折叠式相机镜头设计制造技术

具有一总轨道长度(total track length,TTL)、小于1.2的光圈值及大视场，例如至少60度，的折叠式相机。这样的折叠式相机可以包括N个镜头元件，其中N≥7、一影像传感器以及一光路折叠元件，用于在一物体与一镜头之间提供一折叠光路，其中所述镜头的一孔径光阑位于比一距离d更靠近所述第一镜头元件的面向所述物体的一第一表面的位置，所述距离d满足d/TTL＝0.2。0.2。0.2。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】折叠式相机镜头设计
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2020年7月22日提交的美国临时专利申请No.63/054,862的优先权，全部内容通过引用并入本文。


[0003]本专利技术涉及一种数字相机领域，尤其是涉及在这种数字相机中的折叠式光学设计。
[0004]定义
[0005]在本申请中，对于整份说明书及附图中提到的光学及其它特性，使用以下符号及缩写，所有这些都是本领域已知的：
[0006]‑
总轨道长度(Total track length,TTL)：当包含镜头的一相机系统聚焦到一无限远物距时，沿平行于一镜头(或镜头组件)的光轴的一方向所测得的在一第一镜头元件L1的前表面S1的一点与一影像传感器之间的最大距离。
[0007]‑
后焦距(Back focal length,BFL)：当包含镜头的一相机系统聚焦到一无限远物距时，沿平行于所述第一光轴的一方向所测得的在一镜头(或镜头组件)的最后一个镜头元件L
N
的后表面S
2N
的一点与一影像传感器之间的最小距离。
[0008]‑
有效焦距(Effective focal length,EFL)：镜头元件L1至L
N
的一镜头组件的一后主点P
’
与一后焦点F
’
之间的距离。
[0009]‑
光圈值(f
‑
number,f/#)：EFL与一入瞳直径(entrance pupil diameter)的比率。

技术介绍

[0010]用于例如智能手机的移动装置的双相機或三相機(或通常的多相機)是已知的。在典型的三相机中，一个相机具有一超宽(Ultra
‑
Wide,UV)视场(field of view,FOV)FOVUW，另一个相机具有比FOVUW窄的一宽视场(Wide field of view)FOVW，而另一个相机具有比FOVW窄的一长焦视场(Tele field of view)FOVT。这些相机在本文中也分别称为超广角(或UW)相机、广角(或W)相机及长焦(或T)相机。一般来说，广角摄像头被认为是智能手机的主摄像头。
[0011]一相机镜头的所述光圈值(“f/#”)是有效焦距(EFL)与相机入瞳直径D的比率：f/#＝EFL/D。入瞳(entrance pupil)是通过镜头系统的前孔径“看到”的孔径光阑(aperture stop)的光学影像。前孔径(front aperture)是镜头的物体侧光圈。智能手机的主相机需要低f/#，因为它具有3个主要优点：良好的低光灵敏度、强烈的“自然”散景效果及高影像分辨率，接下来将讨论：
[0012]1.与例如数字单反(digital single
‑
lens reflex,DSLR)相机相比，低感光度是当今移动装置兼容相机的主要性能缺陷。例如，将相机的f/#减半(对于相同的EFL)会使光圈面积增加4倍，这意味着进入相机的光线增加了4倍。在捕捉低光场景时，这种差异尤其重要。
[0013]2.散景(Bokeh)是指一影像的失焦片段产生的模糊的美学质量，并且它对于当今的智能手机来说，这是一项非常需要的功能。散景效果与影像的景深(depth of field,DOF)成反比，其中DOF～f/#。低f/#有利于支持强烈的“自然”散景效果。由于当今智能手机相机中的f/#无法提供足够的“自然”散景，因此对强散景的需求由“人工”散景来满足，即人为地将模糊应用于失焦影像片段。
[0014]3.像素分辨率不断提高的影像传感器正在进入移动装置设备，2019年首次超过100百万像素。这(以及其他因素)是通过缩小单个像素的大小来实现的，即增加空间像素频率。为了将像素分辨率转换为影像分辨率，一相机镜头必须支持传感器的空间像素频率k
Pixel
。对于设计良好的(衍射受限的)相机镜头，所述镜头的可分辨空间频率k
Lens
与f/#成反比：k
Lens
～1/f/#，即较低的f/#对应于较高的影像分辨率(假设一影像传感器具有足够的空间像素频率)。
[0015]最新的高端智能手机配备了f/#约为f/1.9(华为P40 Pro)和f/1.8(Apple iphone 11Pro Max)的主广角相机。低f/#相机的一个主要挑战是镜头设计，以校正所需的大前孔径所带来的强烈像差，例如用于色差的校正。这通常通过包含大量镜头元件的一种更复杂的镜头设计来解决。然而，这通常会导致更大的总轨道长度(TTL)及更大的相机模块高度，这不利于实现纤薄智能手机设计的目标。
[0016]移动长焦相机的最新发展涉及使用一棱镜来“折叠”所述长焦相机：一反射或光路折叠元件(optical path folding element,“OPFE”)被添加到光路中，以便将光传播方向从垂直于一主机装置的背表面“折叠”(倾斜)到平行于主机装置的背表面。折叠式相机在一种纤薄相机设计中允许大TTL。
[0017]为了改进智能手机的主相机，采用低f/#的折叠式广角相机设计将是有益的。

技术实现思路

[0018]在各种实施例中，提供了折叠式相机，包括：具有N个镜头元件L
i
的一镜头，其中N≥7，所述镜头具一有效焦距(effective focal length,EFL)，每一个L
i
具有一各自的焦距f
i
，其中一第一镜头元件L1面向一物体侧；一影像传感器；以及一光路折叠元件(optical path folding element,OPFE)，用于在一物体与一镜头之间提供到所述镜头光轴的一折叠光路，其中折叠式相机具有一总轨道长度(total track length,TTL)，其中所述镜头的一孔径光阑位于比一距离d更靠近所述第一镜头元件的面向所述物体的一第一表面的位置，所述距离d满足d/TTL＝0.2，并且其中所述相机的一光圈值(f number,f/#)小于1.2。
[0019]在各种实施例中，提供了折叠式相机，包括：一镜头，其具一有效焦距(effective focal length,EFL)，并且所述镜头包含N个镜头元件L
i
，其中N≥7，所述镜头元件具有一第一光轴，每一个镜头元件具有一各自的焦距f
i
并且包括一各自的前表面S
2i
‑1及一各自的后表面S
2i
，所述镜头元件表面标记为S
k
，其中1≤k≤2N，其中每一个镜头元件表面S
k
具有一清晰高度值CH(S
k
)，其中最后一个表面S
17
的净高值CH(S
17
)大于或等于所述多个表面S2至S
2N
‑1中的每一个的一净高值；一影像传感器；以及一光路折叠元件(optical path foldin本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种折叠式相机，包括：a)一镜头，其具一有效焦距(effective focal length,EFL)，并且沿一镜头光轴所述镜头包含N个镜头元件L
i
，其中N≥7，其中一第一镜头元件L1面向一物体侧；a)一镜筒，其承载所述镜头；b)一影像传感器；以及c)一光路折叠元件(optical path folding element,OPFE)，用于将一第一光路折叠到一第二光路，其中所述第一光路平行于包含所述影像传感器的一平面，所述第二光路垂直于所述第一光路并且平行于所述镜头光轴；其中所述折叠式相机具有一总轨道长度(total track length,TTL)，其中所述镜头的一孔径光阑位于比一距离d更靠近所述第一镜头元件的面向所述物体的一第一表面的位置，所述距离d满足d/TTL＝0.2，并且其中所述相机具有一光圈值(f number,f/#)，所述光圈值<1.2。2.如权利要求1所述的折叠式相机，其特征在于：所述光圈值<1.1。3.如权利要求1所述的折叠式相机，其特征在于：所述光圈值≤1.0。4.如权利要求1所述的折叠式相机，还包括一光学元件，其中所述光学元件位于所述镜头与所述影像传感器之间。5.如权利要求1所述的折叠式相机，其特征在于：所述相机具有大于60度的一对角视场(field of view,FOV)。6.如权利要求1所述的折叠式相机，其特征在于：至少一些所述镜头元件是一宽度W
Li
大于一高度H
Li
的切割镜头元件，其中所述高度H
Li
是沿平行于所述第一光路的一方向所测量的，并且其中所述W
Li
是沿垂直于所述第一光路且垂直于所述第二光路的一方向所测量的。7.如权利要求1所述的折叠式相机，其特征在于：至少一些所述镜头元件具有一宽度W
Li
及一高度H
Li
，其满足所述宽度W
Li
/所述高度H
Li
>1.1。8.如权利要求1所述的折叠式相机，其特征在于：至少一些所述镜头元件具有一宽度W
Li
及一高度H
Li
，其满足所述宽度W
Li
/所述高度H
Li
>1.2。9.如权利要求1所述的折叠式相机，其特征在于：所述镜筒具有一镜筒高度，所述镜筒高度≤5.5毫米(mm)。10.如权利要求1所述的折叠式相机，其特征在于：所述影像传感器具有一传感器对角线SD，所述传感器对角线>6毫米(mm)。11.如权利要求1所述的折叠式相机，其特征在于：所述光路折叠元件具有一高度H
O
，所述镜头具有一高度H
L
，并且其中所述高度H
O
>所述高度H
L
，其中所述高度H
O
及所述高度H
L
是沿平行于所述第一光路的一方向所测量的。12.如权利要求1所述的折叠式相机，其特征在于：一光路折叠元件高度H
O
>一镜筒高度H
LB
，其中所述光路折叠元件高度H
O
及所述镜筒高度H
LB
是沿平行于所述第一光路的一方向所测量的。13.如权利要求1所述的折叠式相机，其特征在于：所述相机具有由所述光路折叠元件的一高度H
O
来确定的一高度H
C
，并且其中所述高度H
O
及所述高度H
C
是沿平行于所述第一光路的一方向所测量的。14.如权利要求1所述的折叠式相机，其特征在于：|f
i
|>5倍所述有效焦距(5xEFL)，对于
1≤i≤3。15.如权利要求1所述的折叠式相机，其特征在于：一镜头元件L5在所有镜头中具有一最强光学功率，|f5|<|f
i
|，对于i≠5。16.如权利要求1所述的折叠式相机，其特征在于：f5<所述有效焦距(EFL)。17.如权利要求1所述的折叠式相机，其特征在于：包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：加尔，
申请(专利权)人：核心光电有限公司，
类型：发明
国别省市：