小形状因数摄远相机的制作方法

本公开一般地涉及相机系统，更具体而言涉及高分辨率、小形状因数摄远(telephoto)相机系统。
背景技术：
：诸如智能电话和平板或板状(pad)设备之类的小型移动多用途设备的出现导致了对用于集成在这些设备中的高分辨率、小形状因数相机的需求。然而，由于传统相机技术的限制，与用更大、更高质量的相机所能实现的相比，在这样的设备中使用的传统小相机往往是以更低的分辨率和/或更低的图像质量来捕捉图像的。用小包装尺寸的相机实现更高的分辨率一般要求使用像素尺寸小的感光器和良好、紧凑的成像透镜系统。技术的进步已实现了感光器的像素尺寸的减小。然而，随着感光器变得更紧凑和强大，对于具有改善的成像质量性能的紧凑成像透镜系统的需求已经增加。技术实现要素：本公开的实施例可以提供小包装尺寸的高分辨率摄远相机。描述了一种相机，其包括感光器和紧凑摄远透镜系统。描述了紧凑摄远透镜系统的实施例，其与传统的小形状因数相机中已实现的相比可提供更大的图像并且具有更长的有效焦距。摄远相机的实施例可以以小包装尺寸实现，同时仍捕捉锐利(sharp)、高分辨率的图像，使得该相机的实施例适合在诸如蜂窝电话、智能电话、板状或平板计算设备、膝上型电脑、上网本、笔记本电脑、小型笔记本电脑和超级本计算机之类的小型和/或移动多用途设备中使用。在一些实施例中，如本文所述的摄远相机可与传统的更宽视野的小格式相机一起被包括在设备中，这将例如允许用户在利用设备捕捉图像时在不同的相机格式(摄远或宽视野)之间进行选择。描述了包括五个具有折光力的透镜元件的紧凑摄远透镜系统的实施例。此外，描述了包括四个具有折光力的透镜元件的紧凑摄远透镜系统的实施例。在实施例中，透镜元件中的至少一个的物侧表面和像侧表面中的至少一者是非球面的。在至少一些实施例中，摄远透镜系统可以是固定的摄远透镜系统，其被配置成使得透镜系统的有效焦距f等于或约等于7.0毫米(mm)(例如，在6.0-8.0mm的范围内)，F值(焦比)在从约2.4到约10.0的范围内，视角(FOV)等于或约等于36度，并且透镜系统的总轨道长度(TTL)在约5.2到约7.0mm的范围内。更一般而言，透镜系统可被配置成使得摄远比率(TTL/f)满足关系：0.74<TTL/f<1.0。在本文描述的示例实施例中，摄远透镜系统可被配置成使得透镜系统的有效焦距f为7.0mm，并且F值为2.8。然而，注意，焦距(和/或其他参数)可被按比例缩放或调节以满足对于其他相机系统应用的光学、成像和/或包装约束的规格。此外，在一些实施例中，摄远透镜系统可以是可调节的。例如，摄远透镜系统可配备有可调节的虹膜或孔径光阑。利用可调节的孔径光阑，可在某个范围内，例如在2.8到10的范围内，动态地改变F值(焦比，或者说f/#)。在一些实施例中，可在更快的焦比下(f/#<2.8)使用透镜系统，其中在相同FOV下(例如，36度)具有劣化的图像质量性能，或者在更小的FOV下具有合理良好的性能。各种实施例中的折射型透镜元件可由塑料材料构成。在至少一些实施例中，折射型透镜元件可由注塑成型的光学塑料材料构成。然而，可以使用其他适当的透明材料。还要注意，在给定的实施例中，不同的透镜元件可由具有不同光学特性——例如不同的阿贝数和/或不同的折射率——的材料构成。在紧凑摄远透镜系统的实施例中，可以选择透镜元件材料并且可以计算透镜元件的折光力分布以满足透镜系统有效焦距要求并且校正色像差和场曲率或珀兹伐和(Petzvalsum)。可通过调节透镜元件的曲率半径和非球面系数或几何形状以及轴向间隔来减小光学像差的单色和彩色变化，以产生良好校正且均衡的最小残余像差，以及减小总轨道长度(TTL)并实现小形状因数摄远相机中的优质光学性能和高图像分辨率。附图说明图1是包括含有五个折射型透镜元件的紧凑摄远透镜系统的紧凑摄远相机的示例实施例的截面图示。图2示出了对于如图1所示的紧凑摄远透镜系统的在半视角和范围从470nm到650nm的可见光谱带上的多色光线像差曲线的图。图3是包括含有五个折射型透镜元件的紧凑摄远透镜系统的紧凑摄远相机的另一示例实施例的截面图示。图4示出了对于如图3所示的紧凑摄远透镜系统的在半视角和范围从470nm到650nm的可见光谱带上的多色光线像差曲线的图。图5是包括含有五个带折光力的透镜元件的紧凑摄远透镜系统的紧凑摄远相机的另一示例实施例的截面图示。图6示出了对于如图5所示的紧凑摄远透镜系统的在半视角和范围从470nm到650nm的可见光谱带上的多色光线像差曲线的图。图7是包括含有四个带折光力的透镜元件的紧凑摄远透镜系统的紧凑摄远相机的示例实施例的截面图示。图8、9和10示出了对于如图7所示的紧凑摄远透镜系统的实施例的在半视角(halffieldofview，HFOV)和范围从470nm到650nm的可见光谱带上的多色光线像差曲线的图。图11是包括含有五个带折光力的透镜元件的紧凑摄远透镜系统的紧凑摄远相机的示例实施例的截面图示，其中孔径光阑位于第一透镜元件处并且在透镜系统的前顶点后方。图12示出了对于如图11所示的紧凑摄远透镜系统的在半视角和范围从470nm到650nm的可见光谱带上的多色光线像差曲线的图。图13是包括含有五个带折光力的透镜元件的紧凑摄远透镜系统的紧凑摄远相机的示例实施例的截面图示，其中孔径光阑位于第一和第二透镜元件之间。图14示出了对于如图13所示的紧凑摄远透镜系统的在半视角和范围从470nm到650nm的可见光谱带上的多色光线像差曲线的图。图15是根据至少一些实施例的用于利用如图1、3、5、11和13所示的相机来捕捉图像的方法的高级别流程图。图16是根据至少一些实施例的用于利用如图7所示的相机来捕捉图像的方法的流程图。图17示出了可在实施例中使用的示例计算机系统。本说明书包括对“一个实施例”或“一实施例”的提及。短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”的出现不一定指的是同一实施例。可以按符合本公开的任何适当方式来组合特定的特征、结构或特性。“包括”。这个词是开放式的。当用在权利要求中时，这个词不排除额外的结构或步骤。考虑一个权利要求记载了：“一种装置，包括一个或多个处理单元……”。这样的权利要求不排除该装置包括额外的组件(例如，网络接口单元、图形电路系统，等等)。“被配置为”。各种单元、电路或其他组件可被描述或在权利要求中记载成“被配置为”执行一个或多个任务。在这样的上下文中，“被配置为”用于通过表明该单元/电路/组件包括在操作期间执行这一个或多个任务的结构(例如，电路系统)来暗示结构。这样，即使当指定的单元/电路/组件当前未工作时(例如，未开启)，也可以说该单元/结构/组件被配置为执行该任务。与“被配置为”语句一起使用的单元/电路/组件包括硬件——例如，电路、存储可执行来实现该操作的程序指令的存储器，等等。明确希望，记载单元/电路/组件“被配置为”执行一个或多个任务不会对于该单元/电路/组件援用35U.S.C.§112，第六款。此外，“被配置为”可包括被软件和/或固件(例如，FPGA或者执行软件的通用处理器)操纵来以能够执行所讨论的(一个或多个)任务的方式操作的通用结构(例如，通用电路系统)。“被配置为”还可包括使制造过程(例如，半导体制造设施)适合于制造适于实现或执行一个或多个任务的设备(例如，集成电路)。“第一”、“第二”等等。当在本文中使用时，这些词语用作其后的名词的标签，并且不意味着任何类型的排序(例如，空间的、时间的、逻辑的，等等)。例如，缓冲器电路在本文中可被描述为执行对于“第一”值和“第二”值的写操作。词语“第一”和“第二”不一定意味着第一值必须在第二值之前被写入。“基于”。当在本文中使用时，这个词语用于描述影响确定的一个或多个因素。这个词语不排除可影响确定的额外因素。也就是说，确定可以仅仅基于这些因素，或者至少部分地基于这些因素。考虑短语“基于B来确定A”。虽然在此情况中，B是影响对A的确定的因素，但这样的短语并不排除对A的确定还基于C。在其他场合中，可以仅仅基于B来确定A。具体实施方式描述了包括感光器和紧凑摄远透镜系统的小形状因数相机的实施例。描述了包括四个或五个透镜元件的紧凑摄远透镜系统的各种实施例，其可用在相机中并且与传统的紧凑相机相比提供了更大的图像并且具有更长的有效焦距。该相机可以以小包装尺寸实现，同时仍捕捉锐利、高分辨率的图像，使得该相机的实施例适用于诸如蜂窝电话、智能电话、板状或平板计算设备、膝上型电脑、上网本、笔记本电脑、小型笔记本电脑和超级本计算机等等之类的小型和/或移动多用途设备中。然而，注意，该相机的各方面(例如，透镜系统和感光器)可被比例放大或缩小提供具有更大或更小的包装尺寸的相机。此外，相机系统的实施例可实现为独立的数字相机。除了静止(单帧捕捉)相机应用以外，相机系统的实施例还可适应以用于视频相机应用中。描述了紧凑摄远透镜系统的若干个示例实施例，包括具有五个折射透镜元件的实施例和具有四个折射透镜元件的实施例。图1和3示出了对包括五个折射透镜元件的示例实施例的变型。图5示出了包括五个折射透镜元件的另一示例实施例。图7示出了包括四个折射透镜元件的实施例的示例。图11和13示出了具有五个折射透镜元件的示例实施例，其中孔径光阑的位置与图1、3和5的实施例中的不同。然而，注意，这些示例并不旨在进行限制，并且在仍实现类似的效果的同时，对于透镜系统给出的各种参数的变化是可能的。例如，描述了对图7中所示的包括四个折射透镜元件的实施例的变型。各种实施例中的折射透镜元件可由塑料材料构成。在至少一些实施例中，折射透镜元件可由注塑成型的塑料材料构成。然而，可以使用其他透明材料。还要注意，在给定的实施例中，不同的透镜元件可由具有不同光学特性——例如不同的阿贝数和/或不同的折射率——的材料构成。小形状因数摄远相机在图1、3、5、7、11和13的每一幅中，示例相机至少包括一紧凑摄远透镜系统和一感光器。感光器可以是根据各种类型的感光器技术中的任何一种实现的一个或多个集成电路(IC)技术芯片。可以使用的感光器技术的示例是电荷耦合器件(CCD)技术和互补金属氧化物半导体(CMOS)技术。在至少一些实施例中，感光器的像素尺寸可以是1.2微米或更小，尽管也可使用更大的像素尺寸。在非限制性的示例实施例中，感光器可以根据1280x720像素图像格式来制造以捕捉1兆像素(megapixel)图像。然而，在实施例中可以使用其他像素格式，例如5兆像素、10兆像素或者更大或更小的格式。相机还可包括位于第一透镜元件前方(即，在第一透镜元件的物侧)的前部孔径光阑(aperturestop，AS)。虽然图1、3、5和7示出了前部孔径光阑位于透镜系统的前顶点处或前顶点附近，但孔径光阑的位置可以更靠近或更远离第一透镜元件。另外，在一些实施例中，孔径光阑可位于摄远透镜系统中的别处。例如，孔径光阑可位于第一透镜元件处，但在透镜系统的前顶点的后方，如图11所示，或者位于第一和第二透镜元件之间，如图13所示。相机还可以——但不一定——包括位于摄远透镜系统的最末透镜元件与感光器之间的红外(IR)滤光器。IR滤光器可例如由玻璃材料构成。然而，可以使用其他材料。注意，IR滤光器不影响摄远透镜系统的有效焦距f。还要注意，相机还可包括除了本文图示和描述的以外的其他组件。在相机中，摄远透镜系统在感光器的表面处或附近的像平面(IP)处形成图像。远处物体的图像尺寸与透镜系统的有效焦距f直接成正比。摄远透镜系统的总轨道长度(totaltracklength，TTL)是第一(物侧)透镜元件的物侧表面处的前顶点与像平面之间在光轴(AX)上的距离。对于摄远透镜系统，总轨道长度(TTL)小于透镜系统有效焦距(f)，并且总轨道长度与焦距的比率(TTL/f)是摄远比率(telephotoratio)。为了要被分类为摄远透镜系统，TTF/f小于或等于1。在至少一些实施例中，摄远透镜系统可以是固定的摄远透镜系统，其被配置成使得透镜系统的有效焦距f等于或约等于7.0毫米(mm)(例如，在6.0-8.0mm的范围内)，F值(焦比或者f/#)在从约2.4到约10.0的范围内，视角(FOV)等于或约等于36度(虽然可以实现更窄或更宽的FOV)，并且透镜系统的总轨道长度(TTL)在约5.2到约7.0mm的范围内。更一般而言，摄远透镜系统可被配置成使得摄远比率(TTL/f)满足关系：0.74<TTL/f<1.0。在本文描述的示例实施例中(参见图1、3、5、7、11和13)，摄远透镜系统可被配置成使得透镜系统的有效焦距f在参考波长555nm下为7.0mm，并且F值为2.8。透镜系统可以例如被配置为具有7.0mm的焦距f和2.8的F值以满足对于特定相机系统应用所规定的光学、成像和/或包装约束。注意，也称为焦比或f/#的F值由f/D定义，其中D是入射光瞳的直径，即，有效孔径。作为示例，在f＝7.0mm，以2.5mm的有效孔径实现2.8的F值。示例实施例还可被配置为具有等于或约等于36度的视角(FOV)。示例实施例的总轨道长度(TTL)从约5.6mm到约6.0mm不等。摄远比率(TTL/f)从而在约0.8到约0.857的范围内变化。然而，注意，焦距f、F值和/或其他参数可被按比例缩放或调节以满足对于其他相机系统应用的光学、成像和/或包装约束的各种规格。可作为对于特定相机系统应用的要求来规定的和/或对于不同的相机系统应用可改变的对相机系统的约束包括但不限于焦距f、有效孔径、F值、视角(FOV)、成像性能要求以及包装体积或尺寸约束。在一些实施例中，摄远透镜系统可以是可调节的。例如，在一些实施例中，如本文所述的摄远透镜系统可配备有可调节的虹膜(入射光瞳)或孔径光阑。利用可调节的孔径光阑，可在一范围内动态地改变F值(焦比或f/#)。例如，如果透镜系统被良好校正于f/2.8、给定的焦距f和FOV，则通过调节孔径光阑——假定孔径光阑可被调节到F值设定，可在2.8到10(或更高)的范围内改变焦比。在一些实施例中，通过调节孔径光阑可在更快的焦比下(f/#<2.8)使用透镜系统，其中在相同FOV下(例如，36度)具有劣化的图像质量性能，或者在更小的FOV下具有合理良好的性能。虽然本文可给出值的范围作为其中一个或多个光学参数可被动态改变(例如，利用可调节的孔径光阑)的可调节相机和透镜系统的示例，但可以实现包括固定的(不可调节的)摄远透镜系统的相机系统的实施例，其中光学和其他参数的值在这些范围内。首先参考如图1、3、11和13所示的实施例，相机(100、200、500或600)的紧凑摄远透镜系统(110、210、510或610)可包括从物侧到像侧按顺序沿着光轴AX布置的具有折光力和透镜系统有效焦距f的五个透镜元件(图1的透镜系统110中的101-105，图3的透镜系统210中的201-205，透镜系统510中的501-505，透镜系统610中的601-605)：·具有正折光力并且具有凸的物侧表面的第一透镜元件L1(101、201、501或601)；·具有负折光力并且具有凸或凹的物侧表面的第二透镜元件L2(102、202、502或602)；·具有负折光力并且具有凹的物侧表面的第三透镜元件L3(103、203、503或603)；·具有负折光力并且具有凹的物侧表面的第四透镜元件L4(104、204、504或604)；以及·具有正折光力并且具有凸的像侧表面的第五透镜元件L5(105、205、505或605)。此外，第五透镜元件的物侧表面和像侧表面中的至少一者是非球面的。透镜系统110、210、510和610被配置成使得摄远比率(TTL/f)满足关系：0.74<TTL/f<1.0。(1)透镜系统110、210、510和610的第一透镜元件L1可具有正折光力和长度f1并且可满足关系：0.35<f1/f<0.45。(2)在透镜系统110、210、510和610的至少一些实施例中，L1可以是形状双凸的，具有顶点曲率半径R2和R3并且具有满足如下条件的形状：-0.35<R2/R3<0，(3)其中R2是L1的物侧曲率半径，并且R3是L1的像侧曲率半径。透镜系统110、210、510和610的第二、第三和第四透镜元件(L2、L3和L4)可分别具有负的折光力和负的焦距f2、f3和f4，并且可满足以下条件：-0.7<f2/f<-0.4，并且-5.0<R4/R5<7.0，(4)-3.5<f3/f<-1.0，并且-15.0<R6/R7<0.5，(5)-0.6<f4/f<-0.3，并且-2.0<R8/R9<-0.5，(6)其中：·R4是第二透镜元件L2的物侧表面曲率半径，并且R5是L2的像侧表面的曲率半径，·R6是第三透镜元件L3的物侧表面的曲率半径，并且R7是L3的像侧表面的曲率半径，并且·R8是第四透镜元件L4的物侧表面的曲率半径，并且R9是L4的像侧表面的曲率的半径。第二透镜元件L2可具有负折光力并且可要么具有负弯月形状要么可以是双凹形状的。L2是负弯月形状的并且具有凸的物侧表面的示例实施例由图1的透镜系统110中的透镜元件102图示。L2具有凹的物侧表面并且是双凹形状的示例实施例由图3的透镜系统210中的透镜元件202图示。透镜系统110、210、510和610的第五透镜元件L5可具有正折光力和正的焦距f5，并且可满足以下条件：0.5<f5/f<0.8，并且-1.5<R10/R11<-0.5，(7)其中R10是第五透镜元件L5的物侧表面的曲率半径，并且R11是L5的像侧表面的曲率半径。在如图1、3、11和13所示的至少一些实施例中，第一透镜元件L1和第四透镜元件L4可由具有阿贝数V1的材料(例如，塑料材料)构成。第二、第三和第五透镜元件L2、L3和L5可由具有阿贝数V2的材料(例如，塑料材料)构成。透镜元件的材料的阿贝数可满足条件：30<V1–V2<35。(8)现在参考如图5所示的实施例，相机300的紧凑摄远透镜系统310可包括从物侧到像侧按顺序沿着光轴AX布置的具有折光力和透镜系统有效焦距f的五个透镜元件(301-305)：·具有正折光力并且具有凸的物侧表面的第一透镜元件L1(301)；·具有负折光力并且具有凸的物侧表面的第二透镜元件L2(302)；·具有正折光力并且具有凸的物侧表面的第三透镜元件L3(303)；·具有负折光力并且具有凹的物侧表面的第四透镜元件L4(304)；以及·具有正折光力并且具有凸的像侧表面的第五透镜元件L5(305)。此外，第五透镜元件的物侧表面和像侧表面中的至少一者是非球面的。透镜系统310被配置成使得摄远比率(TTL/f)满足关系：0.74<TTL/f<1.0。(1)图5的透镜系统310与图1和3的透镜系统110和210至少在以下方面是不同的。透镜系统310的第三透镜元件L3(303)具有正折光力或正焦距f3。正透镜元件L3具有顶点曲率半径R6和R7，并且满足关系：R6<R7，并且0<R6/R7<1.0，(9)其中R6是第三透镜元件L3的物侧表面的曲率半径，并且R7是L3的像侧表面的曲率半径。透镜元件L3是正弯月形状的并且具有凸的物侧表面。在透镜系统310中，第一透镜元件L1(301)可具有正折光力和长度f1，并且可满足关系：0.35<f1/f<0.45。(2)。在至少一些实施例中，L1可以是双凸形状的，具有顶点曲率半径R2和R3并且具有满足以下关系的形状：-0.35<R2/R3<0，(3)其中R2是L1的物侧曲率半径，并且R3是L1的像侧曲率半径。在透镜系统310中，第二透镜元件L2(302)可具有负折光力和负焦距f2、物侧表面曲率半径R4和像侧表面曲率半径R5，并且可满足条件：-0.7<f2/f<-0.4，并且0<R4/R5<6.0.(10)在透镜系统310中，第四透镜元件L4(304)可具有负折光力和负焦距f4，并且可满足条件：-0.6<f4/f<-0.3，并且-3.0<R8/R9<0，(11)其中R8是透镜元件L4的物侧表面曲率半径，并且R9是L4的像侧表面的曲率半径。在透镜系统310中，第五透镜元件L5(305)可具有正折光力和正焦距f5，可具有凸的像侧表面，并且可满足以下条件：0.75<f5/f<1.2，并且-1<R10/R11<0，(12)其中R10是第五透镜元件L5的物侧表面的曲率半径，并且R11是L5的像侧表面的曲率半径。在透镜系统310的至少一些实施例中，第一透镜元件L1和第四透镜元件L4可由具有阿贝数V1的材料(例如，塑料材料)构成。第二、第三和第五透镜元件L2、L3和L5可由具有阿贝数V2的材料(例如，塑料材料)构成。透镜元件的材料的阿贝数可满足条件：30<V1–V2<35。(8)现在参考如图7所示的实施例，相机400的紧凑摄远透镜系统410可包括从物侧到像侧按顺序沿着光轴AX布置的具有折光力和透镜系统有效焦距f的四个透镜元件(401-404)：·具有正折光力并且具有凸的物侧表面的第一透镜元件L1(401)；·具有负折光力的第二透镜元件L2(402)；·具有负折光力的第三透镜元件L3(403)；以及·具有正折光力并且具有凸的物侧表面的第四透镜元件L4(404)。此外，第四透镜元件的物侧表面和像侧表面中的至少一者是非球面的。透镜系统410被配置成使得摄远比率(TTL/f)满足关系：0.74<TTL/f<1.0。(1)在透镜系统410中，第一透镜元件L1(401)可具有正折光力和长度f1，并且可满足关系：0.35<f1/f<0.45。(2)。在透镜系统410的至少一些实施例中，L1可以是双凸形状的，具有顶点曲率半径R2和R3，并且可满足条件：-0.35<R2/R3<0，(3)其中R2是L1的物侧曲率半径，并且R3是L1的像侧曲率半径。在透镜系统410中，第二透镜元件L2(402)可具有负折光力和负焦距f2，可具有物侧表面曲率半径R4和像侧表面曲率半径R5，并且可满足条件：-0.7<f2/f<-0.4，并且0<R4/R5<6.0。(10)在至少一些实施例中，透镜元件L2可具有凸的物侧曲率半径R4和凹的像侧曲率半径R5。在透镜系统410中，第三透镜元件L3(403)可具有负折光力和负焦距f3，可具有物侧表面曲率半径R6和像侧表面曲率半径R7，并且可满足条件：-0.7<f3/f<-0.4，并且-500<R6/R7<20。(13)在各种实施例中，元件L3可具有凹的或凸的物侧曲率半径R6和凹的像侧曲率半径R7。在至少一些实施例中，透镜元件L2和L3可可间隔开轴向距离T5。在透镜系统410中，第四透镜元件L4(404)可具有正折光力和正焦距f4，并且可满足以下条件：0.8<f4/f<1.5，并且0.0<R8/R9<1.0，(14)其中R8是透镜元件L4的物侧表面曲率半径，并且R9是L4的像侧表面的曲率半径。在透镜系统410的至少一些实施例中，第一透镜元件L1和第三透镜元件L3可由具有阿贝数V1的材料(例如，塑料材料)构成。第二透镜元件L2和第四透镜元件L4可由具有阿贝数V2的材料(例如，塑料材料)构成。透镜元件的材料的阿贝数可满足条件：30<V1–V2<35。(8)在透镜系统410的至少一些实施例中，透镜元件L1和L2可布置得彼此紧邻，使得L1和L2的组合可被视为具有正折光力或正焦距f12的空气间隔双合透镜L12。在透镜系统410的至少一些实施例中，透镜元件L3和L4可布置得彼此紧邻，使得L3和L4的组合可被视为具有负折光力和负焦距f34的双合透镜L34。L12与L34之间的轴向间隔可由T5给出。紧凑摄远透镜系统以下参考图1至图10提供了可在小形状因数摄远相机中使用的紧凑摄远透镜系统的各种实施例的进一步细节。图1是包括紧凑摄远透镜系统110的紧凑摄远相机100的示例实施例的截面图示。透镜系统110包括具有折光力的五个透镜元件(101-105)。从物侧到像侧(图中从左到右)沿着相机100的光轴AX布置的是孔径光阑AS、具有正折光力并且具有凸的物侧表面和焦距f1的第一透镜元件L1(101)、具有负折光力并且具有凸的物侧表面和焦距f2的第二透镜元件L2(102)、具有负折光力并且具有凹的物侧表面和焦距f3的第三透镜元件L3(103)、具有负折光力并且具有凹的物侧表面和焦距f4的第四透镜元件L4(104)以及具有正折光力并且具有凸的像侧表面和焦距f5的第五透镜元件L5(105)。透镜系统110在感光器120的表面处形成像平面。在一些实施例中，红外(IR)滤光器可位于第五透镜元件L5与感光器120之间。透镜系统110的有效焦距给定为f。紧凑摄远透镜系统110的总轨道长度(TTL)是第一透镜元件L1的物侧表面与像平面之间在光轴AX上的距离。透镜系统110被配置成使得透镜系统110的摄远比率(TTL/f)满足关系：0.74<TTL/f<1.0。可位于透镜元件L1的前表面处的孔径光阑AS决定透镜系统110的入射光瞳孔径。透镜系统110焦比或F值f/#定义为透镜系统110的有效焦距f除以入射光瞳直径。IR滤光器可起到阻挡可损坏或不利地影响感光器的红外辐射的作用，并且可被配置为对于f没有影响。表1A-1C提供了如图1所示的相机100和透镜系统110的示例实施例的各种光学和物理参数的示例值。可以参考表1A-1C来为透镜系统110提供光学处方(opticalprescription)。参考表1A-1C，透镜系统110的实施例覆盖了从470纳米(nm)到650nm的光谱的可见光区中的应用，参考波长为555nm。表1A中所示的透镜系统110有效焦距f是在555nm下的。表1A-1C中的光学处方对于7毫米(mm)的有效焦距f在470nm到650nm的光谱上在f/2.8下提供了高图像质量性能，覆盖了36度的视角(FOV)(18度的半FOV)。图1中示出的具有如表1A-1C所示的光学处方的紧凑透镜系统110具有5.7mm的总轨道长度(TTL)和0.814的摄远比率(TTL/f)。透镜系统110的五个透镜元件L1、L2、L3、L4和L5可由具有如表1B中列出的折射率和阿贝数的塑料材料构成。如表1B中所示，在透镜系统110的至少一些实施例中，两类塑料材料可用于透镜元件。透镜元件L1和L4可由具有56.1的阿贝数V1的同一塑料材料构成，并且透镜元件L2和L3可由具有23.3的阿贝数V2的另一塑料材料构成。具有正折光力的透镜元件L5是由具有阿贝数V2＝23.3的塑料材料形成的。将这两种塑料材料应用于透镜系统110中的透镜元件使得能够针对可见光谱区域中的色像差来优化和校正透镜系统110。可以选择透镜元件材料并且可以计算透镜元件的折光力分布以满足有效焦距f和场曲率或珀兹伐和的校正。可通过如表1C所示调节透镜元件的曲率半径和非球面系数或几何形状以及轴向间隔来减小光学像差的单色和彩色变化，以产生良好校正且均衡的最小残余像差。图2对于如图1所示和表1A-1C中描述的紧凑摄远透镜系统110示出了在半视角(HFOV＝18度)和范围从470nm到650nm的可见光谱带上的多色光线像差曲线的图。表1A-1C中的光学处方描述了如图1所示的紧凑摄远透镜系统110的示例实施例，其包括具有折光力和有效焦距f的五个透镜元件，并且其中第二透镜元件L2具有负折光力或负焦距f2和凸的物侧表面。此外，透镜系统110的透镜元件L2是负弯月形状的并且具有正的曲率半径R4和R5，其中R4>R5，并且R4/R5>1.0。在如表1A-1C中的光学处方所描述的透镜系统110的示例实施例中，透镜元件的折光力分布成使得f1＝2.713mm，f2＝-3.862mm，f3＝-21.521mm，f4＝-3.176mm并且f5＝4.898mm。透镜元件L1是双凸透镜，其中曲率半径R2/R3＝-0.172，并且L2具有曲率半径R4/R5＝5.772。透镜元件L3和L4都是双凹形状的，分别具有曲率半径R6/R7＝-14.564和R8/R9＝-1.578。透镜元件L5是双凸形状的，其中曲率半径R10/R11＝-0.604。示例实施例中的透镜系统110中的透镜元件的表面的非球面系数在表1C中列出。通过根据透镜元件的折光力分布的布置来配置透镜系统110并且如表1A-1C中所示地调节曲率半径和非球面系数，可以减小透镜系统110的总轨道长度(TTL)(例如，如表1A中所示减小到5.7mm)并且可以有效地校正系统的像差以在小形状因数摄远相机100中获得高图像质量分辨率的光学性能。图3是包括紧凑摄远透镜系统210的紧凑摄远相机200的示例实施例的截面图示。透镜系统210包括具有折光力的五个透镜元件(201-205)。透镜系统210可被视为图1的透镜系统110的变型并且两个透镜系统210和110的元件可以是相似的。然而，在透镜系统210中，第二透镜元件L2(202)具有负折光力或负焦距f2并且具有凹的物侧表面。表2A-2C提供了如图3所示的相机200和透镜系统210的示例实施例的各种光学和物理参数的示例值。可以参考表1A-1C为透镜系统210提供光学处方。表2A-2C中的光学处方是针对如下的透镜系统210的：其在555nm波长下具有7mm的有效焦距f、具有f/2.8的焦比、36度的FOV、5.7mm的TTL并且TTL/f等于0.814。透镜系统210是为覆盖470nm到650nm的可见光谱设计的紧凑成像透镜系统。透镜系统210的透镜元件L1、L2、L3、L4和L5可由具有如表2B中列出的折射率和阿贝数的塑料材料构成。在透镜系统210的示例实施例中，透镜材料的选择与如表1A-1C中列出的用于透镜系统110的光学处方中相同。关于透镜系统210，透镜元件L1和L4可由具有V1＝56.1的阿贝数的塑料材料构成。透镜元件L2、L3和L5可由具有V2＝23.3的阿贝数的塑料材料构成。如表2A-2C中规定的透镜系统210被配置为如参考透镜系统110和表1A-1C所描述的那样校正光学像差。图4示出了对于如图3所示和表2A-2C中描述的紧凑摄远透镜系统210的在半视角(HFOV＝18度)上、对于轴上(on-axis)物场点(0度)到18度的轴外(off-axis)场点以及在范围从470nm到650nm的可见光谱带上的多色光线像差曲线的图。表2A-2C中的光学处方描述了如图3所示的紧凑摄远透镜系统210的示例实施例，其包括具有折光力和有效焦距f的五个透镜元件，并且其中第二透镜元件L2具有负折光力或负焦距f2和凹的物侧表面。此外，透镜元件L2是双凹形状的并且具有负的曲率半径R4和正的曲率半径R5(即，R4<0，R5>0，并且R4/R5<0)。在如表2A-2C中的光学处方所描述的透镜系统210的示例实施例中，就焦距而言透镜元件的折光力分布为f1＝2.697mm，f2＝-4.446mm，f3＝-12.466mm，f4＝-2.684mm并且f5＝4.053mm。透镜元件L1是双凸透镜，其中R2/R3＝-0.183。透镜元件L2、L3和L4是双凹形状的，分别具有曲率半径R4/R5＝-4.494，R6/R7＝-0.606以及R8/R9＝-1.20。透镜元件L5是双凸形状的，其中R10/R11＝-1.126。示例实施例中的透镜系统210中的透镜元件的表面的非球面系数在表2C中列出。通过根据透镜元件的折光力分布的布置来配置透镜系统210并且如表2A-2C中所示地调节曲率半径和非球面系数，可以减小透镜系统210的总轨道长度(TTL)(例如，如表2A中所示减小到5.7mm)并且可以有效地校正系统的像差以在小形状因数摄远相机200中获得高图像质量分辨率的光学性能。图5是包括紧凑摄远透镜系统310的紧凑摄远相机300的示例实施例的截面图示。透镜系统310包括具有折光力的五个透镜元件(301-305)。从物侧到像侧(图中从左到右)沿着相机300的光轴AX布置的是孔径光阑AS、具有正折光力并且具有凸的物侧表面和焦距f1的第一透镜元件L1(301)、具有负折光力并且具有凸的物侧表面和焦距f2的第二透镜元件L2(302)、具有正折光力并且具有凸的物侧表面和焦距f3的第三透镜元件L3(303)、具有负折光力并且具有凹的物侧表面和焦距f4的第四透镜元件L4(304)以及具有正折光力并且具有凸的像侧表面和焦距f5的第五透镜元件L5(305)。透镜系统310在感光器320的表面处形成像平面。在一些实施例中，红外(IR)滤光器可位于第五透镜元件L5与感光器320之间。透镜系统310的有效焦距给定为f。紧凑摄远透镜系统110的总轨道长度(TTL)是第一透镜元件L1的物侧表面与像平面之间在光轴AX上的距离。透镜系统310被配置成使得透镜系统310的摄远比率(TTL/f)满足关系：0.74<TTL/f<1.0。可位于透镜元件L1的前表面处的孔径光阑AS决定透镜系统310的入射光瞳孔径。透镜系统310焦比或F值f/#定义为透镜系统310的有效焦距f除以入射光瞳直径。IR滤光器可起到阻挡可损坏或不利地影响感光器的红外辐射的作用，并且可被配置为对于f没有影响。表3A-3C提供了如图5所示的相机300和透镜系统310的示例实施例的各种光学和物理参数的示例值。可以参考表3A-3C为透镜系统310提供光学处方。参考表3A-3C，透镜系统310的实施例覆盖了从470nm到650nm的光谱的可见光区中的应用，参考波长为555nm。表3A中所示的透镜系统310有效焦距f是在555nm下的标称值。表3A-3C中的光学处方对于7mm的有效焦距f、在470nm到650nm的光谱上、在f/2.8下提供了高图像质量性能，覆盖了36度的视角(FOV)。图5中示出的具有如表3A-3C所示的光学处方的7mm焦距紧凑透镜系统310具有5.6mm的总轨道长度(TTL)和0.80的摄远比率(TTL/f)。透镜系统310的五个透镜元件L1、L2、L3、L4和L5可由具有如表3B中列出的折射率和阿贝数的塑料材料构成。如表3B中所示，在透镜系统310的至少一些实施例中，两类塑料材料可用于透镜元件。透镜元件L1和L4可由具有阿贝数V1＝56.1的同一塑料材料构成，并且透镜元件L2、L3和L5可由具有阿贝数V2＝23.3的另一塑料材料构成。如表3A-3C中规定的透镜系统310被配置为如参考透镜系统110和表1A-1C所描述的那样校正光学像差。图6示出了对于如图5所示和表3A-3C中描述的紧凑摄远透镜系统310的在覆盖0–18度的半视角(HFOV)上以及在范围从470nm到650nm的可见光谱带上的多色光线像差曲线的图。表3A-3C中的光学处方描述了如图5所示的紧凑摄远透镜系统310的示例实施例，其包括具有折光力和有效焦距f的五个透镜元件，其中具有负折光力或负焦距f2的第二透镜元件L2具有凸的物侧表面，并且具有正折光力或正焦距f3的第三透镜元件L3具有凸的物侧表面。此外，在此实施例中，透镜元件L2是负弯月形状的并且具有正的曲率半径R4和R5，其中R4>R5并且R4/R5>1.0。透镜元件L3是正弯月形状的并且具有正的曲率半径R6和R7，其中R6<R7并且0<R6/R7<1.0。在如表3A-3C中的光学处方所描述的透镜系统310的示例实施例中，就焦距而言透镜元件的折光力分布为f1＝2.762mm，f2＝-3.511mm，f3＝82.286mm，f4＝-3.262mm并且f5＝5.759mm。透镜元件L1和L5都是双凸形状的，其中R2/R3＝-0.206并且R10/R11＝-0.148。负弯月透镜元件L2的形状具有曲率半径R4/R5＝3.15。透镜元件L3具有正折光力并且是正弯月形状的，其中曲率半径R6/R7＝0.739。透镜元件L4是双凹形状的，其中曲率半径R8/R9＝-2.775。示例实施例中的透镜系统310中的紧凑成像系统的表面的非球面系数在表3C中列出。通过根据透镜元件的折光力分布的布置来配置透镜系统310并且如表3A-3C中所示地调节曲率半径和非球面系数，可以减小透镜系统310的总轨道长度(TTL)(例如，如表3A中所示减小到5.6mm)并且可以有效地校正系统的像差以在小形状因数摄远相机300中获得高图像质量分辨率的光学性能。图7是包括紧凑摄远透镜系统410的紧凑摄远相机400的示例实施例的截面图示，其中紧凑摄远透镜系统410包括具有折光力的四个透镜元件(401-404)，而不是如图1、3和5中所示的五个透镜元件。从物侧到像侧(图中从左到右)沿着相机400的光轴AX布置的是孔径光阑AS、具有正折光力并且具有凸的物侧表面和焦距f1的第一透镜元件L1(401)、具有负折光力和焦距f2的第二透镜元件L2(402)、具有负折光力和焦距f3的第三透镜元件L3(403)以及具有正折光力和焦距f4的第四透镜元件L4(404)。透镜系统410在感光器420的表面处形成像平面。在一些实施例中，红外(IR)滤光器可位于第五透镜元件L5与感光器420之间。透镜系统410的有效焦距给定为f。紧凑摄远透镜系统410的总轨道长度(TTL)是第一透镜元件L1的物侧表面与像平面之间在光轴AX上的距离。透镜系统410被配置成使得透镜系统410的摄远比率(TTL/f)满足关系：0.74<TTL/f<1.0。可位于透镜元件L1的前表面处的孔径光阑AS决定透镜系统410的入射光瞳孔径。透镜系统410焦比或F值f/#定义为透镜系统410的有效焦距f除以入射光瞳直径。IR滤光器可起到阻挡可损坏或不利地影响感光器的红外辐射的作用，并且可被配置为对于f没有影响。表4A-4C提供了如图7所示的相机400和透镜系统410的示例实施例的各种光学和物理参数的示例值。可以参考表4A-4C为透镜系统410提供光学处方。参考表4A-4C，透镜系统410的实施例覆盖了从470nm到650nm的光谱的可见光区中的应用，参考波长为555nm。表4A中所示的7mm有效焦距f是在555nm下的标称值。表4A-4C中的光学处方在470nm到650nm的光谱上、对于覆盖36度的视角(FOV)的透镜系统410在f/2.8下提供了高图像质量性能。图7中示出的具有如表4A-4C所示的光学处方的紧凑透镜系统410具有5.7mm的总轨道长度(TTL)和0.814的摄远比率(TTL/f)。透镜系统410的四个透镜元件L1、L2、L3和L4可由具有如表4B中列出的折射率和阿贝数的塑料材料构成。如表4B中所示，在至少一些实施例中，两类塑料材料可用于透镜元件。透镜元件L1和L3可由具有阿贝数V1＝56.1的同一塑料材料构成，并且透镜元件L2和L4可由具有阿贝数V2＝23.3的另一塑料材料构成。如表4A-4C中规定的透镜系统410被配置为如参考透镜系统110和表1A-1C所描述的那样校正光学像差。图8示出了对于如图7所示和表4A-4C中描述的紧凑摄远透镜系统410的在覆盖0–18度的半视角(HFOV)上以及在范围从470nm到650nm的可见光谱带上的多色光线像差曲线的图。表4A-4C中的光学处方描述了如图7所示的紧凑摄远透镜系统410的示例实施例，其包括具有折光力和有效焦距f的四个透镜元件，其中具有负折光力或负焦距f2的第二透镜元件L2具有凸的物侧表面，具有负折光力或负焦距f3的第三透镜元件L3具有凹的物侧表面，并且具有正折光力或正焦距f4的第四透镜元件L4具有凸的物侧表面。此外，在特定的实施例中，透镜元件L1是双凸形状的，并且透镜元件L2是负弯月形状的并且具有正的曲率半径R4和R5，其中R4>R5并且R4/R5>1.0。透镜元件L3是双凹形状的，并且透镜元件L4是正弯月形状的并且具有正的曲率半径R8和R9，其中R8<R9并且0<R8/R9<1.0。在如表4A-4C中的光学处方所描述的透镜系统410的示例实施例中，就焦距而言透镜元件的折光力分布为f1＝2.911mm，f2＝-4.152mm，f3＝-4.4093mm并且f4＝7.287mm。透镜元件L1和L2间隔很近，使得L1和L2的组合可被认为是正折光力或正焦距f12的空气间隔双合透镜。透镜元件L3和L3也间隔很近，使得L3和L4的组合可被认为是具有负折光力和负焦距f34的双合透镜。在如表4A-4C中的光学处方所描述的透镜系统410的示例实施例中，f12＝5.80mm，并且f34＝-8.87mm，并且两个空气间隔双合透镜相隔T5＝2.3327mm的轴向距离。透镜元件L1是双凸形状的，其中曲率半径R2/R3＝-0.196。负弯月透镜元件L2具有曲率半径R4/R5＝2.726。利用曲率半径的这种布置，L1和L2的组合是高斯型的空气间隔双合透镜。透镜元件L3是双凹形状的，其中曲率半径R6/R7＝-314.045。透镜元件L4具有曲率半径R8/R9＝0.479。透镜系统410的这个示例实施例中的透镜元件的表面的非球面系数在表4C中列出。通过根据透镜元件的折光力分布的布置来配置透镜系统410并且如表4A-4C中所示地调节曲率半径和非球面系数，可以减小透镜系统410的总轨道长度(TTL)(例如，如表4A中所示减小到5.7mm)并且可以有效地校正系统的像差以在小形状因数摄远相机400中获得高图像质量分辨率的光学性能。表5A-5C提供了如图7所示的相机400和透镜系统410的替换示例实施例的各种光学和物理参数的示例值。可以参考表5A-5C为透镜系统410提供替换的光学处方。参考表5A-5C，在具有7mm的有效焦距f、f/2.6、36度的FOV、5.85mm的TTL和TTL/f＝0.836的情况下描述如图7所示的具有四个透镜元件的紧凑摄远透镜系统410的实施例。表5A-5C中的光学处方描述了透镜系统410的一实施例，其中具有负折光力和焦距的透镜元件L2和L3都具有凸的物侧表面。在这个特定的实施例中，L2和L3在光轴AX的附近都是负弯月形状的。透镜元件L3具有正曲率半径R6和R7，其中R6>R7并且R6/R7>1.0。图9示出了对于如图7所示和表5A-5C中描述的紧凑摄远透镜系统410的在覆盖0–18度的半视角(HFOV)上以及在范围从470nm到650nm的可见光谱带上的多色光线像差曲线的图。表5A-5C中的光学处方描述了如图7所示的紧凑摄远透镜系统410的示例实施例，其包括具有折光力和有效焦距f的四个透镜元件，其中就焦距而言透镜元件L1、L2、L3和L4的折光力分布为f1＝2.936mm，f2＝-4.025mm，f3＝-4.101mm，并且f4＝6.798mm。透镜元件L1和L2间隔很近，使得L1和L2的组合可被认为是正折光力或正焦距f12的空气间隔双合透镜。透镜元件L3和L3也间隔很近，使得L3和L4的组合可被认为是具有负折光力和负焦距f34的双合透镜。在如表5A-5C中的光学处方所描述的透镜系统410的示例实施例中，f12＝5.922mm，并且f34＝-9.70mm，并且两个空气间隔双合透镜相隔T5＝2.2376mm的轴向距离。透镜元件L1是双凸形状的，其中R2/R3＝-0.225。负弯月透镜元件L2具有曲率半径R4/R5＝3.782。利用曲率半径的这种布置，L1和L2的组合是高斯型的空气间隔双合透镜。透镜元件L3是负弯月形状的，其中曲率半径R6/R7＝15.625。透镜元件L4具有顶点曲率半径R8/R9＝0.462。透镜系统410的这个示例实施例中的透镜元件的表面的非球面系数在表5C中列出。通过根据透镜元件的折光力分布的布置来配置透镜系统410并且如表5A-5C中所示地调节曲率半径和非球面系数，可以减小透镜系统410的总轨道长度(TTL)(例如，如表5A中所示减小到5.85mm)并且可以有效地校正系统的像差以在小形状因数摄远相机400中获得高图像质量分辨率的光学性能。表6A-6C提供了如图7所示的相机400和透镜系统410的另一替换的示例实施例的各种光学和物理参数的示例值。可以参考表6A-6C为透镜系统410提供另一种替换的光学处方。参考表6A-6C，在具有7mm的有效焦距f、f/2.5、36度的FOV、5.9mm的TTL和0.842的摄远比率(TTL/f)的情况下描述如图7所示的具有四个透镜元件的紧凑摄远透镜系统410的实施例。表6A-6C中的光学处方描述了透镜系统410的一实施例，其中正透镜元件L1是双凸形状的，负透镜元件L2和L3都具有凸的物侧表面并且是弯月形状的，并且正透镜元件L4具有凸的物侧表面并且是正弯月形状的。图10示出了对于如图7所示和表6A-6C中描述的紧凑摄远透镜系统410的在覆盖0–18度的半视角HFOV上以及在范围从470nm到650nm的可见光谱带上的多色光线像差曲线的图。表6A-6C中的光学处方描述了如图7所示的紧凑摄远透镜系统410的示例实施例，其包括具有折光力和有效焦距f的四个透镜元件，其中就焦距而言透镜元件L1、L2、L3和L4的折光力分布为f1＝2.932mm，f2＝-3.872mm，f3＝-4.250mm，并且f4＝6.668mm。透镜元件L1和L2间隔很近，使得L1和L2的组合可被认为是正折光力或正焦距f12的空气间隔双合透镜。透镜元件L3和L3也间隔很近，使得L3和L4的组合可被认为是具有负折光力和负焦距f34的双合透镜。在如表6A-6C中的光学处方所描述的透镜系统410的示例实施例中，f12＝6.063mm，f34＝-10.744mm，并且两个空气间隔双合透镜相隔T5＝2.2096mm的轴向距离。透镜元件L1是双凸形状的，其中曲率半径R2/R3＝-0.258，并且负弯月透镜元件L2具有曲率半径R4/R5＝3.936。利用曲率半径的这种布置，L1和L2的组合是高斯型的空气间隔双合透镜。在如表6A-6C中的光学处方所描述的透镜系统410的示例实施例中，透镜元件L3是负弯月形状的，其中曲率半径R6/R7＝5.750。透镜元件L4具有顶点曲率半径R8/R9＝0.470。透镜系统410的这个示例实施例中的透镜元件的表面的非球面系数在表6C中列出。通过根据透镜元件的折光力分布的布置来配置透镜系统410并且如表5A-5C中所示地调节曲率半径和非球面系数，可以减小透镜系统410的总轨道长度(TTL)(例如，如表6A中所示减小到5.9mm)并且可以有效地校正系统的像差以在小形状因数摄远相机400中获得高图像质量分辨率的光学性能。图11是包括紧凑摄远透镜系统510的紧凑摄远相机500的示例实施例的截面图示。透镜系统510包括具有折光力的五个透镜元件(501-505)。透镜系统510可被视为图1和3的透镜系统110或210或者图5的透镜系统310的变型，并且透镜系统的元件可以是相似的。然而，在透镜系统510中，孔径光阑位于第一透镜元件501处并且在透镜系统510的前顶点后方，而不是如图1、3和5中所示地在透镜系统的前顶点处或者在透镜系统的前顶点前方。表7A-7C提供了如图11所示的相机500和透镜系统510的示例实施例的各种光学和物理参数的示例值。可以参考表7A-7C为透镜系统510提供光学处方。表7A-7C中的光学处方是针对如下透镜系统510的：其在555nm波长下具有7mm的有效焦距f、具有f/2.8的焦比、36度的FOV、6.0mm的TTL并且TTL/f等于0.857。透镜系统510是为覆盖470nm到650nm的可见光谱设计的紧凑成像透镜系统。透镜系统510的透镜元件L1、L2、L3、L4和L5可由具有如表7B中列出的折射率和阿贝数的塑料材料构成。关于透镜系统510，透镜元件L1和L4可由具有V1＝56.1的阿贝数的塑料材料构成。透镜元件L2、L3和L5可由具有V2＝23.3的阿贝数的塑料材料构成。如表7A-7C中规定的透镜系统510被配置为如参考透镜系统110和表1A-1C所描述的那样校正光学像差。图12示出了对于如图11所示和表7A-7C中描述的紧凑摄远透镜系统510的在半视角(HFOV＝18度)上、对于轴上物场点(0度)到18度的轴外场点以及在范围从470nm到650nm的可见光谱带上的多色光线像差曲线的图。示例实施例中的透镜系统510中的透镜元件的表面的非球面系数在表7C中列出。通过根据透镜元件的折光力分布的布置来配置透镜系统510并且如表7A-7C中所示地调节曲率半径和非球面系数，可以减小透镜系统510的总轨道长度(TTL)(例如，如表7A中所示减小到6.0mm)并且可以有效地校正系统的像差以在小形状因数摄远相机500中获得高图像质量分辨率的光学性能。图13是包括紧凑摄远透镜系统610的紧凑摄远相机600的示例实施例的截面图示。透镜系统610包括具有折光力的五个透镜元件(601-605)。透镜系统610可被视为图1、3和5各自的透镜系统110、210或310或者图11的透镜系统510的变型，并且透镜系统的元件可以是相似的。然而，在透镜系统610中，孔径光阑位于透镜系统610的第一透镜元件601与第二透镜元件602之间，而不是如图1、3、5和11中所示在第一透镜元件处或在第一透镜元件前方。表8A-8C提供了如图13所示的相机600和透镜系统610的示例实施例的各种光学和物理参数的示例值。可以参考表8A-8C为透镜系统610提供光学处方。表8A-8C中的光学处方是针对如下透镜系统610的：其在555nm波长下具有7mm的有效焦距f、具有f/2.8的焦比、36度的FOV、6.0mm的TTL并且TTL/f等于0.857。透镜系统610是为覆盖470nm到650nm的可见光谱设计的紧凑成像透镜系统。透镜系统610的透镜元件L1、L2、L3、L4和L5可由具有如表8B中列出的折射率和阿贝数的塑料材料构成。关于透镜系统610，透镜元件L1和L4可由具有V1＝56.1的阿贝数的塑料材料构成。透镜元件L2、L3和L5可由具有V2＝23.3的阿贝数的塑料材料构成。如表8A-8C中规定的透镜系统610被配置为如参考透镜系统110和表1A-1C所描述的那样校正光学像差。图14示出了对于如图13所示和表8A-8C中描述的紧凑摄远透镜系统610的在半视角(HFOV＝18度)上、对于轴上物场点(0度)到18度的轴外场点以及在范围从470nm到650nm的可见光谱带上的多色光线像差曲线的图。示例实施例中的透镜系统610中的透镜元件的表面的非球面系数在表8C中列出。通过根据透镜元件的折光力分布的布置来配置透镜系统610并且如表8A-8C中所示地调节曲率半径和非球面系数，可以减小透镜系统610的总轨道长度(TTL)(例如，如表8A中所示减小到6.0mm)并且可以有效地校正系统的像差以在小形状因数摄远相机600中获得高图像质量分辨率的光学性能。图15是根据至少一些实施例的用于利用如图1、3、5、11和13所示的具有包括五个透镜元件的摄远透镜系统的相机来捕捉图像的方法的高级别流程图。如1100处所示，通过孔径光阑在相机的第一透镜元件处接收来自相机前方的物场的光。在一些实施例中，孔径光阑可位于透镜系统的前顶点处，或者在前顶点与物平面之间，如图1、3和5中所示。另选地，孔径光阑可位于透镜系统的前顶点的后方，如图11和13所示，例如如图11所示位于第一透镜元件处，或者如图13所示位于第一和第二透镜元件之间。如1102处所示，第一透镜元件将光折射到第二透镜元件。如1104处所示，光随后被第二透镜元件折射到第三透镜元件。如1106处所示，光随后被第三透镜元件折射到第四透镜元件。如1108处所示，光随后被第四透镜元件折射到第五透镜元件。如1110处所示，光被第五透镜元件折射以在位于感光器的表面处或该表面附近的像平面处形成图像。如1112处所示，图像被感光器捕捉。虽然没有示出，但在一些实施例中，光可通过IR滤光器，该IR滤光器可例如位于第五透镜元件与感光器之间。在一些实施例中，可以如图1中所示并且根据表1A-1C中提供的光学处方来配置五个透镜元件。另选地，可以如图3中所示并且根据表2A-2C中提供的光学处方来配置五个透镜元件。作为另一种替换，可以如图5中所示并且根据表3A-3C中提供的光学处方来配置五个透镜元件。作为另外一种替换，可以如图11中所示并且根据表7A-7C中提供的光学处方来配置五个透镜元件。作为再一种替换，可以如图13中所示并且根据表8A-8C中提供的光学处方来配置五个透镜元件。然而，注意，在实现相似的光学结果的同时，关于表1A-1C、2A-2C、3A-3C、7A-7C和8A-8C中给出的示例的变型是可能的。图16是根据至少一些实施例的用于利用如图7所示的具有包括四个透镜元件的摄远透镜系统的相机来捕捉图像的方法的流程图。如1200处所示，通过孔径光阑在相机的第一透镜元件处接收来自相机前方的物场的光。虽然图7示出了位于透镜系统的前顶点处的孔径光阑，但在一些实施例中，孔径光阑的位置可以更靠近或更远离第一透镜元件。另外，在一些实施例中，孔径光阑可位于摄远透镜系统中的别处。仅作为一个示例，孔径光阑可位于第一和第二透镜元件之间。如1202处所示，第一透镜元件将光折射到第二透镜元件。如1204处所示，光随后被第二透镜元件折射到第三透镜元件。如1206处所示，光随后被第三透镜元件折射到第四透镜元件。如1208处所示，光被第四透镜元件折射以在位于感光器的表面处或该表面附近的像平面处形成图像。如1210处所示，图像被感光器捕捉。虽然没有示出，但在一些实施例中，光可通过IR滤光器，该IR滤光器可例如位于第四透镜元件与感光器之间。在一些实施例中，可以如图7中所示并且根据表4A-4C中提供的光学处方来配置四个透镜元件。另选地，可以如图7中所示并且根据表5A-5C中提供的光学处方来配置四个透镜元件。作为另一种替换，可以如图7中所示并且根据表6A-6C中提供的光学处方来配置四个透镜元件。然而，注意，在实现相似的光学结果的同时，关于表4A-4C、5A-5C和6A-6C中给出的示例的变型是可能的。示例透镜系统表格以下表格提供了如本文中参考图1至14所描述的摄远透镜系统和相机的示例实施例的各种光学和物理参数的示例值。表1A-1C对应于如图1所示的具有五个透镜元件的透镜系统110的示例实施例。表2A-2C对应于如图3所示的具有五个透镜元件的透镜系统210的示例实施例。表3A-3C对应于如图5所示的具有五个透镜元件的透镜系统310的示例实施例。表4A-4C、5A-5C和6A-6C对应于如图7所示的具有四个透镜元件的透镜系统410的三个不同的示例实施例。表7A-7C对应于如图11所示的具有五个透镜元件的透镜系统510的示例实施例。表8A-8C对应于如图13所示的具有五个透镜元件的透镜系统510的示例实施例。在表格中，除非另有规定，否则所有尺寸都是以毫米为单位的。“S#”代表表面号码。正半径表明曲率中心在该表面的右侧。负半径表明曲率中心在该表面的左侧。“INF”代表无穷远(如光学中所使用的)。“ASP”表示非球面表面，并且“FLAT”表示平坦表面。厚度(或间隔)是到下一表面的轴向距离。设计波长表示成像光学系统的光谱带中的波长。对于透镜元件和IR滤光器的透镜元件，提供在氦d线波长下的折射率Nd，以及相对于d线和氢的C线和F线的阿贝数Vd。阿贝数Vd可由下式定义：Vd＝(Nd–1)/(NF–NC)，其中NF和NC分别是材料在氢的F线和C线处的折射率值。参考非球面常数的表格(表1C、2C、3C、4C、5C、6C、7C和8C)，描述非球面表面的非球面方程可由下式给出：其中Z是与z轴平行的表面的下垂(sag)(z轴和光轴(AX)在这些示例实施例中是一致的)，r是从顶点起的径向距离，c是顶点处表面的曲率(表面的曲率半径的倒数)，K是圆锥常数，并且A、B、C、D、E、F、G和H是非球面系数。在表格中，“E”表示指数记号(10的幂)。注意，以下表格中对于摄远透镜系统的各种实施例中的各种参数给出的值是作为示例给出的，而并不旨在作为限定。例如，关于示例实施例中的一个或多个透镜元件的一个或多个表面的一个或多个参数以及关于构成这些元件的材料的参数可被赋予不同的值，同时仍为透镜系统提供相似的性能。特别地，注意，对于使用如本文描述的摄远透镜系统的实施例的相机的更大或更小的实现方式，表格中的一些值可被按比例放大或缩小。还要注意，如表格中所示的摄远透镜系统的各种实施例中的元件的表面号码(S#)是从物平面处的第一表面0到像平面处的最末表面列出的。由于元件的号码和位置在各实施例中可变化，所以对应于一些元件的(一个或多个)表面号码在不同表格中可变化。例如，在前六组表格中，孔径光阑是表面1，并且第一透镜元件(L1)具有表面2和3。然而，在表格7A-7C和8A-8C中，孔径光阑的位置是不同的，因而表面号码在这些表格中是不同的。例如，在表格7B和7C中，第一透镜元件(L1)具有表面4和5，并且在表格8A和8B中，第一透镜元件(L1)具有表面1和2(而孔径光阑是表面3)。特别地，注意，当在本文档中称呼透镜元件(L#)的表面的曲率半径(R#)时，使用的称呼(R#)(例如，用于透镜元件L1的表面的R2和R3)对于所有示例实施例都是相同的，但可以不一定对应于如表格中给出的透镜元件的表面号码。表1A焦距(f)7.0mmF值2.8半FOV18°总轨道长度(TTL)5.7mm摄远比率(TTL/f)0.814设计波长650nm,610nm,555nm,510nm,470nm表1B表1C–非球面常数表2A焦距(f)7.0mmF值2.8半FOV18°总轨道长度(TTL)5.7mm摄远比率(TTL/f)0.814设计波长650nm,610nm,555nm,510nm,470nm表2B表2C–非球面常数表3A焦距(f)7.0mmF值2.8半FOV18°总轨道长度(TTL)5.6mm摄远比率(TTL/f)0.80设计波长650nm,610nm,555nm,510nm,470nm表3B表3C–非球面常数表4A焦距(f)7.0mmF值2.8半FOV18°总轨道长度(TTL)5.7mm摄远比率(TTL/f)0.814设计波长650nm,610nm,555nm,510nm,470nm表4B表4C–非球面常数表5A焦距(f)7.0mmF值2.8半FOV18°总轨道长度(TTL)5.85mm摄远比率(TTL/f)0.836设计波长650nm,610nm,555nm,510nm,470nm表5B表5C–非球面常数表6A焦距(f)7.0mmF值2.5半FOV18°总轨道长度(TTL)5.9mm摄远比率(TTL/f)0.842设计波长650nm,610nm,555nm,510nm,470nm表6B表6C–非球面常数表7A焦距(f)7.0mmF值2.8半FOV18°总轨道长度(TTL)6.0mm摄远比率(TTL/f)0.857设计波长650nm,610nm,555nm,510nm,470nm表7B表7C–非球面常数表8A焦距(f)7.0mmF值2.8半FOV18°总轨道长度(TTL)6.0mm摄远比率(TTL/f)0.857设计波长650nm,610nm,555nm,510nm,470nm表8B表8C–非球面常数示例计算设备图17示出了可包括或者容宿如图1至16所示的相机的实施例的示例计算系统，其被称为计算机系统2000。此外，计算机系统2000可实现用于控制相机和/或用于执行对用相机捕捉的图像的图像处理的操作的方法。在不同的实施例中，计算机系统2000可以是各种类型的设备中的任何一种，包括但不限于个人计算机系统、桌面型计算机、膝上型电脑、笔记本电脑、平板或板状设备、slate平板设备、或者上网本计算机、大型机计算机系统、手持式计算机、工作站、网络计算机、相机、机顶盒、移动设备、无线电话、智能电话、消费类设备、视频游戏机、手持式视频游戏设备、应用服务器、存储设备、电视机、视频记录设备、诸如交换机、调制解调器、路由器之类的外围设备、或者一般而言任何类型的计算或电子设备。在图示的实施例中，计算机系统2000包括经由输入/输出(I/O)接口2030耦合到系统存储器2020的一个或多个处理器2010。计算机系统2000还包括耦合到I/O接口2030的网络接口2040，以及一个或多个输入/输出设备2050，诸如光标控制设备2060、键盘2070和(一个或多个)显示器2080。计算机系统2000还可包括一个或多个相机2090，例如也可耦合到I/O接口2030的如上文参考图1至16所描述的一个或多个摄远相机，或者上文参考图1至16所描述的一个或多个摄远相机以及诸如传统的广视野相机之类的一个或多个其他相机。在各种实施例中，计算机系统2000可以是包括一个处理器2010的单处理器系统，或者包括若干个处理器2010(例如，两个、四个、八个或另外的适当数目)的多处理器系统。处理器2010可以是能够执行指令的任何适当的处理器。例如，在各种实施例中，处理器2010可以是通用或嵌入式处理器，实现多种多样的指令集体系结构(ISA)中的任何一种，诸如x86、PowerPC、SPARC或者MIPSISA，或者任何其他适当的ISA。在多处理器系统中，每个处理器2010可以共同地——但并非一定——实现相同ISA。系统存储器2020可被配置为存储处理器2010可访问的程序指令2022和/或数据2032。在各种实施例中，可使用任何适当的存储器技术来实现系统存储器2020，所述存储器技术诸如静态随机访问存储器(SRAM)、同步动态RAM(SDRAM)、非易失性/闪存型存储器、或者任何其他类型的存储器。在图示的实施例中，程序指令2022可被配置为实现用于控制相机2090的操作和用于用集成的相机2090来捕捉和处理图像的各种接口、方法和/或数据，或者其他方法或数据，例如用于捕捉、显示、处理和存储用相机2090捕捉的图像的接口和方法。在一些实施例中，可在不同类型的计算机可访问介质上或者与系统存储器2020或计算机系统2000分开的类似介质上接收、发送或存储程序指令和/或数据。在一个实施例中，I/O接口2030可被配置为在处理器2010、系统存储器2020和设备中的任何外围设备——包括网络接口2040或其他外围接口(诸如输入/输出设备2050)——之间协调I/O流量。在一些实施例中，I/O接口2030可执行任何必要的协议、定时或其他数据变换以将来自一个组件(例如，系统存储器2020)的数据信号转换成适合另一组件(例如，处理器2010)使用的格式。在一些实施例中，I/O接口2030可包括对于通过各种类型的外围总线附接的设备的支持，例如，外围总线的类型诸如外围组件互连(PCI)总线标准或通用串行总线(USB)标准的变型。在一些实施例中，I/O接口2030的功能可被分割成两个或更多个分开的组件，例如，诸如北桥和南桥。另外，在一些实施例中，I/O接口2030的功能中的一些或全部，诸如到系统存储器2020的接口，可被直接并入到处理器2010中。网络接口2040可被配置为允许在计算机系统2000与附接到网络2085的其他设备(例如，载体或代理设备)之间或者在计算机系统2000的节点之间交换数据。网络2085在各种实施例中可包括一个或多个网络，包括但不限于局域网(LAN)(例如，以太网或公司网络)、广域网(WAN)(例如因特网)、无线数据网络、一些其他电子数据网络或者它们的某种组合。在各种实施例中，网络接口2040可支持经由如下网络的通信：经由有线或无线通用数据网络，例如，诸如任何适当类型的以太网网络；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；经由存储区域网络，诸如光纤信道SAN；或者经由任何其他适当类型的网络和/或协议。输入/输出设备2050在一些实施例中可包括一个或多个显示终端、键盘、小键盘、触摸板、扫描设备、语音或光学识别设备或者适合于通过计算机系统2000输入或访问数据的任何其他设备。多个输入/输出设备2050可存在于计算机系统2000中，或者可分布在计算机系统2000的各种节点上。在一些实施例中，类似的输入/输出设备可与计算机系统2000分开并且可通过有线或无线连接——诸如通过网络接口2040——与计算机系统2000的一个或多个节点交互。如图17所示，存储器2020可包括程序指令2022，程序指令2022可由处理器执行来实现支持集成的相机2090的任何元素或动作，包括但不限于图像处理软件和用于控制相机2090的接口软件。在至少一些实施例中，由相机2090捕捉的图像可被存储到存储器2020。此外，关于由相机2090捕捉的图像的元数据可被存储到存储器2020。本领域技术人员将会明白，计算机系统2000只是例示性的，而并不旨在限制实施例的范围。特别地，计算机系统和设备可包括可执行指示的功能的硬件或软件的任何组件，包括计算机、网络设备、因特网设备、PDA、无线电话、寻呼机、视频或静止相机，等等。计算机系统2000还可连接到没有图示出的其他设备，或者可以改为作为独立的系统操作。此外，图示的组件所提供的功能在一些实施例中可被组合在更少的组件中或者分布在额外的组件中。类似地，在一些实施例中，可以不提供一些图示的组件的功能，和/或其他额外的功能可以可用。本领域技术人员还将明白，虽然各种项目被图示为在被使用时被存储在存储器中或者存储设备上，但出于存储器管理和数据完整性的目的，这些项目或它们的一些部分可在存储器和其他存储设备之间被传送。另选地，在其他实施例中，软件组件中的一些或全部可在另一设备上的存储器中执行并且经由计算机间通信与图示的计算机系统2000通信。系统组件或数据结构中的一些或全部也可被存储(例如作为指令或结构化数据)在计算机可访问介质或便携式物品上以由适当的驱动器读取，其各种示例在上文描述。在一些实施例中，存储在与计算机系统2000分开的计算机可访问介质上的指令可经由通过诸如网络和/或无线链路之类的通信介质传送的传输媒体或者信号(诸如电信号、电磁信号或数字信号)被传输到计算机系统2000。各种实施例还可包括在计算机可访问介质上接收、发送或存储根据前文描述实现的指令和/或数据。一般来说，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，诸如磁或光介质，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，等等)、ROM，等等。在一些实施例中，计算机可访问介质可包括经由诸如网络和/或无线链路之类的通信介质传送的传输媒体或信号，诸如电信号、电磁信号或数字信号。本文描述的方法在不同实施例中可以用软件、硬件或者其组合来实现。此外，可以改变方法的块的顺序，并且可对各种元素进行添加、重排序、组合、省略、修改等等。正如受益于本公开的本领域技术人员显而易见的，可以进行各种修改和变型。本文描述的各种实施例意欲为例示性的，而不是限制性的。许多变型、修改、添加和改进是可能的。因此，对于本文描述的组件可以提供多个实例作为单个实例。各种组件、操作和数据存储之间的边界是多少有些任意的，并且特定的操作是在特定的例示性配置的上下文中例示的。功能的其他分配被设想到了并且可落入权利要求的范围内。最后，在示例配置中作为分立的组件给出的结构和功能可实现为组合的结构或组件。这些和其他变型、修改、添加和改进可落入权利要求中定义的实施例的范围内。当前第1页1 2 3