本公開內(nèi)容總體上涉及成像系統(tǒng)領(lǐng)域，并且具體地涉及具有非對(duì)稱光學(xué)透鏡的成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、相機(jī)包括外殼、光敏表面以及將場(chǎng)景成像到光敏表面上的透鏡。過(guò)去，光敏表面是膠卷。在諸如移動(dòng)設(shè)備和相機(jī)(例如，單透鏡反射(slr)相機(jī)、無(wú)人機(jī)相機(jī)、攝像機(jī))的現(xiàn)代設(shè)備中，膠卷已被圖像傳感器所取代，該圖像傳感器可以將稱為像素的小區(qū)域內(nèi)的光量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。常見(jiàn)的圖像傳感器器件是電荷耦合器件(ccd)傳感器和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)傳感器。

2、相機(jī)的尺寸通常取決于圖像傳感器尺寸、透鏡尺寸和外殼尺寸。圖像傳感器越大，透鏡就越大。透鏡的尺寸還取決于決定相機(jī)視野的透鏡焦距。透鏡設(shè)計(jì)也可能影響透鏡的尺寸。

3、在圖像傳感器、透鏡設(shè)計(jì)、透鏡制造和機(jī)械外殼技術(shù)方面的多年演變和技術(shù)進(jìn)步之后，相機(jī)已收斂于在應(yīng)用之間變化的一些維度。例如，移動(dòng)設(shè)備中的相機(jī)系統(tǒng)在所有3個(gè)維度上可能只有幾毫米。這種尺寸可能來(lái)自于希望移動(dòng)設(shè)備足夠小以放入諸如褲兜或小錢包之類的狹小空間中。結(jié)果，在某些情況下，可以在此類設(shè)備中使用的最大圖像傳感器被限制為幾毫米乘幾毫米。在某些情況下，圖像傳感器可能會(huì)進(jìn)一步受到在圖像傳感器上形成圖像的透鏡的尺寸的限制。為了補(bǔ)償這些限制，現(xiàn)代移動(dòng)設(shè)備可能具有多于一個(gè)的相機(jī)，并且各種相機(jī)可以用于捕捉不同的視野，并且允許用戶執(zhí)行諸如縮放的操作，同時(shí)保持良好的圖像質(zhì)量。

4、如前面所述，移動(dòng)設(shè)備中的圖像傳感器的尺寸是有限的。因此，這限制了圖像傳感器在拍攝圖片時(shí)收集大量光線的能力。除了傳感器尺寸之外，傳感器可以捕捉的光量可以取決于透鏡孔徑和曝光時(shí)間。多年來(lái)，由于更好的制造能力和組裝技術(shù)，透鏡孔徑(也稱為f/#)有所下降，但對(duì)于移動(dòng)設(shè)備，透鏡孔徑已達(dá)到大約f/1.8的極限。這限制了例如當(dāng)視野移動(dòng)或晃動(dòng)時(shí)的圖像質(zhì)量的考慮。具體來(lái)說(shuō)，曝光時(shí)間可能會(huì)受到用戶保持相機(jī)靜止的能力和場(chǎng)景中對(duì)象的運(yùn)動(dòng)的限制。光學(xué)圖像穩(wěn)定(ois)方法可能有助于增加此曝光時(shí)間。然而，這些ois方法無(wú)法影響源自場(chǎng)景中對(duì)象運(yùn)動(dòng)的“藍(lán)色效應(yīng)”。

5、作為上述約束的結(jié)果，曝光時(shí)間限制已達(dá)到極限并且對(duì)于廣角透鏡來(lái)說(shuō)大約為50毫秒。使用ois方法可以將其擴(kuò)展到200至300毫秒，但如前所述，ois方法無(wú)法避免場(chǎng)景中移動(dòng)對(duì)象造成的模糊。在某些情況下，移動(dòng)設(shè)備使用包圍(bracketing)方案來(lái)捕捉短曝光和長(zhǎng)曝光，并且使用來(lái)自短曝光的信息來(lái)減少長(zhǎng)曝光中的運(yùn)動(dòng)模糊。

6、因此，對(duì)曝光時(shí)間、透鏡孔徑和圖像傳感器尺寸的這些限制限制了相機(jī)可以捕捉的光量，并因此限制了相機(jī)在噪聲、分辨率、動(dòng)態(tài)范圍、顏色、和更多方面能夠傳遞的圖像質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、一些實(shí)施方式涉及一種成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)包括在xy平面(例如，在笛卡爾坐標(biāo)系內(nèi))上的圖像傳感器、將光引導(dǎo)至圖像傳感器上的透鏡模塊以及控制器。透鏡模塊包括：一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)透鏡的固定組，以及兩個(gè)或更多個(gè)光學(xué)透鏡的可移動(dòng)組。固定組包括第一組一個(gè)或更多個(gè)非對(duì)稱光學(xué)透鏡，并且可移動(dòng)組包括至少對(duì)稱光學(xué)透鏡和第二組一個(gè)或更多個(gè)非對(duì)稱光學(xué)透鏡?？刂破鞅慌渲贸赏ㄟ^(guò)生成調(diào)整信號(hào)以沿光軸移動(dòng)可移動(dòng)組來(lái)使成像系統(tǒng)在聚焦范圍內(nèi)聚焦。透鏡模塊沿圖像傳感器的x軸和y軸二者并在聚焦范圍內(nèi)將光聚焦在圖像傳感器上，并且第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡和第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡被定位成使像散在聚焦范圍內(nèi)在閾值以下。如果在聚焦范圍內(nèi)在聚焦位置處存在一些像散，那么與沒(méi)有像散的聚焦位置相比，其可能是使mtf(模量傳遞函數(shù))降低不超過(guò)2倍(例如1.5倍)的像散。在一些實(shí)施方式中，在聚焦范圍內(nèi)，任一維度上的像散不以大于2的因子增長(zhǎng)。

2、第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡和第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡沿x軸或y軸的組合光焦度(optical?power)p可以具有正值(例如，第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡和第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡沿x軸或y軸的組合光焦度p為10屈光度至50屈光度)。各組非對(duì)稱光學(xué)透鏡之一沿x軸或y軸可以具有負(fù)的組合光焦度值，并且另一非組對(duì)稱光學(xué)透鏡沿x軸或y軸可以具有正的組合光焦度值。在一些實(shí)施方式中，各組非對(duì)稱光學(xué)透鏡之一具有-np的組合光焦度值，并且另一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡具有+(n+1)p的組合光焦度值，其中n是大于零的實(shí)數(shù)。

3、由于第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡和第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡，透鏡模塊沿x軸和y軸可以具有不同的放大倍數(shù)。在一些實(shí)施方式中，固定組被配置成相對(duì)于圖像傳感器是固定的。透鏡模塊可以被配置成沿z軸移動(dòng)可移動(dòng)組。在一些實(shí)施方式中，固定組僅包括第一非對(duì)稱光學(xué)透鏡。在一些實(shí)施方式中，固定組不包括對(duì)稱光學(xué)透鏡?？梢苿?dòng)組可以包括被配置成校正光學(xué)像差(例如，色差、較高階像差、球差和彗差)的一個(gè)或更多個(gè)附加的非對(duì)稱光學(xué)透鏡。

4、對(duì)稱光學(xué)透鏡可以沿光軸比第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡和第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡更靠近圖像傳感器。在一些實(shí)施方式中，可移動(dòng)組沿光軸比固定組更靠近圖像傳感器。在一些實(shí)施方式中，沿光軸從第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡到成像系統(tǒng)的孔徑光闌(aperture?stop)的距離小于透鏡模塊沿光軸的總長(zhǎng)度的一半。

5、在一些實(shí)施方式中，至少以下之一：第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡包括兩個(gè)或更多個(gè)非對(duì)稱光學(xué)透鏡；或者第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡包括兩個(gè)或更多個(gè)非對(duì)稱光學(xué)透鏡。

6、控制器可以被配置成生成調(diào)整信號(hào)以一起移動(dòng)可移動(dòng)組的光學(xué)透鏡?？刂破骺梢员慌渲贸缮烧{(diào)整信號(hào)以將可移動(dòng)組中的每個(gè)光學(xué)透鏡移動(dòng)基本上相同的量。在一些實(shí)施方式中，控制器被配置成生成調(diào)整信號(hào)以使對(duì)稱光學(xué)透鏡和第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡分開移動(dòng)。

7、在一些實(shí)施方式中，透鏡模塊還包括場(chǎng)透鏡，該場(chǎng)透鏡耦接至圖像傳感器，場(chǎng)透鏡對(duì)穿過(guò)場(chǎng)透鏡的光引入非對(duì)稱失真。在一些實(shí)施方式中，成像系統(tǒng)包括具有一個(gè)較大軸線和一個(gè)較小軸線的非對(duì)稱孔徑。

8、一些實(shí)施方式涉及一種成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)包括圖像傳感器和透鏡模塊。透鏡模塊被配置成將光引導(dǎo)至圖像傳感器上，并且透鏡模塊沿與圖像傳感器的感測(cè)平面平行的基本上正交的軸具有不同的放大倍數(shù)。透鏡模塊包括：第一組一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)透鏡，其包括對(duì)稱光學(xué)透鏡；第二組一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)透鏡，其包括第一非對(duì)稱光學(xué)透鏡，該第一非對(duì)稱光學(xué)透鏡沿與平面平行的第一軸具有第一光焦度；以及第三組一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)透鏡，其包括第二非對(duì)稱光學(xué)透鏡，該第二非對(duì)稱光學(xué)透鏡沿與平面平行的第二軸具有第二光焦度；成像系統(tǒng)還包括控制器，該控制器被配置成生成調(diào)整信號(hào)，以通過(guò)調(diào)整第一組和第二組沿成像系統(tǒng)的光軸的距離來(lái)將圖像聚焦至圖像傳感器的平面上。

9、在一些實(shí)施方式中，控制器被配置成生成調(diào)整信號(hào)以將第一組和第二組移動(dòng)基本上相同的量，來(lái)將圖像聚焦至平面上。在一些實(shí)施方式中，控制器被配置成生成調(diào)整信號(hào)以將第一組和第二組移動(dòng)基本上不同的量，來(lái)將圖像聚焦至平面上。

10、其他方面包括部件、裝置、系統(tǒng)、改進(jìn)、方法、處理、應(yīng)用、計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)以及與上述中任何一個(gè)相關(guān)的其他技術(shù)。

技術(shù)特征：

1.一種成像系統(tǒng)，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡和所述第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡沿所述x軸或所述y軸的組合光焦度p具有正值。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像系統(tǒng)，其中，各組非對(duì)稱光學(xué)透鏡之一沿所述x軸或所述y軸具有負(fù)的組合光焦度值，并且另一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡沿所述x軸或所述y軸具有正的組合光焦度值。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的成像系統(tǒng)，其中，各組非對(duì)稱光學(xué)透鏡之一具有-np的組合光焦度值，并且所述另一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡具有+(n+1)p的組合光焦度值，其中n是大于零的實(shí)數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡和所述第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡沿所述x軸或所述y軸的組合光焦度p為10屈光度至50屈光度。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，由于所述第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡和所述第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡，所述透鏡模塊沿所述x軸和所述y軸具有不同的放大倍數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述固定組被配置成相對(duì)于所述圖像傳感器是固定的。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述透鏡模塊被配置成沿z軸移動(dòng)所述可移動(dòng)組。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述固定組僅包括第一非對(duì)稱光學(xué)透鏡。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述固定組不包括對(duì)稱光學(xué)透鏡。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述可移動(dòng)組包括被配置成校正光學(xué)像差的一個(gè)或更多個(gè)附加的非對(duì)稱光學(xué)透鏡。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述對(duì)稱光學(xué)透鏡沿光軸比所述第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡和所述第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡更靠近所述圖像傳感器。

13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述可移動(dòng)組沿光軸比所述固定組更靠近所述圖像傳感器。

14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，沿光軸從所述第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡到所述成像系統(tǒng)的孔徑光闌的距離小于所述透鏡模塊沿所述光軸的總長(zhǎng)度的一半。

15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，至少以下之一：

16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置成生成所述調(diào)整信號(hào)以一起移動(dòng)所述可移動(dòng)組的光學(xué)透鏡。

17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置成生成所述調(diào)整信號(hào)以將所述可移動(dòng)組中的每個(gè)光學(xué)透鏡移動(dòng)基本上相同的量。

18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置成生成所述調(diào)整信號(hào)以使所述對(duì)稱光學(xué)透鏡和所述第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡分開移動(dòng)。

19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述透鏡模塊還包括場(chǎng)透鏡，所述場(chǎng)透鏡耦接至所述圖像傳感器，所述場(chǎng)透鏡對(duì)穿過(guò)所述場(chǎng)透鏡的光引入非對(duì)稱失真。

20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，還包括具有一個(gè)較大軸線和一個(gè)較小軸線的非對(duì)稱孔徑。

21.一種成像系統(tǒng)，包括：

22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的成像系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置成生成所述調(diào)整信號(hào)，以將所述第一組和所述第二組移動(dòng)基本上相同的量，來(lái)將所述圖像聚焦到所述平面上。

23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的成像系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置成生成所述調(diào)整信號(hào)，以將所述第一組和所述第二組移動(dòng)基本上不同的量，來(lái)將所述圖像聚焦到所述平面上。

技術(shù)總結(jié)
一種成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)包括在xy平面中的圖像傳感器、將光引導(dǎo)至圖像傳感器上的透鏡模塊以及控制器。透鏡模塊包括光學(xué)透鏡的固定組和光學(xué)透鏡的可移動(dòng)組。固定組包括第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡，并且可移動(dòng)組包括對(duì)稱光學(xué)透鏡和第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡?？刂破鞅慌渲贸赏ㄟ^(guò)生成調(diào)整信號(hào)以沿光軸移動(dòng)可移動(dòng)組來(lái)使成像系統(tǒng)在聚焦范圍內(nèi)聚焦。透鏡模塊沿圖像傳感器的x軸和y軸二者并在聚焦范圍內(nèi)將光聚焦在圖像傳感器上，并且第一組非對(duì)稱光學(xué)透鏡和第二組非對(duì)稱光學(xué)透鏡被定位成使像散在聚焦范圍內(nèi)在閾值以下。

技術(shù)研發(fā)人員：齊夫·阿塔爾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：玻璃成像公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19