TWI862858B

TWI862858B - 折疊式微距相機鏡頭設計

Info

Publication number: TWI862858B
Application number: TW110127428A
Authority: TW
Inventors: 諾伊科恩; 羅伊羅迪克; 米查德羅; 納達夫古林斯克; 以法蓮戈登堡
Original assignee: 以色列商核心光電有限公司
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2021-07-26
Publication date: 2024-11-21
Also published as: US20240151949A1; CN119414645A; TW202505255A; EP4425256A3; KR20220016046A; US12399351B2; KR102657473B1; US12055694B2; KR102779249B1; TW202212899A; EP4425256A2; US20240377620A1; EP4038433C0; US11914117B2; CN114270240A; CN119414644A; CN119395931A; KR20250038813A; EP4038433A4; EP4038433B1

Abstract

折疊式數位相機包括鏡頭系統，具有鏡頭及影像感測器，鏡頭具有N個鏡頭元件Li、有效焦距(EFL)及總軌道長度(TTL)，其中N大於等於6，其中每一個鏡頭元件具有各自的焦距fi，並且其中第一鏡頭元件L1面向物體側；以及光路折疊元件(OPFE)，用於在物體與鏡頭之間提供折疊光路。在一些實施例中，鏡頭系統具有覆蓋了從無限遠到最小物體距離(MIOD)的聚焦範圍，其中最小物體距離/有效焦距(MIDO/EFL)小於20或甚至小於7。在一些實施例中，當折疊式數位相機聚焦在無限遠時，最大主光線角(maximal chief ray angle,Max CRA)與折疊式數位相機的一視場(field of view,FOV)的一比率(Max CRA/FOV)小於0.25或甚至小於0.15。

Description

折疊式微距相機鏡頭設計

本發明涉及數位相機領域，特別是涉及在數位相機中的折疊式鏡頭。

定義

在本申請中，對於整份說明書及圖式中提到的光學及其它特性，使用以下符號及縮寫來表示本領域已知的術語。

- 總軌道長度(Total track length,TTL)：當系統聚焦到一無限遠物距時，沿平行於一鏡頭的光軸的一軸測得的在一第一鏡頭元件L₁的前表面S₁的一點與一影像感測器之間的一最大距離。

- 後焦距(Back focal length,BFL)：當系統聚焦到一無限遠物距時，沿平行於一鏡頭的光軸的一軸測得的在最後一個鏡頭元件L_N的後表面S_2N的一點與一影像感測器之間的一最小距離。

- 有效焦距(Effective focal length,EFL)：在一鏡頭(鏡頭元件L₁至L_N的組件)中，在該鏡頭的一後主點P’與一後焦點F’之間的該距離。

- 光圈值(f-number,f/#)：EFL與一入瞳直徑(entrance pupil diameter)的比率。

- 主光線角(Chief ray angle,CRA)：一(影像側)主光線是一鏡頭系統的出瞳中心(the center of the exit pupil)與一像點(image point)之間的連線。CRA是一主光線與該鏡頭的光軸之間的角度。此處及下文中，與一物體側主光線相比，我們指的是影像側主光線及CRAs，該物體側主光線是一物點(object point)與一鏡頭系統的入瞳中心(the center of the entrance pupil)之間的連線。一最大主光線角(Max CRA)是存在於一鏡頭系統中的最大的主光線角(CRA)，該鏡頭系統考慮了被該鏡頭系統支持的所有場。

多光圈相機(或“多相機”，其中以具有兩個相機的“雙相機”為例)正在成為可攜式電子移動裝置(例如智慧手機、平板電腦等)製造商的標準選擇。一種多相機設置通常包括一寬視場(或“角度”)FOVW相機(“寬”相機或“W”相機)和至少一個附加的相機，或者俱有相同的FOV(例如一深度輔助相機)，具有一較窄(比FOVW)FOV(具有FOVT的遠攝或“長焦(Tele)”相機)，或具有一超寬視野FOVUW(比FOVW更寬，“UW”相機)。

第1A圖及第1B圖示出了一種已知折疊式數位相機100。相機100包括一光路折疊元件(OPFE)102，例如一棱鏡或反射鏡，一鏡頭104，其具有多個鏡頭元件(在此未示出，但是在第2A圖至第2D圖是可見的)及一影像感測器106。該鏡頭元件可以是(如第2A圖至第2D圖所示)沿著一光軸108軸對稱。在其它實施例中，該鏡頭元件可以不是軸對稱的。例如，鏡頭元件可以被切割(切塊、切片)成一非圓形形狀(未示出)。

至少一些鏡頭元件可以包括在一“鏡筒”110中。該鏡筒可以具有沿光軸108的一縱向對稱。在第1A圖至第1C圖中，這個鏡筒的橫截面是圓形的。然而，這不是強制性的，可以使用其他形狀，例如用於託管切割鏡頭元件。從一物體(未示出)到一影像感測器106的該光線的該路徑定義了一光路(參見光路112和114，它們代表了該光路的一部分)。OPFE將該光路從一第一光路112折疊到一第二光路114，後者基本上平行於光軸108。

特別是，在一些示例中，OPFE 102相對於光軸108以基本上45度傾斜。在第1A圖中，OPFE 102也可以相對於光路102以基本上45度傾斜。

在一些已知的示例中，影像感測器106位於基本上垂直於光軸108的一X-Y平面中。然而，這不是限制性的，並且影像感測器106可以具有不同的取向。例如，如國際公開專利申請編號WO2016/024192所描述，影像感測器106可以位於XZ平面中。在這種情況下，一附加OPFE可以用來將該光線朝影像感測器106反射。

兩個相機，例如一廣角相機100及一常規UW相機130可以包括在一數位相機150(也稱為雙相機)中。在第1C圖中示出了一種可能的配置。UW相機130可以包括一光圈132(指向該相機的該物體側)及在Y方向上具有一對稱(及光)軸136的一光學鏡頭系統134(或“廣角鏡頭模組”)，以及一UW影像感測器138。該UW相機包括配置成用以提供一UW影像的一UW鏡頭系統。如前所述，該UW相機具有比FOVW更大的一視場FOVUW。例如，FOVUW可以是80至130度，而FOVW可以是60至90度。值得注意的是，在其他示例中，多個廣角相機和/或多個長焦相機可以合併並且在一單一個數位相機中操作。一長焦相機的該FOVT可以例如是20至50度。

“微距攝影(Macro-photography)”模式正成為智慧手機相機的一流行的差異化因素。“微距攝影”是指拍攝靠近相機的物體，使得該影像感測器上記錄的影像幾乎與實際拍攝的物體一樣大。影像尺寸與物體尺寸的比率是物體對影像的放大率M，其定義為：

其中v是由鏡頭的第二(或“後”)主平面與影像的距離所定義的一鏡頭-影像距離，u是由物體到鏡頭的第一(或“前”)主平面的距離所定義的一物體-鏡頭距離。減號(-)通常沒有明確提及。

在數位單眼相機(digital single-lens reflex,DSLR)中，一微距影像(Macro image)定義為具有大約1：1或更大的一放大率M，例如，1：1.1。在智慧手機中，“微距影像”指得可以是放大率M大約為10：1或甚至5：1的影像。首批提供微距攝影功能的智慧手機模組已進入消費市場，通常通過使用具有相對較短EFL(例如2.5毫米)的一UW相機來實現非常近的聚焦。

一UW相機可以聚焦到微距攝影所需的近距離(例如1.5公分(cm)到15公分(cm))，但由於其焦距小且FOV大，因此其空間解析度較差。例如，考慮到一個焦距為2.5毫米(mm)的UW相機。當聚焦到在5公分(鏡頭-物體距離)處的一物體時，該UW相機將大約具有M=19：1。這是根據薄鏡頭方程式

其中EFL=2.5毫米、v=2.6毫米及u=50毫米。即使聚焦到接近1.5公分時，該UW相機的M也將大約為5：1。從這些短物體-鏡頭距離，例如u=5公分或更小，捕捉微距影像中的物體對一使用者來說非常具有挑戰性。例如，它可能會使該影像的取景變得非常困難，可能會禁止拍攝流行的微距物體，例如活體(例如昆蟲)的影像，並且可能會引入陰影並且使場景中的照明變得模糊。此外，UW相機具有一相對大的景深(depth of field,DoF)，即使對於微距影像也是如此。相對大的景深對應一低度光學散景，這是微距攝影中非常流行的效果。

在移動裝置中設置一微距相機是有益處的，可以從一較大的鏡頭-物體距離(例如5-15公分)以較大的物體對影像放大率(例如1：1至15：1)來捕捉微距影像，並且具有一高度光學散景。

在各種實施例中，提供了一種折疊式數位相機，其包括：一鏡頭系統，具有一鏡頭及一影像感測器，該鏡頭具有N個鏡頭元件L_i、一有效焦距(EFL)及一總軌道長度(TTL)，其中N大於等於6、小於等於8，其中每一個鏡頭元件具有一各自的焦距f_i，並且其中一第一鏡頭元件L₁面向一物體側；一光路折疊元件(OPFE)，用於在一物體與該鏡頭之間提供一折疊光路；其中該鏡頭系統具有覆蓋了從無限遠到一最小物體距離(minimal object distance,MIOD)的一聚焦範圍，並且其中該最小物體距離/該有效焦距(MIDO/EFL)小於20。

在各種實施例中，提供了一種折疊式數位相機，其包括：一鏡頭系統，具有一鏡頭及一影像感測器，該鏡頭具有N個鏡頭元件L_i、一有效焦距(EFL)及一總軌道長度(TTL)，其中N大於等於6、小於等於8，其中每一個鏡頭元件L_i具有一各自的焦距f_i，並且其中一第一鏡頭元件L₁面向一物體側；以及一光路折疊元件(OPFE)，用於在一物體與該鏡頭之間提供一折疊光路；其中當該折疊式數位相機聚焦在無限遠時，一最大主光線角(maximal chief ray angle,Max CRA)與該折疊式數位相機的一視場(field of view,FOV)的一比率(Max CRA/FOV)小於0.25。

在一些實施例中，該最小物體距離/該有效焦距(MIDO/EFL)可以小於15、13、10或甚至小於7。

在一些實施例中，對於在該聚焦範圍內的任何物體的一最大場曲率(maximum field curvature,MFC)可以小於50微米。

在一些實施例中，該折疊式數位相機可以具有小於4、3或甚至小於2.5的一光圈值(f number)。

在一些實施例中，該鏡頭元件可以通過大於該總軌道長度的8分之一、7分之一或甚至6分之一的一大間隙來分成兩個鏡頭元件組。

在一些實施例中，該鏡頭元件可以分成具有一有效焦距EFL1的一第一鏡頭元件組及具有一有效焦距EFL2的一第二鏡頭元件組，並且其中該有效焦距EFL1與該有效焦距EFL2的一比率(EFL1/EFL2)偏離1不超過20%或甚至不超過10%。

在一些實施例中，該折疊式數位相機還可以包括一聚焦機構，使該折疊式數位相機基於一音圈馬達來進行聚焦。

在一些實施例中，該第一鏡頭元件L₁及一第二鏡頭元件L₂可以由一阿貝值(Abbe number)大於50的一材料所製成。

在一些實施例中，該總軌道長度/該有效焦距(TTL/EFL)可以小於1.5、1.4或甚至小於1.3。

在一些實施例中，最後一個鏡頭元件L_N的一焦距f_N與該總軌道長度的一比率(f_N/TTL)可以小於1.0、0.9、0.8、0.75或甚至小於0.7。

在一些實施例中，該最大主光線角/該視場(Max CRA/FOV)可以小於0.2或甚至小於0.15。

100:相機

102:光路折疊元件

104:鏡頭

106:影像感測器

108:光軸

110:鏡筒

112:第一光路

114:第二光路

130:常規UW相機

132:光圈

134:光學鏡頭系統

136:對稱軸

138:UW影像感測器

150:數位相機

200:鏡頭系統

204:鏡頭

204’:鏡頭

204”:鏡頭

204''':鏡頭

204'''':鏡頭

204-C:切割鏡頭

204’-C:D型切割鏡頭

204”-C:切割鏡頭

204'''-C:切割鏡頭

206:光學元件

208:影像感測器

210:光軸

220:鏡頭系統

230:鏡頭系統

240:鏡頭系統

250:鏡頭系統

260:鏡頭系統

270:鏡頭系統

280:鏡頭系統

290:鏡頭系統

302:光軸

400:線

402:線

500:圓

602:光學活性區域

604:整個鏡頭區域

700:鏡頭鏡筒

702:鏡頭元件

704:鏡筒壁

BFL:後焦距

CH(Sk):淨高值

f_i:焦距

EFL1:有效焦距

EFL2:有效焦距

G1:第一鏡頭組

G2:第二鏡頭組

H_opt:光學高度

IP₁:撞擊點

IP₂:撞擊點

IP₃:撞擊點

IP₄:撞擊點

IP_orth,1:正交投影

IP_orth,2:正交投影

IP_orth,3:正交投影

IP_orth,4:正交投影

P:平面P

H_L:高度

L₁~L₈:鏡頭元件

S₁~S₂₀:表面

S_k:表面

TTL:總軌道長度

W_L:寬度

下面參考在此段落之後列出的所附圖式描述本文公開的實施例的非限制性示例。圖式及描述旨在闡明和闡明本文公開的實施例，並且不應被視為以任何方式進行限制。

第1A圖以一透視圖示意性地示出了一種已知折疊式數位相機。

第1B圖以一側視圖示意性地示出了第1A圖的該相機。

第2A圖示意性地示出了本文公開的一光學鏡頭系統。

第2B圖示意性地示出了本文公開的另一個光學鏡頭系統。

第2C圖示意性地示出了本文公開的又一個光學鏡頭系統。

第2D圖示意性地示出了本文公開的聚焦到無限遠的再一個光學鏡頭系統。

第2E圖示意性地示出了第2D圖聚焦到100毫米(mm)的該鏡頭系統。

第2F圖示意性地示出了第2D圖聚焦到50毫米(mm)的該鏡頭系統。

第2G圖示意性地示出了本文公開的一光學鏡頭系統，其具有切割成一非圓形形狀的鏡頭元件。

第2H圖示意性地示出了本文公開的另一個光學鏡頭系統，其具有切割成一非圓形形狀的鏡頭元件。

第2I圖示意性地示出了本文公開的又一個光學鏡頭系統，其具有切割成一非圓形形狀的鏡頭元件。

第2J圖示意性地示出了本文公開的再一個光學鏡頭系統，其具有切割成一非圓形形狀的鏡頭元件。

第2K圖示意性地示出了本文公開的聚焦到無限遠的再一個光學鏡頭系統。

第3A圖示出了在一平面P上的兩個撞擊點IP₁及IP₂的正交投影IP_orth,1、IP_orth,2，該平面P與第2A至2D圖中的該系統的該鏡頭的該光軸正交。

第3B圖示出了在一平面P上的兩個撞擊點IP₃及IP₄的正交投影IP_orth,3、IP_orth,4，該平面P與第2A至2D圖中的該系統的該鏡頭的該光軸正交。

第4圖以圖形方式提供了淨高(clear height)的定義。

第5圖以圖形方式提供了通光孔徑(clear aperture)的定義。

第6圖提供了鏡頭元件L_i的直徑H_Li的一圖解說明。

第7圖示出了鏡頭元件的一分解圖，說明鏡頭元件寬度W_L及高度H_L。

在以下詳細描述中，闡述了許多具體細節以提供透徹的理解。然而，本領域技術人員將理解，可以在沒有這些具體細節的情況下實踐當前公開的主題。在其他情況下，沒有詳細描述眾所周知的方法，以免混淆當前公開的主題。

第2A圖至第2J圖示出了本文公開的各種鏡頭系統。在第2A圖至第2J圖中的所有鏡頭系統可以包括在例如第1A圖及第1B圖中所示的一種折疊式數位相機。

第2A圖示意性地示出了本文公開的並且標號為200的一光學鏡頭系統。鏡頭系統200包括一鏡頭204、一光學元件206及一影像感測器208。鏡頭系統200以光線追踪來顯示。光學元件206可以是例如一紅外線(infra-red,IR)濾光片和/或一玻璃影像感測器防塵罩。光線(在它們被棱鏡202反射後)穿過鏡頭204並且在影像感測器208上形成一影像。第2A圖示出了3個場，每個場有3條光線：上邊緣光線、下邊緣光線及主光線。在第2A圖的示例中，該光線在撞擊到影像感測器208之前穿過光學元件206。然而，這不是限制性的，並且在一些示例中，不存在光學元件206。也就是說，在一些設計中該光學元件可以是可選的。

鏡頭204包括多個N個鏡頭元件L_i，其中“i”是1與N之間的整數。在鏡頭系統200中，N等於6。然而，這不是限制性的，並且可以使用不同數量的鏡頭元件。根據一些示例，N等於或大於5。例如，N可以等於5、6、7、8、9或10。L₁是最靠近該物體(棱鏡)側的該鏡頭元件，L_N是最靠近該影像側的鏡頭元件，即該影像感測器所在的一側。這個順序適用於本文公開的所有鏡頭及鏡頭元件。鏡頭元件L_i可用來例如作為類似於相機100的一相機的鏡頭元件。該N個鏡頭元件沿著一光(鏡頭)軸210軸對稱。每一個鏡頭元件L_i包括各自的一前表面S_2i-1(索引“2i-1”是該前表面的編號)及各自的一後表面S_2i(索引“2i”是該後表面的編號)。在整個說明書中使用這樣的編號約定。可替代地，如本說明書中所做的，鏡頭表面標記為“S_k”，其中k從1到2N。在某些情況下，該前表面及該後表面可以是非球面的。然而，這不是限制性的。

如本文所用，術語每個鏡頭元件的“前表面”指的是位於靠近該相機入口(相機物體側)的一鏡頭元件的該表面，並且術語“後表面”指的是位於靠近該影像感測器(相機影像側)的一鏡頭元件的該表面。

如下所述，可以為每個表面Sk(對於1

k

2N)定義一淨高(clear height)值CH(Sk)及一通光孔徑(clear aperture)值CA(Sk)。CA(Sk)及CH(Sk)定義了每一個鏡頭元件的每一個表面Sk的光學特性。CH項是參考第4圖來定義的，而CA項是參考第5圖來定義的。

此外，為每一個鏡頭元件L_i定義了高度H_Li(對於1

i

N)。對於每一個鏡頭元件L_i，H_Li對應於沿垂直於該鏡頭元件的該光軸的一軸所測得的鏡頭元件L_i的最大高度。對於一給定鏡頭元件，各自的H_Li大於或等於該給定鏡頭元件的該前表面及後表面的CH及CA。通常，對於一軸對稱鏡頭元件，H_Li是鏡頭元件L_i的直徑，如第6圖所示。通常，對於一軸對稱鏡頭元件，H_Li=max{CA(S_2i-1),CA(S_2i)}+一機械零件尺寸。通常，在鏡頭設計中，該機械零件尺寸定義成對該鏡頭的光學特性沒有影響。因此，一個定義了鏡頭元件Li的兩個高度，一光學活性區域602的一光學高度H_opt,i(對應於該CA值)及一整個鏡頭區域604的該鏡頭HLi的一幾何高度，該整個鏡頭區域604覆蓋了一光學活性區域及一光學非活性區域。該機械零件及其特性定義如下。該機械零件尺寸對H_Li的貢獻通常為200至1000微米(μm)。

在鏡頭系統200中，該鏡頭元件的一些表面呈現為凸面，而一些呈現為凹面。然而，第2A圖的表示不是限制性的，並且可以使用凸面和/或凹面的不同組合，這取決於各種因素，例如應用、期望的光功率等。

如第3A圖、第3B圖及第4圖所示，穿過一表面S_k的每一個光線撞擊到這個表面上的一撞擊點IP上。光線從表面S₁進入光學鏡頭系統200並且穿過表面S₂到表面S_2N。一些光線可以撞擊任何表面S_k，但不能/不會到達影像感測器208。對於一給定表面S_k，僅考慮可以在影像感測器208上形成一影像的光線。 CH(S_k)被定義為兩條最接近的可能平行線之間的距離，參見第4圖中位於與該鏡頭元件的光軸正交的一平面P上的線400與402。在第3A圖及第3B圖的表示中，平面P平行於平面X-Y並且與光軸302正交，使得在平面P上的所有撞擊點IP的該正交投影IP_orth位於兩條平行線之間。

CH(S_k)的定義不取決於當前成像的該物體，因為它指的是“可以”在該影像感測器上形成一影像的光線。因此，即使該當前成像的物體位於不產生光的一黑色背景中，該定義也不是指這種黑色背景，因為它指的是“可以”到達該影像感測器以形成一影像的任何光線(例如，與一黑色背景相反，由會發光的一背景所發出的光線)。

例如，第3A圖示出了在平面P上的兩個撞擊點IP₁及IP₂的正交投影IP_orth,1、IP_orth,2，該平面P與光軸302正交。舉例來說，在第3A圖的表示中，表面S_k是凸面的。

第3B圖示出了在平面P上的兩個撞擊點IP₃及IP₄的正交投影IP_orth,3、IP_orth,4。舉例來說，在第3B圖的表示中，表面S_k是凹面的。

在第4圖中，在平面P上的一表面S_k的所有撞擊點IP的正交投影IP_orth位於平行的線400與402之間。

注意到第5圖。根據本公開的主題，對於每一個給定表面S_k(對於1

k

2N)，將一通光孔徑CA(S_k)定義為圓的直徑，其中該圓是位於與該光軸108正交的一平面P中並且環繞平面P上所有撞擊點的所有正交投影IP_orth的最小可能圓。如上所述，關於CH(S_k)，CA(S_k)的定義也不取決於當前成像的該物體。如第5圖所示，在平面P上的所有撞擊點IP的外接正交投影IP_orth是一圓500。圓500的直徑定義了CA(S_k)。

表1至表3給出了第2A圖中鏡頭元件的示例的詳細光學數據及表面數據。為這些示例提供的值純粹是說明性的，並且根據其他示例可以使用其他值。

表面類型定義在表1中。表面的係數定義在表2中。表面類型為：

a)Plano：平面，無曲率

b)Q型1(Q type 1,QT1)表面垂度(sag)公式：

其中{z,r}為標準柱面極坐標(tandard cylindrical polar coordinates)，c為表面的近軸曲率(paraxial curvature)，k為錐度參數(conic parameter)，r_norm通常是表面的通光孔徑的一半，並且A_n為鏡頭數據表中的多項式係數。Z軸是朝向影像為正。CA的值給定為一通光孔徑半徑，即CA/2。參考波長為555.0奈米(nm)。除了折射率(“Index”)及阿貝值(Abbe #)外，單位毫米(mm)。每一個鏡頭元件L_i具有一各自的焦距f_i，如表1所示。該視場FOV給定為半視場(half FOV,HFOV)。表面類型、Z軸、CA值、參考波長、單位、焦距及HFOV的定義適用於表1至表17。

表3提供了關於隨著物體-鏡頭距離鏡頭系統200特性的變化的細節。該物體-鏡頭距離定義為該物體到該鏡頭的第一主平面的距離。

表4提供了關於鏡頭系統200的最大(影像側)CRA的細節。對於數個物體-鏡頭距離(“物體”)，給定了最大主光線角(maximum CRA)及半視場(Half FOV,HFOV)。數據指3.5毫米的區域，對應於該影像感測器的一邊緣(即，感測器對角線的上端)。

為了實現較小的最大CRA值，最後一個鏡頭元件L_N的焦距f_N小於該鏡頭的總軌道長度(TTL)。鏡頭204的TTL為18毫米。對於鏡頭204，f₆=12.05毫米，f_N/TTL的比率=0.67。

鏡頭系統200的聚焦範圍是從無限遠至100毫米。一鏡頭系統的聚焦範圍定義為通過一相機機構可以聚焦到的所有物體-鏡頭距離，該相機機構控制鏡頭與影像感測器之間的距離。也就是說，對於位於該聚焦範圍內的每一個物體，聚焦機構可以設置一特定鏡頭-影像感測器距離，從而為該物體的影像帶來最大對比度。最大對比度意味著對於該特定鏡頭-影像感測器距離之外的鏡頭-影像感測器距離，該物體的對比度會降低。該最小物體距離(MIDO)定義為該聚焦範圍的下限，即MIOD是該鏡頭系統可以聚焦到的最小物體-鏡頭距離。對於鏡頭系統200，MIOD為100毫米。鏡頭系統200可以從無限遠到100毫米連續地聚焦，即可以實現在無限遠到100毫米之間的任何聚焦位置(以及在0與-0.153之間的任何放大率)。

為了使用鏡頭204來聚焦，所有鏡頭元件一起移動。要將焦點從無限遠變化到100毫米，需要2.272毫米的鏡頭移動(“鏡頭行程(lens stroke)”)。為了移動該鏡頭，可以使用本領域已知的致動器，例如一音圈馬達(voice coil motor,VCM)。美國臨時專利申請No.63,059,200中描述了用於大行程線性位置感測的一霍爾感測器-磁鐵幾何結構，其對於支持大行程(例如，2毫米或更大)的VCM是必需的。在MIOD處，鏡頭系統200實現了-0.153的放大率，對應於約6.5：1的一物體-影像比率。該HFOV從聚焦到無限遠時的13.25度降低到聚焦到MIOD時的12.34度。

對於在該聚焦範圍內的任何物體，鏡頭系統200具有小於50微米(μm)分之一的一最大場曲率(maximum field curvature,MFC)。MFC可以定義如下：當將如鏡頭204的一鏡頭放置在與如影像感測器208的平面影像感測器相距v距離時，該光軸上的影像點將處於完美聚焦，但該光軸之外的影像點將不會聚焦在該影像感測器，而是聚焦在小於v的一距離v’處，其中v’對於所有影像點都小於MFC。

例如鏡頭204的一鏡頭可以分成兩個鏡頭組，一第一鏡頭組(“聚焦組”或“G1”)及一第二鏡頭組(“CRA校正組”或“G2”)。在鏡頭204中，該聚焦組包含鏡頭元件L₁、L₂、L₃及L₄。該CRA校正組包含鏡頭元件L₄和L₅。該聚焦組與該CRA校正組在空間上彼此分隔開3.954毫米的一大間隙(BG)。G1的所有鏡頭元件一起具有EFL1=14.71毫米。G2的所有鏡頭元件一起具有EFL2=13.55毫米。

在第2G圖中所示的另一個鏡頭系統250實施例，並且為了同時實現具有低f/#及低鏡頭高度的一種折疊式鏡頭系統，鏡頭元件切割成一非圓形形狀(“D切割”)。通過切割鏡頭204的大鏡頭元件成例如6毫米的高度(在Y方向)可以獲得切割鏡頭元件，使得該鏡頭現在是一切割鏡頭204-C。即，高度H_Li>6毫米的鏡頭204(即L₁、L₅及L₆)的鏡頭元件Li被切割成6毫米。鏡頭元件在Y方向上被切割。切割是對稱進行的，即該切割頂部(由第2A圖中較大的Y值所定義)的尺寸與該切割底部(由第2A圖中較大的Y值所定義)的尺寸相同。在204-C中的該切割鏡頭元件沒有如同鏡頭元件204的圓形對稱；它們的寬度大於它們的高度，即W_Li>H_Li(參見第7圖中的示例)。高度H_Li

6毫米的鏡頭204的鏡頭元件L_i沒有改變。至於切割，切割鏡頭元件L₁、L₅及L₆具有較大的CA但仍然較低的CH。這在一折疊式鏡頭設計中事有益的，其中一鏡頭高度HL可以確定該相機的高度，其中該相機高度通常受該主裝置的一高度所限制。具有大CA及低CH的一種折疊式鏡頭有利於具有一低f/#折疊式鏡頭，該低f/#折疊式鏡頭可以兼容於例如一智慧手機的高度限制。鏡頭元件L₂、L₃及L₄的CA可以朝向任何方向，例如Y方向。在切割設計中，鏡頭元件L₁、L₅及L₆的CA定向在X方向(此處不可見)。

通過切割該鏡頭元件，光線在極端光線會損失，但預計中心光線不會損失光線。光損失以該影像平面處通過的光線穿透百分比在座標(X,Y)=(0,2.1毫米)的一影像感測器邊界處給出，即從該光軸向上移動2.1毫米：

- 無限遠：92.49%

- 1公尺(m)：92.22%

- 0.5公尺(m)：91.94%

- 20公分(cm)：91.01%

- 10公分(cm)：89.43%

在其它實施例中，可能切割僅一個或僅兩個鏡頭元件L_i，即可能有W_Li>H_Li。在另一個實施例中，可能切割三個以上的鏡頭元件L_i，即可能有W_Li>H_Li。在另一個實施例中，可能切割所有鏡頭元件L_i，即可能具有W_Li>H_Li。在另一個實施例中，通過將該鏡頭204的該大鏡頭元件切割成例如6.5毫米、5毫米或4毫米的一高度(在Y方向)可以實現一切割鏡頭，即高度H_Li>6.5毫米、5毫米或4.5毫米的鏡頭元件Li可分別地切割成6.5毫米、5毫米或4.5毫米。

現在注意到第2B圖，其示意性地描繪了本文公開的並編號為220的另一個光學鏡頭系統。鏡頭系統220包括具有多個鏡頭元件的一鏡頭204’、光學元件206(可選)及影像感測器208’。光線追踪如第2A圖所提供。在表5、表6、表7及表8中給出了詳細的光學數據及表面數據。表8提供了有關鏡頭系統220的最大CRA的細節。符號及字段與表4相同。

第2B圖示出了3個場，每個場有3條光線：上邊緣光線、下邊緣光線及主光線。

鏡頭系統220的聚焦範圍是從無限遠至100毫米，即MIOD是100毫米。

為了使用鏡頭204’來聚焦，所有鏡頭元件會一起移動。要將焦點從無限遠變化到100毫米，需要2.237毫米的鏡頭行程。為了移動鏡頭，可以使用本領域已知的致動器，例如，一個VCM。在該MIOD處，鏡頭系統210實現了-0.15的放大率，對應於約6.7：1的一物體-影像比率。該HFOV從聚焦到無限遠時的13.29度降低到聚焦到該MIOD時的12.51度。可以實現無限遠到100毫米之間的任何焦點位置(以及0到-0.15之間的任何放大率)。對於該聚焦範圍內的任何物體，鏡頭系統220具有小於50微米的一最大場曲率(MFC)。

鏡頭204’可以分為兩組，一第一聚焦組包括鏡頭元件L₁、L₂、L₃、L₄及L₅，及一第二CRA校正組包括L₆及L₇。該聚焦組與該CRA校正組在空間上彼此分隔開4.96毫米的一大間隙。G1的所有鏡頭元件一起具有EFL1=14.08毫米，G2的所有鏡頭元件一起具有EFL2=13.94毫米。鏡頭204’的該TTL是18毫米。

第2H圖是具有基於鏡頭204’的一D型切割鏡頭204’-C編號為260的一鏡頭系統的實施例。如在第2G圖的描述，光損失以在坐標(X,Y)=(0,2.1毫米)處的光線穿透百分比給出：

- 無限遠：92.33%

- 1公尺(m)：92.07%

- 0.5公尺(m)：91.75%

- 20公分(cm)：90.76%

- 10公分(cm)：89.11%

通過將鏡頭204’的大鏡頭元件切割成例如6毫米的一高度(在Y方向)可以獲得D型切割鏡頭204’-C，即高度H_Li>6毫米的鏡頭204’的鏡頭元件(即L₁、L₆及L₇)可切割成6毫米。在其他實施例中，通過將該鏡頭204’的該大鏡頭元件切割成例如6.5毫米、5毫米或4毫米的一高度(在Y方向)可以實現一切割鏡頭，即高度H_Li>6.5毫米、5毫米或4.5毫米的鏡頭元件L_i可分別地切割成6.5毫米、5毫米或4.5毫米。關於切割鏡頭的細節，參考第2A圖的描述。

第2C圖示意性地描繪了本文公開並編號為230的另一個光學鏡頭系統。鏡頭系統230包括一鏡頭204”、光學元件206(可選)及影像感測器208。光線追踪如第2A圖至第2B圖所提供。在表9、表10、表11及表12中給出了詳細的光學數據及表面數據。表12提供了有關鏡頭系統220的最大CRA的細節。符號及字段與表4相同。

第2C圖示出了3個場，每個場有3條光線：上邊緣光線、下邊緣光線及主光線。鏡頭系統230的聚焦範圍是從無限遠至76.4毫米，即該MIOD是76.4毫米。為了使用鏡頭204’來聚焦，所有鏡頭元件會一起移動。要將焦點從無限遠變化到100毫米，需要2.881毫米的鏡頭行程。為了移動鏡頭，可以使用本領域已知的一種致動器(例如，一個VCM)。在該MIOD處，鏡頭系統230實現了-0.195的放大率，對應於約5.1：1的一物體-影像比率。該HFOV從聚焦到無限遠時的13.29度降低到聚焦到該MIOD時的12.52度。可以實現無限遠到76.4毫米之間的任何焦點位置(以及0到-0.195之間的任何放大率)。對於該聚焦範圍內的任何物體，鏡頭系統230具有小於50微米的一MFC。

鏡頭204”可以分為兩組，一第一聚焦組包括鏡頭元件L₁、L₂、L₃、L₄及L₅，及一第二CRA校正組包括L₆、L₇及L₈。該聚焦組與該CRA校正組在空間上彼此分隔開3.839毫米的一大間隙。G1的所有鏡頭元件一起具有EFL1=13.50毫米，G2的所有鏡頭元件一起具有EFL2=11.85毫米。鏡頭204”的該TTL是18毫米。

第2I圖示出了具有基於鏡頭204”的一切割鏡頭204”-C編號為270的一鏡頭系統的實施例。如在第2G圖的描述，光損失以在坐標(X,Y)=(0,2.1毫米)處的光線穿透百分比給出：

- 無限遠：93.21%

- 1公尺(m)：92.99%

- 0.5公尺(m)：92.74%

- 20公分(cm)：92.01%

- 7.64公分(cm)：85.82%

通過將鏡頭204”的該大鏡頭元件切割成例如6毫米的一高度(在Y方向)可以獲得204”-C。高度H_Li>6毫米的鏡頭204”的鏡頭元件(即L₁、L₂、L₆、L₇及L₈)切割成6毫米。在其他實施例中，通過將該鏡頭204”的該大鏡頭元件切割成例如6.5毫米、5毫米或4毫米的一高度(在Y方向)可以實現一切割鏡頭。關於切割鏡頭的細節，參考第2A圖的描述。

現在注意到第2D圖至第2F圖，其示例性地本文公開的並編號為240的再一個光學鏡頭系統。鏡頭系統240包括具有一鏡頭204'''、光學元件206(可選)及影像感測器208'''。光線追踪如第2A圖至第2C圖所提供。在表13、表14、表15、表16及表17中給出了詳細的光學數據及表面數據。表17提供了有關鏡頭系統240的最大CRA的細節。符號及字段與表4相同。第2D圖至第2F圖示出了3個場，每個場有3條光線：上邊緣光線、下邊緣光線及主光線。

第2D圖示出了聚焦到無限遠的鏡頭系統240(“配置A”)，第2E圖示出了聚焦到100毫米的鏡頭系統240(“配置B”)，並且第2F圖示出了聚焦到50毫米的鏡頭系統240(“配置C”)。在表15中的表面0給出了聚焦的該物體-鏡頭距離。鏡頭系統240的聚焦範圍是從無限遠至50毫米，即該MIOD是50毫米。

鏡頭204'''分成兩組，可相對於彼此移動以進行聚焦。一第一鏡頭組(“G1”)包含鏡頭元件L₁及L₂，及一第二鏡頭組(“G2”)包含L₃、L₄、L₅及L₆。在G1與G2之間的該大間隙從聚焦到無限遠時的2.625毫米降低到聚焦到100毫米時的1.946毫米及聚焦到50毫米時的1.303毫米(見表15中的表面#5)。為了聚焦，鏡頭204'''也作為一個單元來移動，從而使得該BFL發生變化(參見表15中的表面#13)。

為了移動該些鏡頭，可以使用一致動器(例如VCM)。在該MIOD處，鏡頭系統240實現了-0.40的放大率，對應於約2.5：1的一物體-影像比率。該HFOV從聚焦到無限遠時的13.1度降低到聚焦到該MIOD時的9.3度。可以實現無限遠到50毫米之間的任何焦點位置(以及0到-0.4之間的任何放大率)。

對於該聚焦範圍內的任何物體，鏡頭系統240具有小於50微米的一MFC。G1的所有鏡頭元件一起具有EFL1=38.61毫米，G2的所有鏡頭元件一起具有EFL2=15.36毫米。鏡頭204'''的該TTL是15.8毫米。

第2J圖示出了具有基於鏡頭204'''的一切割鏡頭204'''-C編號為280的一鏡頭系統的實施例。如在第2G圖的描述，光損失以在坐標(X,Y)=(0,2.1毫米)處的光線穿透百分比給出：

- 無限遠：94.58%

- 10公分(cm)：91.53%

- 5公分(cm)：91.02%

通過將鏡頭204'''的該大鏡頭元件切割成6毫米的一高度(在Y方向)可以獲得切割鏡頭204'''-C，即高度H_Li>6毫米的鏡頭204'''的鏡頭元件(即L₁、L₂、L₅及L₆)被切割成6毫米。在其他實施例中，通過將該鏡頭204'''的該大鏡頭元件切割成例如6.5毫米、5毫米或4毫米的一高度(在Y方向)可以實現一切割鏡頭。

關於切割鏡頭的細節，參考第2A圖的描述。

表18表18分別顯示了G1及G2的所有鏡頭元件的EFL以及鏡頭系統實施例200、220、230、240及290的EFL1/EFL2比率的概覽。

第2K圖示意性地描繪了本文公開的並編號為290的另一個光學鏡頭系統。鏡頭系統290包括具有多個鏡頭元件的一鏡頭204''''、光學元件206(可選)及影像感測器208。光線追踪如第2A圖所提供。在表19、表20、表21及表22中給出了詳細的光學數據及表面數據。

鏡頭系統290的聚焦範圍是從無限遠至52毫米(MIOD=52毫米)。

為了使用鏡頭204''''來聚焦，所有鏡頭元件會一起移動。要將焦點從無限遠變化到52毫米，需要4.507毫米的鏡頭行程。在該MIOD處，鏡頭系統290實現了-0.29的放大率，對應於約3.4：1的一物體-影像比率。該HFOV從聚焦到無限遠時的9.57度降低到聚焦到該MIOD時的8.52度。可以實現無限遠到52毫米之間的任何焦點位置(以及0到-0.29之間的任何放大率)。對於該聚焦範圍內的任何物體，鏡頭系統290具有小於50微米的一MFC。

鏡頭204''''可以分為兩組，一第一聚焦組包括鏡頭元件L₁、L₂、L₃、L₄及L₅，及一第二CRA校正組包括L₆、L₇及L₈。聚焦組與該CRA校正組在空間上彼此分隔開3.974毫米的一大間隙。G1的所有鏡頭元件一起具有EFL1=14.1毫米，G2的所有鏡頭元件一起具有EFL2=12.3毫米。鏡頭204''''的該TTL是18.6毫米。

一些實施例可以包含基於鏡頭204''''的一切割鏡頭。通過將該鏡頭204''''的該大鏡頭元件切割成例如6.5毫米、5毫米或4毫米的一高度(在Y方向)可以實現該切割鏡頭。關於切割鏡頭的細節，參考第2A圖的描述。

根據一些示例，鏡頭元件的至少一部分可以具有非圓形的橫截面形狀(輪廓)(在平面X-Y中，其正交於該光學鏡頭系統並且通常與該光軸重合)。特別地，例如第7圖所示的承載鏡頭元件702的一鏡頭鏡筒700，至少一些鏡頭元件可以具有一寬度W_Li(沿X軸測量)，其大於它們的高度H_Li(沿Y軸測量)。鏡頭鏡筒700還包括一鏡筒壁(或周圍)704。該高度H_Li可以對應於該鏡頭元件(包括機械部分)的總高度。在一些實施例中，鏡頭鏡筒700中的一鏡頭元件可具有沿著軸Y和/或沿著軸X的對稱性。例如700的一非圓形鏡頭鏡筒可以根據例如鏡頭204-C的一鏡頭的該切割鏡頭來成形。如第7圖所示，一鏡頭鏡筒的高度可以僅略高於鏡頭中具有最大高度的鏡頭元件。例如，一鏡頭鏡筒可能比最高的鏡頭元件高0至0.5毫米。例如在共同擁有的國際專利申請PCT/IB2018/050988中描述了具有與最高鏡頭元件相同高度的一鏡頭鏡筒，該申請通過引用整體併入本文。

根據一些示例，W_Li基本上大於H_Li(例如，至少等於或大於20%，這些值不是限制性的)。在一些示例中，WLi可以比HLi大20至70%。以折疊式鏡頭204’的鏡頭元件L₈為例：W_L8比H_L8大32%。

應當理解，為了清楚起見，在單獨實施例的上下文中描述的當前公開的主題的某些特徵也可以在單個實施例中組合提供。相反，為了簡潔起見，在單個實施例的上下文中描述的當前公開的主題的各種特徵也可以單獨提供或以任何合適的子組合提供。

此外，為了清楚起見，術語“基本上”在本文中用於暗示值在可接受範圍內變化的可能性。根據一個示例，此處使用的術語“基本上”應該被解釋為暗示超過或低於任何指定值的高達10%的可能變化。根據另一個示例，此處使用的術語“基本上”應該被解釋為暗示可能超過或低於任何指定值5%的變化。根據進一步的示例，此處使用的術語“基本”應該被解釋為暗示超過或低於任何指定值的最多2.5%的可能變化。

除非另有說明，在供選擇的選項列表的最後兩個成員之間使用“和/或”表達表示選擇一個或多個所列選項是合適的並且可以進行。

應當理解，在請求項或說明書提及“一個”或“一”元件的情況下，這種提及不應被解釋為該元件僅有一個。

本說明書中提及的所有參考文獻均通過引用整體併入本說明書中，其程度與每個單獨的參考文獻被具體地和單獨地指示為通過引用併入本文的程度相同。此外，本申請中任何參考文獻的引用或標識不應被解釋為承認此類參考文獻可作為本公開的現有技術。