蘋果獲「自由摺疊光學系統」專利，為 iPhone 潛望式鏡頭提供新設計

多年來，三星透過收購 CorePhotonics 所獲得的專利來阻止蘋果將潛望式鏡頭導入 iPhone 當中；不過在 2021 年 9 月時，LG Innotek 成功地讓 CorePhotonics 專利宣告失效，且在 2023 年 9 月時，蘋果成功地繞過三星變焦相機專利，推出了首款搭載潛望式鏡頭的 iPhone 15 Pro Max 機款。

現在，美國專利商標局也正是授予蘋果一項名為「自由摺疊光學系統」（Freeform Folded Optical System）的新專利，這項專利可望為蘋果未來的前望式相機設計提供全新的方式。

在專利文件中顯示，使用小封裝尺寸的相機實現更高解析度，通常需要使用小像素尺寸的影像感測器，以及良好、緊湊的成像鏡頭系統。現在技術進步已經實現了影像感測器像素尺寸的減小，但隨著影像感測器變得更加緊湊和強大，對具有改進的成像品質性能的緊湊成像鏡頭系統需求也隨之增加。

除此之外，人們越來越希望小型相機配備更高解析度或更大像素尺寸的影像感測器，但又能同時維持足夠緊湊的模組，適用於便攜式電子設備。從光學系統設計的角度來看，挑戰是提供一種能夠在小型相機施加的物理限制下捕捉高亮度、高解析度影像的光學系統。

蘋果這次獲得的專利涵蓋了一種自由形狀摺疊的光學系統，這項系統可用於 iPhone 或 iPad 等行動裝置當中的小型相機。其中也描述了自由摺疊光學系統的實施例子，其包括兩個具有光焦度的自由曲面稜鏡，且在棱鏡之間沒有透鏡堆疊。

至少一個自由形狀棱鏡被配置為將光學系統的光軸摺疊兩次。因此自由形狀摺疊光學系統的實施例將光軸摺疊三或四次。將自由曲面棱鏡中的光軸摺疊三到四次，可以實現望遠鏡頭應用所需的長焦距，而無需在棱鏡之間添加額外的鏡頭元件。與傳統摺疊透鏡系統相比，「自由摺疊光學系統」可降低 Z 軸高度。

摺疊光學系統包括兩個自由曲面棱鏡。在至少一些實施例中，每個自由形狀棱鏡由光學塑膠材料形成。每個自由曲面稜鏡有三個以上的表面，然而該專利中只展示了每個自由曲面棱鏡的三個表面。

第一自由曲面棱鏡具有第一表面，該第一表面是透射全內反射（TIR）表面，其透射從物場接收的光並反射從第一自由曲面棱鏡的第二表面接收的光 TIR 到第一自由曲面稜鏡的第三表面。

第一自由曲面棱鏡的第二表面是塗覆有鏡面塗層的反射表面，其將透過第一自由曲面棱鏡的第一表面接收的光反射回到第一自由曲面棱鏡的第一表面。

第一自由曲面棱鏡的第三面是透射從第一自由曲面棱鏡的第一個表面接收的光的透射表面。因此，第一自由曲面棱鏡將光軸摺疊兩次，一次在第二表面處，另一次在第一表面處。第一自由曲面稜鏡的三個表面中的至少一個是自由曲面。

（圖片來源：美國專利商標局）