TWI606280B - Optical imaging system and its lens fixing module - Google Patents

Description

光學成像系統及其鏡片固定模組

本發明係與光學成像系統及其鏡片固定模組有關；特別是指一種具有一體製成的筒部以及基部的光學成像系統及其鏡片固定模組。

光學成像系統通常包括鏡片、鏡筒及鏡座。鏡片用於進行光學成像。鏡筒通常為圓筒體，其內可收容鏡片。並且，鏡筒外壁設置有外螺紋，鏡座具有一收容孔以收容鏡筒，孔壁設置有與鏡筒之外螺紋相配合之內螺紋。組裝鏡頭模組時，先將鏡片組裝入鏡筒，鏡筒再藉由螺紋配合旋入鏡座，從而完成鏡頭模組之組裝。

但先前之光學成像系統具有較多元件，因此在形成每一元件時，每一元件的精度要求較高，才能維持光學成像系統的成像品質，此外，因此元件較多而造成，光學成像系統的體積及重量也會較大，不適應電子產品小型化、輕薄化之趨勢，且利用外內螺紋相配合旋入的方式容易因為內外螺紋的公差而影響光學效能。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種可達到小型化及輕薄化的光學成像系統及其鏡片固定模組。

緣以達成上述目的，本發明所提供一種光學成像系統包括一影像感測模組、一鏡片固定模組、至少一鏡片以及一光圈。該影像感測模組包含有一基板以及設置於該基板上之一影像感測器。該鏡片固定模組包含有一底座以及一鏡座；該底座具有一開放之容置空間，且設置於該基板上使該影像感測器位於該容置空間中；該鏡座係呈中空，並具有一體製成且相互連通之一筒部以及一基部，且該鏡座於相反之兩端分別具有一第一穿孔以及一第二穿孔，該第一穿孔連通該筒部以及該第二穿孔連通該基部，且該第二穿孔之最大對角線之長度大於0.6倍的該影像感測器之有效感測區域的最大對角線之距離；另外，該鏡座係設置於該底座上而遮蔽該容置空間並不與該基板接觸，且該基部與該底座連接，此外，該鏡座與該底座之間的間隙在垂直於該預設光軸方向的對焦作動範圍為該光學成像系統之焦深的2.0倍距離。該鏡片設置於該筒部中並較該影像感測器接近該第一穿孔，且正對該影像感測器。該光圈設置於該筒部中

緣以達成上述目的，本發明所提供光鏡片固定模組，包括一底座以及一鏡座。該底座具有一開放之容置空間。該鏡座係呈中空，並具有一體製成且相互連通之一筒部以及一基部，且該鏡座於相反之兩端分別具有一第一穿孔以及一第二穿孔，該第一穿孔連通該筒部以及該第二穿孔連通該基部；另外，該鏡座係設置於該底座上而遮蔽該容置空間，且該基部與該底座連接，而該第一穿孔及該第二穿孔連通該容置空間且該第二穿孔較該第一穿孔接近該容置空間。

其中，該鏡片固定模組具有垂直通過該第二穿孔的一預設光軸，且該鏡座與該底座之間的間隙在平行於該預設光軸方向的配合公 差在0.01~0.3公釐之間，此外，該鏡座與該底座之間的間隙在垂直於該預設光軸方向的對焦作動範圍為該光學成像系統之焦深的2.0倍距離。

本發明之效果在於藉由一體製成且相互連通之筒部以及基部之設計，以減少元件的數量，並達到小型化及輕薄化的目的，此外因筒部以及基部為一體製成，因此在溫度變化整結構不易變形，以維持光學成像系統的成像品質。

〔本發明〕

100‧‧‧光學成像系統

10‧‧‧影像感測模組

12‧‧‧基板

14‧‧‧影像感測器

20‧‧‧鏡片固定模組

22‧‧‧筒部

22a‧‧‧第一穿孔

22b‧‧‧第二穿孔

24‧‧‧基部

26‧‧‧底座

26a‧‧‧容置空間

30‧‧‧鏡片

40‧‧‧光圈

50‧‧‧結合手段

52‧‧‧第一環齒組

52a‧‧‧底面

52b‧‧‧側壁

53a‧‧‧間隙

53b‧‧‧間隙

54‧‧‧第二環齒組

54a‧‧‧頂面

54b‧‧‧直立壁

60‧‧‧鏡間環

Z1‧‧‧預設光軸

Z2‧‧‧中心軸

200‧‧‧光學成像系統

32‧‧‧鏡片

62‧‧‧間隔環

70‧‧‧結合手段

72‧‧‧第一套筒

74‧‧‧第二套筒

84‧‧‧基部

86‧‧‧底座

Z3‧‧‧預設光軸

300‧‧‧光學成像系統

34‧‧‧鏡片

90‧‧‧鏡座

92‧‧‧基部

92a‧‧‧容置空間

Z4‧‧‧預設光軸

Z5‧‧‧中心軸

A6‧‧‧光軸

圖1為本發明第一實施例之光學成像系統立體圖。

圖2為上述第一實施例立體分解圖。

圖3為圖1之A-A方向剖面圖。

圖4為本發明第二實施例之光學成像系統立體圖。

圖5為上述第二實施例立體分解圖。

圖6為圖4之B-B方向剖面圖。

圖7為本發明第三實施例之光學成像系統剖面圖。

為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖示詳細說明如後，請參圖1至圖3所示，為本發明第一實施例之光學成像系統。

該光學成像系統100包括一影像感測模組10、一鏡片固定模組20、一鏡片30、一光圈40以及一結合手段50。此外，在設計該光學 成像系統100時，會定義一預設光軸Z1，該預設光軸Z1是指在理想上會通過該鏡片30以及該光圈40中心的軸線。

該影像感測模組10包括一基板12以及設置於該基板12上之一影像感測器14。在本實施例中，該影像感測器14為感光耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)，在其他實施例中，也可為由CMOS製造技術所製成的影像感測器14，在此而不以為限。

該鏡片固定模組20包含有一底座26以及一鏡座。該底座26具有一開放之容置空間26a，且該底座26與該基板12結合時，設置於該基板12上的該影像感測器14則位於該容置空間26a中。

該鏡座係呈中空結構，並具有一體製成且相互連通之一筒部22以及一基部24。該筒部22呈圓筒狀以及該基部24係成矩形。該鏡座於相反之兩端分別具有一第一穿孔22a以及一第二穿孔22b。該第一穿孔22a連通該筒部22，且該第一穿孔22a呈現外寬內窄之形狀。該第二穿孔22b連通該基部24。該預設光軸Z1會通過該第一穿孔22a以及該第二穿孔22b之中心。該第二穿孔22b之最大對角線之長度大於0.6倍的該影像感測器14之有效感測區域的最大對角線之距離，較佳的，該第二穿孔22b之最大對角線之長度大於0.8倍的該影像感測器14之有效感測區域的最大對角線之距離。

該鏡片30設置於該筒部22中並較該影像感測器14接近該第一穿孔22a，且正對該影像感測器14。在本實施例中，該鏡片30之外周緣尺寸減去該筒部22之內周緣尺寸所得到的差值介於-0.008~0.012公釐之間，較佳的，該鏡片30之外周緣尺寸減去該筒部22之內周緣尺寸所得到的差值介於-0.004~0.008公釐之間。此外，定義該鏡片30具有一中心軸Z2，且該中心軸Z2是指通鏡片30之中心，並平行於該預設光軸Z1之假 想軸線。該鏡片30之中心軸Z2相對該影像感測器14之中心的偏移量不為零且小於0.5公釐，較佳的，該鏡片30之中心軸Z2相對該影像感測器14之中心的偏移量不為零且小於0.25公釐，使成像在影像感測器14的影像位置較為固定，製造時可使用較小的影像感測器14，以達到小型化的目的。

此外，該鏡片30邊緣的上下表面各設有一鏡間環60，用以固定該鏡片30在筒部22中的位置以及角度。

該光圈40設置於該筒部22中，並介於該鏡片30以及該影像感測器14之間，以避免鏡頭邊緣的光線進入影像感測器14，以得到較好的影像品質。在其他實施例中，該光圈40位於鏡片30與第一穿孔22a之間，以降低進光量，光圈40的位置依設計者需求，可在不同的位置，並不以此為限。

該結合手段50包括一第一環齒組52以及一第二環齒組54。該第一環齒組52具有複數個凸齒及複數個凹部，該些凹部分別位於每兩相鄰的凸齒之間，且每一凹部具有一底面52a以及垂直該底面52a的兩側壁52b。該第一環齒組52連接於該基部24並圍繞於該第二穿孔22b。在本實施例中，該第一環齒組52與該基部24為一體成型之元件。

該第二環齒組54具有複數個凸齒及複數個凹部，該些凹部分別位於每兩相鄰的凸齒之間，且每一凸齒具有一頂面54a以及垂直該頂面54a的兩直立壁54b。該第二環齒組54連接於底座26。在本實施例中，該第二環齒組54與該底座26為一體成型之元件。該第一環齒組52與該第二環齒組54相互囓合，使該鏡座與該底座26相互固定。該第一環齒組52與該第二環齒組54在結合時，該第一環齒組52的底面52a逐漸靠近該第 二環齒組54的頂面54a，直到該鏡片30之焦點位在該影像感測器14上，之後利用點膠的方式將該第一環齒組52與該第二環齒組54相互固定。

如圖3所示，該鏡座與該底座26之間且平行於該預設光軸Z1方向的間隙53a，即為該第一環齒組52之底面52a與該第二環齒組54之頂面54a之間的間隙53a，其間隙53a的距離介於0~0.5公釐之間，且該間隙53a的配合公差在0.01~0.3公釐之間，較佳的，該間隙53a的配合公差在0.01~0.15公釐之間。另外，在其他實施例中，該鏡座與該底座26之間的間隙在垂直於該預設光軸Z1方向的對焦作動範圍為該光學成像系統100之焦深的2.0倍距離，較佳的，該鏡座與該底座26之間的間隙在垂直於該預設光軸Z1方向的對焦作動範圍為該光學成像系統100之焦深的1.5倍距離。

該鏡座與該底座26之間且垂直於該預設光軸Z1方向的間隙53b，即為相鄰的側壁52b與直立壁54b之間的間隙53b，該間隙53b的距離介於0.002~1公釐之間，較佳的，相鄰的側壁52b與直立壁54b之間的間隙53b距離介於0.005~0.5公釐之間。此外，該間隙53b的配合公差在0.005~0.5公釐之間。另外，在本實施例中，點膠的位置位於該第一環齒組52及該第二環齒組54的外側面上，並沿著間隙53a、53b塗抹。

此外，為了確保該第一環齒組52與該第二環齒組54之外側面較為平整，且在組裝時，可藉由觀察該第一環齒組52與該第二環齒組54之外側面的平整度以判斷鏡平之中心軸Z2是否接近預設光軸Z1，因此設計該第一環齒組52之外周緣減去該第二環齒組54之外周緣所得到的差值介於-0.4~0.4公釐之間，較佳的，該第一環齒組52之外周緣減去該第二環齒組54之外周緣所得到的差值介於-0.2~0.2公釐之間。

此外，於第一實施例中利用第一環齒組52與該第二環齒組54組合的方式並不限定使用於單片鏡片的鏡頭，亦可用於多片鏡片的鏡頭。

請參圖4至圖6所示，為本發明第二實施例之光學成像系統。

第二實施例之光學成像系統200與該第一實施例之光學成像系統100類似，不同的地方在於鏡片的數量以及結合手段不同。在二實施例中，使用三片鏡片32，且該些鏡片32沿預設光軸Z3設置於該筒部22中，此外在該些鏡片之間設有間隔環62，以確保每一鏡片32之間的距離以及角度。在其他實施例中，該些鏡片之間並不設有間隔環，且該些鏡片相互抵接，以達到光學成像系統小型化之目的。

第二實施例的結合手段70包括一第一套筒72以及一第二套筒74。該第一套筒72連接於該基部84。第二套筒74連接於該底座86，並套設於該第一套筒72。在本實施例中，該第一套筒72與該基部84為一體成型的元件，且該第一套筒72呈現矩形，並且可看成是該基部料的延伸。該第二套筒74與該底座86為一體成型的元件，且該第二套筒74同樣呈現矩形，並且可看成是該底座86的延伸。

當該基部84逐漸靠近該影像感測模組10時，該第一套筒72陷入第二套筒74內，直到該些鏡片32之焦點位在該影像感測器14上，之後在該第一套筒72及該第二套筒74之間點膠，以使該第一套筒72以及第二套筒74相互固定。

該第一套筒72之外周緣與該第二套筒74之內周緣的距離的設計若太大，鏡片的中心有較大可能偏離該預設光軸Z3，而造成在生產光學成像系統時的品質不穩定，此外距離若太小，則可能造成該第二 套筒74無法套設該第一套筒72或無法點膠，因此在本實施例中，設計該第一套筒72之外周緣與該第二套筒74之內周緣的距離介於0.01~1公釐之間，或者，設計該第二套筒74之外內周緣尺寸減去該第一套筒72之外周緣尺寸所得到的差值不為零且小於0.4公釐，較佳的，該第二套筒74之內周緣的尺寸減去該第一套筒72之外周緣尺寸所得到的差值不為零且小於0.2公釐。

此外，於第二實施例中利用第一套筒與第二套筒進行組合的方式並不限定使用於多片鏡片的鏡頭，亦可用於單片鏡片的鏡頭。

請參圖7，為本發明第三實施例之光學成像系統300。第三實施例之光學成像系統300與該第二實施例之光學成像系統200類似，不同的地方在於第三實施例之光學成像系統300並沒有底座及結合手段，而是該鏡座90之基部92直接連接於該基板12上。

該基部92具有一開放之容置空間92a，且該鏡座90設置於該基板12上使該影像感測器14位於該容置空間92a中。

在鏡座90內設有並排的三片鏡片，且以通過並垂直中間鏡片之中心的軸線設為預設光軸Z4。

為了確保鏡座90之基部92直接連接於基板12上時，能有較好的成像品質，該些鏡片34之中心軸Z5與該預設光軸Z4之間的偏心量不為零且小於0.005公釐，較佳的，該些鏡片之中心軸Z5與該預設光軸Z4之間的偏心量不為零且小於0.003公釐。該些鏡片34之光軸Z6與該預設光軸Z4之間的歪斜量不為零且小於0.3度，較佳的，該鏡片34之光軸Z6與該預設光軸Z4之間的歪斜量不為零且小於0.23度。此外，第三實施例的中心軸Z5是指該些鏡片34之中心的平均位置，並平行於該預設光軸Z1之假想軸線。該光軸Z6是指該些鏡片34組成時之實際光軸。

綜上所述，本發明光學成像系統藉由一體製成且相互連通之筒部以及基部之設計，以減少元件的數量，並達到小型化及輕薄化的目的，此外因筒部以及基部為一體製成，因此在溫度變化整結構不易變形，以維持光學成像系統的成像品質。此外，上述中的所有實施例中，都是以對稱之鏡片以及筒部為例，但在其他實施例中，亦可用於非對稱的鏡片以及筒部。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

100‧‧‧光學成像系統

10‧‧‧影像感測模組

12‧‧‧基板

14‧‧‧影像感測器

20‧‧‧鏡片固定模組

22‧‧‧筒部

22a‧‧‧第一穿孔

22b‧‧‧第二穿孔

24‧‧‧基部

26‧‧‧底座

26a‧‧‧容置空間

30‧‧‧鏡片

40‧‧‧光圈

50‧‧‧結合手段

52‧‧‧第一環齒組

52a‧‧‧底面

52b‧‧‧側壁

53a‧‧‧間隙

53b‧‧‧間隙

54‧‧‧第二環齒組

54a‧‧‧頂面

54b‧‧‧直立壁

60‧‧‧鏡間環

Z1‧‧‧預設光軸

Z2‧‧‧中心軸

Claims (25)

1. 一種光學成像系統，包括：一影像感測模組，包含有一基板以及設置於該基板上之一影像感測器；一鏡片固定模組，包含有一底座以及一鏡座；該底座具有一開放之容置空間，且設置於該基板上使該影像感測器位於該容置空間中；該鏡座係呈中空，並具有一體製成且相互連通之一筒部以及一基部，且該鏡座於相反之兩端分別具有一第一穿孔以及一第二穿孔，該第一穿孔連通該筒部以及該第二穿孔連通該基部，且該第二穿孔之最大對角線之長度大於0.6倍的該影像感測器之有效感測區域的最大對角線之距離；另外，該鏡座係設置於該底座上而遮蔽該容置空間並不與該基板接觸，且該基部與該底座連接，此外，該鏡座與該底座之間的間隙在垂直於該預設光軸方向的對焦作動範圍為該光學成像系統之焦深的2.0倍距離；至少一鏡片，設置於該筒部中並較該影像感測器接近該第一穿孔，且正對該影像感測器；以及一光圈，設置於該筒部中。
2. 如請求項1所述之光學成像系統，其中，該鏡片或該些鏡片之中心軸相對該影像感測器之中心的偏移量不為零且小於0.5公釐。
3. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該鏡片或該些鏡片之外周緣尺寸減去該筒部之內周緣尺寸所得到的差值介於-0.008~0.012公釐之間。
4. 如請求項1所述之光學成像系統，具有垂直通過該第二穿孔的一預設光軸，其中該鏡座與該底座之間的間隙在平行於該預設光軸方向的配合公差在0.01~0.30公釐之間。
5. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該鏡片為複數個，並沿一預設光軸設置於該筒部中，且該些鏡片之間設有一間隔環。
6. 如請求項1所述之光學成像系統，其中該鏡片為複數個，並沿一預設光軸設置於該筒部中，且該些鏡片之間相互抵接。
7. 如請求項1所述之光學成像系統，具有通過該第二穿孔之中心的一預設光軸，其中該鏡片固定模組更包括一結合手段，設置於該底座與該鏡座之間，以使該底座與該鏡座結合，並使該預設光軸接近該影像感測器之有效感測區域的中心。
8. 如請求項7所述之光學成像系統，其中該結合手段包括：一第一環齒組，具有複數個凸齒及複數個凹部，該些凹部分別位於每兩相鄰的凸齒之間，該第一環齒組連接於該基部，並圍繞於該第二穿孔；以及一第二環齒組，具有複數個凸齒及複數個凹部，該些凹部分別位於每兩相鄰的凸齒之間，該第二環齒組連接於底座，並囓合該第一環齒組。
9. 如請求項8所述之光學成像系統，其中該第一環齒組之其中一凹部具有一底面，且該第二環齒組之其中一凸齒具有一頂面，該底面相鄰於該頂面，且該底面與該頂面之間的距離介於0~0.5公釐之間。
10. 如請求項8所述之光學成像系統，其中該第一環齒組之其中一凹部的側壁與該第二環齒組之其中一凸齒的直立壁相鄰，且該側壁與該直立壁之間距離介於0.002~1公釐之間。
11. 如請求項7所述之光學成像系統，其中該結合手段包括：一第一套筒，連接於該基部；以及一第二套筒，連接於該底座，並套設於該第一套筒。
12. 如請求項11所述之光學成像系統，其中該第一套筒之外周緣與該第二套筒之內周緣的距離介於0.01~1公釐之間。
13. 如請求項11所述之光學成像系統，其中該第二套筒之外內周緣尺寸減去該第一套筒之外周緣尺寸所得到的差值不為零且小於0.4公釐。
14. 一種鏡片固定模組，包括：一底座，具有一開放之容置空間；以及一鏡座，係呈中空，並具有一體製成且相互連通之一筒部以及一基部，且該鏡座於相反之兩端分別具有一第一穿孔以及一第二穿孔，該第一穿孔連通該筒部以及該第二穿孔連通該基部；另外，該鏡座係設置於該底座上而遮蔽該容置空間，且該基部與該底座連接，而該第一穿孔及該第二穿孔連通該容置空間且該第二穿孔較該第一穿孔接近該容置空間；其中，該鏡片固定模組具有垂直通過該第二穿孔的一預設光軸，且該鏡座與該底座之間的間隙在平行於該預設光軸方向的配合公差在0.01~0.3公釐之間，此外，該鏡座與該底座之間的間隙在垂直於該預設光軸方向的對焦作動範圍為該光學成像系統之焦深的2.0倍距離。
15. 如請求項14所述之鏡片固定模組，其中該鏡片固定模組更包括一結合手段，設置於該底座與該鏡座之間，以使該底座與該鏡座結合，並使該預設光軸接近該影像感測器之有效感測區域的中心。
16. 如請求項15所述之鏡片固定模組，其中該結合手段包括：一第一環齒組，具有複數個凸齒及複數個凹部，該些凹部分別位於每兩相鄰的凸齒之間，該第一環齒組連接於該基部，並圍繞於該第二穿孔； 一第二環齒組，具有複數個凸齒及複數個凹部，該些凹部分別位於每兩相鄰的凸齒之間，該第二環齒組連接於底座，並囓合該第一環齒組。
17. 如請求項16所述之鏡片固定模組，其中與該第一環齒組之其中一凹部具有一底面，且該第二環齒組之其中一凸齒具有一頂面，該底面相鄰於頂面，且該底面與該頂面之間的距離介於0~0.5公釐之間。
18. 如請求項16所述之鏡片固定模組，其中該第一環齒組之其中一凹部具有一第一側壁，且該該第二環齒組之其中一凸齒具有一第二側壁，該第一側壁相鄰該第二側壁，且該第一側壁與該第二側壁之間距離介於0.002~1公釐之間。
19. 如請求項18所述之鏡片固定模組，其中該第一側壁與該第二側壁之間距離介於0.005~0.5公釐之間。
20. 如請求項19所述之鏡片固定模組，其中該第一環齒組之外周緣減去該第二環齒組之外周緣所得到的差值介於-0.4~0.4公釐之間。
21. 如請求項16所述之鏡片固定模組，其中該第一環齒組之外周緣減去該第二環齒組之外周緣所得到的差值介於-0.2~0.2公釐之間。
22. 如請求項15所述之鏡片固定模組，其中該結合手段包括：一第一套筒，連接於該基部；以及一第二套筒，連接於該底座，並套設於該第一套筒。
23. 如請求項22所述之鏡片固定模組，其中該第一套筒之外周緣與該第二套筒之內周緣的距離介於0.01~1公釐之間。
24. 如請求項22所述之鏡片固定模組，其中該第二套筒之外內周緣尺寸減去該第一套筒之外周緣尺寸所得到的差值不為零且小於0.4公釐。
25. 如請求項24所述之鏡片固定模組，其中該第二套筒之內周緣的尺寸減去該第一套筒之外周緣尺寸所得到的差值不為零且小於0.2公釐。