CN106164732A - 低构型折叠光学器件多相机系统中的自动聚焦 - Google Patents

Abstract

本发明揭示例如使用折叠光学器件配置进行自动聚焦的成像系统和方法的实施例。一种系统包含经配置以俘获目标图像场景的至少一个相机，所述至少一个相机包含：图像传感器，其包括传感器元件阵列；主要光折叠表面，其经配置以在第一方向上引导所接收光的一部分；以及光学元件，其具有辅助光折叠表面，所述辅助光折叠表面在第二方向上引导光。所述系统还可包含透镜组合件，其具有：至少一个静止透镜，其定位于所述辅助光折叠表面与所述图像传感器之间，所述至少一个静止透镜具有机械耦合到所述光学元件的第一表面以及机械耦合到所述图像传感器的第二表面；至少一个可移动透镜，其定位于所述主要光折叠表面与所述光学元件之间；以及致动器，其经配置以移动所述至少一个可移动透镜以将传播通过所述透镜组合件的光聚焦到所述图像传感器上。

Description

低构型折叠光学器件多相机系统中的自动聚焦

技术领域

本发明涉及成像系统，且特定来说涉及使具有折叠光学器件的多传感器成像系统自动聚焦。

背景技术

例如移动电话及平板计算装置等许多移动装置包含可由用户操作以俘获静态及/或视频图像的相机。因为此些移动装置通常经设计成相对薄的，所以将相机或成像系统设计成尽可能薄的可能是重要的，以便维持低构型移动装置。关于移动相机、成像系统或装置可构造得多薄的限制性因素中的一者为相机，因为传统移动装置相机具有沿着装置的高度线性地布置的若干光学元件(例如，镜头系统、自动聚焦组合件，和图像传感器)。因此，包含光学元件(例如折射光学组件、支撑结构(例如透镜)、机筒或光学元件隔片)的光学堆叠高度、透镜系统的焦距、自动聚焦机构和可能其它相机元件会限制移动装置可构造得多薄。随着装置变薄，相机的焦距可能需要缩短，这可使图像圆形直径减小。如果需要增加图像传感器像素的数目，那么通常像素间距将需要制造得较小或对象空间中场景的相机视场(FOV)将需要增加。如果不可能减少像素间距，那么相机的FOV可能需要增加。在某个点可能不实际或不可能继续通过增加FOV或减小像素间距来减小焦距。因此，可能需要在不必缩短焦距或减小图像的分辨率的情况下具有较低构型图像俘获装置。

发明内容

折叠光学图像传感器阵列允许在不必缩短焦距的情况下创建低构型图像俘获装置。一些折叠光学图像传感器阵列采用中央镜或棱镜，其具有多个小面以将包括场景的目标图像的入射光分裂为多个部分以供由阵列中的传感器俘获，其中每一小面朝向阵列中的传感器引导来自目标图像的光的一部分。分裂的光的每一部分可通过透镜组合件，且从定位于传感器正上方或下方的表面反射，以使得每一传感器俘获图像的一部分。传感器视野可重叠以辅助将所俘获部分拼接在一起成为完整图像。

归因于光离开多个表面朝向多个传感器的反射和相机上的高度局限性，传统自动聚焦模块和技术不适于此些折叠光学低构型传感器阵列。折叠光学器件和此些传感器阵列的其它结构特点可使得自动聚焦机构难以实施。如当今具有相机的大多数移动装置通常完成，在每一传感器上方向上和向下移动自动聚焦透镜组合件将增加系统的高度，且可改变光轴相对于成像平面的正交线的入射角和/或相对定位。

如上所述，折叠光学器件阵列相机中的自动聚焦的另一问题是小形状因子(可能4.5mm或更小)，其中需要跨越图像高度的超高分辨率。满足高度约束和性能要求两者对于宽视场(FOV)透镜是难以实现的。使透镜聚焦的最直接方式是在传感器上方上下提升整个透镜组合件，但这会改变一个相机的光轴相对于其它相机中的每一者的光轴的位置以及增加系统的总高度。需要替代的方法且在下文描述。

前述问题尤其通过本文所描述的用于对每一传感器提供自动聚焦图像的折叠光学器件阵列相机自动聚焦技术解决。通过使用主要和辅助表面朝向阵列中的每一传感器重定向光，及通过定位用以将入射光聚焦于主要表面与辅助表面之间的透镜组合件，传感器阵列可定位于平行于透镜组合件的可移动部分的平坦衬底上。此阵列相机的较长焦距使得有可能实施例如光学变焦等特征且并入较复杂的光学器件，所述较复杂的光学器件需要比传统移动相机通常所提供的空间更大的空间，例如添加较多光学元件。举例来说，多个透镜的使用可增加相机的焦距且因此减小相机的FOV，如当所需更高分辨率时针对光学变焦透镜所完成，且同样当FOV需要更宽时可减小焦距。此外，跨越系统的视场使用多个透镜可增加跨越多相机阵列的整个视场的总有效分辨率。

在一些实施例中，透镜系统设计实现折叠光学系统的机械容差内的透镜组合件的可移动部分的横向运动，同时维持例如通过具有可接受调制传递函数(MTF)值和20cm与无穷大之间的聚焦范围而界定的良好图像性能。所述可移动部分可在平行于由图像传感器形成的平面的方向上移动。所述透镜系统可另外包含透镜组合件的静止部分。在一些实施例中，可并入两个或更多个可移动透镜组合件以实施缩放和AF。在一些实施方案中，透镜组合件的静止部分可为极为接近图像传感器放置的场校正器透镜，例如附着到定位于传感器上方的玻璃盖板。

使用上述两部分透镜系统设计的自动聚焦组合件可在一些实施例中实施导轨和致动器。举例来说，透镜组合件的可移动部分可耦合到致动器，所述致动器使所述可移动部分移动通过某一位置范围以实现不同焦距。在一些实施例中，所述可移动部分可通过沿着辅助传感器棱镜的边缘经过的导轨耦合到致动器，所述辅助传感器棱镜定位于所述传感器下方。通过沿着辅助传感器棱镜的边缘移动导轨，自动聚焦组合件可横向地(例如，在平行于由图像传感器形成的平面的方向上)移动透镜组合件的可移动部分，同时限制倾斜、横摇、俯仰和偏航在透镜设计的容差内且远离光轴的平移横向移动在透镜设计的容差内。

在一些实施例中，使用如上文所描述的两部分透镜系统设计的自动聚焦组合件可针对折叠光学阵列中的每一传感器而提供。

一个创新包含一种成像系统，其包含经配置以俘获目标图像场景的至少一个相机。所述至少一个相机包含：图像传感器，其包括传感器元件阵列；主要光折叠表面，其经配置以在第一方向上引导所接收光的一部分；光学元件，其具有辅助光折叠表面，所述辅助光折叠表面经定位以在第二方向上重定向从所述主要光折叠表面接收的光；以及透镜组合件。所述透镜组合件包含：至少一个静止透镜，其定位于所述辅助光折叠表面与所述图像传感器之间，所述至少一个静止透镜具有机械耦合到所述光学元件的第一表面以及机械耦合到所述图像传感器的第二表面，以及至少一个可移动透镜，其定位于所述主要光折叠表面与所述光学元件之间。所述至少一个相机进一步包含致动器，其经配置以移动所述至少一个可移动透镜以将传播通过所述透镜组合件的光聚焦到所述图像传感器上。

具有一或多个额外方面的各种实施例是预期的。在一些实施例中，所述光学元件进一步包含输出表面，由所述辅助光折叠表面在所述第二方向上重定向的光通过所述输出表面朝向所述图像传感器传播，且其中所述至少一个静止透镜连接到所述输出表面。所述成像系统可包含安置于所述图像传感器与所述至少一个静止透镜之间的覆盖玻璃。所述覆盖玻璃可包含耦合到所述至少一个静止透镜的输出表面的第一覆盖玻璃表面，以及耦合到所述图像传感器的第二覆盖玻璃表面。所述覆盖玻璃可包含耦合到所述图像传感器的第二覆盖玻璃表面。所述光学元件、至少一个静止透镜、覆盖玻璃以及图像传感器可呈堆叠方式机械耦合在一起。

在一些实施例中，所述传感器元件阵列具有传感器元件间距，其中所述图像传感器具有至少部分地基于所述传感器元件间距而确定的奈奎斯特取样率，且其中所述光学系统经配置以在所述图像传感器奈奎斯特取样率下具有约30％或更小的MTF性能。在一些实施例中，所述传感器元件间距为约1.4μm或更小。另一方面在于所述至少一个相机可进一步包含耦合于所述致动器与所述透镜组合件的所述至少一个可移动透镜之间的至少一个导轨，所述至少一个导轨经定位以可滑动地接合所述相机内的表面以约束所述至少一个可移动透镜远离光轴或围绕所述光轴旋转的运动，所述光轴大体上平行于所述第一方向。所述至少一个相机可包含经配置以俘获所述目标图像场景的对应多个部分的多个相机，且所述成像系统进一步包括经配置以至少部分地基于所述对应多个部分产生所述目标图像场景的最终图像的处理器。在一些实施例中，所述传感器元件间距可为近似1.0μm或更小。在一些实施例中，所述至少一个可移动透镜的直径是4.5mm或更小。

在所述系统的一些实施例中，所述至少一个静止透镜包含：平凹透镜，其具有平行于所述图像传感器且接近于所述光学元件安置的大体上平坦表面；以及凹表面，其与所述大体上平坦表面相对安置且接近于所述图像传感器安置。另一方面在于所述辅助光折叠表面可包含镜。在一些实施例中，所述光学元件进一步包含耦合到所述镜的支撑结构，且其中所述图像传感器和所述镜机械耦合在一起而相对于彼此静止。

另一创新是一种成像系统，其包含经配置以俘获目标图像场景的至少一个相机，所述至少一个相机包含：图像传感器，其包括传感器元件阵列；主要光折叠表面，其经配置以在第一方向上引导所接收光的一部分；用于重定向光的装置，其经配置以将在第二方向上从所述主要光折叠表面接收的光重定向到所述图像传感器；透镜组合件，其具有：至少一个静止透镜，其定位于所述辅助光折叠表面与所述图像传感器之间，所述至少一个静止透镜具有机械耦合到所述用于重定向光的装置的第一表面以及机械耦合到所述图像传感器的第二表面；以及至少一个可移动透镜，其定位于所述主要光折叠表面与所述光学元件之间。所述成像系统可进一步包含用于移动所述至少一个可移动透镜以将传播通过所述透镜组合件的光聚焦到所述图像传感器上的装置。在一些实施例中，所述用于重定向光的装置包括输出表面，用于重定向光的装置在所述第二方向上重定向的光通过所述输出表面朝向所述图像传感器传播，且其中所述至少一个静止透镜连接到所述输出表面。在一些实施例中，所述系统进一步包括用于保护安置于所述图像传感器与所述至少一个静止透镜之间的所述图像传感器的装置。所述用于保护所述图像传感器的装置包含覆盖玻璃。所述覆盖玻璃可包含耦合到所述至少一个静止透镜的所述输出表面的第一覆盖玻璃表面。所述覆盖玻璃可包含耦合到所述图像传感器的第二覆盖玻璃表面。在各种实施例中，所述用于重定向光的装置、所述至少一个静止透镜、所述覆盖玻璃以及图像传感器机械耦合在一起而相对于彼此静止。在一些实施例中，所述至少一个静止透镜包含：平凹透镜，其具有平行于所述图像传感器且接近于所述光学元件安置的大体上平坦表面；以及凹表面，其与所述大体上平坦表面相对安置且接近于所述图像传感器安置。

另一创新是一种方法，其包含提供至少一个相机，其经配置以俘获目标图像场景，所述至少一个相机包含：图像传感器，其包括传感器元件阵列；主要光折叠表面，其经配置以在第一方向上引导所接收光的一部分；光学元件，其具有辅助光折叠表面，所述辅助光折叠表面经定位以在第二方向上重定向从所述主要光折叠表面接收的光；以及透镜组合件，其具有：至少一个静止透镜，其定位于所述辅助光折叠表面与所述图像传感器之间，所述至少一个静止透镜具有机械耦合到所述光学元件的第一表面以及机械耦合到所述图像传感器的第二表面；以及至少一个可移动透镜，其定位于所述主要光折叠表面与所述光学元件之间。所述至少一个相机进一步具有致动器，其经配置以移动所述至少一个可移动透镜以将传播通过所述透镜组合件的光聚焦到所述图像传感器上。所述方法进一步包含通过在维持所述光学元件、所述至少一个静止透镜和所述图像传感器的相对定位的同时移动所述至少一个可移动透镜使所述至少一个相机聚焦于所述目标图像场景上。所述至少一个相机可包含多个相机，且所述方法进一步包含从所述多个相机接收图像且形成包括从所述多个相机接收的所述图像的至少一部分的图像。

另一创新包含一种成像系统，其具有经配置以俘获目标图像场景的至少一个相机，所述至少一个相机包含：图像传感器，其包括传感器元件阵列，其中所述传感器元件阵列具有传感器元件间距，其中所述图像传感器具有至少部分地基于所述传感器元件间距确定的奈奎斯特取样率；光学元件，其具有辅助光折叠表面，所述辅助光折叠表面经定位以在第二方向上重定向在所述辅助光折叠表面上接收的光；以及透镜组合件，其具有：至少一个静止透镜，其定位于所述辅助光折叠表面与所述图像传感器之间，所述至少一个静止透镜具有机械耦合到所述光学元件的第一表面以及机械耦合到所述图像传感器的第二表面；以及至少一个可移动透镜，其经定位以使得由所述辅助折叠表面接收的光传播通过所述至少一个可移动透镜。所述成像系统还可包含致动器，其经配置以移动所述至少一个可移动透镜以将传播通过所述透镜组合件的光聚焦到所述图像传感器上。

附图说明

将在下文中结合附图和附录来描述所揭示方面，提供附图和附录是为了说明而不是限制所揭示方面，其中相同符号表示相同元件。

图1A说明展示一个传感器组合件和相关联自动聚焦装置的折叠光学传感器组合件的实施例的横截面侧视图。

图1B说明展示两个传感器组合件和相关联自动聚焦装置的折叠光学传感器组合件的实施例的横截面侧视图。

图1C说明图1B的传感器组合件的光学组件的实施例的俯视图。

图1D说明图1C的光学组件的实施例的侧视图。

图1E说明图1D的光学组件的实施例的横截面图。

图1F说明图1C的光学组件的实施例的实例隔膜的横截面图。

图1G说明图1C的光学组件的实施例的实例隔膜的横截面图。

图2说明图像俘获装置的一个实施例的框图。

图3说明借助自动聚焦的折叠光学图像俘获过程的实施例。

图4说明折叠光学传感器组合件的实施例的透视图。

图5说明使用多个传感器组合件的成像系统的透视图。

图6说明折叠光学传感器阵列实施例的投影视场的实施例。

图7A说明具有定位在-30μm处且在6767mm的距离处聚焦的透镜组合件的折叠光学传感器阵列的实施例。

图7B说明用于图7A的折叠光学传感器阵列实施例的光学器件(例如，透镜组合件和传感器棱镜)的模拟MTF对视场角性能数据。

图7C说明MTF对以每mm循环计的空间频率，其中针对图7A的折叠光学传感器阵列实施例的矢状面和切向性能数据相对于选定的视场角展示多个MTF曲线。

图7D说明具有定位在0.0μm处且在1000mm的距离处聚焦的透镜组合件的折叠光学传感器阵列的实施例。

图7E说明图7D的折叠光学传感器阵列实施例的光学器件的模拟MTF对视场角性能数据。

图7F说明MTF对以每mm循环计的空间频率，其中针对图7D的折叠光学传感器阵列实施例的矢状面和切向性能数据相对于选定的视场角展示多个MTF曲线。

图7G说明具有定位在142μm处且在200mm的距离处聚焦的透镜组合件的折叠光学传感器阵列的实施例。

图7H说明图7G的折叠光学传感器阵列实施例的光学器件的模拟MTF对视场角性能数据。

图7I说明MTF对以每mm循环计的空间频率，其中针对图7G的折叠光学传感器阵列实施例的矢状面和切向性能数据相对于选定的视场角展示多个MTF曲线。

图7J说明具有定位于+35μm处且在500mm的距离处聚焦的透镜组合件的折叠光学传感器阵列的实施例。

图7K说明图7J的折叠光学传感器阵列实施例的MTF对视场角性能数据。

图7L说明MTF对以每mm循环计的空间频率，其中针对图7J的折叠光学传感器阵列实施例的矢状面和切向性能数据相对于选定的视场角展示多个MTF曲线。

图7M说明图7A、7D、7G和7J中所示的折叠光学传感器阵列实施例的相对照明。

图8A到8C说明其中折叠光学传感器组合件移动以获得自动聚焦的实施例。

图9说明随着光通过折叠光学图像传感器的透镜组合件的实施例的光的光线轨迹。

图10A说明图像传感器上的PSF图案的实例。

图10B到10F说明用于图像分辨率的瑞利性能准则。

图11说明具有如本文中所描述的光学系统的阵列相机的衍射限制性能数据。

图12说明单个像素的MTF性能数据。

图13A到13E说明光学器件和传感器组合的一个实施例的MTF性能准则。

具体实施方式

介绍

如本文所描述的用于折叠光学器件多相机系统的自动聚焦系统和技术的实施例可包含两部分透镜系统，和针对多相机系统中的每一图像传感器提供的自动聚焦组合件。所述多相机系统可包含与多个图像传感器中的每一者相关联的主要和辅助光折叠表面。主要光折叠表面可为反射镜或折射棱镜，可安装到衬底，且可将来自目标图像场景的入射光分裂为对应于多相机系统中的图像传感器的数目的多个部分。辅助光折叠表面可为反射镜或折射棱镜，且可朝向所述图像传感器重定向来自主要光折叠表面的光的部分，例如其中所述图像传感器平坦安装在主要光折叠表面安装到的同一衬底上。

此实施例的一个重要方面在于，通过使用一或多个反射表面或棱镜朝向阵列中的每一传感器重定向光，有可能在共同平坦衬底上定位全部图像传感器。在一些实施例中，所有传感器表面形成于一个共同裸片上，其中电路可在所有传感器之间共享，从而可能减少所述裸片中和之外的裸片面积、功率要求和接口。

如上所述，例如沿着图像传感器的光轴在图像传感器上方向上或向下移动透镜的传统方法可能是不合意的，因为其可增加相机模块高度且潜在地产生其它不合意的特性或方面。

折叠光学器件系统中的自动聚焦的另一潜在问题可为需要跨越投影于图像传感器表面上的图像的全视场(FOV)实现高调制传递函数(MTF)分辨率性能。透镜组合件的最大MTF性能受到透镜组合件的衍射限制的限定，所述衍射限制由通过所述透镜组合件的光的f数和波长确定。透镜组合件从所述透镜组合件的第一表面到所述透镜组合件的最后表面由一或多个光学元件组成，其将图像投影到另一表面上，例如图像传感器表面。元件可由可例如折射光或反射光的一或多个光学表面制成。

虽然透镜组合件实际MTF性能可小于跨越所使用的图像高度的全范围的衍射限制，但需要设计所述透镜从而使得有可能制造极其接近跨越透镜组合件的完全FOV的透镜组合件的衍射限制的一组样本或大量透镜组合件。

随着透镜组合件的MTF性能要求朝向其最大性能(例如，衍射限制)增加，这会带来对透镜组合件的机械自动聚焦机构和/或光学组件的容差的更高要求，包含相机设计的其它方面。可需要较紧密容差的光学组件或其它相机设计方面的实例是自动聚焦机构、透镜表面、透镜材料、透镜表面相对于彼此的对准，以及自动聚焦机构与透镜组合件作为单个操作单元的组合制造。所述机械自动聚焦机构可能例如产生透镜倾斜误差(例如，围绕光轴的旋转误差)和/或平移误差(例如，围绕光轴的X、Y和Z线性方向误差)。在既定用于范围从仅几个样本到大量样本的制造的设计中，一般良好实践是建立针对例如透镜倾斜和透镜平移等所有关键变化的限制，并且然后确定用于可产生例如透镜倾斜或平移等这些变化的所有组件、元件或方面以及可受那些变化影响的那些组件、元件或方面的容差预算。所述影响通常在MTF减少中在量上表达为一或多个关键变化改变。在确定用于所有机械和光学组件、元件或设计方面的容差预算之后，可随后设计那些组件、元件或方面，因此它们以某一水平的统计置信度保持在预算的容差内。此些实践的使用可例如增加最终制成品的产量，例如完成的单或多相机自动聚焦模块。通过以此方式来看此系统，透镜组合件可经设计以对前述变化所导致的因数较不敏感或者对前述变化贡献较少。

当本文使用自动聚焦机构或其它类似描述或参考时，此参考可包含与聚焦透镜的过程相关联或不相关联的所有相关联动装置、组件、元件或方面。例如，自动聚焦机构可包含可造成或传递运动的一或多个马达、一或多个致动器、联动装置、装置、组件、元件或方面，其中此运动又将移动或造成动作以将透镜系统带入某一水平的聚焦。其它因数可影响透镜组合件MTF而无需马达或来自马达的运动。聚焦的水平可以各种方式表达，例如在MTF、脉冲扩展函数(PSF)方面或通过其它合适的量度来表达。

尽管本文论述主要在MTF性能的上下文中进行，但此出于说明性目的，且透镜性能可在其它实施例中通过例如PSF、线扩展函数(LSF)等类似概念或其它直接或间接表达类似概念的方式来表达。

本文中所描述的实施例可用于折叠光学、高MTF分辨率自动聚焦设计，其中透镜组合件设计和自动聚焦机械结构设计可一起工作以减少可致使MTF分辨率减小的变化和/或针对可发生的变化的类型和量值减小透镜组合件、元件、方面的MTF灵敏度。可导致MTF性能损失或缩减的一系列可能变化可来自于次级源、第三源或类似者，这些源受前述可能变化或其它变化影响且进而影响或减小MTF性能。

设计折叠光学系统的过程的一个实例是，以图像传感器像素间距开始。所述透镜将需要充当光域中的抗混叠过滤器。如果在透镜设计过程的开始不考虑图像传感器像素间距，那么所得透镜设计可将焦平面处在图像传感器的奈奎斯特取样率以下的以每mm循环计的场景频率内容过滤掉。或替代地，所得透镜设计可允许奈奎斯特场景频率上方的过多内容(以每mm循环计)通过，在此情况下图像可能具有可辨的混叠假象。在一些实施例中，透镜系统应当在奈奎斯特取样率下将MTF减少到20％(或稍微更小)。衍射限制随后可用作透镜设计的起始点，其中可确定将满足20％或稍微更小规则的f数。一旦f数确定，那么可估计将增加衍射限制的量以使得最终透镜组合件设计将在尼奎斯特率下具有20％MTF或更小。举例来说，如果在奈奎斯特取样率处或附近透镜MTF是10％或小于衍射限制，那么潜在地可减小f数以帮助实现所述20％或稍微更小规则。

衍射限制增加越多，通光孔径将需要增加更宽，前提是有效焦距保持近似恒定。随着通光孔径增加，透镜组合件的高度可增加。为了保持折叠光学器件尽可能薄，因此重要的是设计透镜组合件因此MTF性能尽可能接近于衍射限制。否则，不可能针对整个单或多相机自动聚焦模块满足模块高度或薄度要求。所属领域的技术人员将认识到f数等于有效焦距除以成像系统的通光孔径，所述成像系统例如相机透镜系统或组合件。

对于本文呈现的实施例，透镜组合件经设计以保持跨越高达奈奎斯特取样率的所有空间频率(以每mm循环计)和直到衍射限制消失点的所有较高频率(以每mm循环计)尽可能接近于衍射限制。另外，MTF性能经设计以保持跨越透镜组合件的全FOV且在从无穷远到200mm的靠近距离的所有焦距处尽可能接近于衍射限制。

本文作为实例呈现的实施例是基于使用成像传感器正方形像素阵列，其中像素间距是1.1μm且像素填充因数是100％。本文所描述的实施例因此是基于每mm 454循环的奈奎斯特取样率。关于样本理论的所属领域的技术人员将认识到例如1.1μm等正方形孔径宽度可引入取样MTF滚降。可计算此取样MTF滚降。可进一步增加衍射限制以补偿取样MTF滚降，以使得在奈奎斯特取样率下透镜MTF滚降加取样MTF滚降将一起产生净20％MTF；或视具体情况某种其它稍微更小的MTF水平。

还应认识到，本文呈现的实施例不限于任何像素大小、形状、间距、矩形阵列、非矩形阵列，或其中像素大小或形状可在图像传感器的表面上彼此不同的布置。实施例既定指出可用以设计此系统的因数或方面以及本文所描述的系统的益处、属性和要求。实施例不限于当描述或参考那些实施例时所涵盖的像素大小或其它因数。

本文呈现的实施例可使用折射传感器棱镜或传感器上方的反射镜来实施。折射传感器棱镜可使用全内反射性质来朝向传感器表面或折射棱镜形光学元件上的反射表面反射光。

对于本文呈现的实施例，传感器棱镜反射表面并且还有传感器镜表面可具有对旋转和平移变化的最大灵敏度。这些变化可来自自动聚焦机构、马达的操作以及马达与其它机械和/或光学组件、元件或方面的交互，以及例如运动、温度和冲击等其它环境条件。旋转和平移变化可来自其它相关或不相关的源。其它方面也可对MTF性能具有影响。

本文中所描述的实施例利用既定减少前述变化的方法。

在一些实例中，所述两部分透镜系统可包含定位于一个图像传感器的折叠光学路径的主要与辅助光折叠表面之间的可移动部分。透镜组合件的可移动部分可在主要与辅助光折叠表面之间横向地移动(例如，在平行于由图像传感器形成的平面的方向上)以改变由传感器俘获的图像的焦深。所述可移动部分可包含经选择以产生所需焦距和分辨率的若干透镜。所述两部分透镜系统也可包含固定部分，例如非常接近于传感器定位的场校正器透镜。在一些实施例中，所述场校正器透镜可附着(例如，胶合或机械保持在适当的位置)到定位于传感器上方的玻璃盖板。

在一些实施例中，用以移动透镜系统的可移动部分的自动聚焦组合件可包含致动器和导轨或其它导引装置。所述致动器可为音圈马达(VCM)、微电子机械系统(MEMS)、压电马达或形状记忆合金(SMA)。所述致动器可在辅助光折叠表面的与透镜组合件的可移动部分相对的侧上耦合到衬底，且可通过导轨耦合到可移动部分。导轨可将致动器运动平移到可移动部分，且在一些实施例中可啮合(例如可滑动地啮合)辅助光折叠表面的表面以便将可移动部分的倾角(例如，横摇、俯仰、偏航和旋转运动)和横向平移移动约束在透镜设计的容差内。

下文将出于说明的目的结合图式描述各种实施例。应了解，所揭示概念的许多其它实施方案是可能的，且可以所揭示实施方案实现各种优点。

自动聚焦组合件的概述

现参看图1A和1B，现将更详细地描述用于折叠光学器件多传感器组合件100A、100B的自动聚焦系统的实施例的一个实例。图1A说明具有自动聚焦能力的折叠光学传感器组合件100A的实施例的横截面侧视图，其展示一个传感器组合件和相关联自动聚焦装置。图1B说明具有自动聚焦能力的折叠光学传感器组合件100B的实施例的横截面侧视图，其展示两个传感器组合件和相关联自动聚焦装置。

如图1A的实例中所示，图像传感器125定位在衬底150上。衬底150在横截面中所示的一个边缘处邻近于经配置以重定向光入射光的光学元件，且其包含主要光折叠表面124。如所说明，主要光折叠表面124是折射棱镜145的部分。如所说明，传感器125安装在形成于印刷电路板195中的矩形狭槽117内。立柱凸块107连接到例如传感器125的一个部分且用以与印刷电路板195上的导电衬垫形成接触。印刷电路板195可安装在衬底150上且保持相对于衬底150静止。这仅是传感器125可如何安装到衬底150且与例如印刷电路板195形成电接触的一个实例。在一些实施例中，传感器125可使用粘合剂附着到衬底150。在一些实施例中，传感器125可形成为衬底150的部分，例如衬底150可为适合于在其一部分中形成传感器125的硅裸片或其它半导体材料。如所说明，传感器125由覆盖玻璃126覆盖，且透镜L6定位在覆盖玻璃126的与传感器125相对的另一侧上。在一些实例中，覆盖玻璃126包含耦合在一起的两个或更多个组件。在一些实例中，覆盖玻璃126在制造期间耦合到传感器125，以便防止传感器的光接收表面的污染。然而，在一些实施例中，可省略覆盖玻璃126且透镜L6可直接耦合到传感器125。

透镜L6可为场校正器透镜。在一些实施例中，透镜L6是L1-L6透镜系统的静止组件。在一些实施例中，透镜L6可包含形成透镜群组的多个透镜元件，所述透镜群组是静止的(“静止透镜群组”)，即不移动以执行自动聚焦操作。L6可为形成静止透镜群组的一个透镜或多个透镜，其中每一透镜连接在一起作为透镜的群组或堆叠。辅助光折叠表面135延伸远离透镜L6，且如所说明形成为折射棱镜136A，其在辅助光折叠表面135处耦合到支撑块136B。有可能镜表面放置在136A与136B之间而不是使用棱镜的内部反射特性来重定向光。

包含透镜L1、L2、L3、L4和L5的透镜系统的可移动部分130定位在主要光折叠表面124与辅助光折叠表面135之间。光轴123展示光在进入阵列相机100A、经重定向离开主要光折叠124、通过透镜系统的可移动部分130、经重定向离开辅助光折叠表面135、通过透镜L6和覆盖玻璃126且入射到传感器125上时可采取的路径的一个实例。可移动部分130可在形成主要光折叠表面124的折射棱镜145的界限边缘141与形成辅助光折叠表面135的折射棱镜136A的界限边缘131之间横向地移动(例如，沿着从主要光折叠表面124和辅助光折叠表面135且在大体上平行于由传感器125形成的平面的方向上延伸的光轴123)，以便改变物空间中的焦距。透镜L6可定位于平行于或大体上平行于可移动部分130的光轴的平面中。

在一些实施例中，传感器125、覆盖玻璃126、透镜L6以及包含折射棱镜136A和/或块136B的单元(在本文中被称作“光学元件”)可在所说明配置中粘附或以其它方式附着，以使得这些组件相对于彼此一起固定在相机内。在一些实施例中，这些组件可永久地或半永久地固定在一起以使得其位置相对于彼此保持相同，这使通过元件的光的光学路径稳定。在一些实施例中，如上文所论述，可省略覆盖玻璃126，且剩余传感器125、透镜L6和折射棱镜136A和/或块136B可粘附或以其它方式附着到彼此，其中透镜L6定位于传感器125与折射棱镜136A和/或块136B之间。举例来说，透镜L6可物理上安置于传感器125的一部分与折射棱镜136A和/或块136B之间。并且，举例来说，透镜L6可安置于从块136B传播到传感器125的光的光学路径中。如所说明，所述光学元件包括用于通过透镜组合件130的可移动部分、辅助光折叠表面135、输出表面(邻近于透镜L6)和导向表面186接收从主要光折叠表面124传递的光的输入表面(界限边缘131)。

如本文所使用，术语“相机”指代图像传感器、透镜系统以及若干对应光折叠(或反射)表面，例如如图1A中所说明的主要光折叠表面124、可移动透镜组合件130、辅助光折叠表面135、静止透镜L6和传感器125。光学器件多传感器阵列可包含呈各种配置的多个此些相机。举例来说，阵列相机配置的实施例在2013年3月15日申请且标题为“使用折叠光学器件的多相机系统(MULTI-CAMERA SYSTEM USING FOLDEDOPTICS)”的第2014/0111650号美国申请公开案中揭示，其揭示内容以引用的方式并入本文。将得益于本文所描述的自动聚焦系统和方法的其它阵列相机配置是可能的。

致动器180可用以横向地移动可移动部分130。致动器180可为VCM、MEMS、压电马达或SMA。致动器180可通过沿着折射棱镜136A和/或块136B的下部边缘186延伸的导轨185耦合到可移动部分130。导轨185可从致动器180平移运动到可移动部分130。导轨185可以可滑动地接合下部边缘186(或相机内的另一表面，例如折射棱镜136A和/或块136B的另一表面、相机外壳的邻近表面、中心折射棱镜的下部表面、耦合到光学元件的衬垫或块及类似物)，以便在透镜设计的容差内(例如，同时仍提供所需质量的图像)约束可移动部分130的倾斜、横摇、俯仰、偏航和平移线性运动(即，远离可移动部分130的光轴或在所述光轴周围扭曲的运动)。虽然仅说明一个导轨185，但一些实例可按需要包含若干导轨185以用于约束透镜组合件的可移动部分130的运动。导轨185与下部边缘186之间的摩擦以及可移动透镜系统130与围绕组件之间的任何摩擦可通过任何合适的方式降低，例如滚珠轴承、润滑液体或固体、磁场或其组合。在一些实施例中，缠绕在可移动部分130和/或致动器180周围的磁性线圈可进一步最小化在倾斜、横摇、俯仰、偏航和平移线性方向上的不希望的移动。

虽然导轨185本文主要论述为可滑动地接合形成辅助光折叠表面135的棱镜136A和/或块136B的下部边缘186，但在其它实施例中导轨185可以可滑动地接合其它表面。举例来说，导轨的一端可延伸超过透镜系统的可移动部分且可滑动地接合形成主要光折叠表面124的棱镜145的下部表面。在一些实施例中，相机可包含一或多个光折叠表面作为反射镜。在此类实施例中，导轨可接触镜和/或用于镜的安装块中的一或多者的边缘，以便约束围绕透镜组合件的可移动部分的光轴的不希望的旋转和/或平移运动。

虽然主要在例如本文中描述的多相机折叠光学器件阵列系统的上下文内论述，但所述自动聚焦组合件可在具有一或多个图像传感器或折叠光学器件透镜组合件的任何折叠光学器件系统中使用。

如图1B中所示，传感器组合件100B包含一对图像传感器105、125，其各自安装到衬底150、分别对应于图像传感器105、125的可移动透镜组合件115、130，以及定位于分别为图像传感器105、125的覆盖玻璃106、126上方的静止透镜L6(即，覆盖玻璃106、126定位于静止透镜L6与图像传感器105、125之间)。每一可移动透镜组合件115、130耦合到导轨184、185，所述导轨又耦合到致动器181、180。折射棱镜140的主要光折叠表面122沿着光轴121导引来自目标图像场景的光的一部分通过透镜系统的可移动部分115，经重定向离开辅助光折叠表面110，通过透镜L6和覆盖玻璃106，且入射到传感器105上。折射棱镜145的主要光折叠表面124沿着光轴123导引来自目标图像场景的光的一部分通过透镜系统的可移动部分130，光经重定向离开辅助光折叠表面135，通过透镜L6和覆盖玻璃126，且入射到传感器125上。

在某些实施例中，图像传感器105、125可包括电荷耦合装置(CCD)、互补金属氧化物半导体传感器(CMOS)或接收光及响应于所接收的图像产生图像数据的任何其它图像感测装置。图像传感器105、125可能够获得静止相片的图像数据且还可提供关于所俘获的视频流中的运动的信息。传感器105和125可为个别传感器或可表示传感器阵列，例如3x1阵列。在所揭示实施方案中可使用任何合适的传感器阵列。

传感器105、125可安装在衬底150上，如图1B中所示，例如在并行(或几乎平行)于透镜组合件115、130的移动和透镜组合件130的光轴的平面中。在一些实施例中，通过安装到平坦衬底150，所有传感器可在一个平面上。举例来说，在各种实施例中，二、三、四、五、六、七或八个或者更多传感器可安置在平面中且安装在衬底150上或耦合到衬底150。衬底150可为任何合适的大体上平坦材料。衬底150可包含开口以允许入射光通过衬底150到主要光折叠表面122、124。用于将一或多个传感器阵列以及所说明的其它相机组件安装到衬底150的多个配置是可能的。

主要光折叠表面122、124可为如所说明的棱镜表面，或可为镜或多个镜，且可为平坦的或按需要成形以恰当地重定向入射光到图像传感器105、125。在一些实施例中，主要光折叠表面122、124可形成为中央镜、角锥或棱镜，或其它形状，其采用单独区段或小面来在对象场中分离图像场景的部分，无论是重叠还是不重叠。所述中央镜、角锥、棱镜或其它反射表面可将表示目标图像的光分裂为多个部分且将每一部分引导于不同传感器处。举例来说，主要光折叠表面122可朝向左侧传感器105发送对应于第一视场的光的一部分，而主要光折叠表面124朝向右侧传感器125发送对应于第二视场的光的第二部分。在其中接收传感器各自是多个传感器的阵列的一些实施例中，光折叠表面可由相对于彼此成角度的多个反射表面制成以便朝向所述传感器中的每一者发送目标图像场景的不同部分。应了解，相机的视场一起覆盖至少目标图像。在俘获之后视场可经对准且经拼接在一起以形成最终图像，例如如下文参考图2中说明的图像拼接模块240和处理器进一步描述。

在各种实施例中光折叠表面可为平坦或弯曲的。光折叠表面可具有作为光学系统的部分的曲率，借此其以与平坦表面的方式不同的方式更改光的路径。例如此弯曲表面可为总体透镜光学设计的部分，其中在不使用此弯曲表面的情况下将不实现透镜设计和/或聚焦能力的性能。所述光折叠表面还可具有更改光学路径中的光的其它材料或光学元件。其它光学元件可包含(但不限于)衍射光学元件(DOE)、涂层、偏振元件等。

阵列中的每一传感器(和每一相机)可具有大体上不同的视场，且在一些实施例中所述视场可重叠。当设计透镜系统时，光折叠表面的某些实施例可具有复杂的非平面表面以增加自由度。

在反射离开主要光折叠表面122、124之后，所述光可通过提供于主要光折叠表面122、124与反射表面110、135之间的可移动透镜系统115、130。可移动透镜系统115、130可用以聚焦指向每一传感器的目标图像的部分。用于可移动透镜系统115、130的自动聚焦组合件可包含用于在多个不同透镜位置之间移动透镜的致动器。所述致动器可为音圈马达(VCM)、微电子机械系统(MEMS)或形状记忆合金(SMA)。自动聚焦组合件可进一步包含用于控制致动器的透镜驱动器。如所描绘，传感器105可定位于光折叠表面110上方，且传感器125定位于光折叠表面135上方(“上方”方向指代图1B中说明的实施例的定向)。然而，在其它实施例中，传感器可在辅助反射表面下方。如此处所使用，表示目标图像场景的光进入通过的相机外壳中的开口视为“顶部”，且因此放置在辅助反射表面“下方”的传感器将在相机外壳的与所述开口相对的表面上。然而，在使用中相机外壳可例如基于相机与用于图像俘获的所关注场景的关系而定位于任何定向上。光折叠表面和传感器的其它合适的配置是可能的，其中来自每一透镜组合件的光朝向传感器经重定向。

每一传感器的视场可投影到物空间中，且每一传感器可根据所述传感器的视场俘获部分图像，其包括目标场景的一部分。在一些实施例中，相对传感器阵列105、125的视场可重叠某一量。为了形成单个图像，可使用如下所述的拼接过程以组合来自两个相对传感器105、125的图像。拼接过程的某些实施例可采用重叠以用于在将部分图像拼接在一起时识别共同特征。在将重叠图像拼接在一起之后，可将经拼接图像裁减到所需纵横比，例如4:3或1:1，以形成最终图像。

如图1A和1B所说明，每一相机具有总高度H。在一些实施例中，总高度H可为近似4.5mm或更小。在其它实施例中，总高度H可近似为4.0mm或更小。因此，可移动透镜系统115、130的高度也不超过高度H。在其它实施方案中，所述高度可大于4.5mm。

图1C到1G说明图1B的传感器组合件的光学组件(包含透镜L1到L6、传感器125、覆盖玻璃126、棱镜136A和块136B)连同尺寸数据的实施例的各种视图，其中组件的尺寸值以微米提供(一些尺寸标记有μm以指示微米，其它尺寸由于图上的空间局限性而未标记有“μm”标志)。图1C说明图1B的传感器组合件的光学组件的实施例的俯视平面图。图1D说明图1C的光学组件的实施例的侧视图。图1E说明沿着图1C中所述的A-A横截面的图1C的光学组件的实施例的横截面图。图1F说明沿着图1D中所述的B-B横截面的图1C的光学组件的实施例的实例隔膜的横截面图。图1G说明沿着图1D中所述的C-C横截面的图1C的光学组件的实施例的隔膜的横截面图的实施例的实例。在图G中说明的实施例中，半径可为803.4μm。图式1C到1G中所示的尺寸是为了说明用于光学组件的设计参数的一个可能集合而提供。将了解，在其它实施方案中其它设计参数可为合适的。使用所说明的参数或其它变化，所属领域的技术人员将了解多种已知材料可用以基于例如成本、质量及类似物等设计因数而产生透镜。

使用所说明的参数或其它变化，所属领域的技术人员将了解可存在比针对透镜L1、L2、L3、L4、L5和L6所示的情况更多或更少的透镜表面和或透镜。举例来说，L6在图1A中展示为在最靠近传感器125的侧面上具有一个透镜表面的一个透镜。实际上L6可具有两个透镜表面，其中存在最靠近表面135的透镜表面，如图1A中所示，以及最靠近传感器125的透镜表面，如图1A中所示。L6或相机系统中使用的任何透镜的表面可包括具有复杂的透镜表面，例如非球面表面或非球形形状，其中非球形意味着形状围绕相机系统和或相机系统中的任何光学组件的光轴是不对称的。另外L6可包括形成透镜的透镜堆叠的多于一个透镜。举例来说，L6可包括形成透镜堆叠的两个或更多个透镜，其中每一透镜具有至少一个透镜表面。此外，L6可具有最靠近表面135的一个透镜，如图1A中所示，以及最靠近传感器125的另一透镜，如图1A中所示，从而形成由两个或更多个透镜构成的透镜堆叠；其中在L6的透镜堆叠中的两个或更多个透镜之间可存在更多透镜表面中的一者。

实例图像俘获系统的概述

图2描绘具有包含链接到多个相机215a到215n的图像处理器220的组件集合的装置200的一个可能实施例的高级框图。图像处理器220还与工作存储器205、存储器230和装置处理器250通信，所述装置处理器又与电子存储模块210和电子显示器225通信。在一些实施例中，可使用单个处理器而不是如图2中所说明的两个单独处理器。一些实施例可包含三个或多于三个处理器。

装置200可为手机、数码相机、平板计算机、个人数字助理或类似物或者可为其一部分。存在其中例如本文所描述的降低厚度的成像系统将提供优点的许多便携式计算装置。装置200也可以为静止计算装置或其中较薄成像系统将有利的任何装置。多个应用程序可在装置200上供用户使用。这些应用程序可包含传统的照相和视频应用程序、高动态范围成像、全景照片和视频，或例如3D图像或3D视频等立体成像。

图像俘获装置200包含用于俘获外部图像的相机215a到215n。如上文所描述，每一相机可包含传感器、透镜系统、自动聚焦组合件和光折叠表面。相机215a到215n可各自包含传感器、透镜组合件以及用于将目标图像的一部分重定向到每一传感器的主要和辅助反射或折射表面，如上文相对于图1A所论述。一般来说，可使用N个相机215a到215n，其中N≥2。因此，目标图像可分裂成N个部分，其中所述N个传感器组合件的每一传感器根据所述传感器的视场而俘获目标图像的一个部分。然而，一些实施例可采用仅一个图像传感器组合件，且将理解相机215a到215n可包括适合于本文所描述的折叠光学器件成像装置的实施方案的任何数目的图像传感器组合件。可增加相机的数目以实现系统的较低z高度，如下文相对于图4较详细论述，或者满足其它目的的需要，例如具有类似于全光学相机的重叠视场，其可实现在后处理之后调整图像的焦点的能力。其它实施例可具有适合于高动态范围相机的视场重叠配置，其实现俘获两个同时的图像并且然后将其合并在一起的能力。相机215a到215n可耦合到相机处理器220以将所俘获图像发射到图像处理器220。

图像处理器220可经配置以对包括目标图像的N个部分的所接收的图像数据执行各种处理操作以便输出高质量经拼接图像，如将在下文更详细地描述。处理器220可为通用处理单元或专门设计用于成像应用的处理器。图像处理操作的实例包含裁剪、按比例缩放(例如，按比例缩放到不同分辨率)、图像拼接、图像格式转换、颜色内插、颜色处理、图像滤波(例如，空间图像滤波)、透镜假象或缺陷校正、渐晕导致的透镜光滚降或光级减少，及类似物。在一些实施例中，处理器220可包括多个处理器。某些实施例可具有专用于每一图像传感器的处理器。图像处理器220可为一或多个专用图像信号处理器(ISP)或处理器的软件实施方案。

如图所示，图像处理器220连接到存储器230和工作存储器205。在所说明的实施例中，存储器230存储俘获控制模块235、图像拼接模块240、操作系统245和自动聚焦模块255。这些模块包含配置装置200的图像处理器220以执行各种图像处理和装置管理任务的指令。工作存储器205可由图像处理器220使用以存储包含于存储器230的模块中的处理器指令的工作集合。替代地，工作存储器205也可以由图像处理器220使用以存储在装置200的操作期间产生的动态数据。

如上所提到，图像处理器220可由存储于存储器230中的若干模块配置。俘获控制模块235可包含控制装置200的总体图像俘获功能的指令。举例来说，俘获控制模块235可包含调用子例程以配置图像处理器220以使用相机215a到215n俘获目标图像场景的原始图像数据的指令。俘获控制模块235接着可调用图像拼接模块240以对由相机215a到215n俘获的N个部分图像执行拼接技术且将经拼接且裁减的目标图像输出到成像处理器220。俘获控制模块235还可调用图像拼接模块240以对原始图像数据执行拼接操作以便输出待俘获场景的预览图像，且在某些时间间隔或当原始图像数据中的场景改变时更新预览图像。

图像拼接模块240可包括配置图像处理器220以对所俘获图像数据执行拼接、裁剪技术和其它图像处理技术的指令。举例来说，N个相机215a到215n中的每一者可根据每一传感器视场俘获包括目标图像的一部分的部分图像。所述视场可共享重叠区域，如上文所描述。为了输出单个目标图像，图像拼接模块240可配置图像处理器220以组合多个N个部分图像以产生高分辨率目标图像。目标图像产生可通过已知图像拼接技术而发生。

举例来说，图像拼接模块240可包含用以针对匹配特征比较沿着N个部分图像的边缘的重叠区域以便确定所述N个部分图像相对于彼此的旋转和对准的指令。由于每一传感器的视场的部分图像和/或形状的旋转，组合图像可形成不规则形状。因此，在对准且组合N个部分图像之后，图像拼接模块240可调用子例程，其配置图像处理器220以将组合图像裁剪到所需形状和纵横比，例如4:3矩形或1:1正方形。经裁减图像可发送到装置处理器250用于在显示器225上显示或用于保存在电子存储模块210中。

操作系统模块245配置图像处理器220以管理装置200的工作存储器205和处理资源。举例来说，操作系统模块245可包含装置驱动器以管理例如相机215a到215n等硬件资源。因此，在一些实施例中，上文所论述的图像处理模块中所含有的指令可以不与这些硬件资源直接交互，而是替代地通过位于操作系统组件245中的标准子例程或API进行交互。操作系统245内的指令随后可以与这些硬件组件直接交互。操作系统模块245可进一步配置图像处理器220以与装置处理器250共享信息。

自动聚焦模块255可包含配置图像处理器220以例如通过控制对应自动聚焦组合件的移动和定位来调整相机215a到215n中的每一者的聚焦位置的指令。自动聚焦模块255在一些实施例中可包含配置图像处理器220以执行聚焦分析且自动确定聚焦参数的指令，且在一些实施例中可包含配置图像处理器220以响应于用户输入的聚焦命令的指令。在一些实施例中，阵列中的每一相机的透镜系统可单独地聚焦。在一些实施例中，阵列中的每一相机的透镜系统可作为群组而聚焦。

装置处理器250可经配置以控制显示器225以向用户显示所俘获图像或所俘获图像的预览。显示器225可在成像装置200外部或可为成像装置200的部分。显示器225还可经配置以提供取景器，其显示用于在俘获图像之前使用的预览图像，或可经配置以显示存储在存储器中或最近由用户俘获的所俘获图像。显示器225可包含面板显示器，例如LCD屏幕、LED屏幕或其它显示器技术，且可实施触敏技术。

装置处理器250可将数据写入到存储模块210，例如表示所俘获图像的数据。虽然存储模块210以图形方式表示为传统磁盘装置，但所属领域的技术人员将理解，存储模块210可经配置为任何存储媒体装置。举例来说，存储模块210可包含磁盘驱动器，例如，软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器或磁光盘驱动器，或固态存储器，例如快闪存储器、RAM、ROM及/或EEPROM。存储模块210也可包含多个存储器单元，且所述存储器单元中的任一者可经配置为在图像俘获装置200内，或可在图像俘获装置200外部。举例来说，存储模块210可包含ROM存储器，其含有存储于图像俘获装置200内的系统程序指令。存储模块210还可包含经配置以存储所俘获图像的存储器卡或高速存储器，其可为从相机可装卸的。

尽管图2描绘具有单独组件以包含处理器、成像传感器和存储器的装置，但所属领域的技术人员将认识到，这些单独组件可用多种方式组合以便实现特定的设计目标。举例来说，在替代实施例中，存储器组件可与处理器组件组合以节省成本并且改进性能。

另外地，尽管图2说明了若干存储器组件，其包含包括若干模块的存储器组件230以及包括工作存储器的单独存储器205，但是所属领域的技术人员将认识到利用不同存储器架构的若干实施例。举例来说，设计可利用ROM或静态RAM存储器用于存储实施包含于存储器230中的模块的处理器指令。处理器指令可加载到RAM以促进图像处理器220的执行。举例来说，工作存储器205可包括RAM存储器，其中指令在由图像处理器220执行之前加载到工作存储器205。

实例图像俘获过程的概述

图3说明折叠光学图像俘获过程900的实施例。过程900开始于框905，其中提供多个相机，每一相机具有至少一个光折叠表面和一自动聚焦组合件。所述相机可形成本文论述的传感器阵列配置中的任一者。如上文所论述，所述相机可包含传感器、透镜系统以及经定位以将光从透镜系统重定向到传感器上的反射表面。

过程900随后移动到框910，其中所述多个相机的光学路径致使包括场景的目标图像的光朝向对应成像传感器经重定向离开至少一个光折叠表面。举例来说，所述光的一部分可朝向所述多个传感器中的每一者经重定向离开多个表面中的每一者。此步骤可进一步包含使光通过与每一传感器相关联的透镜系统，且还可包含将离开第二表面的光重定向到传感器上。

过程900随后转变到框915，其中将与相机中的每一者相关联的透镜组合件移动到一位置以使得图像聚焦于传感器上，即，“聚焦”或“自动聚焦”到所需焦距位置。举例来说，在一些实施例中这可使用上文所论述的致动器和导轨而实现。在一些实施例中，图2的自动聚焦模块255可执行透镜聚焦。

过程900接着可移动到框920，其中传感器俘获目标图像场景的多个图像。举例来说，每一传感器可俘获场景的对应于所述传感器的视场的一部分的图像。所述多个传感器的视场一起覆盖物空间中的至少目标图像。

过程900随后可转变到框925，其中执行图像拼接方法以从所述多个图像产生单个图像。在一些实施例中，图2的图像拼接模块240可执行此框。这可包含已知图像拼接技术。此外，视场中的任何重叠区域可产生所述多个图像中的重叠，其可以用于在拼接过程中对准图像。举例来说，框925可进一步包含识别邻近图像的重叠区域中的共同特征且使用所述共同特征来对准图像。

接着，过程900转变到框930，其中将经拼接图像裁减到指定纵横比，例如4:3或1:1。最后，在框935处在存储经裁减图像之后过程结束。举例来说，图像可存储在图2的存储组件210中，或可存储在图2的工作存储器205中以用于显示为目标场景的预览或审阅图像。

实例阵列相机自动聚焦组合件的概述

图4展示根据实施例的阵列相机组合件1000A。相机组合件1000A包括在1001中实施的透镜表面L1到L5、传感器裸片1002、传感器棱镜1003、透镜表面L6和传感器覆盖玻璃1005。在一些实施例中，传感器棱镜1003可包含玻璃立方体的两个半部或部分之间的镜表面。

图5展示根据实施例的使用安装在共同衬底1104上的多个相机组合件的阵列相机1000B。阵列相机1000B包含类似于图4中所示的组合件1000A的多个个别相机组合件，每一者包括在1001中实施的透镜表面L1到L5、传感器裸片1002、传感器棱镜1003、透镜表面L6、传感器覆盖玻璃1005，以及电连接器1006，其可连接到例如图2和图3描述的总体相机系统的另一部分或多个部分。出于清楚起见，这些组件仅在所述个别相机组合件中的两个上被标记。在此实例中，利用四个相机组合件1000A。也可使用更多相机或更少相机(或一个相机)。在此实例中，衬底1004可提供矩形狭槽，其中放置四个图像传感器裸片1002且连接到也可为衬底1004的部分的导电迹线。在一些实施例中，传感器裸片1002可直接放置在衬底1004上且连接到导电迹线而无需利用狭槽。在其它实施例中，存在多种方式用于将图像传感器裸片安装到可连接到导电迹线的衬底，所属领域的技术人员可熟悉其它此类方法。电连接器1106用以将衬底1004上的电气装置连接到相机图像处理系统(此图中未图示)。

在一些实施例中，一或多个图像传感器阵列可在共同裸片上，例如2013年3月15日申请且标题为“使用折叠光学器件的多相机系统”的第2014/0111650号美国申请公开案的图8中所示，所述美国申请公开案以引用的方式并入本文。此图展示一个共同裸片811上的两个图像传感器图像表面的实例。在此实例中，物体棱镜820和821定位于与如图1B中所示的中心相对的外部上。图像传感器棱镜或镜830和831展示于中心。一个透镜的透镜组合件由透镜绘图840表征，且同样透镜组合件由透镜绘图841表征。展示光轴860和861指向裸片811上的两个单独位置。所述裸片可含有多个图像传感器阵列区域或在两个透镜组合件840和841的视场内俘获图像的共同图像传感器阵列区域。与此图相关联的概念可延伸到多个相机。所属领域的技术人员应当认识到，存在其它方式对准相机以便俘获物空间中的多个图像且利用一个裸片来俘获与每一相机相关联的多个图像。在一些实施例中，可使用多于一个裸片，其中一些可具有以一个裸片俘获的多个图像且其它具有每裸片仅一个图像。

能够从多个相机组合件在一个裸片上俘获图像存在优点，例如图4上的1000A所示。此布置与其中在一个裸片上俘获一个相机图像的例如图5中的1000B所示的阵列相机设计相比可减少总体裸片面积和功率。

图5的实例中展示两个物体棱镜1010，其中两个相机共享一个物体棱镜。存在许多配置，其中例如一个物体棱镜可用于一个、两个、三个或更多个相机组合件，例如组合件1000A。它们称为“物体棱镜”是因为它们用以折叠每一相机组合件的光轴以指出到物空间中。存在物体棱镜和相机组合件的其它可能的配置。在一实施例中，物体棱镜1010可利用棱镜上的反射表面1011而不是使用棱镜的全内反射性质。物体棱镜1010可被镜代替而不是使用棱镜。棱镜、棱镜反射表面或镜将朝向相机的入射光瞳反射光轴和相关联物空间光线。

图6说明折叠光学传感器阵列实施例的投影视场的实施例。视场600A到600D可共享如所示的重叠区域605。重叠视场600A到600D可经拼接为目标图像场景的完整图像且裁减到具有例如4:3或1:1的纵横比的最终图像610。

实例光学器件性能的概述

图7A到M说明如本文中所描述的可移动透镜组合件705在近似0与近似172μm之间的运动范围内L1到L6组合件以及传感器棱镜的模拟MTF性能。图7D说明其中折叠光学器件设计和过程用以在物空间中在1000mm处聚焦相机组合件的实施例。在如图7D中所示的实施例中，包含透镜元件L1到L5的透镜组合件705由致动器180移动到参考位置0.0微米(μm)，其为相机将在物空间中在1000mm处聚焦的位置。在图7A、7D、7G和7J中的每一者中，透镜组合件705在受到中心棱镜的边缘141以及传感器棱镜的边缘131限界的空间710内的定位由垂直点线的定位指示。

图7A说明具有相对于参考位置0.0μm定位在-30μm处的透镜组合件的折叠光学器件相机的实施例。在此实施例中，如图7A中所示，相机1401聚焦于6767mm的超焦距处。图7B说明图7A的折叠光学传感器阵列实施例的光学器件(例如，透镜组合件和传感器棱镜)的模拟MTF对视场角性能数据1402a(光学传递函数“OTF”的模数表示MTF)。在图7B中，曲线图中的实线表示星图案的MTF，且曲线图中的虚线表示同心圆的MTF。图7C说明模拟MTF对以每mm循环计的空间频率数据1402b，其中相对于图7A的折叠光学传感器阵列实施例的光学器件的矢状面和切向性能数据两者的选定物体视场角展示多个MTF曲线。可使用例如OSLO、ZEMAX、CODE V等光学仿真程序来计算(或模拟)模拟MTF数据。

如上文所描述，图7D说明具有定位在0.0μm且聚焦于1000mm的距离的透镜组合件的折叠光学器件相机的实施例。图7E说明图7D的折叠光学传感器阵列实施例的光学器件的模拟MTF对视场角性能数据1404a。在图7E中，曲线图中的实线表示星图案的MTF，且虚线表示同心圆的MTF。图7F说明模拟MTF对以每mm循环计的空间频率数据1404b，其中相对于图7D的折叠光学传感器阵列实施例的光学器件的矢状面和切向性能数据两者的选定物体视场角展示多个MTF曲线。

图7G说明具有相对于参考位置0.0μm定位在142μm处的透镜组合件的折叠光学器件相机的实施例。在此实施例中，如图7G中所示，相机1405聚焦于200mm的距离处。图7H说明图7G的折叠光学传感器阵列实施例的光学器件的模拟MTF对视场角性能数据1406a。在图7H中，曲线图中的实线表示星图案的MTF，且虚线表示同心圆的MTF。图7I说明模拟MTF对以每mm循环计的空间频率数据1406b，其中相对于图7G的折叠光学传感器阵列实施例的光学器件的矢状面和切向性能数据两者的选定物体视场角展示多个MTF曲线。

图7J说明具有相对于参考位置0.0μm定位在35μm处的透镜组合件的折叠光学器件相机的实施例。在此实施例中，如图7J中所示，相机1407聚焦于500mm的距离处。图7K说明图7J的折叠光学传感器阵列实施例的光学器件的模拟MTF对视场角性能数据1410a。在图7K中，曲线图中的实线表示星图案的MTF，且虚线表示同心圆的MTF。图7L说明模拟MTF对以每mm循环计的空间频率数据1410b，其中相对于图7J的折叠光学传感器阵列实施例的光学器件的矢状面和切向性能数据两者的选定物体视场角展示多个MTF曲线。

图7B、7E、7H和7K中的1402a、1404a、1406a和1410a中所示的MTF曲线是当相机分别聚焦于图7A、7D、7G和7J中所示的距离处时L1到L6组合件的MTF性能的实例。所述曲线图展示在相机的视场(FOV)中相对于光轴的成角度方向处的MTF曲线，其在曲线图上展示为“以度计的Y场”，其中空间调制频率是每mm 225个循环。

部分地基于其中MTF随像素的孔径(或多个孔径)以及像素的取样间距而变滚降的取样理论，每一相机的传感器可具有其自身的MTF，其中在例如混叠等假象存在的情况下取样像素间距可影响测得的MTF性能。因此，在一些实例中，当使用图像传感器的所记录像素输出进行MTF测量时图7B、7C、7E、7F、7H以及7I、7K和7L的模拟光学器件性能不会匹配于阵列相机中的每一单个相机的测得的MTF性能，例如针对从图像传感器像素读取的像素中的每一者记录的数字值。可在足够数目的像素上进行测量以便做出对每mm循环的MTF测量。在一些实施方案中，可将像素值输出到模拟缓冲器，所述模拟缓冲器可能增加电噪声并且因此影响存储器中记录的像素的最终数字值。因此，当测得的MTF包含仅光学器件的MTF性能(例如，无需使用将影响仅光学器件的测得MTF的图像传感器或其它中间装置的所记录像素输出)以及与在测量下的特定光学器件一起使用的图像传感器的所记录像素输出的MTF时，MTF测量值可能不匹配于例如曲线图1402a、1402b、1404a、1404b、1406a、1406b、1410a和1410b中所示的模拟MTF性能。所属领域的技术人员还应当认识到存在可影响传感器的MTF的其它因素，例如噪声分量，其可能包含作为来自图像阵列中的像素的所记录输出的部分，其在本发明中未包含、未考虑或未展示。并且，存在可影响来自图像传感器中的像素的所记录输出的许多其它因素，其在本发明中未包含、未考虑或未展示，例如由电子元件或用以传达像素水平的其它媒体增加的噪声源，以及可能可作为俘获图像传感器像素输出的记录过程的部分的模/数(ADC)转换器系统。可存在可影响图像传感器的MTF的其它因素，其在本发明中未包含、未考虑或未展示。光学器件在图7A到7M的实施例中被设计为跨越+/-16度使用。

对于焦点位置6767mm、1000mm和500mm，展示对应MTF曲线1402a、1402b、1404a、1404b、1410a和1410b，且针对跨越整个“以度计的Y场”(例如，围绕光轴从0度到-16度)且跨越从零到每mm 450个循环以上的图像空间频率范围的切向和矢状面MTF模拟性能两者近似相等。

对于位置+142μm，矢状面模拟性能保持跨越从零到-16度的整个以度计的Y场接近50％MTF，如曲线图1406a中所示，且保持接近于衍射限制，如1406b中所示，其中曲线图1402b、1404b、1406b和1410b中所示的衍射限制是这些曲线图中所示的最大MTF曲线。然而，随着以度计的Y场增加，切向MTF性能偏离矢状面性能。这意味着此实施例接近其中可俘获有用图像的最短距离，针对矢状面MTF性能实现有用的MTF分辨率且针对切向MTF性能实现有用但降低的MTF性能。

对于焦点位置6767mm(在此实施例中的超聚焦位置)、1000mm和500mm，展示对应MTF曲线图1402a、1402b、1404a、1404b、1410a和1410b，是针对跨越整个以度计的Y场(例如，围绕光轴从0度到-16度)且跨越从零到每mm 450个循环的奈奎斯特的图像空间频率范围的切向和矢状面MTF性能数据两者近似相等。具有1.1μm的正方形像素的传感器的奈奎斯特取样率是每mm 454个循环。

如所说明，曲线图1402b、1404b和1410b中所示的矢状面和切向MTF性能数据接近于衍射限制，其中曲线图1402b、1404b、1406b和1410b中所示的衍射限制是这些曲线图中所示的最大MTF曲线。

对于位置+142μm，曲线图1406a(图7H)中的矢状面性能数据保持跨越从零到-16度的整个以度计的Y场的物体角度范围接近50％MTF且保持接近于衍射限制，如曲线图1406b中所示。然而，当图1406a中所示的MTF是每mm 225个循环时，1406b中的切向MTF性能数据下降到在以度计16Y场处为约18％。当像素间距是1.1um时，二分之一奈奎斯特取样率是每mm约225个像素样本。20％左右的MTF值一般被所属领域的技术人员视为可检测的。这意味着当以度计的Y场高于15度时透镜系统可能不能够产生高于每mm 225个循环的可检测MTF数据。

可能需要设计透镜组合件系统因此矢状面和切向MTF性能数据跨越从零到图像传感器空间奈奎斯特取样率的空间频率范围接近于透镜衍射限制曲线。在一些实施例中，透镜组合件MTF性能在几乎所有物体视场角接近于衍射限制曲线以便跨越相机的完整视场具有均匀MTF性能可为合意的。跨越系统的完整聚焦范围要求满足这些条件也可为合意的，例如200mm的焦距到6767mm的超焦距。

f数和透镜组合件孔径可影响透镜组合件的衍射MTF限制曲线。如图1A中所示的最小可实现的高度H可部分地通过知道相机系统的视场、透镜组合件MTF性能数据曲线以及与像素孔径和以每mm像素计的传感器空间取样率(例如，像素间距)相关联的传感器阵列MTF响应而确定。由此信息可能够确定透镜组合件的最小孔径且进而可能够确定最小可实现的高度H。如果透镜组合件的MTF曲线接近于衍射限制，那么透镜组合件高度H可接近于针对特定相机设计和相关联衍射限制可能的最小高度。最佳相机设计的一个实施例(例如，其中最佳意味着跨越FOV和高达奈奎斯特取样率的空间频率的透镜MTF曲线跨越所需聚焦距离范围接近于衍射限制，光学设计可接近于可实现的最小高度H)可视为将满足MTF 20％规则的最小通光孔径；即，包含与所述像素孔径和样本速率相关联的MTF减少的相机系统的MTF在图像传感器奈奎斯特取样率下应当处于或大体上处于约20％。如本文指出，在此实例中未考虑的其它因素可能影响MTF。

如果透镜组合件MTF曲线加由像素孔径和像素空间取样率(例如，像素间距)造成的MTF减少在奈奎斯特取样率下从约20％显著增加或减小MTF，那么最终图像可具有由可辨别的混叠假象造成的降级性能，或者比针对传感器像素孔径和空间取样率(即像素间距奈奎斯特取样率)可实现的情况低的以每mm循环计的分辨率性能。换句话说，如果光学系统的MTF和图像传感器的MTF组合产生在奈奎斯特取样率下显著小于20％的MTF，那么场景中的空间频率可降低到小于在无需可辨别的混叠假象的情况下可实现的情况。

如果系统的容差(例如，尤其针对围绕理想光轴的旋转和平移变化可允许的运动量)造成MTF减小，那么潜在地可增加透镜组合件的孔径以便保持MTF高于或接近20％规则。因此合意的是保持容差和潜在变化尽可能低以便实现尽可能接近于最佳高度H相机设计。

图7M展示透镜组合件的模拟相对照明。如所说明，相对照明跨越FOV减小仅10％，这是使用例如+/-16度的窄FOV典型的情况。这意味着当图像经拼接在一起时有可能具有低的相对照明滚降。

在本文所描述的一些自动聚焦组合件实施例中，L6可附接到传感器棱镜，并且然后L6加传感器棱镜可安装或永久地安装到图像传感器覆盖玻璃或直接安装到图像传感器。这可防止在自动聚焦过程发生的同时传感器棱镜相对于传感器倾斜或移位，或者在例如重力、运动或温度等其它因素的影响下倾斜或移位。

将L6加传感器棱镜安装到传感器或覆盖玻璃可提供克服图1A和1B中所示的透镜组合件设计的MTF性能可对相对于理想光轴123的旋转倾斜误差和线性平移误差量具有敏感性的潜在不利影响的益处。为了克服此敏感性，本文的实施例可提供不需要相对于图像传感器移动传感器棱镜加L6的透镜组合件和自动聚焦方法。将传感器棱镜加L6附接到图像传感器图像平面的益处包含减少对相对于图像传感器图像平面从理想光轴的旋转倾斜和线性平移偏差的MTF敏感性。一旦在组装过程期间准确完成图像传感器棱镜加L6到图像传感器平面之间的对准，则剩余倾斜和平移误差应大部分发生在L1到L5透镜组合件705与传感器棱镜之间。如本文中所描述的导轨或其它合适的装置的使用可用来减少或限制L1到L5透镜组合件705相对于包括传感器棱镜、L6和图像传感器的固定单元从理想光轴的倾斜或平移误差。

概念地，如果我们将图像传感器“可视化”图像平面表示为其中光线可不受阻通过的平面，那么我们可寻找将产生跨越表示图像传感器图像表面的可视化图像平面表面测得的最高最佳均匀MTF性能的理想可视化平面位置和定向。作为一实例，图像传感器图像平面的平面前方和/或后方的像空间(或光场)中的光学器件形成的最佳或大部分清楚聚焦的图像可能不与图像传感器图像平面并行对准，且在一些实例中图像传感器图像平面的前方和/或后方的光场空间中的最佳聚焦图像可能不是平面而是轮廓，其中可能够在所述轮廓内对准平面以形成最佳拟合。在此实例中，当光场中的最佳拟合图像平面在图像传感器图像平面上最佳聚焦时跨越图像传感器图像平面的MTF性能可具有相对于理想设计降低的跨越图像传感器图像平面的MTF性能。当我们论述图9中展示的光线迹线图时将进一步涵盖此话题。在一些实施方案中，从辅助光折叠表面135(如图1A和1B中所示)行进到图像传感器图像平面的长光线将放大传感器棱镜加L6相对于与传感器图像平面相交的理想光轴的旋转变化的影响。

如果传感器棱镜仅沿着光轴123来回移动，那么从L5透镜表面到辅助光折叠表面135的距离将沿着光轴123增加或减小。当投影在图像传感器图像平面上时，所述光轴可相对于图像传感器图像平面上的参考点移位其相交点。因此，当允许传感器棱镜在给定旋转和/或平移范围集合内移动时，光轴123与图像传感器图像平面的相交点可从图像传感器图像平面上的参考点偏离一直线距离。

在一些实施例中，如图7A、7D、7G和7J中所示的传感器棱镜加L6当传感器棱镜加L6在页平面中向上或向下移动时可造成光轴与图像传感器图像平面相交的位置的改变。L6表面可造成光轴123在角度上从垂直于图像传感器图像平面的理想角度偏离，这可随L6透镜元件设计的此些平移变化和形状(例如，曲率)的量而变而减少MTF性能。

描述这些变化的目的是指出相对于理想参考点和理想图像传感器图像平面最小化传感器棱镜的旋转和平移变化的重要性。此情况可如何完成的实例是将传感器棱镜加L6附着到图像传感器玻璃板(如果存在)，或附着到图像传感器图像平面(如果图像传感器玻璃板不存在)。这可防止传感器棱镜加L6相对于图像传感器平面上的参考点的旋转变化。一旦这完成，剩余变化便将在可移动透镜组合件130与传感器棱镜之间，例如透镜组合件130相对于光轴123的旋转和平移变化，其中光轴从图像传感器图像平面上的点开始，行进通过L6、传感器棱镜，在反射表面135处弯曲且沿着光轴123从传感器棱镜出来。关于图8A、8B和8C描述方法和系统，其可帮助减少或最小化透镜组合件130相对于前述光轴123的这些旋转和平移变化。

实例自动聚焦组件的概述

图8A到8C说明关于透镜组合件L1到L5 130如何通过马达装置1501相对于传感器棱镜来回移动的设计1500的一个实施例，其中传感器棱镜可包含棱镜136A加块136B和反射表面135。通过来回移动组合件130，可改变物空间中的聚焦位置。图8A到8C说明在此实施例中透镜元件L1到L5如何来回移动以增加或减小透镜表面L5到传感器图像平面表面之间的距离，且进而增加或减小焦距。

图8A说明完整组合件1500，其包含上文相对于图1A描述的组件。

图8B说明完整相机组合件1500的静止部分1502的实例，其包含衬底150、致动器1501、传感器125、覆盖玻璃126、透镜L6、包含主要光折叠表面124的折射棱镜145，以及在折射棱镜136A与块136B之间的辅助光折叠表面135。致动器可紧固到支撑部件(例如，电路板195)，所述支撑部件又紧固到传感器衬底150。

图8C说明相机1500的可移动部分1503的实例，其包含导轨185、包含透镜表面L1到L5的透镜系统的可移动部分130，以及致动器接触部件1506。可移动透镜组合件130可包含经成形且定位以提供所需焦距的若干透镜。针对可移动透镜组合件130展示的特定透镜配置有意提供实例，且可使用能够在折叠光学器件系统的容差内移动的同时维持良好图像性能的任何透镜配置。导轨185可接触折射棱镜136A和块136B的下部表面以将可移动透镜组合件130的旋转移动(在横摇、偏航和俯仰方向上)稳定到容差内以及将可移动透镜组合件的平移移动(在上下或左右方向上)稳定到容差内。

在此实施例中，未展示将例如1503的组合件保持到组合件1502的方法。此些方法的实例包含(但不限于)使用滑件和/或互锁凹槽。例如由不需要电力源的磁体和/或确实/可需要电力源的磁场产生器引起的一或多个磁场可用以降低例如相机的静止部分1502(图8B)和可移动部分1503(图8C)等机械零件和/或组合件之间的阻力。举例来说，此些滑件和/或互锁凹槽例如具有两个磁场。一个磁场可在130周围且第二磁场可在马达区域180周围或例如组合件1500等其它位置中。鉴于传统的移动装置镜筒通常通过一个磁场而悬置且进而产生例如横摇、俯仰和偏航等更多平移X、Y和Z位移和/或旋转位移。

合适的折叠光学器件系统的另一实施例将使用镜表面135作为辅助光引导表面而无需围绕的棱镜。因此，移除棱镜部分136A、136B的所说明的元件且仅保留镜表面135。紧固镜135的结构设计可用以导引导轨185。

通过保持容差具有比传统移动装置的容差更紧密的容差，可以防止、减轻和/或最小化力的影响(例如，相机系统的加速和减速)以及来自相机系统内和外的影响的振动。

存在除磁场外的许多其它形式的悬置，例如可使用的此些方法包含油、滚珠轴承、空气、气体、润滑液体或固体或类似物中的一或多者。

本文所描述的折叠光学器件多传感器组合件的一个优点是能够使用长导引件和一或多种悬置，例如使用磁场、滚珠轴承和例如油等液体来保持装置以例如(但不一定)帮助将相机的静止部分1502和可移动部分1503保持在紧密容差内。此些容差例如可为例如X、Y和Z线性方向的平移移动容差以及例如横摇、俯仰和偏航的旋转移动容差，其中可在文献中找到平移移动、旋转移动、俯仰移动、横摇移动和偏航移动的意义。未展示用于这些容差的参考方向，因为其将取决于使用的特定设计。

另一优点是存在空间来提供相机组合件1000A和/或1500之间和周围的电气和/或机械的结构。一个此结构可为互锁电气机械装置以控制1个、2个或更多相机组合件1000A和/或1500的聚焦位置。本申请的实施例不限于移动相机装置且相等地适用于任何类型的相机装置和成像系统。

折叠光学器件的关键优点在于可使用位置指示符以使得适当过程可利用此信息。透镜组合件1000A和/或1500内可存在更多空间用于此些位置指示符。阵列相机外壳内也可以存在更多空间来保持一或多个相机。此些额外相机可辅助深度检测以用以辅助聚焦阵列相机的一或多个透镜组合件。此些位置指示符可置于例如图5中展示的外壳和/或组合件衬底上。

所述外壳是可部分或完全地围绕组合件相机模块和/或组合件衬底1004的结构。

在其它实施例和光学设计中，透镜表面L1到L6之间的移动位置可不同，但如本文中所描述的同一概念适用。对于其它光学设计，表面的数目可不同。可使用其它实施方案，例如改变液体透镜的一或多个表面的曲率或其它技术。此些实施方案的一些优点是例如：阵列中的一个相机的光轴相对于其它相机不改变位置，这是当将图像拼接在一起时的重要考虑。有可能实施可移动透镜组合件的位置指示器。通过此信息，例如图像传感器处理器(ISP)等模块或外部装置可估计相机聚焦于的距离。阵列中的每一相机的聚焦位置的知识可帮助如何将图像拼接在一起，且通过在不同距离聚焦每一相机而启用唯一其它特征，例如提供延伸(景深)DoF图像。校准可用以在合理的确定性内确定相机中的每一者是否已获得良好聚焦。

另一实施例是移除棱镜块136A且仅保持镜表面135。所述镜表面可附接到板、例如136B的支撑块或其它装置。镜周围可放置一结构以保持镜相对于图像传感器125的图像平面表面稳固地对准且静止，其中镜L6和图像传感器125将不相对于彼此移动。用以将传感器125、L6和镜表面135稳固地保持在适当的位置的结构也可经设计以支撑图8C中所示的可移动系统1503。在136A和136B在实施例中的情况下描述的所有项目现在也适用于它们不在所述实施例中的此情况。

另一实施例将使用“U”托架而不是图8A和8C中所示的例如185的杆。此“U”托架可在传感器棱镜136A和块136B或如上文所描述的镜支撑结构的全部三个表面上滑动。这将增加额外支撑以最小化或限制倾斜和线性平移变化或移动。

实例光线迹线的概述

图9展示在光通过透镜组合件1600的实施例、行进通过透镜L1到L5、反射离开表面1603、通过透镜表面L6且到传感器表面1602上时所述光的光线迹线。在此实施例中，在通过透镜组合件1600的光线群组后出于清楚起见使用不同虚线来展示五个光线群组。每一群组来自物空间中相对于光轴的不同点且足够远以视为处于无限远处。在这些光线行进通过光学表面L1到L6时，随着，它们移动更接近传感器表面1602，它们逐渐地群集在一起，如图9中所示。

图9中说明的透镜组合件1600的实施例不具有如图8A和8B中所示的结构136A和块136B，实际上仅展示镜表面1603。保持镜表面1603的支撑结构未图示，且用于如图8C中所示的可移动结构1503的支撑结构在图9中也未图示。在图9中，展示光线从物空间的相机的FOV中的5个不同物体高度进入L1，且行进通过光学透镜系统L1到L6，且在5个不同图像高度中在传感器图像平面表面处结束。

镜1603可用以朝向图像传感器表面(例如，图像传感器图像平面1602)反射光线。假定直接在图像传感器上方的透镜L6不存在，那么显然光线必须在水平透镜组合件中从L5的最后透镜表面到镜1603经过长距离(其中水平指代平行于图像传感器表面1602的平面的平面)，并且然后到达传感器1602的表面。因此，有时称为“场校正器”的透镜表面L6靠近图像平面放置以对光线做出最终校正，因此它们尽可能汇聚于传感器表面1602上的点。此透镜靠近图像平面放置，其中其功能的一部分是对光线做出调整因此它们跨越整个图像高度更好地聚焦。透镜L6由于其能够对通过系统的光的前进提供微小的校正而具有优点，这将实现图像传感器表面上的图像高分辨率图像的能力，而不具有例如L6的透镜表面的系统可能不能实现同一水平的MTF分辨率。

针对特定像素间距的实例光学性能的概述

图10A说明可从物空间中的点在例如阵列的图像传感器的图像传感器平面上成像的点扩展函数(PSF)图案。以下对PSF图案的论述涉及确定与L1到L6透镜组合件或满足与如本文中所描述的阵列相机一起使用的性能标准的另一透镜组合件一起使用的合适的像素间距。朝向近似1.1微米、1.0微米和亚微米像素大小的较小正方形像素间距传感器的趋势已经对透镜设计强加较紧密的容差要求，以便能够解析图像中的精细特征，例如两个邻近点或两个邻近精细行。如果透镜组合件不具有足够锐利的焦点，那么此些精细特征可能不可解析。这可以通过系统的脉冲响应的类似概念来理解，例如在时域中的线性电滤波器的响应。现在转向透镜系统，并非例如电滤波器那样在时域中具有脉冲响应，当在像空间中的图像平面表面上成像且聚焦时，透镜具有对物空间中的点物体的PSF响应。此PSF的宽度可用作用以确定针对特定透镜得到良好匹配的最小像素大小的度量。瑞利准则也可用作用以确定针对特定透镜得到良好匹配的像素的大小的度量。

L1到L6透镜组合件或代替L1到L6组合件使用的类似组合件的目的是满足本文针对小像素阐述的MTF和PSF分辨率要求，例如1微米或亚微米像素，同时还保持由一或多个相机组合件组成的阵列相机尽可能薄。

点扩展函数(PSF)是光学系统的分辨力的测量。点扩展函数越窄，分辨率将越好。如名称暗示，点扩展函数界定物空间中的点物体当在图像平面上成像且聚焦时的扩展。物空间中的点物体在聚焦图像平面上的扩展的程度可为例如L1到L6的透镜组合件的质量的测量。图10B到10E的绘图中的曲线是说明物空间中的两个点在它们在图像平面上聚焦时作为PSF响应中的扩展或模糊程度的可分辨量度之前可如何靠近的实例。在图10B的曲线图中：

Zo＝1.22*λ*(f/#)

f/#＝f数＝EFL/(通光孔径)

λ＝光波长＝550nm

图10B说明物空间中的一个点的PSF函数的横截面分布曲线1710，其中如曲线上所示的1的峰值是经正规化PSF的最大值。图10C说明未经解析的PSF的曲线图。在图10C中，举例来说，两个PSF曲线1712和1713独立地展示物空间中的两个邻近点的两个PSF曲线。它们足够靠近在一起，所述两个PSF曲线彼此覆盖。当这两个曲线1712和1713相加在一起时结果是曲线1711，其中曲线1711稍微较宽但难以表明物空间中存在两个点还是仅一个点。

图10D说明分隔足够远的两个PSF图案1722和1723的类似曲线图，当它们相加在一起时我们得到曲线1721，其中我们可很少解析两个邻近物体点。图10E是说明类似于图10C和10D的来自物空间中的两个邻近点的彼此覆盖的两个PSF图案1732和1733的实例。在此实例中当相加在一起时我们得到曲线1731，其通常视为可分辨的，指示物空间中存在两个邻近物体点。随后使用图像传感器以例如测量在图像传感器图像平面上成像且聚焦的光图案的等级。作为一实例，存在邻近垂直矩形方框1705，其展示为放在曲线1731中所示的两个峰上以及所述两个峰之间的最小值。为了测量这三个光等级，例如至少需要近似在这两个峰内或附近以及中间的三个像素。如果这些像素是单色的，那么可测量在这些像素上成像的光级。像素区域(例如，孔径)以及将光子转换为例如电信号等信号的时间周期例如可表示给定像素上的光级的测量。以此方式，例如，当在特定时间周期中平均化时，可以将图像传感器像素上的光级转换为电信号。所属领域的技术人员可实现图像传感器阵列的取样像素可对图像传感器的图像平面上聚焦的光图像图案进行空间滤波。举例来说，使一个单色像素上的曲线1731的峰中的一者的光等级平均化不会产生与光级的实际峰相当的电信号，而是其可为跨越像素的区域(例如，孔径)的光级以及像素俘获光子的时间周期的积分。而出于本文实例的目的，像素表面的区域视为像素的孔径。

如果例如选择采取测量而使得能够确定正在每一单色像素上成像的光谱的颜色，那么我们可能需要选择例如拜耳颜色图案等颜色图案，其中例如将随后针对每一单色像素添加四个像素，其中这四个像素中的每一者将具有四个光滤色器红、绿-红、蓝、绿-蓝(例如，R、Gr、B和Gb)滤色器图案中的一者，其通常是参考拜耳滤色器图案的滤色器的常用方式。所属领域的技术人员可能了解此图案以及如何将颜色像素R、Gr、B和Gb中的每一者的输出(例如，RGrBGb图案)转换为表示由单色像素表示的像素内这四个像素的颜色的值。在图10E中将看见其中Gr像素1752和R像素1753彼此邻近的水平图案。Gr和R作为一对而重复跨越图10E中所示的水平行。B和Gb像素未图示，因为它们恰在Gr和R像素后方的行上，其中后方意味着恰在图10E的平面后方的平面。所属领域的技术人员可认识到每一行和列中的像素数目现在增加了两个。

如果例如将在物空间中使用黑白目标作为测量透镜组合件以及成像器传感器阵列的分辨率的方式，那么所属领域的技术人员可认识到每一颜色像素将能够测量所述像素的孔径上成像的光，因为黑白目标投影足够宽的光谱以覆盖R、Gr、B和Gb滤色器的滤色器光谱。以此方式，可以将颜色像素中的每一者视为图像传感器图像平面上的黑白目标的图像的单独样本。

图10F说明物空间中清楚地可分辨的两个邻近点对象的实例。

透镜组合件的PSF性能可用以确定与透镜组合件一起使用的合适的像素间距。折叠光学器件阵列相机透镜组合件应当能够解析或清楚地解析对应传感器像素大小的像素。

在一个实施例中，不具有图像传感器的折叠光学器件单透镜组合件可在550纳米(nm)的波长处具有6.3的EFL、2.5的f数、32度的FOV、3.56mm的图像圆直径。此光学透镜组合件可如同适合于与L1到L6一起使用的单色正方形图像传感器像素间距的系统，或类似透镜组合件可在像素的每一水平和垂直侧面上为近似0.84μm(微米)，以及在每一侧上近似0.42μm的合适的拜耳图像传感器正方形像素大小间距。其它因数可使此透镜组合件系统的性能降低到不能够实现适合于0.84μm单色像素和或0.42拜耳滤色器图像传感器像素的理想MTF或PSF性能的情况。

图11说明折叠光学器件透镜组合件的衍射限制性能数据1791，其中例如L1到L6等透镜组合件的孔径具有圆形孔径且用以测量透镜组合件的MTF性能的图案是正弦图案。图11还展示从横坐标上的1.0到点0.9的MTF提取的近似行1792，其中曲线图的横坐标是依据V/Vo，其中V表示具有每mm V个循环的空间频率的正弦图案且Vo表示其中V具有近似零(0)MTF的“消失点”。具有如本文中所描述的透镜系统的阵列相机，其中物空间中的正弦图案在图像平面表面上成像，其中以每mm循环来描述图像平面上的正弦图案。举例来说，本文所描述的相机阵列透镜组合件，消失点Vo可如曲线1791所示为近似727cyc/mm，且线1792在横坐标上的拦截点为654cyc/mm，其是Vo的90％。

图12说明当沿着图像传感器阵列中的像素的行或列成像正弦光图案时图像传感器阵列的基于样本理论的理论经正规化MTF空间频率响应。所属领域的技术人员应当认识到，这是基于样本理论的像素样本的行或列的理论响应。图12中所示的经正规化的曲线的方程式为：

当Sf＝0时，MTF_检测器(Sf)＝1。

用于此滚降的方程式为：

MTF_检测器(Sf)＝abs(sin(Pi*PW*Sf))/(PixelPitch*Sf)

其中Sf是沿着正方形像素的图像传感器阵列上的行或列投影的正弦光图案的正规化空间频率，PW表示在水平或垂直方向上的正方形像素宽度，且PixelPitch表示图像传感器阵列的水平和垂直像素间距。对于典型相机图像传感器，像素宽度通常稍微小于像素间距，但对于本文呈现的实例，像素宽度视为与像素间距相同。所属领域的技术人员应认识到，通过知道传感器像素间距和术语“填充因数”的常见意义可以确定术语“像素宽度”，其中当图像传感器具有每一像素上的微透镜时使用填充因数。使用每一像素的微透镜来在像素的光敏感区上聚焦光。在某些情况下，填充因数可为由每一像素覆盖的区域的80％或更多，且在某些情况下，填充因数可视为接近于像素区域的100％。在本发明中的实例实施例中，可假定100％的填充因数，除非另外说明或上下文另外指示。

图13A到13E说明透镜和传感器组合的MTF性能准则。透镜组合件可为L1到L6组合或满足本文所描述的性能准则的任何其它透镜系统。图13A展示如列2001中所示使用1.4μm的像素间距的图像传感器、如列2002中所示使用1.1μm的像素间距的图像传感器以及如列2003中所示使用0.5μm的像素间距的图像传感器的奈奎斯特取样率的表。

图13B展示分别具有如曲线图3301、3302和3303中所示的1.4μm、1.1μm和0.5μm的水平和垂直图像传感器像素宽度的三个图像传感器阵列的理论取样MTF滚降。图13B中还展示近似针对图11的1792描述的L1到L6透镜组合件的衍射限制的线3304。图13C说明与透镜组合件L1到L6的衍射限制近似3304相比的1.4μm正方形像素图像传感器阵列的MTF滚降3301的放大视图。图13D说明与透镜组合件L1到L6的衍射限制近似3304相比的1.1μm正方形像素图像传感器阵列的MTF滚降3302的放大视图。图13E说明与透镜组合件L1到L6的衍射限制近似3304相比的0.5μm正方形像素图像传感器阵列的MTF滚降3303的放大视图。

每一图13C、13D和13E中的虚线4501、4502和4503表示与图13B中的曲线3301、3302和3303对应的衍射限制3304和MTF滚降的产物。实垂直线4701和4702分别表示像素间距1.4μm和1.1μm的奈奎斯特取样率。三角形4601和4602近似表示由混叠引起的混叠回折干扰。如图13C和13D所说明，可发生混叠。大体上，低于20％MTF的混叠干扰在不具有可辨别的混叠假象方面是可接受的。然而，无论其是否可辨别，奈奎斯特上方的细节都会回折且干扰奈奎斯特下方的频率。因此，当与如本文中所描述的透镜组合件L1到L6一起使用时，1.1μm的像素间距会产生可接受的结果。如图13C中所说明，1.4的像素间距当与如本文中所描述的透镜组合件L1到L6一起使用时可产生不合意的可见(且可辨)混叠结果。这是因为显著高于20％MTF的混叠可产生可见混叠假象。

如图10A到13E所展示，针对分辨率的瑞利准则提供关于如何确定与L1到L6或类似表现的透镜组合件一起使用的合适的像素大小的指南。然而，透镜畸变效应可从理想降低透镜MTF性能且进而增加PSF响应宽度。因此，由于透镜分辨率小于理想性能的分辨率的事实，可使用较宽像素大小来匹配透镜。如果透镜性能接近于将类似于理想透镜性能(假定无畸变和圆形孔径)的衍射限制，那么可使用较小像素，其条件是在制造中可靠地生产此些高质量透镜，例如在用于常见移动装置的大量制造中。

晶片光学器件本身能够产生比当前堆叠机筒设计更高的透镜对准准确性，具有更高产量。简单地由于取样理论，像素大小越宽，像素MTF分辨率可越低。较宽的像素可降低奈奎斯特取样率，这可导致更多图像混叠或者需要降低奈奎斯特周围的透镜图像MTF分辨率以便减少混叠效应。

总之，本文呈现可用以实施高性能自动聚焦大量生产透镜组合件的方法和系统，所述透镜组合件能够匹配近似1.4μm到亚微米像素的当前和未来图像传感器像素间距。举例来说，将L6加传感器棱镜附接到传感器或传感器覆盖玻璃可以聚焦所述透镜，且实现足够合适以积聚至少小到0.5um正方形的像素的近似衍射限制性能。使透镜元件随物体移动以改变焦距的较早解决方案不会提供实现如此处针对透镜组合件L1到L6所描述的阵列相机的性能所需的必要性能。因此，需要方法来解决用于折叠光学器件的大量生产的良好解决方案。提供的实施例展示了可完成此情形。本文所描述的系统和方法实施场校正器，需要传感器棱镜或镜的精密组合件，以及将提供如上文所描述的必要精度性能的自动聚焦致动/移动设计。

术语

本文中所揭示的实施方案提供用于多传感器折叠光学系统中的自动聚焦的系统、方法和设备。所属领域的技术人员将认识到，这些实施例可在硬件、软件、固件或其任何组合中实施。

在一些实施例中，可在无线通信装置中利用上文所论述的电路、过程和系统。无线通信装置可为用来与其它电子装置无线通信的一种电子装置。无线通信装置的实例包含蜂窝电话、智能电话、个人数字助理(PDA)、电子读取器、游戏系统、音乐播放器、上网本、无线调制解调器、膝上型计算机、平板计算机装置等。

无线通信装置可包含：一或多个图像传感器；两个或更多个图像信号处理器；一个存储器，其包含用于实施上文所论述的过程的指令或模块。装置也可具有数据、从存储器加载指令和/或数据的处理器、一或多个通信接口、一或多个输入装置、一或多个输出装置(例如，显示装置)和电源/接口。无线通信装置可另外包含发射器和接收器。发射器和接收器可共同被称作收发器。收发器可耦合到一或多个天线以用于发射和/或接收无线信号。

无线通信装置可以无线方式连接到另一电子装置(例如，基站)。无线通信装置可替代地被称作移动装置、移动台、订户台、使用者设备(UE)、接入终端、移动终端、终端、用户终端、订户单元等。无线通信装置的实例包含膝上型计算机或桌上型计算机、蜂窝电话、智能电话、无线调制解调器、电子读取器、平板计算机装置、游戏系统等。无线通信装置可根据一或多个业界标准(例如，第三代合作伙伴计划(3GPP))来操作。因此，通用术语“无线通信装置”可包含根据业界标准以变化的命名法来描述的无线通信装置(例如，接入终端、用户设备(UE)、远程终端等)。

可将本文中所描述的功能作为一或多个指令存储在处理器可读或计算机可读媒体上。术语“计算机可读媒体”是指可由计算机或处理器存取的任何可用媒体。借助于实例而非限制，此类媒体可包括RAM、ROM、EEPROM、快闪存储器、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置或可用来存储呈指令或数据结构的形式的所要程序代码并且可由计算机存取的任何其它媒体。如本文中所使用，磁盘及光盘包含压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软性磁盘及光盘，其中磁盘通常以磁性方式再生数据，而光盘利用激光以光学方式再生数据。应注意计算机可读媒体可为有形的及非暂时性的。术语“计算机程序产品”是指计算装置或处理器，其与可由计算装置或处理器执行、处理或计算的代码或指令(例如，“程序”)结合。如本文所使用，术语“代码”可指可由计算装置或处理器执行的软件、指令、代码或数据。

本文中所公开的方法包括用于实现所描述的方法的一或多个步骤或动作。在不脱离权利要求书的范围的情况下，方法步骤及/或动作可彼此互换。换句话说，除非正描述的方法的适当操作需要步骤或动作的特定次序，否则，在不脱离权利要求书的范围的情况下，可修改特定步骤及/或动作的次序及/或使用。

应注意，如本文中所使用，术语“耦合”、“正耦合”、“经耦合”或词语耦合的其它变化可指示间接连接或者直接连接。举例来说，如果第一组件“耦合”到第二组件，那么第一组件可间接连接到第二组件或者直接连接到第二组件。如本文所使用，术语“多个”指示两个或更多个。举例来说，多个组件指示两个或更多个组件。

术语“确定”涵盖许多种类的动作，且因此“确定”可包含计算、估计、处理、导出、调查、查找(例如，在表格、数据库或另一数据结构中查找)、查实等。而且，“确定”可包含接收(例如，接收信息)、存取(例如，在存储器中存取数据)及类似者。并且，“确定”可包含解析、选择、挑选、建立及类似者。

除非以其他方式明确地指定，否则短语“基于”并不意味着“仅基于”。换句话说，短语“基于”描述“仅基于”和“基于至少”两者。

在以下描述中，给出特定细节以提供对实例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述实例。举例来说，可以在框图中展示电组件/装置，以免用不必要的细节混淆所述实例。在其它情况下，可详细展示此类组件、其它结构及技术以进一步阐释所述实例。

这里包括一些标题，是为了参考和辅助定位各个部分。这些标题并不希望限制关于其描述的概念的范围。此些概念可能在整个说明书中都适用。

还应注意，可能将所述实例描述成过程，这个过程被描绘成程序图、流程图、有限状态图、结构图或框图。虽然流程图可以将操作描述成顺序过程，但是许多操作可以并行或同时执行，并且所述过程可以重复。另外，可以重新布置操作的次序。过程在其操作完成时终止。过程可以对应于方法、功能、程序、子例程、子程序等。当过程对应于软件函数时，其终止对应于所述函数返回到调用函数或主函数。

提供对所揭示实施方案的先前描述以使得所属领域的技术人员能够制作或使用本发明的实施例。所属领域的技术人员将易于了解对这些实施方案的各种修改，且本文中界定的一般原理可在不脱离本发明的实施例的精神或范围的情况下应用于其它实施方案。因此，实施例并不希望限于本文中所展示的实施方案，而是应被赋予与本文中所揭示的原理和新颖特征相一致的最广范围。

Claims (30)

1.一种成像系统，其包括：

至少一个相机，其经配置以俘获目标图像场景，所述至少一个相机包括

图像传感器，其包括传感器元件阵列；

主要光折叠表面，其经配置以在第一方向上引导所接收光的一部分；

光学元件，其具有辅助光折叠表面，所述辅助光折叠表面经定位以在第二方向上重定向从所述主要光折叠表面接收的光；以及

透镜组合件，其包括

至少一个静止透镜，其定位于所述辅助光折叠表面与所述图像传感器之间，所述至少一个静止透镜具有机械耦合到所述光学元件的第一表面以及机械耦合到所述图像传感器的第二表面，以及

至少一个可移动透镜，其定位于所述主要光折叠表面与所述光学元件之间；以及

致动器，其经配置以移动所述至少一个可移动透镜以将传播通过所述透镜组合件的光聚焦到所述图像传感器上。

2.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述传感器元件阵列具有传感器元件间距，其中所述图像传感器具有至少部分地基于所述传感器元件间距而确定的奈奎斯特取样率，且其中所述光学系统经配置以在所述图像传感器奈奎斯特取样率下具有约30％或更小的MTF性能。

3.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述光学元件进一步包括输出表面，由所述辅助光折叠表面在所述第二方向上重定向的光通过所述输出表面朝向所述图像传感器传播，且其中所述至少一个静止透镜连接到所述输出表面。

4.根据权利要求1所述的成像系统，其进一步包括安置于所述图像传感器与所述至少一个静止透镜之间的覆盖玻璃。

5.根据权利要求4所述的成像系统，其中所述覆盖玻璃包括耦合到所述至少一个静止透镜的第一覆盖玻璃表面。

6.根据权利要求5所述的成像系统，其中所述覆盖玻璃包括耦合到所述图像传感器的第二覆盖玻璃表面。

7.根据权利要求4所述的成像系统，其中所述光学元件、所述至少一个静止透镜、所述覆盖玻璃以及所述图像传感器呈堆叠方式机械耦合在一起而相对于彼此静止。

8.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述传感器元件间距为约1.4μm或更小。

9.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述至少一个相机进一步包括耦合于所述致动器与所述透镜组合件的所述至少一个可移动透镜之间的至少一个导轨，所述至少一个导轨经定位以可滑动地接合所述相机内的表面以约束所述至少一个可移动透镜远离光轴或围绕所述光轴旋转的运动，所述光轴大体上平行于所述第一方向。

10.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述至少一个相机包括经配置以俘获所述目标图像场景的对应多个部分的多个相机，且所述成像系统进一步包括经配置以至少部分地基于所述对应多个部分产生所述目标图像场景的最终图像的处理器。

11.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述传感器元件间距为近似1.4μm或更小。

12.根据权利要求1所述的成像系统，其中f数为2.5或更小。

13.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述至少一个静止透镜包括：

平凹透镜，其具有平行于所述图像传感器且接近于所述光学元件安置的大体上平坦表面，以及

凹表面，其与所述大体上平坦表面相对安置且接近于所述图像传感器安置。

14.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个静止透镜包括至少一个透镜，每所述至少一个透镜具有至少一个弯曲表面，所述至少一个透镜安置于所述光学元件与所述图像传感器之间。

15.根据权利要求1所述的成像系统，其中辅助光折叠表面包括镜表面。

16.一种成像系统，其包括：

至少一个相机，其经配置以俘获目标图像场景，所述至少一个相机包括

图像传感器，其包括传感器元件阵列；

主要光折叠表面，其经配置以在第一方向上引导所接收光的一部分；

用于重定向光的装置，其经配置以将在第二方向上从所述主要光折叠表面接收的光重定向到所述图像传感器；

透镜组合件，其包括

至少一个静止透镜，其定位于所述辅助光折叠表面与所述图像传感器之间，所述至少一个静止透镜具有机械耦合到所述用于重定向光的装置的第一表面以及机械耦合到所述图像传感器的第二表面，以及

至少一个可移动透镜，其定位于所述主要光折叠表面与所述光学元件之间；以及

用于移动所述至少一个可移动透镜以将传播通过所述透镜组合件的光聚焦到所述图像传感器上的装置。

17.根据权利要求16所述的成像系统，其中所述用于重定向光的装置包括输出表面，用于重定向光的装置在所述第二方向上重定向的光通过所述输出表面朝向所述图像传感器传播，且其中所述至少一个静止透镜连接到所述输出表面。

18.根据权利要求16所述的成像系统，其进一步包括安置于所述图像传感器与所述至少一个静止透镜之间的用于保护所述图像传感器的装置。

19.根据权利要求18所述的成像系统，其中所述用于保护所述图像传感器的装置包括覆盖玻璃。

20.根据权利要求19所述的成像系统，其中所述覆盖玻璃包括耦合到所述至少一个静止透镜的第一覆盖玻璃表面。

21.根据权利要求20所述的成像系统，其中所述覆盖玻璃包括耦合到所述图像传感器的第二覆盖玻璃表面。

22.根据权利要求19所述的成像系统，其中所述用于重定向光的装置、所述至少一个静止透镜、所述覆盖玻璃以及图像传感器机械耦合在一起而相对于彼此静止。

23.根据权利要求16所述的成像系统，其中所述至少一个静止透镜包括：

平凹透镜，其具有平行于所述图像传感器且接近于所述光学元件安置的大体上平坦表面，以及

凹表面，其与所述大体上平坦表面相对安置且接近于所述图像传感器安置。

24.根据权利要求16所述的成像系统，其中所述用于重定向光的装置包括棱镜。

25.根据权利要求16所述的成像系统，其中所述用于重定向光的装置包括镜。

26.根据权利要求16所述的成像系统，其中所述至少一个相机进一步包括至少一个耦合于所述致动器与所述至少一个可移动透镜之间的用于使所述至少一个可移动透镜稳定的装置，所述至少一个用于稳定的装置经定位以可滑动地接合所述相机内的表面以约束所述至少一个可移动透镜远离光轴或围绕所述光轴旋转的运动，所述光轴大体上平行于所述第一方向。

27.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述至少一个相机包括经配置以俘获所述目标图像场景的对应多个部分的多个相机，且所述成像系统进一步包括经配置以至少部分地基于所述对应多个部分产生所述目标图像场景的最终图像的处理器。

28.一种方法，其包括：

提供至少一个相机，其经配置以俘获目标图像场景，所述至少一个相机包括

图像传感器，其包括传感器元件阵列，

主要光折叠表面，其经配置以在第一方向上引导所接收光的一部分，

光学元件，其具有辅助光折叠表面，所述辅助光折叠表面经定位以在第二方向上重定向从所述主要光折叠表面接收的光，以及

透镜组合件，其包括

至少一个静止透镜，其定位于所述辅助光折叠表面与所述图像传感器之间，所述至少一个静止透镜具有机械耦合到所述光学元件的第一表面以及机械耦合到所述图像传感器的第二表面，以及

至少一个可移动透镜，其定位于所述主要光折叠表面与所述光学元件之间，以及

致动器，其经配置以移动所述至少一个可移动透镜以将传播通过所述透镜组合件的光聚焦到所述图像传感器上；以及

通过在维持所述光学元件、所述至少一个静止透镜和所述图像传感器的相对定位的同时移动所述至少一个可移动透镜使所述至少一个相机聚焦于所述目标图像场景上。

29.根据权利要求28所述的方法，其中所述至少一个相机包括多个相机，且所述方法进一步包括从所述多个相机接收图像且形成包括从所述多个相机接收的所述图像的至少一部分的图像。

30.一种成像系统，其包括：

至少一个相机，其经配置以俘获目标图像场景，所述至少一个相机包括

图像传感器，其包括传感器元件阵列，其中所述传感器元件阵列具有传感器元件间距，其中所述图像传感器具有至少部分地基于所述传感器元件间距确定的奈奎斯特取样率；

光学元件，其具有辅助光折叠表面，所述辅助光折叠表面经定位以在第二方向上重定向在所述辅助光折叠表面上接收的光；以及

透镜组合件，其包括

至少一个静止透镜，其定位于所述辅助光折叠表面与所述图像传感器之间，所述至少一个静止透镜具有机械耦合到所述光学元件的第一表面以及机械耦合到所述图像传感器的第二表面，以及

至少一个可移动透镜，其经定位以使得由所述辅助折叠表面接收的光传播通过所述至少一个可移动透镜；以及

致动器，其经配置以移动所述至少一个可移动透镜以将传播通过所述透镜组合件的光聚焦到所述图像传感器上。