CN117597621A - 紧凑型折叠远摄相机 - Google Patents

Abstract

折叠数字相机包括具有N(N≥3)个透镜元件L₁并且具有EFL、孔径DA、f数f/#、TTL和BFL的透镜，其中，每个透镜元件具有相应的焦距f_i，并且其中第一透镜元件L₁面向物侧，并且最后一个透镜元件L_N面向像侧；图像传感器，具有传感器对角线(SD)；以及光路折叠元件(OPFE)，用于在物体和所述图像传感器之间提供折叠光路，其中，所述透镜位于所述OPFE的物侧，其中，所述EFL在8mm<EFL<50mm的范围内，其中，BFL与TTL之间的比率满足BFL/TTL大于0.75。

Description

紧凑型折叠远摄相机

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年6月23日提交的美国临时专利申请号63/213,899、2021年9月19日提交的美国临时专利申请号63/245,892、2021年12月10日提交的美国临时专利申请号63/288,047和2021年12月20日提交的美国临时专利申请号63/291,628的优先权，所有这些专利申请的全部内容通过引用明确地并入这里。

技术领域

目前公开的主题一般涉及数字相机领域。

定义

在本申请中，对于贯穿说明书和附图中提及的光学性质和其它性质，使用以下符号和缩写，所有这些都用于本领域已知的术语：

总轨迹长度(TTL)：当系统聚焦到无穷远物距时，沿着平行于透镜光轴的轴测量的第一透镜元件L1的前表面S₁的点与图像传感器之间的最大距离。

后焦距(BFL)：当系统聚焦到无穷远物距时，沿着平行于透镜光轴的轴测量的最后一个透镜元件L_N的后表面S_2N的点和图像传感器之间的最小距离。

有效焦距(EFL)：在透镜(透镜元件L₁至L_N的组件)中，透镜的后主点P'和后焦点F'之间的距离。

F数(f/#)：EFL与入瞳直径的比率(或简称为孔径直径“DA”)。

背景技术

多孔相机(或“多相机”，其中具有两个相机的“双相机”作为示例)是当今用于便携式电子移动设备(“移动设备”，例如，智能电话、平板电脑等)的标准。多相机装置通常包括宽视场(或“角度”)FOV_W相机(“广角”相机或“W”相机)和至少一个附加相机(例如，具有较窄(比FOV_W窄的)FOV(具有FOV_T的远程照片或“远程”相机)或具有超宽视场FOV_UW(比FOV_W宽的，“UW”相机)的相机)。

图1A示出了已知的折叠远程相机100，折叠远程相机100包括具有宽度W_OPFE的光路折叠元件(OPFE)102(例如，棱镜或反射镜)、包括在透镜筒110中的具有多个透镜元件(在该表示中不可见)的透镜104以及图像传感器106，所述透镜筒110位于距OPFE 102的距离ΔL0处。OPFE 102将光路(OP)从第一OP 112折叠到形成透镜104的光轴的第二OP 108。透镜104位于OPFE 102的像侧。相机100的TTL和BFL都沿着平行于OP 108的一个维度定向。示出了包括相机100的相机模块的长度(“最小模块长度”或“MML”)和相机模块的高度(“最小模块高度”或“MMH”)的理论极限。MML和MMH由相机100中包括的部件的最小尺寸来定义。在下文中，“MH”表示“相机模块高度”，或者更简单地表示“模块高度”。由TTL＝MML-W_OPFE-ΔLO给出TTL，因此TTL在几何上受到TTL<MML-L_OPFE的限制，使得BFL/TTL的比率相对小(例如，0.3或更小)。

图1B示出了已知的双相机150，双相机150包括折叠远程相机100和(垂直或直立)广角相机130，广角相机130包括具有多个透镜元件(在该表示中不可见)的透镜132和图像传感器138。透镜132包括在透镜筒134中。广角相机130具有OP 136。

图1C示意性地示出了已知的移动设备160，移动设备160具有外部后表面162，并且在剖视图中包括折叠远程相机100'。相机100'的光圈101位于后表面162处，前表面166可以例如包括屏幕(不可见)。移动设备160具有规则的厚度区域(“T”)和相机凸起区域164，相机凸起区域164在规则区域上方升高高度B。凸起区域具有凸起长度(“BL”)和凸起厚度T+B。相机100'包括OPFE 102'、具有多个透镜元件的透镜104'和图像传感器106'。一般地并且如这里所示，相机100'完全集成在凸起区域中，使得MML和MMH限定凸起区域的下限，即，BL和T+B。为了工业设计的原因，需要小的相机凸起(即短BL)。与垂直相机(诸如130)相比并且对于给定的凸起厚度T+B，使用折叠相机(诸如100)，可以实现较大的BFL、较大的TTL，以及由此较大的EFL(对应于期望的较大的图像缩放因子)。然而，较大的TTL与较大的BL同时出现，这是不希望的。

如上所述，f/#＝EFL/DA。入瞳是孔径光阑的光学图像，如通过透镜系统的前孔径所“看到的”。前孔径是透镜的物侧孔径。如已知的，低f/#是期望的，因为它具有3个主要优点：良好的低光灵敏度、强的“自然”散景(Bokeh，或称为焦外)效应和高图像分辨率，如下面所讨论的：

1.低光灵敏度：与例如数字单透镜反射式(DSLR，或称为数字单反)相机相比，低光灵敏度是当前的移动设备兼容相机的主要性能缺陷。作为示例，相机的f/#(对于相同的EFL)减半会将孔径面积增加4倍，这意味着4倍以上的光进入相机。当捕获低光场景时，这种差异是特别相关的。

2.散景(Bokeh)：散景(Bokeh)是在图像的焦外(out-of-focus，或离焦)段中产生的模糊的美学质量，并且它对于当前的智能电话是一个高要求的特征。Bokeh效应与图像的景深(DOF)成反比，其中DOF～f/δ。低f/#有利于支持强的“自然”Bokeh效应。由于现前的智能电话相机中存在的f/#没有提供足够的“自然”Bokeh，因此对强Bokeh的需求由“人工”Bokeh来回答，即，人工地将模糊施加到焦外图像段。

3.具有连续增加的像素分辨率的图像传感器，所述图像传感器进入移动设备，在2019年首次超过100兆像素。这(除其它因素之外)是通过缩小单个像素的尺寸(即增加空间像素频率)来实现的。为了将像素分辨率转换为图像分辨率，相机的透镜必须支持传感器的空间像素频率k_Pixel。对于设计良好的(衍射受限的)相机透镜，透镜k_Lens的可分辨空间频率反过来取决于f/#:k_Lens～1/f/#，即，较低的f/#对应于较高的图像分辨率(假定图像传感器具有足够的空间像素频率)。

在给定某个EFL的情况下，需要较大的DA来实现低f/#。

有利的是，具有0.75或较大的大BFL/TTL比率的折叠远程相机，用于为大的变焦因子提供大的EFL，并且仍然支持具有短BL的小相机凸起。

发明内容

在各种示例性实施例中，提供了一种折叠数字相机，包括：透镜，具有N(N≥3)个透镜元件L_i并具有EFL、孔径DA、f数f/#、TTL和BFL，其中，每个透镜元件具有相应的焦距f_i，并且其中第一透镜元件L₁面向物侧，并且最后一个透镜元件L_N面向像侧，；图像传感器，具有传感器对角线(SD)；以及光路折叠元件(OPFE)，用于在物体和所述图像传感器之间提供折叠光路，其中，所述透镜位于所述OPFE的物侧，其中，所述EFL在8mm<EFL<50mm的范围内，其中，BFL与TTL之间的比率满足BFL/TTL大于0.5。

在各种示例性实施例中，提供了一种折叠数字相机，包括：透镜，具有N(N≥4)个透镜元件L_i并具有EFL、孔径DA、f数f/#、TTL和BFL，其中，每个透镜元件具有相应的焦距f_i，并且其中第一透镜元件L₁面向物侧，并且最后一个透镜元件L_N面向像侧；图像传感器，具有SD；以及OPFE，用于在物体和所述图像传感器之间提供折叠光路，其中，所述透镜被分成第一透镜组和第二透镜组，其中，第一透镜组位于所述OPFE的物侧，其中，第二透镜组位于所述OPFE的像侧，其中，所述EFL在8mm<EFL<50mm的范围内，其中，第一透镜组和第二透镜组之间的距离d(G1-G2)满足d(G1-G2)大于TTL/2。

在各种示例性实施例中，提供了一种折叠数字相机，包括：透镜，具有N(N≥4)个透镜元件L_i并具有OA、EFL、孔径DA、f数f/#、TTL和BFL，其中，每个透镜元件具有相应的焦距f_i，并且其中第一透镜元件L₁面向物侧，并且最后一个透镜元件L_N面向像侧；图像传感器，具有SD；以及OPFE，用于在物体和所述图像传感器之间提供折叠光路，所述OPFE相对于所述透镜OA以角度β定向，其中，所述透镜位于所述OPFE的物侧，其中β大于45度且小于60度，其中，所述EFL在8mm<EFL<50mm的范围内，并且其中，SD/EFL大于0.45。

在一些示例中，BFL/TTL>0.8。在一些示例中，BFL/TTL>0.9。

在一些示例中，BFL/EFL>0.7。在一些示例中，BFL/EFL>0.9。

在一些示例中，EFL在15mm<EFL<40mm的范围内。

在一些示例中，透镜相对于OPFE和相对于图像传感器是可移动的，用于聚焦和用于光学图像稳定(OIS)。

在一些示例中，透镜和OPFE可相对于图像传感器一起移动，用于聚焦和用于OIS。

在一些示例中，DA在5mm<DA<11mm的范围内并且f/#在2<f/#<6.5的范围内。

在一些示例中，DA在7mm<DA<9mm的范围内并且f/#在3<f/#<5.5的范围内。

在一些示例中，SD在3mm<SD<10mm的范围内。

在一些示例中，如上述或如下面所述的折叠数字相机包括在具有肩高(SH)和模块高度(MH)的相机模块中，其中SH在4mm<SH<8mm的范围内，MH在6mm<MH<12mm的范围内。在一些示例中，4.5mm<SH<6mm并且MH在7mm<MH<9mm的范围内。

在一些示例中，SH/MH<0.8。在一些示例中，SH/MH<0.7。

在一些示例中，L_N的最后表面与OPFE之间的距离ΔLO和TTL的比率满足ΔLO/TTL<0.01。

在一些示例中，所有透镜元件L₁至L_i的平均透镜厚度(ALT)和TTL之间的比率满足ALT/TTL<0.05。

在一些示例中，位于透镜顶部的所有透镜元件L₁至L_i之间的平均间隙厚度(AGT)与TTL之间的比率满足AGT/TTL<0.01。

在一些示例中，L₃和L₄之间的距离d₃₄满足d₃₄/ALT>2，其中ALT是位于OPFE的物侧上的所有透镜元件L₁至L_i的平均透镜厚度。

在一些示例中，EFL/TTL<1。在一些示例中，EFL/TTL<0.9。

在一些示例中，L₁由玻璃制成。

在一些示例中，L₁的f1与EFL之间的比率满足f1/EFL>0.4。

在一些示例中，L₁的f1与EFL之间的比率满足f1/EFL>0.5。

在一些示例中，位于OPFE的物侧的最后一个透镜是负的。

在一些示例中，L₂和L₃之间的距离d₂₃与透镜厚度LT的比率满足d₂₃/LT<0.1。在一些示例中，d₂₃/LT<0.05。

在一些示例中，L₁的中心厚度T₁大于任何其它透镜元件L_i的中心厚度T_i。

在一些示例中，T₁与所有透镜元件L₁至L_i的ALT之间的比率满足T1/ALT>1.5。在一些示例中，T₁/ALT>1.75。

在一些示例中，L₁的边缘厚度ET₁小于具有位于OPFE的物侧的所有透镜元件的最大边缘厚度的透镜元件L_j的边缘厚度ET_j。

在一些示例中，透镜是沿着与图像传感器上的法线平行的轴切割的被切割的透镜。透镜可以相对于轴对称透镜直径被切割了20％，并且MH可以通过切割相对于轴对称透镜减少超过10％，轴对称透镜具有沿着垂直于图像传感器上的法线的轴和透镜的光轴测量的相同的透镜直径。

在各种示例性实施例中，提供了一种包括如上所述或下面的相机的移动设备，所述移动设备具有设备厚度T和相机凸起，相机凸起具有凸起高度B，其中，凸起区域具有升高的高度T+B，其中相机完全结合到相机凸起区域中。在一些示例中，移动设备是智能电话。

附图说明

下面将参照列在本段之后的在此所附的附图描述在此所公开的实施例的非限制性示例。附图和描述旨在说明和阐明在此公开的实施例，而不应被认为是以任何方式进行限制。

图1A示出了已知的折叠远程相机；

图1B示出了已知的双相机；

图1C示意性地示出了具有外表面并包括折叠远程相机的已知移动设备；

图2A示意性地示出了在此公开的折叠远程相机的实施例；

图2B示意性地示出了在此所公开的折叠远程相机的另一实施例；

图2C示意性地示出了在剖面图中具有外表面并且包括如图2A中的折叠远程相机的具有如图1C中所述的尺寸的移动设备；

图2D示意性地示出了在此所公开的折叠远程相机的另一实施例；

图2E示意性地示出了在剖面图中包括如图2D中的折叠远程相机的具有如图1C中所述的尺寸的移动设备；

图2F示意性地示出了在剖面图中包括如图2D中的折叠远程相机的具有如图1C中所述的尺寸的移动设备；

图2G示出用于图2A和图2D的折叠相机的自动聚焦(AF)和光学图像稳定(OIS)机制的实施例；

图2H示出用于图2A的折叠相机的AF和OIS机制的另一实施例；

图2I示出用于图2A的折叠相机的AF和OIS机制的又一实施例；

图2J示出用于图2D的折叠相机的AF和OIS机制的又一实施例；

图2K示出用于图2D的折叠相机的AF和OIS机制的又一实施例；

图3A示意性地示出了在此公开的光学透镜系统的实施例；

图3B示意性地示出了在此公开的光学透镜系统的另一实施例；

图3C示意性地示出了在此公开的光学透镜系统的另一实施例；

图3D示意性地示出了在此公开的光学透镜系统的另一实施例；

图3E示意性地示出了在此公开的光学透镜系统的另一实施例；

图3F示意性地示出了在此公开的光学透镜系统的另一实施例；

图4A示出了平面P上的两个冲击点IP₁和IP₂的正交投影IP_orth,1、IP_orth,2；

图4B示出了平面P上的两个冲击点IP3和IP4的正交投影IP_orth,3、IP_orth,4；

图5A提供了净高度(CH)的定义；

图5B提供了净孔径(CA)的定义；

图6提供H_L和H_opt的定义；

图7示出了包括多个被切割的透镜元件和透镜壳体的透镜筒。

具体实施方式

在下面的详细描述中，阐述了许多具体细节，以便提供透彻的理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践当前公开的主题。在其它情况下，没有详细描述公知的方法和特征，以免使当前公开的主题模糊。

图2A示意性地示出了在此公开的并且标号为200的折叠远程相机的实施例。相机200包括具有标号为L₁至L₄的多个(N个)透镜元件的透镜202(这里为N＝4)，其中L₁朝向物侧定向。相机200还包括将OP 212折叠到OP 208的OPFE 204以及图像传感器206。如图所示，相机元件可以包括在壳体214中。在相机200中，OP 212基本上平行于y轴，而OP 208基本上平行于z轴。OPFE 204相对于y轴和z轴形成45度角。

为了估计包括诸如图3A至图3D所示的光学透镜系统的相机模块的最小尺寸的理论极限，我们引入以下参数和相关性：

MML和“模块长度”(“ML”)

-最小模块长度(“MML”)是包括相机200的所有部件的相机模块的长度的理论极限。

-MML＝max(Z_Lens,Z_OPFE)-Z_Sensor,max(Lens,Z_OPFE)是透镜202(Z_Lens)或OPFE 204(Z_OPFE)的最大z值，而Z_Sensor是图像传感器206的最小z值。在一些实施例中，如图2A所示，Z_Lens>Z_OPFE，使得MML＝Z_Lens-Z_Sensor。

-为了实现对相机模块的长度(“ML”)的实际估计，可以将例如3.5mm的长度添加到MML，即ML＝MML+3.5mm。额外的长度考虑了OIS以及图像传感器封装、壳体等可能需要的透镜行程(lens stroke)。

R1

-MML的第一区域(“R1”)与第一最小模块高度MMH1相关联。

-R1＝max(WL,W_OPFE)，其中WL是沿z轴测量的透镜202的宽度，W_OPFE是沿z轴测量的OPFE 204的宽度。在一些实施例中，如图2A所示，WL>W_OPFE，使得R1仅由透镜202确定，R1＝WL。

-光学透镜宽度(“WL_O”)和机械透镜宽度(“WL_M”)之间的区别。

-通过包括所有同轴射线而获得的OPFE 204的宽度(“W_OPFE-ON”)与通过包括所有离轴射线而获得的宽度(“W_OPFE-OFF”)之间的区别。

R2

-MML的第二区域(“R2”)与第二最小模块高度MMH2相关联，其中MMH2<MMH1。

-R2＝MML-R1。

-一般而言，对于给定的MML，从工业设计的观点来看，使R2最大化(使R1最小化)可能是有益的。

MMH1和“模块高度”(“MH”)

-MMH1＝H_OPFE+ΔLO+LT,H_OPFE是OPFE 204的高度(我们假设OPFE 204相对于y轴和z轴两者以45度定向，使得H_OPFE＝W_OPFE),ΔLO是透镜202的中心和OPFE 204之间的距离，LT是透镜202的高度(或“厚度”)。

-为了实现对相机模块高度的实际估计，我们通过将1.5mm的附加高度添加到MMH1来计算MH，即MH＝MMH1+1.5mm。附加的长度考虑了AF以及壳体、透镜盖等可能需要的透镜行程。

-通过包括所有同轴射线(“MMH1_ON”)获得的MMH1与通过包括所有离轴射线(“MMH1_OFF”)获得的高度之间的区别。MH_ON和MH_OFF分别是通过包括所有同轴射线获得的MH和通过包括所有离轴射线(“MMH1_OFF”)获得的MH。MH_ON和MH_OFF分别通过使用MMH1_ON和MMH1_OFF来计算。

-在其它示例中，例如，图像传感器206占据比OPFE 204的y值低的y值，MMH1可以是MMH1>H_OPFE+ΔLO+LT。在这些示例中，MMH1由图像传感器206所占据的最低y值和透镜202所占据的最高y值之间的差给出。

MMH2和“肩高”(“SH”)

-第二最小模块高度(“MMH2”)是包括相机200的在第二区域(“R2”)中所有部件的相机模块的高度的理论极限。MMH2＝min(HS,H_OPFE)，HS是图像传感器206的高度，H_OPFE是OPFE204的高度。图像传感器206可以具有4：3的宽高比，使得传感器对角线(SD)由SD＝5/3HS给出。

-在一些实施例中，如图2A所示，MMH2可以仅由图像传感器206确定，即MMH2＝HS。

-为了实现对真实相机模块高度的真实估计，通过将附加高度(例如1.5mm)添加到MMH2来计算肩高SH，即SH＝MMH2+1.5mm。额外的高度用于接触传感器206以及用于壳体。

B_Min

-相机凸起的高度B的理论最小值，例如164或234。

-Bmin＝MMH1-T。为了计算表1和表12中的Bmin，我们假设器件厚度T＝7mm。

-分别使用MMH1_ON和MMH1_OFF计算B_min-ON和B_min-OFF。

与已知的相机100相比并且对于给定的MML，相机200可以具有较大的TTL和BFL。较大的TTL对于实现具有大EFL并因此具有高变焦因子(ZF)或者对于如本领域已知的图像放大因子的远程相机是有益的。通常，远程相机的ZF是相对于(垂直或直立)广角相机(例如广角相机130)来定义的，广角相机130被包括在远程相机旁边的多相机中。

透镜202位于OPFE 204的物侧。因此，相机200的TTL和BFL都不是沿一个维度定向，而是沿两个维度定向。第一部分TTL₁和BFL₁平行于OP 212，第二部分TTL₂和BFL₂平行于OP208。TTL和BFL通过TTL＝TTL₁+TTL₂和BFL＝BFL₁+BFL₂获得，其中TTL₂＝BFL₂。因此，TTL在几何上不受TTL<MML-W_OPFE的限制，从而BFL/TTL的比率可以显著高于相机100的BFL/TTL的比率。在相机200中，例如，BFL/TTL＝0.9。透镜202的透镜厚度LT由LT＝TTL₁-BFL₁给出。

透镜202位于OPFE 204的物侧的另一个优点是可以实现大孔径直径(“DA”)。这是因为，与已知折叠相机(诸如100)相反，透镜202的光焦度在光入射到OPFE 204上之前而不是在光入射到OPF上之后聚光。“聚光”在这里是指垂直于透镜的光轴定向并且包括形成图像传感器处的图像的所有光线的第一圆，第一圆位于透镜的物侧且小于第二圆，第二圆垂直于透镜的光轴定向并且包括形成图像传感器处的图像的所有光线的，第二圆位于透镜的像侧和OPFE的物侧。因此，给定OPFE(诸如OPFE 102或OPFE 204)的尺寸的情况下，与已知的相机100相比，在相机200中可以实现较大的DA(因此较低的f/#)。

诸如光学透镜系统310、320和330的光学透镜系统可以包括在相机200中。

图2B示意性地示出了这里公开的并且标号为220的折叠远程相机的另一实施例。相机220包括具有标号为L₁至L₅的多个(N个)透镜元件(这里：N＝5)的透镜202，多个透镜元件被分成两个透镜组，第一组202-1(“G1”)包括L₁至L₄并且位于OPFE的物侧，第二透镜组202-2(“G2”)包括L₅并且位于OPFE的像侧。G1和G2之间的距离d(G1-G2)由d(G1-G2)＝d(G1-G2)₁+d(G1-G2)₂给出，其中d(G1-G2)₁沿着OP212定向，而d(G1-G2)₂沿着OP208定向。在相机200中，TTL₁平行于OP 212,TTL₂平行于OP 208，并且TTL＝TTL₁+TTL₂。然而，BFL不被分成两个垂直分量。相机220的所有其它部件与相机200中的部件相同。在一些实施例(例如实施例300)中，诸如IR滤光器的光学元件(未示出)可以位于OPFE 204和G2 202-2之间。在其它实施例中，光学元件可以位于G2 202-2和图像传感器206之间。诸如光学透镜系统300的光学透镜系统可以包括在相机220中。

图2C示意性地示出了具有如图1C中所描述的尺寸的移动设备230(例如，智能电话)，其具有外表面232并且包括如在此以剖面图所公开的折叠远程相机200。相机凸起区域被标记234。前表面236可以例如包括屏幕(不可见)。相机200的R1被集成到高度T+B的234中，而相机200的R2被集成到高度T的规则器件区域中。与相机100'被完全集成到凸起区域中的移动器件160相比，相机200仅部分地集成到凸起区域中的移动器件230可以具有较小的BL，这对于工业设计原因是有益的。在其它实施例中，另一个折叠远程相机(诸如如在此所公开的折叠远程相机220)可以被包括在移动设备230中。通常，对于薄型移动设备，使MMH1和MMH2最小化是有益的。特别地，使MMH1最小化是令人感兴趣的，因为它使得B最小化。对于便携式相机，使MML最小化也是有益的。特别地，使R1最小化是令人感兴趣的，因为它使得BL最小化。

图2D示意性地示出了在此公开的并且标号为240的折叠远程相机的实施例。相机240包括具有标号为L₁至L₄的多个(N个)透镜元件的透镜202(这里为N＝4)，其中L₁朝向物侧定向。相机240还包括将OP 212折叠到OP 208的OPFE 204以及图像传感器206。如图所示，相机元件可以包括在壳体214中。在相机240中，OP 212基本上平行于y轴。OP 208与z轴形成角度α，因此对于OP 208，它被称为“倾斜OP”。OPFE 204与y轴形成角β(β>45度)，与z轴形成角90-β(90-β<45度)。对于OP 208的斜率，BFL₂和TTL₂分别具有沿y轴测量的分量(“TTL2_y”,“BFL2_y”)和沿z轴测量的分量(“TTL2_z”,“BFL2_z”)，使得例如BFL₂＝sqrt(BFL2_y ²+BFL2_z ²)。对于倾斜的OP，传感器206与y轴形成2×(β-45°)的角度。

这种具有倾斜OP的相机的优点是：

1.合并入大图像传感器，例如1/2或更大。

2.更紧凑的模块尺寸，即相对于具有非倾斜OP的相机来说，MMH和MML可以较小(假设具有倾斜OP的相机和非倾斜OP的相机分别具有相同的EFL、透镜孔径和图像传感器尺寸)。

为了估计包括如图3E所示的光学透镜系统的相机模块的最小尺寸的理论极限，我们引入以下参数和相关性：

MML和“模块长度”(“ML”)

最小模块长度(“MML”)是包括相机240的所有部件的相机模块的长度的理论极限。

--MML＝max(Z_Lens,Z_OPFE)-Z_Sensor,max(Lens,Z_OPFE)是透镜202(Z_Lens)或OPFE 204(Z_OPFE)的最大z值，而Z_Sensor是图像传感器206的最小z值。在一些实施例中，如图2D所示，Z_Lens>Z_OPFE，使得MML＝Z_Lens-Z_Sensor。

-为了实现对相机模块的长度(“ML”)的实际估计，可以将例如3.5mm的长度添加到MML，即ML＝MML+3.5mm。附加的长度考虑了OIS以及图像传感器封装、壳体等可能需要的透镜行程(lens stroke)。

MMH和“模块高度”(“MH”)

-MMH＝H_OPFE+ΔLO+LT,H_OPFE是OPFE 204的高度(对于倾斜的OP 208，H_OPFE≠W_OPFE)。

--为了实现对相机模块高度的实际估计，我们通过将1.5mm的附加高度添加到MMH1来计算MH，即MH＝MMH1+1.5mm。

光学透镜系统(诸如光学透镜系统340)可以包括在相机240中。

图2E示意性地示出了具有如图1C和图2C中所描述的尺寸和部件的移动设备250(例如，智能电话)，移动设备250包括如在此以剖视图公开的折叠远程相机240。相机240完全集成到相机凸起234中。

图2F示意性地示出了具有如图1C、图2C、图2D和图2E中所描述的尺寸和部件的另一移动设备260，移动设备260包括如在此以剖视图公开的折叠远程相机240。相机240完全集成到相机凸起234中。OP 208是与z轴形成角度α的倾斜OP。透镜202的透镜元件由透镜镜筒218承载。

图2G示出了在此公开的用于相机200和相机240的第一自动聚焦(AF)和光学图像稳定(OIS，optical image stabilization，或称为光学稳像、光学防抖)机制的实施例。透镜202以与图2A至图F中的定向相同的定向示出。透镜202相对于OPFE和图像传感器(均未示出)沿着以下轴运动，所沿的轴包括与用于AF的y轴平行的轴、与用于沿第一轴的OIS的z轴平行的第一OIS轴(“OIS1”)以及与用于沿第二轴的OIS的x轴平行的第二OIS轴(“OIS2”)。移动作为一个单元的透镜202，即，N个透镜元件(这里为L₁至L₄)之间的距离不改变，但是到OPFE和到图像传感器的距离改变(两者均未示出)。

图2H示出了在此公开的用于相机200的第二AF和OIS机制的另一个实施例。透镜202和OPFE 204以与图2A至图2F中的定向相同的定向示出。透镜202和OPFE 204作为一个单元相对于图像传感器(未示出)沿着以下轴运动，所沿的轴包括与用于AF的z轴平行的轴、与用于沿第一轴的OIS的y轴平行的第一OIS轴(“OIS1”)以及与用于沿第二轴的OIS的x轴平行的第二OIS轴(“OIS2”)。移动作为一个单元的透镜202和OPFE 204意味着N个透镜元件(这里为L₁至L₄)之间的距离以及透镜202和OPFE 204之间的距离不改变。只有到图像传感器(未示出)的距离改变。

图2I示出了在此公开的用于相机200的第三AF和OIS机制的另一实施例。透镜202和OPFE 204以与图2A至图2F中的定向相同的定向示出。透镜202相对于OPFE和图像传感器(未示出)沿着以下轴运动，所沿的轴包括与用于沿第一轴的OIS的z轴平行的第一OIS轴(“OIS1”)以及与用于沿第二轴的OIS的x轴平行的第二OIS轴(“OIS2”)。对于AF，透镜202和OPFE 204作为一个单元相对于图像传感器(未示出)沿着平行于z轴的轴运动。注意，沿着y轴的移动与根据第三AF和OIS机制执行AF和OIS不相关。这意味着，在第一顺序中，(沿着平行于y轴的轴测量)附加的高度惩罚与根据第三AF和OIS机制执行AF和OIS不相关，或者换句话说，根据第三AF和OIS机制执行AF和OIS仅稍微增大MMH1。“在第一顺序中，没有附加的高度惩罚”和“仅稍微增大MMH1”是指不需要沿着y轴运动的事实。然而，与使用第二AF和OIS机制的实施例相比，使用第三AF和OIS机制的实施例可能需要较大的OPFE 204。这是因为为了实现第三AF和OIS机制，OPFE 204必须沿着X-Z平面稍微大一些，使得在所有可能的OIS位置处通过透镜202的光线仍然入射到OPFE 204上，并且可以有助于在图像传感器处形成图像。

图2J示出了在此描述的用于相机240的第二AF和OIS机制的实施例。透镜202和OPFE 204以与图2D至图2F中的定向相同的定向示出，但是所示的坐标系具有不同的方向。(围绕x轴)旋转坐标系，使得坐标系的z轴基本上平行于OP 208。透镜202和OPFE 204作为一个单元相对于图像传感器(未示出)沿着以下轴运动，所沿的轴包括与用于AF的z轴平行的轴、与用于沿第一轴的OIS的y轴平行的第一OIS轴(“OIS1”)以及与用于沿第二轴的OIS的x轴平行的第二OIS轴(“OIS2”)。移动作为一个单元的透镜202和OPFE 204意味着N个透镜元件(这里为L₁至L₄)之间的距离以及透镜202和OPFE 204之间的距离不改变。只有到图像传感器(未示出)的距离改变。

用于相机200的第二AF和OIS机制的实施例(见图2H)与用于相机240的第二AF和OIS机制的实施例(见图2J)之间的差异基于以下各项。为了执行AF，图像平面的运动必须垂直于图像传感器平面。这是通过相对于图像传感器沿着与图像传感器平面垂直的轴一起移动透镜202和OPFE 204来实现的。为了执行OIS，图像平面的运动必须平行于图像传感器平面。这是通过相对于图像传感器沿着与图像传感器平面平行的轴一起移动透镜202和OPFE204来实现的。

图2K示出了在此公开的用于相机240的第三AF和OIS机制的实施例。透镜202和OPFE 204以与图2A至图2F中的定向相同的定向示出。

对于围绕第一OIS方向和围绕第二OIS方向的OIS，相对于定向与图2A至图2F中所示的坐标系的定向相同的坐标系270执行运动。对于AF，相对于定向与图2J中所示的坐标系的定向相同的坐标系272执行运动。对于OIS，透镜202相对于OPFE和相对于图像传感器(未示出)沿着以下轴运动移动，所沿的轴包括与用于沿第一轴的OIS的(坐标系270的)z轴平行的第一OIS轴(“OIS1”)以及与用于沿第二轴的OIS的(坐标系270的)x轴平行的第二OIS轴(“OIS2”)。对于AF，透镜202和OPFE 204作为一个单元相对于图像传感器(未示出)沿着平行于坐标系272的z轴的轴运动。注意，根据第三AF和OIS机制，沿坐标系270的y轴的仅轻微移动与执行AF和OIS相关联。

用于相机200的第三AF和OIS机制的实施例(参见图2I)与用于相机240的第三AF和OIS机制的实施例(参见图2K)之间的差异基于如与图2J中所解释的考虑相同的考虑。

图3A至图3D示出了在此公开的光学透镜系统。图3A至图3D所示的所有透镜系统都可以包括在(例如图2A至图2C和图2G至图2H所示的)折叠相机中。

表1总结了图3A至图3D所示的透镜系统中所包括的各种特征(以mm为单位给出的WL_M、WL_O、LT、W_OPFE-ON、W_OPFE-OFF、HS、SD、ΔLO、R1、R2、TTL₁、BFL₁、TTL₂、TTL、BFL、EFL、DA、ALT、AGT、d₂₃、f₁、T₁、ET₁、ET₁、MML、ML、MMH1_ON、MMH1_OFF、MH_ON、MH_OFF、MMH2、SH、B_min-ON、B_min-OFF、以度为单位给出的HFOV)的值及其比率。在此给出的定义和单位也适用于表12。

-DA是孔径直径。对于实施例330的切割透镜332，给出本领域已知的有效DA。

-平均透镜厚度(“ALT”)测量位于反射镜的物侧的所有透镜元件的平均厚度。例如，对于实施例310、实施例320和实施例330,ALT给出所有透镜元件的平均厚度。对于实施例300，ALT给出L₁至L_N-1(排除L_N)的平均厚度。

-平均间隙厚度(“AGT”)测量位于反射镜的物侧的透镜元件之间的所有间隙的平均厚度。

-d₂₃是L₂和L₃之间的距离。

-T₁是L₁的中心厚度。

-ET₁是L₁在其边缘处的厚度。

-ET_j是L_j在其边缘处的厚度，其中L_j是位于反射镜的物侧的透镜元件中的具有最大边缘厚度的透镜元件。

表1

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图3A示意性地示出了在此公开的并且标号为300的光学透镜系统的实施例。透镜系统300包括透镜302、反射镜304、光学元件306和图像传感器308。系统300被示出为具有射线踪迹。光学元件306是可选的，并且可以是例如红外(IR)滤光器，和/或玻璃的图像传感器防尘罩。透镜302被分成两个透镜组(包括L₁至L₃(“G1”)的透镜组302-1和包括L₄(“G2”)的透镜组302-2)。反射镜304以相对于y轴和z轴成45度角定向。通过透镜组302-1的光线被反射镜304反射，通过透镜组302-2并在图像传感器308上形成图像。图3A示出了5个场，每个场具有5个射线。

透镜302包括N个透镜元件L_i(其中“i”是1和N之间的整数)。L₁是最靠近物侧的透镜元件，而L_N是最靠近像侧(即图像传感器所在的一侧)的透镜元件。对于在此公开的所有透镜和透镜元件，这种顺序是成立的。这N个透镜元件沿着光学(透镜)轴311轴对称。每个透镜元件L_i包括相应的前表面S_2i-1(索引“2i-1”是前表面的编目)和相应的后表面S_2i(索引“2i”是后表面的数目)，其中“i”是1和N之间的整数。在整个说明书中使用这种编号惯例。或者，如贯穿本说明书所做的，透镜表面被标记为“S_k”，k从1到2N。在某些情况下，前表面和后表面可以是非球面的。然而，这不是限制性的。如这里所使用的，每个透镜元件的术语“前表面”是指更靠近相机的入口(相机物侧)的透镜元件的表面，而术语“后表面”是指更靠近图像传感器(相机像侧)的透镜元件的表面。

对于图3A中的透镜元件的示例，在表2-3中给出详细的光学数据和表面数据。为这些示例提供的值仅是说明性的，并且根据其他示例，可以使用其他值。

表2中定义了表面类型。表3中定义了表面的系数。表面类型为：

a)平面型：平坦表面，无曲率

b)Q类型1(QT1)表面下垂度公式：

表2

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其中{z,r}是标准柱面极坐标，c是表面的近轴曲率，k是圆锥(conic，或称为二次)参数，r_norm通常是表面的净孔径的一半，A_n是透镜数据表中所示的多项式系数。Z轴正朝着图像。CA的值以清晰的孔径半径给出，即CA/2。参考波长为555.0nm。除了折射率(“折射率”)和阿贝数之外的参数的单位是mm。每个透镜元件L_i具有表1中给出的相应焦距f_i。FOV以半FOV(HFOV)给出。表面类型、Z轴、CA值、参考波长、单位、焦距和HFOV的定义对于表2至表11是有效的。

表3

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在AF和OIS的运动方案中，在不执行任何透镜移动的意义上，透镜组302-2被认为是图像传感器308的一部分。明确地说，这在以下三个段落中进行解释。

对于根据第一AF和OIS方法(见图2G)的光学透镜系统300的聚焦和OIS，透镜组302-1的所有透镜元件一起运动。透镜组302-2的透镜元件不运动。

对于根据第二AF和OIS方法(见图2H)的光学系统300的聚焦和OIS，透镜组302-1和反射镜304的所有透镜元件一起运动。透镜组302-2的透镜元件不运动。

对于根据第三AF和OIS方法(见图2I)的光学系统300的聚焦和OIS，对于OIS，透镜组302-1的所有透镜元件一起运动。透镜组302-2的透镜元件不运动。对于AF，透镜组302-1和反射镜304的所有透镜元件一起运动。透镜组302-2的透镜元件不运动。

根据d(G1-G2)＝d(G1-G2)₁+d(G1-G2)₂测量G1和G2之间的距离是d(G1-G2)。在300中，d(G1-G2)₁＝3.97mm,d(G1-G2)₂＝27.02mm,d(G1-G2)＝30.99mm和d(G1-G2)/TTL＝0.93。

最后的透镜元件L₄位于光学元件306的像侧和图像传感器308的物侧。在其它实施例(未示出)中，L₄可以位于光学元件306和图像传感器308的物侧。

最后的透镜元件L₄紧靠图像传感器308，即从L₄到图像传感器308的距离(或厚度)为零(表2中的厚度12)。在其它实施例(未示出)中，L₄可以远离图像传感器308定位，例如L₄可以位于距离图像传感器308为0.05mm到5mm的距离处。透镜元件L₁至L₄的光焦度序列是正-正-负-正。

L₁和L₂以及L₂和L₃彼此非常接近。在这里和下文中，如果在Li和Li+1之间的沿y轴测量的最接近的间隙(或距离)“GAP_i”在光轴311和L_i或L_i+1的直径半径之间的某个位置处GAP_i<0.1mm，则一对连续的透镜元件L_i和L_i+1“彼此非常接近”。具体地，GAP₁＝0.03mm(在L₁和L₂之间)，GAP₂＝0.03mm(在L₂和L₃之间)。

图3B示意性地示出了在此公开的并且标号为310的光学透镜系统的另一实施例。透镜系统310包括透镜312、反射镜314、光学元件306和图像传感器308。透镜312包括编号为L₁至L₅的5个透镜元件。

表4中定义了表面类型。表5中定义l了用于表面的系数。透镜元件L₁至L₅的光焦度序列是正-负-负-正-负。

表4

表5

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表5(续)

透镜312的所有透镜元件距彼此非常近。具体地，G_ap1＝0.03mm(在L₁和L₂之间),G_ap2＝0.03mm(在L₂和L₃之间),G_ap3＝0.03mm(在L₃和L₄之间)以及G_ap4＝0.02mm(在L₄和L₅之间)。

图3C示意性地示出了在此公开的并且标号为320的光学透镜系统的又一实施例。透镜系统320包括透镜322、反射镜324、光学元件306和图像传感器308。透镜322包括编号为L₁至L₃的3个透镜元件。透镜元件L₁至L₃的光焦度序列是正-负-负。

透镜322的所有透镜元件距彼此非常近。具体地，G_ap1＝0.03mm,G_ap2＝0.03mm。表6中定义了表面类型。表7中定义了表面的系数。

表6

表7

图3D示意性地示出了在此公开的并且标号为330的光学透镜系统的又一实施例。透镜系统330包括透镜332、反射镜334、光学元件306和图像传感器308。透镜332包括编号为L₁至L₃的3个透镜元件。透镜元件L₁至L₃的光焦度序列是正-负-负。通过将透镜322的透镜元件的宽度切割掉20％来获得透镜332。对于包括在透镜332中的透镜元件的细节，参考表6和表7。沿平行于透镜光轴(即平行于y轴)的方向进行切割，使得沿z方向测量的透镜WL的宽度(“WL_Z”)小于沿x方向测量的WL的宽度(“WL_X”)，即WL_Z<WL_X(见图7)。

从表1中可以看出，将透镜332切割转换为在模块高度(MH)方面是显著节省的，这对于薄型移动设备设计是有益的：MMH_ON和MMH1_OFF分别从8.6mm减小到7.24mm和从9.01mm减小到7.54mm。MH_ON从10.1mm降低到8.74mm(降低约16％)。将透镜332切割20％转化为相机模块高度节省约15％至20％。

在透镜系统330中，在模块长度(ML)方面没有显著的节省。就场曲率而言，在较小的垂直(即沿y轴)图像区域上的透镜优化将最佳焦距转移为较高的z值，从而减小了z方向上的切割的减小。透镜332的所有透镜元件距彼此非常近。具体地，G_ap1＝0.03mm并且G_ap2＝0.03mm。

图3E示意性地示出了在此公开的并且标号为340的光学透镜系统的又一实施例。透镜系统340可以被包括在具有倾斜OP的折叠相机中，如图2和图3中所示。透镜系统340包括透镜342、反射镜344、光学元件306(可选地)和图像传感器308。透镜322包括编号为L₁至L₄的4个透镜元件。

表8中定义了表面类型。表9中定义了表面的系数。反射镜344的半直径(D/2)由完全包含它的圆限定。在yz反射镜平面中测量的反射镜344的长度是4.2mm，其宽度(沿x轴测量，这里未示出)是6mm。反射镜344相对于z轴的倾斜角β是51度。OP 313不平行于z轴，但与z轴形成角度α。

L₃和L₄都具有带两个或更多个偏转点的透镜表面。透镜元件L₁至L₄的光焦度序列是正-负-正-负。

透镜340的所有透镜元件距彼此非常近。具体地，G_ap1＝0.03mm(在L₁和L₂之间),G_ap2＝0.03mm(在L₂和L₃之间),G_ap3＝0.03mm(在L₃和L₄之间)。对于所有三个G_api，满足G_api/LT<0.015。

在其它实施例中，透镜342可以被切割以实现基于透镜342的被切割的透镜。被切割的透镜可以通过将透镜342的透镜元件的宽度切割10％至40％来获得。沿着平行于透镜光轴(即平行于Y轴)的方向进行的切割的宽度，使得沿y方向(“WL_Y”)测量的透镜WL的宽度小于沿x方向(“WL_X”)测量的WL的宽度，即WL_Y<WL_X(见图7)。透镜342的切口转化为在MH方面的显著节省，这对于薄型移动设备设计是有益的：通过将透镜342切割20％,MH从10.3mm减小到9.23mm(MH减小约11％)，MMH从8.8mm减小到7.73Mm(MMH减小约14％)。MML从13.28mm减小到12.68mm。通过切割，透镜孔径从6mm减小到5.68mm，使得f数从2.78增加到2.94。

表8

表9

表9(续)

图3F示意性地示出了在此公开的并且标号为350的光学透镜系统的实施例。透镜系统350可以包括在带倾斜的OP的折叠式相机中，如图2D至图2F所示。透镜系统350包括透镜352、反射镜354、光学元件356(可选地)和图像传感器308。透镜302包括标号为L₁至L₄的四个透镜元件。

表10中定义了表面类型。表11中定义了表面的系数。反射镜354的半直径(D/2)由完全包含它的圆限定。在yz反射镜平面中测量的反射镜354的长度是5.2mm，其宽度(沿x轴测量，这里未示出)是5.6mm。反射镜354相对于z轴的倾斜角β是48.2度。OP 313不平行于z轴，但与z轴形成角度α。L₃和L₄都具有透镜表面，该透镜表面具有两个或更多个偏转点。

透镜350的透镜元件对L1、L2和L2、L3彼此非常接近。具体地，G_ap1＝0.04mm并且G_ap2＝0.04mm。对于G_ap1和G_ap2，满足G_ap1/LT<0.015和G_ap2/LT<0.015。在透镜系统340和350中，GAP_i中的至少一个不位于透镜元件的中心。透镜元件L₁至L₄的光焦度序列是正-负-正-正。

在其它实施例中，透镜352可以被切割以实现基于透镜352的被切割的透镜。被切割的透镜可以通过将透镜352的透镜元件的宽度切割10％至40％来获得。沿着平行于y轴的方向进行的切割的宽度，使得沿y方向(“WL_Y”)测量的透镜WL的宽度小于沿x方向(“WL_X”)测量的WL的宽度，即WL_Y<WL_X(见图7)。通过将透镜352切割20％,MH可以减小约7.5％至20％，MMH可以减小约10％至20％。

表10

表11

表11(续)

在表12中给出透镜系统340和350中包括的值和比率。在表12中，使用与表1中相同的定义和单位。

表12

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注意，在下文中，被称为透镜元件的“高度”(例如，净高度、机械高度等)。在此所公开的光学透镜系统中以及表1和表12中，该高度被称为透镜或透镜元件(例如WL_M、WL_O等)的“宽度”。这是因为在此公开的光学透镜系统中，透镜光轴垂直于图像传感器上的法线，这与如下所示的示例性光学透镜系统相反，透镜光轴平行于图像传感器上的法线。

如下所述，对于每个表面S_k(1≤k≤2N)，可以定义净高度值CH(S_k)，对于每个表面S_k(1≤k≤2N)，可以定义净孔径值CA(S_k)。CA(S_k)和CH(S_k)定义了每个透镜元件的每个表面S_k的光学特性。下面参考图5A定义CH项，并且参考图5B定义CA项。此外，为每个透镜元件L_i定义高度(“H_Li”，对于1≤i≤N)。对于每个透镜元件L_i,H_Li对应于沿与透镜元件光轴垂直的轴测量的透镜元件L_i的最大高度。对于给定的透镜元件，高度大于或等于该给定透镜元件的前表面和后表面的净高度值CH和净孔径值CA。通常，对于轴对称透镜元件，H_Li是透镜元件L_i的直径，如图6所示。通常，对于轴对称透镜元件，H_Li＝max{CA(S_2i-1),CA(S_2i)}+机械部件尺寸。通常，在透镜设计中，机械部件尺寸被定义为不有助于透镜的光学特性。因此，定义(图6)透镜的两个高度：光学有效区域602的光学高度H_opt(对应于CA值)和覆盖光学有效区域和光学无效区域的整个透镜区域604的透镜H_L的几何(或机械)高度。机械部件及其性能定义如下。对H_Li的机械部件尺寸贡献通常为200μm至1000μm。

如图4A、图4B、图5A和图5B所示，穿过表面S_k(对于1≤k≤2N)的每个光线将在撞击点IP上撞击该表面。光线从表面S₁进入相机200或220并通过表面S₂至S_2N。一些光线可以照射在任何表面S_k上，但不能/不会到达图像传感器206。对于给定的表面S_k，仅考虑能够在图像传感器206上形成图像的光线。CH(S_k)被定义为位于与透镜元件的光轴正交的平面P上的两条最接近的可能平行线(见图5A中的线500和502)之间的距离。在图4A和图4B的表示中，平面P平行于平面X-Y并且正交于光轴402，使得在平面P上的所有冲击点IP的正交投影IP_orth位于两条平行线之间。可以为每个表面S_k(前表面和后表面，其中1≤k≤2N)定义CH(S_k)。

CH(S_k)的定义不依赖于当前成像的对象，因为它是指在图像传感器上“能”形成图像的光线。因此，即使当前成像的对象位于不产生光的黑色背景中，该定义也不是指该黑色背景，因为它指的是“能”到达图像传感器以形成图像的任何光线(例如，由发射光的背景发射的光线，与黑色背景相反)。

例如，图4A示出了在与光轴402正交的平面P上的两个冲击点IP₁和IP₂的正交投影IP_orth,1和IP_orth,2。作为示例，在图4A的表示中，表面S_k是凸面。

图4B示出了平面P上的两个冲击点IP₃和IP₄的正交投影IP_orth,3和IP_orth,4。作为示例，在图4B的表示中，表面S_k是凹面。

在图5A中，平面P上的表面S_k的所有冲击点IP的正交投影IP_orth位于平行线500和502之间。因此CH(Sk)是线500和线502之间的距离。

注意图5B。根据当前公开的主题，为每个给定的表面S_k(对于1≤k≤2N)定义一个净孔径CA(S_k)，作为圆的直径，其中该圆是位于与光轴402正交的平面P中的最小可能的圆，并且围绕平面P上所有碰撞点的所有正交投影IP_orth。CA(S_k)的定义也不依赖于当前成像的对象。

如图5B所示，平面P上所有冲击点IP的外接正交投影IP_orth是圆510。圆510的直径限定了CA(S_k)。

图7示出了包括多个切割的透镜元件和透镜壳体704的透镜筒700。第一切割透镜元件L₁ 702是可见的。L₁具有沿着x轴的宽度(“WL_X”)，沿着x轴的宽度(“WL_X”)大于沿着z轴的宽度(“WL_Z”)，即WL_X>WL_Z。x轴和z轴定向与图2A和图2B中的定向相同。

应当理解，为了清楚起见，在单独实施例的上下文中描述的当前公开的主题的某些特征也可以在单个实施例中组合提供。相反，为了简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的本公开主题的各种特征也可以单独提供或以任何合适的子组合提供。

除非另有说明，否则用于选择的选项列表的最后两个成员之间的表述“和/或”的使用指示对所列选项中的一个或更多个的选择是适当的并且可以进行。

应当理解，当权利要求书或说明书提到“一”或“一个”元件时，这种引用不应被解释为仅存在该元件中的一个。

本说明书中提到的所有专利和专利申请都通过引用整体结合到本说明书中，其程度如同每个单独的专利或专利申请被具体地和单独地指出为通过引用结合到这里中一样。此外，在本申请中任何参考文献的引用或标识不应被解释为承认这样的参考文献可作为本公开的现有技术。

Claims (124)

1.一种相机，包括：

透镜，具有N个透镜元件L_i并具有有效焦距(EFL)、孔径(DA)、f数(f/#)、总轨迹长度(TTL)和后焦距(BFL)，其中，每个透镜元件具有相应的焦距f_i，并且其中第一透镜元件L₁面向物侧，并且最后一个透镜元件L_N面向像侧，N大于或等于3；

图像传感器，具有传感器对角线(SD)；以及

光路折叠元件(OPFE)，用于在物体和所述图像传感器之间提供折叠光路，

其中，所述相机是折叠数字相机，

其中，所述透镜位于所述OPFE的物侧，其中，所述EFL大于8mm且小于50mm，其中，BFL/TTL大于0.5。

2.根据权利要求1所述的相机，其中，BFL/TTL大于0.6。

3.根据权利要求1所述的相机，其中，BFL/TTL大于0.7。

4.根据权利要求1所述的相机，其中，BFL/TTL大于0.8。

5.根据权利要求1所述的相机，其中，BFL/TTL大于0.9。

6.根据权利要求1所述的相机，其中，所述BFL和所述EFL之间的比率满足BFL/EFL大于0.7。

7.根据权利要求1所述的相机，其中，所述BFL和所述EFL之间的比率满足BFL/EFL大于0.9。

8.根据权利要求1所述的相机，其中，所述EFL大于15mm且小于50mm的范围。

9.根据权利要求1所述的相机，其中，所述EFL大于25mm且小于45mm的范围。

10.根据权利要求1所述的相机，其中，所述透镜相对于所述OPFE是可移动的并且相对于所述图像传感器是可移动的，以用于聚焦和用于光学图像稳定。

11.根据权利要求1所述的相机，其中，所述透镜和所述OPFE一起相对于所述图像传感器是可移动的，以用于聚焦和用于光学图像稳定。

12.根据权利要求1所述的相机，其中，所述透镜相对于所述OPFE是可移动的并且相对于所述图像传感器是可移动的，以用于光学图像稳定，并且其中，所述透镜和所述OPFE相对于所述图像传感器是可移动的，以用于聚焦。

13.根据权利要求1所述的相机，其中，所述DA大于5mm且小于11mm的范围，并且其中所述f/#大于2且小于6.5。

14.根据权利要求1所述的相机，其中，所述DA大于7mm且小于9mm，并且其中，所述f/#大于3且小于5.5。

15.根据权利要求1所述的相机，其中，所述SD大于3mm且小于10mm。

16.根据权利要求1所述的相机，其中，所述SD大于4mm且小于7mm。

17.根据权利要求1所述的相机，其中，所述相机包括在具有肩高(SH)和模块高度(MH)的相机模块中，其中，所述SH大于3.5mm且小于8mm，并且其中，MH大于6mm且小于12.5mm。

18.根据权利要求1所述的相机，其中，所述相机包括在具有肩高(SH)和模块高度(MH)的相机模块中，其中，所述SH大于4mm且小于6mm，并且其中，MH大于7mm且大于11mm。

19.根据权利要求1所述的相机，其中，所述相机包括在具有肩高(SH)和模块高度(MH)的相机模块中，其中，比率SH/MH小于0.8。

20.根据权利要求1所述的相机，其中，所述相机包括在具有肩高(SH)和模块高度(MH)的相机模块中，其中，比率SH/MH小于0.65。

21.根据权利要求39所述的相机，其中，所述相机包括在具有肩高(SH)和模块高度(MH)的相机模块中，其中，比率SH/MH小于0.55。

22.根据权利要求1所述的相机，其中，ΔL0是所述L_N朝向所述像侧的最后一个表面和所述OPFE之间的距离，并且其中，所述ΔL0/TTL小于0.01。

23.根据权利要求1所述的相机，其中，ALT是所有透镜元件L₁至L_N的透镜厚度的平均值，并且其中，ALT/TTL小于0.05。

24.根据权利要求1所述的相机，其中，ALT是所有透镜元件L₁至L_N的透镜厚度的平均值，并且其中，ALT/TTL小于0.025。

25.根据权利要求1所述的相机，其中，AGT是所有透镜元件L₁至L_N之间的所有间隙厚度的平均值，并且其中，AGT/TTL小于0.01。

26.根据权利要求1所述的相机，其中，d34是L₃和L₄之间的距离，其中，ALT是所有透镜元件L₁至L_N的透镜厚度的平均值，并且其中d34/ALT大于2。

27.根据权利要求1所述的相机，其中TTL/EFL小于1.15。

28.根据权利要求1所述的相机，其中TTL/EFL小于1.05。

29.根据权利要求1所述的相机，其中，所述L₁由玻璃制成。

30.根据权利要求1所述的相机，其中，所述L1的所述f₁与所述EFL之间的比率满足f1/EFL小于或等于0.75。

31.根据权利要求1所述的相机，其中，N等于5，其中，透镜元件L₁至L₅的光焦度序列是正-负-负-正-负。

32.根据权利要求1所述的相机，其中，N等于3，其中，透镜元件L₁至L₃的光焦度序列是正-负-负。

33.根据权利要求1所述的相机，其中，L₂和L₃之间的距离d23与透镜厚度LT的比率满足d23/LT小于0.1。

34.根据权利要求1所述的相机，其中，L₂和L₃之间的距离d23与透镜厚度LT的比率满足d23/LT小于0.05。

35.根据权利要求1所述的相机，其中，L₁的中心厚度T₁大于其它透镜元件L_i中的任一透镜元件的中心厚度T_i。

36.根据权利要求1所述的相机，其中，L₁的中心厚度T₁与所有透镜元件L₁至L_N的平均透镜厚度(ALT)之间的比率满足T1/ALT大于1.5。

37.根据权利要求1所述的相机，其中，L₁的中心厚度T₁与所有透镜元件L₁至L_N的平均透镜厚度(ALT)之间的比率满足T1/ALT大于1.75。

38.根据权利要求1所述的相机，其中，L₁的边缘厚度ET₁小于具有所有透镜元件的最大边缘厚度的透镜元件L_j的边缘厚度ET_j。

39.根据权利要求1所述的相机，其中，所述透镜是沿着平行于透镜光轴的轴切割的被切割的透镜。

40.根据权利要求39所述的相机，其中，所述相机包括在具有模块高度(MH)的相机模块中，其中，所述透镜相对于轴对称的透镜直径被切割20％，并且其中，所述MH通过所述切割被减少了超过10％。

41.一种移动设备，包括根据权利要求1至权利要求40中任一项所述的相机，所述移动设备具有设备厚度T和具有凸起高度B的相机凸起，其中，所述凸起区域具有升高的高度T+B，其中，所述相机的第一区域被结合到所述相机凸起区域中，并且所述相机的第二区域未被结合到所述相机凸起中。

42.根据权利要求41所述的移动装置，其中，所述相机的所述第一区域包括所述相机的透镜，其中，所述相机的所述第二区域包括所述相机的图像传感器。

43.一种移动设备，包括根据权利要求1至权利要求40中任一项所述的相机，所述移动设备是智能电话。

44.一种相机，包括：

透镜，具有N个透镜元件L_i并具有有效焦距(EFL)、孔径(DA)、f数(f/#)、总轨迹长度(TTL)和后焦距(BFL)，其中，每个透镜元件具有相应的焦距f_i，并且其中第一透镜元件L₁面向物侧，并且最后一个透镜元件L_N面向像侧，N大于或等于4；

图像传感器，具有传感器对角线(SD)；以及

光路折叠元件(OPFE)，用于在物体和所述图像传感器之间提供折叠光路，

其中，所述相机是折叠数字相机，

其中，所述透镜被分成第一透镜组G1和第二透镜组G2,

其中，G1位于所述OPFE的物侧，

其中，G2位于所述OPFE的像侧，

其中，所述EFL大于8mm且小于50mm，

其中，G1和G2之间的距离d(G1-G2)满足d(G1-G2)大于TTL/2。

45.根据权利要求44所述的相机，其中，d(G1-G2)大于0.75TTL。

46.根据权利要求44所述的相机，其中，d(G1-G2)大于0.85TTL。

47.根据权利要求44所述的相机，其中，所述EFL大于15mm且小于45mm。

48.根据权利要求44所述的相机，其中，G1相对于所述OPFE、G2和图像传感器是可移动的，以用于聚焦和光学图像稳定。

49.根据权利要求44所述的相机，其中，G1和所述OPFE两者相对于G2和图像传感器是可移动的，以用于聚焦和光学图像稳定。

50.根据权利要求44所述的相机，其中，G1相对于所述OPFE、G2和所述图像传感器是可移动的，以用于光学图像稳定，并且其中，G1和所述OPFE一起相对于G2和所述图像传感器是可移动的，以用于聚焦。

51.根据权利要求44所述的相机，其中，所述DA大于5mm且小于11mm，并且所述f/#大于2且小于6.5。

52.根据权利要求44所述的相机，其中，所述DA大于7mm且小于9mm，并且所述f/#大于3且小于5.0。

53.根据权利要求44所述的相机，其中，所述SD大于3mm且小于10mm。

54.根据权利要求44所述的相机，其中，所述相机包括在具有肩高(SH)和模块高度(MH)的相机模块中，其中，所述SH大于3.5mm且小于8mm，并且其中，MH大于6mm且小于12.5mm。

55.根据权利要求44所述的相机，其中，所述相机包括在具有肩高(SH)和模块高度(MH)的相机模块中，其中，所述SH大于4mm且小于6mm，并且其中，MH大于7mm且小于11mm。

56.根据权利要求44所述的相机，其中，所述相机包括在具有肩高(SH)和模块高度(MH)的相机模块中，其中，比率SH/MH小于0.8。

57.根据权利要求44所述的相机，其中，所述相机包括在具有肩高(SH)和模块高度(MH)的相机模块中，其中，比率SH/MH小于0.65。

58.根据权利要求44所述的相机，其中，所述相机包括在具有肩高(SH)和模块高度(MH)的相机模块中，其中，比率SH/MH小于0.55。

59.根据权利要求44所述的相机，其中，ΔL0是所述L_N朝向所述像侧的最后一个表面和所述OPFE之间的距离，并且其中，所述ΔL0/TTL小于0.01。

60.根据权利要求44所述的相机，其中，ALT是所有透镜元件L₁至L_N的透镜厚度的平均值，并且其中，ALT/TTL小于0.05。

61.根据权利要求44所述的相机，其中，ALT是所有透镜元件L₁至L_N的透镜厚度的平均值，并且其中，ALT/TTL小于0.025。

62.根据权利要求44所述的相机，其中，AGT是所有透镜元件L₁至L_N之间的所有间隙厚度的平均值，并且其中，AGT/TTL小于0.01。

63.根据权利要求44所述的相机，其中，TTL/EFL小于1.25。

64.根据权利要求44所述的相机，其中，TTL/EFL小于1.15。

65.根据权利要求44所述的相机，其中，L₁由玻璃制成。

66.根据权利要求44所述的相机，其中，所述L1的所述f₁与所述EFL之间的比率满足f1/EFL小于或等于0.75。

67.根据权利要求44所述的相机，其中，N等于4，其中，透镜元件L₁至L₄的光焦度序列是正-正-负-正。

68.根据权利要求44所述的相机，其中，L₂和L₃之间的距离d23与透镜厚度LT的比率满足d23/LT小于0.1。

69.根据权利要求44所述的相机，其中，L₂和L₃之间的距离d23与透镜厚度LT的比率满足d23/LT小于0.05。

70.根据权利要求44所述的相机，其中，L₁的中心厚度T₁大于其它透镜元件L_i中的任一透镜元件的中心厚度T_i。

71.根据权利要求44所述的相机，其中，L₁的中心厚度T₁与所有透镜元件L₁至L_N的平均透镜厚度(ALT)之间的比率满足T1/ALT大于1.5。

72.根据权利要求44所述的相机，其中，L₁的中心厚度T₁与所有透镜元件L₁至L_N的平均透镜厚度(ALT)之间的比率满足T1/ALT大于1.75。

73.根据权利要求44所述的相机，其中，L₁的边缘厚度ET₁小于具有所有透镜元件的最大边缘厚度的透镜元件L_j的边缘厚度ET_j。

74.根据权利要求44所述的相机，其中，所述透镜是沿着平行于G1的光轴的轴切割的被切割的透镜。

75.根据权利要求74所述的相机，其中，所述相机包括在具有模块高度(MH)的相机模块中，其中，所述透镜相对于轴对称的透镜直径被切割20％，并且其中，所述MH通过所述切割被减少了超过10％。

76.一种移动设备，包括根据权利要求44至权利要求75中任一项所述的相机，所述移动设备具有设备厚度T和具有凸起高度B的相机凸起，其中，所述凸起区域具有升高的高度T+B，其中所述相机的第一区域被结合到所述相机凸起区域中，并且所述相机的第二区域未被结合到所述相机凸起中。

77.根据权利要求76所述的移动装置，其中，所述相机的所述第一区域包括G1，且其中，所述相机的所述第二区域包括G2和所述相机的图像传感器。

78.一种移动设备，包括根据权利要求44至权利要求75中任一项所述的相机，所述移动设备是智能电话。

79.一种相机，包括：

透镜，具有N个透镜元件L_i并具有光轴(OA)、有效焦距(EFL)、孔径(DA)、f数(f/#)、总轨迹长度(TTL)和后焦距(BFL)，其中，每个透镜元件具有相应的焦距f_i，并且其中，第一透镜元件L₁面向物侧，并且最后一透镜元件L_N面向像侧，其中，N大于或等于4；

图像传感器，具有传感器对角线(SD)；以及

光路折叠元件(OPFE)，用于在物体和所述图像传感器之间提供折叠光路，所述OPFE相对于所述透镜OA以角度β定向，

其中，所述相机是折叠数字相机，其中，所述透镜位于所述OPFE的物侧，其中β大于45度且小于60度，其中，所述EFL大于8mm且小于50mm，并且其中，SD/EFL大于0.45。

80.根据权利要求79所述的相机，其中，SD/EFL大于0.5。

81.根据权利要求79所述的相机，其中，SD/EFL大于0.55。

82.根据权利要求79所述的相机，其中，所述SD大于5mm且小于15mm。

83.根据权利要求79所述的相机，其中，所述SD大于7.5mm且小于12.5mm。

84.根据权利要求79所述的相机，其中，β大于47度且小于55度。

85.根据权利要求79所述的相机，其中，β大于48度且小于52.5度。

86.根据权利要求79所述的相机，其中，TTL/EFL小于1.1。

87.根据权利要求79所述的相机，其中，TTL/EFL小于1。

88.根据权利要求79所述的相机，其中，所述相机包括在具有模块高度(MH)的相机模块中，其中，MH大于6mm且小于13mm。

89.根据权利要求79所述的相机，其中，所述相机包括在具有模块高度(MH)的相机模块中，其中，MH大于8mm且小于11mm。

90.根据权利要求79所述的相机，其中，所述相机包括在具有模块高度(MH)的相机模块中，其中，比率SD/MH大于0.7。

91.根据权利要求79所述的相机，其中，所述相机包括在具有模块高度(MH)的相机模块中，其中，比率SD/MH大于0.8。

92.根据权利要求79所述的相机，其中，所述相机包括在具有模块高度(MH)的相机模块中，其中，比率SD/MH大于0.9。

93.根据权利要求79所述的相机，其中，所述透镜是沿着平行于透镜光轴的轴切割的被切割的透镜。

94.根据权利要求93所述的相机，其中，所述透镜相对于轴对称的透镜直径被切割20％，并且其中，所述MH通过所述切割被减少了超过7.5％。

95.一种移动设备，包括根据权利要求79所述的相机，所述移动设备具有设备厚度T和相机凸起高度B，其中，所述相机凸起区域具有升高的高度T+B，其中，所述相机完全结合到所述相机凸起中。

96.根据权利要求79所述的相机，其中，N等于4，并且其中，透镜元件L₁至L₄的光焦度序列是正-负-正-负。

97.根据权利要求79所述的相机，其中，BFL/TTL大于0.6。

98.根据权利要求79所述的相机，其中，BFL/TTL大于0.7。

99.根据权利要求79所述的相机，其中，DA大于4mm且小于10mm，并且其中，f/#大于1.5且小于4.5。

100.根据权利要求79所述的相机，其中，DA大于5mm且小于8mm，并且其中，f/#大于2.0且小于3.5。

101.根据权利要求79所述的相机，其中，所述EFL大于10mm且小于20mm。

102.根据权利要求79所述的相机，其中，所述透镜相对于所述OPFE是可移动的并且相对于所述图像传感器是可移动的，以用于聚焦和用于光学图像稳定。

103.根据权利要求79所述的相机，其中，所述透镜和所述OPFE一起相对于所述图像传感器是可移动的，以用于聚焦和用于光学图像稳定。

104.根据权利要求79所述的相机，其中，所述透镜相对于所述OPFE是可移动的并且相对于所述图像传感器是可移动的，以用于光学图像稳定，并且其中，所述透镜和所述OPFE相对于所述图像传感器是可移动的，以用于聚焦。

105.根据权利要求79所述的相机，其中，ΔL0是所述L_N朝向所述像侧的最后一个表面和所述OPFE之间的距离，并且其中，ΔL0/TTL小于0.1。

106.根据权利要求79所述的相机，其中，N等于4，其中，透镜元件L₁至L₄的光焦度序列是正-正-负-正。

107.根据权利要求79所述的相机，其中，N等于4，其中，透镜元件L₁至L₄的光焦度序列是正-负-正-正。

108.根据权利要求79所述的相机，其中，所述第二透镜元件L₂是负的并且具有焦距f₂，其中，f₂的大小|f₂|满足|f₂|/EFL小于0.5。

109.根据权利要求79所述的相机，其中，所述第二透镜元件L₂是负的并且具有焦距f₂，其中，f₂的大小|f₂|满足|f₂|/EFL小于0.3。

110.根据权利要求79所述的相机，其中，所述第二透镜元件L₂是负的并且具有焦距f₂，其中，f₂的大小|f₂|满足|f₂|/EFL小于0.2。

111.根据权利要求79所述的相机，其中，所述第一透镜元件L₁是正的并且具有满足f₁/EFL小于0.5的焦距f₁。

112.根据权利要求79所述的相机，其中，所述第三透镜元件L₃是正的并且具有满足f₃/EFL小于0.4的焦距f3。

113.根据权利要求79所述的相机，其中，L₃和L₄之间的距离d₃₄与透镜厚度LT的比率满足d₃₄//LT小于2％。

114.根据权利要求79所述的相机，其中，第一透镜元件厚度T₁和透镜厚度LT之间的比率满足T1/LT大于0.4。

115.根据权利要求79所述的相机，其中，所述透镜具有透镜厚度LT，两个连续的透镜元件L_i和L_i+1之间的最小间隙是GAP_i，其中，对于两个连续的透镜元件之间的所有间隙，GAP_i/LT小于0.02。

116.根据权利要求79所述的相机，其中，所述透镜具有透镜厚度LT，两个连续的透镜元件L_i和L_i+1之间的最小间隙是GAP_i，其中，对于两个连续的透镜元件之间的至少两个间隙，GAP_i/LT小于0.02。

117.根据权利要求116所述的相机，其中，所述GAP_i中的至少一个不位于所述透镜元件的中心处。

118.根据权利要求116所述的相机，其中，所述GAP_i中的两个或更多个不位于所述透镜元件的中心处。

119.根据权利要求79所述的相机，所述透镜具有透镜厚度LT，所述第一透镜元件L₁和所述第二透镜元件L₂之间的距离为d₁₂，其中d₁₂/LT小于2％。

120.根据权利要求79所述的相机，其中，N为4，其中，L₃和L₄都具有带有两个或更多个偏转点的透镜表面。

121.根据权利要求79所述的相机，其中，L₁由玻璃制成。

122.根据权利要求79所述的相机，其中，所有透镜元件由塑料制成。

123.一种移动设备，所述移动设备包括根据权利要求79至权利要求122中任一项所述的相机，所述移动设备具有设备厚度T和具有凸起高度B的相机凸起，其中，所述凸起区域具有升高的高度T+B，其中，所述相机完全结合到所述相机凸起区域中。

124.一种移动设备，所述移动设备包括根据权利要求79至权利要求122中任一项所述的相机，所述移动设备是智能电话。