带有折叠式透镜的变焦双孔径相机制造技术

包括广角子相机和折叠式固定长焦子相机的变焦数字相机。折叠式长焦子相机可以通过移动其透镜或插入在其透镜和相应的图像传感器之间的光学路径中的反射元件来自动对焦。折叠式长焦子相机被配置成具有低轮廓，以使得其能够集成在便携式电子设备内。

【技术实现步骤摘要】
带有折叠式透镜的变焦双孔径相机分案申请本申请是申请号为201580042992.7的、专利技术名称为“带有折叠式透镜的变焦双孔径相机”的、申请人为“核心光电有限公司”的、国际申请日为2015年8月7日的专利申请的分案申请。该分案申请的母案申请201580042992.7系国际申请号为PCT/IB2015/056004的中国国家阶段申请。相关申请的交叉引用本申请要求于2015年5月20日提交的美国专利申请号14/717,258和于2014年8月10日提交的美国专利申请号14/455,906的优先权，这两个申请的标题均为“带有折叠式透镜的变焦双孔径相机(Zoomdual-aperturecamerawithfoldedlens)”。
当前公开的主题一般涉及数字相机领域，并且特别地，涉及多孔径数字相机。
技术介绍
近年来，诸如蜂窝电话(特别地，智能电话)、平板电脑和膝上型计算机之类的移动设备已经变得普遍存在。这样的设备通常包括一个或两个紧凑型数字相机，例如，主后向相机(即，背向用户并且经常用于休闲摄影的在设备后侧上的相机)和次要前向相机(即，位于设备的前侧上并且经常用于视频会议的相机)。这些相机中的许多相机的设计类似于数字静态相机的传统结构，即，它们包括放置在图像传感器(以下也被简称为“传感器”)的顶部上的光学部件(或者一连串的几个光学元件和主孔径)。光学部件(也被称为“光学部件”)使入射光线折射并且使它们弯曲以在传感器上产生场景的图像。这些相机的尺寸主要由传感器的尺寸和光学器件的高度确定。这些通常通过透镜的焦距(f)及其视场(FOV)结合在一起，必须在特定大小的传感器上成像特定FOV的透镜具有特定的焦距。保持FOV恒定，传感器尺寸越大(例如，在X-Y平面中)，焦距和光学器件高度越大。随着移动设备的尺寸(并且特别地，诸如智能电话之类的设备的厚度)不断减小，紧凑的相机尺寸正在变得越来越成为设备厚度的限制因素。已经提出了几种途径来减小紧凑的相机厚度以便减轻这种约束。最近，为此目的已经提出了多孔径系统。在这样的系统中，代替具有一个带有一连串的光学元件的孔径，相机被分成几个孔径，每个孔径具有专用光学元件，并且全部共享相似视场。在下文中，每个这样的孔径与其上形成有图像的光学器件和传感器区域一起被定义为“子相机”。来自子相机的图像被融合在一起以创建单个输出图像。在一些多孔径相机设计中，与由参考单孔径相机创建的图像相比较，每个子相机在图像传感器上产生更小的图像。因此，每个子相机的高度可以小于单孔径相机的高度，从而减小相机的总高度并且允许移动设备的更薄的设计。已知其中一个子相机具有宽FOV(“广角子相机”)而另一个具有窄FOV(“长焦子相机”)的双孔径变焦相机。双孔径变焦相机的一个问题涉及变焦长焦子相机的高度。长焦(“T”)和广角(“W”)子相机的高度(也被称为“总轨道长度”或“TTL”)存在显着差异。TTL通常被定义为第一透镜元件的对象侧表面与相机图像传感器平面之间的最大距离。在大多数微型透镜中，TTL大于透镜有效焦距(EFL)。给定透镜(或透镜单元)的典型TTL/EFL比率为约1.3。在具有1/3至1/4"传感器的单孔径智能手机相机中，EFL通常分别在3.5mm和4.5mm之间，从而导致70°至80°的FOV。例如，假定人们希望在智能手机中实现双孔径X2光学变焦，则使用EFLW＝3.5mm和EFLT＝2xEFLw＝7mm是自然的。然而，在没有空间约束的情况下，广角透镜将具有EFLW＝3.5mm和TTLW为3.5×1.3＝4.55mm，而长焦透镜将具有EFLT＝7mm和TTLT等于7×1.3＝9.1mm。在智能手机相机中结合9.1mm透镜可能导致相机高度为约10mm，其对于许多智能手机制造商是不可接受的。在题为“Dual-aperturezoomdigitalcamera”的共同专利技术的和共同拥有的PCT专利申请PCT/IB2014/062180中描述了对上述问题的解决方案的示例。该解决方案的一些原理在图1中示出，该图1示意性地图示了具有自动对焦(AF)并且编号为100的双孔径变焦相机的实施例，其中，(a)为一般等距视图，并且(b)为剖视等距视图。相机100包括标记为102和104的两个子相机，每个子相机具有其自己的光学器件。因此，子相机102包括具有孔径108和光学透镜模块110以及传感器112的光学器件块106。类似地，子相机104包括具有孔径116和光学透镜模块118以及传感器120的光学器件块114。每个光学透镜模块可以包括几个透镜元件以及红外(IR)滤光器122a和122b。可选地，属于不同孔径的一些或所有透镜元件可以形成在同一基板上。两个子相机彼此相邻定位，其中小基线在两个孔径108和116的中心之间的124中。每个子相机还可以包括分别由控制器(未示出)控制的AF机构126和128。对于每个子相机，相机100是由TTL/EFL表示的“薄”。典型地，TTLW/EFLW>1.1和TTLT/EFLT<1.0(例如，0.85)。尽管相机100中的变焦范围大约为X2，但是进一步增加该范围可能是有利的。然而，这需要进一步增加长焦透镜EFL(EFLT)，其将导致相机高度的增加。EFLT增加到示例性的12mm将导致不期望的相机高度，例如，0.85×12+0.9＝11.lmm。
技术实现思路
如上文所指出的，用于便携式电子设备的数字相机的要求与相机的尺寸和图像质量有关。而且，当将相机安装在便携式设备内时，与可附接到便携式设备的其它外部相机单元不同，这些要求变得更加重要。在内部(整体)相机单元的情况下，相机需要具有尽可能小的尺寸，以便适应相机安装在其中的设备的厚度(优选地，而不从设备的外壳突出)，同时适合于与常用的图像传感器一起操作。当使用具有长有效焦距(EFL)的长焦透镜以获得相对高的变焦效果时，这个问题甚至更重要。因此，根据当前公开的主题的一个方面，提供了一种包括广角子相机和长焦子相机的变焦数字相机。广角子相机包括广角透镜模块和广角图像传感器，广角透镜模块具有沿着对象侧和广角图像传感器之间的第一光学路径的广角透镜对称轴。广角子相机被配置成提供广角图像。长焦子相机包括长焦透镜模块和长焦图像传感器。长焦透镜模块具有沿着第二光学路径的长焦透镜对称轴，长焦透镜对称轴基本上垂直于广角透镜对称轴定位。长焦子相机被配置成提供长焦图像。该相机还包括第一反射元件，该第一反射元件具有第一反射元件对称轴，该第一反射元件对称轴相对于广角透镜对称轴和长焦透镜对称轴基本上倾斜45度，并且可以操作以在物体和长焦图像传感器之间提供折叠光学路径。因此，长焦子相机被认为是折叠的，并且在本文中被称为“折叠式长焦子相机”。广角透镜具有广角视场(FOVW)，并且长焦透镜具有比FOVW窄的长焦视场(FOVT)。根据一个非限制性示例，与广角子相机相比较，长焦子相机提供X5变焦效果。数字相机可操作地连接到被配置成将长焦图像和广角图像处理为输出图像的至少一个图像处理器。将通过不同光学路径接收的图像融合成单个输出图像的方法例如在题为“HIGH-RESOLUTIONTHINMULTI-APERTUREIMAGINGSYSTEMS”的共同专利技术的和共本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字相机，包括：广角子相机和长焦子相机；所述广角子相机模块包括广角镜头模块和广角图像传感器，所述广角镜头模块具有沿着对象侧和广角图像传感器之间的第一光学路径的广角镜头对称轴；所述广角子相机被配置为提供广角图像；所述长焦子相机包括长焦镜头模块和长焦图像传感器以及反射元件；所述长焦镜头模块具有沿着第二光学路径的长焦镜头对称轴，所述长焦镜头对称轴基本上垂直于所述广角镜头对称轴定位，所述长焦子相机被配置为提供长焦图像；所述反射元件具有相对于所述广角镜头对称轴和所述长焦镜头对称轴倾斜的反射元件对称轴，并且可操作以在所述对象和所述长焦图像传感器之间提供折叠光学路径；其中，所述长焦镜头模块包括镜头元件组，并且其中所述组中的所述镜头元件被设计成具有直径，其基本上不超过所述长焦子相机的直径；以及其中，所述长焦子相机还包括自动对焦(AF)机构，其被配置成沿着所述长焦对称轴移动所述长焦镜头；所述AF机构的高度基本上不超过长焦镜头模块的高度。

【技术特征摘要】
2014.08.10 US 14/455,906;2015.05.20 US 14/717,2581.一种数字相机，包括：广角子相机和长焦子相机；所述广角子相机模块包括广角镜头模块和广角图像传感器，所述广角镜头模块具有沿着对象侧和广角图像传感器之间的第一光学路径的广角镜头对称轴；所述广角子相机被配置为提供广角图像；所述长焦子相机包括长焦镜头模块和长焦图像传感器以及反射元件；所述长焦镜头模块具有沿着第二光学路径的长焦镜头对称轴，所述长焦镜头对称轴基本上垂直于所述广角镜头对称轴定位，所述长焦子相机被配置为提供长焦图像；所述反射元件具有相对于所述广角镜头对称轴和所述长焦镜头对称轴倾斜的反射元件对称轴，并且可操作以在所述对象和所述长焦图像传感器之间提供折叠光学路径；其中，所述长焦镜头模块包括镜头元件组，并且其中所述组中的所述镜头元件被设计成具有直径，其基本上不超过所述长焦子相机的直径；以及其中，所述长焦子相机还包括自动对焦(AF)机构，其被配置成沿着所述长焦对称轴移动所述长焦镜头；所述AF机构的高度基本上不超过长焦镜头模块的高度。2.根据权利要求1所述的相机，其中所述长焦模块的高度不超过6.5mm。3.根据权利要求1所述的相机，其中，所述长焦镜头模块被配置为能够在所述长焦图像传感器的整个区域上生成图像。4.根据权利要求1所述的相机，其中所述AF机构包括一个或多个磁体，其耦合到相应线圈，所述磁体的高度基本上不超过所述长焦镜头模块的高度。5.根据权利要求4所述的相机，其中所述线圈横向地定位在所述长焦镜头模块的一侧或两侧上。6.根据权利要求4所述的相机，其中，所述AF机构仅包括一个磁体，其耦合到相应线圈。7.根据权利要求1所述的相机，还包括第二反射元件，其位于所述长焦镜头模块和所述长焦图像传感器之间的所述第二光学路径中，所述第二反射元件被配置成将平行于所述第二光学路径传播的光导向所述第一光学路径，其中所述长焦图像传感器位于基本上垂直于所述广角镜头对称轴的平面中。8.根据权利要求1所述的相机，还包括第三子相机，其包括第三镜头模块和第三图像传感器，所述第三镜头具有第三镜头对称轴；所述第三相机被配置为提供第三图像。9.根据权利要求8所述的相机，其中，所述广角镜头模块具有广角视场FOVW，并且所述长焦镜头模块具有比FOVW窄的长焦视场FOVT；其中所述第三子相机是中间子相机，其视场FOVM满足FOVW>FOVM>FOVT。10.一种数字相机，包括：广角子相机和长焦子相机；所述广角子相机模块包括广角镜头模块和广角图像传感器，所述广角镜头模块具有沿着对象侧和所述广角图像传感器之间的第一光学路径的广角镜头对称轴；所述广角子相机被配置为提供广角图像；所述长焦子相机包括长焦镜头模块和长焦图像传感器以及反射元件；所述长焦镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·沙布岱，E·戈登堡，G·艾维维，G·巴查尔，
申请(专利权)人：核心光电有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL