折叠相机制造技术

本发明专利技术描述了折叠相机，其包括两个光折叠元件诸如棱镜和位于这两个棱镜之间的独立透镜系统，该独立透镜系统包括孔径光阑和透镜叠堆。透镜系统可独立于棱镜在一个或多个轴线上移动，来为相机提供自动对焦和/或光学图像稳定。透镜叠堆中折射透镜元件的形状、材料和布置可被选择，以捕获高分辨率、高质量图像，同时提供足够长的后焦距以容纳第二棱镜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】折叠相机
技术介绍

本公开整体涉及相机系统，并且更具体地，涉及小外形相机系统和透镜系统。
技术介绍
小型多用途移动设备诸如智能电话和平板电脑或平板设备的出现导致需要轻量级、紧凑且能够以低光圈数捕获高分辨率高质量图像以用于集成在设备中的高分辨率小外形相机。然而，由于常规相机技术的局限性，在此类设备中使用的常规小型相机趋于以比利用较大的较高品质相机可实现的较低的分辨率和/或较低的图像质量来捕获图像。使用小封装尺寸的相机实现较高的分辨率通常需要使用具有小像素尺寸的光电传感器和较好的紧凑型成像透镜系统。技术进步已实现了光电传感器的像素尺寸的减小。然而，随着光电传感器变得更加紧凑和强大，对具有改善的成像质量性能的紧凑型成像透镜系统的需求已增加。此外，越来越期望小外形相机配备更高的像素计数和/或更大的像素尺寸图像传感器(其中的一者或两者可能需要较大的图像传感器)，同时仍然保持足够紧凑以装配到便携式电子设备中的模块高度。因此，来自光学系统设计方面的挑战是提供能够在由小外形相机施加的物理约束下捕获高亮度高分辨率图像的成像透镜系统。
技术实现思路
本公开的实施方案可提供可例如在小外形相机中使用的折叠相机。描述了折叠相机的实施方案，其包括两个光折叠元件(例如，棱镜)和位于这两个棱镜之间的独立透镜系统，该独立透镜系统包括孔径光阑和安装在透镜镜筒中的具有屈光力的透镜元件。棱镜和透镜系统可统称为光学系统。棱镜为相机提供“折叠的”光轴，例如以减小相机的Z高度。透镜系统包括：透镜叠堆，该透镜叠堆包括安装在透镜镜筒中的一个或多个折射透镜元件；以及位于叠堆中第一透镜元件处或前面的孔径光阑。第一棱镜将来自物场的光从第一轴线(AX1)重定向至第二轴线(AX2)上的透镜系统。透镜叠堆中的透镜元件通过孔径光阑接收光并将光折射到第二棱镜，第二棱镜将光重定向到第三轴线(AX3)上，相机的光传感器设置在第三轴线(AX3)上。重定向的光在光传感器的表面处或附近形成图像平面。透镜叠堆中折射透镜元件的形状、材料和布置可被选择，以捕获高分辨率、高质量图像，同时提供足够长的后焦距以容纳第二棱镜。可至少部分地选择透镜叠堆中透镜的参数和关系，包括但不限于透镜形状、厚度、几何形状、位置、材料、间距和某些透镜元件的表面形状，以减少、补偿或矫正光学像差和透镜伪影以及视场效应。在一些实施方案中，可选择焦度分布布置、透镜形状、棱镜形状因数和透镜材料，以确保透镜系统的实施方案提供低光圈数(例如，<＝2.4)、3倍光学缩放和高分辨率成像。透镜系统可被配置在相机中独立于棱镜在一个或多个轴线上移动。相机可包括致动器部件，该致动器部件被配置为相对于棱镜并独立于棱镜在第二轴线(AX2)上(平行于第二轴线)移动透镜系统来为相机提供自动对焦功能。在一些实施方案中，致动器可相反或附加地被配置为在垂直于第二轴线(AX2)的一个或多个轴线上相对于棱镜并独立于棱镜移动透镜系统来为相机提供光学图像稳定(OIS)功能。在一些实施方案中，棱镜中的一者或两者可以独立于透镜系统相对于第二轴线(AX2)平移和/或独立于透镜系统相对于第二轴线(AX2)倾斜，例如来为相机提供OIS功能或使在光传感器处的图像平面处形成的图像移位。在一些实施方案中，透镜系统可包括由具有屈光力的四个透镜元件组成的透镜叠堆，从相机的物侧到图像侧依次为：具有正屈光力的第一透镜元件；具有正屈光力的第二透镜元件；第三透镜元件，所述第三透镜元件具有负屈光力和非球面形状以校正色差和场曲率；以及第四透镜元件，第四透镜元件具有弯月面形状以校正场曲率并提供低光圈数。在一些实施方案中，透镜系统可包括由具有屈光力的五个透镜元件组成的透镜叠堆，从相机的物侧到图像侧依次为：具有正屈光力的第一透镜元件；具有正屈光力的第二透镜元件；第三透镜元件，所述第三透镜元件具有负屈光力和非球面形状以校正色差和场曲率；第四非球面透镜元件，第四非球面透镜元件与第三透镜元件被配置成空气空间双合透镜，其有助于由第三透镜元件提供的色差校正；以及第五透镜元件，第五透镜元件具有弯月面形状以校正场曲率并提供低光圈数。孔径光阑可在透镜系统中位于第一透镜元件处，用于控制相机的亮度。需注意，在一些实施方案中，折射透镜元件的焦度顺序、形状或其他光学特性可以不同，并且一些实施方案可包括更多或更少的折射透镜元件。在一些实施方案中，折叠相机可包括红外(IR)滤光片以减少或消除光传感器上环境噪声的干扰。IR滤光片可例如位于第二棱镜和光传感器之间。附图说明图1A示出了根据一些实施方案的具有两个光折叠元件和独立透镜系统的折叠相机的部件。图1B示出了根据一些实施方案的如图1A所示的相机中透镜系统相对于光折叠元件的移动。图2是根据一些实施方案的透镜系统中具有四个折射透镜元件的折叠相机的剖视图。图3是根据一些实施方案示出包括四个折射透镜元件的透镜系统的示意图。图4A为示出在无穷共轭处如图3所示的透镜系统的调制传递函数(MTF)的曲线图。图4B示出了在无穷共轭处如图3所示的透镜系统的纵向球面像差、像散场曲和畸变。图5A为示出在宏共轭处如图3所示的透镜系统的调制传递函数(MTF)的曲线图。图5B示出了在宏共轭处如图3所示的透镜系统的纵向球面像差、像散场曲和畸变。图6是根据一些实施方案的透镜系统中具有五个折射透镜元件的折叠相机的剖视图。图7是根据一些实施方案示出包括五个折射透镜元件的透镜系统的示意图。图8A为示出在无穷共轭处如图7所示的透镜系统的调制传递函数(MTF)的曲线图。图8B示出了在无穷共轭处如图7所示的透镜系统的纵向球面像差、像散场曲和畸变。图9A为示出在宏共轭处如图7所示的透镜系统的调制传递函数(MTF)的曲线图。图9B示出了在宏共轭处如图7所示的透镜系统的纵向球面像差、像散场曲和畸变。图10是根据一些实施方案示出包括四个折射透镜元件的透镜系统的示意图。图11A为示出如图10所示的透镜系统的调制传递函数(MTF)的曲线图。图11B示出了如图10所示的透镜系统的纵向球面像差、像散场曲和畸变。图12为根据一些实施方案的使用如图1至图11B所示的相机实施方案捕获图像的方法的流程图。图13示出了可在实施方案中使用的示例性计算机系统。本说明书包括参考“一个实施方案”或“实施方案”。出现短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”并不一定是指同一个实施方案。特定特征、结构或特性可以与本公开一致的任何合适的方式被组合。“包括”，该术语是开放式的。如在所附权利要求书中所使用的，该术语不排除附加结构或步骤。考虑引用以下的权利要求：“一种装置，包括一个或多个处理器单元...”此类权利要求不排除该装置包括附加部件(例如，网络接口单元、图形电路等)。“被配置为”，各种单元、电路或其他部件可被描述为或叙述为“被配置为”执行一项或多项任务。在此类上下文中，“被配置为”用于通过指示单元/电路/部件包括在操作期间执行这一项本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学系统，包括：/n第一光折叠元件；/n第二光折叠元件；以及/n位于所述第一光折叠元件和所述第二光折叠元件之间的透镜系统，其中所述透镜系统包括前孔径光阑和包括一个或多个折射透镜元件的透镜叠堆；/n其中所述第一光折叠元件将来自物场的光从第一轴线重定向至第二轴线上的所述透镜系统；/n其中所述透镜叠堆中的所述透镜元件通过所述孔径光阑接收所述光并且将所述光折射到所述第二光折叠元件；/n其中所述第二光折叠元件将所述光从所述第二轴线重定向到第三轴线上，以在图像平面处形成所述物场的图像；以及/n其中所述透镜系统能够独立于所述第一光折叠元件和所述第二光折叠元件在两个或更多个轴线上移动。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180207 US 62/627,645;20190131 US 16/264,4631.一种光学系统，包括：
第一光折叠元件；
第二光折叠元件；以及
位于所述第一光折叠元件和所述第二光折叠元件之间的透镜系统，其中所述透镜系统包括前孔径光阑和包括一个或多个折射透镜元件的透镜叠堆；
其中所述第一光折叠元件将来自物场的光从第一轴线重定向至第二轴线上的所述透镜系统；
其中所述透镜叠堆中的所述透镜元件通过所述孔径光阑接收所述光并且将所述光折射到所述第二光折叠元件；
其中所述第二光折叠元件将所述光从所述第二轴线重定向到第三轴线上，以在图像平面处形成所述物场的图像；以及
其中所述透镜系统能够独立于所述第一光折叠元件和所述第二光折叠元件在两个或更多个轴线上移动。


2.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一光折叠元件和所述第二光折叠元件是棱镜。


3.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述透镜系统能够在所述第二轴线上移动来为所述光学系统提供自动聚焦功能。


4.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述透镜系统能够在正交于所述第二轴线的一个或多个轴线上移动，来为所述光学系统提供光学图像稳定功能。


5.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述光折叠元件中的一者或两者可独立于所述透镜系统相对于所述第二轴线平移。


6.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述光折叠元件中的一者或两者可独立于所述透镜系统相对于所述第二轴线倾斜。


7.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述透镜叠堆由具有屈光力的四个透镜元件构成，从所述透镜系统的物侧到所述透镜系统的图像侧按顺序为：
具有正屈光力的第一透镜元件，用于会聚光；
具有正屈光力的第二透镜元件，用于会聚光；
第三透镜元件，所述第三透镜元件具有负屈光力和非球面形状以校正色差和场曲率；以及
第四透镜元件，所述第四透镜元件具有弯月面形状以校正场曲率；
其中所述透镜系统的光圈数小于或等于2.4，并且其中所述透镜系统提供长的后焦距以容纳所述第二光折叠元件。


8.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述透镜叠堆由具有屈光力的五个透镜元件构成，从所述透镜系统的物侧到所述透镜系统的图像侧按顺序为：
具有正屈光力的第一透镜元件，用于会聚光；
具有正屈光力的第二透镜元件，用于会聚光；
第三透镜元件，所述第三透镜元件具有负屈光力和非球面形状以校正色差和场曲率；
具有非球面形状的第四透镜元件，所述第四透镜元件与所述第三透镜元件被配置成空气空间双合透镜以校正色差和场曲率；以及
第五透镜元件，所述第五透镜元件具有弯月面形状以校正场曲率；
其中所述透镜系统的光圈数小于或等于2.4，并且其中所述透镜系统提供长的后焦距以容纳所述第二光折叠元件。


9.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述透镜叠堆由具有屈光力的四个透镜元件构成，从所述透镜系统的物侧到所述透镜系统的图像侧按顺序为：
第一透镜元件，所述第一透镜元件具有正屈光力和非球面形状以控制球面像差；
第二透镜元件，所述第二透镜元件具有负屈光力和小于30的色散系数；
第三透镜元件，所述第三透镜元件具有弯月面形状，所述弯月面形状具有在物侧表面的近轴区域中的凹面物侧表面和在图像侧表面的近轴区域中的凸面像侧表面；以及
第四透镜元件，所述第四透镜元件具有弯月面形状以校正场曲率；
其中所述透镜系统的光圈数小于或等于2.4，并且其中所述透镜系统提供长的后焦距以容纳所述第二光折叠元件。


10.一种相机，包括：
光电传感器，所述光电传感器被配置为捕获投射到所述光电传感器的表面上的光；
第一光折叠元件，所述第一光折叠元件将从物场接收的光从第一轴线重定向到第二轴线；
透镜系统，所述透镜系统包括前孔径光阑和透镜叠堆，所述透镜叠堆包括在所述第二轴线上折射所述光的一个或多个折射透镜元件；
第二光折叠元件，所述第二光折叠元件将由所述透镜系统折射的所述光从所述第二轴线重定向到第三轴线，以在所述光传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚宇宏，M·斯切帕诺维奇，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国;US