低構(gòu)型折疊光學(xué)器件多相機(jī)系統(tǒng)中的自動(dòng)聚焦技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)揭示例如使用折疊光學(xué)器件配置進(jìn)行自動(dòng)聚焦的成像系統(tǒng)和方法的實(shí)施例。一種系統(tǒng)包含經(jīng)配置以俘獲目標(biāo)圖像場(chǎng)景的至少一個(gè)相機(jī)，所述至少一個(gè)相機(jī)包含：圖像傳感器，其包括傳感器元件陣列；主要光折疊表面，其經(jīng)配置以在第一方向上引導(dǎo)所接收光的一部分；以及光學(xué)元件，其具有輔助光折疊表面，所述輔助光折疊表面在第二方向上引導(dǎo)光。所述系統(tǒng)還可包含透鏡組合件，其具有：至少一個(gè)靜止透鏡，其定位于所述輔助光折疊表面與所述圖像傳感器之間，所述至少一個(gè)靜止透鏡具有機(jī)械耦合到所述光學(xué)元件的第一表面以及機(jī)械耦合到所述圖像傳感器的第二表面；至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡，其定位于所述主要光折疊表面與所述光學(xué)元件之間；以及致動(dòng)器，其經(jīng)配置以移動(dòng)所述至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡以將傳播通過所述透鏡組合件的光聚焦到所述圖像傳感器上。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及成像系統(tǒng)，且特定來說涉及使具有折疊光學(xué)器件的多傳感器成像系統(tǒng)自動(dòng)聚焦。
技術(shù)介紹
例如移動(dòng)電話及平板計(jì)算裝置等許多移動(dòng)裝置包含可由用戶操作以俘獲靜態(tài)及/或視頻圖像的相機(jī)。因?yàn)榇诵┮苿?dòng)裝置通常經(jīng)設(shè)計(jì)成相對(duì)薄的，所以將相機(jī)或成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)成盡可能薄的可能是重要的，以便維持低構(gòu)型移動(dòng)裝置。關(guān)于移動(dòng)相機(jī)、成像系統(tǒng)或裝置可構(gòu)造得多薄的限制性因素中的一者為相機(jī)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)移動(dòng)裝置相機(jī)具有沿著裝置的高度線性地布置的若干光學(xué)元件(例如，鏡頭系統(tǒng)、自動(dòng)聚焦組合件，和圖像傳感器)。因此，包含光學(xué)元件(例如折射光學(xué)組件、支撐結(jié)構(gòu)(例如透鏡)、機(jī)筒或光學(xué)元件隔片)的光學(xué)堆疊高度、透鏡系統(tǒng)的焦距、自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu)和可能其它相機(jī)元件會(huì)限制移動(dòng)裝置可構(gòu)造得多薄。隨著裝置變薄，相機(jī)的焦距可能需要縮短，這可使圖像圓形直徑減小。如果需要增加圖像傳感器像素的數(shù)目，那么通常像素間距將需要制造得較小或?qū)ο罂臻g中場(chǎng)景的相機(jī)視場(chǎng)(FOV)將需要增加。如果不可能減少像素間距，那么相機(jī)的FOV可能需要增加。在某個(gè)點(diǎn)可能不實(shí)際或不可能繼續(xù)通過增加FOV或減小像素間距來減小焦距。因此，可能需要在不必縮短焦距或減小圖像的分辨率的情況下具有較低構(gòu)型圖像俘獲裝置。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
折疊光學(xué)圖像傳感器陣列允許在不必縮短焦距的情況下創(chuàng)建低構(gòu)型圖像俘獲裝置。一些折疊光學(xué)圖像傳感器陣列采用中央鏡或棱鏡，其具有多個(gè)小面以將包括場(chǎng)景的目標(biāo)圖像的入射光分裂為多個(gè)部分以供由陣列中的傳感器俘獲，其中每一小面朝向陣列中的傳感器引導(dǎo)來自目標(biāo)圖像的光的一部分。分裂的光的每一部分可通過透鏡組合件，且從定位于傳感器正上方或下方的表面反射，以使得每一傳感器俘獲圖像的一部分。傳感器視野可重疊以輔助將所俘獲部分拼接在一起成為完整圖像。歸因于光離開多個(gè)表面朝向多個(gè)傳感器的反射和相機(jī)上的高度局限性，傳統(tǒng)自動(dòng)聚焦模塊和技術(shù)不適于此些折疊光學(xué)低構(gòu)型傳感器陣列。折疊光學(xué)器件和此些傳感器陣列的其它結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可使得自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu)難以實(shí)施。如當(dāng)今具有相機(jī)的大多數(shù)移動(dòng)裝置通常完成，在每一傳感器上方向上和向下移動(dòng)自動(dòng)聚焦透鏡組合件將增加系統(tǒng)的高度，且可改變光軸相對(duì)于成像平面的正交線的入射角和/或相對(duì)定位。如上所述，折疊光學(xué)器件陣列相機(jī)中的自動(dòng)聚焦的另一問題是小形狀因子(可能4.5mm或更小)，其中需要跨越圖像高度的超高分辨率。滿足高度約束和性能要求兩者對(duì)于寬視場(chǎng)(FOV)透鏡是難以實(shí)現(xiàn)的。使透鏡聚焦的最直接方式是在傳感器上方上下提升整個(gè)透鏡組合件，但這會(huì)改變一個(gè)相機(jī)的光軸相對(duì)于其它相機(jī)中的每一者的光軸的位置以及增加系統(tǒng)的總高度。需要替代的方法且在下文描述。前述問題尤其通過本文所描述的用于對(duì)每一傳感器提供自動(dòng)聚焦圖像的折疊光學(xué)器件陣列相機(jī)自動(dòng)聚焦技術(shù)解決。通過使用主要和輔助表面朝向陣列中的每一傳感器重定向光，及通過定位用以將入射光聚焦于主要表面與輔助表面之間的透鏡組合件，傳感器陣列可定位于平行于透鏡組合件的可移動(dòng)部分的平坦襯底上。此陣列相機(jī)的較長(zhǎng)焦距使得有可能實(shí)施例如光學(xué)變焦等特征且并入較復(fù)雜的光學(xué)器件，所述較復(fù)雜的光學(xué)器件需要比傳統(tǒng)移動(dòng)相機(jī)通常所提供的空間更大的空間，例如添加較多光學(xué)元件。舉例來說，多個(gè)透鏡的使用可增加相機(jī)的焦距且因此減小相機(jī)的FOV，如當(dāng)所需更高分辨率時(shí)針對(duì)光學(xué)變焦透鏡所完成，且同樣當(dāng)FOV需要更寬時(shí)可減小焦距。此外，跨越系統(tǒng)的視場(chǎng)使用多個(gè)透鏡可增加跨越多相機(jī)陣列的整個(gè)視場(chǎng)的總有效分辨率。在一些實(shí)施例中，透鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)折疊光學(xué)系統(tǒng)的機(jī)械容差內(nèi)的透鏡組合件的可移動(dòng)部分的橫向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)維持例如通過具有可接受調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)值和20cm與無窮大之間的聚焦范圍而界定的良好圖像性能。所述可移動(dòng)部分可在平行于由圖像傳感器形成的平面的方向上移動(dòng)。所述透鏡系統(tǒng)可另外包含透鏡組合件的靜止部分。在一些實(shí)施例中，可并入兩個(gè)或更多個(gè)可移動(dòng)透鏡組合件以實(shí)施縮放和AF。在一些實(shí)施方案中，透鏡組合件的靜止部分可為極為接近圖像傳感器放置的場(chǎng)校正器透鏡，例如附著到定位于傳感器上方的玻璃蓋板。使用上述兩部分透鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自動(dòng)聚焦組合件可在一些實(shí)施例中實(shí)施導(dǎo)軌和致動(dòng)器。舉例來說，透鏡組合件的可移動(dòng)部分可耦合到致動(dòng)器，所述致動(dòng)器使所述可移動(dòng)部分移動(dòng)通過某一位置范圍以實(shí)現(xiàn)不同焦距。在一些實(shí)施例中，所述可移動(dòng)部分可通過沿著輔助傳感器棱鏡的邊緣經(jīng)過的導(dǎo)軌耦合到致動(dòng)器，所述輔助傳感器棱鏡定位于所述傳感器下方。通過沿著輔助傳感器棱鏡的邊緣移動(dòng)導(dǎo)軌，自動(dòng)聚焦組合件可橫向地(例如，在平行于由圖像傳感器形成的平面的方向上)移動(dòng)透鏡組合件的可移動(dòng)部分，同時(shí)限制傾斜、橫搖、俯仰和偏航在透鏡設(shè)計(jì)的容差內(nèi)且遠(yuǎn)離光軸的平移橫向移動(dòng)在透鏡設(shè)計(jì)的容差內(nèi)。在一些實(shí)施例中，使用如上文所描述的兩部分透鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自動(dòng)聚焦組合件可針對(duì)折疊光學(xué)陣列中的每一傳感器而提供。一個(gè)創(chuàng)新包含一種成像系統(tǒng)，其包含經(jīng)配置以俘獲目標(biāo)圖像場(chǎng)景的至少一個(gè)相機(jī)。所述至少一個(gè)相機(jī)包含：圖像傳感器，其包括傳感器元件陣列；主要光折疊表面，其經(jīng)配置以在第一方向上引導(dǎo)所接收光的一部分；光學(xué)元件，其具有輔助光折疊表面，所述輔助光折疊表面經(jīng)定位以在第二方向上重定向從所述主要光折疊表面接收的光；以及透鏡組合件。所述透鏡組合件包含：至少一個(gè)靜止透鏡，其定位于所述輔助光折疊表面與所述圖像傳感器之間，所述至少一個(gè)靜止透鏡具有機(jī)械耦合到所述光學(xué)元件的第一表面以及機(jī)械耦合到所述圖像傳感器的第二表面，以及至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡，其定位于所述主要光折疊表面與所述光學(xué)元件之間。所述至少一個(gè)相機(jī)進(jìn)一步包含致動(dòng)器，其經(jīng)配置以移動(dòng)所述至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡以將傳播通過所述透鏡組合件的光聚焦到所述圖像傳感器上。具有一或多個(gè)額外方面的各種實(shí)施例是預(yù)期的。在一些實(shí)施例中，所述光學(xué)元件進(jìn)一步包含輸出表面，由所述輔助光折疊表面在所述第二方向上重定向的光通過所述輸出表面朝向所述圖像傳感器傳播，且其中所述至少一個(gè)靜止透鏡連接到所述輸出表面。所述成像系統(tǒng)可包含安置于所述圖像傳感器與所述至少一個(gè)靜止透鏡之間的覆蓋玻璃。所述覆蓋玻璃可包含耦合到所述至少一個(gè)靜止透鏡的輸出表面的第一覆蓋玻璃表面，以及耦合到所述圖像傳感器的第二覆蓋玻璃表面。所述覆蓋玻璃可包含耦合到所述圖像傳感器的第二覆蓋玻璃表面。所述光學(xué)元件、至少一個(gè)靜止透鏡、覆蓋玻璃以及圖像傳感器可呈堆疊方式機(jī)械耦合在一起。在一些實(shí)施例中，所述傳感器元件陣列具有傳感器元件間距，其中所述圖像傳感器具有至少部分地基于所述傳感器元件間距而確定的奈奎斯特取樣率，且其中所述光學(xué)系統(tǒng)經(jīng)配置以在所述圖像傳感器奈奎斯特取樣率下具有約30％或更小的MTF性能。在一些實(shí)施例中，所述傳感器元件間距為約1.4μm或更小。另一方面在于所述至少一個(gè)相機(jī)可進(jìn)一步包含耦合于所述致動(dòng)器與所述透鏡組合件的所述至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡之間的至少一個(gè)導(dǎo)軌，所述至少一個(gè)導(dǎo)軌經(jīng)定位以可滑動(dòng)地接合所述相機(jī)內(nèi)的表面以約束所述至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡遠(yuǎn)離光軸或圍繞所述光軸旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)，所述光軸大體上平行于所述第一方向。所述至少一個(gè)相機(jī)可包含經(jīng)配置以俘獲所述目標(biāo)圖像場(chǎng)景的對(duì)應(yīng)多個(gè)部分的多個(gè)相機(jī)，且所述成像系統(tǒng)進(jìn)一步包括經(jīng)配置以至少部分地基于所述對(duì)應(yīng)多個(gè)部分產(chǎn)生所述目標(biāo)圖像場(chǎng)景的最終圖像的處理器。在一些實(shí)施例中，所述傳感器元件間距可為近似1.0μm或更小。在本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種成像系統(tǒng)，其包括：至少一個(gè)相機(jī)，其經(jīng)配置以俘獲目標(biāo)圖像場(chǎng)景，所述至少一個(gè)相機(jī)包括圖像傳感器，其包括傳感器元件陣列；主要光折疊表面，其經(jīng)配置以在第一方向上引導(dǎo)所接收光的一部分；光學(xué)元件，其具有輔助光折疊表面，所述輔助光折疊表面經(jīng)定位以在第二方向上重定向從所述主要光折疊表面接收的光；以及透鏡組合件，其包括至少一個(gè)靜止透鏡，其定位于所述輔助光折疊表面與所述圖像傳感器之間，所述至少一個(gè)靜止透鏡具有機(jī)械耦合到所述光學(xué)元件的第一表面以及機(jī)械耦合到所述圖像傳感器的第二表面，以及至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡，其定位于所述主要光折疊表面與所述光學(xué)元件之間；以及致動(dòng)器，其經(jīng)配置以移動(dòng)所述至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡以將傳播通過所述透鏡組合件的光聚焦到所述圖像傳感器上。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】2014.04.04 US 61/975,680;2014.04.04 US 61/975,669;1.一種成像系統(tǒng)，其包括：至少一個(gè)相機(jī)，其經(jīng)配置以俘獲目標(biāo)圖像場(chǎng)景，所述至少一個(gè)相機(jī)包括圖像傳感器，其包括傳感器元件陣列；主要光折疊表面，其經(jīng)配置以在第一方向上引導(dǎo)所接收光的一部分；光學(xué)元件，其具有輔助光折疊表面，所述輔助光折疊表面經(jīng)定位以在第二方向上重定向從所述主要光折疊表面接收的光；以及透鏡組合件，其包括至少一個(gè)靜止透鏡，其定位于所述輔助光折疊表面與所述圖像傳感器之間，所述至少一個(gè)靜止透鏡具有機(jī)械耦合到所述光學(xué)元件的第一表面以及機(jī)械耦合到所述圖像傳感器的第二表面，以及至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡，其定位于所述主要光折疊表面與所述光學(xué)元件之間；以及致動(dòng)器，其經(jīng)配置以移動(dòng)所述至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡以將傳播通過所述透鏡組合件的光聚焦到所述圖像傳感器上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中所述傳感器元件陣列具有傳感器元件間距，其中所述圖像傳感器具有至少部分地基于所述傳感器元件間距而確定的奈奎斯特取樣率，且其中所述光學(xué)系統(tǒng)經(jīng)配置以在所述圖像傳感器奈奎斯特取樣率下具有約30％或更小的MTF性能。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中所述光學(xué)元件進(jìn)一步包括輸出表面，由所述輔助光折疊表面在所述第二方向上重定向的光通過所述輸出表面朝向所述圖像傳感器傳播，且其中所述至少一個(gè)靜止透鏡連接到所述輸出表面。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括安置于所述圖像傳感器與所述至少一個(gè)靜止透鏡之間的覆蓋玻璃。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的成像系統(tǒng)，其中所述覆蓋玻璃包括耦合到所述至少一個(gè)靜止透鏡的第一覆蓋玻璃表面。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像系統(tǒng)，其中所述覆蓋玻璃包括耦合到所述圖像傳感器的第二覆蓋玻璃表面。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的成像系統(tǒng)，其中所述光學(xué)元件、所述至少一個(gè)靜止透鏡、所述覆蓋玻璃以及所述圖像傳感器呈堆疊方式機(jī)械耦合在一起而相對(duì)于彼此靜止。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中所述傳感器元件間距為約1.4μm或更小。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)相機(jī)進(jìn)一步包括耦合于所述致動(dòng)器與所述透鏡組合件的所述至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡之間的至少一個(gè)導(dǎo)軌，所述至少一個(gè)導(dǎo)軌經(jīng)定位以可滑動(dòng)地接合所述相機(jī)內(nèi)的表面以約束所述至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡遠(yuǎn)離光軸或圍繞所述光軸旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)，所述光軸大體上平行于所述第一方向。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)相機(jī)包括經(jīng)配置以俘獲所述目標(biāo)圖像場(chǎng)景的對(duì)應(yīng)多個(gè)部分的多個(gè)相機(jī)，且所述成像系統(tǒng)進(jìn)一步包括經(jīng)配置以至少部分地基于所述對(duì)應(yīng)多個(gè)部分產(chǎn)生所述目標(biāo)圖像場(chǎng)景的最終圖像的處理器。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中所述傳感器元件間距為近似1.4μm或更小。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中f數(shù)為2.5或更小。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)靜止透鏡包括：平凹透鏡，其具有平行于所述圖像傳感器且接近于所述光學(xué)元件安置的大體上平坦表面，以及凹表面，其與所述大體上平坦表面相對(duì)安置且接近于所述圖像傳感器安置。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)靜止透鏡包括至少一個(gè)透鏡，每所述至少一個(gè)透鏡具有至少一個(gè)彎曲表面，所述至少一個(gè)透鏡安置于所述光學(xué)元件與所述圖像傳感器之間。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中輔助光折疊表面包括鏡表面。16.一種成像系統(tǒng)，其包括：至少一個(gè)相機(jī)，其經(jīng)配置以俘獲目標(biāo)圖像場(chǎng)景，所述至少一個(gè)相機(jī)包括圖像傳感器，其包括傳感器元件陣列；主要光折疊表面，其經(jīng)配置以在第一方向上引導(dǎo)所接收光的一部分；用于重定向光的裝置，其經(jīng)配置以將在第二方向上從所述主要光折疊表面接收的光重定向到所述圖像傳感器；透鏡組合件，其包括至少一個(gè)靜止透鏡，其定位于所述輔助光折疊表面與所述圖像傳感器之間，所述至少一個(gè)靜止透鏡具有機(jī)械耦合到所述用于重定向光的裝置的第一表面以及機(jī)械耦合到所述圖像傳感器的第二表面，以及至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡，其定位于所述主要光折疊表面與所述光學(xué)元件之間；以及用...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：T·W·奧斯本，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：高通股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：美國(guó);US