紧凑型折叠式相机中的自动对焦和光学图像稳定制造技术

具有自动对焦(AF)和光学图像稳定(OIS)能力的紧凑型折叠式相机模块和包括这些模块的多光圈相机。在一个实施例中，折叠式相机模块包括光路折叠元件(OPFE)，其用于折叠从具有第一光轴的第一光路到具有与第一光轴垂直的第二光轴的第二光路的光；图像传感器；以及镜头模块，其承载具有与第二光轴平行的对称轴的镜头。镜头模块可以被致动成在垂直于第一光轴的平面中在第一和第二正交方向上移动，在第一方向上的移动用于自动对焦，而在第二方向上的移动用于OIS。OPFE可以被致动倾斜以进行OIS。

Autofocus and optical image stabilization in compact folding cameras

Compact foldable camera modules with automatic focusing (AF) and optical image stabilization (OIS) capabilities and multi-aperture cameras including these modules. In one embodiment, the foldable camera module includes an optical path folding element (OPFE) for folding light from a first optical path with a first optical axis to a second optical path with a second optical axis perpendicular to the first optical axis; an image sensor; and a lens module that bears a lens with a symmetrical axis parallel to the second optical axis. The lens module may be actuated to move in the first and second orthogonal directions in a plane perpendicular to the first optical axis, moving in the first direction for automatic focusing, and moving in the second direction for OIS. OPFE can be tilted to OIS.

【技术实现步骤摘要】
紧凑型折叠式相机中的自动对焦和光学图像稳定分案申请本专利技术专利申请系在先专利申请号为201680021706.3、申请日为2016年4月15日，专利技术名称为“紧凑型折叠式相机中的自动对焦和光学图像稳定”的PCT进中国专利申请的分案申请。该申请对应的国际申请的申请号为PCT/IB2016/052179。相关申请的交叉引用本申请要求于2015年4月16日提交的美国临时专利申请第62/148,435号以及于2015年10月8日提交的第62/238,890号的优先权，两个申请具有相同的标题并且以整体内容通过引用明确并入本文。
本文公开的实施例一般涉及数字相机，特别涉及折叠镜头式数字相机和具有折叠镜头的双光圈数字相机。
技术介绍
近年来，诸如手机(特别是智能手机)、平板电脑和笔记本电脑之类的移动设备变得无所不在。许多这些设备包括一个或两个紧凑型相机，该紧凑型相机包括例如后置主相机(即，在设备后侧的相机，其远离用户并且经常用于休闲摄影)和前置辅相机(即，位于设备前侧并且经常用于视频会议的相机)。尽管在本质上相对紧凑，但这些相机中的大多数的设计类似于传统结构的数字静物相机，即，其包括放置在图像传感器顶部上的镜头模块(或者一连串数个光学元件)。镜头模块折射入射光线并将其弯曲以在传感器上创建场景图像。这些相机的尺寸在很大程度上取决于传感器的大小和光学元件的高度。这些通常通过镜头的焦距(“f”)及其视场(FOV)结合在一起，其中，必须在一定尺寸传感器上对一定的FOV进行成像的镜头具有特定的焦距。为了保持FOV恒定，传感器尺寸越大(例如，在X-Y平面中)，焦距和光学高度就越大。最近已经提出了一种“折叠式相机模块”结构来减小紧凑型相机的高度。在折叠式相机模块结构中，增加光路折叠元件(以下称为“OPFE”)，例如，棱镜或反射镜(本文另外统称为“反射元件”)，以将光传播方向从垂直于智能手机背面倾斜成平行于智能手机背面。如果折叠式相机模块是双光圈相机的一部分，这会通过一个镜头模块(例如，长焦镜头)来提供折叠式光路。在本文中，这种相机被称为“折叠镜头式双光圈相机”或者“具有折叠镜头的双光圈相机”。一般而言，折叠式相机模块可以包括在多光圈相机中，例如，和两个“非折叠式”相机模块一起位于三光圈相机中。除了镜头模块和传感器之外，现代相机通常进一步包括机械运动(致动)机构，主要用于以下两个目的：传感器上的图像对焦以及光学图像稳定(OIS)。对于对焦，在更高级的相机中，可以借助致动器改变镜头模块(或者至少镜头模块中的镜头元件)的位置，并且可以根据所捕获的对象或场景改变对焦距离。数字静物相机的趋势是提高缩放能力(例如，提高至5x、10x或更多)，而在手机(特别是智能手机)相机中，则是减少传感器像素大小并提高像素数。由于以下两个原因，这些趋势导致对相机的抖动更加敏感：1)分辨率更高，以及2)由于传感器像素更小，曝光时间更长。需要OIS机构来减轻这种影响。在支持OlS的相机中，可以移动镜头模块的横向位置，或者可以快速倾斜整个相机模块以在图像捕获期间抵消相机抖动。相机抖动会将相机模块偏移6个自由度，即，在X-Y-Z中线性移动，转动X轴(“关于”或“围绕”X轴倾斜)，偏摆(围绕Z轴倾斜)和俯仰(围绕Y轴倾斜)。虽然X-Y-Z中的直线运动对图像质量的影响可以忽略不计而且不需要补偿，但是需要对倾斜角进行补偿。已知设计中示出的OIS系统(参见例如US20140327965A1)纠正了偏摆和俯仰，但并未纠正转动运动。在申请人的美国公开专利申请US20160044247中公开了具有自动对焦(AF)机构的折叠镜头式双光圈相机，其说明书和附图以整体内容通过引用并入本文。
技术实现思路
图1示出了提供了“低高度”折叠式相机模块的设计的示意图。该图示出了折叠式相机模块100，其包括OPFE102，被配置成以机械方式将镜头元件固持其中的镜头模块104，以及图像传感器106。OPFE102可以是例如反射镜、棱镜或覆盖有金属反射表面的棱镜中的任何一个。OPFE102可以由各种材料制成，该材料例如包括塑料、玻璃、反射金属或者这些材料中的两种或更多种的组合。根据一些非限制性示例，相机100中的镜头模块具有6mm至15mm焦距(“长焦镜头”)，并且其可以和第二非折叠式相机模块一起装配在双光圈相机中，该第二非折叠式相机模块具有3mm至5mm焦距(“广角镜头”)镜头和第二传感器(未示出)。用于长焦镜头的AF功能是通过沿着Z轴移动镜头模块104实现的。申请人发现，用于相机100的OIS功能可以以至少两种方式实现。为了补偿相机围绕Z轴的倾斜，镜头模块104可以在Y方向上偏移和/或OPFE102可以围绕Z轴或X轴倾斜。然而，由申请人进行的光学分析表明，OPFE围绕Z轴的倾斜还引起图像在传感器106上围绕Z轴进行不期望的倾斜(转动)。因为与OIS功能背后的基本思想相矛盾，并且因为由于长焦和广角传感器的图像差异还增加了计算融合时间(需要在双光圈相机中用于从由广角镜头生成的广角图像以及由长焦镜头生成的长焦图像的融合中产生融合图像)，所以缺乏这种解决方案。申请人进一步发现，为了补偿围绕Y轴的相机倾斜，镜头模块可以在X方向上移动和/或OPFE可以围绕Y轴倾斜。然而，申请人还发现，当在X方向上偏移镜头模块时，模块高度将会增加。对于直径为6mm至6.5mm的镜头，在X方向偏移镜头模块进行OIS并且在Z方向上进行对焦可能需要将模块高度增加到约9mm至9.5mm，对于已知的OIS解决方案也是如此。这种高度增加直接反映在手机厚度上，而根据现代智能手机的设计要求，这是不可取的。因此，本公开主题包括折叠式相机模块，其以允许保持折叠式相机模块的所需高度的方式包括AF和OIS机构。此外，并入这种机构和能力不会导致相机高度受到约束。本公开主题进一步考虑了并入这种折叠式相机模块的折叠镜头式双光圈相机。本文公开的实施例教导了折叠式相机模块和折叠镜头式双光圈相机，其中OIS功能在两个光学元件之间被划分如下：折叠式镜头模块沿着一个轴(例如，Y轴)偏移以及OPFE关于平行于同一轴的轴旋转。在一个实施例中，提供了折叠式相机模块，其包括用于折叠从第一光路到第二光路的光的OPFE，第二光路沿着第二光轴。该折叠式相机模块进一步包括图像传感器，和承载具有沿着第二光轴的对称轴的镜头组件的镜头模块，其中，镜头模块被设计成在第一方向和与第一方向正交的第二方向上移动，第一和第二方向在包含第二光轴并且垂直于包含第一和第二光路的平面的平面中，并且其中，OPFE被设计成围绕第二方向倾斜。请注意，如本文所使用的，“围绕某方向倾斜”是指围绕在该方向上或者与该方向平行的线或轴倾斜。在一个实施例中，镜头模块沿着第二光轴在第一方向上的移动用于AF，并且镜头模块在与第一方向正交的第二方向上的移动用于OIS，以便补偿相机模块围绕第一方向的倾斜。在一个实施例中，OPFE的移动用于OIS，以便补偿相机模块围绕第二方向的倾斜。在一个实施例中，折叠式相机模块进一步包括镜头致动子组件，其被配置成致使镜头模块在第一和第二方向上移动；以及OPFE致动子组件，其被配置成致使OPFE的移动以倾斜第一光路。在一个实施例中，镜头致动子组件和OPFE致动子组件中的每一个包括多个柔性悬挂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种折叠式相机模块，包括：a)镜头模块，其具有镜头光轴；以及b)光路折叠元件(OPFE)，其用于折叠从第一光路到第二光路的光朝向图像传感器，所述第二光路沿着所述镜头光轴；其中，所述镜头模块被设计为沿着基本上平行于所述镜头光轴的第一方向移动以进行自动聚焦(AF)，并且沿着基本上正交于所述第一和第二光路二者的第二方向移动以用于光学图像稳定(OIS)，以补偿所述折叠式相机模块围绕所述第一方向的倾斜，以及所述OPFE被设计为围绕与所述第二方向平行的OPFE倾斜轴倾斜以用于OIS以补偿所述折叠式相机模块围绕所述第二方向的倾斜。

【技术特征摘要】
2015.04.16 US 62/148,435;2015.10.08 US 62/238,8901.一种折叠式相机模块，包括：a)镜头模块，其具有镜头光轴；以及b)光路折叠元件(OPFE)，其用于折叠从第一光路到第二光路的光朝向图像传感器，所述第二光路沿着所述镜头光轴；其中，所述镜头模块被设计为沿着基本上平行于所述镜头光轴的第一方向移动以进行自动聚焦(AF)，并且沿着基本上正交于所述第一和第二光路二者的第二方向移动以用于光学图像稳定(OIS)，以补偿所述折叠式相机模块围绕所述第一方向的倾斜，以及所述OPFE被设计为围绕与所述第二方向平行的OPFE倾斜轴倾斜以用于OIS以补偿所述折叠式相机模块围绕所述第二方向的倾斜。2.根据权利要求1所述的折叠式相机模块，还包括：c)镜头致动子组件，其被配置为致动在所述第一和第二方向上的镜头模块移动；以及d)OPFE致动子组件，其被配置为围绕所述OPPE倾斜轴倾斜所述OPFE。3.根据权利要求2所述的折叠式相机模块，还包括一个或多个位置传感器，所述一个或多个位置传感器使得能够测量所述镜头模块沿着所述第一和第二方向的位置以及测量所述OPFE倾斜。4.根据权利要求3所述的折叠式相机模块，其中所述一个或多个位置传感器还使得能够测量所述镜头模块围绕垂直于所述第一和第二方向的轴线的倾斜。5.根据权利要求3所述的折叠式相机模块，还包括致动控制器，其被配置为接收指示至少一个方向上的折叠式相机倾斜的数据输入和来自所述位置传感器的数据输入，以及响应于所述数据输入，分别生成对所述镜头和OPFE致动子组件的移动指令和倾斜指令。6.根据权利要求2所述的折叠式相机模块，其中所述镜头致动子组件和所述OPFE致动子组件中的每一个包括多个柔性悬挂构件。7.根据权利要求6所述的折叠式相机模块，其中所述镜头致动子组件的所述柔性悬挂构件彼此平行。8.根据权利要求6所述的折叠式相机模块，其中所述OPFE致动子组件的所述柔性悬挂构件是倾斜的。9.根据权利要求1所述的折叠式相机模块，其中所述OPFE倾斜轴线是虚拟轴线。10.根据权利要求2所述的折叠式相机模块，其中所述OPFE致动子组件包括用于致动所述OPFE倾斜的至少一个线圈-磁铁对。11.根据权利要求10所述的折叠式相机模块，其中所述线圈-磁铁对中的至少一个位于所述OPFE下方。12.根据权利要求1所述的折叠式相机模块，其中所述OPFE包括棱镜或反射镜。13.根据权利要求2所述的折叠式相机模块，其中所述镜头致动子组件包括用于致动所述镜头模块移动的多个线圈-磁铁对。14.根据权利要求13所述的折叠式相机模块，其中所述多个线圈-磁铁对包括两个线圈-磁铁对。15.根据权利要求13所述的折叠式相机模块，其中所述多个线圈-磁铁对中的至少一个位于所述镜头模块和所述图像传感器之间。16.一种在折叠式相机模块中提供光学图像稳定(OIS)和自动聚焦(AF)的方法，所述折叠式相机模块包括镜头模块，其具有镜头光轴；以及光路折叠元件(OPFE)，其用于折叠从第一光路到第二光路的光朝向图像传感器，所述第二光路沿着所述镜头光轴，所述方法包括：a)沿着基本平行于所述镜头光轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·戈登堡，G·沙布岱，G·艾维维，M·道尔，G·巴查尔，I·易迪德，
申请(专利权)人：核心光电有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL