CN104898353A - 折叠式摄远照相机透镜系统 - Google Patents

折叠式摄远照相机透镜系统 Download PDF

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Abstract

折叠式摄远照相机透镜系统可以包括具有折光力的多个透镜和光路折叠元件。经过一个或多个透镜进入该照相机的光在第一路径上被折射到折叠元件，该折叠元件将光的方向改变到第二路径上，该第二路径具有折射光以在光传感器处形成像平面的一个或多个透镜。至少一个透镜元件的对象侧和像侧表面中的至少一个可以是非球面的。透镜系统的总光程(TTL)可以是14.0毫米以下。该透镜系统可以被配置以使得该摄远定量(TTL/f)小于或者等于1.0。光学元件的材料、曲率半径、形状、尺寸、间隔和非球面系数可以被选择，以在小形状因数照相机中实现优质光学性能和高图像分辨率。

Description

折叠式摄远照相机透镜系统
优先权信息
本申请要求2014年3月7日递交的标题为“FOLDEDTELEPHOTO LENS SYSTEMS”的美国临时申请序号No.61/949,861的优先权的利益，其内容通过引用被全部结合在这里。
技术领域
本公开主要涉及照相机系统，并且更准确地说涉及用于小形状因数的照相机的透镜系统。
背景技术
小型的、移动式的多用途的装置(诸如智能电话和平板或板式(pad)装置)的出现已经导致对于集成在该装置中的高分辨率的、小形状因数照相机的需要。然而，由于传统的照相机技术的限制，用于这样的装置中的传统的小型照相机倾向于相比于用更大的、更高的质量照相机能实现的分辩率和/或图像质量在更低的分辩率下和/或以更低的图像质量捕获图像。用小封装尺寸照相机实现更高的分辩率通常要求使用具有小的象素尺寸的光电传感器和好的、紧凑的成象透镜系统。技术的发展已经实现了减小光传感器中的像素尺寸。然而，随着光传感器变得更加紧凑和强大，对于具有改善的成像质量性能的紧凑的成像透镜系统的要求在增加。
发明内容
本公开的实施例可以提供小封装尺寸的高分辨率的摄远照相机。照相机被描述为包括光电传感器和紧凑的折叠式摄远透镜系统。在实施例中，折叠照相机透镜系统的光路可以有利于对于照相机透镜组件实现小形状因数，并且可以也有利于实现使用相对小数目的透镜元件的小形状因数的高分辨率光学透镜系统。折叠式摄远透镜系统的实施例被描述为可以提供比在传统的小形状因数照相机中已经实现的图像和焦距更大的图像和具有更长的有效焦距。包括折叠式摄远透镜系统的摄远照相机的实施例可能是实施在小封装尺寸中，同时仍捕获锐利的、高分辨率的图像，使得本照相机的实施例适合于用在小的和/或移动式的多用途的装置中，诸如蜂窝电话、板式或平板计算装置、膝上计算机、网络本、笔记本、小型笔记本计算机和超极本计算机。
折叠式摄远透镜系统的实施例被描述为可以包括具有屈光力的四个透镜元件。然而，更多或更少的透镜元件可以被用在一些实施例中。在各种实施方式中，诸如平面反射镜或者棱镜元件的光路折叠元件可以通过将光从第一光轴重定向或者反射到第二光轴来折叠光的光路。在至少一些实施方式中，四个透镜元件中的至少一个的对象侧和像侧表面中的至少一个是非球面的。
在至少一些实施方式中，折叠式摄远透镜系统包括：包括第一(对象侧)光轴和第二(像侧)光轴的折叠光轴(在这里被称作AX)，第一组折射元件(在这里被称作GR 1)，通过将光从第一光轴重定向或者反射到第二光轴上来折叠光的光路的光路折叠元件(例如，棱镜或者平面反光镜)，第二组折射元件(在这里被称作GR 2)，以及在像平面处的光传感器。至少一些实施方式也可以包括红外滤光片。折叠式摄远透镜系统的至少一些实施方式可以包括变焦能力，用于聚焦在无限远处(对象距离≥20米)到近侧对象距离(<1米)的对象场景。例如，在各种实施方式中，第一组(GR 1)、第二组GR2和/或该在像平面处的光传感器可以被缩放、移动或者平移，用于聚焦从远距离(≥20米)到近距离(<1米)的对象场景。
在至少一些实施方式中，折叠式摄远透镜系统可能是固定的摄远透镜系统，其被配置为使得透镜系统的有效焦距f的绝对值为或约为14毫米(mm)(例如，在8mm到大约14mm的范围内)，焦距比数(焦距比)在从约2.4到大约10的范围内，视野(FOV)为或约为26度，并且展开的透镜系统的总光程(Total track length，TTL)在大约8mm到大约14的范围之内。摄远透镜系统的总光程(TTL)是在光轴(AX)上在第一(对象侧)透镜元件的对象侧表面处的正面顶点与像平面之间的距离。在折叠式摄远透镜系统的实施方式中，透镜系统的展开的总光程(TTL)可以被定义为在折叠光轴(AX)上在第一(对象侧)透镜元件的对象侧表面处的正面顶点与像平面之间的距离。换言之，折叠式摄远透镜系统的TTL是在折叠轴AX上的、在第一(对象侧)透镜元件的对象侧表面处的正面顶点与光路折叠元件(反射镜或者棱镜)的反射面之间的距离的绝对值，与在反射面和像平面之间的距离的绝对值的总和。距离的绝对值的总和可以被使用在这里，因为通过光学设计规定，光学参数(诸如曲率半径、距离、焦距等等)在反射面之后改变符号。一般地说透镜系统可以被配置为使得折叠透镜系统的摄远的绝对值比率(TTL/f)满足以下关系：
0.8<TTL/f≤1.0，
其中f是有效焦距的绝对值。为了分类为摄远透镜系统，TTL/f小于或者等于1。因而，实施方式可以提供摄远透镜系统。然而，注意在一些实施方式中，折叠透镜系统可以被配置或者可以是可调节的，以使得摄远比大于一(TTL/f>1.0)，并且因而实施方式可以包括非摄远的折叠透镜系统和/或可在摄远的范围与非摄远的范围之间调节的折叠透镜系统。
在至少一些实施方式中，折叠式摄远透镜系统可以被配置为使得透镜系统的有效焦距f是14mm，并且焦距比数是2.8。然而，注意焦距(和/或其它的参数)可以被缩放或者调整以对于其它的照相机系统应用(例如对于更大形状因数的照相机应用)满足光学的、成像的和/或封装的约束的各个规格。另外，在一些实施方式中，该折叠式摄远透镜系统可以是可调节的。例如，在一些实施方式中，折叠式摄远透镜系统可以包括可调节的光圈或者孔径光阑。利用可调的孔径光阑，焦距比数(焦距比，或者F/#F/#)可以在2.8到10以上的范围之内动态地改变。在一些实施方式中，折叠透镜系统也可以包括聚焦机构，用于动态地聚焦在无限远(即，≥20米)到近侧对象距离(即，≤1米)处的对象场景。
在各个实施方式中的有折射力的透镜元件可以由塑性材料构成。在至少一些实施方式中，有折射力的透镜元件可以由注射成型的光学塑性材料构成。在各个实施方式中，折叠反射镜以及棱镜元件可以由玻璃或者塑性材料构成。然而，其它合适透明光学材料可以被使用。还注意，在给定实施方式中，不同的透镜元件可以由具有不同的光学特性(例如不同的色散系数和/或不同的折射率)的材料构成。还注意，虽然在各个实施方式中的透镜元件一般图解为圆形的透镜，但是在一些实施方式中，一个或多个透镜可以具有其它的形状，例如椭圆形、矩形、正方形或者具有圆角的矩形。
在折叠式摄远透镜系统的至少一些实施方式中，透镜元件材料可以被选择并且透镜元件的折光力分布可以被计算以满足透镜系统焦距要求以及校正色差和场曲或者佩兹伐曲率。通过调整透镜元件的曲率半径和非球面系数或者几何形状以及轴向间隔，光学像差的单色和彩色的变化可以被减少，以产生良好校正并均衡的最小剩余像差，并且减小总光程(TTL)并且在小形状因数透镜系统照相机中实现图像质量光学性能和高分辨率。
附图说明
图1A和1B是包括折叠式摄远透镜系统的紧凑的摄远照相机的示例实施例的截面图，该折叠式摄远透镜系统包括四个折射透镜元件和用来折叠光路的折叠反射镜。
图2示出了对于在图1A和图1B中图解的折叠式摄远透镜系统，相对于半视野和相对于范围从470nm到650nm的可见光谱带的多色的光线像差曲线图1。
图3A和3B是包括折叠式摄远透镜系统的紧凑的摄远照相机的另一个示例实施例的截面图，该折叠式摄远透镜系统包括四个折射透镜元件和用来折叠光路的折叠反射镜。
图4A和4B示出了对于在图3A和图3B中图解的折叠式摄远透镜系统，相对于半视野和相对于范围从470nm到650nm的可见光谱带多色的光线像差曲线图的图表3。
图5A和5B是包括折叠式摄远透镜系统的紧凑的摄远照相机的另一个示例实施例的截面图，该折叠式摄远透镜系统包括四个折射透镜元件和用来折叠光路的棱镜。
图6A和6B示出了对于在图5A和图5B中图解的折叠式摄远透镜系统，相对于半视野和相对于范围从470nm到650nm的可见光谱带多色的光线像差曲线图的图表5。
图7A和7B是包括折叠式摄远透镜系统的紧凑的摄远照相机的另一个示例实施例的截面图，该折叠式摄远透镜系统包括四个具有屈光力的透镜元件和用来折叠光路的折叠反射镜。
图8A和8B示出了对于在图7A和图7B中图解的折叠式摄远透镜系统，相对于半视野和相对于范围从470nm到650nm的可见光谱带多色的光线像差曲线图的图表7。
图9A和9B是包括折叠式摄远透镜系统的紧凑的摄远照相机的另一个示例实施例的截面图，该折叠式摄远透镜系统包括四个具有屈光力的透镜元件和用来折叠光路的棱镜。
图10A和10B示出了对于在图9A和图9B中图解的折叠式摄远透镜系统，相对于半视野和相对于范围从470nm到650nm的可见光谱带多色的光线像差曲线图的图表9。
图11A和11B是包括折叠式摄远透镜系统的紧凑型照相机的另一个示例实施例的截面图，该折叠式摄远透镜系统包括四个具有屈光力的透镜元件和用来折叠光路的棱镜。
图12A和12B示出了对于在图11A和图11B中图解的折叠式摄远透镜系统，相对于半视野和相对于范围从470nm到650nm的可见光谱带多色的光线像差曲线图的图表1。
图13A和13B是包括折叠式摄远透镜系统的紧凑型照相机的另一个示例实施例的截面图，该折叠式摄远透镜系统包括四个具有屈光力的透镜元件和用来折叠光路的棱镜。
图14A和14B示出了对于在图13A和图13B中图解的折叠式摄远透镜系统，相对于半视野和相对于范围从470nm到650nm的可见光谱带多色的光线像差曲线图的图表1。
图15A是包括图13A和13B的折叠式摄远透镜系统的变化形式的紧凑型照相机的截面图1。
图15B和15C示出了对于在图15A中图解的折叠式摄远透镜系统，相对于半视野和相对于范围从470nm到650nm的可见光谱带多色的光线像差曲线图的图表1其中第一透镜元件的第一表面是锥面。
图16A是包括图13A和13B的折叠式摄远透镜系统的另一个变化形式的紧凑型照相机的截面图1。
图16B和16C示出了对于在图16A中图解的折叠式摄远透镜系统，相对于半视野和相对于范围从470nm到650nm的可见光谱带多色的光线像差曲线图的图表1其中第一透镜元件的第一表面是球面。
图17A和17B是包括折叠式摄远透镜系统的紧凑型照相机的另一个示例实施例的截面图，该折叠式摄远透镜系统包括四个具有屈光力的透镜元件和用来折叠光路的反射镜。
图18A和18B示出了对于在图17A和图17B中图解的折叠式摄远透镜系统，相对于半视野和相对于范围从470nm到650nm的可见光谱带多色的光线像差曲线图的图表1。
图19A和19B是包括折叠式摄远透镜系统的紧凑型照相机的另一个示例实施例的截面图，该折叠式摄远透镜系统包括四个具有屈光力的透镜元件，其中第一透镜元件在外形上是平凸的并且其中孔径光阑定位在第一透镜元件处并在透镜系统的正面顶点后方。
图20A和20B示出了对于在图19A和图19B中图解的折叠式摄远透镜系统，相对于半视野和相对于范围从470nm到650nm的可见光谱带多色的光线像差曲线图的图表1。
图21A和21B是包括折叠式摄远透镜系统的紧凑型照相机的另一个示例实施例的截面图，该折叠式摄远透镜系统包括四个具有屈光力的透镜元件，其中第一透镜元件在外形上是平凸的并且其中孔径光阑定位在第一和第二透镜元件之间。
图22A和22B示出了对于在图21A和图21B中图解的折叠式摄远透镜系统，相对于半视野和相对于范围从470nm到650nm的可见光谱带多色的光线像差曲线图的图表2。
图23是根据至少一些实施例的用于使用如图1A到22B所示的、包括折叠式摄远透镜系统的照相机捕获图像的方法的高等级的流程图。
图24示出可以被用在实施例中的示例计算机系统。
本说明书包括提到“一个实施例”或“实施例”。在“一个实施例”或“实施例”中出现的字句未必是关于同一个实施例。具体特征、构造或特征可以被以与本公开一致的任何适当的方式结合。
“包括”。该术语是开放的。如同用于所附权利要求的，该术语并非排除另外的结构或者步骤。考虑陈诉以下内容的权利要求：“一种仪器，包括一个或多个处理器单元…”。这样的权利要求不排除该装置包括另外的组件(例如，网络接口单元、图形电路等等)。
“被配置为”。各种单位、电路或者其它的组件可能被描述或者主张为“被配置为”执行一个任务或者多个任务。在这样的上下文中，“被配置为”被用于通过指示该单位/电路/组件包括在操作期间执行那些任务或者许多任务的结构(例如，电路)而包含这样的结构。同样地，该单位/电路/元件可以据说是被配置为即使当该指定的单位/电路/元件不是当前运行的(例如，不是正起作用的)时仍执行该任务。随着“被配置为”语言使用的单元/电路/组件包括硬件—例如，电路、储存可执行以实现该操作的存储器，等等。单元/电路/元件被“被配置为”执行一个或多个任务的叙述明确地意图对于该单位/电路/元件不援引35U.S.C.§112，第六段。另外地，“被配置为”可以包括一般的结构(例如，一般的电路)，也就是说通过软设备和/或固件(例如，执行软件的FPGA或者一般-目的处理器)操纵来以能执行待解决的(多个)任务的方式操作。“被配置为”也可以包括使制造过程(例如，半导体制造设备)适合制造适合来实现或者执行一个或多个任务的装置(例如，集成电路)。
“第一”，“第二”等等。如同在这里使用的，这些术语用作对于它们位于其之前的名词标记，并且不暗示任何的顺序(例如，空间性的、时间的、逻辑上的等等)。例如，缓冲电路可能在这里被描述为对于“第一”和“第二”值执行写入操作。术语“第一”和“第二”未必是暗示第一值必须在第二值之前写入。
“根据”。如同在这里使用的，该术语被用于描述影响决定的一个或多个因素。该术语不排除可以影响决定的附加因素。也就是说，决定可以单独地基于那些因素或者至少部分地基于那些因素。考虑短语“根据A决定B”。虽然在这种情况下，B是影响A的确定的因素，这样的短语不排除A也根据C确定。在其它的情况下，A可能单独地基于B确定。
具体实施方式
描述了包括光传感器和紧凑的折叠式摄远透镜系统的小形状因数照相机的实施方式。包括四个透镜元件的紧凑的折叠式摄远透镜系统的各种实施方式被描述为可以用于该照相机而且相比于在传统的紧凑型照相机中所实现的图像和有效焦距，提供更大的图像和具有更长的有效焦距。照相机可以实现在小的封装尺寸中同时仍捕获锐利的、高分辨率图像，使得照相机的实施方式适合于用在小型的和/或移动的多用途的装置中，比如蜂窝电话、智能电话、垫式或平板计算装置、膝上型计算机、网络本、笔记本、小型笔记本计算机、超极本计算机、监视装置、等等。然而，注意照相机的方面(例如，透镜系统和光传感器)可以比例增大或者比例减小以给照相机提供大的或者小的封装尺寸。另外，照相机系统的实施方式可以实现为独立的数字式摄象机。另外，对静止(单帧捕捉)照相机应用来说，照相机系统的实施方式可以适合于用在摄影机应用中。
描述了紧凑的折叠式摄远透镜系统的若干示例实施方式，包括具有平面反射镜或者棱镜以及四个折射透镜元件的实施方式。图1A-1B、3A-3B、7A-7B以及17A-17示出在包括用于折叠光的光路的平面反射镜元件以及四个折射透镜元件的示例实施方式上的变化。图5A-5B、9A-9B、11A-11B、13A-13B、19A-19B以及21A-21B示出在包括用于折叠光的光路的棱镜以及四个折射透镜元件的示例实施方式上的变化。注意，但是这些例子不是意图进行限制，而且在仍实现实现相似的结果的同时，对于透镜系统的各种参数的变化是可能的。
在各个实施方式中的折射透镜元件可以由塑性材料构成。在至少一些实施方式中，折射透镜元件可以由塑性材料构成。在各个实施方式中，折叠反射镜以及棱镜元件可以由玻璃或者塑性材料构成。然而，其它的透明光学材料可以被使用。还注意，在给定实施方式中，不同的透镜元件可以由具有不同的光学特性(例如不同的色散系数(AbbeNumber)和/或不同的折射率)的材料构成。还注意，虽然在各个实施方式中的透镜元件一般图解为圆形的透镜，但是在一些实施方式中，一个或多个透镜可以具有其它的形状，例如椭圆形、矩形，、正方形或者具有圆角的矩形。
在附图中图解的每一个示例照相机中，示例照相机至少包括折叠式摄远透镜系统以及光传感器。该光传感器可以是集成电路(IC)技术芯片或者根据任何各种形式的光传感器技术实施的芯片。可以使用的光传感器技术的例子是电荷耦合装置(CCD)技术以及互补金属氧化物半导体(CMOS)技术。在至少一些实施方式中，该光传感器的像素尺寸可以是1.2微米以下，但是也可以使用更大的像素尺寸。在非限制性的示例实施方式中，该光传感器可以根据1280x720像素图像格式来制造以捕捉1兆象素图像。然而，其它更大或者更小的像素格式可以用于实施方式，例如5兆象素、10兆象素或者更大或更小的格式。
该照相机可以也包括位于第一透镜元件的正面(即，在其对象侧上)的孔径光阑(AS)。虽然图3A、5A、7A、9A、17A、以及19A示出位于透镜系统的正面顶点或者附近的正面孔径光阑，该孔径光阑的位置可以更接近或者远离透镜元件的顶点。此外，在一些实施方式中，孔径光阑可以位于折叠式摄远透镜系统中的其它地方。例如，孔径光阑可以位于第一与第二透镜元件之间，如图11A、13A和21A所示。
照相机也可以但是未必包括位于该摄远透镜系统的最后的透镜元件与光传感器之间的红外(IR)滤光片。该红外滤光片可以例如由玻璃纤维材料构成。然而，其它的材料可以被使用。注意，红外滤光片不影响摄远透镜系统的有效焦距f。此外，注意照相机也可以包括除在这里图解和描述的那些组件外的其它的组件。
在照相机中，折叠式摄远透镜系统在光传感器的表面上或附近的像平面(IP)处形成图像。对于远距离目标的图像尺寸与透镜系统的有效焦距f成正比。摄远透镜系统的总光程(TTL)是在光轴(AX)上在第一(对象侧)透镜元件的对象侧表面处的正面顶点与像平面之间的距离。对于摄远透镜系统，总光程(TTL)小于该透镜系统有效焦距(f)，并且总光程与焦距的比率(TTL/f)是摄远比。为了被分类为摄远透镜系统，TTL/f小于或者等于1。
在折叠式摄远透镜系统中，具有反射面的光路折叠元件(例如反射镜或者棱镜)将射入的光的方向从第一光轴(AX 1)改变到第二光轴(AX 2)。来自物场(object field)的射入的光穿过位于第一光轴(AX1)上的光学元件的折射光学面。反射面将射入的光的方向从第一光轴(AX 1)改变到第二光轴(AX 2)，并且射入的光在第二光轴上穿过折射元件到达在第二光轴上的像平面。第二光轴AX 2可以由折叠反射镜或者棱镜的反射面相对于第一光轴AX 1定向到某一角度，以容纳期望的紧凑形状因素的照相机系统。该角度一般地可以是90度以因此提供光轴的直角折叠，但是小于或者大于90度的其它角度可以用在一些实施方式中。在以下讨论中，折叠式摄远透镜系统(TTL)的总光程可以被定义为等于在AX 1上的在第一(对象侧)透镜元件的对象侧表面处的正面顶点与折叠反射镜或者棱镜的反射面之间的距离(光程1，由TL 1表示)以及在AX 2上的在折叠反射镜或者棱镜的反射面到像平面之间的距离(被表示为光程2，由TL 2表示)的总和；即，TTL＝TL 1+TL 2。由于在反射面之后参数的代数符号的改变，距离TL 2的绝对值将要被用于确定上述定义中的TTL。
在至少一些实施方式中，折叠式摄远透镜系统可能是固定的摄远透镜系统，其被配置为使得透镜系统的有效焦距f为或约为14毫米(mm)，焦距比数(f-number，焦距比或者f/#)是2.8，视野(FOV)为或约为26度(但是可以实现更窄的或者更宽的FOV)，并且总光程(TTL)在大约10mm到大约14的范围之内。一般地说，摄远透镜系统可以被配置为使得摄远比(TTL/f)满足以下关系:
0.80<|TTL/f|≤1.0。
然而，注意在一些实施方式中，折叠透镜系统可以被配置或者可以是可调节的，以使得摄远比大于一(TTL/f>1.0)，并且因而实施方式可以包括非摄远的折叠透镜系统和/或可在摄远的范围与非摄远的范围之间调节的折叠透镜系统。在至少一些实施方式中，折叠式摄远透镜系统可以被配置为使得透镜系统的有效焦距f在参考波长555nm处是14mm，并且焦距比数是2.8。透镜系统例如可以被配置具有14mm的焦距和2.8的焦距比数，以对于具体的照相机系统应用满足指定光学的、成像的和/或封装的约束。注意该焦距比数，也称为焦距比或者f/#由f/D定义，其中，D是入射光瞳的直径，即，有效孔径。作为示例，在f＝14mm处，2.8的焦距比数用5.0mm的有效孔径实现。至少一些实施方式也可以被配置具有为或约为26度的视野(FOV)。在示例实施方式中，总光程(TTL)可以从大约13.6mm改变到大约14mm。在示例实施方式中，摄远比(TTL/f)可以在大约0.97到大约1.0的范围内改变。
然而，注意焦距f、焦距比数和/或其它的参数可以被缩放或者调整以对于其它的照相机系统应用满足光学的、成像的和/或封装的约束的各个规格。可以被对于具体的照相机系统应用指定为必要条件和/或可以被对于不同的照相机系统应用改变的对于照相机系统的约束包括但是不局限于焦距f、有效孔径、焦距比数、视野(FOV)、成像性能要求和包装体积或者尺寸约束。例如，在如图1A和1B中所示的实施方式中，折叠式摄远透镜系统可以被配置为使得透镜系统的有效焦距f在参考波长555nm处是10毫米，焦距比数是2.8并且具有为或约为24度的视野(FOV)。示例实施方式的总光程(TTL)约为8.8mm并且具有大约0.88的摄远比(|TTL/f|)。
在一些实施方式中，该折叠式摄远透镜系统可以是可调节的。例如，在一些实施方式中，在这里描述的折叠式摄远透镜系统可以包括可调节的光圈(进入)瞳孔或者孔径光阑。利用可调的孔径光阑，焦距比数(焦距比，或者F/#F/#)可以在一范围之内动态地改变。例如，如果透镜被在f/2.8处、在给定焦距f和FOV处很好地校正，那么在假定孔径光阑可以被调整的到期望焦距比数设置的情况下，通过校准孔径光阑，焦距比可以在2.8到10(或者更高)的范围内改变。在一些实施方式中，通过在相同FOV(例如26度)处具有降低的图像质量性能或者在更少的FOV处具有适当良好的性能的孔径光阑，透镜系统可以在更快焦距比(F/#F/#<2.8)处使用。
在一些实施方式中，折叠式摄远透镜系统也可以包括手动和/或自动聚焦机构，以提供变焦能力，用于聚焦在无限远(对象场景距离照相机≥20米)到近侧对象距离(≤1米)处的对象场景。例如，在一些实施方式中，在这里描述的的折叠式摄远透镜系统(见图3A、5A和7A)可以包括可调节的聚焦机构，以平移或者移动透镜元件组，来聚焦范围从无限远(≥20米)到(≤1米)的距离处的对象。在一些实施方式中，折叠式摄远透镜系统(见图13A、17A、19A和21A)可以包括可调节的聚焦机构，经由该聚焦机构，在像平面处的光传感器可以缩放或者移动或者致动以聚焦在范围从大于20米到小于1米的距离处的对象场景。注意一些实施方式可以被配置为移动或者平移光传感器和一个或多个透镜元件以实现聚焦。
虽然值的范围可以在这里给出作为对于其中一个或多个光学参数可以被动态地改变(例如，利用可调节的孔径光阑和/或可调节的聚焦)的可调节的照相机和折叠式摄远透镜系统的例子，但是可以实现包括其中用于光学和其他参数的值在这些范围之内的固定(非可调节的)折叠式摄远透镜系统的照相机系统的实施方式。首先参考如图1A-1B、3A-3B、7A-7B和17A-17B所示的实施方式，照相机(100、200、400或者800)的紧凑的折叠式摄远透镜系统(110、210、410或者810)可以包括沿着折叠光轴AX从对象侧(AX 1)到像侧(AX2)排列的光路折叠元件(例如，反射镜)、具有折光力的四个透镜元件(在图1A-1B的透镜系统中的101-104、在图-3B的透镜系统210中的201-204、在图7A-7B的透镜系统410中的401-404和在图17A-17B的透镜系统810中的801-804)以及焦距f的透镜系统:
·具有正折光力并具有凸面对象侧表面的第一透镜元件L1(101、201、401或者801)；
·具有负折光力的第二透镜元件L2(102、202、402或者802)；
·将光轴从AX 1折叠到AX 2的光路折叠反射镜(130、230、430或者830)；
·具有负折光力的第三透镜元件L3(103、203、403或者803)；以及
·具有正折光力的第四透镜元件L4(104、204、404或者804)。
另外，在至少一些实施方式中，四个透镜元件中的至少一个的对象侧表面和像侧表面中的至少一个是非球面的。另外，至少一些实施方式可以包括例如位于第四透镜元件和光传感器之间的IR滤光片。
透镜系统110、210、410以及810可以被配置为使得摄远比(TTL/f)满足以下关系:
0.8<|TTL/f|≤1.0。  (1)
透镜系统110、210、410以及810的第一透镜元件L1可以具有正折光力以及焦距f1并且可以满足以下关系:
0.4<|f1/f|<0.8。  (2)
在透镜系统110、210、410和810的至少一些实施方式中，L1可以具有顶点曲率半径为R1和R2的形状并且具有满足以下条件的形状，
0≤|R1/R2|<6.1，  (3)
其中R1是L1的对象侧顶点半径并且R2是L1的像侧顶点曲率半径。
第一透镜元件L1可以具有正折光力并且在形状上可以具有正弯月面或者双凸面。其中L1在形状上是正弯月面并且具有凸面对象侧表面的示例实施方式由图7A的折叠式摄远透镜系统410中的透镜元件L1示出。其中L1在形状上是双凸面的示例实施方式由图17A的透镜系统810中的透镜元件L1示出。
透镜系统110、210、410和810可以被配置为使得透镜元件L2、L3和L4的折光力分布可以具有折光力或者焦距f2、f3和f4，并且可以满足以下条件:
0.5<|f2/f|<1.5，并且0.02<|R3/R4|<3.3，  (4)
0.4<|f3/f|<2.0，并且0.05<|R5/R6|<12.1，  (5)
0.5<|f4/f|<10.0，并且0.04<|R7/R8|<1.1，  (6)
其中:
·R3是第二透镜元件L2的对象侧表面的顶点曲率半径并且R4是L2的像侧表面的顶点曲率半径；
·R5是第三透镜元件L3的对象侧表面的顶点曲率半径并且R6是L3的像侧表面的顶点曲率半径；并且
·R4是第四透镜元件L4的对象侧表面的顶点曲率半径并且R8是L4的像侧表面的顶点曲率半径。
第二透镜元件L2可以具有负折光力并且在形状上可以是负弯月面。其中L2在形状上是负弯月面并且具有凸面对象侧表面的示例实施方式由图1A的折叠式摄远透镜系统110中的透镜元件L2示出。
第三透镜元件L3可以具有负折光力并且在形状上可以是负弯月面。其中L3在形状上是负弯月面并且具有凸面对象侧表面的示例实施方式由图3A的折叠式摄远透镜系统210以及图7A的透镜系统410中的透镜元件L3示出。
第四透镜元件L4可以具有正折光力并且在形状上可以具有正弯月面或者双凸面。其中L4在形状上是正弯月面并且具有凸面对象侧表面的示例实施方式由图17A的折叠式摄远透镜系统810中的透镜元件L4示出。其中L4在形状上双凸面的示例实施方式由图7A的折叠式摄远透镜系统110中的透镜元件L4示出。
在透镜系统110、210、410和810的至少一些实施方式中，第一透镜元件L1和第三透镜元件L3可以由具有色散系数V1的材料(例如，塑性材料)构成。第二和第四透镜元件L2和L4可以由具有色散系数V2的材料(例如，塑性材料)构成。用于透镜元件的透镜材料的色散系数可以满足以下条件:
30<V1-V2<35。  (7)
在透镜系统110、210、410和810的至少一些实施方式中，该透镜元件L1和L2可以非常接近地排列，使得该L1和L2的组合可以被认为是正折光力或者正焦距f12的空气间隔的二合透镜L12。在透镜系统110、210、410和810的至少一些实施方式中，该透镜元件L3和L4可以非常接近地排列，使得该L3和L4的组合可以被认为是负折光力或者负焦距f34的空气间隔的二合透镜L34。
现在参考如图5A-5B、9A-9B、11A-11B、13A-13B、19A-19B和21A-21B所示的实施方式，照相机(300、500、600、700、900或者1000)的紧凑的折叠式摄远透镜系统(310、510、610、710、910或者1010)可以沿着从对象侧(AX 1)到像侧(AX 2)的折叠光轴AX包括光路折叠元件和具有折光力的四个透镜元件(图5A的透镜系统中的301-304、图9A的透镜系统510中的501-504、图11A的透镜系统610中的601-604、图13A的透镜系统710中的701-704、图19A中的901-904和图21A的透镜系统1010中的1001-1004)以及焦距f的透镜系统:
·具有正折光力并具有凸面对象侧表面的第一透镜元件L1(301、501、601、701、901或者1001)；
·具有负折光力并具有凸面对象侧表面的第二透镜元件L2(302、502、602、702、902o或者1002)；
·将光轴从AX 1折叠到AX 2的光路折叠棱镜(340、540、640、740、940或者1040)；
·具有负折光力的第三透镜元件L3(303、503、603、703、903或者1003)；以及
·具有正折光力的第四透镜元件L4(304、504、604、704、904或者1004)。
另外，在至少一些实施方式中，四个透镜元件中的至少一个的对象侧表面和像侧表面中的至少一个是非球面的。另外，至少一些实施方式可以包括例如位于第四透镜元件和光传感器之间的IR滤光片。
透镜系统310、510、610、710、910以及1010被配置为使得摄远比(TTL/f)满足由以下公式给出的关系(1):
0.8<|TTL/f|≤1.0。
此外，透镜系统310、510、610、710、910以及1010被配置为使得透镜元件L1、L2、L3和L4的折光力分布以及透镜元件的顶点曲率半径满足由条件(2)、(3)、(4)、(5)以及(6)给出的关系。
第一透镜元件L1可以具有正折光力并且在形状上可以具有双凸面或者平凹面(plano-convex)。其中L1在形状上是双凸面的示例实施方式分别由图9A的透镜系统510中的透镜元件501和图11A的透镜系统610中的透镜元件601示出。其中L1在形状上是平凹面的示例实施方式分别由图19A的透镜系统910中的透镜元件901以及图21A的透镜系统1010中的透镜元件1001示出。
第二透镜元件L2也许具有负折光力并且在形状上可以是负弯月面。其中L3在形状上是负弯月面并且具有凸面对象侧表面的示例实施方式由图9A的折叠式摄远透镜系统510、图11A的透镜系统610、图13A的透镜系统710、图19A的透镜系统910以及图21A的透镜系统1010中的透镜元件L2示出。
第四透镜元件L4可以具有正折光力并且在形状上可以具有正弯月面或者双凸面。其中L4在形状上是正弯月面并且具有凸面对象侧表面的示例实施方式由图19A的折叠式摄远透镜系统910以及图21A的透镜系统1010中的透镜元件L4示出。其中L4在形状上双凸面的示例实施方式由图13A的折叠式摄远透镜系统710中的透镜元件L4示出。
在透镜系统310、510、610、710、910以及1010的至少一些实施方式中，第一透镜元件L1和第三透镜元件L3可以由具有色散系数V1的材料(例如，塑性材料)构成。第二和第四透镜元件L2和L4可以由具有色散系数V2的材料(例如，塑性材料)构成。用于透镜元件的透镜材料的色散系数可以满足条件(7):
30<V1-V2<35。
在透镜系统310、510、610、710、910以及1010的至少一些实施方式中，该透镜元件L1和L2可以非常接近地排列，使得该L1和L2的组合可以被认为是正折光力或者正焦距f12的空气间隔的二合透镜L12。在透镜系统310、510、610、710以及1010的至少一些实施方式中，该透镜元件L3和L4可以非常接近地排列，使得该L3和L4的组合可以被认为是负折光力或者负焦距f34的空气间隔的二合透镜L34。
以下内容参照图1A到图22B提供可以被用在小形状因数摄远照相机中的紧凑的折叠式摄远透镜系统的各种实施方式的更多细节。
图1A和1B是包括紧凑的折叠式摄远透镜系统110的紧凑的摄远照相机100的示例实施方式的截面图。透镜系统110包括具有折光力的四个透镜元件(101-104)。沿着照相机100的光轴AX从对象侧(AX 1)到像侧(AX 2)排列的是：具有正折光力并具有凸面对象侧表面和焦距f1的第一透镜元件L1(101)；孔径光阑AS；具有负折光力并具有凸面对象侧表面和焦距f2的第二透镜元件L2(102)；朝向确定为改变射入的光路的方向并且因而将光轴从AX 1折叠到AX 2的平面的折叠反射镜130；具有负折光力和焦距f3的第三透镜元件L3(103)；以及具有正折光力并具有凸面像侧表面和焦距f4的第四透镜元件L4(104)。透镜系统110在光传感器120的表面上形成图像。在一些实施方式中，红外(IR)滤光片可以位于第四透镜元件L4与光传感器120之间。
透镜系统110的有效焦距是由f给出。紧凑的折叠式摄远透镜系统110的总光程(TTL)是沿着光轴AX1和AX 2在第一元件L1的对象侧表面与像平面之间的距离。参照图1A和1B，TTL是TL 1和TL 2的总和，其中TL 1是在L1的对象侧表面的正面顶点与折叠反射镜130的反射面之间的轴向距离，并且TL 2是在折叠反射镜130的反射面与像平面之间的轴向距离。透镜系统110被配置为使得透镜系统110的摄远比(TTL/f)满足以下关系:
0.8<|TTL/f|≤1.0。
可以位于透镜元件L1的正面的孔径光阑AS确定透镜系统110的入射光瞳。透镜系统110的焦距比(F/#)定义为透镜系统110的有效焦距f除以入射光瞳直径。IR滤光片可以用来阻挡可能损害或者不利地影响光传感器的红外辐射，并且可以被配置为使得对于f没有影响。
表格1A-1D对于如图1A和1B所示的照相机100和透镜系统110的示例实施方式的各种光学的和物理的参数提供示例值。表格1A-1D可以被参照以提供用于透镜系统110的光学处方(prescription)。
参照表格1A-1D，透镜系统110的实施方式覆盖在从470纳米(nm)到650nm的、具有在555nm处的参考波长的可见光谱区中的应用。在表格1A-1D中的光学处方对于10毫米(mm)的有效焦距f，在f/2.8处、在470nm到650nm光谱上提供高图像质量，覆盖24度视野(FOV)(12半视野)。在图1A和1B中示出并具有如表格1A-1D所示的光学处方的折叠式摄远透镜系统110具有8.8mm的总光程(TTL＝TL 1+TL 2)以及8.8毫米和0.88的摄远比(TTL/f)。
透镜系统110的四个透镜元件L1、L2、L3和L4可以由具有如表格1B中列出的折射率和色散系数的塑性材料构成。如表格1B所示，在透镜系统110的至少一些实施方式中，两种类型的塑性材料可以被用于透镜元件。透镜元件L1和L3可以由具有56.1的色散系数V1的相同塑性材料构成，并且透镜元件L2和L4可以由具有23.3的色散系数V2的另一种塑性材料构成。这两个塑性材料应用于透镜系统110中的透镜元件使透镜系统110能够在可见光谱区上对于色差被最优化并校正。透镜元件材料可以被选择并且透镜元件的折光力分布可以被计算以满足有效焦距f和场曲率(field curvature)或者佩兹伐曲率(Petzval sum)的校正。通过调整透镜元件的曲率半径和非球面系数或者几何的形状以及轴向间隔，光学像差的单色和彩色的变化可以被减少，以产生良好校正并均衡的最小剩余像差。图2示出对于如图1A和1B所示并且在表格1A-1D中描述的折叠式摄远透镜系统110，在半视野(HFOV＝12度)上并且在范围从470nm到650nm的可见光谱带上的多色光线像差曲线的图。
表格1A-1D中的光学处方描述如图1A和图1B所示的紧凑的折叠式摄远透镜系统110的示例实施方式，其包括具有折光力和有效焦距f的四个透镜元件并且其中第二透镜元件L2具有负折光力或者负焦距f2以及凸面对象侧表面。另外，透镜系统110的透镜元件L2在形状上是负弯月面并且具有正顶点曲率半径R3和R4，其中R3>R4并且R3/R4大约为2.865。
在如表格1A-1D中的光学处方所描述的透镜系统110的示例实施方式中，透镜元件的折光力被分配为使得透镜元件的焦距相对于系统焦距f的比率是|f1/f|＝0.430、|f2/f|＝0.570、|f3/f|＝0.471并且|f4/f|＝0.671。透镜元件L1是具有顶点曲率半径R1/R2＝-0.061的双凸透镜，并且L2具有顶点曲率半径R3/R4＝2.865。透镜元件L3具有顶点曲率半径R5/R6＝12.00，并且透镜元件L4在形状上是双凸面并具有顶点曲率半径R7/R8＝-0.561。对于该示例实施方式中的透镜系统110中的透镜元件的表面的非球面系数被在表格1C中列出。通过根据透镜元件的屈光力分布的排列来配置透镜系统110并且如表格1A-1D所示调整曲率半径和非球面系数，透镜系统110的总光程(TTL)可以被减少(例如，减少到如表格1A所示的8.8mm)并且系统的畸变可以被有效地校正，以在小形状因数照相机100中获得高图像质量分辨率的光学性能。
图3A和3B是包括紧凑的折叠式摄远透镜系统210的紧凑的摄远照相机200的另一个示例实施方式的截面图。透镜系统210包括具有折光力的四个透镜元件(201-204)。透镜系统210可以被当做图1A和1B的透镜系统110的变化例并且两个系统110和210的元件可以类似。然而，在透镜系统210中，第三元件L3(203)是具有凸面对象侧表面的负弯月面透镜。
表格2A-2E对于如图3A和3B所示的照相机200和透镜系统210的示例实施方式的各种光学的和物理的参数提供示例值。在至少一些实施方式中，系统210可以包括变焦机构，用于动态地聚焦从无限远(对象距离≥20米)到近侧对象距离(<500毫米)的对象场景。表格2A-2E可以被参照以提供用于透镜系统210的光学处方。在该示例实施方式中，透镜系统210可以沿着AX1包括具有可以被平移或者致动的透镜元件L1和L2的聚焦透镜组，以及用于聚焦位于<500毫米处的对象场景的孔径光阑。用于系统210的变焦参数被在表格2E中列出。在表格2E中对于位置1示出的变焦参数是当对象场景距离无限远时透镜元件L2与折叠反射镜230之间在表面#7处(沿着AX 1)的轴向厚度或者空间分离(如表格2B中所列的光学处方)。对于在500mm处(位置2)的对象场景的相应光学处方与在表格2B中列出的处方相同，除了在表面#0中的对象距离由500mm替代并且L2在表面#7处的空间分离由0.7756mm替代。如表格2E所示，对于透镜系统210，透镜组GR 1移动大约0.316mm以变焦和聚焦从远离照相机〉20米到在<500mm距离处的近侧对象场景的对象场景。
在表格2A-2E中的光学处方用于以下变焦透镜系统210：具有在555nm波长处14mm的有效焦距f、f/2.8的焦距比、具有19度的FOV、13.6mm的TTL以及具有等于0.971的TTL/f。透镜系统210是设计为用于覆盖470nm到650nm的可见光谱的紧凑的折叠成像系统。
透镜系统210的透镜元件L1、L2、L3和L4可以由具有如表格2B中列出的折射率和色散系数的塑性材料构成。在透镜系统210的示例实施方式中，透镜材料的选择与在表格1A-1D所列的、用于透镜系统110的光学处方中相同。参照该透镜系统210，该透镜元件L1和L3可以由具有色散系数V1＝56.1的塑性材料构成。该透镜元件L2和L4可以由具有色散系数V2＝23.3的塑性材料构成。
在表格2A-2E中说明的透镜系统210被配置为如参考透镜系统110和表格1A-1D描述地校正光学像差。图4A和4B示出了对于如图3A和3B所示以及在表格2A-2E中描述的紧凑的折叠式摄远透镜系统210，在从轴上对象点(在0度处)到在9.5度处的离轴场点的半视野(HFOV＝9.5度)上以及在范围从470nm到650nm的可见频带范围上，多色光线像差曲线的图。注意，在图4A和4B中示出的图示出对于聚焦位置1和2二者的良好校正的像差(即，透镜系统210对于位于无限远处的对象场景和对于位于<500mm距离处的对象场景的光学性能)。
表格2A-2E中的光学处方描述如图3A和图3B所示的折叠式摄远透镜系统的示例实施方式，其包括具有折光力和有效焦距f的四个透镜元件并且透镜元件的折光力被分配为使得透镜元件的焦距相对于系统焦距f的比率是|f1/f|＝0.518、|f2/f|＝1.09、|f3/f|＝1.214并且|f4/f|＝9.552。透镜元件L1是具有顶点曲率半径R1/R2＝-0.145的双凸透镜，并且L2具有顶点曲率半径R3/R4＝-0.026。透镜元件L3在形状上是负弯月面并且具有顶点曲率半径R5/R6＝1.530，并且透镜元件L4是具有顶点曲率半径R7/R8＝1.040。对于该示例实施方式中的透镜系统210中的透镜元件的表面的非球面系数被在表格2C中列出。通过根据透镜元件的屈光力分布的排列来配置透镜系统210并且如表格2A-2E所示调整曲率半径和非球面系数，透镜系统210的总光程(TTL)可以被减少(例如，减少到如表格2A所示的13.6mm)并且系统的畸变可以被有效地校正，以在小形状因数照相机200中对于在无限远处的对象场景和位于<500mm距离处的对象场景获得高图像质量分辨率的光学性能。
图5A和5B是包括紧凑的折叠式摄远透镜系统310的紧凑的摄远照相机300的另一个示例实施方式的截面图。透镜系统310包括具有折光力的四个透镜元件(301-304)。沿着照相机300的光轴AX从对象侧(AX 1)到像侧(AX 2)排列的是：具有正折光力并具有凸面对象侧表面和焦距f1的第一透镜元件L1(301)；孔径光阑AS；具有负折光力并具有凸面对象侧表面和焦距f2的第二透镜元件L2(302)；朝向确定为改变射入的光路的方向并且因而将光轴从AX 1折叠到AX 2的平面的棱镜340；具有负折光力和焦距f3的第三透镜元件L3(303)；以及具有正折光力并具有凸面像侧表面和焦距f4的第四透镜元件L4(304)。透镜系统310在光传感器320的表面上形成图像。在一些实施方式中，红外(IR)滤光片可以位于第四透镜元件L4与光传感器320之间。
透镜系统310的有效焦距是由f给出。紧凑的折叠式摄远透镜系统310的总光程(TTL)是沿着光轴AX1和AX 2在第一元件L1的对象侧表面与像平面之间的距离。参照图5A和5B，TTL是光程TL1和TL 2的总和，其中TL 1是在L1的对象侧表面的正面顶点与棱镜340的反射面之间的轴向距离，并且TL 2是在PR的反射面与像平面之间的轴向距离。透镜系统310被配置为使得透镜系统310的摄远比(TTL/f)满足以下关系:
0.8<|TTL/f|≤1.0。
可以位于透镜元件L1的正面的孔径光阑AS确定透镜系统310的入射光瞳。透镜系统310的焦距比或者焦距比数(F/#)定义为透镜系统310有效焦距f除以入射光瞳直径。IR滤光片可以用来阻挡可能损害或者不利地影响光传感器的红外辐射，并且可以被配置为使得对于f没有影响。
表格3A-3E对于如图5A和5B所示的照相机300和透镜系统310的示例实施方式的各种光学的和物理的参数提供示例值。在至少一些实施方式中，系统310可以包括变焦机构，用于动态地聚焦从无限远(对象距离≥20米)到近侧对象距离(<500毫米)的对象场景。表格3A-3E可以被参照以提供用于透镜系统310的光学处方。在该示例实施方式中，透镜系统310可以沿着AX1包括具有可以被平移或者致动的透镜元件L1和L2的聚焦透镜组，以及用于聚焦位于<500毫米处的对象场景的孔径光阑。用于系统310的变焦参数被在表格3E中列出。在表格3E中对于位置1示出的变焦参数是当对象场景距离无限远时透镜元件L2与棱镜340的反射面之间关于表面#7处(沿着AX 1)的轴向厚度或者空间分离(如表格3B中所列的光学处方)。对于在500mm处(位置2)的对象场景的相应光学处方与在表格3B中列出的处方相同，除了在表面#0中的对象距离由500mm替代并且L2在表面#7处的空间分离由0.5841mm替代。如表格3E所示，对于透镜系统310，透镜组GR 1移动大约0.215mm以变焦和聚焦从远离照相机〉20米到在<500mm距离处的近侧对象场景的对象场景。
在表格3A-3E中的光学处方用于以下变焦透镜系统310：具有在555nm波长处14mm的有效焦距f、f/2.8的焦距比、具有19度的FOV、14.0mm的TTL以及具有等于1.0的TTL/f。透镜系统310是设计为用于覆盖470nm到650nm的可见光谱的紧凑的折叠成像系统。
透镜系统310的透镜元件L1、L2、L3和L4可以由具有如表格3B中列出的折射率和色散系数的塑性材料构成。在透镜系统310的示例实施方式中，透镜材料的选择与在表格1A-1D所列的、用于透镜系统110的光学处方中相同。参照该透镜系统310，该透镜元件L1和L3可以由具有色散系数V1＝56.1的塑性材料构成。该透镜元件L2和L4可以由具有色散系数V2＝23.3的塑性材料构成。
在表格3A-3E中说明的透镜系统310被配置为如参考透镜系统110和表格1A-1D描述地校正光学像差。图6A和6B示出了对于如图5A和5B所示以及在表格3A-3E中描述的紧凑的折叠式摄远透镜系统310，在从轴上对象点(在0度处)到在9.5度处的离轴场点的半视野(HFOV＝9.5度)上以及在范围从470nm到650nm的可见频带范围上，多色光线像差曲线的图。注意，在图6A和6B中示出的图示出对于聚焦位置1和2二者的良好校正的像差(即，透镜系统310对于位于无限远处的对象场景和对于位于<500mm距离处的对象场景的光学性能)。
表格3A-3E中的光学处方描述如图5A和图5B所示的折叠式摄远透镜系统的示例实施方式，其包括具有折光力和有效焦距f的四个透镜元件并且透镜元件的折光力被分配为使得透镜元件的焦距相对于系统焦距f的比率是|f1/f|＝0.468、|f2/f|＝1.09、|f3/f|＝0.768并且|f4/f|＝8.754。透镜元件L1是具有顶点曲率半径R1/R2＝-0.236的双凸透镜，并且L2具有顶点曲率半径R3/R4＝0.189。透镜元件L3具有顶点曲率半径R5/R6＝5.241，并且透镜元件L4具有顶点曲率半径R7/R8＝1.009。对于该示例实施方式中的透镜系统310中的透镜元件的表面的非球面系数被在表格3C中列出。通过根据透镜元件的屈光力分布的排列来配置透镜系统310并且如表格3A-3E所示调整曲率半径和非球面系数，透镜系统310的总光程(TTL)可以被减少(例如，减少到如表格3A所示的14.0mm)并且系统的畸变可以被有效地校正，以在小形状因数照相机300中对于在无限远处的对象场景和位于<500mm距离处的对象场景获得高图像质量分辨率的光学性能。
图7A和7B是包括紧凑的折叠式摄远透镜系统410的紧凑的摄远照相机400的另一个示例实施方式的截面图。透镜系统410包括具有折光力的四个透镜元件(401-404)。透镜系统410可以被当做图3A和3B的透镜系统210的变化例并且两个系统410和210的元件可以类似。然而，在透镜系统410中，第一透镜元件L1具有正折光力或者正焦距f1，并且具有包括凸面对象侧表面的正弯月面形状。
表格4A-4E对于如图7A和7B所示的照相机400和透镜系统410的示例实施方式的各种光学的和物理的参数提供示例值。在至少一些实施方式中，系统410可以包括变焦机构，用于动态地聚焦从无限远(对象距离≥20米)到近侧对象距离(<1米)的对象场景。表格4A-4E可以被参照以提供用于透镜系统410的光学处方。在该示例实施方式中，透镜系统410可以沿着AX1包括具有可以被平移或者致动的透镜元件L1和L2的聚焦透镜组，以及用于聚焦位于<1米处的对象场景的孔径光阑。用于系统410的变焦参数被在表格4E中列出。在表格4E中对于位置1示出的变焦参数是当对象场景距离无限远时透镜元件L2与折叠反射镜430之间在表面#7处(沿着AX 1)的轴向厚度或者空间分离(如表格4B中所列的光学处方)。对于在1米处(位置2)的对象场景的相应光学处方与在表格2B中列出的处方相同，除了在表面#0中的对象距离由1000mm替代并且L2在表面#7处的空间分离由1.2608mm替代。如表格4E所示，对于透镜系统410，透镜组GR 1移动大约0.203mm以变焦和聚焦从远离照相机〉20米到在<1米距离处的近侧对象场景的对象场景。
在表格4A-4E中的光学处方用于以下变焦透镜系统410：具有在555nm波长处14mm的有效焦距f、f/2.8的焦距比、具有26度的FOV、13.65mm的TTL以及具有等于0.975的TTL/f。透镜系统410是设计为用于覆盖470nm到650nm的可见光谱的紧凑的折叠成像系统。
透镜系统410的透镜元件L1、L2、L3和L4可以由具有如表格4B中列出的折射率和色散系数的塑性材料构成。在透镜系统410的示例实施方式中，透镜材料的选择与在表格1A-1D所列的、用于透镜系统110的光学处方中相同。参照该透镜系统410，该透镜元件L1和L3可以由具有色散系数V1＝56.1的塑性材料构成。该透镜元件L2和L4可以由具有色散系数V2＝23.3的塑性材料构成。
在表格4A-4E中说明的透镜系统410被配置为如参考透镜系统110和表格1A-1D描述地校正光学像差。图8A和8B示出了对于如图7A和7B所示以及在表格4A-4E中描述的紧凑的折叠式摄远透镜系统410，在从轴上对象点(在0度处)到在13.0度处的离轴场点的半视野(HFOV＝13.0度)上以及在范围从470nm到650nm的可见频带范围上，多色光线像差曲线的图。注意，在图8A和8B中示出的图示出对于聚焦位置1和2二者的良好校正的像差(即，透镜系统410对于位于无限远处的对象场景和对于位于<1000mm距离处的对象场景的光学性能)。
表格4A-4E中的光学处方描述如图7A和图7B所示的折叠式摄远透镜系统的示例实施方式，其包括具有折光力和有效焦距f的四个透镜元件并且透镜元件的折光力被分配为使得透镜元件的焦距相对于系统焦距f的比率是|f1/f|＝0.510、|f2/f|＝0.810、|f3/f|＝1.534并且|f4/f|＝3.145。透镜元件L1是具有顶点曲率半径R1/R2＝0.102的正弯月面透镜，并且L2是具有顶点曲率半径R3/R4＝1.628的负弯月面透镜。透镜元件L3在形状上是负弯月面并且具有顶点曲率半径R5/R6＝1.596，并且透镜元件L4是具有顶点曲率半径R7/R8＝0.848。对于该示例实施方式中的透镜系统410中的透镜元件的表面的非球面系数被在表格4C中列出。通过根据透镜元件的屈光力分布的排列来配置透镜系统410并且如表格4A-4E所示调整曲率半径和非球面系数，透镜系统410的总光程(TTL)可以被减少(例如，减少到如表格4A所示的13.65mm)并且系统的畸变可以被有效地校正，以在小形状因数照相机400中对于在无限远处的对象场景和位于<1米距离处的对象场景获得高图像质量分辨率的光学性能。
图9A和9B是包括紧凑的折叠式摄远透镜系统510的紧凑的摄远照相机500的另一个示例实施方式的截面图。透镜系统510包括具有折光力的四个透镜元件(501-504)。透镜系统510可以被当图5A和5B的透镜系统310的变化例，因为光路折叠光学元件是棱镜540并且两个系统510和310的元件可以类似。然而，在透镜系统510中，第二透镜元件L2具有负折光力或者负焦距f2，并且具有包括凸面对象侧表面的负弯月面形状。此外，第一透镜组GR 1(包括L1和L2)以及第二透镜组GR 2(包括L3和L4)可以使得透镜元件非常接近到可以被认为是空气间隔的二合透镜。
表格5A-5E对于如图9A和9B所示的照相机500和透镜系统510的示例实施方式的各种光学的和物理的参数提供示例值。在至少一些实施方式中，系统510可以包括变焦机构，用于动态地聚焦从无限远(对象距离≥20米)到近侧对象距离(<1米)的对象场景。表格5A-5E可以被参照以提供用于透镜系统510的光学处方。在该示例实施方式中，透镜系统510可以沿着AX1包括具有可以被平移或者致动的透镜元件L1和L2的聚焦透镜组，以及用于聚焦位于<1米处的对象场景的孔径光阑。用于系统510的变焦参数被在表格5E中列出。在表格5E中对于位置1示出的变焦参数是当对象场景距离无限远时透镜元件L2与棱镜540的反射面之间在表面#7处(沿着AX 1)的轴向厚度或者空间分离(如表格5B中所列的光学处方)。对于在1米处(位置2)的对象场景的相应光学处方与在表格5B中列出的处方相同，除了在表面#0中的对象距离由1000mm替代并且L2在表面#7处的空间分离由0.9337mm替代。如表格5E所示，对于透镜系统510，透镜组GR 1从其标称位置1移动大约0.121mm到位置2以变焦和聚焦从远离照相机〉20米到在<1000mm距离处的近侧对象场景的对象场景。
在表格5A-5E中的光学处方用于以下变焦透镜系统510：具有在555nm波长处14mm的有效焦距f、f/2.8的焦距比、具有26度的FOV、13.8mm的TTL以及具有等于0.986的TTL/f。透镜系统510是设计为用于覆盖470nm到650nm的可见光谱的紧凑的折叠成像系统。
透镜系统510的透镜元件L1、L2、L3和L4可以由具有如表格5B中列出的折射率和色散系数的塑性材料构成。在透镜系统510的示例实施方式中，透镜材料的选择与在表格1A-1D所列的、用于透镜系统110的光学处方中相同。参照该透镜系统510，该透镜元件L1和L3可以由具有色散系数V1＝56.1的塑性材料构成。该透镜元件L2和L4可以由具有色散系数V2＝23.3的塑性材料构成。
在表格5A-5E中说明的透镜系统510被配置为如参考透镜系统110和表格1A-1D描述地校正光学像差。图10A和10B示出了对于如图9A和9B所示以及在表格5A-5E中描述的紧凑的折叠式摄远透镜系统510，在从轴上对象点(在0度处)到在13.0度处的离轴场点的半视野(HFOV＝13.0度)上以及在范围从470nm到650nm的可见频带范围上，多色光线像差曲线的图。注意，在图10A和10B中示出的图示出对于聚焦位置1和2二者的良好校正的像差(即，透镜系统510对于位于无限远处的对象场景和对于位于<1000mm距离处的对象场景的光学性能)。
表格5A-5E中的光学处方描述如图9A和图9B所示的折叠式摄远透镜系统的示例实施方式，其包括具有折光力和有效焦距f的四个透镜元件并且透镜元件的折光力被分配为使得透镜元件的焦距相对于系统焦距f的比率是|f1/f|＝0.450、|f2/f|＝0.791、|f3/f|＝0.644并且|f4/f|＝2.061。透镜元件L1是具有顶点曲率半径R1/R2＝-0.061的双凸透镜，并且L2是负弯月面形状并且具有顶点曲率半径R3/R4＝2.738。透镜元件L3具有顶点曲率半径R5/R6＝-0.051，并且透镜元件L4是双凸面并且具有顶点曲率半径R7/R8＝-0.451。对于该示例实施方式中的透镜系统510中的透镜元件的表面的非球面系数被在表格5C中列出。通过根据透镜元件的屈光力分布的排列来配置透镜系统510并且如表格5A-5E所示调整曲率半径和非球面系数，透镜系统510的总光程(TTL)可以被减少(例如，减少到如表格5A所示的13.80mm)并且系统的畸变可以被有效地校正，以在小形状因数照相机500中对于在无限远处的对象场景和位于<1000mm距离处的对象场景获得高图像质量分辨率的光学性能。
图11A和11B是包括紧凑的折叠式摄远透镜系统610的紧凑的摄远照相机600的另一个示例实施方式的截面图。透镜系统610包括具有折光力的四个透镜元件(601-604)。透镜系统610可以被当图9A和9B的透镜系统510的变化例，因为光路折叠光学元件是棱镜640并且两个系统610和510的元件可以类似。然而，在透镜系统610中，孔径光阑AS位于在第一透镜元件L1和第二透镜元件L2之间的空气间隔中。此外，与在图9A和9B中一样，在图11A和11B中，第一透镜组GR 1(包括L1和L2)以及第二透镜组GR 2(包括L3和L4)可以具有非常接近的透镜元件，其可以被认为是空气间隔的双合透镜。
表格6A-6E对于如图11A和11B所示的照相机600和透镜系统610的示例实施方式的各种光学的和物理的参数提供示例值。在至少一些实施方式中，系统610可以包括变焦机构，用于动态地聚焦从无限远(对象距离≥20米)到近侧对象距离(<1米)的对象场景。表格6A-6E可以被参照以提供用于透镜系统610的光学处方。在该示例实施方式中，透镜系统610可以沿着AX1包括具有可以被平移或者致动的透镜元件L1和L2的聚焦透镜组，以及用于聚焦位于<1米处的对象场景的孔径光阑。用于系统610的变焦参数被在表格6E中列出。在表格6E中对于位置1示出的变焦参数是当对象场景距离无限远时透镜元件L2与棱镜640的反射面之间在表面#5处(沿着AX 1)的轴向厚度或者空间分离(如表格6B中所列的光学处方)。对于在1米处(位置2)的对象场景的相应光学处方与在表格6B中列出的处方相同，除了在表面#0中的对象距离由1000mm替代并且L2在表面#5处的空间分离由0.9353mm替代。如表格6E所示，对于透镜系统610，透镜组GR 1从其标称位置1移动大约0.125mm到位置2以变焦和聚焦从远离照相机〉20米到在<1000mm距离处的近侧对象场景的对象场景。
在表格6A-6E中的光学处方用于以下变焦透镜系统610：具有在555nm波长处14mm的有效焦距f、f/2.8的焦距比、具有26度的FOV、13.8mm的TTL以及具有等于0.986的TTL/f。透镜系统610是设计为用于覆盖470nm到650nm的可见光谱的紧凑的折叠成像系统。
透镜系统610的透镜元件L1、L2、L3和L4可以由具有如表格6B中列出的折射率和色散系数的塑性材料构成。在透镜系统610的示例实施方式中，透镜材料的选择与在表格1A-1D所列的、用于透镜系统110的光学处方中相同。参照该透镜系统610，该透镜元件L1和L3可以由具有色散系数V1＝56.1的塑性材料构成。该透镜元件L2和L4可以由具有色散系数V2＝23.3的塑性材料构成。
在表格6A-6E中说明的透镜系统610被配置为如参考透镜系统110和表格1A-1D描述地校正光学像差。图12A和12B示出了对于如图11A和11B所示以及在表格6A-6E中描述的紧凑的折叠式摄远透镜系统610，在从轴上对象点(在0度处)到在13.0度处的离轴场点的半视野(HFOV＝13.0度)上以及在范围从470nm到650nm的可见频带范围上，多色光线像差曲线的图。注意，在图12A和12B中示出的图示出对于聚焦位置1和2二者的良好校正的像差(即，透镜系统610对于位于无限远处的对象场景和对于位于<1000mm距离处的对象场景的光学性能)。
表格6A-6E中的光学处方描述如图11A和图11B所示的折叠式摄远透镜系统的示例实施方式，其包括具有折光力和有效焦距f的四个透镜元件并且透镜元件的折光力被分配为使得透镜元件的焦距相对于系统焦距f的比率是|f1/f|＝0.446、|f2/f|＝0.743、|f3/f|＝0.714并且|f4/f|＝2.097。透镜元件L1是具有顶点曲率半径R1/R2＝-0.008的双凸透镜，并且L2是负弯月面形状并且具有顶点曲率半径R3/R4＝2.408。透镜元件L3具有顶点曲率半径R5/R6＝-0.386，并且透镜元件L4是双凸面并且具有顶点曲率半径R7/R8＝-0.044。对于该示例实施方式中的透镜系统610中的透镜元件的表面的非球面系数被在表格6C中列出。通过根据透镜元件的屈光力分布的排列来配置透镜系统610并且如表格6A-6E所示调整曲率半径和非球面系数，透镜系统610的总光程(TTL)可以被减少(例如，减少到如表格6A所示的13.80mm)并且系统的畸变可以被有效地校正，以在小形状因数照相机600中对于在无限远处的对象场景和位于<1000mm距离处的对象场景获得高图像质量分辨率的光学性能。
图13A和13B是包括紧凑的折叠式摄远透镜系统710的紧凑的摄远照相机700的另一个示例实施方式的截面图。透镜系统710包括具有折光力的四个透镜元件(701-704)。透镜系统710可以被当图11A和11B的透镜系统610的变化例，因为光路折叠光学元件是棱镜740并且两个系统710和610的元件可以类似。然而，在透镜系统710中，与在系统610中类似，孔径光阑AS位于在第一透镜元件L1和第二透镜元件L2之间的空气间隔中。此外，与在图11A和11B中一样，在图13A和13B中，第一透镜组GR 1(包括L1和L2)以及第二透镜组GR 2(包括L3和L4)可以具有非常接近的透镜元件，其可以被认为是空气间隔的双合透镜。然而，如图13A和13B所示的透镜系统710可以包括用于在像平面处的光传感器720的变焦机构，以动态地聚焦从无限远(≥20米)到近距(例如，小于1米)的对象场景。
表格7A-7E对于如图13A和13B所示的照相机700和透镜系统710的示例实施方式的各种光学的和物理的参数提供示例值。在至少一些实施方式中，系统710可以包括变焦机构，用于通过沿着折叠光轴AX 2平移或致动在像平面处的光传感器720来动态地聚焦从无限远(对象距离≥20米)到近对象距离(<1米)的对象场景。表格7A-7E可以被参照以提供用于透镜系统710的光学处方。用于系统710的变焦参数被在表格7E中列出。在表格7E中对于位置1示出的变焦参数是当对象场景距离无限远时在像平面处的光传感器与IR滤光片之间在表面#14处(沿着AX 2)的轴向厚度或者空间分离(如表格7B中所列的光学处方)。对于在1米处(位置2)的对象场景的相应光学处方与在表格7B中列出的处方相同，除了在表面#0中的对象距离由1000mm替代并且在像平面处的光传感器在表面#14处与IR滤光片的空间分离由-1.1865mm替代。如表格7E所示，对于透镜系统710，在像平面处的光传感器从其标称位置1向位置2移动大约0.194mm以变焦和聚焦从远离照相机〉20米到在<1000mm距离处的近侧对象场景的对象场景。
在表格7A-7E中的光学处方用于以下变焦透镜系统710：具有在555nm波长处14mm的有效焦距f、f/2.8的焦距比、具有26度的FOV、13.8mm的TTL以及具有等于0.986的TTL/f。透镜系统710是设计为用于覆盖470nm到650nm的可见光谱的紧凑的折叠成像系统。
透镜系统710的透镜元件L1、L2、L3和L4可以由具有如表格7B中列出的折射率和色散系数的塑性材料构成。在透镜系统710的示例实施方式中，透镜材料的选择与在表格1A-1D所列的、用于透镜系统110的光学处方中相同。参照该透镜系统710，该透镜元件L1和L3可以由具有色散系数V1＝56.1的塑性材料构成。该透镜元件L2和L4可以由具有色散系数V2＝23.3的塑性材料构成。
在表格7A-7E中说明的透镜系统710被配置为如参考透镜系统110和表格1A-1D描述地校正光学像差。图14A和14B示出了对于如图13A和13B所示以及在表格7A-7E中描述的紧凑的折叠式摄远透镜系统710，在从轴上对象点(在0度处)到在13.0度处的离轴场点的半视野(HFOV＝13.0度)上以及在范围从470nm到650nm的可见频带范围上，多色光线像差曲线的图。注意，在图14A和14B中示出的图示出对于聚焦位置1和2二者的良好校正的像差(即，透镜系统710对于位于无限远处的对象场景和对于位于<1000mm距离处的对象场景的光学性能)。
表格7A-7E中的光学处方描述如图13A和图13B所示的折叠式摄远透镜系统的示例实施方式，其包括具有折光力和有效焦距f的四个透镜元件并且透镜元件的折光力被分配为使得透镜元件的焦距相对于系统焦距f的比率是|f1/f|＝0.745、|f2/f|＝0.698、|f3/f|＝0.698并且|f4/f|＝1.93。透镜元件L1是具有顶点曲率半径R1/R2＝-0.033的双凸透镜，并且L2是负弯月面形状并且具有顶点曲率半径R3/R4＝2.604。透镜元件L3具有顶点曲率半径R5/R6＝-0.755，并且透镜元件L4具有顶点曲率半径R7/R8＝0.058。对于该示例实施方式中的透镜系统710中的透镜元件的表面的非球面系数被在表格7C中列出。通过根据透镜元件的屈光力分布的排列来配置透镜系统710并且如表格7A-7E所示调整曲率半径和非球面系数，透镜系统710的总光程(TTL)可以被减少(例如，减少到如表格7A所示的13.80mm)并且系统的畸变可以被有效地校正，以在小形状因数照相机700中对于在无限远处的对象场景和位于<1000mm距离处的对象场景获得高图像质量分辨率的光学性能。
图15A和15B是包括图13A和13B的折叠式摄远透镜系统710的变化例710B的紧凑照相机700B的截面图。表格8A-8E提供如图15A所示的折叠式摄远透镜系统710B的各种光学和物理的参数的示例值。在至少一些实施方式中，系统710B可以包括变焦机构，用于通过沿着折叠光轴AX 2平移或致动在像平面处的光传感器720来动态地聚焦从无限远(对象距离≥20米)到近对象距离(<1米)的对象场景。表格8A-8E可以被参照以是提供对于图13A和13B的变焦透镜系统710的示例变化例710B的光学处方。用于系统710B的变焦参数被在表格8E中列出。在表格8E中对于位置1示出的变焦参数是当对象场景距离无限远时在像平面处的光传感器与IR滤光片之间在表面#14处(沿着AX 2)的轴向厚度或者空间分离(如表格8B中所列的光学处方)。对于在1米处(位置2)的对象场景的相应光学处方与在表格8B中列出的处方相同，除了在表面#0中的对象距离由1000mm替代并且在像平面处的光传感器在表面#14处与IR滤光片的空间分离由-1.0159mm替代。如表格8E所示，对于透镜系统710B，在像平面处的光传感器从其标称位置1向位置2移动大约0.194mm以变焦和聚焦从远离照相机〉20米到在<1000mm距离处的近侧对象场景的对象场景。
在表格8A-8E中的光学处方用于以下变焦透镜系统710B：具有在555nm波长处14mm的有效焦距f、f/2.8的焦距比、具有26度的FOV、13.8mm的TTL以及具有等于0.986的TTL/f。透镜系统710B是设计为用于覆盖470nm到650nm的可见光谱的紧凑的折叠成像系统。
在表格8A-8E中说明的透镜系统710B被配置为如参考透镜系统110和表格1A-1D描述地校正光学像差。图15A和15B示出了对于如图15A所示以及在表格8A-8E中描述的紧凑的折叠式摄远透镜系统710B，在从轴上对象点(在0度处)到在13.0度处的离轴场点的半视野(HFOV＝13.0度)上以及在范围从470nm到650nm的可见频带范围上，多色光线像差曲线的图。注意，在图15B和15C中示出的图示出对于聚焦位置1和2二者的良好校正的像差(即，透镜系统710B对于位于无限远处的对象场景和对于位于<1000mm距离处的对象场景的光学性能)。
表格8A-8E中的光学处方描述如图15A所示的折叠式摄远透镜系统的示例实施方式，其包括具有折光力和有效焦距f的四个透镜元件并且透镜元件的折光力被分配为使得透镜元件的焦距相对于系统焦距f的比率是|f1/f|＝0.442、|f2/f|＝0.748、|f3/f|＝0.697并且|f4/f|＝2.138。透镜元件L1是具有对象侧表面的双凸透镜，其被配置为大约具有圆锥常数值k＝-0.00518并且具有顶点曲率半径R1/R2＝-0.050，并且L2是负弯月面形状并且具有顶点曲率半径R3/R4＝2.583。透镜元件L3具有顶点曲率半径R5/R6＝-0.573，并且透镜元件L4是双凸面并且具有顶点曲率半径R7/R8＝-0.502。对于该示例实施方式中的透镜系统710B中的透镜元件的表面的非球面系数被在表格8C中列出。通过根据透镜元件的屈光力分布的排列来配置透镜系统710B并且如表格8A-8E所示调整曲率半径和非球面系数，透镜系统710B的总光程(TTL)可以被减少(例如，减少到如表格8A所示的13.80mm)并且系统的畸变可以被有效地校正，以在小形状因数照相机700B中对于在无限远处的对象场景和位于<1000mm距离处的对象场景获得高图像质量分辨率的光学性能。
图16A是包括图13A和13B的折叠式摄远透镜系统710的另一个变化例710C的紧凑照相机700C的截面图。表格9A-9E提供如图16A所示的折叠式摄远透镜系统710C的各种光学和物理的参数的示例值。在至少一些实施方式中，系统710C可以包括变焦机构，用于通过沿着折叠光轴AX 2平移或致动在像平面处的光传感器720来动态地聚焦从无限远(对象距离≥20米)到近对象距离(<1米)的对象场景。表格9A-9E可以被认为是提供对于图13A和13B的变焦透镜系统710的示例变化例710C的光学处方。用于系统710C的变焦参数被在表格9E中列出。在表格9E中对于位置1示出的变焦参数是当对象场景距离无限远时在像平面处的光传感器与IR滤光片之间在表面#14处(沿着AX 2)的轴向厚度或者空间分离(如表格9B中所列的光学处方)。对于在1米处(位置2)的对象场景的相应光学处方与在表格9B中列出的处方相同，除了在表面#0中的对象距离由1000mm替代并且在像平面处的光传感器在表面#14处与IR滤光片的空间分离由-1.0159mm替代。如表格9E所示，对于透镜系统710C，在像平面处的光传感器从其标称位置1向位置2移动大约0.194mm以变焦和聚焦从远离照相机〉20米到在<1000mm距离处的近侧对象场景的对象场景。
在表格9A-9E中的光学处方用于以下变焦透镜系统710C：具有在555nm波长处14mm的有效焦距、f/2.8的焦距比、具有26度的FOV、13.8mm的TTL以及具有等于0.986的TTL/f。透镜系统710C是设计为用于覆盖470nm到650nm的可见光谱的紧凑的折叠成像系统。
在表格9A-9E中说明的透镜系统710C被配置为如参考透镜系统110和表格1A-1D描述地校正光学像差。图16B和16C示出了对于如图16A所示以及在表格9A-9E中描述的紧凑的折叠式摄远透镜系统710C一本，在从轴上对象点(在0度处)到在13.0度处的离轴场点的半视野(HFOV＝13.0度)上以及在范围从470nm到650nm的可见频带范围上，多色光线像差曲线的图。注意，在图16B和16C中示出的图示出对于聚焦位置1和2二者的良好校正的像差(即，透镜系统710B对于位于无限远处的对象场景和对于位于<1000mm距离处的对象场景的光学性能)。
表格9A-9E中的光学处方描述如图16A所示的折叠式摄远透镜系统的示例实施方式，其包括具有折光力和有效焦距f的四个透镜元件并且透镜元件的折光力被分配为使得透镜元件的焦距相对于系统焦距f的比率是|f1/f|＝0.437、|f2/f|＝0.735、|f3/f|＝0.672并且|f4/f|＝1.930。透镜元件L1是具有对象侧表面的双凸透镜，其被配置为是球面的并且具有顶点曲率半径R1/R2＝-0.134，并且L2是负弯月面形状并且具有顶点曲率半径R3/R4＝3.300。透镜元件L3具有顶点曲率半径R5/R6＝-0.551，并且透镜元件L4是双凸面并且具有顶点曲率半径R7/R8＝-0.050。对于该示例实施方式中的透镜系统710C中的透镜元件的表面的非球面系数被在表格9C中列出。通过根据透镜元件的屈光力分布的排列来配置该透镜系统710C并且如表格9A-9E所示调整曲率半径和非球面系数，透镜系统710处方的总光程(TTL)可以被减少(例如，减少到如表格9A所示的13.80mm)并且系统的畸变可以被有效地校正，以在小形状因数照相机700C中对于在无限远处的对象场景和位于<1000mm距离处的对象场景获得高图像质量分辨率的光学性能。
图17A和17B是包括紧凑的折叠式摄远透镜系统810的紧凑的远距照相机800的另一个示例实施方式的截面图。透镜系统810包括具有折光力的四个透镜元件(801-804)。透镜系统810可以被当图7A和7B的透镜系统410的变化例，因为光路折叠光学元件是平面的折叠反射镜830并且两个系统810和410的元件可以类似。在透镜系统810中，与在系统410中类似，该孔径光阑AS位于第一透镜元件L1的凸面对象侧表面的正面和附近。然而，如图17A和17B所示的透镜系统810可以包括用于在像平面处的光传感器820的变焦机构，以动态地聚焦从无限远(≥20米)到近距(例如，小于1米)的对象场景。此外，如图17A和17B所示，在至少一些实施方式中，第二透镜组GR 2(包括L3(803)和L4(804))中的透镜可以被排列为彼此不非常接近，并且L4(透镜804)可以具有凹面像侧表面。
表格10A-10E对于如图17A和17B所示的照相机800和透镜系统810的示例实施方式的各种光学的和物理的参数提供示例值。在至少一些实施方式中，系统810可以包括变焦机构，用于通过沿着折叠光轴AX 2平移或致动在像平面处的光传感器820来动态地聚焦从无限远(对象距离≥20米)到近对象距离(<1米)的对象场景。表格10A-10E可以被认为提供用于透镜系统810的光学处方。用于系统810的变焦参数被在表格10E中列出。在表格10E中对于位置1示出的变焦参数是当对象场景距离无限远时在像平面处的光传感器与IR滤光片之间在表面#16处(沿着AX 2)的轴向厚度或者空间分离(如表格10B中所列的光学处方)。对于在1米处(位置2)的对象场景的相应光学处方与在表格10B中列出的处方相同，除了在表面#0中的对象距离由1000mm替代并且在像平面处的光传感器在表面#16处与IR滤光片的空间分离由-1.1938mm替代。如表格10E所示，对于透镜系统810，在像平面处的光传感器820从其标称位置1向位置2移动大约0.195mm以变焦和聚焦从远离照相机〉20米到在<1000mm距离处的近侧对象场景的对象场景。
在表格10A-10E中的光学处方用于以下变焦透镜系统810：具有在555nm波长处14mm的有效焦距、f/2.8的焦距比、具有26度的FOV、13.31mm的TTL以及具有等于0.951的TTL/f。透镜系统810是设计为用于覆盖470nm到650nm的可见光谱的紧凑的折叠成像系统。
透镜系统810的透镜元件L1、L2、L3和L4可以由具有如表格10B中列出的折射率和色散系数的塑性材料构成。在透镜系统810的示例实施方式中，透镜材料的选择与在表格1A-1D所列的、用于透镜系统110的光学处方中相同。参照该透镜系统810，该透镜元件L1和L3可以由具有色散系数V1＝56.1的塑性材料构成。该透元件L2和L4可以由具有色散系数V2＝23.3的塑性材料构成。
在表格10A-10E中说明的透镜系统810被配置为如参考透镜系统110和表格1A-1D描述地校正光学像差。图18A和18B示出了对于如图17A和17B所示以及在表格10A-10E中描述的紧凑的折叠式摄远透镜系统810，在从轴上对象点(在0度处)到在13.0度处的离轴场点的半视野(HFOV＝13.0度)上以及在范围从470nm到650nm的可见频带范围上，多色光线像差曲线的图。注意，在图18A和18B中示出的图示出对于聚焦位置1和2二者的良好校正的像差(即，透镜系统810对于位于无限远处的对象场景和对于位于<1000mm距离处的对象场景的光学性能)。
表格10A-10E中的光学处方描述如图17A和图17B所示的折叠式摄远透镜系统的示例实施方式，其包括具有折光力和有效焦距f的四个透镜元件并且透镜元件的折光力被分配为使得透镜元件的焦距相对于系统焦距f的比率是|f1/f|＝0.491、|f2/f|＝0.873、|f3/f|＝1.033并且|f4/f|＝3.095。透镜元件L1是具有顶点曲率半径R1/R2＝-0.155的双凸透镜，并且L2是负弯月面形状并且具有顶点曲率半径R3/R4＝2.711。透镜元件L3在形状上是负弯月面并且具有顶点曲率半径R5/R6＝-2.611，并且透镜元件L4是具有凹面像侧表面的正弯月面形状并且具有顶点曲率半径R7/R8＝0.923。对于该示例实施方式中的透镜系统810中的透镜元件的表面的非球面系数被在表格10C中列出。通过根据透镜元件的屈光力分布的排列来配置透镜系统810并且如表格10A-10E所示调整曲率半径和非球面系数，透镜系统810的总光程(TTL)可以被减少(例如，减少到如表格10A所示的13.31mm)并且系统的畸变可以被有效地校正，以在小形状因数照相机800中对于在无限远处的对象场景和位于<1000mm距离处的对象场景获得高图像质量分辨率的光学性能。
图19A和19B是包括紧凑的折叠式摄远透镜系统910的紧凑的远距照相机900的另一个示例实施方式的截面图。透镜系统910包括具有折光力的四个透镜元件(901-904)。透镜系统910可以被当图9A和9B的透镜系统510的变化例，因为光路折叠光学元件是棱镜940并且两个系统910和510的元件可以类似。在透镜系统910中，与在系统510中类似，该孔径光阑AS位于第一透镜元件L1的凸面对象侧表面的正面和附近。然而，如图19A和19B所示的透镜系统910可以包括用于在像平面处的光传感器的变焦机构，以动态地聚焦从无限远(≥20米)到近距(例如，小于1米)的对象场景。此外，如图19A和19B所示，在至少一些实施方式中，第二透镜组GR 2(包括L3(903)和L4(904))中的透镜可以被排列为沿着AX 2彼此不非常接近，并且L4(透镜904)可以具有凹面像侧表面。另外，在至少一些实施方式中，透镜系统910可以包括具有凸面对象侧表面的平凹面透镜元件L1(透镜901)。
表格11A-11E对于如图19A和19B所示的照相机900和透镜系统910的示例实施方式的各种光学的和物理的参数提供示例值。在至少一些实施方式中，系统910可以包括变焦机构，用于通过沿着折叠光轴AX 2平移或致动在像平面处的光传感器920来动态地聚焦从无限远(对象距离≥20米)到近对象距离(<1米)的对象场景。表格11A-11E可以被认为提供用于透镜系统910的光学处方。用于系统910的变焦参数被在表格11E中列出。在表格11E中对于位置1示出的变焦参数是当对象场景距离无限远时在像平面处的光传感器920与IR滤光片之间在表面#14处(沿着AX 2)的轴向厚度或者空间分离(如表格11B中所列的光学处方)。对于在1米处(位置2)的对象场景的相应光学处方与在表格11B中列出的处方相同，除了在表面#0中的对象距离由1000mm替代并且在像平面处的光传感器920在表面#14处与IR滤光片的空间分离由-1.4326mm替代。如表格11E所示，对于透镜系统910，在像平面处的光传感器920从其标称位置1向位置2移动大约0.195mm以变焦和聚焦从远离照相机〉20米到在<1000mm距离处的近侧对象场景的对象场景。
在表格11A-11E中的光学处方用于以下变焦透镜系统910：具有在555nm波长处14mm的有效焦距、f/2.8的焦距比、具有26度的FOV、13.80mm的TTL以及具有等于0.986的TTL/f。透镜系统910是设计为用于覆盖470nm到650nm的可见光谱的紧凑的折叠成像系统。
透镜系统910的透镜元件L1、L2、L3和L4可以由具有如表格11B中列出的折射率和色散系数的塑性材料构成。在透镜系统910的示例实施方式中，透镜材料的选择与在表格1A-1D所列的、用于透镜系统110的光学处方中相同。参照该透镜系统910，该透镜元件L1和L3可以由具有色散系数V1＝56.1的塑性材料构成。该透元件L2和L4可以由具有色散系数V2＝23.3的塑性材料构成。
在表格11A-11E中说明的透镜系统910被配置为如参考透镜系统110和表格1A-1D描述地校正光学像差。图20A和20B示出了对于如图19A和19B所示以及在表格11A-11E中描述的紧凑的折叠式摄远透镜系统910，在从轴上对象点(在0度处)到在13.0度处的离轴场点的半视野(HFOV＝13.0度)上以及在范围从470nm到650nm的可见频带范围上，多色光线像差曲线的图。注意，在图20A和20B中示出的图示出对于聚焦位置1和2二者的良好校正的像差(即，透镜系统910对于位于无限远处的对象场景和对于位于<1000mm距离处的对象场景的光学性能)。
表格11A-11E中的光学处方描述如图19A和图19B所示的折叠式摄远透镜系统的示例实施方式，其包括具有折光力和有效焦距f的四个透镜元件并且透镜元件的折光力被分配为使得透镜元件的焦距相对于系统焦距f的比率是|f1/f|＝0.465、|f2/f|＝0.834、|f3/f|＝0.797并且|f4/f|＝2.245。透镜元件L1是具有凸面对象侧表面的平凹面透镜元件，该凸面对象侧表面大约具有圆锥常数k＝-0.02。透镜元件L1具有顶点曲率半径R1/R2＝0。透镜元件L2是负弯月面形状并且具有顶点曲率半径R3/R4＝2.246。透镜元件L3具有顶点曲率半径R5/R6＝-2.251，并且透镜元件L4是具有凹面像侧表面的正弯月面形状并且具有顶点曲率半径R7/R8＝0.848。对于该示例实施方式中的透镜系统910中的透镜元件的表面的非球面系数被在表格11C中列出。通过根据透镜元件的屈光力分布的排列来配置透镜系统910并且如表格11A-11E所示调整曲率半径和非球面系数，透镜系统910的总光程(TTL)可以被减少(例如，减少到如表格11A所示的13.80mm)并且系统的畸变可以被有效地校正，以在小形状因数照相机900中对于在无限远处的对象场景和位于<1000mm距离处的对象场景获得高图像质量分辨率的光学性能。
图21A和21B是包括紧凑的折叠式摄远透镜系统1010的紧凑的远距照相机1000的另一个示例实施方式的截面图。透镜系统1010包括具有折光力的四个透镜元件(1001-1004)。透镜系统1010可以被当图19A和19B的透镜系统910的变化例，因为光路折叠光学元件是棱镜1040并且两个系统1010和910的元件可以类似。然而，在透镜系统1010中，孔径光阑AS位于在第一透镜元件L1和第二透镜元件L2之间的间隔中。在该示例实施方式中，该透镜系统1010的构造可以在孔径光阑的位置方面不同于透镜系统910的构造。此外，如图21A和21B所示的透镜系统1010可以也包括用于在像平面处的光传感器1020的变焦机构，以动态地聚焦从无限远(≥20米)到近距(例如，小于1米)的对象场景。在至少一些实施方式中，透镜系统1010可以包括具有凸面对象侧表面的平凹面透镜元件L1(透镜1001)。
表格12A-12E对于如图21A和21B所示的照相机1000和透镜系统1010的示例实施方式的各种光学的和物理的参数提供示例值。在至少一些实施方式中，系统1010可以包括变焦机构，用于通过沿着折叠光轴AX 2平移或致动在像平面处的光传感器1020来动态地聚焦从无限远(对象距离≥20米)到近对象距离(<1米)的对象场景。表格12A-12E可以被认为提供用于透镜系统1010的光学处方。用于系统1010的变焦参数被在表格12E中列出。在表格12E中对于位置1示出的变焦参数是当对象场景距离无限远时在像平面处的光传感器1020与IR滤光片之间在表面#16处(沿着AX 2)的轴向厚度或者空间分离(如表格12B中所列的光学处方)。对于在1米处(位置2)的对象场景的相应光学处方与在表格12B中列出的处方相同，除了在表面#0中的对象距离由1000mm替代并且在像平面处的光传感器1020在表面#16处与IR滤光片的空间分离由-1.4326mm替代。如表格12E所示，对于透镜系统1010，在像平面处的光传感器1020从其标称位置1向位置2移动大约0.195mm以变焦和聚焦从远离照相机〉20米到在<1000mm距离处的近侧对象场景的对象场景。注意，虽然在针对透镜系统1010的光学处方中的参数与针对透镜系统910的相应参数一致，但是由于孔径光阑的位置的差异，两个处方中的表面的顺序编号是不同的。
在表格12A-12E中的光学处方用于以下变焦透镜系统1010：具有在555nm波长处14mm的有效焦距、f/2.8的焦距比、具有26度的FOV、13.80mm的TTL以及具有等于0.986的TTL/f。透镜系统1010是对于覆盖470nm到650nm的可见光谱涉及的紧凑的折叠成像系统。
透镜系统1010的透镜元件L1、L2、L3和L4可以由具有如表格12B中列出的折射率和色散系数的塑性材料构成。在透镜系统1010的示例实施方式中，透镜材料的选择与在表格11A-11E所列的、用于透镜系统910的光学处方中相同。参照该透镜系统1010，该透镜元件L1和L3可以由具有色散系数V1＝56.1的塑性材料构成。该透元件L2和L4可以由具有色散系数V2＝23.3的塑性材料构成。
在表格12A-12E中说明的透镜系统1010被配置为如参考透镜系统910和表格11A-11E描述地校正光学像差。图22A和22B示出了对于如图21A和21B所示以及在表格12A-12E中描述的紧凑的折叠式摄远透镜系统1010，在从轴上对象点(在0度处)到在13.0度处的离轴场点的半视野(HFOV＝13.0度)上以及在范围从470nm到650nm的可见频带范围上，多色光线像差曲线的图。注意，在图22A和22B中示出的图示出对于聚焦位置1和2二者的良好校正的像差(即，透镜系统1010对于位于无限远处的对象场景和对于位于<1000mm距离处的对象场景的光学性能)。
表格12A-12E中的光学处方描述如图21A和图21B所示的折叠式摄远透镜系统的示例实施方式，其包括具有折光力和有效焦距f的四个透镜元件并且透镜元件的折光力被分配为使得透镜元件的焦距相对于系统焦距f的比率是|f1/f|＝0.465、|f2/f|＝0.834、|f3/f|＝0.797并且|f4/f|＝2.245。透镜元件L1是具有凸面对象侧表面的平凹面透镜元件，该凸面对象侧表面大约具有圆锥常数k＝-0.02。透镜元件L1具有顶点曲率半径R1/R2＝0。透镜元件L2是负弯月面形状并且具有顶点曲率半径R3/R4＝2.246。透镜元件L3具有顶点曲率半径R5/R6＝-2.251，并且透镜元件L4是具有凹面像侧表面的正弯月面形状并且具有顶点曲率半径R7/R8＝0.806。对于该示例实施方式中的透镜系统1010中的透镜元件的表面的非球面系数被在表格12C中列出。通过根据透镜元件的屈光力分布的排列来配置透镜系统1010并且如表格12A-12E所示调整曲率半径和非球面系数，透镜系统1010的总光程(TTL)可以被减少(例如，减少到如表格12A所示的13.80mm)并且系统的畸变可以被有效地校正，以在小形状因数照相机1000中对于在无限远处的对象场景和位于<1000mm距离处的对象场景获得高图像质量分辨率的光学性能。
图23是根据至少一些实施例的用于使用如图1A到22B所示的、具有折叠式摄远透镜系统的照相机捕获图像的方法的高等级的流程图。如在1100处所示，在照相机的第一透镜元件处接收到来自于在照相机前方的物场的光。在一些实施方式中，孔径光阑可以位于透镜系统的正面顶点处，或者在正面顶点与对象平面之间。或者，孔径光阑可以位于透镜系统的正面顶点后方，例如在第一透镜元件处，或者在第一与第二透镜元件之间。如在1102处所示，第一透镜元件将光折射到第二透镜元件。如在1104处所示，该光之后由第二透镜元件折射到具有反射面的光路折叠元件(例如，棱镜或者平面反光镜)。如在1106所示，光路折叠元件改变光的方向，以将光引导到第三透镜元件。如在1108处所示，光然后由第三透镜元件折射到第四透镜元件。如在1110处所示，光由第四透镜元件折射，以在光传感器的表面处或附近的像平面处形成图像。如在1112处所示，该图像可以由光传感器捕捉。虽然未示出，但是在一些实施方式中，光可以穿过红外滤光片，该红外滤光片可以例如位于第四透镜元件与光传感器之间。
总的来说，来自物场的射入的光穿过位于第一光轴(AX1)上的光学元件(例如，第一和第二透镜元件)的折射光学面。光路折叠元件的反射面将射入的光的方向从第一光轴AX 1改变到第二光轴AX2，并且射入的光在第二光轴上穿过折射元件(第三和第四透镜元件)到在第二光轴上的光传感器处或附近的像平面。
在一些实施方式中，该光学元件可以如图1A和图1B所示并根据在表格1A-1D中提供的光学处方来配置。或者，该光学元件可以如图3A和图3B所示并根据在表格2A-2E中提供的光学处方来配置。作为另一个选择，光学元件可以如图5A和图5B所示并根据在表格3A-3E中提供的光学处方来配置。作为另一个选择，光学元件可以如图7A和图7B所示并根据在表格4A-4E中提供的光学处方来配置。作为另一个选择，光学元件可以如图9A和图9B所示并根据在表格5A-5E中提供的光学处方来配置。作为另一个选择，光学元件可以如图11A和图11B所示并根据在表格6A-6E中提供的光学处方来配置。作为另一个选择，光学元件可以如图13A和图13B所示并根据在表格7A-7E中提供的光学处方来配置。作为另一个选择，光学元件可以如图15A所示并根据在表格8A-8E中提供的光学处方来配置。作为另一个选择，光学元件可以如图16A所示并根据在表格9A-9E中提供的光学处方来配置。作为另一个选择，光学元件可以如图17A和图17B所示并根据在表格10A-10E中提供的光学处方来配置。作为另一个选择，光学元件可以如图19A和图19B所示并根据在表格11A-11E中提供的光学处方来配置。作为另一个选择，光学元件可以如图21A和图21B所示并根据在表格12A-12E中提供的光学处方来配置。然而，注意在实现相似的光学结果的同时，附图和表格中给出的例子的变化例是可能的。
示例透镜系统表格
以下表格对于在这里参照图1A到21B描述的折叠式摄远透镜系统和照相机的示例实施方式提供的各种光学和物理参数。表格1A-1D对应于如图1A-1B所示的具有四个透镜元件和折叠反射镜作为图解在透镜系统110图1。表格2A-2E对于如图3A和3B所示的照相机200和透镜系统210的示例实施方式的各种光学的和物理的参数提供示例值。表格3A-3D对于如图3A和3B所示的照相机200和透镜系统210的示例实施方式的各种光学的和物理的参数提供示例值。表格4A-4E对于如图7A和7B所示的照相机400和透镜系统410的示例实施方式的各种光学的和物理的参数提供示例值。表格5A-5E对于如图9A和9B所示的照相机500和透镜系统510的示例实施方式的各种光学的和物理的参数提供示例值。表格6A-6E对于如图11A和11B所示的照相机600和透镜系统610的示例实施方式的各种光学的和物理的参数提供示例值。表格7A-7E对于如图13A和13B所示的照相机700和透镜系统710的示例实施方式的各种光学的和物理的参数提供示例值。表格8A-8E提供如图15A所示的折叠式摄远透镜系统710B的各种光学和物理的参数的示例值。表格9A-9E提供如图16A所示的折叠式摄远透镜系统710C的各种光学和物理的参数的示例值。表格10A-10E对于如图17A和17B所示的照相机800和透镜系统810的示例实施方式的各种光学的和物理的参数提供示例值。表格11A-11E对于如图19A和19B所示的照相机900和透镜系统910的示例实施方式的各种光学的和物理的参数提供示例值。表格12A-12E对于如图21A和21B所示的照相机1000和透镜系统1010的示例实施方式的各种光学的和物理的参数提供示例值。
在表格中，全部尺寸是以毫米(mm)为单位，除非另作说明。“S#”表示表面编号。正半径表示该曲率中心在表面的右侧。负半径表示该曲率中心在表面的左侧。“INF”表示无限远(如针对光学元件所使用的)。“ASP”指非球面，和“FLT”指平面。该厚的(或者分离)是到下一个表面的轴向距离。该设计波长表示波长在成像光学系统的光谱带中的波长。
在表格中，当光路的方向在从反射镜镜面或者棱镜面反射之后改变时，注意以下关于光学参数(例如，曲率半径和轴向厚度或者分离，焦距)的符号规定。在反射表面元件之后，正半径表示曲率中心在该表面的左侧，负半径表示该曲率中心在表面的右侧，并且厚度或轴向距离具有负号。该符号规定对于光学设计领域的技术人员是熟知的。在表格中，列出了系统焦距f的绝对值。
对于透镜元件和IR滤光片的材料，提供了在氦的d线波长处的折射率Nd，以及相对于d线和氟的C线和F线的色散系数Vd。该色散系数Vd可以由以下方程式定义:
Vd＝(Nd–1)/(NF–NC)，
其中，NF和NC分别是材料在氢的F和C线处的折射率值。
参照非球面常数的表格(表格1C、2C、3C、4C、5C、6C、7C、8C、9C、10C、11C和12C)，描述非球面表面的非球面方程式可以由以下表达式给出：
Z = cr 2 1 + 1 - ( 1 + K ) c 2 r 2 + Ar 4 + Br 6 + cr 8 + dr 10 + Er 12 + Fr 14 + Gr 16 + Hr 18 + . . .
其中Z是与Z轴(对于全部实施方式，Z轴与光轴重合)平行的表面的下弯(sag)，c是表面的曲率(该表面的曲率半径的倒数)，K是圆锥常数，并且A、B、C、D、E、F、G和H是非球面系数。在表格中，“E”表示指数记号(10的幂)。
在表格(1D-12D)中，折叠反射镜或者棱镜元件中的反射面的偏心常数(decentering constants)被对于示例实施例列出。如表1D-12D所示，折叠反射镜或者棱镜的反射面被相对于光轴L1和L2定向45度，并且因此折叠光轴L3和L4被配置为相对于光轴L1和L2成90度。然而，该折叠反射镜或者棱镜元件的反射面的角定向可以被配置为期望值，以适合期望光路方向和透镜系统封装要求。
注意，以下表格中对于折叠式摄远透镜系统的各种实施方式中的各种参数给出的数值是以示例而非意图限制的方式给出的。例如，用于示例实施方式中的一个或多个透镜元件的一个或多个表面的参数，以及用于构成元件的材料的参数可以被给出为不同值，但是仍然对于透镜系统提供类似性能。特别地，注意对于使用如这里所述的折叠式摄远透镜系统的实施方式的照相机的更大或更小的实施例，表格中的一些值可以被比例增大或者减小。
此外，注意如表格所示的在折叠式摄远透镜系统的各种实施方式中的元件的表面编号(S#)是从在对象平面处的第一表面0到在像平面处的最后表面列出的。因为元件的编号和位置可以在实施方式中变化，所以对应于一些元件的表面编号(S)可以在不同表格中变化。例如，在第一组表格(例如，表格2B、3B、4B、5B、10B和12B)中，孔径光阑是表面3并且第一透镜元件(L1)具有表面1和2。然而，在表格2B、3B、4B、5B、10B和12B中，该孔径光阑的位置是不同的，并且因此表面编号在表格中不同。例如，在表格2B、3B、4B、5B、10B和12B中，该孔径光阑是表面2，并且第一透镜元件(L1)具有表面4和5。特别地，注意在本文件中对于透镜元件(L#)的表面的曲率半径(R#)给出参考符号的情况下，所使用的参考符号(例如，对于透镜元件L1的表面的R1和R2)对于全部实施方式都是相同的，并且可以但未必对应于在表格中给出的透镜元件的表面编号。
在一些实施方式中，折叠式摄远透镜系统是装备有并配置为具有用于聚焦的移动透镜组或元件的变焦系统。此外，注意示例实施方式的变焦参数由表格2B-21B中的星号(*)表示，并且也在针对变焦参数的表格(即，表格2E-12E)中列出。变焦参数是在透镜系统被变焦以聚焦从在无限远处(对象距离≥20米)的对象场景到位于距照相机<1米处的附近对象场景时改变的轴向距离或者空间分离。透镜系统610的透镜元件L1、L2、L3和L4可以由具有如表格6B中列出的折射率和色散系数的塑性材料构成。当折叠式摄远透镜系统被聚焦在无限远处时，GR 1的轴向位置由位置1表示，并且当透镜系统被聚焦在附近对象场景处时，GR 1的相应的轴向位置由位置2表示。其中透镜系统可以包括轨道和机构来平移或致动GR 1的轴向位置以聚焦的折叠式摄远透镜系统的示例实施例在图3A、5A、7A、9A和11A中示出，并且相应的变焦参数在表格2E、3E、4E、5E和6E中示出。例如，在如图5A所示的实施例中，对于摄远系统，GR 1可以从其轴向位置1(即，其对于在无限远处的对象场景的聚焦位置)移位或平移约0.215mm到位置2(如表格3E所示)，以聚焦位于距照相机500mm处的附近对象场景。在如图9A所示的另一个示例实施方式中，对于摄远系统，GR 1可以从其轴向位置1(即，其对于在无限远处的对象场景的聚焦位置)移位或平移约0.12mm到位置2(如表格5E所示)，以聚焦位于距照相机500mm处的附近对象场景。
注意，在表格2B-E、3B-E、4B-E、5B-E和6B-E中对于折叠式摄远透镜系统的各种实施例将GR 1选择作为可移动或聚焦组仅仅是通过示例的方式给出并且不意图进行限制。例如，可以使用包括沿着折叠轴线的透镜元件L3和L4的聚焦组GR 2，同时仍然对于提供折叠式摄远透镜系统提供类似的性能。此外，对于使用如这里所描述的折叠式摄远透镜系统的实施方式的更大或更小的实施例，聚焦透镜组的对象距离或聚焦移位范围可以比例增大或缩小。
在一些实施例中，折叠式摄远透镜系统是这样的变焦系统，其中光传感器可以移动或平移，以聚焦从无限远(对象距离≥20米)到近距离(例如，小于1米)的对象场景。在图13A、17A、19A和21A中示出了其中光传感器是聚焦元件的折叠式摄远透镜系统的示例实施例，其对应的光学设计处方在表格7A-7E、8A-8E、9A-9E、10A-10E、11A-11E和12A-12E中给出。此外，注意，示例实施例的变焦参数在这些表格中由星号(*)表示。变焦参数是光传感器在像平面处的轴向分离或空间分离，其在透镜系统被变焦以聚焦从在无限远处的对象场景(对象距离≥20米，由变焦位置1表示)到位于距照相机<1米处的对象场景(由变焦位置2表示)时改变。例如，在如图13A所示的实施例中，具有使用棱镜折叠的光轴的摄远透镜系统的具体示例，其使用在表格9A-9E中给出的透镜设计处方，对于摄远系统，在像平面处的光传感器可以被从其轴向位置1(即，对于在无限远处的对象场景的聚焦位置)移位或平移或致动约0.194mm到位置2(如表格9E中的变焦参数所示)，以聚焦位于距照相机1米处的附近对象场景。在如图17A所示的另一个示例实施方式中，具有使用平面反光镜折叠的光轴的摄远透镜系统的具体示例，其使用在表格10A-10E中给出的透镜设计处方，对于摄远系统，在像平面处的光传感器可以被从其轴向位置1移位或平移或致动约0.195mm到位置2(如表格10E中的变焦参数所示)，以聚焦位于距照相机1米处的附近对象场景。表格1A
焦距(f) 10.0mm
焦距比数 2.8
半FOV 12
总光程TTL 8.8
摄远比(TTL/f) 0.880
设计波长 650nm,610nm,555nm,510nm,470nm
表格1B
表格1C–非球面常数
表格1D-偏心常数
表格2A
焦距(f) 14.0mm
焦距比数 2.8
半视野 9.5
总光程TTL 13.6
摄远比(TTL/f) 0.971
设计波长 650nm,610nm,555nm,510nm,470nm
表格2B
表格2C–非球面常数
表格2D-偏心常数
表格2E–变焦参数
*变焦参数 位置-1 位置-2
*1 INF 500.0000mm
*2 0.4594mm 0.7756mm
表格3A
焦距(f) 14.0mm
焦距比数 2.8
半视野 9.5
总光程TTL 14.0
摄远比(TTL/f) 1.0
设计波长 650nm,610nm,555nm,510nm,470nm
表格3B
表格3C–非球面常数
表格3D-偏心常数
表格3E–变焦参数
*变焦参数 位置-1 位置-2
*1 INF 500.0000mm
*2 0.3687mm 0.5841mm
表格4A
焦距(f) 14.0mm
焦距比数 2.8
半视野 13.0
总光程TTL 13.65
摄远比(TTL/f) 0.975
设计波长 650nm,610nm,555nm,510nm,470nm
表格4B
表格4C–非球面常数
表格4D-偏心常数
表格4E–变焦参数
*变焦参数 位置-1 位置-2
*1 INF 1000.0000mm
*2 1.0580mm 1.2608mm
表格5A
焦距(f) 14.0mm
焦距比数 2.8
半视野 13.0
总光程TTL 13.8
摄远比(TTL/f) 0.986
设计波长 650nm,610nm,555nm,510nm,470nm
表格5B
表格5C–非球面常数
表格5D-偏心常数
表格5E–变焦参数
*变焦参数 位置-1 位置-2
*1 INF 1000.0000mm
*2 0.8130mm 0.9337mm
表格6A
焦距(f) 14.0mm
焦距比数 2.8
半视野 13.0
总光程TTL 13.80
摄远比(TTL/f) 0.986
设计波长 650nm,610nm,555nm,510nm,470nm
表格6B
表格6C–非球面常数
表格6D-偏心常数
表格6E–变焦参数
*变焦参数 位置-1 位置-2
*1 INF 1000.0000mm
*2 0.8101mm 0.9353mm
表格7A
焦距(f) 14.0mm
焦距比数 2.8
半视野 13.0
总光程TTL 13.80
摄远比(TTL/f) 0.986
设计波长 650nm,610nm,555nm,510nm,470nm
表格7B
表格7C–非球面常数
表格7D-偏心常数
表格7E–变焦参数
*变焦参数 位置-1 位置-2
*1 INF 1000.0000mm
*2 -0.9929mm -1.1865mm
表格8A
焦距(f) 14.0mm
焦距比数 2.8
半视野 13.0
总光程TTL 13.80
摄远比(TTL/f) 0.986
设计波长 650nm,610nm,555nm,510nm,470nm
表格8B
表格8C–非球面常数
表格8D-偏心常数
表格8E–变焦参数
*变焦参数 位置-1 位置-2
*1 INF 1000.0000mm
*2 -0.8218mm -1.0159mm
表格9A
焦距(f) 14.0mm
焦距比数 2.8
半视野 13.0
总光程TTL 13.80
摄远比(TTL/f) 0.986
设计波长 650nm,610nm,555nm,510nm,470nm
表格9B
表格9C–非球面常数
表格9D-偏心常数
表格9E–变焦参数
*变焦参数 位置-1 位置-2
*1 INF 1000.0000mm
*2 -0.8218mm -1.0159mm
表格10A
焦距(f) 14.0mm
焦距比数 2.8
半视野 13.0
总光程TTL 13.31
摄远比(TTL/f) 0.951
设计波长 650nm,610nm,555nm,510nm,470nm
表格10B
表格10C–非球面常数
表格10D-偏心常数
表格10E–变焦参数
*变焦参数 位置-1 位置-2
*1 INF 1000.0000mm
*2 -0.9992mm -1.1938mm
表格11A
焦距(f) 14.0mm
焦距比数 2.8
半视野 13.0
总光程TTL 13.80
摄远比(TTL/f) 0.986
设计波长 650nm,610nm,555nm,510nm,470nm
表格11B
表格11C–非球面常数
表格11D-偏心常数
表格11E–变焦参数
*变焦参数 位置-1 位置-2
*1 INF 1000.0000mm
*2 -1.2378mm -1.4326mm
表格12A
焦距(f) 14.0mm
焦距比数 2.8
半视野 13.0
总光程TTL 13.8
摄远比(TTL/f) 0.986
设计波长 650nm,610nm,555nm,510nm,470nm
表格12B
表格12C–非球面常数
表格12D-偏心常数
表格12E–变焦参数
*变焦参数 位置-1 位置-2
*1 INF 1000.0000mm
*2 -1.2378mm -1.4326mm
示例计算设备
图24示出了示例计算设备，被称作计算系统2000，其可以包括或承载如图1A到23所示的照相机的实施方式。此外，计算机系统2000可以实施用于控制照相机的操作和/或用于执行由照相机拍摄的图像的图像处理的方法。在不同实施方式中，计算机系统200可以是各种类型的设备，包括但不局限于，个人计算机系统、桌面计算机、膝上计算机、笔记本计算机、平板或板式设备、记事板(slate)、或网络本、大型计算机系统、手持式计算机、工作站、网络计算机、照相机、机顶盒、移动设备、无线电话、智能电话、消费设备、视频游戏主机、手持视频游戏设备、应用服务器、存储设备、电视机、视频记录设备、诸如交换机、调制解调器、路由器的外围设备，或者基本任何类型的计算或电子设备。
在图示实施方式中，计算机系统2000包括经由输入/输出(I/O)接口2030与系统存储器2020连接的一个或多个处理器2010。计算机系统2000还包括连接到I/O接口2030的网络接口2040，以及一个或多个输入/输出设备2050，诸如光标控制设备2060、键盘2070和一个或多个显示器2080。计算机系统2000也可以包括一个或多个照相机2090，例如，上文参照图1A到23描述的一个或多个摄远照相机，其也可以被连接到I/O接口2030，或者上文参照图1A到23描述的一个或多个摄远照相机以及诸如宽视野照相机的一个或多个照相机。
在各种实施方式中，计算机系统2000可以是包括一个处理器2010的单处理器系统，或者是包括多个处理器2010(例如，两个、四个、八个或者另一个合适的数目)的多处理器系统。处理器2010可以是能够执行指令的任何合适的处理器。例如，在各种实施例中，处理器2010可以是通用的或嵌入的处理器，其实施各种工业标准架构(ISA)中的任何一种，诸如x86、PowerPC、SPARC或MIPS ISA或者任何其他合适的ISA。在多处理器系统中，每个处理器2010可以是普通的，但是不一定实施相同的ISA。
系统存储器2020可以被配置为存储能由处理器2010访问的程序指令2022和/或数据2032。在各种实施方式中，系统存储器2020可以使用任何合适的存储器技术来实现，例如静态随机访问存储器(SRAM)、同步动态RAM(SDRAM)、非易失性/闪存式存储器或者任何其他类型的存储器。在图示实施方式中，程序指令2022可以被配置为实施用于控制照相机2090的操作以及用于由集成的照相机2090捕获和处理的图像的各种借口、方法和/或数据，以及其他方法或数据，例如，用于捕获、显示、处理和存储用照相机2090捕获的图像的接口和方法。在一些实施方式中，程序指令和/或数据可以被接收、发送或存储在不同类型的计算机可访问介质或与系统存储器2020或计算机系统2000分离的类似介质上。
在一个实施方式中，I/O接口2030可以被配置为协调处理器2010、系统存储器2020和设备中的任何外围设备之间的I/O通信量，包括网络接口2040或其它外围接口，诸如I/O设备2050。在一些实施方式中，I/O接口2030可以执行任何必需的协议、定时或其他数据转换，以将来自一个组件(例如，系统存储器2020)的数据信号转换为适合于另一个组件(例如，处理器2010)的使用的格式。在一些实施方式中，I/O接口2030可以包括对通过各种类型的外围总线附接的设备的支持，诸如外部组件互联(PCI)总线标准或通用串行总线(USB)标准的各种变化形式。在一些实施方式中，I/O接口2030的功能可以被分割为两个或多个分离的组件，诸如北桥和南桥。同样，在一些实施方式中，I/O接口2030的全部或部分功能，诸如对系统存储器2020的接口，可以被直接结合到处理器2010中。
网络接口2040可以被配置为允许数据在计算机系统200与附接到网络2085的其他设备(例如，服务商或中介设备)之间交换，或者在计算机系统2000的节点之间交换。网络2085可以在包括一个或多个网络的各种实施例中，包括但不局限于本地局域网(LAN)(例如，以太网或协同网络)、广域网(WAN)(例如，互联网)、无线数据网络、一些其他的电子数据网络，或者他们的结合。在各种实施方式中，网络接口2040可以经由以下网络来支持通信：有线或无线的一般数据网络，诸如任何合适类型的以太网络；经由电信/电话网络，诸如模拟语音网络或数字光纤通信网络；经由存储区域网络、诸如光纤通道SAN；或经由任何其他合适类型的网络和/或协议。
I/O设备2050在一些实施方式中可以包括一个或多个显示终端、键盘、小键盘、触摸板、扫描设备、语音或光学识别设备或者适合于输入或由计算机系统2000访问数据的任何其他设备。多输入/输出设备2050可以存在于计算机系统2000中，或者可以被分不分计算机系统2000的多个节点。在一些实施方式中，类似的输入/输出设备可以与计算机系统2000分离，或者可以与计算机系统2000的一个或多个节点通过有线或无线连接(诸如通过网络接口2040)互动。
如图24所示，存储器2020可以包括程序指令2020，其可以是处理器能够执行以实施支持所集成的照相机2090的任何要素或动作，包括但不局限于图像处理软件和用于控制照相机2090的接口软件。在至少一些实施方式中，由照相机2090拍摄的图像可以被存储在存储器2020中。此外，由照相机2090拍摄的图像的元数据可以被存储到存储器2020。
本领域技术人员可以理解计算机系统2000仅为示意性的，并且不意图限制本发明的范围。具体地，计算机系统和设备可以包括能够执行意图功能的软件或硬件的任何组合，包括计算机、网络设备、网络设备、PDA、无线电话、传真机、视频或静止摄像机等。计算机系统2000也可以被连接到未示出的其他设备，或者可以作为独立的系统来工作。此外，由图示的组件提供的功能性可以在一些实施例中结合到更少的组件中，或者分布到另外的组件中。类似地，在一些实施方式中，图示的组件的一些功能性可能不提供，并且或者其他的附加功能性可能能获得。
本领域技术人员也会明白，虽然各种项目被示出为在被使用时存储在存储器中或存储器上，这些项目或项目的部分可以被在存储器和其他存储设备之间转移，以进行存储器管理和数据集成。或者，在其他实施方式中，软件组件的一些货全部可以在其它设备上的存储器中执行，并且经由计算机间通信与图示计算机系统2000通信。系统组件或数据结构的一些或全部也可以被存储(例如，作为指令或数据接口)在由适当驱动器读取的计算机可访问的介质或便携介质，以上描述了其各种示例。在一些实施方式中，存储在与计算机系统2000分离的计算机可访问介质上的指令可以通过经由诸如网络和/或无线链路的通信介质传送通信介质或信号(诸如电子、电磁或数字信号)传递到计算机系统2000。各种实施方式还可以包括在计算机可访问介质上接收、发送或存储根据前述内容实施的指令和/或数据。通常来说，计算机可访问戒指可以包括非瞬时的、计算机可读存储介质或者诸如磁性或光学介质的存储器介质，例如，盘或DVD/CD-ROM，易失性或非易失性介质，诸如RAM(例如，SDRAM,DDR,RDRAM,SRAM等)、ROM等。在一些实施方式中，计算机可访问介质可以包括经由诸如网络和/或无线链路的通信介质传送的传输介质或信号(诸如电子、电磁或数字信号)。
在不同实施方式中，这里描述的方法可以以软件、硬件或其组合来实施。此外，方法的狂徒的顺序可以被改变，并且各种元件可以被增加、重新排序、组合、省略、修改等。从本公开获益的本领域技术人员很明显知道可以进行各种修改和改变。这里描述的各种实施方式是示意性的而非限制性的。可以进行许多改变、修改、增加和改进。此外，可以对于这里描述作为单个实例的组件提供多个实例。各个组件、操作和数据存储之间的边界在某种程度上是任意的，并且具体的操作是在具体的示意性构造的上下文中示出的。其他的功能分配是可以预见的，并且可以落入权利要求的范围内。最终，在示例构造中被呈现为分离组件的结构和功能可以被实施为组合的结构或组件。这些和其他变化、修改、增加和改进可以落入权利要求所限定的实施方式的范围内。

Claims (20)

1.一种照相机，包括：
光传感器，其被配置为捕获投射在光传感器的表面上的光；以及
折叠式摄远透镜系统，其包括沿着照相机的第一光轴和第二光轴布置的多个光学元件，并且被配置为：
沿着第一光轴折射来自定位在照相机前方的物场的光；
将光重定向到第二光轴上；以及
在第二光轴上折射光，以在光传感器的表面处的像平面上形成场景的图像。
2.根据权利要求1所述的照相机，其中，为将光重定向到第二光轴上，透镜系统包括光路折叠元件，其被配置为将来自第一光轴的光反射到第二光轴上。
3.根据权利要求1所述的照相机，其中，所述多个光学元件包括多个折射透镜，其中所述多个折射透镜中的至少一个的至少一个表面是非球面的。
4.根据权利要求1所述的照相机，其中，所述多个光学元件中的至少一个由第一塑性材料构成，并且其中所述多个光学元件中的至少另一个由具有与第一塑性材料不同的光学特性的第二塑性材料构成。
5.根据权利要求1所述的照相机，其中，所述多个光学元件中的至少一个被配置为沿着相应光轴移动，以调整场景的图像在光传感器处的聚焦。
6.根据权利要求1所述的照相机，其中，光传感器被配置为沿着相应光轴移动，以调整场景的图像在光传感器处的聚焦。
7.根据权利要求1所述的照相机，其中，透镜系统具有有效焦距f，其中透镜系统的总光程(TTL)是14毫米以下，并且其中透镜系统的摄远比(TTL/f)在0.8到1.0的范围内。
8.根据权利要求1所述的照相机，其中，透镜系统的有效焦距f在8毫米到14毫米的范围内，并且其中透镜系统的焦比在2.4到10的范围内。
9.根据权利要求1所述的照相机，其中，透镜系统的有效焦距f是14毫米，并且其中透镜系统的焦比是2.8。
10.根据权利要求1所述的照相机，其中，按照沿着第一光轴和第二光轴、从照相机的对象侧到照相机的像侧的顺序，所述多个光学元件包括：
在第一光轴上的一个或多个透镜元件；
光路折叠元件，其被配置为将来自第一光轴的光重定向到第二光轴上；以及
在第二光轴上的一个或多个透镜元件。
11.根据权利要求10所述的照相机，其中，第一光轴包括第一透镜元件和第二透镜元件，其中，摄远透镜系统还包括定位在第一透镜元件前方、在第一透镜元件与第二透镜元件之间或者在第二透镜元件与光路折叠元件的反射面之间的孔径光阑。
12.根据权利要求11所述的照相机，其中，所述孔径光阑能够被调整以提供在2.4到10的范围内的焦比。
13.根据权利要求1所述的照相机，其中，按照沿着第一光轴和第二光轴、从照相机的对象侧到照相机的像侧的顺序，所述多个光学元件包括：
具有正折光力并具有凸面对象侧表面的第一透镜元件；
具有负折光力的第二透镜元件；
具有负折光力的第三透镜元件；以及
具有正折光力的第四透镜元件。
14.根据权利要求13所述的照相机，其中，透镜系统具有有效焦距f，其中第一透镜元件是双凸透镜，并且其中第一透镜元件的焦距f1满足以下条件：
0.4<|f1/f|<0.8。
15.根据权利要求13所述的照相机，其中，透镜系统具有有效焦距f，其中第一透镜元件具有曲率半径R1和R2并且满足以下条件：
0≤|R1/R2|<6.1。
16.根据权利要求13所述的照相机，其中，透镜系统具有有效焦距f，其中第二透镜元件具有负焦距f2、曲率半径R3和R4并且满足以下条件：
(0.5<|f2/f|<3.3)并且(|R3/R4|<3.3)。
17.根据权利要求13所述的照相机，其中，所述多个光学元件还包括定位在第二透镜元件与第三透镜元件之间的光路折叠元件，其将来自第一光轴的光反射到第二光轴上，其中该光路折叠元件是反射镜和棱镜中的一个。
18.一种折叠式摄远透镜系统，包括：
沿着摄远透镜系统的折叠光轴布置的多个折射透镜元件，其中所述多个透镜元件中的至少一个的至少一个表面是非球面的；
其中，摄远透镜系统具有在10.0毫米到14毫米的范围内的有效焦距f，其中摄远透镜系统的总光程(TTL)是14毫米以下，并且其中透镜系统的摄远比(TTL/f)在0.8到1.0的范围内；并且
其中，所述多个透镜元件中的至少一个由第一材料构成，并且其中所述多个透镜元件中的至少另一个由具有与第一材料不同的光学特性的第二材料构成。
19.根据权利要求18所述的折叠式摄远透镜系统，其中，按照沿着折叠的光轴、从摄远透镜系统的对象侧到摄远透镜系统的像侧的顺序，所述多个透镜元件包括：
具有正折光力并具有凸面对象侧表面的第一透镜元件；
具有负折光力的第二透镜元件；
光路折叠元件，其被配置为将来自折叠的光轴的第一光路的光重定向到折叠的光轴的第二光路；
具有负折光力的第三透镜元件；以及
具有正折光力的第四透镜元件。
20.一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
一个或多个照相机；以及
存储器，其包括能够由所述一个或多个处理器中的至少一个执行以控制所述一个或多个照相机的操作的程序指令；
其中，所述一个或多个照相机中的至少一个是小形状因数摄远照相机，其包括：
光传感器，其被配置为捕获投射在光传感器的表面上的光；以及
折叠式摄远透镜系统，其被配置为：
沿着第一光轴折射来自定位在照相机前方的物场的光；
将光重定向到第二光轴上；以及
在第二光轴上折射光，以在光传感器的表面处的像平面上形成场景的图像；并且
其中，折叠式摄远透镜系统具有有效焦距f，其中透镜系统的总光程(TTL)是14.0毫米以下，并且其中透镜系统的摄远比(TTL/f)在0.8到1.0的范围内。
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