CN112714885A

CN112714885A - 相机透镜系统

Info

Publication number: CN112714885A
Application number: CN201980060915.2A
Authority: CN
Inventors: 姚宇宏; M·斯切帕诺维奇; 筱原义和
Original assignee: Apple Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2021-04-27
Also published as: EP3857282A1; WO2020068594A1; TW202020504A; AU2019346376C1; AU2019346376A1; US20210349295A1; KR20210043670A; AU2019346376B2

Abstract

一种折叠光学系统，该折叠光学系统包括具有屈光力的两个棱镜，并且其中该棱镜中的至少一个棱镜的至少一个表面不是旋转对称的。可选择该折叠光学系统中的棱镜的材料和表面以提供低光圈数(例如，<＝2.4)、30度或更小的全视场(FOV)。该折叠光学系统可以小封装尺寸实现，同时仍然捕获清晰的高分辨率图像，使得包括该折叠光学系统的相机的实施方案适用于小型和/或移动多用途设备。

Description

相机透镜系统

背景技术

技术领域

本公开整体涉及相机系统，并且更具体地，涉及小外形相机系统和透镜系统。

相关技术描述

小型多用途移动设备诸如智能电话和平板电脑或平板设备的出现导致需要轻量级、紧凑且能够以低光圈数捕获高分辨率高质量图像以用于集成在设备中的高分辨率小外形相机。然而，由于常规相机技术的局限性，在此类设备中使用的常规小型相机趋于以比利用较大的较高品质相机可实现的较低的分辨率和/或较低的图像质量来捕获图像。使用小封装尺寸的相机实现较高的分辨率通常需要使用具有小像素尺寸的光电传感器和较好的紧凑型成像透镜系统。技术进步已实现了光电传感器的像素尺寸的减小。然而，随着光电传感器变得更加紧凑和强大，对具有改善的成像质量性能的紧凑型成像透镜系统的需求已增加。此外，越来越期望小外形相机配备更高的像素计数和/或更大的像素尺寸图像传感器(其中的一者或两者可能需要较大的图像传感器)，同时仍然保持足够紧凑以装配到便携式电子设备中的模块高度。因此，来自光学系统设计方面的挑战是提供一种能够在由小外形相机施加的物理约束下捕获高亮度高分辨率图像的成像透镜系统。

发明内容

本公开的实施方案可提供可以例如用作小外形相机中的相机透镜的折叠光学系统。本发明描述了一种折叠光学系统的实施方案，其包括具有屈光力的共同形成该光学系统的两个棱镜。棱镜中的至少一个棱镜的至少一个表面为“自由曲面”表面，因此该棱镜可被称为自由曲面棱镜。自由曲面棱镜可广义地定义为具有至少一个表面的棱镜，该至少一个表面提供屈光力并且为不对称的(非旋转对称的)(即，为“自由曲面”表面)。棱镜为相机提供“折叠的”光轴，例如以减小相机的Z高度。第一棱镜(P1)将来自物场的光从第一轴线重定向至第二轴线。第二棱镜(P2)接收第二轴线上的光，并且将光重定向到相机的光电传感器设置于其上的第三轴线上。重定向的光在光电传感器的表面处或附近的图像平面处形成图像。

两个棱镜中的每个棱镜包括影响穿过棱镜的光的三个表面。第一表面(S1)从棱镜的物侧接收光；第二表面(S2)将通过第一表面接收的光反射或重定向到第三表面(S3)；然后光穿过第三表面或被第三表面折射到下一个棱镜或光电传感器。对于每个棱镜，给定表面可以是不具有屈光力的平坦面/平面；具有屈光力的对称凹面、凸面或非球面；或自由曲面(具有屈光力的非对称凹面、凸面或非球面)。如上所述，在一些实施方案中，棱镜中的至少一个棱镜的至少一个表面为自由曲面表面。在一些实施方案中，光学系统中的棱镜的六个表面中的至少两个表面是自由曲面表面。在一些实施方案中，两个棱镜中的第一表面和第三表面是自由曲面表面，而两个棱镜中的第二表面是平坦面/平面。然而，在一些实施方案中，第二表面中的一个或两个表面可以是具有屈光力的自由曲面表面或具有屈光力的对称表面。

可选择该光学系统中的棱镜的材料和表面以捕获高分辨率、高质量的图像。可至少部分地选择棱镜的参数和关系，包括但不限于材料和表面形状，以减少、补偿或校正整个视场上的光学像差、伪影和效果。在一些实施方案中，可选择光学系统中的棱镜的材料和表面以提供低光圈数(例如，<＝2.4)、30度或更小的全视场(FOV)、高亮度和具有高图像质量的高分辨率图像。

在一些实施方案中，孔径光阑位于该光学系统中的第一棱镜的第一(物侧)表面处。在一些实施方案中，孔径光阑可以是椭圆形的；然而，在一些实施方案中，圆形或其他形状也可用于孔径。在一些实施方案中，折叠相机可包括红外(IR)滤光片以减少或消除光电传感器上环境噪声的干扰。IR滤光片可例如位于第二棱镜和光电传感器之间。

附图说明

图1示出了包括定位在两个棱镜之间的透镜叠堆的常规折叠透镜系统。

图2示出了根据一些实施方案的由两个自由曲面棱镜组成的折叠光学系统。

图3A、图3B和图3C是示出根据一些实施方案的如图2所示的自由曲面棱镜的表面处的x轴和y轴的取向的示意图。

图4是根据一些实施方案的包括两个自由曲面棱镜的折叠光学系统的3D剖视图。

图5是根据一些实施方案的包括两个自由曲面棱镜的折叠光学系统的剖视图。

图6是根据一些实施方案的折叠光学系统的剖视图，该折叠光学系统包括两个自由曲面棱镜并且示出自由曲面棱镜的表面之间的角度。

图7是根据一些实施方案的使用如图2至图6所示的折叠光学系统实施方案捕获图像的方法的流程图。

图8示出了可在实施方案中使用的示例性计算机系统。

本说明书包括参考“一个实施方案”或“实施方案”。出现短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”并不一定是指同一个实施方案。特定特征、结构或特性可以与本公开一致的任何合适的方式被组合。

“包括”，该术语是开放式的。如在所附权利要求书中所使用的，该术语不排除附加结构或步骤。考虑引用以下的权利要求：“一种装置，包括一个或多个处理器单元...”此类权利要求不排除该装置包括附加部件(例如，网络接口单元、图形电路等)。

“被配置为”，各种单元、电路或其他部件可被描述为或叙述为“被配置为”执行一项或多项任务。在此类上下文中，“被配置为”用于通过指示单元/电路/部件包括在操作期间执行这一项或多项任务的结构(例如，电路)来暗指该结构。如此，单元/电路/部件据称可被配置为即使在指定的单元/电路/部件当前不可操作(例如，未接通)时也执行该任务。与“被配置为”语言一起使用的单元/电路/部件包括硬件-例如电路、存储可执行以实现操作的程序指令的存储器等。引用单元/电路/部件“被配置为”执行一项或多项任务明确地旨在针对该单元/电路/部件不援引35U.S.C.§112的第六段。此外，“被配置为”可包括由软件和/或固件(例如，FPGA或执行软件的通用处理器)操纵的通用结构(例如，通用电路)以能够执行待解决的一项或多项任务的方式操作。“被配置为”还可包括调整制造过程(例如，半导体制作设施)，以制造适用于实现或执行一项或多项任务的设备(例如，集成电路)。

“第一”“第二”等。如本文所用，这些术语充当它们所在之前的名词的标签，并且不暗指任何类型的排序(例如，空间的、时间的、逻辑的等)。例如，缓冲电路在本文中可被描述为执行“第一”值和“第二”值的写入操作。术语“第一”和“第二”未必暗指第一值必须在第二值之前被写入。

“基于”。如本文所用，该术语用于描述影响确定的一个或多个因素。该术语不排除影响确定的附加因素。即，确定可仅基于这些因素或至少部分地基于这些因素。考虑短语“基于B来确定A”。在这种情况下，B为影响A的确定的因素，此类短语不排除A的确定也可基于C。在其他实例中，可仅基于B来确定A。

具体实施方式

本发明描述了一种折叠光学系统的实施方案，其包括具有屈光力的共同形成该光学系统的两个棱镜。棱镜中的至少一个棱镜的至少一个表面为“自由曲面”表面，因此该棱镜可被称为自由曲面棱镜。自由曲面棱镜可广义地定义为具有至少一个表面的棱镜，该至少一个表面提供屈光力并且为不对称的(非旋转对称的)(即，为“自由曲面”表面)。

本文所述折叠光学系统的实施方案可以小封装尺寸来实现，同时仍然捕获清晰的高分辨率图像，这使得包括该光学系统的相机的实施方案适合在小型和/或移动多用途设备诸如移动电话、智能电话、平板计算机或平板计算设备、膝上型电脑、上网本、笔记本电脑、小型笔记本电脑以及超极本计算机等中使用。图8示出示例设备，该设备可包括使用如本文所述的折叠光学系统的实施方案的一个或多个小外形相机。然而，需注意，该相机的各个方面(例如，光学系统和光电传感器)可按比例放大或缩小，以提供具有更大或更小封装尺寸的相机。此外，该相机的实施方案可被实现为独立数字相机。除了静物(单帧捕获)相机应用之外，该相机的实施方案可适合在摄像机应用中使用。

图1示出了根据一些实施方案的包括定位在两个棱镜之间的透镜叠堆的常规折叠相机100。与常规的直式相机透镜相比，棱镜141和142为相机100提供“折叠的”光轴，例如以减小相机100的Z高度。包括一个或多个折射透镜元件的透镜叠堆114位于棱镜141和142之间。第一棱镜141将来自物场的光从第一轴线重定向至第二轴线上的透镜叠堆114。透镜叠堆114中的透镜元件将光折射到第二棱镜142，该第二棱镜将光重定向到第三轴线上，相机100的光电传感器120设置在该第三轴线上。重定向的光在光电传感器120的表面处或附近的图像平面121处形成图像。

图2示出了根据一些实施方案的包括折叠光学系统的相机200，该折叠光学系统由具有屈光力的两个自由曲面棱镜241和242组成。棱镜241和242为相机200提供“折叠的”光轴，例如以减小该相机的Z高度。例如，具有如图1所示的常规折叠透镜系统的相机100可具有>6mm(例如6.4mm)的Z轴高度，而具有如图2所示的折叠光学系统的相机200可具有<6mm(例如5.4mm)的Z轴高度，同时提供与图1的相机100类似的性能。此外，与图1的相机100相比，相机200的折叠光学系统中的自由曲面棱镜241和242可消除对如图1的相机100所示的棱镜之间的透镜叠堆的需要，这可减小相机200的长轴的长度。另外，与图1的折叠透镜系统(透镜叠堆中的两个棱镜和至少一个折射透镜元件)相比，图2的折叠光学系统需要更少的光学元件(两个自由曲面棱镜)。与图1的透镜系统相比时，具有更少的光学元件可例如简化光学系统在制造期间的封装和对准。

在图2的折叠光学系统中，第一自由曲面棱镜241(P1)通过孔径光阑230接收来自物场的光，并且将光从第一轴线折射并重定向到第二轴线。棱镜241包括影响穿过棱镜241的光的三个表面。第一表面(P1S1)折射通过孔径光阑230从物场接收的光；第二表面(P1S2)将光反射或重定向到第三表面(P1S3)；光被该第三表面折射至第二棱镜242。

第二自由曲面棱镜242(P2)接收第二轴线上的光，并且将光折射并重定向到相机的光电传感器220设置在其上的第三轴线上。经折射并重定向的光在光电传感器220的表面处或附近的图像平面221处形成图像。棱镜242包括影响穿过棱镜242的光的三个表面。第一表面(P2S1)折射从第一棱镜241接收的光；第二表面(P2S2)将光反射或重定向到第三表面(P2S3)；光被第三表面折射以在光电传感器220的表面处或附近的图像平面221处形成图像。在一些实施方案中，红外(IR)滤光片250可位于第二棱镜242和光电传感器220之间。

对于折叠光学系统中的每个棱镜，给定表面可以是不具有屈光力的平坦面/平面；具有屈光力的对称凹面、凸面或非球面；或自由曲面(具有屈光力的非对称凹面、凸面或非球面)。如上所述，在一些实施方案中，棱镜中的至少一个棱镜的至少一个表面为自由曲面表面。在一些实施方案中，光学系统中的棱镜的六个表面中的至少两个表面是自由曲面表面。在一些实施方案中，两个棱镜中的第一表面和第三表面是自由曲面表面，而两个棱镜中的第二表面是平坦面/平面。然而，在一些实施方案中，第二表面中的一个或两个表面可以是具有屈光力的自由曲面表面或具有屈光力的对称表面。

在图2所示的示例性实施方案中，P1S1为具有正屈光力的自由曲面凸形表面，P1S2为平坦/平表面，P1S3为具有正屈光力的自由曲面凸形表面，P2S1为具有负屈光力的自由曲面凹形表面，P2S2为平坦/平表面，P2S3为具有负屈光力的自由曲面凹形表面。在一些实施方案中，P1S2和P2S2可以涂覆有反射材料以重定向光。然而，在一些实施方案中，P1S2和P2S2中的至少一者可以通过全内反射(TIR)来反射光。另外，在一些实施方案中，P1S2和P2S2中的一者或两者可以是具有屈光力的自由曲面或具有屈光力的对称表面。

可选择棱镜241和242的材料和表面以捕获高分辨率、高质量的图像。可至少部分地选择棱镜241和242的参数和关系，包括但不限于材料和表面形状，以减少、补偿或校正整个视场上的光学像差、伪影和效果。在一些实施方案中，可选择光学系统中的棱镜的材料和表面以提供低光圈数(例如，<＝2.4)、30度或更小的全视场(FOV)、高亮度和具有高图像质量的高分辨率图像。

在一些实施方案中，孔径光阑230位于折叠光学系统中的第一棱镜241的第一(物侧)表面处。在一些实施方案中，孔径光阑230可以是椭圆形的；然而，在一些实施方案中，圆形或其他形状也可用于孔径。在一些实施方案中，相机200可包括红外(IR)滤光片250以减少或消除光电传感器220上环境噪声的干扰。IR滤光片250可例如位于第二棱镜242和光电传感器220之间。

图3A、图3B和图3C是示出根据一些实施方案的如图2所示的自由曲面棱镜的表面处的x轴和y轴的取向的示意图。图3A为根据一些实施方案的折叠光学系统的剖视图。参见图3A，如图2所示的光学系统中的棱镜的自由曲面表面的光学特性可针对表面的近轴区域沿着棱镜241和242的表面处的相对于光轴的两个对称轴(x和y)的来限定。如图3A所示，光轴是在孔径光阑230的中心点处穿过表面P1S1并且垂直于表面P1S1的该点处的切平面的线。光轴上的光线穿过折叠光学系统以在光电传感器220的中心处或附近并且垂直于光电传感器220的表面平面入射。在该光电传感器处，x轴对应于光电传感器220的与光轴相交的水平轴线，并且y轴对应于光电传感器220的与光轴相交的竖直轴线。y轴和光轴在横截面的平面上，并且x轴垂直于横截面的平面。在棱镜241和242的每个表面处，x轴在光轴与该表面相交处的切平面上，并且平行于光电传感器220处的x轴并垂直于光轴。然而，在棱镜241和242的每个表面处，y轴围绕x轴旋转以与切平面相符，并因此不一定平行于光电传感器220处的y轴。图3C以图形方式示出棱镜的3D模型上的x轴、y轴和光轴。如图3C所示，S1、S2和S3处的x轴彼此平行并且垂直于光轴。然而，每个表面处的y轴围绕x轴旋转以与相应表面处的切平面相符。

如上所述，如图2所示的光学系统中的棱镜的自由曲面表面的光学特性可针对沿两个对称轴(x和y)围绕光轴的近轴区域来限定。图3B以图形方式示出了如图3A所示的棱镜的表面的有效孔径和近轴区域。在P1S1处，孔径由孔径光阑220限定。在每个连续表面(P1S2、P1S3、P2S1、P2S2和P2S3)处，孔径可由该表面从前一表面接收的光限定。如前所述，在一些实施方案中，孔径光阑230可以是椭圆形的；然而，在一些实施方案中，圆形或其他形状也可用于孔径。图3C示出了如先前在表面处限定的孔径处的x轴和y轴。近轴区域是围绕光轴在x轴和y轴上从该光轴沿每个方向延伸孔径宽度的10％或更小的区域。

图4是根据一些实施方案的包括两个自由曲面棱镜的示例性折叠光学系统的3D剖视图。长焦相机400可包括由两个自由曲面棱镜441和442组成的折叠光学系统。孔径光阑可位于第一棱镜441的第一(物侧)表面处。孔径光阑可以是椭圆形的或圆形的。相机400还包括光电传感器420。在一些实施方案中，红外滤光片可位于第二棱镜442和光电传感器之间。在一些实施方案中，折叠光学系统可被配置为提供低光圈数(例如，<＝2.4)、30度或更小的全视场(FOV)并且具有高图像质量的高亮度高分辨率图像。

折叠光学系统由两个自由曲面棱镜441(P1)和442(P2)组成。两个棱镜441和442中的每个棱镜包括影响穿过棱镜的光的三个表面。第一表面(S1)从棱镜的物侧接收光；第二表面(S2)将通过第一表面接收的光反射或重定向到第三表面(S3)；然后光穿过第三表面或被第三表面折射到下一个棱镜或光电传感器420。每个棱镜在成像路径中包括非旋转对称的至少一个自由曲面表面。

在棱镜441处，穿过孔径光阑430的入射光被P1S1会聚、被P1S2反射并且被P1S3会聚以出射棱镜441。在棱镜442处，来自棱镜441的光被P2S1发散、被P2S2反射、被P2S3发散并且出射棱镜442，以在光电传感器420的表面处或附近的图像平面处形成图像。折叠表面(表面P1S2和P2S2)可以通过全内反射(TIR)或通过镜面涂层反射光。

在一些实施方案中，折叠光学系统的孔径光阑430位于棱镜441的物侧表面(P1S1)处或附近。在一些实施方案中，孔径光阑430位于表面P1S1处或附近(在0.3mm内)以用于成像目的。

在一些实施方案中，折叠光学系统沿x轴和沿y轴具有相同的焦距。该折叠光学系统满足以下条件：

f_x＝f_y＝f_sys，

其中f_x为通过折叠光学系统在x轴上的焦距，f_y为通过折叠光学系统在y轴上的焦距，并且f_sys为折叠光学系统的有效焦距。

对于棱镜441和442中的每个棱镜而言，沿x轴的焦距(f_P1X、f_P2X)分别不同于沿y轴的焦距(f_P1Y、f_P2Y)，这将棱镜441和442两者定义为如下自由曲面棱镜：

f_P1X≠f_P1Y，f_P2X≠f_P2Y。

在一些实施方案中，任选的红外截止滤光片(IRCF)定位在光电传感器420的前方以去除不需要的红外光，从而改善信噪比(SNR)。

图5是根据一些实施方案的如图4所示的包括两个自由曲面棱镜441和442的示例性折叠光学系统的剖视图。在光轴上，棱镜441包括三个具有屈光力的表面。棱镜441沿x轴的屈光力强于沿y轴的屈光力。棱镜441满足以下条件：

0.55<f_P1y/f_sys<0.85

0.5<f_P1x/f_sys<0.8

其中f_P1y为棱镜441沿y轴的焦距，f_P1x为棱镜441沿x轴的焦距，并且f_sys为自由曲面折叠光学系统的有效焦距。

棱镜441具有沿着光轴从物侧到成像侧的三个表面：P1S1、P1S2和P1S3。P1S1在近轴区域中为凸形的，并且满足以下条件：

1.2<f_P1S1y/f_P1y

f_P1S1x/f_P1x<2.8

其中f_P1S1y和f_P1S1x分别为表面P1S1在y轴和x轴上的焦距。

P1S2被反射涂覆以反射可见光并使光轴折叠。

P1S3在近轴区域中为凸形的，并且满足以下条件：

1<f_P1S3x/f_P1x<3

4<f_P1S3y/f_P1y<5

其中f_P1S3y和f_P1S3x分别为表面P1S3在y轴和x轴上的焦距。

在一些实施方案中，棱镜441可由光学塑性材料形成。在一些实施方案中，棱镜441由具有色散系数vd1的光学材料形成，该色散系数满足以下条件：

vd1>50。

在光轴上，棱镜442包括三个具有屈光力的表面。棱镜442沿x轴的屈光力强于沿y轴的屈光力。棱镜442满足以下条件：

-1<f_P2y/f_sys<-0.4

-1<f_P2x/f_sys<-0.7

其中f_P2y为棱镜442沿y轴的焦距，f_P2x为棱镜442沿x轴的焦距，并且f_sys为自由曲面折叠光学系统的有效焦距。

棱镜442具有沿着光轴从物侧到成像侧的三个表面：P2S1、P2S2和P2S3。P2S1在近轴区域中为凹形的，并且满足以下条件：

1<f_P2S1y/f_P2y

f_P2S1x/f_P2x<3

其中f_P2S1y和f_P2S1x分别为表面P2S1在y轴和x轴上的焦距。

P2S2被反射涂覆以反射可见光并使光轴折叠。

P2S3在近轴区域中为凹形的，并且满足以下条件：

3<f_P2S3x/f_P2y<7

1<f_P2S3y/f_P2y<3

其中f_P2S3y和f_P2S3x分别为表面P2S3在y轴和x轴上的焦距。

在一些实施方案中，棱镜442可由光学塑性材料形成。在一些实施方案中，棱镜442由具有色散系数vd2的光学材料形成，该色散系数满足以下条件：

vd2<30

图6是根据一些实施方案的示例性折叠光学系统的剖视图，该折叠光学系统包括两个自由曲面棱镜并且示出自由曲面棱镜的表面之间的角度。P1S1的切线和P1S3的切线之间的角度为α1。在一些实施方案中，α1满足以下条件：

70度<α1<110度

P2S1的切线和P2S3的切线之间的角度为α2。在一些实施方案中，α2满足以下条件：

70度<α2<110度

示例流程图

图7是根据一些实施方案的使用如图2至图6所示的相机的实施方案捕获图像的方法的流程图。如1900处所指示，来自相机前面的物场的光通过第一轴线上的第一自由曲面棱镜的第一表面处的孔径光阑而被接收。如1910处所指示，光被第一自由曲面棱镜折射并重定向到第二轴线。如1920处所指示，在第二自由曲面棱镜的第一表面处接收光。如1930处所指示，光被第二自由曲面棱镜折射并重定向到第三轴线。如1940处所指示，光在第三轴线上的光电传感器或传感器模块的表面处或附近的图像平面处形成图像。如1950处所指示，图像被光电传感器捕获。

虽然未在图7中示出，但在一些实施方案中，光可穿过例如可位于第二自由曲面棱镜和光电传感器之间的红外滤光片。

在一些实施方案中，图7中所提及的折叠光学系统的部件可被配置为如图2、图3、图4、图5或图6中任一者所示。然而，应当注意，在实现类似的光学结果的同时，在附图中给出的示例的变化是可能的。

示例性计算设备

图8示出了被称为计算机系统2000的示例性计算设备，其可包括或容纳具有如图2至图7所示的折叠光学系统的相机的实施方案。此外，计算机系统2000可实现用于控制相机的操作和/或用于对用相机捕获的图像执行图像处理的方法。在不同的实施方案中，计算机系统2000可以是各种类型的设备中的任何设备，包括但不限于：个人计算机系统、台式计算机、膝上型计算机、笔记本电脑、平板电脑或平板设备、一体电脑或上网本计算机、大型计算机系统、手持式计算机、工作站、网络计算机、相机、机顶盒、移动设备、无线电话、智能电话、消费者设备、视频游戏控制器、手持式视频游戏设备、应用程序服务器、存储设备、电视、视频记录设备、外围设备诸如交换机、调制解调器、路由器，或一般性的任何类型的计算或电子设备。

在例示的实施方案中，计算机系统2000包括经由输入/输出(I/O)接口2030耦接到系统存储器2020的一个或多个处理器2010。计算机系统2000还包括耦接到I/O接口2030的网络接口2040、和一个或多个输入/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还可包括也可耦接到I/O接口2030的一个或多个相机2090，例如如上相对于图2至图7所述的一个或多个相机，或如上相对于图2至图7所述的一个或多个相机以及一个或多个其他相机，诸如传统宽视场相机。

在各种实施方案中，计算机系统2000可为包括一个处理器2010的单处理器系统，或者为包括若干个处理器2010(例如，两个、四个、八个或另一合适的数量)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，在各种实施方案中，处理器2010可以是实现多种指令集架构(ISA)(诸如x86、PowerPC、SPARC或MIPS ISA或任何其他合适的ISA)中的任一种的通用或嵌入式处理器。在多处理器系统中，处理器2010中的每一个处理器通常可以但并非必须实现相同的ISA。

系统存储器2020可被配置为存储可被处理器2010访问的程序指令2022和/或数据2032。在各种实施方案中，系统存储器2020可使用任何合适的存储器技术来实现，诸如静态随机存取存储器(SRAM)、同步动态RAM(SDRAM)、非易失性/闪存型存储器或任何其他类型的存储器。在例示的实施方案中，程序指令2022可被配置为实现用于控制相机2090的操作以及用于利用集成相机2090或其他方法或数据来捕获和处理图像的各种接口、方法和/或数据，例如用于捕获、显示、处理和存储利用相机2090捕获的图像的接口和方法。在一些实施方案中，程序指令和/或数据可被接收、发送或存储在与系统存储器2020或计算机系统2000分开的不同类型的计算机可访问介质上或类似介质上。

在一个实施方案中，I/O接口2030可以被配置为协调设备中的处理器2010、系统存储器2020、和任何外围设备(包括网络接口2040或其他外围设备接口，诸如输入/输出设备2050)之间的I/O通信。在一些实施方案中，I/O接口2030可执行任何必要的协议、定时或其他数据转换以将来自一个部件(例如系统存储器2020)的数据信号转换为适于由另一部件(例如处理器2010)使用的格式。在一些实施方案中，I/O接口2030可包括对例如通过各种类型的外围设备总线(诸如，外围部件互连(PCI)总线标准或通用串行总线(USB)标准的变型)附接的设备的支持。在一些实施方案中，I/O接口2030的功能例如可被划分到两个或更多个单独部件中，诸如北桥接件和南桥接件。此外，在一些实施方案中，I/O接口2030(诸如到系统存储器2020的接口)的功能中的一些或全部可直接并入到处理器2010中。

网络接口2040可被配置为允许在计算机系统2000与附接到网络2085的其他设备(例如，承载器或代理设备)之间或者在计算机系统2000的节点之间交换数据。在各种实施方案中，网络2085可包括一种或多种网络，包括但不限于：局域网(LAN)(例如以太网或企业网)、广域网(WAN)(例如互联网)、无线数据网、一些其他电子数据网络，或它们的某种组合。在各种实施方案中，网络接口2040可支持经由有线或无线通用数据网络(诸如任何合适类型的以太网网络)的通信，例如；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)的通信；经由存储区域网络(诸如光纤通道SANs)、或经由任何其他合适类型的网络和/或协议的通信。

输入/输出设备2050在一些实施方案中可包括一个或多个显示终端、键盘、小键盘、触控板、扫描设备、语音或光学识别设备或适于由计算机系统2000键入或访问数据的任何其他设备。多个输入/输出设备2050可存在于计算机系统2000中，或者可分布在计算机系统2000的各个节点上。在一些实施方案中，类似的输入/输出设备可以与计算机系统2000分开，并且可通过有线或无线连接(诸如通过网络接口2040)与计算机系统2000的一个或多个节点进行交互。

如图8所示，存储器2020可包括程序指令2022，该程序指令可为处理器可执行的，以实现用于支持集成相机2090的任何元件或动作，包括但不限于图像处理软件和用于控制相机2090的接口软件。在一些实施方案中，由相机2090捕获的图像可被存储到存储器2020。此外，由相机2090捕获的图像的元数据可被存储到存储器2020。

本领域的技术人员应当理解，计算机系统2000仅仅是例示性的，而并非旨在限制实施方案的范围。特别地，计算机系统和设备可包括可执行所指示功能的硬件或软件的任意组合，包括计算机、网络设备、互联网设备、PDA、无线电话、寻呼机、摄像机或静态相机等等。计算机系统2000还可连接到未示出的其他设备，或者相反作为独立的系统来操作。此外，由所示出的部件所提供的功能在一些实施方案中可被组合在更少的部件中或者被分布在附加部件中。类似地，在一些实施方案中，所示出的部件中的一些部件的功能可不被提供，和/或其他附加功能可能是可用的。

本领域的技术人员还将认识到，虽然各种项目被示出为在被使用期间被存储在存储器中或存储设备上，但是为了存储器管理和数据完整性，这些项目或其部分可在存储器和其他存储设备之间进行传输。另选地，在其他实施方案中，这些软件部件中的一些或全部可在另一设备上的存储器中执行，并且经由计算机间通信与例示的计算机系统2000进行通信。系统部件或数据结构中的一些或全部也可(例如作为指令或结构化数据)被存储在计算机可访问介质或便携式制品上以由合适的驱动器读取，其多种示例在上文中被描述。在一些实施方案中，存储在与计算机系统2000分开的计算机可访问介质上的指令可经由传输介质或信号(诸如经由通信介质诸如网络和/或无线链路而传送的电信号、电磁信号或数字信号)传输到计算机系统2000。各种实施方案还可包括在计算机可访问介质上接收、发送或存储根据以上描述所实现的指令和/或数据。一般来讲，计算机可访问介质可包括非暂态计算机可读存储介质或存储器介质，诸如磁介质或光学介质，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。在一些实施方案中，计算机可访问介质可包括传输介质或信号，诸如经由通信介质诸如网络和/或无线链路而传送的电气信号、电磁信号、或数字信号。

在不同的实施方案中，本文所述的方法可以在软件、硬件或它们的组合中实现。此外，可改变方法的框的次序，并且可对各种要素进行添加、重新排序、组合、省略、修改等。对于受益于本公开的本领域的技术人员，显然可做出各种修改和改变。本文所述的各种实施方案旨在为例示的而非限制性的。许多变型、修改、添加和改进是可能的。因此，可为在本文中被描述为单个示例的部件提供多个示例。各种部件、操作和数据存储库之间的界限在一定程度上是任意性的，并且在具体的示例性配置的上下文中示出了特定操作。预期了功能的其他分配，它们可落在所附权利要求的范围内。最后，被呈现为示例性配置中的分立部件的结构和功能可被实现为组合的结构或部件。这些和其他变型、修改、添加和改进可落入如以下权利要求书中所限定的实施方案的范围内。

Claims

1.一种折叠光学系统，包括：

第一棱镜；和

第二棱镜；

其中所述第一棱镜将来自物场的光重定向到所述第二棱镜；

其中所述第二棱镜重定向所述光以在图像平面处形成所述物场的图像；并且

其中所述棱镜中的至少一个棱镜的至少一个表面是旋转不对称的。

2.根据权利要求1所述的折叠光学系统，还包括位于所述第一棱镜的第一表面处的孔径光阑。

3.根据权利要求1所述的折叠光学系统，其中所述折叠光学系统的光圈数为<＝2.4，并且其中所述折叠光学系统的全视场(FOV)为<＝30度。

4.根据权利要求1所述的折叠光学系统，其中每个棱镜在所述折叠光学系统的光轴上具有第一表面S1、第二表面S2和第三表面S3，其中所述表面的光学特性沿着所述表面处的相对于所述光轴的两个对称轴x和y来限定，其中所述表面处的x轴彼此平行并且垂直于所述光轴，并且其中每个表面处的所述y轴围绕所述x轴旋转以与所述表面相符。

5.根据权利要求4所述的折叠光学系统，其中所述折叠光学系统满足以下条件：

f_x＝f_y＝f_sys，

其中f_x为通过所述折叠光学系统在所述x轴上的焦距，f_y为通过所述折叠光学系统在所述y轴上的焦距，并且f_sys为所述折叠光学系统的有效焦距。

6.根据权利要求4所述的折叠光学系统，其中对于每个棱镜，在所述棱镜处沿所述x轴的焦距不同于在所述棱镜处沿所述y轴的焦距。

7.根据权利要求4所述的折叠光学系统，其中所述第一棱镜沿所述x轴的屈光力强于所述第一棱镜沿所述y轴的屈光力。

8.根据权利要求7所述的折叠光学系统，其中所述第一棱镜满足以下条件：

0.55<f_P1y/f_sys<0.85，

0.5<f_P1x/f_sys<0.8，

其中f_P1y为所述第一棱镜沿所述y轴的焦距，f_P1x为所述第一棱镜沿所述x轴的焦距，并且f_sys为所述折叠光学系统的有效焦距。

9.根据权利要求4所述的折叠光学系统，其中所述第一棱镜的表面S1在近轴区域中为凸形的并且满足以下条件：

1.2<f_P1S1y/f_P1y，

f_P1S1x/f_P1x<2.8，

其中f_P1S1y和f_P1S1x分别为所述第一棱镜的表面S1在所述y轴和所述x轴上的焦距。

10.根据权利要求4所述的折叠光学系统，其中所述第一棱镜的表面S3在近轴区域中为凸形的并且满足以下条件：

1<f_P1S3x/f_P1x<3，

4<f_P1S3y/f_P1y<5，

其中f_P1S3y和f_P1S3x分别为所述第一棱镜的表面S3在所述y轴和所述x轴上的焦距。

11.根据权利要求4所述的折叠光学系统，其中所述第二棱镜沿所述x轴的屈光力强于所述第二棱镜沿所述y轴的屈光力。

12.根据权利要求11所述的折叠光学系统，其中所述第二棱镜满足以下条件：

-1<f_P2y/f_sys<-0.4，

-1<f_P2x/f_sys<-0.7，

其中f_P2y为所述第二棱镜沿所述y轴的焦距，f_P2x为所述第二棱镜沿所述x轴的焦距，并且f_sys为所述折叠光学系统的所述有效焦距。

13.根据权利要求4所述的折叠光学系统，其中所述第二棱镜的表面S1在所述近轴区域中为凹形的并且满足以下条件：

1<f_P2S1y/f_P2y，

f_P2S1x/f_P2x<3，

其中f_P2S1y和f_P2S1x分别为所述第二棱镜的表面S1在所述y轴和所述x轴上的焦距。

14.根据权利要求4所述的折叠光学系统，其中所述第二棱镜的表面S3在近轴区域中为凹形的并且满足以下条件：

3<f_P2S3x/f_P2y<7，

1<f_P2S3y/f_P2y<3，

其中f_P2S3y和f_P2S3x分别为所述第二棱镜的表面S3在所述y轴和所述x轴上的焦距。

15.根据权利要求4所述的折叠光学系统，

其中所述第一棱镜的表面S2将光从第一轴线反射到第二轴线；

其中所述第二棱镜的表面S2将光从所述第二轴线反射到第三轴线；以及

其中所述表面S2中的至少一个表面是旋转不对称的。

16.根据权利要求4所述的折叠光学系统，其中所述第一棱镜满足以下条件：

70度<α1<110度，

其中α1为所述第一棱镜的表面S1的切线与所述第一棱镜的表面S3的切线之间的角度。

17.根据权利要求4所述的折叠光学系统，其中所述第二棱镜满足以下条件：

70度<α2<110度，

其中α2为所述第二棱镜的表面S1的切线与所述第二棱镜的表面S3的切线之间的角度。

18.根据权利要求1所述的折叠光学系统，其中所述第一棱镜由具有满足条件vd1>50的色散系数vd1的光学材料形成，并且其中所述第二棱镜由具有满足条件vd2<30的色散系数vd2的光学材料形成。

19.根据权利要求1所述的折叠光学系统，其中所述折叠光学系统是包括光电传感器的相机的部件，所述光电传感器被配置为捕获投射到所述光电传感器的表面上的光，其中所述第二棱镜将所述光重定向以在所述光电传感器的所述表面处的所述图像平面处形成所述物场的所述图像。

20.根据权利要求19所述的折叠光学系统，其中所述相机是设备的部件，所述设备包括：

一个或多个处理器；和

存储器，所述存储器包括能够由所述一个或多个处理器中的至少一个处理器执行以控制所述相机的操作的程序指令。