TWI764353B - 成像校正單元以及成像模組 - Google Patents

成像校正單元以及成像模組

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一種成像校正單元與成像模組。成像校正單元具有一光軸，且包括二透鏡元件。二透鏡元件分別具有多個微結構，設置於各透鏡元件的一光學面上。各微結構具有一傾斜光學面，各傾斜光學面相對於光軸傾斜，且二透鏡元件能相對於光軸旋轉，以校正通過成像校正單元的光束的行進方向。

Description

成像校正單元以及成像模組
本發明是有關於一種光學單元與光學模組，且特別是有關於一種成像校正單元與成像模組。
目前，相機用的手抖校正功能通常是物理性調整光軸的光學式方法，典型的該光學式的手抖校正功能為透鏡移動式及拍攝元件移動式。進一步而言，透鏡移動式的手抖校正功能通過用專用的驅動機構使用於形成被攝體的影像光的透鏡組的一部分或全部相對於拍攝元件朝消除手抖的方向移動，從而校正光軸，將被攝體的影像光引導向拍攝元件。然而，如此一來，透鏡移動式的手抖校正功能每次都必須針對每種相機所構成的透鏡組設計與校正用透鏡的形狀或光學規格相適的驅動機構。另一方面，拍攝元件移動式的手抖校正功能通過用專用的驅動機構使拍攝元件根據手抖而移動，從而使拍攝元件相對於透鏡組光軸的位置保持恆定。但是，拍攝元件移動式的手抖校正功能也是每次都必須根據每種相機的不同的拍攝元件設計專用的驅動機構。
因此，現有一種提出了在該光學透鏡的光軸上安裝用於校正的光學單元而成的結構，該光學單元包括使入射到光學透鏡的光折射的可動棱鏡、用於驅動該可動棱鏡的致動器及包括用於將致動器的動力傳遞到可動棱鏡的軸的動力傳遞機構。由此，不需要針對每種相機逐一設計校正用透鏡的形狀、驅動機構，能夠謀求簡化設計。然而，為了在二維平面上進行光軸的調整，通常需對應二個維度而在不同的方向上皆配置有致動器。此外，由於可動棱鏡具有一定的厚度，因此在製作上，會使光學單元具有一定的體積，而不易整合至各種相機的機身之中。
本發明提供提供一種成像校正單元與成像模組，其具有小體積、低耗電以及高效能的優點。
本發明的成像校正單元具有一光軸，且包括二透鏡元件。二透鏡元件分別具有多個微結構，設置於各透鏡元件的一光學面上。各微結構具有一傾斜光學面，各傾斜光學面相對於光軸傾斜，且二透鏡元件能相對於光軸旋轉，以校正通過成像校正單元的光束的行進方向。
本發明的成像模組包括一前述的成像校正單元以及一鏡頭單元。鏡頭單元用以使通過二透鏡元件的光束能成像於一成像面的預定成像區域中。
在本發明的一實施例中，上述的各透鏡元件的傾斜光學面相對於光軸的夾角的角度範圍大於45度，而小於90度。
在本發明的一實施例中，上述的各透鏡元件的光學面的周圍具有一平坦面，各微結構相對於平坦面凸出或凹入，且各透鏡元件的傾斜光學面相對於平坦面的夾角的角度範圍介於0度至45度之間。
在本發明的一實施例中，上述的各透鏡元件還具有一連接面，連接面連接相鄰的微結構的傾斜光學面，且連接面垂直於平坦面。
在本發明的一實施例中，上述的二透鏡元件包括一第一透鏡元件與一第二透鏡元件，且第一透鏡元件與第二透鏡元件相對於光軸旋轉的旋轉方向彼此相反。
在本發明的一實施例中，上述的第一透鏡元件與第二透鏡元件的光學行為等效於楔形光學元件。
在本發明的一實施例中，上述的各光學面上具有一對稱軸，各透鏡元件的微結構沿著與各透鏡元件的對稱軸垂直的方向延伸，並沿著與各透鏡元件的對稱軸平行的方向排列。
在本發明的一實施例中，上述的成像校正單元還包括一光學轉向元件，具有一入光面、一反射光學面與一出光面，反射光學面連接入光面與出光面，光學轉向元件的出光面朝向第一透鏡元件與第二透鏡元件的其中一者，且出光面相對於光軸傾斜。
在本發明的一實施例中，上述的光學轉向元件的入光面與光軸平行，且從入光面入射光學轉向元件的光束被反射光學面反射後，經由出光面離開光學轉向元件。
在本發明的一實施例中，上述的二透鏡元件相對於光軸的旋轉由同一致動器控制。
基於上述，通過具有微結構的透鏡元件的配置，可減少透鏡元件的厚度，進而使成像校正單元與成像模組具有小體積的優點。並且，通過透鏡元件相對於光軸旋轉，成像校正單元與成像模組能夠由同一致動器控制其相對轉動的角度，就達成光學抖動補償的功能，進而具有低耗電以及高效能的優點。
圖1是本發明的一實施例的成像模組的示意圖。圖2A是圖1的透鏡元件的正視示意圖。圖2B是圖1的透鏡元件的剖視示意圖。請參照圖1，本實施例的成像模組200包括一成像校正單元100以及一鏡頭單元210。鏡頭單元210用以使通過光學轉向元件110與二透鏡元件FL的一光束L能成像於一成像面IS的預定成像區域中。舉例而言，光束L為形成被攝體的影像光，且該成像面IS為影像感測元件的感測面。舉例來說，影像感測元件可包括電荷耦合元件(Charge Coupled Device, CCD)、互補式金屬氧化物半導體元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS)或其他適當種類的光學感測元件。在本實施例及部分其他實施例中，成像模組200還包括一致動器AC，致動器AC例如但不限於為一音圈馬達。詳細而言，致動器AC能夠控制二透鏡元件FL相對旋轉。
具體而言，如圖1所示，成像校正單元100具有一光軸O，且成像校正單元100包括一光學轉向元件110以及二透鏡元件FL。舉例而言，光學轉向元件110為一三稜鏡，並具有一入光面S113、一出光面S111與一反射光學面S112。反射光學面S112連接入光面S113與出光面S111，入光面S113與光軸O平行，且出光面S111相對於光軸O傾斜。並且，如圖1所示，從入光面S113入射光學轉向元件110的光束L被反射光學面S112反射後，經由出光面S111離開光學轉向元件110。如此，通過光學轉向元件110的配置，本發明的成像校正單元100與成像模組200可改變被攝物所形成的影像光的行進方向，而能使其中的光學元件配置緊湊，進而具有小體積的優點。
另一方面，如圖2A與圖2B所示，二透鏡元件FL分別具有多個微結構MS，微結構MS設置於各透鏡元件FL的一光學面AS上。各微結構MS具有一傾斜光學面TS與一連接面LS，連接面LS連接相鄰的微結構MS的傾斜光學面TS，而各傾斜光學面TS相對於光軸O傾斜。另一方面，如圖2A與圖2B所示，各透鏡元件FL的光學面AS的周圍還具有一平坦面PS，各微結構MS相對於平坦面PS凸出或凹入，而連接面LS垂直於平坦面PS。
進一步而言，如圖2A所示，在本實施例中，各透鏡元件FL的光學面AS上具有一對稱軸C，各透鏡元件FL的這些微結構MS沿著與各透鏡元件FL的對稱軸C垂直的方向延伸，並沿著與各透鏡元件FL的對稱軸C平行的方向排列。並且，當各微結構MS之間具有公差時，可能會出現微結構MS之間的間距P與微結構MS的邊長不相等的情形。舉例而言，如圖2A與圖2B所示，設各透鏡元件FL的傾斜光學面TS投影於各透鏡元件FL的光學面AS的投影量在與各透鏡元件FL的對稱軸C平行的方向的長度為一第一長度L1，各透鏡元件FL的微結構MS之間具有多個間距P，而各間距P會大於或等於第一長度L1。
舉例而言，在本實施例中，各透鏡元件FL的傾斜光學面TS相對於光軸O的夾角θ 1的角度範圍大於45度，而小於90度，而各透鏡元件FL的傾斜光學面TS相對於平坦面PS的夾角θ 2的角度範圍介於0度至45度之間。並且，如圖2C所示，在各透鏡元件FL的中心以及相對的對稱軸C分別對齊後，二透鏡元件FL會以其中心為原點分別旋轉初始夾角θ r以作為初始使用狀態。舉例而言，在本實施例中，初始夾角θ r為45度。
並且，如圖2A與圖3所示，各透鏡元件FL還具有一外側表面OS與一圓周端面CS，外側表面OS與光學面AS彼此相對。也就是說，在本實施例中，各透鏡元件的輪廓為圓形，但本發明不以此為限，在其他實施例中，透鏡透鏡元件的輪廓也可以是任意形狀，只要在近光軸處配置有上述的微結構MS即可。
進一步而言，如圖1與圖2A所示，二透鏡元件FL包括一第一透鏡元件FL1與一第二透鏡元件FL2，光學轉向元件110的出光面S111朝向第一透鏡元件FL1，第一透鏡元件FL1的外側表面OS朝向光學轉向元件110，第一透鏡元件FL1的光學面AS朝向第二透鏡元件FL2的光學面AS，且第二透鏡元件FL2的外側表面OS朝向鏡頭單元210。並且，第一透鏡元件FL1與一第二透鏡元件FL2皆能相對於光軸O旋轉，且在本實施例中，通過微結構MS的配置，第一透鏡元件與第二透鏡元件的光學行為將可等效於一般的楔形光學元件，卻可具有相對較薄的厚度。如此，可使成像校正單元100與鏡頭單元210達成光學抖動補償的功能。以下將搭配圖3，針對透鏡元件FL相對於光學元件旋轉時校正過程進行進一步地解說。
圖3是圖1的透鏡元件FL相對於光學元件旋轉時的光路示意圖。如圖3所示，當透鏡元件FL相對於光軸O旋轉一角度時，可使通過透鏡元件FL的光束L入射至成像面IS的成像位置發生變化，而從第一位置P1移動至第二位置P2。進一步而言，在本實施例中，第一透鏡元件FL1與一第二透鏡元件FL2相對於光軸O的旋轉可由同一致動器AC控制，且第一透鏡元件FL1與第二透鏡元件FL2相對於光軸O旋轉的旋轉方向彼此相反。舉例而言，如圖2C與圖3所示，從二透鏡元件FL往成像面IS的方向觀看時，第一透鏡元件FL1的旋轉方向為逆時針方向，而第二透鏡元件FL2的方向為順時針方向。如此，通過能夠相對於光軸O旋轉的二透鏡元件FL的配置，成像校正單元100與成像模組200能夠由同一致動器AC控制其相對轉動的角度，就達成光學抖動補償的功能，進而具有低耗電以及高效能的優點。
綜上所述，本發明的成像校正單元與成像模組通過具有微結構的透鏡元件的配置，而可減少透鏡元件的厚度，進而具有小體積的優點。並且，通過透鏡元件相對於光軸旋轉，成像校正單元與成像模組能夠由同一致動器控制其相對轉動的角度，就達成光學抖動補償的功能，進而具有低耗電以及高效能的優點。
100:成像校正單元 110:光學轉向元件 200:成像模組 210:鏡頭單元 AC:致動器 AS:光學面 C:對稱軸 CS:圓周端面 FL:二透鏡元件 FL1:第一透鏡元件 FL2:第二透鏡元件 IS:成像面 L:光束 L1:第一長度 LS:連接面 MS:微結構 O:光軸 OS:外側表面 P:間距 P1:第一位置 P2:第二位置 PS:平坦面 S111:出光面 S112:反射光學面 S113:入光面 TS:傾斜光學面 θ 1、θ 2、θ r:夾角
圖1是本發明的一實施例的成像模組的示意圖。 圖2A是圖1的透鏡元件的正視示意圖。 圖2B是圖1的透鏡元件的剖視示意圖。 圖2C為圖1的二透鏡元件為初始狀態的示意圖。 圖3是圖1的透鏡元件相對於光學元件旋轉時的光路示意圖。
100:成像校正單元
110:光學轉向元件
200:成像模組
210:鏡頭單元
AC:致動器
AS:光學面
CS:圓周端面
FL1:第一透鏡元件
FL2:第二透鏡元件
IS:成像面
L:光束
S111:出光面
S112:反射光學面
S113:入光面
FL:二透鏡元件
O:光軸
OS:外側表面

Claims (18)

  1. 一種成像校正單元，具有一光軸，且該成像校正單元包括：一光學轉向元件，具有一入光面、一反射光學面與一出光面，該反射光學面連接該入光面與該出光面；以及二透鏡元件，分別具有多個微結構，設置於各該透鏡元件的一光學面上，其中各該微結構具有一傾斜光學面，各該傾斜光學面相對於該光軸傾斜，該光學轉向元件的該出光面相對於該光軸傾斜並朝向該二透鏡元件的其中一者，且該二透鏡元件能相對於該光軸旋轉，以校正通過成像校正單元的一光束的行進方向。
  2. 如請求項1所述的成像校正單元，其中各該透鏡元件的該傾斜光學面相對於該光軸的夾角的角度範圍大於45度，而小於90度。
  3. 如請求項1所述的成像校正單元，其中各該透鏡元件的該光學面的周圍具有一平坦面，各該微結構相對於該平坦面凸出或凹入，且各該透鏡元件的該傾斜光學面相對於該平坦面的夾角的角度範圍介於0度至45度之間。
  4. 如請求項3所述的成像校正單元，其中各該透鏡元件還具有一連接面，該連接面連接相鄰的該微結構的該傾斜光學面，且該連接面垂直於該平坦面。
  5. 如請求項1所述的成像校正單元，其中該二透鏡元件包括一第一透鏡元件與一第二透鏡元件，且該第一透鏡元件與該第二透鏡元件相對於該光軸旋轉的旋轉方向彼此相反。
  6. 如請求項5所述的成像校正單元，其中該第一透鏡元件與該第二透鏡元件的光學行為等效於楔形光學元件。
  7. 如請求項1所述的成像校正單元，其中各該光學面上具有一對稱軸，各該透鏡元件的該些微結構沿著與各該透鏡元件的該對稱軸垂直的方向延伸，並沿著與各該透鏡元件的該對稱軸平行的方向排列。
  8. 如請求項1所述的成像校正單元，其中該光學轉向元件的該入光面與該光軸平行，且從該入光面入射該光學轉向元件的該光束被該反射光學面反射後，經由該出光面離開該光學轉向元件。
  9. 如請求項1所述的成像校正單元，其中該二透鏡元件相對於該光軸的旋轉由同一致動器控制。
  10. 一種成像模組，包括：一成像校正單元，具有一光軸，且該成像校正單元包括：二透鏡元件，分別具有多個微結構，設置於各該透鏡元件的一光學面上，其中各該微結構具有一傾斜光學面，各該傾斜光學面相對於該光軸傾斜，且該二透鏡元件能相對於該光軸旋轉，以校正通過成像校正單元的一光束的行進方向；以及 一鏡頭單元，用以使通過該二透鏡元件的該光束能成像於一成像面的預定成像區域中。
  11. 如請求項10所述的成像模組，其中各該透鏡元件的該傾斜光學面相對於該光軸的夾角的角度範圍大於45度，而小於90度。
  12. 如請求項10所述的成像模組，其中各該透鏡元件的該光學面的周圍具有一平坦面，各該微結構相對於該平坦面凸出或凹入，且各該透鏡元件的該傾斜光學面相對於該平坦面的夾角的角度範圍介於0度至45度之間。
  13. 如請求項12所述的成像模組，其中各該透鏡元件還具有一連接面，該連接面連接相鄰的該微結構的該傾斜光學面，且該連接面垂直於該平坦面。
  14. 如請求項10所述的成像模組，其中該二透鏡元件包括一第一透鏡元件與一第二透鏡元件，且該第一透鏡元件與該第二透鏡元件相對於該光軸旋轉的旋轉方向彼此相反。
  15. 如請求項14所述的成像模組，其中該第一透鏡元件與該第二透鏡元件的光學行為等效於楔形光學元件。
  16. 如請求項10所述的成像模組，其中各該光學面上具有一對稱軸，各該透鏡元件的該些微結構沿著與各該透鏡元件的該對稱軸垂直的方向延伸，並沿著與各該透鏡元件的該對稱軸平行的方向排列。
  17. 如請求項10所述的成像模組，其中該光學轉向元件的該入光面與該光軸平行，且從該入光面入射該光學轉向元件的該光束被該反射光學面反射後，經由該出光面離開該光學轉向元件。
  18. 如請求項10所述的成像模組，其中該二透鏡元件相對於該光軸的旋轉由同一致動器控制。
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