具有连续自适应缩放因子的相机和移动设备的制作方法

本文所公开的实施例(示例)总体上涉及数字相机，特别是涉及具有一折叠式连续缩放镜头的多孔径缩放数字相机，其用于手持电子移动装置，如智能手机。定义使用以下符号和缩写，所有术语都是本领域已知的：总轨道长度(total track length，ttl)：当系统聚焦到一无限远物距时，沿着平行于一镜头的光轴的一轴所测量的，在第一镜头元件l1的前表面s1的一点与一图像传感器之间的最大距离。后焦距(back focal length，bfl)：当系统聚焦到一无限远物距时，沿着平行于一镜头的光轴的一轴所测量的，在最后一个镜头元件ln的后表面s2n的一点与一图像传感器之间的最小距离。有效焦距(effective focal length，efl)：在一镜头(或镜头元件l1至ln的一组件)中，在所述镜头的一后主点p’与一后焦点f’之间的距离。光圈值(f-number,f/#)：efl与一入瞳直径(entrance pupil diameter)的比率。

背景技术：

1、多孔径相机(或“多相机”，其中以具有两个相机的“双相机”为例)正在成为手持电子移动装置(或简称为“移动装置”，例如智能手机、平板电脑等)的标准。一种多相机通常包括一个宽视场fov相机(带有fovw的“宽”相机或“w”相机)及至少一个带有较窄(比fovw)视场的附加相机(具有fovt的远摄(telephoto)或“长焦(tele)”或“t”相机，也称为“tc”)。通常，tc的空间分辨率是恒定的(或“固定的”)，并且可能比w相机的空间分辨率高3、5或10倍。这分别称为具有3、5或10的固定“缩放因子(zoom factor，zf)”。

2、例如，考虑具有w相机及zf为5的tc的一双相机。在放大场景时，通常可以使用w相机影像数据，该数据以数字方式放大到zf为5。对于zf≥5，可以使用tc影像数据，z对于f>5时，进行数字缩放。在一些场景中，需要高zf来捕捉具有高空间分辨率的场景片段。在其他场景中，不希望有高zf，因为可能只有(数字缩放的)w相机影像数据可用。这显示了一方面tc的适用范围(对于zf较小的tc更大)与另一方面tc的缩放能力(对于zf较大的tc更大)之间的权衡。一般来说，大的适用范围与大的缩放能力都是有益的。这在具有固定zf的已知tcs中无法实现。

3、对于包括在tc中的给定的图像传感器，tc的zf仅通过其efl来确定。例如，在共同拥有的国际专利申请第pct/ib2021/061078号中描述了可以在两个极端(最小与最大)efls之间(最小有效焦距eflmin与最大有效焦距eflmax)连续切换以提供最小及最大zfs之间(最小缩放因子zfmin及最大缩放因子zfmax)的任何zf的一种tc。

4、有一个可以连续地提供zfmin及zfmax之间的所有zfs的长焦相机是有需要且有益的，其中zfmax≥2x zfmin，并且对于给定的相机模块高度，采用纤薄的相机模块外形可以具有大孔径高度，并且通过在zfmin与zfmax之间切换仅需要相对较小的镜头行程范围。

技术实现思路

1、在各种示例中，提供了相机，其包括：一光路折叠元件(opfe)，用于将一第一光路op1折叠到一第二光路op2；一镜头，包括n个镜头元件，所述镜头划分成四个镜头组，所述四个镜头组沿着一镜头光轴排列并且从所述镜头的一物体侧到所述镜头的一图像侧依序标记为g1、g2、g3、g4；以及一图像传感器；所述相机是一折叠式长焦相机；任一所述镜头组中的所述镜头元件相对于彼此不移动；所述镜头组g1及所述镜头组g3相对于彼此不移动；所述镜头组g2及所述镜头组g4相对于彼此不移动；所述折叠式长焦相机配置成用以，通过相对于所述图像传感器一起移动所述镜头组g1及所述镜头组g3及通过相对于所述图像传感器一起移动所述镜头组g2及所述镜头组g4，在一最小缩放因子zfmin与一最大缩放因子zfmax之间连续地改变一缩放因子(zf)，所述最小缩放因子zfmin对应于一最小有效焦距eflmin，所述最大缩放因子zfmax对应于的一最大有效焦距eflmax；其中zfmax/zfmin≥2；其中从所述最小有效焦距eflmin切换到所述最大有效焦距eflmax或反之亦然需要一镜头行程范围s，并且一比率r>2，其中所述比率r是由r＝(eflmax–eflmin)/s所给出的。

2、在一些示例中，所述比率r>3。在一些示例中，所述比率r>5。

3、在一些示例中，zfmax/zfmin≥2.5。在一些示例中，zfmax/zfmin≥2.75。

4、在一些示例中，连续地改变所述缩放因子zf包括：在大于0.1毫米且小于5毫米的一小范围内相对于所述图像传感器一起移动所述镜头组g1及所述镜头组g3并且在大于2毫米且小于15毫米的一大范围内相对于所述图像传感器一起移动所述镜头组g2及所述镜头组g4。

5、在一些示例中，连续地改变所述缩放因子zf包括：在大于0.2毫米且小于2.5毫米的一小范围内相对于所述图像传感器一起移动所述镜头组g1及所述镜头组g3并且在大于4毫米且小于10毫米的一大范围内相对于所述图像传感器一起移动所述镜头组g2及所述镜头组g4。

6、在一些示例中，连续地改变所述缩放因子zf包括：在大于0.1毫米且小于5毫米的一小范围内相对于所述图像传感器一起移动所述镜头组g2及所述镜头组g4并且在大于2毫米且小于15毫米的一大范围内相对于所述图像传感器一起移动所述镜头组g1及所述镜头组g3。

7、在一些示例中，连续地改变所述缩放因子zf包括：在大于0.2毫米且小于2.5毫米的一小范围内相对于所述图像传感器一起移动所述镜头组g2及所述镜头组g4并且在大于4毫米且小于10毫米的一大范围内相对于所述图像传感器一起移动所述镜头组g1及所述镜头组g3。

8、在一些示例中，所述镜头组g1及所述镜头组g3包括在单一的一g13载体中，并且所述镜头组g2及所述镜头组g4包括在单一的一g24载体中。

9、在一些示例中，所述g24载体及所述g13载体两者都包括用于定义所述g13载体相对于所述g24载体的一位置的导轨。

10、在一些示例中，所述g13载体的最大行程范围是s13，所述g24载体的最大行程范围是s24，并且s24/s13>7.5。在一些示例中，s24/s13>12.5。

11、在一些示例中，所述g24载体及所述g13载体是可以分别通过一g24致动器及一g13致动器来移动的。在一些示例中，所述g24致动器及所述g13致动器中的一个包括三个或多个磁体。

12、在一些示例中，所述镜头包括n个镜头元件，其中n等于10。

13、在一些示例中，所述四个镜头组g1、g2、g3、g4的一放大率顺序是正-负-正-正。

14、在一些示例中，所述镜头组g1包括带有一正-负放大率顺序的两个镜头元件，所述镜头组g2包括带有一负-负放大率顺序的两个镜头元件，所述镜头组g3包括带有一正-正-正放大率顺序的三个镜头元件，并且所述镜头组g4包括带有一正-负-正放大率顺序的三个镜头元件。

15、在一些示例中，所述镜头组g1包括带有一放大率顺序为正-负的两个镜头元件，所述镜头组g2包括带有一负-正放大率顺序的两个镜头元件，所述镜头组g3包括带有一正-负-正放大率顺序的三个镜头元件，并且所述镜头组g4包括带有一正-负-正放大率顺序的三个镜头元件。

16、在一些示例中，所述镜头组g1包括带有一放大率顺序为负-正的两个镜头元件，所述镜头组g2包括带有一正-负-负放大率顺序的三个镜头元件，所述镜头组g3包括带有一正-负-负放大率顺序的三个镜头元件，并且所述镜头组g4包括带有一放大率顺序为负-正的两个镜头元件。

17、在一些示例中，所述相机具有一光圈值f/#，在所述最小缩放因子zfmin处的所述光圈值f/#为f/#min，在所述最大缩放因子zfmax处的所述光圈值f/#为f/#max，并且eflmax/eflmin>f/#max/f/#min。在一些示例中，eflmax/eflmin>f/#max/f/#min+0.5。

18、在一些示例中，所述镜头组g2的一efl数值|eflg2|与所述镜头组g3的一efl数值|eflg3|的变化小于10％，并且|eflg2|、|eflg3|<eflmin。

19、在一些示例中，所述镜头组g1及所述镜头组g2包括两个镜头元件，并且所述镜头组g3及所述镜头组g4包括三个镜头元件。

20、在一些示例中，所述镜头组g2的一厚度tg2与所述镜头组g1的一厚度tg1中的较大者为t(g1,g2)max，所述厚度tg2与所述厚度tg1中的较小者为t(g1,g2)min，并且t(g1,g2)min/t(g1,g2)max<0.8。在一些示例中，0.75<t(g1,g2)min/t(g1,g2)max<1.0。

21、在一些示例中，所述镜头组g4的一厚度tg4与所述镜头组g3的一厚度tg3的一比率满足0.9<tg4/tg3<1.1。

22、在一些示例中，所述镜头组g3的一厚度tg3与所述镜头组g4的一厚度tg4中的较大者为t(g3,g4)max，所述厚度tg3与所述厚度tg4中的较小者为t(g3,g4)min，并且t(g1,g2)max/t(g3,g4)min<0.5。在一些示例中，0.5<t(g3,g4)min/t(g3,g4)max<0.75。在一些示例中，0.9<t(g1,g2)max/t(g3,g4)min<1.1。

23、在一些示例中，所述镜头组g1及所述镜头组g4包括两个镜头元件，并且所述镜头组g2及所述镜头组g3包括三个镜头元件。

24、在一些示例中，所述相机包括一孔径光阑，并且所述孔径光阑位于所述镜头组g2的第一个镜头元件的一前表面。在一些示例中，所述孔径光阑位于所述镜头组g2的第二个镜头元件的一后表面。所述孔径光阑位于所述镜头组g3的第一个镜头元件的一前表面。

25、在一些示例中，所述镜头组g1的一efl(eflg1)与所述镜头组g4的一efl(eflg4)的变化小于50％，并且eflg1及eflg4两者与(eflmax+eflmin)/2的变化小于20％。在一些示例中，(eflg1与eflg4的变化小于50％，并且eflg1及eflg4两者与(eflmax+eflmin)/2的变化小于20％。在一些示例中，eflg4>10x eflmax。

26、在一些示例中，eflg1<0.15x eflg4，并且eflg1及eflg4两者与(eflmax+eflmin)/2的变化小于20％。在一些示例中，eflg4>10x eflmin。

27、在一些示例中，所述镜头组g1及所述镜头组g3各自具有至少两个镜头元件，并且所述镜头组g1及所述镜头组g3中的前两个镜头元件在所述镜头光轴上彼此分开小于0.75毫米。在一些示例中，所述镜头组g1及所述镜头组g3各自具有至少两个镜头元件，并且其中所述镜头组g1及所述镜头组g3中的前两个镜头元件在所述镜头光轴上彼此分开小于0.1xeflmin。

28、在一些示例中，所述镜头组g2及所述镜头组g4中的前两个镜头元件在每一个镜头元件的边缘处彼此分开小于0.1毫米。在一些示例中，所述镜头组g2及所述镜头组g4中的前两个镜头元件在每一个镜头元件的边缘处彼此分开小于0.01x eflmin。

29、在一些示例中，所述n个镜头元件包括一第一镜头元件l1、一第二镜头元件l2、一第八镜头元件l8及一第九镜头元件l9，并且所述第一镜头元件l1与所述第二镜头元件l2、所述第八镜头元件l8与所述第九镜头元件l9形成各自的双合镜头。

30、在一些示例中，所述镜头组g2及所述镜头组g4中的前两个镜头元件在每一个镜头元件的边缘处彼此分开小于0.1毫米。在一些示例中，所述镜头组g2及所述镜头组g4中的前两个镜头元件在每一个镜头元件的边缘处彼此分开小于0.01x eflmin。

31、在一些示例中，所述n个镜头元件包括一第一镜头元件l1、一第二镜头元件l2、一第三镜头元件l3、一第四镜头元件l4、一第六镜头元件l6、一第七镜头元件l7、一第八镜头元件l8及一第九镜头元件l9，所述第一镜头元件l1与所述第二镜头元件l2、所述第三镜头元件l3与所述第四镜头元件l4、所述第八镜头元件l8与所述第九镜头元件l9形成各自的双合镜头，并且所述第六镜头元件l6与所述第七镜头元件l7形成一倒双合镜头。

32、在一些示例中，移动的所述镜头组g1及所述镜头组g3之间的一最大距离小于0.1xeflmin。

33、在一些示例中，所述n个镜头元件包括一第一镜头元件l1、一第二镜头元件l2、一第三镜头元件l3、一第四镜头元件l4、一第七镜头元件l7及一第八镜头元件l8，所述第一镜头元件l1与所述第二镜头元件l2、所述第三镜头元件l3与所述第四镜头元件l4形成各自的倒双合镜头，并且所述第七镜头元件l7与所述第八镜头元件l8形成一双合镜头。

34、在一些示例中，对于所有所述缩放因子zf，沿着平行于所述镜头光轴的一轴所测量的所述光路折叠元件与第一个镜头元件的一前表面的距离之间的一差值标记为δd，并且当δd小于4毫米时，δd与一镜头厚度tlens的一比率满足δd/tlens<0.25。在一些示例中，对于δd<1毫米时，δd/tlens<0.05。

35、在一些示例中，所述相机具有在所述最小有效焦距eflmin处的一最小孔径直径damin及一最小光圈值f/#min，其中f/#min＝eflmin/damin，并且所述最小光圈值f/#min<4。在一些示例中，所述最小光圈值f/#min<3。在一些示例中，所述最小光圈值f/#min<2.5。

36、在一些示例中，所述相机具有在所述最大有效焦距eflmax的一最大孔径直径damax及一最大光圈值f/#max，其中f/#max＝eflmax/damax，并且4.4<f/#max<6。

37、在一些示例中，damin/damax>0.4。在一些示例中，damin/damax>0.5。在一些示例中，damin/damax>0.75。在一些示例中，在一些示例中，5毫米<damax<7毫米。

38、在一些示例中，f/#min＝eflmin/damin，f/#max＝eflmax/damax，并且f/#max/f/#min<1.3至3。

39、在一些示例中，所述镜头具有一最大总轨道长度ttlmax，并且ttlmax/eflmax<1.2。在一些示例中，ttlmax/eflmax<1.1。

40、在一些示例中，所述相机配置成用以通过将所述四个镜头组g1+g2+g3+g4作为一镜头一起移动来聚焦。

41、在一些示例中，所述相机包括在一相机模块中，所述相机模块具有一模块高度hm，所述镜头具有一镜头孔径高度ha，所述模块高度hm及所述镜头孔径高度ha两者都是沿着平行于所述第一光路op1的一轴所测量的，所述模块高度hm为5毫米至15毫米，所述镜头孔径高度ha为3毫米至10毫米，并且hm<ha+3毫米。在一些示例中，hm<ha+2毫米。

42、在一些示例中，所述光路折叠元件配置成用以为了光学影像稳定(ois)沿着两个旋转轴旋转，所述两个旋转轴为平行于所述第一光路op1的一第一旋转轴及垂直于所述第一光路op1及所述第二光路op2两者的一第二旋转轴。

43、在一些示例中，所述光路折叠元件是一棱镜。

44、在一些示例中，所述棱镜是一切割棱镜，所述切割棱镜具有沿着平行于所述第一光路op1的一轴所测量的一棱镜光学高度hp及具有沿着垂直于所述第一光路op1及所述第二光路op2两者的一轴所测量的一棱镜光学宽度wp，并且其中wp比hp大5％至30％。

45、在一些示例中，所述镜头是一切割镜头，所述切割镜头具有沿着平行于所述第一光路op1的一轴所测量的一切割镜头孔径高度ha及具有沿着垂直于所述第一光路op1及所述第二光路op2两者的一轴所测量的一镜头孔径宽度wa，并且其中ha比wa大5％至50％。

46、在一些示例中，eflmax在24毫米与30毫米之间。

47、在一些示例中，eflmin≥9毫米。

48、在一些示例中，所述折叠式长焦相机与一广角相机一起包括在一双相机中，所述广角相机具有比所述折叠式长焦相机更大的一视场。在一些示例中，提供了一种包括上述双相机的一种智能手机。

49、在一些示例中，提供了包括以上或以下所述的任何相机的一种智能手机。