JP7570331B2 - ２つのズーム状態を有する少なくとも１つのカメラを備えるマルチアパーチャカメラ - Google Patents

Description

〔関連出願の相互参照〕
本出願は２０１９年２月２５日に出願された米国仮特許出願第６２／８０９，８７１号からの優先権を主張し、その米国仮特許出願は、その全体が参照によって本明細書に明示的に組み込まれる。

本明細書に開示される実施形態は、概して、デジタルカメラに関し、より詳細には、屈曲式ズームレンズを備えたデュアルアパーチャズームデジタルカメラに関する。

コンパクトなマルチアパーチャ、特にデュアルアパーチャ（「デュアルレンズ」または「デュアルカメラ」とも呼ばれる）デジタルカメラが知られている。小型化技術により、タブレットおよび携帯電話（以下、総称して「スマートフォン」と呼ぶ）などのコンパクトな携帯型電子デバイスに、ズームなどの高度な撮像機能（例えば、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる、共同所有のＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１５／０５６００４号を参照）を提供するこのようなカメラを組み込むことが可能である。そのようなカメラおよび／または本明細書に開示されるカメラは、厳しい高さ制限を有するカメラであり、通常１ｃｍ未満であり、より薄いほど良好である。

一方のカメラが広い視野ＦＯＶ（field of view）を有し（「ワイドカメラ」）、他方のカメラが狭いＦＯＶを有する（「テレカメラ」）デュアルアパーチャズームカメラが知られている。テレカメラは、カメラが設置される装置の厚さに適合するように（好ましくは、装置の筐体から突出することなく）できるだけ小さな寸法を有することが要求される一方、一般的に使用されるイメージセンサとともに動作するのに適している。この問題は、比較的高いズーム効果を得るために長い（「テレ」）有効焦点距離（effective focal length: ＥＦＬ）を有するテレレンズを使用する場合にさらに重大である。知られているように、レンズに適用される「ＥＦＬ」という用語は、後方主平面から近軸焦点面までの距離を指す。後方主平面は、無限遠から軸上の基底近傍光線を追跡することによって計算され、基底近傍の像空間の周辺光線の角度を使用して決定される。

直立ワイドカメラと屈曲式テレカメラとを備えるデュアルアパーチャズームカメラが、例えば、共同所有の米国特許第９，３９２，１８８号に開示されている。ワイドカメラは、ワイドイメージセンサと、ワイドレンズ対称軸を有するワイド固定焦点レンズアセンブリ（または単に「レンズ」）を含むワイドレンズモジュールとを備える「直立」カメラである。屈曲式テレカメラは、テレイメージセンサと、テレレンズ対称軸を有するテレ固定焦点レンズを含むテレレンズモジュールとを備える。デュアルアパーチャズームカメラは、物体または景色から到来する光を、第１の光路に沿って、テレイメージセンサに向かって、第２の光路に屈曲させる反射素子（光路屈曲素子またはＯＰＦＥ（optical path folding element）とも呼ばれる）をさらに備える。第１の光路と第２の光路は互いに垂直である。ワイドレンズ対称軸は、第１の光路に沿っており（平行であり）、テレレンズ対称軸は、第２の光路に沿っている。反射素子は、ワイドレンズ対称軸およびテレレンズ対称軸の両方に対して実質的に４５度で傾斜した反射素子対称軸を有し、物体とテレイメージセンサとの間に屈曲された光路を提供するように作動する。

ワイドレンズは広い視野（ＦＯＶ_Ｗ）を持ち、テレレンズはＦＯＶ_Ｗより狭いテレ視野（ＦＯＶ_Ｔ）を持つ。例において、テレカメラは、ワイドカメラと比較して、Ｘ５ズームエフェクトを提供する。

２つ以上の群に分割された複数のレンズ素子を含み、レンズ素子のうち１つまたは複数の（「群」）レンズ素子が別のレンズ素子またはレンズ素子の群に対して移動可能であるレンズアセンブリを有する小型屈曲式カメラも知られている。相対運動に使用されるアクチュエータ（モータ）としては、スクリュー付きステップモータまたは圧電アクチュエータが挙げられる。しかしながら、このようなカメラの一般的な問題は、それらの構造が、３以上のかなり大きなＦ値（Ｆ＃）を指示し、Ｆ＃がズーム係数とともに増加することである。それらのアクチュエータは、低速で雑音が多く（圧電）、またはかさばり（ステッパモータ）、信頼性の問題があり、高価である。また、公知の光学設計では、このようなカメラで得られる２つの極限ズーム状態に対して、所与のＦ＃に対して大きなレンズアセンブリ高さを必要とする。

「マクロ撮影（Macro-photography）」モードは、スマートフォンのカメラを差別化するものとしてポピュラーになりつつある。「マクロ撮影」とは、イメージセンサに記録される画像が、撮影された実際の物体とほぼ同じ大きさになるようにして、カメラに対して非常に近くにある物体を撮影することを指す。例えば、「マクロ撮影」は、例えば昆虫のような微小な被写体および生物を撮影することを指してもよく、その撮影での被写体の大きさは、実物大よりも大きくなる。「マクロ撮影」は、「マクロ像（Macro image）」を生じる。

マクロＦＯＶを有する専用マクロカメラを搭載することで、マクロ撮影機能を提供する初のスマートフォン機種が、消費者市場に参入した。しかしながら、追加の専用ハードウェアを必要とせずに、多くのスマートフォンに既に存在するタイプのカメラを使用してマクロ撮影機能を提供することは有益であろう。

例示的な実施形態において、レンズ光軸に沿ってあるレンズ素子群Ｇ１と、レンズ素子群Ｇ２と、レンズ素子群Ｇ３とを備えるレンズと、イメージセンサと、ＯＰＦＥと、前記レンズ光軸に平行な方向に、前記イメージセンサに対してＧ１およびＧ３を一緒に移動させ、前記レンズを２つのズーム状態にするためのアクチュエータと、を備える屈曲式カメラであって、Ｇ１およびＧ３は、互いに固定されて取り付けられており、Ｇ２は、２つのストップの間で浮動するものであり、Ｇ１およびＧ３を一緒に移動させることで、あるズーム状態では、Ｇ２がＧ１に接着することができるようにし、別のズーム状態では、Ｇ２がＧ３に接着することができるようにする、屈曲式カメラが提供される。

いくつかの実施形態では、Ｇ１とＧ３との間の固定された取り付けは、Ｇ１とＧ３とを接続する複数の棒によって可能とされる。ここで、Ｇ２は、前記複数の棒によって案内され、前記複数の棒に対して、前記レンズ軸に平行な方向に沿って移動することができる。前記Ｇ１またはＧ３へのＧ２の接着は、磁力によるものであってもよい。

いくつかの実施形態では、前記Ｇ１およびＧ３の一緒の移動は、２ｍｍよりも大きく２０ｍｍよりも小さいストロークにわたるものであり、前記２つのストップ間の前記Ｇ２の移動のストロークは、前記Ｇ１およびＧ３のストロークの半分よりも小さい。

いくつかの実施形態では、前記レンズは、有効焦点距離ＥＦＬを有し、ＥＦＬは、該第１のズーム状態における最小値ＥＦＬ_，ｍｉｎから該第２のズーム状態における最大値ＥＦＬ_ｍａｘに変更され、比率ＥＦＬ_ｍａｘ／ＥＦＬ_，ｍｉｎは１．５よりも大きい。

いくつかの実施形態では、前記アクチュエータは、複数のＳＭＡスプリングおよび複数の機械的スプリングを有する、形状記憶合金（shape memory alloy：ＳＭＡ）アクチュエータを含む。

いくつかの実施形態では、前記複数のＳＭＡスプリングは、４つのスプリングを含み、前記複数の機械的スプリングは、２つのスプリングを含む。

いくつかの実施形態では、前記カメラは、前記レンズの焦点を合わせるためのボイスコイルモーター（voice coil motor：ＶＣＭ）機構をさらに備える。いくつかの実施形態では、前記レンズの前記焦点合わせは、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３を一緒に移動させることによって実行される。いくつかの実施形態では、前記レンズは、第１のＧ２ストップおよび第２のＧ２ストップを有するＧ２ストップ機構をもまた備えるレンズおよびセンサのモジュールに含まれており、前記第１のまたは前記第２のＧ２ストップのうちの一方は、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３がマクロ撮影のために２ｍｍ以上の大きさのストロークにわたって移動できるようにするために、除去可能となっている。

いくつかの実施形態では、前記アクチュエータは、複数の磁石のそれぞれに、または複数の磁石の偏極に結合された少なくとも３つのコイルを備える。いくつかの実施形態では、前記複数の磁石に対する前記少なくとも３つのコイルの位置は、位置感知のための少なくとも１つのホールバーセンサによって測定される。

いくつかの実施形態では、前記少なくとも３つのコイルは、前記複数の磁石に対する移動を提供するそれぞれの駆動電流によって駆動され、前記複数の駆動電流は、前記複数の磁石に対する前記複数のコイルの位置に依存する。

例示的な実施形態において、レンズ光軸に沿ってあるレンズ素子群Ｇ１と、レンズ素子群Ｇ２と、レンズ素子群Ｇ３とを備えるレンズと、イメージセンサと、ＯＰＦＥと、前記レンズ光軸に平行な方向にＧ１、Ｇ２およびＧ３を一緒に移動させることによって、前記レンズの焦点を合わせるための、ならびに、前記レンズ光軸に平行な方向に、ズームのために前記イメージセンサに対してＧ１およびＧ３を一緒に移動させ、前記レンズを２つのズーム状態にするためのＶＣＭ機構と、を備える屈曲式カメラであって、Ｇ１およびＧ３は、互いに固定されて取り付けられており、Ｇ２は、２つのストップの間で浮動し、Ｇ１およびＧ３を一緒に移動させることで、あるズーム状態では、Ｇ２がＧ１に接着することができるようにし、別のズーム状態では、Ｇ２がＧ３に接着することができるようにする、屈曲式カメラが提供される。

いくつかの実施形態では、屈曲式カメラはさらに、第１のＧ２ストップおよび第２のＧ２ストップを含み、前記第１のまたは前記第２のＧ２ストップのうちの一方は、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３がマクロ撮影のために２ｍｍ以上の大きさのストロークにわたって移動できるようにするために、除去可能となっている。

例示的な実施形態において、広範囲の有効焦点距離ＥＦＬ_Ｗを有するワイドレンズと、ワイドイメージセンサとを備えるワイドカメラと、第１の光軸を有するテレレンズと、テレイメージセンサと、ＯＰＦＥとを備える屈曲式テレカメラとを備え、前記テレレンズは、物体側から像側までに、第１のレンズ素子群Ｇ１と、第２のレンズ素子群Ｇ２と、第３のレンズ素子群Ｇ３とを含み、前記テレレンズを２つのズーム状態にするために、前記レンズ素子群のうちの少なくとも２つは、前記イメージセンサに対して第１の光軸に沿って移動可能であり、前記テレレンズの有効焦点距離を、一方のズーム状態におけるＥＦＬ_Ｔｍｉｎから他方のズーム状態におけるＥＦＬ_Ｔｍａｘへ変更させ、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ＞１．５×ＥＦＬ_Ｗであり、ＥＦＬ_Ｔｍａｘ＞１．５×ＥＦＬ_Ｔｍｉｎである、デュアルカメラを提供する。前記ワイドレンズは第２の光軸を有し、該第２の光軸は前記第１の光軸に対して垂直になっている。

いくつかの実施形態（図示せず）では、上述した前記屈曲式テレカメラは、同じ構造および特性を有する非屈曲式（直立）テレカメラによって、置き換えられてもよい。すなわち、当該非屈曲式テレカメラは、物体側から像側までに、第１のレンズ素子群Ｇ１と、第２のレンズ素子群Ｇ２と、第３のレンズ素子群Ｇ３と、を備えるテレレンズを備えており、前記複数のレンズ素子群のうちの少なくとも２つは、前記テレレンズを２つのズーム状態にするために、前記イメージセンサに対して前記第１の光軸に沿って移動可能であり、前記テレレンズの有効焦点距離は、一方のズーム状態におけるＥＦＬ_Ｔｍｉｎから他方のズーム状態におけるＥＦＬ_Ｔｍａｘへと変更され、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ＞１．５×ＥＦＬ_Ｗであり、かつ、ＥＦＬ_Ｔｍａｘ＞１．５×ＥＦＬ_Ｔｍｉｎである。

いくつかの例示的な実施形態において、前記テレカメラが、前記第１のズーム状態と前記第２のズーム状態の両方において、レンズ素子群Ｇ１、Ｇ２、およびＧ３が互いにシフトさせられることによって焦点合わせをするように構成される。

いくつかの例示的な実施形態において、レンズ素子群Ｇ１、Ｇ２、およびＧ３が物体側から像側に配列され、Ｇ１が正の屈折力を有し、Ｇ２が正の屈折力を有し、Ｇ３が負の屈折力を有する。

いくつかの例示的な実施形態において、前記少なくとも２つの移動可能なレンズ素子群が、前記レンズ素子群Ｇ１およびＧ３を含み、前記レンズ素子群Ｇ１およびＧ３が前記イメージセンサおよび前記レンズ素子群Ｇ２に対して移動可能であり、前記レンズ素子群Ｇ２が前記イメージセンサに対して静止している。いくつかの実施形態において、前記レンズ素子群Ｇ３が、前記イメージセンサ、前記レンズ素子群Ｇ１、および前記レンズ素子群Ｇ２に対して、焦点合わせのためにさらに移動可能であってもよい。いくつかの実施形態において、前記レンズ素子群Ｇ１が、前記イメージセンサ、前記レンズ素子群Ｇ２、および前記レンズ素子群Ｇ３に対して、焦点合わせのためにさらに移動可能であってもよい。

例示的な実施形態において、物体側に向かう第１のレンズ素子Ｌ１は、テレレンズにおける他の全てのレンズ素子のクリアアパーチャよりも大きいクリアアパーチャ（clear aperture: ＣＡ）値（または単に「クリアアパーチャ」）を有する。

例示的な実施形態において、前記テレレンズが総トラック長（total track length: ＴＴＬ_Ｔ）を有し、最大ＴＴＬ_Ｔ（ＴＴＬ_Ｔｍａｘ）がＴＴＬ_Ｔｍａｘ＜ＥＦＬ_Ｔｍａｘの条件を満たす。

例示的な実施形態において、前記テレレンズが総トラック長（ＴＴＬ_Ｔ）を有し、最大ＴＴＬ_Ｔ（ＴＴＬ_Ｔｍａｘ）がＴＴＬ_Ｔｍａｘ＜０．９×ＥＦＬ_Ｔｍａｘの条件を満たす。

例示的な実施形態において、前記テレレンズがテレレンズＦナンバー（Ｆ＃_Ｔ）を有し、Ｆ＃_Ｔの最小値（Ｆ＃_Ｔｍｉｎ）がＦ＃_Ｔｍｉｎ＜１．５×Ｆ＃_Ｔｍａｘ×ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ／ＥＦＬ_Ｔｍａｘの条件を満たす。

例示的な実施形態において、前記テレレンズがテレレンズＦナンバー（Ｆ＃_Ｔ）を有し、Ｆ＃_Ｔの最小値（Ｆ＃_Ｔｍｉｎ）およびＦ＃_Ｔの最大値（Ｆ＃_Ｔｍａｘ）がＦ＃_Ｔｍｉｎ＜１．８×Ｆ＃_Ｔｍａｘ×ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ／ＥＦＬ_Ｔｍａｘの条件を満たす。

例示的な実施形態において、前記テレレンズがテレレンズＦナンバー（Ｆ＃_Ｔ）を有し、Ｆ＃_Ｔの最小値（Ｆ＃_Ｔｍｉｎ）およびＦ＃_Ｔの最大値（Ｆ＃_Ｔｍａｘ）がＦ＃_Ｔｍｉｎ＜１．２×Ｆ＃_Ｔｍａｘ×ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ／ＥＦＬ_Ｔｍａｘの条件を満たす。

例示的な実施形態において、いずれのレンズ素子群についても、前記第１のズーム状態から前記第２のズーム状態への移動が、０．７５×（ＥＦＬ_Ｔｍａｘ－ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ）よりも小さいストロークを有する。

例示的な実施形態において、いずれのレンズ素子群についても、前記第１のズーム状態から前記第２のズーム状態への移動が、０．６×（ＥＦＬ_Ｔｍａｘ－ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ）よりも小さいストロークを有する。

例示的な実施形態において、前記第１のレンズ素子Ｌ１がカットレンズ素子である。

いくつかの例示的な実施形態において、前記少なくとも２つの移動可能なレンズ素子群が前記レンズ素子群Ｇ１、Ｇ２、およびＧ３を含み、前記レンズ素子群Ｇ１およびＧ３が、前記イメージセンサおよび前記レンズ素子群Ｇ２に対して、所与の範囲Ｒ_１，３で１つのユニットとして移動可能であり、前記レンズ素子群Ｇ２が、前記イメージセンサに対して、Ｒ_１，３よりも小さい範囲Ｒ_２で移動可能である。例示的な実施形態において、前記レンズ素子群Ｇ１、Ｇ２、およびＧ３が像側に向かって移動可能である。いくつかの例示的な実施形態において、前記レンズ素子群Ｇ１、Ｇ２、およびＧ３が、前記イメージセンサに対して、１つのユニットとして焦点合わせのために移動可能である。

いくつかの例示的な実施形態において、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ＝１５ｍｍであり、ＥＦＬ_Ｔｍａｘ＝３０ｍｍである。

いくつかの例示的な実施形態において、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ＝１３ｍｍであり、ＥＦＬ_Ｔｍａｘ＝２６ｍｍである。

いくつかの例示的な実施形態において、前記２つのズーム状態において、Ｒ_ＡＦは無限遠と１メートルとの間の焦点合わせに必要な前記レンズ素子群Ｇ２の最大移動範囲であり、Ｒ_ＡＦ＜０．４×Ｒ_２である。いくつかの例示的な実施形態において、前記２つのズーム状態において、Ｒ_ＡＦは無限遠と２メートルとの間の焦点合わせに必要な前記レンズ素子群Ｇ１およびＧ３の最大移動範囲であり、Ｒ_ＡＦ＜０．４×Ｒ_１，３である。

いくつかの例示的な実施形態において、前記レンズ素子群Ｇ２の移動のための作動が閉ループ制御で行われる。

いくつかの例示的な実施形態において、前記レンズ素子群Ｇ１およびＧ３の移動のための作動が開ループ制御で行われる。

いくつかの例示的な実施形態において、前記レンズ素子群Ｇ１、Ｇ２、およびＧ３の移動が、ボイスコイルモーター（ＶＣＭ）機構を用いて引き起こされる。

いくつかの例示的な実施形態において、前記レンズ素子群Ｇ１、Ｇ２、およびＧ３の移動が、リニアレールを作るボールガイド機構によって、前記第１の光軸に沿ってガイドされる。いくつかの例示的な実施形態において、前記ボールガイド機構が、Ｇ２のレンズ担体上の少なくとも１つの溝と、Ｇ１とＧ３のレンズ担体上の少なくとも１つの溝と、前記Ｇ２のレンズ担体上の溝と、前記Ｇ１とＧ３のレンズ担体上の溝との間の複数のボールとを含む。

例示的な実施形態において、広範囲の有効焦点距離ＥＦＬ_Ｗを有するワイドレンズと、ワイドイメージセンサとを備えるワイドカメラと、第１の光軸を有するテレレンズと、テレイメージセンサと、ＯＰＦＥとを備える屈曲式テレカメラとを備え、前記テレレンズは、物体側から像側までに、第１のレンズ素子群Ｇ１と、第２のレンズ素子群Ｇ２と、第３のレンズ素子群Ｇ３とを含み、前記レンズ素子群Ｇ１およびＧ３は、所与の範囲Ｒ_１，３で、前記イメージセンサおよび前記レンズ素子群Ｇ２に対して、１つのユニットとして前記第１の光軸に沿って移動可能であり、前記レンズ素子群Ｇ２は、範囲Ｒ_１，３よりも小さい範囲Ｒ_２で、前記イメージセンサに対して第１の光軸に沿って移動可能であり、前記レンズ素子群Ｇ１、Ｇ２、およびＧ３の組み合わされた移動により、前記テレレンズを２つの状態にし、前記テレレンズのＥＦＬを、一方のズーム状態におけるＥＦＬ_Ｔｍｉｎから他方のズーム状態におけるＥＦＬ_Ｔｍａｘへ変更させ、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ＞ＥＦＬ_Ｗであり、ＥＦＬ_Ｔｍａｘ＞１．５×ＥＦＬ_Ｔｍｉｎである、デュアルカメラを提供する。

例示的な実施形態において、第１の光軸を有するレンズと、イメージセンサと、ＯＰＦＥとを備える屈曲式カメラであって、前記レンズは、物体側から像側までに、第１のレンズ素子群Ｇ１と、第２のレンズ素子群Ｇ２と、第３のレンズ素子群Ｇ３とを含み、前記レンズ素子群Ｇ１およびＧ３は、所与の範囲_１，３で、前記イメージセンサおよび前記レンズ素子群Ｇ２に対して、１つのユニットとして前記第１の光軸に沿って移動可能であり、前記レンズ素子群Ｇ２は、範囲Ｒ_１，３よりも小さい範囲Ｒ_２で、前記イメージセンサに対して第１の光軸に沿って移動可能であり、前記レンズ素子群Ｇ１、Ｇ２、およびＧ３の組み合わされた移動により、前記テレレンズを２つのズーム状態にし、前記テレレンズのＥＦＬを、一方のズーム状態におけるＥＦＬ_ｍｉｎから他方のズーム状態におけるＥＦＬ_Ｔｍａｘへ変更させ、ＥＦＬ_ｍａｘ＞１．５×ＥＦＬ_ｍｉｎである、屈曲式カメラを提供する。

例示的な実施形態において、広範囲の有効焦点距離ＥＦＬ_Ｗを有するワイドレンズと、ワイドイメージセンサとを備えるワイドカメラと、超広範囲の有効焦点距離ＥＦＬ_ＵＷを有する超ワイドレンズと、超ワイドイメージセンサとを備える超ワイドカメラと、第１の光軸を有するテレレンズと、テレイメージセンサと、ＯＰＦＥとを備える屈曲式テレカメラを備え、前記テレレンズは、物体側から像側までに、第１のレンズ素子群Ｇ１と、第２のレンズ素子群Ｇ２と、第３のレンズ素子群Ｇ３とを含み、前記テレレンズを第１のズーム状態と第２のズーム状態との２つの状態にするために、前記レンズ素子群のうちの少なくとも２つは、前記イメージセンサに対して第１の光軸に沿って移動可能であり、前記テレレンズのＥＦＬを、前記第１のズーム状態におけるＥＦＬ_Ｔｍｉｎから前記第２のズーム状態におけるＥＦＬ_Ｔｍａｘへ変更させ、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ＞１．５×ＥＦＬ_Ｗであり、ＥＦＬ_Ｔｍａｘ＞１．５×ＥＦＬ_Ｔｍｉｎである、デュアルカメラを提供する。

例示的な実施形態において、ワイドカメラモジュール（または単に「ワイドカメラ」）と、レンズモジュールと、当該レンズモジュールを第１のズーム状態と第２のズーム状態との間で移動させるためのレンズアクチュエータと、第１の較正データおよび第２の較正データを格納するためのメモリとを備えるテレカメラモジュール（または単に「テレカメラ」）とを備え、前記第１の較正データは、第１のズーム状態における、前記ワイドカメラモジュールと前記テレカメラモジュールとの間の較正データを含んでもよく、前記第２の較正データは、第２のズーム状態における、前記ワイドカメラモジュールと前記テレカメラモジュールとの間の較正データを含んでもよい、デュアルカメラを提供する。

様々な例示的な実施形態において、アプリケーションプロセッサ（application processor: ＡＰ）と、第１の画像データを提供するためのワイドカメラモジュールと、第２の画像データを提供するためのテレカメラモジュールであって、レンズモジュールと、第１のズーム状態と第２のズーム状態との間でレンズモジュールを移動させるためのレンズアクチュエータとを備えるテレカメラモジュールと、第１の較正データと第２の較正データとを格納するためのメモリとを備え、前記第１の較正データは、第１のズーム状態における、前記ワイドカメラモジュールと前記テレカメラモジュールとの間の較正データを含んでもよく、前記第２の較正データは、第２のズーム状態における、前記ワイドカメラモジュールと前記テレカメラモジュールとの間の較正データを含んでもよく、前記ＡＰは、前記テレカメラモジュールが前記第１のズーム状態のときは前記第１の較正データを用いて第１の画像データおよび第２の画像データを処理し、前記テレカメラモジュールが前記第２のズーム状態のときは前記第２の較正データを用いて第１の画像データおよび第２の画像データを処理することで、第３の画像データを生成するように構成される、システムを提供する。

前記システムの実施形態において、前記第１の較正データが前記第１のカメラモジュールに格納され、前記第２の較正データが前記第２のカメラモジュールに格納される。

前記システムの実施形態において、前記第１の較正データおよび前記第２の較正データが前記テレカメラモジュールにのみ格納される。

前記システムの実施形態において、前記第１の較正データおよび前記第２の較正データが前記ワイドカメラモジュールにのみ格納される。

前記システムの実施形態において、前記第１の較正データおよび前記第２の較正データが、前記ワイドカメラモジュールにも前記テレカメラモジュールにも配置されていないメモリに格納される。

前記システムの実施形態において、前記第１の較正データの第１の部分および前記第２の較正データの第１の部分が、前記ワイドカメラモジュールまたは前記テレカメラモジュールに配置されているメモリに格納され、前記第１の較正データの第２の部分および前記第２の較正データの第２の部分が、前記ワイドカメラモジュールまたは前記テレカメラモジュールに配置されていないメモリに格納される。

本明細書に開示される実施形態の非限定的な例は、この段落の後に示される、本明細書に添付される図面を参照して、以下に記載される。複数の図に見られる同一の構造、要素、または部品は、それらが見られるすべての図において、概して同一の番号が付される。同一の要素が示されているが、１つの図のみに番号が付されている場合、それらはそれらが見られるすべての図において同じ番号を有するものとみなされる。図面および説明は、本明細書に開示された実施形態を解明し、明確にすることを意図しており、決して限定するものと考えるべきではない。
直立カメラおよびズーム屈曲式カメラを備えるデュアルカメラを概略的に示す概観斜視図である。 図１Ａのデュアルカメラの分解図である。 第１のズーム状態の第１のレンズ光学設計および光線追跡を有する、図１Ａおよび図１Ｂに示すようなズーム屈曲式カメラを示す図である。 第２のズーム状態の第１のレンズ光学設計および光線追跡を有する、図１Ａおよび図１Ｂに示すようなズーム屈曲式カメラを示す図である。 第１のズーム状態における第１の光学設計を有するレンズ素子の詳細を示す図である。 第２のズーム状態における第１の光学設計を有するレンズ素子の詳細を示す図である。 第１のズーム状態における第２の光学設計を有するレンズ素子の詳細を示す図である。 第２のズーム状態における第２の光学設計を有するレンズ素子の詳細を示す図である。 第１のズーム状態における第３の光学設計を有するレンズ素子の詳細を示す図である。 第２のズーム状態における第３の光学設計を有するレンズ素子の詳細を示す図である。 第１のズーム状態における第４の光学設計を有するレンズ素子の詳細を示す図である。 第２のズーム状態における第４の光学設計を有するレンズ素子の詳細を示す図である。 第１のズーム状態における第５の光学設計を有するレンズ素子の詳細を示す図である。 第２のズーム状態における第５の光学設計を有するレンズ素子の詳細を示す図である。 第１のズーム状態における第６の光学設計を有するレンズ素子の詳細を示す図である。 第２のズーム状態における第６の光学設計を有するレンズ素子の詳細を示す図である。 上部のある角度から見たＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態における、テレレンズおよびセンサのモジュールの第１の実施形態を概略的に示す図である。 上部の別の角度から見た図５Ａのテレレンズおよびセンサのモジュールを概略的に示す図である。 上部のある角度から見たＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態における、テレレンズおよびセンサのモジュールを概略的に示す図である。 上部の別の角度から見た図５Ｃのテレレンズおよびセンサのモジュールを概略的に示す図である。 図５Ａ～図５Ｄのテレレンズおよびセンサのモジュールの分解図である。 ある角度から見た、図５Ａおよび図５Ｂに示すようなＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態の上記テレレンズおよびセンサのモジュールの上部作動アセンブリおよび下部作動アセンブリの底面図である。 別の角度から見た、図５Ｃおよび図５Ｄに示すようなＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態の上記テレレンズおよびセンサのモジュールの上部作動アセンブリおよび下部作動アセンブリの底面図である。 底面から見た上部作動アセンブリを示す図である。 図５Ａ～５Ｅのテレレンズおよびセンサのモジュールにおける静止レールの詳細を示す図である。 図５Ａ～５Ｅのテレレンズおよびセンサのモジュールにおける電子アセンブリを示す図である。 軸対称性を有するレンズ素子を示す図である。 ２つの切れ目を有するカットレンズ素子を示す図である。 本明細書に開示されるズーム屈曲式カメラを操作するための例示的な方法を示すフローチャートである。 本開示の主題のいくつかの例による、レンズ素子の凸面に衝突する光線のインパクトポイントの模式図、および平面Ｐ上のインパクトポイントの直交投影の模式図である。 本開示の主題のいくつかの例による、レンズ素子の凹面に衝突する光線のインパクトポイントの模式図、および平面Ｐ上のインパクトポイントの直交投影の模式図である。 本開示の主題のいくつかの例による、平面Ｐ上のインパクトポイントの直交投影、およびクリアな高さ（clear height）値（ＣＨ）の概略図である。 本開示の主題のいくつかの例による、平面Ｐ上のインパクトポイントの直交投影、およびクリアアパーチャの概略図である。 本明細書で開示されるシステムの実施形態を概略的に示すブロック図である。 屈曲式レンズ設計および非屈曲式レンズ設計を備えたデュアルアパーチャカメラおよびトリプルアパーチャカメラの概略的なデザインを示す図である。 上面斜視からの、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態における、第６の実施例の光学設計を有するレンズを有するテレレンズおよびセンサのモジュールの第２の実施形態を概略的に示す図である。 上面斜視からの、ＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態における、図１６Ａのモジュールを概略的に示す図である。 図１６Ａのモジュールの部分の詳細を概略的に示す図である。 図１６Ｂのモジュールの部分の詳細を概略的に示す図である。 側面視において、図１６Ａのモジュールの部分の部分を概略的に示す図である。 側面視において、図１６Ｂのモジュールの部分の部分を概略的に示す図である。 第１の上面斜視における、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態における、図１６Ａのモジュールの部分の詳細を概略的に示す図である。 第２の上面斜視における、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態における、図１６Ａのモジュールの部分の詳細を概略的に示す図である。 上面斜視からの、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態における、第６の実施例の光学設計を有するレンズを有するテレレンズおよびセンサのモジュールの第３の実施形態を概略的に示す図である。 ＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態における、図１７Ａのモジュールを概略的に示す図である。 図１７Ｂのモジュールの部分の詳細を概略的に示す図である。 図１７Ｂのモジュールの部分の他の詳細を概略的に示す図である。 図１７Ａおよび図１７Ｂのモジュール内の磁石アセンブリを示す図である。 ＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態とＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態との間における、図１７ＡのモジュールにおけるＶＣＭによる作動の一方法を概略的に示す図である。 第１の側面視において、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態における図１７ＦのＶＣＭのズーム状態の切り換えを実行するための作動方法を示す図である。 第２の側面視において、ＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態における図１７ＦのＶＣＭのズーム状態の切り換えを実行するための作動方法を示す図である。 図７Ｇおよび図１７Ｈのものとは反対の側面視において、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態における焦点合わせのための作動方法を示す図である。 図７Ｈおよび図１７Ｈのものとは反対の側面視において、ＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態における焦点合わせのための作動方法を示す図である。 レンズ群Ｇ２をレンズ群Ｇ１に接着させるための接着サブシステムの実施形態を、斜視図で示す。 図１８Ａの接着サブシステムの実施形態を、別の斜視図で示す。 レンズ群Ｇ２をレンズ群Ｇ３にＥＦＬ_Ｔｍａｘのズーム状態で接着させるための接着サブシステムの他の実施形態を、斜視図で示す。 図１８Ｃの接着サブシステムの実施形態を、別の斜視図で示す。 ＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態における、Ｇ２ストップが活性化された状態でのＧ２ストップ除去機構を、斜視図で示す。 マクロ撮影モードにおける、Ｇ２ストップが不活性化された状態での図１９ＡのＧ２ストップ除去機構を示す。 Ｇ２ストップが活性化された状態における、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態またはＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態でのＧ２ストップ除去機構の部分を示す。 Ｇ２ストップが不活性化された状態における、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態またはＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態での図１９ＣのＧ２ストップ除去機構の部分を示す。

図１Ａは、直立ワイドカメラ１０２と、ＯＰＦＥ１０４（例えばプリズム）と、ズーム屈曲式テレカメラレンズおよびセンサのモジュール（または単に「モジュール」）１０６とを備える屈曲式テレカメラ１０３とを備える、番号１００が付されたデュアルカメラの一実施形態を概略的に示す概観斜視図である。ワイドカメラは、固定有効焦点距離ＥＦＬ_Ｗを有するワイドレンズ１１０を含む。例えば、ＥＦＬ_Ｗは２～５ｍｍであってもよい。テレカメラ１０３において、ＯＰＦＥ１０４はプリズムホルダ１０８に保持されている。モジュール１０６は、シールド１０７を含む。シールド１０７は、モジュール１０６またはカメラ１０３の一部または全ての要素を覆うことができる。図１Ｂは、シールド１０７が除去され、より詳しく説明されたデュアルカメラ１００を示す。モジュール１０６は、テレレンズ光軸１１６を有するテレレンズ１１４と、テレイメージセンサ１１８と、必要に応じて、ガラス窓１３０（例えば、図２Ａ参照）とをさらに含む。ガラス窓１３０は、赤外線（ＩＲ）波長の光をフィルタリングするため、センサ１１８の機械的保護のため、および／またはセンサ１１８を塵埃から保護するために使用されてもよい。簡単にするために、カメラ、レンズ、またはイメージセンサを参照して使用される「テレ」という語は、以後、落とされてもよい。いくつかの実施形態において、レンズおよびイメージセンサのモジュールは、テレイメージセンサがそれ自身のイメージセンサモジュールを有し、後述する他の機能および部分（特に、図５Ａ～Ｅのテレレンズおよびセンサのモジュール５００の作動、図１６Ａ～Ｈのアクチュエータ１６１０および図１７Ａ～Ｊのアクチュエータ１７１０）がテレカメラレンズモジュールのみに留まるように、分離される。以下の説明全体は、そのような実施形態にも言及する。他の実施形態において、本明細書で説明されるシステムは、例えば３倍カメラシステムを形成する１以上の追加のカメラを備えることができる。ワイドカメラおよびテレカメラに加えて、３倍カメラは、超ワイドカメラのＥＦＬがＥＦＬ_ＵＷ＜０．７×ＥＦＬ_Ｗである超ワイドカメラも含むことができる。

デュアルカメラ１００は、以下に説明するレンズ群およびレンズ素子の移動を含む様々なカメラ機能を制御する制御装置（図示せず）をさらに備えるか、または該制御装置に結合される。

レンズ１１４は、第１の群（Ｇ１）のレンズハウジング（または「ホルダ」）１２０、第２の群（Ｇ２）のレンズハウジング１２２、および第３の群（Ｇ３）のレンズハウジング１２４にそれぞれ収容された３つのレンズ素子群Ｇ１、Ｇ２、およびＧ３を含む。レンズ素子群Ｇ１、Ｇ２、およびＧ３のための３つの異なるレンズ設計の詳細について、図２～図４を参照して以下に示す。次に詳細に説明する様々な実施形態において、少なくとも１つのレンズ素子群がレンズ光軸１１６に沿って別のレンズ素子群に対して移動して、少なくとも２つのテレレンズ有効焦点距離ＥＦＬ_Ｔ、すなわち、最小ＥＦＬ_Ｔｍｉｎおよび最大ＥＦＬ_Ｔｍａｘを提供する。例えば、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎは１０～２０ｍｍであってもよく、ＥＦＬ_Ｔｍａｘは２０～４０ｍｍであってもよい。これにより、小さなテレレンズのＦ値（Ｆ＃_Ｔ）を維持しながら、２つの大きなＥＦＬ間のズーム能力を提供する。加えて、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎは、光学ズームがＥＦＬ_ＷとＥＦＬ_Ｔｍａｘの間でデュアルカメラ１００によって提供されるように、例えば、２倍以上ＥＦＬ_Ｗよりも大きい。さらに、ＥＦＬについては、それぞれのズーム状態について、テレレンズ総トラック長（ＴＴＬ_Ｔ）は、レンズが無限遠に焦点合わせされるときに、第１のレンズ素子の第１の表面から物体側（Ｓ_１、下記参照）に向かってイメージセンサ表面までの光軸に沿った距離として定義され、すべてのレンズ素子およびガラス窓を含む。第１のズーム状態に対してＴＴＬ_Ｔｍｉｎが定義され、第２のズーム状態に対してＴＴＬ_Ｔｍａｘが定義される。ＴＴＬ_ＴｍｉｎおよびＴＴＬ_Ｔｍａｘは、例えば、図２Ｃ、２Ｄ、３Ａ、および３Ｂには表記されているが、これらの定義は、本出願におけるすべての実施形態に適用される。

図２Ａは、ＯＰＦＥ１０４（例えば、プリズム）を有するカメラ１０３のようなズーム屈曲式テレカメラ１０３’、レンズ１１４のようなレンズ１１４’、およびテレレンズ１１４’の第１の例示的な光学設計および光線追跡を有するイメージセンサ１１８を示し、ここで、テレレンズは第１のズーム状態、すなわち、ＥＦＬ＝ＥＦＬ_Ｔｍｉｎを有する。加えて、ガラス窓１３０が、全てのレンズ素子とイメージセンサ１１８との間に配置されていてもよい。図２Ｂは、第２のズーム状態、すなわちＥＦＬ＝ＥＦＬ_Ｔｍａｘを有する屈曲式テレカメラ１０３’を示す。図２Ｃは、第１のズーム状態の第１の光学設計を有するレンズ１１４’の詳細を示し、図２Ｄは、第２のズーム状態のレンズ１１４’の詳細を示す。

レンズ１１４’は、表１～４によって表される第１の例示的な光学設計を有し、Ｌ１～Ｌ８と表記された８つのレンズ素子を含み、当該レンズ素子は、プリズム（「物体側」）に対向する物体側のＬ１から始まり、イメージセンサに向かう像側のＬ８で終わる。表１は、光学レンズ設計における表面のそれぞれについての光学データを示す。ＯＰＦＥ（プリズムまたはミラー）の光学データは、当技術分野で公知の多くのＯＰＦＥ設計が物体とＳ_１との間で使用できるので、表１では省略されている。そのようなＯＰＦＥの非限定的な例には、ガラスまたはプラスチックで作製されたプリズムであって、該プリズムの屈折率が変化（例えば、１～３の範囲で変化）し得るようなプリズム、迷光を制限するＯＰＦＥ（例えば、共同所有の国際特許出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１８／０５４９２８に開示）、薄型プリズム（例えば、共同所有の米国仮特許出願第６２／６５７，００３号を参照）、スキャニングＯＰＦＥ（例えば、共同所有の国際特許出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１８／０５０８８５およびＰＣＴ／ＩＢ２０１７／を参照）、ＯＩＳ機構を有するＯＰＦＥ（例えば、共同所有の米国特許第９９２７６００号を参照）、およびミラーが含まれる。

表２は、表１における表面間の距離についての付加的なデータであるズームデータと、様々なズーム位置ごとに変化するパラメータとを示す。表３は、球面ではない表１の表面についての付加的な光学データである非球面データを示す。表４は、レンズ素子およびレンズ素子群の焦点距離（単位ｍｍ）を示す。第２の例示的な光学設計（表５～表８）、第３の例示的な光学設計（表９～表１２）、第４の例示的な光学設計（表１３～表１６）、および第５の例示的な光学設計（表１７～表２０）の同様の表が以下に存在する。

以下の様々な例示的な実施形態に開示されるレンズは、レンズ素子のいくつかのレンズ群（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３等）を備え、各群は、Ｌｉと表記される複数のレンズ素子を含む。各レンズ素子Ｌｉは、それぞれの前面Ｓ_２ｉ－１と後面Ｓ_２ｉとを有する（ここで、「ｉ」は１～Ｎの整数）。本明細書で使用されるように、各レンズ素子の「前面」という用語は、カメラの入口（カメラ物体側）により近くに位置するレンズ素子の表面を指し、「後面」という用語は、イメージセンサ（カメラ像側）により近くに位置するレンズ素子の表面を指す。前面および後面は、場合によっては非球面であり得る。前面および後面は、場合によっては球面であり得る。しかし、これらのオプションに限定されない。レンズ素子Ｌ１～ＬＮは、様々な材料、例えば、プラスチックまたはガラスから作製されてもよい。いくつかのレンズ素子は他のレンズ素子とは異なる材料から作製されてもよい。表記「Ｇｉ」、「Ｌｉ」、「Ｓ_ｉ」は、一例としていくつかの図に示される（「Ｇｉ」の表記については図２Ｃおよび図２Ｄ、「Ｌｉ」の表記については図２Ｂ、「Ｓ_ｉ」の表記については図４Ａを参照）。しかし、これらの表記は、本出願におけるすべての実施形態に適用される。

本明細書において、部品、素子、または部品群または素子群の「高さ」は、部品／素子／これらの群の最下点と、部品／素子／これらの群の最上点との間の、第１の光軸方向（例示的な座標系におけるＹ方向）の距離として定義される。用語「上方」または「上部」は、同じ部品／素子またはこれらの群の他のセクションに対して、Ｙ軸に沿って、撮像された（撮影された）物体に近く、かつ当該物体に面している、任意の部品／素子／これらの群のセクションを指す。用語「下方」または「下部」は、同じ部品／素子またはこれらの群の他のセクションに対して、Ｙ軸に沿って、撮像された物体から最も遠く、かつ当該物体から離れて面している、任意の部品／素子／これらの群のセクションを指す。

表１（ならびに表５および表９）において、Ｒは表面の曲率半径であり、Ｔは表面から次の表面までの光軸に沿った距離である。いくつかのレンズ素子間の距離は、ズームおよび焦点合わせによって変化するため、様々なズーム位置および焦点位置について、付加的な厚さデータを表２、表６、および表１０に示す。なお、ＴＴＬ_Ｔは、物体を無限遠に設定して表２、表６、表１０の付加的なデータを使用する場合、Ｓ_１からイメージセンサまでのすべてのＴ値の合計となる。Ｄは、表面の光学直径である。Ｄ／２は、「半直径（semi-diameter）」または直径の半分を表す。Ｒ、Ｔ、およびＤの単位は、ミリメートル（ｍｍ）である。ＮｄおよびＶｄは、それぞれ、表面と次の表面との間に存在するレンズ素子材料の屈折率およびアッベ数である。

表面タイプを表１、表５、および表９に定義し、表面の係数を表３、表７、および表１１に示す。
－「平面」－無限大の曲率半径を有する；
－「偶数次非球（Ｅｖｅｎ－Ａｓｐｈｅｒｉｃａｌ）（ＥＶＡＳ）面」は、式１と表３、表７、および表１１に示すそれらの詳細を用いて定義される。

ここで、ｒは関連する光軸（第１または第２）から、（およびそれに垂直な）光学表面内の点までの距離であり、ｋは円錐係数であり、ｃ=１／Ｒであり、αは、表３、表７、および表１１に与えられる係数である。なお、任意の非球面に対して、ｒの最大値（「最大ｒ」）は、それぞれの表面の半直径（Ｄ／２）である。

－ＱＴ１表面は、以下の式２および副方程式を用いて定義される。

ここで、｛ｚ、ｒ｝は標準円筒極座標であり、ｃは表面の近軸曲率であり、ｋは円錐パラメータであり、ＮＲはノルム半径であり、Ａ_ｎはレンズデータ表に示される多項式係数である。

－「絞り面（stop surface）」（表２、表６、表１０、表１４、表１８および表２２）とは、本明細書に開示される実施形態において、レンズ開口の絞り面の位置が第１のズーム状態から第２のズーム状態にシフトするときに変化し得る。この場合、絞りは、レンズモジュール全体のＦ＃を決定する。例えば、いくつかの実施形態において、第１のズーム状態において中心場のための画像を形成するために画像平面に到達する光の量は、物体側の第１のレンズＬ１近傍の開口絞りによって決定され、一方、第２のズーム状態において中心場のための画像を形成するために画像平面に到達する光の量は、別のレンズ素子（例えば、近傍のレンズ素子Ｌ４）近傍の開口絞りによって決定される。他の実施形態において、レンズ開口の絞り面の位置が、第１のズーム状態から第２のズーム状態にシフトするときに、変化しない場合がある。

以下の表に示すイメージセンサの直径Ｄは、イメージセンサの最大限の対角サイズを指す。

第１の実施例（「実施例１」）において、レンズ素子Ｌ１～Ｌ８は、レンズ素子Ｌ１およびＬ２を含む第１の群Ｇ１と、レンズ素子Ｌ３およびＬ４を含む第２の群Ｇ２と、レンズ素子Ｌ５～Ｌ８を含む第３の群の３つの群にグループ化される。なお、表４に記載のレンズまたはレンズ群の焦点距離は正または負の値を有し、これは関連するレンズ素子またはレンズ群のそれぞれの正または負の屈折力を示す。したがって、表４において、Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５およびＬ８は正の屈折力を有し、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６およびＬ７は負の屈折力を有し、同様に、Ｇ１およびＧ２は正の屈折力を有し、Ｇ３は負の屈折力を有する。これは表８および表１２についても同様である。

実施例１において、イメージセンサ１１８に対して群Ｇ２を静止させたまま、イメージセンサ１１８に対して群Ｇ１および群Ｇ３を移動させることによって、カメラを２つのズーム状態にさせる。そして、Ｇ３は、ズーム状態の各々で焦点を合わせるためにさらに移動可能である。表２は、正確な距離および相対的な位置決めを指定する。実施例１において、Ｇ１およびＧ３をＧ２（およびイメージセンサ）に対して相対的に移動させて、カメラを、ＥＦＬ_Ｔ＝ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ＝１５ｍｍ、Ｆ＃＝Ｆ＃_Ｔｍｉｎ＝２．８、およびＴＴＬ_Ｔ＝ＴＴＬ_Ｔｍｉｎ＝１６．３０９ｍｍである、図２Ａおよび図２Ｃに示す第１のズーム状態にし、ＥＦＬ_Ｔ＝ＥＦＬ_Ｔｍａｘ＝３０ｍｍ、Ｆ＃＝Ｆ＃_Ｔｍａｘ＝４、およびＴＴＬ_Ｔ＝ＴＴＬ_Ｔｍｉｎ＝２７．５８１ｍｍである、図２Ｂおよび図２Ｄに示す第２のズーム状態にする。移動範囲は、例えば５～１０ｍｍとすることができる。第１の状態では、Ｇ１はＧ２から距離ｄ４（１５ｍｍのＥＦＬの場合は、表２のＳ_４とＳ_５との距離、つまり０．１３１ｍｍ）だけ離れており、Ｇ２はＧ３から距離ｄ８（１５ｍｍのＥＦＬの場合は、表２のＳ_８とＳ_９との距離、つまりフォーカス距離に応じて５．０８０～５．３６４ｍｍ）だけ離れており、Ｇ３は窓１３０から距離ｄ１６（１５ｍｍのＥＦＬの場合は、表２のＳ_１６とＳ_１７との距離、つまりフォーカス距離に応じて１．０９４～０．８１０ｍｍ）だけ離れている。第２の状態では、Ｇ１はＧ２から距離ｄ４’（３０ｍｍのＥＦＬの場合は、表２のＳ_４とＳ_５との距離、つまり１１．４０３ｍｍ）だけ離れており、Ｇ２はＧ３から距離ｄ８’（３０ｍｍのＥＦＬの場合は、表２のＳ_８とＳ_９との距離、つまりフォーカス距離に応じて０．０６０～０．４３４ｍｍ）だけ離れており、Ｇ３は窓１３０から距離ｄ１６’（３０ｍｍのＥＦＬの場合は、表２のＳ_１６とＳ_１７との距離、つまりフォーカス距離に応じて６．１１４ｍｍ～５．７４０ｍｍ）だけ離れている。

図３Ａは、第１のズーム状態の、カメラ１０３等の屈曲式テレカメラにおける、第２の実施形態の例示的な光学設計を有するレンズ素子の詳細を示し、図３Ｂは、第２のズーム状態の第２の光学設計を有するレンズ素子の詳細を示す。図は、レンズ１１４’’、イメージセンサ１１８、およびオプションの窓１３０を示す。第２の光学設計は表５～表８によって表され、Ｌ１～Ｌ８と表記された８つのレンズ素子を含み、当該レンズ素子は、プリズムに対向する物体側のＬ１から始まり、イメージセンサに向かう像側のＬ８で終わる。表５は光学データを示し、表６はズームデータを示し、表７は非球面データを示し、表８はレンズまたはレンズ群の焦点距離をｍｍで示す。

第２の実施例（「実施例２」）において、レンズ１１４’’では、レンズ素子Ｌ１～Ｌ８は、レンズ素子Ｌ１およびＬ２を含む第１の群Ｇ１と、レンズ素子Ｌ３～Ｌ５を含む第２の群Ｇ２と、レンズ素子Ｌ６～Ｌ８を含む第３の群の３つの群にグループ化される。

実施例２において、イメージセンサに対して所与の範囲Ｒ_１，３で群Ｇ１および群Ｇ３を一緒に移動させつつ、イメージセンサに対して群Ｇ２をＲ_１，３よりも小さい範囲Ｒ_２で移動させることによって、カメラを２つのズーム状態にさせる。実施例２において、Ｒ_１，３＝７．５０９ｍｍで、Ｒ_２＝１．５７４ｍｍである。Ｇ２はさらに、カメラ１０６の焦点距離を無限遠から１メートルまで変化させるための範囲Ｒ_ＡＦで、イメージセンサに対して任意のズーム状態で移動可能である。ズーム状態によっては、Ｒ_ＡＦは最大５５０マイクロメートル（μｍ）になることがある。図３Ａは、ＥＦＬ_Ｔ＝ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ＝１５ｍｍ、Ｆ＃＝Ｆ＃_Ｔｍｉｎ＝２、およびＴＴＬ_Ｔ＝ＴＴＬ_Ｔｍｉｎ＝１７．３７３ｍｍである、第１のズーム状態の実施例２を示し、図３Ｂは、ＥＦＬ_Ｔ＝ＥＦＬ_Ｔｍａｘ＝３０ｍｍ、Ｆ＃＝Ｆ＃_Ｔｍａｘ＝４、およびＴＴＬ_Ｔ＝ＴＴＬ_Ｔｍａｘ＝２４．８８１ｍｍである、第２のズーム状態の実施例２を示す。

実施例２では、以下の条件を満たす。

Ｒ_１，３とＲ_２は、０．６×（ＥＦＬ_Ｔｍａｘ－ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ）よりも小さく、もちろん０．７５×（ＥＦＬ_Ｔｍａｘ－ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ）よりも小さい。Ｆ＃_Ｔｍｉｎは、１．０×Ｆ＃_Ｔｍａｘ×ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ／ＥＦＬ_Ｔｍａｘよりも小さく、１．２×Ｆ＃_Ｔｍａｘ×ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ／ＥＦＬ_Ｔｍａｘよりも小さく、１．５×Ｆ＃_Ｔｍａｘ×ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ／ＥＦＬ_Ｔｍａｘよりも小さく、１．８×Ｆ＃_Ｔｍａｘ×ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ／ＥＦＬ_Ｔｍａｘよりも小さい。

第１の状態では、Ｇ１はＧ２から距離ｄ４（１５ｍｍのＥＦＬの場合は、表６のＳ_４とＳ_５との距離、つまりフォーカス距離に応じて１．２４６～１．０１２ｍｍ）だけ離れており、Ｇ２はＧ３から距離ｄ１０（１５ｍｍのＥＦＬの場合は、表６のＳ_１０とＳ_１１との距離、つまりフォーカス距離に応じて６．１３６～６．３７０ｍｍ）だけ離れており、Ｇ３は窓１３０から距離ｄ１６（１５ｍｍのＥＦＬの場合は、表６のＳ_１６とＳ_１７との距離、つまり０．２２９ｍｍ）だけ離れている。第２の状態では、Ｇ１はＧ２から距離ｄ４’（３０ｍｍのＥＦＬの場合は、表６のＳ_４とＳ_５との距離、つまりフォーカス距離に応じて７．１８１～６．６５８ｍｍ）だけ離れており、Ｇ２はＧ３から距離ｄ１０’（３０ｍｍのＥＦＬの場合は、表６のＳ_１０とＳ_１１との距離、つまりフォーカス距離に応じて０．２～０．７２５ｍｍ）だけ離れており、Ｇ３は窓１３０から距離ｄ１６’（３０ｍｍのＥＦＬの場合は、表６のＳ_１６とＳ_１７との距離、つまり７．７３８ｍｍ）だけ離れている。

図４Ａは、第１のズーム状態の、カメラ１０３等の屈曲式テレカメラにおける、第３の実施形態の例示的な光学設計を有するレンズ素子の詳細を示し、図４Ｂは、第２のズーム状態の第３の光学設計を有するレンズ素子の詳細を示す。図は、レンズ１１４’’’、イメージセンサ１１８、およびオプションの窓１３０を示す。第２の光学設計は表９～表１２によって表され、Ｌ１～Ｌ８と表記された８つのレンズ素子を含み、当該レンズ素子は、プリズムに対向する物体側のＬ１から始まり、イメージセンサに向かう像側のＬ８で終わる。表９は光学データを示し、表１０はズームデータを示し、表１１は非球面データを示し、表１２はレンズまたはレンズ群の焦点距離をｍｍで示す。

レンズ１１４’’’において、レンズ素子Ｌ１～Ｌ８は、レンズ素子Ｌ１およびＬ２を含む第１の群Ｇ１と、レンズ素子Ｌ３およびＬ４を含む第２の群Ｇ２と、レンズ素子Ｌ５～Ｌ８を含む第３の群の３つの群にグループ化される。

第３の例示的な使用（実施例３）において、Ｇ２を静止させたまま、イメージセンサに対して所与の範囲でＧ１およびＧ３を移動させることによって、カメラを２つのズーム状態にさせる。移動範囲は、例えば５～１０ｍｍとすることができる。Ｇ１は、焦点合わせのためにさらに移動可能である。実施例３において、Ｇ１およびＧ３をＧ２（およびイメージセンサ）に対して相対的に移動させて、カメラを、ＥＦＬ_Ｔ＝ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ＝１５ｍｍ、Ｆ＃_Ｔｍｉｎ＝２．７４、およびＴＴＬ_Ｔ＝ＴＴＬ_Ｔｍｉｎ＝１６．７８ｍｍである、図４Ａに示す第１のズーム状態にし、ＥＦＬ_Ｔ＝ＥＦＬ_Ｔｍａｘ＝３０ｍｍ、Ｆ＃＝Ｆ＃_Ｔｍａｘ＝４、ＴＴＬ_Ｔ＝ＴＴＬ_Ｔｍａｘ＝２６．９５８ｍｍである、図４Ｂに示す第２のズーム状態にする。第１の状態では、Ｇ１はＧ２から距離ｄ４（１５ｍｍのＥＦＬの場合は、表１０のＳ_４とＳ_５との距離、つまりフォーカス距離に応じて０．１９９～０．８７０ｍｍ）だけ離れており、Ｇ２はＧ３から距離ｄ８（１５ｍｍのＥＦＬの場合は、表１０のＳ_８とＳ_９との距離、つまり６．０５０ｍｍ）だけ離れており、Ｇ３は窓１３０から距離ｄ１６（１５ｍｍのＥＦＬの場合は、表１０のＳ_１６とＳ_１７との距離、つまり０．６５０ｍｍ）だけ離れている。第２の状態では、Ｇ１はＧ２から距離ｄ４（３０ｍｍのＥＦＬの場合は、表１０のＳ_４とＳ_５との距離、つまりフォーカス距離に応じて１０．３７７～１１．０３１ｍｍ）だけ離れており、Ｇ２はＧ３から距離ｄ８（３０ｍｍのＥＦＬの場合は、表１０のＳ_８とＳ_９との距離、つまり０．０６ｍｍ）だけ離れており、Ｇ３は窓１３０から距離ｄ１６（３０ｍｍのＥＦＬの場合は、表１０のＳ_１６とＳ_１７との距離、つまり６．６４ｍｍ）だけ離れている。

図４Ｃは、第１のズーム状態の、カメラ１０３等の屈曲式テレカメラにおける、第４の例示的な光学設計を有するレンズ素子の詳細を示し、図４Ｄは、第２のズーム状態の第４の光学設計を有するレンズ素子の詳細を示す。図は、レンズ１１４’’’’、イメージセンサ１１８、およびオプションの窓１３０を示す。第２の光学設計は表１３～表１６によって表され、Ｌ１～Ｌ８と表記された８つのレンズ素子を含み、当該レンズ素子は、プリズムに対向する物体側のＬ１から始まり、イメージセンサに向かう像側のＬ８で終わる。表１３は光学データを示し、表１４はズームデータを示し、表１５は非球面データを示し、表１６はレンズまたはレンズ群の焦点距離をｍｍで示す。

第４の実施例（「実施例４」）において、レンズ１１４’’’’では、レンズ素子Ｌ１～Ｌ８は、レンズ素子Ｌ１およびＬ２を含む第１の群Ｇ１と、レンズ素子Ｌ３～Ｌ５を含む第２の群Ｇ２と、レンズ素子Ｌ６～Ｌ８を含む第３の群の３つの群にグループ化される。

実施例４において、ズーム処理においてイメージセンサに対してＧ２を静止させながら、イメージセンサに対して所与の範囲Ｒ_１，３でＧ１およびＧ３を一緒に（１つのユニットとして）移動させることによって、カメラを２つのズーム状態にさせる。実施例５において、Ｒ_１，３＝７．０６５ｍｍである。ズーム状態を変更する際に群Ｇ２は移動しないが、Ｇ２は、カメラ１０６の焦点距離を無限遠から１メートルまで変化させるための範囲Ｒ_ＡＦで、イメージセンサおよびＧ１およびＧ３に対して任意のズーム状態で移動可能である。ズーム状態によっては、Ｒ_ＡＦは最大７３０μｍになることがある。図４Ｃは、ＥＦＬ_Ｔ＝ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ＝１５ｍｍ、Ｆ＃＝Ｆ＃_Ｔｍｉｎ＝２、およびＴＴＬ_Ｔ＝ＴＴＬ_Ｔｍｉｎ＝１７．８６５ｍｍである、第１のズーム状態の実施例４を示し、図４Ｄは、ＥＦＬ_Ｔ＝ＥＦＬ_Ｔｍａｘ＝３０ｍｍ、Ｆ＃＝Ｆ＃_Ｔｍａｘ＝４、およびＴＴＬ_Ｔ＝ＴＴＬ_Ｔｍａｘ＝２４．９３ｍｍである、第２のズーム状態の実施例４を示す。

第１の状態では、Ｇ１はＧ２から距離ｄ４（１５ｍｍのＥＦＬの場合は、表１４のＳ_４とＳ_５との距離）だけ離れており、Ｇ２はＧ３から距離ｄ１０（１５ｍｍのＥＦＬの場合は、表１４のＳ_１０とＳ_１１との距離）だけ離れており、Ｇ３は窓１３０から距離ｄ１６（１５ｍｍのＥＦＬの場合は、表１４のＳ_１６とＳ_１７との距離）だけ離れている。第２の状態では、Ｇ１はＧ２から距離ｄ４’（３０ｍｍのＥＦＬの場合は、表１４のＳ_４とＳ_５との距離）だけ離れており、Ｇ２はＧ３から距離ｄ１０’（３０ｍｍのＥＦＬの場合は、表１４のＳ_１０とＳ_１１との距離）だけ離れており、Ｇ３は窓１３０から距離ｄ１６’（３０ｍｍのＥＦＬの場合は、表１４のＳ_１６とＳ_１７との距離）だけ離れている。

図４Ｅは、第１のズーム状態の、カメラ１０３等の屈曲式テレカメラにおける、第５の例示的な光学設計を有するレンズ素子の詳細を示し、図４Ｆは、第２のズーム状態の第５の光学設計を有するレンズ素子の詳細を示す。図は、レンズ１１４’’’’’、イメージセンサ１１８、およびオプションの窓１３０を示す。第２の光学設計は表１７～表２０によって表され、Ｌ１～Ｌ８と表記された８つのレンズ素子を含み、当該レンズ素子は、プリズムに対向する物体側のＬ１から始まり、イメージセンサに向かう像側のＬ８で終わる。表１７は光学データを示し、表１８はズームデータを示し、表１９は非球面データを示し、表２０はレンズまたはレンズ群の焦点距離をｍｍで示す。

第５の実施例（「実施例５」）において、レンズ１１４’’’’’では、レンズ素子Ｌ１～Ｌ８は、レンズ素子Ｌ１およびＬ２を含む第１の群Ｇ１と、レンズ素子Ｌ３～Ｌ５を含む第２の群Ｇ２と、レンズ素子Ｌ６～Ｌ８を含む第３の群の３つの群にグループ化される。

実施例５において、イメージセンサに対してＧ２を静止させながら、イメージセンサに対して所与の範囲Ｒ_１，３でレンズ群Ｇ１およびレンズ群Ｇ３を一緒に（「Ｇ１Ｇ３アセンブリ」とも呼ばれる１つのユニットとして）移動させることによって、カメラを２つのズーム状態にさせる。実施例５において、Ｒ_１，３＝７．６９７ｍｍである。Ｇ１Ｇ３アセンブリはさらに、カメラ１０６の焦点距離を無限遠から２メートルまで変化させるための範囲Ｒ_ＡＦで、イメージセンサおよびＧ２に対して任意のズーム状態で一緒に移動可能である。ズーム状態によっては、Ｒ_ＡＦは最大１．８ｍｍになることがある。図４Ｅは、ＥＦＬ_Ｔ＝ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ＝１５ｍｍ、Ｆ＃＝Ｆ＃_Ｔｍｉｎ＝２、およびＴＴＬ_Ｔ＝ＴＴＬ_Ｔｍｉｎ＝１８．１ｍｍである、第１のズーム状態の実施例５を示し、図４Ｆは、ＥＦＬ_Ｔ＝ＥＦＬ_Ｔｍａｘ＝３０ｍｍ、Ｆ＃＝Ｆ＃_Ｔｍａｘ＝４、およびＴＴＬ_Ｔ＝ＴＴＬ_Ｔｍａｘ＝２５．８ｍｍである、第２のズーム状態の実施例５を示す。

第１の状態では、Ｇ１はＧ２から距離ｄ４（１５ｍｍのＥＦＬの場合は、表１８のＳ_４とＳ_５との距離）だけ離れており、Ｇ２はＧ３から距離ｄ１０（１５ｍｍのＥＦＬの場合は、表１８のＳ_１０とＳ_１１との距離）だけ離れており、Ｇ３は窓１３０から距離ｄ１６（１５ｍｍのＥＦＬの場合は、表１８のＳ_１６とＳ_１７との距離）だけ離れている。第２の状態では、Ｇ１はＧ２から距離ｄ４’（３０ｍｍのＥＦＬの場合は、表１８のＳ_４とＳ_５との距離）だけ離れており、Ｇ２はＧ３から距離ｄ１０’（３０ｍｍのＥＦＬの場合は、表１８のＳ_１０とＳ_１１との距離）だけ離れており、Ｇ３は窓１３０から距離ｄ１６’（３０ｍｍのＥＦＬの場合は、表１７のＳ_１６とＳ_１７との距離）だけ離れている。

図４Ｇは、第１のズーム状態の、カメラ１０３等の屈曲式テレカメラにおける、第６の実施形態の例示的な光学設計を有するレンズ素子の詳細を示し、図４Ｈは、第２のズーム状態の第６の光学設計を有するレンズ素子の詳細を示す。図は、レンズ１１４’’’’’’、イメージセンサ１１８、およびオプションの窓１３０を示す。第６の光学設計は表２１～表２４によって表され、Ｌ１～Ｌ８と表記された８つのレンズ素子を含み、当該レンズ素子は、プリズムに対向する物体側のＬ１から始まり、イメージセンサに向かう像側のＬ８で終わる。表２１は光学データを示し、表２２はズームデータを示し、表２３は非球面データを示し、表２４はレンズまたはレンズ群の焦点距離をｍｍで示す。

レンズ１１４’’’’’’において、レンズ素子Ｌ１～Ｌ８は、レンズ素子Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３を含む第１の群Ｇ１と、レンズ素子Ｌ４、Ｌ５、およびＬ６を含む第２の群Ｇ２と、レンズ素子Ｌ７およびＬ８を含む第３の群の３つの群にグループ化される。

実施例６において、イメージセンサに対して範囲Ｒ_２でＧ２を移動させながら、イメージセンサに対して所与の範囲Ｒ_１，３でＧ１およびＧ３を一緒に（１つのユニットとして）移動させることによって、カメラを２つのズーム状態にさせる。なお、Ｒ_２＜Ｒ_１，３ある。実施例６において、Ｒ_１，３＝５．６４１ｍｍであり、Ｒ_２＝０．７１８である。Ｇ１、Ｇ２、およびＧ３はさらに、カメラ１０６の焦点距離を無限遠から１メートルまたは２メートルまで変化させるための範囲Ｒ_ＡＦで、イメージセンサに対して任意のズーム状態で一緒に移動可能である。ズーム状態によっては、Ｒ_ＡＦは最大０．４ｍｍになることがある。

図４Ｇは、ＥＦＬ_Ｔ＝ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ＝１３ｍｍ、Ｆ＃＝Ｆ＃_Ｔｍｉｎ＝１．８、およびＴＴＬ_Ｔ＝ＴＴＬ_Ｔｍｉｎ＝１９．８４ｍｍである、第１のズーム状態の実施例６を示し、図４Ｈは、ＥＦＬ_Ｔ＝ＥＦＬ_Ｔｍａｘ＝２６ｍｍ、Ｆ＃＝Ｆ＃_Ｔｍａｘ＝２．８８、およびＴＴＬ_Ｔ＝ＴＴＬ_Ｔｍａｘ＝２５．８５ｍｍである、第２のズーム状態の実施例６を示す。

第１の状態では、Ｇ１はＧ２から距離ｄ７（１３ｍｍのＥＦＬの場合は、表２２のＳ_７とＳ_８との距離）だけ離れており、Ｇ２はＧ３から距離ｄ１３（１３ｍｍのＥＦＬの場合は、表２２のＳ_１３とＳ_１４との距離）だけ離れており、Ｇ３は窓１３０から距離ｄ１７（１３ｍｍのＥＦＬの場合は、表２２のＳ_１７とＳ_１８との距離）だけ離れている。第２の状態では、Ｇ１はＧ２から距離ｄ７’（２６ｍｍのＥＦＬの場合は、表２２のＳ_７とＳ_８との距離）だけ離れており、Ｇ２はＧ３から距離ｄ１３’（２６ｍｍのＥＦＬの場合は、表２２のＳ_１３とＳ_１４との距離）だけ離れており、Ｇ３は窓１３０から距離ｄ１７’（２６ｍｍのＥＦＬの場合は、表２１のＳ_１７とＳ_１８との距離）だけ離れている。

図５Ａ～５Ｅは、番号５００が付されたテレレンズおよびセンサのモジュール（または単に「モジュール」）の第１の実施形態を概略的に示す。図５Ａ～図５Ｅといくつかの他の図面に示す座標系ＸＹＺを参照して図面の説明を続ける。一例では、モジュール５００が第２の実施例の光学設計を有する。モジュール５００は、レンズ１１４’、１１４’’、１１４’’’、１１４’’’’、１１４’’’’’および１１４’’’’’’のズーム状態とフォーカス状態との間で切り換えるためのＶＣＭに基づく作動機構を備える。図５Ａは、上部のある角度から見たＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態におけるモジュール５００を概略的に示し、図５Ｂは、上部の別の角度から見たＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態におけるモジュール５００を概略的に示している。図５Ｃは、上部のある角度から見たＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態におけるモジュール５００を概略的に示し、図５Ｄは、上部の別の角度から見たＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態におけるモジュール５００を概略的に示している。図５Ｅは、モジュール５００の分解図を示す。モジュール５００は、レンズアセンブリ５０２（「Ｇ１Ｇ３アセンブリ」）と、Ｇ２レンズアセンブリ５０４（「Ｇ２アセンブリ」）と、センサアセンブリ５０６と、電磁（electro-magnetic: ＥＭ）アセンブリ５０８と、ベースアセンブリ５１０と、第１の磁石５１２と、第１のコイル５１４と、第２の磁石５１６と、第１の組の（例示的に４つの）ボール５２０と、第２の組の（例示的に４つの）ボール５２２とを含む。レンズアセンブリ５０２および５０４は、レンズ光軸１１６を共有する。

第１のコイル５１４は、第１の磁石５１２の隣に配置され、ベースアセンブリ５１０に堅固に結合される（相対的に移動しない）。第１のコイル５１４はＰＣＢ８２２（図８）等のＰＣＢにはんだ付けされてもよく、または第１のコイル５１４に入力電流および出力電流を送ることを可能にする外部回路（図示せず）に経路指定されてもよく、当該電流は動作に必要な電力信号および電子信号の両方を搬送する。コイル５１４は、例示的には矩形形状を有し、典型的には数十のコイル巻線（すなわち、非限定的な範囲は５０～２５０）を含み、典型的な抵抗は１０～３０オームである。第１の磁石５１２は分割磁石であって、真ん中の分割線５１２ａで２つの側に分離されており、分割線５１２ａの一方の側において、磁石５１２は正のＸ方向に対向する北磁極を有し、かつ、分割線５１２ａの他方の側において、磁石５１２は、正のＸ方向に対向する南磁極を有する。第１のコイル５１４に電流を駆動すると、第１のローレンツ力が第１の磁石５１２上に生成される。一例では、時計回り方向に第１のコイル５１４を流れる電流が第１の磁石５１２上に正のＺ方向に第１のローレンツ力を誘発し、反時計回り方向に第１のコイル５１２を流れる電流は第１の磁石５１２上に負のＺ方向にローレンツ力を誘発する。一例では、第１のローレンツ力を使用して、開ループ制御において、第１のズーム状態から第２のズーム状態へ、およびその逆に、下部作動アセンブリ５６０を移動させる。すなわち、ストップ７２０ａ、７２０ｂとストップ７２２ａ、７２２ｂとの間で下部作動アセンブリ５６０を作動させる（下記参照）。

図６Ａおよび６Ｂは、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態の上部作動アセンブリ５５０および下部作動アセンブリ５６０を示す、モジュール５００の作動部分の２つの底面斜視図である。図６Ｃは、底面のある角度から見た上部作動アセンブリ５５０を示す。上部作動アセンブリ５５０は、Ｇ２アセンブリ５０４と、第２の磁石５１６と、複数のステッピング磁石６２６とを備える。下部作動アセンブリ５６０は、Ｇ１Ｇ３アセンブリ５０２、第１の磁石５１２、ステッピング磁石６２８、および４つのヨーク６０２ａ、６０２ｂ（図６Ｂ）および６０４ａ、６０４ｂ（図６Ａ）を含む。図７は、ベースアセンブリ５１０の詳細を示しており、ベースアセンブリ５１０は、ガイドレール７１０ａおよび７１０ｂと、プルストップ磁石７０２ａ、７０２ｂおよびプルストップ磁石７０４ａ、７０４ｂとを備えている。なお、図７において、説明のために、プルストップ磁石７０２ａ、７０２ｂおよびプルストップ磁石７０４ａ、７０４ｂは、ストップ７２０ａ、７２０ｂおよびストップ７２２ａ、７２２ｂから分離されている。矢印は、ストップ７２０ａ、７２０ｂおよびストップ７２２ａ、７２２ｂにおけるプルストップ磁石７０２ａ、７０２ｂおよびプルストップ磁石７０４ａ、７０４ｂの接着位置を示す。ヨーク６０２ａ、６０２ｂはプルストップ磁石７０２ａ、７０２ｂに対して引っ張られ、ヨーク６０４ａ、６０４ｂはプルストップ磁石７０４ａ、７０４ｂに対して引っ張られる。ガイドレール７１０ａ、７１０ｂの各々は、それぞれの溝７１２ａ、７１２ｂを備える。ベースアセンブリ５１０は、例示的にガイドレール７１０ｂに接続された２つの機械的ストップ７０６および７０８をさらに備える。機械的ストップ７０６および７０８は、上部作動アセンブリ５５０のストロークを制限する。図８は、ＰＣＢ８２２上のＥＭアセンブリ５０８の詳細を示す。

一例では、モジュール５００は、レンズ光軸１１６に沿った方向へのレンズアセンブリ５０２および５０４の相対運動を可能にする。モジュール５００は、３～４０ｍｍの範囲の例示的な長さ／幅／高さ寸法を有する。すなわち、モジュール５００は、寸法が３ｘ３ｘ３ｍｍ^３～４０ｘ４０ｘ４０ｍｍ^３の箱に収納することができる。一例では、モジュール５００は、レンズ素子Ｌ１～ＬＮの最大クリアアパーチャに、それぞれのレンズアセンブリ５０２および５０４のプラスチック厚さ（プラスチック厚さは、例えば０．５～１．５ｍｍの範囲内にある）を加えたものに、シールド１０７の厚さ（シールド厚さは例えば０．１～０．３ｍｍの範囲内にある）を加えたものに、それぞれのレンズアセンブリ５０２および５０４とシールド１０７との間の２つの空隙の厚さ（それぞれの空隙厚さは例えば０．０５～０．１５ｍｍの範囲内にある）を加えたものによって制限される（Ｙ軸に沿った）高さを有する。レンズ素子Ｌ１～ＬＮのクリアアパーチャは、以下に説明するように、円形のクリアアパーチャまたはカットレンズクリアアパーチャであってもよい。

モジュール５００において、３つのレンズ群（Ｇ１、Ｇ２、およびＧ３）は、Ｇ１Ｇ３アセンブリ（５０２）と、Ｇ２レンズアセンブリ（５０４）の２つのレンズサブアセンブリに保持される。レンズアセンブリ５０２および５０４は、典型的にはプラスチックで作製される。いくつかの実施形態において、レンズアセンブリ５０２と、Ｇ１およびＧ３とは、単一部品として製造されてもよい（同様に、レンズアセンブリ５０４と、レンズ群Ｇ２とは、単一部品として製造されてもよい）。いくつかの実施形態において、それらは別個の部品であってもよい。レンズアセンブリ５０２および５０４は、例えば、プラスチック成形によって、または代替的に他の方法によって作製され得る。第１の磁石５１２および第２の磁石５１６は、レンズ光軸１１６を横切って（Ｘ方向に）両側から、レンズアセンブリ５０２および５０４にそれぞれ固定させて取り付けられる（例えば接着される）。

レンズアセンブリ５０２は、いくつかの溝を含み、機械的なボールガイド機構を画定し、ズームの必要性のためにリニアレールで作動させることを可能にする。この例では、６つの溝が記載されるが、別の数の溝が使用されてもよい。すなわち、Ｚ方向に沿った、レンズアセンブリ５０２の上面にある２つの溝５４２ａ、５４２ｂ（図５Ｅ）と、同様にＺ方向に沿った、レンズアセンブリ５０２の底面にある４つの溝６２４ａ～６２４ｄ（図６Ａ）である。レンズアセンブリ５０４はいくつかの溝を含み、レンズアセンブリ５０２の溝の一部と嵌合する。図示の実施形態では、レンズアセンブリ５０４が４つの溝６４２ａ～６４２ｄを含み、そのうちの３つのみが図６Ｃにおいて見られる。溝６４２ａ～６４２ｄは互いに平行であり、Ｚ軸（光軸）に沿っており、Ｚ方向に沿って上部作動アセンブリ５５０をガイドするために使用される。

上部作動アセンブリ５５０は、溝６４２ａ、６４２ｂ（６４２ｃ、６４２ｄ）が溝５４２ａ（５４２ｂ）の直上および平行になるように、下部作動アセンブリ５６０の上部に配置される。

図示の実施形態では、４個のボール５２０が溝５４２ａ、５４２ｂの上部（各溝の上部に２個のボール）および溝６４２ａ～６４２ｄ（図６Ｃ）の下部に配置され、該ボール５２０がレンズアセンブリ５０２およびレンズアセンブリ５０４を分離し、２つの部品が互いに接触しないようにしている。他の実施形態では、モジュール５００は、レンズアセンブリ５０２とレンズアセンブリ５０４との間に４個より多いボール、例えば、１辺当たり最大７個のボール、または合計で最大１４個のボールを有することができる。ボール５２０は、酸化アルミニウムまたは他のセラミック材料、金属、あるいはプラスチック材料から作製され得る。典型的なボール直径は、０．３～１ｍｍの非限定的な範囲であってもよい。他のボールサイズおよび位置決めの考慮事項については、「Rotational Ball Guided Voice Coil Motor」という名称の、共同所有の国際ＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１７／０５２３８３号と同様であってもよい。

レンズアセンブリ５０２および５０４は例示的にプラスチック成形されているので、部品寸法にはある程度の許容誤差があり、典型的には各寸法に対して数十ミクロン以下である。この許容誤差は、隣接する（対向する）溝５４２ａ、５４２ｂと溝６４２ａ～６４２ｄとの間の位置ずれにつながる可能性がある。溝をより良好に位置合わせするために、いくつかの溝（例えば、５４２ａ、５４２ｂおよび６４２ｃ、６４２ｄ）はＶ字型であってもよく、すなわち、ボールの位置決めを確実にするためにＶ断面形状を有し、溝６４２ａ、６４２ｂは、より広い、台形断面を有してもよい。溝５４２ｂおよび溝６４２ｃ、６４２ｄは、組み立て中に位置合わせされるが、溝５４２ａおよび溝６４２ａ、６４２ｂの位置合わせは、後者の溝が台形断面を有するため、小さな隙間を有する。台形の溝の断面は単なる例示であり、他の溝の断面形状（例えば、長方形、フラット等）を使用してもよく、その結果、１対の溝は溝の形状によって良好に位置合わせされ、他の１対の溝は位置合わせしても隙間が生じる。

本明細書に提示される設計、３つのレンズ素子群の正確な位置合わせが可能となる。レンズ素子群Ｇ１およびＧ３は、同じ部品に機械的に固定されており、製品のライフサイクル中に位置合わせを維持することができるので、互いに良好に位置合わせされる。いくつかの実施態様において、レンズアセンブリ５０４は、１つの部品として成形され、レンズ素子群Ｇ１～Ｇ３の位置合わせはプラスチック成形公差に基づく。いくつかの実施形態において、レンズアセンブリ５０４は、能動的または受動的な位置合わせ手順を使用して、工場で接着されるいくつかの部品として成形される。レンズ素子群Ｇ２は、単一の溝対（５４２ｂおよび６４２ｃおよび／または６４２ｄ）を使用してレンズ素子群Ｇ１およびＧ３に位置合わせされ、すなわち、レンズアセンブリ５０２および５０４は、中間部品なしで互いに位置合わせされる。

４個のボール５２２は、溝７１２ａ、７１２ｂの上部（各溝の上部に２個のボール）および溝６２４ａ～６２４ｄの下部に配置され、該ボール５２２がレンズアセンブリ５０２をベースアセンブリ５１０から分離し、２つの部品が互いに接触しないようにしている。他の実施形態では、モジュール５００は、４個より多いボール、例えば、１辺当たり最大７個のボール、または合計で最大１４個のボールを有することができる。ボール５２２に関するサイズ、材料、および他の考慮事項は、ボール５２０のものと同様である。溝７１２ａ、７１２ｂおよび６２４ａ～６２４ｄに関する他の考慮事項は、上述したように、溝５４２ａ、５４２ｂおよび６４２ａ～６４２ｄの考慮事項と同様である。

モジュール５００はさらに、ベースアセンブリ５１０に固定的に取り付けられた（例えば、接着された）いくつかの強磁性ヨーク７１６（図７）を含み、各ヨークがステッピング磁石６２６および６２８のうちの３つの下方（Ｙ方向に沿って）に配置されている。他の実施形態では、強磁性ヨーク７１６がシールド１０７の固定部分であってもよい。さらに他の実施形態では、上記ヨークが上記シールドの一部であるように、シールド１０７自体を強磁性材料から作製することができ、またはシールド１０７の底部を強磁性材料から作製することができる。各強磁性ヨーク７１６は、ステッピング磁石６２６または６２８のいくつかを負のＹ方向の磁力によって引っ張り、したがって、すべてのヨークは上部作動アセンブリ５５０および下部作動アセンブリ５６０の両方が互いに離脱するのを防止するとともに、ベース５１０およびシールド１０７から離脱するのを防止する。ボール５２０は、上部作動アセンブリ５５０が下部作動アセンブリ５６０に接触するのを防止し、ボール５２２は、下部作動アセンブリ５６０がベースアセンブリ５１０に接触するのを防止する。したがって、上部作動アセンブリ５５０および下部作動アセンブリ５６０の両方は、Ｙ軸に沿って閉じ込められ、Ｙ方向には移動しない。溝およびボール構造はレンズ光軸１１６（Ｚ軸）に沿ってのみ移動するように、上部作動アセンブリ５５０および下部作動アセンブリ５６０をさらに閉じ込める。

図７は、モジュール５００内のベースアセンブリ５１０および固定レールの詳細を示す。Ｚ方向に沿って、上部作動アセンブリ５５０は、機械的ストップ７０６と機械的ストップ７０８との間を、それらの間のレンズ素子群Ｇ２の所要ストローク（約１～３ｍｍ）に等しい距離で移動するように制限される。また、Ｚ方向に沿って、下部作動アセンブリ５６０は、機械的ストップ７２０ａ、７２０ｂと機械的ストップ７２２ａ、７２２ｂとの間および／またはプルストップ磁石７０２ａ、７０２ｂと７０４ａ、７０４ｂとの間を移動するように制限される。

図８は、モジュール５００内のＥＭアセンブリ５０８の詳細を示す。ＥＭアセンブリ５０８は、第２のコイル８１８と、２つのホールバー素子（「ホールセンサ」）８３４ａおよび８３４ｂと、ＰＣＢ８２２とを含む。第２のコイル８１８およびホールバー素子８３４ａ、８３４ｂは、ＰＣＢ８２２に（それぞれ個別に）はんだ付けされてもよい。第２のコイル８１８は、例示的には矩形形状を有し、典型的には数十のコイル巻線（例えば、非限定的な範囲は５０～２５０）を含み、典型的な抵抗は１０～４０オームである。ＰＣＢ８２２は、入力電流および出力電流を第２のコイル８１８およびホールバー素子８３４ａ、８３４ｂに送ることを可能にし、当該電流は動作に必要な電力信号および電子信号の両方を搬送する。ＰＣＢ８２２は、ワイヤ（図示せず）によって外部カメラに電子的に接続されてもよい。一例（図５Ｅ）では、ＥＭアセンブリ５０８が第２の磁石５１６の隣に配置される。第２の磁石５１６は分割磁石であって、真ん中の分割線５１６ａで２つの側に分離されており、分割線５１６ａの一方の側において、磁石５１６は正のＸ方向に対向する北磁極を有し、かつ、分割線５１６ａの他方の側において、磁石５１６は、正のＸ方向に対向する南磁極を有する。第２のコイル８１８に電流を駆動すると、ローレンツ力が第２の磁石５１６上に生成される。一例では、時計回り方向に第２のコイル８１８を流れる電流が第２の磁石５１６上に正のＺ方向にローレンツ力を誘発し、反時計回り方向に第２のコイル８１８を流れる電流は第２の磁石５１６上に負のＺ方向にローレンツ力を誘発する。

ホールバー素子８３４ａ、８３４ｂは、各ホールバー素子の中心におけるＸ方向（強度および符号）の磁界を測定するように設計される。ホールバー素子８３４ａ、８３４ｂは、第２の磁石５１６の磁界の強度および方向を検出することができる。一例では、ＰＣＢ８２２上のホールバー素子８３４ａの位置決めは以下のようになる。
１．Ｘ方向において、ホールバー素子８３４ａおよび８３４ｂの両方は距離（例えば、０．１～０．５ｍｍ）だけ磁石５１６から離され、その距離は一定であるが、磁石５１６はズームまたはフォーカスの必要性のために移動している。
２．上記システムが第１のズーム状態（ＥＦＬＴ＝１５ｍｍ）であるとき、ホールバー素子８３４ａは、Ｚ方向に沿って分割線５１６ａに近い。例えば、第１のズーム状態（マクロ連続的に無限遠から１メートル）における全ての焦点位置に対して、ホール要素８３４ｂは、分割線５１６ａからＺ方向に沿ってＲ_ＡＦまで離れている。
３．上記システムが第２のズーム状態（ＥＦＬ_Ｔ＝３０ｍｍ）であるとき、ホールバー素子８３４ｂは、Ｚ方向に沿って分割線５１６ａに近い。例えば、第１の状態ズーム（マクロ連続的に無限遠から１メートル）における全ての焦点位置に対して、ホール要素８３４ｂは、分割線５１６ａからＺ方向に沿ってＲ_ＡＦまで離れている。

このような位置決め方式では、システムが第１のズーム状態にあるとき、ホールバー素子８３４ａがＺ方向に沿った第２の磁石５１６のそれぞれの位置を測定することができるが、これは第１のズーム状態において、Ｘ方向の磁場が、無限遠の焦点位置と１メートルの焦点位置との間のＲ_ＡＦに沿ったホールバー８３４ａの軌道上に測定可能な勾配を有するためであり、Ｘ方向の磁場は位置に相関させることができる。加えて、システムが第２のズーム状態にあるとき、ホールバー素子８３４ｂがＺ方向に沿った第２の磁石５１６のそれぞれの位置を測定することができるが、これは第２のズーム状態において、Ｘ方向の磁場が、無限遠の焦点位置と１メートルの焦点位置との間のＲ_ＡＦに沿ったホールバー８３４ｂの軌道上に測定可能な勾配を有するためであり、Ｘ方向の磁場は位置に相関させることができる。制御回路（図示せず）を集積回路（ＩＣ）内に実装して、いずれかのズーム状態で動作している間、ＥＭアセンブリ５０８（およびＥＭアセンブリ５０８が堅固に結合されているベースアセンブリ５１０）に対する第２の磁石５１６の位置を閉ループで制御することができ、ズーム状態（図１０および以下の説明を参照）間を移動している間、開ループで制御することができる。場合によっては、ＩＣをホール素子８３４ａ、８３４ｂの一方または両方と組み合わせることができる。他の場合には、ＩＣがモジュール５００（図示せず）の外側または内側に配置することができる別個のチップとすることができる。例示的な実施形態では、モジュール５００によって必要とされるすべての電気接続がＥＭアセンブリ５０８に接続され、このＥＭアセンブリ５０８は、ベースアセンブリ５１０および外界に対して静止している。そのため、いかなる可動部にも電流を伝達する必要がない。

モジュール５００の磁気電気設計により、屈曲式テレカメラ１０３を動作させるための以下の動作方法が可能となる。図１０は、このような例示的な方法を示すフローチャートである。ステップ１００２において、テレカメラ１０３は、レンズ１１４と共に、１つの（例えば、第１の）ズーム状態において位置決めされる。ステップ１００４において、テレレンズ１１４の焦点を合わせ直す（ユーザまたはアルゴリズムによる）判断が行われ、ホールバー素子８３４ａからの入力を用いて（図示しない制御装置による）閉ループ制御によりＧ２アセンブリ５０４が移動され、テレカメラ１０３が第１のズーム状態における別の焦点位置に移動される。ステップ１００８において、カメラ１０３のレンズ１１４のズーム状態を別の（例えば、第２の）ズーム状態に変更する（ユーザまたはアルゴリズムによる）判断が行われ、ステップ１０１０において、開ループ制御によりＧ１Ｇ３アセンブリ５０２が機械的ストップ７２０へ移動され、続いて、ステップ１０１２において、開ループ制御によりＧ２アセンブリ５０４が機械的ストップ７０６へ移動される。その後、ステップ１０１４において、ホールバー素子８３４ｂからの入力を用いて、閉ループ制御により、Ｇ２アセンブリ５０４が移動され、ステップ１０１６において、テレ屈曲式カメラ１０３を第２のズーム状態にしてさらに別の焦点位置に移動させる。ステップ１０１８において、レンズ１１４の焦点を合わせ直す判断が行われる。ホールバー素子８３４ｂからの入力を用いて閉ループ制御によりＧ２アセンブリを移動させることによって、第２のズーム状態におけるレンズ１１４の焦点の合わせ直しが行われる。ステップ１０２０において、カメラ１０３のレンズ１１４の第２のズーム状態を第１のズーム状態に変更する（ユーザまたはアルゴリズムによる）判断が行われ、ステップ１０２２において、開ループ制御によりＧ１Ｇ３アセンブリ５０２が機械的ストップ７２２へ移動され、続いて、ステップ１０２４において、開ループ制御によりＧ２アセンブリ５０４が機械的ストップ７０８へ移動される。

いくつかの実施形態において、任意のレンズ素子Ｌ_ｉの２つの面Ｓ_２ｉ－１、Ｓ_２ｉが、２つの切れ目（ファセット）を含む２つの開口を有する。このような場合では、レンズ素子Ｌ_ｉは「カットレンズ素子」と呼ばれる。上記切れ目により、レンズアセンブリを低く、および／または短くしたりすることができる。一例では、図９Ａは、軸対称性および高さＨ_９０２を有するレンズ素子９０２を示し、図９Ｂは２つの切れ目９０６および９０８を有し、高さＨ_９０４を有するカットレンズ素子９０４を示す。レンズ素子９０２および９０４は、同じ直径Ｄを有する。明らかにＨ_９０４＜Ｈ_９０２である。図５に示す例では、最初の２つのレンズ要子（Ｌ_１およびＬ_２）がカットレンズ素子である。

以下に説明するように、表面Ｓ_ｋ（１≦ｋ≦２Ｎ）ごとにクリアな高さ値ＣＨ（Ｓ_ｋ）を定義でき、表面Ｓ_ｋ（１≦ｋ≦２Ｎ）ごとにクリアなアパーチャ値ＣＡ（Ｓ_ｋ）を定義できる。ＣＡ（Ｓ_ｋ）およびＣＨ（Ｓ_ｋ）は、各レンズ素子の各表面Ｓ_ｋの光学特性を定義する。

図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２に示すように、表面Ｓ_ｋ（１≦ｋ≦２Ｎ）を通過する光線はそれぞれインパクトポイントＩＰに当たる。光線が表面Ｓ_１からレンズモジュール（例えば、１１４’、１１４’’、１１４’’’）に入り、表面Ｓ_２から表面Ｓ_２Ｎに連続的に通過する。一部の光線は任意の面Ｓ_ｋに当たるが、イメージセンサ１１８に到達することはできない／到達しない。所与の面Ｓ_ｋについて、イメージセンサ１１８上に画像を形成することができる光線のみが、複数のインパクトポイントＩＰを形成すると考えられる。ＣＨ（Ｓ_ｋ）は、平面Ｐ上のすべてのインパクトポイントＩＰの直交射影ＩＰ_ｏｒｔｈが２つの平行な線の間に位置するように、２つのできるだけ近い平行な線の間の間隔として規定される（図１２の線１２００および１２０１を参照）（図１１Ａおよび図１１Ｂでは、平面Ｐは平面Ｘ－Ｙに平行であり、光軸１１６に直交する）。ＣＨ（Ｓ_ｋ）は、表面Ｓ_ｋ（前面および後面、１≦ｋ≦２Ｎ）ごとに規定することができる。

ＣＨ（Ｓ_ｋ）の定義は、イメージセンサ上に画像を「形成することができる」光線を指すので、現在撮像されている物体に依存しない。したがって、現在撮像されている物体が光を生成しない黒い背景に位置する場合であっても、画像を形成するためにイメージセンサに「到達することができる」任意の光線（例えば、黒い背景とは対照的に、光を放
出する背景によって放出される光線）を指すので、上記定義は、この黒い背景を指さない。

例えば、図１１Ａは、光軸１１６に直交する平面Ｐ上の２つのインパクトポイントＩＰ_１およびＩＰ_２の直交投影ＩＰ_{ｏｒｔｈ，１}、ＩＰ_{ｏｒｔｈ，２}を示す。例えば、図１１Ａでは、面Ｓ_ｋは凸状である。

図１１Ｂは、平面Ｐ上の２つのインパクトポイントＩＰ_３およびＩＰ_４の直交投影ＩＰ_{ｏｒｔｈ，３}、ＩＰ_{ｏｒｔｈ，４}を示す。例えば、図３Ｂでは、面Ｓ_ｋは凹状である。

図１２において、平面Ｐ上の面Ｓ_ｋの全てのインパクトポイントＩＰの直交射影ＩＰ_ｏｒｔｈは、平行な線１２００と１２０２との間に位置する。したがって、ＣＨ（Ｓ_ｋ）は、線１２００と線１２０２との間の距離である。

図１３に注目する。本開示の主題によれば、クリアアパーチャＣＡ（Ｓ_ｋ）は円の径として、所与の面Ｓ_ｋ（１≦ｋ≦２Ｎ）ごとに定義され、ここで、円は光軸１１６に直交し、平面Ｐ上のすべてのインパクトポイントのすべての直交投影ＩＰ_ｏｒｔｈを取り囲む平面Ｐ内に位置する最小の円であり、ＣＨ（Ｓ_ｋ）に関して上述したように、ＣＡ（Ｓ_ｋ）の定義は、現在撮像されている物体にも依存しないことに留意されたい。

図１３に示すように、平面Ｐ上の全てのインパクトポイントＩＰの外接直交射影ＩＰ_ｏｒｔｈは、円１３００である。この円１３００の径がＣＡ（Ｓ_ｋ）を規定する。

結論として、本明細書に開示されるズームカメラは、以下のように特定の光学的課題を克服するように設計される。

－ＥＦＬ_Ｔｍａｘ＞１．８×ＥＦＬ_ＴｍｉｎまたはＥＦＬ_Ｔｍａｘ＞１．５×ＥＦＬ_Ｔｍｉｎのレンズ設計は、該複数のズーム状態の間で切り換えることで、ユーザが光学ズームにおける著しい違いを確実に経験できるようにする。

－いくつかの実施形態（例えば、実施例１）において、ＴＴＬ_Ｔｍａｘ＜ＥＦＬ_Ｔｍａｘである。いくつかの実施形態（例えば、実施例２および３）において、ＴＴＬ_Ｔｍａｘ＜０．９×ＥＦＬ_Ｔｍａｘである。このようなレンズ設計により、（Ｚ軸に沿った）カメラの長さを減少させ得る。

－いくつかの実施態様（実施例１～３）において、第１のレンズ素子は、他の全てのレンズ素子のクリアアパーチャよりも大きいクリアアパーチャ（Ｓ１の直径）を有する。いくつかの実施形態（モジュール５００）において、第１のレンズが、カットレンズ素子である第１のレンズを有する（図９を参照）。有利には、このようなレンズ設計が小さなカメラ高さを実現するのに役立つ。

－ズーム状態の変化は、レンズ群の２つ以下の実際の移動量によって引き起こされる。すなわち、ズーム状態を変更するために、一部のレンズ素子群が第１の移動範囲内で一緒に移動し、残りのレンズ素子群の一部が第２の移動範囲内で一緒に移動する一方で、他のすべてのレンズ素子群は移動しない。これにより、２つの機械要素のみを移動および制御する必要があるため、アクチュエータの制御および設計が簡単になる。

－いくつかの例において、Ｆ＃_Ｔｍｉｎ＜１．５×Ｆ＃_Ｔｍａｘ×ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ／ＥＦＬ_Ｔｍａｘのである。いくつかの例において、Ｆ＃_Ｔｍｉｎ＜１．２×Ｆ＃_Ｔｍａｘ×ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ／ＥＦＬ_Ｔｍａｘである。このようなレンズ設計により、最初の状態において低いＦ＃を実現し得る。

－いくつかの例において、いずれのレンズ素子群についても、前記第１のズーム状態から前記第２のズーム状態への移動が、０．７５×（ＥＦＬ_Ｔｍａｘ－ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ）よりも小さいストロークを有する。いくつかの例において、いずれのレンズ素子群についても、前記第１のズーム状態から前記第２のズーム状態への移動が、０．６×（ＥＦＬ_Ｔｍａｘ－ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ）よりも小さいストロークを有する。このようなレンズ設計により、レンズ素子の移動を制限し、および／または作動を単純化し得る。

－焦点合わせは、ズーム状態変化のために一緒に移動するレンズ素子群の１つのさらなる移動により行うことができ、これにより、アクチュエータのデザインの簡素化および制御の改善を行うことができる。

本明細書に開示されるレンズの特性に関して、
－３つのレンズ群を有するレンズ設計により、レンズの複雑さが最小限に抑えられる。
－（物体側から）正の力、正の力、負の力を有するレンズ群を有するレンズ設計が、ズーム状態の変更のためのレンズ群の移動が小さくなり得る。
－ズーム状態を変更する処理の一例（実施例１）において、第１のレンズ素子群Ｇ１は第１の量だけ移動し、第３のレンズ素子群Ｇ３は第２の量だけ移動するが、第２のレンズ素子群Ｇ２は移動しない。Ｇ３のより遠い移動は、焦点合わせのために使用され得る。
－ズーム状態を変更する処理の別の例（実施例２）において、Ｇ１はＧ３と一緒に第１の量だけ移動し、Ｇ２は第２の量だけ移動する。Ｇ２のより遠い移動は、焦点合わせのために使用され得る。
－ズーム状態を変更する処理のさらに別の例（実施例３）において、Ｇ１は第１の量だけ移動し、Ｇ３は第２の量だけ移動し、Ｇ２は移動しない。第１のＧ１のさらなる移動は、焦点合わせのために使用され得る。
－ズーム状態を変更する処理のさらに別の例（実施例４）において、Ｇ１はＧ３と一緒に移動し、Ｇ２は移動しない。第１のＧ２のさらなる移動は、焦点合わせのために使用され得る。
－ズーム状態を変更する処理のさらに別の例（実施例５）において、Ｇ１はＧ３と一緒に移動し、Ｇ２は移動しない。Ｇ３と一緒のＧ１のさらなる移動は、焦点合わせのために使用され得る。
－ズーム状態を変更する処理のさらに別の例（実施例６）において、Ｇ１はＧ３と一緒に第１の量だけ移動し、Ｇ２は第２の量だけ移動する。３つのレンズ群全ての一緒のさらなる移動（したがって、Ｇ１、Ｇ２、およびＧ３の一緒の移動）は、焦点合わせに使用され得る。

表２５は、例示的な移動（「ストローク」）範囲を有する、各実施例における移動を要約したものである。

複数のレンズ群が焦点合わせのために移動するものとして示される表２５に示す例は、表２５中で定義されたレンズ群が焦点合わせのために１つのユニットとして一緒に移動する設計を指すことがある。いくつかの実施形態（例えば、実施例５および６）において、いくつかのレンズ群を一緒に移動させることは、それぞれのレンズ群をしっかりと結合することによって容易にされ得る。

Ｇ１の範囲、Ｇ２の範囲、Ｇ３の範囲で示される値は、イメージセンサに対するレンズ群の全体的な移動の最大範囲を指す。

「ＡＦ最大範囲」の行に示す値は、表２、表６、表１０、表１４、表１８、表２２（上記参照）のそれぞれ関連する表に従って、無限遠と１メートルまたは２メートルとの間で焦点を合わせるために必要な「焦点合わせのために移動させる群」の行に定義されたイメージセンサに対するレンズ群の最大移動範囲を指す。ほとんどの実施形態において、ＡＦ最大範囲は、より高いズーム状態、すなわち、ＥＦＬ_Ｔｍａｘを有する状態に対するレンズ群の移動によって与えられる。

いくつかの実施形態において、Ｇ１およびＧ３が静止状態にあってもよく、すなわち、Ｇ１およびＧ３は移動せず、一方、Ｇ２はズーム状態を変更するために移動させてもよい。

図１４は、番号１４００が付され、本明細書に開示される少なくとも１つのマルチズーム状態のカメラを有するマルチアパーチャカメラを含む電子デバイスの実施形態を概略的に示す。電子デバイス１４００は、ＯＰＦＥ１４１２を含む第１のカメラモジュール１４１０と、第１のイメージセンサ１４１６によって記録された第１の画像を形成する第１のレンズモジュール１４１４とを備える。第１のレンズアクチュエータ１４１８は、焦点合わせおよび／または光学像安定化（ＯＩＳ）のために、および／または２つの異なるズーム状態の間で変化させるために、レンズモジュール１４１４を移動させることができる。いくつかの実施形態において、電子デバイス１４００がアプリケーションプロセッサ（ＡＰ）１４４０をさらに備え得る。いくつかの実施形態において、第１の較正データは、カメラモジュールの第１のメモリ１４２２、例えばＥＥＰＲＯＭ（登録商標、電気的に消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ）に格納され得る。他の実施形態において、第１の較正データは、電子デバイス１４００のＮＶＭ（不揮発性メモリ）などの第３のメモリ１４５０に格納され得る。第１の較正データは、較正データの１つまたは複数のサブセット、例えば、第１のズーム状態のワイドカメラおよびテレカメラのセンサ間の較正データを含む第１のサブセット、および／または第２のズーム状態のワイドカメラおよびテレカメラのセンサ間の較正データを含む第２のサブセット、および／または第１のズーム状態のテレカメラのセンサと第２のズーム状態の同じセンサとの間の較正データを含む第３のサブセット、を含み得る。電子デバイス１４００は、第２のイメージセンサ１４３４によって記録された画像を形成する第２のレンズモジュール１４３２を含む第２のカメラモジュール１４３０をさらに備える。第２のレンズアクチュエータ１４３６は、焦点合わせおよび／またはＯＩＳのために、および／または２つの異なるズーム状態の間で変化させるために、レンズモジュール１４３２を移動させ得る。いくつかの実施形態において、第２の較正データは、カメラモジュールの第２のメモリ１４３８に格納され得る。他の実施形態において、第２の較正データは、電子デバイス１４００の第３のメモリ１４５０に格納され得る。第２の較正データは、例えば上述のように、較正データの１つまたは複数のサブセットを含み得る。

使用時には、ＡＰ１４４０などの処理ユニットは、カメラモジュール１４１０およびカメラモジュール１４３０から第１画像データおよび第２の画像データをそれぞれ受け取り、カメラ制御信号をカメラモジュール１４１０および１４３０に供給し得る。いくつかの実施形態において、ＡＰ１４４０は、第３のメモリ１４５０から較正データを受信し得る。他の実施形態において、ＡＰ１４４０は、カメラモジュール１４１０上に配置された第１のメモリと、カメラモジュール１４３０上に配置された第２のメモリとにそれぞれ格納された較正データを受信し得る。さらに別の実施形態において、ＡＰ１４４０は、カメラモジュール１４１０上に配置された第１のメモリ、およびカメラモジュール１４３０上に配置された第２のメモリにそれぞれ格納された較正データを、電子デバイス１４００の第３のメモリ１４５０からも受信し得る。いくつかの実施形態において、デバイス１４００のような電子デバイスが、屈曲式レンズ設計およびＯＰＦＥで実現される複数のカメラモジュールを含み得る。他の実施形態において、２つ以上のカメラモジュールが、ＯＰＦＥなしで、屈曲式レンズ設計構造ではなく、別のレンズ設計構造で実現され得る。ＡＰ１４４０は、第３のメモリ１４５０に格納されたデータにアクセスすることができる。このデータは、第３の較正データを含み得る。画像生成器１４４４は、較正データおよび画像データに基づいて画像を出力するように構成されたプロセッサであり得る。画像生成部１４４４は、出力画像を出力するために、較正データおよび画像データを処理し得る。

カメラ較正データは、以下のものを含み得る。
－カメラモジュール１４１０と１４３０との間のステレオ較正データ、具体的には、例えば、テレカメラの２つの異なるズーム状態の異なるレンズと異なるレンズズーム状態との全ての可能な組み合わせのための、ステレオ較正データ。ステレオ較正データは、６自由度、例えば、ピッチ、ヨー角およびロール角、およびｘ軸、ｙ軸およびｚ軸における偏心を含み得る。
－カメラモジュール１４１０とカメラモジュール１４３０との間のステレオ較正データ、具体的には、例えば、テレカメラの２つの異なるズーム状態の、異なるズーム状態の考えられるすべての組み合わせのための、ステレオ較正データ。これらのデータは、６自由度を含み得る。
－カメラモジュールごと、および異なるズーム状態（テレカメラの２つの異なるズーム状態）ごとの焦点距離や歪プロファイルなどの固有のカメラパラメータ。
－異なるズーム状態（例えば、無限遠、１ｍ、および最も近い焦点）のそれぞれにおける異なる焦点位置に対応し得るホールセンサ位置値。
－異なるズーム状態のそれぞれに対するレンズモジュールのレンズシェーディングプロファイル。

図１５Ａは、オートフォーカスを備え、番号１５００を付したデュアルアパーチャズームカメラの一実施形態を、全体等角図および断面等角図において、概略的に示す。カメラ１５００は、１５０２および１５０４と表記された２つのカメラモジュールを備え、各カメラモジュールはそれ自体の光学系を有する。したがって、カメラモジュール１５０２は、センサ１５１２だけでなく、開口１５０８および光学レンズモジュール１５１０を有する光学系ブロック１５０６を含む。同様に、カメラモジュール１５０４は、センサ１５２０だけでなく、アパーチャ１５１６および光学レンズモジュール１５１８を有する光学系ブロック１５１４を含む。各光学レンズモジュールは、赤外線（ＩＲ）フィルタ１５２２ａおよび１５２２ｂだけでなく、いくつかのレンズ素子を含み得る。必要に応じて、異なるアパーチャに属するレンズ素子の一部または全部を、同じ基板上に形成してもよい。２つのカメラモジュールは、２つのアパーチャ１５０８および１５１６の中心間にベースライン１５２４を置いて、互いに隣接して配置される。各カメラモジュールは、コントローラ（図示せず）によって制御される、それぞれ１５２６および１５２８のＡＦ（auto-focus）機構および／または光学的手ぶれ補正（optical image stabilization: ＯＩＳ）のための機構をさらに含むことができる。

図１５Ｂは、ＸＹＺ座標系に関連する断面等角図において、屈曲式テレレンズを有するズームおよびオートフォーカスデュアルアパーチャカメラ１５３０の実施形態を概略的に示す。カメラ１５３０は、２つのカメラモジュール、すなわち、ワイドカメラモジュール１５３２およびテレカメラモジュール１５３４を備える。ワイドカメラモジュール１５３２は、それぞれのアパーチャ１５３８を有する広い光学系ブロックと、Ｙ方向に対称（および光学）軸１５４２を有するレンズモジュール１５４０と、ワイドイメージセンサ１５４４とを含む。テレカメラモジュール１５３４は、それぞれの開口１５４８を有するテレ光学系ブロックと、テレレンズ対称（および光学）軸１５５２ａを有する光学レンズモジュール１５５０と、テレイメージセンサ１５５４とを含む。カメラ１５３０は、ＯＰＦＥ１５５６をさらに備える。テレ光路は、物体（図示せず）からテレレンズを通ってテレセンサまで延長され、矢印１５５２ｂおよび１５５２ａで表記される。種々のカメラ素子はここに示されるように、基板１５６２上、例えばプリント回路基板（printed circuit board: ＰＣＢ）、または異なる基板（図示せず）上に実装されてもよい。

図１５Ｃは、１つの屈曲式テレカメラモジュール１５３４を有するズームおよびオートフォーカストリプルアパーチャカメラ１５７０の全体等角図における実施形態を概略的に示す。カメラ１５７０は、例えば、カメラ１５３０の素子および機能を含む。すなわち、カメラ１５７０は、ワイドカメラモジュール１５３２、ＯＰＦＥ１５５６を備えたテレカメラモジュール１５３４を含む。カメラ１５７０は、超ワイドレンズ１５７４およびイメージセンサ１５７８を有する超ワイドカメラであり得る第３のカメラモジュール１５７２をさらに含む。他の実施形態において、第３のカメラモジュール１５７２は、ワイドカメラモジュールおよびテレカメラモジュールのものの中間にあるＥＦＬ_ＭおよびＦＯＶ_Ｍを有し得る。第３のカメラモジュールの対称（および光学）軸１５７６は、カメラモジュール１５３２の軸１５４２と実質的に平行である。第１のカメラモジュールと第３のカメラモジュールが特定の配置（テレカメラモジュール１５３４により近い第３のカメラモジュール１５７２を備えている）で示されているが、ワイドカメラモジュールと超ワイドカメラモジュールが場所を交換できるように、この順序は変更されてもよいことに留意されたい。

図１６Ａ～Ｈは、本明細書に開示され番号１６００を付された、テレレンズおよびセンサのモジュールの第２の実施形態を概略的に示す。モジュール１６００は、表２５の実施例６の光学設計を有する。モジュール１６００は、レンズ１１４’、１１４’’、１１４’’’、１１４’’’’、１１４’’’’’、１１４’’’’’’のズーム状態の間で変更する（「ＥＦＬ切り換え（EFL switching）」とも呼ばれる）ためのアクチュエータ１６１０を含む。図１６Ａは、上面斜視からの、最小のＥＦＬ（ＥＦＬ_Ｔｍｉｎ）の状態におけるモジュール１６００を概略的に示し、図１６Ｂは、上面斜視からの、最大のＥＦＬ（ＥＦＬ_Ｔｍａｘ）の状態におけるモジュール１６００を概略的に示している。図１６Ｃは、上面斜視からの、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態におけるモジュール１６００の部分を概略的に示し、図１６Ｄは、上面斜視からの、ＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態におけるモジュール１６００の部分を概略的に示す。図１６Ｅは、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態におけるモジュール１６００の部分を側面図で概略的に示し、図１６Ｆは、ＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態におけるモジュール１６００の部分を側面図で概略的に示す。図１６Ｇおよび図１６Ｈは、上面斜視からの、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態におけるモジュール１６００の部分を概略的に示す。

モジュール１６００は、Ｇ１Ｇ３アセンブリ５０２と、Ｇ２アセンブリ５０４と、センサアセンブリ５０６と、モジュールハウジング１６１２と、レンズフレーム１６１８と、２つのペア１６０２ａおよび１６０２ｂに配置された４つの形状記憶合金（ＳＭＡ）スプリングと、２つの機械的（通常の）スプリング１６０４ａ、ｂと、Ｇ２ストップ１６１４ａ、１６１４ｂおよび１６１６ａ、１６１６ｂと、ＡＦ作動機構１６２０と、を備える。Ｇ２レンズストップ１６１４ａ、ｂおよび１６１６ａ、ｂは、モジュール１６００の物体（イメージセンサ５０６）側に向かうレンズ群Ｇ２の変位を制限してもよい。アクチュエータ１６１０は、ＳＭＡスプリング１６０２と、機械的（通常の）スプリング１６０４と、を備える。ＳＭＡスプリング１６０２の寸法の例示的な値は、０．５ｍｍのスプリング直径と、０．０５ｍｍのワイヤ直径と、数十のコイル巻き数と、を含む。このようなスプリングが作り出すことができる力は、数グラムのオーダーである。上部から見たモジュール１６００（例えば、図１６Ｃおよび図１６Ｄにおけるモジュール１６００）を考慮すると、一対のＳＭＡスプリング（１６０２ａ）および１つの機械的スプリング１６０４ａは、該レンズアセンブリの右手側に位置し、一対のＳＭＡスプリング（１６０２ｂ）および１つの機械的スプリング１６０４ｂは、該レンズの左手側に位置する。スプリング１６０２ａ（１６０４ａ）および１６０２ｂ（１６０４ｂ）は、光軸１１６に関して対称的に、該モジュールの両側に配置される。スプリング１６０２ａ（１６０４ａ）および１６０２ｂ（１６０４ｂ）は、同一の諸特性を有してもよい。Ｇ１Ｇ３アセンブリ５０２およびＧ３ ５０４は、レンズ光軸１１６を共有している。モジュール１６００は、上部カバーを備えてもよいが、該上部カバーは、視認性の理由からここには図示されていない。

Ｇ１Ｇ３アセンブリの２つのレンズ群は、それらの間の光軸１１６に沿った距離が一定となるように、２つのピンまたは棒１６０６（図１６Ｂ）を介して互いに固定されて接続されている。Ｇ１、Ｇ３および棒１６０６を備える該アセンブリは、本明細書では、「Ｇ１３アセンブリ」と称される。棒１６０８は、光軸１１６に平行であり、レンズフレーム１６１８全体にわたって存在している。棒１６０８は、レンズ群Ｇ１＋Ｇ３およびＧ２の移動を案内し、それらのレンズ群は、棒１６０８上をスライドすることで移動する。Ｇ２は、モジュール１６００の一方の側ではＧ２ストップ１６１４ａと１６１６ａとの間を、モジュール１６００の他方の側ではＧ２ストップ１６１４ｂと１６１６ｂとの間を、棒１６０８上で「浮動（float）」することができる。Ｇ１３アセンブリは、モジュールハウジング１６１２およびイメージセンサ５０６に対して移動可能であり、２つの有効焦点距離ＥＦＬ_ＴｍｉｎおよびＥＦＬ_Ｔｍａｘを提供する。イメージセンサ５０６に向かう方向への、およびイメージセンサ５０６から離れる方向への光軸１１６に沿ったＧ１３アセンブリの変位は、ＳＭＡスプリングおよび機械的スプリングを介して行われる。各スプリングペア１６０２内の２つのＳＭＡスプリングは、互いに、および光軸１１６に対して、平行であってもよく、それらの一端がＧ３に固定され、他端がレンズフレーム１６１８に固定されるようにして、接続されてもよい。（光軸１１６に対して平行でもある）機械的スプリング１６０４の一端は、Ｇ１に固定されてもよく、他端は、レンズフレーム１６１８に固定されてもよい。

既知のＳＭＡの特性および効果に基づいて、イメージセンサ５０６に向かう方向への、および、イメージセンサ５０６から離れる方向へのＧ１３アセンブリの変位は、以下のように誘導され得る：加熱されると、ＳＭＡスプリング１６０２が収縮し、その内部の応力が著しく増加し、結果として、大きな圧縮力が生じる。逆に、冷却されると、その内部の応力は著しく減少し、その結果、小さな圧縮力が生じる。したがって、例えばそれらを通る電流を駆動することによって、ＳＭＡスプリング１６０２を加熱すると、機械的スプリング１６０４の逆の圧縮力に打ち勝つべく、その圧縮力を制御することができる。その結果、イメージセンサ５０６から離れる方向へのＧ１３アセンブリの変位が生じる。対照的に、通常は電流の供給をオフにすることでなされるのだが、ＳＭＡスプリングを環境温度（例えば６０℃）まで緩めると、機械的スプリング１６０４の圧縮力は、ＳＭＡスプリング１６０２の力に打ち勝ち、その結果、イメージセンサ５０６に向かってＧ１３アセンブリが変位する。

図１６Ｇおよび図１６Ｈは、ＡＦ作動機構１６２０の詳細を示す。機構１６２０は、カメラ１０３のようなカメラの焦点を合わせるために使用される。機構１６２０は、２つのコイル１６２２ａおよび１６２２ｂと、フレーム１６１８に固定されて結合される磁石アセンブリ１６２４と、ＰＣＢ（図１６Ｇおよび図１６Ｈには示されない）にはんだ付けされ得るホールセンサ１６２６と、を備える。コイルは、実質的にＹ－Ｚ平面内に位置する、平坦な底面および上面を有し、該コイルは、（レンズ光軸、ならびに、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３の移動方向に平行な）Ｚ方向に沿って互いに配置されている。該結合は、コイル１６２２ａおよび１６２２ｂに入力電流および出力電流を送ることを可能にし、該電流は、動作に必要な電力信号および電子信号の両方を運ぶ。ホールセンサ１６２６は、モジュールハウジング１６１２（後者は、図１６Ｇおよび図１６Ｈには示されない）に固定されて結合されてもよく、また、モジュールハウジング１６１２およびイメージセンサ５０６に対するレンズフレーム１６１８の位置を決定するために使用される。磁石アセンブリ１６２４は、それぞれ２つの偏極（polarization）を有する２つの分割磁石１６２４ａおよび１６２４ｂを備え、その２つの偏極は、互いに直交し、磁石表面に対して法線（反法線）方向である。磁石アセンブリ１６２４中のものと同様の分割磁石（およびＶＣＭにおけるその機能）についての詳細は、図５Ａ～Ｅにおける磁石５１２に対して上述される。該偏極は、それぞれ１６２４ａおよび１６２４ｂの関連領域のハッチングによって示されている。焦点合わせは、コイル１６２２ａおよび１６２２ｂを通る電流を駆動することによって達成される。

図１７Ａ～Ｄは、本明細書に開示され番号１７００を付された、テレレンズおよびセンサのモジュールの第３の実施形態を概略的に示す。モジュール１６００と同様に、モジュール１７００は、表２５の実施例６の光学設計を有する。図１７Ａは、上面斜視からのＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態におけるモジュール１７００を概略的に示し、図１７Ｂは、上面斜視からの、ＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態におけるモジュール１７００を概略的に示す。図１７Ｃは、上面斜視からの、ＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態におけるモジュール１７００の部分を概略的に示し、図１７Ｄは、モジュール１７００の部分を概略的に示す。

モジュール１７００は、レンズ１１４’、１１４’’、１１４’’’、１１４’’’’、１１４’’’’’、１１４’’’’’’のズーム状態および焦点状態の間で変更するためのＶＣＭ機構１７１０を備える。モジュール１７００は、Ｇ１Ｇ３アセンブリ５０２と、Ｇ２アセンブリ５０４と、センサアセンブリ５０６と、モジュールハウジング１６１２と、レンズフレーム１７０６と、をさらに備える。ＶＣＭ機構１７１０は、該モジュールの各側における２つのＶＣＭ１７１０ａおよび１７１０ｂと、２つのＧ２レンズストップ１７０２および１７０４と、を備える。レンズストップ１７０２および１７０４は、モジュール１７００の物体（イメージセンサ５０６）側に向かうＧ２の変位を制限してもよい。上から見たモジュール１７００（例えば、２つの向かい合う側からの図１７Ｃおよび図１７Ｄに示されている）を考慮すると、ＶＣＭ１７１０ａおよび１７１０ｂは、同一の構造および特性を有してもよい。レンズアセンブリ５０２および５０４は、レンズ光軸１１６を共有する。モジュール１７００は、視認性の理由からここでは示されていない上部カバーを備えてもよい。

ＶＣＭ機構１７１０は、２つのコイルアセンブリ１７３０ａおよび１７３０ｂ、ならびに、２つの磁石アセンブリ１７２０ａおよび１７２０ｂを備えており、それらはそれぞれ、ＶＣＭ１７１０ａ、１７１０ｂの構成要素である。コイルアセンブリならびに磁石アセンブリ１７２０ａおよび１７２０ｂは、光軸１１６に関して対称的に、該モジュールの両側に位置している。しかし、ＶＣＭ１７１０ａおよび１７１０ｂは、後述するように、ホールセンサの数および位置に関して、互いに異なっている。例示的に、図１７Ａ～１７Ｄに示される実施形態では、コイルアセンブリ１７３０ａおよび１７３０ｂは、それぞれ４つのコイル１７３０ｃ、１７３０ｄ、１７３０ｅおよび１７３０ｆ（図１７Ｃも参照せよ）を含み、磁石アセンブリ１７２０ａおよび１７２０ｂは、それぞれ２つの磁石１７２０ｃ、ｄを含んでおり、各磁石は２つの偏極を有している（図１７Ｄも参照せよ）。磁石アセンブリ１７２０ａは、該モジュールの一方の側（例えば、見る者から離れる方へと向けられた側）に配置され、磁石アセンブリ１７２０ｂは、モジュールのもう一方の側（すなわち、見る者の方へと向けられた側）に配置される。

図１７Ａおよび図１７Ｂでは、仮に図示すればＶＣＭ機構１７１０を覆うことになるハウジング１６１２の特定の部分（すなわち、外壁）は、明瞭さおよび視認性の理由から図示されていない。図１７Ｃは、ＶＣＭ機構１７１０を強調するために、ハウジング１６１２のないモジュール１７００を示している。図１７Ｄは、ＶＣＭ機構１７１０の磁石アセンブリ１７２０を強調するために、ハウジング１６１２がなく、また、コイルアセンブリ１７３０もないモジュール１７００を示している。コイルアセンブリ１７３０は、コイルアセンブリ１７３０内のコイルに入力電流および出力電流を送ることを可能にするＰＣＢ（図１７Ｃには図示せず）に固定（例えば、はんだ付け）されてもよい。該電流は、動作に必要な電力信号および電子信号の両方を運ぶ。ＰＣＢは、ハウジング１６１２に固定されて結合（例えば、接着剤による接着）されてもよく、磁石アセンブリ１７２０は、レンズフレーム１７０６に固定されて結合される。

図１７Ｅは、磁石アセンブリ１７２０を示す。磁石アセンブリ１７２０は、異なる方向の矢印によって示される、４つの交互の偏極を有する単一の磁石を備えてもよく、該偏極は、磁石の表面に対して法線（または反法線）方向を向いている。あるいは、例えば製造の複雑さを低減するために、４つの偏極を有する単一の磁石を、矢印で示すように２つの偏極を有する２つの磁石を含む、磁石サブアセンブリ１７２０’に置き換えてもよい。

図１７Ｆは、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態とＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態との間のＶＣＭ１７１０ａおよび１７１０ｂによる作動方法を概略的に示している。図１７Ｅに示す磁石内のサブ領域の磁気は、ハッチングによって示されている。ＶＣＭ１７１０ａおよび１７１０ｂは、既知のおよび既定のシークエンスで、異なるコイルを通る電流を駆動することによって動作する。例えば、ｚ軸に沿って（ｚの値がより大きくなる向きに）磁石を伝えるために、以下のシークエンスが実行されてもよい（コイル番号表記１～４については図１７Ｆを参照せよ）：


ＶＣＭ１７１０ａおよび１７１０ｂは、大きなストロークのＶＣＭを表している。該ストロークの大きさ（表２５参照）は、コイルの数によって決まるが、磁石のサイズは変わらない。さらに、ストロークの大きさには上限がない。つまり、ストロークを増加させるために磁石のサイズを大きくしなければならない一般的なＶＣＭの構成とは異なり、所与の磁石に対しては、ＶＣＭに対してより多くのコイルを追加するだけで、より大きなストロークを達成することができる。理論的には、コイルを無限に追加することで、無限のストロークを達成できる。

ＶＣＭでは、通常、磁石は動的機構の一部である一方、コイルは静的である。典型的には、磁石は、機構の質量の主要部分を構成する。その結果、速い整定時間（settling time）を達成し、磁石の体積を小さく維持することは、大きな関心事である。したがって、図１７Ａ～図１７Ｊに示されるＶＣＭの構成は、大きなストロークを導入しながらも小さな磁石の質量を維持する解決策を示す。例えば、この構成を使用すると、１つの～１１ｍｍの長さの磁石を使用することによって、～７ｍｍのストロークを達成することができる。比較として、１つの磁石と（我々の説明のように４つではなく）１つのコイルとを使用して７ｍｍのストロークを達成するためには、磁石の長さは～１７ｍｍでなければならない。

図１７Ｇおよび図１７Ｈは、それぞれＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態およびＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態におけるＶＣＭ１７１０ａおよび１７１０ｂのズーム状態の切り換えを実行するための一作動方法を側面視で示す。モジュールハウジング１６１２に固定されて結合されたホールセンサ１７０８（アクチュエータ１７１０を露出させるためにここでは部分的に除去されている）は、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態とＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態との間の制御された切り換えのために、モジュールハウジング１６１２に対するモジュールフレーム１７０６の位置を決定する。

図１７Ｉおよび図１７Ｊは、それぞれＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態およびＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態におけるＶＣＭ１７１０ａおよび１７１０ｂのアクチュエータのモードを、図１７Ｇおよび図１７Ｈにおけるものとは反対側での側面視で示す。ホールセンサ１７１２および１７１４は、モジュールハウジング１６１２に固定されて結合され、カメラ１０３の焦点を合わせるためのモジュールハウジング１６１２に対するモジュールフレーム１７０６の位置を決定する。図１７Ｉに示すようなＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態では、モジュールハウジング１６１２に対するモジュールフレーム１７０６の位置は、ホールセンサ１７１４によって決定される。図１７Ｊに示すＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態では、モジュールハウジング１６１２に対するモジュールフレーム１７０６の位置は、ホールセンサ１７１２によって決定される。

ズーム状態の切り換えのためにストロークを制御するためには、ハウジングの片側上の１つのホールセンサが使用され得る（図１７Ｇおよび１７Ｈを参照せよ）。焦点合わせのためにストロークを制御するためには、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態にあるときはホールセンサ１７１４を使用し、ＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態にあるときはホールセンサ１７１２が使用され得る（図１７Ｉおよび図１７Ｊ）。

図１８Ａおよび図１８Ｂは、ＥＦＬ_Ｔｍｉｎのズーム状態においてＧ２をＧ１に接着する（磁気的に結合する）ための接着サブシステム１８１０の一実施形態を、斜視図で示す。接着サブシステム１８１０は、４つのヨーク１８１４ａ、１８１４ｂ、１８１４ｃおよび１８１４ｄと、４つの磁石１８１６ａ、１８１６ｂ、１８１６ｃおよび１８１６ｄと、を備えてもよい。Ｇ２のＧ１への接着は、接着サブシステム１８１０のみによって、指定のアクチュエータなしに、例えばＶＣＭなしに達成される。

図１８Ｃおよび図１８Ｄは、ＥＦＬ_Ｔｍａｘのズーム状態においてＧ２をＧ３に接着するための接着サブシステム１８２０の別の実施形態を、斜視図で示す。接着サブシステム１８２０は、４つのヨーク１８２４ａ、１８２４ｂ、１８２４ｃおよび１８２４ｄと、４つの磁石１８２６ａ、１８２６ｂ、１８２６ｃおよび１８２６ｄと、を備えてもよい。Ｇ２のＧ３への接着は、接着サブシステム１８２０のみによって、指定のアクチュエータなしに、例えばＶＣＭなしに達成される。

接着サブシステム１８１０および１８２０は、磁石とヨークとの間の引力に基づいているが、専用のＶＣＭおよびＧ２の位置を決定するためのセンサシステムを作ることは、オートフォーカスの冗長性を実現するために必要であり得る。

図１９Ａ～図１９Ｄは、Ｇ２ストップ除去機構１９００を示している。Ｇ２除去機構が、上述のようなマクロ撮影モード（または「マクロモード」）を可能にするために、モジュール１６００内に、またはモジュール１７００内に含まれていてもよい。Ｇ２ストップ除去機構１９００は、Ｇ２ストップ１９０６と、機械的スプリング１９０２ｂおよびＳＭＡスプリング１９０４ｂと、機械的スプリング１９０２ａ（ここでは見えない）およびＳＭＡスプリング１９０４ａ（ここでは見えない）と、を含む。スプリング１９０４ａ（１９０２ａ）および１９０４ｂ（１９０２ｂ）は、光軸１１６に関して対称的に、モジュールの両側に配置される。

図１９Ａは、ＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態における、Ｇ２ストップ１９０６が活性化された状態でのＧ２ストップ除去機構１９００を、斜視図で示す。「活性化された（activated）」とは、機械的要素または機械的部材１９０８（後述するように「舌部（tongue）」とも呼ばれる）が（後述するスプリングの構成によって）係合して、Ｇ２がＧ１またはＧ３と一緒に移動するのを防ぐことを意味する。Ｇ２アセンブリ５０４は、Ｇ１Ｇ３アセンブリ５０２に磁気的に結合されるが、Ｇ２はＧ３に磁気的に結合されている。この構成は、テレ撮影（Tele photography）を可能にし得る。

図１９Ｂは、マクロモードの状態における、Ｇ２ストップ１９０６が不活性化された状態でのＧ２ストップ除去機構１９００を、斜視図で示す。「不活性化された（de-activated）」とは、機械的要素または機械的部材が係合解除されて、Ｇ２の移動を妨げないことを意味する。ここで、Ｇ２アセンブリ５０４は、Ｇ１Ｇ３アセンブリ５０２に磁気的に結合されるが、Ｇ２はＧ１に磁気的に結合されている。この状態は、マクロ撮影に使用され得る。Ｇ２ストップを不活性にするために、ＳＭＡスプリング１９０４ａおよび１９０４ｂが加熱され、圧縮するように、ＳＭＡスプリング１９０４ａおよび１９０４ｂを通る電流が駆動される。該圧縮力は機械的スプリング１９０２ａおよび１９０２ｂの収縮力よりも大きいため、Ｇ２ストップ１９０６は、ＳＭＡスプリング１９０４ａおよび１９０４ｂの側でハウジング１６１２から離れる移動を行う（除去される）。

図１９Ｃは、ＥＦＬ_ＴｍｉｎまたはＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態における、ストップ１９０６が活性化された状態でのＧ２ストップ除去機構１９００の部分を示す。図１９Ｄは、Ｇ２ストップ１９０６が不活性化された状態における、Ｇ２ストップ除去機構１９００の部分を示す。舌部１９０８は、アセンブリ５０４の一部であって、Ｇ２ストップ１９０６が活性化された場合にはＧ２アセンブリ５０４の移動を止めるものである。ＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態からＥＦＬ_Ｔｍａｘの状態へとズーム状態の切り換えが行われる場合には、Ｇ２はＧ１から分離されて、ズーム切り換えプロセスの終端に向かってＧ３に接続されるが、これは例えば、図１８Ａ～Ｄに記載されているように、磁石に基づく機構を介して行われる。舌部１９０８は、Ｇ２ストップ１９０６が活性化された場合には、Ｇ２の移動を停止せず、Ｇ２はＧ１に接続されたままの状態となる。ＳＭＡスプリング１９０４ａおよび１９０４ｂを通じてさらなる電流が駆動されない場合には、Ｇ２ストップ１９０６は再び活性化される。

別の実施例では、モジュール１６００またはモジュール１７００またはモジュール１９００は、表２５の実施例６の光学設計を有してもよく、マクロモードでのマクロ撮影に使用可能であってもよい。マクロモードへ移行するには、レンズ１１４’、１１４’’、１１４’’’、１１４’’’’、１１４’’’’’、１１４’’’’’’がＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態でなければならない。マクロモードへ移行するとき、レンズはＧ２ストップ１９０６が不活性化されたＥＦＬ_Ｔｍｉｎの状態でなければならない。その後、レンズはＧ２ストップ１９０６が不活性化されたＥＦＬ_Ｔｍａｘへと切り換えられる。図１９Ｂに示されるように、Ｇ２レンズストップの除去のために、Ｇ２はＧ１に接着したままである。

表２５の実施例６の光学設計で、例えばＭ＝０．４４の最大マクロモード倍率Ｍが達成される。ここで、Ｍは、イメージセンサ面上の物体の像の大きさと実際の物体の大きさとの比率を指す。これは薄いレンズの近似


によるものであり、ＥＦＬ＝１３ｍｍ、レンズ‐像距離ｖ＝１９ｍｍのとき、物体‐レンズ距離ｕ＝４２ｍｍであり、したがって、倍率Ｍ＝１９／４３＝０．４４となる。この最大倍率は、図１９Ｂに示すようなレンズの構成で達成される。ここで、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３は、物体に向かって（すなわち、センサから離れる方向へ）できるだけ遠くに、一緒に移動される。

（無限遠の物体に対する）ゼロ倍率までのより小さな倍率Ｍは、連続的に選ばれ得る。倍率をより小さくするためには、レンズ群は、マクロモードの構成（Ｇ１がＧ２に接着されることで定められる）でなければならず、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３は、イメージセンサに向かって一緒に移動させられなければならない。

例えば、倍率Ｍ＝０．２３が望ましい倍率であり得る。Ｍ_ｍａｘの状態からＭ＝０．２３に切り換えるためには、レンズをマクロモードの構成にし、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３を一緒にイメージセンサに向かって３ｍｍ移動させなければならない。上記の薄いレンズの近似によれば、ＥＦＬ＝１３ｍｍ、レンズ‐像距離ｖ＝１６ｍｍのとき、物体‐レンズ距離ｕ＝６９ｍｍ、したがって、倍率Ｍ＝１６／６９＝０．２３となる。

Ｍ_ｍａｘの状態からゼロ倍率（すなわち、Ｍ＝０）のＭ_ｍｉｎの状態に切り換えるためには、マクロモードの構成において、Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３を一緒にイメージセンサに向かって６ｍｍ移動させなければならない。すると、ＥＦＬ＝１３ｍｍおよびレンズ‐像距離ｖ＝１３ｍｍであり、これはＭ＝０に変換される。

本開示は、限定数の実施形態を記載しているが、このような実施形態の多くの変形形態、修正形態、および他の出願が行われ得ることが理解されるであろう。一般に、本開示は、本明細書に記載される特定の実施形態によって限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるものと理解されるべきである。

本明細書において言及される全ての参考文献は、それぞれの個々の参考文献があたかも、参考として本明細書に組み込まれるように具体的かつ個別に示されるかのように、その全体が本明細書に参考として組み込まれる。さらに、本出願における任意の参考文献の引用または識別は、そのような参考文献が本出願の先行技術として利用可能であることを容認するものと解釈されるべきではない。

Claims (17)

1. ａ）レンズ光軸に沿ってあるレンズ素子群Ｇ１と、レンズ素子群Ｇ２と、レンズ素子群Ｇ３とを備えるレンズと、
   ｂ）イメージセンサと、
   ｃ）光路屈曲素子（ＯＰＦＥ）と、
   ｄ）前記レンズ光軸に平行な方向に、前記イメージセンサに対してＧ１およびＧ３を一緒に移動させ、前記レンズを２つのズーム状態にするためのアクチュエータと、
   を備える屈曲式カメラであって、
   Ｇ１およびＧ３は、互いに固定されて取り付けられており、Ｇ２は、Ｇ２の変位を制限するための２つのレンズストップの間で浮動するものであり、Ｇ１およびＧ３を一緒に移動させることで、あるズーム状態では、Ｇ２がＧ１に接着することができるようにし、別のズーム状態では、Ｇ２がＧ３に接着することができるようにし、前記２つのレンズストップ間の前記Ｇ２の移動のストロークは、前記Ｇ１およびＧ３のストロークの半分よりも小さい、屈曲式カメラ。
2. Ｇ１とＧ３との間の固定された取り付けは、Ｇ１とＧ３とを接続する複数の棒によって可能にされており、Ｇ２は、前記複数の棒によって案内され、前記複数の棒に対して、前記レンズ光軸に平行な方向に沿って移動することができる、請求項１に記載のカメラ。
3. 前記Ｇ１およびＧ３の一緒の移動は、２ｍｍよりも大きく２０ｍｍよりも小さいストロークにわたるものである、請求項１に記載のカメラ。
4. 前記レンズは、有効焦点距離ＥＦＬを有し、ＥＦＬは、前記あるズーム状態において最小値ＥＦＬ_ｍｉｎ をとり、前記別のズーム状態において最大値ＥＦＬ_ｍａｘ をとるものであり、比率ＥＦＬ_ｍａｘ／ＥＦＬ_ｍｉｎは１．５よりも大きい、請求項１に記載のカメラ。
5. 前記アクチュエータは、複数のＳＭＡスプリングおよび複数の機械的スプリングを有する形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータを含む、請求項１に記載のカメラ。
6. 前記複数のＳＭＡスプリングは、４つのスプリングを含み、前記複数の機械的スプリングは、２つのスプリングを含む、請求項５に記載のカメラ。
7. 前記レンズの焦点を合わせるためのボイスコイルモーター（ＶＣＭ）機構をさらに備える、請求項５に記載のカメラ。
8. 前記レンズの前記焦点合わせは、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３を一緒に移動させることによって実行される、請求項７に記載のカメラ。
9. ａ）レンズ光軸に沿ってあるレンズ素子群Ｇ１と、レンズ素子群Ｇ２と、レンズ素子群Ｇ３とを備えるレンズと、
   ｂ）イメージセンサと、
   ｃ）光路屈曲素子（ＯＰＦＥ）と、
   ｄ）前記レンズ光軸に平行な方向に、前記イメージセンサに対してＧ１およびＧ３を一緒に移動させ、前記レンズを２つのズーム状態にするためのアクチュエータと、
   を備える屈曲式カメラであって、
   Ｇ１およびＧ３は、互いに固定されて取り付けられており、Ｇ２は、Ｇ２の変位を制限するための２つのレンズストップの間で浮動するものであり、Ｇ１およびＧ３を一緒に移動させることで、あるズーム状態では、Ｇ２がＧ１に接着することができるようにし、別のズーム状態では、Ｇ２がＧ３に接着することができるようにし、
   前記アクチュエータは、複数のＳＭＡスプリングおよび複数の機械的スプリングを有する形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータを含み、
   前記レンズの焦点を合わせるためのボイスコイルモーター（ＶＣＭ）機構をさらに備え、
   前記レンズの前記焦点合わせは、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３を一緒に移動させることによって実行され、
   前記レンズは、前記２つのレンズストップを有するＧ２レンズストップ機構を備えるレンズおよびセンサのモジュールに含まれており、
   前記２つのレンズストップのうちの一方は、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３がマクロ撮影のために２ｍｍ以上の大きさのストロークにわたって移動できるようにするために、除去可能となっている、屈曲式カメラ。
10. 前記アクチュエータは、複数の磁石のそれぞれに、および／または複数の磁石の偏極に結合された少なくとも３つのコイルを備える、請求項１に記載のカメラ。
11. 前記複数の磁石に対する前記少なくとも３つのコイルの位置は、位置感知のための少なくとも１つのホールバーセンサによって測定される、請求項１０に記載のカメラ。
12. 前記少なくとも３つのコイルは、前記複数の磁石に対する移動を提供するそれぞれの駆動電流によって駆動され、前記複数の駆動電流は、前記複数の磁石に対する前記複数のコイルの位置に依存する、請求項１１に記載のカメラ。
13. ａ）レンズ光軸に沿ってあるレンズ素子群Ｇ１と、レンズ素子群Ｇ２と、レンズ素子群Ｇ３とを備えるレンズと、
    ｂ）イメージセンサと、
    ｃ）光路屈曲素子（ＯＰＦＥ）と、
    ｄ）前記レンズ光軸に平行な方向に、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３を一緒に移動させることによって、前記レンズの焦点を合わせるための、ならびに、前記レンズ光軸に平行な方向に、ズームのために前記イメージセンサに対してＧ１およびＧ３を一緒に移動させ、前記レンズを２つのズーム状態にするためのボイスコイルモーター（ＶＣＭ）機構と、
    を備える屈曲式カメラであって、
    Ｇ１およびＧ３は、互いに固定されて取り付けられており、Ｇ２は、Ｇ２の変位を制限するための２つのレンズストップの間で浮動するものであり、Ｇ１およびＧ３を一緒に移動させることで、あるズーム状態では、Ｇ２がＧ１に接着することができるようにし、別のズーム状態では、Ｇ２がＧ３に接着することができるようにし、前記２つのレンズストップ間の前記Ｇ２の移動のストロークは、前記Ｇ１およびＧ３のストロークの半分よりも小さい、屈曲式カメラ。
14. ａ）レンズ光軸に沿ってあるレンズ素子群Ｇ１と、レンズ素子群Ｇ２と、レンズ素子群Ｇ３とを備えるレンズと、
    ｂ）イメージセンサと、
    ｃ）光路屈曲素子（ＯＰＦＥ）と、
    ｄ）前記レンズ光軸に平行な方向に、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３を一緒に移動させることによって、前記レンズの焦点を合わせるための、ならびに、前記レンズ光軸に平行な方向に、ズームのために前記イメージセンサに対してＧ１およびＧ３を一緒に移動させ、前記レンズを２つのズーム状態にするためのボイスコイルモーター（ＶＣＭ）機構と、
    を備える屈曲式カメラであって、
    Ｇ１およびＧ３は、互いに固定されて取り付けられており、Ｇ２は、Ｇ２の変位を制限するための２つのレンズストップの間で浮動するものであり、Ｇ１およびＧ３を一緒に移動させることで、あるズーム状態では、Ｇ２がＧ１に接着することができるようにし、別のズーム状態では、Ｇ２がＧ３に接着することができるようにし、
    前記２つのレンズストップのうちの一方は、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３がマクロ撮影のために２ｍｍ以上の大きさのストロークにわたって移動できるようにするために、除去可能となっている、屈曲式カメラ。
15. 前記ＶＣＭ機構は、複数の磁石のそれぞれに、および／または複数の磁石の偏極に結合された、少なくとも３つのコイルを備える、請求項１３に記載のカメラ。
16. 前記複数の磁石に対する前記少なくとも３つのコイルの位置は、位置感知のための少なくとも２つのホールバーセンサによって測定される、請求項１５に記載のカメラ。
17. 前記少なくとも３つのコイルは、前記複数のコイルに対する前記複数の磁石の移動を提供するそれぞれの駆動電流によって駆動され、前記複数の駆動電流は、前記複数の磁石に対する前記複数のコイルの位置に依存する、請求項１６に記載のカメラ。

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