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折叠照相机透镜系统技术方案

技术编号:12021191 阅读:140 留言:0更新日期:2015-09-09 18:26
一种折叠照相机透镜系统。折叠透镜系统可以包括具有折光力的多个透镜以及光路折叠元件。在第一光路或轴上通过透镜进入照相机的光折射到折叠元件,该折叠元件使用对光进行折射的透镜将光的方向改变到第二光路或轴上,以在光电传感器处形成图像平面。透镜元件中的至少一个的物侧表面和图像侧表面中的至少一个可以是非球面的。透镜系统的总轨迹长度TTL可以是16.0mm或更小。透镜系统可以被配置为使得望远比率|TTL/f|大于1.0。可以选择光学元件的材料、曲率半径、形状、尺寸、间隔和非球面系数以在小形状因数照相机中实现高质量光学性能和高图像分辨率。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】 优先权彳目息 该申请要求于2014年3月7日提交的题为"FOLDED LENS SYSTEMS (折叠透镜系 统)"的美国临时申请序列号No. 61/949, 898的优先权的权益,其内容通过引用而完全合并 到此。
本公开总体涉及照相机系统,更具体地说,涉及用于小形状因数照相机的透镜系 统。
技术介绍
小的移动多用途设备(如智能电话和平板或平板设备)的出现已经导致对于用于 在设备中的集成的高分辨率、小形状因数照相机的需要。然而,由于传统照相机技术的限 制,在这些设备中所使用的传统小照相机倾向于以比使用更大、更高质量照相机可以实现 的更低分辨率和/或更低图像质量来捕获图像。通过小封装尺寸照相机来实现较高分辨率 通常要求使用具有小像素尺寸的光电传感器以及良好的紧凑成像透镜系统。技术的发展已 经实现了光电传感器中的像素尺寸的减少。然而,由于光电传感器变得更紧凑并且强大,因 此对于具有改进的成像质量性能的紧凑成像透镜系统的需求已经增加。
技术实现思路
本公开的实施例可以提供一种小封装尺寸中的高分辨率照相机。描述包括光电传 感器和紧凑折叠透镜系统的照相机。在实施例中,折叠所述照相机透镜系统的光路可以促 进实现用于照相机透镜组装的小形状因数,并且还可以通过使用相对少数量的小形状因数 的透镜元件来促进实现高分辨率光学透镜系统。可以在仍然捕获尖锐高分辨率图像的同时 在小封装尺寸中实现包括折叠透镜系统的照相机的实施例,使得照相机的实施例适合于在 小型和/或移动多用途设备(如蜂窝电话、智能电话、平板或平板计算设备、膝上型设备、网 本、笔记本、小笔记本和超级本计算机)中的使用。在一些实施例中,可以连同一个或多个 其它照相机(例如望远和/或广角小格式照相机)在设备中包括在此所描述的照相机,其 它照相机将例如当使用该设备来捕获图像时允许用户在不同的照相机格式(正常、望远或 广角)之间进行选择。 描述可以减少用于对于1/3英寸(6. 12_对角线)传感器照相机的潜在应用的透 镜系统的封装体积的宽度的折叠透镜系统的实施例。所述折叠透镜系统的示例实施例可以 具有14-mm EFL(有效焦距长度)、F/2. 8和26-度对角线视场(DF0V) (6. 46mm图像圈直径、 3. 232_图像圈半径)。在至少一些实施例中,图像平面或传感器可以移动以将物体场景从 无限远聚焦到〈1000mm物距。至少一些实施例可以使用棱镜作为光路折叠机构,以用于对 光的光路进行折叠。在一些实施例中,透镜-棱镜组合(例如铸模到合成单元元件中的一 个或多个透镜和棱镜)可以用作光路折叠机构,以用于对光的光路进行折叠。 描述包括具有折光力的五个透镜元件的折叠透镜系统的实施例。然而,在一些实 施例中可以使用更多或更少的透镜元件。在各个实施例中,平面镜或棱镜元件可以用于对 光的光路进行折叠。在至少一些实施例中,所述透镜元件中的至少一个的物侧表面和图像 侧表面中的至少一个是非球面的。 在至少一些实施例中,所述折叠透镜系统包括折叠光轴(在此被称为AX)、第一组 (在此被称为GR1)光学元件、光路折叠元件(例如棱镜或平面镜)、第二组(在此被称为 GR2)光学元件以及在所述图像平面处的光电传感器。至少一些实施例可以还包括红外滤 波器和/或窗口元件。折叠透镜系统的至少一些实施例可以包括变焦能力,用于将在无限 远处(距照相机的物距多20米)的物体场景聚焦到近物距(〈1米)。例如,在各个实施例 中,第一组(GR1)、第二组GR2和/或在所述图像平面处的光电传感器可以变焦、移动或平 移,以用于将物体场景从远距离(多20米)聚焦到近距离(〈1米)。 在至少一些实施例中,所述透镜系统可以是固定折叠透镜系统,被配置使得所述 透镜系统的有效焦距长度f的绝对值处于14毫米(mm)或其左右(例如在8mm至大约14_ 的范围内)、F数(聚焦比)处于从大约2. 4到大约10的范围内,视场(FOV)处于26度或 其左右,非折叠透镜系统的总轨迹长度(TTL)处于~8mm至~16mm的范围内。然而,注意, 在一些实施例中可以获得在此所给出的范围之上或之下的值。所述透镜系统的总轨迹长度 (TTL)是在第一(物侧)光学元件的物侧表面处的前顶点与所述图像平面之间在光轴(AX) 上的距离。在所述折叠透镜系统的实施例中,所述透镜系统的非折叠总轨迹长度(TTL)可 以定义为在所述第一(物侧)光学元件的物侧表面处的前顶点与图像平面之间在折叠光轴 (AX)上的距离。换言之,用于折叠透镜系统的TTL是在第一(物侧)透镜元件的物侧表面 处的前顶点与光路折叠元件(镜面或棱镜)的反射表面之间在折叠轴AX上的距离的绝对 值、和所述反射表面与图像平面之间的距离的绝对值之和。由于通过光学设计惯例,光学参 数(如曲率半径、距离、焦距长度等)的代数符号跟随反射表面而改变符号,因此在此可以 使用距离的绝对值之和。 于在此所描述的至少一些实施例中,折叠透镜系统可以被配置为使得望远比率 ITL/f | 大于 1 : TTL/f |>1, 0 其中,f是有效焦距长度的绝对值。为了归类为望远透镜系统,|lTL/f| (望远比 率)应小于或等于1。因此,在此所描述的折叠透镜系统的实施例通常可以提供非望远透镜 系统。然而,注意,在一些实施例中,折叠透镜系统可以被配置或可以是可调整的,以使得望 远比率小于或等于1 : TTL/f | ^ 1. 0, 并且因此,实施例可以囊括可在望远范围与非望远范围之间调整的折叠望远透镜 系统和/或折叠透镜系统。例如,在一些实施例中,折叠透镜系统可以是可调整的,以提供 0. 8至1. 2的范围内的望远比率。 在至少一些实施例中,所述折叠透镜系统可以被配置为使得透镜系统的有效焦距 长度f?是14mm,F数是2. 8。然而,注意,焦距长度(和/或其它参数)可以缩放或调整,以 满足用于其它照相机系统应用(例如用于较大封装尺寸照相机)的光学、成像和/或封装 约束的规范。此外,在一些实施例中,折叠透镜系统可以是可调整的。例如,在一些实施例 中,折叠透镜系统可以包括可调整虹膜或孔径光阑。使用可调整的孔径光阑,F数(聚焦比 或F/#)可以例如在2. 8至10或更高的范围内动态地变化。此外,在一些实施例中,折叠透 镜系统可以还包括变焦机构,用于动态地将物体场景从在无限远处的远距离(即多20米) 聚焦到近物距(即〈1米)。 各个实施例中的折射透镜元件可以由塑料材料构成。在至少一些实施例中,折射 透镜元件可以由注塑成型光学塑料材料构成。各个实施例中的折叠镜面或棱镜元件可以由 玻璃材料或塑料材料构成。在具有窗口元件和/或红外滤波器(IR)元件的实施例中,这些 元件可以由玻璃材料或塑料材料构成。然而,可以使用其它合适的透明光学材料。此外,注 意,在给定实施例中,透镜元件中的不同元件可以由具有不同光学特性(例如不同阿贝数 和/或不同折射率)的材料构成。此外,注意,虽然各个实施例中的透镜元件通常示出为圆 形透镜,但在一些实施例中,所述透镜中的一个或多个可以是其它形状(例如椭圆、矩形、 正方形或具有圆角的矩形)。 在折叠透镜系统的至少一些实施例中,可以选择透镜元件材料或可以计算透镜 元件的折光力分布,以满足透本文档来自技高网...
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【技术保护点】
一种照相机,包括:光电传感器,被配置为捕获投影到所述光电传感器的表面上的光;以及折叠透镜系统,包括沿着所述照相机的第一光轴和第二光轴布置的多个光学元件,并且被配置为:沿着所述第一光轴折射来自位于所述照相机的前面的物场的光;将所述光重定向到所述第二光轴上;以及在所述第二光轴上折射所述光以在所述光电传感器的表面处的图像平面处形成场景的图像;其中,所述折叠透镜系统具有有效焦距长度f和总轨迹长度TTL,并且其中,所述折叠透镜系统的望远比率|TTL/f|大于1.0。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员:R·I·默卡多
申请(专利权)人:苹果公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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