KR20190028798A - 이미징 렌즈 시스템 - Google Patents

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KR20190028798A
KR20190028798A KR1020197005135A KR20197005135A KR20190028798A KR 20190028798 A KR20190028798 A KR 20190028798A KR 1020197005135 A KR1020197005135 A KR 1020197005135A KR 20197005135 A KR20197005135 A KR 20197005135A KR 20190028798 A KR20190028798 A KR 20190028798A
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애플 인크.
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Abstract

소형 폼 팩터 카메라들에서 사용될 수 있는 콤팩트 렌즈 시스템들이 기술된다. 렌즈 시스템은 굴절력을 갖는 6개의 렌즈 요소들을 포함할 수 있고, 다른 콤팩트 렌즈 시스템들과 비교할 때 이미징 품질 및 패키지 크기를 유지하거나 개선시키면서 넓은 시야를 갖는 낮은 F 수들을 제공할 수 있다. 렌즈 시스템은, 예를 들어, 70 내지 90도(예컨대, 81도)의 범위 내의 전체 시야와 함께 2.1 이하(예컨대, 1.8)의 초점 비율을 제공할 수 있다. 렌즈 시스템은 조밀도 TTL/ImageH < 1.7에 대한 기준에 부합할 수 있으며, 여기서 TTL은 렌즈 시스템의 전체 트랙 길이이고, ImageH는 광센서에 있는 이미지 평면 상의 반-대각선 이미지 높이이다. 렌즈 시스템 파라미터들 및 관계들은 시야에 걸친 광학 수차 및 렌즈 아티팩트들 및 효과들을 적어도 부분적으로 감소시키거나, 보상하거나, 또는 보정하도록 선택될 수 있다.

Description

이미징 렌즈 시스템
본 발명은 대체로 카메라 시스템들에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 고해상도의 소형 폼 팩터 카메라 및 렌즈 시스템들에 관한 것이다.
스마트폰 및 태블릿 또는 패드 디바이스와 같은 소형 모바일 다목적 디바이스들의 출현은 그 디바이스들에 통합하기 위한, 낮은 F 수(F-number)들에서 고해상도 고품질의 이미지들을 캡처할 수 있는, 경량이고 콤팩트한 고해상도의 소형 폼 팩터 카메라들에 대한 필요를 가져왔다. 그러나, 종래의 카메라 기술의 한계들로 인해, 이러한 디바이스들에서 사용되는 종래의 소형 카메라들은, 더 크고, 더 높은 품질의 카메라들로 달성될 수 있는 것보다 더 낮은 해상도들 및/또는 더 낮은 이미지 품질로 이미지들을 캡처하는 경향이 있다. 소형 패키지 크기 카메라들로 더 높은 해상도를 달성하는 것은 일반적으로, 작은 픽셀 크기 광센서 및 양호한 콤팩트 이미징 렌즈 시스템의 사용을 필요로 한다. 기술의 진보들은 광센서들의 픽셀 크기의 감소를 달성했다. 그러나, 광센서들이 더 콤팩트하고 강력해짐에 따라, 개선된 이미징 품질 성능을 갖는 콤팩트 이미징 렌즈 시스템에 대한 요구가 증가하였다. 더욱이, 휴대용 전자 디바이스들에 피팅되기에 충분히 콤팩트한 모듈 높이를 여전히 유지하면서, 더 높은 픽셀 카운트 및/또는 더 큰 픽셀 크기 이미지 센서(이들 중 하나 또는 둘 모두가 더 큰 이미지 센서를 필요로 할 수 있음)가 갖춰진 소형 폼 팩터 카메라들에 대한 기대들이 증가하고 있다. 따라서, 광학 시스템 설계 관점에서 난제는 소형 폼 팩터 카메라에 의해 부과되는 물리적 제약 하에서 고휘도 고해상도 이미지를 캡처할 수 있는 이미징 렌즈 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들은, 카메라에 사용될 수 있고, 여전히 선명한 고해상도 이미지들을 캡처하면서 낮은 F 수(2.1 이하, 예컨대 1.8), 70 내지 90도(예컨대, 81도) 범위 내의 넓은 시야(field of view, FOV) 및 카메라가 소형 패키지 크기로 구현되게 하는 짧은 전체 트랙 길이(예컨대, @6mm)를 제공할 수 있어서, 카메라의 실시예들을 소형 및/또는 모바일 다목적 디바이스들에서 사용하기에 적합하게 하는, 6개의 렌즈 요소들을 포함하는 콤팩트 이미징 렌즈 시스템을 제공할 수 있다. 렌즈 시스템은 물체측 상의 제1 렌즈로부터 이미지측 상의 제6 렌즈로 광축을 따라 배열된 굴절력을 갖는 6개의 렌즈 요소들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 렌즈로부터 제6 렌즈로의 렌즈 시스템의 굴절력 순서는 PNPNPN이며, 여기서 P는 정의 굴절력(positive refractive power)을 갖는 렌즈를 나타내고, N은 부의 굴절력(negative refractive power)을 갖는 렌즈를 나타낸다. 소정 렌즈 요소들의 굴절력 분포, 렌즈 형상, 두께, 구경 위치, 기하학적 형상, 위치, 재료, 간격, 및 표면 형상을 포함하지만 이로 제한되지 않는 렌즈 시스템 파라미터들 및 관계들이 시야에 걸친 광학 수차들, 및 렌즈 아티팩트(artifact)들 및 효과들을 적어도 부분적으로 감소시키거나, 보상하거나, 또는 보정하도록 선택될 수 있다.
일부 실시예들에서, 렌즈 시스템은 광학 시스템의 휘도를 제어하기 위해 광학 시스템의 물체측과 제2 렌즈 요소 사이에 위치되는 구경 조리개를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 구경 조리개는 렌즈 시스템의 전방 정점에서 또는 그 뒤에서 제1 렌즈 요소에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 구경 조리개는 대신에 제1 렌즈 요소와 제2 렌즈 요소 사이에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 렌즈 시스템은 또한 하나 이상의 내부 조리개들, 예를 들어 제4 렌즈 요소의 이미지측 표면에 위치된 이차 조리개를 포함할 수 있다. 내부 조리개(들)는, 예를 들어, 축외(off-axis) 광선 다발들의 일정 비율을 절단함으로써 낮은 F 수 및 넓은 FOV 조건들에서의 수차 제어를 도울 수 있다.
일부 실시예들에서, 렌즈 시스템은 하기의 관계들 중 하나 이상을 만족할 수 있다:
0.15 < Yo/f system < 0.55
0.5 < (f system / f1) < 1
0.4 < (f system / f3) < 0.78
(R9+R10) / (R9-R10) < -3.2
T34/TTL > 0.07
Zh / T34 > 0.5
여기서, f system 은 렌즈 시스템의 유효 초점 거리이고,Yo는 제5 렌즈의 이미지측 표면의 최외측 수평 정점과 광축 사이의 수직 거리이고,f1은 제1 렌즈의 유효 초점 거리이고, f3는 제3 렌즈의 유효 초점 거리이고, R9은 제5 렌즈의 물체측 표면의 곡률 반경이고, R10은 제5 렌즈의 이미지측 표면의 곡률 반경이고, T34는 제3 렌즈와 제4 렌즈 사이의 축상 간격(on-axis spacing)이고, Zh는 수직 거리 Hep(Hep = EPD*0.8/2)(여기서, EPD는 입사 동공 직경임)에서의 제3 렌즈와 제4 렌즈 사이의 축외 간격이다.
일부 실시예들에서, 렌즈 시스템은 하기의 관계에서 정의되는 바와 같은 조밀도(compactness)에 대한 기준을 만족할 수 있다:
TTL/ImageH < 1.7
여기서, ImageH는 광센서에 있는 이미지 평면 상의 반-대각선 이미지 높이이다.
일부 실시예들에서, 제1 및 제3 렌즈들은 아베 수(Abbe number) Vd > 50을 (예컨대, 56.0을) 갖는 광학 재료들로 형성되고, 제2 및 제4 렌즈들은 아베 수 Vd < 30을 (예컨대, 20.4를) 갖는 광학 재료들로 형성된다. 렌즈 1 내지 렌즈 4의 재료 및 굴절력 구성은 색수차를 감소시키도록 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제5 및 제6 렌즈들은 아베 수 Vd > 50을 (예컨대, 56.0을) 갖는 광학 재료들로 형성되고, 과도한 색수차들의 발생을 추가로 제한할 수 있다.
도 1a는 6개의 렌즈 요소들 및 구경 조리개를 포함하는 콤팩트 렌즈 시스템을 포함하는 콤팩트 카메라의 예시적인 실시예의 단면도이다.
도 1b는 6개의 렌즈 요소들, 일차 구경 조리개, 및 이차 구경 조리개를 포함하는 콤팩트 렌즈 시스템을 포함하는 콤팩트 카메라의 예시적인 실시예의 단면도이다.
도 2는 일부 실시예들에 따른, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은 렌즈 시스템 내의 제5 렌즈 요소의 설계 태양들을 도시한다.
도 3은 일부 실시예들에 따른, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은 렌즈 시스템 내의 제3 렌즈 요소와 제4 렌즈 요소의 설계 태양들 및 관계들을 도시한다.
도 4는 일부 실시예들에 따른, 도 1a 내지 도 3에 도시된 바와 같은 렌즈 시스템에 대한 변조 전달 함수(modulation transfer function, MTF)를 도시하는 그래프이다.
도 5는 일부 실시예들에 따른, 도 1a 내지 도 3에 도시된 바와 같은 렌즈 시스템에 대한 종방향 구면 수차, 상면 만곡(field curvature) 및 왜곡을 도시한다.
도 6은 일부 실시예들에 따른, 도 1a 내지 도 5에 도시된 바와 같은 카메라를 사용하여 이미지들을 캡처하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 7은 실시예들에서 사용될 수 있는 예시적인 컴퓨터 시스템을 예시한다.
본 명세서는 "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 참조들을 포함한다. "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"라는 문구들의 등장들은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 특정 특징들, 구조들 또는 특성들이 본 개시내용과 일관성을 유지하는 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
"포함하는(Comprising)". 이 용어는 개방형(open-ended)이다. 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 이러한 용어는 부가적인 구조 또는 단계들을 배제(foreclose)하지 않는다. "... 하나 이상의 프로세서 유닛들을 포함하는 장치"를 언급하는 청구항을 고려한다. 그러한 청구항은 장치가 부가적인 컴포넌트들(예를 들어, 네트워크 인터페이스 유닛, 그래픽 회로 등)을 포함하는 것을 배제하지 않는다.
"~하도록 구성되는(configured to)". 다양한 유닛들, 회로들 또는 다른 컴포넌트들이 태스크 또는 태스크들을 수행"하도록 구성"되는 것으로 설명되거나 청구될 수 있다. 그러한 문맥들에서, "~하도록 구성되는"은 유닛들/회로들/컴포넌트들이 동작 동안에 그들 태스크 또는 태스크들을 수행하는 구조(예를 들어, 회로)를 포함한다는 것을 표시함으로써 구조를 내포하는 데 사용된다. 이와 같이, 유닛/회로/컴포넌트는, 특정된 유닛/회로/컴포넌트가 현재 동작중이지 않은 경우(예를 들어, 켜진 상태가 아닌 경우)에도 태스크를 수행하도록 구성되는 것으로 칭해질 수 있다. "~하도록 구성되는"이라는 문구와 함께 사용되는 유닛들/회로들/컴포넌트들은 하드웨어 - 예를 들어, 회로들, 동작을 구현하도록 실행가능한 프로그램 명령어들을 저장하는 메모리 등 - 를 포함한다. 유닛/회로/컴포넌트가 하나 이상의 태스크들을 수행"하도록 구성"됨을 언급하는 것은 그 유닛/회로/컴포넌트에 대해 미국 특허법 35 U.S.C. § 112, 여섯째 문단 규정이 적용되지 않도록 하기 위한 의도의 명시이다. 부가적으로, "~하도록 구성되는"은 사안이 되는 태스크(들)를 수행할 수 있는 방식으로 동작하도록 소프트웨어 및/또는 펌웨어(예를 들어, FPGA 또는 소프트웨어를 실행하는 범용 프로세서)에 의해 조작되는 일반적인 구조(예를 들어, 일반적인 회로)를 포함할 수 있다. "~하도록 구성되는"은 또한 하나 이상의 태스크들을 구현하거나 수행하도록 적응된 디바이스들(예를 들어, 집적 회로들)을 제조하도록 제조 프로세스(예를 들어, 반도체 제조 설비)를 적응하는 것을 포함할 수 있다.
"제1", "제2", 등. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 이러한 용어들은 이들이 선행하고 있는 명사들에 대한 라벨들로서 사용되고, 임의의 타입의(예를 들어, 공간적, 시간적, 논리적 등) 순서를 암시하는 것은 아니다. 예를 들어, 버퍼 회로는 "제1" 및 "제2" 값들에 대한 기입 동작들을 수행하는 것으로서 본 명세서에서 설명될 수 있다. 용어들 "제1" 및 "제2"는 반드시 제1 값이 제2 값 전에 기입되어야 한다는 것을 암시하지는 않는다.
"~에 기초하여(Based on)". 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 이 용어는 결정에 영향을 주는 하나 이상의 인자들을 설명하기 위해 사용된다. 이 용어는 결정에 영향을 줄 수 있는 부가적인 인자들을 배제하지 않는다. 즉, 결정은 오직 그들 인자들에만 기초하거나 또는 그들 인자들에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. "B에 기초하여 A를 결정한다"라는 문구를 고려한다. 이 경우에, B가 A의 결정에 영향을 주는 인자이기는 하지만, 그러한 문구는 A의 결정이 또한 C에도 기초하는 것임을 배제하지 않는다. 다른 예시들에서, A는 오직 B에만 기초하여 결정될 수 있다.
광센서 및 콤팩트 렌즈 시스템을 포함하는 소형 폼 팩터 카메라의 실시예들이 기술된다. 카메라에 사용될 수 있고, 여전히 선명한 고해상도 이미지들을 캡처하면서 낮은 F 수(2.1 이하, 예컨대 1.8), 70 내지 90도(예컨대, 81도) 범위 내의 넓은 시야 및 카메라가 소형 패키지 크기로 구현되게 하는 짧은 전체 트랙 길이(예컨대, @6mm)를 제공할 수 있어서, 카메라의 실시예들을 휴대 전화, 스마트폰, 패드 또는 태블릿 컴퓨팅 디바이스, 랩톱, 넷북, 노트북, 서브노트북, 및 울트라북 컴퓨터 등과 같은 소형 및/또는 모바일 다목적 디바이스들에서 사용하기에 적합하게 하는, 6개의 렌즈 요소들을 포함하는 콤팩트 렌즈 시스템의 실시예들이 설명된다. 그러나, 카메라의 양태들(예를 들어, 렌즈 시스템 및 광센서)이 설명된 것들보다 더 크거나 더 작은 패키지 크기들을 갖는 카메라들을 제공하기 위해 스케일 업(scale up)되거나 스케일 다운(scaled down)될 수 있음을 유의한다. 부가적으로, 카메라 시스템의 실시예들은 독립형 디지털 카메라들로 구현될 수 있다. 스틸(단일 프레임 캡처) 카메라 응용들에 부가하여, 카메라 시스템의 실시예들은 비디오 카메라 응용들에서 사용하도록 적응될 수 있다.
콤팩트 렌즈 시스템의 실시예들은 고휘도 고해상도 이미지들을 캡처하기 위해 소형 폼 팩터 카메라들에 사용될 수 있다. 렌즈 시스템은 굴절력을 갖는 6개의 렌즈 요소들을 포함한다. 소정 렌즈 요소들의 굴절력 분포, 렌즈 형상, 두께, 구경 위치, 기하학적 형상, 위치, 재료, 간격, 및 표면 형상을 포함하지만 이로 제한되지 않는 렌즈 시스템 파라미터들 및 관계들이, 비네팅(vignetting), 색수차, 상면 만곡 또는 페츠발 합계(Petzval sum) 및 렌즈 플레어(lens flare) 중 하나 이상을 포함하지만 이로 제한되지 않는, 시야에 걸친 광학 수차들, 및 렌즈 아티팩트들 및 효과들을 적어도 부분적으로 감소시키거나, 보상하거나, 또는 보정하도록 선택될 수 있다.
6개의 렌즈 요소들을 갖는 콤팩트 렌즈 시스템들의 비제한적인 예시적인 실시예들이 기술된다. 도 1a는 6개의 굴절 렌즈 요소들을 포함하는 예시적인 실시예를 도시하는데, 여기서 구경 조리개는 제1 렌즈 요소에 그리고 렌즈 시스템의 전방 정점 뒤에 위치된다. 도 1b는, 6개의 굴절 렌즈 요소들 및 제1 렌즈 요소에 위치된 일차 구경 조리개를 갖고 제4 렌즈 요소에 위치된 이차 조리개를 또한 포함하는 예시적인 실시예를 도시한다. 본 명세서에 기술된 바와 같은 6개의 렌즈 요소들을 갖는 콤팩트 렌즈 시스템들의 예시적인 실시예들은 2.0 미만, 예를 들어 약 1.7인 F 수(초점 비율)를 제공할 수 있는데, 이때 초점 거리(f)는 5.0 mm 미만(예를 들어, 4.5 내지 4.7 mm)이고, 전체 트랙 길이(TTL)는 6.8 mm 이하(예컨대, 6 mm)이다. 그러나, 이들 예는 제한하고자 하는 것이 아니며, 여전히 유사한 결과들을 달성하면서 렌즈 시스템들에 대해 주어진 다양한 파라미터들에 대한 변형들이 가능하다는 것에 유의해야 한다.
렌즈 시스템의 실시예들에서의 굴절 렌즈 요소들은, 예를 들어 플라스틱 재료로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 굴절 렌즈 요소들은 사출 성형된 플라스틱 재료로 구성될 수 있다. 그러나, 다른 투명 재료들이 사용될 수도 있다. 또한, 주어진 실시예에서, 렌즈 요소들 중 상이한 렌즈 요소들이 상이한 광학적 특성들, 예를 들어 상이한 아베 수들 및/또는 상이한 굴절률들을 갖는 재료들로 구성될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 아베 수 Vd는 다음의 방정식에 의해 정의될 수 있으며:
Vd = (Nd -1) / (NF - NC),
여기서, NF 및 NC는 각각 수소의 F 및 C 선들에서의 재료의 굴절률 값들이다.
도 1a 및 도 1b에서, 예시적인 카메라는 적어도 콤팩트 렌즈 시스템 및 광센서를 포함한다. 광센서는 다양한 타입의 광센서 기술들 중 임의의 것에 따라 구현된 집적 회로(IC) 기술 칩 또는 칩들일 수 있다. 사용될 수 있는 광센서 기술의 예들은 전하-결합 소자(charge-coupled device, CCD) 기술 및 상보성 금속-산화물-반도체(complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS) 기술이다. 일부 실시예들에서, 광센서의 픽셀 크기는 1.2 마이크로미터 이하일 수 있지만, 더 큰 픽셀 크기들이 사용될 수도 있다. 비제한적인 예시적인 실시예에서, 광센서는 1 메가픽셀 이미지들을 캡처하기 위해 1280 x 720 픽셀 이미지 포맷에 따라 제조될 수 있다. 그러나, 다른 픽셀 포맷들이, 예를 들어 5 메가픽셀, 10 메가픽셀, 또는 더 크거나 더 작은 포맷들이, 실시예들에서 사용될 수 있다. 도면에서, 8 mm의 전체 대각선 치수(반-대각선 4 mm)를 갖는 예시적인 광센서가 설명되지만; 더 크거나 더 작은 광센서가 렌즈 시스템 치수들의 적절한 조절에 의해 사용될 수 있다.
렌즈 시스템은 또한 광학 시스템의 휘도를 제어하기 위해 광학 시스템의 물체측과 제2 렌즈 요소 사이에 위치되는 구경 조리개를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 구경 조리개는 도 1a에 도시된 바와 같이 렌즈 시스템의 전방 정점에서 또는 그 뒤에서 제1 렌즈 요소에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 구경 조리개는 대신에 제1 렌즈 요소와 제2 렌즈 요소 사이에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 렌즈 시스템은 또한 하나 이상의 이차 조리개들, 예를 들어 도 1b에 도시된 바와 같은 제4 렌즈 요소의 이미지측 표면에 위치된 이차 조리개, 및/또는 제3 렌즈 요소의 이미지측 표면에 위치된 이차 조리개를 포함할 수 있다. 이차 조리개(들)는 수차 제어를 도울 수 있다.
카메라는 또한, 예를 들어 렌즈 시스템의 마지막 또는 제6 렌즈 요소와 광센서 사이에 위치된 적외선(IR) 필터를 포함할 수 있지만, 필수적이지는 않다. IR 필터는, 예를 들어, 유리 재료로 구성될 수 있다. 그러나, 다른 재료들이 사용될 수도 있다. 일부 실시예들에서, IR 필터는 굴절력을 갖지 않으며, 렌즈 시스템의 유효 초점 거리(f)에 영향을 주지 않는다. 일부 실시예들에서, 도면에 도시된 바와 같은 IR 필터 대신에, IR 필터링을 제공하기 위해, 렌즈 요소들 중 하나 이상의 렌즈 요소들 상에 코팅이 사용될 수 있거나, 또는 다른 방법들이 사용될 수 있다. 게다가, 카메라가 또한 본 명세서에서 예시되고 기술된 것들과는 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다는 것에 유의해야 한다.
카메라에서, 렌즈 시스템은 광센서의 표면 또는 그 부근에 있는 이미지 평면(IP)에 이미지를 형성한다. 먼 거리의 물체에 대한 이미지 크기는 렌즈 시스템의 유효 초점 거리(f)에 정비례한다. 렌즈 시스템의 전체 트랙 길이(TTL)는 제1(물체측) 렌즈 요소의 물체측 표면에서의 전방 정점과 이미지 평면 사이의 광축(AX) 상의 거리이다. 전체 트랙 길이 대 초점 거리의 비(TTL/f)는 망원 비율로 지칭된다. 망원 렌즈 시스템으로서 분류되기 위하여, TTL/f는 1보다 작거나 같다. 비-망원 렌즈 시스템의 경우, 망원 비율은 1보다 크다.
본 명세서에 설명된 비제한적인 예시적인 실시예에서(도 1a 및 도 1b 참조), 렌즈 시스템은 렌즈 시스템의 유효 초점 거리(f)가 4.51 mm 또는 약 4.51 mm이도록 구성될 수 있다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 비제한적인 예시적인 실시예들은 F 수가 1.68 또는 약 1.68이도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 렌즈 시스템은 특정 카메라 시스템 응용들을 위한 특정 광학적, 이미징, 및/또는 패키징 제약들을 만족하도록 예들에서 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 초점 비율 또는 f/#로도 지칭되는 F 수는 f /D에 의해 정의되며, 여기서 D는 입사 동공의 직경, 즉, 유효 구경임에 유의해야 한다. 일례로서, f = 4.51 mm에서, @2.68 mm의 유효 구경에 의해 1.68의 F 수가 달성된다. 예시적인 실시예는, 예를 들어, 81도 또는 대략 81도의 전체 시야(full FOV) 그리고 40.5도의 반(half) 시야로 구성될 수 있다. 예시적인 실시예들의 전체 트랙 길이(TTL)는 6.0 mm 또는 약 6.0 mm일 수 있다. 따라서, 예시적인 실시예들의 망원 비율(TTL/f)은 1.33 또는 약 1.33이다. 8 mm의 전체 대각선 치수(반-대각선 4 mm)를 갖는 광센서가 사용된다.
그러나, 초점 거리(f), F 수, TTL, 광센서 크기, 및/또는 다른 렌즈 시스템 및 카메라 파라미터들은 다른 카메라 시스템 응용들을 위한 광학적, 이미징, 및/또는 패키징 제약들의 다양한 사양들을 만족시키도록 스케일링되거나 조정될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 특정 카메라 시스템 응용들에 대한 요건들로서 특정될 수 있고/있거나 상이한 카메라 시스템 응용들에 대해 변화될 수 있는 카메라 시스템에 대한 제약들은, 초점 거리(f), 유효 구경, TTL, 구경 조리개 위치, F 수, 시야(FOV), 망원 비율, 광센서 크기, 이미징 성능 요건들, 및 패키징 부피 또는 크기 제약들을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.
일부 실시예들에서, 렌즈 시스템은 조정가능할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 본 명세서에서 기술된 바와 같은 렌즈 시스템은 조정가능한 아이리스(입사 동공) 또는 구경 조리개를 갖출 수 있다. 조정가능한 구경 조리개를 사용하면, F 수(초점 비율, 또는 f/#)는 소정 범위 내에서 동적으로 변화될 수 있다. 예를 들어, 렌즈 시스템이 주어진 초점 거리(f) 및 FOV에서, f/1.7로 잘 보정되는 경우, 초점 비율은 구경 조리개가 F 수 설정으로 조정될 수 있음을 가정하여 구경 조리개를 조정함으로써 1.4 내지 8(또는 초과)의 범위 내에서 변화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 렌즈 시스템은, 동일한 FOV(예컨대, 81도)에서 어쩌면 저하된 이미징 품질 성능으로 또는 더 작은 FOV에서 상당히 양호한 성능으로 구경 조리개를 조정함으로써 더 빠른 초점 비율들(< 1.7)에서 사용될 수 있다.
값들의 범위들이, 하나 이상의 광학 파라미터들이 (예컨대, 조정가능한 구경 조리개를 사용하여) 동적으로 변화될 수 있는 조정가능한 카메라들 및 렌즈 시스템들에 대한 예들로서 본 명세서에서 주어질 수 있지만, 이 범위들 내에 광학 및 다른 파라미터들에 대한 값들이 있는, 고정된(조정가능하지 않은) 렌즈 시스템들을 포함하는 카메라 시스템들의 실시예들이 구현될 수도 있다.
도 1a 및 도 1b에 예시된 바와 같은 실시예들을 참조하면, 예시적인 카메라(100)는 적어도 콤팩트 렌즈 시스템(110) 및 광센서(120)를 포함한다. 카메라(100)는 광학 시스템의 휘도를 제어하기 위해, 예를 들어 제1 렌즈 요소에 그리고 렌즈 시스템(110)의 전방 정점에 또는 그 뒤에, 구경 조리개(130)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 구경 조리개(130)는 대신에 제1 렌즈 요소와 제2 렌즈 요소 사이에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 카메라는 또한 도 1b에 도시된 바와 같이 이차 조리개(132)를 포함할 수 있다. 카메라(100)는 또한, 예를 들어 렌즈 시스템(110)과 광센서(120) 사이에 위치된 적외선(IR) 필터를 포함할 수 있지만, 필수적이지는 않다. IR 필터는 광센서(120)에 대한 환경 노이즈들의 간섭을 감소 또는 제거하도록 작용할 수 있고/있거나 광센서(120)를 손상시키거나 광센서에 악영향을 줄 수 있는 적외선을 차단하도록 작용할 수 있고, f에 대해 영향을 주지 않도록 구성될 수 있다.
카메라(100)의 콤팩트 렌즈 시스템(110)은 굴절력 및 렌즈 시스템 유효 초점 거리(f)를 갖는 6개의 렌즈 요소들(도 1a 및 도 1b의 렌즈 시스템(110)에서 101 내지 106)을 포함할 수 있으며, 이는 물체측으로부터 이미지측으로 광축(AX)을 따라 순서대로 다음과 같이 배열된다:
Figure pct00001
정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈 요소 L1(101);
Figure pct00002
부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈 요소 L2(102);
Figure pct00003
정의 굴절력을 갖는 제3 렌즈 요소 L3(103);
Figure pct00004
부의 굴절력을 갖는 제4 렌즈 요소 L4(104);
Figure pct00005
정의 굴절력을 갖는 제5 렌즈 요소 L5(105); 및
Figure pct00006
부의 굴절력을 갖는 제6 렌즈 요소 L6(106).
따라서, 제1 렌즈(101)로부터 제6 렌즈(106)로의 렌즈 시스템(110)의 굴절력 순서는 PNPNPN이며, 여기서 P는 정의 굴절력을 갖는 렌즈를 나타내고, N은 부의 굴절력을 갖는 렌즈를 나타낸다.
일부 실시예들에서, 렌즈(101)는 근축 구역(paraxial region)에서 볼록 물체측 표면을 갖고, 렌즈(102)는 근축 구역에서 오목 이미지측 표면을 갖고, 렌즈(103)는 근축 구역에서 볼록 이미지측 표면을 갖고, 렌즈(104)는 근축 구역에서 볼록 이미지측 표면을 갖는다.
일부 실시예들에서, 렌즈(105)는 근축 구역에서 볼록 물체측 표면을 갖고 근축 구역에서 오목 이미지측 표면을 갖는다. 렌즈(105)의 물체측 표면 및 이미지측 표면 둘 모두는 비구면이다. 렌즈(105)의 물체측 표면은 주변 구역 근처에서 오목한 적어도 하나의 부분을 갖고, 이미지측 표면은 주변 구역 근처에서 볼록한 적어도 하나의 부분을 갖는다. 도 2를 참조하면, Yo는 렌즈(105)의 이미지측 표면의 최외측 수평 정점과 광축 사이의 수직 거리이다. 일부 실시예들에서, Yo는 하기 관계를 만족한다;
0.15 < Yo/f system < 0.55
여기서, f system 은 렌즈 시스템(110)의 유효 초점 거리이다.
일부 실시예들에서, 렌즈(106)는 근축 구역에서 볼록 물체측 표면을 갖고, 전체 표면을 따라 오목한 적어도 하나의 부분을 갖는다. 렌즈(106)는 또한 근축 구역에서 오목 이미지측 표면을 갖고, 전체 표면을 따라 볼록한 적어도 하나의 부분을 갖는다. 렌즈(106)의 양 표면들은 비구면이다.
일부 실시예들에서, 렌즈 시스템(110)은 하기의 관계들 중 하나 이상을 만족할 수 있다:
0.5 < (f system / f1) < 1
0.4 < (f system / f3) < 0.78
(R9+R10) / (R9-R10) < -3.2
여기서, f system 은 렌즈 시스템(110)의 유효 초점 거리이고, f1은 렌즈(101)의 유효 초점 거리이고, f3는 렌즈(103)의 유효 초점 거리이고, R9은 렌즈(105)의 물체측 표면의 곡률 반경이며, R10은 렌즈(105)의 이미지측 표면의 곡률 반경이다. 곡률 반경은 X-선 스캐닝된 구조로부터의 렌즈 표면 형상의 피팅된 값일 수 있음에 유의하여야 한다.
도 3을 참조하면, 광축에 대해, 렌즈(103)와 렌즈(104) 사이의 축상 간격은 T34 이고, 수직 거리 Hep(Hep = EPD*0.8/2)(여기서, EPD는 입사 동공 직경임)에서의 렌즈(103)와 렌즈(104) 사이의 축외 간격은 Zh로 정의된다. 하기의 관계들이 만족될 수 있다:
T34/TTL > 0.07
Zh / T34 > 0.5
여기서, TTL은 무한 공액(infinity conjugate)에서 포커싱하는 시스템의 전체 트랙 길이이고, 어느 쪽이든 물체에 더 가까운 구경 조리개 또는 렌즈(101)의 물체측 표면에서 이미지 평면까지 측정된다.
일부 실시예들에서, 렌즈들(101, 103)은 아베 수 Vd > 50을 갖는 광학 재료들로 형성되고, 렌즈들(102, 104)은 아베 수 Vd < 30을 갖는 광학 재료들로 형성된다. 렌즈들(101 내지 104)의 재료 및 굴절력 구성은 색수차를 감소시키도록 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 렌즈들(105, 106)은 아베 수 Vd > 50을 갖는 광학 재료들로 형성되고, 과도한 색수차들의 발생을 추가로 제한할 수 있다.
렌즈 시스템(110)의 실시예들은 스마트폰들 및 태블릿/패드 디바이스들과 같은 소비자 전자 제품들을 위한 소형 폼 팩터 카메라들에서 사용하기 위해 콤팩트하도록 구현될 수 있다. 렌즈 시스템의 조밀도에 대한 기준은 하기의 관계로 정의될 수 있다:
TTL/ImageH < 1.7
여기서, ImageH는 광센서(120)에 있는 이미지 평면 상의 반-대각선 이미지 높이이다. 표 1 내지 표 3에 정의된 바와 같은 예시적인 렌즈 시스템에서, 전체 트랙 길이(TTL)는 약 6.0 mm 이고, 약 4 mm의 반-대각선 이미지 높이를 갖는 광센서가 사용된다. 따라서, 예시적인 실시예들(6mm/4mm = 1.5)에 대한 관계(TTL/ImageH < 1.7)가 만족된다. 조밀도에 대한 이러한 기준은 더 큰 광센서들을 사용할 때 비례적으로 더 긴 TTL을, 그리고 더 작은 광센서들을 사용할 때 비례적으로 더 짧은 TTL을 가능하게 한다는 것에 유의하여야 한다. 예를 들어, 약 3 mm의 ImageH를 갖는 광센서를 위한 렌즈 시스템의 TTL은 5.1 mm 이하일 것이고, 약 5 mm의 ImageH를 갖는 광센서를 위한 렌즈 시스템의 TTL은 8.5 mm 이하일 것이다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 렌즈 시스템(110)의 일부 실시예들은 구경 조리개(130)에 더하여 하나 이상의 내부 조리개들(예컨대, 렌즈(104)에 있는 이차 조리개(132))을 포함할 수 있다. 내부 조리개(들)(132)는, 예를 들어, 낮은 F 수 및 넓은 FOV 조건들에서 광축에 더 가까운 광선 다발들보다 더 극단적인 수차들을 갖는 경향이 있는 축외 광선 다발들의 일정 비율을 절단함으로써 낮은 F 수 및 넓은 FOV 조건들에서의 수차 제어를 도울 수 있다. 렌즈 시스템(110)(예컨대, 렌즈 요소들(104 내지 106))은 내부 조리개(들)(132)로부터 기인할 수 있는 가능한 비네팅 및 조명의 손실을 보상하도록 설계될 수 있다.
도 4는 일부 실시예들에 따른, 도 1a 내지 도 3에 도시된 바와 같은 렌즈 시스템에 대한 변조 전달 함수(MTF)를 도시하는 그래프이다. 도 4는 각각 0 필드(field), 0.4 필드, 0.7 필드 및 전체 필드에서 평가된 렌즈 MTF를 도시한다. MTF들은 100 라인 쌍(lp)/mm에서 0.5보다 높으며, 이는 고해상도 이미징을 위한 양호한 콘트라스트(contrast)를 보여주고 고해상도 센서들을 사용하여 고품질 이미지들을 렌더링(rendering)한다.
도 5는 일부 실시예들에 따른, 도 1a 내지 도 3에 도시된 바와 같은 렌즈 시스템에 대한 종방향 구면 수차, 상면 만곡 및 왜곡을 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 시야에 걸친 광 왜곡은 2% 내에서 제어되는 반면, 상면 만곡 및 비점 수차는 시야에 걸쳐 잘 밸런싱된다(balanced).
도 6은 일부 실시예들에 따른, 도 1a 내지 도 5에 도시된 바와 같이 6개의 렌즈 요소들을 포함하는 렌즈 시스템을 갖는 카메라를 사용하여 이미지들을 캡처하기 위한 방법의 고레벨 흐름도이다. 1200에 나타낸 바와 같이, 카메라 전방의 물체 필드로부터의 광은 카메라의 제1 렌즈 요소에서 구경 조리개를 통하여 수신된다. 1202에 나타낸 바와 같이, 제1 렌즈 요소는 제2 렌즈 요소로 광을 굴절시킨다. 대안적으로, 일부 실시예들에서, 구경 조리개는 제1 렌즈 요소와 제2 렌즈 요소 사이에 위치될 수 있고, 물체 필드로부터의 광은 카메라의 제1 렌즈 요소에 수광될 수 있고, 구경 조리개를 통해 제2 렌즈 요소로 굴절될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 렌즈 요소는 정의 굴절력을 가질 수 있다. 1204에 나타낸 바와 같이, 광은 이어서 제2 렌즈 요소에 의해 제3 렌즈 요소로 굴절된다. 일부 실시예들에서, 제2 렌즈 요소는 부의 굴절력을 가질 수 있다. 1206에 나타낸 바와 같이, 광은 이어서 제3 렌즈 요소에 의해 제4 렌즈 요소로 굴절된다. 일부 실시예들에서, 제3 렌즈 요소는 정의 굴절력을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 광은 이차 조리개를 통해 제4 렌즈 요소로 굴절될 수 있다. 1208에 나타낸 바와 같이, 광은 이어서 제4 렌즈 요소에 의해 제5 렌즈 요소로 굴절된다. 일부 실시예들에서, 제4 렌즈 요소는 부의 굴절력을 가질 수 있다. 1210에 나타낸 바와 같이, 광은 이어서 제5 렌즈 요소에 의해 제6 렌즈 요소로 굴절된다. 일부 실시예들에서, 제5 렌즈 요소는 정의 굴절력을 가질 수 있다. 1212에 나타낸 바와 같이, 광은 제6 렌즈 요소에 의해 굴절되어, 광센서의 표면 또는 그 부근에 있는 이미지 평면에 이미지를 형성한다. 일부 실시예들에서, 제6 렌즈 요소는 부의 굴절력을 가질 수 있다. 1214에 나타낸 바와 같이, 이미지는 광센서에 의해 캡처된다. 도 6에 도시되어 있지 않았으나, 일부 실시예들에서, 광은 예를 들어 제6 렌즈 요소와 광센서 사이에 위치될 수 있는 적외선 필터를 통과할 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 6에서 참조되는 6개의 렌즈 요소들은 도 1a 또는 도 1b, 도 2, 및 도 3에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 그러나, 유사한 광학적 결과들을 달성하면서 도 1a 및 도 1b에서 주어진 예에 대한 변형들이 가능하다는 것에 유의해야 한다.
예시적인 렌즈 시스템 표들
다음의 표들은 도 1a 내지 도 3을 참조하여 설명된 바와 같은 렌즈 시스템 및 카메라들의 예시적인 실시예의 다양한 광학적 및 물리적 파라미터들에 대한 예시적인 값들을 제공한다. 표들에서, 모든 치수들은 달리 명시되지 않는 한, 밀리미터(mm) 단위이다. L1, L2, L3, L4, L5, 및 L6는 굴절 렌즈들(1, 2, 3, 4, 5, 6)을 각각 나타낸다. "S#"은 표면 번호를 나타낸다. 표들에 나타낸 바와 같은 요소들의 표면 번호들(S#)은 물체 평면에서의 제1 표면 0에서부터 이미지 평면/광센서 표면에서의 마지막 표면까지 열거된다. 양의 반경은 곡률의 중심이 표면의 우측(물체측)에 있다는 것을 표시한다. 음의 반경은 곡률의 중심이 표면의 좌측(이미지측)에 있다는 것을 표시한다. "INF"는 (광학계에서 사용되는 바와 같이) 무한대를 나타낸다. 두께(또는 간격)는 다음 표면까지의 축방향 거리이다. FNO는 렌즈 시스템의 F 수를 나타낸다. HFOV는 반 시야를 나타낸다. f35mm는 렌즈 시스템의 35mm 등가 초점 거리이다. Vx 는 각각의 렌즈 요소의 아베 수이다. f 및 fsystem 둘 모두는 렌즈 시스템의 유효 초점 거리를 나타내는 한편, fx는 각각의 렌즈 요소의 초점 거리를 나타낸다. R9은 렌즈 5의 물체측 표면의 곡률 반경이고, R10은 렌즈 5의 이미지측 표면의 곡률 반경이다. T34는 렌즈 3과 렌즈 4 사이의 축상 간격인 한편, Zh는 수직 거리 Hep에서의 렌즈 3과 렌즈 4 사이의 축외 간격이다(도 3 참조). TTL은 무한 공액에서 포커싱하는 렌즈 시스템의 전체 트랙 길이이고, 어느 쪽이든 물체에 더 가까운 구경 조리개 또는 렌즈 1의 물체측 표면에서 이미지 평면까지 측정된다. ImageH는 이미지 평면 상의 반-대각선 이미지 높이이다.
렌즈 요소들 및 IR 필터의 재료들에 대해, 헬륨 d-선(d-line) 파장에서의 굴절률 Nd 뿐만 아니라, d-선 및 수소의 C- 및 F-선들에 대한 아베 수 Vd가 제공된다. 아베 수 Vd는 다음의 방정식에 의해 정의될 수 있으며:
Vd = (Nd -1) / (NF - NC),
여기서, NF 및 NC는 각각 수소의 F 및 C 선들에서의 재료의 굴절률 값들이다.
비구면 계수(aspheric coefficient)들의 표들(표 2A 내지 표 2C)을 참조하면, 비구면 표면을 기술하는 비구면 방정식이 이하에 의해 주어질 수 있으며:
Z = (cr 2 / (1 + sqrt [1 - (1 + K) c 2 r 2 ])) +
A 4 r 4 + A 6 r 6 + A 8 r 8 + A 10 r 10 + A 12 R 12 + A 14 r 14 + A 16 r 16 + A 18 r 18 + A 20 r 20
여기서, Z는 z-축에 평행한 표면의 새그(sag)이고(z-축 및 광축은 이들 예시적인 실시예들에서 일치함), r은 정점으로부터의 방사상 거리이고, c는 표면의 극점 또는 정점에서의 곡률이고(표면의 곡률 반경의 역수), K는 원추 상수(conic constant)이며, A 4 내지 A 20은 비구면 계수들이다. 표들에서, "E"는 지수 표기법(10의 거듭제곱)을 나타낸다.
렌즈 시스템의 다양한 실시예들에서 다양한 파라미터들에 대해 다음의 표들에서 주어진 값들이 예로서 주어지며 제한하려는 의도가 아님을 유의한다. 예를 들어, 예시적인 실시예들에서 하나 이상의 렌즈 요소들의 하나 이상의 표면들에 대한 하나 이상의 파라미터들뿐만 아니라, 요소들을 구성하는 재료들에 대한 파라미터들에는, 렌즈 시스템에 대한 유사한 성능을 여전히 제공하면서, 상이한 값들이 주어질 수 있다. 특히, 표들의 일부 값들이 본 명세서에서 설명된 바와 같은 렌즈 시스템의 실시예를 사용하는 카메라의 더 크거나 더 작은 구현들을 위해 스케일 업되거나 스케일 다운될 수 있음을 유의한다.
[표 1]
Figure pct00007
[표 2A]
Figure pct00008
[표 2B]
Figure pct00009
[표 2C]
Figure pct00010
[표 3]
Figure pct00011
예시적인 컴퓨팅 디바이스
도 7은 도 2 내지 도 6에 예시된 바와 같은 렌즈 시스템을 갖는 카메라의 실시예들을 포함하거나 호스팅할 수 있는, 컴퓨터 시스템(2000)으로 지칭되는, 예시적인 컴퓨팅 디바이스를 예시한다. 부가적으로, 컴퓨터 시스템(2000)은 카메라의 동작들을 제어하고/하거나 카메라로 캡처된 이미지들의 이미지 프로세싱을 수행하기 위한 방법들을 구현할 수 있다. 상이한 실시예들에서, 컴퓨터 시스템(2000)은 개인용 컴퓨터 시스템, 데스크톱 컴퓨터, 랩톱, 노트북, 태블릿 또는 패드 디바이스, 슬레이트, 또는 넷북 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 핸드헬드 컴퓨터, 워크스테이션, 네트워크 컴퓨터, 카메라, 셋톱 박스, 모바일 디바이스, 무선 폰, 스마트폰, 소비자 디바이스, 비디오 게임 콘솔, 핸드헬드 비디오 게임 디바이스, 애플리케이션 서버, 저장 디바이스, 텔레비전, 비디오 녹화 디바이스, 주변기기 디바이스, 예컨대 스위치, 모뎀, 라우터, 또는 대체로 임의의 타입의 컴퓨팅 또는 전자 디바이스를 포함하지만 이들로 제한되지 않는, 다양한 타입의 디바이스들 중 임의의 것일 수 있다.
도시된 실시예에서, 컴퓨터 시스템(2000)은 입력/출력(I/O) 인터페이스(2030)를 통해 시스템 메모리(2020)에 커플링된 하나 이상의 프로세서들(2010)을 포함한다. 컴퓨터 시스템(2000)은 I/O 인터페이스(2030)에 커플링된 네트워크 인터페이스(2040), 및 하나 이상의 입력/출력 디바이스들(2050), 예컨대 커서 제어 디바이스(2060), 키보드(2070), 및 디스플레이(들)(2080)를 추가로 포함한다. 컴퓨터 시스템(2000)은 또한 하나 이상의 카메라들(2090), 예를 들어, I/O 인터페이스(2030)에도 커플링될 수 있는, 도 1a 내지 도 6에 관하여 전술된 바와 같은 하나 이상의 카메라들, 또는 종래의 넓은-필드 카메라들과 같은 하나 이상의 다른 카메라들과 함께 하는 도 1a 내지 도 6에 관하여 전술된 바와 같은 하나 이상의 카메라들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 컴퓨터 시스템(2000)은 하나의 프로세서(2010)를 포함하는 단일프로세서 시스템, 또는 수개(예를 들어, 2개, 4개, 8개, 또는 다른 적합한 개수)의 프로세서들(2010)을 포함하는 멀티프로세서 시스템일 수 있다. 프로세서들(2010)은 명령어들을 실행할 수 있는 임의의 적합한 프로세서일 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시예들에서, 프로세서들(2010)은 다양한 명령어 세트 아키텍처(instruction set architecture, ISA)들, 예컨대 x86, PowerPC, SPARC 또는 MIPS ISA들, 또는 임의의 다른 적합한 ISA 중 임의의 것을 구현하는 범용 또는 임베디드 프로세서들일 수 있다. 멀티프로세서 시스템들에서, 프로세서들(2010) 각각은 일반적으로 동일한 ISA를 구현할 수 있지만 반드시 그러한 것은 아니다.
시스템 메모리(2020)는 프로세서(2010)에 의해 액세스가능한 프로그램 명령어들(2022) 및/또는 데이터(2032)를 저장하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 시스템 메모리(2020)는 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM), 동기식 동적 RAM(SDRAM), 비휘발성/플래시-타입 메모리, 또는 임의의 다른 타입의 메모리와 같은 임의의 적합한 메모리 기술을 사용하여 구현될 수 있다. 도시된 실시예에서, 프로그램 명령어들(2022)은 카메라(2090)의 동작들을 제어하기 위한, 그리고 통합된 카메라(2090)로 이미지들을 캡처 및 프로세싱하기 위한 다양한 인터페이스들, 방법들 및/또는 데이터, 또는 다른 방법들 또는 데이터, 예를 들어 카메라(2090)로 캡처되는 이미지들을 캡처, 디스플레이, 프로세싱, 및 저장하기 위한 인터페이스들 및 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로그램 명령어들 및/또는 데이터는 시스템 메모리(2020) 또는 컴퓨터 시스템(2000)과는 별개인 상이한 타입들의 컴퓨터 액세스가능 매체들 또는 유사한 매체들에서 수신, 전송, 또는 저장될 수 있다.
일 실시예에서, I/O 인터페이스(2030)는 프로세서(2010), 시스템 메모리(2020), 및 네트워크 인터페이스(2040) 또는 기타 주변기기 인터페이스들, 예컨대 입력/출력 디바이스들(2050)을 포함한 디바이스 내의 임의의 주변기기 디바이스들 사이에서 I/O 트래픽을 조정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, I/O 인터페이스(2030)는 하나의 컴포넌트(예를 들어, 시스템 메모리(2020))로부터의 데이터 신호들을 다른 컴포넌트(예를 들어, 프로세서(2010))에 의한 사용에 적합한 포맷으로 변환하기 위해 임의의 필수적인 프로토콜, 타이밍, 또는 다른 데이터 변환들을 수행할 수 있다. 일부 실시예들에서, I/O 인터페이스(2030)는, 예를 들어, PCI(Peripheral Component Interconnect) 버스 표준 또는 USB(Universal Serial Bus) 표준의 변형물과 같은 다양한 타입들의 주변기기 버스들을 통해 부착되는 디바이스들을 위한 지원부를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, I/O 인터페이스(2030)의 기능은, 예를 들어, 2개 이상의 별개의 컴포넌트들, 예컨대 노스 브리지 및 사우스 브리지로 분할될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 시스템 메모리(2020)에 대한 인터페이스와 같은 I/O 인터페이스(2030)의 기능 중 일부 또는 전부가 프로세서(2010) 내에 직접 통합될 수 있다.
네트워크 인터페이스(2040)는, 컴퓨터 시스템(2000)과, 네트워크(2085)에 부착된 다른 디바이스들(예를 들어, 캐리어 또는 에이전트 디바이스들) 사이에서, 또는 컴퓨터 시스템(2000)의 노드들 사이에서 데이터가 교환되게 하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 네트워크(2085)는 근거리 통신망(LAN)들(예를 들어, 이더넷(Ethernet) 또는 회사 네트워크), 광역 통신망(WAN)들(예를 들어, 인터넷), 무선 데이터 네트워크들, 일부 다른 전자 데이터 네트워크, 또는 이들의 일부 조합을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 하나 이상의 네트워크들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 네트워크 인터페이스(2040)는, 예를 들어 유선 또는 무선의 일반 데이터 네트워크들, 예컨대 임의의 적합한 타입의 이더넷 네트워크를 통해; 원격통신/전화 네트워크들, 예컨대 아날로그 음성 네트워크들 또는 디지털 광섬유 통신 네트워크들을 통해; 저장 영역 네트워크(storage area network)들, 예컨대 광섬유 채널 SAN(Fibre Channel SAN)들을 통해; 또는 임의의 다른 적합한 타입의 네트워크 및/또는 프로토콜을 통해 통신을 지원할 수 있다.
입력/출력 디바이스들(2050)은, 일부 실시예들에서, 하나 이상의 디스플레이 단말기들, 키보드들, 키패드들, 터치패드들, 스캐닝 디바이스들, 음성 또는 광 인식 디바이스들, 또는 컴퓨터 시스템(2000)에 의해 데이터를 입력 또는 액세스하는데 적합한 임의의 다른 디바이스들을 포함할 수 있다. 다수의 입력/출력 디바이스들(2050)은 컴퓨터 시스템(2000)에 존재할 수 있거나, 또는 컴퓨터 시스템(2000)의 다양한 노드들 상에 분산될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유사한 입력/출력 디바이스들은 컴퓨터 시스템(2000)으로부터 분리될 수 있고, 유선 또는 무선 연결을 통해, 예컨대 네트워크 인터페이스(2040)를 통해, 컴퓨터 시스템(2000)의 하나 이상의 노드들과 상호작용할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 메모리(2020)는 통합된 카메라(2090)를 지원하기 위해 임의의 요소 또는 액션을 구현하도록 프로세서-실행가능할 수 있는 프로그램 명령어들(2022)을 포함할 수 있으며, 이는 카메라(2090)를 제어하기 위한 이미지 프로세싱 소프트웨어 및 인터페이스 소프트웨어를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예들에서, 카메라(2090)에 의해 캡처된 이미지들이 메모리(2020)에 저장될 수 있다. 부가적으로, 카메라(2090)에 의해 캡처된 이미지들에 대한 메타데이터가 메모리(2020)에 저장될 수 있다.
당업자들은, 컴퓨터 시스템(2000)이 단지 예시적인 것이고, 실시예들의 범주를 제한하는 것으로 의도되지는 않음을 인식할 것이다. 특히, 컴퓨터 시스템 및 디바이스들은 컴퓨터들, 네트워크 디바이스들, 인터넷 어플라이언스들, PDA들, 무선 전화기들, 호출기들, 비디오 또는 스틸 카메라들 등을 포함하는, 표시된 기능들을 수행할 수 있는 하드웨어 또는 소프트웨어의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(2000)은 또한 도시되지 않은 다른 디바이스들에 연결될 수 있거나, 또는 대신에 독립형 시스템으로서 동작할 수 있다. 부가적으로, 도시된 컴포넌트들에 의해 제공되는 기능은, 일부 실시예들에서, 더 적은 수의 컴포넌트들로 조합될 수 있거나 또는 부가적인 컴포넌트들에 분산될 수 있다. 유사하게, 일부 실시예들에서, 도시된 컴포넌트들 중 일부 컴포넌트들의 기능이 제공되지 않을 수 있고/있거나 다른 부가적인 기능이 이용가능할 수 있다.
당업자들은 또한, 다양한 아이템들이 메모리에 저장되어 있는 것으로 또는 사용 중에 저장소 상에 저장되는 것으로 도시되어 있지만, 이들 아이템들 또는 이들의 일부분들은 메모리 관리 및 데이터 무결성의 목적들을 위해 메모리와 다른 저장 디바이스들 사이에서 전달될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 대안적으로, 다른 실시예들에서, 소프트웨어 컴포넌트들 중 일부 또는 전부는 다른 디바이스 상의 메모리에서 실행될 수 있고, 컴퓨터간 통신을 통해 예시된 컴퓨터 시스템(2000)과 통신할 수 있다. 시스템 컴포넌트들 또는 데이터 구조들 중 일부 또는 전부는, 또한, 적절한 드라이브에 의해 판독될 컴퓨터 액세스가능 매체 또는 휴대용 물품 상에 (예를 들어, 명령어들 또는 구조화된 데이터로서) 저장될 수 있으며, 그의 다양한 예들이 위에 설명되어 있다. 일부 실시예들에서, 컴퓨터 시스템(2000)으로부터 분리된 컴퓨터 액세스가능 매체 상에 저장된 명령어들은, 네트워크 및/또는 무선 링크와 같은 통신 매체를 통해 전달되는 전기, 전자기, 또는 디지털 신호들과 같은 송신 매체들 또는 신호들을 통해 컴퓨터 시스템(2000)으로 송신될 수 있다. 다양한 실시예들이 컴퓨터 액세스가능 매체에 관한 전술된 설명에 따라 구현된 명령어들 및/또는 데이터를 수신, 전송, 또는 저장하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 일반적으로 말하면, 컴퓨터 액세스가능 매체는 자기적 또는 광학 매체들과 같은 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체 또는 메모리 매체, 예를 들어 디스크 또는 DVD/CD-ROM, 휘발성 또는 비휘발성 매체들, 예컨대 RAM(예를 들어, SDRAM, DDR, RDRAM, SRAM 등), ROM 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 컴퓨터 액세스가능 매체는, 네트워크 및/또는 무선 링크와 같은 통신 매체를 통해 전달되는 전기, 전자기, 또는 디지털 신호들과 같은 송신 매체들 또는 신호들을 포함할 수 있다.
본 명세서에 설명된 방법들은, 상이한 실시예들에서, 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 부가적으로, 방법들의 블록들의 순서는 변경될 수 있고, 다양한 요소들이 부가, 재순서화, 조합, 생략, 수정, 기타 등등될 수 있다. 본 개시내용의 이익을 가진 당업자에게 명백한 바와 같이 다양한 수정들 및 변화들이 이루어질 수 있다. 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들은 예시적인 것이며 제한하려는 것으로 의도되지 않는다. 많은 변형들, 수정들, 부가들 및 개선들이 가능하다. 따라서, 복수의 예시들이 본 명세서에 설명된 컴포넌트들에 대해 단일 예시로서 제공될 수 있다. 다양한 컴포넌트들, 동작들, 및 데이터 저장들 사이의 경계들은 다소 임의적이고, 특정 동작들은 특정 예시 구성들의 맥락에서 예시된다. 기능의 다른 할당들이 계획되고, 다음의 청구범위의 범주 내에 속할 수 있다. 마지막으로, 예시적인 구성들에서 별개의 컴포넌트들로서 제시된 구조들 및 기능은 조합된 구조 또는 컴포넌트로서 구현될 수 있다. 이들 및 다른 변형들, 수정들, 부가들 및 개선들은 다음의 청구범위에 정의된 바와 같은 실시예들의 범주 내에 속할 수 있다.

Claims (20)

  1. 렌즈 시스템으로서,
    상기 렌즈 시스템의 광축을 따라 배열된 복수의 굴절 렌즈 요소들을 포함하고,
    상기 복수의 렌즈 요소들은 물체측으로부터 이미지측으로 상기 광축을 따라 순서대로:
    정의 굴절력(positive refractive power)을 갖는 제1 렌즈 요소;
    부의 굴절력(negative refractive power)을 갖는 제2 렌즈 요소;
    정의 굴절력을 갖는 제3 렌즈 요소;
    부의 굴절력을 갖는 제4 렌즈 요소;
    정의 굴절력을 갖는 제5 렌즈 요소; 및
    부의 굴절력을 갖는 제6 렌즈 요소를 포함하고,
    상기 제1 렌즈 요소 및 상기 제3 렌즈 요소는 아베 수(Abbe number) Vd > 50을 갖는 광학 재료로 구성되고, 상기 제2 렌즈 요소 및 상기 제4 렌즈 요소는 아베 수 Vd < 30을 갖는 광학 재료로 구성되는, 렌즈 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 시스템은 하기 관계를 만족하는, 렌즈 시스템:
    TTL/ImageH < 1.7,
    여기서, TTL은 상기 렌즈 시스템의 전체 트랙 길이(total track length)이고, ImageH는 상기 렌즈 시스템의 이미지 평면에서의 반-대각선 이미지 높이임.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제5 렌즈 요소 및 상기 제6 렌즈 요소는 아베 수 Vd > 50을 갖는 광학 재료로 구성되는, 렌즈 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 시스템은 하기 관계들을 만족하는, 렌즈 시스템:
    T34/TTL > 0.07, 및
    Zh / T34 > 0.5,
    여기서, T34는 상기 제3 렌즈 요소와 상기 제4 렌즈 요소 사이의 축상 간격(on-axis spacing)이고, Zh는 수직 거리 Hep = EPD*0.8/2에서의 상기 제3 렌즈 요소와 상기 제4 렌즈 요소 사이의 축외 간격(off-axis spacing)이며, 여기서 EPD는 상기 렌즈 시스템의 입사 동공 직경임.
  5. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 시스템은 하기 관계를 만족하는, 렌즈 시스템:
    0.15 < Yo/f system < 0.55,
    여기서, Yo는 상기 제5 렌즈 요소의 이미지측 표면의 최외측 수평 정점과 상기 광축 사이의 수직 거리이고, f system 은 상기 렌즈 시스템의 유효 초점 거리임.
  6. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 시스템은 하기 관계를 만족하는, 렌즈 시스템:
    0.5 < (f system / f1) < 1,
    여기서, f system 은 상기 렌즈 시스템의 유효 초점 거리이고, f1은 상기 제1 렌즈 요소의 유효 초점 거리임.
  7. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 시스템은 하기 관계를 만족하는, 렌즈 시스템:
    0.4 < (f system / f3) < 0.78,
    여기서, f system 은 상기 렌즈 시스템의 유효 초점 거리이고, f3은 상기 제3 렌즈 요소의 유효 초점 거리임.
  8. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 시스템은 하기 관계를 만족하는, 렌즈 시스템:
    (R9+R10) / (R9-R10) < -3.2,
    여기서, R9은 상기 제5 렌즈 요소의 물체측 표면의 곡률 반경이고, R10은 상기 제5 렌즈 요소의 이미지측 표면의 곡률 반경임.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈 요소는 근축 구역(paraxial region)에서 볼록 물체측 표면을 갖고, 상기 제2 렌즈 요소는 근축 구역에서 오목 이미지측 표면을 갖고, 상기 제3 렌즈 요소는 근축 구역에서 볼록 이미지측 표면을 갖고, 상기 제4 렌즈 요소는 근축 구역에서 볼록 이미지측 표면을 갖는, 렌즈 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제5 렌즈 요소는 근축 구역에서 볼록 물체측 표면을 - 상기 물체측 표면의 적어도 하나의 부분은 주변 구역에서 오목함 -, 그리고 근축 구역에서 오목 이미지측 표면을 - 상기 이미지측 표면의 적어도 하나의 부분은 주변 구역에서 볼록함 - 갖는, 렌즈 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제6 렌즈 요소는 근축 구역에서 볼록 물체측 표면을 - 상기 물체측 표면의 적어도 하나의 부분은 주변 구역에서 오목함 -, 그리고 근축 구역에서 오목 이미지측 표면을 - 상기 이미지측 표면의 적어도 하나의 부분은 주변 구역에서 볼록함 - 갖는, 렌즈 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 시스템은 상기 렌즈 시스템의 전방 정점과 상기 제2 렌즈 요소 사이에 위치된 구경 조리개를 추가로 포함하는, 렌즈 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 렌즈 시스템은 상기 제1 렌즈 요소와 상기 제6 렌즈 요소 사이에 위치된 적어도 하나의 이차 구경 조리개를 추가로 포함하는, 렌즈 시스템.
  14. 카메라로서,
    광센서 - 상기 광센서는 상기 광센서의 표면 상에 투사된 광을 캡처하도록 구성됨 -; 및
    상기 카메라의 전방에 위치된 물체 필드(object field)로부터의 광을 굴절시켜 상기 광센서의 표면 또는 그 부근에 있는 이미지 평면에 장면의 이미지를 형성하도록 구성된 렌즈 시스템을 포함하고, 상기 렌즈 시스템은 상기 카메라의 물체측 상의 제1 렌즈 요소로부터 상기 카메라의 이미지측 상의 제6 렌즈 요소로 광축을 따라 순서대로 배열된 6개의 굴절 렌즈 요소들을 포함하고, 상기 렌즈 시스템은 하기 관계들을 만족하는, 카메라:
    T34/TTL > 0.07, 및
    Zh / T34 > 0.5,
    여기서, T34는 제3 렌즈 요소와 제4 렌즈 요소 사이의 축상 간격이고, Zh는 수직 거리 Hep = EPD*0.8/2에서의 상기 제3 렌즈 요소와 상기 제4 렌즈 요소 사이의 축외 간격이며, 여기서 EPD는 상기 렌즈 시스템의 입사 동공 직경임.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 렌즈 요소 및 제3 렌즈 요소는 아베 수 Vd > 50을 갖는 광학 재료로 구성되고, 제2 렌즈 요소 및 제4 렌즈 요소는 아베 수 Vd < 30을 갖는 광학 재료로 구성되고, 제5 렌즈 요소 및 상기 제6 렌즈 요소는 아베 수 Vd > 50을 갖는 광학 재료로 구성되는, 카메라.
  16. 제14항에 있어서, 상기 렌즈 시스템은 하기 관계들을 만족하는, 카메라:
    TTL/ImageH < 1.7,
    0.15 < Yo/f system < 0.55,
    (R9+R10) / (R9-R10) < -3.2,
    0.5 < (f system / f1) < 1, 및
    0.4 < (f system / f3) < 0.78,
    여기서, TTL은 상기 렌즈 시스템의 전체 트랙 길이이고, ImageH는 상기 이미지 평면에서의 반-대각선 이미지 높이이고, Yo는 제5 렌즈 요소의 이미지측 표면의 최외측 수평 정점과 상기 광축 사이의 수직 거리이고, f system 은 상기 렌즈 시스템의 유효 초점 거리이고, R9은 제5 렌즈 요소의 물체측 표면의 곡률 반경이고, R10은 상기 제5 렌즈 요소의 이미지측 표면의 곡률 반경이고,f1은 상기 제1 렌즈 요소의 유효 초점 거리이고, f3는 상기 제3 렌즈 요소의 유효 초점 거리임.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 요소는 근축 구역에서 볼록 물체측 표면을 갖고;
    제2 렌즈 요소는 근축 구역에서 오목 이미지측 표면을 갖고;
    상기 제3 렌즈 요소는 근축 구역에서 볼록 이미지측 표면을 갖고;
    상기 제4 렌즈 요소는 근축 구역에서 볼록 이미지측 표면을 갖고;
    제5 렌즈 요소는 근축 구역에서 볼록 물체측 표면을 - 상기 물체측 표면의 적어도 하나의 부분은 주변 구역에서 오목함 -, 그리고 근축 구역에서 오목 이미지측 표면을 - 상기 이미지측 표면의 적어도 하나의 부분은 주변 구역에서 볼록함 - 갖고;
    상기 제6 렌즈 요소는 근축 구역에서 볼록 물체측 표면을 - 상기 물체측 표면의 적어도 하나의 부분은 주변 구역에서 오목함 -, 그리고 근축 구역에서 오목 이미지측 표면을 - 상기 이미지측 표면의 적어도 하나의 부분은 주변 구역에서 볼록함 - 갖는, 카메라.
  18. 제14항에 있어서, 상기 제1 렌즈 요소로부터 상기 제6 렌즈 요소로의 상기 렌즈 시스템의 굴절력 순서는 PNPNPN이며, 여기서 P는 정의 굴절력을 갖는 렌즈를 나타내고, N은 부의 굴절력을 갖는 렌즈를 나타내고, 상기 렌즈 요소들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 비구면 표면을 갖는, 카메라.
  19. 디바이스로서,
    하나 이상의 프로세서들;
    하나 이상의 카메라들; 및
    상기 하나 이상의 카메라들의 동작들을 제어하기 위하여 상기 하나 이상의 프로세서들 중 적어도 하나에 의해 실행가능한 프로그램 명령어들을 포함하는 메모리를 포함하며;
    상기 하나 이상의 카메라들 중 적어도 하나는 카메라이고, 상기 카메라는,
    광센서 - 상기 광센서는 상기 광센서의 표면 상에 투사된 광을 캡처하도록 구성됨 -; 및
    상기 카메라의 전방에 위치된 물체 필드로부터의 광을 굴절시켜 상기 광센서의 표면 또는 그 부근에 있는 이미지 평면에 장면의 이미지를 형성하도록 구성된 렌즈 시스템을 포함하고, 상기 렌즈 시스템은 상기 카메라의 물체측 상의 제1 렌즈 요소로부터 상기 카메라의 이미지측 상의 제6 렌즈 요소로 광축을 따라 순서대로 배열된 6개의 굴절 렌즈 요소들을 포함하고;
    상기 렌즈 시스템의 제5 렌즈 요소는 근축 구역에서 볼록 물체측 표면을 - 상기 물체측 표면의 적어도 하나의 부분은 주변 구역에서 오목함 -, 그리고 근축 구역에서 오목 이미지측 표면을 - 상기 이미지측 표면의 적어도 하나의 부분은 주변 구역에서 볼록함 - 갖고;
    상기 렌즈 시스템은 하기 관계들을 만족하는, 디바이스:
    TTL/ImageH < 1.7,
    (R9+R10) / (R9-R10) < -3.2, 및
    0.15 < Yo/f system < 0.55,
    여기서, TTL은 상기 렌즈 시스템의 전체 트랙 길이이고, ImageH는 상기 이미지 평면에서의 반-대각선 이미지 높이이고, R9은 상기 제5 렌즈 요소의 물체측 표면의 곡률 반경이고, R10은 상기 제5 렌즈 요소의 이미지측 표면의 곡률 반경이고, Yo는 상기 제5 렌즈 요소의 이미지측 표면의 최외측 수평 정점과 상기 광축 사이의 수직 거리이고, f system 은 상기 렌즈 시스템의 유효 초점 거리임.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제1 렌즈 요소 및 제3 렌즈 요소는 아베 수 Vd > 50을 갖는 광학 재료로 구성되고, 상기 제2 렌즈 요소 및 상기 제4 렌즈 요소는 아베 수 Vd < 30을 갖는 광학 재료로 구성되고, 상기 제5 렌즈 요소 및 상기 제6 렌즈 요소는 아베 수 Vd > 50을 갖는 광학 재료로 구성되는, 디바이스.
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