紧凑型折叠式摄影机结构转让专利
申请号 : CN201880004811.5
文献号 : CN110140076B
文献日 : 2021-05-21
发明人 : G·沙布岱 , E·戈登堡 , I·易迪德 , G·巴查尔 , N·科恩
申请人 : 核心光电有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种折叠式摄影机,包括:
a)包括用于把光径从第一方向折叠到第二方向的OPFE的光径折叠元件OPFE部分,所述OPFE部分在第一方向上具有OPFE高度HP;
b)位于OPFE与图像传感器之间的透镜部分,所述透镜部分在第一方向上具有至少一个透镜部分高度HL;以及
c)后焦距长度BFL部分,在透镜部分与图像传感器之间延伸并且在第一方向上具有BFL部分高度HBFL,其中,BFL部分具有顶侧和底侧,其中透镜部分、BFL部分、以及图像传感器共享光轴,其中BFL部分中的光轴与BFL部分的底侧相比更靠近BFL部分的顶侧,从而使得图像传感器相对于在其上安放图像传感器的板材不对称地定位,其中HBFL
2.根据权利要求1所述的折叠式摄影机,其中,HBFL
3.根据权利要求1所述的折叠式摄影机,其中,HL
4.根据权利要求1所述的折叠式摄影机,其中,透镜部分包括两个子部分,其中更靠近BFL部分的透镜子部分具有高度HL2,其中HL2
5.根据权利要求1所述的折叠式摄影机,其中,透镜部分具有宽度WL,并且其中WL>HL>HBFL。
6.根据权利要求4所述的折叠式摄影机,其中,HBFL≤HL2并且HBFL
7.根据权利要求1所述的折叠式摄影机,其中,顶侧具有被结构化成防止将杂散光导向图像传感器的内表面。
8.一种双孔径摄影机,包括根据权利要求1,4,5,7当中的任一条所述的折叠式摄影机,和直立式摄影机。
9.根据权利要求8所述的双孔径摄影机,其中,直立式摄影机具有平行于第一方向的直立式摄影机光轴。
10.一种移动电子设备,包括根据权利要求1,4,5,7当中的任一条所述的折叠式摄影机。
11.根据权利要求10所述的移动电子设备,所述移动电子设备在其表面上包括凸起,其中所述凸起围绕包括折叠式摄影机的区域,并且其中至少一项凸起尺寸由折叠式摄影机尺寸定义。
12.一种移动电子设备,包括根据权利要求8所述的双孔径摄影机。
13.根据权利要求12所述的移动电子设备,所述移动电子设备在其表面上包括凸起,其中所述凸起围绕包括双孔径摄影机的区域,并且其中至少一项凸起尺寸由折叠式摄影机尺寸定义。
14.根据权利要求12所述的移动电子设备,所述移动电子设备在其表面上包括凸起,其中所述凸起围绕包括折叠式摄影机的区域,并且其中至少一项凸起尺寸由折叠式摄影机尺寸定义。
15.根据权利要求13所述的移动电子设备,其中,所述凸起具有沿着第二方向定义的长度LB,其中双孔径摄影机具有沿着第二方向定义的长度LDC,并且其中LB
16.一种折叠式摄影机,包括:a)包括用于把光径从第一方向折叠到第二方向的OPFE的光径折叠元件OPFE部分,所述OPFE部分在第一方向上具有OPFE高度HP;
b)位于OPFE与图像传感器之间的透镜部分,所述透镜部分在第一方向上具有至少一个透镜部分高度HL;
c)后焦距长度BFL部分在透镜部分与图像传感器之间延伸并且在第一方向上具有BFL部分高度HBFL,其中HBFL
17.一种双孔径摄影机,包括根据权利要求16所述的折叠式摄影机,和直立式摄影机。
18.一种移动电子设备,包括根据权利要求16所述的折叠式摄影机。
说明书 :
紧凑型折叠式摄影机结构
请的内容都通过引用的方式被全文合并在本文中。
技术领域
背景技术
其中例如包括面对后方的主摄影机(也就是设备背面的摄影机,其背对用户并且常常被用
于随意的摄影)以及面对前方的次摄影机(也就是位于设备正面并且常常被用于视频会议
的摄影机)。移动电话摄影机并且特别是蜂窝电话摄影机中的一个重要的品质因数是摄影
机高度或者摄影机或摄影机透镜的垂直距离。
个光学元件),从而解释了术语“直立式”。透镜套件(也被称作“透镜模块”或者简称作“透
镜”)对入射光线进行折射并且将其弯曲,从而在图像传感器上产生场景的图像数据(或“图
像”)。这些摄影机的规格在很大程度上由传感器的尺寸和光学器件的高度决定。这些通常
通过透镜的焦距(“f”)及其视场(FOV)关联在一起。也就是说,必须在特定尺寸的传感器上
成像特定FOV的透镜具有特定的焦距。在这样的摄影机中,焦距的增大通常导致光学器件高
度的增大。
20160044250和PCT/IB2016/052143)。在折叠式摄影机中,参见图1A‑1C,添加了例如是棱镜
或反射镜的光径折叠元件(后文中称作“OPFE”或“反射元件”),以便把光传播方向从基本上
垂直于移动设备背表面倾斜到基本上平行于移动设备背表面。为了简单起见,反射元件在
后文中将被称作“OPFE”。图1A‑1C示出了编号为100的已知的折叠式摄影机的各种视图。对
于图1A和1B的透视图示出了正交X‑Y‑Z坐标(“轴”)系。这些坐标适用于所有后面的透视图。
对于图1C的侧视图分开示出了其中两个坐标。这些坐标也适用于所有后面的侧视图。所示
出的坐标系是示例性的。
上或以下的最多10%的可能变化。根据另一个实例,本文中所使用的术语“基本上”应当被
解释成暗示任何指定数值以上或以下的最多5%的可能变化。根据另一个实例,本文中所使
用的术语“基本上”应当被解释成暗示任何指定数值以上或以下的最多2.5%的可能变化。
一个部分被分开制作,并且所有部分被胶粘在一起。在一些实施例中,所述几个部分的划分
仅仅是示意性的,也就是说所有部分在制作处理中被一体制作。所述三个部分具有基本上
共同的高度HFL(在10%或更小的差异内),其大致对应于折叠式摄影机的“摄影机高度”。HFL
被定义成所述三个部分的外表面之间沿着Y轴(Y是从对象到摄影机的方向,或者平行于后
面介绍的第一方向110)的距离,或者在所述三个部分的高度不完全相等的情况下,则是具
有最大高度的部分的外表面之间沿着Y轴的距离。在一些实例中,对应于HFL的数值范围是3‑
8mm。在一些实例中,对应于HFL的数值范围是5‑6mm。OPFE部分102包括把光径从第一方向(光
轴)110折叠到第二方向(光轴)112上的OPFE 108。透镜部分104包括具有一个或多个透镜元
件的透镜套件114,所述透镜元件具有平行于第二方向112的共同光轴。BFL部分106包括图
像传感器(或者简称作“传感器”)116。BFL等于面对传感器的透镜元件的出射表面(朝向传
感器)与传感器本身之间的距离。所述折叠式摄影机具有高度HFL和宽度WFL。
例如参见通过引用的方式全文合并在本文中的共同所有国际专利申请PCT/IB2015/
056004。在图2A‑2C中示出了折叠式‑直立式双摄影机的一个实例。这些图示出了编号为200
的折叠式双摄影机的各种视图。折叠式双摄影机200包括类似于摄影机100的折叠式摄影机
202以及具有高度HU和平行于第一方向110的光轴110’的直立式摄影机204。光轴110’与第
一方向110之间的距离被定义成折叠式双摄影机200的基线。在所示出的具体实例中,两个
摄影机沿着Z轴排列。所述双摄影机具有长度LDC和宽度WDC。宽度WDC可以由折叠式和直立式
摄影机的宽度当中的较大者决定。应当提到的是,虽然在该例中折叠式和直立式摄影机被
示出为沿着Z轴对准,但是例如在共同所有PCT专利申请PCT/IB2015/056004(通过引用的方
式)中示出的其他安排是已知并且可能的。
式双摄影机智能电话正在商业销售。图3A示出了被包括在智能电话302中的编号为300的已
知的直立式‑直立式双摄影机的后视图。紧凑型摄影机中的一个趋势是允许直立式摄影机
透镜从摄影机的顶表面突出,从而使得透镜自身可以具有更大的高度,摄影机的其他部件
则更低。这常常被称作“凸起(bump)”,并且在图3A中被编号为304。高出智能电话和其他移
动电子设备的表面的凸起是不合期望的。
电话312中的编号为310的已知的直立式‑直立式双摄影机的后视图,其在“凸起”314中具有
闪光元件318。在凸起中具有带闪光元件的折叠式摄影机是所期望的。希望提供在现有技术
的缺陷上有所改进的折叠式摄影机和折叠式‑直立式双摄影机。希望提供具有减小的凸起
占用空间(footprint)的折叠式摄影机和折叠式‑直立式双摄影机。
发明内容
影机的后焦平面部分的高度而减小凸起占用空间。在一些实例中,通过减小折叠式摄影机
的后焦平面部分和透镜子部分的高度而减小凸起占用空间。
图像传感器之间的透镜部分,所述透镜部分在第一方向上具有至少一个透镜部分高度HL;
以及在透镜部分与图像传感器之间延伸并且在第一方向上具有BFL部分高度HBFL的BFL部
分,其中HBFL
分的顶侧。
像传感器的定位相对于在其上安放图像传感器的板材是不对称的。
元件。
定义。
子设备在其表面上可以包括凸起,其中所述凸起围绕包括折叠式摄影机和/或直立式摄影
机(对于双摄影机)的区域,并且其中至少一项凸起规格由折叠式摄影机或双摄影机规格定
义。
提供包括图像传感器的后焦距(BFL)部分,所述BFL部分在第一方向上具有BFL部分高度
HBFL;提供具有至少一个透镜的透镜部分,所述透镜部分在第一方向上具有透镜部分高度
HL;沿着第一光轴把透镜部分安排在BFL部分与OPFE之间,其中HBFL
分的顶侧。
相对于在其上安放图像传感器的板材不对称地定位图像传感器。
摄影机减小智能电话的凸起占用空间。
附图说明
的附图标记来标示。附图及其描述意图说明和澄清本文中所公开的实施例,而不应当被视
为以任何方式作出限制。
具体实施方式
(OIS)机制、变焦机制、机械屏蔽、红外(IR)滤光器、用以操作聚焦、陀螺仪、快门和/或其他
部件的电子装置。折叠式摄影机还可以在OPFE与将要摄影的对象之间包括附加的光学元
件。本文中所描述的折叠式摄影机的透镜可以具有恒定焦距,或者可以具有变化的焦距(也
被称作“变焦透镜”)。
镜焦距相关。在直立式摄影机中,其高度取决于透镜高度。因此,可以在不牺牲摄影机模块
高度的情况下增大透镜焦距。但是折叠式摄影机高度由透镜套件高度和摄影机的其他部件
的高度决定,例如致动器(例如被用来移位透镜以用于聚焦和/或光学图像稳定的致动器)
和屏蔽高度,并且无法在不牺牲光学性能的情况下被减小到超过特定的最小值。一般来说,
根据本发明所公开的主题内容的折叠式摄影机的高度可以处于3‑8mm的范围。
度)。在这样的智能电话和/或移动电子设备中将独立地希望具有尽可能小的凸起高度。
A‑A中的放大的细节。总体上围绕双摄影机部分的凸起404突出智能电话402的表面以上。所
述凸起具有长度LB1、宽度WB1和高度HB1。在一些实例中,LB1具有5‑50mm的范围,WB1具有1‑
20mm的范围,并且HB1具有0.05‑3mm的范围。虽然其边缘被示出为是尖锐的,但是优选地如图
3中的凸起一样被圆化。通过把折叠式和直立式摄影机定位在一条线上(沿着单一轴),与例
如把折叠式和直立式摄影机定位在其中二者不共享相同的单一轴的安排中的情况相比,可
以获得更小的凸起占用空间。应当提到的是,在除了凸起区之外的任何其他地方,电话在外
表面之间都具有厚度(高度)HPhone。在凸起区中,电话厚度更大并且被标记成HPB。
有长度LL和宽度WL的透镜部分504,以及具有长度LBFL和宽度WBFL的后焦距(BFL)部分506。摄
影机500可以具有类似于摄影机100的高度HFL、长度LFL和宽度WFL。LFL由LP+LL+LBFL的和定义。
LP可以基本上由反射元件高度(例如棱镜)定义。在根据本发明所公开的主题内容的一些实
例中,HFL处于3‑8mm的范围内,LFL处于10‑30mm的范围内,并且WFL处于3‑15mm的范围内。应当
提到的是,不同的折叠式摄影机部分的宽度可以彼此不同并且不同于WFL。即使未在图中示
出,这些摄影机高度、长度和宽度规格在后面所公开的实施例中仍然适用。
分或者分离的BFL部分。不同于摄影机100中,摄影机500中的BFL部分具有小于透镜部分的
高度HL和OPFE(例如棱镜)部分的高度HP的高度HBFL。举例来说,HBFL可以比HL小0.05‑3mm。在
“肩部”508处表现出高度的减小。在一些实例中,HL和HP可以基本上相等(最多5%的差异)。
在其他实例中,HL可以小于HP。在一些实施例中,摄影机500可以具有大于透镜部分高度HL的
透镜部分宽度WL。在一些实施例中,WL可以等于HL。在一些实施例中,被容纳在透镜部分中的
透镜的形状可以具有轴对称性(例如圆柱形)。在一些实施例中,被容纳在透镜部分中的透
镜的形状可以不具有轴对称性(例如矩形、具有倒角的圆柱体等等)。
中,直立式摄影机可以具有平行于第一方向110的光轴110’。光轴110’与第一方向110之间
的距离被定义成折叠式双摄影机600的基线。在一些实例中,双摄影机600的长度LDC和宽度
WDC保持类似于双摄影机200的长度和宽度。但是双摄影机600在折叠式摄影机的BFL部分506
中具有更低的高度HBFL。因此,当双摄影机600被合并在例如智能电话700之类的移动设备中
时,BFL部分的更低高度允许更短的凸起长度。
700具有突出表面602的凸起604。凸起604具有长度LB2和高度HB2。LB2比LDC小大约BFL部分506
的长度。在该例中,突出并且可见的双摄影机组件仅包括直立式摄影机的透镜的顶部和
OPFE的顶部部件。在一些实例中,折叠式摄影机的透镜部分也可以是可见的。一般来说,可
以只有在其中直立式摄影机的高度和折叠式摄影机的一部分的高度大于Hphone的摄影机区
域中才需要凸起。
的传播中产生不对称性。所述不对称性的一个结果是,通常被安放在板材516上的图像传感
器514相对于BFL部分和板材本身的顶侧和底侧在Y方向上被不对称地定位。
文中称作有源部件802)的硅管芯,所述部件804在图像/光感测方面被视为“非有源”并且因
此被称作非有源部件804。有源部件802可以对称地或者不对称地位于非有源部件804中的
任何位置处,正如本领域内已知的那样。有源部件802与板材516的顶部和底部相距(也就是
在所示出的Y方向上)的距离分别被标记成DTOP和DBOT。在图8A中,DTOP=DBOT±Δ,其中Δ通常
是0到200μm。这是例如摄影机100之类的已知的折叠式摄影机中的传感器‑板材安排,其中
有源部件802通常相对于板材516被对称地或略微不对称地定位(“略微”指的是高度(4‑
6mm)当中的最多200μm,或者PCB高度的大约0‑5%)。
100‑1500μm的量级。在这种情况下,有源部件802相对于板材516的不对称性可以是100μm的
量级并且最多是1‑1.5mm,或者是PCB高度的大约5%‑30%。
的顶表面相比更低并且更靠近传感器,从而允许正在进入的光从顶表面510反弹并且被转
向回到传感器。为了减轻这样的效应,BFL部分506的顶表面510的内表面518被结构化成防
止杂散光。这例如可以由具有特殊结构的磁轭(yoke)并且/或者利用抗反射涂层来提供。或
者,BFL部分506的底部512的内表面520或者顶部和底部内表面518和520全部二者都被结构
化成防止杂散光。在某些实施例中,内表面518是不均匀的并且/或者具有各种脊部
(ridge),因此是不平坦的。或者,图9B示出了一种用于吸收或者在其他方向上重新分布光
的方法。
距(BFL)部分906。折叠式摄影机和不同部分的规格可以处于与摄影机100和500中相同的范
围。摄影机900可以包括具有与摄影机500的组件类似或完全相同的对应功能的其他组件。
因此,不再详细描述这些组件及其对应的功能。此外,摄影机900可以包括两个BFL部分或者
分离的BFL部分。不同于摄影机500中,摄影机900中的透镜部分904具有两个不同的子部分
904a和904b,所述两个不同的子部分具有被标记成HL和HL1的两个不同的高度。透镜子部分
904a的高度HL大于子部分904b的高度HL1,以便容纳具有比后面(在图像传感器的方向上)的
透镜元件(其例如具有更小的直径D1)的直径更大的直径D的至少一个透镜元件920。举例来
说,HL1可以比HL小0‑3mm。
镜包括N个透镜元件(N通常在1到6之间),则透镜部分可以包括1到N个之间的子部分。所述N
个子部分可以具有相同的高度或不同的高度HLN。在具有不同的透镜子部分高度HLN的一些
实施例中,高度可以从靠近OPFE(棱镜)的子部分到靠近BFL部分的子部分按照阶梯方式减
小。
和宽度。但是双摄影机1000不仅在折叠式摄影机的BFL部分906中而且在透镜部分的子部分
904b中具有更低的高度。因此,当双摄影机1000被合并在例如智能电话之类的移动设备中
时,BFL部分和子部分904b的更低高度HBFL和HL2允许甚至更短的凸起长度LB3。
话1100具有突出表面1102的凸起1104。凸起1104具有长度LB3和高度HB2。作为澄清,在智能
电话1100中,LB3比图7中的LB2小大约透镜子部分904b的长度,并且比LFL小大约BFL部分906
的长度加上透镜子部分904b的长度。在这里并且在图7B中用“HB2”标记凸起高度不一定意味
着凸起604和1104具有相同的高度。在该例中,突出并且可见的双摄影机组件仅包括直立式
摄影机的透镜的顶部和OPFE的顶部部件以及折叠式摄影机的透镜子部分904a。一般来说,
可以只有在其中直立式摄影机的高度和折叠式摄影机的一部分的高度大于Hphone的摄影机
区域中才需要凸起。
侧视图。闪光元件1204可以提供被拍摄的场景所需要的外部照明源,正如本领域内已知的
那样。摄影机500BFL的高度(HBFL)的减小可以被用来容纳闪光元件1204,也就是说闪光元件
1204可以被放置在顶表面510之上。如图12B中所见,从摄影机500的底部到闪光元件1204的
顶部的组合高度由HFLASH标记。如图12B中所见,在某些情况下,HFLASH可以小于或者等于摄影
机500高度(HFL)。
向)上朝向OPFE部分502一侧被定位在闪光折叠式摄影机1200旁边的直立式摄影机204。在
图13B中,双摄影机1304包括在光轴上更靠近BFL部分506一侧被定位在摄影机1200旁边的
直立式摄影机204。在双摄影机1304中,闪光元件1204被定位在摄影机204的光学孔径与摄
影机500的光学孔径之间。
(图14A),定位在透镜子部分904之上(图14B),或者定位在全部这两个部分之上(图14C)(在
一些实施例中是部分地定位在每一个部分之上)。在所有这些情况中,HFLASH将标记从摄影机
900的底部到闪光元件1204的顶部的组合高度。HFLASH可以小于或等于摄影机高度HFL。也就
是说,闪光元件的添加并不导致高出折叠式摄影机的最大高度的任何突出。摄影机1400、
1402或1401可以与直立式摄影机组合形成双摄影机(未示出)。
上方并且部分地定位在摄影机204上方。
本文中所描述的具体实施例,而是仅由所附权利要求的范围限制。