折叠式相机模块的制作方法

本文公开的实施例总体上涉及数字相机，并且更具体地涉及具有折叠变焦镜头的双光圈变焦数字相机。

背景技术：

1、小型的多光圈(尤其是双光圈，也称为“双镜头”或“双重相机”)的数字相机是已知的。微型化技术允许将这种相机结合在诸如平板电脑和行动电话的小型便携式电子设备中(后者在下文中统称为“智慧型电话”)，它们在其中提供了诸如变焦的高级成像能力，例如参见共同拥有的pct专利申请pct/ib2015/056004号，其全部内容通过引用合并在此。这种相机及/或在此公开的相机是具有严格的高度限制的相机，通常小于1公分，越薄越好。

2、已知多种双光圈变焦相机，其中一个相机具有广视场(field of view，fov)(“广角相机(wide camera)”)，另一个相机具有窄fov(“望远相机(tele camera)”)。望远相机需要具有尽可能小的尺寸，以合适于相机所安装的装置的厚度(最好不从装置外壳突出)，同时合适于与常用的影像传感器一起使用。当使用具有一长的(“tele”)有效焦距(longeffective focal length,efl)的望远镜头来获得一相对较高的变焦效果时，此问题甚至更为关键。众所周知，应用于镜头的术语“efl”是指从后主平面(rear principal plane)到近轴焦平面(paraxial focal plane)的距离。后主平面是通过从无限远处追踪一轴上旁基底光线(on-axis parabasal ray)来计算的，并使用旁基底的影像空间边缘光线角度(para-basal's image space marginal ray angle)来确定。

3、包括直立式广角相机和折叠式望远相机的多种双光圈变焦相机揭露于例如共同拥有的美国专利第9,392,188号。广角相机是“直立式”相机，包括一广角影像传感器和一广角镜头模块，所述模块包括一具有广角镜头对称轴线的一广角定焦镜头组件(或简称为“镜头”)。折叠式望远相机机包括一望远影像传感器和一望远镜头模块，所述望远镜头模块包括一具有望远镜头对称轴线的一望远定焦镜头。双光圈变焦相机还包括一反射元件(也称为光路折叠元件(optical path folding element)或“opfe”)，所述反射元件将来自物体或场景沿着第一光路的光线折叠到朝向望远影像传感器的第二光路。第一和第二光路彼此垂直。广角镜头对称轴线沿(平行于)所述第一光路，望远镜头对称轴线沿第二光路。反射元件具有相对于广角镜对称轴线和望远镜头对称轴均倾斜45度的反射元件对称轴，并且可操作以在物体和望远影像传感器之间提供折叠的光路。

4、广角镜头具有一宽视场(fovw)，望远镜头具有比fovw窄的望远视场(fovt)。在一示例中，与广角相机相比，望远相机提供了x5缩放效果。

5、还已知具有多个镜头组件的小型折叠相机，所述镜头组件包括分为两组或更多组的多个镜头元件，其中一或多(“组”)镜头元件可相对于另一镜头元件或一组镜头元件移动。用于相对运动的多个致动器(多个马达)包括带螺钉的步进马达(step motors)或压电致动器(piezoelectric actuators)。但是这种相机的一普遍问题是它们的结构要求f值(f#)大于或等于3，并且f#随变焦倍数增加。它们的致动器慢且嘈杂(压电)或笨重(步进马达)，存在可靠性问题且价格昂贵。对于在这样的相机中获得的两个极限变焦状态，已知的光学设计也需要较大的镜头组件高度以用于一给定的f#。

6、“微距摄影”(macro-photography)模式正在成为智能手机相机的一个流行且与众不同的地方。“微距摄影”是指拍摄离相机非常近的物体，使记录在影像传感器上的图像与实际拍摄对象的大小几乎相同。例如，“微距摄影”可以指的是非常小的主体和生物体(如昆虫)的摄影，其中照片里的主体的尺寸大于生物的尺寸。微距摄影产生“微距图像”。

7、提供微距摄影功能的首批智能手机机型通过包括一台带有微距fov的专用微距摄像头，现已进入消费市场。然而，如果不需要额外的专用硬件，那么使用许多智能手机中已经存在的摄像机类型来提供微距摄影功能将是有益的。

技术实现思路

1、在一示例性实施例中，提供一种折叠式相机，包括：包括沿着一镜头光轴的一镜头元件组g1、一镜头元件组g2和一镜头元件组g3的一镜头、一影像传感器、一opfe、一致动器。所述致动器用于使所述镜头元件组g1和g3在平行于所述镜头光轴的方向上相对于所述影像传感器一起移动，以将所述镜头置于两个变焦状态，其中所述镜头元件组g1和g3彼此固定附接，其中所述镜头元件组g2浮动在两个光阑之间，其中所述镜头元件组g1和g3一起移动使得所述镜头元件组g2在一个变焦状态下附接到所述镜头元件组g1并且在另一变焦状态下附接到所述镜头元件组g3。

2、在一些实施例中，所述镜头元件组g1和g3之间的固定附接通过连接所述镜头元件组g1和g3的多个杆件实现，其中所述镜头元件组g2通过所述多个杆件引导且能够相对于所述多个杆件沿着平行于所述镜头轴的方向移动。所述镜头元件组g2是通过磁力附接到所述镜头元件组g1或g3。

3、在一些实施例中，所述镜头元件组g1和g3一起移动于大于2毫米且小于20毫米的一行程(stroke)上，其中所述镜头元件组g2在所述两个光阑之间的移动的行程小于所述镜头元件组g1和g3的行程的一半。

4、在一些实施例中，所述镜头具有一有效焦距efl，其中所述有效焦距efl从第一变焦状态下的一eflmin值转变为第二变焦状态下的一eflmax值，其中eflmax/eflmin>1.5。

5、在一些实施例中，所述致动器包括一形状记忆合金(shape memory alloy，sma)致动器，所述形状记忆合金致动器具有多个sma弹簧和多个机械弹簧。

6、在一些实施例中，所述多个sma弹簧包括四个弹簧，其中所述多个机械弹簧包括两个弹簧。

7、在一些实施例中，所述相机还包括用于聚焦所述镜头的一音圈马达(voice coilmotor，vcm)机构。在一些实施例中，所述镜头的聚焦是通过一起移动所述镜头元件组g1+g2+g3来进行。在一些实施例中，所述镜头被包括在一镜头和传感器模块中，所述镜头和传感器模块还包括具有一第一镜头元件组g2光阑和一第二镜头元件组g2光阑的一镜头元件组g2光阑机构，其中所述第一或第二镜头元件组g2光阑中的一个是可移除的，使得所述镜头元件组g1+g2+g3移动于不小于2毫米的一大行程上，以用于微距摄影。

8、在一些实施例中，所述致动器包括至少三个线圈，所述至少三个线圈耦合到多个相应的磁体及/或磁体极化(magnet polarization)。在一些实施例中，所述至少三个线圈相对于所述多个磁体的一位置是通过用于位置感测的至少一个霍尔棒传感器进行测量。在一些实施例中，所述至少三个线圈是通过各自的驱动电流所驱动以提供相对于所述多个磁体的移动，其中所述驱动电流取决于所述线圈相对于所述磁体的位置。

9、在一示例性实施例中，提供一种折叠式相机，包括：包括沿着一镜头光轴的一镜头元件组g1、一镜头元件组g2和一镜头元件组g3的一镜头、一影像传感器、一opfe、以及一vcm机构。所述vcm机构用于通过在平行于所述镜头光轴的方向上一起移动所述镜头元件组g1+g2+g3来聚焦所述镜头，且用于使所述镜头元件组g1和g3在平行于所述镜头光轴的方向上相对于所述影像传感器一起移动，以将所述镜头置于两个变焦状态而进行变焦，其中所述镜头元件组g1和g3彼此固定附接，其中所述镜头元件组g2浮动在两个光阑之间，其中所述镜头元件组g1和g3一起移动使得所述镜头元件组g2在一个变焦状态下附接到所述镜头元件组g1并且在另一变焦状态下附接到所述镜头元件组g3。

10、在一些实施例中，一折叠式相机还包括一第一镜头元件组g2光阑和一第二镜头元件组g2光阑，其中所述第一或第二镜头元件组g2光阑中的一个是可移除的，使得所述镜头元件组g1+g2+g3移动于不小于2毫米的一大行程上，以用于微距摄影。

11、在一示例性实施例中，提供一种双重相机，包括：一广角相机，包括一广角镜头和一广角影像传感器，所述广角镜头具有一广角有效焦距eflw；以及一折叠式望远相机，包括具有一第一光轴的一望远镜头、一望远影像传感器和一opfe，其中所述望远镜头从一物侧到一像侧包括一第一镜头元件组g1、一第二镜头元件组g2和一第三镜头元件组g3，其中至少两个所述镜头元件组可沿所述第一光轴相对于所述影像传感器移动，以将所述望远镜头置于一第一变焦状态和一第二变焦状态，其中所述望远镜头的一有效焦距从所述第一变焦状态下的一efltmin转变为所述第二变焦状态下的一efltmax，其中efltmin>1.5 x eflw，并且其中efltmax>1.5 x efltmin。

12、所述广角镜头具有一第二光轴，所述第二光轴垂直于所述第一光轴。

13、在一些实施例(未示出)中，上述的折叠式望远相机可由具有相同结构和特性的非折叠式(直立式)望远相机所代替，亦即，包括一望远镜头，其从一物侧到一像侧包括一第一镜头元件组g1、一第二镜头元件组g2和一第三镜头元件组g3，其中至少两个镜头元件组可沿所述第一光轴相对于所述影像传感器移动，以将所述望远镜头置于两个变焦状态，其中所述望远镜头的一有效焦距从所述第一变焦状态下的一efltmin转变为所述第二变焦状态下的一efltmax，其中efltmin>1.5 x eflw，efltmax>1.5 x efltmin。

14、在一示例性实施例中，所述望远相机被配置为通过在所述第一变焦状态下和所述第二变焦状态下使镜头元件组g1、g2和g3相对于彼此移位而进行对焦。

15、在一示例性实施例中，从所述物侧到所述像侧设置镜头元件组g1、g2和g3，其中所述第一镜头元件组g1具有一正屈光力(positive refractive power)、所述第二镜头元件组g2具有一正屈光力，并且所述第三镜头元件组g3具有一负屈光力(negative refractivepower)。

16、在一些示例性实施例中，所述至少两个可移动的镜头元件组包括所述镜头元件组g1和所述镜头元件组g3，其中所述镜头元件组g1和所述镜头元件组g3可相对于所述影像传感器和所述镜头元件组g2移动，并且其中所述镜头元件组g2相对于所述影像传感器是静止的。在一些实施例中，所述镜头元件组g3可相对于所述影像传感器、所述镜头元件组g1和所述镜头元件组g2移动，以进行对焦。在一些实施例中，所述多个镜头元件组g1可相对于所述影像传感器、所述镜头元件组g2和所述镜头元件组g3移动，以进行对焦。

17、在一示例性实施例中，在所述望远镜头中，朝向所述物侧的一第一镜头元件l1具有一净光圈值(clear aperture value，ca)(或简称为净光圈或通光孔径，clearaperture)，大于所有其他镜头元件的多个净光圈值。

18、在一示例性实施例中，所述望远镜头具有一总轨道长度(total track length，ttlt)，并且其中ttlt的一最大值为(ttltmax)，并满足以下条件：ttltmax<efltmax。

19、在一示例性实施例中，所述望远镜头具有一总轨道长度(ttlt)，并且其中ttlt的一最大值为(ttltmax)，并满足以下条件：ttltmax<0.9×efltmax。

20、在一示例性实施例中，所述望远镜头具有一望远镜头f数(f#t)，并且其中f#t的最小值(f#tmin)和f#t的最大值(f#tmax)满足以下条件：f#tmin<1.5 x f#tmax x efltmin/efltmax。

21、在一示例性实施例中，所述望远镜头具有一望远镜头f数(f#t)，并且其中f#t的最小值(f#tmin)和f#t的最大值(f#tmax)满足以下条件：f#tmin<1.8 x f#tmax x efltmin/efltmax。

22、在一示例性实施例中，所述望远镜头具有一望远镜头f数(f#t)，并且其中f#t的最小值(f#tmin)和f#t的最大值(f#tmax)满足以下条件：f#tmin<1.2 x f#tmax x efltmin/efltmax。

23、在一示例性实施例中，对于任何镜头元件组，从所述第一变焦状态到所述第二变焦状态的移动具有小于0.75x(efltmax-efltmin)的一行程(stroke)。

24、在一示例性实施例中，对于任何镜头元件组，从所述第一变焦状态到所述第二变焦状态的移动具有小于0.6x(efltmax-efltmin)的一行程。

25、在一示例性实施例中，所述第一镜头元件l1是一切口镜头元件。

26、在一些示例性实施例中，所述至少两个可移动镜头元件组包括多个镜头元件组g1、g2和g3，其中所述镜头元件组g1和所述镜头元件组g3可作为一单元，相对于所述影像传感器和所述镜头元件组g2在一给定范围r1,3内移动，并且其中所述镜头元件组g2可相对于所述影像传感器在小于r1,3的r2的一范围内移动。在一例性实施例中，所述多个镜头元件组g1、g2和g3可朝向所述像侧移动。在一些例性实施例中，所述多个镜头元件组g1、g2和g3可作为一单元，相对于所述影像传感器移动，以进行对焦。

27、在一示例性实施例中，efltmin＝15毫米，efltmax＝30毫米。

28、在一示例性实施例中，efltmin＝13毫米，efltmax＝26毫米。

29、在一些示例性实施例中，在所述两个变焦状态下，raf是所述镜头元件组g2聚焦在无限远和1米之间所需的一最大移动范围，并且其中raf<0.4x r2。在一些示例性实施例中，在所述两个变焦状态下，raf是所述镜头元件组g1和所述镜头元件组g3聚焦在无限远和2米之间所需的一最大移动范围，并且其中raf<0.4 x r1,3。

30、在一些示例性实施例中，用于所述镜头元件组g2的移动的致动是在闭环控制中执行。

31、在一些示例性实施例中，用于所述镜头元件组g1和所述镜头元件组g3的移动的致动在开环控制中执行。

32、在一些示例性实施例中，所述多个镜头元件组g1、g2和g3的移动是使用多个音圈马达(vcm)机构产生。

33、在一些示例性实施例中，所述多个镜头元件组g1、g2和g3的移动由产生一线性轨道的一球体引导机构沿着所述第一光轴所引导。在一些示例性实施例中，所述球体引导机构包括：一镜头元件组g2镜架上的至少一沟槽、一镜头元件组g1+g3镜架上的至少一沟槽以及多个球体，所述球体位于所述镜头元件组g2镜架和所述镜头元件组g1+g3镜架上的所述多个沟槽之间。

34、在一示例性实施例中，提供一种双重相机，包括：一广角相机，包括一广角镜头和一广角影像传感器，所述广角镜头具有一广角有效焦距eflw；以及一折叠式望远相机，包括具有一第一光轴的一望远镜头、一望远影像传感器和一opfe，其中所述望远镜头从一物侧到一像侧包括一第一镜头元件组g1、一第二镜头元件组g2和一第三镜头元件组g3，其中所述镜头元件组g1和所述镜头元件组g3可作为一单元，相对于所述影像传感器和所述镜头元件组g2在一给定范围r1,3内移动，其中所述镜头元件组g2可相对于所述影像传感器沿着所述第一光轴在小于r1,3的一r2范围中移动，其中所述多个镜头元件组g1、g2和g3的组合运动使所述望远镜头进入两个变焦状态，其中所述望远镜头的一efl从一变焦状态下的一efltmin值转变为另一变焦状态下的一efltmax值，其中efltmin>eflw，并且其中efltmax>1.5 xefltmin。

35、在一示例性实施例中，提供一种折叠式相机，包括：具有一第一光轴的一望远镜头、一望远影像传感器和一opfe，其中所述望远镜头从一物侧到一像侧包括一第一镜头元件组g1、一第二镜头元件组g2和一第三镜头元件组g3，其中所述镜头元件组g1和所述镜头元件组g3可作为一单元，在一给定范围r1,3内相对于所述影像传感器和所述镜头元件组g2移动，其中所述镜头元件组g2可相对于所述影像传感器沿着所述第一光轴在小于r1,3的一r2范围中移动，其中所述多个镜头元件组g1、g2和g3的组合运动使所述望远镜头进入两个变焦状态，其中所述望远镜头的一efl从一变焦状态下的一efltmin转变为另一变焦状态下的一efltmax，并且其中efltmax>1.5 x efltmin。

36、在一示例性实施例中，提供一种三重相机，包括：一广角相机，包括一广角镜头和一广角影像传感器，所述广角镜头具有一广角有效焦距eflw；一超广角相机，包括一超广角镜头和一超广角影像传感器，所述超广角镜头具有一超广角有效焦距efluw；以及一折叠式望远相机，包括具有一第一光轴的一望远镜头、一望远影像传感器和一opfe，其中所述望远镜头从一物侧到一像侧包括一第一镜头元件组g1、一第二镜头元件组g2和一第三镜头元件组g3，其中至少两个所述镜头元件组可沿所述第一光轴相对于所述影像传感器移动，以将所述望远镜头置于两个变焦状态，所述两个变焦状态为一第一变焦状态和一第二变焦状态，其中所述望远镜头的一efl从所述第一变焦状态下的一efltmin转变为所述第二变焦状态下的一efltmax，其中efltmin>2xefluw，其中efltmin>1.5 x eflw并且其中efltmax>1.5 xefltmin。

37、在一示例性实施例中，提供一种双重相机，包括：一广角相机模块(或简称“广角相机”)；以及一望远相机模块(或简称“望远相机”)，包括：一镜头模块、一镜头致动器，用于在一第一变焦状态和一第二变焦状态之间移动所述镜头模块；以及一存储器，用于储存第一校准数据和第二校准数据；其中所述第一校准数据可以包括在所述第一变焦状态下所述广角相机模块和所述望远相机模块之间的校准数据，并且其中所述第二校准数据可以包括在所述第二变焦状态下的所述广角相机模块和所述望远相机模块之间的校准数据。

38、在各种示例性实施例中，提供一种系统，包括：一应用处理器(ap)；一广角相机模块，用于提供第一影像数据；一望远相机模块，用于提供第二影像数据，所述望远相机模块包括一镜头模块和一镜头致动器，用于使所述镜头模块在一第一变焦状态和一第二变焦状态之间移动；以及一存储器，用于储存第一校准数据和第二校准数据，其中所述第一校准数据可以包括在一第一变焦状态下所述广角相机模块和所述望远相机模块之间的校准数据，并且其中所述第二校准数据可以包括在一第二变焦状态下所述广角相机模块和所述望远相机模块之间的校准数据，并且其中通过处理一第一影像数据和一第二影像数据，以及通过在所述望远相机模块处于所述第一变焦状态时使用所述第一校准数据以及在所述望远相机模块处于所述第二变焦状态时使用所述第二校准数据，所述ap被配置用以生成第三影像数据状态。

39、在所述系统的一实施例中，所述第一校准数据被储存在所述第一相机模块中，并且其中所述第二校准数据被储存在所述第二相机模块中。

40、在所述系统的一实施例中，所述第一校准数据和所述第二校准数据仅被储存在所述望远相机模块中。

41、在所述系统的一实施例中，所述第一校准数据和所述第二校准数据仅被储存在所述广角相机模块中。

42、在所述系统的一实施例中，所述第一校准数据和所述第二校准数据被储存在不位于所述广角相机模块或所述望远相机模块上的一存储器中。

43、在所述系统的一实施例中，所述第一校准数据的一第一部分和所述第二校准数据的一第一部分被储存在位于所述广角相机模块或所述望远相机模块中的一存储器上，并且其中所述第一校准数据的一第二部分和所述第二校准数据的一第二部分储存在不位于所述广角相机模块或所述望远相机模块中的一存储器中。