变焦透镜和成像装置的制作方法

变焦透镜和成像装置


背景技术：

1.本技术要求2020年8月12日提交的标题为“zoom lens and imaging apparatus”的美国临时申请序列号63/064730的优先权权益，该美国临时申请全文据此以引用方式并入本文。
技术领域
2.本公开整体涉及相机系统，并且更具体地，涉及小外形相机和透镜系统中的放大率。
3.相关技术描述
4.小型多用途移动设备诸如智能电话和平板电脑或平板设备的出现导致需要轻量级、紧凑且能够以低光圈数捕获高分辨率高质量图像以用于集成在设备中的高分辨率小外形相机。然而，由于常规相机技术的局限性，在此类设备中使用的常规小型相机趋于以比利用较大的较高品质相机可实现的较低的分辨率和/或较低的图像质量来捕获图像。使用小封装尺寸的相机实现较高的分辨率通常需要使用具有小像素尺寸的光电传感器和较好的紧凑型成像透镜系统。技术进步已实现了光电传感器的像素尺寸的减小。然而，随着光电传感器变得更加紧凑和强大，对具有改善的成像质量性能的紧凑型成像透镜系统的需求已增加。此外，越来越期望小外形相机配备更高的像素计数和/或更大的像素尺寸图像传感器(其中的一者或两者可能需要较大的图像传感器)、以及诸如可变图像放大率的特征，同时仍然保持足够紧凑以装配到便携式电子设备中的模块高度。因此，来自光学系统设计方面的挑战是在由小外形相机施加的物理约束下提供具有可变放大率能力的能够捕获高亮度高分辨率图像的成像透镜系统。
附图说明
5.图1示出了根据各种实施方案的包括具有多个透镜组的折叠透镜系统的相机，其中一些透镜组可沿光轴移动到各个位置。
6.图2示出了根据各种实施方案的包括光折叠元件和多个透镜组的透镜系统。
7.图3a、图3b、图3c示出了根据一些实施方案的产生各种放大率的折叠透镜系统。
8.图4是根据一些实施方案的聚焦对象的图像或改变对象的图像的放大率的方法的流程图，该图像由透镜系统产生。
9.图5是根据一些实施方案的包括采用如本文所述的透镜系统的相机的设备的图示。
10.图6示出了根据一些实施方案的包括采用如本文所述的透镜系统的相机的示例性计算机系统。
11.本说明书包括参考“一个实施方案”或“实施方案”。出现短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”并不一定是指同一个实施方案。特定特征、结构或特性可以与本公开一致的任何合适的方式被组合。
[0012]“包括”，该术语是开放式的。如在所附权利要求书中所使用的，该术语不排除附加结构或步骤。考虑引用以下的权利要求：“一种装置，包括一个或多个处理器单元...”此类权利要求不排除该装置包括附加部件(例如，网络接口单元、图形电路等)。
[0013]“被配置为”，各种单元、电路或其他部件可被描述为或叙述为“被配置为”执行一项或多项任务。在此类上下文中，“被配置为”用于通过指示单元/电路/部件包括在操作期间执行这一项或多项任务的结构(例如，电路)来暗指该结构。如此，单元/电路/部件可被称为被配置为执行该任务，即使在指定的单元/电路/部件当前不可操作(例如，未被供电)时也如此。与“被配置为”语言一起使用的单元/电路/部件包括硬件——例如电路、存储可执行以实现操作的程序指令的存储器等。表述单元/电路/部件“被配置为”执行一项或多项任务明确地旨在针对该单元/电路/部件不援引35 u.s.c.
§
112(f)。此外，“被配置为”可包括由软件和/或固件(例如，现场可编程门阵列(fpga)或执行软件的通用处理器)操纵以能够执行待解决的一项或多项任务的方式操作的通用结构(例如，通用电路)。“被配置为”还可包括调整制造过程(例如，半导体制作设施)，以制造适用于实现或执行一项或多项任务的设备(例如，集成电路)。
[0014]“第一”“第二”等。如本文所用，这些术语充当它们所在之前的名词的标签，并且不暗指任何类型的排序(例如，空间的、时间的、逻辑的等)。例如，缓冲电路在本文中可被描述为执行“第一”值和“第二”值的写入操作。术语“第一”和“第二”未必暗指第一值必须在第二值之前被写入。
[0015]“基于”。如本文所用，该术语用于描述影响确定的一个或多个因素。该术语不排除影响确定的附加因素。即，确定可仅基于这些因素或至少部分地基于这些因素。考虑短语“基于b来确定a”。在这种情况下，b为影响a的确定的因素，此类短语不排除a的确定也可基于c。在其他实例中，可仅基于b来确定a。
具体实施方式
[0016]
本文描述了折叠透镜系统的实施方案，该折叠透镜系统例如可用于诸如智能电话和平板电脑或平板设备的多用途移动设备中的小外形相机。折叠透镜系统可包括一个或多个棱镜和/或反射镜，以及多个透镜组的透镜叠堆，每个透镜组包括一个或多个折射透镜元件，使得透镜组中的不同透镜组沿光轴的位置可改变，使得能够改变图像的放大率，并且使得能够实现“缩放”特征，例如对象的图像在放大率的两个端点之间的连续放大率。放大率可被定义为对象高度/图像高度的比率。焦距可被定义为从透镜(例如，透镜的中心)到进入的平行光沿透镜的光轴聚焦的焦点的距离。
[0017]
长焦透镜(或长焦透镜系统)是具有窄视场的透镜。实施方案可使得缩放特征能够允许35mm等效焦距(efl)在大约78毫米(mm)和130mm之间的可变焦距。在各种实施方案中，透镜系统总是作为长焦透镜操作。例如，在实施方案中，透镜系统的最短35mm等效焦距为78mm。焦距在一些实施方案中可连续变化，或者可离散阶跃变化。可基于用户输入来确定执行缩放时的初始35mm等效焦距和/或最终35mm等效焦距。35mm等效焦距可由如下公式定义：
[0018]f35mm
＝f
eff
×
43.266/ic[0019]
其中“f
35mm”是35mm等效焦距，“f
eff”是透镜系统的有效焦距，并且“i
c”是透镜系统的像圈直径。
[0020]
在实施方案中，透镜系统包括至少三个可移动透镜组，并且可允许通过折叠透镜系统中三个(或更多个)透镜组沿光轴的移动来实现可变35mm等效焦距，这三个(或更多个)透镜组的移动在透镜系统的其他透镜组沿光轴保持固定在其相应位置时发生。响应于从系统的控制器接收到相应信号，可移动透镜组可被致动器移动。控制器可响应于从例如用户(诸如包括透镜系统作为相机的一部分的便携式设备的用户)接收的命令而将该信号发送给致动器。
[0021]
现在将详细地参考实施方案，这些实施方案的示例在附图中示出。在下面的详细描述中，给出了许多具体细节，以便提供对本公开的彻底理解。但是，对本领域的普通技术人员将显而易见的是，一些实施方案可在没有这些具体细节的情况下被实施。在其他情况下，没有详细地描述众所周知的方法、过程、部件、电路和网络，从而不会不必要地使实施方案的各个方面晦涩难懂。
[0022]
图1示出了根据一些实施方案的相机100。该相机包括透镜系统102、图像传感器116和控制器118。如图1所示，透镜系统102包括多个透镜组112(112x、112a、112y、112b、112c、...112n)。从对象103发射或反射的光作为入射光104进入系统100，其被反射到光轴114上，被多个透镜组114折射，并且被图像传感器116接收，在图像传感器116上可形成图像。在实施方案中，不存在折射元件例如透镜位于对象103和光折叠元件106之间。
[0023]
透镜组112中的每个透镜组包括可由例如玻璃、塑性材料或另一材料制成的一个或多个透镜，该另一材料被配置为接收光并将所接收的光折射到光轴诸如光轴114上。透镜组112x包括光折叠元件106和透镜108。如图1所示，光折叠元件是棱柱形元件，其被配置为将从对象103接收的入射光104反射到光轴114上。在一个实施方案中，透镜108具有正屈光度。在一些实施方案中，反射镜可代替棱镜106用作光折叠元件。当例如响应于来自用户的请求发生35mm等效焦距的改变时，透镜组112x通常保持在光轴上的固定位置。在实施方案中，存在不超过一个透镜(例如，透镜108)位于光折叠元件和第一可移动透镜组108a之间。
[0024]
在实施方案中，透镜组112中的至少三者能沿光轴114移动。如图1所示，透镜组112a、112b和112c能沿光轴114在任一方向上移动。在其他实施方案中，透镜组112中的不止三者可以能沿光轴114在任一方向上移动。
[0025]
控制器118包括电路(例如，处理器、存储器、输入/输出电路等)，该电路被配置为响应于请求，向多个致动器110中的每一者发送信号，每个致动器被配置为沿光轴114移动该致动器所耦接到的对应透镜组。如图1所示，透镜组112a、112b、112c中的每一者耦接到相应的致动器110a、110b、110c。在其他实施方案中，多于三个透镜组可耦接到相应的致动器(未示出)，并且可响应于从控制器118接收的相应信号而被相应的耦接的致动器沿光轴114移动。
[0026]
在相机100的35mm等效焦距的变化期间，透镜组中的一些(例如，112x、112y)可保持固定在其在光轴上的位置处。透镜组中的其他透镜组，包括可移动透镜组，例如112a、112b、112c，可在相机100的35mm等效焦距的变化期间改变其沿光轴114的相应位置，可移动透镜组响应于从控制器接收到对应信号而被相应致动器(例如110a、110b、110c)移动。信号可由控制器响应于改变相机100的35mm等效焦距的请求而生成，例如，将35mm等效焦距从起始35mm等效焦距增大到结束35mm等效焦距的“放大”请求。
[0027]
在实施方案中，放大请求可导致从78mm的35mm等效焦距改变到最多130mm。在其他
实施方案中，起始35mm等效焦距可大于78mm。在一些实施方案中，结束35mm等效焦距可小于130mm。焦距的改变量可在所接收的放大请求中指示。响应于所接收的放大请求，控制器118可向致动器110a、110b、110c发送对应信号，并且致动器110中的每一者可沿光轴114在对应方向上将对应的透镜组112移动对应的量。在放大操作期间，可移动透镜组中的一些可沿光轴114朝向图像传感器116移动，而可移动透镜组中的其他可移动透镜组可沿光轴114在相反方向上(远离图像传感器116)移动。
[0028]
相反地，可接收请求以从起始焦距“缩小”到比起始焦距小的结束焦距。例如，透镜系统102可被配置为产生130mm的35mm等效焦距，并且缩小请求可指定结束35mm等效焦距将为78mm的35mm等效焦距。在接收到缩小请求的指示时，控制器118可向相应致动器110发出信号以移动对应的可移动透镜组，每个可移动透镜组在与产生35mm等效焦距的“缩小”增大的相应移动方向相反的方向上移动。
[0029]
图2示出了根据一些实施方案的提供位于透镜系统200的视场内的对象的图像的可变放大率的透镜系统200。如图2所示，透镜系统200包括六个透镜组：第一透镜组202、第二透镜组204、第三透镜组206、第四透镜组208、第五透镜组210、第六透镜组212。所描绘的实施方案中还包括孔214、红外滤光器216(可选的)和图像传感器218。图像传感器218被配置为接收已由透镜系统200在透镜系统200的图像侧投影的光。
[0030]
在一个实施方案中，透镜组中的至少三者可沿光轴224移动(例如，重新定位)。在一个实施方案中，第二透镜组204、第四透镜组208和第五透镜组210可沿光轴224定位，包括从相应的初始位置重新定位，以增大或减小投影到图像传感器218上的图像的量值。在一个实施方案中，总共有六个透镜组，并且这六个透镜组中的三个透镜组沿光轴224位置固定，并且这六个透镜组中的三个透镜组能沿光轴224移动，例如用于缩放功能。
[0031]
在一个实施方案中，第一透镜组202具有正屈光度，并且包括棱镜230和具有正屈光度的透镜232。棱镜230可沿输入轴222接收从对象发射或反射的光，并且反射所接收的光，以沿光轴224重新导向所接收的光，光轴224在取向上不同于输入轴222。在其他实施方案中，可使用反射表面诸如反射镜来代替棱镜，以将从对象接收的光的方向从输入轴222改变到光轴224。在实施方案中，透镜系统200不具有透镜或折射元件位于透镜系统200的对象侧和棱镜230(或反射表面，诸如反射镜)之间。即，在棱镜230与从其发射(或反射)在棱镜230处进入透镜系统200的光的对象之间不存在折射元件(例如，透镜)。换句话讲，不存在折射元件(例如，透镜)位于反射元件(例如，棱镜230)的对象侧处，与反射元件的对象侧接触或沿输入轴222朝向对象侧定位。
[0032]
在一个实施方案中，第二透镜组204具有负屈光度并且包括具有负屈光度的透镜和具有正屈光度的透镜。在一个实施方案中，第二透镜组204可沿光轴224作为组(例如，第二透镜组204的透镜相对于彼此保持固定)定位。第二透镜组204的位置可随透镜组中其他透镜组的移动而变化，以实现不同的35mm等效焦距。在一些实施方案中，第二透镜组204具有不超过两个透镜，并且当沿光轴224移动时，透镜作为一个单元移动，例如，保持在一起，作为单个单元沿光轴224移动。
[0033]
在实施方案中，第三透镜组206具有正屈光度并且包括具有正屈光度的透镜。在一个实施方案中，在透镜系统200的任何35mm等效焦距变化期间，第三透镜组206沿光轴224保持在固定位置。此类35mm等效焦距变化通过透镜组中其他透镜组沿光轴224的相对位置的
变化来实现。在一些实施方案中，第三透镜组206仅具有单个透镜(例如，第三透镜组206仅具有一个透镜)。
[0034]
在一个实施方案中，孔214位于光轴224上，与第三透镜组206相邻，位于第三透镜组206的比第三透镜组206的另一侧更靠近图像传感器218的一侧，透镜组206的另一侧更靠近第二透镜组204)。
[0035]
在一个实施方案中，第四透镜组208具有正屈光度并且包括具有正屈光度的至少一个透镜。在图2所示的实施方案中，第四透镜组208包括两个透镜226和228，其中至少一个透镜(例如，透镜226)具有正屈光度。在一个实施方案中，第四透镜组208仅具有两个透镜(例如，透镜226和228)。即，在一个实施方案中，第四透镜组208具有两个不同的透镜，并且第四透镜组208具有正屈光度。在一个实施方案中，第四透镜组208可沿光轴224作为一组(例如，第四透镜组208的透镜相对于彼此保持固定位置)定位，并且第四透镜组208的位置可随着透镜组中其他透镜组的重新定位而变化，以在图像传感器218处实现不同的35mm等效焦距。
[0036]
在一个实施方案中，第五透镜组210具有负屈光度并且包括具有负屈光度的至少一个透镜。在一个实施方案中，第五透镜组210仅具有一个透镜。在一个实施方案中，第五透镜组210沿光轴224的位置可随着透镜组中的其他透镜组的重新定位而变化，以在图像传感器218处实现透镜系统200在对象侧处从其接收入射光的对象的不同放大率以及不同的35mm等效焦距。
[0037]
在实施方案中，第六透镜组212具有正屈光度并且包括具有正屈光度的至少一个透镜。在一个实施方案中，第六透镜组212仅具有一个透镜。在一个实施方案中，第六透镜组206被配置为在任何35mm等效焦距变化期间沿光轴224保持在固定位置。
[0038]
在操作中，透镜系统200被配置为提供可选择的多个放大率和35mm等效焦距，这可通过改变透镜组202、204、206、208、210和212中的三者或更多者沿光轴224的相对位置来实现。例如，在一个实施方案中，为了从初始放大率和初始35mm等效焦距实现其相关联的(发射或反射的)光沿输入轴222进入透镜系统200的对象的图像的放大率的增大以及35mm等效焦距的增大，第二透镜组204可朝向图像传感器218移位，第四透镜组208可远离图像传感器218移位，并且第五透镜组210可远离图像传感器218移位。
[0039]
在实施方案中，透镜系统200包含三个可移动透镜组和三个固定透镜组，并且通过在这三个固定透镜组中的每个固定透镜组沿光轴224在其相应位置保持静止时沿公共光轴224移动这三个可移动透镜组中的每一个可移动透镜组的位置来实现缩放。
[0040]
在实施方案中，透镜系统200的光圈数(例如，系统的焦距与进光孔的直径的比率)(标记为“f/(数)”)具有介于f/2.3和f/3.0之间的值。在实施方案中，在透镜系统200的各个透镜的任何长焦放大率设置中，透镜系统200具有始终小于或等于2.9的光圈数，例如，光圈数始终《f/3.0。在某些实施方案中，在透镜系统200被配置为具有78mm的35mm等效焦距的情况下，透镜系统200具有对应的光圈数f/2.3。在某些实施方案中，在透镜系统200被配置为具有130mm的35mm等效焦距的情况下，透镜系统200具有对应的光圈数f/2.9。在实施方案中，在透镜系统200被配置为具有在35mm等效焦距中在78mm和130mm之间的35mm等效焦距的情况下，透镜系统200具有在f/2.3和f/2.9之间的对应光圈数。在一些实施方案中，对于透镜系统的任何35mm等效焦距配置，光圈数始终f《3.0。
[0041]
在各种实施方案中，透镜系统200中的透镜可包括玻璃、或各种光学级塑料中的任一种、或对期望投影的波长的光基本上透明的一种或多种其他材料。
[0042]
在实施方案中，透镜系统200具有总共不超过8个透镜。在实施方案中，透镜系统200还包括仅一个光折叠元件。在实施方案中，透镜系统200具有仅8个折射元件。在一些实施方案中，透镜系统200具有仅8个折射元件(例如，光学透镜)和仅一个光折叠元件。
[0043]
在各种实施方案中，第四透镜组208包括具有值大于60的色散系数(d)的正屈光度透镜226。透镜的色散系数与透镜的色差相关。在各种实施方案中，施加条件d》60可有助于减小导向到图像传感器218的图像的色差。
[0044]
例如，在图2所示的实施方案中，第四透镜组208包括具有正屈光度的透镜形透镜226和可具有例如负屈光度的透镜228。在实施方案中，(正透镜)226具有相关联的色散系数d》60，这可改善透镜系统200在利用类似于透镜系统200的透镜系统的相机的缩放功能的35mm等效焦距的整个范围上改变35mm等效焦距的程度上的图像性能。
[0045]
在实施方案中，具有焦距b的第二透镜组204满足在透镜系统200的最大焦距处与透镜系统200的焦距c的以下关系：-0.6《b/c《-0.1。可出于若干原因选择该范围的焦距比b/c：(1)可施加条件b/c《-0.6以避免透镜系统的厚度增加(例如，以补偿第2透镜组204的不充分的透镜光焦度)；(2)条件b/c《-0.1可防止由于第二透镜组204大的透镜光焦度引起的不可接受的大的透镜像差，该透镜像差可导致从透镜系统200输出的图像劣化。
[0046]
在实施方案中，棱镜元件230的折射率a满足以下关系：a》1.7。满足该条件可有助于减小透镜系统的总体z尺寸250(高度)。在实施方案中，z尺寸250小于或等于6.0mm。
[0047]
在实施方案中，根据图2所描绘的布置的透镜系统可允许缩放功能将图像的35mm等效焦距改变为介于78mm和130mm之间的35mm等效焦距。
[0048]
在类似于图2所示实施方案的实施方案中，可通过同时调节第二透镜组、第四透镜组和第五透镜组的相应位置来改变35mm等效焦距。在各种实施方案中，可使用例如步进电机、压电致动器、音圈电机(vcm)致动器或另一类型的运动致动器来改变35mm等效焦距。焦距可从第一35mm等效焦距连续(缩放)改变为第二35mm等效焦距，例如从78mm至130mm或从130mm至78mm。增大35mm等效焦距可被称为“放大”，而减小35mm等效焦距可被称为“缩小”。
[0049]
在实施方案中，等效焦距可根据用户指定的增量递增地改变，例如从78mm开始以13mm增量到91mm、到104mm、到117mm到130mm，其中用户确定何时增大35mm等效焦距，或在指定时间段之后35mm等效焦距的增量变化的用户选择，例如，每15秒增加13mm(或在可例如由用户指定的另一时间段之后)。相反，35mm等效焦距可从第二35mm等效焦距(连续地或以离散阶跃)改变到第一35mm等效焦距，例如，从130mm开始并将35mm等效焦距减小到78mm。
[0050]
图3a、图3b、图3c描绘了处于各种配置的图2的透镜系统。对于图3a、图3b和图3c中的每一者，透镜组中的各个透镜组沿光轴324定位在相应位置，以实现透镜系统的目标35mm等效焦距(和相关联的放大率)。即，图3a、图3b和图3c中的每一者反映用于对应的35mm等效焦距的透镜组的相应配置。图3a、图3b和图3c指示六个透镜组的相对位置，并且不旨在表示透镜组之间的实际距离；即，图3a、图3b、图3c不是相对于对象的预期35mm等效焦距按比例绘制。
[0051]
转到图3a，透镜系统300的部件沿光轴324按从左到右的顺序定位：第一透镜组302、第二透镜组304、第三透镜组306、第四透镜组308、第五透镜组310、第六透镜组312。图
3a中还示出了(任选的)红外滤光器316和图像传感器318。透镜系统300在图像传感器318上投影发射和/或反射由第一透镜组302的光折叠元件(例如，棱镜)接收的入射光301的对象(未示出)的图像。入射光301被光折叠元件折叠到光轴324上，并且作为图像投影到图像传感器318上。透镜系统300可被配置为提供一系列35mm等效焦距。例如，透镜系统300可以能被配置为提供在大约78mm和大约130mm之间的35mm等效焦距范围，对应于从其接收光301的对象的图像尺寸的变化。例如，为了改变35mm等效焦距和由透镜系统300形成到图像传感器318上的图像的对应放大率，透镜组304、308和310可沿光轴324移动，每个透镜组移动相应的量并且每个透镜组沿光轴在相应的方向上移动。另外，可通过改变(例如，沿光轴324“微调”)透镜组310沿光轴324的位置来在图像传感器318上聚焦图像。在一些实施方案中，在改变35mm等效焦距和图像的对应放大率之后，通过改变透镜组310沿光轴324的位置而所有其他透镜组保持在其沿光轴324的相应位置来实现图像的聚焦。在透镜系统300的35mm等效焦距的变化期间，透镜组302、306和312沿光轴324保持固定在其相应位置。
[0052]
图3a示出了初始放大率下所述多个透镜组的相对位置。图3b示出了从图3a重新配置以便提供比图3a的配置更大的35mm等效焦距(和对应的更大放大率)的透镜系统300。图3b中的三个透镜组(304、308、310)在位置上相对于其在图3a中的位置偏移，这导致更大的35mm等效焦距，以及在图像传感器处产生的图像的对应更高放大率。第一透镜组302保持在与图3a中相同的位置。第二透镜组304朝向图像传感器318平移，例如，远离第一透镜组302并朝向透镜组306平移。第三透镜组306相对于图像传感器318且相对于第一透镜组302保持静止；即，在图3b中，第三透镜组306相对于其在图3a中的位置不移动。第四透镜组308远离图像传感器318朝向第三透镜组306并且朝向第一透镜组302移动。第五透镜组310远离图像传感器318朝第三透镜组306平移。第六透镜组312与其在图3a中的位置相比在位置上保持固定，并且相对于第三透镜组306静止。在改变透镜组304、308和310的位置之后，可通过对第五透镜组310沿光轴324的位置进行细微调节(“微调”)、同时透镜组304、308中的每个透镜组保持在图3b所示的其重新定位的位置来实现对导向到图像传感器318的图像的附加聚焦。
[0053]
因此，35mm等效焦距(和对应的放大率)的增大可通过以下方式实现：沿光轴324在朝向图像传感器318且远离第一透镜组302的方向上(相对于图3a所示的其对应位置)移动第二透镜组304；沿光轴324在远离图像传感器318的方向上移动第四透镜组308；以及沿光轴324在远离图像传感器318的方向上移动第五透镜组310，同时第一透镜组302、第三透镜组306和第六透镜组312保持固定在其对应的位置。在沿光轴324在远离图像传感器318的方向上移动透镜组310之后，可通过对第五透镜组310沿光轴324的位置进行微小改变、同时已移动的其他透镜组中的每一者(例如304、308)保持在其重新定位的位置来实现图像传感器318处图像的焦点的聚焦(例如，微调、锐化)，所述重新定位的位置相对于图3a所示的其相应位置重新定位。在实施方案中，为了在已经实现改变放大率之后对投影到图像传感器318上的图像聚焦，仅第五透镜组310在其沿光轴324的位置改变，而其他透镜组302、304、306、308、312中的每个透镜组保持在其沿光轴324的位置。即，在实现期望的35mm等效焦距和对应的放大率变化之后，仅透镜组310在其沿光轴324的位置变化，而其他可移动透镜组304和308在投影到图像传感器318上的图像的聚焦期间不移动。
[0054]
图3c示出了透镜组302-312中每一者的相对位置，其中一些已相对于图3b所示的
位置重新定位。为了从图3b中实现的35mm等效焦距和放大率进一步增大35mm等效焦距(和对应的放大率)，将第二透镜组304进一步朝向图像传感器318(并且进一步朝向位置固定的第三透镜组306)平移，第四透镜组310进一步远离图像传感器318(并且进一步朝向位置固定的第三透镜组306)平移，并且第五透镜组310进一步远离图像传感器318平移。第一透镜组302、第三透镜组306和第六透镜组312各自相对于图3a和图3b所示的其对应位置保持位置固定。通过对透镜组310沿光轴324的位置进行附加小的改变，可实现图像传感器318处图像的聚焦(例如，增大图像锐度)(例如，在已经在远离图像传感器318的方向上移动透镜组310之后)。
[0055]
在一个实施方案中，透镜系统300可作为长焦透镜系统(“缩放”透镜系统)操作，该长焦透镜系统可通过调节第二透镜组304、第四透镜组308和第五透镜组310的相对位置来在例如78mm和130mm的35mm等效焦距之间改变35mm等效焦距，如上所述。35mm等效焦距可通过沿光轴324平移三个透镜组中的每一者而增大：远离第一透镜组302并朝向图像传感器318移动第二透镜组304；在远离图像传感器318并朝向第一透镜组302的方向上移动第四透镜组308；以及远离图像传感器318并朝向第一透镜组302移动第五透镜组。第一透镜组302、第三透镜组306和第六透镜组312中的每一者在35mm等效焦距配置中的每一者中保持在固定位置处。
[0056]
通过以连续方式移动第二透镜组304、第四透镜组308和第五透镜组310中的每一者，放大效果，例如，35mm等效焦距从透镜系统300能实现的最小35mm等效焦距到透镜系统300能实现的最大35mm等效焦距的连续变化，如透镜组304、308和310的位置从图3a、到图3b、到图3c的逐渐变化所示。
[0057]
缩小效果(35mm等效焦距的减小)可通过将透镜组304、308和310与其用于放大的相应运动相反地移动来实现。
[0058]
另选地，可例如由用户选择35mm等效焦距的范围，并且透镜系统300可被配置为在用户选择的35mm等效焦距范围内自动缩放。在一个实施方案中，用户可选择“放大”(增大35mm等效焦距)或“缩小”(减小35mm等效焦距)。在一些实施方案中，用户可设定最小35mm等效焦距、最大35mm等效焦距和35mm等效焦距的变化率中的一者或多者。
[0059]
在一个实施方案中，用户可为透镜系统300选择特定35mm等效焦距，并且在用户请求时，透镜系统300可被自动配置为提供基于用户输入选择的所述特定35mm等效焦距。透镜系统300的重新配置可经由由包括一个或多个相应处理器的一个或多个控制器控制的一个或多个致动器(例如，步进电机、压电控制器、vcm电机等)来实现，特定35mm等效焦距基于来自例如用户的输入。
[0060]
在另一实施方案中，透镜系统300可以能被配置为具有基于用户输入(例如，手动输入的改变(例如，旋钮改变))手动调节的35mm等效焦距，可导致透镜系统300的重新配置以通过机械装置诸如通过齿轮、杠杆等的组合移动透镜组304、308和310中的每一者来增大35mm等效焦距或减小35mm等效焦距。
[0061]
图4是增大由透镜系统(诸如图1至图3的透镜系统)生成的图像的放大率的方法的流程图。
[0062]
在判定菱形402处，对是期望由透镜系统产生的放大率的改变还是图像在当前放大率的聚焦进行选择。
[0063]
如果期望在当前放大率聚焦由透镜系统生成的图像，则移动到框404，控制器将一个或多个控制信号发送给耦接到单个透镜组(图2的透镜组210，以及图3的透镜组310)的单个致动器c，这使得在框406处，致动器c沿光轴以小的增量移动致动器所耦接到的透镜组，直到实现聚焦(例如，通过自动对焦反馈系统，或经由用户反馈)。该方法然后返回判定菱形402。
[0064]
如果在判定菱形402处，期望透镜系统所产生的放大率的改变，则移动到判定菱形406，确定放大率的改变是放大率的增大(放大)还是减小(缩小)。
[0065]
如果期望增大放大率(放大)，则采取流程图400的左分支，在框410a、410b、410c处，(例如，由控制器)生成控制信号a、b和c，每个控制信号用于操作对应的致动器a、b和c。框410a、410b和410c可以任何顺序或并行地执行。响应于接收到的对应的控制信号，在框414a处，致动器a在朝向图像侧的方向上将对应的透镜组a移动第一量。在框414b处，致动器b在朝向对象侧(例如，远离图像侧)的相反方向上将透镜组b移动第二量。在框414c处，致动器c在朝向对象侧(远离图像侧)的方向上将透镜组c移动第三量。由透镜组a、b、c中的每一者移动的距离通常将不相同。相反，(例如，由控制电路，诸如生成对致动器的信号的控制器)基于要实现的放大率的改变来确定移动的距离。该方法在418处结束。
[0066]
如果期望减小放大率(缩小)，则采取流程图400的右分支，在框412a、412b、412c处，(例如，由控制器)生成相应控制信号a、b和c，每个控制信号用于操作对应的致动器a、b和c。框412a、412b和412c可以任何顺序执行。响应于接收到的对应的控制信号，在框416a处，致动器a在光轴上在朝向对象侧并且远离图像侧的方向上将对应的透镜组a移动第一量。在框416b处，致动器b在光轴上在朝向图像侧(例如，远离对象侧)的相反方向上将透镜组b移动第二量。在框416c处，致动器c在光轴上在朝向图像侧(远离对象侧)的方向上将透镜组c移动第三量。通常，由透镜组a、b、c中的每一者移动的距离将不相同。相反，(例如，由控制电路)基于要实现的放大率的改变来确定移动的距离。该方法在420处结束。
[0067]
图5根据一些实施方案示出了可包括根据一些实施方案的相机(例如，图1中的相机100)的示例性设备500的示意图，该相机包括可移动透镜组(例如，如上文参考图1至图4所述)。在一些实施方案中，设备500可以是移动设备和/或多功能设备。在各种实施方案中，设备500可以为各种类型的设备中的任一者，包括但不限于：个人计算机系统、台式计算机、膝上型电脑、笔记本电脑、平板电脑、一体电脑、平板计算机或上网本电脑、大型计算机系统、手持式计算机、工作站、网络计算机、相机、机顶盒、移动设备、增强现实(ar)和/或虚拟现实(vr)头盔、消费者设备、视频游戏控制器、手持式视频游戏设备、应用服务器、存储设备、电视、视频记录设备、外围设备(诸如交换机、调制解调器、路由器)或一般性的任何类型的计算或电子设备。
[0068]
在一些实施方案中，设备500可包括显示系统502(例如，包括显示器和/或触敏表面)和/或一个或多个相机504。在一些非限制性实施方案中，显示系统502和/或一个或多个前向相机504a可设置在设备500的前侧，例如，如图5所示。除此之外或另选地，一个或多个后向相机504b可设置在设备500的后侧。在包括多个相机504的一些实施方案中，这些相机中的一些或全部可彼此相同或类似。除此之外或另选地，这些相机中的一些或全部可彼此不同。在各种实施方案中，相机504的位置和/或布置可不同于图5中所示的那些。
[0069]
除了别的以外，设备500可包括存储器506(例如，包括操作系统508和/或应用程
序/程序指令510)、一个或多个处理器和/或控制器512(例如，包括cpu、存储器控制器、显示控制器和/或相机控制器等)和/或一个或多个传感器516(例如，取向传感器、接近传感器和/或位置传感器等)。在一些实施方案中，设备500可经由一个或多个网络522与一个或多个其他设备和/或服务诸如计算设备518、云服务520等进行通信。例如，设备500可包括网络接口(例如，网络接口610)，该网络接口使得设备500能够向网络522传输数据以及从该网络接收数据。除此之外或另选地，设备500可以能够使用各种通信标准、协议和/或技术中的任一种经由无线通信与其他设备进行通信。
[0070]
图6示出了被称为计算机系统600的示例性计算设备的示意性框图，该计算设备可包括或托管根据一些实施方案例如如本文参考图1至图5所述的相机的实施方案，该相机包括可移动透镜组(例如，如上文参考图1至图4所述)。此外，计算机系统600可以实现用于控制相机的操作和/或用于对用相机捕获的图像执行图像处理的方法。在一些实施方案中，(本文参考图5所述的)设备500可附加地或另选地包括本文所述的计算机系统600的一些或全部功能部件。
[0071]
计算机系统600可被配置为执行上文所述的任何或全部实施方案。在不同的实施方案中，计算机系统600可以为各种类型的设备中的任一者，包括但不限于：个人计算机系统、台式计算机、膝上型电脑、笔记本电脑、平板电脑、一体电脑、平板计算机或上网本电脑、大型计算机系统、手持式计算机、工作站、网络计算机、相机、机顶盒、移动设备、增强现实(ar)和/或虚拟现实(vr)头盔、消费者设备、视频游戏控制器、手持式视频游戏设备、应用服务器、存储设备、电视、视频记录设备、外围设备(诸如交换机、调制解调器、路由器)或一般性的任何类型的计算或电子设备。
[0072]
在例示的实施方案中，计算机系统600包括经由输入/输出(i/o)接口606耦接到系统存储器604的一个或多个处理器602。计算机系统600还包括耦接到i/o接口606的一个或多个相机608。计算机系统600还包括耦接到i/o接口606的网络接口610和一个或多个输入/输出设备612，诸如光标控制设备614、键盘616和显示器618。在一些情况下，可以想到实施方案可以使用计算机系统600的单个实例来实现，而在其他实施方案中，多个此类系统或者构成计算机系统600的多个节点可被配置为托管实施方案的不同部分或实例。例如，在一个实施方案中，一些元素可以经由计算机系统600的与实现其他元素的那些节点不同的一个或多个节点来实现。
[0073]
在各种实施方案中，计算机系统600可以是包括一个处理器602的单处理器系统、或者包括若干个处理器602(例如两个、四个、八个或另一合适数量)的多处理器系统。处理器602可以是能够执行指令的任何合适的处理器。例如，在各种实施方案中，处理器602可以是实现多种指令集架构(isa)(诸如x86、powerpc、sparc或mips isa或任何其他合适的isa)中的任一种的通用或嵌入式处理器。在多处理器系统中，处理器602中的每一者通常可以但并非必须实现相同的isa。
[0074]
系统存储器604可以被配置为存储能够被处理器602访问的程序指令620。在各种实施方案中，系统存储器604可以使用任何合适的存储器技术来实现，技术诸如静态随机存取存储器(sram)、同步动态ram(sdram)、非易失性/闪存型存储器或任何其他类型的存储器。此外，存储器604的现有相机控制数据622可包括上述信息或数据结构中的任一者。在一些实施方案中，程序指令620和/或数据622可被接收、发送或存储在与系统存储器604或计
算机系统600分开的不同类型的计算机可访问介质上或类似介质上。在各种实施方案中，本文所述的一些或全部功能可以经由此类计算机系统600来实现。
[0075]
在一个实施方案中，i/o接口606可被配置为协调设备中的处理器602、系统存储器604和任何外围设备(包括网络接口610或其他外围设备接口，诸如输入/输出设备612)之间的i/o通信。在一些实施方案中，i/o接口606可以执行任何必要的协议、定时或其他数据转换以将来自一个部件(例如，系统存储器604)的数据信号转换为适于由另一部件(例如，处理器602)使用的格式。在一些实施方案中，i/o接口606可以包括对例如通过各种类型的外围设备总线(诸如，外围部件互连(pci)总线标准或通用串行总线(usb)标准的变型)附接的设备的支持。在一些实施方案中，i/o接口606的功能例如可划分到两个或更多个单独部件中，诸如北桥和南桥。此外，在一些实施方案中，i/o接口606(诸如到系统存储器604的接口)的功能中的一些或全部可直接并入处理器602中。
[0076]
网络接口610可被配置为允许在计算机系统600与附接到网络624的其他设备(例如，承载器或代理设备)之间或者在计算机系统600的节点之间交换数据。在各种实施方案中，网络624可以包括一个或多个网络，包括但不限于局域网(lan)(例如，以太网或企业网)、广域网(wan)(例如，互联网)、无线数据网、某种其他电子数据网络或它们的某种组合。在各种实施方案中，网络接口610可支持经由有线或无线通用数据网络(诸如任何合适类型的以太网网络)的通信，例如；经由电信/电话网络(诸如模拟语音网络或数字光纤通信网络)的通信；经由存储区域网络(诸如光纤通道sans)、或经由任何其他合适类型的网络和/或协议的通信。
[0077]
在一些实施方案中，输入/输出设备612可包括一个或多个显示终端、键盘、小键盘、触控板、扫描设备、语音或光学识别设备、或适于由一个或多个计算机系统600输入或访问数据的任何其他设备。多个输入/输出设备612可存在于计算机系统600中，或者可分布在计算机系统600的各个节点上。在一些实施方案中，类似的输入/输出设备可以与计算机系统600分开，并且可通过有线或无线连接(诸如通过网络接口610)与计算机系统600的一个或多个节点进行交互。
[0078]
本领域的技术人员应当理解，计算机系统600仅仅是例示性的，而并非旨在限制实施方案的范围。具体地，计算机系统和设备可包括可执行所指出的功能的硬件或软件的任何组合，包括计算机、网络设备、互联网设备、个人数字助理、无线电话、寻呼机等等。计算机系统600还可连接到未示出的其他设备，或者反之可作为独立的系统进行操作。此外，由所示出的部件所提供的功能在一些实施方案中可被组合在更少的部件中或者被分布在附加部件中。类似地，在一些实施方案中，所示出的部件中的一些部件的功能可不被提供，和/或其他附加功能可能是可用的。
[0079]
本领域的技术人员还将认识到，虽然各种项目被示出为在被使用期间被存储在存储器中或存储装置上，但是为了存储器管理和数据完整性的目的，这些项目或其部分可在存储器和其他存储设备之间进行传输。另选地，在其他实施方案中，这些软件部件中的一些或全部软件部件可以在另一设备上的存储器中执行，并且经由计算机间通信来与例示的计算机系统进行通信。系统部件或数据结构中的一些或全部也可(例如作为指令或结构化数据)被存储在计算机可访问介质或便携式制品上以由合适的驱动器读取，其多种示例在上文中被描述。在一些实施方案中，存储在与计算机系统600分开的计算机可访问介质上的指
令可经由传输介质或信号(诸如经由通信介质诸如网络和/或无线链路而传送的电信号、电磁信号或数字信号)传输到计算机系统600。各种实施方案还可包括在计算机可访问介质上接收、发送或存储根据以上描述所实现的指令和/或数据。一般来讲，计算机可访问介质可包括非暂态计算机可读存储介质或存储器介质，诸如磁介质或光学介质，例如盘或dvd/cd-rom、易失性或非易失性介质，诸如ram(例如sdram、ddr、rdram、sram等)、rom等。在一些实施方案中，计算机可访问介质可包括传输介质或信号，诸如经由通信介质诸如网络和/或无线链路而传送的电气信号、电磁信号、或数字信号。
[0080]
在不同的实施方案中，本文所述的方法可以在软件、硬件或它们的组合中实现。此外，可改变方法的框的次序，并且可对各种要素进行添加、重新排序、组合、省略、修改等。对于受益于本公开的本领域的技术人员，显然可做出各种修改和改变。本文所述的各种实施方案旨在为例示的而非限制性的。许多变型、修改、添加和改进是可能的。因此，可为在本文中被描述为单个示例的部件提供多个示例。各种部件、操作和数据存储库之间的界限在一定程度上是任意性的，并且在具体的示例性配置的上下文中示出了特定操作。预期了功能的其他分配，它们可落在所附权利要求的范围内。最后，被呈现为示例性配置中的分立部件的结构和功能可被实现为组合的结构或部件。这些和其他变型、修改、添加和改进可落入如以下权利要求书中所限定的实施方案的范围内。