KR102657473B1

KR102657473B1 - 폴디드 매크로-텔레 카메라 렌즈 설계

Info

Publication number: KR102657473B1
Application number: KR1020217035144A
Authority: KR
Inventors: 노이 코헨; 로이 루드닉; 미카엘 드로어; 나답 굴린스키; 에브라임 골든베르그
Original assignee: 코어포토닉스 리미티드
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2021-07-14
Publication date: 2024-04-12
Also published as: CN114270240A; KR20220016046A; US11914117B2; US20230148183A1; EP4038433A4; TW202212899A; EP4038433A1; WO2022023855A1

Abstract

폴디드 디지털 카메라로서, 상기 폴디드 디지털 카메라는 N ≥ 6개의 렌즈 요소들(L_i), 유효 초점 길이(EFL) 및 총 트랙 길이(TTL)를 갖는 렌즈 및 이미지 센서를 갖는 렌즈 시스템으로서, 각각의 렌즈 요소는 각각의 초점 길이(f_i)를 가지며, 제1 렌즈 요소(L₁)는 피사체 측을 향하는 렌즈 시스템; 및 피사체와 렌즈 사이에 폴디드 광학 경로를 제공하기 위한 광학 경로 폴딩 요소(OPFE)를 포함한다. 일부 실시 예에서, 상기 렌즈 시스템은 무한대에서 최소 피사체 거리(MIOD)까지의 피사체-렌즈 거리를 커버하는 포커싱 범위를 가지며, 여기서 MIOD/EFL은 20 또는 심지어 7보다 작다. 일부 실시 예에서, 최대 주광선 각도(Max CRA)와 폴디드 카메라의 시야(Max CRA/FOV) 사이의 비율은 카메라가 무한대에 포커싱될 때, 0.25 또는 심지어 0.15보다 작다.

Description

폴디드 매크로-텔레 카메라 렌즈 설계

기존 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2020년 7월 31일에 출원된 미국 가 특허출원 제63/059,200호 및 2020년 8월 26일에 출원된 제63/070,501호로부터 우선권을 주장하며, 이러한 출원들은 그 전문이 여기에 참조로 포함된다.

분야

여기에 개시된 주제는 일반적으로 디지털 카메라 분야, 특히 그러한 카메라에서의 폴디드 렌즈에 관한 것이다.

정의

본 출원 및 발명의 상세한 설명과 도면 전반에 걸쳐 언급된 광학 및 기타 특성에 대해, 다음 기호 및 약어가 사용되고, 이들 모두는 당업계에 공지되어 있다:

- 전체 트랙 길이(TTL): 렌즈를 포함하는 카메라 시스템이 무한대 피사체 거리에 포커싱될 때, 렌즈(또는 "렌즈 어셈블리")의 제1 렌즈 요소(L₁)의 전방 표면(S₁) 지점과 이미지 센서 사이에서, 광축에 평행한 방향을 따라 측정된 최대 거리,

- 후(Back) 초점 길이(BFL): 렌즈를 포함하는 카메라 시스템이 무한대 피사체 거리에 포커싱될 때, 렌즈(또는 "렌즈 어셈블리")의 마지막 렌즈 요소(L_N)의 후방 표면(S_2N) 지점과 이미지 센서 사이에서, 제1 광축에 평행한 방향을 따라 측정된 최소 거리,

- 유효 초점 길이(EFL): 렌즈 요소들(L₁ 내지 L_N)의 렌즈 어셈블리의 후방 주점(P')과 후방 초점(F') 사이의 거리.

- f-수,(f/#): EFL 대 입사 동공 직경의 비율.

- 주광선각(CRA): (이미지-측) 주광선은 렌즈 시스템의 출사 동공(exit pupil) 중심과 이미지 지점 사이의 선이다. CRA는 주광선과 렌즈의 광축 사이의 각도이다. 여기 및 다음에서, 피사체-측 주광선과 대조적으로, 우리는 이미지-측 주광선과 CRA를 지칭한다. 여기서, 피사체-측 주광선은 피사체 지점과 렌즈 시스템의 입사 동공 중심 사이의 선이다. 최대 CRA(Max CRA)는 렌즈 시스템에 의해 지원되는 모든 필드를 고려하여 렌즈 시스템에 존재하는 가장 큰 CRA이다.

멀티-애퍼처 카메라(또는 "멀티-카메라", 2 대의 카메라를 갖는 "듀얼-카메라"가 일 예임)는 휴대용 전자 모바일 장치(예를 들어, 스마트폰, 태블릿 등) 제조업체의 표준 선택이 되어 가고 있다. 멀티-카메라 셋업은 일반적으로 와이드 시야(또는 "각도") FOV_W 카메라("와이드" 카메라 또는 "W" 카메라), 및 동일한 시야(FOV)(예를 들어, 깊이 보조 카메라), (FOV_W보다) 더 좁은 시야(FOV_T)(텔레포토 또는 "텔레" 카메라), 또는 (FOV_W보다 넓은) 울트라-와이드 시야(FOV_UW)("UW" 카메라) 중 어느 것을 같은 적어도 하나의 추가적인 카메라를 포함한다.

도 1a 및 도 1b는 공지된 디지털 폴디드 카메라(100)를 도시한다. 카메라(100)는 예를 들어, 프리즘 또는 거울과 같은 광학 경로 폴딩 요소(OPFE)(102), 복수의 렌즈 요소들(이러한 도면에서는 보이지 않지만, 예를 들어 도 2a-2d에서 볼 수 있음)을 갖는 렌즈(104), 및 이미지 센서(106)를 포함한다. 렌즈 요소들은 (도 2a-2d에서와 같이) 광축(108)을 따라 축 대칭이다. 다른 실시 예에서, 렌즈 요소들은 축 대칭이 아닐 수 있다. 예를 들어, 렌즈 요소들은 원형이 아닌 비-원형 형상(미도시)으로 커팅(다이싱, 슬라이스)될 수 있다.

렌즈 요소들의 적어도 일부는 "배럴"(110)에 포함될 수 있다. 배럴은 광축(108)을 따라 종방향 대칭을 가질 수 있다. 도 1a 내지 도 1c에서, 이러한 배럴의 단면은 원형이다. 그러나, 이것은 필수 사항이 아니며, 예를 들어 컷 렌즈 요소들을 수용하기 위해 다른 형상이 사용될 수 있다.

피사체(미도시)로부터 이미지 센서(106)까지의 광선의 경로는 광학 경로를 정의한다(광학 경로의 일부를 나타내는 광학 경로(112, 114) 참조). OPFE는 제1 광학 경로(112)로부터 제2 광학 경로(114)로 광학 경로를 폴딩하는데, 여기서 후자는 광축(108)에 실질적으로 평행하다.

특히, 일부 예에서, OPFE(102)는 광축(108)에 대해 실질적으로 45도로 기울어져 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, OPFE(102)는 또한 광학 경로(112)에 대해 실질적으로 45도로 기울어져 있다.

일부 공지된 예에서, 이미지 센서(106)는 광축(108)에 실질적으로 수직인 X-Y 평면에 놓여 있다. 그러나, 이것은 제한적이지 않으며, 이미지 센서(106)는 상이한 배향을 가질 수 있다. 예를 들어, 국제 공개 특허 출원 WO2016/024192에 기술된 바와 같이, 이미지 센서(106)는 XZ 평면에 놓일 수 있다. 이 경우, 이미지 센서(106)를 향해 광선을 반사하기 위해 추가적인 OPFE가 사용될 수 있다.

2 개의 카메라, 예를 들어 와이드 카메라(100) 및 일반 UW 카메라(130)는 디지털 카메라(150)(듀얼-카메라라고도 함)에 포함될 수 있다. 가능한 구성이 도 1c에 도시되어 있다. UW 카메라(130)는 (카메라의 피사체 측을 지시하는) 애퍼처(132) 및 Y 방향으로 대칭(및 광학) 축(136)을 갖는 광학 렌즈 시스템(134)(또는 "광각 렌즈 모듈"), 및 UW 이미지 센서(138)를 포함할 수 있다. UW 카메라는 UW 이미지를 제공하도록 구성된 UW 렌즈 시스템을 포함한다. 이미 지적한 바와 같이, UW 카메라는 FOV_W보다 더 큰 시야(FOV_UW)를 가지고 있다. 예를 들어, FOV_UW는 80-130도이고, FOV_W는 60-90도일 수 있다. 특히, 다른 예에서, 복수의 와이드 카메라 및/또는 복수의 텔레 카메라가 단일 디지털 카메라에 통합되어 작동할 수 있다. 텔레 카메라의 FOV_T는 예를 들어, 20-50도일 수 있다.

"매크로 촬영" 모드는 스마트폰 카메라의 인기 있는 차별화 요소가 되고 있다. "매크로 촬영"은 카메라에 가까이 있는 피사체를 촬영하여, 이미지 센서에 기록된 이미지가 실제 촬영되는 피사체와 거의 같은 크기로 촬영되게 하는 것을 지칭한다. 피사체 크기에 대한 이미지 크기의 비율은 피사체 대 이미지 배율(M)이며, 다음과 같이 정의된다.

여기서, v는 렌즈의 두 번째(또는 "후방") 주 평면로부터 이미지까지의 거리로 정의되는 렌즈-이미지 거리이고, u는 피사체로부터 렌즈의 첫 번째(또는 "전방") 주 평면까지의 거리로 정의되는 피사체-렌즈 거리이다. 마이너스 기호는 일반적으로 명시적으로 언급되지 않는다.

디지털 일안 반사식(DSLR) 카메라의 맥락에서, 매크로 이미지는 약 1:1 이상의 M, 예를 들어 1:1.1을 가지는 것으로 정의된다. 스마트폰의 맥락에서, "매크로 이미지"는 약 10:1 또는 심지어 15:1의 M을 갖는 이미지를 지칭할 수 있다. 처음의 스마트폰 모델은 일반적으로 EFL이 비교적 짧은(예를 들어, 2.5mm) UW 카메라로 매우 가까운 포커싱을 가능하게 함으로써, 매크로-촬영 기능을 제공하는 소비자 시장에 진입했다.

UW 카메라는 매크로 촬영에 필요한 근거리(예를 들어, 1.5cm 내지 15cm)에 포커싱을 맞출 수 있지만, 초점 길이가 작고 FOV가 커서, 공간 해상도가 좋지 않다. 예를 들어, 2.5mm의 초점 길이를 갖는 UW 카메라를 고려해 보자. 5cm(렌즈-피사체 거리)의 피사체에 포커싱되면, UW 카메라는 약 M=19:1을 가지게 된다. 이것은 다음의 얇은 렌즈 방정식을 따른다.

여기서, 여기서, EFL = 2.5mm, v = 2.6mm 및 u = 50mm이다. 1.5cm만큼 가깝게 포커싱하더라도, UW 카메라의 M은 약 5:1일 것이다. 이러한 짧은 피사체-렌즈 거리(예컨대, u=5cm 이하)로부터 피사체를 매크로 이미지로 캡처하는 것은 사용자에게 매우 어렵다. 예를 들어, 그것은 이미지의 구도를 매우 어렵게 만들 수 있으며, 살아있는 피사체(예컨대, 곤충)와 같은 인기 있는 매크로 피사체의 이미지를 촬영하지 못하게 할 수 있으며, 그림자를 도입하고 장면의 조명을 흐리게 할 수 있다. 또한, UW 카메라는 매크로 이미지의 경우에도 비교적 큰 피사계 심도(DoF)를 갖는다. 비교적 큰 DoF는 매크로 촬영에서 매우 인기 있는 효과인 광학 보케의 낮은 수준에 대응한다.

더 큰 렌즈-피사체 거리(예를 들어, 5-15cm)로부터 더 큰 피사체 대 이미지 배율(예를 들어, 1:1 내지 15:1)로 매크로 이미지를 캡처하며, 더 높은 수준의 광학 보케를 가진 매크로 카메라를 모바일 장치에 구비하는 것이 유리할 것이다.

다양한 실시 예에서, 폴디드 디지털 카메라가 제공되는데, 이는 EFL 및 TTL을 갖는 N ≥ 6개의 렌즈 요소들(L_i)을 갖는 렌즈를 구비하는 렌즈 시스템, 여기서 각각의 렌즈 요소는 각각의 초점 길이(f_i)를 갖고, 제1 렌즈 요소(L₁)는 피사체 측을 향하고; 이미지 센서; 및 피사체와 렌즈 사이에 폴디드 광학 경로를 제공하기 위한 OPFE를 포함하고, 상기 렌즈 시스템은 무한대로부터 최소 피사체 거리(MIOD)까지의 피사체-렌즈 거리를 커버하는 포커싱 범위를 가지며, MIOD/EFL < 20이다.

다양한 실시 예에서, 폴디드 디지털 카메라가 제공되는데, 이는 EFL 및 TTL을 갖는 N ≥ 6개의 렌즈 요소들(L_i)을 갖는 렌즈를 구비하는 렌즈 시스템, 여기서 각각의 렌즈 요소(L_i)는 각각의 초점 길이(f_i)를 갖고, 여기서 제1 렌즈 요소(L₁)는 피사체 측을 향하고; 이미지 센서; 및 피사체와 렌즈 사이에 폴디드 광학 경로를 제공하기 위한 OPFE를 포함하고, 상기 카메라가 무한대에 포커싱될 때, Max CRA/FOV < 0.25이다.

일부 실시 예에서, MIOD/EFL은 15, 13, 10, 또는 심지어 7보다 작을 수 있다.

일부 실시 예에서, 포커싱 범위 내의 임의의 피사체에 대한 최대 필드 곡률(MFC)은 50㎛보다 작을 수 있다.

일부 실시 예에서, 카메라는 4, 3 또는 심지어 2.5보다 작은 f 수를 가질 수 있다.

일부 실시 예에서, 렌즈 요소들은 TTL/8, TTL/7, 또는 심지어 TTL/6보다 큰 빅 갭에 의해 분리된 2 개의 렌즈 요소 그룹으로 구분될 수 있다.

일부 실시 예에서, 렌즈 요소들은 유효 초점 길이(EFL1)를 갖는 제1 렌즈 요소 그룹 및 유효 초점 길이(EFL2)를 갖는 제2 렌즈 요소 그룹으로 구분될 수 있으며, 여기서 비율(EFL1/EFL2)은 1로부터 20% 이상 또는 10% 이상 벗어나지 않을 수 있다.

일부 실시 예에서, 카메라는 보이스 코일 모터에 기초하여 카메라를 포커싱하기 위한 포커싱 메커니즘을 더 포함할 수 있다.

일부 실시 예에서, 제1 렌즈 요소(L₁) 및 제2 렌즈 요소(L₂)는 50보다 큰 아베 수를 갖는 물질로 이루어질 수 있다.

일부 실시 예에서, TTL/EFL은 1.5, 1.4, 또는 심지어 1.3보다 작을 수 있다.

일부 실시 예에서, 마지막 렌즈 요소(L_N)의 초점 길이(f_N)와 TTL의 비율(f_N/TTL)은 1.0, 0.9, 0.8, 0.75, 또는 심지어 0.7보다 작을 수 있다.

일부 실시 예에서, Max CRA/FOV는 0.2보다 작거나, 심지어 0.15보다 작을 수 있다.

본 명세서에 개시된 실시 예의 비-제한적인 예는 이 단락 다음에 열거되는 여기에 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 설명된다. 도면 및 설명은 본 명세서에 개시된 실시 예를 조명하고 명확히 하기 위한 것이며, 어떤 식으로든 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
도 1a는 공지된 디지털 폴디드 카메라를 개략적으로 도시하는 사시도다.
도 1b는 도 1a의 카메라를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 1c는 디지털 카메라 및 업라이트 카메라를 포함하는 공지의 듀얼-카메라를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 2a는 본 명세서에 개시된 광학 렌즈 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2b는 본 명세서에 개시된 다른 광학 렌즈 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2c는 본 명세서에 개시된 또 다른 광학 렌즈 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2d는 무한대에 포커싱된, 본 명세서에 개시된 또 다른 광학 렌즈 시스템을 개략적으로 도시한다:
도 2e는 100mm에 포커싱된, 도 2d의 렌즈 시스템을 도시한다.
도 2f는 50mm에 포커싱된, 도 2d의 렌즈 시스템을 도시한다.
도 2g는 비-원형 형상으로 커팅된 렌즈 요소를 갖는, 본 명세서에 개시된 광학 렌즈 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2h는 비-원형 형상으로 커팅된 렌즈 요소를 갖는, 본 명세서에 개시된 다른 광학 렌즈 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2i는 비-원형 형상으로 커팅된 렌즈 요소를 갖는, 본 명세서에 개시된 또 다른 광학 렌즈 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2j는 비-원형 형상으로 커팅된 렌즈 요소를 갖는, 본 명세서에 개시된 또 다른 광학 렌즈 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2k는 무한대에 포커싱된, 본 명세서에 개시된 또 다른 광학 렌즈 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 3a는 도 2a 내지 도 2d의 시스템의 렌즈 광축에 직교하는 평면(P)상에서의 2 개의 충돌 지점들(IP₁ 및 IP₂)의 직교 투영(IP_orth,1, IP_orth,2)을 도시한다.
도 3b는 도 2a 내지 도 2d의 시스템의 렌즈 광축에 직교하는 평면(P)상에서의 2 개의 충돌 지점들(IP₃ 및 IP₄)의 직교 투영(IP_orth,3, IP_orth,4)을 도시한다.
도 4는 클리어 높이의 정의를 그래픽으로 제공한다.
도 5는 클리어 애퍼처의 정의를 그래픽으로 제공한다.
도 6은 렌즈 요소들(L_i)의 직경(H_Li)의 그래픽적 예시를 제공한다.
도 7은 렌즈 요소의 폭(W_L) 및 높이(H_L)를 도시하는 렌즈 요소들의 분해도를 도시한다.

다음의 상세한 설명에서, 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 제시된다. 그러나, 현재 개시된 주제는 이러한 특정 세부사항 없이 실시될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 다른 예에서, 잘 알려진 방법은 현재 개시된 주제를 모호하게 하지 않기 위해 상세하게 설명되지 않았다.

도 2a 내지 도 2j는 본 명세서에 개시된 다양한 렌즈 시스템을 도시한다. 도 2a 내지 도 2j에 도시된 모든 렌즈 시스템은 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 폴디드 카메라에 포함될 수 있다.

도 2a는 본 명세서에 개시되며 200으로 번호 매겨진 광학 렌즈 시스템을 개략적으로 도시한다. 렌즈 시스템(200)은 렌즈(204), 광학 요소(206) 및 이미지 센서(208)를 포함한다. 시스템(200)은 광선 추적으로 도시된다. 광학 요소(206)는 예를 들어, 적외선(IR) 필터 및/또는 유리 이미지 센서 먼지 커버일 수 있다. 광선(프리즘(202)에 의한 반사 후)은 렌즈(204)를 통과하여 이미지 센서(208) 상에 이미지를 형성한다. 도 2a는 각각에 대해 3개의 광선을 갖는 3개의 필드를 도시한다: 상부 주변 광선, 하부 주변 광선 및 주광선. 도 2a의 예에서, 광선은 이미지 센서(208)에 충돌하기 전에, 광학 요소(206)를 통과한다. 그러나, 이것은 제한적이지 않으며, 일부 예에서, 광학 요소(206)는 존재하지 않는다. 즉, 일부 렌즈 시스템에서, 광학 요소는 선택 사항일 수 있다.

렌즈(204)는 복수의 N개의 렌즈 요소들(L_i)을 포함하며, 여기서 "i"는 1과 N 사이의 정수이다. 렌즈 시스템(200)에서, N은 6과 같다. 그러나, 이것은 제한적이지 않으며, 다른 수의 렌즈 요소들이 사용될 수 있다. 일부 예에 따르면, N은 5 이상이다. 예를 들어, N은 5, 6, 7, 8, 9 또는 10일 수 있다. L₁은 피사체(프리즘) 측에 가장 가까운 렌즈 요소이고, L_N은 이미지 측, 즉 이미지 센서가 위치한 측에 가장 가까운 렌즈 요소이다. 이 순서는 여기에 개시된 모든 렌즈들 및 렌즈 요소들에 적용된다. 렌즈 요소들(L_i)은 예를 들어, 카메라(100)와 유사한 카메라의 렌즈 요소들로서 사용될 수 있다. N개의 렌즈 요소들은 광학(렌즈) 축(210)을 따라 축 대칭이다. 각각의 렌즈 요소들(L_i)은 각각의 전면(S_2i-1)(인덱스 "2i-1"은 전면의 번호임) 및 각각의 후방 표면(S_2i)(인덱스 "2i"는 후방 표면의 번호임)을 포함한다. 이 번호 지정 규칙은 명세서 전체에 걸쳐 사용된다. 대안적으로, 이러한 명세서 전체에서 수행된 것처럼, 렌즈 표면은 "S_k"로 표시되며, k는 1에서 2N까지이다. 전방 표면과 후방 표면은 경우에 따라 비구면일 수 있다. 그러나, 이것은 제한적이지 않다.

본 명세서에서 사용된 각 렌즈 요소의 "전방 표면"이라는 용어는 카메라의 입구(카메라 피사체 측)에 더 가깝게 위치한 렌즈 요소의 표면을 지칭하고, 용어 "후방 표면"은 이미지 센서(카메라 이미지 측)에 더 가깝게 위치한 렌즈 요소의 표면을 지칭한다.

아래에서 설명되는 바와 같이, 클리어 높이 값(CH(S_k)) 및 클리어 애퍼처 값(CA(S_k))은 각 표면(S_k)(1 ≤ k ≤ 2N)에 대해 정의될 수 있다. CA(S_k) 및 CH(S_k)는 각각의 렌즈 요소의 각 표면의 광학적 특성을 정의한다. CH 용어는 도 4를 참조하여 정의되고, CA 용어는 아래의 도 5를 참조하여 정의된다.

또한, 각 렌즈 요소(L_i)에 대해 높이(H_Li)(1 ≤ i ≤ N)가 정의된다. H_Li는 각 렌즈 요소(L_i)에 대해, 렌즈 요소들의 광축에 수직인 축을 따라 측정된 렌즈 요소(L_i)의 최대 높이에 대응한다. 주어진 렌즈 요소에 대해, 각각의 H_Li는 이러한 주어진 렌즈 요소의 전방 표면 및 후방 표면의 CH 및 CA보다 크거나 같다. 일반적으로, 축대칭 렌즈 요소의 경우, H_Li는 도 6에 도시된 바와 같이, 렌즈 요소(L_i)의 직경이다. 일반적으로, 축 대칭 렌즈 요소의 경우, H_Li = max{CA(S_2i-1), CA(S_2i)} + 기계 부품 크기이다. 일반적으로, 렌즈 설계에서, 기계 부품 크기는 렌즈의 광학적 특성에 기여하지 않는 것으로 정의된다. 이 때문에, 렌즈 요소(L_i)의 두 가지 높이를 정의한다: 광학 활성 영역(602)의 광학 높이(H_opt)(CA 값에 대응함), 및 광학 활성 영역과 광학 비활성 영역을 커버하는 전체 렌즈 영역(604)의 기하학적 렌즈 높이(H_Li)이다. H_Li에 대한 기계 부품 크기 기여는 일반적으로 200-1000μm이다.

렌즈 시스템(200)에서, 렌즈 요소들의 표면들 중 일부는 볼록으로 표시되고, 일부는 오목으로 표시된다. 그러나, 도 2a의 표시는 제한적이지 않으며, 적용, 원하는 광학 배율 등과 같은 다양한 인자에 따라 볼록 및/또는 오목 표면의 상이한 조합이 사용될 수 있다.

도 3a, 도 3b 및 도 4에 도시된 바와 같이, 표면(S_k)을 통과하는 각각의 광선은 충돌 지점(IP)에서 이 표면에 충돌한다. 광선은 표면(S₁)으로부터 광학 렌즈 시스템(200)으로 들어가고, 표면들(S₂ 내지 S_2N)을 통과한다. 일부 광선은 임의의 표면(S_k)에 충돌할 수 있지만, 이미지 센서(208)에 도달할 수 없고 도달하지 않을 것이다. CH(S_k)는 2 개의 가장 가까운 가능한 평행선들 사이의 거리로 정의된다. 렌즈 요소의 광축에 직교하는 평면(P)상에 위치하는 도 4의 선들(400 및 402)을 참조하라.

도 3a 및 도 3b의 표현에서, 평면(P)은 평면 X-Y에 평행하고, 평면(P)는 평면(P) 상의 모든 충돌 지점들(IP)의 직교 투영(IP_orth)이 2 개의 평행선 사이에 위치하도록, 광축(302)에 직교한다.

CH(S_k)의 정의는 이미지 센서에 이미지를 "형성할 수 있는" 광선을 의미하기 때문에, 현재 촬영되는 피사체에 의존하지 않는다. 따라서, 현재 촬영되는 피사체가 빛을 생성하지 않는 검은색 배경에 위치하더라도, 그 정의는 이미지를 형성하기 위해 이미지 센서에 "도달할 수 있는" 모든 광선(예를 들어, 검정색 배경과 반대로 빛을 방출하는 배경에서 방출되는 광선)을 의미하기 때문에, 이러한 검은색 배경을 의미하지 않는다.

예를 들어, 도 3a는 광축(302)에 직교하는 평면(P)상에서의 2 개의 충돌 지점들(IP₁ 및 IP₂)의 직교 투영(IP_orth,1, IP_orth,2)을 도시한다. 일 예로서, 도 3a의 표현에서, 표면(S_k)은 볼록하다.

도 3b는 평면(P)상에서의 2 개의 충돌 지점들(IP₃ 및 IP₄)의 직교 투영(IP_orth,3,IP_orth,4)을 도시한다. 일 예로서, 도 3b의 표현에서, 표면(S_k)은 오목하다.

도 4에서, 평면(P)상에서의 표면(S_k)의 모든 충돌 지점들(IP)의 직교 투영(IP_orth)은 평행선들(400 및 402) 사이에 위치한다. 따라서, CH(S_k)는 선들(400 및 402) 사이의 거리이다.

도 5에 주목한다. 현재 개시된 주제에 따르면, 클리어 애퍼처(CA(S_k))는 주어진 각각의 표면(S_k)(1 ≤ k ≤ 2N)에 대해 원의 직경으로 정의되며, 여기서 원은 광축(108)에 직교하는 평면(P)내에 위치한 가능한 가장 작은 원이며, 평면(P)상의 모든 충돌 지점들의 모든 직교 투영들(IP_orth)을 둘러싼다. CH(S_k)와 관련하여 위에서 언급한 바와 같이, CA(S_k)의 정의는 또한 현재 촬영되는 피사체에 의존하지 않는다. 도 5에 도시된 바와 같이, 평면(P)상의 모든 충돌 지점들(IP)의 외접(circumscribed) 직교 투영(IP_orth)은 원(500)이다. 원(500)의 직경은 CA(S_k)를 정의한다.

상세한 광학 데이터 및 표면 데이터는 도 2a의 렌즈 요소의 일 예에 대해 표 1 내지 표 3에 제공된다. 이러한 예에 제공된 값은 순전히 예시이며, 다른 예에 따르면 다른 값이 사용될 수 있다.

표면 유형들은 표 1에서 정의되고, 표면들에 대한 계수는 표 2에서 정의된다.

표면 유형들은 다음과 같다:

a) 플라노: 평평한 표면, 곡률 없음

b) Q 유형 1(QT1) 표면 처짐(sag) 공식:

여기서, {z, r}은 표준 원통형 극좌표, c는 표면의 근축 곡률, k는 원뿔 파라미터, r_norm은 일반적으로 표면의 클리어 애퍼처의 절반, A_n은 렌즈 데이터 테이블에 표시된 다항식 계수이다. Z축은 이미지를 향해 양이다. CA에 대한 값은 클리어 애퍼처 반경, 즉 CA/2로 제공된다. 기준 파장은 555.0 nm이다. 굴절률("인덱스") 및 아베 #를 제외하고 단위는 mm이다. 각각의 렌즈 요소들(L_i)은 표 1에 주어진 각각의 초점 길이(f_i)를 가진다. FOV는 절반 FOV(HFOV)로 주어진다. 표면 유형들, Z축, CA 값, 기준 파장, 단위, 초점 길이 및 HFOV에 대한 정의는 표 1-17에 대해 유효하다.

[표 1]

[표 2]

표 3은 피사체-렌즈 거리에 따른 렌즈 시스템(200)의 특성 변화에 대한 세부 사항을 제공한다. 피사체-렌즈 거리는 피사체로부터 렌즈의 첫 번째 주 평면까지의 거리로 정의된다.

표 4는 렌즈 시스템(200)의 최대(이미지 측) CRA에 대한 세부 사항을 제공한다. 최대 CRA 및 절반 FOV(HFOV)는 여러개의 피사체-렌즈 거리들("피사체")에 대해 제공된다. 데이터는 이미지 센서의 가장자리(즉, 센서 대각선의 상단)에 대응하는, 3.5mm의 필드를 나타낸다.

작은 값의 최대 CRA를 달성하기 위해, 마지막 렌즈 요소(L_N)의 초점 길이(f_N)는 렌즈의 TTL보다 작다. 렌즈(204)의 TTL은 18mm이다. 렌즈(204)의 경우, f₆ = 12.05mm이고, 비율 f_N/TTL = 0.67이다.

[표 3]

[표 4]

렌즈 시스템(200)의 포커싱 범위는 무한대에서 100mm까지이다. 렌즈 시스템의 포커싱 범위는 렌즈와 이미지 센서 사이의 거리를 제어하는 카메라 메커니즘에 의해 포커싱될 수 있는 모든 피사체-렌즈 거리로 정의된다. 즉, 포커싱 범위 내에 위치하는 각각의 피사체에 대해, 포커싱 메커니즘은 피사체의 이미지에 대한 최대 콘트라스트를 초래하는 특정 렌즈-이미지 센서 거리를 설정할 수 있다. 최대 콘트라스트는 특정 렌즈-이미지 센서 거리 이외의 렌즈-이미지 센서 거리에 대해, 피사체의 콘트라스트가 감소함을 의미한다. 최소 피사체 거리(MIOD)는 포커싱 범위의 하한으로 정의된다. 즉, MIOD는 렌즈 시스템이 포커싱할 수 있는 가장 작은 피사체-렌즈 거리이다. 렌즈 시스템(200)의 경우, MIOD는 100mm이다. 렌즈 시스템(200)은 무한대에서 100mm까지 연속적으로 포커싱할 수 있다. 즉, (0과 -0.153 사이의 임의의 배율뿐만 아니라) 무한대와 100mm 사이의 임의의 포커스 위치가 실현될 수 있다.

포커싱 렌즈(204)의 경우, 모든 렌즈 요소들이 함께 이동된다. 무한대로부터 100mm로 포커싱을 변경하려면, 2.272mm의 렌즈 이동("렌즈 스트로크")이 필요하다. 렌즈를 이동시키기 위해, 당업계에 공지된 액츄에이터(즉, 보이스 코일 모터(VCM))가 사용될 수 있다. 2mm 이상과 같은 큰 스트로크를 지원하는 VCM에 필요한 큰 스트로크 선형 위치 센싱용 홀 센서-자석 구조는 미국 가특허출원 제63,059,200호에 기재되어 있다. MIOD에서, 렌즈 시스템(200)은 약 6.5:1의 피사체-이미지 비율에 대응하는, -0.153의 배율을 달성한다. HFOV는 무한대에 포커싱될 때의 13.25도로부터 MIOD에 포커싱될 때의 12.34도로 감소한다.

포커싱 범위 내의 임의의 피사체에 대해, 렌즈 시스템(200)은 50μm보다 작은 최대 필드 곡률(MFC)을 갖는다. MFC는 다음과 같이 정의될 수 있다: 렌즈(204)와 같은 렌즈를 이미지 센서(208)와 같은 편평한 이미지 센서로부터 거리 v에 배치할 때, 광축에서의 이미지 포인트들은 완벽한 포커싱이 될 것이지만, 광축 밖의 이미지 포인트들은 이미지 센서가 아니라, v보다 작은 거리 v'에서 포커싱될 것이다. 여기서, v'는 모든 이미지 포인트들에 대해 MFC보다 작다.

렌즈(204)와 같은 렌즈는 2 개의 렌즈 그룹, 즉 제1 렌즈 그룹("포커싱 그룹" 또는 "G1")과 제2 렌즈 그룹("CRA 보정 그룹" 또는 "G2")으로 구분될 수 있다. 렌즈(204)에서, 포커싱 그룹은 렌즈 요소들(L₁, L₂, L₃, L₄)을 포함한다. CRA 보정 그룹은 L₄ 및 L₅를 포함한다. 포커싱 그룹과 CRA 보정 그룹은 3.954mm의 빅 갭(BG)으로 서로 공간적으로 분리되어 있다. G1의 모든 렌즈 요소들은 함께 EFL1 = 14.71mm를 갖는다. G2의 모든 렌즈 요소들은 함께 EFL2 = 13.55mm를 갖는다.

도 2g에 도시된 다른 렌즈 시스템 실시 예(250)에서, 낮은 f/#와 낮은 렌즈 높이를 동시에 갖는 폴디드 렌즈 시스템을 달성하기 위해, 렌즈 요소들은 비-원형 형상("D-컷")으로 커팅된다. 컷 렌즈 요소들은 렌즈(204)의 큰 렌즈 요소들을 예를 들어, (Y 방향으로) 6mm 높이로 커팅함으로써 얻어질 수 있다. 그래서, 렌즈는 이제 컷 렌즈(204-C)가 된다. 즉, 높이(H_Li) > 6mm를 갖는 렌즈(204)의 렌즈 요소들(L_i)(즉, L₁, L₅ 및 L₆)은 6mm로 커팅된다. 렌즈 요소들은 Y 방향으로 커팅된다. 커팅은 대칭적으로 수행되는데, 즉 커팅된 상단 부분(도 2a에서 더 큰 Y 값으로 정의됨)의 크기는 커팅된 하단 부분(도 2a에서 더 작은 Y 값으로 정의됨)과 동일하다. 204-C의 컷 렌즈 요소들은 렌즈 요소들(204)의 원형 대칭과 같은 원형 대칭을 갖지 않는다; 그 폭이 그 높이보다 크다. 즉, W_Li > H_Li이다(도 7의 예 참조). 높이(H_Li) ≤ 6mm를 갖는 렌즈(204)의 렌즈 요소들(L_i)은 변경되지 않는다. 커팅과 관련하여, 컷 렌즈 요소들(L₁, L₅ 및 L₆)은 큰 CA을 갖지만, 여전히 낮은 CH를 갖는다. 이것은 폴디드 렌즈 설계에서, 렌즈 높이(H_L)가 카메라의 높이를 결정할 수 있기 때문에 유익하며, 여기서 카메라 높이는 일반적으로 호스트 장치의 높이에 의해 제한된다. CA가 크고 CH가 낮은 폴디드 렌즈는 예를 들어, 스마트폰 높이 제한과 양립할 수 있는, F/#가 낮은 폴디드 렌즈에 유리하다. 렌즈 요소들(L₂, L₃ 및 L₄)의 CA는 임의의 방향, 예를 들어 Y 방향으로 배향될 수 있다. 컷팅 설계에서, 렌즈 요소들(L₁, L₅ 및 L₆)의 CA는 X 방향으로 배향된다(여기에 도시되지 않음)

렌즈 요소들을 커팅함으로써 극한 광선에서 빛이 손실되지만, 중심 광선에서는 빛 손실이 예상되지 않는다. 광 손실은 좌표 (X, Y) = (0, 2.1mm), 즉 광축으로부터 2.1mm만큼 위로 이동한 이미지 센서 경계의 이미지 평면에서의 광선 투과율로 표시된다.

- 무한대: 92.49%

- 1m: 92.22%

- 0.5m: 91.94%

- 20cm: 91.01%

- 10cm: 89.43%

다른 실시 예에서, 단지 하나 또는 단지 2 개의 렌즈 요소들(L_i)이 커팅될 수 있으며, 즉 W_Li > H_Li를 가질 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 3 개 이상의 렌즈 요소들(L_i)이 커팅될 수 있으며, 즉 W_Li > H_Li를 가질 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 모든 렌즈 요소들(L_i)이 커팅될 수 있으며, 즉 W_Li > H_Li를 가질 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 컷 렌즈는 렌즈(204)의 큰 렌즈 요소들을 예를 들어, (Y 방향으로) 6.5mm, 5mm 또는 4mm의 높이로 커팅함으로써 달성될 수 있으며, 즉 높이(H_Li) > 6.5mm, 5mm 또는 4.5mm를 갖는 렌즈 요소들(L_i)은 각각 6.5mm, 5mm 또는 4.5mm로 커팅될 수 있다.

본 명세서에 개시되며 220으로 번호 매겨진 또 다른 광학 렌즈 시스템을 개략적으로 도시하는 도 2b를 참조한다. 렌즈 시스템(220)은 복수의 렌즈 요소들을 갖는 렌즈(204'), 광학 요소(206)(선택 사항) 및 이미지 센서(208)를 포함한다. 광선 추적은 도 2a에서와 같이 제공된다. 상세한 광학 데이터 및 표면 데이터는 표 5, 6, 7 및 8에서 제공된다. 표 8은 렌즈 시스템(220)의 최대 CRA에 대한 세부 정보를 제공한다. 표기법 및 필드는 표 4와 동일하다.

도 2b는 각각에 대해 3개의 광선을 갖는 3개의 필드를 도시한다: 상부 주변광선, 하부 주변광선 및 주광선.

렌즈 시스템(220)의 포커싱 범위는 무한대에서 100mm이며, 즉 MIOD가 100mm이다.

렌즈(204')로 포커싱하기 위해, 모든 렌즈 요소가 함께 이동한다. 무한대에서 100mm로 포커싱을 변경하려면, 2.237mm의 렌즈 스트로크가 필요하다. 렌즈를 이동시키기 위해, 당업계에 공지된 액츄에이터(예를 들어, VCM)가 사용될 수 있다. MIOD에서, 렌즈 시스템(210)은 약 6.7:1의 피사체-이미지 비율에 대응하는 -0.15의 배율을 달성한다. HFOV는 무한대에 포커싱될 때의 13.29도로부터 MIOD에 포커싱될 때의 12.51도로 감소한다. (0과 -0.15 사이의 임의의 배율뿐만 아니라) 무한대와 100mm 사이의 임의의 포커싱 위치가 실현될 수 있다. 포커싱 범위 내의 임의의 피사체에 대해, 렌즈 시스템(220)은 최대 필드 곡률(MFC) < 50μm를 갖는다.

렌즈(204')는 2 개의 그룹, 즉 렌즈 요소들(L₁, L₂, L₃, L₄ 및 L₅)을 포함하는 제1 포커싱 그룹과 렌즈 요소들(L₆ 및 L₇)을 포함하는 제2 CRA 보정 그룹으로 구분될 수 있다. 포커싱 그룹과 CRA 보정 그룹은 4.960mm의 빅 갭으로 서로 공간적으로 분리되어 있다. G1의 모든 렌즈 요소들은 함께 EFL1 = 14.08mm을 갖고, G2의 모든 렌즈 요소들은 함께 EFL2 = 13.94mm을 갖는다. 렌즈(204')의 TTL은 18mm이다.

도 2h는 렌즈(204')에 기초한 D-컷 렌즈(204'-C)를 갖는 렌즈 시스템의 일 실시예(260)를 도시한다. 도 2g의 설명에서와 같이, 광 손실은 좌표 (X, Y) = (0, 2.1mm)에서의 광선 투과율로 제공된다.

- 무한대: 92.33%

- 1m: 92.07%

- 0.5m: 91.75%

- 20cm: 90.76%

- 10cm: 89.11%

D컷 렌즈(204'-C)는 렌즈(204')의 큰 렌즈 요소를 예를 들어, (Y 방향으로) 6mm의 높이로 커팅함으로써 얻어지며, 즉 높이(H_Li) > 6mm를 갖는 렌즈(204')의 렌즈 요소들(L_i)(즉, L₁, L₆ 및 L₇)은 6mm로 커팅된다. 다른 실시 예에서, 컷 렌즈는 렌즈(204')의 큰 렌즈 요소들을 예를 들어, (Y 방향으로) 6.5mm, 5mm 또는 4mm의 높이로 커팅함으로써 달성될 수 있으며, 즉 높이(H_Li) > 6.5mm, 5mm 또는 4.5mm를 갖는 렌즈 요소들(L_i)은 각각 6.5mm, 5mm 또는 4.5mm로 커팅될 수 있다. 컷 렌즈에 대한 자세한 내용은 도 2a의 설명을 참조하라.

[표 5]

[표 6]

[표 7]

[표 8]

도 2c는 본 명세서에 개시되며 230이 번호 매겨진 또 다른 광학 렌즈 시스템을 개략적으로 도시한다. 렌즈 시스템(230)은 렌즈(204''), 광학 요소(206)(선택 사항) 및 이미지 센서(208)를 포함한다. 광선 추적은 도 2a-2b에서와 같이 제공된다. 상세한 광학 데이터 및 표면 데이터는 표 9, 10, 11 및 12에서 제공된다. 표 12는 렌즈 시스템(220)의 최대 CRA에 대한 세부 정보를 제공한다. 표기법 및 필드는 표 4와 동일하다.

도 2c는 각각에 대해 3개의 광선을 갖는 3개의 필드를 도시한다: 상부 주변광선, 하부 주변광선 및 주광선. 렌즈 시스템(230)의 포커싱 범위는 무한대에서 76.4mm까지, 즉 MIOD가 76.4mm이다. 렌즈(204'')로 포커싱을 하기 위해, 모든 렌즈 요소들이 함께 이동한다. 무한대에서 100mm로 포커싱을 변경하려면, 2.881mm의 렌즈 스트로크가 필요하다. 렌즈를 이동시키기 위해, 당업계에 공지된 액추에이터(예를 들어, VCM)가 사용될 수 있다. MIOD에서, 렌즈 시스템(230)은 약 5.1:1의 피사체-이미지 비율에 대응하는 -0.195의 배율을 달성한다. HFOV는 무한대에 포커싱될 때의 13.29도로부터 MIOD에 포커싱될 때의 12.52도로 감소한다. (0과 -0.195 사이의 임의의 배율뿐만 아니라) 무한대와 76.4mm 사이의 임의의 포커싱 위치가 실현될 수 있다. 포커싱 범위 내의 임의의 피사체에 대해, 렌즈 시스템(230)은 MFC < 50μm를 갖는다.

렌즈(204'')는 2 개의 그룹, 즉 L₁, L₂, L₃, L₄ 및 L₅를 포함하는 제1 포커싱 그룹, 및 L₆, L₇ 및 L₈을 포함하는 제2 CRA 보정 그룹으로 구분될 수 있다. 포커싱 그룹 및 CRA 보정 그룹은 3.839mm의 빅 갭으로 서로 공간적으로 분리되어 있다. G1의 모든 렌즈 요소들은 함께 EFL1 = 13.50mm을 갖고 G2의 모든 렌즈 요소들은 함께 EFL2 = 11.85mm을 갖는다. 렌즈(204'')의 TTL은 18mm이다.

도 2i는 렌즈(204'')에 기초한 컷 렌즈(204''-C)를 갖는 렌즈 시스템(270)의 실시 예를 도시한다. 도 2g의 설명에서와 같이. 광 손실은 좌표 (X, Y) = (0, 2.1mm)에서의 광선 투과율로 제공된다.

- 무한대: 93.21%

- 1m: 92.99%

- 0.5m: 92.74%

- 20cm: 92.01%

- 7.64cm: 85.82%

204''-C는 렌즈(204'')의 큰 렌즈 요소들을 예를 들어, (Y 방향으로) 6mm의 높이로 커팅함으로써 얻어진다. 높이(H_Li) > 6mm를 갖는 렌즈(204'')의 렌즈 요소들(L_i)(즉, L₁, L₂, L₆, L₇ 및 L₈)은 6mm로 커팅된다. 다른 실시 예에서, 컷 렌즈는 렌즈(204'')의 큰 렌즈 요소들을 예를 들어, (Y 방향으로) 6.5mm, 5mm 또는 4mm의 높이로 커팅함으로써, 달성될 수 있다. 컷 렌즈에 대한 자세한 내용은 도 2a의 설명을 참조하라.

[표 9]

[표 10]

[표 11]

[표 12]

본 명세서에 개시되며 240으로 번호 매겨진 또 다른 광학 렌즈 시스템을 개략적으로 도시하는 도 2d 내지 도 2f를 참조한다. 렌즈 시스템(240)은 렌즈(204'''), 광학 요소(206)(선택 사항) 및 이미지 센서(208)를 포함한다. 광선 추적은 도 2a-2c에서와 같이 제공된다. 상세한 광학 데이터 및 표면 데이터는 표 13, 14, 15, 16 및 17에서 제공된다. 표 17은 렌즈 시스템(240)의 최대 CRA에 대한 세부 정보를 제공한다. 표기법 및 필드는 표 4와 동일하다. 도 2d-2f는 각각에 대해 3개의 광선을 갖는 3개의 필드를 도시한다: 상위 주변 광선, 하위 주변 광선 및 주광선.

도 2d는 무한대에 포커싱된 렌즈 시스템(240)을 도시하고("구성 A"), 도 2e는 100mm에 포커싱된 렌즈 시스템(240)을 도시하고("구성 B"), 도 2f는 50mm에 포커싱된 렌즈 시스템(240)을 도시한다("구성 C"). 포커싱을 맞춘 피사체-렌즈 거리는 표 15의 표면 #0에 의해 제공된다. 렌즈 시스템(240)의 포커싱 범위는 무한대에서 50mm까지이고, 즉 MIOD가 50mm이다.

렌즈(204''')는 포커싱을 위해 서로에 대해 움직이는 2개의 그룹으로 구분된다. 제1 렌즈 그룹("G1")은 렌즈 요소들(L₁, L₂)을 포함하고, 제2 렌즈 그룹("G2")은 렌즈 요소들(L₃, L₄, L₅, L₆)을 포함한다. G1과 G2 사이의 빅 갭은 무한대에 포커싱될 때의 2.625mm로부터 100mm에 포커싱될 때의 1.946mm, 및 50mm에 포커싱될 때의 1.303mm로 감소한다(표 15의 표면 #5 참조). 포커싱을 위해, 렌즈(204''')도 하나의 유닛으로 이동하여, BFL이 변경된다(표 15의 표면 #13 참조).

렌즈를 이동시키기 위해, 액추에이터(예를 들어, VCM)가 사용될 수 있다. MIOD에서, 렌즈 시스템(240)은 약 2.5:1의 피사체-이미지 비율에 대응하는 -0.40의 배율을 달성한다. HFOV는 무한대에 포커싱될 때의 13.1도로부터 MIOD에 포커싱될 때의 9.3도로 감소한다(표 16 참조). (0와 -0.4 사이의 임의의 배율뿐만 아니라) 무한대와 50mm 사이의 임의의 포커싱 위치가 실현될 수 있다.

포커싱 범위 내의 임의의 피사체에 대해, 렌즈 시스템(240)은 MFC < 50μm를 갖는다. G1의 모든 렌즈 요소들은 함께 EFL1 = 38.61mm을 갖고, G2의 모든 렌즈 요소들은 함께 EFL2 = 15.36mm을 갖는다. 렌즈(204''')의 TTL은 15.8mm이다.

도 2j는 렌즈(204''')를 기반으로 하는 컷 렌즈(204'''-C)를 갖는 렌즈 시스템(280)의 실시 예를 도시한다. 도 2g의 설명에서와 같이, 광 손실은 좌표 (X, Y) = (0, 2.1mm)에서의 광선 투과율로 제공된다.

- 무한대: 94.58%

- 10cm: 91.53%

- 5cm: 91.02%

컷 렌즈(204'''-C)는 렌즈(204''')의 큰 렌즈 요소들을 (Y 방향으로) 6mm의 높이로 커팅함으로써 얻어지고, 즉 높이(H_Li) > 6mm를 갖는 렌즈(204''')의 렌즈 요소들(L_i)(L₁, L₂, L₅ 및 L₆)은 6mm로 커팅된다. 다른 실시 예에서, 컷 렌즈는 렌즈(204''')의 큰 렌즈 요소들을, 예를 들어 (Y 방향으로) 6.5mm, 5mm 또는 4mm의 높이로 커팅함으로써, 달성될 수 있다. 컷 렌즈에 대한 자세한 내용은 도 2a의 설명을 참조하라.

[표 13]

[표 14]

[표 15]

[표 16]

[표 17]

[표 18]

표 18은 렌즈 시스템 실시 예(200, 220, 230, 240 및 290)에 대하여, G1 및 G2 각각의 모든 렌즈 요소들의 EFL 및 비율 EFL1/EFL2에 대한 개요를 보여준다.

도 2k는 본 명세서에 개시되며 290으로 번호 매겨진 또 다른 광학 렌즈 시스템을 개략적으로 도시한다. 렌즈 시스템(290)은 복수의 렌즈 요소들을 갖는 렌즈(204''''), 광학 요소(206)(선택 사항) 및 이미지 센서(208)를 포함한다. 광선 추적은 도 2a에서와 같이 제공된다. 상세한 광학 데이터, 표면 데이터 및 추가 렌즈 특성은 표 19, 20, 21 및 22에서 제공된다.

렌즈 시스템(290)의 포커싱 범위는 무한대에서 52mm까지이다(MIOD=52mm).

렌즈(204'''')로 포커싱하기 위해, 모든 렌즈 요소들은 함께 이동한다. 무한대에서 52mm로 포커싱을 변경하려면, 4.507mm의 렌즈 스트로크가 필요하다. MIOD에서, 렌즈 시스템(290)은 약 3.4:1의 피사체-이미지 비율에 대응하는 -0.29의 배율을 달성한다. HFOV는 무한대에 포커싱될 때의 9.57도로부터 MIOD에 포커싱될 때의 8.52도로 감소한다. (0와 -0.29 사이의 임의의 배율뿐만 아니라)무한대와 52mm 사이의 임의의 포커싱 위치가 실현될 수 있다. 포커싱 범위 내의 임의의 피사체에 대해, 렌즈 시스템(290)은 MFC < 50μm를 갖는다.

렌즈(204'''')는 2개의 그룹, 즉 L₁, L₂, L₃, L₄ 및 L₅를 포함하는 제1 포커싱 그룹과 L₆, L₇ 및 L₈을 포함하는 제2 CRA 보정 그룹으로 구분될 수 있다. 포커싱 그룹 및 CRA 보정 그룹은 3.974mm의 빅 갭으로 서로 공간적으로 분리되어 있다. G1의 모든 렌즈 요소들은 함께 EFL1 = 14.1mm을 갖고 G2의 모든 렌즈 요소들은 함께 EFL2 = 12.3mm을 갖는다. 렌즈(204'''')의 TTL은 18.6mm이다.

일부 실시 예는 렌즈(204'''')를 기반으로 하는 컷 렌즈를 포함할 수 있다. 컷 렌즈는 렌즈(204'''')의 큰 렌즈 요소들을 예를 들어, (Y 방향으로) 6.5mm, 5mm 또는 4mm의 높이로 커팅함으로써 달성될 수 있다. 컷 렌즈에 대한 자세한 내용은 도 2a의 설명을 참조하라.

[표 19]

[표 20]

[표 21]

[표 22]

일부 예에 따르면, 렌즈 요소들의 적어도 일부는 (광학 렌즈 시스템에 직교하고 일반적으로 광축과 일치하는 평면 X-Y에서) 원형이 아닌(비-원형) 단면의 형상(프로파일)을 가질 수 있다. 특히, 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이, 렌즈 요소(702)를 운반하는 렌즈 배럴(700)에 대해, 렌즈 요소들의 적어도 일부는 높이(H_Li)(축 Y를 따라 측정됨)보다 큰 폭 W_Li(축 X를 따라 측정됨)를 가질 수 있다. 배럴(700)은 배럴 벽(또는 주변)(704)을 더 포함한다. 높이(H_Li)는 (기계 부품을 포함하여) 렌즈 요소들의 전체 높이에 대응할 수 있다. 일부 실시 예에서, 렌즈 배럴(700)내의 렌즈 요소는 축 Y 및/또는 축 X에 대해 대칭을 가질 수 있다. 700과 같은 비-원형 렌즈 배럴은 예를 들어, 렌즈(204-C)와 같은 렌즈의 컷 렌즈 요소에 따라 성형될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 렌즈 배럴의 높이는 렌즈에서 가장 높은 높이를 갖는 렌즈 요소보다 단지 약간 높을 수 있다. 예를 들어, 렌즈 배럴은 가장 높은 렌즈 요소보다 0 내지 0.5mm 더 높을 수 있다. 가장 높은 렌즈 요소와 동일한 높이를 갖는 렌즈 배럴은 예를 들어, 공동 소유의 국제 특허 출원 PCT/IB2018/050988에 기재되어 있고, 그 전체가 참조로 여기에 포함된다.

일부 예에 따르면, W_Li는 H_Li보다 실질적으로 더 크다(예를 들어, 적어도 20% 이상의 백분율만큼, 이들 값은 제한적이지 않음). 일부 예에서, W_Li는 20-70%의 백분율만큼 H_Li보다 클 수 있다. 예를 들어, 폴디드 렌즈(204')의 렌즈 요소(L₈)를 고려해 볼 때, W_L8은 H_L8보다 32%의 백분율만큼 더 크다.

명료함을 위해 별도의 실시 예의 맥락에서 설명된 현재 개시된 주제의 특정 특징은 단일 실시 예에서 조합하여 제공될 수도 있다는 것이 이해된다. 반대로, 간결함을 위해 단일 실시 예의 맥락에서 설명된 현재 개시된 주제의 다양한 특징은 개별적으로 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 제공될 수도 있다.

또한, 명료함을 위해 "실질적으로"라는 용어는 허용 가능한 범위 내에서 값의 변동 가능성을 암시하는 데 사용된다. 일 예에 따르면, 본 명세서에서 사용된 "실질적으로"라는 용어는 임의의 지정된 값 이상 또는 이하로 최대 10%의 가능한 변동을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 다른 예에 따르면, 본 명세서에서 사용된 "실질적으로"라는 용어는 임의의 지정된 값 이상 또는 이하의 5%까지 가능한 변동을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 추가 예에 따르면, 본 명세서에 사용된 "실질적으로"라는 용어는 임의의 지정된 값 이상 또는 이하의 최대 2.5%의 가능한 변동을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.

달리 명시되지 않는 한 선택 옵션 목록의 마지막 두 구성원 사이에 "및/또는"이라는 표현을 사용하는 것은 나열된 옵션 중 하나 이상이 적절하고 선택될 수 있음을 나타냅니다.

청구범위 또는 명세서가 "a" 또는 "an" 요소를 언급하는 경우, 그러한 참조는 해당 요소 중 하나만 존재하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다.

본 명세서에 언급된 모든 참조는 마치 각각의 개별 참조가 구체적으로 그리고 개별적으로 참조에 의해 여기에 포함되는 것으로 표시된 것과 동일한 정도로 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 포함된다. 또한, 본 출원에서 인용 또는 식별은 그러한 참조가 본 개시에 대한 선행 기술로서 이용가능하다는 인정으로 해석되어서는 안 된다.

Claims

폴디드 디지털 카메라로서,
a) N ≥ 6개의 렌즈 요소들(L_i), 유효 초점 길이(EFL) 및 총 트랙 길이(TTL)를 갖는 렌즈, 및 이미지 센서를 갖는 렌즈 시스템, 여기서 각각의 렌즈 요소는 각각의 초점 길이(f_i)를 갖고, 제1 렌즈 요소(L₁)는 피사체 측을 향하고; 및
b) 피사체와 렌즈 사이에 폴디드 광학 경로를 제공하기 위한 광학 경로 폴딩 요소(OPFE);
를 포함하고,
상기 렌즈 시스템은 무한대로부터 최소 피사체 거리(MIOD)까지의 피사체-렌즈 거리를 커버하는 포커싱 범위를 가지며, MIOD/EFL < 20인 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, MIOD/EFL < 15인 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, MIOD/EFL < 13인 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, MIOD/EFL < 10인 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, MIOD/EFL < 7인 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, 상기 포커싱 범위 내의 임의의 피사체에 대한 최대 필드 곡률(MFC)은 50μm보다 작은 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, 상기 카메라는 f 수 < 4 인 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, 상기 카메라는 f 수 < 3 인 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, 상기 카메라는 f 수 < 2.5인 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, 상기 렌즈 요소들은 TTL/8보다 큰 빅 갭으로 분리된 2 개의 렌즈 요소 그룹들로 구분되는 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, 상기 렌즈 요소들은 TTL/7보다 큰 빅 갭으로 분리된 2 개의 렌즈 요소 그룹들로 구분되는 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, 상기 렌즈 요소들은 TTL/6보다 큰 빅 갭으로 분리된 2 개의 렌즈 요소 그룹들로 구분되는 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, 상기 렌즈 요소들은 유효 초점 길이(EFL1)를 갖는 제1 렌즈 요소 그룹 및 유효 초점 길이(EFL2)를 갖는 제2 렌즈 요소 그룹으로 구분되고, 비율(EFL1/EFL2)은 1로부터 10% 이상 벗어나지 않는 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, 상기 렌즈 요소들은 유효 초점 길이(EFL1)를 갖는 제1 렌즈 요소 그룹 및 유효 초점 길이(EFL2)를 갖는 제2 렌즈 요소 그룹으로 구분되고, 비율(EFL1/EFL2)은 1로부터 20% 이상 벗어나지 않는 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, 상기 카메라를 포커싱하기 위한 보이스 코일 모터 기반 포커싱 메커니즘을 더 포함하는 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, 제1 렌즈 요소(L₁) 및 제2 렌즈 요소(L₂)는 50보다 큰 아베 수를 갖는 물질로 이루어진 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, TTL/EFL < 1.5인 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, TTL/EFL < 1.4인 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, TTL/EFL < 1.3인 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, 마지막 렌즈 요소(L_N)의 초점 길이(f_N)와 TTL의 비율은 f_N/TTL < 1.0을 충족하는 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, 마지막 렌즈 요소(L_N)의 초점 길이(f_N)와 TTL의 비율은 f_N/TTL < 0.9를 충족하는 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, 마지막 렌즈 요소(L_N)의 초점 길이(f_N)와 TTL의 비율은 f_N/TTL < 0.8을 충족하는 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, 마지막 렌즈 요소(L_N)의 초점 길이(f_N)와 TTL의 비율은 f_N/TTL < 0.75를 만족하는 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, 마지막 렌즈 요소(L_N)의 초점 길이(f_N)와 TTL의 비율은 f_N/TTL < 0.7을 충족하는 폴디드 디지털 카메라.
제1항에 있어서, 광학 요소를 추가로 포함하고, 상기 광학 요소는 렌즈와 이미지 센서 사이에 위치하는 폴디드 디지털 카메라.
폴디드 디지털 카메라로서,
a) N ≥ 6개의 렌즈 요소들(L_i), 유효 초점 길이(EFL) 및 총 트랙 길이(TTL)를 갖는 렌즈, 및 이미지 센서를 갖는 렌즈 시스템, 여기서 각각의 렌즈 요소는 각각의 초점 길이(f_i)를 갖고, 제1 렌즈 요소(L₁)는 피사체 측을 향하고;
b) 피사체와 렌즈 사이에 폴디드 광학 경로를 제공하기 위한 광학 경로 폴딩 요소(OPFE);
를 포함하고,
여기서, 최대 주광선 각도(Max CRA)와 폴디드 카메라의 시야(FOV) 사이의 비율(Max CRA/FOV)은 카메라가 무한대에 포커싱될 때, 0.25보다 작은 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, Max CRA/FOV < 0.2인 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, Max CRA/FOV < 0.15인 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, 상기 포커싱 범위 내의 임의의 피사체에 대한 최대 필드 곡률(MFC)은 50μm보다 작은 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, 상기 카메라의 f 수는 f/# < 4인 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, 상기 카메라의 f 수는 f/# < 3인 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, 상기 카메라의 f 수는 f/# < 2.5인 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, 상기 렌즈 요소들은 TTL/8보다 큰 빅 갭으로 분리된 2 개의 렌즈 요소 그룹들로 구분되는 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, 상기 렌즈 요소들은 TTL/7보다 큰 빅 갭으로 분리된 2 개의 렌즈 요소 그룹들로 구분되는 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, 상기 렌즈 요소들은 TTL/6보다 큰 빅 갭으로 분리된 2 개의 렌즈 요소 그룹들로 구분되는 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, 상기 렌즈 요소들은 유효 초점 길이(EFL1)를 갖는 제1 렌즈 요소 그룹 및 유효 초점 길이(EFL2)를 갖는 제2 렌즈 요소 그룹으로 구분되고, 비율(EFL1/EFL2)은 1로부터 10% 이상 벗어나지 않는 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, 상기 렌즈 요소들은 유효 초점 길이(EFL1)를 갖는 제1 렌즈 요소 그룹 및 유효 초점 길이(EFL2)를 갖는 제2 렌즈 요소 그룹으로 구분되고, 비율(EFL1/EFL2)은 1로부터 20% 이상 벗어나지 않는 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, 상기 카메라를 포커싱하기 위한 보이스 코일 모터 기반 포커싱 메커니즘을 더 포함하는 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, 제1 렌즈 요소(L₁) 및 제2 렌즈 요소(L₂)는 50보다 큰 아베 수를 갖는 물질로 이루어진 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, TTL/EFL < 1.5인 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, TTL/EFL < 1.4인 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, TTL/EFL < 1.3인 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, 마지막 렌즈 요소(L_N)의 초점 길이(f_N)와 TTL의 비율은 f_N/TTL < 1.0을 충족하는 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, 마지막 렌즈 요소(L_N)의 초점 길이(f_N)와 TTL의 비율은 f_N/TTL < 0.9을 충족하는 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, 마지막 렌즈 요소(L_N)의 초점 길이(f_N)와 TTL의 비율은 f_N/TTL < 0.8을 충족하는 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, 마지막 렌즈 요소(L_N)의 초점 길이(f_N)와 TTL의 비율은 f_N/TTL < 0.75을 충족하는 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, 마지막 렌즈 요소(L_N)의 초점 길이(f_N)와 TTL의 비율은 f_N/TTL < 0.7을 충족하는 폴디드 디지털 카메라.
제26항에 있어서, 광학 요소를 추가로 포함하고, 상기 광학 요소는 렌즈와 이미지 센서 사이에 위치하는 폴디드 디지털 카메라.