中，或设置于该至少一该周边光学透镜组与该光学感测元件之间。

10.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该光学装置还包括至少一滤光片，且该至少一滤光片设置于该多个光学透镜组与该光学感测元件之间，用以对通过任一该光学透镜组后的光束进行过滤筛选。

11.如权利要求10所述的光学装置，其特征在于，该至少一滤光片用以阻止可见光束、红外光束、近红外光束以及远红外光束中的至少一者通过其中。

12.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该光学装置还包括一遮光片，且该遮光片设置于该多个光学透镜组的前侧，并具有对应于该多个光学透镜组的多个通孔。

13.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该多个光学透镜组中的一者为一可见光镜头组，其供至少一可见光束穿过并改变行进方向，而该多个光学透镜组中的一另一者为一不可见光镜头组，其供至少一不可见光束穿过并改变行进方向。

14.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该多个光学透镜组中的一者为具有一第一透镜的第一光学透镜组，且该多个光学透镜组中的一另一者为具有一第二透镜的第二光学透镜组；其中，该第一透镜与该第二透镜是一体成型地相连。

15.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，任一该光学透镜组包括单一透镜或相叠的多个透镜，且其中任一该透镜是由塑料、玻璃或硅基材料所制成。

16.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，该光学装置为一光学摄像装置。