[发明专利]自由形式折叠光学系统

说明书

一种自由形式折叠光学系统，该自由形式折叠光学系统包括具有屈光度的两个自由形式棱镜。该自由形式棱镜中的至少一个自由形式棱镜被配置为将光轴折叠两次。因此，该自由形式折叠光学系统的实施方案将该光轴折叠三次或四次。在该自由形式棱镜中将该光轴折叠三次或四次允许望远透镜应用所需的长焦距，而不需要棱镜之间的额外透镜元件。此外，与具有类似光学特性的常规折叠透镜系统相比，该自由形式折叠光学系统的配置提供减小的Z轴高度。

背景

技术领域

本公开整体涉及相机系统，更具体地讲，涉及折叠光学系统。

背景技术

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图像传感器和好的紧凑型成像透镜系统。技术进步已实现了图像传感器的像素尺寸的减小。然而，随着图像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)，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提供一种能够在由小外形相机施加的物理约束下捕获高亮度高分辨率图像的光学系统。

发明内容

本文描述了自由形式折叠光学系统的实施方案，该自由形式折叠光学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。描述了自由形式折叠光学系统的实施方案，该自由形式折叠光学系统包括具有屈光度的两个自由形式棱镜并且在棱镜之间没有透镜堆叠。自由形式棱镜中的至少一个被配置为将光学系统的光轴折叠两次。因此，该自由形式折叠光学系统的实施方案将该光轴折叠三次或四次。在该自由形式棱镜中将该光轴折叠三次或四次允许望远透镜应用所需的长焦距，而不需要棱镜之间的额外透镜元件。此外，与具有类似光学特性的常规折叠透镜系统相比，该自由形式折叠光学系统的配置提供减小的Z轴高度。

折叠光学系统包括两个自由形式棱镜。在至少一些实施方案中，每个自由形式棱镜由光学塑料材料形成。每个自由形式棱镜具有多于三个表面；然而，讨论每个自由形式棱镜的仅三个表面。

在折叠光学系统的实施方案中，第一自由形式棱镜具有第一表面，该第一表面是透射和全内反射(TIR)表面，透射从物体场接收的光并且通过TIR将从第一自由形式棱镜的第二表面接收到的光反射到第一自由形式棱镜的第三表面。第一自由形式棱镜的第二表面是涂覆有镜面涂层的反射表面，该反射表面将通过第一自由形式棱镜的第一表面接收的光反射回第一自由形式棱镜的第一表面。第一自由形式棱镜的第三表面是透射从第一自由形式棱镜的第一表面接收的光的透射表面。因此，第一自由形式棱镜将光轴折叠两次–在第二表面处折叠一次，并且在第一表面处再折叠一次。第一自由形式棱镜的三个表面中的至少一个表面是自由形式表面。

在将光轴折叠四次的折叠光学系统的实施方案中，第二自由形式棱镜具有第一表面，该第一表面是将从第一自由形式棱镜接收到的光透射到第二自由形式棱镜的第二表面的透射表面。第二自由形式棱镜的第二表面是透射和TIR表面，该透射和TIR表面通过TIR将通过第二自由形式棱镜的第一表面接收的光反射到第二自由形式棱镜的第三表面，并且透射从第二自由形式棱镜的第三表面接收的光，以在图像平面处形成图像。第二自由形式棱镜的第三表面是涂覆有镜涂层的反射表面，该反射表面将从第二自由形式棱镜的第二表面接收的光反射回第二自由形式棱镜的第二表面。因此，在这些实施方案中，第二自由形式棱镜将光轴折叠两次-一次在第二表面处，并且再次在第三表面处。第二自由形式棱镜的三个表面中的至少一个表面是自由形式表面。