本公開內(nèi)容總體上涉及成像系統(tǒng)領(lǐng)域，并且具體地涉及具有非對(duì)稱光學(xué)透鏡的成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、相機(jī)包括外殼、光敏表面以及將場景成像到光敏表面上的透鏡。過去，光敏表面是膠卷。在諸如移動(dòng)設(shè)備和相機(jī)(例如，單透鏡反射(slr)相機(jī)、無人機(jī)相機(jī)、攝像機(jī))的現(xiàn)代設(shè)備中，膠卷已被圖像傳感器所取代，該圖像傳感器可以將稱為像素的小區(qū)域內(nèi)的光量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。常見的圖像傳感器器件是電荷耦合器件(ccd)傳感器和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)傳感器。

2、相機(jī)的尺寸通常取決于圖像傳感器尺寸、透鏡尺寸和外殼尺寸。圖像傳感器越大，透鏡就越大。透鏡的尺寸還取決于決定相機(jī)視野的透鏡焦距。透鏡設(shè)計(jì)也可能影響透鏡的尺寸。

3、在圖像傳感器、透鏡設(shè)計(jì)、透鏡制造和機(jī)械外殼技術(shù)方面的多年演變和技術(shù)進(jìn)步之后，相機(jī)已收斂于在應(yīng)用之間變化的一些維度。例如，移動(dòng)設(shè)備中的相機(jī)系統(tǒng)在所有3個(gè)維度上可能只有幾毫米。這種尺寸可能來自于希望移動(dòng)設(shè)備足夠小以放入諸如褲兜或小錢包之類的狹小空間中。結(jié)果，在某些情況下，可以在此類設(shè)備中使用的最大圖像傳感器被限制為幾毫米乘幾毫米。在某些情況下，圖像傳感器可能會(huì)進(jìn)一步受到在圖像傳感器上形成圖像的透鏡的尺寸的限制。為了補(bǔ)償這些限制，現(xiàn)代移動(dòng)設(shè)備可能具有多于一個(gè)的相機(jī)，并且各種相機(jī)可以用于捕捉不同的視野，并且允許用戶執(zhí)行諸如縮放的操作，同時(shí)保持良好的圖像質(zhì)量。

4、如前面所述，移動(dòng)設(shè)備中的圖像傳感器的尺寸是有限的。因此，這限制了圖像傳感器在拍攝圖片時(shí)收集大量光線的能力。除了傳感器尺寸之外，傳感器可以捕捉的光量可以取決于透鏡孔徑和曝光時(shí)間。多年來，由于更好的制造能力和組裝技術(shù)，透鏡孔徑(也稱為f/#)有所下降，但對(duì)于移動(dòng)設(shè)備，透鏡孔徑已達(dá)到大約f/1.8的極限。這限制了例如當(dāng)視野移動(dòng)或晃動(dòng)時(shí)的圖像質(zhì)量的考慮。具體來說，曝光時(shí)間可能會(huì)受到用戶保持相機(jī)靜止的能力和場景中對(duì)象的運(yùn)動(dòng)的限制。光學(xué)圖像穩(wěn)定(ois)方法可能有助于增加此曝光時(shí)間。然而，這些ois方法無法影響源自場景中對(duì)象運(yùn)動(dòng)的“藍(lán)色效應(yīng)”。

5、作為上述約束的結(jié)果，曝光時(shí)間限制已達(dá)到極限并且對(duì)于廣角透鏡來說大約為50毫秒。使用ois方法可以將其擴(kuò)展到200至300毫秒，但如前所述，ois方法無法避免場景中移動(dòng)對(duì)象造成的模糊。在某些情況下，移動(dòng)設(shè)備使用包圍(bracketing)方案來捕捉短曝光和長曝光，并且使用來自短曝光的信息來減少長曝光中的運(yùn)動(dòng)模糊。

6、因此，對(duì)曝光時(shí)間、透鏡孔徑和圖像傳感器尺寸的這些限制限制了相機(jī)可以捕捉的光量，并因此限制了相機(jī)在噪聲、分辨率、動(dòng)態(tài)范圍、顏色、和更多方面能夠傳遞的圖像質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、一些實(shí)施方式涉及一種成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)包括在xy平面(例如，在笛卡爾坐標(biāo)系內(nèi))上的圖像傳感器、將光引導(dǎo)至圖像傳感器上的透鏡模塊以及控制器。透鏡模塊包括：一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)透鏡的固定組，以及兩個(gè)或更多個(gè)光學(xué)透鏡的可移動(dòng)組。固定組包括第一組一個(gè)或更多個(gè)非對(duì)稱光學(xué)透鏡，并且可移動(dòng)組包括至少對(duì)稱光學(xué)透鏡和第二組一個(gè)或更多個(gè)非對(duì)稱光學(xué)透鏡?？刂破鞅慌渲贸赏ㄟ^生成調(diào)整信號(hào)以沿光軸移動(dòng)可移動(dòng)組來使成像系統(tǒng)在聚焦范圍內(nèi)聚焦。透鏡模塊沿圖像傳感器的x軸和y軸二者并在聚焦范圍內(nèi)將光聚焦在圖像傳感器上，并且第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡和第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡被定位成使像散在聚焦范圍內(nèi)在閾值以下。如果在聚焦范圍內(nèi)在聚焦位置處存在一些像散，那么與沒有像散的聚焦位置相比，其可能是使mtf(模量傳遞函數(shù))降低不超過2倍(例如1.5倍)的像散。在一些實(shí)施方式中，在聚焦范圍內(nèi)，任一維度上的像散不以大于2的因子增長。

2、第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡和第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡沿x軸或y軸的組合光焦度(optical?power)p可以具有正值(例如，第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡和第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡沿x軸或y軸的組合光焦度p為10屈光度至50屈光度)。各組非對(duì)稱光學(xué)透鏡之一沿x軸或y軸可以具有負(fù)的組合光焦度值，并且另一非組對(duì)稱光學(xué)透鏡沿x軸或y軸可以具有正的組合光焦度值。在一些實(shí)施方式中，各組非對(duì)稱光學(xué)透鏡之一具有-np的組合光焦度值，并且另一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡具有+(n+1)p的組合光焦度值，其中n是大于零的實(shí)數(shù)。

3、由于第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡和第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡，透鏡模塊沿x軸和y軸可以具有不同的放大倍數(shù)。在一些實(shí)施方式中，固定組被配置成相對(duì)于圖像傳感器是固定的。透鏡模塊可以被配置成沿z軸移動(dòng)可移動(dòng)組。在一些實(shí)施方式中，固定組僅包括第一非對(duì)稱光學(xué)透鏡。在一些實(shí)施方式中，固定組不包括對(duì)稱光學(xué)透鏡?？梢苿?dòng)組可以包括被配置成校正光學(xué)像差(例如，色差、較高階像差、球差和彗差)的一個(gè)或更多個(gè)附加的非對(duì)稱光學(xué)透鏡。

4、對(duì)稱光學(xué)透鏡可以沿光軸比第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡和第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡更靠近圖像傳感器。在一些實(shí)施方式中，可移動(dòng)組沿光軸比固定組更靠近圖像傳感器。在一些實(shí)施方式中，沿光軸從第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡到成像系統(tǒng)的孔徑光闌(aperture?stop)的距離小于透鏡模塊沿光軸的總長度的一半。

5、在一些實(shí)施方式中，至少以下之一：第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡包括兩個(gè)或更多個(gè)非對(duì)稱光學(xué)透鏡；或者第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡包括兩個(gè)或更多個(gè)非對(duì)稱光學(xué)透鏡。

6、控制器可以被配置成生成調(diào)整信號(hào)以一起移動(dòng)可移動(dòng)組的光學(xué)透鏡?？刂破骺梢员慌渲贸缮烧{(diào)整信號(hào)以將可移動(dòng)組中的每個(gè)光學(xué)透鏡移動(dòng)基本上相同的量。在一些實(shí)施方式中，控制器被配置成生成調(diào)整信號(hào)以使對(duì)稱光學(xué)透鏡和第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡分開移動(dòng)。

7、在一些實(shí)施方式中，透鏡模塊還包括場透鏡，該場透鏡耦接至圖像傳感器，場透鏡對(duì)穿過場透鏡的光引入非對(duì)稱失真。在一些實(shí)施方式中，成像系統(tǒng)包括具有一個(gè)較大軸線和一個(gè)較小軸線的非對(duì)稱孔徑。

8、一些實(shí)施方式涉及一種成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)包括圖像傳感器和透鏡模塊。透鏡模塊被配置成將光引導(dǎo)至圖像傳感器上，并且透鏡模塊沿與圖像傳感器的感測平面平行的基本上正交的軸具有不同的放大倍數(shù)。透鏡模塊包括：第一組一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)透鏡，其包括對(duì)稱光學(xué)透鏡；第二組一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)透鏡，其包括第一非對(duì)稱光學(xué)透鏡，該第一非對(duì)稱光學(xué)透鏡沿與平面平行的第一軸具有第一光焦度；以及第三組一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)透鏡，其包括第二非對(duì)稱光學(xué)透鏡，該第二非對(duì)稱光學(xué)透鏡沿與平面平行的第二軸具有第二光焦度；成像系統(tǒng)還包括控制器，該控制器被配置成生成調(diào)整信號(hào)，以通過調(diào)整第一組和第二組沿成像系統(tǒng)的光軸的距離來將圖像聚焦至圖像傳感器的平面上。

9、在一些實(shí)施方式中，控制器被配置成生成調(diào)整信號(hào)以將第一組和第二組移動(dòng)基本上相同的量，來將圖像聚焦至平面上。在一些實(shí)施方式中，控制器被配置成生成調(diào)整信號(hào)以將第一組和第二組移動(dòng)基本上不同的量，來將圖像聚焦至平面上。

10、其他方面包括部件、裝置、系統(tǒng)、改進(jìn)、方法、處理、應(yīng)用、計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)以及與上述中任何一個(gè)相關(guān)的其他技術(shù)。

技術(shù)特征：

1.一種成像系統(tǒng)，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡和所述第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡沿所述x軸或所述y軸的組合光焦度p具有正值。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像系統(tǒng)，其中，各組非對(duì)稱光學(xué)透鏡之一沿所述x軸或所述y軸具有負(fù)的組合光焦度值，并且另一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡沿所述x軸或所述y軸具有正的組合光焦度值。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的成像系統(tǒng)，其中，各組非對(duì)稱光學(xué)透鏡之一具有-np的組合光焦度值，并且所述另一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡具有+(n+1)p的組合光焦度值，其中n是大于零的實(shí)數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡和所述第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡沿所述x軸或所述y軸的組合光焦度p為10屈光度至50屈光度。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，由于所述第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡和所述第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡，所述透鏡模塊沿所述x軸和所述y軸具有不同的放大倍數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述固定組被配置成相對(duì)于所述圖像傳感器是固定的。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述透鏡模塊被配置成沿z軸移動(dòng)所述可移動(dòng)組。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述固定組僅包括第一非對(duì)稱光學(xué)透鏡。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述固定組不包括對(duì)稱光學(xué)透鏡。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述可移動(dòng)組包括被配置成校正光學(xué)像差的一個(gè)或更多個(gè)附加的非對(duì)稱光學(xué)透鏡。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述對(duì)稱光學(xué)透鏡沿光軸比所述第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡和所述第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡更靠近所述圖像傳感器。

13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述可移動(dòng)組沿光軸比所述固定組更靠近所述圖像傳感器。

14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，沿光軸從所述第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡到所述成像系統(tǒng)的孔徑光闌的距離小于所述透鏡模塊沿所述光軸的總長度的一半。

15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，至少以下之一：

16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置成生成所述調(diào)整信號(hào)以一起移動(dòng)所述可移動(dòng)組的光學(xué)透鏡。

17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置成生成所述調(diào)整信號(hào)以將所述可移動(dòng)組中的每個(gè)光學(xué)透鏡移動(dòng)基本上相同的量。

18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置成生成所述調(diào)整信號(hào)以使所述對(duì)稱光學(xué)透鏡和所述第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡分開移動(dòng)。

19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述透鏡模塊還包括場透鏡，所述場透鏡耦接至所述圖像傳感器，所述場透鏡對(duì)穿過所述場透鏡的光引入非對(duì)稱失真。

20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，還包括具有一個(gè)較大軸線和一個(gè)較小軸線的非對(duì)稱孔徑。

21.一種成像系統(tǒng)，包括：

22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的成像系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置成生成所述調(diào)整信號(hào)，以將所述第一組和所述第二組移動(dòng)基本上相同的量，來將所述圖像聚焦到所述平面上。

23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的成像系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置成生成所述調(diào)整信號(hào)，以將所述第一組和所述第二組移動(dòng)基本上不同的量，來將所述圖像聚焦到所述平面上。

技術(shù)總結(jié)
一種成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)包括在xy平面中的圖像傳感器、將光引導(dǎo)至圖像傳感器上的透鏡模塊以及控制器。透鏡模塊包括光學(xué)透鏡的固定組和光學(xué)透鏡的可移動(dòng)組。固定組包括第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡，并且可移動(dòng)組包括對(duì)稱光學(xué)透鏡和第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡?？刂破鞅慌渲贸赏ㄟ^生成調(diào)整信號(hào)以沿光軸移動(dòng)可移動(dòng)組來使成像系統(tǒng)在聚焦范圍內(nèi)聚焦。透鏡模塊沿圖像傳感器的x軸和y軸二者并在聚焦范圍內(nèi)將光聚焦在圖像傳感器上，并且第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡和第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡被定位成使像散在聚焦范圍內(nèi)在閾值以下。

技術(shù)研發(fā)人員：齊夫·阿塔爾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：玻璃成像公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19