本發(fā)明涉及成像系統(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。

背景技術(shù)：

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中場景的相機(jī)視場(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)要素：

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，且可改變光軸相對于成像平面的正交線的入射角和/或相對定位。

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于寬視場(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)的視場使用多個(gè)透鏡可增加跨越多相機(jī)陣列的整個(gè)視場的總有效分辨率。

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)圖像場景的對應(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應(yīng)多個(gè)部分產(chǎn)生所述目標(biāo)圖像場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。在一些實(shí)施例中，所述至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡的直徑是4.5mm或更小。

在所述系統(tǒng)的一些實(shí)施例中，所述至少一個(gè)靜止透鏡包含：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安置且接近于所述圖像傳感器安置。另一方面在于所述輔助光折疊表面可包含鏡。在一些實(shí)施例中，所述光學(xué)元件進(jìn)一步包含耦合到所述鏡的支撐結(jié)構(gòu)，且其中所述圖像傳感器和所述鏡機(jī)械耦合在一起而相對于彼此靜止。

另一創(chuàng)新是一種成像系統(tǒng)，其包含經(jīng)配置以俘獲目標(biāo)圖像場景的至少一個(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；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。所述成像系統(tǒng)可進(jìn)一步包含用于移動(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的裝置。在一些實(shí)施例中，所述用于重定向光的裝置包括輸出表面，用于重定向光的裝置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。在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于保護(hù)安置于所述圖像傳感器與所述至少一個(gè)靜止透鏡之間的所述圖像傳感器的裝置。所述用于保護(hù)所述圖像傳感器的裝置包含覆蓋玻璃。所述覆蓋玻璃可包含耦合到所述至少一個(gè)靜止透鏡的所述輸出表面的第一覆蓋玻璃表面。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。在各種實(shí)施例中，所述用于重定向光的裝置、所述至少一個(gè)靜止透鏡、所述覆蓋玻璃以及圖像傳感器機(jī)械耦合在一起而相對于彼此靜止。在一些實(shí)施例中，所述至少一個(gè)靜止透鏡包含：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安置且接近于所述圖像傳感器安置。

另一創(chuàng)新是一種方法，其包含提供至少一個(gè)相機(jī)，其經(jīng)配置以俘獲目標(biāo)圖像場景，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，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；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)一步具有致動(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。所述方法進(jìn)一步包含通過在維持所述光學(xué)元件、所述至少一個(gè)靜止透鏡和所述圖像傳感器的相對定位的同時(shí)移動(dòng)所述至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡使所述至少一個(gè)相機(jī)聚焦于所述目標(biāo)圖像場景上。所述至少一個(gè)相機(jī)可包含多個(gè)相機(jī)，且所述方法進(jìn)一步包含從所述多個(gè)相機(jī)接收圖像且形成包括從所述多個(gè)相機(jī)接收的所述圖像的至少一部分的圖像。

另一創(chuàng)新包含一種成像系統(tǒng)，其具有經(jīng)配置以俘獲目標(biāo)圖像場景的至少一個(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，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確定的奈奎斯特取樣率；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在所述輔助光折疊表面上接收的光；以及透鏡組合件，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；以及至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡，其經(jīng)定位以使得由所述輔助折疊表面接收的光傳播通過所述至少一個(gè)可移動(dòng)透鏡。所述成像系統(tǒng)還可包含致動(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。

附圖說明

將在下文中結(jié)合附圖和附錄來描述所揭示方面，提供附圖和附錄是為了說明而不是限制所揭示方面，其中相同符號表示相同元件。

圖1A說明展示一個(gè)傳感器組合件和相關(guān)聯(lián)自動(dòng)聚焦裝置的折疊光學(xué)傳感器組合件的實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D。

圖1B說明展示兩個(gè)傳感器組合件和相關(guān)聯(lián)自動(dòng)聚焦裝置的折疊光學(xué)傳感器組合件的實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D。

圖1C說明圖1B的傳感器組合件的光學(xué)組件的實(shí)施例的俯視圖。

圖1D說明圖1C的光學(xué)組件的實(shí)施例的側(cè)視圖。

圖1E說明圖1D的光學(xué)組件的實(shí)施例的橫截面圖。

圖1F說明圖1C的光學(xué)組件的實(shí)施例的實(shí)例隔膜的橫截面圖。

圖1G說明圖1C的光學(xué)組件的實(shí)施例的實(shí)例隔膜的橫截面圖。

圖2說明圖像俘獲裝置的一個(gè)實(shí)施例的框圖。

圖3說明借助自動(dòng)聚焦的折疊光學(xué)圖像俘獲過程的實(shí)施例。

圖4說明折疊光學(xué)傳感器組合件的實(shí)施例的透視圖。

圖5說明使用多個(gè)傳感器組合件的成像系統(tǒng)的透視圖。

圖6說明折疊光學(xué)傳感器陣列實(shí)施例的投影視場的實(shí)施例。

圖7A說明具有定位在-30μm處且在6767mm的距離處聚焦的透鏡組合件的折疊光學(xué)傳感器陣列的實(shí)施例。

圖7B說明用于圖7A的折疊光學(xué)傳感器陣列實(shí)施例的光學(xué)器件(例如，透鏡組合件和傳感器棱鏡)的模擬MTF對視場角性能數(shù)據(jù)。

圖7C說明MTF對以每mm循環(huán)計(jì)的空間頻率，其中針對圖7A的折疊光學(xué)傳感器陣列實(shí)施例的矢狀面和切向性能數(shù)據(jù)相對于選定的視場角展示多個(gè)MTF曲線。

圖7D說明具有定位在0.0μm處且在1000mm的距離處聚焦的透鏡組合件的折疊光學(xué)傳感器陣列的實(shí)施例。

圖7E說明圖7D的折疊光學(xué)傳感器陣列實(shí)施例的光學(xué)器件的模擬MTF對視場角性能數(shù)據(jù)。

圖7F說明MTF對以每mm循環(huán)計(jì)的空間頻率，其中針對圖7D的折疊光學(xué)傳感器陣列實(shí)施例的矢狀面和切向性能數(shù)據(jù)相對于選定的視場角展示多個(gè)MTF曲線。

圖7G說明具有定位在142μm處且在200mm的距離處聚焦的透鏡組合件的折疊光學(xué)傳感器陣列的實(shí)施例。

圖7H說明圖7G的折疊光學(xué)傳感器陣列實(shí)施例的光學(xué)器件的模擬MTF對視場角性能數(shù)據(jù)。

圖7I說明MTF對以每mm循環(huán)計(jì)的空間頻率，其中針對圖7G的折疊光學(xué)傳感器陣列實(shí)施例的矢狀面和切向性能數(shù)據(jù)相對于選定的視場角展示多個(gè)MTF曲線。

圖7J說明具有定位于+35μm處且在500mm的距離處聚焦的透鏡組合件的折疊光學(xué)傳感器陣列的實(shí)施例。

圖7K說明圖7J的折疊光學(xué)傳感器陣列實(shí)施例的MTF對視場角性能數(shù)據(jù)。

圖7L說明MTF對以每mm循環(huán)計(jì)的空間頻率，其中針對圖7J的折疊光學(xué)傳感器陣列實(shí)施例的矢狀面和切向性能數(shù)據(jù)相對于選定的視場角展示多個(gè)MTF曲線。

圖7M說明圖7A、7D、7G和7J中所示的折疊光學(xué)傳感器陣列實(shí)施例的相對照明。

圖8A到8C說明其中折疊光學(xué)傳感器組合件移動(dòng)以獲得自動(dòng)聚焦的實(shí)施例。

圖9說明隨著光通過折疊光學(xué)圖像傳感器的透鏡組合件的實(shí)施例的光的光線軌跡。

圖10A說明圖像傳感器上的PSF圖案的實(shí)例。

圖10B到10F說明用于圖像分辨率的瑞利性能準(zhǔn)則。

圖11說明具有如本文中所描述的光學(xué)系統(tǒng)的陣列相機(jī)的衍射限制性能數(shù)據(jù)。

圖12說明單個(gè)像素的MTF性能數(shù)據(jù)。

圖13A到13E說明光學(xué)器件和傳感器組合的一個(gè)實(shí)施例的MTF性能準(zhǔn)則。

具體實(shí)施方式

介紹

如本文所描述的用于折疊光學(xué)器件多相機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)和技術(shù)的實(shí)施例可包含兩部分透鏡系統(tǒng)，和針對多相機(jī)系統(tǒng)中的每一圖像傳感器提供的自動(dòng)聚焦組合件。所述多相機(jī)系統(tǒng)可包含與多個(gè)圖像傳感器中的每一者相關(guān)聯(lián)的主要和輔助光折疊表面。主要光折疊表面可為反射鏡或折射棱鏡，可安裝到襯底，且可將來自目標(biāo)圖像場景的入射光分裂為對應(yīng)于多相機(jī)系統(tǒng)中的圖像傳感器的數(shù)目的多個(gè)部分。輔助光折疊表面可為反射鏡或折射棱鏡，且可朝向所述圖像傳感器重定向來自主要光折疊表面的光的部分，例如其中所述圖像傳感器平坦安裝在主要光折疊表面安裝到的同一襯底上。

此實(shí)施例的一個(gè)重要方面在于，通過使用一或多個(gè)反射表面或棱鏡朝向陣列中的每一傳感器重定向光，有可能在共同平坦襯底上定位全部圖像傳感器。在一些實(shí)施例中，所有傳感器表面形成于一個(gè)共同裸片上，其中電路可在所有傳感器之間共享，從而可能減少所述裸片中和之外的裸片面積、功率要求和接口。

如上所述，例如沿著圖像傳感器的光軸在圖像傳感器上方向上或向下移動(dòng)透鏡的傳統(tǒng)方法可能是不合意的，因?yàn)槠淇稍黾酉鄼C(jī)模塊高度且潛在地產(chǎn)生其它不合意的特性或方面。

折疊光學(xué)器件系統(tǒng)中的自動(dòng)聚焦的另一潛在問題可為需要跨越投影于圖像傳感器表面上的圖像的全視場(FOV)實(shí)現(xiàn)高調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)分辨率性能。透鏡組合件的最大MTF性能受到透鏡組合件的衍射限制的限定，所述衍射限制由通過所述透鏡組合件的光的f數(shù)和波長確定。透鏡組合件從所述透鏡組合件的第一表面到所述透鏡組合件的最后表面由一或多個(gè)光學(xué)元件組成，其將圖像投影到另一表面上，例如圖像傳感器表面。元件可由可例如折射光或反射光的一或多個(gè)光學(xué)表面制成。

雖然透鏡組合件實(shí)際MTF性能可小于跨越所使用的圖像高度的全范圍的衍射限制，但需要設(shè)計(jì)所述透鏡從而使得有可能制造極其接近跨越透鏡組合件的完全FOV的透鏡組合件的衍射限制的一組樣本或大量透鏡組合件。

隨著透鏡組合件的MTF性能要求朝向其最大性能(例如，衍射限制)增加，這會(huì)帶來對透鏡組合件的機(jī)械自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu)和/或光學(xué)組件的容差的更高要求，包含相機(jī)設(shè)計(jì)的其它方面。可需要較緊密容差的光學(xué)組件或其它相機(jī)設(shè)計(jì)方面的實(shí)例是自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu)、透鏡表面、透鏡材料、透鏡表面相對于彼此的對準(zhǔn)，以及自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu)與透鏡組合件作為單個(gè)操作單元的組合制造。所述機(jī)械自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu)可能例如產(chǎn)生透鏡傾斜誤差(例如，圍繞光軸的旋轉(zhuǎn)誤差)和/或平移誤差(例如，圍繞光軸的X、Y和Z線性方向誤差)。在既定用于范圍從僅幾個(gè)樣本到大量樣本的制造的設(shè)計(jì)中，一般良好實(shí)踐是建立針對例如透鏡傾斜和透鏡平移等所有關(guān)鍵變化的限制，并且然后確定用于可產(chǎn)生例如透鏡傾斜或平移等這些變化的所有組件、元件或方面以及可受那些變化影響的那些組件、元件或方面的容差預(yù)算。所述影響通常在MTF減少中在量上表達(dá)為一或多個(gè)關(guān)鍵變化改變。在確定用于所有機(jī)械和光學(xué)組件、元件或設(shè)計(jì)方面的容差預(yù)算之后，可隨后設(shè)計(jì)那些組件、元件或方面，因此它們以某一水平的統(tǒng)計(jì)置信度保持在預(yù)算的容差內(nèi)。此些實(shí)踐的使用可例如增加最終制成品的產(chǎn)量，例如完成的單或多相機(jī)自動(dòng)聚焦模塊。通過以此方式來看此系統(tǒng)，透鏡組合件可經(jīng)設(shè)計(jì)以對前述變化所導(dǎo)致的因數(shù)較不敏感或者對前述變化貢獻(xiàn)較少。

當(dāng)本文使用自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu)或其它類似描述或參考時(shí)，此參考可包含與聚焦透鏡的過程相關(guān)聯(lián)或不相關(guān)聯(lián)的所有相關(guān)聯(lián)動(dòng)裝置、組件、元件或方面。例如，自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu)可包含可造成或傳遞運(yùn)動(dòng)的一或多個(gè)馬達(dá)、一或多個(gè)致動(dòng)器、聯(lián)動(dòng)裝置、裝置、組件、元件或方面，其中此運(yùn)動(dòng)又將移動(dòng)或造成動(dòng)作以將透鏡系統(tǒng)帶入某一水平的聚焦。其它因數(shù)可影響透鏡組合件MTF而無需馬達(dá)或來自馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)。聚焦的水平可以各種方式表達(dá)，例如在MTF、脈沖擴(kuò)展函數(shù)(PSF)方面或通過其它合適的量度來表達(dá)。

盡管本文論述主要在MTF性能的上下文中進(jìn)行，但此出于說明性目的，且透鏡性能可在其它實(shí)施例中通過例如PSF、線擴(kuò)展函數(shù)(LSF)等類似概念或其它直接或間接表達(dá)類似概念的方式來表達(dá)。

本文中所描述的實(shí)施例可用于折疊光學(xué)、高M(jìn)TF分辨率自動(dòng)聚焦設(shè)計(jì)，其中透鏡組合件設(shè)計(jì)和自動(dòng)聚焦機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可一起工作以減少可致使MTF分辨率減小的變化和/或針對可發(fā)生的變化的類型和量值減小透鏡組合件、元件、方面的MTF靈敏度?？蓪?dǎo)致MTF性能損失或縮減的一系列可能變化可來自于次級源、第三源或類似者，這些源受前述可能變化或其它變化影響且進(jìn)而影響或減小MTF性能。

設(shè)計(jì)折疊光學(xué)系統(tǒng)的過程的一個(gè)實(shí)例是，以圖像傳感器像素間距開始。所述透鏡將需要充當(dāng)光域中的抗混疊過濾器。如果在透鏡設(shè)計(jì)過程的開始不考慮圖像傳感器像素間距，那么所得透鏡設(shè)計(jì)可將焦平面處在圖像傳感器的奈奎斯特取樣率以下的以每mm循環(huán)計(jì)的場景頻率內(nèi)容過濾掉?；蛱娲兀猛哥R設(shè)計(jì)可允許奈奎斯特場景頻率上方的過多內(nèi)容(以每mm循環(huán)計(jì))通過，在此情況下圖像可能具有可辨的混疊假象。在一些實(shí)施例中，透鏡系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)在奈奎斯特取樣率下將MTF減少到20％(或稍微更小)。衍射限制隨后可用作透鏡設(shè)計(jì)的起始點(diǎn)，其中可確定將滿足20％或稍微更小規(guī)則的f數(shù)。一旦f數(shù)確定，那么可估計(jì)將增加衍射限制的量以使得最終透鏡組合件設(shè)計(jì)將在尼奎斯特率下具有20％MTF或更小。舉例來說，如果在奈奎斯特取樣率處或附近透鏡MTF是10％或小于衍射限制，那么潛在地可減小f數(shù)以幫助實(shí)現(xiàn)所述20％或稍微更小規(guī)則。

衍射限制增加越多，通光孔徑將需要增加更寬，前提是有效焦距保持近似恒定。隨著通光孔徑增加，透鏡組合件的高度可增加。為了保持折疊光學(xué)器件盡可能薄，因此重要的是設(shè)計(jì)透鏡組合件因此MTF性能盡可能接近于衍射限制。否則，不可能針對整個(gè)單或多相機(jī)自動(dòng)聚焦模塊滿足模塊高度或薄度要求。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到f數(shù)等于有效焦距除以成像系統(tǒng)的通光孔徑，所述成像系統(tǒng)例如相機(jī)透鏡系統(tǒng)或組合件。

對于本文呈現(xiàn)的實(shí)施例，透鏡組合件經(jīng)設(shè)計(jì)以保持跨越高達(dá)奈奎斯特取樣率的所有空間頻率(以每mm循環(huán)計(jì))和直到衍射限制消失點(diǎn)的所有較高頻率(以每mm循環(huán)計(jì))盡可能接近于衍射限制。另外，MTF性能經(jīng)設(shè)計(jì)以保持跨越透鏡組合件的全FOV且在從無窮遠(yuǎn)到200mm的靠近距離的所有焦距處盡可能接近于衍射限制。

本文作為實(shí)例呈現(xiàn)的實(shí)施例是基于使用成像傳感器正方形像素陣列，其中像素間距是1.1μm且像素填充因數(shù)是100％。本文所描述的實(shí)施例因此是基于每mm 454循環(huán)的奈奎斯特取樣率。關(guān)于樣本理論的所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到例如1.1μm等正方形孔徑寬度可引入取樣MTF滾降?？捎?jì)算此取樣MTF滾降?？蛇M(jìn)一步增加衍射限制以補(bǔ)償取樣MTF滾降，以使得在奈奎斯特取樣率下透鏡MTF滾降加取樣MTF滾降將一起產(chǎn)生凈20％MTF；或視具體情況某種其它稍微更小的MTF水平。

還應(yīng)認(rèn)識到，本文呈現(xiàn)的實(shí)施例不限于任何像素大小、形狀、間距、矩形陣列、非矩形陣列，或其中像素大小或形狀可在圖像傳感器的表面上彼此不同的布置。實(shí)施例既定指出可用以設(shè)計(jì)此系統(tǒng)的因數(shù)或方面以及本文所描述的系統(tǒng)的益處、屬性和要求。實(shí)施例不限于當(dāng)描述或參考那些實(shí)施例時(shí)所涵蓋的像素大小或其它因數(shù)。

本文呈現(xiàn)的實(shí)施例可使用折射傳感器棱鏡或傳感器上方的反射鏡來實(shí)施。折射傳感器棱鏡可使用全內(nèi)反射性質(zhì)來朝向傳感器表面或折射棱鏡形光學(xué)元件上的反射表面反射光。

對于本文呈現(xiàn)的實(shí)施例，傳感器棱鏡反射表面并且還有傳感器鏡表面可具有對旋轉(zhuǎn)和平移變化的最大靈敏度。這些變化可來自自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu)、馬達(dá)的操作以及馬達(dá)與其它機(jī)械和/或光學(xué)組件、元件或方面的交互，以及例如運(yùn)動(dòng)、溫度和沖擊等其它環(huán)境條件。旋轉(zhuǎn)和平移變化可來自其它相關(guān)或不相關(guān)的源。其它方面也可對MTF性能具有影響。

本文中所描述的實(shí)施例利用既定減少前述變化的方法。

在一些實(shí)例中，所述兩部分透鏡系統(tǒng)可包含定位于一個(gè)圖像傳感器的折疊光學(xué)路徑的主要與輔助光折疊表面之間的可移動(dòng)部分。透鏡組合件的可移動(dòng)部分可在主要與輔助光折疊表面之間橫向地移動(dòng)(例如，在平行于由圖像傳感器形成的平面的方向上)以改變由傳感器俘獲的圖像的焦深。所述可移動(dòng)部分可包含經(jīng)選擇以產(chǎn)生所需焦距和分辨率的若干透鏡。所述兩部分透鏡系統(tǒng)也可包含固定部分，例如非常接近于傳感器定位的場校正器透鏡。在一些實(shí)施例中，所述場校正器透鏡可附著(例如，膠合或機(jī)械保持在適當(dāng)?shù)奈恢?到定位于傳感器上方的玻璃蓋板。

在一些實(shí)施例中，用以移動(dòng)透鏡系統(tǒng)的可移動(dòng)部分的自動(dòng)聚焦組合件可包含致動(dòng)器和導(dǎo)軌或其它導(dǎo)引裝置。所述致動(dòng)器可為音圈馬達(dá)(VCM)、微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)、壓電馬達(dá)或形狀記憶合金(SMA)。所述致動(dòng)器可在輔助光折疊表面的與透鏡組合件的可移動(dòng)部分相對的側(cè)上耦合到襯底，且可通過導(dǎo)軌耦合到可移動(dòng)部分。導(dǎo)軌可將致動(dòng)器運(yùn)動(dòng)平移到可移動(dòng)部分，且在一些實(shí)施例中可嚙合(例如可滑動(dòng)地嚙合)輔助光折疊表面的表面以便將可移動(dòng)部分的傾角(例如，橫搖、俯仰、偏航和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))和橫向平移移動(dòng)約束在透鏡設(shè)計(jì)的容差內(nèi)。

下文將出于說明的目的結(jié)合圖式描述各種實(shí)施例。應(yīng)了解，所揭示概念的許多其它實(shí)施方案是可能的，且可以所揭示實(shí)施方案實(shí)現(xiàn)各種優(yōu)點(diǎn)。

自動(dòng)聚焦組合件的概述

現(xiàn)參看圖1A和1B，現(xiàn)將更詳細(xì)地描述用于折疊光學(xué)器件多傳感器組合件100A、100B的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)的實(shí)施例的一個(gè)實(shí)例。圖1A說明具有自動(dòng)聚焦能力的折疊光學(xué)傳感器組合件100A的實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D，其展示一個(gè)傳感器組合件和相關(guān)聯(lián)自動(dòng)聚焦裝置。圖1B說明具有自動(dòng)聚焦能力的折疊光學(xué)傳感器組合件100B的實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D，其展示兩個(gè)傳感器組合件和相關(guān)聯(lián)自動(dòng)聚焦裝置。

如圖1A的實(shí)例中所示，圖像傳感器125定位在襯底150上。襯底150在橫截面中所示的一個(gè)邊緣處鄰近于經(jīng)配置以重定向光入射光的光學(xué)元件，且其包含主要光折疊表面124。如所說明，主要光折疊表面124是折射棱鏡145的部分。如所說明，傳感器125安裝在形成于印刷電路板195中的矩形狹槽117內(nèi)。立柱凸塊107連接到例如傳感器125的一個(gè)部分且用以與印刷電路板195上的導(dǎo)電襯墊形成接觸。印刷電路板195可安裝在襯底150上且保持相對于襯底150靜止。這僅是傳感器125可如何安裝到襯底150且與例如印刷電路板195形成電接觸的一個(gè)實(shí)例。在一些實(shí)施例中，傳感器125可使用粘合劑附著到襯底150。在一些實(shí)施例中，傳感器125可形成為襯底150的部分，例如襯底150可為適合于在其一部分中形成傳感器125的硅裸片或其它半導(dǎo)體材料。如所說明，傳感器125由覆蓋玻璃126覆蓋，且透鏡L6定位在覆蓋玻璃126的與傳感器125相對的另一側(cè)上。在一些實(shí)例中，覆蓋玻璃126包含耦合在一起的兩個(gè)或更多個(gè)組件。在一些實(shí)例中，覆蓋玻璃126在制造期間耦合到傳感器125，以便防止傳感器的光接收表面的污染。然而，在一些實(shí)施例中，可省略覆蓋玻璃126且透鏡L6可直接耦合到傳感器125。

透鏡L6可為場校正器透鏡。在一些實(shí)施例中，透鏡L6是L1-L6透鏡系統(tǒng)的靜止組件。在一些實(shí)施例中，透鏡L6可包含形成透鏡群組的多個(gè)透鏡元件，所述透鏡群組是靜止的(“靜止透鏡群組”)，即不移動(dòng)以執(zhí)行自動(dòng)聚焦操作。L6可為形成靜止透鏡群組的一個(gè)透鏡或多個(gè)透鏡，其中每一透鏡連接在一起作為透鏡的群組或堆疊。輔助光折疊表面135延伸遠(yuǎn)離透鏡L6，且如所說明形成為折射棱鏡136A，其在輔助光折疊表面135處耦合到支撐塊136B。有可能鏡表面放置在136A與136B之間而不是使用棱鏡的內(nèi)部反射特性來重定向光。

包含透鏡L1、L2、L3、L4和L5的透鏡系統(tǒng)的可移動(dòng)部分130定位在主要光折疊表面124與輔助光折疊表面135之間。光軸123展示光在進(jìn)入陣列相機(jī)100A、經(jīng)重定向離開主要光折疊124、通過透鏡系統(tǒng)的可移動(dòng)部分130、經(jīng)重定向離開輔助光折疊表面135、通過透鏡L6和覆蓋玻璃126且入射到傳感器125上時(shí)可采取的路徑的一個(gè)實(shí)例。可移動(dòng)部分130可在形成主要光折疊表面124的折射棱鏡145的界限邊緣141與形成輔助光折疊表面135的折射棱鏡136A的界限邊緣131之間橫向地移動(dòng)(例如，沿著從主要光折疊表面124和輔助光折疊表面135且在大體上平行于由傳感器125形成的平面的方向上延伸的光軸123)，以便改變物空間中的焦距。透鏡L6可定位于平行于或大體上平行于可移動(dòng)部分130的光軸的平面中。

在一些實(shí)施例中，傳感器125、覆蓋玻璃126、透鏡L6以及包含折射棱鏡136A和/或塊136B的單元(在本文中被稱作“光學(xué)元件”)可在所說明配置中粘附或以其它方式附著，以使得這些組件相對于彼此一起固定在相機(jī)內(nèi)。在一些實(shí)施例中，這些組件可永久地或半永久地固定在一起以使得其位置相對于彼此保持相同，這使通過元件的光的光學(xué)路徑穩(wěn)定。在一些實(shí)施例中，如上文所論述，可省略覆蓋玻璃126，且剩余傳感器125、透鏡L6和折射棱鏡136A和/或塊136B可粘附或以其它方式附著到彼此，其中透鏡L6定位于傳感器125與折射棱鏡136A和/或塊136B之間。舉例來說，透鏡L6可物理上安置于傳感器125的一部分與折射棱鏡136A和/或塊136B之間。并且，舉例來說，透鏡L6可安置于從塊136B傳播到傳感器125的光的光學(xué)路徑中。如所說明，所述光學(xué)元件包括用于通過透鏡組合件130的可移動(dòng)部分、輔助光折疊表面135、輸出表面(鄰近于透鏡L6)和導(dǎo)向表面186接收從主要光折疊表面124傳遞的光的輸入表面(界限邊緣131)。

如本文所使用，術(shù)語“相機(jī)”指代圖像傳感器、透鏡系統(tǒng)以及若干對應(yīng)光折疊(或反射)表面，例如如圖1A中所說明的主要光折疊表面124、可移動(dòng)透鏡組合件130、輔助光折疊表面135、靜止透鏡L6和傳感器125。光學(xué)器件多傳感器陣列可包含呈各種配置的多個(gè)此些相機(jī)。舉例來說，陣列相機(jī)配置的實(shí)施例在2013年3月15日申請且標(biāo)題為“使用折疊光學(xué)器件的多相機(jī)系統(tǒng)(MULTI-CAMERA SYSTEM USING FOLDEDOPTICS)”的第2014/0111650號美國申請公開案中揭示，其揭示內(nèi)容以引用的方式并入本文。將得益于本文所描述的自動(dòng)聚焦系統(tǒng)和方法的其它陣列相機(jī)配置是可能的。

致動(dòng)器180可用以橫向地移動(dòng)可移動(dòng)部分130。致動(dòng)器180可為VCM、MEMS、壓電馬達(dá)或SMA。致動(dòng)器180可通過沿著折射棱鏡136A和/或塊136B的下部邊緣186延伸的導(dǎo)軌185耦合到可移動(dòng)部分130。導(dǎo)軌185可從致動(dòng)器180平移運(yùn)動(dòng)到可移動(dòng)部分130。導(dǎo)軌185可以可滑動(dòng)地接合下部邊緣186(或相機(jī)內(nèi)的另一表面，例如折射棱鏡136A和/或塊136B的另一表面、相機(jī)外殼的鄰近表面、中心折射棱鏡的下部表面、耦合到光學(xué)元件的襯墊或塊及類似物)，以便在透鏡設(shè)計(jì)的容差內(nèi)(例如，同時(shí)仍提供所需質(zhì)量的圖像)約束可移動(dòng)部分130的傾斜、橫搖、俯仰、偏航和平移線性運(yùn)動(dòng)(即，遠(yuǎn)離可移動(dòng)部分130的光軸或在所述光軸周圍扭曲的運(yùn)動(dòng))。雖然僅說明一個(gè)導(dǎo)軌185，但一些實(shí)例可按需要包含若干導(dǎo)軌185以用于約束透鏡組合件的可移動(dòng)部分130的運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌185與下部邊緣186之間的摩擦以及可移動(dòng)透鏡系統(tǒng)130與圍繞組件之間的任何摩擦可通過任何合適的方式降低，例如滾珠軸承、潤滑液體或固體、磁場或其組合。在一些實(shí)施例中，纏繞在可移動(dòng)部分130和/或致動(dòng)器180周圍的磁性線圈可進(jìn)一步最小化在傾斜、橫搖、俯仰、偏航和平移線性方向上的不希望的移動(dòng)。

雖然導(dǎo)軌185本文主要論述為可滑動(dòng)地接合形成輔助光折疊表面135的棱鏡136A和/或塊136B的下部邊緣186，但在其它實(shí)施例中導(dǎo)軌185可以可滑動(dòng)地接合其它表面。舉例來說，導(dǎo)軌的一端可延伸超過透鏡系統(tǒng)的可移動(dòng)部分且可滑動(dòng)地接合形成主要光折疊表面124的棱鏡145的下部表面。在一些實(shí)施例中，相機(jī)可包含一或多個(gè)光折疊表面作為反射鏡。在此類實(shí)施例中，導(dǎo)軌可接觸鏡和/或用于鏡的安裝塊中的一或多者的邊緣，以便約束圍繞透鏡組合件的可移動(dòng)部分的光軸的不希望的旋轉(zhuǎn)和/或平移運(yùn)動(dòng)。

雖然主要在例如本文中描述的多相機(jī)折疊光學(xué)器件陣列系統(tǒng)的上下文內(nèi)論述，但所述自動(dòng)聚焦組合件可在具有一或多個(gè)圖像傳感器或折疊光學(xué)器件透鏡組合件的任何折疊光學(xué)器件系統(tǒng)中使用。

如圖1B中所示，傳感器組合件100B包含一對圖像傳感器105、125，其各自安裝到襯底150、分別對應(yīng)于圖像傳感器105、125的可移動(dòng)透鏡組合件115、130，以及定位于分別為圖像傳感器105、125的覆蓋玻璃106、126上方的靜止透鏡L6(即，覆蓋玻璃106、126定位于靜止透鏡L6與圖像傳感器105、125之間)。每一可移動(dòng)透鏡組合件115、130耦合到導(dǎo)軌184、185，所述導(dǎo)軌又耦合到致動(dòng)器181、180。折射棱鏡140的主要光折疊表面122沿著光軸121導(dǎo)引來自目標(biāo)圖像場景的光的一部分通過透鏡系統(tǒng)的可移動(dòng)部分115，經(jīng)重定向離開輔助光折疊表面110，通過透鏡L6和覆蓋玻璃106，且入射到傳感器105上。折射棱鏡145的主要光折疊表面124沿著光軸123導(dǎo)引來自目標(biāo)圖像場景的光的一部分通過透鏡系統(tǒng)的可移動(dòng)部分130，光經(jīng)重定向離開輔助光折疊表面135，通過透鏡L6和覆蓋玻璃126，且入射到傳感器125上。

在某些實(shí)施例中，圖像傳感器105、125可包括電荷耦合裝置(CCD)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器(CMOS)或接收光及響應(yīng)于所接收的圖像產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的任何其它圖像感測裝置。圖像傳感器105、125可能夠獲得靜止相片的圖像數(shù)據(jù)且還可提供關(guān)于所俘獲的視頻流中的運(yùn)動(dòng)的信息。傳感器105和125可為個(gè)別傳感器或可表示傳感器陣列，例如3x1陣列。在所揭示實(shí)施方案中可使用任何合適的傳感器陣列。

傳感器105、125可安裝在襯底150上，如圖1B中所示，例如在并行(或幾乎平行)于透鏡組合件115、130的移動(dòng)和透鏡組合件130的光軸的平面中。在一些實(shí)施例中，通過安裝到平坦襯底150，所有傳感器可在一個(gè)平面上。舉例來說，在各種實(shí)施例中，二、三、四、五、六、七或八個(gè)或者更多傳感器可安置在平面中且安裝在襯底150上或耦合到襯底150。襯底150可為任何合適的大體上平坦材料。襯底150可包含開口以允許入射光通過襯底150到主要光折疊表面122、124。用于將一或多個(gè)傳感器陣列以及所說明的其它相機(jī)組件安裝到襯底150的多個(gè)配置是可能的。

主要光折疊表面122、124可為如所說明的棱鏡表面，或可為鏡或多個(gè)鏡，且可為平坦的或按需要成形以恰當(dāng)?shù)刂囟ㄏ蛉肷涔獾綀D像傳感器105、125。在一些實(shí)施例中，主要光折疊表面122、124可形成為中央鏡、角錐或棱鏡，或其它形狀，其采用單獨(dú)區(qū)段或小面來在對象場中分離圖像場景的部分，無論是重疊還是不重疊。所述中央鏡、角錐、棱鏡或其它反射表面可將表示目標(biāo)圖像的光分裂為多個(gè)部分且將每一部分引導(dǎo)于不同傳感器處。舉例來說，主要光折疊表面122可朝向左側(cè)傳感器105發(fā)送對應(yīng)于第一視場的光的一部分，而主要光折疊表面124朝向右側(cè)傳感器125發(fā)送對應(yīng)于第二視場的光的第二部分。在其中接收傳感器各自是多個(gè)傳感器的陣列的一些實(shí)施例中，光折疊表面可由相對于彼此成角度的多個(gè)反射表面制成以便朝向所述傳感器中的每一者發(fā)送目標(biāo)圖像場景的不同部分。應(yīng)了解，相機(jī)的視場一起覆蓋至少目標(biāo)圖像。在俘獲之后視場可經(jīng)對準(zhǔn)且經(jīng)拼接在一起以形成最終圖像，例如如下文參考圖2中說明的圖像拼接模塊240和處理器進(jìn)一步描述。

在各種實(shí)施例中光折疊表面可為平坦或彎曲的。光折疊表面可具有作為光學(xué)系統(tǒng)的部分的曲率，借此其以與平坦表面的方式不同的方式更改光的路徑。例如此彎曲表面可為總體透鏡光學(xué)設(shè)計(jì)的部分，其中在不使用此彎曲表面的情況下將不實(shí)現(xiàn)透鏡設(shè)計(jì)和/或聚焦能力的性能。所述光折疊表面還可具有更改光學(xué)路徑中的光的其它材料或光學(xué)元件。其它光學(xué)元件可包含(但不限于)衍射光學(xué)元件(DOE)、涂層、偏振元件等。

陣列中的每一傳感器(和每一相機(jī))可具有大體上不同的視場，且在一些實(shí)施例中所述視場可重疊。當(dāng)設(shè)計(jì)透鏡系統(tǒng)時(shí)，光折疊表面的某些實(shí)施例可具有復(fù)雜的非平面表面以增加自由度。

在反射離開主要光折疊表面122、124之后，所述光可通過提供于主要光折疊表面122、124與反射表面110、135之間的可移動(dòng)透鏡系統(tǒng)115、130?？梢苿?dòng)透鏡系統(tǒng)115、130可用以聚焦指向每一傳感器的目標(biāo)圖像的部分。用于可移動(dòng)透鏡系統(tǒng)115、130的自動(dòng)聚焦組合件可包含用于在多個(gè)不同透鏡位置之間移動(dòng)透鏡的致動(dòng)器。所述致動(dòng)器可為音圈馬達(dá)(VCM)、微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)或形狀記憶合金(SMA)。自動(dòng)聚焦組合件可進(jìn)一步包含用于控制致動(dòng)器的透鏡驅(qū)動(dòng)器。如所描繪，傳感器105可定位于光折疊表面110上方，且傳感器125定位于光折疊表面135上方(“上方”方向指代圖1B中說明的實(shí)施例的定向)。然而，在其它實(shí)施例中，傳感器可在輔助反射表面下方。如此處所使用，表示目標(biāo)圖像場景的光進(jìn)入通過的相機(jī)外殼中的開口視為“頂部”，且因此放置在輔助反射表面“下方”的傳感器將在相機(jī)外殼的與所述開口相對的表面上。然而，在使用中相機(jī)外殼可例如基于相機(jī)與用于圖像俘獲的所關(guān)注場景的關(guān)系而定位于任何定向上。光折疊表面和傳感器的其它合適的配置是可能的，其中來自每一透鏡組合件的光朝向傳感器經(jīng)重定向。

每一傳感器的視場可投影到物空間中，且每一傳感器可根據(jù)所述傳感器的視場俘獲部分圖像，其包括目標(biāo)場景的一部分。在一些實(shí)施例中，相對傳感器陣列105、125的視場可重疊某一量。為了形成單個(gè)圖像，可使用如下所述的拼接過程以組合來自兩個(gè)相對傳感器105、125的圖像。拼接過程的某些實(shí)施例可采用重疊以用于在將部分圖像拼接在一起時(shí)識別共同特征。在將重疊圖像拼接在一起之后，可將經(jīng)拼接圖像裁減到所需縱橫比，例如4:3或1:1，以形成最終圖像。

如圖1A和1B所說明，每一相機(jī)具有總高度H。在一些實(shí)施例中，總高度H可為近似4.5mm或更小。在其它實(shí)施例中，總高度H可近似為4.0mm或更小。因此，可移動(dòng)透鏡系統(tǒng)115、130的高度也不超過高度H。在其它實(shí)施方案中，所述高度可大于4.5mm。

圖1C到1G說明圖1B的傳感器組合件的光學(xué)組件(包含透鏡L1到L6、傳感器125、覆蓋玻璃126、棱鏡136A和塊136B)連同尺寸數(shù)據(jù)的實(shí)施例的各種視圖，其中組件的尺寸值以微米提供(一些尺寸標(biāo)記有μm以指示微米，其它尺寸由于圖上的空間局限性而未標(biāo)記有“μm”標(biāo)志)。圖1C說明圖1B的傳感器組合件的光學(xué)組件的實(shí)施例的俯視平面圖。圖1D說明圖1C的光學(xué)組件的實(shí)施例的側(cè)視圖。圖1E說明沿著圖1C中所述的A-A橫截面的圖1C的光學(xué)組件的實(shí)施例的橫截面圖。圖1F說明沿著圖1D中所述的B-B橫截面的圖1C的光學(xué)組件的實(shí)施例的實(shí)例隔膜的橫截面圖。圖1G說明沿著圖1D中所述的C-C橫截面的圖1C的光學(xué)組件的實(shí)施例的隔膜的橫截面圖的實(shí)施例的實(shí)例。在圖G中說明的實(shí)施例中，半徑可為803.4μm。圖式1C到1G中所示的尺寸是為了說明用于光學(xué)組件的設(shè)計(jì)參數(shù)的一個(gè)可能集合而提供。將了解，在其它實(shí)施方案中其它設(shè)計(jì)參數(shù)可為合適的。使用所說明的參數(shù)或其它變化，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解多種已知材料可用以基于例如成本、質(zhì)量及類似物等設(shè)計(jì)因數(shù)而產(chǎn)生透鏡。

使用所說明的參數(shù)或其它變化，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解可存在比針對透鏡L1、L2、L3、L4、L5和L6所示的情況更多或更少的透鏡表面和或透鏡。舉例來說，L6在圖1A中展示為在最靠近傳感器125的側(cè)面上具有一個(gè)透鏡表面的一個(gè)透鏡。實(shí)際上L6可具有兩個(gè)透鏡表面，其中存在最靠近表面135的透鏡表面，如圖1A中所示，以及最靠近傳感器125的透鏡表面，如圖1A中所示。L6或相機(jī)系統(tǒng)中使用的任何透鏡的表面可包括具有復(fù)雜的透鏡表面，例如非球面表面或非球形形狀，其中非球形意味著形狀圍繞相機(jī)系統(tǒng)和或相機(jī)系統(tǒng)中的任何光學(xué)組件的光軸是不對稱的。另外L6可包括形成透鏡的透鏡堆疊的多于一個(gè)透鏡。舉例來說，L6可包括形成透鏡堆疊的兩個(gè)或更多個(gè)透鏡，其中每一透鏡具有至少一個(gè)透鏡表面。此外，L6可具有最靠近表面135的一個(gè)透鏡，如圖1A中所示，以及最靠近傳感器125的另一透鏡，如圖1A中所示，從而形成由兩個(gè)或更多個(gè)透鏡構(gòu)成的透鏡堆疊；其中在L6的透鏡堆疊中的兩個(gè)或更多個(gè)透鏡之間可存在更多透鏡表面中的一者。

實(shí)例圖像俘獲系統(tǒng)的概述

圖2描繪具有包含鏈接到多個(gè)相機(jī)215a到215n的圖像處理器220的組件集合的裝置200的一個(gè)可能實(shí)施例的高級框圖。圖像處理器220還與工作存儲(chǔ)器205、存儲(chǔ)器230和裝置處理器250通信，所述裝置處理器又與電子存儲(chǔ)模塊210和電子顯示器225通信。在一些實(shí)施例中，可使用單個(gè)處理器而不是如圖2中所說明的兩個(gè)單獨(dú)處理器。一些實(shí)施例可包含三個(gè)或多于三個(gè)處理器。

裝置200可為手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理或類似物或者可為其一部分。存在其中例如本文所描述的降低厚度的成像系統(tǒng)將提供優(yōu)點(diǎn)的許多便攜式計(jì)算裝置。裝置200也可以為靜止計(jì)算裝置或其中較薄成像系統(tǒng)將有利的任何裝置。多個(gè)應(yīng)用程序可在裝置200上供用戶使用。這些應(yīng)用程序可包含傳統(tǒng)的照相和視頻應(yīng)用程序、高動(dòng)態(tài)范圍成像、全景照片和視頻，或例如3D圖像或3D視頻等立體成像。

圖像俘獲裝置200包含用于俘獲外部圖像的相機(jī)215a到215n。如上文所描述，每一相機(jī)可包含傳感器、透鏡系統(tǒng)、自動(dòng)聚焦組合件和光折疊表面。相機(jī)215a到215n可各自包含傳感器、透鏡組合件以及用于將目標(biāo)圖像的一部分重定向到每一傳感器的主要和輔助反射或折射表面，如上文相對于圖1A所論述。一般來說，可使用N個(gè)相機(jī)215a到215n，其中N≥2。因此，目標(biāo)圖像可分裂成N個(gè)部分，其中所述N個(gè)傳感器組合件的每一傳感器根據(jù)所述傳感器的視場而俘獲目標(biāo)圖像的一個(gè)部分。然而，一些實(shí)施例可采用僅一個(gè)圖像傳感器組合件，且將理解相機(jī)215a到215n可包括適合于本文所描述的折疊光學(xué)器件成像裝置的實(shí)施方案的任何數(shù)目的圖像傳感器組合件。可增加相機(jī)的數(shù)目以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的較低z高度，如下文相對于圖4較詳細(xì)論述，或者滿足其它目的的需要，例如具有類似于全光學(xué)相機(jī)的重疊視場，其可實(shí)現(xiàn)在后處理之后調(diào)整圖像的焦點(diǎn)的能力。其它實(shí)施例可具有適合于高動(dòng)態(tài)范圍相機(jī)的視場重疊配置，其實(shí)現(xiàn)俘獲兩個(gè)同時(shí)的圖像并且然后將其合并在一起的能力。相機(jī)215a到215n可耦合到相機(jī)處理器220以將所俘獲圖像發(fā)射到圖像處理器220。

圖像處理器220可經(jīng)配置以對包括目標(biāo)圖像的N個(gè)部分的所接收的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行各種處理操作以便輸出高質(zhì)量經(jīng)拼接圖像，如將在下文更詳細(xì)地描述。處理器220可為通用處理單元或?qū)ｉT設(shè)計(jì)用于成像應(yīng)用的處理器。圖像處理操作的實(shí)例包含裁剪、按比例縮放(例如，按比例縮放到不同分辨率)、圖像拼接、圖像格式轉(zhuǎn)換、顏色內(nèi)插、顏色處理、圖像濾波(例如，空間圖像濾波)、透鏡假象或缺陷校正、漸暈導(dǎo)致的透鏡光滾降或光級減少，及類似物。在一些實(shí)施例中，處理器220可包括多個(gè)處理器。某些實(shí)施例可具有專用于每一圖像傳感器的處理器。圖像處理器220可為一或多個(gè)專用圖像信號處理器(ISP)或處理器的軟件實(shí)施方案。

如圖所示，圖像處理器220連接到存儲(chǔ)器230和工作存儲(chǔ)器205。在所說明的實(shí)施例中，存儲(chǔ)器230存儲(chǔ)俘獲控制模塊235、圖像拼接模塊240、操作系統(tǒng)245和自動(dòng)聚焦模塊255。這些模塊包含配置裝置200的圖像處理器220以執(zhí)行各種圖像處理和裝置管理任務(wù)的指令。工作存儲(chǔ)器205可由圖像處理器220使用以存儲(chǔ)包含于存儲(chǔ)器230的模塊中的處理器指令的工作集合。替代地，工作存儲(chǔ)器205也可以由圖像處理器220使用以存儲(chǔ)在裝置200的操作期間產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

如上所提到，圖像處理器220可由存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器230中的若干模塊配置。俘獲控制模塊235可包含控制裝置200的總體圖像俘獲功能的指令。舉例來說，俘獲控制模塊235可包含調(diào)用子例程以配置圖像處理器220以使用相機(jī)215a到215n俘獲目標(biāo)圖像場景的原始圖像數(shù)據(jù)的指令。俘獲控制模塊235接著可調(diào)用圖像拼接模塊240以對由相機(jī)215a到215n俘獲的N個(gè)部分圖像執(zhí)行拼接技術(shù)且將經(jīng)拼接且裁減的目標(biāo)圖像輸出到成像處理器220。俘獲控制模塊235還可調(diào)用圖像拼接模塊240以對原始圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行拼接操作以便輸出待俘獲場景的預(yù)覽圖像，且在某些時(shí)間間隔或當(dāng)原始圖像數(shù)據(jù)中的場景改變時(shí)更新預(yù)覽圖像。

圖像拼接模塊240可包括配置圖像處理器220以對所俘獲圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行拼接、裁剪技術(shù)和其它圖像處理技術(shù)的指令。舉例來說，N個(gè)相機(jī)215a到215n中的每一者可根據(jù)每一傳感器視場俘獲包括目標(biāo)圖像的一部分的部分圖像。所述視場可共享重疊區(qū)域，如上文所描述。為了輸出單個(gè)目標(biāo)圖像，圖像拼接模塊240可配置圖像處理器220以組合多個(gè)N個(gè)部分圖像以產(chǎn)生高分辨率目標(biāo)圖像。目標(biāo)圖像產(chǎn)生可通過已知圖像拼接技術(shù)而發(fā)生。

舉例來說，圖像拼接模塊240可包含用以針對匹配特征比較沿著N個(gè)部分圖像的邊緣的重疊區(qū)域以便確定所述N個(gè)部分圖像相對于彼此的旋轉(zhuǎn)和對準(zhǔn)的指令。由于每一傳感器的視場的部分圖像和/或形狀的旋轉(zhuǎn)，組合圖像可形成不規(guī)則形狀。因此，在對準(zhǔn)且組合N個(gè)部分圖像之后，圖像拼接模塊240可調(diào)用子例程，其配置圖像處理器220以將組合圖像裁剪到所需形狀和縱橫比，例如4:3矩形或1:1正方形。經(jīng)裁減圖像可發(fā)送到裝置處理器250用于在顯示器225上顯示或用于保存在電子存儲(chǔ)模塊210中。

操作系統(tǒng)模塊245配置圖像處理器220以管理裝置200的工作存儲(chǔ)器205和處理資源。舉例來說，操作系統(tǒng)模塊245可包含裝置驅(qū)動(dòng)器以管理例如相機(jī)215a到215n等硬件資源。因此，在一些實(shí)施例中，上文所論述的圖像處理模塊中所含有的指令可以不與這些硬件資源直接交互，而是替代地通過位于操作系統(tǒng)組件245中的標(biāo)準(zhǔn)子例程或API進(jìn)行交互。操作系統(tǒng)245內(nèi)的指令隨后可以與這些硬件組件直接交互。操作系統(tǒng)模塊245可進(jìn)一步配置圖像處理器220以與裝置處理器250共享信息。

自動(dòng)聚焦模塊255可包含配置圖像處理器220以例如通過控制對應(yīng)自動(dòng)聚焦組合件的移動(dòng)和定位來調(diào)整相機(jī)215a到215n中的每一者的聚焦位置的指令。自動(dòng)聚焦模塊255在一些實(shí)施例中可包含配置圖像處理器220以執(zhí)行聚焦分析且自動(dòng)確定聚焦參數(shù)的指令，且在一些實(shí)施例中可包含配置圖像處理器220以響應(yīng)于用戶輸入的聚焦命令的指令。在一些實(shí)施例中，陣列中的每一相機(jī)的透鏡系統(tǒng)可單獨(dú)地聚焦。在一些實(shí)施例中，陣列中的每一相機(jī)的透鏡系統(tǒng)可作為群組而聚焦。

裝置處理器250可經(jīng)配置以控制顯示器225以向用戶顯示所俘獲圖像或所俘獲圖像的預(yù)覽。顯示器225可在成像裝置200外部或可為成像裝置200的部分。顯示器225還可經(jīng)配置以提供取景器，其顯示用于在俘獲圖像之前使用的預(yù)覽圖像，或可經(jīng)配置以顯示存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中或最近由用戶俘獲的所俘獲圖像。顯示器225可包含面板顯示器，例如LCD屏幕、LED屏幕或其它顯示器技術(shù)，且可實(shí)施觸敏技術(shù)。

裝置處理器250可將數(shù)據(jù)寫入到存儲(chǔ)模塊210，例如表示所俘獲圖像的數(shù)據(jù)。雖然存儲(chǔ)模塊210以圖形方式表示為傳統(tǒng)磁盤裝置，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，存儲(chǔ)模塊210可經(jīng)配置為任何存儲(chǔ)媒體裝置。舉例來說，存儲(chǔ)模塊210可包含磁盤驅(qū)動(dòng)器，例如，軟盤驅(qū)動(dòng)器、硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器或磁光盤驅(qū)動(dòng)器，或固態(tài)存儲(chǔ)器，例如快閃存儲(chǔ)器、RAM、ROM及/或EEPROM。存儲(chǔ)模塊210也可包含多個(gè)存儲(chǔ)器單元，且所述存儲(chǔ)器單元中的任一者可經(jīng)配置為在圖像俘獲裝置200內(nèi)，或可在圖像俘獲裝置200外部。舉例來說，存儲(chǔ)模塊210可包含ROM存儲(chǔ)器，其含有存儲(chǔ)于圖像俘獲裝置200內(nèi)的系統(tǒng)程序指令。存儲(chǔ)模塊210還可包含經(jīng)配置以存儲(chǔ)所俘獲圖像的存儲(chǔ)器卡或高速存儲(chǔ)器，其可為從相機(jī)可裝卸的。

盡管圖2描繪具有單獨(dú)組件以包含處理器、成像傳感器和存儲(chǔ)器的裝置，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，這些單獨(dú)組件可用多種方式組合以便實(shí)現(xiàn)特定的設(shè)計(jì)目標(biāo)。舉例來說，在替代實(shí)施例中，存儲(chǔ)器組件可與處理器組件組合以節(jié)省成本并且改進(jìn)性能。

另外地，盡管圖2說明了若干存儲(chǔ)器組件，其包含包括若干模塊的存儲(chǔ)器組件230以及包括工作存儲(chǔ)器的單獨(dú)存儲(chǔ)器205，但是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到利用不同存儲(chǔ)器架構(gòu)的若干實(shí)施例。舉例來說，設(shè)計(jì)可利用ROM或靜態(tài)RAM存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)實(shí)施包含于存儲(chǔ)器230中的模塊的處理器指令。處理器指令可加載到RAM以促進(jìn)圖像處理器220的執(zhí)行。舉例來說，工作存儲(chǔ)器205可包括RAM存儲(chǔ)器，其中指令在由圖像處理器220執(zhí)行之前加載到工作存儲(chǔ)器205。

實(shí)例圖像俘獲過程的概述

圖3說明折疊光學(xué)圖像俘獲過程900的實(shí)施例。過程900開始于框905，其中提供多個(gè)相機(jī)，每一相機(jī)具有至少一個(gè)光折疊表面和一自動(dòng)聚焦組合件。所述相機(jī)可形成本文論述的傳感器陣列配置中的任一者。如上文所論述，所述相機(jī)可包含傳感器、透鏡系統(tǒng)以及經(jīng)定位以將光從透鏡系統(tǒng)重定向到傳感器上的反射表面。

過程900隨后移動(dòng)到框910，其中所述多個(gè)相機(jī)的光學(xué)路徑致使包括場景的目標(biāo)圖像的光朝向?qū)?yīng)成像傳感器經(jīng)重定向離開至少一個(gè)光折疊表面。舉例來說，所述光的一部分可朝向所述多個(gè)傳感器中的每一者經(jīng)重定向離開多個(gè)表面中的每一者。此步驟可進(jìn)一步包含使光通過與每一傳感器相關(guān)聯(lián)的透鏡系統(tǒng)，且還可包含將離開第二表面的光重定向到傳感器上。

過程900隨后轉(zhuǎn)變到框915，其中將與相機(jī)中的每一者相關(guān)聯(lián)的透鏡組合件移動(dòng)到一位置以使得圖像聚焦于傳感器上，即，“聚焦”或“自動(dòng)聚焦”到所需焦距位置。舉例來說，在一些實(shí)施例中這可使用上文所論述的致動(dòng)器和導(dǎo)軌而實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，圖2的自動(dòng)聚焦模塊255可執(zhí)行透鏡聚焦。

過程900接著可移動(dòng)到框920，其中傳感器俘獲目標(biāo)圖像場景的多個(gè)圖像。舉例來說，每一傳感器可俘獲場景的對應(yīng)于所述傳感器的視場的一部分的圖像。所述多個(gè)傳感器的視場一起覆蓋物空間中的至少目標(biāo)圖像。

過程900隨后可轉(zhuǎn)變到框925，其中執(zhí)行圖像拼接方法以從所述多個(gè)圖像產(chǎn)生單個(gè)圖像。在一些實(shí)施例中，圖2的圖像拼接模塊240可執(zhí)行此框。這可包含已知圖像拼接技術(shù)。此外，視場中的任何重疊區(qū)域可產(chǎn)生所述多個(gè)圖像中的重疊，其可以用于在拼接過程中對準(zhǔn)圖像。舉例來說，框925可進(jìn)一步包含識別鄰近圖像的重疊區(qū)域中的共同特征且使用所述共同特征來對準(zhǔn)圖像。

接著，過程900轉(zhuǎn)變到框930，其中將經(jīng)拼接圖像裁減到指定縱橫比，例如4:3或1:1。最后，在框935處在存儲(chǔ)經(jīng)裁減圖像之后過程結(jié)束。舉例來說，圖像可存儲(chǔ)在圖2的存儲(chǔ)組件210中，或可存儲(chǔ)在圖2的工作存儲(chǔ)器205中以用于顯示為目標(biāo)場景的預(yù)覽或?qū)忛唸D像。

實(shí)例陣列相機(jī)自動(dòng)聚焦組合件的概述

圖4展示根據(jù)實(shí)施例的陣列相機(jī)組合件1000A。相機(jī)組合件1000A包括在1001中實(shí)施的透鏡表面L1到L5、傳感器裸片1002、傳感器棱鏡1003、透鏡表面L6和傳感器覆蓋玻璃1005。在一些實(shí)施例中，傳感器棱鏡1003可包含玻璃立方體的兩個(gè)半部或部分之間的鏡表面。

圖5展示根據(jù)實(shí)施例的使用安裝在共同襯底1104上的多個(gè)相機(jī)組合件的陣列相機(jī)1000B。陣列相機(jī)1000B包含類似于圖4中所示的組合件1000A的多個(gè)個(gè)別相機(jī)組合件，每一者包括在1001中實(shí)施的透鏡表面L1到L5、傳感器裸片1002、傳感器棱鏡1003、透鏡表面L6、傳感器覆蓋玻璃1005，以及電連接器1006，其可連接到例如圖2和圖3描述的總體相機(jī)系統(tǒng)的另一部分或多個(gè)部分。出于清楚起見，這些組件僅在所述個(gè)別相機(jī)組合件中的兩個(gè)上被標(biāo)記。在此實(shí)例中，利用四個(gè)相機(jī)組合件1000A。也可使用更多相機(jī)或更少相機(jī)(或一個(gè)相機(jī))。在此實(shí)例中，襯底1004可提供矩形狹槽，其中放置四個(gè)圖像傳感器裸片1002且連接到也可為襯底1004的部分的導(dǎo)電跡線。在一些實(shí)施例中，傳感器裸片1002可直接放置在襯底1004上且連接到導(dǎo)電跡線而無需利用狹槽。在其它實(shí)施例中，存在多種方式用于將圖像傳感器裸片安裝到可連接到導(dǎo)電跡線的襯底，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可熟悉其它此類方法。電連接器1106用以將襯底1004上的電氣裝置連接到相機(jī)圖像處理系統(tǒng)(此圖中未圖示)。

在一些實(shí)施例中，一或多個(gè)圖像傳感器陣列可在共同裸片上，例如2013年3月15日申請且標(biāo)題為“使用折疊光學(xué)器件的多相機(jī)系統(tǒng)”的第2014/0111650號美國申請公開案的圖8中所示，所述美國申請公開案以引用的方式并入本文。此圖展示一個(gè)共同裸片811上的兩個(gè)圖像傳感器圖像表面的實(shí)例。在此實(shí)例中，物體棱鏡820和821定位于與如圖1B中所示的中心相對的外部上。圖像傳感器棱鏡或鏡830和831展示于中心。一個(gè)透鏡的透鏡組合件由透鏡繪圖840表征，且同樣透鏡組合件由透鏡繪圖841表征。展示光軸860和861指向裸片811上的兩個(gè)單獨(dú)位置。所述裸片可含有多個(gè)圖像傳感器陣列區(qū)域或在兩個(gè)透鏡組合件840和841的視場內(nèi)俘獲圖像的共同圖像傳感器陣列區(qū)域。與此圖相關(guān)聯(lián)的概念可延伸到多個(gè)相機(jī)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，存在其它方式對準(zhǔn)相機(jī)以便俘獲物空間中的多個(gè)圖像且利用一個(gè)裸片來俘獲與每一相機(jī)相關(guān)聯(lián)的多個(gè)圖像。在一些實(shí)施例中，可使用多于一個(gè)裸片，其中一些可具有以一個(gè)裸片俘獲的多個(gè)圖像且其它具有每裸片僅一個(gè)圖像。

能夠從多個(gè)相機(jī)組合件在一個(gè)裸片上俘獲圖像存在優(yōu)點(diǎn)，例如圖4上的1000A所示。此布置與其中在一個(gè)裸片上俘獲一個(gè)相機(jī)圖像的例如圖5中的1000B所示的陣列相機(jī)設(shè)計(jì)相比可減少總體裸片面積和功率。

圖5的實(shí)例中展示兩個(gè)物體棱鏡1010，其中兩個(gè)相機(jī)共享一個(gè)物體棱鏡。存在許多配置，其中例如一個(gè)物體棱鏡可用于一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)相機(jī)組合件，例如組合件1000A。它們稱為“物體棱鏡”是因?yàn)樗鼈冇靡哉郫B每一相機(jī)組合件的光軸以指出到物空間中。存在物體棱鏡和相機(jī)組合件的其它可能的配置。在一實(shí)施例中，物體棱鏡1010可利用棱鏡上的反射表面1011而不是使用棱鏡的全內(nèi)反射性質(zhì)。物體棱鏡1010可被鏡代替而不是使用棱鏡。棱鏡、棱鏡反射表面或鏡將朝向相機(jī)的入射光瞳反射光軸和相關(guān)聯(lián)物空間光線。

圖6說明折疊光學(xué)傳感器陣列實(shí)施例的投影視場的實(shí)施例。視場600A到600D可共享如所示的重疊區(qū)域605。重疊視場600A到600D可經(jīng)拼接為目標(biāo)圖像場景的完整圖像且裁減到具有例如4:3或1:1的縱橫比的最終圖像610。

實(shí)例光學(xué)器件性能的概述

圖7A到M說明如本文中所描述的可移動(dòng)透鏡組合件705在近似0與近似172μm之間的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)L1到L6組合件以及傳感器棱鏡的模擬MTF性能。圖7D說明其中折疊光學(xué)器件設(shè)計(jì)和過程用以在物空間中在1000mm處聚焦相機(jī)組合件的實(shí)施例。在如圖7D中所示的實(shí)施例中，包含透鏡元件L1到L5的透鏡組合件705由致動(dòng)器180移動(dòng)到參考位置0.0微米(μm)，其為相機(jī)將在物空間中在1000mm處聚焦的位置。在圖7A、7D、7G和7J中的每一者中，透鏡組合件705在受到中心棱鏡的邊緣141以及傳感器棱鏡的邊緣131限界的空間710內(nèi)的定位由垂直點(diǎn)線的定位指示。

圖7A說明具有相對于參考位置0.0μm定位在-30μm處的透鏡組合件的折疊光學(xué)器件相機(jī)的實(shí)施例。在此實(shí)施例中，如圖7A中所示，相機(jī)1401聚焦于6767mm的超焦距處。圖7B說明圖7A的折疊光學(xué)傳感器陣列實(shí)施例的光學(xué)器件(例如，透鏡組合件和傳感器棱鏡)的模擬MTF對視場角性能數(shù)據(jù)1402a(光學(xué)傳遞函數(shù)“OTF”的模數(shù)表示MTF)。在圖7B中，曲線圖中的實(shí)線表示星圖案的MTF，且曲線圖中的虛線表示同心圓的MTF。圖7C說明模擬MTF對以每mm循環(huán)計(jì)的空間頻率數(shù)據(jù)1402b，其中相對于圖7A的折疊光學(xué)傳感器陣列實(shí)施例的光學(xué)器件的矢狀面和切向性能數(shù)據(jù)兩者的選定物體視場角展示多個(gè)MTF曲線?？墒褂美鏞SLO、ZEMAX、CODE V等光學(xué)仿真程序來計(jì)算(或模擬)模擬MTF數(shù)據(jù)。

如上文所描述，圖7D說明具有定位在0.0μm且聚焦于1000mm的距離的透鏡組合件的折疊光學(xué)器件相機(jī)的實(shí)施例。圖7E說明圖7D的折疊光學(xué)傳感器陣列實(shí)施例的光學(xué)器件的模擬MTF對視場角性能數(shù)據(jù)1404a。在圖7E中，曲線圖中的實(shí)線表示星圖案的MTF，且虛線表示同心圓的MTF。圖7F說明模擬MTF對以每mm循環(huán)計(jì)的空間頻率數(shù)據(jù)1404b，其中相對于圖7D的折疊光學(xué)傳感器陣列實(shí)施例的光學(xué)器件的矢狀面和切向性能數(shù)據(jù)兩者的選定物體視場角展示多個(gè)MTF曲線。

圖7G說明具有相對于參考位置0.0μm定位在142μm處的透鏡組合件的折疊光學(xué)器件相機(jī)的實(shí)施例。在此實(shí)施例中，如圖7G中所示，相機(jī)1405聚焦于200mm的距離處。圖7H說明圖7G的折疊光學(xué)傳感器陣列實(shí)施例的光學(xué)器件的模擬MTF對視場角性能數(shù)據(jù)1406a。在圖7H中，曲線圖中的實(shí)線表示星圖案的MTF，且虛線表示同心圓的MTF。圖7I說明模擬MTF對以每mm循環(huán)計(jì)的空間頻率數(shù)據(jù)1406b，其中相對于圖7G的折疊光學(xué)傳感器陣列實(shí)施例的光學(xué)器件的矢狀面和切向性能數(shù)據(jù)兩者的選定物體視場角展示多個(gè)MTF曲線。

圖7J說明具有相對于參考位置0.0μm定位在35μm處的透鏡組合件的折疊光學(xué)器件相機(jī)的實(shí)施例。在此實(shí)施例中，如圖7J中所示，相機(jī)1407聚焦于500mm的距離處。圖7K說明圖7J的折疊光學(xué)傳感器陣列實(shí)施例的光學(xué)器件的模擬MTF對視場角性能數(shù)據(jù)1410a。在圖7K中，曲線圖中的實(shí)線表示星圖案的MTF，且虛線表示同心圓的MTF。圖7L說明模擬MTF對以每mm循環(huán)計(jì)的空間頻率數(shù)據(jù)1410b，其中相對于圖7J的折疊光學(xué)傳感器陣列實(shí)施例的光學(xué)器件的矢狀面和切向性能數(shù)據(jù)兩者的選定物體視場角展示多個(gè)MTF曲線。

圖7B、7E、7H和7K中的1402a、1404a、1406a和1410a中所示的MTF曲線是當(dāng)相機(jī)分別聚焦于圖7A、7D、7G和7J中所示的距離處時(shí)L1到L6組合件的MTF性能的實(shí)例。所述曲線圖展示在相機(jī)的視場(FOV)中相對于光軸的成角度方向處的MTF曲線，其在曲線圖上展示為“以度計(jì)的Y場”，其中空間調(diào)制頻率是每mm 225個(gè)循環(huán)。

部分地基于其中MTF隨像素的孔徑(或多個(gè)孔徑)以及像素的取樣間距而變滾降的取樣理論，每一相機(jī)的傳感器可具有其自身的MTF，其中在例如混疊等假象存在的情況下取樣像素間距可影響測得的MTF性能。因此，在一些實(shí)例中，當(dāng)使用圖像傳感器的所記錄像素輸出進(jìn)行MTF測量時(shí)圖7B、7C、7E、7F、7H以及7I、7K和7L的模擬光學(xué)器件性能不會(huì)匹配于陣列相機(jī)中的每一單個(gè)相機(jī)的測得的MTF性能，例如針對從圖像傳感器像素讀取的像素中的每一者記錄的數(shù)字值?？稍谧銐驍?shù)目的像素上進(jìn)行測量以便做出對每mm循環(huán)的MTF測量。在一些實(shí)施方案中，可將像素值輸出到模擬緩沖器，所述模擬緩沖器可能增加電噪聲并且因此影響存儲(chǔ)器中記錄的像素的最終數(shù)字值。因此，當(dāng)測得的MTF包含僅光學(xué)器件的MTF性能(例如，無需使用將影響僅光學(xué)器件的測得MTF的圖像傳感器或其它中間裝置的所記錄像素輸出)以及與在測量下的特定光學(xué)器件一起使用的圖像傳感器的所記錄像素輸出的MTF時(shí)，MTF測量值可能不匹配于例如曲線圖1402a、1402b、1404a、1404b、1406a、1406b、1410a和1410b中所示的模擬MTF性能。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到存在可影響傳感器的MTF的其它因素，例如噪聲分量，其可能包含作為來自圖像陣列中的像素的所記錄輸出的部分，其在本發(fā)明中未包含、未考慮或未展示。并且，存在可影響來自圖像傳感器中的像素的所記錄輸出的許多其它因素，其在本發(fā)明中未包含、未考慮或未展示，例如由電子元件或用以傳達(dá)像素水平的其它媒體增加的噪聲源，以及可能可作為俘獲圖像傳感器像素輸出的記錄過程的部分的模/數(shù)(ADC)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)?？纱嬖诳捎绊憟D像傳感器的MTF的其它因素，其在本發(fā)明中未包含、未考慮或未展示。光學(xué)器件在圖7A到7M的實(shí)施例中被設(shè)計(jì)為跨越+/-16度使用。

對于焦點(diǎn)位置6767mm、1000mm和500mm，展示對應(yīng)MTF曲線1402a、1402b、1404a、1404b、1410a和1410b，且針對跨越整個(gè)“以度計(jì)的Y場”(例如，圍繞光軸從0度到-16度)且跨越從零到每mm 450個(gè)循環(huán)以上的圖像空間頻率范圍的切向和矢狀面MTF模擬性能兩者近似相等。

對于位置+142μm，矢狀面模擬性能保持跨越從零到-16度的整個(gè)以度計(jì)的Y場接近50％MTF，如曲線圖1406a中所示，且保持接近于衍射限制，如1406b中所示，其中曲線圖1402b、1404b、1406b和1410b中所示的衍射限制是這些曲線圖中所示的最大MTF曲線。然而，隨著以度計(jì)的Y場增加，切向MTF性能偏離矢狀面性能。這意味著此實(shí)施例接近其中可俘獲有用圖像的最短距離，針對矢狀面MTF性能實(shí)現(xiàn)有用的MTF分辨率且針對切向MTF性能實(shí)現(xiàn)有用但降低的MTF性能。

對于焦點(diǎn)位置6767mm(在此實(shí)施例中的超聚焦位置)、1000mm和500mm，展示對應(yīng)MTF曲線圖1402a、1402b、1404a、1404b、1410a和1410b，是針對跨越整個(gè)以度計(jì)的Y場(例如，圍繞光軸從0度到-16度)且跨越從零到每mm 450個(gè)循環(huán)的奈奎斯特的圖像空間頻率范圍的切向和矢狀面MTF性能數(shù)據(jù)兩者近似相等。具有1.1μm的正方形像素的傳感器的奈奎斯特取樣率是每mm 454個(gè)循環(huán)。

如所說明，曲線圖1402b、1404b和1410b中所示的矢狀面和切向MTF性能數(shù)據(jù)接近于衍射限制，其中曲線圖1402b、1404b、1406b和1410b中所示的衍射限制是這些曲線圖中所示的最大MTF曲線。

對于位置+142μm，曲線圖1406a(圖7H)中的矢狀面性能數(shù)據(jù)保持跨越從零到-16度的整個(gè)以度計(jì)的Y場的物體角度范圍接近50％MTF且保持接近于衍射限制，如曲線圖1406b中所示。然而，當(dāng)圖1406a中所示的MTF是每mm 225個(gè)循環(huán)時(shí)，1406b中的切向MTF性能數(shù)據(jù)下降到在以度計(jì)16Y場處為約18％。當(dāng)像素間距是1.1um時(shí)，二分之一奈奎斯特取樣率是每mm約225個(gè)像素樣本。20％左右的MTF值一般被所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員視為可檢測的。這意味著當(dāng)以度計(jì)的Y場高于15度時(shí)透鏡系統(tǒng)可能不能夠產(chǎn)生高于每mm 225個(gè)循環(huán)的可檢測MTF數(shù)據(jù)。

可能需要設(shè)計(jì)透鏡組合件系統(tǒng)因此矢狀面和切向MTF性能數(shù)據(jù)跨越從零到圖像傳感器空間奈奎斯特取樣率的空間頻率范圍接近于透鏡衍射限制曲線。在一些實(shí)施例中，透鏡組合件MTF性能在幾乎所有物體視場角接近于衍射限制曲線以便跨越相機(jī)的完整視場具有均勻MTF性能可為合意的?？缭较到y(tǒng)的完整聚焦范圍要求滿足這些條件也可為合意的，例如200mm的焦距到6767mm的超焦距。

f數(shù)和透鏡組合件孔徑可影響透鏡組合件的衍射MTF限制曲線。如圖1A中所示的最小可實(shí)現(xiàn)的高度H可部分地通過知道相機(jī)系統(tǒng)的視場、透鏡組合件MTF性能數(shù)據(jù)曲線以及與像素孔徑和以每mm像素計(jì)的傳感器空間取樣率(例如，像素間距)相關(guān)聯(lián)的傳感器陣列MTF響應(yīng)而確定。由此信息可能夠確定透鏡組合件的最小孔徑且進(jìn)而可能夠確定最小可實(shí)現(xiàn)的高度H。如果透鏡組合件的MTF曲線接近于衍射限制，那么透鏡組合件高度H可接近于針對特定相機(jī)設(shè)計(jì)和相關(guān)聯(lián)衍射限制可能的最小高度。最佳相機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)施例(例如，其中最佳意味著跨越FOV和高達(dá)奈奎斯特取樣率的空間頻率的透鏡MTF曲線跨越所需聚焦距離范圍接近于衍射限制，光學(xué)設(shè)計(jì)可接近于可實(shí)現(xiàn)的最小高度H)可視為將滿足MTF 20％規(guī)則的最小通光孔徑；即，包含與所述像素孔徑和樣本速率相關(guān)聯(lián)的MTF減少的相機(jī)系統(tǒng)的MTF在圖像傳感器奈奎斯特取樣率下應(yīng)當(dāng)處于或大體上處于約20％。如本文指出，在此實(shí)例中未考慮的其它因素可能影響MTF。

如果透鏡組合件MTF曲線加由像素孔徑和像素空間取樣率(例如，像素間距)造成的MTF減少在奈奎斯特取樣率下從約20％顯著增加或減小MTF，那么最終圖像可具有由可辨別的混疊假象造成的降級性能，或者比針對傳感器像素孔徑和空間取樣率(即像素間距奈奎斯特取樣率)可實(shí)現(xiàn)的情況低的以每mm循環(huán)計(jì)的分辨率性能。換句話說，如果光學(xué)系統(tǒng)的MTF和圖像傳感器的MTF組合產(chǎn)生在奈奎斯特取樣率下顯著小于20％的MTF，那么場景中的空間頻率可降低到小于在無需可辨別的混疊假象的情況下可實(shí)現(xiàn)的情況。

如果系統(tǒng)的容差(例如，尤其針對圍繞理想光軸的旋轉(zhuǎn)和平移變化可允許的運(yùn)動(dòng)量)造成MTF減小，那么潛在地可增加透鏡組合件的孔徑以便保持MTF高于或接近20％規(guī)則。因此合意的是保持容差和潛在變化盡可能低以便實(shí)現(xiàn)盡可能接近于最佳高度H相機(jī)設(shè)計(jì)。

圖7M展示透鏡組合件的模擬相對照明。如所說明，相對照明跨越FOV減小僅10％，這是使用例如+/-16度的窄FOV典型的情況。這意味著當(dāng)圖像經(jīng)拼接在一起時(shí)有可能具有低的相對照明滾降。

在本文所描述的一些自動(dòng)聚焦組合件實(shí)施例中，L6可附接到傳感器棱鏡，并且然后L6加傳感器棱鏡可安裝或永久地安裝到圖像傳感器覆蓋玻璃或直接安裝到圖像傳感器。這可防止在自動(dòng)聚焦過程發(fā)生的同時(shí)傳感器棱鏡相對于傳感器傾斜或移位，或者在例如重力、運(yùn)動(dòng)或溫度等其它因素的影響下傾斜或移位。

將L6加傳感器棱鏡安裝到傳感器或覆蓋玻璃可提供克服圖1A和1B中所示的透鏡組合件設(shè)計(jì)的MTF性能可對相對于理想光軸123的旋轉(zhuǎn)傾斜誤差和線性平移誤差量具有敏感性的潛在不利影響的益處。為了克服此敏感性，本文的實(shí)施例可提供不需要相對于圖像傳感器移動(dòng)傳感器棱鏡加L6的透鏡組合件和自動(dòng)聚焦方法。將傳感器棱鏡加L6附接到圖像傳感器圖像平面的益處包含減少對相對于圖像傳感器圖像平面從理想光軸的旋轉(zhuǎn)傾斜和線性平移偏差的MTF敏感性。一旦在組裝過程期間準(zhǔn)確完成圖像傳感器棱鏡加L6到圖像傳感器平面之間的對準(zhǔn)，則剩余傾斜和平移誤差應(yīng)大部分發(fā)生在L1到L5透鏡組合件705與傳感器棱鏡之間。如本文中所描述的導(dǎo)軌或其它合適的裝置的使用可用來減少或限制L1到L5透鏡組合件705相對于包括傳感器棱鏡、L6和圖像傳感器的固定單元從理想光軸的傾斜或平移誤差。

概念地，如果我們將圖像傳感器“可視化”圖像平面表示為其中光線可不受阻通過的平面，那么我們可尋找將產(chǎn)生跨越表示圖像傳感器圖像表面的可視化圖像平面表面測得的最高最佳均勻MTF性能的理想可視化平面位置和定向。作為一實(shí)例，圖像傳感器圖像平面的平面前方和/或后方的像空間(或光場)中的光學(xué)器件形成的最佳或大部分清楚聚焦的圖像可能不與圖像傳感器圖像平面并行對準(zhǔn)，且在一些實(shí)例中圖像傳感器圖像平面的前方和/或后方的光場空間中的最佳聚焦圖像可能不是平面而是輪廓，其中可能夠在所述輪廓內(nèi)對準(zhǔn)平面以形成最佳擬合。在此實(shí)例中，當(dāng)光場中的最佳擬合圖像平面在圖像傳感器圖像平面上最佳聚焦時(shí)跨越圖像傳感器圖像平面的MTF性能可具有相對于理想設(shè)計(jì)降低的跨越圖像傳感器圖像平面的MTF性能。當(dāng)我們論述圖9中展示的光線跡線圖時(shí)將進(jìn)一步涵蓋此話題。在一些實(shí)施方案中，從輔助光折疊表面135(如圖1A和1B中所示)行進(jìn)到圖像傳感器圖像平面的長光線將放大傳感器棱鏡加L6相對于與傳感器圖像平面相交的理想光軸的旋轉(zhuǎn)變化的影響。

如果傳感器棱鏡僅沿著光軸123來回移動(dòng)，那么從L5透鏡表面到輔助光折疊表面135的距離將沿著光軸123增加或減小。當(dāng)投影在圖像傳感器圖像平面上時(shí)，所述光軸可相對于圖像傳感器圖像平面上的參考點(diǎn)移位其相交點(diǎn)。因此，當(dāng)允許傳感器棱鏡在給定旋轉(zhuǎn)和/或平移范圍集合內(nèi)移動(dòng)時(shí)，光軸123與圖像傳感器圖像平面的相交點(diǎn)可從圖像傳感器圖像平面上的參考點(diǎn)偏離一直線距離。

在一些實(shí)施例中，如圖7A、7D、7G和7J中所示的傳感器棱鏡加L6當(dāng)傳感器棱鏡加L6在頁平面中向上或向下移動(dòng)時(shí)可造成光軸與圖像傳感器圖像平面相交的位置的改變。L6表面可造成光軸123在角度上從垂直于圖像傳感器圖像平面的理想角度偏離，這可隨L6透鏡元件設(shè)計(jì)的此些平移變化和形狀(例如，曲率)的量而變而減少M(fèi)TF性能。

描述這些變化的目的是指出相對于理想?yún)⒖键c(diǎn)和理想圖像傳感器圖像平面最小化傳感器棱鏡的旋轉(zhuǎn)和平移變化的重要性。此情況可如何完成的實(shí)例是將傳感器棱鏡加L6附著到圖像傳感器玻璃板(如果存在)，或附著到圖像傳感器圖像平面(如果圖像傳感器玻璃板不存在)。這可防止傳感器棱鏡加L6相對于圖像傳感器平面上的參考點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)變化。一旦這完成，剩余變化便將在可移動(dòng)透鏡組合件130與傳感器棱鏡之間，例如透鏡組合件130相對于光軸123的旋轉(zhuǎn)和平移變化，其中光軸從圖像傳感器圖像平面上的點(diǎn)開始，行進(jìn)通過L6、傳感器棱鏡，在反射表面135處彎曲且沿著光軸123從傳感器棱鏡出來。關(guān)于圖8A、8B和8C描述方法和系統(tǒng)，其可幫助減少或最小化透鏡組合件130相對于前述光軸123的這些旋轉(zhuǎn)和平移變化。

實(shí)例自動(dòng)聚焦組件的概述

圖8A到8C說明關(guān)于透鏡組合件L1到L5 130如何通過馬達(dá)裝置1501相對于傳感器棱鏡來回移動(dòng)的設(shè)計(jì)1500的一個(gè)實(shí)施例，其中傳感器棱鏡可包含棱鏡136A加塊136B和反射表面135。通過來回移動(dòng)組合件130，可改變物空間中的聚焦位置。圖8A到8C說明在此實(shí)施例中透鏡元件L1到L5如何來回移動(dòng)以增加或減小透鏡表面L5到傳感器圖像平面表面之間的距離，且進(jìn)而增加或減小焦距。

圖8A說明完整組合件1500，其包含上文相對于圖1A描述的組件。

圖8B說明完整相機(jī)組合件1500的靜止部分1502的實(shí)例，其包含襯底150、致動(dòng)器1501、傳感器125、覆蓋玻璃126、透鏡L6、包含主要光折疊表面124的折射棱鏡145，以及在折射棱鏡136A與塊136B之間的輔助光折疊表面135。致動(dòng)器可緊固到支撐部件(例如，電路板195)，所述支撐部件又緊固到傳感器襯底150。

圖8C說明相機(jī)1500的可移動(dòng)部分1503的實(shí)例，其包含導(dǎo)軌185、包含透鏡表面L1到L5的透鏡系統(tǒng)的可移動(dòng)部分130，以及致動(dòng)器接觸部件1506。可移動(dòng)透鏡組合件130可包含經(jīng)成形且定位以提供所需焦距的若干透鏡。針對可移動(dòng)透鏡組合件130展示的特定透鏡配置有意提供實(shí)例，且可使用能夠在折疊光學(xué)器件系統(tǒng)的容差內(nèi)移動(dòng)的同時(shí)維持良好圖像性能的任何透鏡配置。導(dǎo)軌185可接觸折射棱鏡136A和塊136B的下部表面以將可移動(dòng)透鏡組合件130的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)(在橫搖、偏航和俯仰方向上)穩(wěn)定到容差內(nèi)以及將可移動(dòng)透鏡組合件的平移移動(dòng)(在上下或左右方向上)穩(wěn)定到容差內(nèi)。

在此實(shí)施例中，未展示將例如1503的組合件保持到組合件1502的方法。此些方法的實(shí)例包含(但不限于)使用滑件和/或互鎖凹槽。例如由不需要電力源的磁體和/或確實(shí)/可需要電力源的磁場產(chǎn)生器引起的一或多個(gè)磁場可用以降低例如相機(jī)的靜止部分1502(圖8B)和可移動(dòng)部分1503(圖8C)等機(jī)械零件和/或組合件之間的阻力。舉例來說，此些滑件和/或互鎖凹槽例如具有兩個(gè)磁場。一個(gè)磁場可在130周圍且第二磁場可在馬達(dá)區(qū)域180周圍或例如組合件1500等其它位置中。鑒于傳統(tǒng)的移動(dòng)裝置鏡筒通常通過一個(gè)磁場而懸置且進(jìn)而產(chǎn)生例如橫搖、俯仰和偏航等更多平移X、Y和Z位移和/或旋轉(zhuǎn)位移。

合適的折疊光學(xué)器件系統(tǒng)的另一實(shí)施例將使用鏡表面135作為輔助光引導(dǎo)表面而無需圍繞的棱鏡。因此，移除棱鏡部分136A、136B的所說明的元件且僅保留鏡表面135。緊固鏡135的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可用以導(dǎo)引導(dǎo)軌185。

通過保持容差具有比傳統(tǒng)移動(dòng)裝置的容差更緊密的容差，可以防止、減輕和/或最小化力的影響(例如，相機(jī)系統(tǒng)的加速和減速)以及來自相機(jī)系統(tǒng)內(nèi)和外的影響的振動(dòng)。

存在除磁場外的許多其它形式的懸置，例如可使用的此些方法包含油、滾珠軸承、空氣、氣體、潤滑液體或固體或類似物中的一或多者。

本文所描述的折疊光學(xué)器件多傳感器組合件的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠使用長導(dǎo)引件和一或多種懸置，例如使用磁場、滾珠軸承和例如油等液體來保持裝置以例如(但不一定)幫助將相機(jī)的靜止部分1502和可移動(dòng)部分1503保持在緊密容差內(nèi)。此些容差例如可為例如X、Y和Z線性方向的平移移動(dòng)容差以及例如橫搖、俯仰和偏航的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)容差，其中可在文獻(xiàn)中找到平移移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)移動(dòng)、俯仰移動(dòng)、橫搖移動(dòng)和偏航移動(dòng)的意義。未展示用于這些容差的參考方向，因?yàn)槠鋵⑷Q于使用的特定設(shè)計(jì)。

另一優(yōu)點(diǎn)是存在空間來提供相機(jī)組合件1000A和/或1500之間和周圍的電氣和/或機(jī)械的結(jié)構(gòu)。一個(gè)此結(jié)構(gòu)可為互鎖電氣機(jī)械裝置以控制1個(gè)、2個(gè)或更多相機(jī)組合件1000A和/或1500的聚焦位置。本申請的實(shí)施例不限于移動(dòng)相機(jī)裝置且相等地適用于任何類型的相機(jī)裝置和成像系統(tǒng)。

折疊光學(xué)器件的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)在于可使用位置指示符以使得適當(dāng)過程可利用此信息。透鏡組合件1000A和/或1500內(nèi)可存在更多空間用于此些位置指示符。陣列相機(jī)外殼內(nèi)也可以存在更多空間來保持一或多個(gè)相機(jī)。此些額外相機(jī)可輔助深度檢測以用以輔助聚焦陣列相機(jī)的一或多個(gè)透鏡組合件。此些位置指示符可置于例如圖5中展示的外殼和/或組合件襯底上。

所述外殼是可部分或完全地圍繞組合件相機(jī)模塊和/或組合件襯底1004的結(jié)構(gòu)。

在其它實(shí)施例和光學(xué)設(shè)計(jì)中，透鏡表面L1到L6之間的移動(dòng)位置可不同，但如本文中所描述的同一概念適用。對于其它光學(xué)設(shè)計(jì)，表面的數(shù)目可不同。可使用其它實(shí)施方案，例如改變液體透鏡的一或多個(gè)表面的曲率或其它技術(shù)。此些實(shí)施方案的一些優(yōu)點(diǎn)是例如：陣列中的一個(gè)相機(jī)的光軸相對于其它相機(jī)不改變位置，這是當(dāng)將圖像拼接在一起時(shí)的重要考慮。有可能實(shí)施可移動(dòng)透鏡組合件的位置指示器。通過此信息，例如圖像傳感器處理器(ISP)等模塊或外部裝置可估計(jì)相機(jī)聚焦于的距離。陣列中的每一相機(jī)的聚焦位置的知識可幫助如何將圖像拼接在一起，且通過在不同距離聚焦每一相機(jī)而啟用唯一其它特征，例如提供延伸(景深)DoF圖像。校準(zhǔn)可用以在合理的確定性內(nèi)確定相機(jī)中的每一者是否已獲得良好聚焦。

另一實(shí)施例是移除棱鏡塊136A且僅保持鏡表面135。所述鏡表面可附接到板、例如136B的支撐塊或其它裝置。鏡周圍可放置一結(jié)構(gòu)以保持鏡相對于圖像傳感器125的圖像平面表面穩(wěn)固地對準(zhǔn)且靜止，其中鏡L6和圖像傳感器125將不相對于彼此移動(dòng)。用以將傳感器125、L6和鏡表面135穩(wěn)固地保持在適當(dāng)?shù)奈恢玫慕Y(jié)構(gòu)也可經(jīng)設(shè)計(jì)以支撐圖8C中所示的可移動(dòng)系統(tǒng)1503。在136A和136B在實(shí)施例中的情況下描述的所有項(xiàng)目現(xiàn)在也適用于它們不在所述實(shí)施例中的此情況。

另一實(shí)施例將使用“U”托架而不是圖8A和8C中所示的例如185的桿。此“U”托架可在傳感器棱鏡136A和塊136B或如上文所描述的鏡支撐結(jié)構(gòu)的全部三個(gè)表面上滑動(dòng)。這將增加額外支撐以最小化或限制傾斜和線性平移變化或移動(dòng)。

實(shí)例光線跡線的概述

圖9展示在光通過透鏡組合件1600的實(shí)施例、行進(jìn)通過透鏡L1到L5、反射離開表面1603、通過透鏡表面L6且到傳感器表面1602上時(shí)所述光的光線跡線。在此實(shí)施例中，在通過透鏡組合件1600的光線群組后出于清楚起見使用不同虛線來展示五個(gè)光線群組。每一群組來自物空間中相對于光軸的不同點(diǎn)且足夠遠(yuǎn)以視為處于無限遠(yuǎn)處。在這些光線行進(jìn)通過光學(xué)表面L1到L6時(shí)，隨著，它們移動(dòng)更接近傳感器表面1602，它們逐漸地群集在一起，如圖9中所示。

圖9中說明的透鏡組合件1600的實(shí)施例不具有如圖8A和8B中所示的結(jié)構(gòu)136A和塊136B，實(shí)際上僅展示鏡表面1603。保持鏡表面1603的支撐結(jié)構(gòu)未圖示，且用于如圖8C中所示的可移動(dòng)結(jié)構(gòu)1503的支撐結(jié)構(gòu)在圖9中也未圖示。在圖9中，展示光線從物空間的相機(jī)的FOV中的5個(gè)不同物體高度進(jìn)入L1，且行進(jìn)通過光學(xué)透鏡系統(tǒng)L1到L6，且在5個(gè)不同圖像高度中在傳感器圖像平面表面處結(jié)束。

鏡1603可用以朝向圖像傳感器表面(例如，圖像傳感器圖像平面1602)反射光線。假定直接在圖像傳感器上方的透鏡L6不存在，那么顯然光線必須在水平透鏡組合件中從L5的最后透鏡表面到鏡1603經(jīng)過長距離(其中水平指代平行于圖像傳感器表面1602的平面的平面)，并且然后到達(dá)傳感器1602的表面。因此，有時(shí)稱為“場校正器”的透鏡表面L6靠近圖像平面放置以對光線做出最終校正，因此它們盡可能匯聚于傳感器表面1602上的點(diǎn)。此透鏡靠近圖像平面放置，其中其功能的一部分是對光線做出調(diào)整因此它們跨越整個(gè)圖像高度更好地聚焦。透鏡L6由于其能夠?qū)νㄟ^系統(tǒng)的光的前進(jìn)提供微小的校正而具有優(yōu)點(diǎn)，這將實(shí)現(xiàn)圖像傳感器表面上的圖像高分辨率圖像的能力，而不具有例如L6的透鏡表面的系統(tǒng)可能不能實(shí)現(xiàn)同一水平的MTF分辨率。

針對特定像素間距的實(shí)例光學(xué)性能的概述

圖10A說明可從物空間中的點(diǎn)在例如陣列的圖像傳感器的圖像傳感器平面上成像的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)(PSF)圖案。以下對PSF圖案的論述涉及確定與L1到L6透鏡組合件或滿足與如本文中所描述的陣列相機(jī)一起使用的性能標(biāo)準(zhǔn)的另一透鏡組合件一起使用的合適的像素間距。朝向近似1.1微米、1.0微米和亞微米像素大小的較小正方形像素間距傳感器的趨勢已經(jīng)對透鏡設(shè)計(jì)強(qiáng)加較緊密的容差要求，以便能夠解析圖像中的精細(xì)特征，例如兩個(gè)鄰近點(diǎn)或兩個(gè)鄰近精細(xì)行。如果透鏡組合件不具有足夠銳利的焦點(diǎn)，那么此些精細(xì)特征可能不可解析。這可以通過系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)的類似概念來理解，例如在時(shí)域中的線性電濾波器的響應(yīng)?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向透鏡系統(tǒng)，并非例如電濾波器那樣在時(shí)域中具有脈沖響應(yīng)，當(dāng)在像空間中的圖像平面表面上成像且聚焦時(shí)，透鏡具有對物空間中的點(diǎn)物體的PSF響應(yīng)。此PSF的寬度可用作用以確定針對特定透鏡得到良好匹配的最小像素大小的度量。瑞利準(zhǔn)則也可用作用以確定針對特定透鏡得到良好匹配的像素的大小的度量。

L1到L6透鏡組合件或代替L1到L6組合件使用的類似組合件的目的是滿足本文針對小像素闡述的MTF和PSF分辨率要求，例如1微米或亞微米像素，同時(shí)還保持由一或多個(gè)相機(jī)組合件組成的陣列相機(jī)盡可能薄。

點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)(PSF)是光學(xué)系統(tǒng)的分辨力的測量。點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)越窄，分辨率將越好。如名稱暗示，點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)界定物空間中的點(diǎn)物體當(dāng)在圖像平面上成像且聚焦時(shí)的擴(kuò)展。物空間中的點(diǎn)物體在聚焦圖像平面上的擴(kuò)展的程度可為例如L1到L6的透鏡組合件的質(zhì)量的測量。圖10B到10E的繪圖中的曲線是說明物空間中的兩個(gè)點(diǎn)在它們在圖像平面上聚焦時(shí)作為PSF響應(yīng)中的擴(kuò)展或模糊程度的可分辨量度之前可如何靠近的實(shí)例。在圖10B的曲線圖中：

Zo＝1.22*λ*(f/#)

f/#＝f數(shù)＝EFL/(通光孔徑)

λ＝光波長＝550nm

圖10B說明物空間中的一個(gè)點(diǎn)的PSF函數(shù)的橫截面分布曲線1710，其中如曲線上所示的1的峰值是經(jīng)正規(guī)化PSF的最大值。圖10C說明未經(jīng)解析的PSF的曲線圖。在圖10C中，舉例來說，兩個(gè)PSF曲線1712和1713獨(dú)立地展示物空間中的兩個(gè)鄰近點(diǎn)的兩個(gè)PSF曲線。它們足夠靠近在一起，所述兩個(gè)PSF曲線彼此覆蓋。當(dāng)這兩個(gè)曲線1712和1713相加在一起時(shí)結(jié)果是曲線1711，其中曲線1711稍微較寬但難以表明物空間中存在兩個(gè)點(diǎn)還是僅一個(gè)點(diǎn)。

圖10D說明分隔足夠遠(yuǎn)的兩個(gè)PSF圖案1722和1723的類似曲線圖，當(dāng)它們相加在一起時(shí)我們得到曲線1721，其中我們可很少解析兩個(gè)鄰近物體點(diǎn)。圖10E是說明類似于圖10C和10D的來自物空間中的兩個(gè)鄰近點(diǎn)的彼此覆蓋的兩個(gè)PSF圖案1732和1733的實(shí)例。在此實(shí)例中當(dāng)相加在一起時(shí)我們得到曲線1731，其通常視為可分辨的，指示物空間中存在兩個(gè)鄰近物體點(diǎn)。隨后使用圖像傳感器以例如測量在圖像傳感器圖像平面上成像且聚焦的光圖案的等級。作為一實(shí)例，存在鄰近垂直矩形方框1705，其展示為放在曲線1731中所示的兩個(gè)峰上以及所述兩個(gè)峰之間的最小值。為了測量這三個(gè)光等級，例如至少需要近似在這兩個(gè)峰內(nèi)或附近以及中間的三個(gè)像素。如果這些像素是單色的，那么可測量在這些像素上成像的光級。像素區(qū)域(例如，孔徑)以及將光子轉(zhuǎn)換為例如電信號等信號的時(shí)間周期例如可表示給定像素上的光級的測量。以此方式，例如，當(dāng)在特定時(shí)間周期中平均化時(shí)，可以將圖像傳感器像素上的光級轉(zhuǎn)換為電信號。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可實(shí)現(xiàn)圖像傳感器陣列的取樣像素可對圖像傳感器的圖像平面上聚焦的光圖像圖案進(jìn)行空間濾波。舉例來說，使一個(gè)單色像素上的曲線1731的峰中的一者的光等級平均化不會(huì)產(chǎn)生與光級的實(shí)際峰相當(dāng)?shù)碾娦盘?，而是其可為跨越像素的區(qū)域(例如，孔徑)的光級以及像素俘獲光子的時(shí)間周期的積分。而出于本文實(shí)例的目的，像素表面的區(qū)域視為像素的孔徑。

如果例如選擇采取測量而使得能夠確定正在每一單色像素上成像的光譜的顏色，那么我們可能需要選擇例如拜耳顏色圖案等顏色圖案，其中例如將隨后針對每一單色像素添加四個(gè)像素，其中這四個(gè)像素中的每一者將具有四個(gè)光濾色器紅、綠-紅、藍(lán)、綠-藍(lán)(例如，R、Gr、B和Gb)濾色器圖案中的一者，其通常是參考拜耳濾色器圖案的濾色器的常用方式。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可能了解此圖案以及如何將顏色像素R、Gr、B和Gb中的每一者的輸出(例如，RGrBGb圖案)轉(zhuǎn)換為表示由單色像素表示的像素內(nèi)這四個(gè)像素的顏色的值。在圖10E中將看見其中Gr像素1752和R像素1753彼此鄰近的水平圖案。Gr和R作為一對而重復(fù)跨越圖10E中所示的水平行。B和Gb像素未圖示，因?yàn)樗鼈兦≡贕r和R像素后方的行上，其中后方意味著恰在圖10E的平面后方的平面。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可認(rèn)識到每一行和列中的像素?cái)?shù)目現(xiàn)在增加了兩個(gè)。

如果例如將在物空間中使用黑白目標(biāo)作為測量透鏡組合件以及成像器傳感器陣列的分辨率的方式，那么所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可認(rèn)識到每一顏色像素將能夠測量所述像素的孔徑上成像的光，因?yàn)楹诎啄繕?biāo)投影足夠?qū)挼墓庾V以覆蓋R、Gr、B和Gb濾色器的濾色器光譜。以此方式，可以將顏色像素中的每一者視為圖像傳感器圖像平面上的黑白目標(biāo)的圖像的單獨(dú)樣本。

圖10F說明物空間中清楚地可分辨的兩個(gè)鄰近點(diǎn)對象的實(shí)例。

透鏡組合件的PSF性能可用以確定與透鏡組合件一起使用的合適的像素間距。折疊光學(xué)器件陣列相機(jī)透鏡組合件應(yīng)當(dāng)能夠解析或清楚地解析對應(yīng)傳感器像素大小的像素。

在一個(gè)實(shí)施例中，不具有圖像傳感器的折疊光學(xué)器件單透鏡組合件可在550納米(nm)的波長處具有6.3的EFL、2.5的f數(shù)、32度的FOV、3.56mm的圖像圓直徑。此光學(xué)透鏡組合件可如同適合于與L1到L6一起使用的單色正方形圖像傳感器像素間距的系統(tǒng)，或類似透鏡組合件可在像素的每一水平和垂直側(cè)面上為近似0.84μm(微米)，以及在每一側(cè)上近似0.42μm的合適的拜耳圖像傳感器正方形像素大小間距。其它因數(shù)可使此透鏡組合件系統(tǒng)的性能降低到不能夠?qū)崿F(xiàn)適合于0.84μm單色像素和或0.42拜耳濾色器圖像傳感器像素的理想MTF或PSF性能的情況。

圖11說明折疊光學(xué)器件透鏡組合件的衍射限制性能數(shù)據(jù)1791，其中例如L1到L6等透鏡組合件的孔徑具有圓形孔徑且用以測量透鏡組合件的MTF性能的圖案是正弦圖案。圖11還展示從橫坐標(biāo)上的1.0到點(diǎn)0.9的MTF提取的近似行1792，其中曲線圖的橫坐標(biāo)是依據(jù)V/Vo，其中V表示具有每mm V個(gè)循環(huán)的空間頻率的正弦圖案且Vo表示其中V具有近似零(0)MTF的“消失點(diǎn)”。具有如本文中所描述的透鏡系統(tǒng)的陣列相機(jī)，其中物空間中的正弦圖案在圖像平面表面上成像，其中以每mm循環(huán)來描述圖像平面上的正弦圖案。舉例來說，本文所描述的相機(jī)陣列透鏡組合件，消失點(diǎn)Vo可如曲線1791所示為近似727cyc/mm，且線1792在橫坐標(biāo)上的攔截點(diǎn)為654cyc/mm，其是Vo的90％。

圖12說明當(dāng)沿著圖像傳感器陣列中的像素的行或列成像正弦光圖案時(shí)圖像傳感器陣列的基于樣本理論的理論經(jīng)正規(guī)化MTF空間頻率響應(yīng)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，這是基于樣本理論的像素樣本的行或列的理論響應(yīng)。圖12中所示的經(jīng)正規(guī)化的曲線的方程式為：

當(dāng)Sf＝0時(shí)，MTF_檢測器(Sf)＝1。

用于此滾降的方程式為：

MTF_檢測器(Sf)＝abs(sin(Pi*PW*Sf))/(PixelPitch*Sf)

其中Sf是沿著正方形像素的圖像傳感器陣列上的行或列投影的正弦光圖案的正規(guī)化空間頻率，PW表示在水平或垂直方向上的正方形像素寬度，且PixelPitch表示圖像傳感器陣列的水平和垂直像素間距。對于典型相機(jī)圖像傳感器，像素寬度通常稍微小于像素間距，但對于本文呈現(xiàn)的實(shí)例，像素寬度視為與像素間距相同。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，通過知道傳感器像素間距和術(shù)語“填充因數(shù)”的常見意義可以確定術(shù)語“像素寬度”，其中當(dāng)圖像傳感器具有每一像素上的微透鏡時(shí)使用填充因數(shù)。使用每一像素的微透鏡來在像素的光敏感區(qū)上聚焦光。在某些情況下，填充因數(shù)可為由每一像素覆蓋的區(qū)域的80％或更多，且在某些情況下，填充因數(shù)可視為接近于像素區(qū)域的100％。在本發(fā)明中的實(shí)例實(shí)施例中，可假定100％的填充因數(shù)，除非另外說明或上下文另外指示。

圖13A到13E說明透鏡和傳感器組合的MTF性能準(zhǔn)則。透鏡組合件可為L1到L6組合或滿足本文所描述的性能準(zhǔn)則的任何其它透鏡系統(tǒng)。圖13A展示如列2001中所示使用1.4μm的像素間距的圖像傳感器、如列2002中所示使用1.1μm的像素間距的圖像傳感器以及如列2003中所示使用0.5μm的像素間距的圖像傳感器的奈奎斯特取樣率的表。

圖13B展示分別具有如曲線圖3301、3302和3303中所示的1.4μm、1.1μm和0.5μm的水平和垂直圖像傳感器像素寬度的三個(gè)圖像傳感器陣列的理論取樣MTF滾降。圖13B中還展示近似針對圖11的1792描述的L1到L6透鏡組合件的衍射限制的線3304。圖13C說明與透鏡組合件L1到L6的衍射限制近似3304相比的1.4μm正方形像素圖像傳感器陣列的MTF滾降3301的放大視圖。圖13D說明與透鏡組合件L1到L6的衍射限制近似3304相比的1.1μm正方形像素圖像傳感器陣列的MTF滾降3302的放大視圖。圖13E說明與透鏡組合件L1到L6的衍射限制近似3304相比的0.5μm正方形像素圖像傳感器陣列的MTF滾降3303的放大視圖。

每一圖13C、13D和13E中的虛線4501、4502和4503表示與圖13B中的曲線3301、3302和3303對應(yīng)的衍射限制3304和MTF滾降的產(chǎn)物。實(shí)垂直線4701和4702分別表示像素間距1.4μm和1.1μm的奈奎斯特取樣率。三角形4601和4602近似表示由混疊引起的混疊回折干擾。如圖13C和13D所說明，可發(fā)生混疊。大體上，低于20％MTF的混疊干擾在不具有可辨別的混疊假象方面是可接受的。然而，無論其是否可辨別，奈奎斯特上方的細(xì)節(jié)都會(huì)回折且干擾奈奎斯特下方的頻率。因此，當(dāng)與如本文中所描述的透鏡組合件L1到L6一起使用時(shí)，1.1μm的像素間距會(huì)產(chǎn)生可接受的結(jié)果。如圖13C中所說明，1.4的像素間距當(dāng)與如本文中所描述的透鏡組合件L1到L6一起使用時(shí)可產(chǎn)生不合意的可見(且可辨)混疊結(jié)果。這是因?yàn)轱@著高于20％MTF的混疊可產(chǎn)生可見混疊假象。

如圖10A到13E所展示，針對分辨率的瑞利準(zhǔn)則提供關(guān)于如何確定與L1到L6或類似表現(xiàn)的透鏡組合件一起使用的合適的像素大小的指南。然而，透鏡畸變效應(yīng)可從理想降低透鏡MTF性能且進(jìn)而增加PSF響應(yīng)寬度。因此，由于透鏡分辨率小于理想性能的分辨率的事實(shí)，可使用較寬像素大小來匹配透鏡。如果透鏡性能接近于將類似于理想透鏡性能(假定無畸變和圓形孔徑)的衍射限制，那么可使用較小像素，其條件是在制造中可靠地生產(chǎn)此些高質(zhì)量透鏡，例如在用于常見移動(dòng)裝置的大量制造中。

晶片光學(xué)器件本身能夠產(chǎn)生比當(dāng)前堆疊機(jī)筒設(shè)計(jì)更高的透鏡對準(zhǔn)準(zhǔn)確性，具有更高產(chǎn)量。簡單地由于取樣理論，像素大小越寬，像素MTF分辨率可越低。較寬的像素可降低奈奎斯特取樣率，這可導(dǎo)致更多圖像混疊或者需要降低奈奎斯特周圍的透鏡圖像MTF分辨率以便減少混疊效應(yīng)。

總之，本文呈現(xiàn)可用以實(shí)施高性能自動(dòng)聚焦大量生產(chǎn)透鏡組合件的方法和系統(tǒng)，所述透鏡組合件能夠匹配近似1.4μm到亞微米像素的當(dāng)前和未來圖像傳感器像素間距。舉例來說，將L6加傳感器棱鏡附接到傳感器或傳感器覆蓋玻璃可以聚焦所述透鏡，且實(shí)現(xiàn)足夠合適以積聚至少小到0.5um正方形的像素的近似衍射限制性能。使透鏡元件隨物體移動(dòng)以改變焦距的較早解決方案不會(huì)提供實(shí)現(xiàn)如此處針對透鏡組合件L1到L6所描述的陣列相機(jī)的性能所需的必要性能。因此，需要方法來解決用于折疊光學(xué)器件的大量生產(chǎn)的良好解決方案。提供的實(shí)施例展示了可完成此情形。本文所描述的系統(tǒng)和方法實(shí)施場校正器，需要傳感器棱鏡或鏡的精密組合件，以及將提供如上文所描述的必要精度性能的自動(dòng)聚焦致動(dòng)/移動(dòng)設(shè)計(jì)。

術(shù)語

本文中所揭示的實(shí)施方案提供用于多傳感器折疊光學(xué)系統(tǒng)中的自動(dòng)聚焦的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，這些實(shí)施例可在硬件、軟件、固件或其任何組合中實(shí)施。

在一些實(shí)施例中，可在無線通信裝置中利用上文所論述的電路、過程和系統(tǒng)。無線通信裝置可為用來與其它電子裝置無線通信的一種電子裝置。無線通信裝置的實(shí)例包含蜂窩電話、智能電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、電子讀取器、游戲系統(tǒng)、音樂播放器、上網(wǎng)本、無線調(diào)制解調(diào)器、膝上型計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)裝置等。

無線通信裝置可包含：一或多個(gè)圖像傳感器；兩個(gè)或更多個(gè)圖像信號處理器；一個(gè)存儲(chǔ)器，其包含用于實(shí)施上文所論述的過程的指令或模塊。裝置也可具有數(shù)據(jù)、從存儲(chǔ)器加載指令和/或數(shù)據(jù)的處理器、一或多個(gè)通信接口、一或多個(gè)輸入裝置、一或多個(gè)輸出裝置(例如，顯示裝置)和電源/接口。無線通信裝置可另外包含發(fā)射器和接收器。發(fā)射器和接收器可共同被稱作收發(fā)器。收發(fā)器可耦合到一或多個(gè)天線以用于發(fā)射和/或接收無線信號。

無線通信裝置可以無線方式連接到另一電子裝置(例如，基站)。無線通信裝置可替代地被稱作移動(dòng)裝置、移動(dòng)臺、訂戶臺、使用者設(shè)備(UE)、接入終端、移動(dòng)終端、終端、用戶終端、訂戶單元等。無線通信裝置的實(shí)例包含膝上型計(jì)算機(jī)或桌上型計(jì)算機(jī)、蜂窩電話、智能電話、無線調(diào)制解調(diào)器、電子讀取器、平板計(jì)算機(jī)裝置、游戲系統(tǒng)等。無線通信裝置可根據(jù)一或多個(gè)業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)(例如，第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP))來操作。因此，通用術(shù)語“無線通信裝置”可包含根據(jù)業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)以變化的命名法來描述的無線通信裝置(例如，接入終端、用戶設(shè)備(UE)、遠(yuǎn)程終端等)。

可將本文中所描述的功能作為一或多個(gè)指令存儲(chǔ)在處理器可讀或計(jì)算機(jī)可讀媒體上。術(shù)語“計(jì)算機(jī)可讀媒體”是指可由計(jì)算機(jī)或處理器存取的任何可用媒體。借助于實(shí)例而非限制，此類媒體可包括RAM、ROM、EEPROM、快閃存儲(chǔ)器、CD-ROM或其它光盤存儲(chǔ)裝置、磁盤存儲(chǔ)裝置或其它磁性存儲(chǔ)裝置或可用來存儲(chǔ)呈指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式的所要程序代碼并且可由計(jì)算機(jī)存取的任何其它媒體。如本文中所使用，磁盤及光盤包含壓縮光盤(CD)、激光光盤、光學(xué)光盤、數(shù)字多功能光盤(DVD)、軟性磁盤及光盤，其中磁盤通常以磁性方式再生數(shù)據(jù)，而光盤利用激光以光學(xué)方式再生數(shù)據(jù)。應(yīng)注意計(jì)算機(jī)可讀媒體可為有形的及非暫時(shí)性的。術(shù)語“計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品”是指計(jì)算裝置或處理器，其與可由計(jì)算裝置或處理器執(zhí)行、處理或計(jì)算的代碼或指令(例如，“程序”)結(jié)合。如本文所使用，術(shù)語“代碼”可指可由計(jì)算裝置或處理器執(zhí)行的軟件、指令、代碼或數(shù)據(jù)。

本文中所公開的方法包括用于實(shí)現(xiàn)所描述的方法的一或多個(gè)步驟或動(dòng)作。在不脫離權(quán)利要求書的范圍的情況下，方法步驟及/或動(dòng)作可彼此互換。換句話說，除非正描述的方法的適當(dāng)操作需要步驟或動(dòng)作的特定次序，否則，在不脫離權(quán)利要求書的范圍的情況下，可修改特定步驟及/或動(dòng)作的次序及/或使用。

應(yīng)注意，如本文中所使用，術(shù)語“耦合”、“正耦合”、“經(jīng)耦合”或詞語耦合的其它變化可指示間接連接或者直接連接。舉例來說，如果第一組件“耦合”到第二組件，那么第一組件可間接連接到第二組件或者直接連接到第二組件。如本文所使用，術(shù)語“多個(gè)”指示兩個(gè)或更多個(gè)。舉例來說，多個(gè)組件指示兩個(gè)或更多個(gè)組件。

術(shù)語“確定”涵蓋許多種類的動(dòng)作，且因此“確定”可包含計(jì)算、估計(jì)、處理、導(dǎo)出、調(diào)查、查找(例如，在表格、數(shù)據(jù)庫或另一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中查找)、查實(shí)等。而且，“確定”可包含接收(例如，接收信息)、存取(例如，在存儲(chǔ)器中存取數(shù)據(jù))及類似者。并且，“確定”可包含解析、選擇、挑選、建立及類似者。

除非以其他方式明確地指定，否則短語“基于”并不意味著“僅基于”。換句話說，短語“基于”描述“僅基于”和“基于至少”兩者。

在以下描述中，給出特定細(xì)節(jié)以提供對實(shí)例的透徹理解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐所述實(shí)例。舉例來說，可以在框圖中展示電組件/裝置，以免用不必要的細(xì)節(jié)混淆所述實(shí)例。在其它情況下，可詳細(xì)展示此類組件、其它結(jié)構(gòu)及技術(shù)以進(jìn)一步闡釋所述實(shí)例。

這里包括一些標(biāo)題，是為了參考和輔助定位各個(gè)部分。這些標(biāo)題并不希望限制關(guān)于其描述的概念的范圍。此些概念可能在整個(gè)說明書中都適用。

還應(yīng)注意，可能將所述實(shí)例描述成過程，這個(gè)過程被描繪成程序圖、流程圖、有限狀態(tài)圖、結(jié)構(gòu)圖或框圖。雖然流程圖可以將操作描述成順序過程，但是許多操作可以并行或同時(shí)執(zhí)行，并且所述過程可以重復(fù)。另外，可以重新布置操作的次序。過程在其操作完成時(shí)終止。過程可以對應(yīng)于方法、功能、程序、子例程、子程序等。當(dāng)過程對應(yīng)于軟件函數(shù)時(shí)，其終止對應(yīng)于所述函數(shù)返回到調(diào)用函數(shù)或主函數(shù)。

提供對所揭示實(shí)施方案的先前描述以使得所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制作或使用本發(fā)明的實(shí)施例。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于了解對這些實(shí)施方案的各種修改，且本文中界定的一般原理可在不脫離本發(fā)明的實(shí)施例的精神或范圍的情況下應(yīng)用于其它實(shí)施方案。因此，實(shí)施例并不希望限于本文中所展示的實(shí)施方案，而是應(yīng)被賦予與本文中所揭示的原理和新穎特征相一致的最廣范圍。