Imaging apparatus with a telephoto lens module for an electronic device

Abstract

An optical imaging apparatus, in particular camera, with a telephoto lens module for imaging an object is disclosed. The imaging apparatus (100) comprises an optical path length extension element (120) with a polarizing beam splitter, PBS (121) configured to split an incoming light beam along a first auxiliary optical axis into a first light beam and along a perpendicular second auxiliary optical axis into a second light beam. The optical path length extension element (120) further comprises a first wave retarder (122a) and a first reflection element (123a) arranged along the first auxiliary optical axis and configured to phase retard and reflect the first light beam back along the first auxiliary optical axis and a second wave retarder (122b) and a second reflection element (123b) arranged along the second auxiliary optical axis and configured to phase retard and reflect the second light beam back along the second auxiliary optical axis. The PBS (121) is further configured to recombine the first light beam and the second light beam into an outgoing light beam along a main optical axis. The imaging apparatus (100) further comprises a lens assembly (130) configured to form an image of the object in an imaging plane of the imaging apparatus (100) based on the outgoing light beam or to form the incoming light beam and an imaging sensor (140) configured to capture the image of the object in the imaging plane.

Description

Imaging apparatus with a telephoto lens module for an electronic deviceTECHNICAL FIELD

[0001] The present invention relates to optical imaging apparatuses in general. More specifically, the present invention relates to an optical imaging apparatus, in particular a camera, with a telephoto lens module for an electronic device, such as a smartphone, tablet computer and the like.BACKGROUND

[0002] Smartphones have become an integral part of our daily lives with the camera functionality being one of the most sought-after features. As technology advances, smartphone manufacturers today are continuously striving to enhance camera capabilities to improve image quality and provide additional functionalities. Common camera modules found in popular smartphones nowadays are the Primary Wide-Angle, Ultra-Wide-Angle and the Telephoto lens.

[0003] The Telephoto camera module has a higher focal length than the main camera module enabling it to achieve a narrower field of view and a higher optical zoom enabling the user to zoom in on distant objects with good image quality. The focal length determines the level of magnification and optical zoom the camera can achieve. Longer focal lengths enable higher levels of zoom. However, one common technical challenge associated with smartphone telephoto camera modules is the physical size and space constraints associated with building such a high focal length system required for telephoto functionality. Smartphone manufacturers must find ways to fit the large focal length lenses and optical systems within the miniaturized form factor of a smartphone without increasing the device’s overall thickness.

[0004] To solve the challenge of space constraint in telephoto camera modules in smartphones, a periscope design is the state-of-the-art design. A periscope design is a type of folded optics design that typically uses prisms or mirrors to reflect light in the camera module effectively increasing its optical path length. These prisms or mirrors are positioned at specific angles to achieve the required optical folding. This allows the total track length (TTL) of the lens system to be much smaller than the actual focal length, thus enabling optical zoom functionality without increasing the camera module size, perfect for slim  smartphones. Another advantage of such a folded optics design is in image stabilization as the relatively shorter physical length of the camera module reduces the impact of camera shake thus improving image stabilization during handheld photography.

[0005] Although the folded optics design in the form of the conventional periscope design provides an increased optical path length, this may not be sufficient for providing a high enough optical zoom in a compact form factor. For instance, in some conventional periscope designs for smartphones two prisms are used to fold the light path sufficiently before reaching the sensor. This increases the cost and weight of the camera module. Moreover, using two prisms means less space for the lens elements to move within the module which is required for zoom functionality.SUMMARY

[0006] It is an object of the invention to provide an optical imaging apparatus, in particular a camera, with a telephoto lens module with an increased optical path length for an electronic device, such as a smartphone, tablet computer and the like.

[0007] The foregoing and other objects are achieved by the subject matter of the independent claims. Further implementation forms are apparent from the dependent claims, the description and the figures.

[0008] According to a first aspect a telephoto imaging apparatus, in particular a camera, for imaging an object is provided. The imaging apparatus comprises an optical path length extension element, wherein the optical path length extension element comprises a polarizing beam splitter, PBS, configured to split an incoming light beam along a first auxiliary optical axis into a first light beam having a first polarization and along a perpendicular second auxiliary optical axis into a second light beam having a second polarization being orthogonal to the first polarization. Moreover, the optical path length extension element comprises a first wave retarder and a first reflection element arranged along the first auxiliary optical axis and configured to phase retard and reflect the first light beam back along the first auxiliary optical axis and a second wave retarder and a second reflection element arranged along the second auxiliary optical axis and configured to phase retard and reflect the second light beam back along the second auxiliary optical axis. The PBS is further configured to recombine the first light beam reflected and phase-retarded by the first wave retarder and the first reflection element and the second light  beam reflected and phase-retarded by the second wave retarder and the second reflection element into an outgoing light beam along a main optical axis of the imaging apparatus. Moreover, the imaging apparatus comprises a lens assembly configured to form an image of the object in an imaging plane of the imaging apparatus based on the outgoing light beam, or to form the incoming light beam for forming an image of the object in an imaging plane of the imaging apparatus. The imaging apparatus further comprises an imaging sensor, e.g. a photosensor, configured to capture the image of the object in the imaging plane.

[0009] Thus, the imaging apparatus according to the first aspect and its different implementation forms and embodiments described in the following, allow to further reduce the TTL of the imaging optics using at least one optical path length extension element with a PBS that splits the incoming light beam into mutually orthogonal polarizations, which then pass through, for instance, a 90° phase-difference inducing waveplate thereby increasing the effective path length of the beam by at least one arm length of the optical path length extension element. The imaging apparatus according to the first aspect allows using previously unused space in a camera module with an optical element that increases the optical path length of the incident light before reaching the imaging sensor. Thus, the imaging apparatus according to the first aspect provides more free space in the imaging optics to help with optical zoom functionality of the camera module, thus preserving image quality.

[0010] In a further possible implementation form, the imaging apparatus further comprises a lens barrel, wherein the lens barrel houses the lens assembly and is movable along the main optical axis relative to the optical path length extension element and / or the imaging sensor.

[0011] In a further possible implementation form, the imaging apparatus comprises one or more further optical path length extension elements arranged between the lens assembly and the imaging sensor. Each further optical path length extension element may comprise a further PBS configured to split an incoming light beam along a further first auxiliary optical axis into a further first light beam having a first polarization and along a perpendicular further second auxiliary optical axis into a further second light beam having a second orthogonal polarization. Moreover, each further optical path length extension element may comprise a further first wave retarder and a further first reflection element arranged along the further first auxiliary optical axis and configured to phase retard and reflect the further first light beam back along the further first auxiliary optical axis and a further second wave  retarder and a further second reflection element arranged along the further second auxiliary optical axis and configured to phase retard and reflect the further second light beam back along the further second auxiliary optical axis. The further PBS of each further optical path length extension element is further configured to recombine the further first light beam reflected and phase-retarded by the further first wave retarder and the further first reflection element and the further second light beam reflected and phase-retarded by the further second wave retarder and the further second reflection element into an outgoing light beam along the main optical axis.

[0012] In a further possible implementation form, the imaging apparatus comprises three further optical path length extension elements and a mirror assembly, wherein the optical path length extension element, the three further optical path length extension elements and the mirror assembly are arranged in a rooftop arrangement.

[0013] In a further possible implementation form, the optical path length extension element may comprise two orthogonally arranged PBSs. More specifically, in a further possible implementation form, the optical path length extension element further comprises a further PBS configured to split the incoming light beam along a further first auxiliary optical axis into a further first light beam having a first polarization and along a perpendicular further second auxiliary optical axis into a further second light beam having a second orthogonal polarization. Moreover, the optical path length extension element comprises a further first wave retarder and a further first reflection element arranged along the further first auxiliary optical axis and configured to phase retard and reflect the further first light beam back along the further first auxiliary optical axis and a further second wave retarder and a further second reflection element arranged along the further second auxiliary optical axis and configured to phase retard and reflect the further second light beam back along the further second auxiliary optical axis. The further PBS is further configured to recombine the further first light beam reflected and phase-retarded by the further first wave retarder and the further first reflection element and the further second light beam reflected and phase-retarded by the further second wave retarder and the further second reflection element into a further outgoing light beam along the main optical axis. The first and second auxiliary optical axis of the PBS define a plane perpendicular to a further plane defined by the further first and further second auxiliary optical axis of the further PBS.

[0014] In a further possible implementation form, the lens assembly is configured to form the image of the object in the imaging plane of the imaging apparatus based on the outgoing  light beam formed by the PBS and the further outgoing light beam formed by the further PBS.

[0015] In a further possible implementation form, the first reflection element and / or the second reflection element of the optical path length extension element comprises a mirror or a retroreflector. In an implementation form, the mirror may be a planar or a curved mirror.

[0016] In a further possible implementation form, the imaging apparatus comprises a further lens assembly arranged in front of an object side of the optical path length extension element.

[0017] In a further possible implementation form, the further lens assembly comprises at least one convex lens surface.

[0018] In a further possible implementation form, the PBS comprises one or more planar layers arranged an angle of about 45° with respect to the first auxiliary optical axis and / or the second auxiliary optical axis.

[0019] In a further possible implementation form, the first wave retarder and / or the second wave retarder is configured to generate a phase shift of 90°.

[0020] In a further possible implementation form, the first wave retarder and / or the second wave retarder comprises a quarter wave plate, QWP.

[0021] In a further possible implementation form, the imaging apparatus further comprises a prism, in particular a 45° prism, arranged along the main optical axis between the lens assembly and the imaging sensor or arranged in front of the optical path length extension element.

[0022] In a further possible implementation form, the ratio of the distance between an image side of the optical path extension element and an object side of a lens of the lens assembly closest to the imaging sensor and the effective focal length, EFL, is smaller than 0.6.

[0023] According to a second aspect an electronic device, in particular a smartphone or a tablet computer, is provided, wherein the electronic device comprises an telephoto imaging apparatus according to any one of the preceding claims.

[0024] Details of one or more embodiments are set forth in the accompanying drawings and the description below. Other features, objects, and advantages will be apparent from the description, drawings, and claims.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0025] In the following embodiments of the invention are described in more detail with reference to the attached figures and drawings, in which:

[0026] Fig. 1a is a diagram illustrating an imaging apparatus according to an embodiment, including an optical path length extension element with a PBS;

[0027] Fig. 1b is a diagram illustrating more details of the optical path length extension element of the imaging apparatus of figure 1a;

[0028] Fig. 1c is a diagram illustrating an imaging apparatus according to a further embodiment, including two optical path length extension elements with a respective PBS;

[0029] Figs. 2a, 2b are diagrams illustrating two further embodiments of the imaging apparatus including a lens assembly for two magnifications;

[0030] Fig. 2c is a table specifying lens parameters for the embodiments shown in figures 2a, b;

[0031] Figs. 3a, 3b are diagrams illustrating two further embodiments of the imaging apparatus including a lens assembly for two magnifications;

[0032] Fig. 3c is a table specifying lens parameters for the embodiments shown in figures 3a, b;

[0033] Figs. 4a, 4b are diagrams illustrating two further embodiments of the imaging apparatus including a lens assembly for two magnifications and a prism arranged between the lens assembly and the imaging sensor;

[0034] Fig. 4c is a table specifying lens parameters for the embodiments shown in figures 4a, b;

[0035] Figs. 5a, 5b are diagrams illustrating two further embodiments of the imaging apparatus including a lens assembly for two magnifications and a plane parallel slab of material arranged between the lens assembly and the imaging sensor;

[0036] Fig. 5c is a table specifying lens parameters for the embodiments shown in figures 5a, b;

[0037] Figs. 6a, 6b are diagrams illustrating two further embodiments of the imaging apparatus including a lens assembly for two magnifications and a prism arranged in front of the lens assembly and the optical path length extension element with the PBS arranged between the lens assembly and the imaging sensor;

[0038] Fig. 6c is a table specifying lens parameters for the embodiments shown in figures 6a, b;

[0039] Figs. 7a, 7b are diagrams illustrating two further embodiments of the imaging apparatus including a lens assembly for two magnifications and a prism arranged in front of the lens assembly and the optical path length extension element with the PBS arranged between the lens assembly and the imaging sensor;

[0040] Fig. 7c is a table specifying lens parameters for the embodiments shown in figures 7a, b;

[0041] Figs. 8a, 8b are diagrams illustrating two further embodiments of the imaging apparatus including a lens assembly for two magnifications and a further optical path length extension element with a further PBS arranged between the lens assembly and the imaging sensor;

[0042] Fig. 8c is a table specifying lens parameters for the embodiments shown in figures 8a, b;

[0043] Figs. 9a, 9b are diagrams illustrating two further embodiments of the imaging apparatus including a lens assembly for two magnifications and a further optical path length extension element with a further PBS arranged between the lens assembly and the imaging sensor;

[0044] Fig. 9c is a table specifying lens parameters for the embodiments shown in figures 9a, b;

[0045] Fig. 10 is a diagram illustrating a further embodiment of the imaging apparatus including four optical path length extension elements in a rooftop arrangement;

[0046] Fig. 11 is a diagram illustrating a further embodiment of the imaging apparatus;

[0047] Figs. 12a-c are diagrams illustrating a further embodiment of the imaging apparatus with an optical path length extension element comprising a first PBS and a second perpendicularly arranged PBS.

[0048] In the following identical reference signs refer to identical or at least functionally equivalent features.

[0049] DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

[0050] In the following description, reference is made to the accompanying figures, which form part of the disclosure, and which show, by way of illustration, specific aspects of embodiments of the invention or specific aspects in which embodiments of the present invention may be used. It is understood that embodiments of the invention may be used in other aspects and comprise structural or logical changes not depicted in the figures. The following detailed description, therefore, is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims.

[0051] For instance, it is to be understood that a disclosure in connection with a described method may also hold true for a corresponding device or system configured to perform the method and vice versa. For example, if one or a plurality of specific method steps are described, a corresponding device may include one or a plurality of units, e.g. functional units, to perform the described one or plurality of method steps (e.g. one unit performing the one or plurality of steps, or a plurality of units each performing one or more of the plurality of steps) , even if such one or more units are not explicitly described or illustrated in the figures. On the other hand, for example, if a specific apparatus is described based on one or a plurality of units, e.g. functional units, a corresponding method may include one step to perform the functionality of the one or plurality of units (e.g. one step performing the functionality of the one or plurality of units, or a plurality of steps each performing the functionality of one or more of the plurality of units) , even if such one or plurality of steps are not explicitly described or illustrated in the figures. Further, it is understood that the features of the various exemplary embodiments and / or aspects described herein may be combined with each other, unless specifically noted otherwise.

[0052] Before describing detailed embodiments in the following, some technical background as well as terminology will be introduced making use of one or more of the following acronyms:

[0053] TTL           Total Track Length

[0054] PBS           Polarizing Beam Splitter

[0055] QWP           Quarter Wave Plate

[0056] LCP           Left Circularly Polarized

[0057] RCP           Right Circularly Polarized

[0058] Polarization of light: The direction of Electric field vector oscillation

[0059] s-polarized light: light in which electric field vector oscillates perpendicular to the plane of incidence. This polarization is also called Transverse Electric (TE) polarization.

[0060] p-polarized light: light in which electric field vector oscillates parallel to the plane of incidence. This polarization is also called Transverse Magnetic (TM) polarization.

[0061] Circularly polarized light: Light in which the individual components oscillates with a relative phase difference of 90°

[0062] Folded optics: optical system in which the light beam is bent in such a way to make the optical path much longer than the size of the system.

[0063] Figure 1a is diagram illustrating an imaging apparatus 100 according to an embodiment. In an embodiment, the imaging apparatus 100 is provided in the form of a telephoto camera 100 for an electronic device, such as a smartphone, a tablet computer or the like. As will be described in more detail below and as illustrated in more detail in figure 1b, the imaging apparatus 100 comprises an optical path length extension element 120 with a polarizing beam splitter, PBS, 121 configured to split an incoming light beam from an object to be imaged along a first auxiliary optical axis of the imaging apparatus 100 into a first light beam having a first polarization (for instance, s-polarization) and along a perpendicular second auxiliary optical axis of the imaging apparatus 100 into a second light beam having a second polarization (for instance, p-polarization) being orthogonal to the first polarization. Thus, as will be appreciated, embodiments disclosed herein make use of the fact that natural light is usually unpolarized in nature and can be assumed to be  a superposition of s-and p-polarizations. When this light coming from the object to be imagined illuminates the PBS 121, which in an embodiment may be a dielectric coating of several layers oriented at 45° with respect to the incoming light beam, it splits the incoming light into two directions, each direction having either s-or p-polarization, as illustrated in figure 1b. In an embodiment, the PBS 121 of the imaging apparatus 100 illustrated in figures 1a, b may be configured, for instance, to reflect s-polarization and transmit p-polarization.

[0064] As can be taken from figures 1a, b, the optical path length extension element 120 further comprises a first wave retarder 122a and a first reflection element 123a arranged along the first auxiliary optical axis and configured to phase retard and reflect the first light beam back along the first auxiliary optical axis and a second wave retarder 122b and a second reflection element 123a arranged along the second auxiliary optical axis and configured to phase retard and reflect the second light beam back along the second auxiliary optical axis. In the embodiment shown in figures 1a, b, the first and second wave retarder 122a may be implemented as a Quarter Wave Plate, QWP, 122a, b and / or the first and second reflection element 123a, b may be implemented as a mirror or retroreflector 123a, b. The retroreflectors 123a, b may be implemented as a microarray of corner cube retroreflectors. Using reflection elements 123a, b in the form of retroreflector 123a, b ensures that the resulting constituent s-and p-polarized beams propagating towards a subsequent lens assembly 130 and photosensor 140, as will be described in more detail in the following, are always maintained mutually parallel to the accuracy of the retroreflector 123a, b. Such an embodiment eases fabrication tolerance of the optical path length extension element 120.

[0065] The PBS 121 is further configured to recombine the first light beam reflected and phase-retarded by the first wave retarder 122a and the first reflection element 123a and the second light beam reflected and phase-retarded by the second wave retarder 122b and the second reflection element 123b into an outgoing light beam along a main optical axis of the imaging apparatus 100. As already described above, the imaging apparatus 100 may further comprise a lens assembly 130 configured to form an image of the object in an imaging plane of the imaging apparatus 100 based on the outgoing light beam and an imaging sensor 140, e.g. a photosensor 140, configured to capture the image of the object in the imaging plane.

[0066] Thus, as will be appreciated, in the embodiment shown in figure 1b, each split beam transmitted / reflected by the PBS 121 encounters the Quarter Wave Plate 122a, b (by way of example, the first QWP 122a for s-polarization and the second QWP 122b for p-polarization) oriented at 45° with respect to the incident light polarization which renders each of them circularly polarized (by way of example, LCP for the reflected light) . This LCP light then goes on to hit the first reflecting mirror 123a which then flips its polarization by 180° rendering it RCP light (in this example) . Now, this RCP light travels again through the same first QWP 122a which transforms this RCP light into p-polarized light. When this p-polarized light hits the PBS 121 again, it just gets transmitted through and continues to propagate along the main optical axis of the imaging apparatus 100 towards the lens assembly 130 and the photosensor 140. In exactly the same way, the initially transmitted component of the unpolarized incident light (i.e. p-polarization light) becomes s-polarized after interacting with the second QWP 122b and the second mirror 123b and propagates towards the lens assembly 130 and the photosensor 140.

[0067] Thus, the imaging apparatus 100 and its different implementation forms and embodiments described above and below, allow to reduce the TTL of the imaging optics using the optical path length extension element 120 with the PBS 121 that splits the incoming light beam into mutually orthogonal polarizations, which then pass through, for instance, a 90°phase-difference inducing waveplate 122a, b thereby increasing the effective path length of the beam by at least one arm length L of the optical path length extension element 120. The imaging apparatus 100 allows using previously unused space in a camera module with the optical path length extension element 120 that increases the optical path length of the incident light before reaching the imaging sensor 140. Thus, the imaging apparatus 100 provides more free space in the imaging optics to help with optical zoom functionality of the camera module, thus preserving image quality.

[0068] In the embodiments shown in figures 1a, b, the imaging apparatus 100 comprises a further lens assembly 110 arranged along the main (folded) optical axis in front of the optical path length extension element 120 for focusing the incoming light beam on the PBS 121 of the optical path length extension element 120. In an embodiment, the further lens assembly 110 may comprises at least one convex lens surface. As illustrated in figure 1a, the imaging apparatus 100 may further comprise a lens barrel, wherein the lens barrel houses the lens assembly 130 and is movable along the main optical axis of the imaging apparatus 100 relative to the optical path length extension element 120 and / or the imaging sensor 140.

[0069] Figure 1c shows a further embodiment of the imaging apparatus 100 of figure 1a, wherein the imaging apparatus 100 comprises a further optical path length extension element 150 arranged along the main optical axis of the imaging apparatus 100 between the lens assembly 130 and the imaging sensor 140. In an embodiment, the further optical path length extension element 150 is identical or at least similar to the path length extension element 120. In other words, like the path length extension element 120 the further path length extension element 150 comprises a first and second wave retarder 152a, b and a first and second reflection element 153a, b having the same functionality as the corresponding elements 122a, b and 123a, b of the path length extension element 120. As will be appreciated, due to further 90° deflection induced by the further optical path length extension element 150 the main optical axis of the imaging apparatus 100 is folded one further time (compared to the embodiment shown in figures 1a, b) .

[0070] In the following further detailed embodiments of the imaging apparatus 100 will be described in the context of the further figures. In at least some of these figures the wave retarders 122a, b and reflection elements 123a, b of the path length extension element 120 have been omitted for the sake of clarity when depicting the optical path length extension element 120.

[0071] Figures 2a, 2b illustrate two further embodiments of the imaging apparatus 100 for two different magnification values, while figure 2c shows a table specifying lens parameters for the lens assembly 130 and the further lens assembly 110 of the embodiments shown in figures 2a, b. In the embodiments shown in figures 2a, b the further lens assembly 110 arranged before the optical path length extension element 120 comprises lenses L1 and L2 and the lens assembly 130 arranged between the optical path length extension element 120 and the imaging sensor 140 comprises lenses L3, L4, L5, L6, and L7 (the parameters of which are specified in the table shown in figure 2c) . In the embodiments shown in figures 2a, b the distance m1 between the image side of the optical path length extension element 120 and the image side of the lens L7 along the main optical axis and the effective focal length EFL meet the following requirement: m1 / EFL = 0.50. The valid focal length (EFL) and maximum half image height (IMH) meet the following requirement: EFL / IMH = 3.83 > 3. For the embodiments shown in figures 2a, b the EFL is 28.37 mm, F# is 1.9, the IMH is 7.4 mm, the HFOV is 14.36°, and the TTL is 27.51 mm. The modulation transfer function (MTF) for this embodiment is greater than 0.2 up to 300 cycles per mm of spatial frequency.

[0072] Figures 3a, 3b illustrate two further embodiments of the imaging apparatus 100 (similar to the embodiments shown in figures 2a, b) for two different magnification values, while figure 3c shows a table specifying lens parameters for the lens assembly 130 and the further lens assembly 110 of the embodiments shown in figures 3a, b. In the embodiments shown in figures 3a, b the further lens assembly 110 arranged before the optical path length extension element 120 comprises lenses L1 and L2 and the lens assembly 130 arranged between the optical path length extension element 120 and the imaging sensor 140 comprises lenses L3, L4, L5, L6, and L7 (the parameters of which are specified in the table shown in figure 3c) . In the embodiments shown in figures 3a, b the distance m1 between the image side of the optical path extension element 120 and the image side of the lens L7 along the optical axis and the effective focal length (EFL) meet the following requirement: m1 / EFL = 0.64. The valid focal length (EFL) and the maximum half image height (IMH) meet the following requirement: EFL / IMH = 3.87. For the embodiments shown in figures 3a, b the EFL is 27.51 mm, F# is 1.97, the IMH is 7.1 mm, the HFOV is 14.36°, and the TTL is 29.82 mm. The MTF for this embodiment is greater than 0.2 up to 150 cycles per mm of spatial frequency.

[0073] Figures 4a, 4b illustrate two further embodiments of the imaging apparatus 100 for two different magnification values, while figure 4c shows a table specifying lens parameters for the lens assembly 130 and the further lens assembly 110 of the embodiments shown in figures 4a, b. In the embodiments shown in figures 4a, b the imaging apparatus 100 further comprises a prism 160 arranged along the main optical axis between the lens assembly 130 and the imagining sensor 140. The further lens assembly 110 arranged before the optical path length extension element 120 comprises lenses L1 and L2 and the lens assembly 130 arranged between the optical path length extension element 120 and the prism 160 comprises lenses L3, L4, L5, L6, and L7 (the parameters of which are specified in the table shown in figure 4c) . In the embodiments shown in figures 4a, b the distance m1 between the image side of the optical path length extension element 120 and the image side of the lens L7 along the main optical axis and the effective focal length EFL meet the following requirement: m1 / EFL = 0.44. The valid focal length (EFL) and maximum half image height (IMH) meet the following requirement: EFL / IMH = 3.59 > 3. For the embodiments shown in figures 4a, b the EFL is 23 mm, F# is 1.983, the IMH is 6.4 mm, the HFOV is 15.5°, and the TTL is 24.9 mm. The MTF for this embodiment is greater than 0.2 up to 300 cycles per mm of spatial frequency.

[0074] Figures 5a, 5b illustrate two further embodiments of the imaging apparatus 100 for two different magnification values, while figure 5c shows a table specifying lens parameters for the lens assembly 130 and the further lens assembly 110 of the embodiments shown in figures 5a, b. In the embodiments shown in figures 5a, b the imaging apparatus 100 further comprises a plane parallel block of material 170 arranged along the main optical axis between the lens assembly 130 and the imagining sensor 140. The further lens assembly 110 arranged before the optical path length extension element 120 comprises lenses L1 and L2 and the lens assembly 130 arranged between the optical path length extension element 120 and the block of material 170 comprises lenses L3, L4, L5, L6, and L7 (the parameters of which are specified in the table shown in figure 5c) . In the embodiments shown in figures 5a, b the distance m1 between the image side of the optical path length extension element 120 and the image side of the lens L7 along the main optical axis and the effective focal length EFL meet the following requirement: m1 / EFL = 0.34. The valid focal length (EFL) and maximum half image height (IMH) meet the following requirement: EFL / IMH = 3.84 > 3. For the embodiments shown in figures 5a, b the EFL is 30.4 mm, F# is 1.96, the IMH is 7.91 mm, the HFOV is 14.36°, and the TTL is 25.2 mm. The MTF for this embodiment is greater than 0.2 up to 300 cycles per mm of spatial frequency.

[0075] Figures 6a, 6b illustrate two further embodiments of the imaging apparatus 100 for two different magnification values, while figure 6c shows a table specifying lens parameters for the lens assembly 130 and the further lens assembly 110 of the embodiments shown in figures 6a, b. In the embodiments shown in figures 6a, b the imaging apparatus 100 further comprises a prism 160 arranged along the main optical axis between the lens assembly 130 and the further lens assembly 110. The optical path length extension element 120 is arranged along the main optical axis between the lens assembly 130 and the imaging sensor 140. The further lens assembly 110 arranged before the prism 160 comprises lens L1 and the lens assembly 130 arranged between the prism 160 and the optical path length extension element 120 comprises lenses L2, L3, L4, L5, L6, and L7 (the parameters of which are specified in the table shown in figure 6c) . In the embodiments shown in figures 6a, b the distance l1 between the image side of the prism 160 and the object side of the optical path length extension element 120 along the main optical axis and the effective focal length EFL meet the following requirement: l1 / EFL = 0.45. The effective focal length (EFL) and maximum half image height (IMH) meet the following requirement: EFL / IMH = 4.96 > 4. For the embodiments shown in figures 6a, b the EFL is 28.3 mm, F# is 2.18, the IMH is 5.7 mm, the HFOV is 11.3°, and the TTL is 27 mm. The MTF for this embodiment is greater than 0.2 up to 150 cycles per mm of spatial frequency.

[0076] Figures 7a, 7b illustrate two further embodiments of the imaging apparatus 100 (similar to the embodiments shown in figures 6a, b) for two different magnification values, while figure 7c shows a table specifying lens parameters for the lens assembly 130 and the further lens assembly 110 of the embodiments shown in figures 7a, b. In the embodiments shown in figures 7a, b the imaging apparatus 100 further comprises a prism 160 arranged along the main optical axis between the lens assembly 130 and the further lens assembly 110. The optical path length extension element 120 is arranged along the main optical axis between the lens assembly 130 and the imaging sensor 140. The further lens assembly 110 arranged before the prism 160 comprises lens L1 and the lens assembly 130 arranged between the prism 160 and the optical path length extension element 120 comprises lenses L2, L3, L4, L5, L6, and L7 (the parameters of which are specified in the table shown in figure 7c) . In the embodiments shown in figures 7a, b the distance l1 between the image side of the prism 160 and the object side of the optical path length extension element 120 along the main optical axis and the effective focal length EFL meet the following requirement: l1 / EFL = 0.52. The effective focal length (EFL) and maximum half image height (IMH) meet the following requirement: EFL / IMH = 4.18 > 4. For the embodiments shown in figures 7a, b the EFL is 23.8 mm, F# is 2, the IMH is 5.7 mm, the HFOV is 13.3°, and the TTL is 26.54 mm. The MTF for this embodiment is greater than 0.2 up to 180 cycles per mm of spatial frequency.

[0077] Figures 8a, 8b illustrate two further embodiments of the imaging apparatus 100 (similar to the embodiment shown in figure 1c) for two different magnification values, while figure 8c shows a table specifying lens parameters for the lens assembly 130 and the further lens assembly 110 of the embodiments shown in figures 8a, b. In the embodiments shown in figures 8a, b the imaging apparatus 100 further comprises a further optical path length extension element 150 arranged along the main optical axis between the lens assembly 130 and the imaging sensor 140, as already described above in the context of figure 1c. The further lens assembly 110 arranged before the prism 160 comprises lens L1 and the lens assembly 130 arranged between the optical path length extension element 120 and the further optical path length extension element 150 comprises lenses L2, L3, L4, L5, L6, and L7 (the parameters of which are specified in the table shown in figure 8c) . In the embodiments shown in figures 8a, b the distance l1 between the image side of the optical path length extension element 120 and the object side of the further optical path length extension element 150 along the main optical axis and the effective focal length EFL meet the following requirement: l1 / EFL = 0.41. The effective focal length (EFL) and maximum  half image height (IMH) meet the following requirement: EFL / IMH = 4.96 > 4. For the embodiments shown in figures 8a, b the EFL is 28.3 mm, F# is 2.18, the IMH is 5.7 mm, the HFOV is 11.3°, and the TTL is 25.9 mm. The MTF for this embodiment is greater than 0.2 up to 200 cycles per mm of spatial frequency.

[0078] Figures 9a, 9b illustrate two further embodiments of the imaging apparatus 100 (similar to the embodiments shown in figures 8a, b) for two different magnification values, while figure 9c shows a table specifying lens parameters for the lens assembly 130 and the further lens assembly 110 of the embodiments shown in figures 9a, b. In the embodiments shown in figures 9a, b the imaging apparatus 100 further comprises a further optical path length extension element 150 arranged along the main optical axis between the lens assembly 130 and the imaging sensor 140, as already described above in the context of figure 1c. The further lens assembly 110 arranged before the prism 160 comprises lens L1 and the lens assembly 130 arranged between the optical path length extension element 120 and the further optical path length extension element 150 comprises lenses L2, L3, L4, L5, L6, and L7 (the parameters of which are specified in the table shown in figure 9c) . In the embodiments shown in figures 9a, b the distance l1 between the image side of the optical path length extension element 120 and the object side of the further optical path length extension element 150 along the main optical axis and the effective focal length EFL meet the following requirement: l1 / EFL = 0.37. The effective focal length (EFL) and maximum half image height (IMH) meet the following requirement: EFL / IMH = 5.60 > 4. For the embodiments shown in figures 9a, b the EFL is 31.9 mm, F# is 2.4, the IMH is 5.7 mm, the HFOV is 10.0°, and the TTL is 25.9 mm. The MTF for this embodiment is greater than 0.2 up to 200 cycles per mm of spatial frequency.

[0079] Figure 10 shows a further embodiment of the imaging apparatus 100 including four optical path length extension elements 120, 150, 220, 250 and a mirror structure 180 with two mirror surfaces 180a, 180b in a rooftop arrangement, which allows to further increase the optical path length provided by the imaging apparatus 100. In an embodiment, the further optical path length extension elements 150, 220, 250 are identical or at least similar to the path length extension element 120. In other words, like the path length extension element 120 the further path length extension elements 150, 220, 250 may comprise a first and second wave retarder 152a, b, 222a, b, 252a, b and a first and second reflection element 153a, b, 223a, b, 253a, b having the same functionality as the corresponding elements 122a, b and 123a, b of the path length extension element 120 described in detail above. As will be appreciated, due to three further 90° deflections induced by the three further optical  path length extension element 150, 220, 250 the main optical axis of the imaging apparatus 100 is folded three further times (compared to the embodiment shown in figures 1a, b) .

[0080] Figure 11 shows a further embodiment of the imaging apparatus 100. In the embodiment shown in figure 11, the first reflection element 123a and the second reflection element 123b of the optical path length extension element 120 are implemented in the form of curved mirror surfaces 123a, b. As illustrated in figure 11, in this embodiment one or more lenses of the lens assembly 130 may be omitted allowing for an even more compact design of the imagining apparatus 100.

[0081] Figures 12a-c show a further embodiment of the imaging apparatus 100, wherein the optical path length extension element 120 comprises two PBSs, namely a first PBS 121 and a second PBS 127 arranged at an angle with respect to the first PBS 121. More specifically, in the embodiment shown in figures 12a-c the optical path length extension element 120 comprises in addition to the PBS 121, the first and second wave retarders 122a, b and the first and second reflection elements 123a, b a further PBS 126, a further first wave retarder 127a and a further first reflection element 128a as well as a further second wave retarder 127b and a further second reflection element 128b. The further PBS 126 is configured to split the incoming light beam along a further first auxiliary optical axis into a further first light beam and along a perpendicular further second auxiliary optical axis into a further second light beam. The further first wave retarder 127a and the further first reflection element 128a are arranged along the further first auxiliary optical axis and configured to phase retard and reflect the further first light beam back along the further first auxiliary optical axis. The further second wave retarder 127b and the further second reflection element 128b are arranged along the further second auxiliary optical axis and configured to phase retard and reflect the further second light beam back along the further second auxiliary optical axis. The further PBS 126 is further configured to recombine the further first light beam reflected and phase-retarded by the further first wave retarder 127a and the further first reflection element 128a and the further second light beam reflected and phase-retarded by the further second wave retarder 127b and the further second reflection element 128b into a further outgoing light beam along the main optical axis of the imaging apparatus 100. As can be taken in particular from figure 12a, the first and second auxiliary optic axis of the PBS 121 define a plane perpendicular to a further plane defined by the further first and further second auxiliary optic axis of the further PBS 126.

[0082] Thus, as will be appreciated, the embodiment shown in figures 12a-c is capable of further increasing the optical path length by two times the arm length of the optical path length extension element 120. As already described above, the optical path length extension element 120 comprises two PBSs 121, 126 in the form of two polarization sensitive planes 121, 126, with one plane (referred to as plane 1) lying, by way of example, in the y-z plane that splits the incident light beam into its constituent s-and p-polarizations, reflecting s-and transmitting p-polarizations incident on it. Meanwhile, the other plane (referred to as plane 2) lies, by way of example, in the x-y plane for reflecting p-and transmitting s-polarizations incident on it. When incident light illuminates this optical path length extension element 120, its s-polarization component is reflected towards the (λ / 4 plate 2 +mirror) system that reflects and converts it into p-polarized light. This p-polarized light hits plane 2 in the x-y plane, gets reflected towards the (λ / 4 plate 1+mirror) system, gets reflected and converted to s-polarization and gets transmitted through plane 2 towards the lens assembly 130 and the photosensor 140. Simultaneously, the p-polarized component of the incident beam transmits through plane 1 and hits the (λ / 4 plate 3 + mirror) system and gets reflected and converted to s-polarized light. This s-polarized light is reflected again by plane 1 and moves towards the (λ / 4 plate 4 + mirror) system, gets reflected and gets converted to p-polarization which hits plane 2 in the x-y plane and gets reflected towards the lens assembly 130 and the photosensor 140.

Claims

1.An imaging apparatus (100) for imaging an object, the imaging apparatus (100) comprising:an optical path length extension element (120) , comprising:a polarizing beam splitter, PBS, (121) configured to split an incoming light beam along a first auxiliary optical axis into a first light beam and along a perpendicular second auxiliary optical axis into a second light beam;a first wave retarder (122a) and a first reflection element (123a) arranged along the first auxiliary optical axis and configured to phase retard and reflect the first light beam back along the first auxiliary optical axis; anda second wave retarder (122b) and a second reflection element (123b) arranged along the second auxiliary optical axis and configured to phase retard and reflect the second light beam back along the second auxiliary optical axis,wherein the PBS (121) is further configured to recombine the first light beam reflected and phase-retarded by the first wave retarder (122a) and the first reflection element (123a) and the second light beam reflected and phase-retarded by the second wave retarder (122b) and the second reflection element (123b) into an outgoing light beam along a main optical axis;a lens assembly (130) configured to form an image of the object in an imaging plane of the imaging apparatus (100) based on the outgoing light beam, or to form the incoming light beam for forming an image of the object in an imaging plane of the imaging apparatus (100) ; andan imaging sensor (140) configured to capture the image of the object in the imaging plane.2.The imaging apparatus (100) of claim 1, wherein the imaging apparatus (100) further comprises a lens barrel, wherein the lens barrel houses the lens assembly (130)  and is movable along the main optical axis relative to the optical path length extension element (120) and / or the imaging sensor (140) .3.The imaging apparatus (100) of claim 1 or 2, wherein the imaging apparatus (100) comprises one or more further optical path length extension elements (150, 220, 250) arranged along the main optical axis between the lens assembly (130) and the imaging sensor (140) , wherein each further optical path length extension element (150, 220, 250) comprises:a further PBS (151, 221, 251) configured to split an incoming light beam along a further first auxiliary optical axis into a further first light beam and along a perpendicular further second auxiliary optical axis into a further second light beam;a further first wave retarder (152a, 222a, 252a) and a further first reflection element (153a, 223a, 253a) arranged along the further first auxiliary optical axis and configured to phase retard and reflect the further first light beam back along the further first auxiliary optical axis; anda further second wave retarder (152b, 222b, 252b) and a further second reflection element (153b, 223b, 253b) arranged along the further second auxiliary optical axis and configured to phase retard and reflect the further second light beam back along the further second auxiliary optical axis;wherein the further PBS (151, 221, 251) is further configured to recombine the further first light beam reflected and phase-retarded by the further first wave retarder (152a, 222a, 252a) and the further first reflection element (153a, 223a, 253a) and the further second light beam reflected and phase-retarded by the further second wave retarder (152b, 222b, 252b) and the further second reflection element (153b, 223b, 253b) into an outgoing light beam along the main optical axis.4.The imaging apparatus (100) of claim 3, wherein the imaging apparatus (100) comprises three further optical path length extension elements (150, 220, 250) and a mirror assembly (180) , wherein the optical path length extension element (120) , the three further optical path length extension elements (150, 220, 250) and the mirror assembly (180) are arranged in a rooftop arrangement.5.The imaging apparatus (100) of any one of the preceding claims, wherein the optical path length extension element (120) further comprises:a further PBS (126) configured to split the incoming light beam along a further first auxiliary optical axis into a further first light beam and along a perpendicular further second auxiliary optical axis into a further second light beam,a further first wave retarder (127a) and a further first reflection element (128a) arranged along the further first auxiliary optical axis and configured to phase retard and reflect the further first light beam back along the further first auxiliary optical axis; anda further second wave retarder (127b) and a further second reflection element (128b) arranged along the further second auxiliary optical axis and configured to phase retard and reflect the further second light beam back along the further second auxiliary optical axis,wherein the further PBS (126) is further configured to recombine the further first light beam reflected and phase-retarded by the further first wave retarder (127a) and the further first reflection element (128a) and the further second light beam reflected and phase-retarded by the further second wave retarder (127b) and the further second reflection element (128b) into a further outgoing light beam along the main optical axis;wherein the first and second auxiliary optical axis of the PBS (121) define a plane perpendicular to a further plane defined by the further first and further second auxiliary optical axis of the further PBS (126) .6.The imaging apparatus (100) of claim 5, wherein the lens assembly is configured to form the image of the object in the imaging plane of the imaging apparatus (100) based on the outgoing light beam formed by the PBS (121) and the further outgoing light beam formed by the further PBS (126) .7.The imaging apparatus (100) of any one of the preceding claims, wherein the first reflection element (123a) and / or the second reflection element (123b) of the optical path length extension element (120) comprises a mirror or a retroreflector.8.The imaging apparatus (100) of any one of the preceding claims, wherein the imaging apparatus (100) comprises a further lens assembly (110) arranged along the main optical axis in front of the optical path length extension element (120) .9.The imaging apparatus (100) of claim 8, wherein the further lens assembly (110) comprises at least one convex lens surface.10.The imaging apparatus (100) of any one of the preceding claims, wherein the PBS (121) comprises one or more planar layers arranged at an angle of about 45° with respect to the first auxiliary optical axis and / or the second auxiliary optical axis.11.The imaging apparatus (100) of any one of the preceding claims, wherein the first wave retarder (122a) and / or the second wave retarder (122b) is configured to generate a phase shift of 90°.12.The imaging apparatus (100) of claim 11, wherein the first wave retarder (122a) and / or the second wave retarder (122b) comprises a quarter wave plate, QWP.13.The imaging apparatus (100) of any one of the preceding claims, wherein the imaging apparatus (100) further comprises a prism (160) arranged along the main optical axis between the lens assembly (130) and the imaging sensor (140) or in front of the optical path length extension element (120) .14.The imaging apparatus (100) of any one of the preceding claims, wherein the ratio of the distance between an image side of the optical path extension element (120) and an object side of a lens of the lens assembly (130) closest to the imaging sensor (140) and the effective focal length, EFL, is smaller than 0.6.15.An electronic device, in particular a smartphone or a tablet computer, comprising an imaging apparatus (100) according to any one of the preceding claims.

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