TWI754229B - 多光圈相機，具有至少一個兩種狀態變焦的相機 - Google Patents

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Abstract

多種多重相機包括：一廣角相機，包括一廣角鏡頭和一廣角影像感測器，該廣角鏡頭具有一廣角有效焦距EFLW ；以及一折疊式或非折疊式望遠相機，包括具有一第一光軸的一望遠鏡頭、一望遠影像感測器和一光路折疊元件OPFE，其中該望遠鏡頭從一物側到一像側包括一第一鏡頭元件組G1、一第二鏡頭元件組G2和一第三鏡頭元件組G3，其中至少兩個鏡頭元件組可沿該第一光軸相對於該影像感測器移動，以將該望遠鏡頭置於一微距狀態或於兩個變焦狀態。在該微距狀態下，具有EFLTmin 的該鏡頭可聚焦於具有短物距的物體，例如5厘米。還公開了用於實現移動的多種致動器。

Description

多光圈相機，具有至少一個兩種狀態變焦的相機
本文公開的實施例總體上涉及多種數位相機，並且更具體地涉及具有一折疊變焦鏡頭的雙光圈變焦數位相機。
小型的多光圈(尤其是雙光圈，也稱為“雙鏡頭”或“雙重相機”)的數位相機是已知的。微型化技術允許將這種相機結合在諸如平板電腦和行動電話的小型便攜式電子設備中(後者在下文中統稱為“智慧型電話”)，它們在其中提供了諸如變焦(zoom)的高級成像能力，例如參見共同擁有的PCT專利申請PCT/ IB2015/056004號，其全部內容通過引用合併在此。這種相機和/或在此公開的相機是具有嚴格的高度限制的相機，通常小於1公分，越薄越好。
已知多種雙光圈變焦相機，其中一個相機具有一較廣的(wide)視野FOV(“廣角相機(Wide camera)”)，另一個具有一較窄的視野 FOV(“望遠相機(Tele camera)”)。望遠相機需要具有盡可能小的尺寸，以合適於相機所安裝的裝置的厚度(最好不從裝置外殼突出)，同時合適於與常用的影像感測器一起使用。當使用具有一長的(“Tele”)有效焦距(long effective focal length, EFL)的望遠鏡頭來獲得一相對較高的變焦效果時，此問題甚至更為關鍵。眾所周知，應用於鏡頭的術語“EFL”是指從後主平面(rear principal plane)到近軸焦平面(paraxial focal plane)的距離。後主平面是通過從無限遠處追蹤一軸上旁基底光線(on-axis parabasal ray)來計算的，並使用旁基底的影像空間邊緣光線角度(para-basal's image space marginal ray angle)來確定。
多種雙光圈變焦相機包括一直立式廣角相機和折疊式望遠相機，例如在共同擁有的美國專利9,392,188號中揭露。廣角相機是“直立式”相機，包括一廣角影像感測器和一廣角鏡頭模組，該模組包括一具有廣角鏡頭對稱軸線的一廣角定焦鏡頭組件(或簡稱為“鏡頭”)。折疊式望遠相機機包括一望遠影像感測器和一望遠鏡頭模組，該望遠鏡頭模組包括一具有望遠鏡頭對稱軸線的一望遠定焦鏡頭。雙光圈變焦相機還包括一反射元件(也稱為光路折疊元件(optical path folding element)或“ OPFE”)，該反射元件將來自物體或場景沿著第一光路的光線折疊到朝向望遠影像感測器的第二光路。第一和第二光路彼此垂直。廣角鏡頭對稱軸線沿(平行於)該第一光路，望遠鏡頭對稱軸線沿第二光路。反射元件具有相對於廣角鏡對稱軸線和望遠鏡頭對稱軸均傾斜45度的反射元件對稱軸，並且可操作以在物體和望遠影像感測器之間提供折疊的光路。
廣角鏡頭具有一寬廣的視野(FOVW)，望遠鏡頭的望遠視野(FOVT)比FOVW窄。在一示例中，與廣角相機相比，望遠相機提供了X5變焦效果。
還已知具有多個鏡頭組件的小型折疊相機，該鏡頭組件包括分為兩組或更多組的多個鏡頭元件，其中一或多(“組”)鏡頭元件可相對於另一鏡頭元件或一組鏡頭元件移動。用於相對運動的多個致動器(多個馬達)包括帶螺釘的步進馬達(step motors)或壓電致動器(piezoelectric actuators)。但是這種相機的一普遍問題是它們的結構要求F值(F＃)大於或等於3，並且F＃隨變焦倍數增加。它們的致動器慢且嘈雜(壓電)或笨重(步進馬達)，存在可靠性問題且價格昂貴。對於在這樣的相機中獲得的兩個極限變焦狀態，已知的光學設計也需要較大的鏡頭組件高度以用於一給定的F＃。
“微距攝影(Macro-photography)”模式正成為智慧型手機相機的流行差異(popular differentiator)。“微距攝影”是指攝影非常靠近相機的物體，因此影像感測器上記錄的影像幾乎與實際拍攝的物體一樣大。 例如“微距攝影”可以指攝影非常小的被攝體，諸如昆蟲的活生物，其中照片中被攝體的大小大於活體大小。 微距攝影產生“微距影像(Macro image)”。
提供微距攝影功能的首批智能手機型號已進入消費市場，其通過配備帶有微距FOV的專用微距相機實現。 但是使用許多智慧型手機中已經存在的相機類型以提供微距攝影功能，而不需要額外的專用硬件，將是有益的。
在示例性實施例中，一折疊式望遠相機，包括：一鏡頭，沿著一鏡頭光軸包括一鏡頭元件組G1、一鏡頭元件組G2和一鏡頭元件組G3；一影像感測器；一光路折疊元件(OPFE)，以及； 一致動器，用以在平行於該鏡頭光軸的一方向上相對於該影像感測器，一起移動該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3，以使該鏡頭進入兩個變焦狀態(zoom states)，其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3彼此固定地附接，其中該鏡頭元件組G2在兩個止動件之間浮動，並且其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3的一起移動，使得該鏡頭元件組G2在一變焦狀態下附接到該鏡頭元件組G1，在另一變焦狀態下附接到該鏡頭元件組G3。
在一些實施例中，通過連接該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3的多個桿件來實現該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3之間的固定附接，並且其中該鏡頭元件組G2由該多個桿件引導並且能夠沿著平行於該鏡頭光軸的方向相對於該多個桿件移動。該鏡頭元件組G2通過磁力被附接到該鏡頭元件組G1或該鏡頭元件組G3。
在一些實施例中，該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3一起移動的一行程，大於2毫米且小於20毫米，並且其中該鏡頭元件組G2在該兩個止動件之間移動的一行程小於該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3的行程的一半。
在一些實施例中，該鏡頭具有一有效焦距EFL，其中該EFL從該第一變焦狀態下的一最小值EFLmin 改變為該第二變焦狀態下的一最大值EFLmax ，並且其中一比率EFLmax /EFLmin ＞ 1.5。
在一些實施例中，該致動器包括一形狀記憶合金(SMA)致動器，該形狀記憶合金致動器具有多個SMA彈簧和多個機械彈簧。
在一些實施例中，該多個SMA彈簧包括四個彈簧，並且其中該多個機械彈簧包括兩個彈簧。
在一些實施例中，該相機還包括一音圈馬達(VCM)機構，用於使該鏡頭進行對焦(focus)。在一些實施例中，通過一起移動該鏡頭元件組G1 +該鏡頭元件組G2  +該鏡頭元件組G3來進行該鏡頭的對焦。在一些實施例中，該鏡頭包括在一鏡頭和感測器模組中，該鏡頭和感測器模組還包括具有一第一鏡頭元件組G2止動件和一第二鏡頭元件組G2止動件的一鏡頭元件組G2止動機構，並且其中該第一鏡頭元件組G2止動件或該第二鏡頭元件組G2止動件中的一者可移動，以允許該鏡頭元件組G1+該鏡頭元件組G2 +該鏡頭元件組G3的移動為不小於2毫米的一大行程，用於進行微距攝影。
在一些示實施例中，該致動器包括至少三個線圈，耦合至多個各自的磁體且/或者耦合至多個磁體極化。在一些實施例中，該至少三個線圈相對於該多個磁體的一位置是由至少兩個用於位置感測的霍爾棒感測器所測量。在一些實施例中，該至少三個線圈由各自的多個驅動電流驅動，以提供相對於該多個磁體的運動，並且其中該多個驅動電流取決於該線圈相對於該多個磁體的位置。
在示例性實施例中，一種折疊式照相機，包括：一鏡頭，沿著一鏡頭光軸包括一鏡頭元件組G1、一鏡頭元件組G2和一鏡頭元件組G3；一影像感測器；一光路折疊元件(OPFE)，以及； 一音圈馬達(VCM)，通過在平行於該鏡頭光軸的一方向上一起移動該鏡頭元件組G1+該鏡頭元件組G2和該鏡頭元件組G3， 用以進行對焦(focus)該鏡頭，以及相對於該影像感測器一起移動該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3，用以在平行於該鏡頭光軸的方向上進行變焦(zoom)，以使該鏡頭進入兩個變焦狀態，其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3彼此固定地附接，其中該鏡頭元件組G2在兩個止動件之間浮動，並且其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3的一起移動，使得該鏡頭元件組G2在一變焦狀態下附接到該鏡頭元件組G1，在另一變焦狀態下附接到該鏡頭元件組G3。
在一些實施例中，該相機還包括一第一鏡頭元件組G2止動件和一第二鏡頭元件組G2止動件，並且其中該第一鏡頭元件組G2止動件或該第二鏡頭元件組G2止動件中的一者可移動，以允許該鏡頭元件組G1 +該鏡頭元件組G2+該鏡頭元件組G3的移動為不小於2毫米的一大行程，用於進行微距攝影。
在一示例性實施例中，提供一種雙重相機，包括：一廣角相機，包括一廣角鏡頭和一廣角影像感測器，該廣角鏡頭具有一廣角有效焦距EFLW ；以及一折疊式望遠相機，包括具有一第一光軸的一望遠鏡頭、一望遠影像感測器和一OPFE，其中該望遠鏡頭從一物側到一像側包括一第一鏡頭元件組G1、一第二鏡頭元件組G2和一第三鏡頭元件組G3，其中至少兩個該鏡頭元件組可沿該第一光軸相對於該望遠影像感測器移動，以將該望遠鏡頭置於一第一變焦狀態和一第二變焦狀態，其中該望遠鏡頭的一有效焦距從該第一變焦狀態下的EFLTmin 轉變為該第二變焦狀態下的EFLTmax ，其中EFLTmin ＞1.5 x EFLW ，並且其中EFLTmax ＞1.5 x EFLTmin 。
該廣角鏡頭具有一第二光軸，該第二光軸垂直於該第一光軸。
在一些實施例(未顯示)中，可以用具有相同結構和特性的非折疊式(直立式)望遠相機代替上述的折疊式望遠相機，即從一物側到一像側包括一第一鏡頭元件組G1、一第二鏡頭元件組G2和一第三鏡頭元件組G3，其中至少兩個該鏡頭元件組可沿該第一光軸相對於該望遠影像感測器移動，以將該望遠鏡頭置於一第一變焦狀態和一第二變焦狀態，其中該望遠鏡頭的一有效焦距從該第一變焦狀態下的EFLTmin 轉變為該第二變焦狀態下的EFLTmax ，其中EFLTmin ＞1.5 x EFLW ，並且其中EFLTmax ＞1.5 x EFLTmin 。
在一示例性實施例中，該望遠相機被配置為通過在該第一變焦狀態下和該第二變焦狀態下使多個鏡頭元件組G1、G2和G3相對於彼此被移位而進行對焦。
在一示例性實施例中，從該物側到該像側佈置多個鏡頭元件組G1、G2和G3，其中該第一鏡頭元件組G1具有一正屈光力、該第二鏡頭元件組G2具有一正屈光力，並且該第三鏡頭元件組G3具有一負屈光力。
在一些示例性實施例中，該至少兩個可移動鏡頭元件組包括該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3，其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3可相對於該影像感測器和該鏡頭元件組G2移動，並且其中該鏡頭元件組G2相對於該影像感測器是靜止的。在一些實施例中，該鏡頭元件組G3可相對於該影像感測器、該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G2移動，以進行對焦。在一些實施例中，該多個鏡頭元件組G1可相對於該影像感測器、該鏡頭元件組G2和該鏡頭元件組G3移動，以進行對焦。
在一示例性實施例中，該望遠鏡頭朝向該物側的一第一鏡頭元件L1具有一淨光圈值(clear aperture value，CA)(或簡稱為淨光圈或通光孔徑，clear aperture)，大於該望遠鏡頭的所有其他鏡頭元件的多個淨光圈值。
在一示例性實施例中，該望遠鏡頭具有一總軌道長度(TTLT )，並且其中TTLT 的一最大值為(TTLTmax )，並滿足以下條件：TTLTmax ＜ EFLTmax 。
在一示例性實施例中，該望遠鏡頭具有一總軌道長度(TTLT )，並且其中TTLT 的一最大值為(TTLTmax )，並滿足以下條件：TTLTmax ＜0.9 × EFLTmax 。
在一示例性實施例中，該望遠鏡頭具有一望遠鏡頭f數(F＃T )，並且其中F＃T 的最小值(F＃Tmin )和F＃T 的最大值(F#Tmax )滿足以下條件：F＃Tmin ＜1.5 x F＃Tmax x EFLTmin / EFLTmax 。
在一示例性實施例中，該望遠鏡頭具有一望遠鏡頭f數(F＃T )，並且其中F＃T 的最小值(F＃Tmin )和F＃T 的最大值(F#Tmax )滿足以下條件：F＃Tmin ＜1.8 x F＃Tmax x EFLTmin / EFLTmax 。
在一示例性實施例中，該望遠鏡頭具有一望遠鏡頭f數(F＃T )，並且其中F＃T 的最小值(F＃Tmin )和F＃T 的最大值(F#Tmax )滿足以下條件：F＃Tmin ＜1.2 x F＃Tmax x EFLTmin / EFLTmax 。
在一示例性實施例中，對於任何鏡頭元件組，從該第一變焦狀態到該第二變焦狀態的移動具有一範圍小於0.75 x(EFLTmax -EFLTmin )。
在一示例性實施例中，對於任何鏡頭元件組，從該第一變焦狀態到該第二變焦狀態的移動具有一範圍小於0.6 x(EFLTmax -EFLTmin )。
在一示例性實施例中，該第一鏡頭元件L1是一切口鏡頭元件。
在一些示例性實施例中，該至少兩個可移動鏡頭元件組包括多個鏡頭元件組G1、G2和G3，其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3可作為一單元，相對於該影像感測器和該鏡頭元件組G2在一給定範圍R1,3 內移動，並且其中該鏡頭元件組G2可相對於該影像感測器在小於R1 , 3 的R2 的一範圍內移動。在一例性實施例中，該多個鏡頭元件組G1、G2和G3可朝向該像側移動。在一些例性實施例中，該多個鏡頭元件組G1、G2和G3可作為一單元，相對於該影像感測器移動，以進行對焦。
在一示例性實施例中，EFLTmin ＝15毫米，EFLTmax ＝30毫米。
在一示例性實施例中， EFLTmin ＝13毫米，EFLTmax ＝26毫米。
在一些示例性實施例中，在該兩個變焦狀態下，RAF 是該鏡頭元件組G2對焦在無限遠和1米之間所需的一最大移動範圍，並且其中RAF ＜0.4 x R2 。在一些示例性實施例中，在該兩個變焦狀態下，RAF 是該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3對焦在無限遠和2米之間所需的一最大移動範圍，並且其中RAF ＜0.4 x R1,3 。
在一些示例性實施例中，用於該鏡頭元件組G2的移動的致動是在閉環控制中執行。
在一些示例性實施例中，用於該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3的移動的致動在開環控制中執行。
在一些示例性實施例中，該多個鏡頭元件組G1、G2和G3的移動是使用多個音圈馬達(VCM)機構產生。
在一些示例性實施例中，該多個鏡頭元件組G1、G2和G3的移動由產生一線性軌道的一球體引導機構沿著該第一光軸所引導。在一些示例性實施例中，該球體引導機構包括：一鏡頭元件組G2鏡架上的至少一溝槽、一鏡頭元件組G1+G3鏡架上的至少一溝槽以及多個球體，該球體位於該鏡頭元件組G2鏡架和該鏡頭元件組G1+G3鏡架上的該多個溝槽之間。
在一示例性實施例中，提供一種雙重相機，包括：一廣角相機，包括一廣角鏡頭和一廣角影像感測器，該廣角鏡頭具有一廣角有效焦距EFLW ；以及一折疊式望遠相機，包括具有一第一光軸的一望遠鏡頭、一望遠影像感測器和一OPFE，其中該望遠鏡頭從一物側到一像側包括一第一鏡頭元件組G1、一第二鏡頭元件組G2和一第三鏡頭元件組G3，其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3可作為一單元，相對於該影像感測器和該鏡頭元件組G2在一給定範圍R1,3 內移動，其中該鏡頭元件組G2可相對於該影像感測器沿著該第一光軸在小於R1,3 的一R2 範圍中移動，其中該多個鏡頭元件組G1、G2和G3的組合運動使該望遠鏡頭進入兩個變焦狀態，其中該望遠鏡頭的一EFL從一變焦狀態下的EFLTmin 轉變為另一變焦狀態下的EFLTmax ，其中EFLTmin ＞EFLW ，並且其中EFLTmax ＞ 1.5 x EFLTmin 。
在一示例性實施例中，提供一種折疊式相機，包括：具有一第一光軸的一望遠鏡頭、一望遠影像感測器和一OPFE，其中該望遠鏡頭從一物側到一像側包括一第一鏡頭元件組G1、一第二鏡頭元件組G2和一第三鏡頭元件組G3，其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3可作為一單元，在一給定範圍R1,3 內相對於該影像感測器和該鏡頭元件組G2移動，其中該鏡頭元件組G2可相對於該影像感測器沿著該第一光軸在小於R1,3 的一R2 範圍中移動，其中該多個鏡頭元件組G1、G2和G3的組合運動使該望遠鏡頭進入兩個變焦狀態，其中該望遠鏡頭的一EFL從一變焦狀態下的EFLTmin 轉變為另一變焦狀態下的EFLTmax ，並且其中EFLTmax ＞ 1.5 x EFLTmin 。
在一示例性實施例中，提供一種三重相機，包括：一廣角相機，包括一廣角鏡頭和一廣角影像感測器，該廣角鏡頭具有一廣角有效焦距EFLW ；一超廣角相機，包括一超廣角鏡頭和一超廣角影像感測器，該超廣角鏡頭具有一超廣角有效焦距EFLUW ；以及一折疊式望遠相機，包括具有一第一光軸的一望遠鏡頭、一望遠影像感測器和一OPFE，其中該望遠鏡頭從一物側到一像側包括一第一鏡頭元件組G1、一第二鏡頭元件組G2和一第三鏡頭元件組G3，其中至少兩個該鏡頭元件組可沿該第一光軸相對於該影像感測器移動，以將該望遠鏡頭置於兩個變焦狀態，該兩個變焦狀態為一第一變焦狀態和一第二變焦狀態，其中該望遠鏡頭的一EFL從該第一變焦狀態下的EFLTmin 轉變為該第二變焦狀態下的EFLTmax ，其中EFLTmin ＞ 2 x EFLUW ，其中EFLTmin ＞ 1.5 x EFLW 並且其中EFLTmax ＞ 1.5 x EFLTmin 。
在一示例性實施例中，提供一種雙重相機，包括：一廣角相機模組(或簡單為“廣角相機”)；以及一望遠相機模組(或簡單為“望遠相機”)，包括：一鏡頭模組、一鏡頭致動器，用於在一第一變焦狀態和一第二變焦狀態之間移動該鏡頭模組；以及一記憶體，用於儲存第一校準數據和第二校準數據；其中該第一校準數據可以包括在該第一變焦狀態下該廣角相機模組和該望遠相機模組之間的校準數據，並且其中該第二校準數據可以包括在該第二變焦狀態下的該廣角相機模組和該望遠相機模組之間的校準數據。
在各種示例性實施例中，提供一種系統，包括：一應用處理器(AP)；一廣角相機模組，用於提供第一影像數據；一望遠相機模組，用於提供第二影像數據，該望遠相機模組包括一鏡頭模組和一鏡頭致動器，用於使該鏡頭模組在一第一變焦狀態和一第二變焦狀態之間移動；以及一記憶體，用於儲存第一校準數據和第二校準數據，其中該第一校準數據可以包括在該第一變焦狀態下該廣角相機模組和該望遠相機模組之間的校準數據，並且其中該第二校準數據可以包括在該第二變焦狀態下該廣角相機模組和該望遠相機模組之間的校準數據，並且其中通過處理該第一影像數據和該第二影像數據，以及通過在該望遠相機模組處於該第一變焦狀態時使用該第一校準數據以及在該望遠相機模組處於該第二變焦狀態時使用該第二校準數據，該AP被配置用以生成第三影像數據狀態。
在該系統的一實施例中，該第一校準數據被儲存在該第一相機模組中，並且其中該第二校準數據被儲存在該第二相機模組中。
在該系統的一實施例中，該第一校準數據和該第二校準數據僅被儲存在該望遠相機模組中。
在該系統的一實施例中，該第一校準數據和該第二校準數據僅被儲存在該廣角相機模組中。
在該系統的一實施例中，該第一校準數據和該第二校準數據被儲存在不位於該廣角相機模組或該望遠相機模組中的一記憶體中。
在該系統的一實施例中，該第一校準數據的一第一部分和該第二校準數據的一第一部分被儲存在位於該廣角相機模組或該望遠相機模組中的一記憶體上，並且其中該第一校準數據的一第二部分和該第二校準數據的一第二部分儲存在不位於該廣角相機模組或該望遠相機模組中的一記憶體中。
第1A圖示意性地顯示標號為100的雙重相機的實施例的總體立體圖，該雙重相機包括一直立的廣角相機102以及一折疊式望遠相機103，該折疊式望遠相機103包括一OPFE 104(例如棱鏡)以及一變焦折疊式望遠相機鏡頭和感測器模組(或簡稱為“模組”)106。廣角鏡相機包括具有一固定有效焦距EFLW 的一廣角鏡頭110。例如EFLW 可以是2至5毫米。在望遠相機103中，OPFE 104被保持在棱鏡支架108中。模組106包括一遮片107。遮片107可以覆蓋模組106或相機103的一些或全部元件。第1B圖顯示移除遮片107並具有更多細節的雙重相機100。模組106還包括望遠鏡頭114，其具有望遠鏡頭光軸116、望遠感影像測器118以及可選地玻璃窗130(參見例如第2A圖)。玻璃窗130可用於過濾紅外(IR)波長的光，用於感測器118的機械防護和/或用於感測器118的防塵保護。為簡單起見，此後可能會省略針對相機、鏡頭或影像感測器所使用的“望遠(Tele)”一詞。在一些實施例中，鏡頭和影像感測器模組是分開的，使得望遠影像感測器具有其自己的模組，而下面描述的其他功能和部件(特別是第5A圖至第5E圖的望遠鏡頭和感測器模組500的致動，第16A圖至第16H圖的致動器1610以及第17A圖至第17J圖的致動器1710)僅保留在望遠相機鏡頭模組中。下面的整個描述也涉及這樣的實施例。在其他實施例中，本文描述的系統可以包括一或多個附加相機，例如形成一個三重相機系統。除了廣角和望遠相機外，三相機還可以包括超廣角相機，其中超廣角相機的EFL為EFLUW ＜0.7 x EFLW 。
雙重相機100還包括或耦合至一控制器(未顯示)，該控制器控制各種相機功能，包括以下描述的多個鏡頭組和元件的運動。
該鏡頭114包括三組的鏡頭元件G1、G2和G3，其分別容納在第一組(G1)鏡頭殼體(或支架)120、第二組(G2)鏡頭殼體122和第三組(G3)鏡頭殼體124中。下面參考第2圖至第4圖三種不同的鏡頭設計的細節提供用於鏡頭元件組G1、G2和G3。在接下來詳細描述的各種實施例中，至少一鏡頭元件組相對於另一鏡頭元件組沿鏡頭光軸116移動，以提供至少兩個望遠鏡頭有效焦距EFLT ：最小EFLTmin 和最大EFLTmax 。例如EFLTmin 可以是10至20毫米，而EFLTmax 可以是20至40毫米。這樣可在兩個大型EFL之間提供變焦功能，同時保持較小的望攝鏡頭f值(F＃T )。另外，EFLTmin 比EFLW 大2倍或更多倍，使得雙重鏡頭100可以在EFLW 和EFLTmax 之間提供光學變焦。除EFL外，對於每個變焦狀態，望遠鏡頭總光道長度(Tele lens total track length, TTLT )定義為當鏡頭對焦(focus)在無限遠處時，沿著光軸從第一鏡頭元件朝向物側的第一表面(S1 請參見下文)到影像感測器的距離，其包括所有鏡頭元件和玻璃窗。對於第一變焦狀態定義為TTLTmin ，對於第二變焦狀態定義為TTLTmax 。TTLTmin 和TTLTmax 例如在第2C圖、第2D圖、第3A圖和第3B圖，但是這些定義適用於本申請中的所有實施例。
第2A圖顯示一變焦折疊望遠相機103'如同相機103，具有OPFE 104(例如棱鏡)、一鏡頭114' 如同鏡頭114，以及感測器118'，具有第一示例性光學設計並且具有光線軌跡，其中望遠鏡頭處於一第一變焦狀態，即EFL = EFLTmin 。另外，玻璃窗130可以位於所有鏡頭元件和影像感測器118之間。第2B圖顯示處於一第二變焦狀態的折疊式望遠相機103’，即EFL＝ EFLTmax 。第2C圖顯示處於第一變焦狀態的第一光學設計的鏡頭114'的細節，第2D圖顯示處於第二變焦狀態的鏡頭114'的細節。
鏡頭114'具有第一示例性光學設計，由表1至表4所表示，並且包括標記為L1至L8的八個鏡頭元件，其從在面對棱鏡的物側(“物體側”)的L1開始，在朝向影像感測器的像側的L8結束。表1提供了光學鏡頭設計中每個表面的光學數據。表1中省略了OPFE的光學數據(棱鏡或反射鏡)，因為在物體和S1之間可以使用許多本領域已知的OPFE設計。這樣的OPFE的非限制性示例包括：由玻璃或塑料製成的棱鏡，使得該棱鏡的折射率可以改變(例如，在1-3的範圍內)；限制雜散光的OPFE(例如參見在共同擁有的國際專利申請PCT/IB2018/054928中公開的內容)；低剖面棱鏡(例如參見共同擁有的美國臨時專利申請62/657,003)；掃描式OPFE(例如參見共同擁有的國際專利申請PCT/IB2018/050885和PCT/IB2017/)；具有OIS機制的OPFE(例如共同擁有的美國專利號9927600)；和一面鏡子。
表2提供了變焦數據，它是表1中曲面之間距離的附加數據，以及各種變焦位置的更變參數。表3提供了非球面數據，這是表1中非球面的多個表面的其他光學數據。表4提供了以毫米(mm)為單位的鏡頭元件和鏡頭元件組的焦距。對於第二示例性光學設計(表5-8)，第三示例性光學設計(表9-12)，第四示例性光學設計(表13-16)和第五示例性光學設計(表17-20)在下方存在相似的表。
在下面的各個示例性實施例中公開的鏡頭包括鏡頭元件的幾個鏡頭組(G1、G2、G3等)，每個組包括多個標記為Li的鏡頭元件。每個鏡頭元件Li具有相應的前表面S2i-1和相應的後表面S2i，其中“i”是1至N之間的整數。如本文所使用的，各個鏡頭元件的術語“前表面”是指一鏡頭元件靠近鏡頭入口(鏡頭物側)的表面，術語“後表面”是指一鏡頭元件靠近影像感測器(鏡頭像側)的表面。前表面和/或後表面在某些情況下可以是非球面的。前表面和/或後表面在某些情況下可以是球面的。但是這些選項不是限制性的。鏡頭元件L1至LN可以由各種材料製成，例如塑料或玻璃。一些鏡頭元件可以由與其他鏡頭元件不同的材料製成。在幾個圖中作為示例顯示符號“Gi”、“ Li”、“ Si”(對於“Gi”符號參見第2C圖、第2D圖；對於“Li”符號參見第2B圖；對於“Si” 符號參見第4A圖)，但是這些符號適用於本申請中的所有實施例。
在本說明書中，零件、元件或零件或元件組的“高度(height)”被定義為在第一光軸方向(示例性坐標系中的Y方向)零件/元素/組的最低點和零件/元素/組的最高點之間的距離。術語“上部”或“頂部”是指相對於同一零件/元件或組的其他部分，該任何零件/元件/組沿Y軸方向更靠近並面向一被成像的(被拍攝的)物體的部分。術語“下部”或“底部”是指相對於同一零件/組件或組的其他部分，該任何零件/元件/組沿Y軸方向更遠且背離一被成像的物體的部分。
在表1(以及表5和9)中，R是表面的曲率半徑，T是從表面到平行於光軸的下一個表面的距離。由於某些鏡頭之間的距離隨變焦和對焦而變化，因此表2、表6和表10中給出了各種變焦和對焦位置的附加厚度數據。請注意，當將表2、表6和表10中的附加數據用於無限遠的物體時，TTLT是從S1到影像感測器的所有T值的總和。 D是表面的光學直徑。D/2表示“半直徑”或直徑的一半。R、T和D的單位是毫米(mm)。Nd和Vd分別是位於表面和下一表面之間的鏡頭元件材料的折射率和阿貝數(Abbe number)。
表1、表5和表9中定義了表面類型，表3、表7和表11中定義了表面係數：
-平面-具有無限的曲率半徑；
-使用等式Eq.1所定義的非球面(Even-Aspherical Surface, EVAS)及其詳細信息如表3、7和11所示：
Figure 02_image001
其中r是光學表面上某個點與相關光軸(第一軸或第二軸)的距離(且垂直於該軸)，k是圓錐曲線常數(conic parameter)，c = 1 / R，α是表3、7和11中給出的多個係數。注意對於任何非球面，r的最大值(“max r”)是相應表面的半直徑(D/2)。
-使用等式Eq. 2和下面的子方程式定義QT1曲面：
Figure 02_image003
Figure 02_image005
Figure 02_image007
Figure 02_image009
Figure 02_image011
Figure 02_image013
Figure 02_image015
其中{z，r}是標準圓柱極坐標(standard cylindrical polar coordinates)，c是表面的近軸曲率(paraxial curvature)，k是圓錐曲線常數(conic parameter)，NR是標準半徑(norm radius)，An是鏡頭數據表中所示的多項式係數(polynomial coefficients)。
一“光闌表面(stop surface)”(表2、6、10、14、18和22)：在本文公開的實施例中，當從第一變焦狀態轉變為第二變焦狀態時，一鏡頭光圈光闌表面(aperture stop surface，或孔徑光闌表面)的位置可以改變。在這種情況下，該光闌決定整個鏡頭模組的F＃。例如，在一些實施例中，在第一變焦狀態下，到達影像平面以形成中心視場的影像的光量是由物側L1的第一鏡頭附近的光圈光闌所決定，而在第二變焦狀態下到達影像平面以形成中心視場的影像的光量是由另一鏡頭元件附近的光圈光闌所決定，例如鏡頭元件L4附近。在其他實施例中，當從第一變焦狀態轉變為第二變焦狀態時，一鏡頭光圈光闌表面的位置可以不改變。
下表中顯示的影像感測器直徑D是指影像感測器對角線的可能尺寸。
表1：
組 鏡頭 表面\ 類型 R [mm] T [mm] Nd Vd D [mm]
物體 S0 平 無限遠 見表2      
G1 L1 S1 EVAS 5.997 1.224 1.4847 84.150 7.50
G1 L1 S2 EVAS 13.606 2.104     7.50
G1 L2 S3 EVAS -19.106 0.509 1.8446 23.750 6.73
G1 L2 S4 EVAS -25.364 See Table 2     6.24
G2 L3 S5 EVAS 11.959 0.864 1.5348 55.660 4.76
G2 L3 S6 EVAS -9.715 0.422     4.76
G2 L4 S7 EVAS -3.692 0.656 1.6510 21.510 4.40
G2 L4 S8 EVAS -4.784 See Table 2     4.27
G3 L5 S9 EVAS -8.017 0.719 1.6510 21.510 4.00
G3 L5 S10 EVAS -1293.029 0.635     3.55
G3 L6 S11 EVAS -670.457 0.598 1.6510 21.510 3.59
G3 L6 S12 EVAS -7.424 0.073     3.88
G3 L7 S13 EVAS -7.140 0.624 1.6510 21.510 3.93
G3 L7 S14 EVAS -4.715 0.068     4.16
G3 L8 S15 EVAS -3.913 0.798 1.5348 55.660 4.22
G3 L8 S16 EVAS 45.594 See Table 2     4.35
Glass window S17 平 無限遠 0.210 1.5168 64.170  
S18 平 無限遠 0.500      
Image sensor S19 平 無限遠 0      
表2：
  第一變焦狀態EFLT = 15毫米 第二變焦狀態EFLT = 30毫米
物體位置 無限遠 於 1 米 無限遠 於 1 米
光闌表面 S8 S1
T [毫米] S0 無限 1000 無限 1000
S4 0.131 0.131 11.403 11.403
S8 5.080 5.364 0.060 0.434
S16 1.094 0.810 6.114 5.740
表3：
表面 圓錐常數(k) α2 α3
S1 0.512 -2.110E-04 -3.814E-06
S2 0.273 3.572E-04 1.917E-05
S3 20.233 5.134E-03 -4.188E-05
S4 37.580 5.156E-03 -2.918E-06
S5 -17.980 3.967E-04 -2.603E-04
S6 4.558 9.386E-04 -2.360E-04
S7 -0.178 7.713E-03 -3.679E-04
S8 0.700 5.789E-03 -1.981E-04
S9 -37.208 2.833E-02 -2.126E-03
S10 -2.729 3.813E-02 1.651E-03
S11 -9.193 -2.622E-02 4.029E-03
S12 -5.072 -1.207E-02 3.646E-03
S13 9.708 1.232E-02 -6.426E-04
S14 3.593 2.145E-03 4.976E-04
S15 1.298 1.152E-02 2.260E-03
S16 -8.975 -1.222E-03 -1.182E-04
表4：
鏡頭 #  鏡頭或組焦距[毫米]
L1 14.88
L2 -28.15
L3 12.85
L4 -49.00
L5 65.32
L6 -9.17
L7 -32.37
L8 19.45
G1 23.01
G2 15.28
G3 -11.55
在第一示例(“示例1”)中，鏡頭元件L1-L8被分為三組：包括鏡頭元件L1和L2的第一組G1，包括鏡頭元件L3和L4的第二組G2和包括鏡頭元件L5至L8的第三組。注意，表4中列出的鏡頭或組焦距具有正或負值，其指示副鏡頭元件或組的相應正或負屈光力。因此在表4中，L1、L3、L5和L8具有正屈光力，而L2、L4、L6和L7具有負屈光力，類似地G1和G2具有正屈光力，而G3具有負屈光力。這也適用於表8和表12。
在示例1中，通過使組G1和G3相對於影像感測器118移動，同時組G2相對於影像感測器118保持靜止而使相機進入兩個變焦狀態。然後G3還可以移動以在每個變焦狀態下進行對焦。表2列出了確切的距離和相對位置。在示例1中，G1和G3相對於G2(和影像感測器)移動，以使相機進入第2A圖和第2C圖中所示的第一變焦狀態，其中EFLT ＝EFLTmin ＝15毫米，F＃＝F＃Tmin ＝2.8並且TTLT ＝TTLTmin ＝16.309 毫米，並且進入第2B圖和第2D圖中所示的第二變焦狀態，其中EFLT = EFLTmax = 30 毫米，F＃= F＃Tmax = 4且TTLT = TTLTmin = 27.581毫米。移動範圍可以是例如5至10毫米。在第一狀態下，G1與G2隔開距離d4(對於EFL為15毫米的情況，表2中S4 和S5 之間的距離，即0.131毫米)，G2與G3隔開距離d8(對於EFL為15 毫米的情況，表2中S8 和S9 之間的距離，即5.080至5.364毫米，取決於焦距)；G3與窗口130的距離為d16(對於EFL為15毫米的情況，表2中S16和S17之間的距離，即1.094至0.810毫米，取決於焦距)。在第二狀態下，G1與G2隔開距離d4'(對於EFL為30毫米的情況，表2中S4 和S5 之間的距離，即11.403毫米)，G2與G3隔開距離d8'(對於EFL為30毫米的情況，表2中S8 和S9 之間的距離，即0.060至0.434毫米，取決於對焦距離)；G3與窗口130的距離為d16'(對於EFL為30毫米的情況，表2中S16 和S17 之間的距離，即6.114至5.740毫米，取決於焦距)。
第3A圖顯示處於第一變焦狀態中，如相機103的一折疊式望遠相機中的示例性光學設計的第二實施例的鏡頭元件的細節， 第3B圖顯示處於第二變焦狀態中第二光學設計的鏡頭元件的細節。這些圖顯示鏡頭114''，影像感測器118和可選的窗口130。第二種光學設計由表5至表8表示，包括八個標記為L1至L8的鏡頭元件，從面向棱鏡的物側上的L1開始並結束於朝影像感測器的影像側的L8。表5提供了光學數據，表6提供了變焦數據，表7提供了非球面數據，表8提供了以毫米為單位的鏡頭或組焦距。
在第二示例(“示例2”)中，在鏡頭114”中，鏡頭元件L1-L8被分為三組：包括鏡頭元件L1和L2的第一組G1、包括鏡頭元件L3至L5的第二組G2和包括鏡頭元件L6至L8的第三組。
在示例2中，通過使組G1和G3相對於影像感測器在一給定範圍R1,3 中一起移動，同時使組G2相對於影像感測器在小於R1,3 的一範圍R2中移動，而使得相機進入兩個變焦狀態。在示例2中，R1,3 = 7.509毫米，而R2 = 1.574毫米。組G2在相對於影像感測器的任何變焦狀態下還可以在一範圍RAF 中移動，以將相機106的焦距從無窮遠改變到1米。RAF 可能高達550微米(um)，具體取決於變焦狀態。第3A圖顯示處於第一變焦狀態的示例2，其中EFLT ＝EFLTmin ＝15毫米，F＃＝F＃Tmin ＝ 並且TTLT ＝TTLTmin ＝17.373毫米，以及第3B圖顯示處於第二變焦狀態的示例2，其中EFLT ＝EFLTmax ＝30毫米，F＃＝F＃Tmax ＝4，並且TTLT ＝TTLTmax ＝24.881毫米。
在示例2，滿足以下條件：
R1,3 和R2 小於0.6x(EFLTmax –EFLTmin )，當然小於0.75 x(EFLTmax –EFLTmin )。F＃Tmin 小於1.0 x F＃Tmax x EFLTmin / EFLTmax ，小於1.2 x F＃Tmax x EFLTmin / EFLTmax ，小於1.5 x F＃Tmax x EFLTmin / EFLTmax ，小於1.8 x F＃Tmax x EFLTmin / EFLTmax 。
在第一狀態下，G1與G2隔開距離d4(對於EFL為15毫米的情況，表6中S4 和S5 之間的距離，即1.246至1.012毫米，取決於焦距)，G2與G3隔開距離d10(對於EFL為15 毫米的情況，表6中S10 和S11 之間的距離，即6.136至6.370毫米，取決於焦距)；G3與窗口130的距離為d16(對於EFL為15毫米的情況，表6中S16 和S17 之間的距離，即0.229毫米)。在第二狀態下，G1與G2隔開距離d4'(對於EFL為30毫米的情況，表6中S4 和S5 之間的距離，即7.181至6.658毫米，取決於焦離)，G2與G3隔開距離d10'(對於EFL為30毫米的情況，表6中S10 和S11 之間的距離，即0.2至0.725毫米，取決於焦距)；G3與窗口130的距離為d16'(對於EFL為30毫米的情況，表6中S16 和S17 之間的距離，即7.738毫米)。
表5：
組 鏡頭 表面 類型 R [mm] T [mm] Nd Vd D [mm]
物體 S0 平 無限遠 見表6      
G1 L1 S1 QT1 6.615 1.666 1.4847 84.150 7.50
G1 L1 S2 QT1 71.898 3.268     7.30
G1 L2 S3 QT1 21.616 0.373 1.8446 23.750 5.87
G1 L2 S4 QT1 10.973 See Table 6     5.62
G2 L3 S5 QT1 -37.902 0.700 1.5348 55.660 4.86
G2 L3 S6 QT1 -5.871 0.132     4.95
G2 L4 S7 QT1 -3.976 0.744 1.6510 21.510 4.93
G2 L4 S8 QT1 -4.874 0.067     5.20
G2 L5 S9 QT1 -5.651 0.869 1.5348 55.660 5.38
G2 L5 S10 QT1 -5.128 See Table 6     5.38
G3 L6 S11 QT1 -4.749 0.250 1.5348 55.660 4.77
G3 L6 S12 QT1 -139.803 0.063     4.74
G3 L7 S13 QT1 -444.631 0.318 1.5348 55.660 4.73
G3 L7 S14 QT1 18.077 0.060     4.75
G3 L8 S15 QT1 15.930 0.542 1.6510 21.510 4.78
G3 L8 S16 QT1 -63.413 See Table 6     4.77
玻璃窗 S17 Flat Infinity 0.210 1.5168 64.170  
S18 Flat Infinity 0.500      
影像感測器 S19 Flat Infinity 0      
表6:
  第一變焦狀態EFLT = 15毫米 第二變焦狀態EFLT = 30毫米
物體位置 無限遠 於 1 米 物體位置 無限遠
光闌表面 S5 S1
T [毫米] S0 無限 1000 無限 1000
S4 1.246 1.012 7.181 6.658
S10 6.136 6.370 0.200 0.725
S16 0.229 0.229 7.738 7.738
表7:
表面 圓錐常數(k) NR A0 A1 A2 A3 A4 A5
S1 0 3.7 -1.071E-02 -7.810E-04 7.874E-05 -9.666E-05 3.754E-06 2.463E-06
S2 0 3.7 3.115E-02 -1.285E-03 1.465E-04 -2.067E-04 4.660E-05 -9.353E-07
S3 0 3.7 2.719E-01 -4.051E-02 2.860E-03 5.289E-04 7.861E-04 -8.761E-04
S4 0 3.7 3.639E-01 -3.214E-02 6.330E-03 2.656E-03 9.124E-04 -1.171E-03
S5 0 3.7 -1.507E+00 -1.910E-01 -6.434E-02 -1.200E-02 5.825E-04 -5.555E-04
S6 0 3.7 -8.373E-01 -1.648E-01 -4.615E-04 -1.051E-02 2.529E-03 2.881E-03
S7 0 3.7 5.590E-01 1.990E-02 1.374E-01 8.401E-03 6.293E-03 6.466E-03
S8 0 3.7 4.388E-01 -1.366E-01 5.125E-02 -1.241E-02 -2.885E-03 8.741E-04
S9 0 3.7 5.075E-01 -1.496E-02 6.068E-02 1.246E-02 -8.803E-04 -4.615E-03
S10 0 3.7 -8.004E-02 -5.974E-02 -2.987E-02 -2.815E-03 7.390E-04 -1.480E-03
S11 0 3.7 8.519E-01 -5.488E-02 -5.544E-02 -7.854E-03 3.268E-03 6.359E-03
S12 0 3.7 -1.077E-01 2.667E-01 -4.035E-02 -5.846E-03 -2.225E-02 2.213E-03
S13 0 3.7 -9.512E-01 3.384E-02 4.268E-02 5.478E-02 -3.769E-03 -2.779E-03
S14 0 3.7 1.676E-01 -2.814E-01 2.307E-02 1.180E-02 -3.634E-03 -1.653E-02
S15 0 3.7 8.046E-01 6.039E-02 9.548E-02 1.891E-02 8.015E-03 -7.180E-03
S16 0 3.7 3.581E-01 -4.279E-02 1.900E-02 9.315E-03 1.405E-02 4.839E-03
表8:
鏡頭 #  鏡頭或組焦距[毫米]
L1 14.88
L2 -28.15
L3 12.85
L4 -49.00
L5 65.32
L6 -9.17
L7 -32.37
L8 19.45
G1 23.01
G2 15.28
G3 -11.55
第4A圖顯示處於第一變焦狀態中，如相機103的一折疊式望遠相機中的示例性光學設計的第三實施例的鏡頭元件的細節， 第4B圖顯示處於第二變焦狀態中第三光學設計的鏡頭元件的細節。這些圖顯示鏡頭114'''，影像感測器118和可選的窗口130。第三種光學設計由表9至表12表示，包括八個標記為L1至L8的鏡頭元件，從面向棱鏡的物側上的L1開始並結束於朝影像感測器的影像側的L8。表9提供了光學數據，表10提供了變焦數據，表11提供了非球面數據，表12提供了以毫米為單位的鏡頭或組焦距。
在鏡頭114'''中，鏡頭元件L1至L8被分為三組：包括鏡頭元件L1和L2的第一組G1、包括鏡頭元件L3和L4的第二組G2和包括鏡頭元件L5至L8的第三組。
在第三示例性用途("示例3")中，通過使組G1和G3相對於影像感測器在一給定範圍中移動，同時保持組G2靜止，而使相機進入兩個變焦狀態。移動範圍例如可以是5至10毫米。G1可進一步移動以進行對焦。在示例3中，G1和G3相對於G2(和影像感測器)移動，以使相機進入第4A圖所示的第一變焦狀態，其中EFLT ＝EFLTmin ＝15毫米，F＃＝F＃Tmin ＝2.74並且TTLT ＝TTLTmin ＝16.78毫米，以及第4B圖所示的第二變焦狀態，其中EFLT ＝EFLTmax ＝30毫米，F＃＝F＃Tmax ＝4，並且TTLT ＝TTLTmax ＝26.958毫米。在第一狀態下，G1與G2隔開距離d4(對於EFL為15毫米的情況，表10中S4 和S5 之間的距離，即0.199至0.870毫米，取決於焦距)，G2與G3隔開距離d8(對於EFL為15 毫米的情況，表10中S8 和S9 之間的距離，即6.050毫米)；G3與窗口130的距離為d16(對於EFL為15毫米的情況，表10中S16 和S17 之間的距離，即0.650毫米)。在第二狀態下，G1與G2隔開距離d4(對於EFL為30毫米的情況，表10中S4 和S5 之間的距離，即10.377至11.031毫米，取決於焦距)，G2與G3隔開距離d8(對於EFL為30毫米的情況，表10中S8 和S9 之間的距離，即0.06毫米)；G3與窗口130的距離為d16(對於EFL為30毫米的情況，表10中S16 和S17 之間的距離，即6.64毫米)。
表9：
組 鏡頭 表面 類型 R [mm] T [mm] Nd Vd D [mm]
物體 S0 平 無限遠 見表10      
G1 L1 S1 EVAS 5.965 1.246 1.4847 84.150 7.50
G1 L1 S2 EVAS 14.446 2.524     7.50
G1 L2 S3 EVAS -18.902 0.545 1.8446 23.750 6.52
G1 L2 S4 EVAS -27.153 See Table 10     6.24
G2 L3 S5 EVAS 15.497 0.881 1.5348 55.660 4.76
G2 L3 S6 EVAS -9.815 0.351     4.76
G2 L4 S7 EVAS -3.714 0.694 1.6510 21.510 4.40
G2 L4 S8 EVAS -4.750 See Table 10     4.27
G3 L5 S9 EVAS -8.318 0.535 1.6510 21.510 4.00
G3 L5 S10 EVAS -49.289 0.581     3.84
G3 L6 S11 EVAS 29.648 0.492 1.6510 21.510 4.01
G3 L6 S12 EVAS -15.803 0.371     4.17
G3 L7 S13 EVAS -8.902 0.625 1.6510 21.510 4.51
G3 L7 S14 EVAS -5.204 0.066     4.66
G3 L8 S15 EVAS -4.708 0.260 1.5348 55.660 4.73
G3 L8 S16 EVAS 21.740 See Table 10     4.65
玻璃窗 S17 Flat Infinity 0.210 1.5168 64.170  
S18 Flat Infinity 0.500      
影像感測器 S19 Flat Infinity 0      
表10：
  第一變焦狀態EFLT = 15毫米 第二變焦狀態EFLT = 30毫米
物體位置 無限遠 於 1 米 物體位置 無限遠
光闌表面 S8 S1
T [mm] S0 Infinity 1000 Infinity 1000
S4 0.199 0.870 10.377 11.031
S8 6.050 6.050 0.060 0.060
S16 0.650 0.650 6.640 6.640
表11：
表面 圓錐常數(k) α2 α3
S1 0.522 -1.7367E-04 1.4347E-06
S2 1.931 4.4699E-04 2.3992E-05
S3 19.446 5.1529E-03 -5.1705E-05
S4 42.199 5.0933E-03 -1.1038E-05
S5 -19.929 -9.0502E-05 -2.5378E-04
S6 5.537 1.3905E-03 -2.6043E-04
S7 -0.207 7.6849E-03 -3.0619E-04
S8 0.535 5.5481E-03 -1.4016E-04
S9 -36.500 2.6433E-02 -1.9343E-03
S10 10.019 3.3334E-02 5.6299E-04
S11 -10.151 -2.4156E-02 4.1713E-03
S12 10.679 -1.3708E-02 3.1066E-03
S13 10.006 1.3443E-02 -1.0812E-03
S14 3.232 5.2907E-03 7.9836E-05
S15 1.099 6.4779E-03 1.6274E-03
S16 3.669 8.5666E-04 8.2964E-05
表12：
鏡頭 #  鏡頭或組焦距[毫米]
L1 19.95
L2 -75.22
L3 11.33
L4 -35.23
L5 -15.29
L6 15.73
L7 17.84
L8 -7.18
G1 25.67
G2 17.78
G3 -11.14
第4C圖顯示處於第一變焦狀態中，如相機103的一折疊式望遠相機中的示例性光學設計的第四實施例的鏡頭元件的細節，第4D圖顯示處於第二變焦狀態中第四光學設計的鏡頭元件的細節。這些圖顯示鏡頭114''''，影像感測器118和可選的窗口130。第四種光學設計由表13至表16表示，包括八個標記為L1至L8的鏡頭元件，從面向棱鏡的物側上的L1開始並結束於朝影像感測器的影像側的L8。表13提供了光學數據，表14提供了變焦數據，表15提供了非球面數據，表16提供了以毫米為單位的鏡頭或組焦距。
在一第四示例中("示例4")，在鏡頭114''''中，鏡頭元件L1至L8被分為三組：包括鏡頭元件L1和L2的第一組G1、包括鏡頭元件L3和L5的第二組G2和包括鏡頭元件L6至L8的第三組。
在示例4中，通過使組G1和G3(作為一單元)相對於影像感測器在一給定範圍R1,3 中移動，同時在該變焦過程中相對於影像感測器保持組G2靜止，而使相機進入兩個變焦狀態。在示例5中，R1,3 =7.065毫米。雖然當改變變焦狀態時組G2不移動，然而組G2相對於影像感測器以及組G1和G3可在任何變焦狀態下在一範圍RAF 內移動，以將相機106的焦距從無窮遠改變到1米。RAF 可能高達730微米，具體取決於變焦狀態。第4C圖顯示處於第一變焦狀態的示例4，其中EFLT ＝EFLTmin ＝15毫米，F＃＝F＃Tmin ＝2.74並且TTLT ＝TTLTmin ＝17.865毫米，以及第4D圖顯示處於第二變焦狀態的示例4，其中EFLT ＝EFLTmax ＝30毫米，F＃＝F＃Tmax ＝4，並且TTLT ＝TTLTmax ＝24.93毫米。
在第一狀態下，G1與G2隔開距離d4(對於EFL為15毫米的情況，表14中S4 和S5 之間的距離)，G2與G3隔開距離d10(對於EFL為15 毫米的情況，表14中S10 和S11 之間的距離)；G3與窗口130的距離為d16(對於EFL為15毫米的情況，表14中S16 和S17 之間的距離)。在第二狀態下，G1與G2隔開距離d4'(對於EFL為30毫米的情況，表14中S4 和S5 之間的距離)，G2與G3隔開距離d10'(對於EFL為30毫米的情況，表14中S10 和S11 之間的距離)；G3與窗口130的距離為d16'(對於EFL為30毫米的情況，表14中S16 和S17 之間的距離)。
表13：
組 鏡頭 表面 類型 R [mm] T [mm] Nd Vd D [mm]
物體 S0 平 無限遠 見表14      
G1 L1 S1 QT1 6.795 1.665 1.4847 84.150 7.50
G1 L1 S2 QT1 55.652 1.690     7.28
G1 L2 S3 QT1 38.079 0.330 1.7978 22.463 6.53
G1 L2 S4 QT1 18.832 See Table 14     6.32
G2 L3 S5 QT1 -14.657 0.862 1.5348 55.660 5.43
G2 L3 S6 QT1 -5.687 0.076     5.50
G2 L4 S7 QT1 -5.011 0.735 1.6510 21.510 5.41
G2 L4 S8 QT1 -6.654 0.052     5.50
G2 L5 S9 QT1 -6.344 0.813 1.5348 55.660 5.47
G2 L5 S10 QT1 -5.302 See Table 14     5.51
G3 L6 S11 QT1 -4.891 0.230 1.5348 55.660 4.54
G3 L6 S12 QT1 -7.762 0.050     4.54
G3 L7 S13 QT1 -17.929 0.230 1.5348 55.660 4.53
G3 L7 S14 QT1 7.959 0.057     4.60
G3 L8 S15 QT1 8.309 0.425 1.6510 21.510 4.63
G3 L8 S16 QT1 21.747 See Table 14     4.65
玻璃窗 S17 Flat Infinity 0.210 1.5168 64.170  
S18 Flat Infinity 0.300      
影像感測器 S19 Flat Infinity 0      
表14：
  第一變焦狀態EFLT = 15毫米 第二變焦狀態EFLT = 30毫米
物體位置 無限遠 於 1 米 無限遠 於 1 米
光闌表面 S1 S1
T [mm] S0 Infinity 1000 Infinity 1000
S4 1.996 1.717 9.060 8.337
S10 7.764 8.043 0.700 1.423
S16 0.380 0.380 7.445 7.445
表15：
表面 圓錐常數(k) NR A0 A1 A2 A3 A4 A5
S1 0 3.7 -1.185E-02 -4.312E-04 -7.102E-05 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S2 0 3.7 1.691E-02 4.449E-04 -2.627E-04 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S3 0 3.7 2.920E-01 -1.206E-02 -1.439E-03 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S4 0 3.7 3.521E-01 -7.983E-03 -1.529E-03 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S5 0 3.7 -9.944E-01 -1.351E-01 -1.582E-02 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S6 0 3.7 -3.506E-01 -8.796E-03 3.480E-02 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S7 0 3.7 2.435E-01 7.231E-02 3.347E-02 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S8 0 3.7 7.927E-02 9.735E-03 2.347E-04 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S9 0 3.7 1.102E-01 -4.921E-02 3.957E-03 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S10 0 3.7 3.430E-02 -4.824E-02 1.267E-04 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S11 0 3.7 9.549E-01 3.565E-02 1.185E-01 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S12 0 3.7 7.134E-01 -4.530E-02 1.012E-01 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S13 0 3.7 6.795E-02 1.289E-01 2.055E-02 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S14 0 3.7 4.103E-02 2.657E-01 9.470E-02 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S15 0 3.7 2.845E-01 3.100E-01 8.796E-02 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S16 0 3.7 2.795E-01 2.231E-01 3.147E-02 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
表16：
鏡頭 #  鏡頭或組焦距[毫米]
L1 15.76
L2 -46.69
L3 16.75
L4 -37.57
L5 47.27
L6 -25.34
L7 -10.23
L8 20.23
G1 21.49
G2 19.76
G3 -11.20
第4E圖顯示處於第一變焦狀態中，如相機103的一折疊式望遠相機中的示例性光學設計的第五實施例的鏡頭元件的細節，第4F圖顯示處於第二變焦狀態中第五光學設計的鏡頭元件的細節。這些圖顯示鏡頭114'''''，影像感測器118和可選的窗口130。第五種光學設計由表17至表20表示，包括八個標記為L1至L8的鏡頭元件，從面向棱鏡的物側上的L1開始並結束於朝影像感測器的影像側的L8。表17提供了光學數據，表18提供了變焦數據，表19提供了非球面數據，表20提供了以毫米為單位的鏡頭或組焦距。
在一第五示例中("示例5")，在鏡頭114'''''中，鏡頭元件L1至L8被分為三組：包括鏡頭元件L1和L2的第一組G1、包括鏡頭元件L3和L5的第二組G2和包括鏡頭元件L6至L8的第三組。
在示例5中，通過使鏡頭組G1和G3(作為一單元，也稱為“ G1G3組件”)相對於影像感測器在一給定範圍R1,3 中移動，同時相對於影像感測器保持G2靜止，而使相機進入兩個變焦狀態。在示例5中，R1,3 =7.697毫米。該 G1G3組件還可以相對於影像感測器和G2在一範圍RAF 中一起移動，以將相機106的焦距從無窮遠改變到1米。RAF 可能高達1.8毫米，具體取決於變焦狀態。第4E圖顯示處於第一變焦狀態的示例5，其中EFLT ＝EFLTmin ＝15毫米，F＃＝F＃Tmin ＝2 並且TTLT ＝TTLTmin ＝18.1毫米，以及第4F圖顯示處於第二變焦狀態的示例5，其中EFLT ＝EFLTmax ＝30毫米，F＃＝F＃Tmax ＝4，並且TTLT ＝TTLTmax ＝25.8毫米。
在第一狀態下，G1與G2隔開距離d4(對於EFL為15毫米的情況，表18中S4 和S5 之間的距離)，G2與G3隔開距離d10(對於EFL為15 毫米的情況，表18中S10 和S11 之間的距離)；G3與窗口130的距離為d16(對於EFL為15毫米的情況，表18中S16 和S17 之間的距離)。在第二狀態下，G1與G2隔開距離d4'(對於EFL為30毫米的情況，表18中S4 和S5 之間的距離)，G2與G3隔開距離d10'(對於EFL為30毫米的情況，表18中S10 和S11 之間的距離)；G3與窗口130的距離為d16'(對於EFL為30毫米的情況，表17中S16 和S17 之間的距離)。
表17：
組 鏡頭 表面 類型 R [mm] T [mm] Nd Vd D [mm]
物體 S0 平 無限遠 見表18      
G1 L1 S1 QT1 7.595 2.293 1.4847 84.150 7.50
G1 L1 S2 QT1 166.728 1.379     7.20
G1 L2 S3 QT1 169.765 0.381 1.7978 22.463 6.73
G1 L2 S4 QT1 30.296 See Table 18     6.55
G2 L3 S5 QT1 -19.262 0.991 1.5348 55.660 5.61
G2 L3 S6 QT1 -7.798 0.067     5.71
G2 L4 S7 QT1 -7.423 0.235 1.6510 21.510 5.62
G2 L4 S8 QT1 -10.037 0.178     5.63
G2 L5 S9 QT1 -6.776 0.896 1.5348 55.660 5.62
G2 L5 S10 QT1 -5.279 See Table 18     5.69
G3 L6 S11 QT1 -11.648 0.207 1.5348 55.660 4.95
G3 L6 S12 QT1 -16.086 0.091     4.95
G3 L7 S13 QT1 -14.227 0.203 1.5348 55.660 4.98
G3 L7 S14 QT1 8.126 0.041     5.01
G3 L8 S15 QT1 5.960 0.448 1.6510 21.510 5.03
G3 L8 S16 QT1 8.873 See Table 18     5.07
Glass window S17 Flat Infinity 0.210 1.5168 64.170  
S18 Flat Infinity 0.300      
Image sensor S19 Flat Infinity 0      
表18：
  第一變焦狀態EFLT = 15毫米 第二變焦狀態EFLT = 30毫米
物體位置 無限遠 於 2米 無限遠 於 2 米
光闌表面 S1 S1
T [mm] S0 Infinity 2000 Infinity 2000
S4 1.377 1.853 9.074 7.308
S10 8.388 7.913 0.691 2.458
S16 0.415 0.890 8.112 6.345
表19：
表面 圓錐常數(k) NR A0 A1 A2 A3 A4 A5
S1 0 3.7 -3.810E-02 -2.313E-03 -1.826E-04 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S2 0 3.7 -1.050E-02 6.271E-04 -4.206E-05 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S3 0 3.7 2.425E-01 -4.719E-03 1.605E-03 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S4 0 3.7 2.621E-01 -4.538E-03 1.794E-03 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S5 0 3.7 -7.571E-01 -2.386E-02 1.173E-02 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S6 0 3.7 -3.239E-01 -4.277E-02 1.470E-02 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S7 0 3.7 8.636E-02 -6.570E-02 -2.140E-02 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S8 0 3.7 1.137E-01 -5.791E-02 -2.009E-02 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S9 0 3.7 2.911E-01 -9.503E-02 2.344E-04 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S10 0 3.7 1.470E-01 -4.954E-02 -3.365E-03 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S11 0 3.7 3.957E-01 3.980E-01 2.043E-01 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S12 0 3.7 1.263E+00 5.363E-03 -8.070E-02 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S13 0 3.7 9.897E-01 -2.343E-01 -2.471E-01 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S14 0 3.7 -3.191E-01 -1.890E-01 -3.206E-02 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S15 0 3.7 -1.999E+00 -7.518E-01 -2.345E-01 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
S16 0 3.7 -1.561E+00 -4.492E-01 -1.770E-01 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
表20：
鏡頭 #  鏡頭或組焦距[毫米]
L1 16.31
L2 -45.91
L3 23.68
L4 -45.03
L5 36.78
L6 -79.93
L7 -9.60
L8 26.08
G1 22.79
G2 21.82
G3 -12.37
第4G圖顯示處於第一變焦狀態中，如相機103的一折疊式望遠相機中的示例性光學設計的第六實施例的鏡頭元件的細節，第4H圖顯示處於第二變焦狀態中第六光學設計的鏡頭元件的細節。這些圖顯示鏡頭114''''''，影像感測器118和可選的窗口130。第六種光學設計由表21至表24表示，包括八個標記為L1至L8的鏡頭元件，從面向棱鏡的物側上的L1開始並結束於朝影像感測器的影像側的L8。表21提供了光學數據，表22提供了變焦數據，表23提供了非球面數據，表24提供了以毫米為單位的鏡頭或組焦距。
在鏡頭114''''''中，鏡頭元件L1至L8被分為三組：包括鏡頭元件L1、L2和L3的第一組G1、包括鏡頭元件L4、L5和L6的第二組G2和包括鏡頭元件L7和L8的第三組。
在示例6中，通過使G1和G3(作為一單元)相對於影像感測器在一給定範圍R1,3 中一起移動，同時G2相對於影像感測器在一範圍R2 中移動，其中R2 ＜R1,3 ，而使相機進入兩個變焦狀態。在示例6中，R1,3 =5.641毫米，以及R2=0.718。G1+G2+G3還可以相對於影像感測器在一範圍RAF 中一起移動，以將相機106的焦距從無窮遠改變到1米或2米。RAF 可能高達0.4毫米，具體取決於變焦狀態。
第4G圖顯示處於第一變焦狀態的示例6，其中EFLT ＝EFLTmin ＝13毫米，F＃＝F＃Tmin ＝1.8 並且TTLT ＝TTLTmin ＝19.84毫米，以及第4H圖顯示處於第二變焦狀態的示例6，其中EFLT ＝EFLTmax ＝26毫米，F＃＝F＃Tmax ＝2.88，並且TTLT ＝TTLTmax ＝25.85毫米。
在第一狀態下，G1與G2隔開距離d7(對於EFL為13毫米的情況，表22中S7 和S8 之間的距離)，G2與G3隔開距離d13(對於EFL為13 毫米的情況，表22中S14 和S22 之間的距離)；G3與窗口130的距離為d17(對於EFL為13毫米的情況，表22中S17 和S18 之間的距離)。在第二狀態下，G1與G2隔開距離d7'(對於EFL為26毫米的情況，表22中S7 和S8 之間的距離)，G2與G3隔開距離d13'(對於EFL為26毫米的情況，表22中S13 和S14 之間的距離)；G3與窗口130的距離為d17'(對於EFL為26毫米的情況，表21中S17 和S18 之間的距離)。
表21：
組 鏡頭 表面 類型 R [mm] T [mm] Nd Vd D [mm]
物體 S0 平 無限遠 見表2      
光闌 S1 平t 無限遠 -0.775     9.000
G1 L1 S2 QFORB type 1 17.302 1.786 1.5661 37.43 8.577
G1 L1 S3 QFORB type 1 62.771 0.725     8.652
G1 L2 S4 QFORB type 1 10.090 1.928 1.5449 55.91 8.557
G1 L2 S5 QFORB type 1 -23.147 0.689     8.086
G1 L3 S6 QFORB type 1 80.507 0.232 1.6991 19.44 8.073
G1 L3 S7 QFORB type 1 10.360 See Table 2     5.509
G2 L4 S8 QFORB type 1 -4.430 0.928 1.5449 55.91 5.543
G2 L4 S9 QFORB type 1 -7.104 0.144     5.555
G2 L5 S10 QFORB type 1 440.072 1.646 1.6991 19.44 6.397
G2 L5 S11 QFORB type 1 28.935 0.033     6.494
G2 L6 S12 QFORB type 1 39.391 2.010 1.5449 55.91 6.726
G2 L6 S13 QFORB type 1 -5.075 See Table 2     6.322
G3 L7 S14 QFORB type 1 -6.250 0.601 1.6991 19.44 6.435
G3 L7 S15 QFORB type 1 -4.314 0.033     6.292
G3 L8 S16 QFORB type 1 -4.226 0.553 1.5449 55.91 6.944
G3 L8 S17 QFORB type 1 45.368 See Table 2     7.179
Glass window S18 Flat Infinity 0.21 1.5168 64.17 7.235
S19 Flat Infinity 0.3     7.000
Image sensor S20 Flat Infinity 0     7.000
表22：
  第一變焦狀態 第二變焦狀態
EFLT = 13毫米 EFLT = 26毫米
物體位置 無限遠 於1公尺   無限遠 於2公尺
光闌表面 S8   S1
T [mm] S0 Infinity 1000   Infinity 2000
S7 1.287 1.287   6.928 6.928
S13 6.224 6.224   0.584 0.584
S17 0.510 0.680   6.527 6.869
表23：
表面 圓錐常數(k) NR A2 A2 A3 A4
S2 0 4.500 1.937E-01 3.246E-02 1.318E-03 2.280E-04
S3 0 4.500 2.594E-01 8.795E-02 5.484E-03 3.649E-03
S4 0 4.000 -1.694E-01 7.487E-04 -3.651E-03 1.653E-03
S5 0 4.000 -8.607E-02 -4.556E-02 9.328E-03 -1.115E-04
S6 0 4.000 -8.318E-01 8.107E-02 -3.312E-03 1.627E-04
S7 0 3.600 -7.475E-01 6.703E-02 -6.921E-03 5.168E-04
S8 0 3.540 1.184E+00 -7.816E-02 6.294E-03 -5.495E-03
S9 0 3.540 1.068E+00 -3.634E-02 4.046E-03 -3.309E-03
S10 0 3.540 -7.538E-01 -8.548E-02 -3.579E-02 -4.211E-03
S11 0 3.540 -3.354E-01 5.277E-03 -9.014E-03 -8.400E-04
S12 0 3.540 -6.434E-02 -5.113E-04 3.479E-04 -1.573E-03
S13 0 3.540 5.865E-03 1.176E-03 3.052E-03 5.638E-04
S14 0 3.540 -3.496E-01 -4.291E-02 -1.806E-02 -1.974E-03
S15 0 3.540 -9.519E-03 2.425E-02 -8.039E-03 -5.814E-03
S16 0 3.540 2.311E-01 7.899E-02 9.116E-03 -5.414E-03
S17 0 3.540 -2.319E-01 8.502E-03 -2.231E-04 -1.988E-04
表24：
鏡頭 #  鏡頭或組焦距[毫米]
L1 41.40
L2 13.12
L3 -17.63
L4 -24.54
L5 -45.94
L6 8.36
L7 18.33
L8 -7.04
G1 19.31
G2 12.82
G3 -10.82
第5A圖至第5E圖示意性地顯示編號為500的望遠鏡頭和感測器模組(或簡稱為“模組”)的一第一實施例。附圖的描述繼續參考第5A圖至第5E圖以及許多其他圖中所示的坐標系XYZ。在示例中，模組500具有第二示例的光學設計。模組500包括=一基於的VCM致動機構，用以在鏡頭114’、114’’ 、114’’’、 114’’’’ 、114’’’’’ 和114”””的變焦狀態和對焦狀態之間改變。第5A圖示意性地從一頂部透視圖顯示處於EFLTmin 狀態的模組500。第5B圖從另一頂部透視圖示意性地顯示處於EFLTmin 狀態的模組500。第5C圖從一頂部透視圖示意性地顯示處於EFLTmax 狀態的模組500。第5D圖從另一頂部透視圖示意性地顯示處於EFLTmax 狀態的模組500。第5E圖顯示模組500的分解圖。模組500包括一鏡頭組件502(G1G3組件)、G2鏡頭組件504(G2組件)、感測器組件506、電磁(EM)組件508、底座組件510、第一磁體512、第一線圈514、第二磁體516、第一組(示例性為4個)球體520和第二組(示例性為4個)球體522。鏡頭組件502和504共享鏡頭光軸116。
第一線圈514緊鄰第一磁體512定位，並且剛性地耦合至底座組件510(相對於底座組件510不移動)。第一線圈514可以被焊接至一PCB，諸如PCB 822(第8圖)，或者被佈線至電路外部(未顯示)，其允許向第一線圈514發送輸入和輸出電流，該電流攜帶操作所需的功率和電子訊號。線圈514示例性地為矩形，並且典型地包括幾十個線圈繞組(即在50至250個的一非限制性範圍內)，典型的電阻為10至30歐姆。第一磁體512是分裂磁體，使得中間的分隔線512a將其分成兩側：在分隔線512a的一側，磁體512具有面向正X方向的北磁極，而在分離線512a的另一側，磁體512具有面向正X方向的南磁極。在驅動第一線圈514中的電流時，在第一磁體512上產生一第一洛倫茲力(Lorentz force)。在示例中，沿順時針方向流過第一線圈514的電流將在第一磁體512上沿正Z方向引起一第一洛倫茲力，而沿逆時針方向流過第一線圈512的電流將在第一磁體512上沿負Z方向引起一洛倫茲力。在一示例中，第一洛倫茲力可用於使底部致動組件560在一開環控制中從“第一致動”狀態轉換到“第二致動”狀態，反之亦然，即從止動件720a-b和722a-b之間的底部致動組件560致動(參見下文)。
第6A圖和第6B圖提供了模組500的致動部件的兩個底部透視圖，顯示處於EFLTmin 狀態的頂部致動組件550和底部致動組件560。第6C圖從底部透視圖顯示頂部致動組件550。頂部致動組件550包括G2鏡頭組件504、第二磁體516和多個步進磁體626。底部致動組件560包括G1G3組件502、第一磁體512、步進磁體628和四個軛602a-b(圖6B)和604a-b(圖6A)。圖7顯示底座組件510的細節，該底座組件510包括導軌710a和710b以及止動磁體702a-b和704a-b。注意，在第7圖中，出於說明的目的，止動磁體702a-b和704a-b與止動件720a-b和722a-b分開。箭頭顯示止擋磁體702a-b和704a-b在止動件720a-b和722a-b中的黏合位置。軛602a-b被拉到止動磁體702a-b上，而軛604a-b被拉到止動磁體704a-b上。每個導軌710a-b包括相應的溝槽712a-b。底座組件510還包括兩個機械止動件706和708，其示例性地連接到導軌710b。機械止動件706和708限制了頂部致動組件550的行程。圖8顯示在PCB 822上EM組件508的細節。
在一示例中，模組500允許鏡頭組件502和504在沿著鏡頭光軸116的方向上的相對運動。模組500具有在3至40毫米範圍內的示例性長度/寬度/高度尺寸，即模組500可以裝在尺寸為3x3x3毫米³至40x40x40毫米³的盒子中。在示例中，模組500具有高度(沿Y軸)，該高度由鏡頭元件L1…LN的最大淨光圈，加上各個鏡頭組件502和504的塑料厚度(例如在範圍為0.5至1.5毫米)，加上遮片107的厚度(例如遮片厚度在0.1至0.3毫米的範圍內)，再加上相應的鏡頭組件502和504與遮片107之間的兩個氣隙(airgaps)的厚度(各個氣隙厚度例如在0.05至0.15毫米的範圍內)所限定。鏡頭元件L1…LN的淨光圈可以是一圓形或切口鏡頭的淨光圈，如下所述。
在模組500中，三個鏡頭組(G1、G2和G3)被保持在兩個鏡頭子組件中：G1G3組件(502)，以及鏡頭組件(504)。鏡頭組件502和504通常由塑料製成。在一些實施例中，鏡頭組件502和G1 + G3可以是一單一部分所製成(並且類似地，鏡頭組件504和G2可以被製成為一單一部分)。在一些實施例中，它們可以是分開的部分。鏡頭組件502和504例如可以通過塑料模製或替代地通過其他方法來製造。第一和第二磁體512和516分別從橫跨鏡頭光軸116的兩個相對側(X方向)固定地附接到(例如膠黏)到鏡頭組件502和504。
鏡頭組件502包括多個溝槽，這些溝槽定義了一機械的球體引導機構，從而允許在一線性導軌中進行致動以實現變焦需求。在該示例中，描述了六個溝槽，但是可以使用其他數量的溝槽：兩個溝槽542a-b(第5E圖)沿著Z方向在鏡頭組件502的頂面上，以及四個溝槽624a-d(第6A圖)也沿著Z方向在鏡頭組件502的底表面上。鏡頭組件504包括若干溝槽，其與鏡頭組件502的一些溝槽配合。在所示的實施例中，鏡頭組件504包括四個溝槽642a-d，在第6C圖中僅顯示三個。溝槽642a-d彼此平行，並且沿著Z軸(光軸)，並且用於沿著Z方向引導頂部致動組件550。
頂部致動組件550定位在底部致動組件560的頂部，使得溝槽642a-b(642c-d)在溝槽542a(542b)的正上方並平行於溝槽542a(542b)。
在所示的實施例中，四個球體520被定位在溝槽542a-b的頂部上(兩個球體在各個溝槽的頂部上)並且在溝槽642a-d的下方(圖6C)，使得球體520將鏡頭組件502和鏡頭組件504分開並防止兩個零件相互接觸。在其他實施例中，模組500在鏡頭組件502和504之間可以具有四個以上的球體，例如每側最多7個球體，或者總共最多14個球體。球體520可以由氧化鋁或另一種陶瓷材料、金屬或塑料材料製成。典型的球體直徑可以在0.3至1毫米的非限制性範圍內。諸如在共同擁有的國際PCT專利申請PCT / IB2017 /052383中標題為“旋轉式球體引導式音圈馬達”的其他球體尺寸和定位考量。
由於鏡頭組件502和504示例性地是塑料模製的，所以零件尺寸上存在一定的公差，對於每個尺寸通常為幾十微米或更小。該公差可能導致相鄰(面對)的溝槽542a-b和642a-d之間的位置未對準。為了更好地對準溝槽，一些溝槽(例如542a-b和642c-d)可以是V形的，即具有V形橫截面形狀以確保球體定位，而溝槽642a-b可以具有更寬的梯形橫截面。溝槽542b和642c-d在組裝期間對準，而由於後者溝槽的梯形截面，溝槽542a和642a-b的對準而具有小的間隙。梯形溝槽的橫截面僅是示例性的，並且可以使用其他溝槽的橫截面形狀(例如，矩形、平坦等)，使得一對溝槽通過該溝槽形狀很好地對準，而另一對溝槽的對準具有間隙。
本文提出的設計可以允許三個鏡頭元件組的精確對準。G1和G3彼此很好地對齊，因為它們機械固定在同一零件上，並且可以在產品生命週期中保持對齊。在一些實施例中，鏡頭組件504被模製為一個部件，並且G1至G3的對準是根據塑料模製公差。在一些實施例中，鏡頭組件504被模製成幾個零件，這些零件在工廠中使用主動或被動對準程序被膠黏。G2使用一單一溝槽對(542b和642c和/或642d)以與G1和G3對準，即鏡頭組件502和504彼此對準而沒有中間部件。
四個球體522位於溝槽712a-b的頂部(兩個滾珠在每個溝槽的頂部)和溝槽624a-d的下方，以使球體522將鏡頭組件502與底座組件510分開，並防止這兩個部分彼此接觸。在其他實施例中，模組500可以具有4個以上的球體，例如每側最多7個球體或總共14個球體。關於球體522的尺寸、材料和其他考量與球體520類似。關於溝槽712a-b和624a-d的其他考量與如上所述的溝槽542a-b和642a-d類似。
模組500還包括多個鐵磁軛716(第7圖)，其牢固地附接(例如膠合)到底座組件510，使得各個軛定位在三個步進磁體626和628的下方(沿Y方向)。鐵磁軛716可以是遮片107的一固定部分。在其他實施例中，遮片107本身可以由鐵磁材料製成，或者遮片107的底部可以由鐵磁材料製成，使得鐵磁軛是是遮片的一部分。每個鐵磁軛716在負Y方向上通過磁力拉動一些步進磁體626或628，因此所有鐵磁軛均防止頂部致動組件550和底部致動組件560彼此分離以及與底座510和遮片107分離。球體520防止頂部致動組件550接觸底部致動組件560，球體522防止底部致動子組件560接觸底作組件510。因此頂部致動組件550和底部致動組件560沿Y軸被限制並且不沿Y方向移動。溝槽和球體結構進一步限制了頂部致動組件550和底部致動組件560，使其僅沿鏡頭光軸116(Z軸)移動。
第7圖示模組500中的底座組件510和固定導軌的細節。沿著Z方向，頂部致動組件550被限制為在機械止動件706和708之間移動，在其之間的距離等於G2所需的行程(大約1至3毫米)。而且沿著Z方向，底部致動組件560被限制為在機械止動件720a-b和722a-b和/或止動磁體702a-b和704a-b之間移動。
第8圖顯示模組500中EM組件508的細節。EM組件508包括第二線圈818，兩個霍爾棒元件("霍爾感測器"，Hall bar elements, Hall sensors)834a和834b以及PCB822。第二線圈818和霍爾棒元件834a-b可以被焊接(各個單獨地)到PCB822。第二線圈818示例性地具有矩形形狀，並且典型地包括幾十個線圈繞組(例如在50至250個的一非限制範圍內)，典型電阻為10至40歐姆。PCB 822允許將輸入和輸出電流發送到第二線圈818和霍爾棒元件834a-b，該電流攜帶操作所需的功率和電子信號。PCB 822可以通過走線(未顯示)電性連接到外部相機。在示例(第5E圖)中，EM組件508位於緊鄰第二磁體516。第二磁體516是分裂磁體，使得中間的分隔線516a將其分成兩側：在分隔線516a的一側，磁體516具有面向正X方向的北磁極，而在分離線516a的另一側，磁體516具有面向正X方向的南磁極。在驅動第二線圈818中的電流時，在第二磁體516上產生一洛倫茲力(Lorentz force)。在示例中，沿順時針方向流過第二線圈818的電流將在第二磁體516上沿正Z方向引起一洛倫茲力，而沿逆時針方向流過第二線圈818的電流將在第二磁體516上沿負Z方向引起一洛倫茲力。
霍爾棒元件834a-b被設計成測量每個霍爾棒元件的中心在X方向上的磁場(強度和符號)。霍爾棒元件834a-b可以感測第二磁體516的磁場強度和方向。在一示例中，霍爾棒元件834a在PCB 822上的定位為：
1. 在X方向上，兩個霍爾棒元件834a和834b與磁體516隔開一定距離(例如0.1至0.5毫米)，在磁體516因變焦或對焦需求而移動時，該距離是恆定的。
2. 當系統處於第一變焦狀態(EFLT = 15毫米)時，霍爾棒元件834a沿Z方向靠近分隔線516a。例如對於在第一狀態變焦中的所有焦點位置(連續地無限遠到1米微觀)，霍爾棒元件834a沿著Z方向與分隔線516a相距達RAF 。
3.當系統處於第二變焦狀態(EFLT = 30毫米)時，霍爾棒元件834b沿Z方向靠近分隔線516a。例如對於在第一狀態變焦中的所有焦點位置(連續地無限遠到1米微觀)，霍爾元件834a沿著Z方向與分隔線516a相距達RAF 。
在這樣的定位方案中，當系統處於第一變焦狀態時，霍爾棒元件834a可以沿Z方向測量第二磁體516的相應位置，因為在第一變焦狀態下， 在無窮遠至1米焦點的焦點位置之間沿RAF的834a軌跡的霍爾棒上，X方向磁場在具有可測量的梯度，並且X方向磁場可能與位置相關。另外，當系統處於第二變焦狀態時，霍爾棒元件834b可以沿著Z方向測量第二磁體516的相應位置，因為在第二變焦狀態下，X方向磁場在沿著RAF的霍爾棒834b軌跡上具有可測量的梯度。在無限遠至1米焦點的焦點位置之間，X方向的磁場可能與位置相關。可以在集成電路(IC)中實現控制電路(未顯示)，以在閉環中在多個變焦狀態下運作時，以及在開環中在變焦狀態之間的行進中(參見圖10和以下描述)，控制第二磁體516相對於EM組件508(以及相對於EM組件508所剛性連接的的底座組件510)的位置。在一些例子中，IC可以與一個或兩個霍爾元件834a-b組合。在其他情況下，IC可以是單獨的晶片，其可以位於模組500的外部或內部(未顯示)。在示例性實施例中，模組500所需的所有電性連接都連接到EM組件508，EM組件508相對於底作組件510和外部世界是固定的。這樣不需要將電流傳遞到任何移動的部件。
模組500的磁電設計允許以下操作方法來操作折疊式望遠相機103。第10圖以一流程圖顯示這種示例性方法。在步驟1002中，將望遠相機103定位以與鏡頭114處於一(例如第一)變焦狀態。在步驟1004中(由使用者或算法)決定將望遠鏡頭114重新對焦，並在在閉環控制下(由控制器–未顯示)，使用來自霍爾棒元件834a的輸入，移動G2組件504，而將望遠相機103置於第一變焦狀態下的另一對焦位置。在步驟1008中(由使用者或演算法)決定將相機103的鏡頭114的變焦狀態改變為另一(例如第二)變焦狀態，並且在步驟1010中，在開環控制下，將G1G3組​​件502移動到機械止動件720，隨後在步驟1012中，在開環控制下將G2組件504移動到機械止動件706。然後在步驟1014中，在閉環控制下，使用來自霍爾棒元件834b的輸入，移動G2組件504，以在步驟1016中將望遠折疊相機103置於第二變焦狀態下的一另一對焦位置。在步驟1018中決定將鏡頭114重新對焦。在閉環控制下，通過使用來自霍爾棒元件834b的輸入，移動G2組件，而在第二變焦狀態下執行鏡頭114的重新對焦。在步驟1020中(由使用者或演算法)決定將相機103的鏡頭114的第二變焦狀態改變為第一變焦狀態，並且在步驟1022中，在開環控制下，將G1G3組​​件502移動到機械止動件722，隨後在步驟1024中，在開環控制下，將G2組件504移到機械止動件708。
在一些實施例中，任何鏡頭元件Li的兩個表面S2i-1 ，S2i 可以具有包括兩個切口(cuts，小平面facets)的兩個光圈(aperture，或孔徑)。在這種情況下，鏡頭元件Li被稱為“切口鏡頭元件”。切口使得鏡頭組件可以更低和/或更短。在一示例中，第9A圖顯示具有軸向對稱和高度H902的鏡頭元件902，並且第9B圖顯示具有兩個切口906和908並且具有高度H904的切口鏡頭元件904。鏡頭元件902和904具有相同的直徑D。顯然H904 ＜H902。在第5圖1所示的示例中，前兩個鏡頭元件(L1和L2)是切口鏡頭元件。
如下所解釋，可以為每個表面Sk定義1≤k≤2N的淨高度值CH(Sk)，為每個表面Sk定義1≤k≤2N的淨光圈值CA(Sk)。CA(Sk)和CH(Sk)定義每個鏡頭元件的每個表面Sk的光學特性。
如第11A圖、第11B圖和第12圖所示，每條穿過表面Sk(對於1≤k≤2N)的光線都入射在該表面的衝擊點IP(impact point)上。光線從表面S1進入鏡頭模組(例如114'、114''、114''')，並連續穿過表面S2至S2N。一些光線可以撞擊在任何表面Sk上，但不能/將不會到達影像感測器118。對於一給定的表面Sk，僅認為可以在影像感測器118上形成影像的光線形成了多個撞擊點IP。CH(Sk)定義為兩條最可能的平行線之間的距離(參見第12圖中的線1200和1202，它們位於與鏡頭元件的光軸正交的平面P上(在第11A圖和第11B圖中，平面P平行於平面XY並垂直於光軸116)，因此所有衝擊點IP在平面P上的正交投影IPorth位於兩條平行線之間。可以為每個表面Sk定義CH(Sk)(前後表面，1≤k≤2N)。
CH(Sk)的定義不取決於當前成像的對象，因為它是指“可以”在影像感測器上形成影像的光線。因此即使當前成像的對象位於不產生光的黑色背景中，該定義也不是指該黑色背景，因為它是指“可以”到達影像感測器以形成影像的任何光線(對於與黑色背景相反的一背景所發出的示例性光線)。
例如第11A圖顯示在與光軸116正交的平面P上的兩個衝擊點IP1和IP2的正交投影IPorth,1 ，IPorth,2 。如第11A圖所示，表面Sk是凸的。
第11B圖顯示平面P上的兩個衝擊點IP3和IP4的正交投影IPorth,3 ，IPorth,4 。在第3B圖中，表面Sk是凹的。
在第12圖中，平面P上的表面Sk的所有衝擊點IP的正交投影IPorth位於平行線1200和1202之間。因此CH(Sk)是線1200和1202之間的距離。
注意第13圖。根據當前公開的主題，對於各個給定表面Sk(對於1≤k≤2N)定義了一淨光圈CA(Sk)，作為圓的直徑，其中該圓是位於平面P上，垂直於光軸116並圍繞所有衝擊點在平面P上所有正交投影IPorth 。如上所述，對於CH(Sk)，注意到CA(Sk)的定義也不取決於當前被成像的對象。
在第13圖中所示，所有衝擊點IP在平面P上的外接正交投影IPorth為圓1300。該圓1300的直徑定義為CA(Sk)。
綜上所述，本文公開的變焦相機旨在克服以下某些光學難題：
-EFLTmax ＞ 1.8 x EFLTmin 或EFLTmax ＞ 1.5 x EFLTmin 的鏡頭設計可確保通過在多個變焦狀態之間進行切換，使用者在光學變焦方面會經歷很大的差異。
-在一些實施例中(例如示例1)，TTLTmax ＜EFLTmax 。在一些實施例中(例如實施例2和3)，TTLTmax ＜0.9×EFLTmax 。這樣的鏡頭設計可以減少相機的長度(沿Z軸)。
-在一些實施例中(示例1至3)，第一鏡頭元件的淨光圈(S1的直徑)大於所有其他鏡頭元件的淨光圈。在一些實施例中(模組500)，第一鏡頭具有為一切口鏡頭元件的第一鏡頭，參見第9圖。有利地，這種鏡頭設計有助於實現小的相機高度。
-變焦狀態的變化是由不超過兩個實際的鏡頭組移動量所引起的。即為了改變變焦狀態，一些鏡頭元件組在第一移動範圍內一起移動，然後其餘一些鏡頭元件組在第二移動範圍內一起移動，而所有其他鏡頭元件組不移動。由於僅需要移動和控制兩個機械元件，因此簡化了製動器的控制和設計。
-在某些示例中，F＃Tmin ＜1.5xF＃Tmax x EFLTmin / EFLTmax 。在一些示例中，F＃Tmin ＜1.2×F＃Tmax × EFLTmin / EFLmax 。這樣的鏡頭設計可以針對第一狀態實現低F＃。
-在某些示例中，對於任何鏡頭元件組，從第一變焦狀態到第二變焦狀態的移動的行程均小於0.75x(EFLTmax –EFLTmin )。在一些示例中，對於任何鏡頭元件組，從第一變焦狀態到第二變焦狀態的移動的行程均小於0.6倍(EFLTmax –EFLTmin )。這樣的鏡頭設計可以限制鏡頭元件的移動和/或簡化致動。
-可以通過一起移動以用於改變變焦狀態的鏡頭元件組之一者的進一步移動來進行對焦，從而簡化致動器設計並改善控制。
就本文公開的鏡頭的性能而言：
-具有3個鏡頭組的鏡頭設計可最大程度地減少鏡頭複雜度。
-具有(從物體側開始)正、正和負光焦度的鏡頭組的鏡頭設計可以有助於較小的鏡頭組移動以進行變焦狀態改變。
-在改變變焦狀態的過程的一個示例(示例1)中，第一鏡頭元件組G1移動第一量，並且第三鏡頭元件組G3移動第二量，而第二鏡頭元件組G2不移動。G3的進一步移動可用於進行對焦。
-在改變變焦狀態的過程的另一示例(示例2)中，G1與G3一起移動第一量，並且G2移動第二量。G2的進一步移動可用於進行對焦。
-在改變變焦狀態的過程的又一示例(示例3)中，G1移動第一量，G3移動第二量，並且G2不移動。第一G1的進一步移動可以用於進行對焦。
-在改變變焦狀態的過程的又一示例(例子4)中，G1和G3一起移動，而G2不移動。第一G2的進一步移動可以用於進行對焦。
-在改變變焦狀態的過程的又一示例(示例5)中，G1與G3一起移動，而G2不移動。G1和G3的進一步移動可用於進行對焦。
-在改變變焦狀態的處理的又一示例(示例6)中，G1與G3一起移動第一量，並且G2移動第二量。所有三個鏡頭組一起進一步移動，因此G1和G2和G3一起移動可用於進行對焦。
表25總結了每個示例中的移動，並舉例說明了移動(“行程”)範圍：
表25:
   示例 1 示例2   示例3   示例4   示例5   示例6
G1範圍 [毫米] 11.272 7.52 10.18 7.065 7.697 5.641
G2範圍 [毫米] Static 1.575 Static Static Static 0.718
G3範圍[毫米] 5.02 7.52 6.0 7.065 7.697 5.641
將組移動以進行對焦 G3 G2 G1 G2 G1+G3 G1+G2+G3
AF 最大範圍[毫米] 0.375 0.525 0.68 0.723 1.742 0.342
在表25中提出的示例，其中多個鏡頭組被指示為移動以進行對焦，可以參考表中定義的鏡頭組作為一對焦單元一起移動的設計。在一些實施例中(例如示例5和6)，可以通過剛性地連接各個鏡頭組來將多個鏡頭組一起移動。
G1範圍，G2範圍和G3範圍中給出的值是指鏡頭組相對於影像感測器的總體移動的最大範圍。
“AF最大範圍”行中給出的值是指鏡頭組相對於在“將組移動以進行對焦”行中所定義的影像感測器，在無限遠和1米或2米之間進行對焦的最大移動範圍，根據表2、6、10、14、18、22的相應相關表格，請參見上文。在大多數實施例中，AF最大範圍由較高變焦狀態(即具有EFLTmax 的狀態)的鏡頭組移動所給出。
在一些實施例中，G1和G3可以處於靜止狀態，即G1和G3不移動，而G2可以被移動以便改變變焦狀態。
第14圖示意性地顯示編號為1400的電子裝置的實施例，該電子裝置包括具有本文公開的至少一多變焦狀態相機的多光圈相機。電子裝置1400包括第一相機模組1410和第一鏡頭模組1414，第一相機模組1410包括OPFE 1412，第一鏡頭模組1414形成由第一影像感測器1416記錄的第一影像。第一鏡頭致動器1418可以移動鏡頭模組1414以用於進行對焦和/或光學影像穩定(OIS)和/或在兩個不同的變焦狀態之間切換。在一些實施例中，電子裝置1400可以進一步包括應用處理器(AP)1440。在一些實施例中，第一校準數據可以被存儲在例如相機模組的第一記憶體1422中。在EEPROM(electrically erasable programmable read only memory，電性可擦除可編程唯讀記憶體)中。在其他實施例中，第一校準數據可以被存儲在第三記憶體1450中，諸如電子設備1400的NVM(non-volatile memory，非易失性記憶體)。第一校準數據可以包括校準數據的一或多個子集，例如一第一子集，包括在第一變焦狀態下的廣角相機和望遠相機的感測器之間的校準數據，和/或一第二子集，包括在第二變焦狀態下的廣角相機和望遠相機的感測器之間的校準數據，和/或一第三子集，包括處於第一變焦狀態的望遠相機的感測器和處於第二變焦狀態的同一感測器之間的校準數據。電子裝置1400還包括第二相機模組1430，其包括第二鏡頭模組1432，其形成由第二影像感測器1434所記錄的影像。第二鏡頭致動器1436可以移動鏡頭模組1432以用於進行對焦和/或OIS和/或在兩個不同的變焦狀態之間。在一些實施例中，第二校準數據可以存儲在相機模組的第二記憶體1438中。在其他實施例中，第二校準數據可以被存儲在電子裝置1400的第三記憶體1450中。第二校準數據可以包括校準數據的一或多個子集，例如上所述。
在使用中，諸如AP 1440的處理單元可以從相機模組1410和1430接收相應的第一影像數據和第二影像數據，並將相機控制信號提供給相機模組1410和1430。在一些實施例中，AP 1440可以從第三記憶體1450接收校準數據。在其他實施例中，AP 1440可以接收分別存儲在位於相機模組1410上的第一記憶體和位於相機模組1430上的第二記憶體中的校準數據。在又一實施例中，AP 1440可以從電子裝置1400的第三記憶體1450接收分別存儲在位於相機模組1410上的第一記憶體和位於相機模組1430上的第二記憶體中的校準數據。在一些實施例中，類似裝置1400的電子裝置可以包括一個以上相機模組，該相機模組是由折疊鏡頭設計和OPFE實現。在其他實施例中，可以實現兩個或更多個相機模組而無需OPFE並且不具有折疊鏡頭設計結構，而是具有另一鏡頭設計結構。AP1440可以獲得存儲在第三記憶體1450中的數據。該數據可以包括第三校準數據。影像生成器1444可以是一處理器，被配置為根據校準數據和影像數據輸出影像。影像生成器1444可以處理校準數據和影像數據以便輸出輸出影像。
相機校準數據可能包括：
相機模組1410和1430之間的立體(stereo)校準數據，特別是不同鏡頭和不同鏡頭變焦狀態的所有可能組合，例如望遠相機的兩個不同的變焦狀態。立體校準數據可以包括6個自由度，例如俯仰角(pitch)、偏航角(yaw)和橫滾角(roll)、以及在x，y和z軸上的偏心(decenter)。
相機模組1410和1430之間的立體校準數據，特別是不同變焦狀態的所有可能組合，例如相機的兩個不同變焦狀態。這些數據可以包括6個自由度。
固有的相機參數，例如每個相機模組和每個不同變焦狀態的焦距和畸變曲線，例如相機的兩個不同的變焦狀態。
霍爾感測器位置值可對應於每個不同變焦狀態(例如，無限遠、1公尺和最接近的焦點)中的不同焦點位置。
對於每個不同的變焦狀態，鏡頭模組的鏡頭陰影輪廓。
第15A圖在立體圖和截面立體圖中示意性地顯示具有自動對焦並且編號為1500的雙光圈變焦相機的實施例。相機1500包括標記為1502和1504的兩個相機模組，每個相機模組具有其自己的光學器件。因此，相機模組1502包括具有光圈1508的光學組件1506和光學鏡頭模組1510以及感測器1512。類似地，相機模組1504包括具有光圈1516的光學組件1514和光學鏡頭模組1518。每個光學鏡頭模組可以包括幾個鏡頭元件以及紅外線(IR)濾光器1522a和1522b。可選地，屬於不同光圈的一些或全部鏡頭元件可以形成在同一基板上。兩個相機模組彼此相鄰放置，基線1524位於兩個光圈1508和1516的中心之間。各個相機模組可以進一步包括AF機構和/或光學影像穩定(OIS)機構，分別為1526和1528，由控制器(未顯示)控制。
第15B圖以與XYZ坐標係有關的立體剖視圖示意性地顯示具有一折疊望遠鏡頭的變焦和自動對焦雙光圈相機1530的實施例。相機1530包括兩個相機模組，廣角相機模組1532和望遠相機模組1534。廣角相機模組1532包括具有各自的光圈1538的廣角光學組件和具有對稱軸(和光軸)1542的鏡頭模組1540。望遠相機模組1534包括具有相應光圈1548的望遠光學組件和具有望遠鏡頭對稱軸(和光軸)1552a的光學鏡頭模組1550，以及一望遠影像感測器1554。相機1530進一步包括OPFE1556。望遠光路從物體(未顯示)通過望遠鏡頭延伸到望遠感測器，並由箭頭1552b和1552a標記。如這裡所示，可以將各種照相機元件安裝在基板1562上，例如印刷電路板(PCB)或在不同的基板(未顯示)上。
第15C圖示意性地顯示具有一折疊的望遠相機模組1534的變焦和自動對焦三光圈相機1570的一般立體圖的實施例。相機1570包括例如相機1530的元件和功能。也就是說，相機1570包括相機1530的廣角相機模組1532以及具有OPFE 1556的望遠相機模組1534。相機1570進一步包括第三相機模組1572，該第三相機模組1572可以是具有超廣角鏡頭1574和影像感測器1578的超廣角相機。在實施例中，第三相機模組1572可以具有EFLM 和FOVM ，該EFLM 和FOVM 在廣角相機模組和望遠相機模組的中間。第三相機模組的對稱軸(和光軸)1576與子相機1532的軸1542基本平行。請注意，雖然第一和第三相機模組以特定排列顯示(第三相機模組1572更接近望遠相機模組1534)，則可以更改此順序，以使廣角相機模組和超廣角相機模組可以交換位置。
第16A圖至第16H圖示意性地顯示本文公開的編號為1600的望遠鏡頭和感測器模組的第二實施例。模組1600具有表25中的示例6的光學設計。模組1600包括一致動器1610，用於在鏡頭114’、 114”、114”’、114””、114””’和114”””(也稱為“EFL切換”)的變焦狀態之間切換。第16A圖從頂部透視圖示意性地顯示處於最小EFL(EFLTmin )狀態的模組1600。第16B圖從頂部透視圖示意性地顯示處於最大EFL(EFLTmax )狀態的模組1600。第16C圖從頂部透視圖示意性地顯示處於EFLTmin 狀態的模組1600的多個部分。第16D圖從頂部透視圖示意性地顯示處於EFLTmax 狀態的模組1600的多個部分。第16E圖以側視圖示意性地顯示處於EFLTmin 狀態的模組1600的多個部分。第16F圖以側視圖示意性地顯示處於EFLTmax 狀態的模組1600的多個部分。參照第16G圖和第16H圖從頂部透視圖示意性地顯示處於EFLTmin 狀態的模組1600的多個部分。
模組1600包括G1G3組件502、G2組件504、感測器組件506、模組殼體1612、鏡頭框架1618，以兩對1602a和1602b方式佈置的四個形狀記憶合金(SMA)彈簧、兩個機械(常規)彈簧1604a,b 、G2止動件1614a、1614b和1616a、1616b以及AF致動機構1620。G2鏡頭止動件1614a,b和1616a,b可限制鏡頭組G2向模組1600的物側(影像感測器506)的位移。致動器1610包括SMA彈簧1602和機械(常規)彈簧1604。SMA彈簧1602的尺寸的示例性值包括0.5毫米的彈簧直徑、0.05毫米的線直徑和數十匝線圈。這種彈簧可以產生的作用力約為幾克。在俯視圖中考慮模組1600(例如在第16C圖和第16D圖中)，一對SMA彈簧(1602a)和一個機械彈簧1604a位於鏡頭組件的右手側，並且一對SMA彈簧(1602b)和一個機械彈簧1604b位於鏡頭的左手側。彈簧1602a(1604a)和1602b(1604b)以相對於光軸116對稱的方式位於模組的兩側。彈簧1602a(1604a)和1602b(1604b)可以具有相同的特性。 G1G3組件502和G3 504共享鏡頭光軸116。模組1600可以包括一頂蓋，出於可視性的原因，在此未顯示。
G1G3組件的兩個鏡頭組經由兩個銷或桿件1606(圖16B)牢固地彼此連接，使得它們之間沿著光軸116的距離是恆定的。包括G1、G3和桿件1606的組件在本文中被稱為“ G13組件”。桿件1608平行於光軸116並且沿著整個鏡頭框架1618分佈。桿件1608引導鏡頭組G1+G3和G2的移動，其通過在桿件1608上滑動而移動。G2可以在桿件1608上“浮動”，在模組1600的一側的止動件1614a和1616a和另一側的止動件1614b和1616b之間浮動。G13組件可相對於模組殼體1612和影像感測器506移動，以提供兩個有效焦距EFLTmin 和EFLTmax 。G13組件沿著光軸116朝向和遠離影像感測器506的位移是通過SMA和機械彈簧所執行。各個彈簧對(pair)1602中的兩個SMA彈簧可以彼此平行並且與光軸116平行，並且可以被連接，以使它們的一端固定到G3，另一端固定到鏡頭框架1618。機械彈簧的一端1604(也平行於光軸116)可以固定到G1，另一端可以固定到鏡頭框架1618。
基於已知的SMA特性和作用，可以按以下方式引起G13組件朝向和遠離影像感測器506的位移：加熱時，SMA彈簧1602收縮，並且其內部應力顯著增加，從而導致較高的壓縮力。相反當冷卻時，它們的內部應力顯著降低，從而導致較低的壓縮力。 因此在加熱SMA彈簧1602時，例如藉由驅動一電流通過它們，可以控制它們的壓縮力以克服機械彈簧1604的反壓縮力，從而導致G13組件從影像感測器506移開。相反地，在回到環境溫度(例如)下使SMA彈簧鬆弛時，通常通過關閉電流供應，機械彈簧1604的壓縮力克服了SMA彈簧1602的作用力，從而導致G13組件向影像感測器506的位移。
第16G圖和第16H圖顯示AF致動機構1620的細節。機構1620用於使相機對焦，像是相機103，並且包括兩個線圈1622a和1622b、剛性地聯接至框架1618的磁體組件1624、以及可以焊接至PCB的霍爾感測器1626(在第16G圖和第16H圖中未顯示)。線圈具有基本位於Y-Z平面中的平坦的底表面和頂表面，並且線圈沿著Z方向(平行於鏡頭光軸以及G1、G2和G3的運動方向)相對於彼此佈置。該耦合允許向線圈1622a和1622b發送輸入和輸出電流，該電流攜帶操作所需的功率和電子信號。霍爾感測器1626可以剛性地耦合到模組殼體1612(後者在第16G圖和第16H圖中未顯示)，並且用於決定鏡頭框架1618相對於模組殼體1612和影像感測器506的位置。磁體組件1624包括兩個分裂磁體1624a和1624b分別具有兩個極化，其中該兩個極化彼此正交並且定向在磁體表面的法線(反法線)方向上。磁體組件1624中的分隔磁體(及其在VCM中的功能)的細節如上文針對第5A圖至第5E圖中的磁體512所描述。通過分別用陰影表示1624a和1624b的相關區域來表示極化。通過驅動電流通過線圈1622a和1622b來實現對焦。
第17A圖至第17D圖示意性地顯示本文公開的編號為1700的望遠鏡頭和感測器模組的第三實施例。類似於模組1600，模組1700具有表25中的示例6的光學設計。第17A圖示意性地從頂部透視圖顯示處於EFLTmin 狀態的模組1700。第17B圖從頂部透視圖示意性地顯示處於EFLTmax 狀態的模組1700。第17C圖示意性地從頂部透視圖顯示處於EFLTmax 狀態的模組1700的多個部分。第17D圖示意性地顯示模組1700的多個部分。
模組1700包括VCM機構1710，該VCM機構1710用於在鏡頭114’、114”、114”’、114” ”、114”””、和114”””的變焦狀態和對焦狀態之間改變。模組1700進一步包括G1G3組件502、G2組件504、感測器組件506、模組殼體1612和鏡頭框架1706。VCM機構1710在模組的每一側包括兩個VCM 1710a和1710b以及兩個G2鏡頭止動件1702和1704。止動件1702和1704可以限制G2向模組1700的物側(影像感測器506)的位移。在俯視圖中(例如從兩個相對側在第17C圖和第17D圖中顯示)考慮模組1700，VCM 1710a和1710b可以具有相同的結構和特性。鏡頭組件502和504共享鏡頭光軸116。模組1700可以包括一頂蓋，出於可見性的原因在此未顯示出。
VCM機構1710包括兩個線圈組件1730a和1730b以及兩個磁體組件1720a和1720b，它們分別是VCM 1710a和1710b的部件。線圈組件和磁體組件1720a和1720b相對於光軸116以對稱的方式位於模組的兩側。但是如下所述，VCM 1710a和1710b在霍爾感測器的數量和位置方面彼此不同。示例性地，在第17A圖至第17D圖所示的實施例中，線圈組件1730a和1730b分別包括四個線圈1730c、1730d、1730e和1730f(另請參見第17C圖)，磁體組件1720a和1720b分別包括兩個磁體1720c、1720cd，而每個磁體具有2個極化(另請參見第17D圖)。磁體組件1720a位於模組的一側(例如背離觀察者的一側)，而磁體組件1720b位於模組的另一側(即朝向觀察者的一側)。
在圖參照第17A圖和第17B圖中，出於清楚和可見的原因，未顯示殼體1612的特定部分(即外壁)，否則將覆蓋VCM機構1710。第17C圖顯示沒有殼體1612的模組1700，以便突顯VCM機構1710。第17D圖顯示沒有外殼1612並且沒有線圈組件1730的模組1700，以便突顯VCM機構1710的磁體組件1720。線圈組件1730可以固定(例如焊接)到PCB(第17C圖中未顯示)，其允許向線圈組件1730中的線圈發送輸入和輸出電流，該電流攜帶操作所需的功率和電信號。 PCB可以被剛性地耦合(例如膠合)到殼體1612，並且磁體組件1720被剛性地耦合到鏡頭框架1706。
第17E圖顯示磁體組件1720。磁體組件1720可以包括單一磁體， 具有由不同方向的箭頭指示的四個交替的極化，該極化定向在磁體表面的法線(反法線)方向上。或者，例如為了減少製造複雜性，具有四個極化的單一磁體可以用磁體子組件1720’來代替，該磁體子組件1720’包括兩個極化的兩個磁體，如箭頭所示。
第17F圖示意性地顯示由VCM 1710a和1710b在EFLTmin 狀態和EFLTmax 狀態之間致動的方法。如第17E圖所示，磁體內的子區域的磁化用陰影線表示。 VCM 1710a和1710b藉由以一已知和預定義的順序驅動電流通過不同的線圈來運作。例如，為了沿z軸(在較大的z值的方向上)傳播磁體，可以執行以下順序(請參見第17F圖的線圈編號標記1-4，)：
線圈 位移
開啟線圈1 從A 至 B
關閉線圈1, 開啟線圈3 從 B至C
關閉線圈3, 開啟線圈2 從 C至D
關閉線圈2, 開啟線圈4 從 D至E
關閉線圈4  行程結束
VCM 1710a和1710b代表大行程VCM。行程的大小(請參閱表25)由線圈數決定，而磁體的大小保持不變。而且行程的大小沒有上限。也就是說，與現有的VCM配置不同，對於給定的磁體，只需向VCM添加更多線圈即可實現更大的行程，在現有的VCM配置中，必須增加磁體的尺寸以增加行程。從理論上講，可以通過添加無限數量的線圈來實現無限行程。
在VCM中，通常磁體是動態機構的一部分，而線圈是靜態的。通常磁體是機械裝置質量的主要部分。因此實現快速建立時間並保持低磁體體積是非常令人感興趣的。因此第17A圖至第17J圖所示的VCM配置提出了一種解決方案，該方案在引入大行程的同時保持較低的磁體質量。例如使用這種配置，通過使用一個大約11毫米長的磁體可以達到大約7毫米的行程。為了進行比較，使用一個磁體和一個線圈(而不是我們的描述中的四個線圈)達到7毫米的行程，磁體的長度必須為大約17毫米。
第17G圖和第17H圖以側視圖顯示用於執行切換VCM 1710a和1710b的變焦狀態的致動方法，其分別在EFLTmin 和EFLTmax 狀態。剛性耦合到模組殼體1612(此處被部分地移除以暴露致動器1710)的霍爾感測器1708決定模組框架1706相對於模組殼體1612的位置，以在EFLTmin 和EFLTmax 狀態之間進行受控切換。
在與第17G圖和第17H圖相反的側視圖中，第17I圖和第17J圖顯示VCM 1710a和1710b的致動器模式，分別在EFLTmin 和EFLTmax 狀態。霍爾感測器1712和1714剛性地耦合到模組殼體1612，並決定模組框架1706相對於模組殼體1612的位置，以用於對焦相機103。在第17I圖中，模組框架1706相對於模組殼體1612的位置由霍爾感測器1714確定。在第17J圖中，模組框架1706相對於模組殼體1612的位置由霍爾感測器1712確定。
為了控制用於變焦狀態切換的行程，可以在殼體的一側上使用一個霍爾感測器(見第17G圖和第17H圖)。為了控制用於對焦的行程，當處於EFLTmin 狀態時，可以使用霍爾感測器1714，而當處於EFLTmax 狀態時可以使用霍爾感測器1712(第17I圖和第17J圖)。
第18A圖和第18B圖以透視圖顯示黏附子系統1810的實施例，用於在EFLTmin 變焦狀態將G2黏附(磁耦合)至G1。黏貼子系統1810可以包括四個磁軛1814a、1814b、1814c和1814d以及四個磁體1816a、1816b、1816c和1816d。沒有特定的致動器，例如 VCM，僅通過黏附子系統1810，即可實現將G2黏附在G1上。
第18C圖和第18D圖以透視圖顯示黏附子系統1820的另一實施例，用於在EFLTmax 變焦狀態將G2黏附至G3。黏貼子系統1820可以包括四個磁軛1824a、1824b、1824c和1824d以及四個磁體1826a、1826b、1826c和1826d。沒有特定的致動器，例如 VCM，僅通過黏附子系統1820，即可實現將G2黏附在G3上。
黏貼子系統1810和1820是基於磁體和磁軛之間的吸引力，使得形專用的VCM和用於確定G2位置的感測器系統多餘的，然而其對於執行自動對焦可能是必須的。
第19A圖至第19D圖顯示一G2止動件移除機構1900。該G2移除機構可以被包括在模組1600或模組1700中，以允許如上所述的微距攝影模式(或“微距模式”)。 G2止動件移除機構1900包括一G2止動件1906、一機械彈簧1902b、一SMA彈簧1904b、一機械彈簧1902a(在此不可見)和一SMA彈簧1904a(在此不可見)。彈簧1904a(1902a)和1904b(1902b)以相對於光軸116對稱的方式位於模組的兩側。
第19A圖以透視圖顯示G2止動件移除機構1900，其中G2止動件1906在EFLTmax 狀態下被激活。“激活”是指機械元件或構件1908(也稱為“舌件”，見下文)被接合(通過下面描述的彈簧構造)，並且防止G2與G1或G3一起移動。 G2組件504磁耦合至G1G3組件502，而G2磁耦合至G3。此配置可以進行望遠攝影。
第19B圖以透視圖顯示G2止動件移除機構1900，其中一去激活的G2止動件1906處於在微距模式狀態下。 “去激活(deactivated)”表示機械元件或構件已脫離，並且不會阻止G2移動。在此G2組件504磁耦合到G1G3組件502，而G2磁耦合到G1。此狀態可用於微距攝影。為了去激活G2止動件，一電流被驅動通過SMA彈簧1904a和1904b，使得它們被加熱並壓縮。由於壓縮力大於機械彈簧1902a和1902b的收回力，因此G2止動件1906在SMA彈簧1904a和1904b的一側執行從殼體1612移開(移出)的運動。
第19C圖顯示G2止動件移除機構1900的多個部分在一狀態下，其中止動件1906被激活在EFLTmin 或EFLTmax 狀態下。第19D圖顯示G2止動件移除機構1900的多個部分在一狀態下，其中止動件1906被去激活。在激活G2止動件1906的情況下，作為組件504的一部分的舌件1908停止G2組件504的運動，使得在變焦狀態從EFLTmin 狀態切換到EFLTmax 狀態的情況下，G2與G1斷開連接，並且在變焦切換過程的結束向G3連接，例如通過如第18A圖至第18D圖中所述的基於磁體的機構。如果激活G2止動件1906，則舌件1908不會停止G2的運動，因此G2仍與G1連接。如果沒有進一步的電流流過SMA彈簧1904a和1904b，則G2止動件1906再次被激活。
在另一個示例中，模組1600或模組1700或模組1900可以具有表25中的示例6的光學設計，並且可以用於微距模式下的微距攝影。為了進入微距模式，鏡頭114’、114”、114’”、114””、114””’、和114”””必須處於EFLTmin 狀態。當進入微距模式時，鏡頭必須處於EFLTmin 狀態，其中G2止動件 1906被去激活，然後將鏡頭切換到EFLTmax ，其中G2止動件1906被去激活。如第19B圖中所示，由於移除了G2鏡頭止動件，所以G2保持附接至G1。
對於表25中的示例6的光學設計，一最大微距模式倍率M被激活，例如M＝0.44，其中M是指影像感測器平面上的物體的影像尺寸與實際物體尺寸之比例。這根據薄透鏡近似公式：
Figure 02_image017
EFL = 13毫米和透鏡-影像距離為v = 19毫米，導致物體-透鏡距離為u = 4毫米，因此放大倍數為M = 19/43 = 0.44。這種最大放大率是通過如第19B圖所示的鏡頭配置所實現的，其中G1 + G2 + G3一起朝著物體盡可能遠的方向移動(即遠離感測器)。
可以連續選擇較小的放大倍率M，直至達到零放大倍率(對於無窮遠物體)。對於較小的放大倍率，鏡頭組必須處於一微距模式配置(由連接到G1的G2所定義)，並且G1 + G2 + G3必須一起移向影像感測器。
例如可能需要放大倍率M＝0.23。要從Mmax狀態切換到M = 0.23，鏡頭必須處於微距模式配置，並且G1 + G2 + G3必須一起向影像感測器移動3毫米。根據上面的薄透鏡近似公式，EFL=13毫米和透鏡像距為v=16毫米導致物鏡距離為u =69毫米，因此放大倍數M = 16/69 = 0.23。
要以零放大倍率(即M = 0)從Mmax狀態切換到Mmin狀態，必須在微距模式配置下將G1 + G2 + G3一起朝著影像感測器移動6毫米，以便EFL = 13毫米和鏡頭-影像距離為v=13毫米，轉換為M = 0。
儘管本公開描述了有限數量的實施例，但是應當理解，可以對這些實施例進行許多變化、修改和其他應用。一般而言，應將本揭示理解為不限於本文描述的特定實施例，而是僅由所附權利要求的範圍限制。
在本說明書中提及的所有參考文獻均通過引用以其整體併入本文，其程度與每個單獨的參考文獻均被具體地和單獨地指示以通過引用併入本文的程度相同。 另外，在本申請中對任何參考文獻的引用或標識均不應解釋為承認該參考文獻可作為本申請的現有技術。
100:雙重相機 102:廣角相機 103、103':折疊式望遠相機 104:OPFE 106:模組 107:遮片 108:棱鏡支架 110:廣角鏡頭 114、114'、114''、114''':望遠鏡頭 114''''、114'''''、114'''''':望遠鏡頭 116:鏡頭光軸 118:影像感測器 120、122、124:鏡頭殼體、支架 130:玻璃窗、窗口 500:望遠鏡頭和感測器模組 502:G1+G3鏡頭子組件 504:G2鏡頭子組件504 506:感測器子組件506 508:電磁子組件508 510:底座子組件 512:第一磁體 512a:分隔線 514:第一線圈 516:第二磁體 516a:分隔線 520:第一組球體 522:第二組球體 542a:溝槽 542b:溝槽 550:頂部致動子組件 560:底部致動子組件 602a:軛 602b:軛 604a:軛 604b:軛 624a、624b:溝槽 624c、624d:溝槽 626:磁體 628:磁體 642a、642b:溝槽 642c、642d:溝槽 702a、702b:止動磁體 704a、704b:止動磁體 706:機械止動件 708:機械止動件 710a、710b:導軌 712a、712b:溝槽 716:鐵磁軛 720a、720b:機械止動件 722a、722b:機械止動件 818:第二線圈 822:PCB 834a、834b:霍爾棒元件 902:鏡頭元件 904:切口鏡頭元件 906:切口 908:切口 1200:線 1202:線 1300:圓 1400:電子裝置 1410:相機模組 1412:OPFE 1414:第一鏡頭模組 1416:第一影像感測器 1418:第一鏡頭致動器 1422:第一記憶體 1430:第二相機模組 1432:第二鏡頭模組 1434:第二影像感測器 1436:第二鏡頭致動器 1438:第二記憶體 1440:電子裝置 1444:影像生成器 1450:第三記憶體 1500:雙光圈變焦相機 1502:子相機 1504:子相機 1506:光學組件 1508:光圈 1510:光學鏡頭模組 1512:感測器 1514:光學組件 1516:光圈 1518:光學鏡頭模組 1520:感測器 1522a、1522b:紅外線(IR)濾光器 1524:基線 1526:AF機構 1528:光學影像穩定機構 1530:變焦和自動對焦雙光圈相機 1532:廣角子相機 1534:望遠子相機 1540:鏡頭模組 1542:對稱軸 1544:廣角影像感測器 1550:光學鏡頭模組 1552a、1552b:箭頭 1554:望遠感測器 1556:OPFE 1562:基板 1570:變焦和自動對焦三光圈相機 1572:第三子相機 1574:超廣角鏡頭 1576:對稱軸 1578:影像感測器 1600:望遠鏡頭和感測器模組 1602a、1602b:形狀記憶合金彈簧 1604a、1604b:機械彈簧 1608:桿件 1610:致動器 1612:模組殼體 1614a、1614b:G2止動件 1616a、1616b:止動件 1618:鏡頭框架1620:致動機構 1622a、1622b:線圈 1624a、1624b:磁體組件 1700:望遠鏡頭和感測器模組 1702:G2止動件 1704:G2止動件 1708:霍爾感測器 1710a、1710b:VCM 1712:霍爾感測器 1714:霍爾感測器 1720a、1720b:磁體組件 1720c、1720d:磁體組件 1720:磁體子組件 1730a、1730b:線圈組件 1810:黏附子系統 1814a、1814b:磁軛 1814c、1814d:磁軛 1816a、1816b:磁體 1816c、1816d:磁體 1820:黏附子系統 1824a、1824b:磁軛 1824c、1824d:磁軛 1826a、1826b:磁體 1826c、1826d:磁體 1900:G2止動件移除機構 1902a、1902b:機械彈簧 1904a、1904b:形狀記憶合金彈簧 1906a、1906b:G2止動件 1908:舌件 G1-G3:鏡頭元件組 L1-L8:鏡頭元件 S1-S19:表面 1002、1004、1006、1008、1010、1012:步驟 1014、1016、1018、1020、1022、1024:步驟
下面參考在此段落之後列出的附圖來描述本文公開的實施例的非限制性示例。出現在多個附圖中的相同結構、元件或零件通常在所有出現的附圖中均標有相同的數字。如果顯示相同的元件，但僅在一個圖中編號，則假定它們在所有出現的圖中均具有相同的編號。附圖和說明意旨在解釋和闡明本文公開的實施例，並且不應以任何方式被認為是限制性的。在圖中： 第1A圖示意性地顯示雙重相機的總體立體圖，該雙重相機包括一直立式相機和變焦折疊相機； 第1B圖在一分解圖中顯示圖1A的雙重相機； 第2A圖顯示第1A圖和第1B圖中的變焦折疊相機，具有處於第一變焦狀態的第一鏡頭光學設計並且具有光線軌跡； 第2B圖顯示第1A圖和第1B圖中的變焦折疊相機，具有處於第二變焦狀態的第一鏡頭光學設計並且具有光線軌跡； 第2C圖顯示處於第一變焦狀態的第一光學設計的鏡頭元件的細節； 第2D圖顯示處於第二變焦狀態的第一光學設計的鏡頭元件的細節； 第3A圖顯示處於第一變焦狀態的第二光學設計的鏡頭元件的細節； 第3B圖顯示處於第二變焦狀態的第二光學設計的鏡頭元件的細節； 第4A圖顯示處於第一變焦狀態的第三光學設計的鏡頭元件的細節； 第4B圖顯示處於第二變焦狀態的第三光學設計的鏡頭元件的細節； 第4C圖顯示處於第一變焦狀態的第四光學設計的鏡頭元件的細節； 第4D圖顯示處於第二變焦狀態的第四光學設計的鏡頭元件的細節。 第4E圖顯示處於第一變焦狀態的第五光學設計的鏡頭元件的細節； 第4F圖顯示處於第二變焦狀態的第五光學設計的鏡頭元件的細節。 第4G圖顯示處於第一變焦狀態的第六光學設計的鏡頭元件的細節。 第4H圖顯示處於第二變焦狀態的第六光學設計的鏡頭元件的細節； 第5A圖從頂部透視圖示意性地顯示望遠鏡頭和感測器模組的第一實施例，其處於一EFLTmin 狀態； 第5B圖另一頂部透視圖示意性地顯示第5A圖的望遠鏡頭和感測器模組； 第5C圖從頂部透視圖示意性地顯示望遠鏡頭和感測器模組，其處於一EFLTmax 狀態； 第5D圖另一頂部透視圖示意性地顯示第5C圖的望遠鏡頭和感測器模組； 第5E圖顯示第5A圖和第5D圖的望遠鏡頭和感測器模組的分解圖； 第6A圖從一角度顯示在第5A圖和第5B圖中處於EFLTmin 狀態的該望遠鏡頭和感測器模組的頂部和底部致動組件的底視圖； 第6B圖從另一角度顯示在第5C圖和第5D圖中處於EFLTmax 狀態的該望遠鏡頭和感測器模組的頂部和底部致動組件的底視圖； 第6C圖從一底視圖顯示頂部致動組件； 第7圖顯示第5A圖至第5E圖的望遠鏡頭和感測器模組中的固定軌道的細節； 第8圖顯示第5A圖至第5E圖的望遠鏡頭和感測器模組中的電子組件； 第9A圖顯示具有軸向對稱性的鏡頭元件； 第9B圖顯示具有兩個切口的切口鏡頭元件； 第10圖以流程圖顯示用於操作本文公開的變焦折疊相機的示例性方法； 第11A圖是根據本公開主題的一些示例，撞擊在鏡頭元件的凸面上的光線的衝擊點的示意圖，以及這些衝擊點在平面P上的正交投影的示意圖； 第11B圖是根據本公開主題的一些示例，撞擊在鏡頭元件的凹面上的光線的衝擊點的示意圖，以及這些衝擊點在平面P上的正交投影的示意圖； 第12圖是根據本發明的一些示例，衝擊點在平面P上的正交投影以及淨高度值(clear height value，CH)的示意圖； 第13圖是根據本公開主題的一些示例，衝擊點在平面P上的正交投影以及淨光圈的示意圖； 第14圖以框圖示意性地顯示本文公開的系統的實施例； 第15A圖至第15C圖示意性地顯示包括折疊和非折疊鏡頭設計的雙光圈相機和三光圈相機的設計。 第16A圖從頂部透視圖示意性地顯示一望遠鏡頭和感測器模組的第二實施例，其具有第六示例的光學設計的鏡頭，其處於一EFLTmin 狀態下。 第16B圖從頂部透視圖示意性地顯示第16A圖的模組，其處於一EFLTmax 狀態下。 第16C圖示意性地顯示第16A圖的模組的多個部分的多個細節。 第16D圖示意性地顯示第16B圖的模組的多個部分的多個細節。 第16E圖以一側示圖示意性地顯示第16A圖的模組的多個部分的多個細節。 第16F圖以一側示圖示意性地顯示第16B圖的模組的多個部分的多個細節。 第16G圖以一第一頂部透視圖示意性地顯示第16A圖的模組的多個部分的多個細節，其處於一EFLTmin 狀態下。 第16H圖以一第二頂部透視圖示意性地顯示第16A圖的模組的多個部分的多個細節，其處於一EFLTmin 狀態下。 第17A圖從頂部透視圖示意性地顯示一望遠鏡頭和感測器模組的第三實施例，其具有第六示例的光學設計的鏡頭，其處於一EFLTmin 狀態下。 第17B圖示意性地顯示第17A圖的模組，其處於一EFLTmax 狀態下。 第17C圖示意性地顯示第17B圖的模組的多個部分的多個細節。 第17D圖示意性地顯示第17B圖的模組的多個部分的其他多個細節。 第17E圖示意性地顯示第17A圖和第17B圖的模組中的一磁體組件。 第17F圖示意性地顯示第17A圖的模組中的VCM致動的方法，其處於一EFLTmin 狀態和一EFLTmax 狀態之間。 第17G圖以一第一側視圖顯示一致動方法，用於執行第17F圖的VCM的變焦狀態的切換，其處於一EFLTmin 狀態。 第17H圖以一第二側視圖顯示一致動方法，用於執行第17F圖的VCM的變焦狀態的切換，其處於一EFLTmax 狀態。 第17I圖以與第17G圖和第17H圖相反的一側視圖顯示一致動方法，用於進行對焦，其處於一EFLTmin 狀態。 第17J圖以與第17G圖和第17H圖相反的一側視圖顯示一致動方法，用於進行對焦，其處於一EFLTmax 狀態。 第18A圖以一透視圖顯示一黏附子系統的一實施例，用於將鏡頭組G2黏附到鏡頭組G1。 第18B圖以另一透視圖顯示第18A圖的黏附子系統的一實施例。 第18C圖以一透視圖顯示一黏附子系統的另一實施例，用於將鏡頭組G2黏附到鏡頭組G3，其處於具有EFLTmax 的一變焦狀態。 第18D圖以另一透視圖顯示第18C圖的一黏附子系統的實施例。 第19A圖以一透視圖顯示一鏡頭元件組G2止動件移除機構，鏡頭元件組G2止動件在一EFLTmax 狀態下被激活。 第19B圖顯示第19A圖的鏡頭元件組G2止動件移除機構，鏡頭元件組G2止動件在微距攝影模式下被去激活。 第19C圖顯示鏡頭元件組G2止動件的多個部分，其處於一EFLTmin 狀態或一EFLTmax 狀態，鏡頭元件組G2止動件被激活。 第19D圖顯示第19C圖的鏡頭元件組G2止動件的多個部分，其處於一EFLTmin 狀態或一EFLTmax 狀態，鏡頭元件組G2止動件被去激活。
1002、1004、1006、1008、1010、1012:步驟
1014、1016、1018、1020、1022、1024:步驟

Claims (16)

  1. 一折疊式照相機，包括：(a)一鏡頭，沿著一鏡頭光軸包括一鏡頭元件組G1、一鏡頭元件組G2和一鏡頭元件組G3；(b)一影像感測器；(c)一光路折疊元件(OPFE)，以及；(d)一致動器，用以在平行於該鏡頭光軸的一方向上相對於該影像感測器，一起移動該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3，以使該鏡頭進入兩個變焦狀態，其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3彼此由多個桿件固定地附接，其中該鏡頭元件組G2在兩個止動件之間浮動，其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3的一起移動，使得該鏡頭元件組G2在一變焦狀態下附接到該鏡頭元件組G1，在另一變焦狀態下附接到該鏡頭元件組G3，並且其中該鏡頭元件組G2由該多個桿件引導並且能夠沿著平行於該鏡頭光軸的方向相對於該多個桿件移動。
  2. 一折疊式照相機，包括：(a)一鏡頭，沿著一鏡頭光軸包括一鏡頭元件組G1、一鏡頭元件組G2和一鏡頭元件組G3；(b)一影像感測器；(c)一光路折疊元件(OPFE)，以及；(d)一致動器，用以在平行於該鏡頭光軸的一方向上相對於該影像感測器，一起移動該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3，以使該鏡頭進入兩個變焦狀態，其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3彼此固定地附接，其中該鏡頭元件組G2在兩個止動件之間浮動，並且其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3的一起移動，使得 該鏡頭元件組G2在一變焦狀態下附接到該鏡頭元件組G1，在另一變焦狀態下附接到該鏡頭元件組G3，其中該鏡頭元件組G2通過磁力被附接到該鏡頭元件組G1或該鏡頭元件組G3。
  3. 一折疊式照相機，包括：(a)一鏡頭，沿著一鏡頭光軸包括一鏡頭元件組G1、一鏡頭元件組G2和一鏡頭元件組G3；(b)一影像感測器；(c)一光路折疊元件(OPFE)，以及；(d)一致動器，用以在平行於該鏡頭光軸的一方向上相對於該影像感測器，一起移動該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3，以使該鏡頭進入兩個變焦狀態，其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3彼此固定地附接，其中該鏡頭元件組G2在兩個止動件之間浮動，並且其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3的一起移動，使得該鏡頭元件組G2在一變焦狀態下附接到該鏡頭元件組G1，在另一變焦狀態下附接到該鏡頭元件組G3，其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3一起移動的一行程，大於2毫米且小於20毫米，並且其中該鏡頭元件組G2在該兩個止動件之間移動的一行程小於該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3的行程的一半。
  4. 一折疊式照相機，包括：(a)一鏡頭，沿著一鏡頭光軸包括一鏡頭元件組G1、一鏡頭元件組G2和一鏡頭元件組G3；(b)一影像感測器；(c)一光路折疊元件(OPFE)，以及； (d)一致動器，用以在平行於該鏡頭光軸的一方向上相對於該影像感測器，一起移動該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3，以使該鏡頭進入兩個變焦狀態，其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3彼此固定地附接，其中該鏡頭元件組G2在兩個止動件之間浮動，並且其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3的一起移動，使得該鏡頭元件組G2在一變焦狀態下附接到該鏡頭元件組G1，在另一變焦狀態下附接到該鏡頭元件組G3，其中該鏡頭具有一有效焦距EFL，其中該EFL從該第一變焦狀態下的一最小值EFLmin改變為該第二變焦狀態下的一最大值EFLmax，並且其中一比率EFLmax/EFLmin>1.5。
  5. 一折疊式照相機，包括：(a)一鏡頭，沿著一鏡頭光軸包括一鏡頭元件組G1、一鏡頭元件組G2和一鏡頭元件組G3；(b)一影像感測器；(c)一光路折疊元件(OPFE)，以及；(d)一致動器，用以在平行於該鏡頭光軸的一方向上相對於該影像感測器，一起移動該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3，以使該鏡頭進入兩個變焦狀態，其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3彼此固定地附接，其中該鏡頭元件組G2在兩個止動件之間浮動，並且其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3的一起移動，使得該鏡頭元件組G2在一變焦狀態下附接到該鏡頭元件組G1，在另一變焦狀態下附接到該鏡頭元件組G3，其中該致動器包括一形狀記憶合金(SMA)致動器，該形狀記憶合金致動器具有多個SMA彈簧和多個機械彈簧。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的相機，其中該多個SMA彈簧包括四個彈簧，並且其中該多個機械彈簧包括兩個彈簧。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的相機，還包括一音圈馬達(VCM)機構，用於使該鏡頭進行對焦。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的相機，其中通過一起移動該鏡頭元件組G1+該鏡頭元件組G2+該鏡頭元件組G3來進行該鏡頭的對焦。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的相機，其中該鏡頭包括在一鏡頭和感測器模組中，該鏡頭和感測器模組還包括具有一第一鏡頭元件組G2止動件和一第二鏡頭元件組G2止動件的一鏡頭元件組G2止動機構，並且其中該第一鏡頭元件組G2止動件或該第二鏡頭元件組G2止動件中的一者可移動，以允許該鏡頭元件組G1+該鏡頭元件組G2+該鏡頭元件組G3的移動為不小於2毫米的一大行程，用於進行微距攝影。
  10. 一折疊式照相機，包括：(a)一鏡頭，沿著一鏡頭光軸包括一鏡頭元件組G1、一鏡頭元件組G2和一鏡頭元件組G3；(b)一影像感測器；(c)一光路折疊元件(OPFE)，以及；(d)一致動器，用以在平行於該鏡頭光軸的一方向上相對於該影像感測器，一起移動該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3，以使該鏡頭進入兩個變焦狀態，其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3彼此固定地附接，其中該鏡頭元件組G2在兩個止動件之間浮動，並且其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3的一起移動，使得該鏡頭元件組G2在一變焦狀態下附接到該鏡頭元件組G1，在另一變焦狀態下附接到該鏡頭元件組G3，其中該致動器包括至少三個線圈，耦合至多個各自的磁體且/或者耦合至多個磁體極化。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的相機，其中該至少三個線圈相對於該多個磁體的一位置是由至少兩個用於位置感測的霍爾棒感測器所測量。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的相機，其中該至少三個線圈由各自的多個驅動電流驅動，以提供相對於該多個磁體的移動，並且其中該多個驅動電流取決於該線圈相對於該多個磁體的位置。
  13. 一種折疊式照相機，包括：(a)一鏡頭，沿著一鏡頭光軸包括一鏡頭元件組G1、一鏡頭元件組G2和一鏡頭元件組G3；(b)一影像感測器；(c)一光路折疊元件(OPFE)；(d)一第一鏡頭元件組G2止動件和一第二鏡頭元件組G2止動件以及；(e)一音圈馬達(VCM)，通過在平行於該鏡頭光軸的一方向上一起移動該鏡頭元件組G1+該鏡頭元件組G2和該鏡頭元件組G3，用以進行對焦該鏡頭，以及相對於該影像感測器一起移動該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3，用以在平行於該鏡頭光軸的方向上進行變焦，以使該鏡頭進入兩個變焦狀態，其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3彼此固定地附接，其中該鏡頭元件組G2在兩個止動件之間浮動，並且其中該鏡頭元件組G1和該鏡頭元件組G3的一起移動，使得該鏡頭元件組G2在一變焦狀態下附接到該鏡頭元件組G1，在另一變焦狀態下附接到該鏡頭元件組G3，並且其中該第一鏡頭元件組G2止動件或該第二鏡頭元件組G2止動件中的一者可移動，以允許該鏡頭元件組G1+該鏡頭元件組G2+該鏡頭元件組G3的移動為不小於2毫米的一大行程，用於進行微距攝影。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的相機，其中該VCM機構包括至少三個線圈，耦合至多個各自的磁體且/或者耦合至多個磁體極化。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的相機，其中該至少三個線圈相對於該多個磁體的一位置是由至少兩個用於位置感測的霍爾棒感測器所測量。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的相機，其中該至少三個線圈由各自的多個驅動電流驅動，以提供該多個磁體相對於該線圈的移動，並且其中該多個驅動電流取決於該線圈相對於該多個磁體的位置。
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