系統(tǒng)。
[0113] 表2B中給出透鏡元件L1-L5 (201-205)、窗口 250、棱鏡240和IR濾波器的材料、 折射率和阿貝數(shù)。用于透鏡系統(tǒng)210中的元件的材料和光學(xué)特性的選取和應(yīng)用可以使得透 鏡系統(tǒng)210能夠在可見(jiàn)區(qū)域上對(duì)于色差得以?xún)?yōu)化并且校正?？梢赃x取材料，并且可以計(jì)算 元件的折光力分布，以滿(mǎn)足有效焦距長(zhǎng)度f(wàn)以及場(chǎng)曲率或Petzval和的校正?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào) 整例如表2C所示的透鏡元件的曲率半徑和非球面系數(shù)或幾何形狀以及軸向分離度來(lái)減少 光學(xué)像差的單色變化或色度變化，以產(chǎn)生良好校正的平衡最小殘余像差。
[0114] 圖6A和圖6B是用于如圖5A和圖5B所示的折疊透鏡系統(tǒng)的范圍從470nm至650nm 的可見(jiàn)帶上的球面像差、像散和畸變的多色曲線的圖線，并且分別示出在照相機(jī)200的聚 焦位置1(在無(wú)限遠(yuǎn)處的物距）和聚焦位置2(在1000 mm處的物距）處的值。圖7A和圖7B 示出用于如圖5A和圖5B所示的折疊透鏡系統(tǒng)的半視場(chǎng)上和范圍從470nm至650nm的可見(jiàn) 譜帶上的多色射線像差曲線的圖線。
[0115] 參照表2D，列出透鏡系統(tǒng)210的棱鏡元件中的反射表面的離心常數(shù)。棱鏡的反射 表面可以相對(duì)于Ll的光軸（AX1)45度定向，并且因此，L2-L5的折疊光軸（AX2)被配置為 相對(duì)于AXl為90度。然而，折疊鏡面或棱鏡元件的反射表面的角度定向可以被配置為期望 的值，以適合于期望的光路方向和透鏡系統(tǒng)封裝要求。
[0116] 在至少一些實(shí)施例中，照相機(jī)200可以包括變焦機(jī)構(gòu)，用于動(dòng)態(tài)地將物體場(chǎng)景從 無(wú)限遠(yuǎn)（物距彡20米）聚焦到近物距〈1000mm。例如，在一些實(shí)施例中，包括IR濾波器的 透鏡系統(tǒng)210可以相對(duì)于光電傳感器220沿著AX2移動(dòng)，或替代地，光電傳感器220可以相 對(duì)于透鏡系統(tǒng)210/IR濾波器移動(dòng)，以用于在光電傳感器220處將物體場(chǎng)景從無(wú)限遠(yuǎn)聚焦到 近距離（〈1米）。參照表2B和圖5B，在表2E中列出用于透鏡系統(tǒng)210的變焦參數(shù)。表2E 所示的用于位置1的變焦參數(shù)是當(dāng)物體場(chǎng)景距離處于無(wú)限遠(yuǎn)處時(shí)在IR濾波器（表面18或 S18)與在光電傳感器220處的圖像平面（表面19或S19)之間沿著AX2的軸向厚度或空間 分離度（表2B中所列出的光學(xué)配方）。除了表面#0中的物距由1000 mm替代并且表2B中給 出的S18與S19之間的空間分離度（-0. 6343mm)由-0. 8321mm替代之外，用于在1000 mm(位 置2)處的物體場(chǎng)景的對(duì)應(yīng)光學(xué)配方與表2B中所列出的配方相同。在表2E中可見(jiàn)，光電傳 感器220與透鏡系統(tǒng)/IR濾波器之間的距離改變對(duì)于透鏡系統(tǒng)210達(dá)大約0. 1978mm(197. 8 微米），以將物體場(chǎng)景從無(wú)限遠(yuǎn)變焦并且聚焦到〈1〇〇〇_。
[0117] 表2A-表2E中的光學(xué)配方描述圖5A和圖5B所示的透鏡系統(tǒng)210的示例實(shí)施例， 其中，透鏡元件的折光力分布使得：透鏡元件L1-L5的焦距長(zhǎng)度f(wàn)l-f5相對(duì)于有效焦距長(zhǎng) 度 f 的比率是 |fl/f| = 0· 729, |f2/f| = 0· 402, |f3/f| = 0· 218, |f4/f| = 0· 451，|f5/ f| =0.381。表2C中列出用于示例實(shí)施例中的透鏡系統(tǒng)210中的透鏡元件的表面的非球 面系數(shù)。根據(jù)透鏡元件的光焦度分布的布置來(lái)配置透鏡系統(tǒng)210并且如表2A-表2E所示 調(diào)整曲率半徑和非球面系數(shù)，可以減少透鏡系統(tǒng)210的總軌跡長(zhǎng)度（TTL)，并且可以有效地 校正系統(tǒng)的像差，以在小形狀因數(shù)照相機(jī)200中對(duì)于在無(wú)限遠(yuǎn)處的物體場(chǎng)景并且對(duì)于位于 〈1000mm距離的物體場(chǎng)景獲得高圖像質(zhì)量分辨率的光學(xué)性能。
[0118] 圖9A和圖9B是包括包含折射透鏡元件和工作為對(duì)光路進(jìn)行折疊的光路折疊元件 的折疊透鏡系統(tǒng)的緊湊照相機(jī)的另一示例實(shí)施例的截面圖示。圖9A示出在聚焦位置1處 (在無(wú)限遠(yuǎn)處的物距）的照相機(jī)300,而圖9B示出在聚焦位置2處（在1000 mm處的物距， 距聚焦位置1的圖像平面位移大約198. 6微米）的照相機(jī)300。透鏡系統(tǒng)310包括具有折 光力的五個(gè)透鏡元件（301-305)。從物側(cè)（AXl)到圖像側(cè)（AX2)沿著照相機(jī)300的光軸AX 布置的是孔徑光闌AS、具有凸物側(cè)表面和焦距長(zhǎng)度Π 的第一透鏡元件Ll (301)、定向?yàn)楦?變到來(lái)光路的方向并且因此從AXl到AX2對(duì)光軸進(jìn)行折疊的棱鏡340、具有焦距長(zhǎng)度f(wàn)2的 第二透鏡元件L2 (302)、具有焦距長(zhǎng)度f(wàn) 3的第三透鏡元件L3 (303)、具有焦距長(zhǎng)度f(wàn)4的第 四透鏡元件L4 (304)以及具有焦距長(zhǎng)度f(wàn)5的第五透鏡元件L5 (305)。透鏡系統(tǒng)310在光 電傳感器320的表面處形成圖像。在一些實(shí)施例中，紅外（IR)濾波器可以位于第五透鏡元 件L5與光電傳感器320之間。在一些實(shí)施例中，窗口 350可以位于第一透鏡兀件Ll與物 場(chǎng)之間。圖9B還示出在對(duì)應(yīng)表3A-表3E中使用的照相機(jī)300和透鏡系統(tǒng)310中的元件的 表面的表面編號(hào)（S#)。
[0119] 透鏡系統(tǒng)310的有效焦距長(zhǎng)度由f給出。緊湊折疊透鏡系統(tǒng)310的總軌跡長(zhǎng)度 (TTL)是在第一元件Ll的物側(cè)表面與圖像平面之間或替代地在窗口 350的物側(cè)表面與圖 像平面之間沿著光軸AXl和AX2的距離。參照?qǐng)D9A和圖9B，TTL是TLl和TL2之和，其中， TLl是Ll的物側(cè)表面的前頂點(diǎn)與棱鏡340的反射表面之間的軸向距離，TL2是棱鏡340的 反射表面與在光電傳感器320處的圖像平面之間的軸向距離?？梢岳缥挥谕哥R元件Ll的 前面表面處的孔徑光闌AS確定透鏡系統(tǒng)310的入射光瞳。透鏡系統(tǒng)310聚焦比（F/#)被 定義為透鏡系統(tǒng)310有效焦距長(zhǎng)度f(wàn)除以入射光瞳直徑。IR濾波器可以工作為阻擋可能損 壞或不利地影響光電傳感器的紅外輻射，并且可以被配置為對(duì)透鏡系統(tǒng)310有效焦距長(zhǎng)度 f沒(méi)有影響。相似地，窗口可以工作為保護(hù)透鏡系統(tǒng)，并且可以被配置為對(duì)透鏡系統(tǒng)310有 效焦距長(zhǎng)度f(wàn)幾乎沒(méi)有或沒(méi)有影響。
[0120] 在至少一些實(shí)施例中，照相機(jī)300和折疊透鏡系統(tǒng)310被配置為提供14-mm 已?1^(有效焦距長(zhǎng)度）、？/2.8、26-度對(duì)角線視場(chǎng)（0?0￥)以及3.232-臟圖像圈半徑。在透鏡 系統(tǒng)310的示例非限定性實(shí)施例中，TLl =~3. 75mm，TL2 =~11. 77mm，TTL =~15. 52mm。 在一些實(shí)施例中，折疊透鏡系統(tǒng)310包括沿著光軸AXl和AX2所布置的折射透鏡元件LU L2、L3、L4和L5 (透鏡元件301-305)、棱鏡340 ;窗口 350以及IR濾波器。在至少一些實(shí)施 例中，窗口 350以及IR濾波器由光學(xué)玻璃材料構(gòu)成，1^1、1^2、1^3、1^4和1^5(透鏡元件301-305) 以及棱鏡340由兩種類(lèi)型的光學(xué)塑料材料構(gòu)成。在一些實(shí)施例中，Ll (301)元件和棱鏡340 元件可以由相同類(lèi)型的塑料材料構(gòu)成，并且可以鑄模為單個(gè)組合單元或元件（見(jiàn)例如圖 13)。在至少一些實(shí)施例中，窗口 350和IR濾波器均為0.3mm厚。然而，注意，以上給出的 值和參數(shù)是示例，而非意圖限制。
[0121] 圖12A和圖12B示出用于4.9mmX3.7mm(6· 14mm對(duì)角線）圖像格式緊湊照相機(jī) 300A的圖9A和圖9B所示的折疊透鏡系統(tǒng)中的示例透鏡定向，并且分別示出在聚焦位置 1 (在無(wú)限遠(yuǎn)處的物距）和聚焦位置2 (在1000 mm處的物距）處的照相機(jī)300A的透鏡系統(tǒng) 310A。圖12A中的光電傳感器的左邊的矩形表示4. 9mmX3. 7矩形圖像場(chǎng)相對(duì)于所示的照 相機(jī)的定向。
[0122] 表3A-表3E提供圖9A和圖9B所示的照相機(jī)300和透鏡系統(tǒng)310的示例實(shí)施例 的各個(gè)光學(xué)參數(shù)和物理參數(shù)的示例值。表3A-表3E可以被稱(chēng)為提供用于透鏡系統(tǒng)310的 光學(xué)配方。參照表3A-表3E，透鏡系統(tǒng)310的實(shí)施例覆蓋具有在555nm處的基準(zhǔn)波長(zhǎng)的從 470納米（nm)到650nm的譜的可見(jiàn)區(qū)域中的應(yīng)用。表3A-表3E中的光學(xué)配方提供在覆蓋 26度視場(chǎng)（FOV) (13度半FOV)的用于14. 0毫米（mm)的有效焦距長(zhǎng)度f(wàn)的470nm到650nm 譜上在F/2. 8處的高圖像質(zhì)量。圖9A和圖9B所示的并且具有表3A-表3E所示的光學(xué)配 方的折疊透鏡系統(tǒng)310具有15. 166mm的總軌跡長(zhǎng)度（TTL = TL1+TL2)以及1. 083的望遠(yuǎn) 比率I TTL/f I。透鏡系統(tǒng)310是對(duì)于覆蓋470nm至650nm的可見(jiàn)譜所設(shè)計(jì)的緊湊折疊成像 系統(tǒng)。
[0123] 表3B中給出透鏡元件L1-L5 (301-305)、窗口 350、棱鏡340和IR濾波器的材料、 折射率和阿貝數(shù)。用于透鏡系統(tǒng)310中的元件的材料和光學(xué)特性的選取和應(yīng)用可以使得透 鏡系統(tǒng)310能夠在可見(jiàn)區(qū)域上對(duì)于色差得以?xún)?yōu)化并且校正?？梢赃x取材料，并且可以計(jì)算 元件的折光力分布，以滿(mǎn)足有效焦距長(zhǎng)度f(wàn)以及場(chǎng)曲率或Petzval和的校正?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào) 整例如表3C所示的透鏡元件的曲率半徑和非球面系數(shù)或幾何形狀以及軸向分離度來(lái)減少 光學(xué)像差的單色變化或色度變化，以產(chǎn)生良好校正的平衡最小殘余像差。
[0124] 圖IOA和圖IOB是用于如圖9A和圖9B所示的折疊透鏡系統(tǒng)的范圍從470nm至 650nm的可見(jiàn)帶上的球面像差、像散和畸變的多色曲線的圖線，并且分別示出在照相機(jī)300 的聚焦位置1 (在無(wú)限遠(yuǎn)處的物距）和聚焦位置2 (在1000 mm處的物距）處的值。圖IIA和 圖IlB示出用于如圖9A和圖9B所示的折疊透鏡系統(tǒng)的半視場(chǎng)上和范圍從470nm至650nm 的可見(jiàn)譜帶上的多色射線像差曲線的圖線。
[0125] 參照表3D，列出透鏡系統(tǒng)310的棱鏡元件中的反射表面的離心常數(shù)。棱鏡的反射 表面可以相對(duì)于Ll的光軸（AX1)45度定向，并且因此，L2-L5的折疊光軸（AX2)被配置為 相對(duì)于AXl為90度。然而，折疊鏡面或棱鏡元件的反射表面的角度定向可以被配置為期望 的值，以適合于期望的光路方向和透鏡系統(tǒng)封裝要求。
[0126] 在至少一些實(shí)施例中，照相機(jī)300可以包括變焦機(jī)構(gòu)，用于動(dòng)態(tài)地將物體場(chǎng)景從 無(wú)限遠(yuǎn)（物距彡20米）聚焦到近物距〈1000mm。例如，在一些實(shí)施例中，包括IR濾波器的 透鏡系統(tǒng)310可以相對(duì)于光電傳感器320沿著AX2移動(dòng)，或替代地，光電傳感器320可以相 對(duì)于透鏡系統(tǒng)310/IR濾波器移動(dòng)，以用于在光電傳感器320處將物體場(chǎng)景從無(wú)限遠(yuǎn)聚焦 到近距離（〈1米）。參照表3B和圖9B，在表3E中列出用于透鏡系統(tǒng)310的變焦參數(shù)。表 3E所示的用于位置1的變焦參數(shù)是當(dāng)物體場(chǎng)景距離處于無(wú)限遠(yuǎn)處（表3B中所列出的光學(xué) 配方）時(shí)在IR濾波器（表面18或S18)與在光電傳感器320處的圖像平面（表面19或 S19)之間沿著AX2的軸向厚度或空間分離度。除了表面#0中的物距由1000 mm替代并且 表3B中給出的S18與S19之間的空間分離度（-1. 0762mm)由-I. 2748mm替代之外，用于在 1000 mm(位置2)處的物體場(chǎng)景的對(duì)應(yīng)光學(xué)配方與表3B中所列出的配方相同。在表3E中可 見(jiàn)，光電傳感器320與IR濾波器/透鏡系統(tǒng)310之間的距離改變對(duì)于透鏡系統(tǒng)310達(dá)大約 0. 1986mm (198. 6微米），以將物體場(chǎng)景從無(wú)限遠(yuǎn)變焦并且聚焦到〈1000mm。
[0127] 表3A-表3E中的光學(xué)配方描述圖9A和圖9B所示的透鏡系統(tǒng)310的示例實(shí)施例， 其中，透鏡元件的折光力分布使得：透鏡元件L1-L5的焦距長(zhǎng)度f(wàn)l-f5相對(duì)于有效焦距長(zhǎng) 度 f 的比率是 |fl/f| =0.716, |f2/f| = 0.390, |f3/f| =0.221，|f4/f| =0.417,以及 f5/f I = 0.373。表3C中列出用于示例實(shí)施例中的透鏡系統(tǒng)310中的透鏡元件的表面的 非球面系數(shù)。根據(jù)透鏡元件的光焦度分布的布置來(lái)配置透鏡系統(tǒng)310并且如表3A-表3E 所示調(diào)整曲率半徑和非球面系數(shù)，可以減少透鏡系統(tǒng)310的總軌跡長(zhǎng)度（TTL)，并且可以有 效地校正系統(tǒng)的像差，以在小形狀因數(shù)照相機(jī)300中對(duì)于在無(wú)限遠(yuǎn)處的物體場(chǎng)景并且對(duì)于 位于〈1000mm距離的物體場(chǎng)景獲得高圖像質(zhì)量分辨率的光學(xué)性能。
[0128] 圖13是包括包含折射透鏡元件和工作為對(duì)光路進(jìn)行折疊的光路折疊元件的折疊 透鏡系統(tǒng)310B的緊湊照相機(jī)300B的另一示例實(shí)施例的截面圖示，并且是如圖9A和圖9B 所示的折疊透鏡系統(tǒng)310的變型。在一些實(shí)施例中，透鏡元件中的一個(gè)或多個(gè)可以與棱鏡 融合或集成。在圖13中，例如透鏡301B和棱鏡340B鑄模為合成單元元件（LI-棱鏡），并 且用作光路折疊機(jī)構(gòu)，以用于對(duì)照相機(jī)300B的光的光路進(jìn)行折疊。圖13還示出在對(duì)應(yīng)表 4A-表4E中使用的照相機(jī)300B和透鏡系統(tǒng)310B中的元件的表面的表面編號(hào)（S#)。
[0129] 表4A-表4E提供圖13所示的照相機(jī)300B和透鏡系統(tǒng)310B的示例實(shí)施例的各個(gè) 光學(xué)參數(shù)和物理參數(shù)的示例值。表4A-表4E可以被稱(chēng)為提供用于透鏡系統(tǒng)310B的光學(xué)配 方。表4A-表4E中的光學(xué)配方描述圖13所不的透鏡系統(tǒng)310B的不例實(shí)施例，其中，透鏡 元件的折光力分布如此：透鏡元件L1-L5的焦距長(zhǎng)度Π -Κ相對(duì)于有效焦距長(zhǎng)度f(wàn)的比率 是 |fl/f| = 0· 716, |f2/f| = 0·390, |f3/f| = 0· 221，|f4/f| = 0·417, |f5/f| = 0·373。 注意，由于圖13的透鏡系統(tǒng)310B是其中透鏡LI與棱鏡融合或集成以形成LI-棱鏡的圖 9A-圖9B的透鏡系統(tǒng)310的變型，因此表4A-表4E基本上與表3A-表3E相似，并且透鏡 系統(tǒng)310和310B的光學(xué)特性將基本上相同。表4A-表4E與表3A-表3E之間的差異在于： 圖9B所示的表面S5和S6不出現(xiàn)在圖13中，并且圖13中的表面已經(jīng)如表4A-表4E中所 反映的那樣而重新編號(hào)。
[0130] 圖14A和圖14B是包括包含折射透鏡元件和工作為對(duì)光路進(jìn)行折疊的光路折疊元 件的折疊透鏡系統(tǒng)的緊湊照相機(jī)的另一示例實(shí)施例的截面圖示。圖14A示出在聚焦位置1 處（在無(wú)限遠(yuǎn)處的物距）的照相機(jī)400,而圖14B示出在聚焦位置2處（在1000 mm處的物 距，距聚焦位置1的圖像平面位移大約195.6微米）的照相機(jī)400。透鏡系統(tǒng)410包括具有 折光力的五個(gè)透鏡元件（401-405)。從物側(cè)（AXl)到圖像側(cè)（AX2)沿著照相機(jī)300的光軸 AX布置的是孔徑光闌AS、具有凸物側(cè)表面和焦距長(zhǎng)度Π 的第一透鏡元件Ll (401)、定向?yàn)?改變到來(lái)光路的方向并且因此從AXl到AX2對(duì)光軸進(jìn)行折疊的棱鏡440、具有焦距長(zhǎng)度f(wàn)2 的第二透鏡元件L2 (302)、具有焦距長(zhǎng)度f(wàn)3的第三透鏡元件L3 (403)、具有焦距長(zhǎng)度f(wàn)4的 第四透鏡元件L4 (404)以及具有焦距長(zhǎng)度f(wàn)5的第五透鏡元件L5 (405)。透鏡系統(tǒng)410在光 電傳感器420的表面處形成圖像。在一些實(shí)施例中，紅外（IR)濾波器可以位于第五透鏡元 件L5與光電傳感器420之間。在一些實(shí)施例中，窗口 450可以位于第一透鏡兀件Ll與物 場(chǎng)之間。圖14B還示出在對(duì)應(yīng)表5A-表5E中使用的照相機(jī)400和透鏡系統(tǒng)410B中的元件 的表面的表面編號(hào)（S#)。
[0131] 透鏡系統(tǒng)410的有效焦距長(zhǎng)度由f給出。緊湊折疊透鏡系統(tǒng)410的總軌跡長(zhǎng)度 (TTL)是在第一元件Ll的物側(cè)表面與