变焦透镜和成像装置制造方法及图纸

本公开涉及变焦透镜和成像装置。透镜系统在可在蜂窝电话中的薄型相机(透镜系统高度小于或等于6mm)中提供缩放功能(可变放大率)。透镜系统包括能沿公共光轴移动的至少三个可移动透镜组。这三个可移动透镜组中的每一个可移动透镜组耦接到对应的致动器。响应于对焦距或放大率的改变的请求，控制器向致动器中的每个致动器发送对应的信号，将对应的透镜组在对应的方向上移动对应的距离。各个可移动透镜组可在不同的移动方向上移动不同的距离。透镜系统的光圈数小于f/3.0。通过调节可移动透镜组中的一个可移动透镜组沿光轴的位置来实现投射到图像传感器上的图像的聚焦。到图像传感器上的图像的聚焦。到图像传感器上的图像的聚焦。

【技术实现步骤摘要】
变焦透镜和成像装置

技术介绍

[0001]本申请要求2020年8月12日提交的标题为“ZOOM LENS AND IMAGING APPARATUS”的美国临时申请序列号63/064730的优先权权益，该美国临时申请全文据此以引用方式并入本文。


[0002]本公开整体涉及相机系统，并且更具体地，涉及小外形相机和透镜系统中的放大率。
[0003]相关技术描述
[0004]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)、以及诸如可变图像放大率的特征，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在由小外形相机施加的物理约束下提供具有可变放大率能力的能够捕获高亮度高分辨率图像的成像透镜系统。
附图说明
[0005]图1示出了根据各种实施方案的包括具有多个透镜组的折叠透镜系统的相机，其中一些透镜组可沿光轴移动到各个位置。
[0006]图2示出了根据各种实施方案的包括光折叠元件和多个透镜组的透镜系统。
[0007]图3A、图3B、图3C示出了根据一些实施方案的产生各种放大率的折叠透镜系统。
[0008]图4是根据一些实施方案的聚焦对象的图像或改变对象的图像的放大率的方法的流程图，该图像由透镜系统产生。
[0009]图5是根据一些实施方案的包括采用如本文所述的透镜系统的相机的设备的图示。
[0010]图6示出了根据一些实施方案的包括采用如本文所述的透镜系统的相机的示例性计算机系统。
[0011]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。
[0012]“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)。
[0013]“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或多项任务的结构(例如，电路)来暗指该结构。如此，单元/电路/部件可被称为被配置为执行该任务，即使在指定的单元/电路/部件当前不可操作(例如，未被供电)时也如此。与“被配置为”语言一起使用的单元/电路/部件包括硬件——例如电路、存储可执行以实现操作的程序指令的存储器等。表述单元/电路/部件“被配置为”执行一项或多项任务明确地旨在针对该单元/电路/部件不援引35 U.S.C.
§
112(f)。此外，“被配置为”可包括由软件和/或固件(例如，现场可编程门阵列(FPGA)或执行软件的通用处理器)操纵以能够执行待解决的一项或多项任务的方式操作的通用结构(例如，通用电路)。“被配置为”还可包括调整制造过程(例如，半导体制作设施)，以制造适用于实现或执行一项或多项任务的设备(例如，集成电路)。
[0014]“第一”“第二”等。如本文所用，这些术语充当它们所在之前的名词的标签，并且不暗指任何类型的排序(例如，空间的、时间的、逻辑的等)。例如，缓冲电路在本文中可被描述为执行“第一”值和“第二”值的写入操作。术语“第一”和“第二”未必暗指第一值必须在第二值之前被写入。
[0015]“基于”。如本文所用，该术语用于描述影响确定的一个或多个因素。该术语不排除影响确定的附加因素。即，确定可仅基于这些因素或至少部分地基于这些因素。考虑短语“基于B来确定A”。在这种情况下，B为影响A的确定的因素，此类短语不排除A的确定也可基于C。在其他实例中，可仅基于B来确定A。
具体实施方式
[0016]本文描述了折叠透镜系统的实施方案，该折叠透镜系统例如可用于诸如智能电话和平板电脑或平板设备的多用途移动设备中的小外形相机。折叠透镜系统可包括一个或多个棱镜和/或反射镜，以及多个透镜组的透镜叠堆，每个透镜组包括一个或多个折射透镜元件，使得透镜组中的不同透镜组沿光轴的位置可改变，使得能够改变图像的放大率，并且使得能够实现“缩放”特征，例如对象的图像在放大率的两个端点之间的连续放大率。放大率可被定义为对象高度/图像高度的比率。焦距可被定义为从透镜(例如，透镜的中心)到进入的平行光沿透镜的光轴聚焦的焦点的距离。
[0017]长焦透镜(或长焦透镜系统)是具有窄视场的透镜。实施方案可使得缩放特征能够允许35mm等效焦距(EFL)在大约78毫米(mm)和130mm之间的可变焦距。在各种实施方案中，透镜系统总是作为长焦透镜操作。例如，在实施方案中，透镜系统的最短35mm等效焦距为78mm。焦距在一些实施方案中可连续变化，或者可离散阶跃变化。可基于用户输入来确定执行缩放时的初始35mm等效焦距和/或最终35mm等效焦距。35mm等效焦距可由如下公式定义：
[0018]f
35mm
＝f
eff
×
43.266/I
C
[0019]其中“f
35mm”是35mm等效焦距，“f
eff”是透镜系统的有效焦距，并且“I
C”是透镜系统的像圈直径。
[0020]在实施方案中，透镜系统包括至少三个可移动透镜组，并且可允许通过折叠透镜系统中三个(或更多个)透镜组沿光轴的移动来实现可变35mm等效焦距，这三个(或更多个)透镜组的移动在透镜系统的其他透镜组沿光轴保持固定在其相应位置时发生。响应于从系统的控制器接收到相应信号，可移动透镜组可被致动器移动。控制器可响应于从例如用户(诸如包括透镜系统作为相机的一部分的便携式设备的用户)接收的命令而将该信号发送给致动器。
[0021]现在将详细地参考实施方案，这些实施方案的示例在附图中示出。在下面的详细描述中，给出了许多具体细节，以便提供对本公开的彻底理解。但是，对本领域的普通技术人员将显而易见的是，一些实施方案可在没有这些具体细节的情况下被实施。在其他情况下，没有详细地描述众所周知的方法、过程、部件、电路和网络，从而不会不必要地使实施方案的各个方面晦涩难懂。
[0022]图1示出了根据一些实施方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学系统，所述光学系统包括：光折叠元件，所述光折叠元件被配置为将所接收的光反射到光轴上；至少三个透镜组，每个透镜组包括一个或多个相应的透镜元件，每个透镜组沿所述光轴定位以接收和折射沿所述光轴导向的所述光的至少一部分；和至少三个致动器，每个致动器与所述透镜组中的相应一个透镜组耦接，所述致动器中的每个致动器被配置为：接收针对相应的透镜组的指示沿所述光轴的对应位移方向的对应信号；以及响应于接收到所述对应信号，将所述相应的透镜组沿所述光轴在所述对应位移方向上移动对应位移，其中所述光学系统的光圈数小于f/3.0。2.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述至少三个致动器中的第一致动器被配置为沿所述光轴在一个方向上移位所述透镜组中的一个透镜组，而所述至少三个致动器中的另外两个致动器沿所述光轴在相反方向上移位所述至少三个透镜组中的另外两个透镜组。3.根据权利要求1所述的光学系统，其中为了增大所述光学系统的焦距，所述至少三个致动器被配置为：沿所述光轴在朝向所接收的光被导向的图像平面的方向上移动所述至少三个透镜组中的特定一个透镜组；以及沿所述光轴在远离所述图像平面的另一方向上移动所述至少三个透镜组中的另外两个透镜组。4.根据权利要求1所述的光学系统，其中为了减小所述光学系统的焦距，所述至少三个致动器被配置为：沿所述光轴在远离所接收的光被导向的图像平面的方向上移动所述至少三个透镜组中的特定一个透镜组；以及沿所述光轴在朝向所述图像平面的另一方向上移动所述至少三个透镜组中的另外两个透镜组。5.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述光折叠元件包括具有大于或等于1.7的折射率的棱镜元件或反射镜。6.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述光学系统在与所述光学系统相关联的最大焦距状态下具有焦距C，并且所述透镜组中与所述透镜组中的其他透镜组相比沿所述光轴更靠近所述光折叠元件的一个透镜组具有负屈光度和焦距B，并且满足焦距B与焦距C的比率(B/C)介于
‑
0.6和
‑
0.1之间的关系。7.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述光学系统具有至少78毫米并且小于或等于130毫米的35mm等效焦距。8.根据权利要求1所述的光学系统，所述至少三个透镜组沿所述光轴依次包括：第一透镜组，所述第一透镜组包括固定透镜，所述固定透镜具有正屈光度并且在所述光轴上位置固定；第二透镜组，所述第二透镜组包括一个或多个透镜并且具有负屈光度，并且能沿所述光轴移动；第三透镜组，所述第三透镜组包括一个或多个透镜并且具有正屈光度，其中所述第三
透镜组沿所述光轴位置固定；第四透镜组，所述第四透镜组包括一个或多个透镜并且具有正屈光度，其中所述第四透镜组能沿所述光轴移动；第五透镜组，所述第五透镜组包括一个或多个透镜并且具有负屈光度，其中所述第五透镜组能沿所述光轴移动；和第六透镜组，所述第六透镜组包括一个或多个透镜并且具有正屈光度，其中所述第六透镜组沿所述光轴位置固定。9.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述光学系统被配置为提供介于78mm和130mm之间的35mm等效焦距。10.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述光学系统的光圈数介于f/2.3和f/2.9之间。11.一种方法，包括：控制器接收对于改变与光学系统相关联的焦距的请求，所述光学系统包括光折叠元件和串行地定位在光轴上的多个透镜组；以及响应于所述请求，从所述控制器发送相应的信号到至少三个致动器中的每一者，所述至少三个致动器中的每一者被配置为响应于接收到相应的命令信号而沿所述光轴移动所述光学系统的相应透镜组，...

【专利技术属性】
技术研发人员：细井正晴，筱原义和，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：