CN114253050A - 长焦相机 - Google Patents

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S·W·米勒
D·S·布罗迪
M·B·威滕伯格
J·A·伯廷
D·A·帕库拉
篠原义和
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Abstract

本发明公开了一种长焦相机，该长焦相机可包括具有一个或多个透镜的透镜组、细长光折叠元件和图像传感器。该透镜组可至少部分地定位在突出到该相机外部的转台内。该光折叠元件可沿光的光学透射路径光学地定位在透镜组和该图像传感器之间。该光折叠元件可多次折叠该光折叠元件内的光，以引导来自该透镜组的光穿过该光折叠元件到达该图像传感器。

Description

长焦相机
技术领域
本公开整体涉及长焦相机，并且更具体地涉及用于小外形、高缩放长焦相机的架构。
背景技术
长焦相机通常具有相对长的焦距，并且很大程度上用于以相对高的缩放因子捕获远距离处的对象。然而，小型移动多用途设备诸如智能电话、平板计算机、平板电脑或可穿戴设备的出现产生了对高分辨率小外形长焦相机集成在设备中的需求。因此，希望具有针对此类系统集成的高缩放长焦相机架构拟合。
附图说明
图1A至图1B示出了根据一些实施方案的示例性长焦相机。
图2A至图2B示出了根据一些实施方案的另一个示例性长焦相机。
图3A至图3C示出了根据一些实施方案的包括孔眼掩模的示例性光折叠元件。
图4示出了根据一些实施方案的用于使用相机捕获图像的方法的高级流程图。
图5示出了根据一些实施方案的用于形成相机的示例性方法的高级流程图。
图6示出了根据一些实施方案的可包括相机的示例性设备的示意图。
图7示出了根据一些实施方案的可包括相机的示例性计算机系统的示意性框图。
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。考虑以下引用的权利要求：“一种包括一个或多个处理器单元...的装置”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(f)。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。
还将理解的是，虽然术语“第一”、“第二”等可能在本文中用于描述各种元素，但是这些元素不应当被这些术语限定。这些术语只是用于将一个元件与另一元件区分开。例如，在不脱离预期范围的情况下，第一接触可被称为第二接触，并且类似地，第二接触可被称为第一接触。第一接触和第二接触两者都是接触，但是它们不是同一接触。
在本文描述中所使用的术语只是为了描述特定实施方案，而并非旨在进行限制。如说明书和所附权利要求中所使用的那样，单数形式的“一个”、“一种”和“该”旨在也涵盖复数形式，除非上下文以其他方式明确地指示。还将理解的是，本文中所使用的术语“和/或”是指并且涵盖相关联地列出的项目中的一个或多个项目的任何和全部可能的组合。还将理解的是，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时是指定存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其分组。
如本文中所用，根据上下文，术语“如果”可以被解释为意思是“当...时”或“在...时”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，根据上下文，短语“如果确定...”或“如果检测到[所陈述的条件或事件]”可被解释为是指“在确定...时”或“响应于确定...”或“在检测到[所陈述的条件或事件]时”或“响应于检测到[所陈述的条件或事件]”。
具体实施方式
由于其长焦距(例如，60毫米或更长)，长焦相机通常很适用于捕获对象，尤其是在远距离处的对象。长焦相机通常具有长焦距，该长焦距可放大远处对象并提供该远处对象的高质量图像。然而，常规的长焦相机基本上在两个重要的光学参数(光圈数和缩放因子)方面受到限制。光圈数是指相机的焦距与相机的孔径光阑的直径之间的比率。通常期望具有低光圈数，这意味着允许捕获更多光以产生更高图像质量和更宽视场(FOV)的更宽孔径开口(对于给定的焦距)。但是由于长焦距，对于常规的长焦相机，实现低光圈数通常是困难的。缩放因子是指相机的焦距相对于“参考”焦距(例如，广角相机的焦距)的比率。通常优选的是具有大的缩放因子，以使得相机可具有更大的图像放大倍数。然而，大缩放因子需要长光学镜头总长(TTL)。TTL是指相机的第一透镜的对象侧表面(面向环境中的对象)处的前顶点与图像传感器处的图像平面之间的光轴上的距离。TTL的增加可增加相机的尺寸，从而使其不适合集成在小型移动多用途设备中。
本文所述的各种实施方案涉及具有改进的适于集成在小外形移动设备中的能力的高缩放长焦相机架构。在一些实施方案中，相机可包括具有一个或多个透镜的透镜组、光折叠元件和图像传感器。在一些实施方案中，光折叠元件可反射(或折叠)光以将该光引导到透镜和/或图像传感器。在一些实施方案中，光折叠元件可具有细长形状，该细长形状具有在正交于透镜组的光轴的方向上延伸的长度，该长度大于在平行于光轴的方向上延伸的高度。在一些实施方案中，光折叠元件可包括具有多个(例如，至少四个)表面的细长棱镜(例如，平行四边形棱镜)。在一些实施方案中，细长棱镜可传递由透镜捕获的光，使光穿过棱镜的第一表面。光中的至少一些光可到达该棱镜的第二表面，然后在该棱镜的第二表面处被反射，例如，光被折叠一次。从该棱镜的第二表面反射的光中的至少一些光可被反射回该棱镜的第一表面。当光的入射角接近或大于该棱镜的临界角时，可发生全内反射(TIR)，因此光可在棱镜的第一表面处被反射，例如，光被折叠两次。从第一表面反射的光中的至少一些光可透射到该棱镜的第三表面并且在该棱镜的第三表面处被反射，例如，光被折叠三次。接下来，从该棱镜的第三表面反射的光中的至少一些光可到达该棱镜的第四表面并且在该棱镜的第四表面处被反射，并且离开该棱镜以聚焦在该图像传感器上的图像平面上，例如，光被折叠四次。由光折叠元件折叠的光可有效地增加相机的焦距和光学TTL。这可有助于长焦相机在不牺牲相机的尺寸的情况下实现低光圈数和/或高缩放因子。
图1A至图1B示出了根据一些实施方案的示例性长焦相机。在该示例中，图1A示出了从由图1B中的虚线A-A'指示的视角观察的相机100(例如，长焦相机)的剖视图。如图1A所示，相机100可包括透镜组105、光折叠元件110和图像传感器115，该透镜组包括一个或多个透镜(例如，透镜105(1)、透镜105(2)和透镜105(3))。在一些实施方案中，相机100可包括孔径光阑120，该孔径光阑可限制和控制进入相机100的光量。在一些实施方案中，相机100可任选地包括红外滤光器(IF)125，如图1所示，该IF可阻挡或防止至少一些红外光到达图像传感器115。在一些实施方案中，光折叠元件110可包括三棱镜，如图1所示。在一些实施方案中，光折叠元件110可简单地包括反射镜。不管其是三棱镜、反射镜还是其他类型的合适的光折叠元件，光折叠元件110均可包括反射表面112。在一些实施方案中，光可(例如，从相机100的孔径光阑120)进入光折叠元件110，在光折叠元件110的反射表面112处(例如，通过反射)从一个方向(例如，沿光轴或Z轴)折叠或重新导向到另一个方向(例如，沿X轴)至透镜组105，穿过透镜组105，并且到达图像传感器115，如图1A中的边缘所指示的。
与上述常规长焦相机相比，相机100可通过使用光折叠元件110来有效地增加光学TTL而具有减小的总Z高度(在平行于相机100的光轴的方向上大致在相机120的前侧和后侧之间测量的)。然而，通过将透镜组105与折叠元件110和图像传感器115一起包括在同一模块中，相机100可能必须增加模块长度，甚至增加相机100的转台的长度，如图1A所示。此处，术语“转台”可广义地指相对于相机100的表面例如在平行于透镜组105的光轴的方向上突出或伸出的部分，如图1A所示。有时，相机的转台也被称为“相机凸块”。在一些实施方案中，模块外壳透镜组105、光折叠元件110和图像传感器115可占据突出转台的至少一部分，以便为要集成在移动设备中的相机100的其他部件提供空间。需注意，在技术上，光轴可存在于多个方向上，例如，第一部分入射在光折叠元件110上(例如，沿Z轴)并且第二部分位于透镜组105和图像传感器115之间(例如，沿X轴)。出于讨论和限定相关方向的目的，术语“光轴”仅指在本公开所述的各种实施方案中穿过透镜组(例如，沿Z轴穿过透镜组105)的部分。
图2A至图2B示出了根据一些实施方案的另一个示例性长焦相机。在该示例中，图2A示出了从由图2B中的虚线B-B'指示的视角观察的相机200(例如，长焦相机)的剖视图。在该示例中，相机200可包括透镜组205、光折叠元件210和图像传感器215。在一些实施方案中，透镜组205可包括一个或多个透镜，例如，透镜205(1)L1、透镜205(2)L2和透镜205(3)L3。这些透镜(例如，透镜205(1)L1、透镜205(2)L2和透镜205(3)L3)可单独包括至少面向来自环境的光的前表面和与该前表面相对的后表面，例如，如图2中的透镜205(1)L1的L1S1和L1S2所指示的。在一些实施方案中，相机200可包括布置在透镜组205前面的孔径光阑220，以限制和控制由透镜组205捕获的光量。在一些实施方案中，相机200可任选地包括红外滤光器(IF)225，如图2A所示，该IF可被布置在图像传感器215前面以阻挡或防止至少一些红外光到达图像传感器215。在一些实施方案中，相机200可包括轴向运动音圈电机(图2A中未示出)，该轴向运动音圈电机可被控制来使透镜组205的各个透镜(例如，透镜205(1)L1、透镜205(2)L2和/或透镜205(3)L3)例如相对于图像传感器215沿透镜组205的光轴(或Z轴)移动，以实现各种自动聚焦以及放大/缩小功能。此外，在一些实施方案中，相机200可包括横向运动音圈电机(图2A中未示出)，该横向运动音圈电机可被控制来使图像传感器例如相对于透镜组205沿正交于透镜组205的光轴(或Z轴)的X轴和/或Y轴移动，以实现各种光学图像稳定(OIS)功能。
在一些实施方案中，如图2A所示，图像传感器可被定位成入射到由透镜组205限定的光轴(或Z轴)。在一些实施方案中，光折叠元件210可沿从透镜组205到图像传感器215的光的光学透射路径光学地布置在透镜组205和图像传感器215之间。在一些实施方案中，光折叠元件210可具有细长形状，该细长形状具有短高度或薄厚度，例如，光折叠元件210的在正交于光轴(或Z轴)的方向(例如，沿X轴)上的长度大于光折叠元件210的在平行于透镜组205的光轴(或Z轴)的方向上的高度或厚度。在一些实施方案中，光折叠元件210可包括至少四个表面。例如，如图2A所示，光折叠元件210可包括平行四边形棱镜，此时光折叠元件210的第一表面(表面S1)平行于光折叠元件210的第三表面(表面S3)，并且光折叠元件210的第二表面(表面S2)平行于光折叠元件210的第四表面(表面S4)。在一些实施方案中，光折叠元件210可被布置成使得第一表面(表面S1)可面向透镜组205，而第三表面(表面S3)可面向图像传感器215。在一些实施方案中，透镜组205的第一透镜的前表面(例如，透镜205(1)L1的表面L1S1)可大致平行于图像传感器215的图像平面，使得入射在第一透镜205(1)L1的前表面处的光可平行于入射在图像传感器215的图像平面处的光。
在一些实施方案中，光折叠元件210的第二表面(表面S2)和/或第四表面(表面S4)可单独地包括反射涂层(或反射器)。例如，反射涂层可包括基于薄金属层的镜面涂层、具有白色内表面的膜等。因此，光折叠元件210的第二表面(表面S2)和第四表面(表面S4)可在相应表面处反射光。光折叠元件210的第一表面(表面S1)和第三表面(表面S3)可透射光或使光穿过相应表面。此外，光折叠元件210的第一表面(表面S1)和第三表面(表面S3)可在称为全内反射(TIR)的现象下反射光。当光的入射角接近或大于某一限制角(称为临界角)时，可发生TIR。入射角是指入射在表面上的光和在入射点处垂直于该表面的线(称为法线)之间的角度。因此，当光的入射角小于临界角时，光折叠元件210的第一表面(表面S1)和第三表面(表面S3)可使光穿过。反之，当光的入射角接近或大于临界角时，光折叠元件210的第一表面(表面S1)和第三表面(表面S3)可在相应表面处反射光。在一些实施方案中，光折叠元件210的第一表面(表面S1)和/或第三表面(表面S3)还可单独地包括抗反射涂层。
重新参考图2A，光折叠元件210可多次折叠光折叠元件210内的光，以引导来自透镜组105的光穿过光折叠元件210到达图像传感器215。例如，对于使用图2A所示的平行四边形棱镜的光折叠元件210，来自透镜组205的光可穿过光折叠元件210的第一表面(表面S1)，进入光折叠元件210。光中的至少一些光可到达光折叠元件210的第二表面(表面S2)，然后在该第二表面处被反射，如图2A中的边缘所指示的，例如，光被折叠一次。从光折叠元件210的第二表面(表面S2)反射的光中的至少一些光可弹回到光折叠元件210的第一表面(表面S1)，如图2A中的边缘所指示的。当光的入射角接近或大于光折叠元件210的临界角时，光可在TIR下在光折叠元件210的第一表面(表面S1)处被反射，例如，光被折叠两次。接下来，从第一表面(表面S1)反射的光中的至少一些光可透射到光折叠元件210的第三表面(表面S3)并在该第三表面处被反射，例如，光被折叠三次。最后，从光折叠元件210的第三表面(表面S3)反射的光中的至少一些光可到达光折叠元件210的第四表面(表面S4)，在第四表面(表面S4)处被反射，并且离开光折叠元件210以聚焦在图像传感器215上的图像平面上，例如，光被折叠四次。因此，在图2A的该示例中，穿过透镜组205的至少一些光在离开光折叠元件210到达图像传感器215之前可在光折叠元件210内折叠四次。
与图1A中的相机100相比，相机200可将透镜组205移动到容纳光折叠元件210和图像传感器115的模块外部至相机200的转台。使用相机200的转台来容纳透镜组205可有益于相机200的间距。因为相机200的转台向外突出(如图2A所示)，所以透镜组205在该转台内的放置可为相机200内的其他部件留下额外的空间。因此，相机200的模块可能主要需要仅容纳光折叠元件210(具有薄厚度的细长棱镜)和图像传感器215(以及任选的红外滤光器225)。因此，这可至少减小相机200的模块Z高度(和肩部Z高度)，如图2A所示。因此，相机200的架构可允许具有较短模块Z高度的相机200的较大孔径开口，因此光圈数较低。例如，在一些实施方案中，光折叠元件210的厚度可在2毫米和4.1毫米的范围内。在一些实施方案中，光折叠元件210的第一表面(表面S1)和第二表面(表面S2)之间的角度可在25度和35度之间的范围内(例如，25度<θ<35度)。在一些实施方案中，光圈数可在2.2和2.8之间的范围内。在一些实施方案中，相机200的模块Z高度可在8毫米至10毫米之间的范围内。此外，光折叠元件210可多次折叠光(或多于一次，例如至少四次)。与图1A中的仅折叠光一次的相机100相比，使用光折叠元件200可允许在较短模块长度内有效增加相机200的透镜组105和图像传感器115之间的焦距和光学TTL，从而实现大缩放因子。例如，在一些实施方案中，相机200的缩放因子可达到5或更大，而图1A中的相机100的缩放因子可在3和5之间的范围内。在一些实施方案中，相机200的模块长度可为21毫米或更小，而相机100的模块长度可在21毫米和23毫米之间的范围内。在一些实施方案中，相机200的有效焦点路径可达到17.2毫米和27.2毫米的范围。此外，如图2A所示，相机200的转台可沿透镜组205的光轴(或Z轴)突出到相机200外部。换句话讲，转台在正交于光轴(或Z轴)的方向上(例如，沿X轴)的长度可能需要仅大于透镜组205的透镜(例如，透镜205(1)、205(2)和205(3))的最大直径。相比之下，在图1A中，相机100的转台在纵向上(例如，沿X轴)可能需要容纳光折叠元件110、透镜组105和图像传感器115。因此，与相机100相比，相机200的转台的长度可减小。在一些实施方案中，相机200的转台的长度可小于细长光折叠元件210沿正交于光轴(或Z轴)的方向(例如，沿X轴)的长度。
需注意，出于说明的目的，图2A使用平行四边形棱镜来示出光折叠元件210。在一些实施方案中，相机200可不必使用棱镜，而是使用任何合适的光折叠元件。此外，在一些实施方案中，光折叠元件210可包括其他形状，例如五边形、六边形等，并且仍然提供上述光折叠功能和设计益处。在一些实施方案中，透镜组205的透镜(例如，透镜205(1)L1、透镜205(2)L2和透镜205(3)L3)可由各种透光材料制成。例如，透镜组205可包括玻璃透镜和塑料透镜两者的组合。在另一个示例中，透镜组205的所有透镜可以是玻璃透镜或塑料透镜。与玻璃相比，塑料可提供更小的重量和更低的材料成本。然而，在一些实施方案中，对于透镜组的第一透镜(例如，透镜组205的205(1)L1)使用玻璃透镜可减轻光学系统(例如，相机200)内的热聚焦偏移。例如，热聚焦偏移可被抑制到小于0.25μm/度。在一些实施方案中，对于透镜组的第一透镜(例如，透镜组205的205(1)L1)使用具有高色散系数Vd(例如，Vd>60)的材料可校正轴向色差。在一些实施方案中，透镜组205的所有透镜均可使用非球面透镜。在一些实施方案中，透镜组205的所有透镜均可使用球面透镜。在一些实施方案中，透镜组205可包括非球面透镜和球面透镜两者的组合。球面透镜可指跨在至少一个表面上具有类似球形形状的相同曲线的透镜，而非球面透镜可指具有从透镜中心向外到边缘其曲率逐渐变化的表面的透镜。在一些实施方案中，光折叠元件210还可包括各种透光材料，例如，一个或多个玻璃棱镜、一个或多个塑料棱镜、或玻璃棱镜和塑料棱镜两者的组合。
图3A至图3C示出了根据一些实施方案的包括孔眼掩模的示例性光折叠元件。在一些实施方案中，提供孔眼掩模以减少或减轻眩光。对于光学系统，当来自环境的杂散光(尤其是比来自相机要捕获的对象的光更亮的杂散光)进入光学系统时，可引起眩光。来自环境的杂散光可从相机的各种方向和/或其他部件(例如，相机的外壳的侧壁)进入光学系统，并且最终进入图像中。如图3A所示，杂散光310可例如从光折叠元件305的表面(例如，表面S4)(例如，其包括棱镜)进入光折叠元件305。在一些实施方案中，光折叠元件可包括位于光折叠元件内部和/或光折叠元件的表面处的一个或多个孔眼掩模，以减少眩光。在该示例中，光折叠元件315可包括位于光折叠元件315内部的孔眼掩模325和330，如图3B所示。此外，在一些实施方案中，孔眼掩模325和/或330可被设计成在各种空间位置具有各种形状和/或尺寸。目的是使孔眼掩模325和/或330覆盖假定被来自环境的杂散光照射的区域。这样，孔眼掩模325和/或330可拦截并吸收杂散光，从而减少眩光，如图3B所示。例如，如图3B所示，孔眼掩模325和330可平行于彼此定位在光折叠元件315内部的相对两侧，以减轻由来自棱镜315的相对两侧(如，表面表面S2和表面表面S4)的杂散光引起的眩光。需注意，出于说明的目的，图3A至图3B仅作为示例提供。当由来自一个或多个其他方向的杂散光引起眩光时，可相应地修改孔眼掩模的尺寸、形状和/或位置以实现期望的抗眩光性能。在一些实施方案中，孔眼掩模325和/或330可单独地包括抗眩光涂层、暗的(例如，黑色)掩模、暗的(例如，黑色)涂漆、凸缘形状的改变等。
在一些实施方案中，光折叠元件(图1中的光折叠元件100和图2中的光折叠元件200)可包括单个一体式棱镜。在一些实施方案中，可通过例如用光学透明粘合剂将若干棱镜接合在一起来形成光折叠元件。根据一些实施方案，后一种方法可用于在棱镜内部形成孔眼掩模。例如，如图3C所示，可通过粘合棱镜340、345和350来形成光折叠元件315。在该示例中，光折叠元件315可呈平行四边形形状，因此可使用一个矩形棱镜340和两个三棱镜345和350来形成。在一些实施方案中，为了在棱镜315内部形成孔眼掩模325和/或330，可首先在矩形棱镜340的相应表面处形成孔眼掩模325和/或330。例如，孔眼掩模325和330可形成在矩形棱镜340的两个相对的平行表面上，如图3C所示。接下来，矩形棱镜340(具有孔眼掩模325和330)可与三棱镜345和350粘合，使得孔眼掩模325和330可定位在矩形棱镜340和三棱镜345/350之间的相应接合表面处。
图4示出了根据一些实施方案的用于使用包括光学系统的相机捕获图像的示例性方法的高级流程图。如图4所示，在一些实施方案中，相机(例如，图2A中的相机200)的一个或多个透镜(例如，图2A中的透镜205(1)-205(3)可从环境中的对象接收光，如框405所指示的。如上所述，在一些实施方案中，这些透镜可包括具有各种材料、形状和/或尺寸的至少三个透镜。在一些实施方案中，相机可包括光折叠元件(例如，图2A中的光折叠元件210)，该光折叠元件可光学地布置在相机的透镜和图像传感器(例如，图2A中的图像传感器215)之间。在一些实施方案中，光折叠元件可包括至少四个表面(例如，图2A中的平行四边形棱镜的四个表面)，该至少四个表面可将该光折叠元件内的光折叠至少四次，以引导该光穿过该光折叠元件从透镜到达图像传感器。
如上所述，在一些实施方案中，光折叠元件一些表面(例如，表面S2和表面S4)可单独地包括反射涂层(或反射器)。因此，在一些实施方案中，由透镜捕获的光可穿过光折叠元件的第一表面(例如，图2A中的表面S1)进入该光折叠元件，如框410所指示的。在一些实施方案中，穿过第一表面的光中的至少一些光可到达光折叠元件的第二表面(例如，表面S2)并且可在该第二表面处被反射，如框415所指示的。在一些实施方案中，从第二表面反射的光中的至少一些光可弹回到第一表面。如上所述，当光的入射角接近或大于光折叠元件的临界角时，可发生TIR，并且光可在该光折叠元件的第一表面处被进一步反射，如框420所指示的。在一些实施方案中，从光折叠元件的第一表面反射的光中的至少一些光可透射到该光折叠元件的第三表面(例如，表面S3)并在该第三表面处被反射，如框425所指示的。类似地，当光的入射角接近或大于临界角时，光可在该光折叠元件的第三表面处被反射，如框425所指示的。在一些实施方案中，从第三表面反射的光中的至少一些光可到达该光折叠元件的第四表面(例如，表面S4)并在该第四表面处被反射，从而离开该光折叠元件，聚焦在图像传感器处的图像平面上，如框430所指示的。在一些实施方案中，该图像传感器可检测光并相应地生成图像信号(例如，电信号)，基于该图像信号可产生图像，如框435所指示的。
图5示出了根据一些实施方案的用于形成相机的示例性方法的高级流程图。出于说明的目的，图5使用平行四边形棱镜作为示例，并且所公开的方法也可应用于其他形状和/或尺寸的棱镜。如图5所示，该方法可包括获得矩形棱镜(例如，图3B至图3C中的矩形棱镜340)，如框505所指示的。在一些实施方案中，可在矩形棱镜处形成一个或多个孔眼掩模(例如，孔眼掩模325和/或330)，以减少眩光，如框510所指示的。例如，孔眼掩模可形成在矩形棱镜的两个相对的平行表面上(如图3B至图3C所示)。在一些实施方案中，可使用光学粘合剂将矩形棱镜与一个或多个其他棱镜(例如，两个三棱镜(例如，三棱镜345和350))接合，以形成平行四边形棱镜(例如，平行四边形棱镜315)，如框515所指示的。在一些实施方案中，孔眼掩模可定位在三棱镜和相应三棱镜之间的接合表面处(如图3B至图3C所示)。
在一些实施方案中，平行四边形棱镜可与包括多个透镜的透镜组(例如，图2A中的透镜组205)组装在一起，如框520所指示的。例如，平行四边形棱镜和透镜组可组装在一起，使得平行四边形棱镜的第一表面(例如，表面S1)可面向透镜组的最后一个透镜的后表面(例如，透镜205(3)L3的表面L3S2)(如图2A所示)。因此，由透镜组捕获的光可穿过透镜组的透镜(例如，从透镜205(1)L1，穿过透镜205(2)L2，并且到达透镜205(3)L3)，然后穿过棱镜的第一表面进入棱镜。在一些实施方案中，透镜组和平行四边形棱镜可与图像传感器(例如，图像传感器215)组装在一起以形成相机(例如，相机200)的光学系统，如框525所指示的。例如，透镜组和平行四边形棱镜可与图像传感器组装在一起，使得该平行四边形棱镜的与该棱镜的第一表面相对(并且平行)的第三表面(例如，表面S1)可面向图像传感器(如图2A所示)。因此，来自透镜组的光可通过第一表面进入棱镜，在棱镜内部折叠多次(例如，至少四次)，并且穿过棱镜的第三表面到达图像传感器，如上所述。在一些实施方案中，红外滤光器(例如，红外滤光器225)可任选地包括在相机中的棱镜和图像传感器之间，以阻挡或防止至少一些红外光到达图像传感器。
图6示出了根据一些实施方案的示例性设备600的示意图，该示例性设备可包括相机(例如，图1A中的相机100、图2A中的相机200等)。在一些实施方案中，设备600可以为移动设备和/或多功能设备。在各种实施方案中，设备600可以为各种类型的设备中的任何一种设备，包括但不限于：个人计算机系统、台式计算机、膝上型电脑、笔记本电脑、平板计算机、一体电脑、平板电脑或上网本电脑、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、增强现实(AR)和/或虚拟现实(VR)头戴式耳机、消费设备、视频游戏控制器、手持式视频游戏设备、应用服务器、存储设备、电视、视频录制设备、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。
在一些实施方案中，设备600可包括显示系统602(例如，包括显示器和/或触敏表面)和/或一个或多个相机604。在一些非限制性实施方案中，显示系统602和/或一个或多个前向相机604a可设置在设备600的前侧处，例如，如图6所示。附加地或另选地，一个或多个后向相机604b可设置在设备600的后侧处。在包括多个相机604的一些实施方案中，相机中的一些相机或所有相机可彼此相同或类似。附加地或另选地，相机中的一些相机或所有相机可彼此不同。在各种实施方案中，相机604的位置和/或布置可不同于图6所示的那些相机。
除了别的以外，设备600可包括存储器606(例如，包括操作系统608和/或应用程序/程序指令610)、一个或多个处理器和/或控制器612(例如，包括CPU、存储器控制器、显示器控制器和/或相机控制器等)和/或一个或多个传感器616(例如，方向传感器、接近传感器和/或位置传感器等)。在一些实施方案中，设备600可经由一个或多个网络622与一个或多个其他设备和/或服务(诸如计算设备618、云服务620等)进行通信。例如，设备600可包括网络接口(例如，网络接口610)，该网络接口使设备600能够向网络622传输数据并且能够从该网络接收数据。附加地或另选地，设备600能够使用各种通信标准、协议和/或技术中的任一者经由无线通信与其他设备进行通信。
图7示出了示例性计算设备的示意性框图，该示例性计算设备被称为计算机系统700，其可包括或托管相机的实施方案，例如，如本文参考图1至图6所述。此外，计算机系统700可以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。在一些实施方案中，附加地或另选地，设备600(本文参考图6所述)可包括本文所述的计算机系统700的功能部件中的一些功能部件或全部功能部件。
计算机系统700可被配置为执行上述实施方案中的任一个实施方案或所有实施方案。在不同的实施方案中，计算机系统700可以为各种类型的设备中的任何一种设备，包括但不限于：个人计算机系统、台式计算机、膝上型电脑、笔记本电脑、平板计算机、一体电脑、平板电脑或上网本电脑、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、增强现实(AR)和/或虚拟现实(VR)头戴式耳机、消费设备、视频游戏控制器、手持式视频游戏设备、应用服务器、存储设备、电视、视频录制设备、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700包括经由输入/输出(I/O)接口706耦接到系统存储器704的一个或多个处理器702。计算机系统700还包括耦接到I/O接口706的一个或多个相机708。计算机系统700还包括耦接到I/O接口706的网络接口710和一个或多个输入/输出设备712，诸如光标控制设备714、键盘716和显示器718。在一些情况下，可以想到实施方案可以使用计算机系统700的单个实例来实现，而在其他实施方案中，多个此类系统或者构成计算机系统700的多个节点可被配置为托管实施方案的不同部分或实例。例如，在一个实施方案中，一些元素可以经由计算机系统700的与实现其他元素的那些节点不同的一个或多个节点来实现。
在各种实施方案中，计算机系统700可为包括一个处理器702的单处理器系统、或者包括若干个处理器702(例如两个、四个、八个或另一合适数量)的多处理器系统。处理器702可以为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702可以为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702中的每个处理器通常可以但并非必须实现相同的ISA。
系统存储器704可以被配置为存储能够通过处理器702访问的程序指令720。在各种实施方案中，系统存储器704可以使用任何合适的存储器技术来实现，所述合适的存储器技术为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。另外，存储器704的现有相机控制数据722可以包括上述信息或数据结构中的任一者。在一些实施方案中，程序指令720和/或数据722可被接收、发送或存储在与系统存储器704或计算机系统700分开的不同类型的计算机可访问介质上或类似介质上。在各种实施方案中，本文所述的一些或全部功能可经由此类计算机系统700来实现。
在一个实施方案中，I/O接口706可被配置为协调设备中的处理器702、系统存储器704和任何外围设备(包括网络接口710或其他外围设备接口，诸如输入/输出设备712)之间的I/O通信。在一些实施方案中，I/O接口706可以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704)的数据信号转换为适于由另一部件(例如，处理器702)使用的格式。在一些实施方案中，I/O接口706可以包括对例如通过各种类型的外围总线(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706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706(诸如到系统存储器704的接口)的功能中的一些功能或全部功能可直接并入处理器702中。
网络接口710可被配置为允许在计算机系统700与附接到网络724的其他设备(例如，携载件或代理设备)之间或者在计算机系统700的节点之间交换数据。在各种实施方案中，网络724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、某种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710可以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SAN)、或经由任何其他合适类型的网络和/或协议的通信。
在一些实施方案中，输入/输出设备712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、或者适于由一个或多个计算机系统700输入或访问数据的任何其他设备。多个输入/输出设备712可存在于计算机系统700中，或者可分布在计算机系统700的各个节点上。在一些实施方案中，类似的输入/输出设备可与计算机系统700分开，并且可通过有线或无线连接(诸如通过网络接口710)与计算机系统700的一个或多个节点进行交互。
本领域的技术人员应当理解，计算机系统700仅仅是例示性的，而并非旨在限制实施方案的范围。具体地，计算机系统和设备可以包括可执行所指出的功能的硬件或软件的任何组合，包括计算机、网络设备、互联网设备、PDA、无线电话、寻呼机等。计算机系统700还可以连接到未示出的其他设备，或者反之可作为独立的系统进行操作。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装置上，但是为了存储器管理和数据完整性的目的，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软件部件可以在另一设备上的存储器中执行，并且经由计算机间通信来与例示的计算机系统进行通信。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700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700。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 (20)

1.一种设备，所述设备包括：
透镜组，所述透镜组具有至少部分地位于所述设备的转台内的一个或多个透镜，所述转台相对于所述设备的表面在平行于所述透镜组的光轴的第一方向上突出；
图像传感器，所述图像传感器被定位成入射到由所述透镜组限定的所述光轴；和
细长光折叠元件，所述细长光折叠元件位于所述透镜组和所述图像传感器之间，其中所述细长光折叠元件在正交于所述光轴的第二方向上的长度大于在平行于所述光轴的所述第一方向上的高度，其中所述细长光折叠元件的所述长度大于所述转台在正交于所述光轴的所述第二方向上的长度，并且其中所述光折叠元件被配置为在所述细长光折叠元件的多个内表面处反射穿过所述透镜组的光以将所述光重新导向到所述图像传感器。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述光在所述细长光折叠元件的多个内表面处的所述反射包括：
使来自所述透镜组的所述光穿过所述光折叠元件的第一表面透射到所述光折叠元件；
在所述光折叠元件的第二表面处反射穿过所述光折叠元件的所述第一表面的所述光中的至少一些光；
在所述光折叠元件的所述第一表面处反射从所述光折叠元件的所述第二表面反射的所述光中的至少一些光；
在所述光折叠元件的第三表面处反射从所述光折叠元件的所述第一表面反射的所述光中的至少一些光；以及
在所述光折叠元件的第四表面处反射从所述光折叠元件的所述第三表面反射的所述光中的至少一些光，以使所述至少一些光穿过所述第三表面离开所述光折叠元件到达所述图像传感器。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述光折叠元件的所述第二表面或所述第四表面中的至少一者包括反射涂层。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备的缩放因子为5或更大。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备的容纳所述光折叠元件和所述图像传感器的模块的高度在8毫米和10毫米之间的范围内。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备的容纳所述光折叠元件和所述图像传感器的模块的长度为21毫米或更短。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述光折叠设备包括玻璃棱镜或塑料棱镜。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述光折叠元件包括平行四边形棱镜，并且其中所述棱镜的第一表面平行于所述棱镜的第三表面，并且所述棱镜的第二表面平行于所述棱镜的第四表面。
9.根据权利要求1所述的设备，还包括：
一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为处理从所述图像传感器生成的图像信号。
10.一种设备，所述设备包括：
一个或多个相机；和
一个或多个处理器，
其中所述一个或多个相机中的至少一个相机包括：
透镜组，所述透镜组具有至少部分地位于所述设备的转台内的一个或多个透镜，所述转台相对于所述设备的表面在平行于所述透镜组的光轴的第一方向上突出；
图像传感器，所述图像传感器被定位成入射到由所述透镜组限定的所述光轴；和
细长光折叠元件，所述细长光折叠元件位于所述透镜组和所述图像传感器之间，其中所述细长光折叠元件在正交于所述光轴的第二方向上的长度大于在平行于所述光轴的所述第一方向上的高度，其中所述细长光折叠元件的所述长度大于所述转台在正交于所述光轴的所述第二方向上的长度，并且其中所述光折叠元件被配置为在所述细长光折叠元件的多个内表面处反射穿过所述透镜组的光以将所述光重新导向到所述图像传感器。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述光在所述细长光折叠元件的多个内表面处的所述反射包括：
使来自所述透镜组的所述光穿过所述光折叠元件的第一表面透射到所述光折叠元件；
在所述光折叠元件的第二表面处反射穿过所述光折叠元件的所述第一表面的所述光中的至少一些光；
在所述光折叠元件的所述第一表面处反射从所述光折叠元件的所述第二表面反射的所述光中的至少一些光；
在所述光折叠元件的第三表面处反射从所述光折叠元件的所述第一表面反射的所述光中的至少一些光；以及
在所述光折叠元件的第四表面处反射从所述光折叠元件的所述第三表面反射的所述光中的至少一些光，以使所述至少一些光穿过所述第三表面离开所述光折叠元件到达所述图像传感器。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述光折叠元件的所述第二表面或所述第四表面中的至少一者包括反射涂层。
13.根据权利要求10所述的设备，其中所述设备的缩放因子为5或更大。
14.根据权利要求10所述的设备，其中所述设备的容纳所述光折叠元件和所述图像传感器的模块的高度在8毫米和10毫米之间的范围内。
15.根据权利要求10所述的设备，其中所述设备的容纳所述光折叠元件和所述图像传感器的模块的长度为21毫米或更短。
16.根据权利要求10所述的设备，其中所述光折叠设备包括玻璃棱镜或塑料棱镜。
17.根据权利要求10所述的设备，其中所述光折叠元件包括平行四边形棱镜，并且其中所述棱镜的第一表面平行于所述棱镜的第三表面，并且所述棱镜的第二表面平行于所述棱镜的第四表面。
18.根据权利要求10所述的设备，其中所述一个或多个处理器被配置为处理从所述图像传感器生成的图像信号。
19.一种光学系统，所述光学系统包括：
透镜组，所述透镜组具有至少部分地位于转台内的一个或多个透镜，所述转台在平行于所述透镜组的光轴的第一方向上突出；和
细长光折叠元件，其中所述细长光折叠元件在正交于所述光轴的第二方向上的长度大于在平行于所述光轴的所述第一方向上的高度，其中所述细长光折叠元件的所述长度大于所述转台在正交于所述光轴的所述第二方向上的长度，并且其中所述光折叠元件被配置为在所述细长光折叠元件的多个内表面处反射穿过所述透镜组的光以将所述光重新导向到图像平面。
20.根据权利要求19所述的光学系统，其中所述光在所述细长光折叠元件的多个内表面处的所述反射包括：
使来自所述透镜组的所述光穿过所述光折叠元件的第一表面透射到所述光折叠元件；
在所述光折叠元件的第二表面处反射穿过所述光折叠元件的所述第一表面的所述光中的至少一些光；
在所述光折叠元件的所述第一表面处反射从所述光折叠元件的所述第二表面反射的所述光中的至少一些光；
在所述光折叠元件的第三表面处反射从所述光折叠元件的所述第一表面反射的所述光中的至少一些光；以及
在所述光折叠元件的第四表面处反射从所述光折叠元件的所述第三表面反射的所述光中的至少一些光，以使所述至少一些光穿过所述第三表面离开所述光折叠元件到达所述图像平面。
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