折叠透镜系统技术方案

本发明专利技术公开了一种折叠透镜系统，该折叠透镜系统包括具有屈光力的透镜，以及两个光折叠元件诸如棱镜。第一轴上的第一透镜将光折射至第一折叠元件。第一折叠元件将来自第一轴的光重定向到其上布置有一个或多个透镜的第二轴上。第二轴上的透镜将光折射至第二折叠元件。第二折叠元件将光重定向到其上设置有传感器的第三轴上。透镜系统可包括前孔径光阑。可在第三轴上移动传感器以提供自动对焦，或者另选地，透镜系统可包括提供自动对焦的一个或多个光学致动器。透镜系统可具有低光圈数(<＝2.8)，并且可具有在中焦至长焦范围内的35mm等效焦距。效焦距。效焦距。

【技术实现步骤摘要】
折叠透镜系统
[0001]相关申请引用
[0002]本申请是国际申请号为PCT/US2018/066821、国际申请日为2018年12 月20日、进入中国国家阶段日期为2020年6月2日、中国国家申请号为 201880078003.3、专利技术名称为“折叠透镜系统”的专利技术专利申请的分案申 请。


[0003]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

[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)，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

[0005]本公开的实施方案可提供一种可以例如用于小外形相机中的折叠透镜 系统。折叠透镜系统的实施方案可包括具有屈光力的两个或更多个透镜元 件，以及两个光折叠元件诸如棱镜。在折叠透镜系统的一些实施方案中， 第一轴上的第一折射透镜元件将从透镜系统前面的物场接收的光折射到第 一光折叠元件。第一光折叠元件将由第一透镜元件折射的光从第一轴重定 向到其上布置有一个或多个折射透镜元件的第二轴上。第二轴上的一个或 多个折射透镜元件将光折射到第二光折叠元件。第二光折叠元件将由第二 轴上的透镜元件折射的光重定向到其上设置有相机的传感器模块的第三轴 上。折叠透镜系统的实施方案还可包括位于在透镜系统的前顶点处或前顶 点后的第一透镜元件处的前孔径光阑。
[0006]在一些实施方案中，第一折射透镜元件可在第二轴上，位于第一光折 叠元件和第二折射透镜元件之间，而不是将第一折射透镜元件定位在第一 轴上并因此定位在透镜系统的物侧。这可为透镜系统提供甚至更短的Z轴 高度。
[0007]折叠透镜系统的实施方案可提供低的光圈数(<＝2.8)，并可被配置为 在中焦到长焦范围内以相对窄的视场和35mm等效焦距(f
35mm
)操作。例 如，紧凑型折叠透镜系统的一
些实施方案可提供70mm至200mm(例如， 85mm)范围内的35mm的等效焦距，小于6.5mm的Z高度，以适配在各 种便携式电子设备中。
[0008]可选择透镜系统参数和关系，其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，以至少部分地减 少、补偿或矫正光学像差和透镜伪影以及视场效应。
[0009]在一些实施方案中，该折叠透镜系统可包括减少或消除环境噪声对光 电传感器的干扰的红外(IR)滤光片。IR滤光片可例如位于第二光折叠元 件和传感器模块之间。在一些实施方案中，该透镜系统为定焦透镜。然 而，在一些实施方案中，传感器模块可相对于第二光折叠元件在第三轴上 被机械地移动以为相机提供自动对焦(AF)功能，或者另选地，透镜系统 可相对于传感器模块在第三轴上被机械地移动。作为另选的形式，在一些 实施方案中，透镜系统可包括为相机提供AF功能而无需移动任何部件的一 个或多个固态光学致动器部件(例如，位于透镜系统前方的光学致动器部 件)。
附图说明
[0010]图1是根据一些实施方案的折叠透镜系统的横截面图示。
[0011]图2A至图2C示出了根据一些实施方案的具有两个折叠元件的折叠透 镜系统的部件和方面。
[0012]图3A是具有两个折叠元件的折叠透镜系统的第一实施方案的横截面 图示。
[0013]图3B是示出了如图3A所示的透镜系统的调制传递函数(MTF)的曲 线图。
[0014]图3C示出了如图3A所示的透镜系统的纵向球面像差、像散场曲线和 畸变。
[0015]图4A是处于无限远共轭的具有两个折叠元件的折叠透镜系统的第二 实施方案的横截面图示。
[0016]图4B是示出了如图4A所示的折叠透镜系统的调制传递函数(MTF) 的曲线图。
[0017]图4C示出了如图4A所示的折叠透镜系统的纵向球面像差、像散场曲 线和畸变。
[0018]图4D是处于宏共轭的具有两个折叠元件的折叠透镜系统的第二实施 方案的横截面图示。
[0019]图4E是示出了如图4D所示的折叠透镜系统的调制传递函数(MTF) 的曲线图。
[0020]图4F示出了如图4D所示的折叠透镜系统的纵向球面像差、像散场曲 线和畸变。
[0021]图5A是具有包括自动对焦致动器的两个折叠元件的折叠透镜系统的 第三实施方案的横截面图示。
[0022]图5B是示出了如图5A所示处于无限远共轭的折叠透镜系统的调制传 递函数(MTF)的曲线图。
[0023]图5C示出了如图5A所示处于无限远共轭的折叠透镜系统的纵向球面 像差、像散场曲线和畸变。
[0024]图5D是示出了如图5A所示处于宏共轭的折叠透镜系统的调制传递函 数(MTF)的曲线图。
[0025]图5E示出了如图5A所示处于宏共轭的折叠透镜系统的纵向球面像 差、像散场曲线和畸变。
[0026]图6A是处于无限远共轭的具有两个折叠元件的折叠透镜系统的第四 实施方案的
横截面图示。
[0027]图6B是示出了如图6A所示的折叠透镜系统的调制传递函数(MTF) 的曲线图。
[0028]图6C示出了如图6A所示的折叠透镜系统的纵向球面像差、像散场曲 线和畸变。
[0029]图6D是处于宏共轭的具有两个折叠元件的折叠透镜系统的第二实施 方案的横截面图示。
[0030]图6E是示出了如图6D所示的折叠透镜系统的调制传递函数(MTF) 的曲线图。
[0031]图6F示出了如图6D所示的折叠透镜系统的纵向球面像差、像散场曲 线和畸变。
[0032]图7A是具有包括两个自动对焦致动器的两个折叠元件的折叠透镜系 统的第五实施方案的横截面图示。
[0033]图7B是示出了如图7A所示处于无限远共轭的折叠透镜系统的调制传 递函数(MTF)的曲线图。
[0034]图7C示出了如图7A所示处于无限远共轭的折叠透镜系统的纵向球面 像差、像散场曲线和畸变。
[0035]图7D是示出了如图7A所示处于宏共轭的折叠透镜系统的调制传递函 数(MTF)的曲线图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相机，包括：传感器模块，所述传感器模块被配置为捕获投射到所述传感器模块的表面上的光；以及折叠透镜系统，所述折叠透镜系统被配置为折射来自位于所述相机前方的物场的光，以在所述传感器模块的所述表面处或在所述表面附近的图像平面处形成场景的图像，其中所述透镜系统包括：第一组元件，所述第一组元件包括：具有正屈光力的第一折射透镜元件，所述第一折射透镜元件位于光轴的第一部分上，并且在旁轴区域中具有凸状物侧表面；以及第一光折叠元件，所述第一光折叠元件将来自所述第一折射透镜元件的光重定向至所述光轴的第二部分；第二组元件，所述第二组元件包括位于所述光轴的所述第二部分上的两个或更多个折射透镜元件；以及第三组元件，所述第三组元件包括第二光折叠元件，所述第二光折叠元件将来自所述光轴的所述第二部分的光重定向至所述光轴的第三部分上的所述传感器模块；其中所述折叠透镜系统提供从所述折叠透镜系统的前顶点到所述折叠透镜系统的后顶点测量的在70mm至200mm范围内的35mm等效焦距以及6.5mm或更小的Z高度。2.根据权利要求1所述的相机，其中所述第一光折叠元件为棱镜。3.根据权利要求2所述的相机，其中所述第一折射透镜元件的像侧表面为平坦的/平面的，并且其中所述第一折射透镜元件的所述像侧表面与所述棱镜的所述物侧表面接触。4.根据权利要求2所述的相机，其中所述棱镜由满足以下条件的材料构成：1.5<Nd<2.1；其中Nd为所述棱镜的折射率。5.根据权利要求1所述的相机，其中所述透镜系统还包括孔径光阑，所述孔径光阑位于所述光轴的所述第一部分上并且在所述第一折射透镜元件的前顶点和所述第一光折叠元件之间。6.根据权利要求1所述的相机，其中所述折射透镜元件中的至少一个折射透镜元件的至少一个表面为非球面的。7.根据权利要求1所述的相机，其中所述透镜系统还包括为所述透镜系统提供自动对焦功能的一个或多个光学致动器。8.根据权利要求1所述的相机，其中所述第二光折叠元件为棱镜。9.根据权利要求8所述的相机，其中所述第三组元件还包括与所述棱镜集成的折射透镜元件。10.一种折叠透镜系统，包括：多个元件，所述多个元件沿所述透镜系统的折叠光轴布置，其中所述多个元件沿所述折叠光轴从物侧到像侧依次包括：第一组元件，所述第一组元件包括：具有正屈光力的第一折射透镜元件，所述第一折射透镜元件位于所述光轴的第一部分上，并且在旁轴区域中具有凸状物侧表面；以及
第一光折叠元件，所述第一光折叠元件将来自所述第一折射透镜元件的光重定向至所述光轴的第二部分；第二组元件，所述第二组元件包括位于所述光轴的所述第二部分上的两个或更多个折射透镜元件；以及第三组元件，所述第三组元件包括第二光折叠元件，所述第二光折叠元件将来自所述光轴的所述第二部分的光重定向至所述光轴的第三部分上的传感器模块；其中所述折叠透镜系统提供从所述折叠透镜系统的前顶点到所述折叠透镜系统的后顶点测量的在70mm至200mm范围内的35mm等效焦距以及6.5mm或更小的Z高度。11.根据权利要求10所述的透镜系统，其中所述透镜系统还包括为所述透镜系统提供自动对焦功能的一个或多个光学致动器。12.根据权利要求10所述的透镜系统，其中所述第一光折叠元件为棱镜。13.根据权利要求12所述的透镜系统，其中所述第一折射透镜元件的像侧表面为平坦的/平面的，并且其中所述第一折射透镜元件的所述像侧表面与所述棱镜的所述物侧表面接触。14.一种设备，包括：一个或多个处理器；一个或多个相机；以及存储器，包括由所述一个或多个处理器中的至少一个处理器可执行以控制所述一个或多个相机的操作的程序指令；其中所述一个或多个相机中的至少一个相机是包括以下各项的相机：传感器模块，所述传感器模块被配置为捕获投射到所述传感器模块的表面上的光；以及折叠透镜系统，所述折叠透镜系统被配置为折射来自位于所述相机前方的物场的光，以在所述传感器模块的所述表面处或在所述表面附近的图像平面处形成场景的图像，其中所述透镜系统包括：第一组元件，所述第一组元件包括：具有正屈光力的第一折射透镜元件，所述第一折射透镜元件位于光轴的第一部分上，并且在旁轴区域中具有凸状物侧表面；以及第一光折叠元件，所述第一光折叠元件将来自所述第一折射透镜元件的光重定向至所述光轴的第二部分；第二组元件，所述第二组元件包括位于所述光轴的所述第二部分上的两个或更多个折射透镜元件；以及第三组元件，所述第三组元件包括第二光折叠元件，所述第二光折叠元件将来自所述光轴的所述第二部分的光重定向至所述光轴的第三部分上的所述传感器模块；其中所述折叠透...

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