CN106464787B

CN106464787B - 用于折叠式光学阵列相机的自动聚焦

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Publication number: CN106464787B
Application number: CN201580030349.2A
Authority: CN
Inventors: T·G·格奥尔基耶夫
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2019-11-19
Anticipated expiration: 2035-06-18
Also published as: CN106464787A; CA2952449A1; EP3158723B1; BR112016029727A2; WO2015195901A1; US20150373252A1; KR20170020803A; BR112016029727A8; US9549107B2; CA2952449C; EP3158723A1; JP2017520025A; KR102113379B1; JP6837841B2

Abstract

各方面涉及用于具有例如大致4mm的低轮廓高度的阵列相机的自动聚焦系统及技术。音圈电机VCM可接近所述阵列相机中的折叠式光学组合件而定位，以启用第二光引导表面的垂直运动从而改变相应传感器的聚焦位置。驱动部件可定位在所述VCM的线圈内以提供垂直移动，且所述驱动部件可例如通过操纵杆耦合到所述第二光引导表面。因此，所述VCM驱动部件的所述移动可跨越一定距离转移到所述第二光引导表面，从而提供自动聚焦能力而不会增加所述阵列相机的总高度。

Description

用于折叠式光学阵列相机的自动聚焦

技术领域

本发明涉及包含多相机阵列的成像系统及方法。确切地说，本发明涉及启用低轮廓成像系统及移动装置同时维持或改进图像质量的系统及方法。

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捕捉静态及/或视频图像的相机。因为移动装置通常设计为相对较小，所以可为重要的是将相机或成像系统设计成尽可能薄以便维持低轮廓移动装置。折叠式光学图像传感器阵列(“阵列相机”)允许创建低轮廓图像捕捉装置，而不缩短焦距或减小图像在传感器阵列的视场内的分辨率。通过使用主表面及辅助表面朝向阵列中的每一传感器再引导光，及通过定位用以将入射光聚焦于主表面与辅助表面之间的透镜组合件，传感器阵列可定位于垂直于透镜组合件的平坦衬底上。较长的焦距使得有可能实施例如光学变焦等特征，且结合需要比通常由传统移动相机提供的空间更多的空间的更复杂光学器件，例如添加更多光学元件。

一些阵列相机采用具有多个小面的中央镜或棱镜，以将包括目标图像的入射光分割成多个部分来供阵列中的传感器捕捉，其中每一小面将光的一部分从目标图像朝向阵列中的传感器引导。经分割光的每一部分可穿过透镜组合件，并从位于传感器正上方或正下方的表面反射回来，使得每一传感器捕捉图像的一部分。传感器视场可重叠以辅助将所捕捉部分一起拼接为完整图像。

发明内容

本文中描述的自动聚焦系统及技术允许低轮廓的折叠式光学阵列相机中的多个相机的自动聚焦。折叠式光学阵列相机的自动聚焦存在挑战，尤其是当阵列相机的高度限制为例如约4到5mm时。归因于光从多个表面朝向多个传感器的反射以及对相机高度的限制，传统自动聚焦模块及技术不适于此类折叠式光学低轮廓传感器阵列。例如，使自动聚焦透镜组合件在每一传感器上向上及向下移动将增加系统的高度以及改变传感器光轴的相对定位。归因于阵列相机高度的限制，即使最小的音圈电机(VCM)也具有用于在中央镜或棱镜与传感器之间来回驱动透镜组合件的太大的侧面长度(大致7.5mm)。替代的压电步进电机昂贵且嘈杂，并且操作缓慢且可靠性小。

上述问题及其它问题在如本文所描述的折叠式光学阵列相机自动聚焦系统及技术的某些实施例中得到解决。结合自动聚焦系统及技术使用的阵列相机实施例可以采用例如具有多个表面或小面的中央镜或棱镜，以将包括目标图像的入射光分割成多个部分来供阵列中的传感器捕捉，所述表面或小面在本文中称为“第一光引导表面”。经分割光的每一部分可穿过透镜组合件，并通过额外镜面反射，或通过位于传感器正上方或正下方的额外棱镜折射，使得每一传感器捕捉图像的一部分。另外反射或折射表面在本文中称为“第二光引导表面”。第一及第二光引导表面、透镜及传感器的组合在本文中统称为“折叠式光学组合件”。

本文中描述的自动聚焦系统及方法的实例及实施例可以使用VCM来启用第二光引导表面的垂直运动从而改变相应传感器的聚焦位置。例如，VCM可接近折叠式光学组合件而内定位。驱动部件可定位在VCM的线圈内以提供垂直移动，且驱动部件可例如通过操纵杆或另一机械结构部件(在一些实施例中，其可包含耦合在一起的若干结构，所述若干结构在本文中可以全部称为“操纵杆”)耦合到第二光引导表面。在一些实施例中，第二光引导表面可固定到操纵杆的第一端，且平衡器可固定到操纵杆的第二端，而且驱动部件可固定到操纵杆的中间部分。因此，VCM驱动部件的移动可跨越一定距离转移到第二光引导表面，从而提供自动聚焦能力，并且此类自动聚焦机制不需要增加阵列相机的总高度。VCM非常敏捷，但是需要极其低摩擦的机制，这可通过操纵杆机制得以实现。

多传感器成像系统的每一传感器与所述成像系统的其它组件总体经配置以捕捉目标图像场景的焦点内部分。在一些情况下，阵列中的每一传感器可以捕捉图像的一部分，所述部分与通过阵列中的相邻传感器捕捉的部分略微重叠。这些部分可例如通过线性混合或其它图像拼接技术组装成目标图像。

一个创新包含一种用于折叠式光学阵列相机的自动聚焦模块，其包含：图像传感器，所述图像传感器安装到界定第一平面的衬底；第一光引导表面；第二光引导表面，所述第一光引导表面经定位以将表示目标图像场景的一部分的光朝向第二光引导表面引导，并且所述第二光引导表面经定位以将所述光朝向所述图像传感器引导；致动器，所述致动器安装到所述衬底，并且包含经定位用于在与所述衬底的所述平面正交的方向上移动的驱动部件；以及操纵杆，所述操纵杆与所述驱动部件及第二光引导表面接触，使得所述驱动部件的所述移动被转移到所述第二光引导表面。

所述自动聚焦模块的实施例可包含例如以下方面中的一或多者。在一些实施例中，所述致动器包含音圈电机。在一些实施例中，所述驱动部件旋拧在所述音圈电机的线圈内。在与所述基本上水平平面正交的所述方向上的所述移动可在大致120微米到大致150微米的范围内。所述自动聚焦模块可进一步包含定位在所述第一光引导表面与所述第二光引导表面之间的透镜组合件。在一些实施例中，所述透镜组合件的直径可大致为4 mm。所述自动聚焦模块可进一步包含耦合到所述操纵杆的第一端的平衡器，其中所述驱动部件耦合到所述操纵杆的中间部分，并且所述第二光引导表面耦合到所述操纵杆的第二端。可选择所述平衡器的重量以至少部分地平衡所述第二光引导表面的重量。在一些实施例中，所述第二光引导表面包括反射镜及棱镜中的一者。所述自动聚焦模块可进一步包含使用铰链耦合到所述操纵杆的第一端的支杆。所述驱动部件可耦合到所述操纵杆的中间部分，并且所述第二光引导表面耦合到所述操纵杆的第二端。在一些实施例中，所述支杆耦合到形成所述第一光引导表面的结构，并且所述第二光引导耦合到所述操纵杆的中间部分且所述驱动部件耦合到所述操纵杆的第二端。在一些实施例中，所述操纵杆的第一端耦合到形成所述第一光引导表面的结构，并且其中所述第二光引导耦合到所述操纵杆的中间部分且所述驱动部件耦合到所述操纵杆的第二端。

另一创新是一种用于自动对焦折叠式光学阵列相机的系统，所述折叠式光学阵列相机包含多个光学组合件，所述多个光学组合件围绕提供相应多个光折叠表面的结构定位，对于所述多个光学组合件中的每一者，所述系统包括：图像传感器，所述图像传感器安装到界定第一平面的衬底；第二光引导表面，所述多个光折叠表面的相应光折叠表面经定位以将表示目标图像场景的一部分的光朝向第二光引导表面引导，并且所述第二光引导表面经定位以将所述光朝向所述图像传感器引导；致动器，所述致动器安装到所述衬底，并且包含经定位用于在与所述衬底的所述平面正交的方向上移动的驱动部件；以及操纵杆，所述操纵杆与所述驱动部件及第二光引导表面接触，使得所述驱动部件的所述移动被转移到所述第二光引导表面。所述系统可进一步包含控制器，所述控制器包含用于保持所述多个光学组合件中的每一者在大致相同的距离处聚焦的可编程计算机指令，所述控制器与所述多个光学组合件中的每一者的所述致动器电子通信。在一些实施例中，用于所述多个光学组合件中的一个光学组合件的致动器耦合到所述光学组合件及所述多个光学组合件的至少一个相邻光学组合件。在一些实施例中，所述多个光学组合件包括三个光学组合件，并且其中所述操纵杆包括含有第一操纵杆及第二操纵杆的T 形部件，所述第一操纵杆耦合到所述驱动部件及所述第二操纵杆，所述第二操纵杆在第一端处耦合到所述光学组合件且在第二端处耦合到所述相邻光学组合件。在一些实施例中，所述第一操纵杆在第一端处耦合到平衡器，在中间部分处耦合到所述驱动部件，并且在第二端处耦合到所述第二操纵杆的中间部分。在一些实施例中，所述多个光学组合件包括四个光学组合件，并且所述操纵杆在中间部分处耦合到所述驱动部件，在第一端处耦合到所述光学组合件，且在第二端处耦合到所述相邻光学组合件。

另一创新包含一种用于使用折叠式光学阵列相机捕捉目标图像场景的图像的方法，所述折叠式光学阵列相机包括多个折叠式光学组合件，所述多个折叠式光学组合件安装到界定第一平面的衬底并围绕提供相应多个光折叠表面的结构定位。对于所述多个折叠式光学组合件中的每一者，所述方法包含：使致动器的驱动部件在与所述衬底的所述平面正交的方向上移动；将所述驱动部件的所述移动转移到第二光引导表面，由此改变表示所述目标图像场景的一部分的光的焦距，所述多个光折叠表面的所述相应光折叠表面经定位以将所述光朝向所述第二光引导表面引导，并且所述第二光引导表面经定位以将所述光朝向图像传感器引导；以及使用所述图像传感器捕捉表示所述光的所述部分的图像。在一些实施例中，通过与所述驱动部件及第二光引导表面接触的操纵杆完成所述移动。所述方法可进一步包含针对所述多个折叠式光学组合件中的每一者控制所述驱动部件的所述移动。在一些实施例中，所述方法进一步包含保持所述多个折叠式光学组合件中的每一者在大致相同的距离处聚焦。所述方法可进一步包含确定所述多个折叠式光学组合件的所选驱动组合件的移动量，并且使用所述所选驱动组合件的所述移动量来确定所述多个折叠式光学组合件中的其它折叠式光学组合件中的每一者的移动。在一些实施例中，确定所述多个折叠式光学组合件中的其它折叠式光学组合件中的每一者的移动是至少部分地基于所述所选驱动组合件的所述移动量及至少部分地基于界定所述多个折叠式光学组合件之间的关系的一或多个系数。在一些实施例中，所述方法进一步包含对表示来自所述多个折叠式光学组合件中的每一者的所述光的所述部分的所述图像执行拼接操作，从而形成所述目标图像场景的所述图像。

另一创新是一种存储指令的非暂时性计算机可读媒体，所述指令当被执行时致使一或多个处理器执行以下操作，包含：对于折叠式光学相机的多个折叠式光学组合件中的每一者，所述多个折叠式光学组合件安装到界定第一平面的衬底并围绕提供相应多个光折叠表面的结构定位：至少部分地基于所需焦距计算致动器的驱动部件在与所述衬底的所述平面正交的方向上的移位，计算出的所述驱动部件的所述移位致使经定位以将表示目标图像场景的一部分的光朝向图像传感器引导的光引导表面移位相应量；产生指令以致使所述驱动部件的所述移位；以及将所述指令提供到耦合到所述驱动部件的致动器。在所述非暂时性计算机可读媒体的一些实施例中，所述操作进一步包含确定所述多个折叠式光学组合件的所选驱动组合件的所述驱动部件的第一移位量。在一些实施例中，所述操作进一步包含至少部分地基于所述第一移位量及至少部分地基于界定所述多个折叠式光学组合件之间的关系的一或多个系数来确定所述多个折叠式光学组合件中的每一其它组合件的所述驱动部件的经调节移位量。在所述非暂时性计算机可读媒体的一些实施例中，所述操作进一步包含保持所述多个折叠式光学组合件中的每一者在大致相同的距离处聚焦。

一种用于折叠式光学阵列相机的自动聚焦模块，其包含：界定第一平面的图像传感器，所述图像传感器经配置以接收表示目标图像场景的至少一部分的光；经配置以使所述光聚焦的透镜组合件，所述透镜组合件具有光轴；光引导表面，其经定位以将从所述透镜组合件接收到的所述光引导到所述图像传感器上；致动器，其包括驱动部件，所述驱动部件经定位用于在垂直于所述透镜组合件的所述光轴的方向上移动；以及用于将所述驱动部件在垂直于所述光轴的方向上的所述移动转移到所述第二光引导表面以改变所述光的光程长度的装置。所述透镜组合件可经定位使得所述光轴基本上平行于所述第一平面延伸。

在一些实施例中，所述用于转移所述驱动部件的所述移动的装置包含与所述驱动部件及第二光引导表面接触的操纵杆。在一些实施例中，所述用于转移所述驱动部件的所述移动的装置进一步包含耦合到所述操纵杆的第一端的平衡器、耦合到所述驱动部件的所述操纵杆的中间部分，以及耦合到所述第二光引导表面的所述操纵杆的第二端。所述用于转移所述驱动部件的所述移动的装置进一步包含耦合到所述操纵杆的第一端的支杆、耦合到所述驱动部件的所述操纵杆的中间部分，以及耦合到所述第二光引导表面的所述操纵杆的第二端。在一些实施例中，所述自动聚焦模块进一步包含具有额外光引导表面的结构，所述额外光引导表面经定位使得所述透镜组合件在所述额外光引导表面与所述光引导表面之间。在一些实施例中，所述用于转移所述驱动部件的所述移动的装置进一步包含耦合到所述驱动部件的所述操纵杆的第一端、耦合到所述光引导表面的所述操纵杆的中间部分，以及耦合到包括所述额外光引导表面的所述结构的所述操纵杆的第二端。在一些实施例中，所述操纵杆的所述第二端经由支杆及铰链中的一或两者耦合到具有所述额外光引导表面的所述结构。在一些实施例中，所述致动器包括音圈电机。一些实施例进一步包含多个相机的第一相机，所述第一相机包括所述自动聚焦模块，所述自动聚焦模块具有所述图像传感器、所述透镜组合件、所述光引导表面、所述致动器，以及所述用于转移所述驱动部件的所述移动的装置。在一些实施例中，所述多个相机中的每一其它的相机包含与所述第一相机类似的自动聚焦模块。在一些实施例中，所述多个相机围绕具有多个小面的中央角锥布置，所述多个小面中的每一者经定位以将表示所述目标图像场景的光的一部分朝向所述多个相机中的相关联的一个引导。

附图说明

将在下文中结合附图及附录来描述所揭示方面，提供附图及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说明折叠式光学传感器组合件的实施例的横截面侧视图。

图1B说明折叠式光学传感器组合件的另一实施例的横截面侧视图。

图2说明图像捕捉装置的一个实施例的框图。

图3说明用于阵列相机的折叠式光学组合件的一个实施例与音圈电机的等比例比较。

图4A说明具有包含镜面的辅助光折叠表面的折叠式光学组合件自动聚焦系统的实施例。

图4B说明具有包含棱镜的辅助光折叠表面的折叠式光学组合件自动聚焦系统的实施例。

图4C说明具有表征为第三类操纵杆的操纵杆的折叠式光学组合件自动聚焦系统的实施例。

图4D说明具有表征为第二类操纵杆的操纵杆的折叠式光学组合件自动聚焦系统的实施例。

图5A到5C说明折叠式光学阵列相机自动聚焦系统的各种实施例。

图6说明折叠式光学图像捕捉过程的实施例。

具体实施方式

I.引言

本文中所揭示的实施方案提供用于具有折叠式光学器件的阵列相机中的自动聚焦的系统、方法及设备。如上文所描述，音圈电机(VCM)可接近阵列相机中的折叠式光学组合件而定位，以启用第二光引导表面的垂直运动从而改变相应传感器的聚焦位置。驱动部件可定位在VCM的线圈内以提供垂直移动，且驱动部件可例如通过操纵杆耦合到第二光引导表面。在一些实施例中，第二光引导表面可固定到操纵杆的第一端，且平衡器可固定到操纵杆的第二端，而且驱动部件可固定到操纵杆的中间部分。因此，VCM 驱动部件的移动可跨越一定距离转移到第二光引导表面，从而提供自动聚焦能力，并且此类自动聚焦机制不需要增加阵列相机的总高度。

在一些实例中，可提供单独的VCM以个别地控制针对阵列相机中的每一折叠式光学组合件的自动聚焦。在其它实例中，为阵列相机提供的多个VCM的操纵杆可例如通过稳固的或枢转的机械连杆机构连接，使得两个或更多个VCM的驱动部件的运动控制对于每一折叠式光学组合件的自动聚焦。在进一步实例中，至少一个VCM可耦合到阵列中的每一折叠式光学组合件的第二光引导表面，使得至少一个VCM的驱动部件的运动控制对于所有折叠式光学组合件的自动聚焦。在又其它实例中，多个VCM可各自耦合到折叠式光学组合件的一部分的第二光引导表面，使得每一VCM的驱动部件的运动控制对于折叠式光学组合件的相应部分的自动聚焦。

在以下描述中，给出具体细节以提供对实例的透彻理解。然而，可在没有这些具体细节的情况下实践实例。

II.折叠式光学阵列相机的概述

现参考图1A及1B，现将更详细地描述适合与本文中所描述的自动聚焦系统及技术一起使用的折叠式光学多传感器组合件100A、100B的实例。图1A说明折叠式光学器件阵列100A的实例的横截面侧视图，其包含均可安装到衬底150的图像传感器105、 125，反射性辅助光折叠表面110、135，透镜组合件115、130以及中央反射表面120。图1B说明折叠式光学传感器阵列的实施例的横截面侧视图，其包含用于主要光折叠表面122、124的中央棱镜141、146，以及形成辅助光折叠表面135、110的额外棱镜。

参考图1A，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)，或接收光并响应于接收到的图像而产生图像数据的任何其它图像感测装置。每一传感器105、125可包含布置成阵列的多个传感器(或传感器元件)。图像传感器105、125可能够获得静态相片的图像数据，且还可提供关于所捕捉的视频流中的运动的信息。传感器105及125可为个别传感器阵列，或各自可表示传感器阵列的阵列，例如传感器阵列的3×1阵列。然而，如所属领域的技术人员将理解，所揭示的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1A中所示。在一些实施例中，所有传感器可通过安装到平坦衬底150而处于一个平面上。衬底150可为任何合适的基本上平坦的材料。中央反射表面120及透镜组合件115、130也可安装在衬底150上。可能有多种配置用于安装一或多个传感器阵列、多个透镜组合件以及多个主要及辅助反射或折射表面。

在一些实施例中，中央反射表面120可用于将来自目标图像场景的光朝向传感器105、125再引导。中央反射表面120可为一或多个镜面，且按需要可为平坦的或经定形以将入射光恰当地再引导到图像传感器105、125。例如，在一些实施例中，中央反射表面120可为经设定大小及形状以经由透镜组合件115、130将入射光光线反射到传感器 105、125的镜面。中央反射表面120可将包括目标图像的光分割成多个部分且将每一部分引导在不同传感器处。例如，中央反射表面120(也被称作主要光折叠表面，因为其它实施例可实施棱镜而不是反射表面)的第一侧面122可朝向左侧传感器105发送对应于第一视场140的光的一部分，而第二侧面124朝向右侧传感器125发送对应于第二视场145 的光的第二部分。应了解，图像传感器的视场140、145共同地覆盖至少目标图像。

在接收传感器各自为多个传感器的阵列的一些实施例中，中央反射表面可由相对于彼此成角的多个反射表面组成，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。阵列中的每一传感器可具有基本上不同的视场，且在一些实施例中，所述视场可重叠。当设计透镜系统时，中央反射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。此外，尽管将中央表面论述为反射表面，但在其它实施例中，中央表面可为折射性的。例如，中央表面可为配置有多个小面的棱镜，其中每一小面将包括场景的光的一部分朝向传感器中的一者引导。

在反射离开中央反射表面120之后，入射光的至少一部分可经由透镜组合件115、130中的每一者传播。可在中央反射表面120与传感器105、125及反射表面110、135 之间设置一或多个透镜组合件115、130。透镜组合件115、130可用于聚焦朝向每一传感器引导的目标图像的部分。

在一些实施例中，每一透镜组合件可包括一或多个透镜，以及用于使所述透镜在壳体中多个不同透镜位置当中移动的致动器。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)。透镜组合件可进一步包括用于控制致动器的透镜驱动器。

在一些实施例中，可通过改变每一相机的透镜115、130与相应传感器105、125之间的焦距来实施传统的自动聚焦技术。在一些实施例中，这可通过移动镜筒来完成。其它实施例可通过上下移动来移动中央镜或通过调节所述镜面相对于透镜组合件的角度来调节焦点。某些实施例可通过在每一传感器上方移动侧镜面来调节焦点。此类实施例可允许组合件个别地调节每一传感器的焦点。此外，对于一些实施例，有可能(例如)通过将透镜(如液镜)放置在整个组合件上方来一次改变整个组合件的焦点。在某些实施方案中，可使用计算摄影来改变相机阵列的焦点。

可在中央镜120周围提供与所述传感器相对的多个侧反射表面，例如反射表面110及135。在穿过透镜组合件之后，侧反射表面110、135(也被称作辅助光折叠表面，因为其它实施例可实施棱镜，例如折射棱镜，而不是反射表面)可将光(向下，如图1A的取向中所描绘)反射到传感器105、125上。如所描绘，传感器105可位于反射表面110之下且传感器125可位于反射表面135之下。然而，在其它实施例中，传感器可在侧反射表面上方，且侧反射表面可经配置以向上反射光(见例如图1B)。侧反射性表面及传感器的其它合适的配置是可能的，其中朝向传感器再引导来自每一透镜组合件的光。某些实施例可能够实现侧反射表面110、135的移动来改变相关联的传感器的焦点或视场。

每一传感器的视场140、145可利用中央镜120与所述传感器相关联的表面而转向到物空间中。可采用机械法来倾斜镜面及/或移动阵列中的棱镜，使得每一相机的视场可转向到物场上的不同位置。这可(例如)用来实施高动态范围相机，以增加相机系统的分辨率，或实施全光相机系统。每一传感器(或每一3×1阵列)的视场可投射到物空间中，且每一传感器可根据所述传感器的视场捕捉包括目标场景的一部分的局部图像。如图1A 中所说明，在一些实施例中，相对传感器阵列105、125的视场140、145可重叠一定的量150。为了减小重叠150且形成单个图像，可使用如下文所描述的拼接程序来根据两个相对传感器阵列105、125组合所述图像。拼接程序的某些实施例可在将局部图像拼接在一起时采用重叠150来识别共同特征。在将重叠图像拼接在一起之后，可将经拼接图像裁减到所要的高宽比，例如4:3或1:1，以形成最终图像。在一些实施例中，与每一 FOV相关的光学元件的对准经布置以最小化重叠150，使得多个图像形成为单个图像，其中在接合所述图像时需要的图像处理最少或不需要图像处理。

图1B说明折叠式光学阵列相机100B的另一实施例的横截面侧视图。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的透镜组合件115、130；以及分别定位在图像传感器105、 125的防护玻璃罩106、126上方的辅助光折叠表面110、135。棱镜141的主要光折叠表面122引导来自目标图像场景的光的一部分沿着光轴121穿过透镜组合件115，再引导其离开辅助光折叠表面110，穿过防护玻璃罩106，并入射到传感器105上。棱镜146 的主要光折叠表面124引导来自目标图像场景的光的一部分沿着光轴123穿过透镜组合件130，再引导其离开辅助光折叠表面135，穿过防护玻璃罩126，并入射到传感器125 上。折叠式光学阵列相机100B说明实施棱镜而不是图1A的阵列相机100A的反射表面的一个阵列相机实施例。将棱镜141、146中的每一者提供于衬底150中的孔径中，使得主要光引导表面122、124处于衬底所形成的平面下方，并接收表示目标图像场景的光。

传感器105、125可安装在衬底150上，如图1B中所示。在一些实施例中，所有传感器可通过安装到平坦衬底150而处于一个平面上。衬底150可为任何合适的基本上平坦的材料。衬底150可包含如上文所描述的孔径以允许入射光穿过衬底150到达主要光折叠表面122、124。可能有多种配置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。

主要光折叠表面122、124可为如所说明的棱镜表面，或可为一或多个镜面，且按需要可为平坦的或经定形以将入射光恰当地再引导到图像传感器105、125。在一些实施例中，主要光折叠表面122、124可形成为如图1A中所说明的中央镜角锥或棱镜。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割成多个部分且引导在不同传感器处的每一部分。例如，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的多个反射表面组成，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，且可在捕捉之后对准并拼接在一起，从而形成由阵列的合成孔径捕捉的最终图像。

阵列中的每一传感器可具有基本上不同的视场，且在一些实施例中，所述视场可重叠。

如图1A及1B所说明，每一阵列相机具有总高度H。在一些实施例中，总高度H可大致为4.5mm或更小。在其它实施例中，总高度H可大致为4.0mm或更小。尽管未说明，但可在具有大致为4.5mm或更小或大致为4.0mm或更小的对应内部高度的壳体中提供整个阵列相机100A、100B。

如本文所使用，术语“相机”是指图像传感器、透镜系统及多个相应的光折叠表面，例如图1如中所说明的主要光折叠表面124、透镜组合件130、辅助光折叠表面135及传感器125。被称为“阵列”或“阵列相机”的折叠式光学多传感器阵列可包含呈各种配置的多个此类相机。2013年3月15日提交的且标题为“使用折叠式光学器件的多相机系统”的第2014/0111650号美国申请公开案中揭示了阵列配置的一些实施例，所述公开案的揭示内容特此以引用的方式并入。可能有将得益于本文中所描述的自动聚焦系统及技术的其它阵列相机配置。

图2描绘装置200的高级框图，所述装置具有包含连接到一或多个相机215a到n 的图像处理器220的一组组件。图像处理器220还与工作存储器205、存储器组件230 及装置处理器250通信，所述工作存储器205、存储器组件230及装置处理器250又与存储装置210及电子显示器225通信。

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者。存在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也可为静止计算装置，或较薄成像系统将为有利的任何装置。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及视频应用程序、高动态范围成像、全景照片及视频，或例如3D图像或3D视频等立体成像。

图像捕捉装置200包含用于捕捉外部图像的相机215a到n。相机215a到n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再引导到每一传感器的主要及辅助反射表面或折射表面，如上文相对于图1所论述。一般来说，可使用N个相机215a 到n，其中N≥2。因此，目标图像可分割成N个部分，其中N个相机的每一传感器根据所述传感器的视场捕捉目标图像的一个部分。应理解，相机215a到n可包括适合实施本文所描述的折叠式光学成像装置的任何数目的相机。可增加传感器的数目，以实现系统的较低z高度，如下文相对于图4较详细论述，或符合其它目的的需要，例如具有类似于全光相机的视场的重叠视场，这可使得能够在后处理之后调节图像的焦点。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，从而使得能够捕捉两个同时存在的图像且接着将其合并在一起。相机215a到n可耦合到图像处理器220，以将所捕捉图像传送到工作存储器205、装置处理器250，传送到电子显示器225以及传送到存储装置(存储器)210。

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拼接图像，如将在下文更详细地描述。图像处理器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，至不同分辨率)、图像拼接、图像格式转换、色彩内插、色彩处理、图像滤波(例如，空间图像滤波)、透镜伪影或疵点校正等。在一些实施例中，图像处理器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及工作存储器205。在所说明的实施例中，存储器230存储捕捉控制模块235、图像拼接模块240及操作系统245。这些模块包含用以配置装置处理器250的图像处理器220以执行各种图像处理及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组件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。

如上所述，图像处理器220由存储在存储器中的若干模块来配置。捕捉控制模块235 可包含用以配置图像处理器220以调节相机215a到n的聚焦位置的指令。捕捉控制模块235可进一步包含用以控制装置200的总体图像捕捉功能的指令。例如，捕捉控制模块235可包含用以调用子例程以配置图像处理器220从而使用相机215a到n捕捉目标图像场景的原始图像数据的指令。捕捉控制模块235接着可调用图像拼接模块240以对由相机215a到n捕捉的N个局部图像执行拼接技术且将经拼接及裁剪的目标图像输出到成像处理器220。捕捉控制模块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捕捉的场景的预览图像，并以一定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可包括用以配置图像处理器220以对所捕捉图像数据执行拼接及裁剪技术的指令。例如，N个传感器215a到n中的每一者可根据每一传感器的视场来捕捉包括目标图像的一部分的局部图像。所述视场可共享重叠区域，如上文和下文所描述。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) 局部图像从而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。第11/623,050号(案号060170)美国专利申请中可发现图像拼接的实例，所述美国专利申请特此以全文引用的方式并入。

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个局部图像的边缘的重叠区域以便确定所述N个局部图像相对于彼此的旋转和对准的指令。归因于局部图像的旋转及/或每一传感器的视场的形状，组合的图像可形成不规则形状。因此，在对准且组合N个局部图像之后，图像拼接模块240可调用子例程，所述子例程配置图像处理器220以将经组合图像裁剪成所需形状和高宽比，例如4:3矩形或1:1正方形。可将经裁剪图像发送到装置处理器250，以用于在显示器225上显示，或用于保存在存储装置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及处理资源。例如，操作系统模块245可包含装置驱动器以管理例如相机215a到n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270中的标准子例程或API进行交互。操作系统245内的指令可接着与这些硬件组件直接交互。操作系统模块245可进一步对图像处理器220进行配置以与装置处理器250共享信息。

装置处理器250可经配置以控制显示器225来向用户显示所捕捉图像或所捕捉图像的预览。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，所述取景器显示预览图像用于在捕捉图像之前使用，或可经配置以显示存储在存储器中或最近由用户捕捉的所捕捉图像。显示器225可包括LCD或 LED屏幕，且可实施触敏式技术。

装置处理器250可将数据写入到存储模块210，例如表示所捕捉图像的数据。尽管存储模块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。例如，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还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捕捉装置200内，或可在图像捕捉装置200外部。例如，存储模块210可包含ROM存储器，其含有存储于图像捕捉装置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捕捉图像的存储器卡或高速存储器，其可为可从相机装卸的。

尽管图2描绘具有单独组件以包含处理器、成像传感器及存储器的装置，但所属领域的技术人员应认识到，这些单独组件可通过多种方式组合以实现特定的设计目标。例如，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改进性能。

另外，尽管图2说明两个存储器组件，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。例如，设计可利用ROM或静态RAM存储器以用于存储实施存储器组件230中含有的模块的处理器指令。所述处理器指令可加载到RAM中以便于图像处理器220的执行。例如，工作存储器205可包括RAM存储器，其中指令在由处理器220 执行之前加载到工作存储器205中。

III.自动聚焦系统及技术的概述

图3说明用于阵列相机的折叠式光学组合件300的一部分的一个实施例与音圈电机 310的等比例比较。

折叠式光学组合件300的所述部分包含传感器125、防护玻璃罩126、包含透镜L1、L2、L3、L4及L5的透镜系统的第一部分130，包含位于防护玻璃罩126上方的透镜L6 的透镜系统的第二部分，其中防护玻璃罩126位于传感器125上方。如所说明的折叠式光学组合件300的所述部分还包含具有棱镜136A及块136B的装置(在本文中称为“光学元件”)。在其它实施例中，所述光学元件可仅包含棱镜136A而不具有块136B，或可包含例如镜面的反射表面。光学元件可用作相机的折叠式光学系统中的辅助光折叠表面，将已经穿过透镜系统的聚焦部分130的光再引导到传感器125上。

在一些实施例中，透镜L6可为视场校正透镜，且可为L1到L6透镜系统的静止组件。辅助光折叠表面135远离透镜L6延伸，且如所说明形成为棱镜136A，其在辅助光折叠表面135处耦合到支撑块136B。有可能镜面表面放置在136A与136B之间而不是使用棱镜的内部反射特性来再引导光。

如所说明，折叠式光学组合件300的部分可具有大致4.1mm的总高度。在其它实施例中，所述高度可在大致4.0mm到4.5mm的范围内，以及在一些实施例中，为4mm 或更小。

基于折叠式光学器件的较薄的相机使用一或多个透镜加上镜面/棱镜来折叠光路并获得低z高度。第一透镜组合件130的透镜直径沿着相机的厚度，并且其几乎完全决定阵列的总厚度。这对于制造较薄的相机来说是有利的，但是其使得使用音圈电机(VCM) 进行聚焦及/或自动聚焦非常困难。这是因为现今可利用的最小VCM(图5中说明为VCM 310)具有大致7.5mm的侧面长度。因此，如果其如预期地定位(其中透镜旋拧在电机315 的开口325内部的圆柱体320的位置中)，那么阵列相机的z高度将超过7.5mm厚。

然而，VCM是用于聚焦移动相机的最有效且最成功的致动器之一。聚焦的现行替代方案将是压电步进电机。然而，在与VCM相比时，此类电机更昂贵、更嘈杂、更慢速且较不可靠。因此，压电电机很少用于移动相机中。因此，需要VCM用作用于移动装置中实施的阵列相机的聚焦机制的致动器。图3的等比例比较说明在折叠式光学组合件300的第一透镜组130将旋拧在VCM 310内时将出现高度增加，正如当使用VCM用于聚焦目的时常见的。

图4A到4D说明实施VCM 160而不具有阵列相机的明显高度增加的折叠式光学组合件自动聚焦系统的各种实施例。如所说明，归因于辅助光折叠表面135的移动190，折叠式光学相机的总高度H仅少量增加。在一些实施例中，移动190可使折叠式光学系统的高度H增加大致120微米到大致150微米。在各种实施例中，折叠式光学系统的高度H可为大致4.5mm或更小或大致4.1mm或更小。

图4A说明使用镜面137作为辅助光折叠表面135的折叠式光学组合件405中的自动聚焦组合件的实施例实例。折叠式光学组合件405包含镜面137、透镜组合件130、并入棱镜145中的主要光折叠表面124、防护玻璃罩126以及传感器125。如所说明，传感器125安装在印刷电路板195中形成的矩形凹槽内。柱状凸块107是传感器125的部分并用于与印刷电路板195上的导电垫进行接触。印刷电路板195安装在衬底150上并保持相对于衬底150静止。这仅仅是传感器125可如何安装到衬底150上并与比如195 等印刷电路板进行电接触的一个实例。

在图4A所说明的实施例中，VCM 160定位成邻近于折叠式光学组合件405。虽然仅示出一个折叠式光学组合件405，但是在一些实施例中，VCM可放置成邻近于阵列中的每一折叠式光学组合件405。VCM移动垂直于穿过透镜组合件130的光轴123并垂直于由衬底150形成的平面，并且此类移动190可转移(例如，直接转移)到镜面137，镜面137可极其轻。

如所说明，表示目标图像场景的一部分的光进入棱镜145并遵循光学路径123(以传递)穿过透镜组合件130。透镜组合件130可使光聚焦，其接着行进到辅助光折叠表面135以被再引导到传感器125上。随着辅助反射表面的移动190，在从透镜组合件接收到的聚焦光入射到传感器125上之前，镜面135改变所述光的路径长度。例如，使辅助反射表面135朝向传感器135移动缩短了光程长度，而使辅助反射表面135远离传感器135 移动延长了光程长度。辅助反射表面135的此类移动可改变图像在传感器上的位置。因此，传感器125可经设定大小及定位以在整个移动190的范围内从辅助反射表面135接收光，使得传感器125的一些部分可在辅助反射表面135的各种位置处未经使用。

仍参考图4A，VCM 160包含可移动部分及静止主体160。固定在耦合到衬底150 的印刷电路板195(如图所示)上的静止主体VCM 160(或在其它实施例中，VCM 160可直接耦合到衬底150)可包含永久磁体及铁轭以产生通过磁路的气隙的磁场。可移动部分可包含线圈绕组(未示出)及一端连接到所述线圈绕组的电源线(未示出)，以及旋拧在所述线圈绕组内的驱动部件165。当电流供应到线圈绕组时，线圈绕组将由于电流与磁场之间的相互作用而移动通过气隙，从而使驱动部件165向上及向下移动。在一些实施例中，以及在图4A中所说明的实施例中，驱动部件165接触操纵杆180，并且第二光折叠表面135可例如通过耦合件184(例如，胶水或其它粘合剂或其它机械耦合)耦合到操纵杆 180的一端。任选的平衡器182可耦合到操纵杆180的另一端，能够平衡镜面的运动190。平衡器可例如为0.02g平衡器。

此类机制非常轻，并且通过将VCM 160垂直地定位在阵列相机内，VCM 160的主体的大致4.0mm的高度不会增加阵列的总高度。考虑到折叠式光学组合件的相对较长的焦距(应注意，本实例为6mm的焦距而不是典型的4mm)，驱动部件165可从VCM 160 的静止的主体略微伸出，并将(例如)向上移动大致120微米到大致150微米，以有效地改变焦点。操纵杆180可为一块非常薄的伸长的材料，适合于将驱动部件165的移动转移到镜面137。因而，驱动部件165、移动190以及操纵杆180不明显增加阵列相机的总高度。VCM 160的移动是敏捷且非常快速的，并且需要低摩擦以恰当地操作。这可通过所揭示的此操纵杆机制并另外通过极其低重量的镜面得以实现。

所说明的自动聚焦组合件可使用标准相机VCM，如由大规模制造商通常直接提供的，具有所添加的驱动部件165、操纵杆180、平衡器182以及镜面。使用标准VCM能够容易地制造自动聚焦组合件。

图4B说明折叠式光学组合件405中的自动聚焦组合件的实施例实例，其使用光学元件136C(说明为包含棱镜136A及支撑块136B)以形成作为棱镜的第二光再引导表面 135。一些实施例可包含棱镜136A与支撑块136B之间的反射涂层。如所说明，VCM 160 可邻近折叠式光学组合件放置，并且VCM 160的驱动部件165通过操纵杆180在耦合件184处耦合到光学元件136C，在一些实施例中，所述耦合件可为粘合层。归因于上文关于图4B 所论述的光学元件136C相对于镜面137的较重的重量，平衡器182应适当地较大以平衡光学元件136C。光学元件136C及平衡器182的较重的重量可在移动190 期间有利地减少来自VCM 160的可能振动。

图4C说明具有用于杠杆作用的所添加支杆188的折叠式光学组合件中的自动聚焦组合件的实施例实例。图4C中所说明的实施例包含光学元件136C，其包含棱镜136A 及支撑块136B以形成第二光再引导表面135。在各种实施例中，第二光再引导表面可为棱镜或镜面。例如，如图4A中所说明，支杆188可实施于具有镜面137作为第二光再引导表面135的折叠式光学组合件405中。操纵杆180的第一端耦合到支杆188，操纵杆180的中间部分接触VCM160的驱动部件165，并且操纵杆180的第二端耦合到光学元件(耦合件184)。支杆188对操纵杆180的移动提供增加的杠杆作用及稳定性。在此实施例中，操纵杆180可表征为例如第三类操纵杆。因此，不需要平衡器。在一些实施例中，操纵杆180可为较薄的弹簧类金属件，归因于VCM 160的驱动部件165的移动而能够弯曲。支杆188可在铰链186处耦合到操纵杆，在各种实施例中，所述铰链可为枢转、灵活耦合、焊接或弯曲金属件。在一些实施例中，此类设计可增大具有长焦距的相机所需的运动190的范围，及/或可防止围绕VCM的“拉锯式”移动(操纵杆180 的来回倾斜)。

图4D说明在与自动聚焦相关的移动中实施杠杆作用的自动聚焦组合件的另一实施例。操纵杆180的第一端耦合到VCM 160的驱动部件165，操纵杆的中间部分在耦合件 184处耦合到光学元件(说明为棱镜136A及块136B，但在其它实施例中其可为镜面137)，并且操纵杆180的第二端耦合到中央棱镜145的下部部分。如所说明，支杆188及铰链 186位于操纵杆180的第二端与棱镜145之间。在此实施例中，操纵杆180可表征为例如第二类操纵杆。在一些实施例中，操纵杆180可胶合或以其它方式直接耦合到中央棱镜145的下部部分。图4D说明对自动聚焦组合件提供杠杆作用及稳定性使得不需要平衡器的另一方式。在一些实施例中，此类设计可减小具有短焦距的相机所需的运动190 的范围，及/或可防止围绕VCM的“拉锯式”移动。

在图4A到4D的任何者中，可实施反射表面，而不是棱镜145。另外，特定透镜配置是表示各种实例，而不是意图限制折叠式光学组合件。此外，在一些实施例中，可省略第一光引导表面(棱镜145)，并且光可直接通过透镜组合件130进入所述折叠式光学组合件。在其它实施例中，VCM可耦合到第一光引导表面(棱镜145)以移动所述表面，并且可省略辅助光引导表面，其中传感器经再定位以从透镜组合件130直接接收光。图 4A到4D中描述的VCM实施方案可有益于任何较薄的折叠式光学相机中的自动聚焦，其中归因于通过使光折叠表面移动通过相机总高度的小范围而提供聚焦值的范围对系统形成高度限制，因此VCM无法如常规的在透镜组合件旋拧通过VCM的内部的情况下定位。

图5A到5C说明包含多个VCM 515及多个折叠式光学组合件510的折叠式光学阵列相机自动聚焦系统500A、500B、500C的各种实施例。

图5A说明用于具有三个折叠式光学组合件510的阵列相机的阵列相机自动聚焦系统500A的实施例。系统500A包含物棱镜(或角锥)505及三个单独的相机510，每一相机与VCM聚焦电机机制515相关联。折叠式光学组合件510可包含本文针对透镜组合件、辅助光折叠表面及图像传感器所描述的任何配置，并且围绕第一光折叠表面505定位，所述第一光折叠表面可为棱镜或镜像角锥，其经配置以将表示目标图像场景的光分割成多个部分并将每一部分引导通过相应折叠式光学组合件510。通过相应VCM 515控制对于每一折叠式光学组合件510的自动聚焦。每一VCM可经由操纵杆520及耦合件 515耦合到相应折叠式光学组合件510，以及耦合到平衡器530。可代替所说明的实施例实施上文所论述的操纵杆、平衡器及/或支杆的任何组合。虽然所说明的实例为三个相机的情况，但是可通过包含不同数目的折叠式光学组合件510及相对应地不同的主要光折叠表面505的不同相机阵列来实施此类设计。

可例如通过具有可编程计算机指令(未说明)的控制器仔细控制每一VCM 515的移动，从而保持所有折叠式光学组合件510在相同距离处聚焦。可在控制器与一些或所有 VCM515之间提供电子通信。控制器可计算针对每一折叠式光学组合件所需的移动，使得所有折叠式光学组合件510同时在相同的距离处聚焦。在一个实例中，折叠式光学组合件510中的每一者的第二光引导表面可经移动相同的量。然而，归因于制造变化，在一些实施例中，例如基于界定折叠式光学组合件510之间的关系的系数，折叠式光学组合件510中的每一者的第二光引导表面的移动可经校准以考虑所述变化。在一些实施例中，一个折叠式光学组合件510可选定为“驱动器”以用于决定使其它组合件在何处聚焦。

图5B说明针对三个相机阵列自动聚焦系统500B的紧凑型设计。每一VCM 515通过第一操纵杆535机械地连接到平衡器530，并通过在两个相邻折叠式光学组合件510 之间延伸的第二操纵杆540连接到所述相邻折叠式光学组合件510。第一操纵杆535及第二操纵杆540可为耦合在一起的单独的操纵杆，或在一些实施例中可形成一个稳固的 T形件。因此，每一VCM 515的运动分布在两个相邻折叠式光学组合件之间，并且每一折叠式光学组合件的第二光引导表面的运动受两个相邻VCM影响。虽然示出了在用于三个折叠式光学组合件的三个VCM之间的三角形连杆机构，但是其它实施例可具有其它数目的VCM及折叠式光学组合件及/或在折叠式光学组合件510之间的其它配置的连杆机构，例如圆形、六边形或矩形连杆机构，仅举几例。

用于图5B的系统的自动聚焦控制的实例可在已知VCM移动时提供镜面移位，或可提供针对已知的所需镜面移位的所需VCM移动。所有个别电机的移位可通过3D向量X＝(x,y,z)描述。所有个别第二反射表面的移位可通过3D向量V＝(u,v,w)描述。

表面及电机移位通过V＝AX相关，其中A是变换矩阵：

因此，将电机移位向量X乘以变换矩阵A可提供第二反射表面的相应移动。在典型自动聚焦技术中，已知用于聚焦所需的第二反射表面移位，并且需要相应的电机移动。可使用X＝A^-1V找到相应电机移动，其中逆变换A^-1为：

x、y及z的所得值指示针对已知的第二反射表面移位所需的电机移动。x、y及z 的此类值可提供到电机控制系统以产生所需的自动聚焦移动。因此，可确切了解所有第二反射表面的移动，并且所捕捉图像的移动直接遵循所述移动。用于产生最终图像的拼接技术中可解释此移动。

虽然上文论述了特定向量及矩阵，但是这些是作为图5B的特定三个VCM、三个折叠式光学组合件及三角形连杆机构实施例的一个实例提供的。可基于其它阵列相机自动聚焦实施例中的VCM及折叠式光学组合件的数目以及VCM与折叠式光学组合件之间的连杆机构改变向量及矩阵的大小及值。此类实施例优选地在电机的移动与第二反射表面的移动之间具有1:1对应关系，使得可精确地计算出移位。

图5C说明针对四个相机阵列自动聚焦系统500C的紧凑型设计。所述阵列包含围绕中央镜角锥或棱镜506的主要光折叠表面定位的四个VCM 515及四个折叠式光学组合件510。每一VCM 515使用操纵杆520机械地连接到两个相邻折叠式光学组合件510。如所说明，归因于VCM与折叠式光学组合件之间的直接机械连杆机构，因此不提供平衡器。在一些实施例中，可跨阵列(例如，从右上方VCM到左下方VCM及/或从左上方 VCM到右下方VCM)对角地提供额外连杆机构。此类设计使得有效使用空间，从而与不具有自动聚焦系统的阵列相机占用大体上相同的矩形区域。

在本文中的阵列相机自动聚焦系统的实例中，示出并描述VCM电机为致动操纵杆以移动第二光引导表面从而用于改变聚焦位置。然而，在其它实施例中VCM可由压电步进式电机或由微型机电系统(MEMS)电机替代。

IV.实例图像捕捉过程的概述

图6说明折叠式光学图像捕捉过程900的实施例。所述过程900开始于框905，其中提供多个成像传感器组合件。这可包含上文关于先前图像所论述的任何传感器阵列配置。如上文关于图3所论述，传感器组合件可包含传感器、透镜系统及经定位以将来自透镜系统的光再引导到传感器上的反射或折射表面。

过程900接着移动到框910，其中接近多个图像传感器安装至少一个光折叠表面。例如，此步骤可包括在两行传感器阵列之间安装中央镜角锥或棱镜，其中中央镜角锥或棱镜包括与阵列中的每一传感器相关联的表面或小面。

过程900接着转到框915，其中使用至少一个光折叠表面朝向成像传感器再引导包括场景的目标图像的光。例如，可再引导所述光的一部分离开多个表面中的每一者朝向所述多个传感器中的每一者。这可进一步包括使光穿过与每一传感器相关联的透镜组合件，且还可包含使用第二表面将光再引导到传感器上。

如上文所描述，框915可进一步包括使用透镜组合件及/或例如通过提供经配置以使光折叠表面沿着基本上平行于阵列高度的轴移动的至少一个VCM而经由任何光折叠表面的移动来聚焦光。因此，框915可合并上文所论述的VCM控制技术，使由用于多个折叠式光学组合件的多个VCM提供的聚焦同步。

过程900接着可移动到框920，其中传感器捕捉目标图像场景的多个图像。例如，每一传感器可捕捉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至少覆盖物空间中的目标图像。

过程900接着可转到框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可执行所述拼接。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。例如，框925可进一步包含识别相邻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。

接下来，过程900转到步骤930，其中按指定高宽比(例如4:3或1:1)裁剪拼接图像。最后，过程在步骤935处存储经裁剪图像之后结束。例如，图像可存储于图2的存储装置210中，或可存储于图2的工作存储器205中以用于显示为目标场景的预览图像。

V.实施系统及术语

本文中所揭示的实施方案提供用于自动对焦多个传感器阵列相机的系统、方法及设备。所属领域的技术人员将认识到，这些实施例可能用硬件、软件、固件或其任何组合来实施。

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、过程及系统。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；包含用于实施上文所论述的过程的指令或模块的存储器。所述装置也可具有数据、从存储器加载指令及/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)及电源/接口。无线通信装置可另外包含发射器及接收器。发射器及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及/或接收无线信号。

无线通信装置可无线地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、用户设备(UE)、远程站、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或桌上型计算机、蜂窝式电话、智能电话、无线调制解调器、电子书阅读器、平板装置、游戏系统等。无线通信装置可根据例如第三代合作伙伴计划(3GPP)等一或多个业界标准操作。因此，通用术语“无线通信装置”可包含根据业界标准以不同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)、远端终端等)。

可将本文中所描述的功能作为一或多个指令而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)、软性磁盘及蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘用激光以光学方式再现数据。应注意，计算机可读媒体可为有形且非暂时性的。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。如本文中所使用，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。

本文中所揭示的方法包括用于达成所描述的方法的一或多个步骤或动作。在不偏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。例如，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”指示两个或两个以上。例如，多个组件指示两个或两个以上组件。

术语“确定”涵盖多种动作，且因此“确定”可包含计算、运算、处理、导出、调查、查找(例如，在表、数据库或另一数据结构中查找)、断定等。并且，“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”可包括解析、选择、挑选、建立等等。

除非以其它方式明确地指定，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”与“至少基于”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，可在没有这些具体细节的情况下实践所述实例。例如，可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。在其它实例中，可详细展示此类组件、其它结构及技术以进一步解释所述实例。

本文中包含数个标题，是为了参考及辅助定位各个部分。这些标题不欲限制关于其描述的概念的范围。此类概念可在整个说明书中都适用。

还应注意，可将所述实例描述成过程，所述过程被描绘成流程图、流图、有限状态图、结构图或框图。虽然流程图可将操作描述成循序过程，但许多操作可并行或同时执行，并且所述过程可重复。另外，可以重新布置操作的顺序。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。当过程对应于软件功能时，过程的终止对应于功能返回到调用功能或主功能。

提供对所揭示的实施方案的前述描述是为了使得所属领域的技术人员能够制作或使用本发明。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，且本文中定义的一般原理可应用于其它实施方案而不脱离本发明的精神或范围。因此，本发明不意图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及新颖特征相一致的最广范围。

Claims

1.一种用于折叠式光学阵列相机的自动聚焦模块，其包括：

折叠式光学组合件，其包括:

图像传感器，其安装到衬底，所述衬底界定一平面；

第一反射表面；以及

第二反射表面，所述第一反射表面经定位以接收表示场景的一部分的光并将所述光朝向所述第二反射表面反射，并且所述第二反射表面经定位以从所述第一反射表面接收所述光并将所述光朝向所述图像传感器反射；

致动器，其安装到所述衬底，并且包含经定位用于在与所述衬底的所述平面正交的方向上移动的驱动部件；

操纵杆，其与所述驱动部件及第二反射表面接触，使得所述驱动部件的所述移动经由所述操纵杆被转移到所述第二反射表面；以及

平衡器，其耦合到所述操纵杆的第一端，其中所述驱动部件耦合到所述操纵杆的中间部分，并且所述第二反射表面耦合到所述操纵杆的第二端。

2.根据权利要求1所述的自动聚焦模块，其中所述致动器包括音圈电机。

3.根据权利要求2所述的自动聚焦模块，其中所述驱动部件旋拧在所述音圈电机的线圈内。

4.根据权利要求1所述的自动聚焦模块，其中在与所述衬底的所述平面正交的所述方向上的所述移动在120微米到150微米的范围内。

5.根据权利要求1所述的自动聚焦模块，其进一步包括定位在所述第一反射表面与所述第二反射表面之间的透镜组合件。

6.根据权利要求5所述的自动聚焦模块，其中所述透镜组合件的直径为4mm。

7.根据权利要求1所述的自动聚焦模块，其中选择所述平衡器的重量以至少部分地平衡所述第二反射表面的重量。

8.根据权利要求7所述的自动聚焦模块，其中所述第二反射表面包括反射镜及棱镜中的一者。

9.根据权利要求1所述的自动聚焦模块，其进一步包括使用铰链耦合到所述操纵杆的第一端的支杆。

10.根据权利要求9所述的自动聚焦模块，其中所述驱动部件耦合到所述操纵杆的中间部分，并且所述第二反射表面耦合到所述操纵杆的第二端。

11.根据权利要求9所述的自动聚焦模块，其中所述支杆耦合到形成所述第一反射表面的结构，并且其中所述第二反射表面耦合到所述操纵杆的中间部分且所述驱动部件耦合到所述操纵杆的第二端。

12.根据权利要求1所述的自动聚焦模块，其中所述操纵杆的第一端耦合到形成所述第一反射表面的结构，并且其中所述第二反射表面耦合到所述操纵杆的中间部分且所述驱动部件耦合到所述操纵杆的第二端。

13.一种用于使用相机捕捉场景的图像的方法，所述相机包括多个折叠式光学组合件，所述多个折叠式光学组合件安装到衬底，所述衬底界定一平面，所述多个折叠式光学组合件各自包括图像传感器以及第二反射表面，并且所述多个折叠式光学组合件围绕提供多个第一反射表面的结构定位，所述多个第一反射表面中的相应反射表面经定位以将所述光朝向所述第二反射表面引导，并且所述第二反射表面经定位以将所述光朝向所述图像传感器引导，所述方法包括：

对于所述多个折叠式光学组合件中的每一者：

使致动器的驱动部件在与所述衬底的所述平面正交的方向上移动，

其中所述驱动部件耦合到操纵杆的中间部分，所述操纵杆的第一端耦合到平衡器，并且所述操纵杆的第二端耦合到所述第二反射表面；以及

其中所述驱动部件的所述移动经由所述操纵杆转移到所述第二反射表面，由此改变入射到所述第一反射表面的表示所述场景的一部分的光的焦距；以及

使用所述图像传感器捕捉表示所述光的图像。

14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括保持所述多个折叠式光学组合件中的每一者在相同的距离处聚焦。

15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括确定所述多个折叠式光学组合件的所选驱动组合件的移动量，并且使用所述所选驱动组合件的所述移动量来确定所述多个折叠式光学组合件中的其它折叠式光学组合件中的每一者的移动。

16.根据权利要求15所述的方法，其中确定所述多个折叠式光学组合件中的其它折叠式光学组合件中的每一者的移动是至少部分地基于所述所选驱动组合件的所述移动量及至少部分地基于界定所述多个折叠式光学组合件之间的关系的一或多个系数。

17.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括对来自所述多个折叠式光学组合件中的每一者的表示所述光的所述部分的所述图像执行拼接操作，从而形成所述场景的所述图像。

18.一种用于相机的自动聚焦模块，其包括：

界定一平面的图像传感器，所述图像传感器经配置以接收表示场景的至少一部分的光；

经配置以使所述光聚焦的透镜组合件，所述透镜组合件具有光轴；

反射表面，其定位于所述透镜组合件与所述图像传感器之间以将从所述透镜组合件接收到的所述光反射到所述图像传感器上；

致动器，其包括驱动部件，所述驱动部件经定位用于在垂直于所述透镜组合件的所述光轴的方向上移动；

操纵杆，其耦合到所述驱动部件和所述反射表面，以在垂直于所述光轴的方向上将所述驱动部件的移动转移到所述反射表面以改变所述光的光程长度；以及

平衡器，其耦合到所述操纵杆的第一端，其中所述操纵杆的中间部分耦合到所述驱动部件，并且所述操纵杆的第二端耦合到第二反射表面。

19.根据权利要求18所述的自动聚焦模块，其中所述透镜组合件经定位使得所述光轴基本上平行于所述平面延伸。

20.根据权利要求18所述的自动聚焦模块，其进一步包括具有额外反射表面的结构，所述额外反射表面经定位使得所述透镜组合件在所述额外反射表面与所述反射表面之间。

21.根据权利要求20所述的自动聚焦模块，其中所述操纵杆的所述第二端经由支杆及铰链中的一或两者耦合到包括所述额外反射表面的所述结构。

22.根据权利要求21所述的自动聚焦模块，其进一步包括多个相机的第一相机，所述第一相机包括所述自动聚焦模块，所述自动聚焦模块包括所述图像传感器、所述透镜组合件、所述反射表面、所述致动器、所述操纵杆、以及所述平衡器。