KR102346005B1 - 적어도 하나의 2 상태 줌 카메라를 갖는 멀티-애퍼처 카메라 - Google Patents

적어도 하나의 2 상태 줌 카메라를 갖는 멀티-애퍼처 카메라 Download PDF

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Abstract

와이드 유효 초점 길이(EFLW)를 갖는 와이드 렌즈 및 와이드 이미지 센서를 포함하는 와이드 카메라, 제 1 광축을 갖는 텔레 렌즈, 텔레 이미지 센서 및 OPFE를 포함하는 폴디드 텔레 카메라를 포함하는 멀티 카메라 및 특히 듀얼-카메라가 제공되고, 여기서 상기 텔레 렌즈는 객체 측으로부터 이미지 측으로, 제 1 렌즈 요소 그룹(G1), 제 2 렌즈 요소 그룹(G2) 및 제 3 렌즈 요소 그룹(G3)을 포함하고, 여기서 렌즈 요소 그룹 중 적어도 2 개는 2 개의 줌 상태를 만들도록, 제 1 광축을 따라 이미지 센서에 대해 이동 가능하고, 여기서 텔레 렌즈의 유효 초점 길이(EFL)는 하나의 줌 상태에서의 EFLT,min로부터 다른 줌 상태에서의 EFLT,max로 변경되고, 여기서 EFLTmin > 1.5 x EFLW, 및 EFLTmax> 1.5 x EFLTmin이다.

Description

적어도 하나의 2 상태 줌 카메라를 갖는 멀티-애퍼처 카메라
관련 출원에 대한 상호 참조
이 출원은 2020년 1월 1일에 제출된 국제 출원 PCT/IB2020/050002에 기초한 국내 단계 출원으로서, 이는 2019 년 1 월 3 일에 출원된 미국 가특허 출원 제 62/787,826 호 및 2019년 2 월 25 일에 출원된 미국 가특허 출원 제 62/809,871 호에 기초하여 우선권 주장을 하며, 그 2 건의 출원 전문은 본원에 명백히 참조로 포함된다.
본 명세서에 개시된 실시 예는 일반적으로 디지털 카메라에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴디드 줌 렌즈를 갖는 듀얼-애퍼처 줌 디지털 카메라에 관한 것이다.
소형 멀티-애퍼처, 특히 듀얼-애퍼처("듀얼-렌즈" 또는 "듀얼-카메라"라고도 함) 디지털 카메라가 공지되어 있다. 소형화 기술은 이러한 카메라를 태블릿 및 휴대폰과 같은 소형 휴대용 전자 장치(후자는 일반적으로 "스마트폰"이라 칭함)에 통합하여, 줌과 같은 고급 이미징 기능을 제공한다. 이는 공동 소유의 PCT 특허 출원 PCT/IB2015/056004에 기재되어 있고, 이는 그 전문이 본원에 참조로 포함된다. 이러한 카메라 및/또는 본 명세서에 개시된 카메라는 얇을수록 더 좋지만, 일반적으로 1cm 미만의 엄격한 높이 제한을 갖는 카메라이다.
와이드 시야(FOVW)를 갖는 하나의 카메라(이는 "와이드 카메라"라고 지칭됨) 및 더 좁은 "텔레포토"(FOVT)를 갖는 다른 카메라(이는 "텔레 카메라"라고 지칭됨)를 포함하는 듀얼-애퍼처 줌 카메라가 공지되어 있다. 텔레 카메라는 일반적으로 사용되는 이미지 센서로 작동하기에 적합하면서, 카메라가 설치된 장치의 두께에 맞도록 (바람직하게는 장치 케이스로부터 돌출되지 않는) 가능한 작은 치수를 가져야 한다. 이 문제는 상대적으로 높은 줌 효과를 얻기 위해 긴(텔레) 유효 초점 길이(EFL)를 갖는 텔레 렌즈를 사용할 때 더욱 중요하다. 알려진 바와 같이, 렌즈에 적용되는 용어 "EFL"은 후방 주 평면으로부터 근축 초점 평면까지의 거리를 지칭한다. 후면 주 평면은 무한대로부터 축상(on-axial) 부기저(parabasal) 광선을 추적하여 계산되며, 부기저의 이미지 공간 주변 광선 각도를 이용하여 결정된다.
업라이트 와이드 카메라와 폴디드 텔레 카메라를 포함하는 듀얼-애퍼처 줌 카메라도 또한 공지되어 있다. 이와 관련해서, 예를 들어 공동 소유하는 미국 특허 번호 제 US 9,392,188 호를 참조하라. 와이드 카메라는 와이드 이미지 센서(또는 간단히 "센서"), 및 와이드 렌즈 대칭 축을 갖는 와이드 고정 초점 렌즈 어셈블리(또는 간단히 "렌즈")를 포함하는 와이드 렌즈 모듈로 구성된 "업라이트" 카메라이다. 폴디드 텔레 카메라는 텔레 이미지 센서, 및 텔레 렌즈 대칭 축을 갖는 텔레 고정 초점 렌즈를 포함하는 텔레 렌즈 모듈을 포함한다. 듀얼-애퍼처 줌 카메라는 제 1 광학 경로를 따라 객체 또는 장면으로부터 도달하는 광을 텔레 이미지 센서를 향하는 제 2 광학 경로로 폴딩하는 반사 요소(광학 경로 폴딩 요소 또는 "OPFE"라고도 함)를 더 포함한다. 제 1 및 제 2 광학 경로는 서로 수직이다. 와이드 렌즈 대칭 축은 제 1 광학 경로에 (평행하게) 따르며, 텔레 렌즈 대칭 축은 제 2 광학 경로를 따른다. 반사 요소는 와이드 렌즈 대칭 축과 텔레 렌즈 대칭 축 모두에 대해 실질적으로 45도 경사진 반사 요소 대칭 축을 가지며, 객체와 텔레 이미지 센서 사이에 폴디드 광학 경로를 제공하도록 동작한다.
와이드 렌즈는 와이드 시야(FOVW)를 가지며, 텔레 렌즈는 FOVW보다 좁은 텔레 시야(FOVT)를 갖는다. 예를 들어, 텔레 카메라는 와이드 카메라와 비교하여, X5 줌 효과를 제공한다.
다른 렌즈 요소 또는 렌즈 요소 그룹에 대해 이동할 수 있는 하나 이상의 ("그룹") 렌즈 요소를 가지며, 둘 이상의 그룹으로 분할된 복수의 렌즈 요소를 포함하는 렌즈 어셈블리를 갖는 소형 폴디드 카메라가 또한 공지되어 있다. 상대적인 이동에 사용되는 액추에이터(모터)는 스크루 또는 압전 액추에이터를 갖는 스텝 모터를 포함한다. 그러나, 이러한 카메라의 일반적인 문제점은 그러한 카메라의 구조가 줌 배율(zoom factor)과 함게 F#이 증가함에 따라 3 이상의 좀 더 큰 F 수(F#)를 지시하게 된다는 점이다. 그들의 액추에이터는 느리고 소음이 있거나(압전), 또는 부피가 크며(스테퍼 모터), 신뢰성 문제가 있으며, 고가이다. 알려진 광학 설계는 그러한 카메라에서 얻어진 2 가지의 극단적인 줌 상태에 대해, 주어진 F#에 대해 큰 렌즈 어셈블리 높이를 필요로 한다.
예시적인 실시 예에서, 듀얼-카메라가 제공되는데, 이는 와이드 유효 초점 길이(EFLW)를 갖는 와이드 렌즈 및 와이드 이미지 센서를 포함하는 와이드 카메라; 및 제 1 광축을 갖는 텔레 렌즈, 텔레 이미지 센서(또는 간단히 "텔레 센서") 및 OPFE를 포함하는 폴디드 텔레 카메라를 포함하고, 상기 텔레 렌즈는 객체 측으로부터 이미지 측으로, 제 1 렌즈 요소 그룹(G1), 제 2 렌즈 요소 그룹(G2) 및 제 3 렌즈 요소 그룹(G3)을 포함하고, 여기서 렌즈 요소 그룹 중 적어도 2 개는 텔레 렌즈를 2 개의 줌 상태로 만들도록, 제 1 광축을 따라 텔레 센서에 대해 이동 가능하고, 상기 텔레 렌즈의 유효 초점 길이는 하나의 줌 상태에서의 값(EFLT,min)으로부터 다른 줌 상태에서의 값(EFLT,max)으로 변경되며, 여기서 EFLTmin > 1.5 x EFLW이고, EFLTmax > 1.5 x EFLTmin이다.
와이드 렌즈는 제 2 광축을 가지며, 제 2 광축은 제 1 광축에 수직이다.
일부 예시적인 실시 예에서, 텔레 카메라는 제 1 줌 상태 및 제 2 줌 상태 모두에서 G1, G2 및 G3을 서로에 대해 시프트함으로써 초점을 맞추도록 구성된다.
일부 예시적인 실시 예에서, G1, G2 및 G3는 객체 측으로부터 이미지 측으로 배열되며, 여기서 G1은 양의 굴절력을 가지며, G2는 양의 굴절력을 가지며, G3는 음의 굴절력을 갖는다.
일부 예시적인 실시 예에서, 적어도 2 개의 이동 가능한 렌즈 요소 그룹은 G1 및 G3을 포함하고, 여기서 G1 및 G3는 텔레 센서 및 G2에 대해 이동 가능하고, G2는 텔레 센서에 대해 정지되어 있다. 일부 실시 예에서, G3는 텔레 센서, G1 및 G2에 대해 초점을 맞추기 위해 추가로 이동 가능할 수 있다. 일부 실시 예에서, G1은 텔레 센서, G2 및 G3에 대해 초점을 맞추기 위해 추가로 이동 가능할 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 객체 측을 향한 제 1 렌즈 요소(L1)는 텔레 렌즈에서 다른 모든 렌즈 요소의 클리어 애퍼처보다 큰 클리어 애퍼처(CA) 값(또는 간단히 "클리어 애퍼처")을 갖는다.
예시적인 실시 예에서, 텔레 렌즈는 총 트랙 길이(TTLT)를 가지며, 최대 TTL(TTLTmax)은 조건 TTLTmax < EFLTmax를 충족시킨다.
예시적인 실시 예에서, 텔레 렌즈는 총 트랙 길이(TTLT)를 가지며, 최대 TTL(TTLTmax)은 조건 TTLTmax < 0.9 x EFLTmax를 충족시킨다.
예시적인 실시 예에서, 텔레 렌즈는 텔레 렌즈 f-수(F#T)를 가지며, F#T의 최소값(F#Tmin)은 조건 F#Tmin < 1.5 x F#Tmax x EFLTmin/EFLTmax를 충족시킨다.
예시적인 실시 예에서, 텔레 렌즈는 텔레 렌즈 f-수(F#T)를 가지며, F#T의 최소값(F#Tmin) 및 F#T의 최대값(F#Tmax)은 조건 F#Tmin < 1.8 x F#Tmax x EFLTmin/EFLTmax를 충족시킨다.
예시적인 실시 예에서, 텔레 렌즈는 텔레 렌즈 f-수(F#T)를 가지며, F#T의 최소값(F#Tmin) 및 F#T의 최대값(F#Tmax)은 조건 F#Tmin < 1.2 x F#Tmax x EFLTmin/EFLTmax를 충족시킨다.
예시적인 실시 예에서, 임의의 렌즈 요소 그룹에 대해, 제 1 줌 상태로부터 제 2 줌 상태로의 이동은 0.75 x (EFLTmax - EFLTmin)보다 작은 스트로크를 갖는다.
예시적인 실시 예에서, 임의의 렌즈 요소 그룹에 대해, 제 1 줌 상태로부터 제 2 줌 상태로의 이동은 0.6 x (EFLTmax - EFLTmin)보다 작은 스트로크를 갖는다.
예시적인 실시 예에서, 제 1 렌즈 요소(L1)는 절단(cut) 렌즈 요소이다.
일부 예시적인 실시 예에서, 적어도 2 개의 이동 가능한 렌즈 요소 그룹은 렌즈 요소 그룹(G1, G2 및 G3)을 포함하고, 여기서 G1 및 G3는 주어진 범위(R1,3)에서 텔레 센서 및 G2에 대해 하나의 유닛으로 이동 가능하며, 여기서 G2는 R1,3보다 작은 범위(R2)에서 텔레 센서에 대해 이동 가능하다. 예시적인 실시 예에서, G1, G2 및 G3는 이미지 측을 향해 이동 가능하다. 일부 예시적인 실시 예에서, G1, G2 및 G3는 하나의 유닛으로서 텔레 센서에 대해 포커싱하기 위해 이동 가능하다.
일부 예시적인 실시 예에서, EFLTmin = 15mm 및 EFLTmax = 30mm이다.
일부 예시적인 실시 예에서, EFLTmin = 13mm 및 EFLTmax = 26mm이다.
일부 예시적인 실시 예에서, 2 개의 줌 상태에서, RAF는 무한대와 1 미터 사이에서의 포커싱을 위해 필요한 G2의 최대 이동 범위이고, RAF < 0.4 x R2이다. 일부 예시적인 실시 예에서, 2 개의 줌 상태에서, RAF는 무한대와 2 미터 사이에서의 포커싱을 위해 필요한 G1 및 G3의 최대 이동 범위이고, RAF < 0.4 x R1,3이다.
일부 예시적인 실시 예에서, G2의 이동을 위한 작동은 폐쇄 루프 제어에서 수행된다.
일부 예시적인 실시 예에서, G1 및 G3의 이동을 위한 작동은 개방 루프 제어에서 수행된다.
일부 예시적인 실시 예에서, G1, G2 및 G3의 이동은 보이스 코일 모터(VCM) 메커니즘을 사용하여 생성된다.
일부 예시적인 실시 예에서, G1, G2 및 G3의 이동은 선형 레일을 생성하는 볼 가이드 메커니즘에 의해 제 1 광축을 따라 가이드된다. 일부 예시적인 실시 예에서, 볼 가이드 메커니즘은 G2 렌즈 캐리어상의 적어도 하나의 그루브, G1 + G3 렌즈 캐리어상의 적어도 하나의 그루브, 및 G2 렌즈 캐리어와 G1 + G3 렌즈 캐리어상의 그루브들 사이의 복수의 볼을 포함한다.
예시적인 실시 예에서, 듀얼-카메라가 제공되는데, 이는 와이드 유효 초점 길이(EFLW)를 갖는 와이드 렌즈 및 와이드 이미지 센서를 포함하는 와이드 카메라; 및 제 1 광축을 갖는 텔레 렌즈, 텔레 센서 및 OPFE를 포함하는 폴디드 텔레 카메라를 포함하고, 상기 텔레 렌즈는 객체 측으로부터 이미지 측으로, 제 1 렌즈 요소 그룹(G1), 제 2 렌즈 요소 그룹(G2) 및 제 3 렌즈 요소 그룹(G3)을 포함하고, G1 및 G3은 주어진 범위(R1,3)에서 텔레 센서 및 G2에 대해 하나의 유닛으로 제 1 광축을 따라 이동 가능하고, G2는 R1,3보다 작은 범위(R2)에서 텔레 렌즈에 대해 제 1 광축을 따라 이동 가능하고; 여기서 G1, G2 및 G3의 조합된 이동은 텔레 렌즈를 두 가지 줌 상태로 만들고, 텔레 렌즈의 EFL은 하나의 줌 상태에서의 EFLT,min으로부터 다른 줌 상태에서의 EFLT,max로 변경되고, 여기서 EFLTmin > EFLW이고, EFLTmax > 1.5 x EFLTmin이다.
예시적인 실시 예에서, 폴디드 카메라가 제공되는데, 이는 제 1 광축을 갖는 렌즈, 이미지 센서 및 OPFE를 포함하고, 상기 렌즈는 객체 측으로부터 이미지 측으로, 제 1 렌즈 요소 그룹(G1), 제 2 렌즈 요소 그룹(G2) 및 제 3 렌즈 요소 그룹(G3)을 포함하고, 여기서 G1 및 G3은 주어진 범위(R1,3)에서 이미지 센서 및 G2에 대해 하나의 유닛으로 제 1 광축을 따라 이동 가능하고, G2는 R1,3보다 작은 범위(R2)에서 이미지 센서에 대해 제 1 광축을 따라 이동 가능하고, 여기서 G1, G2 및 G3의 조합된 이동은 렌즈를 2 개의 줌 상태로 만들고, 여기서 렌즈의 EFL은 하나의 줌 상태에서의 값(EFL,min)으로부터 다른 줌 상태에서의 값(EFLTmax)으로 변경되고, 여기서 EFLmax > 1.5 x EFLmin이다.
예시적인 실시 예에서, 트리플-카메라가 제공되는데, 이는 와이드 유효 초점 길이(EFLW)를 갖는 와이드 렌즈 및 와이드 이미지 센서를 포함하는 와이드 카메라, 울트라-와이드 유효 초점 길이(EFLUW)를 갖는 울트라-와이드 렌즈 및 울트라-와이드 이미지 센서를 포함하는 울트라-와이드 카메라, 및 제 1 광축을 갖는 텔레 렌즈, 텔레 이미지 센서 및 광학 경로 폴딩 요소(OPFE)를 포함하는 폴디드 텔레 카메라, 여기서 상기 텔레 렌즈는 객체 측으로부터 이미지 측으로, 제 1 렌즈 요소 그룹(G1), 제 2 렌즈 요소 그룹(G2) 및 제 3 렌즈 요소 그룹(G3)을 포함하고, 렌즈 요소 그룹 중 적어도 2 개는 텔레 렌즈를 2개의 제 1 및 제 2 줌 상태로 만들도록, 제 1 광축을 따라 텔레 이미지 센서에 대해 이동가능하고, 상기 텔레 렌즈의 유효 초점 길이(EFL)는 상기 제 1 줌 상태로에서의 값(EFLT,min)으로부터 제 2 줌 상태에서의 값(EFLT,max)으로 변경되고, 여기서 EFLTmin > 2 x EFLUW, EFLTmin> 1.5 x EFLW, 및 EFLTmax > 1.5 x EFLTmin이다.
예시적인 실시 예에서, 듀얼-카메라 모듈이 제공되는데, 이는 와이드 카메라 모듈, 및 렌즈 모듈, 제 1 줌 상태와 제 2 줌 상태 사이에서 상기 렌즈 모듈을 이동시키기 위한 렌즈 액추에이터, 및 제 1 및 제 2 캘리브레이션 데이터를 저장하기 위한 메모리를 포함하는 텔레 카메라 모듈을 포함하고, 상기 제 1 캘리브레이션 데이터는 상기 제 1 줌 상태에서의 상기 와이드 카메라 모듈과 상기 텔레 카메라 모듈 사이의 캘리브레이션 데이터를 포함할 수 있고, 상기 제 2 캘리브레이션 데이터는 상기 제 2 줌 상태에서의 상기 와이드 카메라 모듈과 상기 텔레 카메라 모듈 사이의 캘리브레이션 데이터를 포함할 수 있다.
다양한 예시적인 실시 예에서, 시스템이 제공되는데, 이는 애플리케이션 프로세서(AP), 제 1 이미지 데이터를 제공하기 위한 와이드 카메라 모듈, 제 2 이미지 데이터를 제공하기 위한 텔레 카메라 모듈로서, 상기 텔레 카메라 모듈은 렌즈 모듈 및 상기 렌즈 모듈을 제 1 줌 상태와 제 2 줌 상태 사이에서 이동시키기 위한 렌즈 액추에이터를 포함하는 텔레 카메라 모듈, 및 제 1 캘리브레이션 데이터 및 제 2 캘리브레이션 데이터를 저장하기 위한 메모리를 포함하고, 상기 제 1 캘리브레이션 데이터는 상기 제 1 줌 상태에서의 상기 와이드 카메라 모듈과 상기 텔레 카메라 모듈 사이의 캘리브레이션 데이터를 포함할 수 있고, 상기 제 2 캘리브레이션 데이터는 상기 제 2 줌 상태에서의 상기 와이드 카메라 모듈과 상기 텔레 카메라 모듈 사이의 캘리브레이션 데이터를 포함할 수 있고, 상기 AP는 상기 제 1 및 제 2 이미지 데이터를 처리하고, 텔레 카메라 모듈이 제 1 줌 상태에 있을 때 상기 제 1 캘리브레이션 데이터를 사용하고, 텔레 카메라 모듈이 제 2 줌 상태에 있을 때 상기 제 2 캘리브레이션 데이터를 사용함으로써, 제 3 이미지 데이터를 생성하도록 구성된다.
시스템의 실시 예에서, 제 1 캘리브레이션 데이터는 제 1 카메라 모듈에 저장되고, 제 2 캘리브레이션 데이터는 제 2 카메라 모듈에 저장된다.
시스템의 실시 예에서, 제 1 캘리브레이션 데이터 및 제 2 캘리브레이션 데이터는 텔레 카메라 모듈에만 저장된다.
시스템의 일 실시 예에서, 제 1 캘리브레이션 데이터 및 제 2 캘리브레이션 데이터는 와이드 카메라 모듈에만 저장된다.
시스템의 실시 예에서, 제 1 캘리브레이션 데이터 및 제 2 캘리브레이션 데이터는 와이드 카메라 모듈 또는 텔레 카메라 모듈에 위치하지 않는 메모리에 저장된다.
시스템의 실시 예에서, 제 1 캘리브레이션 데이터의 제 1 부분 및 제 2 캘리브레이션 데이터의 제 1 부분은 와이드 카메라 모듈 또는 텔레 카메라 모듈에 위치한 메모리에 저장되고, 제 1 캘리브레이션의 제 2 부분 및 제 2 캘리브레이션 데이터의 제 2 부분은 와이드 카메라 모듈 또는 텔레 카메라 모듈에 위치하지 않는 메모리에 저장된다.
본 명세서에 개시된 실시 예들의 비-제한적인 예들은 이 단락 다음에 열거된 첨부된 도면들을 참조하여 아래에 설명된다. 둘 이상의 도면에 나타낸 동일한 구조, 요소 또는 부분은 일반적으로 모든 도면에서 동일한 숫자로 표시된다. 동일한 요소가 하나의 도면에만 표시되고 번호가 매겨진 경우, 모든 도면에서 동일한 번호를 갖는 것으로 가정한다. 도면 및 설명은 본 명세서에 개시된 실시 예를 조명하고 명확하게 하기 위한 것이며, 어떤 식으로든 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
도 1a는 업라이트 카메라 및 줌 폴디드 카메라를 포함하는 듀얼-카메라의 일반적인 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 1b는 도 1a의 듀얼-카메라의 분해도를 도시한다.
도 2a는 제 1 줌 상태에서의 제 1 렌즈 광학 설계 및 광선 추적을 갖는 도 1a 및 도 1b의 줌 폴디드 카메라를 도시한다.
도 2b는 제 2 줌 상태에서의 제 1 렌즈 광학 설계 및 광선 추적을 갖는 도 1a 및 도 1b의 줌 폴디드 카메라를 도시한다.
도 2c는 제 1 줌 상태에서의 제 1 광학 설계의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한다.
도 2d는 제 2 줌 상태에서의 제 1 광학 설계의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한다.
도 3a는 제 1 줌 상태에서의 제 2 광학 설계의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한다.
도 3b는 제 2 줌 상태에서의 제 2 광학 설계의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한다.
도 4a는 제 1 줌 상태에서의 제 3 광학 설계의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한다.
도 4b는 제 2 줌 상태에서의 제 3 광학 설계의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한다.
도 4c는 제 1 줌 상태로에서의 제 4 광학 설계의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한다.
도 4d는 제 2 줌 상태에서의 제 4 광학 설계의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한다.
도 4e는 제 1 줌 상태로에서의 제 5 광학 설계의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한다.
도 4f는 제 2 줌 상태에서의 제 5 광학 설계의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한다.
도 4g는 제 1 줌 상태로에서의 제 6 광학 설계의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한다.
도 4h는 제 2 줌 상태에서의 제 6 광학 설계의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한다.
도 5a는 EFLTmin 상태에서 제 2 예의 광학 설계를 갖는 렌즈를 갖는 텔레 렌즈 및 센서 모듈을 상부 사시도로 개략적으로 도시한다.
도 5b는 도 5a의 텔레 렌즈 및 센서 모듈을 다른 상부 사시도로 개략적으로 도시한다.
도 5c는 EFLTmax 상태에서 제 2 예의 광학 설계를 갖는 렌즈를 갖는 텔레 렌즈 및 센서 모듈을 상부 사시도로 개략적으로 도시한다.
도 5d는 도 5c의 텔레 렌즈 및 센서 모듈을 다른 상부 사시도로 개략적으로 도시한다.
도 5e는 도 5a 내지 도 5d의 텔레 렌즈 및 센서 모듈의 분해도를 도시한다.
도 6a는 도 5a 및 도 5b에서와 같이 EFLTmin 상태에서 텔레 렌즈 및 센서 모듈의 상단 및 하단 작동 서브-어셈블리의 저면도를 일 관점에서 도시한다.
도 6b는 도 5c 및 도 5d에서와 같이 EFLTmax 상태에서 텔레 렌즈 및 센서 모듈의 상단 및 하단 작동 서브-어셈블리의 저면도를 다른 관점에서 도시한다.
도 6c는 상단 작동식 서브-어셈블리를 저면도로 도시한다.
도 7은 도 5의 텔레 렌즈 및 센서 모듈에서의 고정 레일의 세부 사항을 도시한다.
도 8은 도 5의 텔레 렌즈 및 센서 모듈에서의 전자 서브-어셈블리를 도시한다.
도 9a는 축 대칭을 갖는 렌즈 요소를 도시한다.
도 9b는 2 개의 절단부를 갖는 전단 렌즈 요소를 도시한다.
도 10은 본 명세서에 개시된 줌 폴딩 카메라를 동작시키기 위한 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 11a는 본 명세서에 개시된 주제의 일부 예에 따른, 렌즈 요소의 볼록한 표면에 영향을 미치는 광선의 충돌점의 개략도 및 평면(P)상으로의 충돌점의 직교 투영의 개략도이다.
도 11b는 본 명세서에 개시된 주제의 일부 예에 따른, 렌즈 요소의 오목한 표면에 영향을 미치는 광선의 충돌점의 개략도 및 평면(P)상으로의 충돌점의 직교 투영의 개략도이다.
도 12는 본 명세서에 개시된 주제의 일부 예에 따른, 평면(P)상으로의 충돌점 및 클리어 높이 값("CH")의 직교 투영의 개략도이다.
도 13은 본 명세서에 개시된 주제의 일부 예에 따른, 평면(P)상으로의 충돌점 및 클리어 애퍼처의 직교 투영의 개략도이다.
도 14는 본 명세서에 개시된 시스템의 실시 예를 블록도로 개략적으로 도시한다.
도 15a, 도 15b 및 도 15c는 폴디드 및 넌-폴디드 렌즈 설계를 포함하는 듀얼-애퍼처 카메라 및 트리플-애퍼처 카메라의 설계를 개략적으로 도시한다.
도 1a는 업라이트 와이드 카메라(102), 및 OPFE(104)(예를 들어 프리즘)과 줌 폴디드 텔레 카메라 렌즈 및 센서 모듈(또는 간단히 "모듈")(106)을 포함하는 폴디드 텔레 카메라(103)를 포함하는 듀얼-카메라(100)의 실시 예의 일반적인 사시도를 개략적으로 도시한다. 와이드 카메라는 고정 유효 초점 길이(EFLW)를 갖는 와이드 렌즈(110)를 포함한다. 예를 들어, EFLW는 2-5mm일 수 있다. 텔레 카메라(103)에서, OPFE(104)는 프리즘 홀더(108)내에 수용된다. 모듈(106)은 실드(107)를 포함한다. 실드(107)는 모듈(106) 또는 카메라(103)의 일부 또는 모든 요소를 커버할 수 있다. 도 1b는 실드(107)가 제거되고 보다 상세한 듀얼-카메라(100)를 도시한다. 모듈(106)은 텔레 렌즈 광축(116)을 갖는 텔레 렌즈(114), 텔레 센서(118) 및 선택적으로 유리창(130)(예를 들어, 도 2a 참조)을 더 포함한다. 유리창(130)은 적외선(IR) 파장에서 광을 필터링하며, 센서(118)의 기계적 보호 및/또는 먼지로부터 센서(118)의 보호를 위해 사용될 수 있다. 간결성을 위해, 카메라, 렌즈 또는 이미지 센서와 관련하여 사용된 "텔레"라는 단어는 이후에 빠질 수 있다. 일부 실시 예에서, 렌즈 및 이미지 센서 모듈은 텔레 센서가 자체 모듈을 갖도록 분리되며, 후술되는 다른 기능 및 부품(특히, 도 5a 내지 도5e의 렌즈 액추에이터 구조(502))은 단지 텔레 카메라 렌즈 모듈에 남아있다. 이하의 전체 설명은 이러한 실시 예들도 참조한다. 다른 실시 예들에서, 본 명세서에 기재된 시스템은 예를 들어 트리플-카메라 시스템을 형성하도록, 하나 이상의 추가 카메라를 포함할 수 있다. 와이드 및 텔레 카메라 외에도 트리플-카메라는 또한 울트라-와이드 카메라를 포함할 수 있으며, 울트라-와이드 카메라 EFL, EFLUW < 0.7 x EFLW이다.
듀얼-카메라(100)는 후술하는 렌즈 그룹 및 요소의 이동을 포함하여, 다양한 카메라 기능을 제어하는 제어기(도시되지 않음)를 더 포함하거나 이에 연결된다.
렌즈(114)는 제 1 그룹(G1) 렌즈 하우징(또는 "홀더")(120), 제 2 그룹(G2) 렌즈 하우징(122) 및 제 3 그룹(G3) 렌즈 하우징(124)에 각각 수용된 3 개 그룹의 렌즈 요소(G1, G2 및 G3)를 포함한다. 렌즈 요소 그룹(G1, G2 및 G3)을 위한 3 개의 상이한 렌즈 설계의 세부 사항은 도 2 내지 도 4를 참조하여 아래에 제공된다. 다음에 상세히 설명되는 다양한 실시 예에서, 적어도 하나의 렌즈 요소 그룹은 렌즈 광축(116)을 따라 다른 렌즈 요소 그룹에 대해 이동하여, 적어도 2 개의 텔레 렌즈 유효 초점 길이(EFLT):최소 EFLTmin 및 최대 EFLTmax를 제공한다. 예를 들어, EFLTmin은 10-20mm이고, EFLTmax는 20-40mm일 수 있다. 이는 작은 텔레 렌즈 f-수(F#T)를 유지하면서, 2 개의 큰 EFL 사이에서 줌 기능을 제공한다. 또한, EFLTmin은 EFLW와 EFLTmax 사이에서 듀얼-카메라(100)에 의해 광학 줌이 제공될 수 있도록, EFLW보다 예를 들어 2 배 이상 더 크다. EFL에 추가하여, 각각의 줌 상태에 대해, 텔레 렌즈 총 트랙 길이(TTLT)는 렌즈가 무한대에 초점 맞춰질 때, 광축을 따라 객체 측을 향하는 제 1 렌즈 요소의 제 1 표면(S1, 아래 참조)으로부터 모든 렌즈 요소 및 유리창을 포함하여 이미지 센서 표면까지의 거리로 정의된다. TTLTmin은 제 1 줌 상태에 대해 정의되고, TTLTmax는 제 2 줌 상태에 대해 정의된다. TTLTmin 및 TTLTmax는 예를 들어, 도 2c, 도 2d, 도 3a 및 도 3b에 표시되어 있지만, 그 정의는 본 출원의 모든 실시 예에 적용된다.
도 2a는 텔레 렌즈(114')의 제 1 예시적인 광학 설계 및 광선 추적을 갖는, OPFE(104)(예를 들어, 프리즘)를 갖는 카메라(103)와 같은 줌 폴디드 텔레 카메라(103'), 렌즈(114)와 같은 렌즈(114'), 및 이미지 센서(118)를 도시하는데, 여기서 텔레 렌즈는 즉, EFL = EFLTmin를 갖는 제 1 줌 상태에 있다. 또한, 유리창(130)은 모든 렌즈 요소와 이미지 센서(118) 사이에 위치될 수 있다. 도 2b는 즉, EFL = EFLTmax를 갖는 제 2 줌 상태에 있는 폴디드 텔레 카메라(103')를 도시한다. 도 2c는 제 1 줌 상태에서의 제 1 광학 설계의 렌즈(114') 세부 사항을 도시한다. 도 2d는 제 2 줌 상태에서의 렌즈(114')의 세부 사항을 도시한다.
렌즈(114')는 표 1 내지 표 4로 표현된 제 1 예시적인 광학 설계를 가지며, 프리즘을 향하는 객체 측("객체 측")에서 L1으로 시작하여 이미지 센서를 향하는 이미지 측에서 L8로 끝나는, L1-L8로 표시된 8 개의 렌즈 요소를 포함한다. 표 1은 광학 렌즈 설계에서 각 표면에 대한 광학 데이터를 제공한다. 당 업계에 공지된 많은 OPFE 설계가 객체와 S1 사이에 사용될 수 있기 때문에, OPFE(프리즘 또는 미러)의 광학 데이터는 표 1에서 생략되어 있다. 이러한 OPFE의 비-제한적인 예는 프리즘의 굴절률이 (예를 들어, 1-3 범위내에서) 변할 수 있도록, 유리 또는 플라스틱으로 만들어진 프리즘; (예를 들어, 공동 소유 국제 특허 출원 PCT/IB2018/054928에 개시된 바와 같이) 미광을 제한하는 OPFE; 로우 프로파일 프리즘(예를 들어, 공동 소유 미국 가특허 출원 제 62/657,003 호 참조); 스캐닝 OPFE(예를 들어, 공동 소유 국제 특허 출원 PCT/IB2018/050885 및 PCT/IB2017/참조); OIS 메커니즘을 갖는 OPFE(예를 들어, 공동 소유 미국 특허 제 9927600 호 참조); 및 미러를 포함한다.
표 2는 표 1의 표면 간 거리에 대한 추가 데이터인 줌 데이터와 다양한 줌 위치에 대한 파라미터 변경을 제공한다. 표 3은 구면이 아닌 표 1의 표면에 대한 추가 광학 데이터인 비구면 데이터를 제공한다. 표 4는 렌즈 요소와 렌즈 요소 그룹의 초점 길이를 mm로 제공한다. 제 2 예시적인 광학 설계(표 5-8), 제 3 예시적인 광학 설계(표 9-12), 제 4 예시적인 광학 설계(표 13-16) 및 제 5 예시적인 광학 설계(표 17-20)에 대한 유사한 표가 이하에 존재한다.
이하의 다양한 예시적인 실시 예에 개시된 렌즈는 렌즈 요소의 여러 렌즈 그룹(G1, G2, G3 등)을 포함하며, 각 그룹은 Li로 표시된 복수의 렌즈 요소를 포함한다. 각각의 렌즈 요소(Li)는 각각의 전면(S2i-1) 및 각각의 후면(S2i)을 가지며, 여기서 "i"는 1과 N 사이의 정수이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 각각의 렌즈 요소의 "전면"이라는 용어는 카메라의 입구에 가깝게 위치된(카메라 객체 측) 렌즈 요소의 표면을 지칭하고, "후면"이라는 용어는 이미지 센서에 가깝게 위치된 (카메라 이미지 측) 렌즈 요소의 표면을 지칭한다. 전면 및/또는 후면은 일부 경우, 비구면일 수 있다. 전면 및/또는 후면은 일부 경우, 구형일 수 있다. 그러나, 이러한 옵션은 제한되지 않는다. 렌즈 요소(L1 내지 LN)는 다양한 재료, 예를 들어 플라스틱 또는 유리로 제조될 수 있다. 일부 렌즈 요소는 다른 렌즈 요소와 다른 재료로 만들어 질 수 있다. 기호 "Gi", "Li", "Si"는 예로서 여러 도면에 도시되어 있다("Gi" 기호에 대해서는 도 2c, 2d 참조, "Li" 기호에 대해서는 도 2b 참조, "Si" 기호에 대해서는 도 4a 참조). 그러나, 이들 기호는 본 출원의 모든 실시 예에 적용된다.
본 명세서에서, 부품, 요소 또는 부품 또는 요소 그룹의 "높이"는 제 1 광축 방향(예시 좌표계에서 Y 방향)으로의 부품/요소/그룹의 최하단과 부품/요소/그룹의 최상단 사이의 거리로 정의된다. "상부(upper)"또는 "상단(top)"이라는 용어는 동일한 부품/요소 또는 그룹의 다른 섹션에 비해, Y를 따라 이미지화된(촬영된) 객체에 더 근접하고 이를 마주하는 임의의 부품/요소/그룹의 섹션을 지칭한다. "하부" 또는 "하단"이라는 용어는 동일한 부품/요소 또는 그룹의 다른 섹션에 비해, Y를 따라 이미지화된 객체로부터 가장 멀리 떨어져 있고 이를 마주하지 않는 임의의 부품/요소/그룹의 섹션을 지칭한다.
표 1(또는, 표 5 및 9)에서, R은 표면의 곡률 반경이고, T는 표면으로부터 광축에 평행한 다음 표면까지의 거리이다. 일부 렌즈 요소 사이의 거리는 주밍 및 포커싱에 따라 변경되므로, 다양한 줌 및 포커스 위치에 대한 추가 두께 데이터가 표 2, 6 및 10에 제공된다. TTLT는 표 2, 6 및 10의 추가 데이터가 무한대로 설정된 객체와 함께 사용되는 경우, S1에서 시작하여 이미지 센서까지의 모든 T 값의 합임에 유념하라. D는 표면의 광학 직경이다. D/2는 "반지름" 또는 직경의 절반을 나타낸다. R, T 및 D의 단위는 밀리미터(mm)이다. Nd 및 Vd는 각각 표면과 다음 표면 사이에 존재하는 렌즈 요소 재료의 굴절률 및 아베 수이다.
표면 유형은 표 1, 5 및 9에 정의되어 있으며, 표면 계수는 표 3, 7 및 11에 있다.
-평평한 표면(-)은 무한대 곡률 반경을 가지며;
-고른-비구면(even-Aspherical, EVS) 표면은 식 1을 사용하여 정의되며, 그 세부 사항은 표 3, 7 및 11에 제공된다:
Figure 112020080494685-pct00001
여기서, r은 관련 광축(제 1 또는 제 2)으로부터 (및 이에 수직인) 광학 표면에서의 점의 거리(제 1 또는 제 2)이며, k는 원뿔 계수, c = 1/R, 및 α는 표 3, 7 및 11에서 제공된 계수이다. 임의의 비구면 표면에 대하여, r의 최대값("max r")은 각각의 표면의 반경(D/2)인 것에 유념하라.
-QT1 표면은 식 2 및 아래 등식을 사용하여 정의된다:
Figure 112020080494685-pct00002
여기서, {z, r}은 표준 원통형 극좌표, c는 표면의 근축 곡률, k는 원뿔 파라미터, NR은 표준 반경, An은 렌즈 데이터 표에 표시된 다항식 계수이다.
-"조리개(stop) 표면"(표 2, 6, 10, 14, 18 및 22): 개시된 실시 예에서, 렌즈 애퍼처 조리개 표면의 위치는 제 1 줌 상태로부터 제 2 줌 상태로 시프트될 때, 변할 수 있다. 이 경우, 조리개가 전체 렌즈 모듈의 F#을 결정한다. 예를 들어, 일부 실시 예에서, 제 1 줌 상태에서 센터 필드에 이미지를 형성하기 위해 이미지 평면에 도달하는 광량은 객체 측 L1로부터의 제 1 렌즈 근처의 애퍼처 조리개에 의해 결정되는 반면, 제 2 줌 상태에서는 광량 센터 필드에 이미지를 형성하기 위해 이미지 평면에 도달하는 광량은 다른 렌즈 요소 근처, 예를 들어 렌즈 요소(L4) 근처의 애퍼처 조리개에 의해 결정된다. 다른 실시 예들에서, 렌즈 애퍼처 조리개 표면의 위치는 제 1 줌 상태로부터 제 2 줌 상태로 시프트될 때, 변하지 않을 수 있다. 프리즘의 반사 표면은 또한 통상적으로 "미러"라고 알려져 있다.
아래 표에 제시된 이미지 센서의 직경(D)는 이미지 센서 대각선의 가능한 크기를 나타낸다.
[표 1]
Figure 112020080494685-pct00003
[표 2]
Figure 112020080494685-pct00004
[표 3]
Figure 112020080494685-pct00005
[표 4]
Figure 112020080494685-pct00006
제 1 예("예 1")에서, 렌즈 요소(L1-L8)는 3 개의 그룹, 즉 렌즈 요소(L1 및 L2)를 포함하는 제 1 그룹(G1), 렌즈 요소(L3 및 L4)를 포함하는 제 2 그룹(G2) 및 렌즈 요소(L5-L8)를 포함하는 제 3 그룹으로 그룹화된다. 표 4에 열거된 렌즈 또는 그룹 초점 길이는 양 또는 음의 값을 가지며, 이는 관련 렌즈 요소 또는 그룹 각각의 양 또는 음의 굴절력을 나타낸다. 따라서, 표 4에서, L1, L3, L5 및 L8은 양의 굴절력을 가지며, L2, L4, L6 및 L7은 음의 굴절력을 갖는다. 유사하게, G1 및 G2는 양의 굴절력을 가지며, G3는 음의 굴절력을 갖는다. 이것은 표 8과 12에도 적용된다.
예 1에서, 카메라는 그룹(G2)를 이미지 센서(118)에 대해 정지된 상태로 유지하면서, 그룹(G1) 및 그룹(G3)을 이미지 센서(118)에 대해 이동시킴으로써, 2 개의 줌 상태가 만들어진다. G3은 각각의 줌 상태에서 포커싱을 위해 추가적으로 이동 가능하다. 표 2는 정확한 거리와 상대 위치를 지정한다. 예 1에서, G1 및 G3은 카메라가 도 2a 및 도 2c에 도시된 제 1 줌 상태[여기서, EFLT = EFLTmin = 15mm, F#= F#Tmin = 2.8 및 TTLT = TTLTmin = 16.309mm이다] 및 도 2b 및 도 2d에 도시된 제 2 줌 상태[여기서, EFLT = EFLTmax = 30mm, F#= F#Tmax = 4 및 TTLT = TTLTmin = 27.581mm이다]로 되도록, G2(및 이미지 센서)에 대해 상대적으로 이동된다. 이동 범위는 예를 들어 5-10mm일 수 있다. 제 1 상태에서, G1은 거리 d4(15mm EFL의 경우, 표 2에서 S4와 S5 사이의 거리, 즉 0.131mm)만큼 G2로부터 이격되고, G2는 거리 d8(15mm EFL의 경우, 표 2에서 S8과 S9 사이의 거리, 즉 초점 길이에 따라 5.080-5.364mm)만큼 G3으로부터 이격되고, G3은 거리 d16(15mm EFL의 경우, 표 2에서 S16과 S17 사이의 거리, 즉 초점 거리에 따라 1.094-0.810 mm)만큼 창(130)으로부터 이격된다. 제 2 상태에서, G1은 거리 d4'(30mm EFL의 경우, 표 2에서 S4와 S5 사이의 거리, 즉 11.403mm)만큼 G2로부터 이격되고, G2는 거리 d8'(30mm EFL의 경우, 표 2에서 S8과 S9 사이의 거리, 즉 초점 거리에 따라 0.060-0.434mm)만큼 G3으로부터 이격되고, G3은 거리 d16'(30mm EFL의 경우, 표 2에서 S16과 S17 사이의 거리,즉 초점 거리에 따라 6.114mm-5.740mm)만큼 창(130)으로부터 이격된다.
도 3a는 제 1 줌 상태에서의 카메라(103)와 같은 폴디드 텔레 카메라의 예시적인 광학 설계의 제 2 실시 예의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한 반면, 도 3b는 제 2 줌 상태에서의 제 2 광학 설계의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한다. 도면은 렌즈(114''), 이미지 센서(118) 및 선택적인 창(130)을 도시한다. 제 2 광학 설계는 표 5-8에 의해 표현되고, 프리즘을 향하는 객체 측에서 L1으로 시작하여 이미지 센서를 향하는 이미지 측 L8에서 끝나는 L1-L8로 표시된 8 개의 렌즈 요소를 포함한다. 표 5는 광학 데이터를 제공하고, 표 6은 줌 데이터를 제공하고, 표 7은 비구면 데이터를 제공하고, 표 8은 렌즈 또는 그룹 초점 거리를 mm로 제공한다.
제 2 예("예 2")에서, 렌즈(114)에는, 렌즈 요소(L1-L8)가 3 개의 그룹, 즉 렌즈 요소(L1 및 L2)를 포함하는 제 1 그룹(G1), 렌즈 요소(L3-L5)를 포함하는 제 2 그룹(G2) 및 렌즈 요소(L6-L8)을 포함하는 제 3 그룹으로 그룹화된다.
예 2에서, 카메라는 R1,3보다 작은 범위(R2)에서 이미지 센서에 대해 그룹(G2)를 이동시키면서, 주어진 범위(R1,3)에서 이미지 센서에 대해 그룹(G1 및 G3)을 함께 이동시킴으로써, 2 개의 줌 상태로 된다. 실시 예 2에서, R1,3 = 7.509mm이고, R2 = 1.574mm이다. 그룹(G2)는 카메라(106)의 초점 거리를 무한대로부터 1 미터로 변경하기 위해, 임의의 줌 상태에서 RAF 범위에서 이미지 센서에 대하여 추가로 이동 가능하다. RAF는 줌 상태에 따라 최대 550 마이크로미터(um)일 수 있다. 도 3a는 제 1 줌 상태[여기서, EFLT = EFLTmin = 15mm, F#= F#Tmin = 2 및 TTLT = TTLTmin = 17.373mm이다]의 실시 예 2를 도시한다. 도 3b는 제 2 줌 상태[여기서, EFLT = EFLTmax = 30mm, F#= F#Tmax = 4 및 TTLT = TTLTmax = 24.881mm이다]의 실시 예 2를 도시한다.
예 2에서, 다음의 조건이 충족된다.
R1,3 및 R2는 0.6 x (EFLTmax - EFLTmin)보다 작고, 물론 0.75 x (EFLTmax - EFLTmin)보다 작다. F#Tmin은 1.0 x F#Tmax x EFLTmin/EFLTmax보다 작고, 1.2 x F#Tmax x EFLTmin/EFLTmax보다 작고, 1.5 x F#Tmax x EFLTmin/EFLTmax보다 작고, 1.8 x F#Tmax x EFLTmin/EFLTmax보다 작다.
제 1 상태에서, G1은 거리 d4(15mm EFL의 경우, 표 6에서 S4와 S5 사이의 거리, 즉 초점 거리에 따라 1.246 내지 1.012mm)만큼 G2로부터 이격되고, G2는 거리 d10(15mm EFL의 경우, 표 6에서 S10과 S11 사이의 거리, 즉 초점 거리에 따라 6.136-6.370mm)만큼 G3으로부터 이격되고, G3은 거리 d16(15mm EFL, 표 6에서 S16과 S17 사이의 거리, 즉 0.229mm)만큼 창(130)으로부터 이격된다. 제 2 상태에서, G1은 거리 d4'(30mm EFL의 경우, 표 6에서 S4와 S5 사이의 거리, 즉 초점 거리에 따라 7.181 내지 6.658mm)만큼 G2로부터 이격되고, G2는 거리 d10'(30mm EFL의 경우, 표 6에서 S10과 S11 사이의 거리, 즉 초점 거리에 따라 0.2 내지 0.725mm)만큼 G3으로부터 이격되고, G3은 거리 d16'(30mm EFL의 경우, 표 6에서 S16와 S17 사이의 거리, 즉 7.738mm)만큼 창(130)으로부터 이격된다.
[표 5]
Figure 112020080494685-pct00007
[표 6]
Figure 112020080494685-pct00008
[표 7]
Figure 112020080494685-pct00009
[표 8]
Figure 112020080494685-pct00010
도 4a는 제 1 줌 상태에서의 카메라(103)와 같은 폴디드 텔레 카메라의 예시적인 광학 설계의 제 3 실시 예의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한 반면, 도 4b는 제 2 줌 상태에서의 제 3 광학 설계의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한다. 도면은 렌즈(114'''), 이미지 센서(118) 및 선택적인 창(130)을 도시한다. 제 3 광학 설계는 표 9-12에 의해 표현되고, 프리즘을 향한 객체 측에서 L1로 시작하여 이미지 센서를 향한 이미지 측면의 L8로 끝나는 L1-L8로 표시된 8 개의 렌즈 요소를 포함한다. 표 9는 광학 데이터를 제공하고, 표 10은 줌 데이터를 제공하고, 표 11은 비구면 데이터를 제공하고, 표 12는 렌즈 또는 그룹 초점 거리를 mm로 제공한다.
렌즈(114''')에서, 렌즈 요소(L1-L8)는 3 개의 그룹, 즉 렌즈 요소(L1 및 L2)를 포함하는 제 1 그룹(G1), 렌즈 요소(L3 및 L4)를 포함하는 제 2 그룹(G2) 및 렌즈 요소(L5-L8)를 포함하는 제 3 그룹으로 그룹화된다.
제 3 예시적인 사용("예 3")에서, 카메라는 그룹(G2)를 정지 상태로 유지하면서, 주어진 범위에서 이미지 센서에 대해 그룹(G1 및 G3)을 이동시킴으로써, 2 개의 줌 상태로 된다. 이동 범위는 예를 들어 5-10mm일 수 있다. G1은 포커싱을 위해 추가적으로 이동 가능하다. 예 3에서, G1 및 G3은 카메라가 도 4a에 도시된 제 1 줌 상태[여기서, EFLT = EFLTmin = 15mm, F#Tmin = 2.74 및 TTLT = TTLTmin = 16.78mm이다] 및 도 4b에 도시된 제 2 줌 상태[여기서, EFLT = EFLTmax = 30mm, F#= F#Tmax = 4 및 TTLT = TTLTmax = 26.958mm이다]로 되도록, G2(및 이미지 센서)에 대해 상대적으로 이동된다. 제 1 상태에서, G1은 거리 d4(15mm EFL의 경우, 표 10에서 S4와 S5 사이의 거리, 즉 초점 거리에 따라 0.199-0.870mm)만큼 G2로부터 이격되고, G2는 거리 d8(15mm EFL의 경우, 표 10에서 S8과 S9 사이의 거리, 즉 6.050mm)만큼 G3로부터 이격되고, G3은 거리 d16(15mm EFL의 경우, 표 10에서 S16과 S17 사이의 거리, 즉 0.650 mm)만큼 윈도우(130)로부터 이격된다. 제 2 상태에서, G1은 거리 d4(30mm EFL의 경우, 표 10에서 S4와 S5 사이의 거리, 즉 초점 거리에 따라 10.377-11.031mm)만큼 G2로부터 이격되고, G2는 거리 d8(30mm EFL의 경우, 표 10에서 S8과 S9 사이의 거리, 즉 0.06 mm)만큼 G3로부터 이격되고, G3은 거리 d16(30mm EFL의 경우, 표 10에서 S16과 S17 사이의 거리, 즉 6.64mm)만큼 윈도우(130)로부터 이격된다.
[표 9]
Figure 112020080494685-pct00011
[표 10]
Figure 112020080494685-pct00012
[표 11]
Figure 112020080494685-pct00013
[표 12]
Figure 112020080494685-pct00014
도 4c는 제 1 줌 상태에서의 카메라(103)와 같은 폴디드 텔레 카메라의 제 4 예시적인 광학 설계의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한 반면, 도 4d는 제 2 줌 상태에서의 제 4 광학 설계의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한다. 도면은 렌즈(114''''), 이미지 센서(118) 및 선택적인 창(130)을 도시한다. 제 4 광학 설계는 표 13-16에 의해 표현되고, 프리즘을 향하는 객체 측에서 L1로 시작하여 이미지 센서를 향하는 이미지 측에서 L8로 끝나는 L1 내지 L8로 표시된 8 개의 렌즈 요소를 포함한다. 표 13은 광학 데이터를 제공하고, 표 14는 줌 데이터를 제공하고, 표 15는 비구면 데이터를 제공하고, 표 16은 렌즈 또는 그룹의 초점 거리를 mm로 제공한다.
제 4 예("예 4")에서, 렌즈(114'''')에는, 렌즈 요소(L1-L8)가 3 개의 그룹, 즉 렌즈 요소(L1 및 L2)를 포함하는 제 1 그룹(G1), 렌즈 요소(L3-L5)를 포함하는 제 2 그룹(G2), 및 렌즈 요소(L6-L8)을 포함하는 제 3 그룹으로 그룹화된다.
예 4에서, 카메라는 그룹(G2)가 줌 프로세스에서 이미지 센서에 대해 정지된 상태에 있으면서, 주어진 범위(R1,3)에서 그룹(G1 및 G3)를 이미지 센서에 대해 함께(하나의 유닛으로) 이동시킴으로써, 2 개의 줌 상태로 된다. 실시 예 5에서, R1,3 = 7.065mm이다. 줌 상태를 변경할 때 그룹(G2)가 이동하지 않지만, 그룹(G2)는 카메라(106)의 초점 거리를 무한대에서 1 미터로 변경하기 위하여 범위 RAF에서 임의의 줌 상태에서 이미지 센서 및 그룹(G1 및 G3)에 대해 이동 가능하다. RAF는 줌 상태에 따라 최대 730μm일 수 있다. 도 4c는 제 1 줌 상태[여기서, EFLT = EFLTmin = 15mm, F#= F#Tmin = 2 및 TTLT = TTLTmin = 17.865mm이다]의 실시 예 4를 도시한다. 도 4d는 제 2 줌 상태[여기서, EFLT = EFLTmax = 30mm, F#= F#Tmax = 4 및 TTLT = TTLTmax = 24.93mm이다]의 실시 예 4를 도시한다.
제 1 상태에서, G1은 거리 d4(15mm EFL의 경우, 표 14에서 S4와 S5 사이의 거리)만큼 G2와 이격되고, G2는 거리 d10(15mm EFL의 경우, 표 14에서 S10과 S11 사이의 거리)만큼 G3으로부터 이격되고, G3은 거리 d16(15mm EFL의 경우, 표 14에서 S16과 S17 사이의 거리)만큼 윈도우(130)로부터 이격된다. 제 2 상태에서, G1은 거리 d4'(30mm EFL의 경우, 표 14에서 S4와 S5 사이의 거리)만큼 G2로부터 이격되고, G2는 거리 d10'(30mm EFL의 경우, 표 14에서 S10과 S11 사이의 거리)만큼 G3로부터 이격되고, G3은 거리(d16')(30mm EFL의 경우, 표 14에서 S16과 S17 사이의 거리)만큼 윈도우(130)로부터 이격된다.
[표 13]
Figure 112020080494685-pct00015
[표 14]
Figure 112020080494685-pct00016
[표 15]
Figure 112020080494685-pct00017
[표 16]
Figure 112020080494685-pct00018
도 4e는 제 1 줌 상태에서의 카메라(103)와 같은 폴디드 텔레 카메라의 제 5 예시적인 광학 설계의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한 반면, 도 4f는 제 2 줌 상태에서의 제 5 광학 설계의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한다. 도면은 렌즈(114'''''), 이미지 센서(118) 및 선택적인 창(130)을 도시한다. 제 5 광학 설계는 표 17-20으로 표현되고, 프리즘을 향한 객체 측에서 L1로 시작하여 이미지 센서를 향한 이미지 측에서 L8로 끝나는 L1-L8로 표시된 8 개의 렌즈 요소를 포함한다. 표 17은 광학 데이터를 제공하고, 표 18은 줌 데이터를 제공하고, 표 19는 비구면 데이터를 제공하고, 표 20은 렌즈 또는 그룹 초점 거리를 mm로 제공한다.
제 5 예("실시 예 5")에서, 렌즈(114''''')에는, 렌즈 요소(L1-L8)가 3 개의 그룹, 즉 렌즈 요소(L1 및 L2)를 포함하는 제 1 그룹(G1), 렌즈 요소(L3-L5)를 포함하는 제 2 그룹(G2), 및 렌즈 요소(L6-L8)을 포함하는 제 3 그룹으로 그룹화된다.
예 5에서, 그룹(G2)가 이미지 센서에 대해 정지된 상태에 있으면서, 주어진 범위(R1,3)에서 그룹(G1 및 G3)를 이미지 센서에 대해 그룹(G1 및 G3)과 함께(하나의 유닛으로) 이동시킴으로써, 2 개의 줌 상태로 된다. 실시 예 5에서, R1,3 = 7.697mm이다. 그룹(G1 + G3)은 카메라(106)의 초점 거리를 무한대로부터 2 미터로 변경하기 위해 RAF 범위에서 임의의 줌 상태에서 이미지 센서 및 그룹(G2)에 대해 추가적으로 함께 이동 가능하다. RAF는 줌 상태에 따라 최대 1.8mm일 수 있다. 도 4e는 제 1 줌 상태[여기서, EFLT = EFLTmin = 15mm, F#= F#Tmin = 2 및 TTLT = TTLTmin = 18.1mm이다]의 실시 예 5를 도시한다. 도 4F는 제 2 줌 상태[여기서, EFLT = EFLTmax = 30mm, F#= F#Tmax = 4 및 TTLT = TTLTmax = 25.8mm이다]의 실시 예 5를 도시한다.
제 1 상태에서, G1은 거리 d4(15mm EFL인 경우, 표 18에서 S4와 S5 사이의 거리)만큼 G2로부터 이격되고, G2는 거리 d10(15mm EFL의 경우, 표 18에서 S10과 S11 사이의 거리)만큼 G3로부터 이격되고, G3은 거리 d16(15mm EFL의 경우, 표 18에서 S16과 S17 사이의 거리)만큼 윈도우(130)로부터 이격된다. 제 2 상태에서, G1은 거리 d4'(30mm EFL의 경우, 표 18에서 S4와 S5 사이의 거리)만큼 G2로부터 이격되고, G2는 거리 d10'(30mm EFL의 경우, 표 18에서 S10과 S11 사이의 거리)만큼 G3으로부터 이격되고, G3은 거리 d16'(30mm EFL의 경우, 표 17에서 S16과 S17 사이의 거리)만큼 윈도우(130)로부터 이격된다.
[표 17]
Figure 112020080494685-pct00019
[표 18]
Figure 112020080494685-pct00020
[표 19]
Figure 112020080494685-pct00021
[표 20]
Figure 112020080494685-pct00022
도 4g는 제 1 줌 상태에서의 카메라(103)와 같은 폴디드 텔레 카메라의 예시적인 광학 설계의 제 6 실시 예의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한 반면, 도 4h는 제 2 줌 상태에서의 제 6 광학 설계의 렌즈 요소의 세부 사항을 도시한다. 도면들은 렌즈(114''''''), 이미지 센서(118) 및 선택적인 창(130)을 도시한다. 제 6 광학 설계는 표 21 내지 24에 의해 표현되고, 프리즘을 향한 객체 측에서 L1로 시작하여 이미지 센서를 향한 이미지 측에서 L8로 끝나는 L1-L8로 표시된 8 개의 렌즈 요소를 포함한다. 표 21은 광학 데이터를 제공하고, 표 22는 줌 데이터를 제공하고, 표 23은 비구면 데이터를 제공하고, 표 24는 렌즈 또는 그룹 초점 거리를 mm로 제공한다.
렌즈(114'''''')에서, 렌즈 요소(L1-L8)가 3 개의 그룹, 즉 렌즈 요소(L1, L2 및 L3)을 포함하는 제 1 그룹(G1), 렌즈 요소(L4, L5 및 L6)을 포함하는 제 2 그룹(G2) 및 렌즈 요소(L7 및 L8)를 포함하는 제 3 그룹으로 그룹화된다.
예 6에서, 카메라는 그룹(G2)가 이미지 센서에 대해 범위(R2)내에서 이동하는 동안, 주어진 범위(R1,3)에서 그룹(G1 및 G3)를 이미지 센서에 대해 함께(하나의 유닛으로) 이동시킴으로써, 2 개의 줌 상태로 되는데, R2 < R1,3이다. 예 6에서, R1,3 = 5.641mm 및 R2 = 0.718이다. 그룹(G1 + G2 + G3)은 카메라(106)의 초점 거리를 무한대로부터 1 미터로 또는 2 미터로 변경하기 위한 RAF 범위에서 이미지 센서에 대하여 임의의 줌 상태에서 함께 추가적으로 이동 가능하다. RAF는 줌 상태에 따라 최대 0.4mm이다.
도 4g는 제 1 줌 상태[여기서, EFLT = EFLTmin = 13mm, F#= F#Tmin = 1.8 및 TTLT = TTLTmin = 19.84mm이다]의 실시 예 6을 도시한다. 도 4h는 제 2 줌 상태[여기서, EFLT = EFLTmax = 26mm, F#= F#Tmax = 2.88, 및 TTLT = TTLTmax = 25.85mm이다]의 실시 예 6을 도시한다.
제 1 상태에서, G1은 거리 d7(13mm EFL의 경우, 표 22에서 S7과 S8 사이의 거리)만큼 G2로부터 이격되고, G2는 거리 d13(13mm EFL의 경우, 표 22에서 S13와 S14 사이의 거리)만큼 G3로부터 이격되고, G3은 거리 d17(13mm EFL의 경우, 표 22에서 S17과 S18 사이의 거리)만큼 윈도우(130)로부터 이격된다. 제 2 상태에서, G1은 거리 d7'(26mm EFL의 경우, 표 22에서 S7과 S8 사이의 거리)만큼 G2로부터 이격되고, G2는 거리 d13'(26mm EFL의 경우, 표 22에서 S13과 S14 사이의 거리)만큼 G3으로부터 이격되고, G3은 거리 d17'(26mm EFL의 경우, 표 21에서 S17과 S18 사이의 거리)만큼 윈도우(130)로부터 이격된다.
[표 21]
Figure 112020080494685-pct00023
[표 22]
Figure 112020080494685-pct00024
[표 23]
Figure 112020080494685-pct00025
[표 24]
Figure 112020080494685-pct00026
도 5a 내지 도 5e는 텔레 렌즈 및 센서 모듈(또는 간단히 "모듈")(500)에 대한 예를 개략적으로 도시한다. 도면의 설명은 도 5a 내지 도 5e뿐만 아니라 다수의 다른 도면에 도시된 좌표계 XYZ를 참조하여 계속된다. 예 에서, 모듈(500)은 제 2 예의 광학 설계를 갖는다. 모듈(500)에서, 렌즈(114', 114'' 및 114''')의 줌 상태와 포커스 상태 사이를 변경하는데 필요한 작동 방법에 대한 예가 제공된다. 도 5a는 EFLTmin 상태의 모듈(500)을 상부 사시도로 개략적으로 도시하고, 도 5b는 EFLTmin 상태의 모듈(500)을 또 다른 상부 사시도로 개략적으로 도시한다. 도 5c는 EFLTmax 상태의 모듈(500)을 상부 사시도로 개략적으로 도시한다. 도 5d는 EFLTmax 상태의 모듈(500)을 또 다른 상부 사시도로 개략적으로 도시한다. 도 5e는 모듈(500)의 분해도를 도시한다. 모듈(500)은 G1 + G3 렌즈 서브-어셈블리(502), G2 렌즈 서브-어셈블리(504), 센서 서브-어셈블리(506), 전자기(EM) 서브-어셈블리(508), 베이스 서브-어셈블리(510), 제 1 자석(512), 제 1 코일(514), 제 2 자석(516), 제 1 세트(예시적으로 4) 볼(520) 및 제 2 세트(예시적으로 4) 볼(522)를 포함한다. 렌즈 서브-어셈블리(502 및 504)는 렌즈 광축(116)을 공유한다.
제 1 코일(514)은 제 1 자석(512) 옆에 위치되고, 베이스 서브-어셈블리(510)에 견고하게 결합된다(베이스 서브-어셈블리에 대해 움직이지 않음). 제 1 코일(514)은 PCB(822)(도 8)와 같은 PCB에 납땜되거나 동작에 필요한 전력 및 전자 신호 모두를 전달하는 입력 및 출력 전류를 제 1 코일(514)에 전송할 수 있게 하는 외부 회로(도시되지 않음)에 라우팅될 수 있다. 코일(514)은 예시적으로 직사각형 형상을 가지며, 10-30 옴의 전형적인 저항을 갖는 수십 개의 코일 권선(즉, 50-250의 비-제한적 범위)을 일반적으로 포함한다. 제 1 자석(512)은 분할 자석으로서, 중간의 분할 라인(512a)은 그것을 2 쪽으로 분리하는데, 분할 라인(512a)의 일측에서, 자석(512)은 양의 X 방향을 향하는 북쪽 자극을 가지며, 분할 라인(512a)의 타측에서, 자석(512)은 양의 X 방향을 향하는 남쪽 자극을 갖는다. 제 1 코일(514)에서 전류를 인가할 때, 제 1 로렌츠 힘이 제 1 자석(512) 상에 생성된다. 예를 들어, 시계 방향으로 제 1 코일(514)을 통하는 전류 흐름은 제 1 자석(512) 상에 양의 Z 방향으로 제 1 로렌츠 힘을 유도하는 반면, 반 시계 방향으로 제 1 코일(512)을 통하는 전류 흐름은 제 1 자석(512) 상에 음의 Z 방향으로 로렌츠 힘을 유도할 것이다. 예에서, 제 1 로렌츠 힘은 개방 루프 제어에서 하부 작동식 서브-어셈블리(560)를 제 1 줌 상태로부터 제 2 줌 상태로 그리고 그 반대로 이동시키는데, 즉 하부 작동식 서브-어셈블리(560)를 스톱부(720a-b 및 722a-b)(하기 참조) 사이에서 작동시키는데 사용될 수 있다.
도 6a 및 6b는 EFLTmin 상태에서의 상부 작동식 서브-어셈블리(550) 및 하부 작동식 서브-어셈블리(560)를 도시한, 모듈(500)의 작동 부품의 2 개의 하부 사시도를 제공한다. 도 6c는 상부 작동식 서브-어셈블리(550)를 하부 사시도로 도시한다. 상부 작동식 서브-어셈블리(550)는 G2 렌즈 서브-어셈블리(504), 제 2 자석(516) 및 복수의 스테핑 자석(626)을 포함한다. 하부 작동식 서브-어셈블리(560)는 G1 + G3 렌즈 서브-어셈블리(502), 제 1 자석(512), 스테핑 자석(628), 및 4 개의 요크[(602a-b)(도 6b) 및 604a-b(도 6a)]를 포함한다. 도 7은 가이딩 레일(710a 및 710b) 및 풀-스톱 자석(702a-b 및 704a-b)을 포함하는 베이스 서브-어셈블리(510)의 세부 사항을 도시한다. 도 7에서, 풀-스톱 자석(702a-b 및 704a-b)은 도시 목적으로 스톱부(720a-b 및 722a-b)로부터 분리된다. 화살표는 스톱부(720a-b 및 722a-b)에서의 풀-스톱 자석(702a-b 및 704a-b)의 접착 위치를 나타낸다. 요크(602a-b)는 풀-스톱 자석(702a-b)에 대해 당겨지고, 요크(604a-b)는 풀-스톱 자석(704a-b)에 대해 당겨진다. 가이딩 레일(710a-b) 각각은 각각의 그루브(712a-b)을 포함한다. 베이스 서브-어셈블리(510)는 가이딩 레일(710b)에 예시적으로 연결된 2 개의 기계적 스톱부(706, 708)를 더 포함한다. 기계적 스톱부(706 및 708)는 상부 작동식 서브-어셈블리(550)의 스트로크를 제한한다. 도 8은 PCB(822)상에서의 EM 서브-어셈블리(508)의 세부 사항을 도시한다.
일 예에서, 모듈(500)은 렌즈 광축(116)을 따른 방향으로 렌즈 서브-어셈블리(502 및 504)의 상대적 운동을 가능하게 한다. 모듈(500)은 3-40 mm 범위의 예시적인 길이/폭/높이 치수를 가지며, 즉 모듈(500)은 크기가 3x3x3 mm³로부터 40x40x40 mm³인 상자내에 수용될 수 있다. 일 예에서, 모듈(500)은 렌즈 요소(L1… .LN)의 최대 클리어 애퍼처 + 각 렌즈 서브-어셈블리(502 및 504)의 플라스틱 두께(플라스틱 두께는 예를 들어 0.5-1.5mm 범위이다) + 실드(107) 두께(실드 두께는 예를 들어 0.1-0.3mm 범위이다) + 각 렌즈 서브-어셈블리(502 및 504)와 실드 (107) 사이의 2 개의 에어 갭 두께(각각의 에어 갭 두께는 예를 들어 0.05-0.15mm 범위이다)에 의해 제한되는 높이(Y 축을 따라)를 갖는다. 렌즈 요소(L1....LN)의 클리어 애퍼처는 후술되는 바와 같이, 원형 또는 절단-렌즈 클리어 애퍼처일 수 있다.
모듈(500)에서, 3 개의 렌즈 그룹(G1, G2 및 G3)은 2 개의 렌즈 서브-어셈블리, 즉 렌즈 그룹(G1 + G3)을 수용하는 렌즈 서브-어셈블리(502) 및 렌즈 그룹(G2)를 수용하는 렌즈 서브-어셈블리(504)내에 수용된다. 렌즈 서브-어셈블리(502 및 504)는 전형적으로 플라스틱으로 만들어진다. 일부 실시 예에서, 렌즈 서브-어셈블리(502) 및 렌즈 그룹(G1 + G3)은 단일 부품일 수 있다(그리고, 유사하게 렌즈 서브-어셈블리(504) 및 G2는 단일 부품일 수 있다). 일부 실시 예에서, 이들은 별도의 부품일 수 있다. 렌즈 서브-어셈블리(502 및 504)는 예를 들어 플라스틱 성형에 의해 또는 대안적으로 다른 방법에 의해 제조될 수 있다. 제 1 및 제 2 자석(512 및 516)은 렌즈 광축(116)(X 방향)을 가로 질러 2 개의 대향 측면으로부터 각각 렌즈 서브-어셈블리(502 및 504)에 고정 부착(예를 들어, 접착)된다.
렌즈 서브-어셈블리(502)는 기계적 볼 가이드 메커니즘을 형성하는 몇몇 그루브를 포함하여, 줌 요구에 대하여 선형 레일에서의 작동을 가능하게 한다. 이 예에서, 6 개의 그루브가 기재되지만, 또 다른 수의 그루브가 사용될 수 있다. 여기서, 6 개의 그루브는 Z 방향을 따라 렌즈 서브-어셈블리(502)의 상부 표면상에 형성된 2 개의 그루브(542a-b)(도 5e) 및 마찬가지로 Z 방향을 따라 렌즈 서브-어셈블리(502)의 하부 표면에 형성된 4 개의 그루브(624a-d)(도 6a)이다. 렌즈 서브-어셈블리(504)는 렌즈 서브-어셈블리(502)의 그루브 중 일부와 정합하는 몇몇 그루브를 포함한다. 도시된 실시 예에서, 렌즈 서브-어셈블리(504)는 4 개의 그루브(642a-d)를 포함하고, 그 중 3 개만이 도 6c에 도시되어 있다. 그루브들(642a-d)은 서로 평행하고, Z-축(광축)을 따르며, Z 방향을 따라 상부 작동식 서브-어셈블리(550)를 가이드하는데 사용된다.
상부 작동식 서브-어셈블리(550)는 그루브[(642a-b(642c-d)]가 그루브[(542a(542b)] 바로 위에 평행하게 되도록, 하부 작동식 서브-어셈블리(560)의 상부에 위치된다.
도시된 실시 예에서, 4 개의 볼(520)은 볼(520)이 렌즈 서브-어셈블리(502)와 렌즈 서브-어셈블리(504)를 분리하여, 2 개의 부품이 서로 접촉하는 것을 방지하도록, 그루브(542a-b)(각 그루브의 상부에 2 개의 볼)의 상부 및 그루브(642a-d)(도 6c)의 하부에 위치된다. 다른 실시 예에서, 모듈(500)은 렌즈 서브-어셈블리(502 및 504) 사이에 4 개 초과의 볼, 예를 들어 측면 당 최대 7 개의 볼 또는 통틀어 최대 14 개의 볼을 가질 수 있다. 볼(520)은 산화 알루미늄 또는 다른 세라믹 재료, 금속 또는 플라스틱 재료로 제조될 수 있다. 전형적인 볼 직경은 0.3-1mm의 비-제한적 범위일 수 있다. 공동 소유의 국제 PCT 특허 출원 PCT/IB2017/052383 [명칭: "회전 볼 가이드 보이스 코일 모터"]에서와 같이, 다른 볼 크기 및 포지셔닝 고려 사항이 있을 수 있다.
렌즈 서브-어셈블리(502 및 504)는 예시적으로 플라스틱 성형되어 있기 때문에, 부품 치수에 허용되는 공차가 있으며, 일반적으로 각 치수에 대해 수십 미크론 이하이다. 이 공차는 인접한(대향하는) 그루브들(542a-b 및 642a-d) 사이의 위치 정렬불량을 야기할 수 있다. 그루브를 보다 잘 정렬시키기 위해, 일부 그루브(예를 들어, 542a-b 및 642c-d)는 V-자형, 즉 볼 포지셔닝을 보장하기 위해 V 단면 형상을 가질 수 있는 반면, 그루브(642a-b)는 더 넓은 사다리꼴 단면을 가질 수 있다. 그루브들(542b 및 642c-d)은 조립 동안 정렬되는 반면, 그루브들(542a 및 642a-b)의 정렬은 후자의 그루브들의 사다리꼴 단면으로 인해 작은 간극을 갖는다. 사다리꼴 그루브 단면은 단지 예시적인 것이며, 한 쌍의 그루브가 그루브 형상에 의해 잘 정렬되고 다른 한 쌍의 그루브가 정렬 간극을 갖도록, 다른 그루브 단면 형상이 사용될 수 있다(예를 들어, 직사각형, 평면 등).
본 명세서에 제시된 설계는 3 개의 렌즈 요소 그룹의 정확한 정렬을 가능하게 할 수 있다. G1과 G3은 기계적으로 동일한 부품에 고정되어 있기 때문에, 서로 잘 정렬되고, 제품 수명주기 동안 정렬을 유지할 수 있다. 일부 실시 예에서, 렌즈 서브-어셈블리(504)는 하나의 부품으로 성형되고, G1 내지 G3의 정렬은 플라스틱 성형 공차에 기초한다. 일부 실시 예에서, 렌즈 서브-어셈블리(504)는 능동 또는 수동 정렬 절차를 사용하여 공장에서 접착되는 여러 부품으로 성형된다. G2는 단일 그루브 쌍(542b 및 642c 및/또는 642d)을 사용하여 G1 및 G3에 정렬된다. 즉, 렌즈 서브-어셈블리(502 및 504)는 중간 부품없이 서로 정렬된다.
4 개의 볼(522)은 볼(522)이 베이스 서브-어셈블리(510)로부터 렌즈 서브-어셈블리(502)를 분리하고 2 개의 부품이 서로 접촉하는 것을 방지하도록, 그루브(712a-b)의 상부(각 그루브의 상부에 2 개의 볼) 및 그루브(624a-d) 하부에 위치된다. 다른 실시 예에서, 모듈(500)은 4 개 초과의 볼, 예를 들어 측면 당 최대 7 개의 볼 또는 총 14 개의 볼을 가질 수 있다. 볼(522)과 관련된 크기, 재료 및 다른 고려 사항은 볼(520)의 고려 사항과 유사하다. 그루브(712a-b 및 624a-d)에 관한 다른 고려 사항은 전술한 바와 같이 그루브(542a-b 및 642a-d)의 것과 유사하다.
모듈(500)은 각각의 요크가 3 개의 스테핑 자석(626 및 628) 아래에 (Y 방향을 따라) 위치되도록, 베이스 서브-어셈블리(510)에 고정 부착된(예를 들어, 접착된) 여러 강자성 요크(716)(도 7)를 더 포함한다. 다른 실시 예에서, 강자성 요크(716)는 실드(107)의 고정 부분일 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 실드(107) 자체는 요크(들)이 실드의 일부가 되도록, 강자성 재료로 만들어 질 수 있거나, 또는 실드(107)의 하부 부분이 강자성 재료로 만들어질 수 있다. 각각의 강자성 요크(716)는 자력에 의해 일부 스테핑 자석(626 또는 628)을 음의 Y 방향으로 끌어 당기고, 따라서 모든 요크는 상부 작동식 서브-어셈블리(550) 및 하부 작동식 서브-어셈블리(560)가 서로로부터 그리고 베이스(510) 및 실드(107)로부터 분리되는 것을 방지한다. 볼(520)은 상부 작동식 서브-어셈블리(550)가 하부 작동식 서브-어셈블리(560)와 접촉하는 것을 방지하고, 볼(522)은 하부 작동식 서브-어셈블리(560)가 베이스 서브-어셈블리(510)와 접촉하는 것을 방지한다. 따라서, 상부 작동식 서브-어셈블리(550) 및 하부 작동식 서브-어셈블리(560) 모두는 Y-축을 따라 제한되고(confined), Y 방향으로 이동하지 않는다. 그루브 및 볼 구조는 상부 작동식 서브-어셈블리(550) 및 하부 작동식 서브-어셈블리(560)가 렌즈 광축(116)(Z-축)을 따라서만 이동하도록 더 제한한다.
도 7은 모듈(500)의 베이스 서브-어셈블리(510) 및 고정 레일의 세부 사항을 도시한다. Z 방향을 따라, 상부 작동식 서브-어셈블리(550)는 기계적 스톱부(706 및 708) 사이에서, 그들 사이에 필요한 G2 스트로크와 동일한 거리(약 1-3mm)로 이동하도록 제한된다. 또한, Z 방향을 따라, 하부 작동식 서브-어셈블리(560)는 기계적 스톱부(720a-b 및 722a-b) 및/또는 풀-스톱 자석(702a-b 및 704a-b) 사이에서 이동하도록 제한된다.
도 8은 모듈(500)의 EM 서브-어셈블리(508)의 세부 사항을 도시한다. EM 서브-어셈블리(508)는 제 2 코일(818), 2 개의 홀 바 요소("홀 센서")(834a 및 834b) 및 PCB(822)를 포함한다. 제 2 코일(818) 및 홀 바 요소(834a-b)는 PCB(822)에 (각각 개별적으로) 납땜될 수 있다. 제 2 코일(818)은 예시적으로 직사각형 형상을 가지며, 10-40 옴의 전형적인 저항을 갖는 수십 개의 코일 권선(예를 들어, 50-250의 비-제한적 범위)을 일반적으로 포함한다. PCB(822)는 동작에 필요한 전력 및 전자 신호를 모두 전달하는 입력 및 출력 전류를 제 2 코일(818) 및 홀 바 요소(834a-b)로 전송할 수 있다. PCB(822)는 와이어(도시되지 않음)에 의해 외부 카메라에 전자적으로 연결될 수 있다. 예(도 5e)에서, EM 서브-어셈블리(508)는 제 2 자석(516) 옆에 위치된다. 제 2 자석(516)은 분할 라인(516a)에 의해 중간에서 2 개의 측면으로 분리된 분할 자석이다: 분할 라인(516a)의 일측에서, 자석(516)은 양의 X 방향을 향하는 북쪽 자극을 가지며, 분할 라인(516a)의 타측에서, 자석(516)은 양의 X 방향을 향하는 남쪽 자극을 갖는다. 제 2 코일(818)에서 전류를 인가할 때, 로렌츠 힘이 제 2 자석(516) 상에 생성된다. 예를 들어, 시계 방향으로 제 2 코일(818)을 통하는 전류 흐름은 제 2 자석(516) 상에 양의 Z 방향으로 로렌츠 힘을 유도하는 반면, 반 시계 방향으로 제 2 코일(818)을 통하는 전류 흐름은 제 2 자석(516) 상에서 음의 Z 방향으로 로렌츠 힘을 유도할 것이다.
홀 바 요소(834a-b)는 각 홀 바 요소의 중심에서 X 방향으로의 자기장(강도 및 부호)을 측정하도록 설계된다. 홀 바 요소(834a-b)는 제 2 자석(516)의 자기장의 세기 및 방향을 감지할 수 있다. 일 예에서, PCB(822) 상의 홀 바 요소(834a)의 포지셔닝은 다음과 같다:
1. X 방향에서, 홀 바 요소(834a, 834b)는 거리(예를 들어, 0.1-0.5mm)만큼 자석(516)으로부터 분리되고, 자석(516)이 줌 또는 포커스 요구를 위해 이동하는 동안 상기 거리는 일정하다.
2. 시스템이 제 1 줌 상태(EFLT = 15mm)에 있을 때, 홀 바 요소(834a)는 Z 방향을 따라 분할 라인(516a)에 가깝다. 예를 들어, 제 1 상태 줌에서의 모든 초점 위치(무한대에서 1 미터 매크로까지 연속적으로)에 대해, 홀 요소(834a)는 Z 방향을 따라 분할 라인(516a)으로부터 RAF만큼 이격된다.
3. 시스템이 제 2 줌 상태(EFLT = 30mm)에 있을 때, 홀 바 요소(834b)는 Z 방향을 따라 분할 라인(516a)에 가깝다. 예를 들어, 제 1 상태 줌에서의 모든 초점 위치(무한대에서 1 미터 매크로까지 연속적으로)에 대해, 홀 요소(834b)는 Z 방향을 따라 분할 라인(516a)으로부터 RAF만큼 이격된다.
이러한 포지셔닝 방식에서, 홀 바 요소(834a)는 시스템이 제 1 줌 상태에 있을 때, Z 방향을 따라 제 2 자석(516)의 각각의 위치를 측정할 수 있는데, 이는 제 1 줌 상태에서, X 방향 자기장이 무한대에서 1 미터 초점의 초점 위치들 사이의 RAF를 따른 궤적인, 홀 바(834b) 상에서의 측정 가능한 구배를 갖고, X 방향 자기장이 위치와 상관될 수 있기 때문이다. 또한, 홀 바 요소(834b)는 시스템이 제 2 줌 상태에 있을 때, Z 방향을 따라 제 2 자석(516)의 각각의 위치를 측정할 수 있는데, 이는 제 2 줌 상태에서, X 방향 자기장이 무한대에서 1 미터 초점의 초점 위치 사이의 RAF를 따른 궤적인, 홀 바(834b) 상에서의 측정 가능한 구배를 갖고, X 방향 자기장이 위치와 상관될 수 있기 때문이다. 제어 회로(도시되지 않음)는 줌 상태 중 어느 하나에서 작동하는 동안 EM 서브-어셈블리(508)(및 EM 서브-어셈블리(508)가 견고하게 결합되는 베이스 서브-어셈블리(510))에 대하여 제 2 자석(516)의 위치를 폐쇄 루프로 제어하고, 줌 상태 사이에서 이동하는 동안 개방 루프로 제어하도록(도 10 및 이하의 설명 참조), 집적 회로(IC)내에 구현될 수 있다. 일부 경우에, IC는 하나 또는 둘 모두의 홀 요소(834a-b)와 결합될 수 있다. 다른 경우에, IC는 모듈(500)의 외부 또는 내부에 위치될 수 있는 별도의 칩일 수 있다(도시되지 않음). 예시적인 실시 예에서, 모듈(500)에 의해 요구되는 모든 전기 연결부는 베이스 서브-어셈블리(510) 및 외부 세계에 대해 고정된 EM 서브-어셈블리(508)에 연결된다. 따라서, 전류를 임의의 이동 부(moving part)에 전달할 필요가 없다.
모듈(500)의 자기-전기 설계는 폴디드 텔레 카메라(103)를 동작시키기 위한 다음의 동작 방법을 가능하게 한다. 도 10은 이러한 예시적인 방법을 흐름도로 도시한다. 단계(1002)에서, 텔레 카메라(103)는 하나의(예컨대, 제 1) 줌 상태에서 렌즈(114)와 함께 위치 설정된다. 텔레 렌즈(114)의 초점을 다시 맞추기 위한 (사용자 또는 알고리즘에 의한) 결정은 단계(1004)에서 이루어지고, G2 렌즈 서브-어셈블리(504)는 단계(1006)에서 홀 바(Hall bar)로부터의 입력을 사용하여, 폐쇄 루프 제어하에 (제어기에 의해-도시되지 않음) 이동되어, 텔레 카메라(103)를 제 1 줌 상태에서 다른 초점 위치로 되게 한다. 카메라(103) 렌즈(114)의 줌 상태를 다른 (예컨대, 제 2) 줌 상태로 변경하기 위한 (사용자 또는 알고리즘에 의한) 결정이 단계(1008)에서 이루어지고, G1 + G3 렌즈 서브-어셈블리(502)는 단계(1010)에서 개방 루프 제어 하에서 기계적 스톱부(720)로 이동되고, 이어서 단계(1012)에서 개방 루프 제어 하에서 G2 렌즈 서브-어셈블리(504)가 기계적 스톱부(706)로 이동된다. 그 다음, G2 렌즈 서브-어셈블리(504)는 단계(1014)에서 홀 바 요소(834b)로부터의 입력을 사용하여 폐쇄 루프 제어 하에서 이동되어, 렌즈 폴디드 카메라(103)를 단계(1016)에서 또 다른 초점 위치의 제 2 줌 상태로 되게 한다. 단계(1018)에서 렌즈(114)의 초점을 재조정하는 결정이 이루어진다. 제 2 줌 상태에서 렌즈(114)의 재초점 맞춤(refocusing)은 홀 바 요소(834b)로부터의 입력을 사용하여 폐쇄 루프 제어 하에서 G2 렌즈 서브-어셈블리를 이동시킴으로써, 수행된다. 카메라(103) 렌즈(114)의 제 2 줌 상태를 제 1 줌 상태로 변경하기 위한 (사용자 또는 알고리즘에 의한) 결정이 단계(1020)에서 이루어지고, G1 + G3 렌즈 서브-어셈블리(502)는 단계(1022)에서 개방 루프 제어 하에서 기계적 스톱부(722)로 이동되고, 이어서 단계(1024)에서 개방 루프 제어 하에서 G2 렌즈 서브-어셈블리(504)가 기계적 스톱부(708)로 이동된다.
일부 실시 예에서, 임의의 렌즈 요소(Li)의 2 개의 표면(S2i-1, S2i)은 2 개의 절단(면)을 포함하는 2 개의 애퍼처를 가질 수 있다. 이러한 경우에, 렌즈 요소(Li)는 "절단 렌즈 요소"로 지칭된다. 절단부는 렌즈 어셈블리가 더 낮거나 짧을 수 있게 한다. 예를 들어, 도 9a는 축 대칭 및 높이(H902)를 갖는 렌즈 요소(902)를 도시하고, 도 9b는 2 개의 절단부(906 및 908) 및 높이(H904)를 갖는 절단 렌즈 요소(904)를 도시한다. 렌즈 요소(902 및 904)는 동일한 직경(D)을 갖는다. 분명히, H904 < H902 이다. 도 5에 도시된 예에서, 처음 2 개의 렌즈 요소(L1 및 L2)는 절단 렌즈 요소이다.
아래에 설명된 바와 같이, 클리어 높이 값(CH(Sk))은 1 ≤ k ≤ 2N에 대하여 각각의 표면(Sk)에 대해 정의될 수 있고, 클리어 애퍼처 값(CA(Sk))은 1 ≤ k ≤ 2N에 대하여 각각의 표면(Sk)에 대해 정의될 수 있다. CA(Sk) 및 CH(Sk)는 각 렌즈 요소의 각 표면(Sk)의 광학 특성을 정의한다.
도 11a, 11b 및 12에 도시된 바와 같이, (1≤k≤2N에 대하여) 표면(Sk)를 통과하는 각각의 광선은 충돌점(IP)에서 표면에 부딪힌다. 광선은 표면(S1)으로부터 렌즈 모듈(예를 들어, 114', 114'', 114''')로 입사하여, 표면(S2) 내지 표면(S2N)을 연속적으로 통과한다. 일부 광선은 임의의 표면(Sk)에 부딪힐 수 있지만, 이미지 센서(118)에 도달할 수 없다. 소정의 표면(Sk)에 대해, 이미지 센서(118) 상에 이미지를 형성할 수 있는 광선만이 복수의 충돌점(IP)를 형성하는 것으로 간주된다. CH(Sk)는 가장 근접한 2 개의 평행선 사이의 거리로 정의된다(렌즈 요소의 광축에 직교하는 평면(P) 상에 위치하는 도 12의 라인(1200 및 1202) 참조(도 11a 및 11b에서, 평면(P)은 평면(X-Y)에 평행하고 광축(116)에 직교한다). 따라서, 평면(P)상의 모든 충돌점(IP)의 직교 투영(IPorth)은 2 개의 평행선 사이에 위치된다. CH(Sk)는 각각의 표면(Sk)(전면 및 후면, 1 ≤ k ≤ 2N)에 대해 정의될 수 있다.
CH(Sk)의 정의는 이미지 센서에 이미지를 "형성할 수 있는" 광선을 참조하기 때문에, 현재 이미지화되는 객체에 의존하지 않는다. 따라서, 현재 이미지화된 객체가 빛을 생성하지 않는 검정 배경에 위치하더라도, 상기 정의는 이미지 센서에 도달하여 이미지를 형성할 수 있는 광선(예를 들어, 검정 배경과 달리 빛을 방출하는 배경에서 방출되는 광선)을 의미하기 때문에, 이 검정 배경을 의미하지 않는다.
예를 들어, 도 11a는 광축(116)에 직교하는 평면(P)상의 2 개의 충돌점들(IP1 및 IP2)의 직교 투영들(IPorth,1, IPorth,2)을 도시한다. 예를 들면, 도 11a에서, 표면(Sk)는 볼록하다.
도 11b는 평면(P)상의 2 개의 충돌점(IP3 및 IP4)의 직교 투영(IPorth,3, IPorth,4)를 도시한다. 예를 들면, 도 3b에서, 표면(Sk)는 오목하다.
도 12에서, 평면(P)상의 표면(Sk)의 모든 충돌점(IP)의 직교 투영(IPorth)은 평행선(1200 및 1202) 사이에 위치한다. 따라서, CH(Sk)는 라인(1200 및 1202) 사이의 거리이다.
도 13에 주의가 집중된다. 현재 개시된 주제에 따르면, 클리어 애퍼처(CA(Sk))은 각각의 주어진 표면(Sk)(1≤k≤2N)에 대해 원의 직경으로 정의되며, 여기서 원은 광축(116)에 직교하는 평면(P)내에 위치하며 평면(P)상의 모든 충돌점의 모든 직교 투영(IPorth)를 둘러싸는 가장 작은 가능한 원이다. CH(Sk)와 관련하여 전술한 바와 같이, CA(Sk)의 정의는 또한 현재 이미지화되는 객체에 의존하지 않는다.
도 13에 도시된 바와 같이, 평면(P)상의 모든 충돌점(IP)의 외접하는(circumscribed) 직교 투영 (IPorth)은 원(1300)이다. 이 원(1300)의 직경은 CA(Sk)를 정의한다.
결론적으로, 여기에 개시된 줌 카메라는 다음과 같은 특정 광학 문제를 극복하도록 설계되었다.
- EFLTmax > 1.8 x EFLTmin 또는 EFLTmax > 1.5 x EFLTmin이 기계 줌에 대한 상당한 사용자 경험 효과를 보장하는 렌즈 설계.
- 일부 실시 예에서(예를 들어, 실시 예 1), TTLTmax < EFLTmax. 일부 실시 예에서(예를 들어, 실시 예 2 및 3), TTLTmax < 0.9 x EFLTmax. 이러한 렌즈 설계는 (Z 축을 따라) 카메라 길이를 감소시킬 수 있다.
- 일부 실시 예(실시 예 1-3)에서, 제 1 렌즈 요소는 다른 모든 렌즈 요소 클리어 애퍼처보다 큰 클리어 애퍼처(S1의 직경)를 갖는다. 일부 실시 예(모듈 500)에서, 제 1 렌즈는 절단 렌즈 요소인 제 1 렌즈를 갖는다(도 9 참조). 유리하게는, 이러한 렌즈 설계는 작은 카메라 높이를 달성하는 데 도움이 된다.
- 줌 상태의 변화는 렌즈 그룹 이동의 단지 2 개의 실제 양에 의해 야기된다. 즉, 줌 상태를 변경하기 위해, 일부 렌즈 요소 그룹은 제 1 이동 범위에서 함께 이동하고, 나머지 렌즈 그룹 요소 중 일부는 제 2 이동 범위에서 함께 이동하고, 모든 다른 렌즈 요소 그룹은 이동하지 않는다. 단지 2 개의 기계적 요소만 이동 및 제어할 필요가 있기 때문에, 액추에이터 제어 및 설계가 간소화된다.
- 일부 예에서, F#Tmin < 1.5xF#Tmax x EFLTmin/EFLTmax. 일부 예에서, F#Tmin < 1.2 x F#Tmax x EFLTmin/EFLmax. 이러한 렌즈 설계는 제 1 상태에 대해 낮은 F#을 달성할 수 있다.
- 일부 예에서, 임의의 렌즈 요소 그룹에 대해, 제 1 줌 상태로부터 제 2 줌 상태로의 이동은 0.75 x (EFLTmax - EFLTmin)보다 작은 스트로크를 갖는다. 일부 예에서, 임의의 렌즈 요소 그룹에 대해, 제 1 줌 상태로부터 제 2 줌 상태로의 이동은 0.6 x (EFLTmax - EFLTmin)보다 작은 스트로크를 갖는다. 이러한 렌즈 설계는 렌즈 요소의 움직임을 제한하고 및/또는 작동을 단순화할 수 있다.
- 줌 상태 변경을 위해 함께 이동하는 렌즈 요소 그룹 중 하나를 추가로 이동하여 포커싱을 수행할 수 있어서, 액추에이터 설계가 간소화되고 제어가 향상된다.
본 명세서에 개시된 렌즈의 특성 측면에서:
- 3 개의 렌즈 그룹을 가진 렌즈 설계는 렌즈 복잡성을 최소화한다.
- (객체 측에서 시작하여) 양의, 양의 및 음의 배율(power)을 갖는 렌즈 그룹을 갖는 렌즈 설계는 줌 상태 변화를 위한 작은 렌즈 그룹 이동에 기여할 수 있다.
- 줌 상태를 변경하는 프로세스의 일례(예 1)에서, 제 1 렌즈 요소 그룹(G1)은 제 1 양만큼 이동하고, 제 3 렌즈 요소 그룹(G3)은 제 2 양만큼 이동하지만, 제 2 렌즈 요소 그룹(G2)은 이동하지 않는다. G3의 추가 이동이 포커싱을 위해 사용될 수 있다.
- 줌 상태를 변경하는 프로세스의 다른 예(예 2)에서, G3과 함께 G1은 제 1 양만큼 이동하고, G2는 제 2 양만큼 이동한다. G2의 추가 이동이 포커싱을 위해 사용될 수 있다.
- 줌 상태를 변경하는 프로세스의 또 다른 예(예 3)에서, G1은 제 1 양만큼 이동하고, G3은 제 2 양만큼 이동하고, G2는 이동하지 않는다. G1의 추가 이동이 포커싱을 위해 사용될 수 있다.
- 줌 상태를 변경하는 프로세스의 또 다른 예(예 4)에서, G3과 함께 G1은 이동하고, G2는 이동하지 않는다. G2의 추가 이동이 포커싱을 위해 사용될 수 있다.
- 줌 상태를 변경하는 프로세스의 또 다른 예(예 5)에서, G3과 함께 G1은 이동하고, G2는 이동하지 않는다. G3와 함께 G1의 추가 이동이 포커싱을 위해 사용될 수 있다.
- 줌 상태를 변경하는 프로세스의 또 다른 예(예 6)에서, G3과 함께 G1은 제 1 양만큼 이동하고, G2는 제 2 양만큼 이동한다. G1 및 G2 및 G3가 함께 이동하는 3 개의 모든 렌즈 그룹의 추가 이동이 포커싱을 위해 사용될 수 있다.
표 25는 각 예에서의 이동을 예시적인 이동 범위와 함께 요약한다.
[표 25]
Figure 112020080494685-pct00027
하나 이상의 렌즈 그룹이 포커싱을 위해 이동하는 것으로 나타내어진 표 25에 제시된 예는 표에 정의된 렌즈 그룹이 포커싱을 위하여 하나의 유닛으로 함께 이동하는 설계를 지칭할 수 있다. 일부 실시 예(예를 들어, 예 5 및 6)에서, 여러 렌즈 그룹을 함께 이동시키는 것은 각각의 렌즈 그룹을 강하게 결합함으로써 용이해질 수 있다.
G1 범위, G2 범위 및 G3 범위에 주어진 값은 이미지 센서에 대하여 렌즈 그룹의 전체 이동의 최대 범위를 나타낸다.
"AF 최대 범위"행에 주어진 값은 상기 표 2, 6, 10, 14, 18, 22의 각각의 관련 표에 따라, 무한대와 1 미터 또는 2 미터 사이에서의 포커싱을 위해 필요한 "포커싱을 위해 이동하는 그룹"에 정의된, 렌즈 그룹의 이미지 센서에 대한 최대 이동 범위를 나타낸다. 대부분의 실시 예에서, AF 최대 범위는 더 높은 줌 상태, 즉 EFLTmax를 갖는 상태에 대한 렌즈 그룹 이동에 의해 주어진다.
일부 실시 예들에서, G1 및 G3은 정지 상태에 있을 수 있는데, 즉 G1 및 G3는 움직이지 않는 반면, G2는 줌 상태를 변경하기 위해 이동될 수 있다.
도 14는 본 명세서에 개시된 적어도 하나의 멀티-줌 상태 카메라를 갖는 멀티-애퍼처 카메라를 포함하는 전자 장치(1400)의 실시 예를 개략적으로 도시한다. 전자 장치(1400)는 OPFE(1412)를 포함하는 제 1 카메라 모듈(1410), 및 제 1 이미지 센서(1416)에 의해 기록된 제 1 이미지를 형성하는 제 1 렌즈 모듈(1414)을 포함한다. 제 1 렌즈 액추에이터(1418)는 포커싱 및/또는 광학 이미지 안정화(OIS)를 위해 및/또는 2 개의 상이한 줌 상태 사이에 변경하기 위해 렌즈 모듈(1414)을 이동할 수 있다. 일부 실시 예에서, 전자 장치(1400)는 애플리케이션 프로세서(AP)(1440)를 더 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 제 1 캘리브레이션 데이터는 카메라 모듈의 제 1 메모리(1422), 예를 들어 EEPROM(전기적으로 지울 수 있는 프로그램 가능 읽기 전용 메모리)에 저장될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 제 1 캘리브레이션 데이터는 전자 디바이스(1400)의 NVM(비-휘발성 메모리)과 같은 제 3 메모리(1450)에 저장될 수 있다. 제 1 캘리브레이션 데이터는 캘리브레이션 데이터의 하나 이상의 서브 세트, 예를 들어 제 1 줌 상태에서의 와이드 및 텔레 카메라의 센서들 사이의 캘리브레이션 데이터를 포함하는 제 1 서브 세트, 및/또는 제 2 줌 상태에서의 와이드 및 텔레 카메라의 센서들 사이의 캘리브레이션 데이터를 포함하는 제 2 서브 세트, 및/또는 제 1 줌 상태에서의 텔레 카메라의 센서와 제 2 줌 상태에서의 동일한 센서 사이의 캘리브레이션 데이터를 포함하는 제 3 서브 세트를 포함할 수 있다. 전자 장치(1400)는 제 2 이미지 센서(1434)에 의해 기록된 이미지를 형성하는 제 2 렌즈 모듈(1428)을 포함하는 제 2 카메라 모듈(1430)을 더 포함한다. 제 2 렌즈 액추에이터(1436)는 포커싱 및/또는 OIS를 위해 및/또는 2 개의 상이한 줌 상태 사이의 변경을 위해 렌즈 모듈(1428)을 이동할 수 있다. 일부 실시 예에서, 제 2 캘리브레이션 데이터는 카메라 모듈의 제 2 메모리(1438)에 저장될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 제 2 캘리브레이션 데이터는 전자 디바이스(1400)의 제 3 메모리(1450)에 저장될 수 있다. 제 2 캘리브레이션 데이터는 예를 들어 상술한 바와 같이 캘리브레이션 데이터의 하나 이상의 서브 세트를 포함할 수 있다.
사용시에, AP(1440)와 같은 처리 유닛은 카메라 모듈(1410 및 1430)로부터 각각의 제 1 및 제 2 이미지 데이터를 수신하고, 카메라 제어 신호를 카메라 모듈(1410 및 1430)에 공급할 수 있다. 일부 실시 예에서, AP(1440)는 제 3 메모리(1450)로부터 캘리브레이션 데이터를 수신할 수 있다. 다른 실시 예에서, AP(1440)는 카메라 모듈(1410)에 위치한 제 1 메모리 및 카메라 모듈(1430)에 위치한 제 2 메모리에 각각 저장된 캘리브레이션 데이터를 수신할 수 있다. 또 다른 실시 예에서, AP(1440)는 전자 장치(1400)의 제 3 메모리(1450)뿐만 아니라, 카메라 모듈(1410)에 위치한 제 1 메모리 및 카메라 모듈(1430)에 위치한 제 2 메모리에 각각 저장된 캘리브레이션 데이터를 수신할 수 있다. 일부 실시 예에서, 장치(1400)와 같은 전자 장치는 폴디드 렌즈 설계로 실현되며 OPFE를 구비한 하나 이상의 카메라 모듈을 포함할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 2 개 이상의 카메라 모듈들은 OPFE없는 폴디드 렌즈 설계 구조가 아니라 다른 렌즈 설계 구조로 실현될 수 있다. AP(1440)는 제 3 메모리(1450)에 저장된 데이터에 액세스할 수 있다. 이 데이터는 제 3 캘리브레이션 데이터를 포함할 수 있다. 이미지 생성기(1444)는 캘리브레이션 데이터 및 이미지 데이터에 기초하여 이미지를 출력하도록 구성된 프로세서일 수 있다. 이미지 생성기(1444)는 출력 이미지를 출력하기 위해 캘리브레이션 데이터 및 영상 데이터를 처리할 수 있다.
카메라 캘리브레이션 데이터는 다음을 포함할 수 있다:
- 특히 다른 렌즈 및 다른 렌즈 줌 상태, 예를 들어 텔레 카메라의 2 개의 다른 줌 상태의 모든 가능한 조합에 대한 카메라 모듈(1410 및 1430) 사이의 스테레오 캘리브레이션 데이터. 스테레오 캘리브레이션 데이터는 6 자유도, 예를 들어 피치, 요 및 롤 각도 및 x, y, z 축에서의 디센터(decenter)를 포함할 수 있다.
- 특히 다른 줌 상태, 예를 들어 텔레 카메라의 2 개의 다른 줌 상태의 모든 가능한 조합에 대한 카메라 모듈(1410 및 1430) 사이의 스테레오 캘리브레이션 데이터. 이 데이터는 6 자유도를 포함할 수 있다.
- 각각의 카메라 모듈 및 각각의 다른 줌 상태, 예를 들어 텔레 카메라의 2 개의 다른 줌 상태에 대한 초점 길이 및 왜곡 프로파일과 같은 고유한 카메라 파라미터.
- 각각의 다른 줌 상태(예를 들어, 무한대, 1m 및 가장 가까운 초점)에서 다른 초점 위치에 대응하는 홀-센서 위치 값.
- 각각 다른 줌 상태에 대한 렌즈 모듈의 렌즈 쉐이딩 프로파일.
도 15a는 오토-포커스(AF)를 갖는 듀얼-애퍼처 줌 카메라(1500)의 실시 예를 일반적인 사시도와 절개된 사시도로 개략적으로 도시한다. 카메라(1500)는 2 개의 서브-카메라(1502 및 1504)를 포함하며, 각각의 서브-카메라는 자체 광학기기를 갖는다. 따라서, 서브-카메라(1502)는 센서(1512)뿐만 아니라, 애퍼처(1508) 및 광학 렌즈 모듈(1510)을 갖는 광학 블록(1506)을 포함한다. 유사하게, 서브-카메라(1504)는 센서(1520)뿐만 아니라, 애퍼처(1516) 및 광학 렌즈 모듈(1518)을 갖는 광학 블록(1514)을 포함한다. 각각의 광학 렌즈 모듈은 적외선(IR) 필터(1522a 및 1522b)뿐만 아니라, 여러 렌즈 요소를 포함할 수 있다. 선택적으로, 상이한 애퍼처에 속하는 렌즈 요소의 일부 또는 전부가 동일한 기판 상에 형성될 수 있다. 2 개의 서브-카메라는 2 개의 애퍼처(1508, 1516)의 중심 사이에 기준선(1524)을 가지면서, 서로 나란히 위치된다. 각각의 서브-카메라는 AF 메커니즘(1526) 및/또는 광학 이미지 안정화(OIS)를 위한 메커니즘(1528)을 더 포함할 수 있고, 이는 제어기(도시되지 않음)에 의해 제어된다.
도 15b는 XYZ 좌표계와 관련된 절개 사시도에서 폴디드 텔레 렌즈를 갖는 줌 및 오토-포커스 듀얼-애퍼처 카메라(1530)의 실시 예를 개략적으로 도시한다. 카메라(1530)는 2 개의 서브-카메라, 즉 와이드 서브-카메라(1532) 및 텔레(텔레) 서브-카메라(1534)를 포함한다. 와이드 카메라(1532)는 와이드 이미지 센서(1544)뿐만 아니라, Y-방향으로의 대칭(및 광학)축(1542)을 갖는 렌즈 모듈 및 각각의 애퍼처(1538)을 구비한 와이드 광학 블록을 포함한다.
텔레 카메라(1534)는 텔레 센서(1554)뿐만 아니라, 텔레 렌즈 대칭(및 광학) 축(1552a)을 가진 광학 렌즈 모듈(1550) 및 각각의 애퍼처(1548)를 갖는 텔레 블록을 포함한다. 카메라(1530)는 OPFE(1556)를 더 포함한다. 텔레 광학 경로는 텔레 렌즈를 통해 객체(도시되지 않음)로부터 텔레 센서로 연장되고, 화살표(1552b 및 1552a)로 표시된다. 다양한 카메라 요소가 여기에 도시된 기판(1562), 예를 들어 인쇄 회로 기판(PCB), 또는 상이한 기판(도시되지 않음) 상에 장착될 수 있다.
도 15c는 하나의 폴디드 텔레 서브-카메라(1534)를 갖는 줌 및 오토-포커스 트리플-애퍼처 카메라(1570)의 일 실시 예를 일반적인 사시도로 개략적으로 도시한다. 카메라(1570)는 예를 들어 카메라(1530)의 요소 및 기능을 포함한다. 즉, 카메라(1570)는 와이드 서브-카메라(1532), OPFE(1556)를 갖는 텔레 서브-카메라(1534)를 포함한다. 카메라(1570)는 울트라-와이드 렌즈(1574) 및 이미지 센서(1578)를 갖는 울트라-와이드 카메라일 수 있는 제 3 서브-카메라(1572)를 더 포함한다. 다른 실시 예에서, 제 3 서브-카메라(1572)는 EFLM 및 FOVM을 와이드 및 텔레 서브-카메라의 그것들 중간으로 가질 수 있다. 제 3 서브-카메라의 대칭(및 광학) 축(1576)은 서브-카메라(1542)의 축(1542)과 실질적으로 평행하다. 제 1 및 제 3 서브-카메라는 (제 3 서브-카메라(1572)가 텔레 서브-카메라(1534)에 더 가까운) 특정한 배열로 도시되어 있지만, 이 순서는 와이드 및 울트라-와이드 서브-카메라가 위치를 바꿀 수 있도록, 변경될 수 있다.
본 개시사항은 제한된 수의 실시 예들을 설명하지만, 그러한 실시 예들의 많은 변형, 수정 및 다른 응용이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 일반적으로, 본 개시사항은 여기에 설명된 특정 실시 예들에 의해 제한되지 않고, 첨부된 청구 범위에 의해서만 제한되는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 언급된 모든 참고 문헌은 각각의 개별 참조가 본원에 참고로 포함되는 것으로 구체적이고 개별적으로 지시된 것과 동일한 정도로, 본 명세서에 참고로 전체적으로 포함된다. 또한, 본 출원서에서 임의의 참고 문헌의 인용 또는 식별은 이러한 참고 문헌이 본 출원의 선행 기술로서 이용 가능하다는 인정으로 해석되어서는 안된다.

Claims (50)

  1. 듀얼-카메라로서,
    a) 와이드 유효 초점 길이(EFLW)를 갖는 와이드 렌즈 및 와이드 이미지 센서를 포함하는 와이드 카메라; 및
    b) 제 1 광축을 갖는 텔레 렌즈, 텔레 이미지 센서 및 광학 경로 폴딩 요소(OPFE)를 포함하는 폴디드 텔레 카메라, 여기서 상기 텔레 렌즈는 객체 측으로부터 이미지 측으로, 제 1 렌즈 요소 그룹(G1), 제 2 렌즈 요소 그룹(G2) 및 제 3 렌즈 요소 그룹(G3)을 포함하고, 상기 렌즈 요소 그룹들 중 적어도 2 개는 상기 텔레 렌즈를 2 개의 최소 및 최대 줌 상태로 만들도록, 상기 제 1 광축을 따라 상기 텔레 이미지 센서에 대해 이동 가능하고, 상기 텔레 렌즈의 유효 초점 길이(EFL)는 상기 최소 줌 상태에서의 값(EFLT,min)으로부터 상기 최대 줌 상태에서의 값(EFLT,max)으로 변경되고, 여기서 EFLTmin > 1.5 x EFLW, 및 EFLTmax > 1.5 x EFLTmin이고, 임의의 렌즈 요소 그룹에 대해, 상기 최소 줌 상태로부터 상기 최대 줌 상태로의 이동은 0.6 x (EFLTmax - EFLTmin)보다 작은 이동 범위를 갖는 듀얼-카메라.
  2. 제1항에 있어서, 상기 텔레 렌즈는 총 트랙 길이(TTLT)를 갖고, TTLT의 최대값(TTLTmax)은 조건 TTLTmax < EFLTmax를 충족시키는 듀얼-카메라.
  3. 제1항에 있어서, 상기 텔레 렌즈는 총 트랙 길이(TTLT)를 갖고, TTLT의 최대값(TTLTmax)은 조건 TTLTmax < 0.9 x EFLTmax을 충족시키는 듀얼-카메라.
  4. 제1항에 있어서, 객체 측을 향한 텔레 렌즈의 제 1 렌즈 요소(L1)는 텔레 렌즈의 다른 모든 렌즈 요소의 클리어 애퍼처 값보다 큰 클리어 애퍼처 값을 갖는 듀얼-카메라.
  5. 제1항에 있어서, 상기 텔레 렌즈는 텔레 렌즈 f-수(F#T)를 갖고, F#T의 최소값(F#Tmin) 및 F#T의 최대값(F#Tmax)은 조건 F#Tmin < 1.5 x F#Tmax x EFLTmin/EFLTmax을 충족시키는 듀얼-카메라.
  6. 제1항에 있어서, 상기 텔레 렌즈는 텔레 렌즈 f-수(F#T)를 갖고, F#T의 최소값(F#Tmin) 및 F#T의 최대값(F#Tmax)은 조건 F#Tmin < 1.8 x F#Tmax x EFLTmin/EFLTmax을 충족시키는 듀얼-카메라.
  7. 제1항에 있어서, 상기 텔레 렌즈는 텔레 렌즈 f-수(F#T)를 갖고, F#T의 최소값(F#Tmin) 및 F#T의 최대값(F#Tmax)은 조건 F#Tmin < 1.2 x F#Tmax x EFLTmin/EFLTmax을 충족시키는 듀얼-카메라.
  8. 듀얼-카메라로서,
    a) 와이드 유효 초점 길이(EFLW)를 갖는 와이드 렌즈 및 와이드 이미지 센서를 포함하는 와이드 카메라; 및
    b) 제 1 광축을 갖는 텔레 렌즈, 텔레 이미지 센서 및 광학 경로 폴딩 요소(OPFE)를 포함하는 폴디드 텔레 카메라, 여기서 상기 텔레 렌즈는 객체 측으로부터 이미지 측으로, 제 1 렌즈 요소 그룹(G1), 제 2 렌즈 요소 그룹(G2) 및 제 3 렌즈 요소 그룹(G3)을 포함하고, 상기 렌즈 요소 그룹들 중 적어도 2 개는 상기 텔레 렌즈를 2 개의 제 1 및 제 2 줌 상태로 만들도록, 상기 제 1 광축을 따라 상기 텔레 이미지 센서에 대해 이동 가능하고, 상기 텔레 렌즈의 유효 초점 길이(EFL)는 상기 제 1 줌 상태에서의 값(EFLT,min)으로부터 상기 제 2 줌 상태에서의 값(EFLT,max)으로 변경되고, 여기서 EFLTmin > 1.5 x EFLW, 및 EFLTmax > 1.5 x EFLTmin이고, 적어도 2 개의 이동 가능한 렌즈 요소 그룹은 렌즈 요소 그룹(G1 및 G3)을 포함하고, 여기서 G1 및 G3은 주어진 범위(R1,3)에서 텔레 이미지 센서 및 G2에 대해 하나의 유닛으로 이동 가능하고, G2는 무한 포커스에서의 2 개의 줌 상태 사이에서 텔레 이미지 센서에 대해 정지된 듀얼-카메라.
  9. 제8항에 있어서, EFLTmin = 15mm이고, EFLTmax = 30mm인 듀얼-카메라.
  10. 제8항에 있어서, EFLTmin = 13mm이고, EFLTmax = 26mm인 듀얼-카메라.
  11. 제8항에 있어서, EFLTmax/EFLTmin > 1.9인 듀얼-카메라.
  12. 제8항에 있어서, G1 및 G3은 상기 제 1 줌 상태로부터 상기 제 2 줌 상태로 전환될 때, 상기 객체 측을 향해 이동 가능한 듀얼-카메라.
  13. 제8항에 있어서, G2는 텔레 이미지 센서에 대해 포커싱을 위해 이동 가능하고, G1 및 G3는 포커싱 동안 텔레 이미지 센서에 대해 정지된 듀얼-카메라.
  14. 제12항에 있어서, 상기 2 개의 줌 상태에서, RAF는 무한대와 1 미터 사이에서의 포커싱을 위해 필요한 G2의 최대 이동 범위이고, RAF < 0.4 x R1,3인 듀얼-카메라.
  15. 제8항에 있어서, G1 및 G3는 범위 RAF에서 텔레 이미지 센서 및 G2에 대해 포커싱을 위해 하나의 그룹으로서 추가로 이동 가능한 듀얼-카메라.
  16. 제15항에 있어서, 상기 2 개의 줌 상태에서, RAF는 무한대와 2 미터 사이에서의 포커싱을 위해 필요한 G1 및 G3의 최대 이동 범위이고, RAF < 0.4 x R1,3인 듀얼-카메라.
  17. 듀얼-카메라로서,
    a) 와이드 유효 초점 길이(EFLW)를 갖는 와이드 렌즈 및 와이드 이미지 센서를 포함하는 와이드 카메라; 및
    b) 제 1 광축을 갖는 텔레 렌즈, 텔레 이미지 센서 및 광학 경로 폴딩 요소(OPFE)를 포함하는 폴디드 텔레 카메라, 여기서 상기 텔레 렌즈는 객체 측으로부터 이미지 측으로, 제 1 렌즈 요소 그룹(G1), 제 2 렌즈 요소 그룹(G2) 및 제 3 렌즈 요소 그룹(G3)을 포함하고, 상기 렌즈 요소 그룹들 중 적어도 2 개는 상기 텔레 렌즈를 2 개의 제 1 및 제 2 줌 상태로 만들도록, 상기 제 1 광축을 따라 상기 텔레 이미지 센서에 대해 이동 가능하고, 상기 텔레 렌즈의 유효 초점 길이(EFL)는 상기 제 1 줌 상태에서의 값(EFLT,min)으로부터 상기 제 2 줌 상태에서의 값(EFLT,max)으로 변경되고, 여기서 EFLTmin > 1.5 x EFLW, 및 EFLTmax > 1.5 x EFLTmin이고, 여기서 G1, G2 및 G3는 하나의 유닛으로서 텔레 이미지 센서에 대해 포커싱을 위해 이동 가능한 듀얼-카메라.
  18. 제17항에 있어서, 상기 텔레 렌즈는 총 트랙 길이(TTLT)를 갖고, TTLT의 최대값(TTLTmax)은 조건 TTLTmax < EFLTmax를 충족시키는 듀얼-카메라.
  19. 제17항에 있어서, 상기 텔레 렌즈는 총 트랙 길이(TTLT)를 갖고, TTLT의 최대값(TTLTmax)은 조건 TTLTmax < 0.9 x EFLTmax을 충족시키는 듀얼-카메라.
  20. 제17항에 있어서, 객체 측을 향한 텔레 렌즈의 제 1 렌즈 요소(L1)는 텔레 렌즈의 다른 모든 렌즈 요소의 클리어 애퍼처 값보다 큰 클리어 애퍼처 값을 갖는 듀얼-카메라.
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