折叠式数字相机镜头设计制造技术

折叠式数字相机包括镜头系统，具有镜头及影像传感器，镜头具有N个镜头元件L

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】折叠式数字相机镜头设计
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2020年7月31日提交的美国临时专利申请No.63/059,200及2020年8月26日提交的美国临时专利申请No.63/070,501的优先权，它们的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镜头。
[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来表示本领域已知的术语：
[0006]‑
总轨道长度(Total track length,TTL)：当系统聚焦到一无限远物距时，沿平行于一镜头的光轴的一轴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一最大距离。
[0007]‑
后焦距(Back focal length,BFL)：当系统聚焦到一无限远物距时，沿平行于一镜头的光轴的一轴测得的在最后一个镜头元件LN的后表面S2N的一点与一影像传感器之间的一最小距离。
[0008]‑
有效焦距(Effective focal length,EFL)：在一镜头(镜头元件L1至LN的组件)中，在所述镜头的一后主点P
’
与一后焦点F
’
之间的所述距离。
[0009]‑
光圈值(f
‑
number,f/#)：EFL与一入瞳直径(entrance pupil diameter)的比率。
[0010]‑
主光线角(Chief ray angle,CRA)：一(影像侧)主光线是一镜头系统的出瞳中心(the center of the exit pupil)与一像点(image point)之间的连线。CRA是一主光线与所述镜头的光轴之间的角度。此处及下文中，与一物体侧主光线相比，我们指的是影像侧主光线及CRAs，所述物体侧主光线是一物点(object point)与一镜头系统的入瞳中心(the center of the entrance pupil)之间的连线。一最大主光线角(Max CRA)是存在于一镜头系统中的最大的主光线角(CRA)，所述镜头系统考虑了被所述镜头系统支持的所有场。

技术介绍

[0011]多光圈相机(或“多相机”，其中以具有两个相机的“双相机”为例)正在成为可携式电子移动装置(例如智慧手机、平板电脑等)制造商的标准选择。一种多相机设置通常包括一宽视场(或“角度”)FOVW相机(“宽”相机或“W”相机)和至少一个附加的相机，或者俱有相同的FOV(例如一深度辅助相机)，具有一较窄(比FOVW)FOV(具有FOVT的远摄或“长焦(Tele)”相机)，或具有一超宽视野FOVUW(比FOVW更宽，“UW”相机)。
[0012]图1A及图1B示出了一种已知折叠式数字相机100。相机100包括一光路折叠元件(optical path folding element,OPFE)102，例如一棱镜或反射镜，一镜头104，其具有多个镜头元件(在此未示出，但是在图2A至图2D是可见的)及一影像传感器106。所述镜头元件可以是(如图2A至图2D所示)沿着一光轴108轴对称。在其它实施例中，所述镜头元件可以不
是轴对称的。例如，镜头元件可以被切割(切块、切片)成一非圆形形状(未示出)。
[0013]至少一些镜头元件可以包括在一“镜筒”110中。所述镜筒可以具有沿光轴108的一纵向对称。在第1A图至第1C图中，这个镜筒的横截面是圆形的。然而，这不是强制性的，可以使用其他形状，例如用于托管切割镜头元件。
[0014]从一物体(未示出)到一影像传感器106的所述光线的所述路径定义了一光路(参见光路112和114，它们代表了所述光路的一部分)。光路折叠元件将所述光路从一第一光路112折叠到一第二光路114，后者基本上平行于光轴108。
[0015]特别是，在一些示例中，光路折叠元件102相对于光轴108以基本上45度倾斜。在图1A中，光路折叠元件102也可以相对于光路102以基本上45度倾斜。
[0016]在一些已知的示例中，影像传感器106位于基本上垂直于光轴108的一X
‑
Y平面中。然而，这不是限制性的，并且影像传感器106可以具有不同的取向。例如，如国际公开专利申请编号WO2016/024192所描述，影像传感器106可以位于XZ平面中。在这种情况下，一附加OPFE可以用来将所述光线朝影像传感器106反射。
[0017]两个相机，例如一广角相机100及一常规UW相机130可以包括在一数字相机150(也称为双相机)中。在图1C中示出了一种可能的配置。UW相机130可以包括一光圈132(指向所述相机的所述物体侧)及在Y方向上具有一对称(及光)轴136的一光学镜头系统134(或“广角镜头模块”)，以及一UW影像传感器138。所述UW相机包括配置成用以提供一UW影像的一UW镜头系统。如前所述，所述UW相机具有比FOV
W
更大的一视场FOV
UW
。例如，FOV
UW
可以是80至130度，而FOV
W
可以是60至90度。值得注意的是，在其他示例中，多个广角相机和/或多个长焦相机可以合并并且在一单一个数字相机中操作。一长焦相机的所述FOV
T
可以例如是20至50度。
[0018]“微距摄影(Macro
‑
photography)”模式正成为智能手机相机的一流行的差异化因素。“微距摄影”是指拍摄靠近相机的物体，使得所述影像传感器上记录的影像几乎与实际拍摄的物体一样大。影像尺寸与物体尺寸的比率是物体对影像的放大率M，其定义为：
[0019][0020]其中v是由镜头的第二(或“后”)主平面与影像的距离所定义的一镜头
‑
影像距离，u是由物体到镜头的第一(或“前”)主平面的距离所定义的一物体
‑
镜头距离。减号(
‑
)通常没有明确提及。
[0021]在数字单眼相机(digital single
‑
lens reflex,DSLR)中，一微距影像(Macro image)定义为具有大约1：1或更大的一放大率M，例如，1：1.1。在智能手机中，“微距影像”指得可以是放大率M大约为10：1或什至5：1的影像。首批提供微距摄影功能的智能手机模块已进入消费市场，通常通过使用具有相对较短EFL(例如2.5毫米)的一UW相机来实现非常近的聚焦。
[0022]一UW相机可以聚焦到微距摄影所需的近距离(例如1.5厘米到15厘米)，但由于其焦距小且FOV大，因此其空间解析度较差。例如，考虑到一个焦距为2.5毫米的UW相机。当聚焦到在5厘米(镜头
‑
物体距离)处的一物体时，所述UW相机将大约具有M＝19：1。这是根据薄镜头方程式
[0023][0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】1.一种折叠式数字相机，包括：a)一镜头系统，具有一镜头及一影像传感器，所述镜头具有N个镜头元件L
i
、一有效焦距(effective focal length,EFL)及一总轨道长度(total track length,TTL)，其中N大于等于6，其中每一个镜头元件具有一各自的焦距f
i
，并且其中一第一镜头元件L1面向一物体侧；以及b)一光路折叠元件(opticalpath folding element,OPFE)，用于在一物体与所述镜头之间提供一折叠光路；其中所述镜头系统具有覆盖了从无限远到一最小物体距离(minimal object distance,MIOD)的一聚焦范围，并且其中所述最小物体距离/所述有效焦距(MIDO/EFL)小于20。2.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：所述最小物体距离/所述有效焦距(MIDO/EFL)小于15。3.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：所述最小物体距离/所述有效焦距(MIDO/EFL)小于13。4.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：所述最小物体距离/所述有效焦距(MIDO/EFL)小于10。5.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：所述最小物体距离/所述有效焦距(MIDO/EFL)小于7。6.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：对于在所述聚焦范围内的任何物体的一最大场曲率(maximum field curvature,MFC)小于50微米。7.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：所述折叠式数字相机具有小于4的一光圈值(f number)。8.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：所述折叠式数字相机具有小于3的一光圈值(f number)。9.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：所述折叠式数字相机具有小于2.5的一光圈值(f number)。10.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：所述镜头元件通过大于所述总轨道长度的8分之一的一大间隙来分成两个镜头元件组。11.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：所述镜头元件通过大于所述总轨道长度7分之一的一大间隙来分成两个镜头元件组。12.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：所述镜头元件通过大于所述总轨道长度6分之一的一大间隙来分成两个镜头元件组。13.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：其中所述镜头元件分成具有一有效焦距EFL1的一第一镜头元件组及具有一有效焦距EFL2的一第二镜头元件组，并且其中所述有效焦距EFL1与所述有效焦距EFL2的一比率(EFL1/EFL2)偏离1不超过10％。14.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：其中所述镜头元件分成具有一有效焦距EFL1的一第一镜头元件组及具有一有效焦距EFL2的一第二镜头元件组，并且其中所述有效焦距EFL1与所述有效焦距EFL2的一比率(EFL1/EFL2)偏离1不超过20％。15.如权利要求1所述的折叠式数字相机，还包括一基于音圈马达的聚焦机构来使所述
折叠式数字相机进行聚焦。16.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：所述第一镜头元件L1及一第二镜头元件L2是由一阿贝值(Abbe number)大于50的一材料所制成。17.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：所述总轨道长度/所述有效焦距(TTL/EFL)小于1.5。18.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：所述总轨道长度/所述有效焦距(TTL/EFL)小于1.4。19.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：所述总轨道长度/所述有效焦距(TTL/EFL)小于1.3。20.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：最后一个镜头元件L
N
的一焦距f
N
与所述总轨道长度的一比率满足所述焦距/所述总轨道长度(f
N
/TTL)小于1.0。21.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：最后一个镜头元件L
N
的一焦距f
N
与所述总轨道长度的一比率满足所述焦距/所述总轨道长度(f
N
/TTL)小于0.9。22.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：最后一个镜头元件L
N
的一焦距f
N
与所述总轨道长度的一比率满足所述焦距/所述总轨道长度(f
N
/TTL)小于0.8。23.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：最后一个镜头元件L
N
的一焦距f
N
与所述总轨道长度的一比率满足所述焦距/所述总轨道长度(f
N
/TTL)小于0.75。24.如权利要求1所述的折叠式数字相机，其特征在于：最后一个镜头元件L
N
的一焦距f
N
与所述总轨道长度的一比率满足所述焦距/所述总轨道长度(f
N
/TTL)小于0.7。25.如权利要求1所述的折叠式数字相机，还包括一光学元件，其中所述光...

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