KR101963547B1 - 폴디드 카메라 렌즈 설계 - Google Patents

Abstract

디지털 카메라, 그러한 디지털 카메라용 광학 렌즈 모듈 및 상기 렌즈 모듈 내의 렌즈 요소들을 조립하는 방법이 개시된다. 다양한 실시예들에서, 디지털 카메라는 N ≥ 3 개의 렌즈 요소들(L_i)를 포함한 광학 렌즈 모듈을 포함하며, 각 렌즈 요소는 각각의 전방 표면(S_{2i -1}) 및 그의 각각의 후방 표면(S_2i)을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 물체 측을 향하는 제 1 렌즈 요소(L₁)과 이의 각각의 전방 표면 (S₁)은 후행하는 렌즈 요소들 및 표면들의 각각의 특성보다 큰 클리어 애퍼처, 클리어 높이 및 기계적인 요소와 같은 광학적 및/또는 기계적인 특성을 갖는다. 이는 렌즈 및/또는 카메라 높이가 주어지면, 큰 애퍼처 스톱부를 갖는 카메라를 달성하기 위해 이루어진다.

Description

폴디드 카메라 렌즈 설계

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2017년 2월 23일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/462,438호, 2017년 3월 30일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/478,783호 및 2017년 4월 9일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/483,422의 이익을 주장하며, 이 문헌들 모두는 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 포함된다.

기술 분야

본 개시된 논의 대상은 일반적으로 디지털 카메라 분야에 관한 것이다.

하나의 카메라("서브-카메라(sub-camera)"라고도 함)가 와이드(Wide) FOV를 가지며("와이브 서브-카메라(Wide sub-camera)"), 다른 하나의 카메라가 내로우(Narrow) FOV를 갖는("텔레 서브-카메라(Tele sub-camera)"), 듀얼-애퍼처 줌 카메라(또한 듀얼-카메라라고도 함)가 알려져 있다.

국제 특허 공개 WO 2016/024192는 그 전체가 참조로서 본 명세서 포함되며, 이 문헌은 컴팩트 카메라의 높이를 감소시키는 "폴디드 카메라 모듈(folded camera module)"(간단히 "폴디드 카메라"라고도 함)을 개시한다. 폴디드 카메라에서는, 프리즘 또는 미러(이하, "반사 요소"로 통칭함)와 같은 광학 경로 폴딩 요소(optical path folding element)(이하, "OPFE"로 지칭됨)가 광 전파 방향을 스마트폰 후방 표면에 수직한 방향에서 스마트폰 후방 표면에 평행한 방향으로 기울이기 위해서 추가된다. 폴디드 카메라가 듀얼 애퍼처 카메라의 일부일 경우, 이것은 하나의 렌즈 어셈블리(예를 들면, 텔레 렌즈)를 통해 폴딩된 광학 경로를 제공한다. 이러한 카메라는 본 명세서에서 "폴디드-렌즈 듀얼-애퍼처 카메라"로 지칭된다. 일반적으로, 폴디드 카메라는 멀티 애퍼처 카메라에 포함될 수 있으며, 예를 들어, 트리플 애퍼처 카메라에, 2개의 "넌-폴디드"(직립)" 카메라 모듈과 함께 포함될 수 있다.

폴디드 카메라의 낮은 높이는 폴디드 카메라를 포함하는 호스트 장치(예를 들면, 스마트폰, 태블릿, 랩톱 또는 스마트 TV)의 두께를 가능한 한 얇게 하는데 있어서 중요하다. 카메라의 높이는 종종 산업 설계에 의해 제한된다. 대조적으로, 렌즈의 광학 애퍼처를 증가시키면 센서에 도달하는 광의 양이 증가하고 카메라의 광학 특성이 향상된다.

그러므로, 렌즈 광학 애퍼처의 높이가 소정의 카메라 높이 및/또는 렌즈 모듈 높이에 대해 최대인 폴디드 카메라가 필요하고, 이러한 카메라를 갖는 것이 유리할 것이다.

본 개시된 논의 대상의 일부 양태들에 따라서, 디지털 카메라가 제공되며, 상기 디지털 카메라는 제 1 광축을 갖는 N ≥ 3 개의 렌즈 요소들(L_i)을 포함하는 광학 렌즈 모듈로서, 각 렌즈 요소는 각각의 전방 표면(S_{2i -1}) 및 각각의 후방 표면(S_2i)을 포함하며, 상기 렌즈 요소 표면들은 S_k 로 표시되며, 1≤k≤2N인, 상기 광학 렌즈 모듈; 이미지 센서; 및 물체와 상기 렌즈 요소들 사이에 폴딩된(folded) 광학 경로를 제공하도록 상기 제 1 광축에 대해서 기울어진 반사 요소를 포함하며, 각각의 렌즈 요소 표면(S_k)은 클리어(clear) 높이 값(CH(S_k))을 갖고, 표면(S₁)의 클리어 높이 값(CH(S₁))은 표면들(S₂ 내지 S_2N) 각각의 클리어 높이 값보다 크다.

예시적인 실시예에서, 상기 N 개의 렌즈 요소들은 축 대칭성을 갖는다.

예시적인 실시예에서, CH(S₁) ≥1.1 x CH(S₂)이다.

예시적인 실시예에서, 3 ≤ k ≤ 2N 에 대해 CH(S₁) ≥1.2 x CH(S_k)이다.

예시적인 실시예에서, 상기 디지털 카메라는 총 트랙 길이(TTL) 및 후방 초점 길이(BFL)를 가지며, BFL ≥ 0.3 x TTL이다.

예시적인 실시예에서, L₁은 유리로 이루어진다.

예시적인 실시예에서, 상기 L₁은 플라스틱으로 이루어진다.

예시적인 실시예에서, L_i는 임의의 2 ≤ i ≤ N에 대해 플라스틱으로 이루어진다.

예시적인 실시예에서, 상기 광학 렌즈 모듈은 전방 애퍼처 렌즈 모듈이다.

예시적인 실시예에서, CH(S₁) < 7mm이다.

예시적인 실시예에서, 각각의 각 렌즈 요소 표면(S_k)은 클리어 애퍼처 값(clear aperture value) (CA(S_k))을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 표면(S₁)의 클리어 애퍼처 값(CA(S₁))은 표면들(S₂ 내지 S_2N) 각각의 클리어 애퍼처 값보다 크다. 예시적인 실시예에서, CA(S₁)는 클리어 애퍼처 값 CA(S_2N)과 동일하며, CA(S₁)는 2 ≤ k ≤ 2N-1에 대해서 CA(S_k)보다 크다.

예시적인 실시예에서, 상기 CA(S₁)은 CH(S₁)과 실질적으로 동일하다.

예시적인 실시예에서, CA(S₁) ≥ 1.1 x CA(S₂)이다.

예시적인 실시예에서, 3 ≤ k ≤ 2N 에 대해 CA(S₁) ≥ 1.2 x CH(S_k)이다.

예시적인 실시예에서, 상기 렌즈 요소들 중 적어도 일부는 그들의 높이(H_L)보다 큰 폭(W_L)을 갖는다.

일부 예시적인 실시예에서, 상기 광학 렌즈 모듈은 상기 복수의 렌즈 요소를 유지하는 캐비티(cavity)를 포함하고, 상기 캐비티는 상기 제 1 렌즈 요소(L₁)가 위치하는 제 1 부분과 다른 렌즈 요소들 중 적어도 하나가 위치하는 제 2 부분을 포함하며, 상기 제 1 부분의 높이는 상기 제 2 부분의 높이보다 크다.

일부 예시적인 실시예에서, 상기 광학 렌즈 모듈은 렌즈 요소들(L₂ 내지 L_N) 중 적어도 일부를 유지하는 캐비티를 포함하고, 제 1 렌즈 요소(L₁)는 상기 광학 렌즈 모듈의 외부에 위치된다.

일부 예시적인 실시예에서, 상기 이미지 센서는 직사각형 센서 또는 원형 센서이다.

중 일부 예시적인 실시예에서, N ≤ 6이다.

본 개시된 논의 대상의 양태에 따라서, 디지털 듀얼 카메라로서, 상술한 바와 같은 카메라로서, 텔레 이미지(tele image)를 제공하도록 구성된 텔레 서브-카메라인, 상기 카메라; 및 와이드 이미지(wide image)를 제공하도록 구성된 와이드 서브-카메라를 포함하는, 디지털 듀얼 카메라가 제공된다.

본 개시된 논의 대상의 일부 양태들에 따라서, 디지털 카메라가 제공되며, 상기 디지털 카메라는 제 1 광축을 갖는 N ≥ 3 개의 렌즈 요소들(L_i)을 포함하는 광학 렌즈 모듈로서, 각 렌즈 요소는 각각의 전방 표면(S_{2i -1}) 및 각각의 후방 표면(S_2i)을 포함하며, 상기 렌즈 요소 표면들은 S_k로 표시되고, 1≤k≤2N인, 상기 광학 렌즈 모듈; 이미지 센서; 및 물체와 상기 렌즈 요소들 사이에 폴딩된(folded) 광학 경로를 제공하도록 상기 제 1 광축에 대해서 기울어진 반사 요소를 포함하며, 상기 각각의 렌즈 요소 표면(S_k)은 클리어(clear) 애퍼처 값(CA(S_k))을 갖고, 표면(S₁)의 클리어 애퍼처 값 (CA(S₁))은 표면들(S₂ 내지 S_2N) 각각의 클리어 애퍼처 값(CA(S_k))보다 크다.

예시적인 실시예에서, CA(S₁) ≥ 1.1 x CA(S₂)이다.

예시적인 실시예에서, 3 ≤ k ≤ 2N 에 대해 CA(S₁) ≥ 1.2 x CH(S_k)이다.

일부 예시적인 실시예에서, 상기 광학 렌즈 모듈은 상기 복수의 렌즈 요소를 유지하는 캐비티(cavity)를 포함하고, 상기 제 1 광축에 직교하는 축을 따라서 측정된 캐비티의 높이는 상기 제 1 광축을 따라서 가변한다.

일부 예시적인 실시예에서, 상기 캐비티는 상기 제 1 렌즈 요소(L₁)가 위치하는 제 1 부분과 다른 렌즈 요소들 중 적어도 하나가 위치하는 제 2 부분을 포함하며, 상기 캐비티의 상기 제 1 부분의 높이는 상기 캐비티의 상기 제 2 부분의 높이보다 크다.

일부 예시적인 실시예에서, 상기 광학 렌즈 모듈은 렌즈 요소들(L₂ 내지 L_N) 중 적어도 일부를 유지하는 캐비티를 갖는 렌즈 배럴(barrel)(간단히, 배럴)을 포함하고, 제 1 렌즈 요소(L₁)는 상기 배럴 외부에 위치된다.

본 개시된 논의 대상의 다른 양태에 따라서, 디지털 듀얼 카메라로서, 상술한 바와 같은 카메라로서, 텔레 이미지를 제공하도록 구성된 텔레 서브-카메라인, 상기 카메라; 및 와이드 이미지를 제공하도록 구성된 와이드 서브-카메라를 포함하는, 디지털 듀얼 카메라가 제공된다.

본 개시된 논의 대상의 다른 양태에 따라서, 디지털 카메라가 제공되며, 상기 카메라는 제 1 광축을 따라 대칭성을 갖는 N 개의 렌즈 요소들로서, N은 3 이상인, 상기 렌즈 요소들; 이미지 센서; 제 1 광학 경로로부터 제 2 광학 경로로 폴딩된 광학 경로를 제공하도록 동작 가능한 반사 요소; 및 상기 복수의 렌즈 요소가 유지되는 캐비티를 갖는 배럴을 포함하고, 상기 제 1 광학 경로를 따라 측정된 캐비티의 높이는 상기 제 1 광축을 따라 가변적이며, 상기 캐비티는 상기 제 1 렌즈 요소(L_l)가 위치되는 제 1 부분 및 다른 렌즈 요소들 중 적어도 하나가 위치되는 제 2 부분을 포함하고, 상기 캐비티의 상기 제 1 부분의 높이(H₁)는 상기 캐비티의 상기 제 2 부분의 높이(H₂)보다 크며, H₁ > 1.1 x H₂이다.

본 개시된 논의 대상의 다른 양태에 따라서, 디지털 카메라가 제공되며, 디지털 카메라는 제 1 광축을 따라 대칭성을 갖는 N 개의 렌즈 요소들(L₁ 내지 L_N)로서, N은 3 이상인, 상기 렌즈 요소들; 이미지 센서; 제 1 광학 경로로부터 제 2 광학 경로로 폴딩된 광학 경로를 제공하도록 동작 가능한 반사 요소; 및 상기 렌즈 요소들(L₂ 내지 L_N) 중 적어도 일부가 유지되는 캐비티를 갖는 배럴을 포함하고, 상기 제 1 렌즈 요소(L₁)는 상기 배럴 외부에 위치한다.

예시적인 실시예에서, 상기 렌즈 요소(L_N)는 상기 배럴 외부에 위치한다.

본 개시된 논의 대상의 일부 양태들에 따라서, 광학 렌즈 모듈이 제공되며, 상기 모듈은 벽으로 둘러싸인 캐비티를 포함하는 배럴; 및 N 개의 렌즈 요소들 (L₁ 내지 L_N)을 포함하며, N은 3 이상이며, L₁은 상기 캐비티에 의해 완전히 둘러싸이지 않는 부분을 가지며, 상기 캐비티의 벽들은 상기 렌즈 요소(L₁)의 중심을 제 1 광축과 정렬시킨다.

예시적인 실시예에서, L_N은 상기 캐비티에 의해 완전히 포위되지 않는 부분을 가지며, 상기 캐비티의 벽들은 상기 렌즈 요소(L_N)의 중심을 상기 제 1 광축과 정렬시킨다.

예시적인 실시예에서, 상기 벽들의 말단(extremity) 및 상기 렌즈 요소(L₁)의 말단 중 적어도 하나는, 상기 벽들의 말단이 상기 렌즈 요소(L₁)의 적어도 일부에 대해 스톱부(stop)로 작용하며, 이로써, 상기 렌즈 요소(L₁)의 중심을 상기 제 1 광축과 실질적으로 정렬시키도록, 성형된다.

예시적인 실시예에서, 상기 렌즈 요소(L₁)의 제 1 부분은 상기 벽들의 말단들 사이에서 상기 캐비티 내에 위치되고, 상기 렌즈 요소(L₁)의 제 2 부분은 상기 배럴 외부에 위치하며, 상기 렌즈 요소(L₁)의 제 2 부분의 상기 제 1 광축을 따른 두께는 상기 렌즈 요소(L₁)의 제 1 부분의 상기 제 1 광축을 따른 두께보다 크다.

예시적인 실시예에서, 상기 벽들의 말단의 단면은 계단 형상을 갖는다.

예시적인 실시예에서, 상기 렌즈 요소(L₁)의 말단의 단면은 계단 형상을 갖는다.

예시적인 실시예에서, 상기 벽들의 말단의 단면은 경사진 형상을 갖는다.

예시적인 실시예에서, 상기 벽들의 말단은 모따기부(chamfer)를 포함한다.

예시적인 실시예에서, 상기 렌즈를 보호하는 커버를 더 포함하며, 상기 커버는 상기 렌즈 요소(L₁)를 커버한다.

예시적인 실시예에서, 상기 커버는 상기 렌즈 요소(L₁)를 넘어선 말단 지점(extreme point)을 갖는다.

예시적인 실시예에서, 상기 커버는 상기 렌즈 요소(L₁)의 기계적 부분으로 광이 입사되는 것을 차단한다.

본 개시된 논의 대상의 일부 양태들에 따라서, 디지털 카메라가 제공되며, 상기 카메라는 이미지 센서; 물체와 상기 이미지 센서 사이에 폴딩된 광학 경로를 제공하도록 동작 가능한 반사 요소; 및 상술한 바와 같은 광학 렌즈 모듈을 포함한다.

본 개시된 논의 대상의 다른 양태에 따라서, 광학 렌즈 모듈이 제공되며, 상기 모듈은 배럴 높이(H)를 갖는 배럴; 및 N 개의 렌즈 요소들(L₁ 내지 L_N)을 포함하며, N은 3 이상이며, 각 렌즈 요소(L_i)가 1≤ i ≤ N 에 대해 높이(H_Li)를 가지며 H_L1 ≥ H 이다. 예시적인 실시예에서, H_LN ≥ H이다. 예시적인 실시예에서, H_LN = H_L1이다.

본 개시된 논의 대상의 다른 양태에 따라서, N ≥ 3인 N 개의 렌즈 요소들(L₁ 내지 L_N)를 포함하고, 각 렌즈 요소(L₁)는 1≤ i ≤ N에 대해 높이(H_Li)를 가지며, H_L1 ≥ H_LN > H_L2인, 광학 렌즈 모듈이 제공된다.

예시적인 실시예에서, 3≤ i ≤ N-1에 대해 H_L1> H_Li이다.

본 개시된 논의 대상의 다른 양태에 따라서, 광학 렌즈 모듈을 조립하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 N 개의 렌즈 요소들 중 제 1 렌즈 요소(L₁)를 배럴의 물체 측으로부터 상기 배럴에 삽입하는 단계; 상기 렌즈 요소(L₁)를 상기 배럴에 고정되게 부착하는 단계; 다른 렌즈 요소들(L₂ 내지 L_N) 및 상기 배럴의 이미지 측으로부터 각각의 렌즈 요소들을 분리하는 스페이서들(R₁ 내지 R_N)을 삽입 순서(R₁, R₂ ... R_{N -1}, L_N)로 삽입하는 단계; 및 렌즈 요소(L_N)를 상기 렌즈 모듈에 고정되게 부착하는 단계를 포함한다.

본 개시된 논의 대상의 또 다른 양태에 따르면, 이동 전자 장치의 하우징 내부에 내장된 내부 디지털 카메라를 포함하는 이동 전자 장치가 제공되며, 상기 디지털 카메라는 전술한 양태 중 어느 하나에 따른 카메라이거나 또는 전술한 광학 렌즈 모듈 중 임의의 것을 포함한다.

본 명세서에 개시된 논의 대상의 다른 양태에 따르면, 적어도 하나의 와이드 서브-카메라 및 적어도 하나의 텔레 서브-카메라를 포함하는 멀티-애퍼처 카메라가 제공되며, 상기 텔레 서브-카메라는 전술한 양태들 중 어느 하나에 따른 카메라이거나, 또는 전술한 광학 렌즈 모듈 중 임의의 것을 포함한다.

본 명세서에 개시된 논의 대상의 다른 양태에 따르면, 반사 요소는 디지털 카메라의 시야(FOV) 위치를 이동시키기 위해 그리고 복수의 각각의 위치에서 복수의 인접한 중첩되지 않거나 부분적으로 중첩하는 이미지를 캡처하기 위해서 하나 또는 두 개의 축을 중심으로 회전할 수 있는 회전 반사 요소이고, 디지털 카메라는 복수의 이미지로부터 상기 디지털 카메라의 FOV보다 큰 전체 이미지 FOV를 갖는 합성 이미지를 생성하도록 구성된다.

일부 실시예에서, 상기 양태에 따른 디지털 카메라는 회전하는 반사 요소에 하나 또는 두 개의 축을 중심으로 회전하는 회전 운동을 가하도록 구성된 액츄에이터를 더 포함하며, 상기 액추에이터는 제어기에 동작 가능하게 연결되며, 상기 제어기는 상기 액추에이터를 제어하여 상기 카메라로 하여금 요구된 확대 축소 배율에 대응하는 영역-상기 영역은 디지털 카메라의 FOV보다 큼-을 스캔하고 각각의 이미지가 스캐닝된 영역 내의 다른 위치에서 캡처되는 복수의 이미지를 캡처하게 하도록 구성된다.

예시적인 실시예에서, 합성 이미지의 크기는 4 개의 텔레 이미지의 스티칭으로 생성된다.

예시적인 실시예에서, 합성 이미지의 크기는 6 개의 텔레 이미지의 스티칭으로 생성된다.

예시적인 실시예에서, 합성 이미지의 크기는 9 개의 텔레 이미지를 스티칭하여 생성된다.

예시적인 실시예에서, 상기 복수의 이미지의 결합된 크기는 상기 합성 이미지의 크기보다 크다.

본 명세서에 개시된 실시예들의 비제한적인 예가 본 단락에 열거된 첨부 도면을 참조하여 아래에서 설명된다. 이러한 도면 및 설명은 본 명세서에 개시된 실시예들을 나타내고 명료화하기 위한 것이며, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 다른 도면에서의 동일한 요소는 동일한 도면 부호로 표시될 수 있다. 도면의 요소들이 반드시 일정한 비율로 그려지는 것은 아니다.
도 1a는 공지된 폴디드 카메라의 일 예에 대한 일반적인 등각 투상도이다.
도 1b는 도 1a의 카메라의 측면도이다.
도 1c는 폴ELEM 텔레 서브-카메라 및 와이드 서브-카메라를 포함하는 공지된 카메라의 일 예에 대한 일반적인 등각 투상도이다.
도 1d는 도 1c의 카메라의 측면도이다.
도 2a는 본 발명의 일부 예들에 따른 광선들을 갖는 렌즈 요소들의 일 실시예의 개략도이다.
도 2b는 도 2a의 렌즈 요소들의 다른 개략도이다.
도 3a는 본 발명의 일부 예들에 따른, 렌즈 요소의 볼록면에 입사하는 광학 광선들의 충돌 지점에 대한 개략도, 및 평면 P 상의 충돌 지점들의 직교 투영에 대한 개략도이다.
도 3b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 렌즈 요소의 오목면에 충돌하는 광학 광선들의 충돌 지점들에 대한 개략도, 및 평면 P 상의 충돌 지점들의 직교 투영에 대한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일부 예들에 따른 평면 P 상의 충돌 지점들의 직교 투영 및 클리어 높이 값("CH")에 대한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일부 예들에 따른 평면 P 상의 충돌 지점들의 직교 투영 및 클리어 애퍼처 값("CA")에 대한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일부 예들에 따른 렌즈 요소들을 유지하기 위한 광학 렌즈 모듈의 측면도에 대한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 다른 예들에 따른 렌즈 요소들을 유지하기 위한 광학 렌즈 모듈의 측면도에 대한 개략도이다.
도 8은 본 발명에 따른 복수의 렌즈 요소들을 포함하는 광학 렌즈 모듈의 일 예의 개략도이다.
도 9a는 본 발명에 따른 복수의 렌즈 요소들을 포함하는 광학 렌즈 모듈의 다른 예의 개략도이다.
도 9b는 도 9a의 예시의 변형예를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 복수의 렌즈 요소들을 포함하는 광학 렌즈 모듈의 다른 예의 개략도이다.
도 11a는 본 발명에 따른, 배럴 내로 삽입되기 이전의 배럴 및 복수의 렌즈 요소들의 등각 투상도에 대한 개략도이다.
도 11b는 평면 Y-Z를 따르는 도 11a의 예의 단면도를 도시한 것이다.
도 11c는 평면 X-Z를 따르는 도 11a의 예의 단면도를 도시한 것이다.
도 11d는 도 11a의 예의 정면도를 도시한 것이다.
도 11e는 배럴에 렌즈 요소들을 삽입한 이후의 도 11a의 예의 다른 등각 투상도를 도시한 것이다.
도 11f는 렌즈 요소의 정면도에 대한 개략도이다.
도 12는 도 11a 내지 도 11e의 광학 렌즈 모듈의 제조 공정에 대한 개략도이다.
도 13a는 복수의 렌즈 요소들의 등각 투상도에 대한 개략도이다.
도 13b는 도 13a의 복수의 렌즈 요소들 및 배럴을 포함하는 광학 렌즈 모듈의 등각 투상도에 대한 개략도이다.
도 13c는 도 13a의 복수의 렌즈 요소들 및 배럴을 포함하는 광학 렌즈 모듈의 등각 투상도에 대한 또 다른 개략도이다.
도 14는 본 발명의 일부 예들에 따른, 4개의 텔레 이미지들을 캡처하고 스티칭함으로써 생성되는 스티칭된 이미지에 대한 개략도이다.
도 15는 본 발명의 일부 예들에 따른, 6개의 텔레 이미지를 캡처하고 스티칭함으로써 생성되는 스티칭된 이미지의 개략도이다.
도 16은 본 발명의 일부 예들에 따른, 9개의 텔레 이미지들을 캡처하고 스티칭함으로써 생성되는 스티칭된 이미지의 개략도이다.
도 17a는 본 발명에 따른 렌즈 요소들을 갖는 배럴의 다른 실시예의 등각 투상도를 나타낸다.
도 17b는 도 17a의 배럴 및 렌즈 요소들의 측면 절개부를 나타낸다.
도 17c는 도 17b의 렌즈 요소들의 분해도를 나타낸다.
도 17d는 본 발명에 따른 렌즈 요소들을 갖는 다른 배럴의 측면 절개부를 나타낸다.
도 18a는 본 발명에 따른 배럴 및 렌즈 요소들을 갖는 렌즈 모듈의 또 다른 실시예의 등각 투상도를 나타낸다.
도 18b는 도 18a의 렌즈 모듈의 측면 절개부를 나타낸다.
도 18c는 도 18b의 렌즈 모듈의 분해도를 나타낸다.
도 19a는 본 발명에 따른 배럴 및 렌즈 요소들을 갖는 렌즈 모듈의 또 다른 실시예의 측면 절개부를 나타낸다.
도 19b는 도 19a의 렌즈 모듈을 분해도로 나타낸다.
도 20은 본 발명에 따른 렌즈 요소들을 갖는 배럴의 또 다른 실시예의 측면 절개부를 나타낸다.
도 21a는 본 발명의 다른 예에 따른 광선들을 나타내는 렌즈 요소들의 다른 실시예의 개략도이다.
도 21b는 도 21a의 렌즈 요소들의 다른 개략도이다.
도 22는 도 21a, 도 21b의 렌즈 요소들을 유지하기 위한 광학 렌즈 모듈의 측면도의 개략도이다.
도 23은 도 21a, 도 21b의 렌즈 요소들을 유지하기 위한 다른 광학 렌즈 모듈의 측면도의 개략도이다.
도 24는 본 발명에 따른 복수의 렌즈 요소들을 포함하는 광학 렌즈 모듈의 또 다른 예의 개략도이다.
도 25a는 본 발명에 따른 다른 광학 렌즈 모듈의 등각 투상도에 대한 개략도이다.
도 25b는 평면 Y-Z를 따르는 도 25a의 렌즈 모듈의 단면도를 도시한 것이다.
도 25c는 평면 X-Z를 따르는 도 25a의 렌즈 모듈의 단면도를 도시한 것이다.
도 25d는 렌즈 요소들을 배럴에 삽입한 이후의 도 25a의 렌즈 모듈의 다른 등각 투상도를 도시한 것이다.
도 26a는 본 발명에 따른 배럴 및 렌즈 요소들을 갖는 렌즈 모듈의 또 다른 실시예의 등각 투상도를 나타낸다.
도 26b는 도 26a의 렌즈 모듈의 측면 절개부를 나타낸다.
도 26c는 도 26b의 렌즈 모듈의 분해도를 나타낸다.
도 27은 본 발명에 따른 렌즈 모듈의 또 다른 실시예의 등각 투상도를 나타낸다.

다음의 상세한 설명에서, 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 특정 세부 사항이 제시된다. 그러나, 당해 기술 분야의 당업자는 본 개시된 논의 대상이 이들 특정 세부 사항 없이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 다른 예들에서, 공지된 방법들은 본 개시된 논의 대상을 모호하게 하지 않기 위해 상세하게 기술되지 않았다.

명료함을 위해, 별개의 실시예들의 맥락으로 설명된, 본 개시된 논의 대상의 특정 특징들이 또한 단일 실시예에서 조합하여 제공될 수 있음을 알 수 있다. 반대로, 간결함을 위해서, 단일 실시예의 맥락으로 설명된 본 개시된 논의 대상의 다양한 특징은 또한 개별적으로 또는 임의의 적합한 하위 조합으로 제공될 수도 있다.

본 명세서에 개시된 "처리 유닛"이라는 용어는 데이터 처리 회로들을 갖는 임의의 종류의 전자 장치를 포함하는 것으로 폭넓게 해석되어야 하며, 이러한 데이터 처리 회로들은 예를 들어, 다양한 데이터 처리 연산들을 실행할 수 있는, 컴퓨터 메모리에 동작 가능하게 연결된 컴퓨터 처리 장치(예를 들어, 디지털 신호 프로세서(DSP)), 마이크로 컨트롤러, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 주문형 집적 회로(ASIC) 등을 포함할 수 있다.

또한, 명료성을 위해, 본 명세서에서 "실질적으로"라는 용어는 허용 가능한 범위 내에서 값의 변동 가능성을 암시하기 위해 본 명세서에서 사용된다. 일 예시에 따르면, 본 명세서에서 "실질적으로"라는 용어는 특정 값에 대해서 10%까지 큰 값 또는 작은 값까지의 가능한 변화를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 또 다른 예에 따르면, 본 명세서에서 "실질적으로"라는 용어는, 임의의 특정 값에 대해서 5%까지 큰 값 또는 작은 값까지의 가능한 변화를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 또 다른 예에 따르면, 본 명세서에서 "실질적으로"라는 용어는, 임의의 특정 값에 대해서 2.5 %까지 큰 값 또는 작은 값까지의 가능한 변화를 의미하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1a 및 도 1b는 예를 들어 텔레 카메라(Tele camera)로서 작동할 수 있는 공지의 디지털 폴디드 카메라(100)를 도시한 것이다. 디지털 카메라(100)는 제 1 반사 요소(예를 들어, 미러 또는 프리즘 및 "광학 경로 폴딩 요소(optical path folding element; OPFE)"로도 지칭됨)(101), 복수의 렌즈 요소들(이 도면에서는 보이지 않지만, 도 2a 및 도 2b에서 볼 수 있음) 및 이미지 센서(104)를 포함한다. 렌즈 요소들(및 배럴, 광학 렌즈 모듈)은 제 1 광축(103)을 따라 축 대칭을 가질 수 있다. 렌즈 요소들 중의 적어도 일부는 "배럴(barrel)"(102)이라 불리는 구조물에 의해 유지될 수 있다. 광학 렌즈 모듈은 렌즈 요소들 및 배럴을 포함한다. 배럴은 광축(103)을 따라 종방향 대칭을 가질 수 있다. 도 1a 내지 도 1d에서, 이 배럴의 단면은 원형이다. 그러나 이것이 필수적인 것은 아니며 다른 형상들을 사용할 수도 있다.

물체(미도시)로부터 이미지 센서(104)로의 광학 광선들의 경로가 광학 경로(광학 경로의 일부를 나타내는 광학 경로들(105 및 106)을 참조)를 규정한다.

OPFE(101)는 프리즘 또는 미러일 수 있다. 도 1a에 나타낸 바와 같이, OPFE(101)는 광축(103)에 대해 경사진 미러일 수 있다. 다른 경우들에 있어서(도시되지 않음, 예시적인 PCT/IB2017/052383 참조), OPFE(101)는 광축(103)에 대해 경사진 후방 표면을 갖는 프리즘일 수 있다. OPFE는 제 1 광학 경로(105)로부터 제 2 광학 경로(106)로 광학 경로를 폴딩한다. 광학 경로(106)는 광축(103)에 실질적으로 평행하다. 따라서 이 광학 경로는 "폴딩된 광학 경로(folded optical path)"(광학 경로들(105 및 106)로 표시됨)로 지칭되며, 카메라(100)는 "폴디드 카메라(folded camera)"로 지칭된다. 렌즈 모듈은 복수의 렌즈 요소들을 포함한다.

특히, 일부 예들에서, OPFE(101)는 광축(103)에 대해 실질적으로 45°로 기울어질 수 있다. 도 1a에서, OPFE(101)는 또한 광학 경로(105)에 대해 실질적으로 45°로 기울어져 있다.

일부 공지된 예들에서, 이미지 센서(104)는 광축(103)에 실질적으로 수직인 X-Y 평면에 놓여 있다. 그러나, 이것에 제한되는 것은 아니며 이미지 센서(104)는 다른 배향을 가질 수도 있다. 예를 들어, WO 2016/024192호에 기재되어 있는 바와 같이, 이미지 센서(104)는 XZ 평면에 있을 수 있다. 이 경우, 추가의 OPFE가 이미지 센서(104)를 향해 광학 광선들을 반사시키는데 사용될 수 있다.

일부 예들에 따르면, 이미지 센서(104)는 직사각형 형상을 갖는다. 일부 예들에 따르면, 이미지 센서(104)는 원형 형상을 갖는다. 그러나 이러한 예들에 한정되지 않는다.

다양한 예들에서, 카메라(100)는 당업계에 공지된 바와 같은 기판(109), 예를 들어 인쇄 회로 기판(PCB) 상에 장착될 수 있다.

2개의 서브-카메라, 예를 들어 일반 와이드 서브-카메라(130) 및 텔레 서브-카메라(100)가 디지털 카메라(170)(듀얼-카메라 또는 듀얼-애퍼처 카메라로도 지칭됨)에 포함될 수 있다. 가능한 구성에 대해 도 1c 및 1d를 참조하여 설명한다. 이 예에서, 텔레 서브-카메라(Tele sub-camera)(100)는 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 카메라에 따른다. 따라서 텔레 서브-카메라(100)의 구성 요소들은 도 1a 및 도 1b에서와 동일한 참조 번호들을 가지며, 다시 설명되지 않는다.

와이드 카메라(130)는 Y 방향의 대칭(및 광학) 축(134)을 갖는 애퍼처(132)(카메라의 물체 측을 가리킴) 및 광학 렌즈 모듈(133)(또는 간단히 "와이드 렌즈 모듈")뿐만 아니라 와이드 이미지 센서(135)를 포함할 수 있다. 와이드 서브-카메라는 와이드 이미지를 제공하도록 구성되는 와이드 렌즈 모듈을 포함하며, 여기서 와이드 서브-카메라는 와이드 시야(FOV_W)를 가지며 텔레 서브-카메라는 FOV_W보다 좁은 텔레 시야(FOV_T)를 갖는다. 특히, 다른 예들에서, 복수의 와이드 서브-카메라 및/또는 복수의 텔레 서브-카메라가 단일 디지털 카메라에 통합되어 작동될 수 있다.

일 예에 따르면, 와이드 이미지 센서(135)가 X-Z 평면에 놓이는 반면에, 이미지 센서(104)(이 예에서는 텔레 이미지 센서)는 광축(103)에 실질적으로 수직인 X-Y 평면에 놓인다.

도 1a 내지 도 1d의 예들에서, 카메라(100)는 다양한 처리 동작을 수행하기 위한(예를 들어 텔레 이미지 및 와이드 이미지를 융합된 출력 이미지로 처리하기 위한) 하나 이상의 적절히 구성된 프로세서들(미도시)을 포함하는 처리 유닛을 더 포함할 수 있다(또는 동작 가능하게 연결됨).

처리 유닛은 특히 디지털 카메라와 함께 작동하도록 전용되는 하드웨어(HW)와 소프트웨어(SW)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 카메라가 설치된 전자 디바이스의 프로세서(예를 들어, 그것의 고유 CPU)는 디지털 카메라와 관련된 다양한 처리 동작들을 실행하도록 구성될 수 있다(텔레 이미지 및 와이드 이미지를 출력 이미지로 처리하는 것을 포함하며 이에 한정되지 않음).

이제 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 이 도면들은 본 발명의 일부 예들에 따라 광학 광선들로 나타나 있는 렌즈 요소들을 갖는 렌즈 모듈(200)의 개략도를 나타낸다. 렌즈 모듈(200)은 렌즈 배럴이 없이 도시되어 있다. 도 2a는 렌즈 모듈(200)의 광학 광선 추적을 나타내며, 도 2b는 보다 명확하게 하기 위한 렌즈 요소들만을 나타낸다. 또한, 이 두 도면은 이미지 센서(202) 및 광학 요소(205)를 나타낸다.

렌즈 모듈(200)은 복수의 N개 렌즈 요소들 L_i(여기서 "i"는 1과 N 사이의 정수)를 포함한다. L₁은 물체 측에 가장 가까운 렌즈 요소이고 L_N은 이미지 측(즉 이미지 센서가 위치하는 측)에 가장 가까운 렌즈 요소이다. 이러한 정렬은 본 명세서에 개시된 모든 렌즈들 및 렌즈 요소들에 대해 유지된다. 렌즈 요소들 L_i는 예를 들어 도 1a 및 도 1b에 도시된 카메라(100)의 렌즈 요소로서 사용될 수 있거나 또는 도 1c 및 도 1d의 텔레 서브-카메라(100)의 렌즈 요소들로서 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, N개의 렌즈 요소들은 광축(103)을 따라 축 대칭이다.

도 2a 및 도 2b의 예들에서, N은 4이다. 그러나 이것에 한정되지 않으며, 상이한 수의 렌즈 요소들이 사용될 수도 있다. 일부 예시들에 따르면, N은 3보다 크거나 같다. 예를 들어, N은 3, 4, 5, 6 또는 7일 수 있다.

도 2a 및 도 2b의 예들에서, 렌즈 요소들의 표면들 중 일부는 볼록한 것으로 표현되고, 일부는 오목한 것으로 표현된다. 그러나, 도 2a 및 2b의 표현은 한정적인 것이 아니며, 응용, 원하는 광출력 등과 같은 다양한 요인들에 따라 볼록 및/또는 오목한 면들의 상이한 조합이 사용될 수 있다.

(OPFE(101)와 같은 반사 요소에 의한 반사 이후에) 광학 광선들은 렌즈 요소들 L_i를 통과하여 이미지 센서(202) 상에 이미지를 형성한다. 도 2a 및 도 2b의 예들에서, 광학 광선들은 이미지 센서(202)에 충돌하기 이전에 광학 요소(205)(전방 표면(205a) 및 후방 표면(205b)를 포함하며, 예를 들어 컷-오프 필터(cut-off filter)일 수 있음)를 통과한다. 그러나, 이것에 한정되는 것은 아니며, 일부 예들에서, 광학 요소(205)는 존재하지 않는다. 광학 요소(205)는 예를 들어 적외선(IR) 필터 및/또는 유리 이미지 센서 먼지 커버일 수 있다.

각각의 렌즈 요소 L_i는 각각의 전방 표면 S_{2i -1}(인덱스 "2i-1"는 전방 표면의 수임) 및 각각의 후방 표면 S_2i(인덱스 "2i"는 후방 표면의 수임)를 포함하며, 여기서 "i"는 1과 N 사이의 정수이다. 이러한 번호 매김 규칙이 본 명세서 전반에 걸쳐 사용된다. 대안적으로는, 본 명세서를 통해 행해지는 바와 같이, 렌즈 표면들이 "S_k"로 표시되고, k는 1에서부터 2N까지 이어진다. 전방 표면 및 후방 표면은 몇몇 경우들에 있어 비구면일 수 있다. 그러나 이것에 한정되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 각 렌즈 요소의 "전방 표면(front surface)"이라는 용어는 카메라(카메라 물체 측)의 입구에 더 근접하게 위치된 렌즈 요소의 표면을 지칭하며, "후방 표면(rear surface)"이라는 용어는 이미지 센서(카메라 이미지 측)에 더 근접하게 위치된 렌즈 요소의 표면을 지칭한다.

후술하는 바와 같이, 각각의 표면 S_k(1 ≤ k ≤ 2N)에 대해 클리어 높이 값 CH(S_k)이 규정될 수 있고, 각각의 표면 S_k(1 ≤ k ≤ 2N)에 대해 클리어 애퍼처 값 CA(S_k)이 규정될 수 있다. CA(S_k) 및 CH(S_k)는 각 렌즈 요소의 각 표면 S_k의 광학 특성들을 규정한다.

또한, 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이, 높이("H_Li", 1≤i≤N)가 각 렌즈 요소 L_i에 대해 규정된다. H_Li는 각 렌즈 요소 L_i에 대해, 렌즈 요소들의 광축에 수직인 축을 따라 측정된 렌즈 요소 L_i의 최대 높이에 대응한다(도 6의 예에서, H_Li는 광축(103)에 수직인 광학 경로(105)에 따라 측정됨). 주어진 렌즈 요소에 있어서, 높이는 이 주어진 렌즈 요소의 전방 표면 및 후방 표면들의 클리어 높이 값(CH) 및 클리어 애퍼처 값(CA)보다 크거나 같다. 통상적으로, 축 대칭 렌즈 요소에 있어서, H_Li는 도 11f에 나타나 있는 바와 같이 렌즈 요소 L_i의 직경이다. 통상적으로, 축 대칭 렌즈 요소의 경우, H_Li = max{CA(S_{2i -1}), CA(S_2i)} + 기계 부분 크기이다. 기계 부분 및 그 특성은 아래에 규정된다(도 11e, 도 11f 및 도 17a 내지 도 17d). H_Li에 대한 기계 부분 크기 기여도는 통상적으로 200㎛-1000㎛이다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 높이 H는 렌즈 배럴에 대해 규정된다. 렌즈 모듈의 광축에 수직인 임의의 축 A에 있어서, 직경 D_A는 렌즈 모듈의 축 A를 따라 측정된 최대 거리로서 규정된다. H는 모든 가능한 축 A에 대한 모든 D_As의 최소값으로서 규정된다. 도 6의 예에서, H는 렌즈 모듈의 광축(103)에 수직이고 광학 경로(105)에 평행한 축을 따라 측정되는 배럴의 최대 높이에 대응한다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 높이 H_C는 렌즈 배럴의 캐비티에 대해 규정된다. H_C는 렌즈 모듈의 광축에 수직인 축을 따라 측정되는 캐비티 배럴의 높이에 대응한다(도 7의 예에서, H_C는 광축(103)에 수직인 광학 경로(105)를 따라 측정됨). 일부 예들에서, 캐비티 배럴이 축-대칭인 경우, H_C는 캐비티 배럴의 내부 직경이다.

본 발명의 일부 예들에 따르면, 물체 측에 가장 가까운 렌즈 요소(L₁)는 다른 렌즈 요소들 각각의 높이보다 큰 높이를 갖는다. 비제한적인 예가 도 6에 나타나 있으며, 여기서 H_L1 는 H_L2, H_L3 및 H_L4보다 크다.

본 발명의 일부 예들에 따르면, 물체 측에 가장 가까운 렌즈 요소(L₁) 및 이미지 센서에 가장 가까운 렌즈 요소(L_N)는 실질적으로 동일한 높이를 가지며, 이것은 다른 렌즈 요소들 각각의 높이보다 큰 높이이다. 비제한적인 예가 도 21b에 나타나 있으며, 여기서 H_L1은 H_L5와 같고 H_L2, H_L3 및 H_L4보다 크다.

도 3a, 도 3b 및 도 4에 나타나 있는 바와 같이, 표면 S_k(1≤k≤2N)를 통과하는 각각의 광학 광선이 이러한 충돌 지점 IP 상의 표면에 부딪힌다. 광학 광선은 표면 S₁으로부터 렌즈 모듈(200)로 들어가고, 표면 S₂ 내지 S_2N을 연속적으로 통과한다. 일부 광학 광선들이 임의의 표면 S_k 상에 부딪힐 수 있지만, 이미지 센서(202)에 도달할 수는 없다/도달하지 못한다. 주어진 표면 S_k에 있어서, 이미지 센서(202) 상에 이미지를 형성할 수 있는 광학 광선들만이, 복수의 충돌 지점 IP를 형성할 수 있는 것으로 고려된다. CH(S_k)는 2개의 가장 근접 가능한 평행한 라인들 사이의 거리로서 규정되며(렌즈 요소들의 광축에 직교하는 평면 P 상에 위치한 도 4의 라인들(400 및 401) 참조(도 3a 및 도 3b의 표현에서, 평면 P는 평면 X-Y에 평행하고 광축(103)에 직교함)), 이에 따라 평면 P 상의 모든 충돌 지점 IP의 직교 투영 IP_orth는 이 2개의 평행한 라인들 사이에 위치된다. CH(S_k)는 각 표면 S_k(1 ≤ k ≤ 2N인 전방 표면 및 후방 표면)에 대해 규정될 수 있다.

CH(S_k)의 규정은 이미지 센서 상에 이미지를 형성 "가능한" 광학 광선들을 의미하기 때문에, 현재 이미지화된 물체에 따라 달라지지 않는다. 따라서, 현재 이미지화된 물체가 광을 생성하지 않는 검은색 배경에 위치해 있을 경우에도, 이 규정은, 이미지를 형성하기 위해 이미지 센서에 도달 "가능한" 임의의 광학 광선들(예를 들어, 검은색 배경과는 반대로 광을 방출하는 배경에 의해 방출되는 광학 광선들)을 지칭하는 것이므로 이 검은색 배경을 지칭하지 않는다.

예를 들어, 도 3a는 광축(103)에 직교하는 평면 P 상의 2개의 충돌 지점 IP₁ 및 IP₂의 직교 투영들 IP_orth,1, IP_orth,2을 도시한 것이다. 예를 들어, 도 3a의 표현에서는, 표면 S_k가 볼록하다.

도 3b는 평면 P 상의 2개의 충돌 지점 IP₃ 및 IP₄의 직교 투영들 IP_orth,3, IP_orth,4을 도시한 것이다. 예를 들어, 도 3b의 표현에서는, 표면 S_k가 오목하다.

도 4에서, 평면 P 상의 표면 S_k의 모든 충돌 지점 IP의 직교 투영 IP_orth는 평행한 라인들(400 및 401) 사이에 위치되어 있다. 따라서 CH(S_k)는 라인들(400 및 401) 사이의 거리이다.

도 5를 참조하도록 한다. 본 발명에 따르면, 클리어 애퍼처 CA(S_k)는 각각의 주어진 표면 S_k(1≤k≤2N)에 대해 원의 직경으로서 정의되며, 여기서 원은 광축(103)에 직교하는 평면 P 상에 위치되며 평면 P 상의 모든 충돌 지점들의 모든 직교 투영들 IP_orth를 둘러싸는 가능한 한 가장 작은 원이다. CH(S_k)에 대해 전술한 바와 같이, CA(S_k)의 규정은 또한 현재 이미지화된 물체에 의존하지 않음에 유의한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 평면 P 상의 모든 충돌 지점 IP를 둘러싸는 직교 투영 IP_orth는 원(500)이다. 이 원(500)의 직경이 CA(S_k)를 규정한다.

상세한 광학 데이터 및 표면 데이터가, 도 2a 내지 도 2b의 렌즈 요소들의 예에 대한 표 1 내지 표 2, 도 6 내지 도 9의 렌즈 요소들의 예에 대한 표 3 및 표 4, 도 20의 렌즈 요소들의 예에 대한 표 5 및 표 6, 그리고 도 21a 및 도 21b의 렌즈 요소들의 예에 대한 표 7 및 표 8에 주어져 있다(아래 참조). 이 예들에 제공되는 값들은 단지 예시적인 것이며 다른 예들에 따라 다른 값들이 사용될 수도 있다.

아래 표들에서, 곡률 반경("R"), 렌즈 요소 두께("두께") 및 클리어 애퍼처("CA")는 밀리미터 단위로 표현된다.

표 1, 3 및 5 및 7의 라인 "0"은 물체와 관련된 파라미터들을 나타내며(도면에는 보이지 않음); 이 물체는 본 시스템에서 1km 떨어진 곳에 배치되어 있으며, 무한 거리에 있는 것으로 간주된다.

표 1 내지 표 4의 라인 "1" 내지 "8"은 표면 S₁ 내지 S₈와 관련된 파라미터들을 각각 나타낸다. 표 5 내지 표 8의 라인 "1" 내지 "10"은 표면 S₁ 내지 S₁₀과 관련된 파라미터들을 각각 나타낸다.

표 1 및 표 3의 라인 "9", "10" 및 "11"과 표 5 및 표 7의 라인 "11", "12" 및 "13"은 광학 요소(205)의 표면들(205a, 205b) 및 이미지 센서(202)의 표면(202a)과 관련된 파라미터들을 각각 나타낸다.

표 1 및 표 3의 라인 "i"(표 1 및 표 3에서는 i가 1 내지 10이고, 표 5에서는 i가 1 내지 12임)에서, 두께는 표면 S_i와 표면 S_{i +1} 사이의 거리에 대응하며, 이것은 (Z 축과 일치하는) 광축(103)을 따라 측정된다.

표 1 및 표 3의 라인 "11"(표 5 및 7의 라인 "13")에서, 두께는 그것이 마지막 표면(202a)에 대응하기 때문에 0이 된다.

"BK7", "K26R", "EP6000"및 "H-ZK3"은 당업자에게 공지되어 있으며 예로서 언급되는 통상적인 재료이다.

"BK7"은 다음과 같은 대략적인 파라미터들에 의해 특징 지어진다:

- 1.5168의 굴절률, 및

- 64.16733의 아베수(Abbe number).

"K26R"은 Zeon Corporation에서 제조한 재료이며, 다음과 같은 대략적인 파라미터들에 의해 특징 지어진다:

- 1.534809의 굴절률, 및

- 55.663857의 아베수.

"EP6000"은 Mitsubishi에서 제조한 재료이며, 다음과 같은 대략적인 파라미터들에 의해 특징 지어진다:

- 1.6397의 굴절률, 및

- 23.5288의 아베수.

"H-ZK3"은 다음과 같은 대략적인 파라미터들에 의해 특징 지어지는 유리 타입이다:

- 1.5891의 굴절률, 및

- 61.25의 아베수.

표 7에는 굴절률을 "Nd", 아베수를 "Vd"로 한 경우의 각 표면 재료의 특성들이 주어져 있다.

각 표면 S_k(k는 1 내지 2N)의 표면 프로파일의 방정식은 다음과 같이 표현된다:

여기서 "z"는 광축(103)(Z 축과 일치하며, z = 0은 표면 S_k의 프로파일과 Z 축의 교차점에 해당함)을 따라 측정된 표면 S_k의 프로파일 위치이고, "r"은 (광축(103)에 수직인 축을 따라 측정된) 광축(103)으로부터의 거리이고, "K"는 비구면 계수이고, c는 1/R이고(R은 곡률 반경), A_n(n은 1 내지 7)은 각 표면 S_k에 대해 표 2 및 표 4에 주어진 계수이다. r의 최대값 "max r"은 D/2이다.

도 2a 및 도 2b의 예에서, 다음과 같은 광학 특성들이 달성된다:

- TTL = 13.6 mm.

- BFL = 4.93 mm.

- EFL(effective focal length) = 13.8 mm.

- CA(S₁) = CH(S₁) = 5 mm.

- CA(S₂) = CH(S₂) = 4.4 mm.

- 3 내지 8의 k에 대하여, CA(S_k)≤3.8 mm, CH(S_k)≤CA(S_k).

- f/# = 2.76

- L₁의 초점 길이: f₁ = 5.57mm, f₁/EFL = 0.4

- 센서 대각선(SD) 5.86mm, 마지막 표면 클리어 애퍼처 CA(S_2N) = 3.8mm, CA(S_2N)/SDL = 0.65.

도 6의 예에서, 다음과 같은 광학 특성들이 달성된다:

- TTL = 11.1 mm,

- BFL = 4.3 mm,

- EFL(effective focal length) = 11.2 mm,

- CA(S₁) = CH(S₁) =4.32 mm,

- CA(S₂) = CH(S₂) = 3.52 mm, 및

- 3 내지 8의 k에 대하여, CA(S_k)≤3.2 mm, CH(S_k)≤CA(S_k)).

- f/# = 2.5

- L₁의 초점 길이: f₁ = 4.54mm, f₁/EFL = 0.4

- 센서 대각선(SD) 5.24mm, 마지막 표면 클리어 애퍼처 CA(S_2N) = 3.2mm, CA(S_2N)/SDL = 0.61.

도 20의 예에서, 다음과 같은 광학 특성들이 달성된다:

- TTL = 15 mm.

- BFL = 6.9 mm.

- EFL = 16 mm.

- CA(S₁) = CH(S₁) = 5.92 mm.

- CA(S₂) = CH(S₂) = 5.1 mm.

- 3 내지 10의 k에 대하여, CA(S_k)≤4.0 mm, CH(S_k)≤CA(S_k).

- f/# = 2.7

- L₁의 초점 길이: f₁ = 8.1 mm, f₁/EFL = 0.506

- 센서 대각선(SD) mm, 마지막 표면 클리어 애퍼처 CA(S_2N) = 3.52mm,

CA(S_2N)/SDL = 0.6

도 21a 및 도 21b의 예에서, 다음과 같은 광학 특성들이 달성된다:

- TTL = 7.78mm.

- BFL = 3.23mm.

- EFL(effective focal length) = 7.97mm.

- CA(S₁) = CH(S₁) = 3.6 mm.

- CA(S₂) = CH(S₂) = 3.45 mm.

- 3 내지 8의 k에 대하여, CA(S_k)≤3.4 mm, CH(S_k)≤CA(S_k).

- CA(S_2N-1) = 3.36mm, CH(S_2N-1) = 2.842mm

- CA(S_2N) = 3.6mm, CH(S_{2N -1}) = 3.064mm

- f/# = 2.2

- L₁의 초점 길이: f₁ = 3.972mm, f₁/EFL = 0.498

- 센서 대각선(SD) 5.86mm, CA(S_2N)/SD = 0.615.

본원에 있어서 상기 특성들의 경우, 이하의 기호 및 약어가 사용되며, 이들 모두는 당업계에 공지된 용어들이다:

- TTL: "총 트랙 길이(total track lengt)"는 시스템이 무한대 물체 거리에 초점이 맞춰질 경우, 제 1 렌즈 요소 L₁의 전방 표면 S₁의 일 지점과 이미지 센서 사이에서, 광축에 평행한 축을 따라 측정된 최대 거리로서 정의된다.

- BFL: "후초점 거리(focal back length)"는 시스템이 무한대 물체 거리에 초점이 맞춰질 경우, 마지막 렌즈 요소 L_N의 후방 표면 S_2N의 일 지점과 이미지 센서 사이에서, 제 1 광축에 평행한 축을 따라 측정된 최소 거리로서 정의된다.

- EFL: 렌즈 모듈(렌즈 요소들 L₁ 내지 L_N의 조립체)의 유효 초점 길이(Effective focal length)

- f/#: f-number, EFL과 애퍼처 스탑(aperture stop) 직경의 비율.

- 애퍼처 스탑: 광학 시스템을 통과하는 광의 양을 제한하는 개구.

#	R	두께	재료	CA/2	비구면 계수 K
0	무한대	1.00E+06
1	4.018	3.122	K26R	2.50	-0.918
2	-8.544	0.427		2.20	-13.319
3	-11.602	0.383	EP6000	1.90	-68.256
4	4.252	0.668		1.90	0.035
5	12.410	3.072	EP6000	1.90	9.316
6	-9.884	0.565		1.90	-50.842
7	-5.080	0.434	K26R	1.90	-30.682
8	-57.279	4.429		1.90	-207.271
9	무한대	0.210	BK7
10	무한대	0.289
11	무한대	0.000

#	A1	A2	A3	A4	A5	A6	A7
1	1.0982E-03	-5.6900E-05	3.0019E-06	-3.0442E-07	-2.0532E-07	2.1748E-08	-2.5134E-09
2	1.4662E-03	-6.8269E-04	3.6775E-05	1.2874E-07	-1.5311E-06	1.6528E-07	0.0000E+00
3	-4.4641E-03	2.3303E-03	-6.0231E-04	5.0714E-05	2.4477E-06	-3.4785E-07	-1.2814E-08
4	-4.6819E-03	2.7039E-03	-4.9103E-04	-6.1960E-05	4.4187E-05	-5.1739E-06	0.0000E+00
5	-8.9765E-04	2.5621E-04	-1.2915E-04	-5.1021E-06	9.6811E-06	-1.2420E-06	0.0000E+00
6	-2.6288E-03	8.0824E-04	-4.4175E-05	-1.8619E-05	-1.2620E-05	4.5041E-06	0.0000E+00
7	-4.3474E-02	8.7969E-03	-7.7260E-04	-2.7259E-04	1.8367E-05	9.9215E-06	0.0000E+00
8	-1.9365E-02	1.5956E-03	3.4614E-04	-1.1796E-04	-1.3790E-05	5.9480E-06	-2.5281E-07

#	R	두께	재료	CA/2	비구면 계수 K
0	무한대	1.00E+06
1	3.252	2.571	K26R	2.16	-0.763
2	-7.055	0.253		1.76	-17.097
3	-10.672	0.444	EP6000	1.60	-75.529
4	3.302	0.309		1.45	-0.248
5	10.322	2.569	EP6000	1.47	15.386
6	-7.343	0.403		1.46	-43.555
7	-4.066	0.282	K26R	1.45	-22.400
8	-39.758	3.804		1.60	-20.554
9	무한대	0.210	BK7
10	무한대	0.290
11	무한대	0.000

#	A1	A2	A3	A4	A5	A6	A7
1	1.6499E-03	-1.0742E-04	5.7901E-06	-8.6098E-08	-1.7012E-06	1.8672E-07	-2.7417E-08
2	3.0173E-03	-1.4633E-03	7.0329E-05	-1.5844E-05	-3.5031E-06	8.0518E-07	0.0000E+00
3	-6.8586E-03	5.5011E-03	-1.6856E-03	2.1537E-04	1.2470E-05	-1.0238E-05	9.8851E-07
4	-8.1487E-03	5.6510E-03	-7.1159E-04	1.4107E-05	3.5178E-04	1.6510E-05	0.0000E+00
5	-4.9793E-04	-4.5018E-04	-2.6820E-04	3.0430E-04	2.0799E-04	1.9782E-05	0.0000E+00
6	-2.4020E-03	1.2967E-03	-2.1528E-04	-1.8139E-04	-2.3192E-05	6.9007E-05	0.0000E+00
7	-6.5893E-02	1.4911E-02	-4.1874E-03	8.7863E-05	3.9488E-05	7.0827E-05	0.0000E+00
8	-3.4127E-02	2.0251E-03	1.8783E-03	-1.2365E-03	2.2451E-04	3.2977E-05	-1.1683E-05

#	R	두께	재료	CA/2	비구면 계수 K
0	무한대	1.00E+06
1	4.009	2.271	H-ZK3	2.96	0
2	18.115	1.547		2.55	0
3	-5.167	0.562	EP6000L	2.00	-2.296
4	6.968	0.162		2.00	9.483
5	4.666	1.082	K26R	1.90	-2.619
6	52.645	0.121		1.90	10.398
7	28.168	1.851	EP6000L	1.83	-367.355
8	-5.062	0.101		1.83	-10.130
9	-5.098	0.291	K26R	1.76	-10.587
10	15.000	4.115		1.76	-9.745
11	무한대	0.210	BK7	2.44
12	무한대	2.673		2.47
13	무한대			2.94

#	A1	A2	A3	A4	A5	A6	A7
1	0	0	0	0	0	0	0
2	0	0	0	0	0	0	0
3	7.1296E-03	-1.3791E-04	-2.8926E-05	3.7349E-06	0	0	0
4	-2.8741E-03	8.8769E-04	-1.2786E-04	2.0275E-05	0	0	0
5	-2.1504E-03	-3.1621E-04	-3.2758E-06	-2.2831E-07	0	0	0
6	4.1139E-03	-1.9087E-03	1.9639E-04	-3.2249E-05	0	0	0
7	-4.3880E-03	-7.7699E-04	1.8992E-04	-6.8854E-06	0	0	0
8	-6.5726E-03	-5.8651E-04	1.3315E-04	-2.0025E-05	0	0	0
9	-7.8205E-03	-1.1425E-03	2.7014E-04	-4.0371E-05	0	0	0
10	-5.0642E-03	3.6557E-04	-9.7321E-05	1.7319E-05	0	0	0

#	R	두께	재료 굴절률	재료 아베수	CA/2	비구면 계수 K
1	2.271	1.127	1.67	54.96	1.8	7.979E-07
2	11.822	0.06			1.725	2.410
3	14.756	0.27	1.64	23.52	1.7	13.805
4	2.728	0.974			1.45	2.902E-03
5	3.713	0.416	1.64	23.52	1.55	-2.868
6	3.524	0.764			1.5	-8.486
7	-5.301	0.338	1.64	23.52	1.48	2.743
8	-4.321	0.212			1.6	2.578
9	4.327	0.352	1.53	55.66	1.68	-9.755
10	3.771	2.656			1.8	-6.534
11	무한대	0.210	1.52	64.16	2.894
12	무한대	0.401			2.938
13	무한대	-			3.028

#	A1	A2	A3	A4	A5	A6	A7
1	4.421E-05	-2.009E-04	-1.152E-04	-6.051E-10
2	6.027E-03	-1.244E-03	-5.380E-08
3	0.020	7.012E-04	-1.081E-03	-6.297E-08
4	0.024	0.011	4.241E-04	-9.114E-08
5	-0.022	8.939E-03	2.200E-03	-1.002E-06
6	-0.012	6.756E-03	-2.299E-03	1.314E-03	1.758E-04	-1.030E-05
7	-0.017	0.053	-0.044	7.968E-03	-1.599E-03	6.117E-04	7.436E-09
8	-0.086	0.159	-0.117	0.041	-9.090E-03	1.280E-03	2.793E-07
9	-0.252	0.182	-0.084	0.016	-6.759E-04	-1.940E-06
10	-0.175	0.095	-0.040	8.597E-03	-7.751E-04	-8.160E-07

도 2a 및 도 2b를 참조하여 제공된 예들은 CA(S₁) = CH(S₁)인 경우를 도시한 것이다. 유사한 경우들에 있어서, CA(S₁)는 CH(S₁)와 실질적으로 같을 수 있으며, 예를 들어 최대 5% 차이가 있을 수 있다.

또한, (렌즈 애퍼처를 규정하는) "애퍼처 스탑(aperture stop)"(206)은 제 1 표면 S₁ 앞에 위치된다. 애퍼처 스탑은, 예를 들어 기계 부분일 수 있다. 제 1 표면 S₁에 또는 그 앞에 위치된 애퍼처 스탑를 갖는 렌즈 모듈은 당업계에서 "전방 애퍼처 렌즈(front aperture lens)"로 알려져있다. 렌즈 모듈(200)은 전방 애퍼처 렌즈이다.

다른 예들에서, 애퍼처 스탑은 상이한 위치 또는 표면에 위치될 수 있음에 유의해야 한다. 이 경우, 이 조건은 제 1 표면 S₁에 맞지 않을 수도 있다. 예를 들어(이 예로 제한되지 않음), 애퍼처 스탑은 제 2 표면 S₂에 위치될 수 있다. 이 경우, CA(S₂) = CH(S₂)이다. 유사한 경우들에 있어서, CA(S₂)는 CH(S₂)와 실질적으로 같을 수 있으며, 예를 들어 최대 5% 차이가 있을 수 있다.

본 발명의 일부 예들에 따르면, 복수의 렌즈 요소들을 포함하는 광학 렌즈 모듈이 제공되며, 여기서 (물체 측에 가장 가까운) 렌즈 요소 L₁의 표면 S₁의 CH(S₁)는 복수의 렌즈 요소들의 모든 다른 표면들 S_k 각각의 CH(S_k)보다 크다(2 ≤ k ≤ 2N).

예를 들어, N = 4인 경우(도 2a, 도 2b 및 도 6에서와 같이), CH(S₁)는 CH(S₂), CH(S₃), CH(S₄), CH(S₅), CH(S₆), CH(S₇) 및 CH(S₈)보다 크다. 이것은 상이한 N 값들에 적용된다.

예를 들어, N = 4인 경우(도 2a, 도 2b 및 도 6에서와 같이), CH(S₂)는 CH(S₃), CH(S₄), CH(S₅), CH(S₆), CH(S₇) 및 CH(S₈)보다 크다. 이것은 상이한 N 값들에 적용된다.

예를 들어, N = 5인 경우(도 20에서와 같이), CH(S₁)는 CH(S₂), CH(S₃), CH(S₄), CH(S₅), CH(S₆), CH(S₇), CH(S₈), CH(S₉) 및 CH(S₁₀)보다 크다. 이것은 상이한 N 값들에 적용된다.

예를 들어, N = 5인 경우(도 20에서와 같이), CH(S₂)는 CH(S₃), CH(S₄), CH(S₅), CH(S₆), CH(S₇), CH(S₈), CH(S₉) 및 CH(S₁₀)보다 크다. 이것은 상이한 N 값들에 적용된다.

일부 예들에 따르면, CH(S₁) ≥ X x CH(S₂)이며, 여기서 X는 범위 [1.01; 2]의 임의의 값(예를 들어 X = 1.1 또는 이 범위의 임의의 다른 값)이다 .

일부 예들에 따르면, 다음 조건들이 충족된다:

- CH(S₁) ≥ 1.1 x CH(S₂), 및

- CH(S₁) ≥ 1.2 x CH(S_k), 각각의 모든 다른 표면들 S_k에 대해 적용됨(3 ≤ k ≤ 2N).

일부 예들에 따르면, 다음 조건들이 충족된다:

- CH(S₁) ≥ 1.45 x CH(S_k), 각각의 모든 다른 표면들 S_k에 대해 적용됨(3 ≤ k ≤ 2N).

일부 예들에 따르면, 다음 조건이 충족된다:

- CH(S₂) ≥ 1.1 x CH(S_k), 각각의 표면들 S_k에 대해 적용됨(3 ≤ k ≤ 2N)

일부 예들에 따르면, 다음 조건들이 충족된다:

- CH(S₁) ≥ X x CH(S₂), 및

- CH(S₁) ≥ Y x CH(S_k), 각각의 모든 다른 표면들 S_k에 대해 적용됨(3 ≤ k ≤ 2N, Y>X). 일부 예들에서, X는 [1.01;2] 범위의 임의의 값일 수 있으며, Y는 [1.01;2] 범위의 임의의 값일 수 있다.

일부 예들에 따르면, 다음 조건들이 충족된다:

- CH(S₁) ≥ Y x CH(S_k), 각각의 모든 다른 표면들 S_k에 대해 적용됨(3 ≤ k ≤ 2N, Y>X). 일부 예들에서, Y는 [1.01;2] 범위의 임의의 값일 수 있다.

일부 예들에 따르면, 렌즈 요소 L₁의 표면 S₁의 CA(S₁)는 복수의 렌즈 요소들의 각각의 모든 다른 표면들 S_k의 CA(S_k)보다 크다(2 ≤ k ≤ 2N). 일부 예들에 따르면, 렌즈 요소 L₁의 표면 S₂의 CA(S₂)는 CA(S_k)보다 크다(3 ≤ k ≤ 2N).

예를 들어, (도 2a 및 도 2b에서와 같이) N = 4인 경우, CA(S₁)는 CA(S₂), CA(S₃), CA(S₄), CA(S₅), CA(S₆), CA(S₇) 및 CA(S₈)보다 크다. 이것은 상이한 N 값들에 적용된다.

일부 예들에 따르면, CA(S₁) = X x CA(S₂)이며, 여기서 X는 [1.01; 2] 범위의 임의의 값(예를 들어 X = 1.1 또는 이 범위의 임의의 다른 값)이다.

일부 예들에 따르면, 다음 조건들이 충족된다:

- CA(S₁) ≥ 1.1 x CA(S₂), 및

- CA(S₁) ≥ 1.2 x CA(S_k), 각각의 모든 다른 표면들 S_k에 대해 적용됨(3≤k ≤2N).

일부 예들에 따르면, 다음 조건들이 충족된다:

- CA(S₁) ≥ 1.45 x CA(S_k), 각각의 모든 다른 표면들 S_k에 대해 적용됨(3 ≤ k ≤ 2N).

일부 예들에 따르면, 다음 조건이 충족된다:

- CA(S₂) ≥ 1.1 x CA(S_k), 각각의 표면들 S_k에 대해 적용됨(3 ≤ k ≤ 2N).

일부 예들에 따르면, 다음 조건이 충족된다:

- Y x CA(S₁) ≥ X x CA(S₂), 및

- CA(S₁) ≥ Y x CA(S_k), 각각의 모든 다른 표면들 S_k에 대해 적용됨(3 ≤ k ≤ 2N, Y>X). 일부 예들에서, X는 [1.01;2] 범위의 임의의 값일 수 있으며, Y는 [1.01;2] 범위의 임의의 값일 수 있다.

일부 예들에 따르면, CA(S₁)는 CA(S_2N)와 실질적으로 같으며 복수의 렌즈 요소들의 각각의 모든 다른 표면들 S_k의 CA(S_k)보다 크다(2≤k≤2N-1). 예를 들어, (도 21a 및 도 21b에서와 같이) N = 5인 경우, CA(S₁) = CA(S₁₀)는 CA(S₂), CA(S₃), CA(S₄), CA(S₅), CA(S₆), CA(S₇), CA(S₈) 및 CA(S₉)보다 크다. 이것은 상이한 N 값들에 적용된다. 유사한 경우들에 있어서, CA(S₁)는 CA(S₁₀)와 실질적으로 같을 수 있으며, 예를 들어 최대 5 %의 차이가 있을 수 있다.

일부 예들에 따르면, 다음 조건들이 충족된다:

- CA(S₁) ≥ 1.05 x CA(S₂), 및

- CA(S1) ≥ 1.1 x CA(S_k), 각각의 모든 다른 표면들 S_k에 대해 적용됨(3 ≤ k ≤ 2N-1).

일부 예들에 따르면, 다음 조건이 충족된다:

BFL ≥ X x TTL,

이 방정식에서 X는 [0.2;0.5] 범위의 임의의 값이다. 일부 예들에 따르면, X = 0.3 또는 X = 0.4이며, 여기서 TTL 및 BFL은 위에서 규정되었다.

도 2a 및 도 2b에서, BFL은 표면 S₈의 중심과 이미지 센서(202) 사이에서 측정된다.

도 2a 및 도 2b에서, TTL은 표면 S_k의 중심과 이미지 센서(202) 사이에서 측정된다.

전술한 BFL 및 TTL의 이러한 상대 값들의 구성은 이미지 센서 상에 형성되는 이미지의 품질을 향상시킬 수 있다.

다른 표면들에 비하여 더 큰 CH 값 또는 CA 값을 갖는 전방 표면이 있는 렌즈 요소 L₁을 사용하는 경우, 카메라 또는 텔레 서브-카메라의 이미지 센서에 의해 감지될 수 있는 입사광의 양을 증가시키는 것을 도울 수 있다.

바람직하게는, f/#(f-number)는 3보다 작을 수 있다.

바람직하게는, S₁ 및/또는 S₂는 구형일 수 있다.

바람직하게는, 마지막 렌즈 요소 클리어 애퍼처 CA(S_2N)와 센서 대각선(SD) 사이의 비율은 0.8 또는 0.7 또는 0.65보다 작을 수 있다.

바람직하게는, TTL은 EFL보다 작을 수 있다.

본 발명의 일부 예들(표 1 내지 표 4)에 따르면, 모든 렌즈 요소들 L₁ 내지 L_N은 플라스틱 재료로 제조될 수 있다. 본 발명의 일부 예들(표 5 내지 표 6)에 따르면, 렌즈 요소 L₁은 유리 재료로 제조될 수 있고 모든 렌즈 요소 L₂ 내지 L_N는 플라스틱 재료로 제조될 수 있다. 그러나 이것은 한정적인 것이 아니며 렌즈 요소들 L₁ 내지 L_N은 모두 플라스틱 또는 유리 재료로 제조될 수 있다. 렌즈 요소 재료(플라스틱 또는 유리)의 선택은 다양한 광학적 및 기계적 요구의 영향을 받는다. 예를 들어, 당업계에 공지된 바와 같이, 상이한 재료들(유리 및/또는 플라스틱)은 상이한 굴절률을 가지며, 유리는 통상적으로 플라스틱보다 높은 굴절률 선택 범위를 갖는다. 예를 들어, 상이한 재료는 상이한 아베수(Abbe numbers)를 가지며, 유리는 통상적으로 플라스틱보다 더 높은 아베수 선택 범위를 갖는다. 3가지 재료, 굴절률 및 아베수에 대한 예는 이용 가능한 해당 아베수 및 굴절률을 갖는 수백 가지의 재료 중에서 상기 주어진 것이다. 예를 들어, 플라스틱 렌즈 요소들의 표면 프로파일은 다수의 계수(표 1 내지 표 6의 예에서는 4-7)를 갖는 다항식으로 근사될 수 있는 반면, 유리 렌즈 요소들의 표면 프로파일들은 성형될 시에 유사한 방식으로 근사될 수 있거나 연마될 시에 구형 형상으로 제한될 수 있다(표 5 내지 표 6의 예에서 0 계수). 이러한 제한은 당업계에 알려진 제조 제한사항들로부터 발생된다. 예를 들어, 유리 렌즈 요소의 최소 두께는 당업계에 공지된 바와 같이 플라스틱 요소의 두께보다 작을 수 있다. 예를 들어, 유리 렌즈 요소들은 도 13a 내지 도 13c에 도시된 바와 같이 비-원형 형상으로 절단(또는 다이싱 또는 슬라이스)될 수 있다.

일부 실시예들에 따르면, 적어도 제 1 렌즈 요소가 센서에 부딪히는 광을 증가시키기 위해 증가된 치수를 가질 수 있다는 사실에 추가하여, 렌즈 요소들을 보유하는 배럴이 외부 응력에 대해 기계적으로 복원되어야 하며 가능한 한 낮게 모듈 높이(배럴의 광축에 수직인 축을 따라, 도면들에서 Y축에 대응함)를 유지하는 것을 추구한다. 이것은 예를 들어 스마트폰과 같은 컴퓨터화된 디바이스의 제한된 가용 공간(예를 들어, 두께) 내에 카메라를 설치하고자 할 때 유리하다.

이러한 서로 부합하지 않는 요구 사항들을 처리하도록 설계된 광학 렌즈 모듈의 예들에 대하여 도 6 내지 도 11, 도 13, 도 17 내지 도 19 및 도 22 내지 도 25를 참조하여 설명된다. 광학 렌즈 모듈은 도 6 내지 도 11, 도 13, 도 17 내지 도 19 및 도 22 내지 도 25를 참조하여 설명한 예들로 제한되지 않는다.

도 6에 도시된 예에서, 광학 렌즈 모듈(60)의 배럴(64)은 벽들(62)에 의해 둘러싸인 캐비티(61)를 포함한다. 이 예에서, 렌즈 요소의 제 1 서브세트는 캐비티(61)에 유지되며, 렌즈 요소의 제 2 서브세트는 배럴의 외부에 위치된다.

특히, 도 6에 도시된 예에 따르면, 렌즈 요소들 L₂ 내지 L_N은 캐비티(61) 내에 유지되고 렌즈 요소 L₁은 배럴(64)의 외부에 위치된다(즉 렌즈 요소 L₁은 캐비티(61) 내에 있지 않음). 렌즈 요소 L₁은 접착 재료와 같은 임의의 적절한 기계적 링크에 의해 배럴(64)에 부착될 수 있다.

다른 예들에서, 렌즈 요소들 L₁ 내지 L_i(1 <i <N)은 배럴(64)의 외부(캐비티(61) 밖에)에 위치되고 렌즈 요소들 L_i 내지 L_N은 캐비티(61) 내부에 유지된다.

도 6의 예에서, 렌즈 요소 L₁이 캐비티(61) 외부에 위치하므로 렌즈 요소 L₁의 높이 H_L1는 실질적으로 같거나 (배럴(64)의 대향 벽들의 외부 표면들 사이에서 Y 축을 따라 측정된) 배럴(64)의 높이 H보다 클 수 있다. 렌즈 요소 L₂ 내지 L_N의 높이 H_L2 내지 H_LN는 배럴(64)의 높이 H보다 작을 수 있다. 렌즈(60)에 대한 수치(비-제한) 예는 다음과 같은 값들을 가질 수 있다: H_L1 = 4.82mm, H_L2 = H_L3 = H_L4 = 3.7mm.

이제 도 7을 참조하면, 본 도면은 광학 렌즈 모듈(70)의 다른 예를 도시한다.

이 예에서, 광학 렌즈 모듈(70)은 배럴(74)을 포함한다. 배럴(74)은 벽(72)에 의해 둘러싸인 캐비티(71)를 포함한다. 도 7에 도시된 예에 따르면, 렌즈 요소 L₁ 내지 L_N은 모두 캐비티(71) 내에 위치될 수 있다.

일부 예들에 따르면, (내부 부분들(73) 사이에서) 광축(103)에 직교하는 축을 따라 측정된 캐비티(71)의 높이 H_C는 광축(103)을 따라 가변적이다.

도 7의 표현에서, 캐비티(71)의 높이 H_C는 Y 축을 따라 측정된다. Z 축을 따른 각 위치에 대하여, 높이 H_C는 이 예에서 Y 축을 따른 벽들(72)의 내부 부분들(73) 사이의 거리에 대응한다. 캐비티 배럴이 축 대칭인 경우들에 있어서, H_C는 캐비티 배럴의 내부 직경이다. 도 7의 예에서, 캐비티 높이 H_C는 축 Z를 따라 가변적이다. 즉, H_C(Z)는 상수 함수가 아니다.

일부 예들에 따르면, 캐비티(71)는 제 1 렌즈 요소 L₁가 위치되는 제 1 부분(76) 및 다른 렌즈 요소들(L₂ 내지 L_N) 중 적어도 일부가 위치되는 제 2 부분(77)을 포함한다.

이 예에 따르면, 캐비티(71)의 제 1 부분(76)의 높이 H_C(Z₁)는 캐비티(71)의 제 2 부분(77)의 높이 H_C(Z₂)보다 크다. 결과적으로, 제 1 렌즈 요소 L₁(전술한 바와 같이, 일반적으로 더 큰 치수임)은 캐비티(71)의 제 1 부분(76) 내에 위치되고, 다른 렌즈 요소들 중 적어도 일부는 캐비티(71)의 제 2 부분(77) 내에 위치된다.

이 예에 따르면, 캐비티(77)의 제 1 부분(76)의 높이 H_C(Z₁)는 제 1 렌즈 요소L₁의 높이 H_L1와 맞도도록 설계되고, 캐비티(71)의 제 2 부분(77)의 높이 H_C(Z₂)는 다른 렌즈 요소 L₂ 내지 L₄의 높이 H_L2, H_L3 및 H_L4와 맞도록 설계된다(이 예에서, H_L2 = H_L3 = H_L4).

광축(103)을 따른 캐비티(71)의 가변 높이는 예를 들어 가변 두께를 갖는 벽들(72)을 사용함으로써 얻어질 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 벽(72)은 제 2 부분(77)보다 제 1 부분(76)에서 더 얇은 두께를 갖는다. 다른 예들에서, 벽(72)은 일정한 두께를 갖지만 계단 모양을 갖는다.

이제 복수의 렌즈 요소들 L₁ 내지 L_N를 포함하는 광학 렌즈 모듈의 다양한 예들(도 8 내지 도 13 및 도 17 내지 도 19 참조)에 대하여 설명하도록 한다. 이들 광학 렌즈 모듈들은 전술한 카메라들 또는 광학 설계들의 예들 중의 임의의 예에서 사용될 수 있다. 이들 예들(도 8 내지 도 13 및 도 17 내지 도 19 참조)에서, 렌즈 요소들의 치수들 사이의 관계는 전술한 예들 중의 임의의 예에 따르며(도 2a 내지 도 5 및 표 1 내지 표 6 참조), 따라서 다시 설명하지 않는다.

일부 예들에 따르면, 렌즈 요소 L₁의 높이는 (도 8 내지 도 13 및 도 17 내지 도 19의 예에서) 렌즈 요소들 L₂ 내지 L_N 각각의 높이보다 크다. 이미 전술한 바와 같이 다른 관계들이 규정될 수도 있다(이러한 규정들은 예를 들어 렌즈 요소들의 클리어 애퍼처들 및/또는 클리어 높이들 사이의 관계에 의존할 수 있다).

이제 도 8을 참조하면, 본 도면은 복수의 렌즈 요소들 L₁ 내지 L_N을 포함하는 광학 렌즈 모듈(80)의 예를 도시한 것이다. 이 예에서는, 4개의 렌즈 요소 L₁ 내지 L₄가 도시되어 있다. 이 예에서, 광학 렌즈 모듈(80)은 배럴(84)을 포함한다. 배럴은 벽들(82)에 의해 둘러싸인 캐비티(81)를 포함한다. 렌즈 요소들 L₂ 내지 L_N 중의 적어도 일부는 캐비티(81) 내에 위치된다.

캐비티(81) 내에 있는 렌즈 요소들은 광축(103)과 실질적으로 정렬된 중심을 갖는다. 렌즈 요소의 중심은 전체 렌즈 요소의 물리적 중심으로서 규정될 수 있거나(렌즈 요소의 광학 부분 및 기계 부분을 포함함, 예를 들어, 물리적 중심이 렌즈 요소의 전체 높이 H_L의 중심에 위치될 수 있는 도 11f 참조) 또는 렌즈 요소의 광학 부분만의 중심으로서 규정될 수 있다(예를 들어, 광학 중심이 렌즈 요소의 광학 높이 H_opt의 중심에 위치될 수 있는 도 11f 참조). 일반적으로, 렌즈 요소의 물리적 중심은 렌즈 요소의 광학 부분의 중심(광학 중심)과 일치한다. 축 대칭 렌즈 요소의 경우, H_opt는 각각의 렌즈 요소의 전방 표면 및 후방 표면의 최대 클리어 애퍼처들로서 규정된다.

이 예에서, 벽들(82)의 말단(83)은 렌즈 요소 L₁의 적어도 일부에 대해 벽(82)들의 말단(83)이 스톱부(stop)로서 작용하도록 형성된다.

특히, 렌즈 요소 L₁은 기계적 스톱부로서 작용하는 벽들의 말단(83)에 의해 Y-Z 평면에서 이동하는 것이 방지된다. 벽들(82)의 말단(83)에 적절한 형상 및 적절한 치수를 선택하고, 마찬가지로 말단(83)의 형상에 맞도록 렌즈 요소 L₁의 일부를 형성함으로써, 렌즈 요소 L₁의 중심은 광축(103)과 실질적으로 정렬될 수 있다.

도 8의 예에서, 벽(82)의 말단(83)의 단면은 계단 형상을 갖는다.

렌즈 요소 L₁의 말단 부분(85)(이 부분은 렌즈 요소의 두께의 일부임)은 캐비티(81) 내부에 위치된다. 일부 예들에서, 말단 부분(85)은 렌즈 요소 L₁의 후방 표면에 대응한다.

렌즈 요소 L₁의 메인 부분(86)(이 부분은 렌즈 요소의 두께의 일부임)은 캐비티(81)의 외부에 위치된다. 일부 예들에서, 광축(103)을 따라 측정된 말단 부분(85)의 두께는 광축(103)을 따라 측정된 메인 부분(86)의 두께보다 작다. 렌즈 요소 L₁의 말단 부분(85)은 벽들(82) 사이에서 차단된다. 특히, 벽들(82)의 말단(83)의 계단 형상은 렌즈 요소 L₁의 말단 부분(85)의 일부(87)와 일치하거나 맞물리도록 만들어지며, 여기서 부분(87)도 또한 단면이 계단 형상이다. 도 8에서 명백한 바와 같이, 말단(83)의 계단 형상은 렌즈 요소 L₁의 부분(87)의 계단 형상과 함께 맞물린다. 따라서, 렌즈 요소 L₁은 Y-Z 평면 내에서 이동하는 것이 방지되고, 렌즈 요소 L₁의 중심은 광축(103)과 정렬되도록 유지될 수 있다.

도 9a는 광학 렌즈 모듈의 다른 예를 나타낸다. 이 예에서, 벽들(92)의 말단(93)의 단면은 경사진 형상을 갖는다. 특히 말단(93)은 모따기(chamfer)로 형성될 수 있다. 렌즈 요소 L₁의 말단 부분(95)(이 부분은 렌즈 요소의 폭으로 고려됨)은 광학 렌즈 모듈(90)의 배럴(94)의 캐비티(91) 내부에 위치된다. 일부 예들에서, 말단 부분(95)은 렌즈 요소 L₁의 후방 표면에 대응한다. 렌즈 요소 L₁의 메인 부분(96)(이 부분은 렌즈 요소의 두께의 일부임)은 캐비티(91)의 외부에 위치된다. 렌즈 요소 L₁의 말단 부분(95)은 벽들(92)의 말단(93)에 의해 Y-Z 평면에서 이동하는 것이 방지된다.

특히, 벽들(92)의 말단(93)의 경사진 형상은 렌즈 요소 L₁의 말단 부분(95)의 일부(97)와 일치하거나 또는 맞물리도록 만들어지며, 여기서 부분(97)도 또한 단면이 경사진 형상을 갖는다. 도 9a로부터 명백한 바와 같이, 말단(93)의 경사진 형상은 부분(97)의 경 사진 형상과 함께 맞물린다. 따라서, 렌즈 요소 L₁은 Y-Z 평면 내에서 이동하는 것이 방지되고, 렌즈 요소 L₁의 중심은 광축(103)과 정렬되도록 유지될 수 있다.

도 9b는 도 9a의 변형예를 도시한 것이다. 이 예에서, 렌즈 요소 L₁의 부분(98)은 캐비티 내부에 위치된다. 이 부분(98)은 렌즈 요소 L₁의 메인 부분 또는 전체 렌즈 요소 L₁에 대응할 수 있다. 벽들(92)의 말단(93)은 도 9a의 예에서와 같이 단면이 경사진 형상을 갖지만, 이 예에서는 그 경사가 렌즈 요소 L₁의 측면을 따라 더 연장된다. 부분(98)의 일부(97)는 벽들(92)의 말단(93)과 접촉하며, 또한 말단(93)의 경사 형상과 함께 맞물리게 되는, 단면이 경사진 형상을 갖는다. 따라서, 렌즈 요소 L₁의 부분(98)은 Y-Z 평면에서 이동하는 것이 방지된다.

도 10은 다른 예를 도시한 것이다. 이 예에서, 렌즈 요소 L₁의 말단 부분(1005)(이 부분은 렌즈 요소의 폭의 일부임)은 캐비티(1001) 내부에 위치되는 한편, 메인 부분(1006)(이 부분은 렌즈 요소의 폭의 일부임)의 렌즈 요소 L₁는 캐비티(1001)의 외부에 위치된다. 일부 예들에서, 말단 부분(1005)은 렌즈 요소 L₁의 후방 표면에 대응한다.

일부 예들에서, 광축(103)을 따라 측정된 말단 부분(1005)의 두께는 광축(103)을 따라 측정된 메인 부분(1006)의 두께보다 작다.

렌즈 요소 L₁의 말단 부분(1005)은 벽들(1002) 사이에서 차단된다. 특히, 벽들(1002)의 말단(1003)과 접촉하는 말단 부분(1005)의 일부(1007)는 계단 형상을 갖는다. 부분(1007)이 말단(1003)에 의해 차단되고 Y-Z 평면에서 이동하는 것이 방지되기 때문에, 벽들(1002)의 말단(1003)은 말단 부분(1005)에 대한 스톱부로서 작용한다. 따라서, 렌즈 요소 L₁은 Y-Z 평면 내에서 이동하는 것이 방지되고, 렌즈 요소 L₁의 중심은 광축(103)과 정렬되도록 유지될 수 있다.

이 예에서, 벽들(1002)의 형상은 균일할 수 있다. 특히, 벽들(1002)의 말단(1003)의 형상은 도 8, 도 9 및 도 9a에서 설명한 예들과는 달리, 벽들(1002)의 다른 부분들의 형상과 동일할 수 있으며, 렌즈 요소의 일 부분만이 말단(1003)과 맞도록 형성될 것을 필요로 한다.

도 10의 예의 일부 변형예들에 따르면, 렌즈 요소 L₁의 메인 부분(도 10에서와 같이 말단 부분뿐만 아니라)은 캐비티 내에 위치되며 벽들의 말단(도 10의 참조 번호 1009 참조)은 계단 형상을 갖는 렌즈 요소 L₁의 일부와 일치한다. 따라서, 렌즈 요소 L₁은 Y-Z 평면 내에서 이동하는 것이 방지된다.

이제 도 11a 내지 도 11e을 참조하도록 한다.

일부 예들에 따르면, 광학 렌즈 모듈(1100)은 렌즈 요소들 L₁ 내지 L_N 및 배럴(barrel)(1114)을 포함할 수 있다. 배럴(1114)은 벽들(1102)에 의해 둘러싸인 캐비티(1101)를 포함한다. N개의 렌즈 요소 L₁ 내지 L_N은 캐비티(1101) 내부에 위치된다. 이 예에서 N은 4이다. 광학 렌즈 모듈은 2개의 인접한 렌즈 요소들 각각 사이에 존재할 수 있는 스톱부들(1115)을 더 포함할 수 있다. 스톱부들(1115)은 환형 형상을 가질 수 있다. 이들 스톱부들(1115)은 렌즈 요소들을 필요한 위치에 유지하고 렌즈 요소들 사이에 필요한 거리를 유지하는데 유용하다.

예를 들어, 배럴(1114)의 대향 벽들(1104)의 외부 표면들(1103) 사이에서(예를 들어, 배럴(1114)의 대칭 축에 직교하는 Y 축을 따라) 측정될 수 있는 배럴(1114)의 높이는 H이다. 도 11a 내지 도 11e의 예들에서, 렌즈 요소 L₁의 높이 H_L1는 실질적으로 H이거나 또는 H보다 클 수 있다. 따라서, 렌즈 요소 L₁의 보호 및 기계적 지지를 제공하는 광학 렌즈 모듈 내에 위치되는 동안 렌즈 요소 L₁는 큰 높이를 가질 수 있다(따라서, 증가된 광학 수집 표면으로부터 이익을 얻음). 이러한 구성에 의해, 렌즈 요소 L₁의 중심은 광축(103)과 정렬되어 유지될 수 있다.

또한, 렌즈 요소는 일반적으로 광학 부분 및 기계 부분을 갖는다. 기계 부분은 광선을 전송하는데 사용되지 않는 렌즈 요소의 일부이다. 이것은 예를 들어 도 11a에서 볼 수 있는데, 렌즈 요소 L₂는 광학 부분(1130) 및 기계 부분(1131)을 포함한다. 이것은 또한 도 11f에도 도시되어 있다.

일부 예들에 따르면, 광학 부분의 높이(도 11f의 H_opt 참조) 및 렌즈 요소의 높이(도 11f의 H_L 참조) 사이의 비율은 각각의 렌즈 요소들 L₂ 내지 L_N에 대한 것보다 렌즈 요소 L₁에 있어서 더 크다.

도면들에 나타나 있는 바와 같이, 배럴(1114)은 배럴(1114)의 대향 벽들(1111) 중의 2개의 벽에 슬롯들(1110)을 포함할 수 있다. 이것은 렌즈 요소 L₁이 배럴과 실질적으로 동일한 높이이거나, 또는 배럴보다 큰 높이를 갖고 다른 렌즈 요소들의 높이보다 큰 높이를 갖는 것을 가능하게 한다. 특히, 렌즈 요소 L₁은 슬롯들(1110)에 접할 수 있거나, 또는 렌즈 요소 L₁의 적어도 일부가 슬롯들(1110)을 통해 돌출할 수 있다.

이제 도 12를 참조하면, 본 도면은 도 11a 내지 도 11e의 광학 렌즈 모듈들에 대한 제조 방법의 일 예를 나타내고 있다. 본 방법은 캐비티를 규정하는 벽들을 포함하는 배럴을 제공하는 단계(1200)를 포함할 수 있다. 배럴은 적어도 2개의 대향 벽들 상에 슬롯들을 이미 포함할 수 있다. 대안적으로, 본 방법은 배럴의 적어도 2개의 대향 벽들에 슬롯들을 생성하는 단계를 포함할 수도 있다.

본 방법은 배럴의 캐비티 내에 렌즈 요소들 L₁ 내지 L_N을 삽입하는 단계(1201)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 이미지 측에 가장 가까운 렌즈 요소 L_N이 삽입될 제 1 렌즈 요소이다. 렌즈 요소 L_N은 접착제와 같은 고정 재료를 사용하여 배럴에 고정될 수 있으며, 이에 따라 다른 렌즈 요소들에 대해 캐비티의 일 측에서 이 것이 스톱부로서 작용할 수 있다.

일부 예들에 따르면, 스톱부들은 도 11a에 대해 이미 논의된 바와 같이, 렌즈 요소들 사이에서, 캐비티 내에 삽입된다. 따라서, 렌즈 요소들이 캐비티 내에 적층된다. 렌즈 요소들이 그들 위치로부터 이동하는 것을 방지하기 위해, 본 방법은 렌즈 요소들 L₁ 내지 L_N을 캐비티 내에 유지하기 위해 적어도 렌즈 요소 L₁을 고정하는 단계(1202)를 포함할 수 있다. 이것은 예를 들어 배럴의 벽들에 존재하는 적응된 관통 구멍들(1120)을 통해 캐비티 내부에, 고정 재료(예를 들어, 접착제)를 주입함으로써 수행될 수 있다. 따라서 접착제는 렌즈 요소 L₁을 벽들의 내부 표면들에 고정시킨다. 이 단계들 이후에, 필요에 따라, 관통 구멍들을 막을 수 있다.

따라서, 도 11a 내지 도 11e에 도시된 렌즈 모듈의 구조는 제조 공정의 관점에서도 유리하며, 그 이유는, 렌즈 요소 L₁이 배럴의 높이를 가질 수 있고(또는 배럴의 높이보다 큰 높이를 가질 수 있음), (렌즈 요소 L₁이 배럴의 외부에 있고 배럴의 벽들의 말단에만 부착되는 도 6과 달리) 배럴의 벽들의 내부 표면들에 계속 고정될 수 있기 때문이다.

이제 도 13a를 참조하면, 본 도면은 복수의 렌즈 요소들(1381)을 포함하는 광학 렌즈 모듈(1380)의 예를 도시한 것이다. 광학 렌즈 모듈(1380)은 배럴(1314)을 포함한다. 렌즈 요소들 중의 적어도 일부는 배럴(1314) 내부에 위치될 수 있다.

일부 예들에 따르면, 렌즈 요소들의 적어도 일부는 원형이 아닌 단면(광학 렌즈 모듈과 직교하고 광축과 일반적으로 일치하는 평면 X-Y)의 형상(프로파일)을 가질 수 있다. 특히, 도 13a에 도시된 바와 같이, 렌즈 요소들 중의 적어도 일부는 그들의 높이 H_L(Y 축을 따라 측정됨)보다 큰 폭 W_L(X 축을 따라 측정됨)을 가질 수 있다. 높이 H_L는 렌즈 요소(기계 부분을 포함)의 전체 높이에 대응할 수 있다. 일부 실시예들에서, 렌즈 모듈(1380) 내의 렌즈 요소는 Y 축 및/또는 X 축을 중심으로 대칭을 가질 수 있다.

일부 예들에 따르면, W_L은 실질적으로 H_L 보다 크다(예를 들어, 적어도 10 % 이상인 백분율만큼, 이들 값들은 한정적인 것이 아님).

일부 예들에 따르면, 렌즈 요소들 중의 적어도 일부는 단면에서의 프로파일이 직선 부분들을 갖는 측면들을 포함하도록 형성된다. 이 프로파일의 다른 측면들은 예를 들어 곡선일 수 있다. 이것을 예를 들어 도 13a에서 확인할 수 있으며, 여기서 단면에서의 이들 렌즈 요소들의 프로파일의 측면들(1350)(이 예에서는 2개의 측면)은 X 축을 따라 실질적으로 직선이다. 결과적으로, 이들 렌즈 요소들의 측면들 중의 적어도 일부는 편평한 표면들(평면 X-Z)로 되어있다. 도 13a에 있어서, 단면에서 이들 렌즈 요소의 프로파일의 2개의 다른 측면들(1351)은 곡선이다.

일부 예들에 따르면, 배럴(1314)은 렌즈 요소들의 형상과 맞물리도록 형성된다. 따라서, 배럴(1314)은 단면에서 (배럴 내에 위치된) 렌즈 요소들의 프로파일과 유사한 단면 프로파일을 갖는 벽들을 가질 수 있다.

타원형 프로파일과 같은(그러나 이에 제한되지 않는) 다른 형상 및 프로파일이 렌즈 요소들(및 따라서 배럴)에 사용될 수 있음에 유의해야 한다.

도 13a 내지 도 13c를 참조하여 설명된 구성은, 특히 주어진 배럴 높이에 대해, 이미지 센서에 의해 수용되는 광의 양을 증가시키는 것을 가능하게 한다.

도 13b에 도시된 예에서, 물체 측에 가장 가까운 렌즈 요소인 렌즈 요소 L₁은 배럴(1314)의 외부에 위치된다. 렌즈 요소 L₁이 배럴 외부에 위치되는 예들은 예를 들어 도 6을 참조하여 설명되어 있으며, 렌즈 요소 L₁의 메인 부분(렌즈 요소의 두께를 따라 측정됨)이 배럴(1314)의 외부에 위치되는 예들은 위에 설명되어 있다(도 8 내지 도 11e 참조). 이 예들을 참조하여 설명된 특징들 중의 적어도 일부는 도 13b의 예에서 사용될 수 있으며 이에 대해서는 다시 설명되지 않는다.

도 13c에 도시된 예에서, 물체 측에 가장 가까운 렌즈 요소인 렌즈 요소 L₁이 또한 배럴(1314) 내에 위치된다. 렌즈 요소 L₁이 배럴 내에 위치되는 예들은 예를 들어 도 7을 참조하여 설명되어 있으며, 렌즈 요소 L₁의 메인 부분(렌즈 요소의 두께를 따라 측정됨)이 배럴 내에 위치되는 예들은 위에 설명되어 있다(예를 들어, 도 8, 도 9a 및 도 10의 설명 참조). 이 예들을 참조하여 설명된 특징들 중의 적어도 일부는 도 13a 및 도 13c의 예들에서 사용될 수 있으며 이에 대해서는 다시 설명되지 않는다.

이제 도 17a 내지 도 17d을 참조하도록 한다. 도 17a는 렌즈 모듈(1700)의 등각 투상도를 도시한 것이다. 도 17b는 렌즈 모듈(1700)의 측면도를 도시한 것이다. 도 17c는 렌즈(1700)의 분해도를 도시한 것이다. 렌즈 모듈(1700)은 렌즈(200)와 유사한 광학 설계를 가질 수 있다. 렌즈 모듈(1700)은 배럴(1720)을 포함한다. 렌즈 모듈(1700)은 렌즈 요소들 L₁ 내지 L_N을 더 포함한다. N은 일반적으로 렌즈 모듈(200)과 유사하게 3-7의 범위에 있다. 렌즈 모듈(1700)의 비제한적인 예에서, N=4이다. 렌즈 모듈(1700)은 제 1 렌즈 요소 L₁이 배럴(1720)의 외부에 부분적으로 위치되거나 배치되는 반면, 렌즈 요소들 L₂ 내지 L_N은 배럴 내부에 완전히 배치된다. L₁이 도 17a에 명확하게 보이지만, 다른 렌즈 요소들은 이 도면에서 보이지 않으며 도 17b에서 볼 수 있다. 렌즈 모듈(1700)은 모든 렌즈 요소들 L₁ 내지 L_N에 대한 대칭축의 역할을 하는 광축(103)을 갖는다. 각 렌즈 요소 L_i은 Y 축을 따라 규정된 높이 H_Li를 갖는다. 렌즈 요소 L₁ 는 "계단" 형상을 가질 수 있다. 즉, 높이 H_L1를 갖는 전방 부분 및 높이 H_L1B를 갖는 후방 부분을 가진다(H_L1 > H_L1B). 렌즈 모듈(1700)은 스페이서(spacer)들 R₁ 내지 R_{N -1}을 더 포함할 수 있다. 각각의 스페이서 R_i는 렌즈 요소들 L_i 및 L_{i +1} 사이에 위치된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 스페이서들 R₁ 내지 R_N-1이 애퍼처 스탑(들)로서 사용될 수 있다.

배럴(1720)은 예를 들어 당업계에 공지된 바와 같이 플라스틱 사출 성형을 사용하여 불투명한 플라스틱으로 제조될 수 있다. 배럴(1720)은 광축(103)을 따라 축 대칭일 수 있는 캐비티(1740)를 갖는다. 캐비티(1740)는 실시예(1700)(도 17b)에서와 같이 실린더 형상을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 캐비티(1740)는 원뿔, 일련의 실린더들 등과 같은 다른 축 대칭 형상을 가질 수도 있다(도 17d 참조). 캐비티(1740)의 축 대칭 정확도는 당업계에 공지된 바와 같이 조립 정확도에 중요하다. 일부 실시예들에서, 축 대칭 틀어짐에 대한 허용 오차는 10㎛, 5㎛ 또는 1㎛보다 작을 수 있다.

렌즈 요소들 L_i은 당업계에 공지된 바와 같이 플라스틱 사출 성형에 의해 제조될 수 있다. 렌즈 요소들 L_i은 당업계에 공지된 바와 같이 유리로 제조될 수 있다. 각 렌즈 요소 L_i은 실시예(200)에 대해 위에서 규정된 바와 같이 전방 표면(S_2i-1) 및 후방 표면(S_2i)을 갖는다. 각각의 표면 S_k(3 ≤ k ≤ 2N)은 광학적으로 활성인 부분 및 비활성 광학 부분인 기계 부분을 가질 수 있다(도 11f에서 설명됨). 기계 부분은 성형 및 조립 단계들 동안 렌즈 요소를 다루기 위해 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 기계 부분의 크기는 100㎛ 내지 500㎛ 정도일 수 있다. 예를 들어, S₁의 기계 부분에는 숫자(1751)가 표시되어 있다. 물체 측에 가장 가까운 L₁의 지점은 숫자(1752)가 표시되어 있다.

도 17d는 다음과 같은 하나의 차이점을 갖는 렌즈 모듈(1700)과 유사한 렌즈 모듈(1701)을 보여준다: 캐비티(1742)를 가진 배럴(1722)이 캐비티(1740)를 가진 배럴(1720)을 대체함. 캐비티(1742)는 각 렌즈 요소에 대해 크기가 증가하는 일련의 실린더 형태를 가지며, 도 17d에서 볼 수 있는 바와 같이, H_L1B ≤ H_L2 ≤ H_L3 ≤ H_L4<H_L1이다. 이러한 특징은 보다 용이한 배럴(1720)의 몰딩 및/또는 보다 용이한 렌즈 요소들 L₁ 내지 L₄ 및 스페이서들 R₁ 내지 R₃의 조립을 가능하게 할 수 있다. 다른 실시예에서, 렌즈 요소들의 수는 전술한 바와 같이 4와 다를 수 있다. 렌즈 모듈(1700)에 대한 수치적(비제한적) 예로는 다음 값들을 가질 수 있다: H_L1 = 4.9mm, H_L1B =3.65mm, H_L2 = 3.7mm, H_L3 = 3.8mm, H_L4 = 3.9mm.

렌즈 모듈(1700)(또는 1701)의 조립은 다음의 단계들로 수행될 수 있다:

1. 배럴(1720)의 물체 측으로부터의 렌즈 요소 L₁의 삽입. L₁은 두 요소의 축 대칭으로 인해 배럴(1720)에 정렬될 수 있다.

2. 배럴(1720)에 L₁ 접착. 접착은 배럴(1722)의 최전방 표면인 표면(1722) 상에 접착제를 사용하여 수행될 수 있다.

3. 다음 순서로 배럴의 이미지 측으로부터 다른 요소들 삽입: R₁, L₂…R_{N -1}, L_N. R₁ 내지 R_N-1은 모든 요소들의 축 대칭으로 인해 배럴(1720)에 정렬될 수 있다.

4. 비제한적인 예로서 배럴(1722)의 내부 표면인 표면(1724) 상에, 렌즈 요소 L_N을 배럴(1720)에 접착.

이제 도 18a 내지 도 18c를 참조하도록 한다. 도 18a는 추가된 커버(1830)를 갖는 것을 제외하고, 렌즈 모듈(1700)과 유사한 렌즈 모듈(1800)의 등각 투상도를 나타낸다. 다른 모든 부분들(배럴, 렌즈 요소들, 광축)은 렌즈 모듈(1700)에서와 동일하며 동일한 번호 및 명칭들을 갖는다. 도 18b는 렌즈 모듈(1800)의 측면 절개부(side cut)를 보여준다. 도 18c는 렌즈 모듈(1800)의 분해도를 보여준다. 커버(1830)는 예를 들어 플라스틱 사출 성형에 의해 불투명한 플라스틱으로 제조될 수 있다. 커버(1830)는 렌즈 요소 L₁의 상부에 위치된다. 일부 실시예들에서, 커버(1830)는 기계적 부분(1751)을 광학적으로 커버할 수 있으며, 이에 따라 커버(1830)가 OPFE로부터 도달하는 임의의 광학 광선이 기계 부분(1751)에 도달하는 것을 방지한다. 일부 실시예에서, 커버(1830)는 L₁ 상의 지점(1752)보다 물체에 더 가까운 지점(1831)을 가질 수 있다. 이 특징은 취급 및 조립 동안에 렌즈 모듈(1800)을 보호하기 위해 중요하며, 따라서 렌즈 요소 L₁이 우연히 다른 물체에 닿게 될 위험이 최소화된다.

렌즈 모듈(1800)의 조립 공정은 다음과 같은 제 5 단계의 추가로 상기 렌즈 모듈(1700)의 조립 공정과 유사할 수 있다:

5. 커버(1830)를 위치시키고 및 그것을 배럴(1720) 또는 L₁에 접착시킴. 일 실시예에서, 접착은 표면(1724) 상에 수행될 수 있다.

이제 도 19a 및 도 19b를 참조하면, 본 도면들은 배럴(1920)이 배럴(1720)을 대체한다는 점을 제외하고는, 렌즈 모듈(1800)과 유사한 렌즈 모듈(1900)을 나타낸다. 배럴(1920)에 대한 변경은 이하에 상세하게 설명되는 바와 같은 (렌즈 모듈(1800)과 관련된) 상이한 조립 공정을 허용한다. 도 19a는 렌즈(1900)의 측면 절개부를 보여주며, 도 19b는 상이한 조립 방향에 따른 렌즈 모듈(1900)의 분해도를 보여준다.

렌즈 모듈(1900)의 조립은 다음의 단계들로 수행될 수 있다:

1. 배럴(1820)의 물체 측으로부터의 렌즈 요소 L_N 삽입.

2. 다음 순서로 배럴의 물체 측에서 다른 요소들 삽입: R_N-1, L_N-1,... R₁, L₁

3. 비제한적인 예로서 표면(1724) 상에 렌즈 요소 L₁을 배럴(1820)에 접착.

4. 커버(1730)를 위치시키고 및 그것을 배럴(1820) 또는 L₁에 접착. 일 예에서, 접착은 표면(1724)에서 수행될 수 있다.

본 발명은 또한 전술한 예들 중 임의의 것을 사용하여 이미지 센서 상에 이미지를 형성하는 방법을 고려한다.

본 발명은 또한 위의 예들 중 임의의 것에 의해 설명된 바와 같은 사양들에 따른 광학 렌즈 모듈을 제조하는 방법을 고려한다.

일부 예들에 따르면, 디지털 카메라는 (스마트폰, 휴대용 컴퓨터, 시계, 안경 등과 같은 그러나 이에 제한되지 않는) 모바일 전자 디바이스의 하우징 내에 통합될 수 있다.

일부 예들에 따르면, (위의 다양한 예들에서 설명된 바와 같이) 렌즈 요소들과 연관된 광학 렌즈 모듈은 디지털 카메라, 또는 텔레 서브-카메라 또는 디지털 카메라의 복수의 텔레 서브-카메라에 통합될 수 있다. 이 디지털 카메라는 하나 이상의 와이드 서브-카메라를 더 포함할 수 있다.

폴디드 카메라를 사용하여 카메라 요소들의 높이를 줄일 수 있다. 전술한 바와 같이, 이것은 한정된 공간만을 사용할 수 있을 경우의 카메라 통합을 용이하게 한다.

전술한 예들 중의 적어도 일부에 따르면, 본 제안된 솔루션은 카메라 애퍼처를 통해 들어오는 광을 증가시킴으로써 화질을 향상시킬 수 있다. 이는 증가된 줌 팩터(zoom factor)를 얻는데 사용되는 더 긴 EFL의 결과로서, 제 1 렌즈 요소(물체 측)와 이미지 센서 사이의 거리(Z 축을 따름)의 증가에도 불구하고 달성될 수 있다.

또한, 전술한 예들 중 적어도 일부에 따르면, 본 제안된 해결책은 제한된 가용 높이를 준수하면서 렌즈 요소를 견고하게 유지할 수 있는 광학 렌즈 모듈을 제공 할 수 있다.

또한, 전술한 예들 중의 일부에 따르면, 센서에 의해 수집되는 광의 양은 광학 렌즈 모듈의 주어진 배럴 높이에 대해 증가된다.

전술한 바와 같이, 다른 표면들에 비해 더 큰 CH(clear height) 값 또는 더 큰 CA(clear aperture) 값을 갖는 전방 표면이 있는 렌즈 모듈(렌즈 모듈은 복수의 렌즈 요소들을 포함하고 각각은 전방 표면 및 후방 표면을 가짐)에 통합된 렌즈 요소 L₁을 사용하면 렌즈 배럴로 들어가서 카메라(예를 들어, 듀얼 애퍼처 카메라의 텔레 서브-카메라)의 이미지 센서에 의해 감지될 수 있는 입사광을 증가 시키는데 도움이 된다. 센서에 도달할 수 있는 광이 더 많아짐에 따라 이러한 구성은 렌즈 모듈의 초점 길이를 증가시킬 수 있다.

초점 길이와 각각의 시야 사이에는 부정적인 상관관계가 존재하며, 초점 길이가 증가함에 따라 시야가 좁아지는 것으로 알려져 있다. 따라서, 주어진 카메라에서 주어진 초점 길이를 증가시키는 것은 이미지 해상도를 증가시킬 수는 있지만, 이 더 높은 해상도의 이미지는 카메라 센서의 보다 작은 영역 상에 형성되게 된다. 즉, 2개의 렌즈를 사용하여 동일한 거리에서 동일한 물체의 이미지를 캡처할 경우, 한 렌즈의 초점 길이가 다른 것보다 길면, 더 긴 초점 길이를 갖는 렌즈 모듈은 더 짧은 초점 길이를 갖는 것에 비해 더 높은 공간 해상도를 갖는 더 작은 이미지를 센서 상에 생성한다. 따라서, 더 큰 초점 거리의 이점은 더 작은 크기의 이미지의 단점을 수반한다.

따라서, 본 발명의 일부 예들은 다음의 구성을 포함하는 전술한 바와 같은 디지털 카메라를 포함한다:

제 1 광축을 따라 대칭성을 갖는 N개의 렌즈 요소들 L_i(렌즈 모듈)로서, 각각의 렌즈 요소는 각각의 전방 표면 S_{2i -1} 및 각각의 후방 표면 S_2i를 포함하며, 여기서 i는 1 내지 N이고, N은 3과 같거나 3보다 더 크고; 여기서 표면 S₁의 클리어 높이 값 또는 표면 S1의 클리어 애퍼처 값은 표면들 S₂ 내지 S_2N의 각각의 클리어 높이 값 또는 클리어 애퍼처 값보다 큰, 상기 N개의 렌즈 요소들 L_i;

디지털 카메라는 이미지 센서 및 회전 반사 요소 또는 OPFE(예를 들어, 미러 또는 프리즘)를 더 포함한다. 회전 반사 요소는 물체와 렌즈 요소들 사이에 폴딩된 광학 경로를 제공하도록 제 1 광축에 대해 경사져 있으며, 1 개 또는 2개의 축을 중심으로 회전할 수 있다.

이러한 회전 반사 요소의 예가 두 개의 축을 중심으로 반사 요소의 회전을 가능하게 하도록 설계된 디지털 카메라의 액추에이터를 기술한 공동 소유의 국제 특허 출원 PCT/IB2017/052383에 예로서 개시되어 있다. 예를 들어 도 1a 내지 도 1f, 도 2 및 도 3 그리고 하나 또는 두 개의 축을 중심으로 프리즘의 회전을 허용하는 액추에이터의 설계를 보여주는 PCT/IB2017/052383의 각각의 설명을 참조하도록 한다.

하나 또는 두 개의 축을 중심으로 하는 반사 요소의 회전은 카메라 FOV의 위치를 이동시키며, 여기서 각각의 위치에서 디지털 카메라의 해상도를 갖는 이미지에서 장면의 상이한 부분이 캡처된다. 이러한 방식으로, 인접한 비중첩(또는 부분적으로 중첩) 카메라 FOV의 복수의 이미지가 캡처되고 함께 스티칭되어 디지털 카메라 FOV보다 큰 FOV의 전체 이미지 영역을 갖는 스티칭된("합성"이라고도 함) 이미지를 형성한다.

일부 예들에서, 디지털 카메라는 텔레 이미지에 텔레 이미지 해상도를 제공하도록 구성되는 폴디드 텔레 카메라일 수 있으며, 텔레 이미지 센서 및 그것의 텔레 렌즈 조립체를 포함하는 폴디드 텔레 카메라는 텔레 시야(FOV_T)를 특징으로 한다.

일부 예들에 따르면, 폴디드 텔레 카메라는, 와이드 이미지에 와이드 이미지 해상도(텔레 이미지 해상도보다 작음)를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 추가 업라이트 와이드 카메라(upright Wide camera)를 포함하는 다수의 애퍼처 디지털 카메라에 통합되며, 와이드 카메라는 와이드 이미지 센서 및 와이드 시야(FOV_W)를 갖는 와이드 렌즈 모듈을 포함하고; 여기서 FOV_T는 FOV_W보다 작다. 여기서, 회전 반사 요소의 회전은 FOV_W에 대해 FOV_T를 이동시킨다.

공동 소유 국제 특허 출원 PCT/IB2016/056060 및 PCT/IB2016/057366의 설명은 조정 가능한 텔레 시야가 있는 텔레 카메라를 포함한다. PCT/IB2016/056060 및 PCT/IB2016/057366에 기술된 바와 같이, 한 개 또는 두 개의 축을 중심으로 한 반사 요소의 회전은 와이드 FOV(FOV_W)에 대한 텔레 FOV(FOV_T)의 위치를 이동시키며, 각 위치에서 상이한 부분 장면(FOV_W 내에서)이 높은 해상도의 "텔레 이미지"로 캡처된다. 일부 예들에 따르면, PCT/IB2016/0560 및 PCT/IB2016/057366에 공개된 바와 같이, 인접한 비중첩하는(또는 부분적으로 중첩하는) 텔레 FOV의 복수의 텔레 이미지가 캡처되고 함께 스티칭되어, FOV_T보다 큰 FOV의 전체 이미지 영역을 갖는 스티칭된("합성"이라고도함) 텔레 이미지를 형성한다. 일부 예들에 따르면, 스티칭된 텔레 이미지는 와이드 카메라에 의해 생성된 와이드 이미지와 융합된다.

일부 예들에 따르면, 디지털 카메라는 디지털 카메라(예를 들어, 카메라 CPU)의 동작을 제어하도록 구성된 컴퓨터 처리 디바이스를 더 포함하거나 또는 동작 가능하게 컴퓨터 처리 디바이스에 연결된다. 디지털 카메라는, 회전 반사 요소의 액추에이터에 동작 가능하게 연결되고 회전 반사 요소를 회전시키도록 그 동작을 제어하게 구성된 제어기를 포함할 수 있다.

컴퓨터 처리 디바이스는 일정한 줌 팩터를 가진 이미지를 요청하는 명령에 응답하여 요청된 줌을 갖는 이미지들을 제공하기 위해 디지털 카메라의 동작을 제어할 수 있다. PCT/IB2016/056060 및 PCT/IB2016/057366에 기재되어 있는 바와 같이, 일부 예들에서, (예를 들어 컴퓨터 처리 디바이스에 의해 실행되는) 사용자 인터페이스는 요청된 줌 팩터를 표시하는 사용자 명령의 입력을 허용하도록 구성될 수 있다. 컴퓨터 처리 디바이스는, 명령을 처리하고 요청된 줌을 갖는 이미지들을 캡처하기 위해 디지털 카메라에 적절한 명령들을 제공하도록 구성될 수 있다.

일부 경우들에 있어서, 요청된 줌 팩터가 FOV_W 와 FOV_T 사이의 값인 경우, 컴퓨터 처리 디바이스는 반사 요소의 액추에이터로 하여금 (액추에이터의 제어기에 명령을 제공함으로써) 반사 요소를 이동시키게 함으로써, 요청된 줌 팩터에 대응하는 장면의 부분 영역이 스캐닝되고, 그 각각이 텔레 해상도를 가지며 부분 영역의 일부를 커버하는 복수의 부분적으로 중첩된 또는 비-중첩된 텔레 이미지가 캡처되도록 구성될 수 있다. 컴퓨터 처리 디바이스는 텔레 해상도 및 디지털 카메라의 FOV_T 보다 큰 FOV를 갖는 스티칭된 이미지(합성 이미지)를 형성하기 위해 캡처된 복수의 이미지를 함께 스티칭하도록 더 구성될 수 있다. 선택적으로, 스티칭된 이미지는 와이드 이미지와 융합될 수 있다.

도 14는 4개의 텔레 이미지를 캡처하고 스티칭함으로써 생성된 스티칭된 이미지의 일 예의 개략도이다. 도 14에서, 1401은 FOV_W를 나타내고, 1403은 FOV_W의 중심에서의 FOV_T를 나타내고, 1405는 요청된 줌 팩터의 크기를 나타낸다. 도시된 예에서, 부분적으로 중첩되는 4개의 텔레-이미지들(1407)이 캡처된다.

특히, 캡처된 텔레-이미지들(1407)의 전체 영역은 요청된 줌 이미지(1405)의 영역보다 크다. 캡처된 텔레-이미지들의 중앙 부분은 스티칭된 이미지(1405)를 생성하기 위해 (예를 들어, 스티칭된 이미지 생성의 일부로서 컴퓨터 처리 디바이스에 의해) 추출된다. 이는 하나의 이미지에 의해 커버된 이미지 영역으로부터 상이한 이미지에 의해 커버되는 이미지 영역로의 전이(transition)로부터 야기되는 이미지 아티팩트들의 영향을 감소시키는 것을 돕는다.

도 15는 6개의 텔레 이미지들을 캡처하고 스티칭함으로써 생성된 스티칭된 이미지의 일예에 대한 개략도이다. 도 16은 9개의 텔레 이미지들을 함께 캡처하고 스티칭함으로써 생성된 스티칭된 이미지의 일예에 대한 개략도이다. 도 14를 참조하여 설명된 것과 동일한 원리들이 도 15 및 도 16에 적용된다. 특히, 스티칭으로부터 생성되는 출력 이미지는 단일 이미지 비율과는 상이한 폭 대 높이 비율을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같이, 단일 이미지는 3:4 비율을 가질 수 있고 출력 스티칭된 이미지는 9:16 비율을 가질 수 있다.

이미지 스티칭 그 자체는 당해 기술 분야에 잘 알려져 있으므로 더 상세히 설명하지 않음에 유의한다.

도 20은 N개의 렌즈 요소 L_i을 포함하는 렌즈 모듈(2000)의 다른 예시적인 실시예를 나타낸다(여기서 "i"는 1과 N 사이의 정수). 도 20의 예에서, N은 5이다. 예를 들어, L₁은 유리로 제조된다. 렌즈 모듈(200)에 대하여 언급한 상기 설명은 필수적인 4에서 5로의 N 변경과 함께, 렌즈 모듈(2000)에 대해서도 유지된다.

일부 경우들에 있어서, 첫 번째 및 마지막 렌즈 요소들 모두는 센서에 부딪히는 광을 증가시키기 위해 증가된 치수들을 가질 수 있다. 이러한 경우를 처리하도록 설계된 광학 렌즈 모듈의 예가 도 21 내지 도 26에 주어진다.

도 21a 및 도 21b는 N개의 렌즈 요소들 L_i을 포함하는 렌즈 모듈(2100)의 다른 예시적인 실시예를 나타낸다. 도 21a 및 도 21b의 예에서, N은 5이. 렌즈 모듈(2100)은 H_L1 = H_LN의 특성을 갖는다. 도 21a 및 도 21b에서, 렌즈 모듈(2100)은 렌즈 배럴없이 도시되어 있다. 도 21a는 렌즈 모듈(2100)의 광선 추적을 나타내며, 도 21b는 더 명확하게 하기 위해 렌즈 요소들만을 나타낸다. 또한, 이 두 도면들은 이미지 센서(202) 및 광학 요소(205)를 보여준다.

도 22는 렌즈 모듈(2100)의 렌즈 요소들을 유지하기 위한 예시적 렌즈 모듈(2200)의 측면도를 개략적으로 나타낸다. 렌즈 모듈(2200)은 벽들(2206)에 의해 둘러싸인 캐비티(2204)를 갖는 배럴(2202)을 포함한다. 렌즈 모듈(2200)에서, 렌즈 요소들의 제 1 서브세트는 캐비티 내부에 유지되고, 렌즈 요소들의 제 2 서브세트는 배럴 외부(바깥쪽)에 위치된다. 구체적으로, 렌즈 요소들 L₂ 내지 L_{N -1}은 캐비티(2204) 내부에 유지되고 렌즈 요소들 L₁ 및 L_N은 배럴(2202)의 외부에 위치된다(즉, 렌즈 요소들 L₁ 및 L_N은 캐비티(2204) 내에 없다). 렌즈 요소 L₁ 및 L_N은 접착 재료와 같은 임의의 적절한 기계적 링크에 의해 배럴(2202)에 부착(고정 부착)될 수 있다.

렌즈 모듈(2200)에서, 렌즈 요소들 L₁ 및 L_N이 캐비티(2204)의 외부에 위치되기 때문에, 렌즈 요소들 L₁ 및 L_N 각각의 높이 H_L1 및 H_LN은 (배럴(2202)의 대향 벽들의 외부 표면들 사이에서 Y 축을 따라 측정된) 배럴(2202)의 높이와 실질적으로 같을 수 있다. 렌즈 요소들 L₂ 내지 L_{N -1}의 높이들 H_L2 내지 H_{LN - 1}는 배럴(2202)의 높이(H로 표시됨)보다 작을 수 있다. 렌즈 모듈(2200)에 대한 수치적(비제한적) 예는 다음 값을 가질 수 있다: H_L1 = H_L5 =4mm, H_L2 = H_L3 = H_L4 = 3.6mm.

도 23은 도 21a, 도 21b의 렌즈 요소들을 유지하기 위한 다른 광학 렌즈 모듈(2300)의 측면도의 개략 표현이다. 렌즈 모듈(2300)은 벽들(2306)에 의해 둘러싸인 캐비티(2304)를 갖는 배럴(2302)을 포함한다. 렌즈 모듈(2300)에서, 모든 렌즈 요소들 L₁ 및 L_N은 캐비티 내부에 유지(위치)된다. 예시적으로, 렌즈 모듈(2300)에서, 광축(103)에 직교하는 Y 축을 따라 측정된 캐비티(2304)의 높이 H_C는 광축(103)(즉, Z 축)을 따라 가변적이다. Z 축을 따르는 각 위치에 대해, 캐비티 높이 H_C는 이 예에서 Y 축을 따른 벽들(2306)의 내부 부분들(2308) 사이의 거리에 대응한다. 즉, H_C(Z)는 상수 함수가 아니다.

도시된 예에 따르면, 캐비티(2304)는 제 1 렌즈 요소 L₁이 위치되는 제 1 부분(2310), 다른 렌즈 요소들(L₂ 내지 L_{N - 1})이 위치되는 제 2 부분(2312), 마지막 렌즈 요소 L_N이 위치되는 제 3 부분(2314)을 포함한다. 이 예에 따르면, 제 1 부분(2310)의 높이 H_C(Z₁) 및 제 3 부분(2314)의 H_C(Z₃) 는 제 2(중간) 부분(2312)의 높이 H(Z₂)보다 크다. 결과적으로, 제 1 렌즈 요소 L₁ 및 마지막 렌즈 요소 L_N(전술한 바와 같이 일반적으로 더 큰 치수임)는 각각 캐비티(2304)의 제 1 부분(2310) 및 제 3 부분(2314)(각각)에 배치되고, 다른 렌즈 요소들 중의 적어도 일부는 캐비티(2304)의 제 2 부분(2312) 내에 위치된다.

이 예에 따르면, 제 1 부분(2310)의 높이 H_C(Z₁)는 제 1 렌즈 요소 L₁의 높이 H_L1와 맞추어지도록 설계되고, 제 2 부분(2312)의 높이 H_C(Z₂)는 렌즈 요소들 L₂ 내지 L₄의 높이 H_L2, H_L3 및 H_L4와 맞추어지도록 설계되고(이 예에서는, H_L2 = H_L3 = H_L4), 제 3 부분(2314)의 높이 H_C(Z₃)는 마지막 렌즈 요소 L₅의 높이 H_L5와 맞추어지도록 설계된다.

광축(103)을 따르는 캐비티(2304)의 가변 높이는 예를 들어 가변 두께를 갖는 벽들(2306)을 사용함으로써 얻어질 수 있다. 도 23에 나타낸 바와 같이, 벽들(2306)은 제 2 부분(2312)보다 제 1 부분(2310) 및 제 3 부분(2314)에서 더 얇은 두께를 갖는다. 다른 예들에서는, 벽들(2306)이 일정한 두께를 가질 수 있지만 계단 형상을 가질 수 있다.

도 24는 도 21a, 도 21b의 렌즈 요소를 유지하기 위한 다른 예시적인 광학 렌즈 모듈의 측면도(2400)에 대한 개략 표현이다. 렌즈 모듈(2400)은 벽들(2406)에 의해 둘러싸인 캐비티(2404)를 갖는 배럴(2402)을 포함한다. 이 예에서, 렌즈 요소들 L₂ 내지 L_{N -1}은 캐비티(2404) 내에 위치된다. 렌즈 요소들 L₁ 및 L_N은 캐비티(2404) 내부에 위치된 제 1 부분 및 캐비티(2404) 외부에 위치된 제 2 부분을 갖는다; 이것은 도 10a의 렌즈 요소 L₁과 유사하다. 렌즈 요소 L1의 에지(2408) 및 렌즈 요소 L_N의 에지(2410)는 계단 형상이다. 벽들(2406)은 에지들(2408 및 2410)을 정렬하여, 렌즈 요소들 L₁ 및 L_N의 중심이 광축(103)과 정렬되게 유지되도록 할 수 있다.

이제 도 25a 내지 도 25d를 참조하도록 한다.

도 25a는 배럴에 삽입되기 이전의 렌즈 배럴(2502) 및 복수의 렌즈 요소들 L₁ 내지 L_N(이 예에서는 N = 4)을 갖는 다른 예시적인 광학 렌즈 모듈(2500)의 분해 사시도에 대한 개략 표현이다. 도 25b는 평면 Y-Z를 따르는 렌즈 모듈(2500)의 단면도를 도시하고, 도 25c는 평면 X-Z를 따르는 렌즈 모듈(2500)의 단면도를 도시하고, 도 25d는 렌즈 요소를 배럴에 삽입한 이후의 렌즈 모듈(2500)의 다른 등각 투상도를 도시한다.

배럴(2502)은 벽들(2506)로 둘러싸인 캐비티(2504)를 포함한다. 렌즈 요소들 L₁ 내지 L_N은 캐비티(2504) 내에 위치한다. 렌즈 모듈(2500)은 스페이서들 R₁ 내지 R_N-1을 더 포함할 수 있다. 각각의 스페이서 R_i는 렌즈 요소들 L_i 및 L_{i +1} 사이에 위치된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 스페이서 R₁ 내지 R_{N -1}은 애퍼처 스탑(들)로서 사용될 수 있다. 스페이서 R₁ 내지 R_N-1은 환형 형상을 가질 수 있다.

배럴(2502)의 높이(H)는 예를 들어 배럴(2502)의 대향 벽들(2512)의 외부 표면들 사이에서(예를 들어 광축(103)에 수직인 Y 축을 따라) 측정된다. 도 25a 내지 도 25d의 예들에서, 렌즈 요소 L₁의 높이 H_L1 및 렌즈 요소 L_N의 높이 H_LN는 실질적으로 H와 같거나 H보다 클 수 있다. 따라서, 렌즈 요소들 L₁ 및 L_N은 렌즈 요소들 L₁ 및 L_N에 대한 보호 및 기계적 지지를 제공하는 광학 렌즈 모듈 내에 위치되는 동안 큰 높이를 가질 수 있다 (따라서 증가된 광학 수집 표면으로부터 이익을 얻을 수 있음). 이 구성에 의해, 렌즈 요소들 L₁ 및 L_N의 중심은 광축(103)과 정렬되어 유지될 수 있다.

상기 도 11a 내지 도 11f와 유사하게, 각 렌즈 요소는 광학 부분 및 기계 부분을 갖는다. 일부 예들에 따르면, 광학 부분의 높이(도 11f의 H_opt 참조)와 렌즈 요소의 높이(도 11f의 H_L 참조) 사이의 비율은 렌즈 요소들 L₂ 내지 L_{N -1} 각각에 있어서보다 렌즈 요소들 L₁ 및 L_N에 있어서 더 크다.

도면들에 도시된 바와 같이, 배럴(2502)은 그것의 2개의 단부(물체 측에 가까운 단부 및 이미 측에 가까운 단부)에서 배럴(2502)의 상부 및 하부 벽 상에 슬롯들(2510)을 포함할 수 있다. 이로 인해 렌즈 요소 L₁ 및/또는 L_N가 배럴과 실질적으로 동일한 높이 또는 배럴 높이보다 큰 높이를 가지며 다른 렌즈 요소의 높이보다 큰 높이를 가질 수 있게 된다. 특히, 렌즈 요소들 L₁ 및/또는 L_N이 슬롯들(2510)에 접할 수 있거나, 또는 렌즈 요소들 L₁ 및/또는 L_N 중의 적어도 일부가 슬롯들(2510)을 통해 돌출할 수 있다.

따라서, 도 25a 내지 도 25d에 도시된 렌즈들의 구조는 또한, 레즈 요소들 L₁ 및 L_N이 배럴의 높이를 가질 수 있고(또는 배럴의 높이보다 큰 높이를 가질 수도 있음) 배럴의 벽들의 내부 표면에 계속 고정될 수 있기 때문에, 제조 공정의 관점에서 유리하다.

렌즈 모듈(2500)의 조립은 다음의 단계들을 사용하여 수행될 수 있다:

1. 배럴(2502)의 이미지 측으로부터 렌즈 요소 L_N 삽입. L_N은 두 개 요소의 축 대칭으로 인해 배럴(2502)에 정렬될 수 있다.

2. L₁을 배럴(2502)에 고정 부착(예를 들면, 접착).

3. 다음의 순서로 배럴(2502)의 물체 측으로부터의 다른 요소들 삽입: R_{N -1}, L_N-1 … R₂, L₁. L₁ 내지 L_{N -1} 및 R₁ 내지 R_{N -1}은 모든 요소들의 축 대칭으로 인해 배럴(2502)에 정렬될 수 있다.

4. L_N을 배럴(2502)에 고정 부착(예를 들면, 접착).

일 예에서, 배럴(2502) 내의 구멍들(2514)(도 25d)은 접착제를 삽입하여 단계 2 및 4에서 렌즈 요소들 L₁ 및 L_N을 고정시키는데 사용될 수 있다.

이제 도 26a 내지 도 26c를 참조하도록 한다. 도 26a는 다른 예시적인 렌즈 모듈(2600)의 등각 투상도를 나타낸다. 도 26b는 렌즈 모듈(2600)의 측면도를 나타낸다. 렌즈 모듈(2600)은 캐비티(2604)를 갖는 배럴(2602), 및 복수의 렌즈 요소들 L₁ 내지 L_N을 포함한다. N은 일반적으로 3 내지 7의 범위이다. 렌즈(2600)의 비제한적인 예에서, N = 4이다. 렌즈 모듈(2600)은 배럴(2602)의 외부에 부분적으로 위치되거나 배치되는 제 1 렌즈 요소들 L₁ 및 L_N을 갖는 반면, 렌즈 요소들 L₂ 내지 L_{N -1} 은 배럴 내부에 완전히 배치된다. L₁ 및 L_N은 도 26a에서 명확하게 보여지는 반면, 다른 렌즈 요소들은 이 도면에 보이지 않지만, 도 26b에서는 볼 수 있다. 전술한 예들에서와 같이, 광축(103)은 모든 렌즈 요소 L₁ 내지 L_N에 대한 축 대칭축으로서의 역할을 한다. 각 렌즈 요소 L_i는 Y 축을 따라 규정된 높이 H_Li를 갖는다. 렌즈 요소들 L₁ 및 L_N은 "계단" 형상이다. 즉, 높이 H_L1의 전면부(H_LN) 및 높이 H_L1B의 배면부(H_LNB)를 가지며, H_L1 > H_L1B 및 H_LN > H_LNB이다. 렌즈 모듈(2600)은 스페이서들 R₁ 내지 R_{N - 1}를 더 포함할 수 있다. 각각의 스페이서 R_i는 렌즈 요소들 L_i 및 L_{i +1} 사이에 위치된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 스페이서들 R₁ 내지 R_{N -1}은 애퍼처 스탑(들)로서 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 일부 인접 렌즈 요소들은 그 사이에 스페이서를 갖지 않을 수도 있다.

캐비티(2604)는 예를 들어 불투명한 플라스틱으로 제조될 수 있고, 도 17a 내지 도 17e의 캐비티(1720)와 같이 광축(103)을 따라 축 대칭이 될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 캐비티(2604)는 실시예 1700(도 17b)에서와 같이 실린더 형상을 가질 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에서, 캐비티(2604)는 원뿔, 일련의 실린더들과 같은 다른 축 대칭 형상들을 가질 수도 있다.

도 26c는 다음과 같은 단 하나의 차이점을 갖는 렌즈 모듈(2600)과 유사한 단일 렌즈 모듈(2601)을 나타낸다: 캐비티(2624)를 갖는 배럴(2622)이 캐비티(2624)를 갖는 배럴(2602)을 대체함. 캐비티(2624)는 각각의 렌즈 요소에 대해 증가하는 크기의 일련의 실린더의 형상을 가지며; 도 17d에 도시된 바와 같이, H_L1B ≤ H_L2 ≤ H_L3 ≤ H_L4 < H_LNB < H_L1 = H_LN이다. 이러한 특징은 배럴(2620)의 보다 용이한 성형 및/또는 보다 용이한 렌즈 요소들 L₁ 내지 L₄ 및 스페이서들 R₁ 내지 R₃의 조립을 허용할 수 있다. 다른 실시예들에서, 렌즈 요소들의 개수는 전술한 바와 같이 4개와 다를 수 있다.

렌즈 모듈(2400)(또는 2401)의 조립, 특히 배럴 내로의 렌즈 요소 삽입 순서는 상기 렌즈 모듈(1700)의 조립 단계와 유사할 수 있다(도 17a 내지 도 17d).

이제 도 27을 참조하도록 한다. 도 27은 유사한 조립 단계를 갖는 렌즈(1800)의 커버(1830)와 유사한 추가 커버(2730)를 갖는다는 점을 제외하고는, 렌즈 모듈(2500)과 유사한 렌즈 모듈(2700)의 등각 투상도를 나타낸다.

달리 명시되지 않는 한, 선택을 위한 옵션 목록의 마지막 두 개 구성요소 사이에 있는 "및/또는"이라는 표현은 나열된 옵션들 중 하나 이상의 선택이 적절하며 만들어질 수 있음을 나타낸다.

청구범위 또는 명세서가 "일" 또는 "한" 요소를 언급하는 경우, 그러한 언급은 해당 요소 하나만 존재하는 것으로 해석되어서는 안된다는 것을 이해해야 한다.

본 명세서에서 언급된 모든 참조 문헌은, 각각의 개별적인 참조 문헌이 구체적으로 및 개별적으로 참조로서 명세서에 포함되는 것으로 표시된 것과 동일한 정도로 그 전체가 참조로서 본 명세서에 포함된다. 또한, 본원에서의 참조 문헌의 인용 또는 식별은 그러한 참조 문헌이 본원의 선행 기술로서 이용 가능하다는 것의 인정으로 해석되어서는 안된다.

Claims (51)

1. 디지털 카메라로서,
   a) 제 1 광축을 갖는 N ≥ 3 개의 렌즈 요소들(L_i)을 포함하는 광학 렌즈 모듈로서, 각 렌즈 요소는 각각의 전방 표면(S_{2i -1}) 및 각각의 후방 표면(S_2i)을 포함하며, 상기 렌즈 요소 표면들은 S_k 로 표시되고, 1≤k≤2N이며, 각각의 렌즈 요소 표면(S_k)은 클리어(clear) 높이 값(CH(S_k))을 갖고, 표면(S₁)의 클리어 높이 값 (CH(S₁))은 표면들(S₂ 내지 S_2N) 각각의 클리어 높이 값보다 큰, 상기 광학 렌즈 모듈;
   b) 이미지 센서; 및
   c) 물체와 상기 렌즈 요소들 사이에 폴딩된(folded) 광학 경로를 제공하기 위한 광학 경로 폴딩 요소(OPFE)를 포함하는, 디지털 카메라.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 N 개의 렌즈 요소들은 축 대칭성을 갖는, 디지털 카메라.
3. 제 1 항에 있어서,
   CH(S₁) ≥1.1 x CH(S₂)인, 디지털 카메라.
4. 제 3 항에 있어서,
   3 ≤ k ≤ 2N 에 대해 CH(S₁) ≥1.2 x CH(S_k)인, 디지털 카메라.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 디지털 카메라는 총 트랙 길이(TTL) 및 후방 초점 길이(BFL)를 가지며, BFL ≥ 0.3 x TTL인, 디지털 카메라.
6. 제 1 항에 있어서,
   L₁은 유리로 이루어진, 디지털 카메라.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 L₁은 플라스틱으로 이루어진, 디지털 카메라.
8. 제 7 항에 있어서,
   L_i는 임의의 2 ≤ i ≤ N에 대해 플라스틱으로 이루어진, 디지털 카메라.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 광학 렌즈 모듈은 전방 애퍼처 렌즈 모듈인, 디지털 카메라.
10. 제 1 항에 있어서,
    CH(S₁) < 7mm인, 디지털 카메라.
11. 제 1 항에 있어서,
    각각의 각 렌즈 요소 표면(S_k)은 클리어 애퍼처 값(clear aperture value) (CA(S_k))을 가지며, CA(S₁)는 2 ≤ k ≤ 2N-1에 대해서 CA(S_k)보다 크며, CA(S_2N) ≤ CA(S₁)인, 디지털 카메라.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 CA(S₁)은 CH(S₁)과 실질적으로 동일한, 디지털 카메라.
13. 제 11 항에 있어서,
    CA(S₁) ≥ 1.1 x CA(S₂)인, 디지털 카메라.
14. 제 11 항에 있어서,
    3 ≤ k ≤ 2N 에 대해 CA(S₁) ≥ 1.2 x CA(S_k)인, 디지털 카메라.
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈 요소들 중 적어도 일부는 그들의 높이(H_L)보다 큰 폭(W_L)을 갖는, 디지털 카메라.
16. 제 11 항에 있어서,
    상기 CA(S₁)는 CA(S_2N)과 실질적으로 동일한, 디지털 카메라.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 CA(S₁)은 CH(S₁)과 실질적으로 동일한, 디지털 카메라.
18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 렌즈 모듈은 상기 복수의 렌즈 요소를 유지하는 캐비티(cavity)를 포함하고, 상기 캐비티는 상기 제 1 렌즈 요소(L₁)가 위치하는 제 1 부분과 다른 렌즈 요소들 중 적어도 하나가 위치하는 제 2 부분을 포함하며, 상기 제 1 부분의 높이는 상기 제 2 부분의 높이보다 큰, 디지털 카메라.
19. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 렌즈 모듈은 렌즈 요소들(L₂ 내지 L_N) 중 적어도 일부를 유지하는 캐비티를 포함하고, 제 1 렌즈 요소(L₁)는 상기 광학 렌즈 모듈의 외부에 위치되는, 디지털 카메라.
20. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 직사각형 센서 또는 원형 센서인, 디지털 카메라.
21. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    N ≤ 6인, 디지털 카메라.
22. 디지털 듀얼 카메라로서,
    a) 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 카메라로서, 텔레 이미지(tele image)를 제공하도록 구성된 텔레 서브-카메라인, 상기 카메라; 및
    b) 와이드 이미지(wide image)를 제공하도록 구성된 와이드 서브-카메라를 포함하는, 디지털 듀얼 카메라.
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