一种用于变焦的光学系统、摄像头模组及电子装置的制作方法

1.本技术涉及摄像技术领域，尤其涉及一种用于变焦的光学系统、摄像头模组及电子装置。


背景技术：

2.近年来，随着多媒体技术的发展，镜头的使用越来越广泛，在数码相机、摄像机以及手机等电子装置中均带有镜头。同时，人们对镜头的功能多样化需求越来越高，特别是对具有光学变焦功能的镜头的需求更为迫切。
3.在现有技术中，为了实现光学变焦功能，通常采用多摄镜头的解决方案，此方案配置有多个镜头，每个镜头均对应设置有传感器、成像组件等部件，且每个镜头的焦距均不相同。拍摄时，可切换不同镜头以实现光学变焦功能，该方案存在的问题是摄像头模组占用空间较大，成本较高。另还有一种潜望式的变焦镜头方案，但其中反射棱镜的制造精度和装配精度都要求极高，棱镜的反射面稍有偏差就会对成像品质造成较大的影响，目前生产条件下摄像头模组的良品率较低，成本较高。


技术实现要素：

4.本技术提供一种用于变焦的光学系统、摄像头模组及电子装置，能够在实现光学变焦功能的前提下，减少部件数量，降低占用空间及整体成本。
5.根据本技术的一个方面，提供了一种用于变焦的光学系统，包括：
6.固定镜组，设置于第一工位；
7.移动镜组，具有位于第一工位的工作状态以及位于第一工位外的备用状态，移动镜组处于工作状态时，移动镜组的光轴与固定镜组的光轴重合；
8.其中，移动镜组配置成可在工作状态以及备用状态之间切换，以改变位于第一工位的所有镜片整体的焦距。该设计可以改变光学系统的成像焦距，实现了光学变焦功能。并且移动镜组可与固定镜组共用一套成像组件，占用空间小，成本较低。
9.根据一些实施例，还包括：驱动装置，与移动镜组连接，驱动装置用于驱动移动镜组在工作状态与备用状态之间进行切换。该设计可以使移动镜组在进行工作状态切换时可进行自动化控制，提高光学系统的焦距切换时的效率及控制精度。
10.根据一些实施例，驱动装置包括转轴以及承载座，转轴的回转轴线与光轴平行设置，承载座与转轴连接，且移动镜组设于承载座上，承载座随转轴转动时使移动镜组在工作状态与备用状态之间进行切换。该设计可以使移动镜组的运动路径为圆形，各工位的设置与切换更加平滑、方便。
11.根据一些实施例，驱动装置包括多个转轴，以及分别与各转轴连接的多个承载座；
12.移动镜组的数量为多个，各移动镜组的焦距互不相同；
13.各移动镜组一一对应设于各承载座上，各承载座随转轴转动时使各移动镜组在工作状态与备用状态之间进行切换。该设计可以使光学系统的焦距发生多级变化，以满足多
种使用场景下的不同使用需求，扩大了光学系统的适用范围。
14.根据一些实施例，各移动镜组中的至少一个具有正屈折力。该设计可以使光学系统的焦距调整更灵活，使所有镜片整体的焦距逐级增大或使所有镜片整体的焦距变化梯度更大。
15.根据一些实施例，还包括：
16.配重部，用于平衡驱动装置，配重部设于承载座上。
17.根据本技术的第二个方面，提供了一种摄像头模组，包括：
18.上述任一的光学系统。该设计可以改变成像焦距，实现光学变焦功能。并且移动镜组可与固定镜组共用一套成像组件，占用空间小，成本较低。
19.根据一些实施例，还包括：镜筒，设置于第一工位；
20.成像组件，设置于第一工位，成像组件设于镜筒的像侧；
21.其中，光学系统的固定镜组设于镜筒内。该设计可以使位于第一工位处的镜片均可以与成像组件配合进行成像。
22.根据一些实施例，光学系统的移动镜组处于工作状态时，固定镜组位于移动镜组与成像组件之间。该设计可以使移动镜组的位置切换不会影响到成像组件或其它组件的正常工作，也不会受到遮挡，切换更灵活。
23.根据本技术的第三个方面，提供了一种电子装置，包括：
24.上述任一的摄像头模组。该设计可以减小电子装置中摄像头模组的占用空间，降低摄像头模组的整体成本。
25.本技术提供一种用于变焦的光学系统、摄像头模组及电子装置，该光学系统包括固定镜组及移动镜组。本技术的光学系统通过设置具有工作状态以及备用状态的移动镜组，当移动镜组在工作状态与备用状态之间切换时，可使移动镜组与固定镜组配合成像或固定镜组单独成像，从而改变了光学系统的成像焦距，实现了光学变焦功能。并且移动镜组可与固定镜组共用一套成像组件，占用空间小，成本较低。相对于潜望式的变焦镜头，本技术的光学系统不需要使用制造精度和装配精度要求较高的反射棱镜，降低了整体成本。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。
27.图1为本技术的第一实施例中的光学系统的一个视角的结构示意图；
28.图2为本技术的第一实施例中的光学系统的另一个视角的结构示意图；
29.图3为本技术的第二实施例中的光学系统的一个视角的结构示意图；
30.图4为本技术的第二实施例中的光学系统的另一个视角的结构示意图；
31.图5为本技术的第三实施例中的光学系统的结构示意图；其中，移动镜组中的一个处于工作状态；
32.图6为本技术的第三实施例中的光学系统的结构示意图；其中，移动镜组均处于备用状态；
33.图7为本技术的第四实施例中的光学系统的结构示意图；
34.图8为本技术的第五实施例中的摄像头模组的结构示意图；
35.图9为本技术的第六实施例中的摄像头模组的结构示意图；
36.图10为本技术实施例中电子设备的简化结构示意图。
具体实施方式
37.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
38.由于现有技术中，为了实现光学变焦功能，通常采用多摄镜头的解决方案，此方案配置有多个镜头，每个镜头均对应设置有传感器、成像组件等部件，且每个镜头的焦距均不相同。拍摄时，可切换不同镜头以实现光学变焦功能，该方案存在的问题是摄像头模组占用空间较大，成本较高。另还有一种潜望式的变焦镜头方案，但其中反射棱镜的制造精度和装配精度都要求极高，棱镜的反射面稍有偏差就会对成像品质造成较大的影响，目前生产条件下摄像头模组的良品率较低，成本较高。
39.请参阅图1至图2，为了解决上述技术问题，本技术的第一实施例提出一种用于变焦的光学系统100，该光学系统100包括固定镜组110以及移动镜组120。光学系统100是摄像头模组10中容光线透过的各部件的组合，光学系统100主要包括固定镜组110和移动镜组120。固定镜组110及移动镜组120均包括至少一片镜片，镜片的数量根据实际使用需求来确定。该镜片是采用玻璃或树脂等光学材料制作而成的具有一个或多个曲面的透明材料，可改变光线的传播方向，控制配光分布以汇聚光线并最终成像。且镜片按照其外形、功能的不同可以分为凸透镜、凹透镜等，本技术实施例中的固定镜组110与移动镜组120中镜片的光学特性可以相同，也可以不相同，且对各镜片的材料、类型、尺寸等均不作限制。
40.其中，固定镜组110设置于第一工位130。第一工位130是光学系统100中的一个工作单元，而不是某一个具体的位置，可以根据光学系统100整体的结构设置来确定。固定镜组110设置于第一工位130时，光学系统100的其它部件也可以同时处于第一工位130，以配合实现成像的功能。固定镜组110在第一工位130处的固定位置、固定方式等不作限制。
41.移动镜组120具有位于第一工位130的工作状态以及位于第一工位130外的备用状态。移动镜组120位于第一工位130时，移动镜组120的光轴140与固定镜组110的光轴140重合。光轴140为镜片的主轴。当固定镜组110与移动镜组120的光轴140重合时，移动镜组120处于工作状态，两个镜组之间可配合成像，相对于采用固定镜组110成像时的情况，光学系统100的焦距会发生改变。而当移动镜组120位于第一工位130外时，移动镜组120处于备用状态，移动镜组120与固定镜组110分离，光学系统100中仅有固定镜组110单独成像。例如，在图1与图2中，固定镜组110正处于第一工位130上(如图1及图2中实体部件固定镜组110所表示的)，而移动镜组120处于备用状态，它的位置在第一工位130之外(如图1及图2中实线绘制的实体部件移动镜组120所表示的)。在有必要的时候，可以令移动镜组120进入到工作状态，此时，它的位置来到第一工位130上(如图2中虚线绘制的虚体部件移动镜组120所表示的)，即移动镜组120与固定镜组110处在第一工位130上的不同平面位置处。此时，固定镜组110与移动镜组120的光轴重合且均为140。这样，既可以避免固定镜组110与移动镜组120
产生干涉，又能使它们同时处在第一工位130上，配合进行成像作业。
42.其中，移动镜组120配置成可在工作状态以及备用状态之间切换。可将移动镜组120所处位置由第一工位130切换至第一工位130外的工位，则移动镜组120由工作状态切换至备用状态，光学系统100中固定镜组110单独成像。将移动镜组120所处位置由第一工位130外的工位切换至第一工位130，则移动镜组120由备用状态切换至工作状态，移动镜组120与固定镜组110配合成像。由此可改变位于第一工位130的所有镜片整体的焦距，实现了光学变焦功能。需要说明的是，第一工位130外可以有多个工位，当移动镜组120处于这些工位时，移动镜组120均处于备用状态，即与固定镜组110分离的状态。
43.本技术的实施例通过设置具有工作状态以及备用状态的移动镜组120，当移动镜组120在工作状态与备用状态之间切换时，可使移动镜组120与固定镜组110配合成像或固定镜组110单独成像，从而改变了光学系统100的成像焦距，实现了光学变焦功能。并且移动镜组120可与固定镜组110共用一套成像组件300，占用空间小，成本较低。相对于潜望式的变焦镜头，本技术的光学系统100不需要使用制造精度和装配精度要求较高的反射棱镜，降低了整体成本。
44.为了使移动镜组120在进行工作状态切换时可进行自动化控制，提高光学系统100的焦距切换时的效率及控制精度，如图3所示，本技术的第二实施例中，光学系统100还可以包括驱动装置150。该驱动装置150与移动镜组120连接，驱动装置150用于驱动移动镜组120在工作状态与备用状态之间进行切换。驱动装置150可采用电机、气缸等具有动力源的装置。而移动镜组120在工作状态与备用状态之间切换的路径可以是直线、不规则曲线或弧线等，根据第一工位130及第一工位130外的各工位的位置设置来确定，以能实现移动镜组120在不同工位间灵活切换为准。
45.请参阅图3至图4，在本技术的第二实施例中，驱动装置150包括转轴151以及承载座152，转轴151的回转轴线与光轴140平行设置，承载座152与转轴151连接，移动镜组120设于承载座152上。承载座152可用于承载其上的其它部件，如移动镜组120，承载座152限定出一个容纳腔，移动镜组120位于该容纳腔内并通过胶接、卡接等方式固定于承载座152上。并且，为了不影响移动镜组120的成像功能，在一个实施例中，承载座152采用透光的底座，这样，该底座就不会遮挡穿过移动镜组120的光线。在其它实施例中，承载座152还可以没有底座，而移动镜组120是固定在承载座152的侧壁上的，这样，承载座152的透光效果会更好。转轴151可自转并带动承载座152转动，而移动镜组120设置在承载座152上，则移动镜组120可随承载座152转动并在第一工位130与第一工位130外切换。通过将转轴151的回转轴151线设置为与光轴140平行，则当移动镜组120随承载座152转动时，其运动路径为圆形，各工位的设置与切换更加平滑、方便。承载座152随转轴151转动时使移动镜组120在工作状态与备用状态之间进行切换，以改变光学系统100的焦距。
46.为了扩大光学系统100的适用范围，移动镜组120的数量可以为多个，且各移动镜组120的焦距互不相同。需要说明的是，当移动镜组120具有多个镜片时，移动镜组120的焦距是指所有位于同一个镜组中的镜片的总焦距，通过调整各移动镜组120中镜片的数量或每个镜片的焦距即可实现改变移动镜组120焦距的效果。通过将不同焦距的移动镜组120依次切换至工作状态，则光学系统100的焦距也随之发生多级变化，以满足多种使用场景下的不同使用需求。可以理解的是，此时可以在第一工位130外设置多个不同工位，并且驱动装
置150包括多个转轴151，以及分别与各转轴151连接的多个承载座152，各承载座152分别位于第一工位130外的不同工位。各移动镜组120一一对应设于各承载座152上，多个承载座152随转轴151转动时使各移动镜组120在工作状态与备用状态之间进行切换。各承载座152可以在移动镜组120的移动路径上均匀分布，以使得光学系统100的焦距切换更加均匀有序。如图5至图6所示，在本技术的第三实施例中，移动镜组120的数量为4个时的光学系统100的结构示意图，各承载座152在转轴151转动的圆周路径上均匀分布。其中，图5为4个移动镜组120中的一个处于工作状态时光学系统100的结构示意图。转轴151带动承载座152顺时针或逆时针转动后，移动镜组120随之运动并切换至图6中移动镜组120均处于备用状态的情况。移动镜组120的数量改变后，光学系统100的结构可以依此作适应性调整。
47.为了使光学系统100的焦距调整更灵活，可以令各移动镜组120中的至少一个具有正屈折力。则当各移动镜组120均具有正屈折力时，各移动镜组120与固定镜组110叠加均会使光学系统100的焦距增大。通过合理设置各移动镜组120的屈折力大小，使光学系统100的所有镜片整体的焦距逐级增大。当移动镜组120中的一部分具有正屈折力，移动镜组120中的另一部分具有负屈折力时，此时具有正屈折力的移动镜组120与固定镜组110叠加均会使光学系统100的焦距增大，而具有负屈折力的移动镜组120与固定镜组110叠加会使光学系统100的焦距减小，这种情况下，切换不同的移动镜组120可以使所有镜片整体的焦距变化梯度更大。
48.请参阅图7，在某些情况下，当需要使用的移动镜组120的数量较少时，可能会出现在某些承载座152上没有设置移动镜组120的情况。为了保持驱动装置150的整体平衡，本技术的第四实施例中，光学系统100还可以包括配重部160，用于平衡承载座152，避免承载座152在随着转轴151运动时发生偏移。配重部160设于承载座152上。配重部160的大小、形状、重量及安装位置均没有限制，只要能够使驱动装置150上的各承载座152之间保持整体重量平衡，均满足使用条件。在承载座152上设置配重部160可以避免某一个或几个承载座152由于重量不均发生倾斜，导致转轴151转动不顺畅的情况发生。而根据力学常识，可以合理调节承载座152的重量与它的安装位置之间的关系，使各承载座152之间保持平衡。在本实施例中，配重部160可以是与移动镜组120的质量相近的任意物体，配重部160设置在承载座152上用于安装镜片的工位处，并且与承载座152可拆卸连接，以便随着使用需求进行随时安装或拆卸。
49.请参阅图8，本技术的第五实施例还提出一种摄像头模组10，该摄像头模组10包括上述任一的光学系统100。摄像头模组10通过移动镜组120在工作状态与备用状态之间切换时，可使移动镜组120与固定镜组110配合成像或固定镜组110单独成像，从而改变了成像焦距，实现了光学变焦功能。并且移动镜组120可与固定镜组110共用一套成像组件300，占用空间小，成本较低。相对于潜望式的变焦镜头，本技术的摄像头模组10不需要使用制造精度和装配精度要求较高的反射棱镜，降低了整体成本。
50.该摄像头模组10还可以包括镜筒200以及成像组件300。镜筒200设置于第一工位130，镜筒200用于安装、承载摄像头模组10的其它各组件，固定镜组110可以安装于镜筒200内。成像组件300设置于第一工位130，用于接收透过光学系统100的光线，具体地，成像组件300设于镜筒200的像侧。如本领域技术人员所熟知的，物侧是镜筒200的靠近被拍摄物的一侧，与之相对的，像侧是镜筒200的远离被拍摄物的一侧。位于第一工位130处的镜组均可以
与成像组件300配合进行成像。
51.在摄像头模组10中，固定镜组110、移动镜组120与成像组件300之间的相对位置关系可以根据实际使用状态进行调整。如图8所示，在本技术的第五实施例中，光学系统100的移动镜组120处于工作状态时，固定镜组110位于移动镜组120与成像组件300之间。由于移动镜组120需要在第一工位130及第一工位130外切换以改变工作状态，可以将移动镜组120设置在远离成像组件300的位置，则移动镜组120的位置切换不会影响到成像组件300或其它组件的正常工作，也不会受到遮挡，切换更灵活。如图9所示，在本技术的第六实施例中，光学系统100的移动镜组120处于工作状态时，移动镜组120位于固定镜组110与成像组件300之间。则移动镜组120切换到第一工位时，处于镜筒200内部，可以被镜筒200保护起来。
52.请参阅图10，本技术的实施例还提出一种电子装置20，该电子装置20包括上述任一的摄像头模组10。电子设备20设有开口210，摄像头模组10安装于电子装置20之中后，可以将摄像头模组10中的第一工位130设置在开口210位置处，这样，第一工位130上的固定镜组110与移动镜组120就通过开口210暴露出来。当电子装置20进行成像作业时，外部光线由开口210照射至第一工位130上的固定镜组110、移动镜组120以及成像组件300上，就可以配合摄像头模组10中的其它部件或组件来完成成像工作。由于本技术实施例的摄像头模组10占用空间小，它在电子装置20中的位置可以更加灵活地进行调整。并且，只需要在电子装置20上开设一个开口210即可满足摄像头模组10的全部工作需求，电子装置20的结构完整性更高，不影响电子装置20中其它部件或组件的安装。电子装置20可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、个人数位助理、智能手环、智能手表等穿戴式设备中的任意一种。
53.本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
54.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。