CN116745686A

CN116745686A - 大光圈连续变焦折叠长焦摄像头

Info

Publication number: CN116745686A
Application number: CN202280008147.8A
Authority: CN
Inventors: 以法莲·戈登堡; 纳达夫·古林斯基
Original assignee: Corephotonics Ltd
Current assignee: Corephotonics Ltd
Priority date: 2021-09-23
Filing date: 2022-08-03
Publication date: 2023-09-12
Also published as: JP2023544219A; EP4268010A1; KR20230044237A; US12019363B2; WO2023047202A1; EP4268010A4; US20230400757A1

Abstract

折叠数码摄像头包括一透镜，透镜包括多个标记为L_i的多个N透镜元件及光路折叠元件(OPFE)，其中1≤i≤N，其中一第一透镜元件L₁面对一物侧，且一最后透镜元件L_N面对一像侧，其中所述多个透镜元件的至少一个位于所述OPFE的一物侧且具有一关联的第一光轴，其中所述多个透镜元件中的其它至少一个位于所述OPFE的一像侧且具有一关联的第二光轴，其中所述透镜具有一有效焦距(EFL)及一f‑数(f/#)，并且一图像传感器具有一传感器对角线(SD)，其中通过透镜元件及所述OPFE沿所述第二光学透镜轴的独立移动，所述EFL可以在一最小EFL_MIN及一最大EFL_MAX之间连续变化，并且其中EFL_MAX/EFL_MIN>1.5。

Description

大光圈连续变焦折叠长焦摄像头

相关申请的交叉引用

本申请主张于2021年9月23日提交美国临时专利申请第63/247,336号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开的主题通常与数码摄像头的领域有关。

背景技术

定义

在本申请中以及在整个描述及图中提到的光学及其他特性，使用了以下符号及缩写，这些都是本领域中已知的用语：

总轨道长度(Total Track Length，TTL)：当***对焦于一无穷远物距时，一第一透镜元件L₁的前表面S1的一点与一图像传感器沿着与一透镜的光学轴平行的一轴测量的最大距离。

有效焦距(EFL)：在一透镜中(透镜元件L₁至L_N的组合)，所述透镜的一后主点P'及一后焦点F'之间的距离。

f数(f/#)：所述EFL与入射瞳直径的比率。

背景

多光圈摄像头(或“多摄像头”，其中具有两个摄像头的“双摄像头”就是一个例子)包括在目前几乎所有的便携式电子移动装置(“移动设备”，例如智能手机、平板电脑等)。多摄像头通常包括一宽视场(或“角度”)FOV_W摄像头(“宽”摄像头或“W”摄像头)，以及至少一个附加摄像头，例如具有较窄的(比FOV_W窄)视场(具有FOV_T的长焦(Telephoto)或“长焦(Tele)”摄像头)。通常，所述长焦摄像头的一空间分辨率是恒定的并且可以例如比所述W摄像头的分辨率高3倍或5倍或10倍。这被称为具有“变焦系数”(zoom factor，ZF)分别为3、5或10的所述长焦摄像头。ZF是由所述长焦摄像头的EFL(EFL_T)决定的。

举例来说，考虑具有一W摄像头及ZF为5的一长焦摄像头的一双摄像头。当变焦至一场景时，可以使用所述W摄像头的图像数据，该数据被数码变焦至ZF为5。对于ZF≥5，可以使用所述长焦摄像头的图像数据，其被数码变焦为ZF>5。在一些场景中，捕捉高分辨率图像需要一高ZF。在其他场景中，由于FOV_T可能因高ZF而太窄，除了只有(数码变焦)宽摄像头的摄像头的图数据可用外，是不希望高ZF的。例如在共同拥有的国际专利申请号PCT/IB202/061078及PCT/IB2022/052515中描述了可以提供最小ZF、ZF_MIN及最大ZF、ZF_MAX之间的连续变焦系数的长焦摄像头。

图1A绘示了一已知的折叠长焦摄像头100，包括具有一宽度W_OPFE的光路折叠元件(OPFE)102、具有距离OPFE102一距离ΔLO包括在一镜筒110中的多个透镜元件(在此图示中不可见)的一透镜104及一图像传感器106。OPFE102折叠从第一OP112到形成透镜104的光轴的第二OP108的光路(Optical Path，OP)。透镜104位于OPFE102的一像侧。包括摄像头100的摄像头模块的一长度(“最小模块长度”或“MML”)及摄像头模块的一高度(“最小模块高度”或“MMH”)的理论下限被示出。MML及MMH是由包括在摄像头100中的元件的最小尺寸所定义。TTL是由TTL＝MML-W_OPFE–ΔLO得出，因此TTL在几何上受到TTL<MML-W_OPFE的限制。

图1B绘示了一已知的双摄像头150，其包括折叠长焦摄像头100及一(竖直或“直立”)W摄像头130，W摄像头130包括具有多个透镜元件(在此图式中不可见)的透镜132及一图像传感器138。透镜132被包括在一镜筒134中。W摄像头130具有一OP136。

图1C以横截面图示意性地示出一已知移动装置160(例如智能手机)，移动装置160具有一外部后表面162并且包括一折叠长焦摄像头100。摄像头100的光圈位于后表面162。移动装置160的一前表面164可以包括一屏幕(不可见)。移动装置160具有一厚度(“T”)的常规区域166的及在所述常规区域之上被抬升一高度B的一摄像头凸块区域168。凸块区域168具有一凸块长度("BL")及一凸块厚度T+B。通常并且如这里所示的，摄像头100完全集成在凸块区域168中，使得MML及MMH定义了凸块区域168的尺寸的下限，即BL及T+B。反之亦然，给定的凸块区域168的尺寸构成了MML及MMH以及所包括的零件的上限。特别是，摄像头100的一光圈直径(“DA”)或“入射光瞳”满足DA<MMH。出于工业设计原因，需要一紧凑的摄像头凸块(即一短的BL及一小的B)。与一垂直摄像头(如130)相比，对于一给定的凸块厚度T+B，折叠摄像头(如100)可以实现更大的TTL，对应于更大的ZF，这是所希望的。然而，大的TTL伴随着大的BL，这是不被希望的。

若有一个连续变焦折叠长焦摄像头，其带有光圈直径DA，可以在低f/#下提供大的EFL，并且仍仅占移动装置的摄像头凸块的一小部分区域，这将会是有益的。

发明内容

在各种示例性实施例中，提供折叠数码摄像头，包括：一透镜，包括标记为L_i的多个N个透镜元件及一光路折叠元件(OPFE)，其中1≤i≤N，其中一第一透镜元件L₁面对一物侧，且一最后透镜元件L_N面对一像侧，其中所述多个透镜元件的至少一个位于所述OPFE的一物侧且具有一关联的第一光轴，其中所述多个透镜元件中的其它至少一个位于所述OPFE的一像侧且具有一关联的第二光轴，其中所述透镜具有一EFL及一f/#；以及一图像传感器具有一传感器对角线(SD)，其中通过透镜元件及所述OPFE沿所述第二光学透镜轴的独立移动，所述EFL可以在一最小EFL_MIN及一最大EFL_MAX之间连续变化，并且其中EFL_MAX/EFL_MIN>1.5。

在一些例子中，所述透镜被分为编号为G1及G2的两个透镜组，且EFL的所述连续变化是通过G1及G2各自的独立移动获得的。在一些例子中，G1包括三个透镜元件子组G1-1、G1-2、G1-3以及所述OPFE，其中G1-1位于所述OPFE的所述物侧且其中G1-2及G1-3位于所述OPFE的所述像侧。在一些例子中，G2包括透镜两元件子组G2-1及G2-2，其中G2-1位于G1-2的所述像侧且其中G2-2位于G1-3的所述像侧。在这样的实施例中，G1-1可包括一个透镜元件且其中G1-2、G1-3、G2-1及G2-2可各包括两个透镜元件。

在一些例子中，所述EFL可以通过沿所述第二光轴独立地改变G1及G2的所述位置以及通过沿所述第二光轴相对于所述图像传感器一起移动G1+G2来连续地变化。

在一些例子中，G1及G2可以作为一个透镜相对于所述图像传感器一起被移动以进行聚焦。在一些例子中，所述图像传感器可操作地相对于G1及G2移动以光学图像稳定(optical image stabilization，OIS)。用于光学图像稳定的所述图像传感器的所述移动是在两个方向上进行的，且其中所述两个方向垂直于所述图像传感器上的一法线并且相互垂直。

在一些例子中，如上或下所述的一摄像头可被具有一肩高SH的一摄像头模块所包括，并且DA>SH。在一些例子中，SH在4mm<SH<10mm的范围内。在一些例子中，5mm<SH<8mm。

在一些例子中，DA>1.1xSH。在一些例子中，DA>1.2xSH。在一些例子中，DA>1.2xSH。在一些例子中，DA在5mm<DA<11mm的范围内，并且f/#在1.8<f/#<6.0的范围内。在一些例子中，DA在7mm<DA<10mm的范围内，并且f/#在2.0<f/#<5.0的范围内。

在一些例子中，一摄像头被包括在一摄像头模块中，所述摄像头模块具有一摄像头模块高度MH在6mm<MH<12mm的范围内。在一些例子中，7mm<MH<11mm。在一些例子中，其中SH在4mm<SH<10mm的范围内，且MH在6mm<SH<12mm的范围内，一比率SH/MH<0.9,或<0.8或甚至<0.7。

在一些例子中，一f/#在EFL_MIN为f/#_MIN,一f/#在EFL_MAX为f/#_MAX，且其中一比率f/#_MAX/f/#_MIN<EFL_MAX/EFL_MIN。在一些例子中，f/#_MAX/f/#_MIN<EFL_MAX/1.1x EFL_MIN。

在一些例子中，所述透镜可为一切割透镜，且其中位于所述OPEE的一像侧的所有透镜元件沿平行于所述第二光轴的一轴被切割。

在一些例子中，所述透镜可为一切割透镜，其中位于所述OPEE的一物侧的所有透镜元件沿平行于所述第一光轴的一轴被切割，且其中位于所述OPEE的一像侧的所有透镜元件沿平行于所述第二光轴的一轴被切割。

在有一切割透镜的一些例子中，所述透镜相对于一轴对称透镜直径切割30％。在一些这样的例子中，相对于具有沿垂直于所述透镜的所述第一光轴及所述第二光轴的一轴量测的一相同透镜直径的一轴对称透镜，所述SH通过所述切割减少>20％。在一些这样的例子中，一比率SH/DA降低>10％。

在一些例子中，G1-1包括L₁。在一些例子中，L₁的一焦距为f1，并且f1<1.1x EFL_MIN。

在一些例子中，L1是由玻璃制成。

在一些例子中，N＝9。在一些例子中，透镜L₁-L₉的一焦度序列为正-负-负-正-负-正-负-负-正。

在一些例子中，L₂是位于所述OPFE的所述像侧的第一个透镜元件，所述OPFE及所述L₂之间的一距离标记为d_M-L，并且d_M-L不因EFL的连续变化而改变。在一些例子中，一比率d_M-L/TTL<7.5％。

在一些例子中，最后一个透镜L_N是正的。

在一些例子中，L₁是位于所述OPFE的一物侧的唯一透镜元件，L₁及所述OPFE之间的一距离为ΔLO，并且一比率ΔLO/TTL<1％。在一些例子中，ΔLO/TTL<0.5％.

在一些例子中，所述OPFE可以是一反射镜。

在一些例子中，EFL_MAX/EFL_MIN>1.75。在一些例子中，EFL_MAX/EFL_MIN>1.9.

在一些例子中，30mm<EFL_MAX<50mm以及10mm<EFL_MIN<30mm。

在一些例子中，SD可在3mm<SD<10mm的范围内。

在各种示例性实施例中，提供了包括如上或下所述的摄像头的移动装置，一移动装置具有一装置厚度T及一摄像头凸块区域，其中所述凸块区域具有一抬升厚度T+B，其中所述摄像头的一第一区域被包括在所述摄像头凸块区域中，并且其中所述摄像头的一第二区域没有被包括在所述摄像头凸块中。所述移动装置可为智能手机。在一些这样的移动装置中，N＝9，所述摄像头的所述第一区域包括L₁及所述OPEE，并且所述摄像头的所述第二区域包括透镜元件L₂-L₉及所述图像传感器。在一些例子中，所述移动装置可以此外还包括具有一第二摄像头，所述第二摄像头包括具有一第二EFL(EFL₂)的一第二摄像头透镜，其中EFL₂<EFL_MIN。

附图说明

下面参考本段后面列出的附图来描述本文公开的实施例的非限制性示例。说明书附图及说明书旨在说明和澄清本文公开的实施例，不应被视为以任何方式进行限制。

图1A绘示了一已知的折叠长焦摄像头；

图1B绘示了一已知的双摄像头；

图1C示意性地示出一已知移动装置，已知移动装置具有一外部后表面并且包括一折叠长焦摄像头；

图2A示意性地示出了本文公开的折叠长焦摄像头的一实施例；

图2B以横截面图示意性地示出带有如图1C所描述的尺寸的一移动装置，移动装置具有一外部后表面并且包括如图2A的一折叠长焦摄像头；

图2C示出了图2A的所述折叠摄像头的一自动对焦(AF)机构的一实施例；

图2D示出了用于图2A的所述折叠摄像头的一OIS机构的一实施例。

图3A示意性地示出了在一第一变焦状态的本文公开的一光学透镜***的一实施例。

图3B示意性地示出了在一第二变焦状态的本文公开的图3A的所述实施例。

图3C示出了连续变焦图3A至B的所述光学透镜***所需的一透镜行程；

图3D示意性地示出了在一第一变焦状态的本文公开的一光学透镜***的另一实施例。

图3E示意性地示出了在一第二变焦状态的本文公开的图3D的所述实施例；

图4A绘示了两个冲击点IP₁和IP₂在一平面P上的正投影IP_orth,1、IP _orth,2；

图4B绘示了两个冲击点IP₃及IP₄在平面P上的正投影IP _orth,3、IP _orth,4；

图5A提供了净高度(clear height，CH)的定义；

图5B提供了净光圈(clear aperture，CA)的定义；

图6提供了H_L及H_opt的定义；

图7示出了包括多个切割透镜元件及一透镜外壳的一镜筒。

具体实施方式

在下述详细描述中，将给出大量具体细节以提供透彻了解。然而，本领域熟知技艺人士将了解没有这些具体细节也能实施本发明。在其他情况下，众所周知的方法将不具体描述，以免使得本发明模糊。

图2A示意性地示出了在本文公开并编号为200的一折叠连续变焦长焦摄像头的一实施例。摄像头200包括具有多个N透镜元件的一透镜202。在透镜202中，例如N＝4。透镜202中的所述透镜元件被编号为L₁-L₄，其中L₁被定向朝向一物侧。每个透镜元件L_i(其中“i”是1和N之间的整数)。L₁沿一第一光(透镜)轴212轴对称，L₂-L₄沿一第二光(透镜)轴208轴对称。透镜202还包括OP 212折叠到OP 208的一OPFE 204。摄像头200还包括一图像传感器206。所述摄像头元件可被包括在一外壳214中。

透镜202被分为两个或多个透镜组G1(此处包括L₁、OPFE 204及L₂)以及G2(此处包括L₃及L₄)，其中包括在G1的透镜元件位于OPFE 204的一物侧(L₁)及OPFE 204的一像侧(L₂)。G2位于OPFE 204的一像侧。

为了估计包括例如图2A-2D及3A-3E的光学透镜***的一摄像头模块的最小尺寸的理论限制，我们引入以下参数及相互依赖性：

MML及“模块长度”(“ML”)

-最小模块长度(“MML”)是包括摄像头200的所有零件的一摄像头模块的一长度的理论下限。

-MML＝max(Z_Lens,Z_OPFE)-Z_Sensor，max(Z_Lens,Z_OPFE)为透镜202沿所述z-轴(Z_Lens)或OPFE 204(Z_OPFE)所占一长度的最大值，而Z_Sensor为图像传感器206沿所述z-轴所占一长度的最小值。在一些示例中且如图3A-B所示，Z_Lens>Z_OPFE,因此MML＝Z_Lens–Z_Sensor。

-为了实现对摄像头模块的一长度(“ML”)的实际估计，可以将例如3.5mm的长度与MML相加，即ML＝MML+3.5mm(见表4)。所述额外的长度考虑了AF、OIS以及图像传感器封装、外壳等可能需要的一透镜行程。为了计算ML，在考虑所有可能被使用的EFL时，MML的最高值由在EFL_MAX的MML值给定。

R1

-MML的一第一区域(“R1”)，与一第一最小模块高度MMH1相关联。MMH1是包括位于R1中的摄像头200的所有零件的一摄像头模块的一高度的理论下限。

-R1＝max(WL，W_OPFE)，其中WL是G1沿所述z-轴测量的所述宽度，W_OPFE是OPFE 204沿所述z-轴测量的所述宽度。在一些示例中且如图3A-E所示，WL>W_OPFE,因此R1是由G1独立地决定，且R1＝WL。

-给定一特定的MML，见图2A，最小化R1是有益的，因为它对凸块长度(BL)构成了一下限。

R2

-MML的一第二区域(“R2”)与一第二最小模块高度MMH2相关联，而MMH2<MMH1。

-R2＝MML-R1。

-对于一给定的MML及为了最小化BL，最大化R2(最小化R1)是有益的。

MMH1及“模块高度”(“MH”)

-MMH1＝H_OPFE+ΔLO+TG1，H_OPFE是OPFE 204的所述高度(OPFE 204相对于所述y-轴及所述z-轴均呈45度定向，因此H_OPFE＝W_OPFE)，ΔLO是G1的中心及OPFE 204之间的距离。

-在一些示例中并且如图3A-B所示，透镜202中的透镜元件具有低于OPFE 204的y-值，因此MMH1由G1的最高y值(Y_G1)及透镜202的最低y-值(Y_Lens)决定：MMH1＝Y_G1–Y_Lens。在一些使用一切割透镜的示例中并且如图3D-E所示，Y_Lens被抬升，因此Y_Lens>Y_OPFE，并且如图2B所示，MMH1不受透镜限制，而是只受H_OPFE限制，。

-为了实现对一摄像头模块高度的实际估计，我们通过增加1.5mm的一额外高度至MMH1来计算MH，即MH＝MMH1+1.5mm(见表4)。所述额外的长度考虑了AF以及外壳、透镜盖等可能需要的一透镜行程。

MMH2及“肩高”(“SH”)

-一第二最小模块高度(“MMH2”)是在R2中包括摄像头200的所有元件的一摄像头模块的一高度的理论下限。

-MMH2＝min(HS，H_Lens)，HS是图像传感器206的所述高度，而H_Lens是位于R2中的透镜202的最高透镜元件的所述高度，两者均沿所述y-轴测量。

-在某些示例中且如图2A所示，MMH2可由图像传感器206决定，即MMH2＝HS。在其他实施例中且如图3A-E所示，MMH2可以由一侧的反射镜304的最低Y-值及另一侧的透镜元件L₂-L₉的所述高度来决定。

-为了实现对一真实摄像头肩高的一真实估计，肩高SH的计算方法是在MMH2上增加一个额外的高度，例如1.5mm，即SH＝MMH2+1.5mm(见表4)。所述额外的高度考虑了与传感器206的电气及机械接触以及外壳。

折叠摄像头200优于诸如摄像头100的一已知折叠摄像头的第一个优点是摄像头200的光圈直径DA不一定受限于SH。通常，在一折叠摄像头中，所有透镜元件都位于所述OPFE的一像侧，因此SH在物理上限制了DA，且SH>DA。能够DA>SH且即使在高ZF下也允许相对较低的f/#，不是摄影机200的情况。

此外，给定诸如OPFE204的一特定尺寸的一OPFE(例如受T及/或B限制)，摄像头200可以提供更大的DA，即使在高ZF下也允许相对低的f/#。这是基于L₁位于OPFE 204的一物侧的一事实(或更一般地，包括在G1中位于所述OPFE的一物侧的一个或多个透镜元件)。L₁的所述屈光率在光锥撞击OPFE 204之前减小了进入折叠摄像头200的一光锥的一直径，对于一OPFE的一特定尺寸比不具有任何位于一OPFE的一物侧的透镜的已知折叠摄像头允许更大量的光进入所述摄像头。

摄像头200的所述TTL不是沿一个尺寸定向，而是沿两个尺寸定向。第一部分(“TTL1”)平行于OP 212，第二部分TTL2(“TTL2”)平行于OP 208。TTL由TTL＝TTL1+TTL2得出。因此，TTL不受TTL<MML-W_OPFE的几何限制，因此对于一给定的MML，一TTL可以明显大于摄像头100的TTL。

图2B以横截面图示意性地示出具有如图1C所描述的尺寸的一移动装置，移动装置具有一外部后表面200并且包括如本文所公开的一折叠长焦摄像头200。摄像头凸块区域标记为228。移动装置220的一前表面224可以例如包括一屏幕(不可见)。摄像头200的R1集成到高度T+B的224中，而摄像头200的R2集成到高度T的所述常规装置区域226中。与摄像头100完全集成到凸块区域中的移动装置160相比，摄像头200仅部分集成到凸块区域中的移动装置220可以具有更小的BL，或者例如将额外的摄像头集成到228中，其对于工业设计原因是有益的。一般来说，对于纤薄的移动装置，最小化MMH1及MMH2是有益的。

图2C示出了在一个示例中如何在摄像头200中进行自动对焦(Autofocus，AF)图2D示意性地示出了在一个示例中如何在摄像头200中进行光学图像稳定(optical imagestabilization，OIS)。包括OPFE 204的透镜202以与图2A至B中相同的方向示出。为了说明的目的，图2C及图2D仅示出了分别为AF或OIS移动的摄影机200的所述元件。如箭头232所示，包括OPFE 204的透镜202作为一个单元沿着平行用于AF的所述z-轴的一轴相对于所述图像传感器(未示出)移动。移动的透镜202包括OPFE 204作为一个单元，意味着N透镜元件(此处为L₁-L₄)之间的距离，以及透镜202及OPFE 204之间的距离不改变。只有到所述图像传感器(未示出)的距离改变。由于所述透镜(包括OPFE)相对于所述图像传感器移动，因此可以说是“透镜自动对焦(AF)”。

图像传感器206被示为与图2A-B相同的方向。如箭头234所示，图像传感器206相对于包括OPFE 204(此处未示出)的透镜202(此处未示出)沿平行于所述x-轴的一第一传感器OIS轴(“OIS1”)移动，以沿一第一轴进行OIS。如箭头236所示，图像传感器206相对于包括OPFE 204(此处未示出)的透镜202(此处未示出)沿平行于所述y-轴的一第二传感器OIS轴(“OIS2”)移动，以沿第二轴进行OIS。由于所述图像传感器相对于其他摄像头元件移动，因此可以说是“传感器OIS”。

图3A-3E绘示了本文公开的光学透镜***。如图2A-B所示，所示的所有透镜***可以被包括在一折叠摄像头及一移动装置中。应当注意的是，本文公开的所有实施例都有益于在智能手机中使用。

图3A示意性地示出了本文公开的一光学透镜***的一实施例，光学透镜***在EFL_MIN＝20mm的第一、最小变焦状态下编号为300。透镜***300包括一透镜302、一光学元件309及一图像传感器306，透镜302包括OPFE 304(这里示例性地为一反射镜)。***300与光线追踪被示出。光学元件309是可选的且可以是例如一红外线(IR)滤光片及/或一玻璃图像传感器防尘罩。在其他实施例中，OPFE 304可以是一棱镜。

透镜302包括一反射镜304以及多个N透镜元件L_i。在透镜302的这个示例中，N＝9。L₁是最接近所述物侧的所述透镜元件，且L_N是最接近所述像侧的所述透镜元件，即所述图像传感器所在的一侧。这个顺序适用于本文公开的所有透镜及透镜元件。L₁沿一第一光(透镜)轴312轴对称，L₂-L₉沿第二光(透镜)轴308轴对称。每个透镜元件L_i包括一相应的前表面S_2i-1(所述标识“2i-1”是所述前表面的编号)及一相应的后表面S_2i(所述标识“2i”是所述后表面的编号)，其中“i”是1到N之间的整数。在整个说明中使用这种编号惯例。或者，如贯穿本说明所做的那样，透镜表面被标记为“S_k”，其中k从1到2N。

在本文公开的所有光学透镜***中，所述摄像头的光圈直径DA由L₁决定。

如本文所使用的，所述用语每个透镜元件的“前表面”指的是位于靠近摄像头的入口(摄像头物侧)的一透镜元件的表面，并且所述用语“后表面”指的是位于靠近图像传感器(摄像头像侧)的一透镜元件的表面。

图3B示出了在第二、最大变焦状态且有一EFL_MAX＝40mm的光学透镜***300。如表3及图3C中所述，为了改变ZF，G2相对于G1及图像传感器306移动，另外G1+G2作为一个透镜相对于图像传感器306一起移动(用于聚焦到无限远)。为了聚焦到一有限距离，G1及G2作为一个透镜相对于图像传感器306一起移动。

反射镜304相对于所述y-轴及所述z-轴以45度角定向。光线通过G1-1，经反射镜304反射，依次通过G1-2、G2-1、G1-3、G2-2，并且在图像传感器306上形成一图像。图3A-B及图3D-E示出了五个场，每个场有3条光线。

MMH1及MMH2由L₂-L₉定义，特别是MMH2由最大透镜元件L₆定义。数值在表4中被给出。详细的光学数据及表面数据在表1-3中被给出以用于图3A-B及3D-E中的所述透镜元件的所述示例。为这些示例提供的所述数值纯粹是说明性的，并且根据其他示例，可以使用其他数值。

表面类型被定义在表1中。所述表面的所述系数被定义在表2中。所述表面类型为：

a)平面(Plano)：平面，无曲率

b)Q型1(Q type 1，QT1)表面弛度公式：

其中{z,r}是标准柱面极坐标，c是表面的近轴曲率，k是圆锥参数，r_norm一般是表面的净光圈的二分之一，并且A_n是透镜数据表中所示的多项式系数。Z轴朝向图像为正。CA的数值以一净光圈半径(clear aperture radius)给定，即CA/2。CA会随着EFL的变化而变化，表4中给出了一有效光圈直径的数值。这些数值也用于计算表3中的一F/#。所述参照波长为555.0nm。单位为毫米，除了折射率(“Index”)及阿贝数(Abbe#)。如表1所给定的每个透镜元件L_i有一各自的焦距f_i。所述FOV以二分之一的FOV(HFOV)的形式给定。对表面类型、Z轴、CA值、参考波长、单位、焦距及HFOV的定义适用于所有进一步呈现的表格。反射镜的宽度为9.4mmx7.1mm，且倾斜45度。所述反射镜的半径(semi-diameter)由围绕它的圆所定义。相对于反射镜的厚度是相对于光轴的。表3给出了在EFL_MIN及EFL_MAX之间，以及HFOV及f/#之间连

续切换所需要的透镜元件之间的移动。

表1

表2

表3

图3C示出了透镜302的每个元件相对于图像传感器306的移动，这些移动需要在不同的EFL(即ZF)之间连续切换，因而保持聚焦到无穷远。基于所述移动，可以定义两个镜头组G1及G2。G1包括L₁、反射镜304、L₂、L₃、L₆及L₇。G2包括L₄、L₅、L₈及L₉。

EFL的连续变化通过G1及G2的独立相对运动以及通过相对于所述图像传感器一起移动G1+G2获得，这两种运动均沿光轴308进行。分别被包括在G1和G2中的所有元件彼此固定地耦合，这意味着它们可以相对于被包括在光学***300中的其他元件移动，例如相对于图像传感器306，但它们相对于彼此不移动。明确地，G1-1相对于反射镜304、G1-2及G1-3不移动。G2-1相对于G2-2不移动。如所示，G2相对于传感器306的最大移动行程为8.7mm，G1相对于传感器306的最大移动行程为4.0mm。

如图3A-B所示，G1包括三个透镜组G1-1(包括L₁)、G1-2(包括L₂和L₃)及G1-3(包括L₆和L₇)。G2包括透镜组G2-1(包括L₄及L₅)及G2-2(包括L8及L₉)。从摄像头300的一物侧开始，G1-1、G1-2等的编号分别根据透镜元件组沿着所述光路312及308的位置完成。

如图3A-B及3D-E所示，d_M-L是在反射镜304及L₂之间测得的一距离。d_M-L不会随着EFL的连续变化而改变，即当改变ZF时，反射镜304与L₂之间没有相对运动。

图3D示意性地示出了本文公开的一光学透镜***的另一个实施例，且光学透镜***在EFL_MIN＝20mm的第一、最小变焦状态下编号为350。透镜***350包括透镜302-C，透镜302-C包括一反射镜304、一光学元件309(可选的)及一图像传感器306。透镜350是通过切割光学透镜***300的透镜元件得到的：

-L₁被切割成8mm(D/2＝4mm)，即WL1＝8mm。

-L₂-L₉被切割成4.6mm(D/2＝2.3mm)。

L₁的切割沿平行于y-轴的一方向进行，减少了沿z-轴测量的WL1。以光学透镜***300而言，这导致较小的R1及较小的MML。L₂-L₉的切割沿平行于z-轴的一方向进行，减少了沿y-轴测量的所述透镜元件的宽度。以光学透镜***300而言，这导致较小的MMH1及较小的MMH2。

参照图7所示的所述坐标***，所述切割被进行，使得沿一y方向(“WL_Y”)测量的一透镜宽度WL小于沿一x方向(“WL_X”)测量的一WL，即WL_Y<WL_X(见图7).

相对于302(L6)中最大透镜元件的所述直径，302-C被切割了约30％。在切割时，MMH1及MMH2不由L₂-L₉定义，而是由反射镜304定义。相对于所述未切割的透镜302，对于所述切割透镜302-C，SH减少了18％并且所述比率SH/DA减少了12％(见表4)。

图3E示出了在第二、最大变焦状态且带有一EFL_MAX＝40mm的光学透镜***350。

表4总结了包括在图3A-3E所示的透镜***300及350中的各种特征的数值及其比率(d_M-L、ΔLO、SD、TTL、MML、DA、H_L6、MMH、R1、R2、SH、MH以毫米为单位给定)。所述“比率350/300”列中的所述数值通过将光学透镜***350中得到的一相应数值除以光学透镜***300中得到的一数值来计算。所述“范围”列中的所述数值表示可以包括在其他示例中的优选范围。

-DA是光圈直径。对于所有透镜***，给出了一有效光圈直径。

-H_L6是位于反射镜304的一像侧的最大透镜元件的所述高度。

-F/#_MIN及F/#_MAX分别代表在EFL_MIN及EFL_MAX的F/#。

表4

如下所述，可以为1≤k≤2N的每个表面S_k定义一净高度值CH(S_k)，并且可以为1≤k≤2N的每个表面S_k定义一净光圈值CA(S_k)。CA(S_k)及CH(S_k)定义了每个透镜元件的每个表面S_k的光学特性。以下所述CH用语参照图5A定义，并且所述CA用语参照图5B定义。

此外，为每个透镜元件L_i定义了一高度(“H_Li”，对于1≤i≤N)。对于每个透镜元件L_i，H_Li对应于沿垂直于所述透镜元件的所述光轴的轴测量的透镜元件L_i的最大高度。对于一给定的透镜元件，所述高度大于或等于此给定透镜元件的所述前及后表面的所述净高度值CH及所述净光圈值CA。通常，对于一轴对称透镜元件，如图6所示，H_Li是透镜元件L_i的直径。通常，对于一轴对称透镜元件，H_Li＝max{CA(S_2i-1),CA(S_2i)}+机械零件尺寸。通常，在镜头设计中，所述机械零件尺寸被定义为对所述透镜的所述光学特性没有贡献。由于此，一者定义了透镜的两个高度：一光学有效范围602的一光学高度H_opt(对应于所述CA值)及覆盖一光学有效范围及一光学非有效范围的整个透镜范围604的所述透镜的一几何(或机械)高度H_L。所述机械零件及其属性定义如下。所述机械零件尺寸对H_Li的贡献通常为200-1000μm。

如图4A、4B及5A、5B所示，穿过一表面S_k(对于1≤k≤2N)的每条光线在撞击点IP上撞击此表面。光线从表面S1进入摄像头200并穿过表面S₂至S_2N。一些光线可以撞击任何表面S_k但不能/将不会到达图像传感器206。对于一给定的表面S_k，仅考虑可以在图像传感器206上形成图像的光线。CH(S_k)被定义为两条最接近的平行线之间的距离(见图5A中位于与所述透镜元件的所述光轴正交的一平面P上的线500及502)。在图4A及4B的表示中，平面P平行于平面X-Y并正交于光轴402，使得所有冲击点IP在平面P上的所述正交投影IP_orth位于所述两条平行线之间。可以为每个表面S_k(前及后表面，1≤k≤2N)定义CH(S_k)。

CH(S_k)的定义不依赖于当前成像的所述物体，因为它指的是“可以”在图像传感器上形成所述图像的所述光线。因此，即使所述当前成像的物***于不产生光的黑色背景中，所述定义也不是指这个黑色背景，因为它指的是“可以”到达图像传感器以形成一图像的任何光线(例如由发光的一背景发出的光线，与黑色背景相反)。

例如，图4A绘示了两个撞击点IP₁及IP₂在与光轴402正交的平面P上的正交投影IP_orth,1、IP _orth,2。举例来说，在图4A的表示中，表面S_k是凸的。

图4B绘示了两个冲击点IP₃及IP₄在平面P上的所述正投影IP_orth,3、IP _orth,4。举例来说，在图4B的表示中，表面S_k是凹的。

在图5A中，一表面S_k的所有冲击点IP在平面P上的正投影IP_orth位于平行线500及502之间。CH(S_k)因而是线500及502之间的所述距离。

如图5B所知及所示，对于每个给定表面S_k(对于1≤k≤2N)，一净光圈CA(S_k)被定义为一圆的所述直径，其中所述圆是位于与所述光轴402正交的一平面P中的最小可能圆且围绕平面P上所有撞击点的所有正交投影IP_orth。如上文相对于CH(S_k)所述，CA(S_k)的定义也不取决于当前成像的所述物件。

如图5B所示，所有撞击点IP在平面P上的外接正投影IP_orth为一圆510。圆510的所述直径定义了CA(S_k)。

图7示出了包括多个切割透镜元件及一透镜外壳704的一镜筒700。第一切割透镜元件L₁ 702是可见的。L₁具有沿所述x-轴(“WL_X”)的宽度，宽度大于沿所述z-轴(“WL_Z”)的所述宽度，即WL_X>WL_Z。所述x-轴、y-轴及y-轴被定向为与图3A-B及3D-E相同。

应理解为了清楚起见，在不同实施例中描述的本发明的特定特征也可组合提供在一个单个的实施例中。反过来，为简洁起见，在一个单个的实施例中描述的本发明的各个特征也可以分开提供、或者以任何合适的次组合的方式提供。

除非另行声明，在选择选项列表的前两位成员之间使用表述“及/或”表明所述列表的选项的一个或多个选择是恰当的，并且可以选择。

应理解在权利要求或说明书提到“一”或“一个”元件之处，这样的提法不应解释为仅有一个那个元件。

在本说明书中所提到的所有专利和专利申请通过引用的方式被全文合并到说明书中，就如同每一项单独的专利或专利申请都被具体并且单独地表明通过引用的方式合并在本文中。此外，在本申请中对于任何参考文献的引述或标识不应当被解释为承认这样的参考文献可用作针对本发明的现有技术。

Claims

1.一种摄像头，包括：

一透镜，包括标记为L_i的多个N透镜元件及一光路折叠元件(OPFE)，其中1≤i≤N，其中一第一透镜元件L₁面对一物侧，且一最后透镜元件L_N面对一像侧，

其中所述多个透镜元件的至少一个位于所述OPFE的一物侧且具有一关联的第一光轴，其中所述多个透镜元件中的其它至少一个位于所述OPFE的一像侧且具有一关联的第二光轴，其中所述透镜具有一有效焦距(EFL)及一f-数(f/#)；以及

一图像传感器，

其中通过透镜元件沿所述第二光学透镜轴的独立移动，所述EFL可以在一最小EFL_MIN及一最大EFL_MAX之间连续变化，且其中

EFL_MAX/EFL_MIN>1.5。

2.如权利要求1的所述摄像头，其中所述摄像头具有一光圈直径DA且被具有一肩高SH的一肩部的一摄像头模块所包括，并且其中DA>SH。

3.如权利要求1的所述摄像头，其中所述透镜被分为标有G1及G2的两个透镜组，并且其中所述EFL的连续变化由G1及G2的独立运动获得。

4.如权利要求3的所述摄像头，其中G1包括三个透镜元件子组G1-1、G1-2、G1-3以及所述OPFE，其中G1-1位于所述OPFE的所述物侧且其中G1-2及G1-3位于所述OPFE的所述像侧。

5.如权利要求3的所述摄像头，其中G2包括透镜元件子组G2-1及G2-2，其中G2-1位于G1-2的一像侧及G1-3的一物侧，其中G2-2位于G1-3的一像侧。

6.如权利要求3的所述摄像头，其中G1及G2是可操作地作为一个透镜相对于所述图像传感器一起移动以进行聚焦。

7.如权利要求3的所述摄像头，其中所述图像传感器是可操作地相对于G1及G2移动，以达到光学图像稳定(OIS)。

8.如权利要求7的所述摄像头，其中用于光学图像稳定的所述图像传感器的移动是在两个方向上进行的，且其中所述两个方向垂直于所述图像传感器上的一法线并且相互垂直。

9.如权利要求2的所述摄像头，其中DA>1.1x SH。

10.如权利要求2的所述摄像头，其中DA>1.2x SH。

11.如权利要求2的所述摄像头，其中DA>1.3x SH。

12.如权利要求1的所述摄像头，被包括在一摄像头模块中，所述摄像头模块具有一肩部，所述肩部有一肩高SH在4mm<SH<10mm的范围内。

13.如权利要求1的所述摄像头，被包括在一摄像头模块中，所述摄像头模块具有一肩部，所述肩部有一肩高SH在5mm<SH<8mm的范围内。

14.如权利要求1的所述摄像头，被包括在一摄像头模块中，所述摄像头模块具有一摄像头模块高度MH在6mm<MH<12mm的范围内。

15.如权利要求1的所述摄像头，被包括在一摄像头模块中，所述摄像头模块具有一摄像头模块高度MH在7mm<MH<11mm的范围内。

16.如权利要求1的所述摄像头，被包括在一摄像头模块中，所述摄像头模块具有一肩部及一摄像头模块高度MH，所述肩部有一肩高SH，其中所述SH在4mm<SH<10mm的范围内，且所述MH在6mm<SH<12mm的范围内，并且其中一比率SH/MH<0.9。

17.如权利要求16的所述摄像头，其中SH/MH<0.8。

18.如权利要求16的所述摄像头，其中SH/MH<0.7。

19.如权利要求1的所述摄像头，其中一f/#在EFL_MIN为f/#_MIN,其中一f/#在EFL_MAX为f/#_MAX，且其中一比率f/#_MAX/f/#_MIN<EFL_MAX/EFL_MIN。

20.如权利要求19的所述摄像头，其中f/#_MAX/f/#_MIN<EFL_MAX/1.1xEFL_MIN。

21.如权利要求4的所述摄像头，其中G1-1包括一个透镜元件且其中G1-2、G1-3、G2-1及G2-2各包括两个透镜元件。

22.如权利要求1的所述摄像头，其中所述透镜为一切割透镜，且其中位于所述OPEE的所述像侧的所有透镜元件沿平行于所述第二光轴的一轴被切割。

23.如权利要求1的所述摄像头，其中所述透镜为一切割透镜，其中位于所述OPEE的一物侧的所有透镜元件沿平行于所述第一光轴的一轴被切割，且其中位于所述OPEE的所述像侧的所有透镜元件沿平行于所述第二光轴的一轴被切割。

24.如权利要求1的所述摄像头，其中所述摄像头被具有一肩高SH的一肩部的一摄像头模块所包括，其中所述透镜为一切割透镜，其中所述透镜相对于一轴对称透镜直径切割30％，且其中相对于具有沿垂直于所述透镜的所述第一光轴及所述第二光轴的一轴量测的一相同透镜直径的一轴对称透镜，所述SH通过切割减少>10％。

25.如权利要求1的所述摄像头，其中所述摄像头具有一光圈直径DA，其中所述摄像头被具有一肩高SH的一肩部的一摄像头模块所包括，其中所述透镜为一切割透镜，并且其中所述透镜相对于一轴对称透镜直径切割30％，且一比率SH/DA降低>10％。

26.如权利要求4的所述摄像头，其中G1-1包括L₁。

27.如权利要求2的所述摄像头，其中DA在5mm<DA<11mm的范围内，并且其中f/#在1.8<f/#<6.0的范围内。

28.如权利要求2的所述摄像头，其中DA在7mm<DA<10mm的范围内，并且其中f/#在2.0<f/#<5.0的范围内。

29.如权利要求1的所述摄像头，其中L₁是由玻璃制成。

30.如权利要求1的所述摄像头，其中L₁的一焦距为f₁，并且其中f₁<1.1xEFL_MIN。

31.如权利要求1的所述摄像头，其中N＝9。

32.如权利要求31的所述摄像头，其中透镜L₁-L₉的一焦度序列为正-负-负-正-负-正-负-负-正。

33.如权利要求1的所述摄像头，其中L₂是位于所述OPFE的所述像侧的第一个透镜元件，并且其中所述OPFE及所述L₂之间的一距离标记为d_M-L，并且其中d_M-L不因EFL的连续变化而改变。

34.如权利要求33的所述摄像头，其中所述摄像头具有一总轨道长度TTL，并且其中d_M-L及TTL的一比率为d_M-L/TTL<7.5％。

35.如权利要求1的所述摄像头，其中所述摄像头具有一总轨道长度TTL，其中L₁是位于所述OPFE的一物侧的唯一透镜元件，其中L₁及所述OPFE之间的一距离为ΔLO，并且其中一比率ΔLO/TTL<1％。

36.如权利要求35的所述摄像头，其中ΔLO/TTL<0.5％.

37.如权利要求1的所述摄像头，其中所述OPFE是一反射镜。

38.如权利要求1的所述摄像头，其中EFL_MAX/EFL_MIN>1.75。

39.如权利要求1的所述摄像头，其中EFL_MAX/EFL_MIN>1.9.

40.如权利要求1的所述摄像头，其中30mm<EFL_MAX<50mm并且其中10mm<EFL_MIN<30mm。

41.如权利要求1的所述摄像头，其中所述图像传感器具有一传感器对角线SD，并且其中SD在3mm<SD<10mm的范围内。

42.一种移动装置，包括权利要求1的所述摄像头，其中所述移动装置具有一装置厚度T及一摄像头凸块区域，其中所述凸块区域具有一抬升厚度T+B，其中所述摄像头的一第一区域被包括在所述摄像头凸块区域中，并且其中所述摄像头的一第二区域没有被包括在所述摄像头凸块中。

43.如权利要求42的所述移动装置，其中N＝9，其中所述摄像头的所述第一区域包括L₁及所述OPEE，并且其中所述摄像头的所述第二区域包括透镜元件L₂-L₉及所述图像传感器。

44.如权利要求42的所述移动装置，其中所述移动装置此外还包括具有一第二有效焦距EFL₂的一第二摄像头，并且其中EFL₂<EFL_MIN。

45.如权利要求42的所述移动装置，其中所述移动装置为一智能手机。