用于使超微距图像的焦平面倾斜的系统和相机的制作方法

在此所公开的主题一般地涉及微距图像，具体地涉及利用移动远摄(“tele”)相机获得这样的图像的方法。

背景技术：

1、多相机(具有两个相机的“双相机”是多相机的一种示例)现在被广泛用于便携式电子移动设备(或简称“移动设备”，例如，智能手机、平板电脑等)。多相机通常包括广视场(或“广角”)fovw相机(“wide”或“w”相机)和至少一个附加相机(例如具有(比fovw)较窄的fov(视场)的相机，即，具有fovt的“tele”(或“t”)相机)。图5a至图5b示出了包括w相机、或超广角(uw)相机和双折叠tele相机的三相机。

2、“微距摄影(macro-photography)”模式正在成为一种流行的差异化因素。“微距摄影”是指拍摄靠近相机的物体，使图像传感器上记录的图像与拍摄的实际物体几乎一样大。物体大小与图像大小的比率是物体对图像(object-to-image)的放大率(“m”)。

3、提供大m的微距相机可以用移动设备的tele相机来实现。由于其m大，该相机可以被称为“超微距相机”或“sm相机”，并且图像可以被称为“超微距图像”或“sm图像”。例如，在共同拥有的国际专利申请pct/ib2021/054186中描述了用于移动超微距摄影的tele相机和方法。

4、因为tele相机的有效焦距(efl)长达7mm或更多，所以聚焦到靠近物体的tele相机具有非常浅的景深(dof)，参见表1。dof是在图像中具有可接受的清晰度的最近物体和最远物体之间的距离。因此，用tele相机在微距摄影模式下拍摄微距图像是非常有挑战性的。例如，为了获得更有益的照明或更方便的拍摄体验，人们可能想要拍摄相对于移动设备的后表面和微距相机的焦平面以某一角度θ定向的物体(参见图1a)。这可能得到仅部分对焦(infocus)的图像。在独立相机(诸如数字单镜头反光相机(dslr))中，这种挑战通过允许使焦平面倾斜的“移轴镜头(tilt-shift lenses)”来解决。然而，对于包括在智能手机中的微型相机中的这种挑战，没有令人满意的解决方案。

5、在移动设备中具有可以使其焦平面倾斜的超微距相机将是有益的。

技术实现思路

1、在不同实施例中，提供了一种相机，所述相机包括：物体侧光路折叠元件(o-opfe)，用于将第一光路(op1)折叠到第二光路(op2)；透镜；图像侧光路折叠元件(i-opfe)，用于将第二光路(op2)折叠到第三光路(op3)，其中op1、op2以及op3彼此垂直；i-opfe致动器；以及图像传感器，具有在示例性正交xyz坐标系中平行于x-y平面定向的图像平面，其中，相机是超微距(sm)相机并且具有焦平面，其中，在零倾斜焦平面位置，焦平面平行于x-z平面，其中，在i-opfe的零倾斜位置，i-opfe与x轴和z轴两者形成45度的角度并且平行于y轴，其中，i-opfe致动器用于：通过围绕平行于y轴的第一i-opfe旋转轴的旋转致动i-opfe而使焦平面围绕平行于z轴的第一焦平面旋转轴倾斜，和/或通过围绕第二i-opfe旋转轴的旋转致动i-opfe而使焦平面围绕平行于x轴的第二焦平面旋转轴倾斜，第二i-opfe旋转轴平行于i-opfe的零倾斜位置并垂直于y轴。

2、在一些实施例中，第一光路(op1)和第三光路(op3)被定向为平行于y轴，第二光路被定为平行于x轴，其中，图像传感器被定向为平行于x-z平面，其中，i-opfe致动器可操作地通过i-opfe围绕平行于z轴的第三i-opfe旋转轴的旋转致动来使焦平面围绕第一焦平面旋转轴倾斜，和/或通过i-opfe围绕平行于零倾斜i-opfe位置并垂直于z轴的第四i-opfe旋转轴的旋转致动，使焦平面围绕第二焦平面旋转轴倾斜。

3、在一些实施例中，sm相机聚焦到3.0cm至15cm的物体-透镜距离。

4、在一些实施例中，sm相机聚焦到15cm至50cm的物体-透镜距离。

5、在一些实施例中，焦平面围绕第一焦平面旋转轴和/或第二焦平面旋转轴倾斜0度至20度。

6、在一些实施例中，i-opfe围绕第一i-opfe旋转轴或第三i-opfe旋转轴倾斜0度至40度，以用于使焦平面围绕第一焦平面旋转轴倾斜0度至20度，和/或i-opfe围绕第二i-opfe旋转轴或第四i-opfe旋转轴倾斜0度至40度，以用于使焦平面围绕第二焦平面旋转轴倾斜0度至20度。在一些实施例中，i-opfe围绕第一i-opfe旋转轴或第三i-opfe旋转轴倾斜0度至60度，以用于使焦平面围绕第一焦平面旋转轴倾斜0度至40度，和/或i-opfe围绕第二i-opfe旋转轴或第四i-opfe旋转轴倾斜0度至60度，以用于使焦平面围绕第二焦平面旋转轴倾斜0度至40度。

7、在一些实施例中，焦平面围绕第一焦平面旋转轴和/或第二焦平面旋转轴倾斜0度至40度。在一些实施例中，焦平面围绕第一焦平面旋转轴和/或第二焦平面旋转轴倾斜0度至60度。在一些实施例中，焦平面围绕第一焦平面旋转轴和/或所述第二焦平面旋转轴倾斜0度至80度。

8、在一些实施例中，校准数据用于计算控制信号，所述控制信号用于使焦平面围绕第一焦平面旋转轴和第二焦平面旋转轴倾斜，所述校准数据取决于sm相机和要拍摄的物体之间的距离。

9、在一些实施例中，当焦平面位于距sm相机的第一距离处时，为了使焦平面围绕第一焦平面旋转轴或第二焦平面旋转轴倾斜一特定焦平面倾斜行程，要求围绕第一i-opfe旋转轴、第二i-opfe旋转轴、第三i-opfe旋转轴或第四i-opfe旋转轴的第一旋转行程，当焦平面位于距sm相机的第二距离处时，为了使焦平面围绕第一焦平面旋转轴或第二焦平面旋转轴倾斜同一特定焦平面倾斜行程，要求围绕第一i-opfe旋转轴、第二i-opfe旋转轴、第三i-opfe旋转轴或第四i-opfe旋转轴的第二旋转行程，第二距离大于第一距离，第一旋转行程小于第二旋转行程。

10、在一些实施例中，sm相机具有7mm至10mm的有效焦距(efl)。在一些实施例中，sm相机具有10mm至20mm的efl。在一些实施例中，sm相机具有20mm至40mm的efl。

11、在一些实施例中，i-opfe致动器是音圈电机。

12、在一些实施例中，i-opfe是镜子。

13、在一些实施例中，o-opfe是棱镜。

14、在一些实施例中，透镜被分成两个透镜组，其中，第一透镜位于o-opfe的物体侧，第二透镜组位于o-opfe的图像侧和i-opfe的物体侧之间。

15、在一些实施例中，sm相机是利用相应的sm视场扫描场景的扫描相机。

16、在一些实施例中，sm相机能够在两个或更多个离散变焦状态之间切换。

17、在一些实施例中，sm相机能够在最小变焦状态和最大变焦状态之间连续切换。

18、在一些实施例中，最大变焦状态的变焦因子是最小变焦状态的变焦因子的两倍。

19、在一些实施例中，最大变焦状态的变焦因子为最小变焦状态的变焦因子的3倍或更多倍。

20、如上所述或如下所述的包括sm相机的移动设备包括根据权利要求1或2所述的sm相机，并且包括应用处理器(ap)，所述应用处理器(ap)被配置为控制焦平面的倾斜。

21、在一些实施例中，移动设备是智能手机。

22、在一些实施例中，ap被配置为使用校准数据来控制所述焦平面围绕所述第一焦平面旋转轴和/或所述第二焦平面旋转轴的倾斜，所述校准数据包括第一i-opfe旋转轴、第二i-opfe旋转轴、第三i-opfe旋转轴或第四i-opfe旋转轴的旋转角度以及物体-透镜距离。

23、在一些实施例中，ap被配置为根据用户输入来控制焦平面的倾斜。

24、在一些实施例中，ap被配置为运行算法，以使焦平面自动倾斜。

25、在一些实施例中，ap还被配置为在焦平面倾斜之后自动拍摄图像或图像流。

26、在一些实施例中，焦平面被倾斜，使得利用sm相机拍摄的感兴趣对象是完全对焦的。

27、在一些实施例中，焦平面被倾斜，使得利用sm相机拍摄的感兴趣对象具有特定量的失焦去模糊。

28、在一些实施例中，所述移动设备还包括广角相机和/或超广角相机，其中，ap还被配置为分析来自sm相机、广角相机或超广角相机中的任一个的图像数据，以使焦平面自动倾斜。

29、在一些实施例中，图像数据是光电二极管自动聚焦图像数据。在一些实施例中，图像数据分析使用显著图和/或对象检测算法。

30、在一些实施例中，ap被配置为分析来自广角相机和/或超广角相机的图像数据，以朝向广角相机的视场(fov)内的特定区段操纵扫描相机的fov。

31、在一些实施例中，ap被配置为分析来自广角相机和/或超广角相机的图像数据来将sm相机切换到特定变焦状态，以用于拍摄具有特定放大率和特定视场的微距图像。

32、在各种实施例中，提供了一种方法，所述方法包括：提供一种电子移动设备，所述电子移动设备包括：广角相机，用于利用相应广角视场(fovw)来拍摄广角图像；sm相机，用于利用小于fovw的相应sm视场来拍摄sm图像，其中，sm相机被配置为使焦平面倾斜；以及处理器；以及将处理器配置为根据使用广角图像数据和/或sm图像数据的分析使sm相机的焦平面自主地倾斜，并以给定焦平面倾斜自主地拍摄sm图像。

33、在一些实施例中，执行使焦平面倾斜的步骤，使得拍摄的sm图像是完全对焦的。

34、在一些实施例中，执行使焦平面倾斜的步骤，使得拍摄的sm图像具有特定量的失焦去模糊。