[0001] 本公开涉及一种光学系统，尤其涉及一种可包括多个光学模块的光学系统。

[0002] 随着科技的发展，现今许多电子装置(例如笔记本电脑、智能手机或数字相机)皆具有照相或录影的功能。这些电子装置的使用越来越普遍，并朝着便利和轻薄化的设计方向进行发展，以提供使用者更多的选择。

[0003] 前述具有照相或录影功能的电子装置通常包括一或多个镜头，以达到对焦、变焦或光学防手震(Optical image stablization，OIS)的功能。然而，现今移动装置的趋势是希望可在有限体积内获得较佳的成像品质，因此如何有效地提升其光学品质及达成小型化始成为一重要的课题。

[0074] 以下说明本公开实施例的光学系统。然而，可轻易了解本公开实施例提供许多合适的创作概念而可实施于广泛的各种特定背景。所公开的特定实施例仅仅用于说明以特定方法使用本公开，并非用以局限本公开的范围。

[0075] 除非另外定义，在此使用的全部用语(包括技术及科学用语)具有与此篇公开所属的本领域技术人员所通常理解的相同涵义。能理解的是这些用语，例如在通常使用的字典中定义的用语，应被解读成具有一与相关技术及本公开的背景或上下文一致的意思，而不应以一理想化或过度正式的方式解读，除非在此特别定义。

[0076] 本公开提供一种光学系统，通过在光线行经的路径上设置一或多个用于折射及/或反射光线的光学元件，改变光线行进的方向，由此达成机构小型化的目的。除此之外，通过设置具有不同屈光度(diopter)的多个光学元件，可进一步增加光学系统接收光线的角度，达成广角收光的效果。

[0077] 首先请参阅图1。图1示出根据本公开的一些实施例，光学系统10的侧视图。在图1所示的实施例中，光学系统10包括一第一光学模块100、一第二光学模块200、一第三光学模块300及一感光元件400。第一光学模块100、第二光学模块200及第三光学模块300大致沿着一直线排列。在此实施例中，第一光学模块100、第二光学模块200及第三光学模块300大致沿着水平方向排列。

[0078] 在一些实施例中，第一光学模块100包括一第一光学元件110、一第一光路调整元件120、一定位组件130、一第一驱动组件140、一第一活动部150及一第一固定部160。第一光学元件110具有一第一光轴A1，第一光轴A1大致通过第一光学元件110的中心。光线(例如：可见光或不可见光)可首先通过第一光学元件110而进入整个光学系统10。在一些实施例中，第一光学元件110可为一液态透镜，可包括水、电解水、油、或任何适合的流体物质。第一光学元件110可用以接收上述光线，并通过改变第一光学元件110的屈光度，来调整光线的状态，例如：光线的集束及/或扩束的程度，有利于光学系统10的变焦效果。在一些实施例中，第一光学元件110用以集束光线。此外，通过改变第一光学元件110的结构，可改变接收光线的范围，使得在第一光学元件110所占体积不变的情况下，达到广角收光的目的。关于如何调整第一光学元件110，将在下文详细叙述。

[0079] 在图1所示的实施例中，第一光路调整元件120为一棱镜，具有可反射光线的一表面(图1中相对于水平方向及垂直方向倾斜的表面)。第一光路调整元件120对应第一光学元件110，例如：第一光路调整元件120设置于第一光学元件110正下方。在一些实施例中，第一光学元件110及第一光路调整元件120沿着第一光轴A1排列。在一些实施例中，光线在一第一方向D1上通过第一光学元件110，当光线抵达第一光路调整元件120的反射表面时，第一光路调整元件120可将光线的行进方向变更为一第二方向D2，且第一方向D1与第二方向D2不同。为了方便说明及简洁目的，在本公开的附图中，将第一方向D1示出为图面的垂直方向且将第二方向D2示出为图面的水平方向，但应注意的是，光线可以任何可被第一光学元件110接收的角度入射第一光学元件110，这些不同角度的光线入射方向可统称为第一方向D1。光线经由第一光路调整元件120反射后，可依照不同的第一方向D1而产生多种不同角度的光线出射方向，这些光线出射方向可统称为第二方向D2。

[0080] 在一些实施例中，第一光学元件110具有一第一表面S1及一第二表面S2，且第一光路调整元件120具有一第三表面S3。第一光学元件110的第一表面S1及第二表面S2皆与第一光轴A1不平行。在一些实施例中，第一表面S1垂直于第一光轴A1。第一光学元件110的第一表面S1与第一光路调整元件120的第三表面S3皆具有平面结构，且面向彼此。在图1所示的实施例中，第一表面S1与第三表面S3互相平行，且第一表面S1与第三表面S3之间具有一间隙G。在一些实施例中，间隙G中可具有气体(例如：大气)。在一些其他实施例中，间隙G中可为真空状态。在又一些其他实施例中，第一表面S1与第三表面S3可不具有间隙而彼此接触。在第一表面S1与第三表面S3之间具有间隙G的一些实施例中，定位组件130设置于第一光学元件110及第一光路调整元件120之间，用以保持第一表面S1与第三表面S3之间的距离，使得间隙G固定不变。

[0081] 接着请一并参照图1及图2。图2示出根据本公开的一些实施例，第一光学模块100的侧视图。第一光学元件110的第二表面S2位于第一表面S1的相反侧，第一表面S1与第二表面S2沿着第一光轴A1排列，且第二表面S2相较于第一表面S1更接近光线入射的一侧。第二表面S2具有非平面结构，例如：凸面结构、球面结构、曲面结构、或任何适合的规则及不规则的表面结构。第二表面S2具有一曲率C，可通过第一驱动组件140调整曲率C，以调整光线通过第一光学元件110的状态，例如：光线集束或扩束的状态及程度。第一驱动组件140设置于第一光学元件110，例如：设置于第一光学元件110的侧边、或任何适合的位置。在图1及图2所示的实施例中，第一光学模块100包括两个第一驱动组件140，但第一驱动组件140的数量非用以限制，在其他实施例中，第一光学模块100可包括任何适合数量的第一驱动组件140，例如：一个、四个或六个等。通过第一驱动组件140，可驱动第二表面S2变形。举例来说，第一驱动组件140可包含固定的一线圈以及可动的一磁性元件，其中磁性元件可连接第一光学元件110，通过移动磁性元件的位置，挤压第一光学元件110中的液体而改变液体的形状，从而使第二表面S2的曲率C产生变化，可用以调整第一光轴A1的位置。在第一光学元件110所占体积不变的情况下，通过调整第二表面S2的曲率C，除了可用于光学变焦，更有助于增加收光角度范围，提升光学品质。

[0082] 除了通过线圈及磁性元件来改变第二表面S2的曲率，在一些其他实施例中，亦可使用压电机构(图未示)以物理性方式改变第二表面S2的曲率C，详细而言，可在第一光学元件110下方设置一压电片，通过压电片通电后变形而挤压第一光学元件110，进而改变第二表面S2的曲率C。或者，在又一些其他实施例中，可以通过电路构件(图未示)连接至第一光学元件110而驱动第二表面S2变形，详细而言，通过施加电压，第二表面S2会产生介电力，介电力作用会挤压第一光学元件110内部的液体，而改变第二表面S2的曲率C。也就是说，可运用任何适合的方式来改变第二表面S2的曲率C，以达成预期的光学效果。

[0083] 在一些实施例中，第一光学模块100的第一活动部150连接第一光学元件110，并可相对于第一固定部160运动。在一些实施例中，第一活动部150可为上述第一驱动组件140中的磁性元件，且第一驱动组件140中的线圈可固定于第一固定部160。第一固定部160具有一第一外壳161，第一外壳161内具有一第一容纳空间162，用以容纳第一光路调整元件120。第一驱动组件140可驱动第一活动部150相对于第一固定部160运动。沿着第一光轴A1(即，图面上的垂直方向)观察，第一驱动组件140与第一光路调整元件120不重叠，如此一来，可进一步提升光学系统10整体在第一光轴A1方向上的小型化。

[0084] 接着请再次参照图1。在一些实施例中，第二光学模块200包括一第二光学元件210、一第二驱动组件240、一第二活动部250及一第二固定部260。第二光学元件210可为透镜，且具有一第二光轴A2，第二光轴A2大致通过第二光学元件210的中心，且第一光学模块
100及第二光学模块200沿着第二光轴A2排列。在一些实施例中，沿着第二光轴A2观察，第一光学模块100的第一驱动组件140与第二光学模块200至少部分重叠，且第一光学模块100的第一光学元件110亦与第二光学模块200至少部分重叠。在一些实施例中，第一光学元件110的第一光轴A1与第二光学元件210的第二光轴A2互相垂直。在图1示出的实施例中，第二光学模块200具有两个第二光学元件210，但第二光学元件210的数量非用以限制，在其他实施例中，第二光学模块200可包括任何适合数量的第二光学元件210，例如：一个、三个、四个或更多。

[0085] 在一些实施例中，第二光学模块200的第二活动部250连接第二光学元件210，并可相对于第二固定部260运动。在一些实施例中，第二活动部250可为第二驱动组件240中的磁性元件，且第二驱动组件240中的线圈可固定于第二固定部260。第二固定部260具有一第二外壳261，第二外壳261内具有一第二容纳空间262，用以容纳第二光学元件210，且第二外壳261固定地连接第一光学模块100，尤其，第二外壳261固定地连接第一光学模块100的第一外壳161。第二驱动组件240可驱动第二活动部250相对于第二固定部260运动，使得第二活动部250带动第二光学元件210相对于第二固定部260运动，达成光学对焦的效果。

[0086] 在一些实施例中，第二光学模块200可还包括一第三光学元件280。第三光学元件280可为透镜，与第二光学元件210一起容纳于第二容纳空间262中，且与第二光学元件210沿着第二光轴A2排列。在图1示出的实施例中，第二光学模块200具有两个第三光学元件
280，但第三光学元件280的数量非用以限制，在其他实施例中，第二光学模块200可包括任何适合数量的第三光学元件280，例如：一个、三个、四个或更多。举例来说，在一些实施例中，第二光学模块200可仅包括一个第三光学元件280，且位于靠近第三光学模块300的一侧或靠近第一光学模块100的一侧其中一者。在一些实施例中，第一光学元件110的第一屈光度大于第二光学元件210的第二屈光度及第三光学元件280的第三屈光度，且第二屈光度与第三屈光度不相同。然而在其他实施例中，第一屈光度、第二屈光度、第三屈光度可依照实际需求而做出相应的调整，且在包含多个第二光学元件210或多个第三光学元件280的实施例中，多个第二屈光度之间或多个第三屈光度之间亦可彼此相异。

[0087] 如上所述，第一光学元件110可通过第一驱动组件140调整第二表面S2的曲率C而改变屈光度(即，光线集束或扩束的状态及程度)。在一些实施例中，第一驱动组件140可在一第一范围内改变第一光学元件110的第一屈光度，且此第一范围内的任意数值皆大于第二屈光度及第三屈光度。在一些第二光学模块200包含多个光学元件实施例中，第一范围内的任意数值大于第二光学模块200所容纳的任何光学元件的屈光度。通过根据本公开实施例的屈光度配置，可在光学系统10有限的体积下，接收更广、更多的光线，以提升光学品质，并且有助于小型化。

[0088] 在一些实施例中，第三光学元件280可固定地设置于第二固定部260。通过第二驱动组件240驱动第二活动部250，带动第二驱动组件240相对于第二固定部260运动，进而使第二驱动组件240相对于第三光学元件280运动。在上述实施例中，第二光学元件210可具有塑胶材质，且第三光学元件280可具有玻璃材质。一般而言，由于玻璃材质的重量大于塑胶材质的重量，通过固定玻璃制的第三光学元件280且移动塑胶制的第二光学元件210，除了可达成光学变焦的目的，更可提升整体机构稳定性，并最佳化驱动效率。附加地，在一些实施例中，通过移动第二光学元件210，可对第二光学模块200整体光轴的位置进行调整，以达成更多样化的光学效果。

[0089] 请继续参照图1。第三光学模块300包括一第二光路调整元件320。第二光路调整元件320为一棱镜，具有可反射光线的一表面。光线在通过第二光学模块200之后，以第二方向D2进入第二光路调整元件320，并通过第二光路调整元件320的反射表面，将光线的行进方向变更为一第三方向D3。类似于上述，光线经由第二光路调整元件320反射后，可依照不同的第二方向D2而产生多种不同角度的光线出射方向，这些光线出射方向可统称为第三方向D3。在一些实施例中，第一方向D1、第二方向D2及第三方向D3两两互相不平行，在图1示出的实施例中，第一方向D1、第二方向D2及第三方向D3两两互相垂直。

[0090] 光线在通过第三光学模块300的第二光路调整元件320之后，以第三方向D3进入感光元件400。感光元件400具有一感光表面410(图5)，感光表面410面朝第三光学模块300，用以接收来自第三光学模块300的光线。在一些实施例中，感光表面410与第三光学模块300之间可设置有额外的光学元件(图未示)，用以聚焦来自第三光学模块300的光线，使得光线可集中至感光表面410上，提升感光品质及效果。此外，应了解的是，在本公开的附图中所示出感光元件400的尺寸并非用以限制，而可依照实际情况而放大或缩小。

[0091] 接着请参照图2及图3。图3示出根据本公开的一些实施例，光学系统10的部分的立体图。在一些实施例中，第一光学模块100还包括一第三驱动组件170，驱动第一光路调整元件120绕着一第一转轴R1转动。如图3所示，第一转轴R1大致上通过第一光路调整元件120的反射表面的中心，且与光线入射第一光路调整元件120的第一方向D1及光线出射第一光路调整元件120的第二方向D2皆垂直。通过转动第一光路调整元件120，可在光学系统10操作期间，达成光学防手震的效果，亦可根据第一光学元件110的光轴变化，做出对正中心或者倾斜对正的补偿，避免光学上的劣化(例如：产生微笑曲线)。应了解的是，第一光路调整元件120的转动不应被视为绝对必要的特征，举例来说，在一些第一光路调整元件120具有玻璃材质的实施例中，第一光路调整元件120亦可固定于第一固定部160，而不可相对于第一固定部160运动，以保持整体机构稳定性。

[0092] 接着请参照图4及图5。图4示出根据本公开的一些实施例，第三光学模块300的俯视图。图5示出根据本公开的一些实施例，光学系统10的部分的立体图。在一些实施例中，第三光学模块300还包括一第四驱动组件370，驱动第二光路调整元件320绕着一第二转轴R2转动。如图5所示，第二转轴R2大致上通过第二光路调整元件320的反射表面的中心，且与光线入射第二光路调整元件320第二方向D2及光线出射第二光路调整元件320的第三方向D3皆垂直。在根据本公开的一些实施例中，第一转轴R1与第二转轴R2不平行。在一些特定实施例中，第一转轴R1与第二转轴R2互相垂直。类似于以上参照第一光路调整元件120所述，通过转动第二光路调整元件320，在光学系统10操作期间，可根据第二光学模块200的光轴变化，做出对正中心或者倾斜对正的补偿，提升光学品质。

[0093] 应注意的是，虽然在图2中及图4中各别仅示出一个第三驱动组件170及一个第四驱动组件370，可根据实际需求，设置一或多个第三驱动组件170及一或多个第四驱动组件370，以进一步达成第一光路调整元件120及第二光路调整元件320的双轴旋转、甚至水平或垂直位移等效果。

[0094] 除此之外，在感光元件400上亦可设置有额外的驱动组件(图未示)，使得感光元件400可位移或倾斜，进一步提升接收来自第三光学模块300的光线的效率，且可达成自动对焦的目的。

[0095] 接着请参照图6。图6示出根据本公开的一些实施例，光学系统10的立体图。图6中的光学系统10类似于图1所示的光学系统10，仅为了易于了解的目的，省略了光学系统10中部分元件。在此实施例中，光线依序通过第一光学元件110、第一光路调整元件120、第二光学模块200、第三光学模块300、最后抵达感光元件400。详细而言，光线大致以第一方向D1通过第一光学元件110且进入第一光路调整元件120，经由第一光路调整元件120的反射表面变更为第二方向D2，以第二方向D2通过第二光学模块200且进入第三光学模块300，经由第三光学模块300中的反射表面变更为第三方向D3，以第三方向D3进入感光元件400。通过变更光线的行进方向，使得光线的入射面(例如：第一光学元件110的第二表面S2)不一定要与感光元件400的接收面(例如：感光表面410)排列在同一光轴上，有利于光学系统10在电子装置中的小型化。

[0096] 此外，在本公开的实施例中，第一光路调整元件120及第二光路调整元件320皆为呈直角三角柱的棱镜，具有与反射表面不同的入光表面(例如：第一光路调整元件120面向第一光学元件110的表面)及出光表面(例如：第一光路调整元件120面向第二光学模块200的表面)。与一般的平面镜相较之下，由于平面镜的入光表面、反射表面及出光表面皆为同一表面，第一光路调整元件120及第二光路调整元件320的入光表面可垂直于光线入射方向，可接受的光线角度范围较广，且出光表面亦具有类似优势。并且，在不改变棱镜体积的情况下，可调整棱镜的材质(例如：玻璃、塑胶、压克力等)，以改变光线的折射率，进而影响棱镜的屈光度。因此，第一光路调整元件120及第二光路调整元件320具有小型化及轻量化的优点。当然，在一些其他实施例中，第一光路调整元件120及第二光路调整元件320亦可为具有反射功能的平面镜。

[0097] 接着请参照图7。图7示出根据本公开的另一些实施例，光学系统10’的立体图。在图7中，以两个第一垂直光路调整元件120’及第一水平光路调整元件120”取代原本的单一第一光路调整元件120。第一垂直光路调整元件120’及第一水平光路调整元件120”的结构皆类似于第一光路调整元件120，各自具有一反射表面，不同之处在于反射表面设置的方向。在此实施例中，光线依序通过第一光学元件110、第一垂直光路调整元件120’、第一水平光路调整元件120”、第二光学模块200、第三光学模块300、最后抵达感光元件400。详细而言，光线大致以第一垂直方向D1’通过第一光学元件110且进入第一垂直光路调整元件120’，经由第一垂直光路调整元件120’的反射表面变更为第一水平方向D1”，再经由第一水平光路调整元件120”的反射表面变更为第二方向D2，以第二方向D2通过第二光学模块200且进入第三光学模块300，经由第三光学模块300中的反射表面变更为第三方向D3，并以第三方向D3进入感光元件400。在一些实施例中，第一垂直光路调整元件120’及第一水平光路调整元件120”可分别包括一驱动组件(图未示)，驱动组件在不同的方向上转动第一垂直光路调整元件120’及第一水平光路调整元件120”，使得第一垂直光路调整元件120’及第一水平光路调整元件120”可分别在不同方向上进行光学补偿，简化控制复杂性，并提升光学品质。

[0098] 此外，应注意的是，在图7示出的实施例中，光线进入感光元件400的第三方向D3与光线入射第一光学模块100的第一垂直方向D1’平行。光线的行进方向可依照电子装置中的空间配置进行调整，本公开在附图中示出的排列并非用以限制。

[0099] 在一些实施例中，在本公开的光学系统10制造期间，可首先分别将第一光学模块100(例如：包含第一光学元件110、第一光路调整元件120、定位组件130、第一驱动组件140、第一活动部150、第一固定部160及第三驱动组件170)、第二光学模块200(例如：包含第二光学元件210、第二驱动组件240、第二活动部250、第二固定部260及第三光学元件280)及第三光学模块300(例如：包含第二光路调整元件320及第四驱动组件370)分别单独形成为一模块区块，再依照实际需求，调整各模块区块的配置关系，除了提升光学系统10的变化性，亦可降低生产复杂程度。

[0100] 举例来说，可结合图6中第一光学元件110及第一光路调整元件120相对于第二光学模块200的配置关系以及图7中第三光学模块300及感光元件400相对于第二光学模块200的配置关系，而形成不同的光学系统，反之亦然。除了排列各模块之外，亦可根据所需的光线行进方向，而旋转各模块。如此一来，使用者可自由地配置各个模块的排列位置、顺序及方向，以符合使用目的。

[0101] 综上所述，本公开的光学系统10可通过设置多个液态透镜、反射镜及透镜，达成变更光线行进方向以及增加收光角度的效果。进一步地，可通过多个光学元件而将光线扩束或集束，在有限的体积内提升光学品质，再加上利用多个驱动组件来调整光学元件的结构或位置，可获得优良的成像品质。此外，通过模块化的制造，光学系统10在应用上具有更大的弹性。因此，本公开提供了一种可达成小型化、高光学品质及高可用性的光学系统10。

[0102] 虽然本公开的实施例及其优点已公开如上，但应该了解的是，本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围内，当可作更动、替代与润饰。此外，本公开的保护范围并未局限于说明书内所述特定实施例中的工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，本领域技术人员可从本公开的公开内容中理解现行或未来所发展出的工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，只要可以在此处所述实施例中实施大抵相同功能或获得大抵相同结果皆可根据本创作使用。因此，本公开的保护范围包括上述工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤。另外，每一权利要求构成个别的实施例，且本公开的保护范围也包括各个权利要求及实施例的组合。