光学系统及其防手震补偿方法与流程

1.本发明的实施例涉及一种光学系统，尤其涉及一种具有防手震功能的光学系统。


背景技术：

2.在公知的具有光学防手震(ois)功能的光学系统中，主要通过移动透镜单元的方式提供光学补偿，以改善对焦效果。然而，由于透镜单元经过移动后，光路实质上仍然发生了变动，往往造成图像的成像效果变差的情况。具体而言，在公知技术中，若采用中心补偿的方式进行防手震光学补偿，会造成图像周边部分的成像效果较差。若采用周边补偿的方式进行防手震光学补偿，会造成图像中心部分的成像效果较差。
3.为克服上述缺陷，公知技术采用中心补偿的方式进行防手震光学补偿，并增大透镜单元的尺寸，由此改善图像的成像效果。然而此方式增加了透镜单元及其周边元件的尺寸以及成本，不利于轻薄化以及低成本的生产诉求。


技术实现要素：

4.本发明的实施例为了欲解决公知技术的问题而提供的一种光学系统，包括一固定单元、一驱动单元以及一透镜单元。驱动单元连接该固定单元。该透镜单元适于被该驱动单元驱动而相对该固定单元进行运动。
5.在一实施例中，该光学系统还包括一超颖透镜，其中，该超颖透镜相对该透镜单元，于一第一位置与一第二位置之间移动，当该超颖透镜处于该第一位置时，该超颖透镜并未在该透镜单元的光路之上，当该超颖透镜处于该第二位置时，该超颖透镜位于该透镜单元的光路之上。
6.在一实施例中，该超颖透镜通过旋转的方式于该第一位置与该第二位置之间移动。
7.在一实施例中，该光学系统还包括一动作单元，该超颖透镜连接该动作单元，该动作单元适于将该超颖透镜，以旋转的方式于该第一位置与该第二位置之间移动。
8.在一实施例中，该动作单元包括一磁性件以及一动作线圈，该超颖透镜连接该磁性件，该动作线圈适于对该磁性件施加一磁场，该磁性件带动该超颖透镜于该第一位置与该第二位置之间移动。
9.在一实施例中，该透镜单元包括一进光侧，当该超颖透镜处于该第二位置时，该超颖透镜正对该进光侧。
10.在一实施例中，该透镜单元包括一出光侧，当该超颖透镜处于该第二位置时，该超颖透镜正对该出光侧。
11.在一实施例中，该光学系统还包括一图像感测器，其中，当该超颖透镜处于该第二位置时，该超颖透镜位于该图像感测器与该透镜单元之间。
12.在一实施例中，该光学系统还包括一检测单元以及一中央处理器，其中，该检测单元适于检测一手震状况而提供一感测信号，该中央处理器依据该感测信号启动该驱动单
元，以移动该透镜单元进行光学补偿，同时，该中央处理器控制该动作单元，并使该超颖透镜从该第一位置移动至该第二位置。
13.在一实施例中，该光学系统还包括一超颖透镜，其中，该超颖透镜适于被设置于该透镜单元的光路之上，该超颖透镜包括一中心区域、一周边区域以及多个微结构，该周边区域围绕该中心区域，多个所述微结构仅位于该中心区域或该周边区域之中。
14.在一实施例中，该驱动单元驱动该透镜单元，以中心补偿的方式进行防手震光学补偿，多个所述微结构仅位于该周边区域之中。
15.在一实施例中，该周边区域包括一第一环状区以及一第二环状区，该第一环状区环绕该中心区域，该第二环状区环绕该第一环状区，多个所述微结构包括多个第一微结构以及多个第二微结构，多个所述第一微结构位于该第一环状区，多个所述第二微结构位于该第二环状区，多个所述第一微结构的光学补偿效果不同于多个所述第二微结构的光学补偿效果。
16.在一实施例中，该每一第一微结构的高度等于每一第二微结构的高度。
17.在一实施例中，该每一第一微结构的宽度小于每一第二微结构的宽度。
18.在一实施例中，多个所述第一微结构的排列密度小于多个所述第二微结构的排列密度。
19.在一实施例中，该驱动单元驱动该透镜单元，以周边补偿的方式进行防手震光学补偿，多个所述微结构仅位于该中心区域之中。
20.在一实施例中，该中心区域的直径为该超颖透镜的一对角线长度的2/5。
21.在另一实施例中，本发明提供一种防手震补偿方法，包括下述步骤。首先，提供一种光学系统，包括一固定单元、一驱动单元、一透镜单元、一超颖透镜、一检测单元、一动作单元以及一中央处理器，该驱动单元连接该固定单元，该透镜单元适于被该驱动单元驱动而相对该固定单元进行运动。接着，以该检测单元检测一手震状况而提供一感测信号。再，该中央处理器依据该感测信号启动该驱动单元，以移动该透镜单元进行光学补偿，同时，该中央处理器控制该动作单元，并使该超颖透镜移动至该透镜单元的光路之上。
22.在一实施例中，该防手震补偿方法还包括下述步骤。启动一防手震模态，而以该检测单元检测该手震状况。
23.在一实施例中，在该防手震模态下，该驱动单元适于驱动该透镜单元，以中心补偿的方式进行防手震光学补偿，该超颖透镜包括一中心区域、一周边区域以及多个微结构，该周边区域围绕该中心区域，多个所述微结构仅位于该周边区域之中。
24.在本发明实施例的光学系统中，采用了超颖透镜，提供绕射式补偿的效果，改善防手震光学补偿的图像品质。具体而言，当中央处理器判断手震状况过大而有需要进行补偿时，该中央处理器会移动该透镜单元进行光学补偿，并同时将超颖透镜移动至该透镜单元的光路之上，以提供散射补偿，由此，以获得良好的成像品质。而当中央处理器判断手震状况微小或没有，而不需要进行补偿时，超颖透镜则位于该透镜单元的光路之外，避免影响成像品质。应用本发明的光学系统，可降低透镜单元及其周边元件的尺寸以及成本，达成轻薄化以及低成本的生产诉求。
附图说明
25.图1a为本发明第一实施例的光学系统的立体图。
26.图1b为本发明第一实施例的光学系统的剖面图。
27.图2a为本发明第二实施例的光学系统搭配超颖透镜的情形，其中超颖透镜处于第一位置。
28.图2b为本发明第二实施例的光学系统搭配超颖透镜的情形，其中超颖透镜处于第二位置。
29.图3a为本发明实施例的动作单元的爆炸图。
30.图3b为本发明实施例的动作单元的组合图。
31.图4为本发明第三实施例的光学系统的示意图。
32.图5为本发明第四实施例的光学系统的示意图。
33.图6为本发明实施例的光学系统的系统方块图。
34.图7为本发明实施例的超颖透镜的细部结构。
35.图8为本发明另一实施例的超颖透镜的示意图。
36.图9为本发明实施例的防手震补偿方法。
37.附图标记如下：
38.l1，l2，l3，l4:光学系统
39.1:固定单元
40.2:驱动单元
41.21:磁性元件
42.22:线圈
43.3:透镜单元
44.301:进光侧
45.302:出光侧
46.4，4’，401，402:超颖透镜
47.41:中心区域
48.42:周边区域
49.421:第一环状区
50.422:第二环状区
51.43:微结构
52.431:第一微结构
53.432:第二微结构
54.5:动作单元
55.51:磁性件
56.52:动作线圈
57.53:基座
58.54:支撑板
59.55:盖板
60.61:红外线滤光片
61.62:图像感测器
62.63:检测单元
63.64:中央处理器
64.φ1:对角线长度
65.φ2:直径
66.s1，s2，s21，s3，s4:步骤
具体实施方式
67.图1a为本发明第一实施例的光学系统的立体图。图1b为本发明第一实施例的光学系统的剖面图。搭配参照图1a及图1b，本发明第一实施例的光学系统l1，包括一固定单元1、一驱动单元2以及一透镜单元3。驱动单元2连接该固定单元1。该透镜单元3适于被该驱动单元2驱动而相对该固定单元1进行运动。
68.在本发明的实施例中，该固定单元1可以包括壳体、底座等元件。该驱动单元2可以包括线圈、磁性元件、弹性元件等元件。在一实施例中，该光学系统l1提供了光学防手震(ois)的功能。上述公开并未公开本发明。
69.图2a为本发明第二实施例的光学系统搭配超颖透镜的情形，其中超颖透镜处于第一位置。图2b为本发明第二实施例的光学系统搭配超颖透镜的情形，其中超颖透镜处于第二位置。搭配参照图2a及图2b，在一实施例中，该光学系统l2还包括一超颖透镜(metalens)4，其中，该超颖透镜4相对该透镜单元3，于一第一位置(图2a)与一第二位置(图2b)之间移动。当该超颖透镜4处于该第一位置(图2a)时，该超颖透镜4并未在该透镜单元的光路之上。当该超颖透镜处于该第二位置(图2b)时，该超颖透镜4位于该透镜单元3的光路之上。
70.搭配参照图2a及图2b，在一实施例中，该超颖透镜4通过旋转的方式于该第一位置与该第二位置之间移动。
71.搭配参照图2a及图2b，在一实施例中，该光学系统l2还包括一动作单元5，该超颖透镜4连接该动作单元5，该动作单元5适于将该超颖透镜4，以旋转的方式于该第一位置与该第二位置之间移动。
72.图3a为本发明实施例的动作单元的爆炸图。图3b为本发明实施例的动作单元的组合图。搭配参照图3a及图3b，在一实施例中，该动作单元5包括一磁性件51以及一动作线圈52，该超颖透镜4连接该磁性件51，该动作线圈52适于对该磁性件51施加一磁场，该磁性件51带动该超颖透镜4于该第一位置与该第二位置之间移动。
73.搭配参照图3a及图3b，在一实施例中，该动作单元5还包括一基座53、一支撑板54以及一盖板55，该动作线圈52被固定于该基座53，该支撑板54以及该盖板55被固定于该基座53，该磁性件51枢接该基座53，该超颖透镜4至少部分被夹设于该支撑板54与该盖板55之间。
74.图4为本发明第三实施例的光学系统的示意图。参照图4，本发明第三实施例的光学系统l3包括驱动单元2以及透镜单元3，驱动单元2包括磁性元件21以及线圈22。在此实施例中，光学系统l3还包括红外线滤光片61以及图像感测器62。该透镜单元3包括一进光侧301，当该超颖透镜4处于该第二位置时，该超颖透镜4正对该进光侧301。
75.搭配参照图2a、图2b以及图4，在本发明的第二、三实施例中，该超颖透镜4适于正
对该进光侧301，以提供绕射式补偿的效果，改善防手震光学补偿的图像品质。在此实施例中，一般而言，由于透镜单元3于进光侧301的孔径较小，因此超颖透镜4的尺寸可以较小。
76.图5为本发明第四实施例的光学系统的示意图。参照图5，在此实施例中，光学系统l4的该透镜单元3包括一出光侧302，当该超颖透镜4’处于该第二位置时，该超颖透镜4’正对该出光侧302。当该超颖透镜4’处于该第二位置时，该超颖透镜4’位于该图像感测器62与该透镜单元3之间，具体而言，该超颖透镜4’位于该红外线滤光片61与该透镜单元3之间。在此实施例中，该超颖透镜4’适于正对该出光侧302，以提供绕射式补偿的效果，改善防手震光学补偿的图像品质。在此实施例中，一般而言，由于透镜单元3于进光侧302的孔径较大，因此超颖透镜4’的尺寸可以较大。
77.图6为本发明实施例的光学系统的系统方块图。参照图6，在一实施例中，该光学系统还包括一检测单元63以及一中央处理器64，其中，该检测单元63适于检测一手震状况而提供一感测信号，该中央处理器64依据该感测信号启动该驱动单元2，以移动该透镜单元进行光学补偿，同时，该中央处理器64控制该动作单元5，并使该超颖透镜从该第一位置移动至该第二位置。在一实施例中，该检测单元可以包括陀螺仪。
78.图7为本发明实施例的超颖透镜的细部结构。参照图7，该超颖透镜401包括一中心区域41、一周边区域42以及多个微结构43，该周边区域42围绕该中心区域41，多个微结构43仅位于该中心区域41或该周边区域42之中。在一实施例中，该周边区域42指该中心区域41外围的所有区域，上述公开并未限制本发明。在此实施例中，多个微结构43仅位于该周边区域42之中。
79.搭配参照图4及图7，在一实施例中，该驱动单元2驱动该透镜单元3，以中心补偿的方式进行防手震光学补偿。而，多个微结构43仅位于该周边区域42之中，以提供绕射式补偿的效果，改善防手震光学补偿的图像品质。
80.参照图7，在一实施例中，该周边区域42包括一第一环状区421以及一第二环状区422，该第一环状区421环绕该中心区域41，该第二环状区422环绕该第一环状区421，多个微结构43包括多个第一微结构431以及多个第二微结构432，多个第一微结构431位于该第一环状区421，多个第二微结构432位于该第二环状区422，多个第一微结构431的光学补偿效果不同于多个第二微结构432的光学补偿效果。
81.参照图7，在一实施例中，多个微结构43为圆柱状。然而，上述公开并未限制本发明。例如，在其他实施例之中，多个微结构43亦可以为方块状、角锥状或其他形状。
82.参照图7，在一实施例中，该每一第一微结构431的高度等于每一第二微结构432的高度。此外，该每一第一微结构431的宽度(在此实施例中为直径)小于每一第二微结构432的宽度。由此，多个第一微结构431的光学补偿效果不同于多个第二微结构432的光学补偿效果。然而，上述公开并未限制本发明。例如，在另一实施例中，多个第一微结构的排列密度小于多个第二微结构的排列密度，由此亦可以达到多个第一微结构431的光学补偿效果不同于多个第二微结构432的光学补偿效果的情况。
83.图8为本发明另一实施例的超颖透镜的示意图。参照图8，在另一实施例中，该驱动单元亦可驱动该透镜单元，以周边补偿的方式进行防手震光学补偿，在此实施例中，该超颖透镜402的多个微结构43仅位于该中心区域41之中。
84.参照图7，在一实施例中，该中心区域41的直径φ2为该超颖透镜的一对角线长度
φ1的2/5。上述公开并未限制本发明，在另一实施例中，该中心区域41的直径φ2可以为该超颖透镜的一对角线长度φ1的1/5～3/5。
85.图9为本发明实施例的防手震补偿方法。参照图9，本发明实施例的防手震补偿方法包括下述步骤。首先，提供一种光学系统，包括一固定单元、一驱动单元、一透镜单元、一超颖透镜、一检测单元、一动作单元以及一中央处理器，该驱动单元连接该固定单元，该透镜单元适于被该驱动单元驱动而相对该固定单元进行运动(s1)。接着，以该检测单元检测一手震状况而提供一感测信号(s2)。再，该中央处理器依据该感测信号启动该驱动单元，以移动该透镜单元进行光学补偿，同时，该中央处理器控制该动作单元，并使该超颖透镜移动至该透镜单元的光路之上(s3)。
86.参照图9，在一实施例中，该防手震补偿方法还包括下述步骤。启动一防手震模态，而以该检测单元检测该手震状况(s21)。具体而言，在动态拍摄时，使用者可启动防手震模态，而以该检测单元检测手震状况。在静态拍摄时，使用者亦可以关闭防手震模态。
87.在本发明实施例的光学系统中，采用了超颖透镜，提供绕射式补偿的效果，改善防手震光学补偿的图像品质。具体而言，当中央处理器判断手震状况过大而有需要进行补偿时，该中央处理器会移动该透镜单元进行光学补偿，并同时将超颖透镜移动至该透镜单元的光路之上，以提供散射补偿，由此，以获得良好的成像品质。而当中央处理器判断手震状况微小或没有，而不需要进行补偿时，超颖透镜则位于该透镜单元的光路之外，避免影响成像品质。应用本发明的光学系统，可降低透镜单元及其周边元件的尺寸以及成本，达成轻薄化以及低成本的生产诉求。
88.虽然本发明已以具体的较佳实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，仍可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视随附的权利要求所界定者为准。