KR20220139999A - 팝-아웃 줌 카메라 - Google Patents

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로이 루드닉
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미카엘 드로어
미카엘 쉐러
지브 세메쉬
나답 굴린스키
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Abstract

멀티 줌 슈퍼 매크로 촬영을 수행할 수 있는 OIS를 갖는 카메라 및 이러한 카메라를 포함하는 핸드헬드 전자 장치가 개시된다. 카메라는 렌즈 광축을 따라 배열되며 객체 측에서 L1으로 시작하여 이미지 측에서 LN으로 끝나는 2개 이상의 렌즈 그룹으로 분할된 N개의 렌즈 요소들(L1-LN)을 포함하고, 인접하는 렌즈 그룹들이 상기 렌즈 광축을 따라 각각의 에어-갭(d1)에 의해 분리되는 렌즈; 상기 렌즈 광축을 따라 에어-갭(d2)에 의해 렌즈 요소(LN)로부터 분리되며 7 내지 20mm 사이의 센서 대각선(SD)을 갖는 이미지 센서; 및 M≥1 작동 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이에서 카메라를 전환하고 30cm 미만의 객체-렌즈 거리에 있는 객체에 카메라를 포커싱하도록, 에어-갭(d1, d2)을 제어하는 액추에이터를 포함한다.

Description

팝-아웃 줌 카메라
기존 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 9월 18일에 출원된 미국 가특허 출원 제63/080,047호 및 2021년 4월 11일에 출원된 미국 가특허 출원 제63/173,446호로부터 우선권을 주장하며, 이들은 그 전체가 참고로 여기에 포함된다.
본 명세서에 개시된 주제는 일반적으로 디지털 카메라 분야, 특히 줌 컴팩트형 멀티-애퍼처 카메라에 관한 것이다.
컴팩트형 멀티-카메라, 및 이들 컴팩트형 멀티-카메라를 태블릿과 모바일 폰(후자를 본 명세서에서 일반적으로 "스마트폰"이라고 함)과 같은 핸드헬드 전자 장치(본 명세서에서 "장치"라고도 함)에 통합하는 것이 공지되어 있다. 이러한 카메라는 줌과 같은 고급 이미징 기능을 제공한다. 예를 들어, 공동 소유의 PCT 특허 출원 번호 PCT/IB2063/060356를 참조하라. 전형적인 트리플-카메라 시스템은 예시적으로 울트라-와이드-앵글(또는 "울트라-와이드" 또는 "UW") 카메라, 와이드-앵글(또는 "와이드" 또는 "W") 카메라, 및 텔레포토("텔레" 또는 "T") 카메라를 포함하는데, 이들 시야(FOV)는 FOVUW > FOVW > FOVT를 충족한다.
비교적 짧은 초점 거리(예를 들어, 2.5mm)를 갖는 UW 카메라로 초근접 포커싱을 가능하게 함으로서 매크로-촬영 기능을 제공하는 최초의 스마트폰 모델이 소비자 시장에 진입했다. UW 매크로 카메라의 단점은 작은 객체-렌즈 거리("u")와 작은 객체-대-이미지 배율("M")을 필요로 한다는 것이다. 예를 들어, 2.5mm UW 렌즈가 5cm(렌즈-객체 거리)에 있는 객체에 포커싱될 때, UW 카메라는 약 19:1의 객체-대-이미지 배율(M)을 가질 것이다.
줌 카메라와 관련한 도전과제 또는 문제는 카메라 높이 또는 길이(이는 예를 들어, 전체 트랙 길이 또는 "TTL"과 관련됨), 유효 초점 거리(EFL) 및 카메라의 이미지 센서 크기("센서 대각선" 또는 "SD")와 관련된다. 도 1a는 TTL, EFL 및 백 초점 거리("BFL")와 같은 다양한 엔티티의 정의를 개략적으로 도시한다. TTL은 객체를 향하는 제1 렌즈 요소의 객체측 표면과 카메라 이미지 센서 평면 사이의 최대 거리로 정의된다. BFL은 이미지 센서를 향하는 마지막 렌즈 요소의 이미지측 표면과 카메라 이미지 센서 평면 사이의 최소 거리로 정의된다.
도 1b는 FOV를 갖는 렌즈, EFL, 및 센서 폭(W)과 높이(H)를 갖는 이미지 센서를 갖는 예시적인 카메라 시스템을 도시한다. SD는 SD = √(W2+H2)를 통해 센서 폭(W) 및 높이(H)와 관련된다. (보통 직사각형) 이미지 센서의 고정된 폭/높이 비율의 경우, 센서 대각선은 센서 폭 및 높이에 비례한다. 대각선 시야(FOV)는 다음과 같이 EFL 및 SD와 관련된다.
Figure pct00001
이는 동일한 FOV를 갖기 위해 더 큰 SD를 갖는 카메라는 더 큰 EFL을 필요로 한다는 것을 보여준다.
텔레 카메라는 광학 줌을 가능하게 한다. 텔레 렌즈의 TTL은 그것의 EFL보다 작아, 일반적으로 0.7 < TTL/EFL < 1.0을 만족한다. 수직 텔레 카메라의 일반적인 텔레 EFL 값은 6mm 내지 10mm의 범위이다(35mm 등가 변환을 적용하지 않음). 폴디드 텔레 카메라의 경우, 10mm 내지 40mm의 범위이다. 광학 줌 효과를 향상시키기 위해서는 EFL이 클수록 바람직하지만, 이는 결과적으로 TTL이 더 커지므로, 바람직하지 않다.
획득한 이미지 품질을 개선하기 위한 지속적인 시도에서, 더 큰 이미지 센서를 텔레 카메라에 통합할 필요가 있다. 더 큰 센서는 향상된 저-조도(low-light) 성능과 더 많은 픽셀 수를 가능하게 하므로, 공간 해상도를 또한 향상시킨다. 노이즈 특성, 동적 범위 및 색 충실도와 같은 다른 이미지 품질 특성도 센서 크기가 증가함에 따라 향상될 수 있다. 대부분의 텔레 카메라에서, 센서 픽셀 어레이의 SD는 약 4.5mm(일반적으로 1/4" 센서라고 함) 내지 7mm(일반적으로 1/2.5" 센서라고 함)의 범위이다.
슬림한 설계를 위해 작은 TTL을 여전히 가지면서도, 다음과 같은 사항을 달성하기 위해 큰 EFL을 모두 지원하는 텔레 카메라 설계를 갖는 것이 유리할 것이다:
● 큰 광학 줌 효과;
● 큰 센서의 통합(예를 들어, SD > 10mm 또는 1/1.7" 센서);
● 5 내지 15cm의 렌즈-객체 거리에서의 큰 M(예를 들어, 2:1 내지 10:1),
이것은 "팝-아웃 카메라", 즉 2개 이상의 렌즈 상태를 가진 카메라로 달성될 수 있다. 제1 ("팝-아웃") 렌즈 상태에서, 카메라는 작동하고 큰 높이(HO)를 갖는다. 제2 렌즈 상태는 접힘(collapsed) 상태이며, 이 상태에서 카메라는 작동하지 않고 높이가 HN-O < HO이다. 이러한 설계는 예를 들어, 공동 소유의 국제 특허 출원 PCT/IB2020/058697에 제시되어 있다.
최신 멀티-카메라는 일반적으로 광학 이미지 안정화(OIS)를 추가로 포함한다. OIS는 원하지 않는 카메라 호스트 장치 움직임("손 움직임" 또는 "손-흔들림")을 완화하는 데 필요하다. OIS의 경우, 렌즈나 이미지 센서 또는 전체 카메라는 카메라의 광축에 수직인 두 방향으로 선형적으로 이동될 수 있다(도 14a 참조).
원하지 않는 호스트 장치 움직임은 6 자유도로 카메라를 이동시킨다. 즉, 이는 X-Y-Z(도 6a에 도시된 좌표계를 참조하여 주어진 좌표)의 선형 움직임, 롤(Z축을 중심으로 한 틸팅), 요(Y축을 중심으로 한 틸팅) 및 피치(X축을 중심으로 한 틸팅)이며, 여기서 주로 요와 피치가 심각한 이미지 품질 저하의 원인이 된다. X-Y-Z의 원하지 않는 선형 움직임은 렌즈-객체 거리가 1m 이상인 경우 이미지 품질에 미미한 영향을 미치기 때문에, 대부분의 알려진 프리미엄 스마트폰에는 요와 피치만 보정하는 OIS가 포함되어 있다. 대조적으로, 10:1 이상의 큰 M을 가능하게 하는 텔레 카메라를 사용한 매크로 촬영의 경우, X-Y의 원하지 않는 선형 움직임이 이미지 품질에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 매크로 캡처 도중에, 원하지 않는 선형 움직임을 보정하는 OIS 메커니즘을 갖는 것이 이로울 것이다.
다양한 실시예에서, 렌즈 광축을 따라 배열되며, 객체 측에서 L1으로 시작하여 이미지 측에서 LN으로 끝나는 N개의 렌즈 요소들(L1-LN)을 포함하는 렌즈, 여기서 N ≥ 5이고, 상기 렌즈 요소들은 2개 이상의 렌즈 그룹들로 분할되고, 2개의 인접한 렌즈 그룹들은 상기 렌즈 광축을 따라 각각의 에어-갭(d1)에 의해 분리되는 렌즈; 상기 렌즈 광축을 따라 에어-갭(d2)에 의해 렌즈 요소(LN)로부터 분리되고, 7 내지 20mm의 센서 대각선(SD)을 갖는 이미지 센서; 및 M(M ≥1)의 작동 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이에서 상기 카메라를 전환하며, 30cm 미만의 객체-렌즈 거리(u)에서 상기 카메라를 객체에 포커싱하도록, 상기 에어-갭들(d1, d2)을 제어하도록 작동하는 액추에이터, 여기서 각각의 작동 팝-아웃 상태(m ∈ {1,2,…M})에서 상기 렌즈는 각각의 유효 초점 거리(EFLm) 및 총 트랙 길이(TTLm)를 가지며, 접힘 상태에서 상기 렌즈는 총 트랙 길이(c-TTL)를 가지며, m의 EFL 세트의 최소 EFL은 7mm 이상이고, 여기서 c-TTL < 0.7·EFLmin인 액추에이터를 포함하는 카메라가 제공된다.
일부 실시예에서, M은 2 또는 3 또는 4이다.
일부 실시예에서, 작동 상태는 EFL이 EFL1에서 EFLM으로 연속적으로 변경되도록, 연속적이다.
일부 실시예에서, m의 EFL 세트에서 최소 EFL의 경우, c-TTL < 0.65EFL이다.
일부 실시예에서, 카메라는 25cm 미만의 거리에 있는 객체에 상기 렌즈를 포커싱할 수 있다.
일부 실시예에서, 카메라는 15cm 미만의 거리에 있는 객체에 상기 렌즈를 포커싱할 수 있다.
일부 실시예에서, 액추에이터는 스프링을 포함한다.
일부 실시예에서, d1은 TTLM/6보다 크다.
일부 실시예에서, d1은 TTLM/5보다 크다.
다양한 실시예에서, 적어도 하나의 에어-갭을 갖는 제2 렌즈 시스템을 포함하는 제2 카메라와 함께, 상기 또는 하기의 카메라(여기서, "제1 카메라"로 지칭됨)를 포함하는 카메라 시스템이 제공되며, 여기서 접힘 상태에서, 제2 렌즈는 총 트랙 길이(c-TTL2)를 가지며, 액추에이터는 M ≥1 작동 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이에서 제1 카메라 및 제2 카메라를 동시에 전환하기 위해 상기 제2 카메라의 적어도 하나의 에어-갭을 제어하도록 작동한다. 일부 실시예에서, cTTL2 = cTTL ±10%이다. 상기 또는 하기의 카메라 또는 카메라 시스템은 핸드헬드 전자 장치에 통합될 수 있다. 핸드헬드 전자 장치는 장치 외부 표면을 가질 수 있으며, 작동 상태에서 임의의 카메라는 장치 외부 표면 너머로 2mm-10mm만큼 연장되고, 비-작동 상태에서 제1항 내지 제11항 및 제13항 중 어느 한 항의 카메라는 장치 외부 표면을 넘어 2mm 미만으로 연장된다.
다양한 실시예에서, 핸드헬드 전자 장치가 제공되는데, 이는 카메라 광축을 갖고 이미지 센서 및 카메라 광축에 실질적으로 평행한 렌즈 축을 갖는 렌즈를 포함하고 EFL ≥ 9mm를 갖는 텔레 카메라; 핸드헬드 전자 장치의 원하지 않는 선형 움직임을 감지하기 위한 모션 센서; 텔레 카메라와 객체 사이의 거리를 추정하는 깊이 추정기; 및 상기 핸드헬드 전자 장치의 원하지 않는 선형 움직임을 보상하기 위해 상기 텔레 카메라 또는 상기 텔레 카메라의 구성요소를 이동시키는 액추에이터를 포함하고, 상기 보상은 상기 핸드헬드 전자 장치의 원하지 않는 선형 움직임 및 상기 텔레 카메라와 객체 사이의 거리에 의존하고, 텔레 카메라와 객체 사이의 거리는 50cm보다 작다.
일부 실시예에서, 핸드헬드 장치는 텔레 카메라의 시야(FOVT)보다 큰 시야(FOVUW)를 갖는 울트라-와이드 카메라를 추가로 포함한다.
일부 실시예에서, 핸드헬드 장치는 텔레 카메라의 시야(FOVT)보다 큰 시야(FOVW)를 갖는 와이드 카메라를 추가로 포함한다.
일부 실시예에서, 텔레 카메라와 객체 사이의 거리를 추정하는 것은 위상 검출 오토-포커싱(PDAF)을 기반으로 한다.
일부 실시예에서, 텔레 카메라와 객체 사이의 거리를 추정하는 것은 와이드 카메라와 텔레 카메라를 기반으로 하거나 울트라-와이드 카메라와 텔레 카메라를 기반으로 한다.
일부 실시예에서, 선형 움직임을 감지하는 것은 하나 이상의 방향으로 선형 움직임을 측정하는 것을 포함한다.
일부 실시예에서, 선형 움직임을 감지하는 것은 둘 이상의 방향에서 선형 움직임을 측정하는 것을 포함한다.
일부 실시예에서, 움직이는 구성요소는 렌즈이다. 렌즈 이동량(dLens)은
Figure pct00002
로 계산되며, 여기서 d0은 장치의 원하지 않는 선형 움직임이고, EFL은 유효 초점 거리이고, u는 객체-렌즈 거리이다.
일부 실시예에서, 움직이는 구성요소는 이미지 센서이다. 이미지 센서의 이동량(dSensor)은
Figure pct00003
로 계산되며, 여기서 d0는 장치의 원하지 않는 선형 움직임이고, u는 객체-렌즈 거리이다.
일부 실시예에서, 모션 센서는 관성 측정 유닛(IMU)을 포함한다.
본 명세서에 개시된 주제의 비-제한적인 실시예는 이 단락 다음에 나열되며 여기에 첨부된 도면을 참조하여 아래에 설명된다. 하나 이상의 도면에서 나타나는 동일한 구조, 요소 또는 구성요소는 도면들에서 동일한 숫자로 표시될 수 있다. 도면 및 설명은 본 명세서에 개시된 실시예를 조명하고 명확히 하기 위한 것이며, 어떤 식으로든 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
도 1a는 카메라에서 다양한 엔티티의 정의를 개략적으로 도시한다;
도 1b는 FOV를 갖는 렌즈, EFL 및 센서 폭(W)을 갖는 이미지 센서를 포함하는 예시적인 카메라 시스템을 개략적으로 도시한다;
도 1c는 접힌 비-작동 상태로 본 명세서에 개시된 예시적인 텔레 카메라 렌즈 시스템의 단면을 개략적으로 도시한다;
도 1d는 제1 작동 텔레 렌즈 상태에서의 도 1c의 카메라를 도시한다;
도 1e는 제2 작동 텔레 렌즈 상태에서의 도 1c의 카메라를 도시한다;
도 1f는 작동하는 매크로 렌즈 상태에서의 도 1c의 카메라를 도시한다;
도 2a는 확장된(extended) 상태로 본 명세서에 개시되고 핸드헬드 전자 장치를 호스팅하는 카메라에 통합된 팝-아웃 텔레 카메라의 단면도를 도시한다;
도 2b는 팝-아웃 상태에서의 도 2a의 카메라의 팝-아웃 메커니즘의 단면도를 도시한다;
도 3a는 접힘 상태 또는 비-작동 상태에서의 도 2a의 팝-아웃 카메라를 도시한다;
도 3b는 각각의 접힘 상태에서의 도 3a의 카메라의 팝-아웃 메커니즘을 도시한다;
도 4a는 팝-아웃 상태에서 광학 모듈을 단면도로 도시한다;
도 4b는 접힌 c-TTL을 갖는 접힘 상태에서의 도 4a의 광학 모듈을 도시한다;
도 5a는 팝-아웃 상태에서의 다른 광학 모듈을 단면도로 도시한다;
도 5b는 접힘 상태에서의 도 5a의 광학 모듈을 도시한다;
도 6a는 업라이트 와이드 카메라 및 팝-아웃 상태의 팝-아웃 텔레 카메라를 포함하는 카메라 시스템을 갖는 핸드헬드 전자 장치의 실시예를 도시한다;
도 6b는 접힘 상태의 팝-아웃 텔레 카메라를 갖는 도 6a의 장치를 도시한다;
도 7a는 업라이트 와이드 카메라 및 팝-아웃 상태의 팝-아웃 텔레 카메라를 포함하는 카메라 시스템을 갖는 핸드헬드 전자 장치의 다른 실시예를 도시한다;
도 7b는 접힘 상태의 팝-아웃 텔레 카메라를 갖는 도 7a의 장치를 도시한다;
도 8a는 본 명세서에 개시된 렌즈 시스템의 실시예를 도시한다;
도 8b는 본 명세서에 개시된 다른 렌즈 시스템의 실시예를 도시한다;
도 9는 팝-아웃 렌즈 상태로 본 명세서에 개시된 또 다른 렌즈 시스템을 도시한다;
도 10은 팝-아웃 렌즈 상태로 본 명세서에 개시된 또 다른 렌즈 시스템을 도시한다;
도 11a는 제1 팝-아웃 렌즈 상태로 본 명세서에 개시된 또 다른 렌즈 시스템을 도시한다;
도 11b는 제2 매크로 팝-아웃 렌즈 상태에서의 도 11a의 렌즈 시스템을 도시한다;
도 12a는 제1 팝-아웃 렌즈 상태로 본 명세서에 개시된 또 다른 렌즈 시스템을 도시한다;
도 12b는 제2 매크로 팝-아웃 렌즈 상태에서의 도 12a의 렌즈 시스템을 도시한다;
도 13a는 제1 팝-아웃 렌즈 상태로 본 명세서에 개시된 또 다른 렌즈 시스템을 도시한다;
도 13b는 제2 매크로 팝-아웃 렌즈 상태에서의 도 13a의 렌즈 시스템을 도시한다;
도 14a는 공지된 센서 시프트 셋업을 도시한다;
도 14b는 본 명세서에 개시된 센서 시프트 셋업을 도시한다;
도 15a는 초기 시간, 예를 들어 이미지 캡처를 위해 이미지 센서 노출을 시작할 때의 예시적인 광학 시스템을 도시한다;
도 15b는 나중에 이미지 캡처를 위한 이미지 센서의 노출 동안 및 핸드헬드 장치를 호스팅한 카메라가 정지된 객체에 대해 거리(d0)만큼 음의 Y 방향으로 원하지 않는 선형 움직임을 겪은 후의 도 15a의 광학 시스템을 도시한다;
도 16a는 본 명세서에 설명된 바와 같이, X 및 Y 방향의 원하지 않는 선형 움직임을 보정하기 위해 OIS를 수행하도록 동작하는 핸드헬드 전자 장치를 블록도로 개략적으로 도시한다;
도 16b는 본 명세서에 설명된 바와 같이, X 및 Y 방향의 원하지 않는 선형 움직임을 보정하기 위해 OIS를 수행하도록 동작하는 다른 핸드헬드 전자 장치를 블록도로 개략적으로 도시한다.
도 1c 내지 도 1f는 본 명세서에서 100으로 번호 매겨진 텔레 카메라 렌즈 시스템(또는 간단히 "렌즈 시스템")의 실시예를 단면도로 개략적으로 도시한다. 도 1c는 접힌 비-작동 상태의 렌즈 시스템(100)을 도시한다. 도 1d는 제1 작동 텔레 렌즈 상태(또는 "텔레 상태")의 렌즈 시스템(100)을 도시한다. 도 1e는 제2 작동 텔레 상태의 렌즈 시스템(100)을 도시한다. 도 1f는 작동하는 매크로 렌즈 상태(또는 "매크로 상태")의 렌즈 시스템(100)을 도시한다. 렌즈 시스템(100)은 (렌즈 요소들을 갖는) 렌즈, 선택적인 광학 윈도우, 및 이미지 센서를 포함한다.
렌즈 시스템(100)은 카메라(200)와 같은 팝-아웃 텔레 카메라, 광학 모듈[240(도 4a 내지 도 4b 참조) 또는 500(도 5a 내지 도 5b 참조)]과 같은 광학 장치 모듈에 포함될 수 있으며, 여기서 광학 모듈은 팝-아웃 메커니즘(210)(도 2a 내지 도 2b, 도 3a 내지 도 3b 및 도 4a 내지 도 4b 참조)과 같은 팝-아웃 메커니즘에 포함되어, 팝-아웃 카메라를 형성한다. 달리 명시되지 않는 한, "텔레 상태"는 렌즈 시스템이 무한대에서 약 50cm까지의 범위에 있는 객체에 포커싱할 수 있는 상태를 지칭하는 반면, "매크로 상태"는 약 50cm에서 약 5cm 이하의 범위에 있는 객체에 포커싱할 수 있는 상태를 지칭한다. 텔레 상태는 텔레 촬영을 가능하게 하고, 매크로 상태는 매크로 촬영을 가능하게 한다.
이제부터 단순함을 위해, 다양한 구성요소 앞의 "팝-아웃"이라는 용어의 사용은 생략될 수 있으며, 처음에 "팝-아웃" 구성요소로 정의된 경우, 해당 구성요소는 본 발명의 설명 전체에서 그러한 구성요소인 것으로 이해될 것이다.
렌즈 시스템(100)은 렌즈 요소들의 2개의 그룹, 그룹 1(G1) 및 그룹 2(G2)를 포함한다. G1 및 G2는 공통 광축을 따라 이동 가능하여, 다른 텔레 상태에 대응하는 다른 위치를 차지할 수 있다. 일부 실시예에서, 2개 또는 3개 또는 4개 또는 5개의 특정 렌즈 상태가 지원될 수 있다. 예를 들어, 4개의 렌즈 상태가 도 1c 내지 도 1e에 도시된다. 다양한 렌즈 상태를 구현하기 위해 여러 렌즈 그룹으로 분할된 폴디드 렌즈는 예를 들어, PCT/IB2020/051405에 설명되어 있다. 도 1c 내지 도 1e는 또한 TTL, 제1 접힌 백 초점 거리(c-BFL), 제1 작동 텔레 상태의 BFL("제2" 백 초점 거리)(BFL1), 제3 백 초점 거리(BFL2) 및 제4 백 초점 거리(BFL3)의 의미를 보여준다.
팝-아웃 설계는 카메라를 사용하지 않을 때 슬림한 렌즈를 가능하게 한다. 카메라가 사용 중일 때("작동된"), 렌즈는 외부 장치 표면으로부터 작동 상태로 튀어나와, 이미지 센서에서 선명한 이미지를 생성하는 광학 시스템 역할을 한다. 각각의 렌즈 그룹은 서로 고정된 거리를 갖는 렌즈 요소들을 포함하지만, G1과 G2 사이의 에어-갭(dG1-G2)는 서로 다른 렌즈 상태 사이에서 변경될 수 있다. G1 및 G2는 하기 참조의 액추에이터(212)와 같은 액추에이터에 의해 서로에 대해 이동될 수 있다. 액추에이터는 (예를 들어, dG1-G2와 같은 에어-갭을 변경하기 위하여) G1 및 G2를 서로에 대해 예를 들어 0.05 내지 8.5mm 만큼 이동할 수 있거나, 또는 하나의 렌즈 상태로부터 다른 렌즈 상태, 예를 들어 텔레 상태로부터 매크로 상태로 전환하기 위해 이미지 센서에 대해 G1 및 G2를 함께 이동할 수 있다.
일부 실시예에서, 서로 다른 렌즈 초점 거리 사이의 트랜지션이 연속적일 수 있다. 예를 들어, 팝-아웃 카메라는 무한대로부터 예를 들어 5cm까지 연속적으로 포커싱할 수 있다. 다른 실시예에서, 트랜지션은 연속적인 포커싱을 위한 범위에서 이산적일 수 있다. 예를 들어, 텔레 상태에서, 팝-아웃 카메라는 무한대로부터 예를 들어 1m까지의 객체-렌즈 거리("u")에 연속적으로 포커싱할 수 있고, 매크로 상태에서, 팝-아웃 카메라는 예를 들어 40cm에서 5cm까지의 u에 연속적으로 포커싱할 수 있다. F 수(f/#)는 다른 렌즈 상태 사이에서 트랜지션할 때, 무한대, 10cm 또는 5cm의 렌즈 상태에 대해, 예를 들어 각각 5% 미만, 10% 미만 또는 30% 미만으로 약간만 변경될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 단지 2개의 상이한 렌즈 상태가 제공될 수 있다. 예를 들어, 하나의 접힌 렌즈 상태와 하나의 텔레 렌즈 상태가 제공될 수 있다. 텔레 렌즈 상태는 단지 BFL를 변경함으로써, 즉 모든 렌즈 요소들 이동시킴으로써, 매크로 렌즈 상태로 전환될 수 있다.
도 1c는 접힘 상태의 렌즈 시스템(100)을 도시한다. 여기서, 렌즈의 접힌 TTL("c-TTL")은 4-13mm이고, 접힌 BFL("c-BFL")은 0.15-4mm이고, 접힌 에어-갭("c-dG1-G2")은 0.02-2.5mm일 수 있다. 접힘 상태에서, 카메라는 작동하지 않는다. 즉, 광학 장치가 장면을 선명한 이미지로 이미지 센서에 투영할 수 없다.
TTL 및 SD에 대한 예("SD-예")로서, 다음에는 방정식 1을 FOV=30도를 갖는 텔레 카메라에 적용한다. EFL = TTL이고, 이미지 센서가 4:3 폭/높이 포맷일 수 있어서, 센서 폭(W)는 0.8SD(W ~ 0.8SD)라고 가정한다.
도 1d는 제1 줌 팩터(ZF1)를 갖는 제1 확장(또는 "작동" 또는 "팝-아웃") 상태의 렌즈 시스템(100)을 도시한다. 렌즈는 텔레 렌즈 역할을 한다. 여기서, 제1 확장 상태 TTL(TTL1)은 5-13mm이고, 제1 확장 상태 BFL(BFL1)은 0.25-5mm이고, 제1 확장 에어-갭(d1 G1-G2)은 0.15-3mm일 수 있다. TTL1 = 12mm를 갖는 SD-예의 경우, SD = 8.1mm이다.
도 1e는 제2 줌 팩터(ZF2)[ZF2 > ZF1]을 갖는 제2 렌즈 상태의 렌즈 시스템(100)을 도시한다. 렌즈는 텔레 렌즈 역할을 한다. 여기서, TTL2는 6-17mm이고, BFL2는 0.45-6mm이고, d2 G1-G2는 0.25-5mm일 수 있다. TTL2 = 14mm를 갖는 SD-예의 경우, SD = 9.5mm이다.
도 1f는 제3 줌 팩터(ZF3)[ZF3 > ZF2]를 갖는 제3 렌즈 상태의 렌즈 시스템(100)을 도시한다. 이 상태에서, 렌즈는 텔레 렌즈와 매크로 렌즈 역할을 한다. 15cm 미만(<15cm)의 카메라-객체 거리에서 매크로 촬영을 위한 배율(M)은 15:1 내지 2:1일 수 있다. TTL3은 7-20mm이고, BFL3은 0.5-8mm이고, d3 G1-G2는 0.35-8mm일 수 있다 TTL3 = 19mm을 갖는 SD-예의 경우, SD = 13mm(이는 1/1.3" 센서에 대응함)이다.
연속적인 렌즈 상태 변화를 지원하는 실시예의 경우, 도 1c 내지 도 1f에 도시된 렌즈 상태들 사이에서 연속적인 트랜지션이 있을 수 있다. 일부 실시예에서, G1은 전체 렌즈의 광학 배율(optical power, Φ) 대부분을 포함할 수 있고, G2는 필드 곡률을 보정할 수 있다. 상기 "광학 배율 대부분"은 G1과 G2의 광학 배율 사이의 2배 이상, 즉 ΦG1 > 2·ΦG2, 여기서 Φ = 1/EFL을 의미한다.
도 2a는 본 명세서에서 확장된 상태로 개시되고 장치(250)에 통합된 팝-아웃 텔레 카메라의 실시예(200)를 단면도로 도시한다. 카메라(200)는 팝-아웃 렌즈(206)를 포함하는 팝-아웃 광학 모듈(240)을 포함한다. 카메라(200)는 이미지 센서(208), 및 액추에이터(212)와 윈도우(216)를 지지하는 윈도우 프레임(214)을 포함하는 팝-아웃 메커니즘(210)을 추가로 포함한다. 윈도우는 팟-아웃 텔레 카메라(200)의 애퍼처(218)를 커버한다. 광학 모듈(240)은 커버(232)에 의해 덮혀진다.
카메라(200)의 입사 동공(또는 "애퍼처 크기")은 예를 들어 4-9mm일 수 있다. 비교를 위해, 폴디드 텔레 카메라는 일반적으로 4.5mm보다 작은 입사 동공을 갖는 반면, 전용 매크로 카메라는 일반적으로 1mm보다 작은 입사 동공을 갖는다. 팝-아웃 텔레 카메라(200)가 폴디드 텔레 카메라에 대한 4mm의 크기에 비해 7mm의 애퍼처 크기를 갖는다고 가정하면, 카메라(200)는 약 3배 이상의 빛을 수신할 것이고, 이는 우수한 저조도 신호 대 잡음비("SNR")에 대응한다. 애퍼처 크기가 1mm인 전용 매크로 카메라와 비교할 때, 카메라(200)는 EFL이 6배 더 크고 피사계 심도(DOF)가 ~40배 더 얕아서, 결과적으로 광학 보케 효과가 ~40배 더 강해지게 된다.
렌즈, 이미지 센서 및 (선택적인) 광학 윈도우 또는 "필터"(여기에는 도시되지 않지만, 예를 들어 렌즈 시스템(800, 850, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100)에 도시됨)가 팝-아웃 렌즈 시스템(260)을 형성한다. 카메라는 15 내지 50도의 텔레 FOVT를 가질 수 있다.
본 명세서에 개시된 팝-아웃 텔레 카메라에서의 렌즈의 TTL은 5-35mm일 수 있다. 이미지 센서는 3.5 내지 25mm 범위의 센서 대각선(SD)과 6mm 내지 45mm의 EFL을 가질 수 있다.
도 2b는 팝-아웃 상태에서의 팝-아웃 메커니즘(210)의 실시예를 단면도로 도시한다. 팝-아웃 메커니즘(210)은 본질적으로 광학 모듈(240)이 없는 카메라(200)이다. 카메라(200)는 또한 도 3a 내지 도 3b에 도시된 접힌("c" 또는 "비-작동") 상태를 가진다. 도 3a는 접힘 상태에서의 카메라(200)를 단면도로 도시한다. 도 3b는 각각의 접힘 상태에서의 팝-아웃 메커니즘(210)를 단면도로 도시한다. 카메라(200)는 G1과 G2 사이의 갭(dG1-G2)이 축소되는 제1 방법에 따라 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이에서 전환된다. BFL은 변경되지 않는다. 렌즈 시스템(800)은 제1 방법에 따라 전환된다.
팝-아웃 광학 모듈(240) 및 윈도우 프레임(214)은 렌즈(206)와 윈도우(216) 사이에 에어-갭(또는 간단히 "갭")(222)을 형성하는데, 이러한 갭은 예를 들어, 0.15-1.2mm일 수 있다. 에어-갭(222)은 렌즈를 이동시킴으로써 오토-포커싱(AF)과 OIS를 수행하기 위해 제1 렌즈 배럴 섹션(202)과 제2 렌즈 배럴 섹션(204)의 약 0.1-1.1mm의 조합된(combined) 이동을 가능하게 한다. 제1 렌즈 배럴 섹션(202)은 G1을 포함한다. 제2 렌즈 배럴 섹션(204)은 G2를 포함한다. 다른 실시예에서, 에어-갭(222)은 상당히 더 클 수 있다. 예를 들어, 6mm일 수 있다. 모듈 씰(224)은 입자 및 유체가 카메라에 들어가는 것을 방지한다.
카메라(200)는 상당한 팝-아웃 범프 높이(HP-O-B)(226)만큼 호스트 장치(250)의 외부 표면(252)을 넘어선다. "상당한"은 예를 들어, 1.0mm-15.0mm일 수 있다. 확장된 상태에서, 카메라(200)는 호스트 장치(250)의 높이를 "팝-아웃 상태의 높이" HP-O(도시되지 않음)로 증가시킨다. HP-O는 범프를 포함하지 않는 장치 높이(H0)에 HP-O-B(226)를 추가하여 주어진다. 예를 들어, H0(606)을 참조하면, HP-O = H0 + HP-O-B이다. 도 2a에서, 단일 스프링(230)은 윈도우 프레임(214)을 향해 제1 렌즈 배럴 섹션(202)을 가압한다. 다른 실시예에서, 단일 스프링은 복수의 스프링으로 대체될 수 있다. 팝-아웃 상태에서, 스프링은 팽창된 상태(이는 G1과 G2 사이의 증가된 갭으로 특징지어짐)에 있다(도 4a 참조). 가이딩 핀(236) 및 가이딩 핀(238)은 제1 렌즈 배럴 섹션(202)의 이동을 안내한다.
일반적으로, 렌즈(206)는 N ≥ 5개의 렌즈 요소들을 포함한다. 일부 실시예에서, 각각 하나의 렌즈 그룹을 갖는 2개보다 많은 렌즈 배럴 섹션이 있을 수 있다. 예를 들어, 3, 4, 5개의 렌즈 배럴 섹션이 있을 수 있으며, 각각의 렌즈 배럴 섹션은 렌즈 그룹을 캐리 내지 지지한다. 2개의 렌즈 그룹들을 갖는 렌즈 시스템의 예는 도 8 내지 도 13 및 도 17 내지 도 20에 도시된 렌즈 시스템(206-1, 206-2, 206-3, 206-4, 206-6, 206-7, 206-8, 206-9, 206-10 및 206-11)이다. 3개의 렌즈 그룹들을 갖는 렌즈 시스템의 예는 도 12b 및 도 21a 내지 도 21b에 각각 도시된 렌즈 시스템(206-5 및 206-12)이다. 렌즈 배럴 섹션은 고정된 렌즈 배럴 섹션과 이동가능 렌즈 배럴 섹션으로 나눌 수 있다. 렌즈(206)에서, G1은 렌즈 요소(L1-LN-1)을 포함할 수 있고, G2는 렌즈 요소(LN)를 포함할 수 있다. 렌즈 그룹들 사이에는 그들의 상대적인 이동에 따라 두께(d)가 변하는 에어-갭이 형성될 수 있다. 2개 보다 많은 렌즈 배럴 섹션을 갖는 예에서, 일부 또는 모든 렌즈 배럴 섹션이 이동가능할 수 있고, 렌즈 그룹들 사이에 형성된 각각의 에어-갭을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 렌즈 그룹들 사이의 모든 에어-갭은 비-작동 카메라 상태에서 축소될 수 있다. 다른 예들에서, 렌즈 그룹들 사이의 에어-갭들의 전부는 아니지만 일부만이 비-작동 상태에서 축소될 수 있다. 이러한 에어-갭의 전체 길이는 1-9.5mm일 수 있다.
렌즈 그룹들은 연속적인 렌즈 요소들 사이의 가장 큰 에어-갭에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 2개의 연속적인 렌즈 요소들 사이에 존재하는 가장 큰 에어-갭은 렌즈를 2개의 렌즈 그룹으로 구분하는 데 사용될 수 있으며, 2개의 연속적인 렌즈 요소들 사이에 존재하는 가장 큰 에어-갭과 두 번째로 큰 에어-갭은 3개의 렌즈 그룹을 정의하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 축소가능한 에어-갭은 2개의 연속적인 렌즈 요소들 사이에 형성된다. 다른 예에서, 축소가능한 에어-갭은 렌즈 요소와 다른 광학 구성요소 사이, 예를 들어 렌즈 요소와 광학 필터 사이 또는 렌즈 요소와 이미지 센서 사이에 형성된다(즉, 에어-갭이 BFL임).
2개 또는 3개 또는 4개의 특정 렌즈 상태를 지원하는 예의 경우, 에어-갭을 위한 2개 또는 3개 또는 4개의 특정 값이 있을 수 있다. 렌즈 상태의 연속적인 변경을 지원하는 다른 실시예의 경우, 에어-갭에 대한 값이 연속적으로 변경될 수 있다.
확장된 상태의 도 2a을 참조하면, 에어-갭(dG1-G2)은 1-9mm일 수 있다. 가이딩 핀(236, 238)은 X-Z 평면에서의 기계적 안정성 및 반복성을 제공하기 위해, X-Z 평면에서 제1 배럴 섹션(202 및 G1)의 이동을 가이드할 수 있다.
일부 실시예에서, PCT/IB2020/058697에 설명된 것과 같은 가이딩 및 포지셔닝 메커니즘은 운동학적 커플링 메커니즘을 기반으로 할 수 있다.
카메라(200)와 같은 광학 시스템은, 예를 들어 운동학적 커플링 메커니즘을 기반으로 하는 가이딩 및 포지셔닝 메커니즘을 통하여, 일부 실시예에서 X-Z 평면에서 예를 들어 ±20μm 및 Y 방향에서 예를 들어 ±10μm의 디센터 공차, 및 ±0.5˚의 틸트 공차를 지원하도록 설계될 수 있다. 디센터에 대한 반복성 공차는 X-Z 평면에서 예를 들어 ±10μm 및 Y 방향에서 예를 들어 ±5μm일 수 있고, ±0.25˚의 틸트를 가질 수 있다. 다른 예에서, 디센터에 대한 정확도 공차는 X-Z 평면에서 예를 들어 ±10μm 및 Y 방향에서 예를 들어 ±5μm, 및 ±0.15˚의 틸트를 가질 수 있다. 디센터에 대한 반복성 공차는 X-Z 평면에서 예를 들어 ±5μm 및 Y 방향에서 예를 들어 ±2.5μm, 및 ±0.08˚의 틸트를 가질 수 있다. 또 다른 예에서, 디센터에 대한 정확도 공차는 X-Z 평면에서 예를 들어 ±5μm 및 Y 방향에서 예를 들어 ±2.5μm, 및 ±0.1˚의 틸트를 가질 수 있다. 디센터에 대한 반복성 공차는 X-Z 평면에서 예를 들어 ±1.5μm 및 Y 방향에서 예를 들어 ±0.8μm, 및 ±0.05˚의 틸트를 가질 수 있다.
여기서, "정확도 공차"는 광학 요소들 간 거리와 기계적 요소들 간 거리의 최대 편차를 나타낸다. "반복성 공차"는 상이한 팝-아웃 사이클에서의 광학 요소들 간 거리와 기계적 요소들 간 거리의 최대 편차, 즉 기계적 및 광학 요소들이 한번 또는 다수의 팝-아웃(또는 접힘) 이벤트 이후에 그것들의 이전 위치로 돌아가는 특성을 나타낸다. Y 방향의 공차는 덜 중요할 수 있는데, 이는 Y의 변화는 광학 피드백과 오토-포커싱을 위한 렌즈 이동으로 보상될 수 있기 때문이다.
도 3a는 접힘 상태 또는 비-작동 상태에서의 팝-아웃 카메라(200)를 도시한다. 광학 모듈(240)을 접힘 상태로 전환하기 위해, 액추에이터(212)는 윈도우 프레임(214)을 이동시켜 제1 (및 여기서는 접힘 가능한) 렌즈 배럴 섹션(202)에 압력을 가하고, 이는 이미지 센서를 향한 접힘 가능한 렌즈 배럴 섹션의 이동으로 변환되어, 에어-갭(dG1-G2)을 감소시킨다. 카메라의 TTL은 이제 접힌 TTL(c-TTL)이며, 4.5-12mm일 수 있다. "접힌 에어-갭"(c-dG1-G2)는 0.05-2.5mm일 수 있다. 축소(또는 접힘) 가능한 에어-갭(dG1-G2)과 축소 불가능한(non-collapsible) BFL을 갖는 팝-아웃 카메라용 렌즈 시스템의 예로는 렌즈 시스템(800, 1200 및 1300)이 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 카메라(200)는 장치 외부 표면(252)에 대해 접힌 범프(c-범프) 높이(HC-B)(228)를 형성한다. HC-B는 0-3mm일 수 있다. 접힘 상태에서, 카메라는 호스트 장치(250)의 높이를 "접힘 상태의 높이"(HC = H0 + HC-B)로 증가시킨다.
도 1c 내지 도 1f에 도시된 바와 같은 복수의 렌즈 상태는 예를 들어 dG1-G2와 같은 에어-갭을 변경함으로써 달성될 수 있다. 다른 예에서, 팝-아웃 메커니즘은 2개 이상의 렌즈 상태, 예를 들어 3개의 렌즈 상태 또는 4개의 렌즈 상태를 가질 수 있다. 3개의 렌즈 상태는 하나의 접힘 상태와 2개의 서로 다른 또는 동일한 팝-아웃 범프 높이를 갖는 2개의 팝-아웃(작동) 상태를 포함할 수 있다. 4개의 렌즈 상태는 하나의 접힘 상태와 3개의 서로 다른 또는 동일한 팝-아웃 범프 높이를 갖는 3개의 팝-아웃(작동) 상태를 포함할 수 있다.
도 4a는 팝-아웃 상태에서의 광학 모듈(240)을 단면도로 도시한다. 도 4b는 접힌 c-TTL을 갖는 접힘 상태에서의 광학 모듈(240)을 단면도로 도시한다. 팝-아웃 상태로부터 접힘 상태로 전환할 때, BFL은 변경되지 않는다. 카메라(240)는 제1 방법에 따라 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이를 전환한다.
도 4c는 팝-아웃 상태에서의 렌즈 시스템(400)을 개략적으로 단면도로 도시한다. 시스템(200)은 팝-아웃 렌즈(206) 및 이미지 센서(208)를 포함한다. 렌즈(206)는 빅 갭(BG)에 의해 분리된 2개의 렌즈 그룹(각각 G1 및 G2)을 포함한다. G1 및 G2의 (렌즈의 광축을 따른) 두께는 각각 TG1 및 TG2로 표시된다. 도 4d는 제1 접힘 상태에서의 렌즈 시스템(400)을 단면도로 개략적으로 도시한다. 카메라(400)는 BFL은 c-BFL로 축소되지만, G1과 G2 사이의 갭은 변경되지 않는 제2 방법에 따라 팝-아웃 상태와 축소 상태 사이를 전환한다. 렌즈 시스템(850, 900, 1000, 1700, 1800)은 제2 방법에 따라 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이에서 전환된다.
도 5a는 팝-아웃 상태에서의 광학 모듈(500)을 단면도로 도시한다. 도 5b는 접힘 상태에서의 광학 모듈(500)을 단면도로 도시한다. 팝-아웃 카메라를 형성하기 위해, 광학 모듈(500)은 애퍼처(518)를 덮는 윈도우(216)를 갖는 210(여기에 도시되지 않음)과 같은 팝-아웃 메커니즘에 통합될 수 있다. 접힘 상태에서, c-dG1-G2는 0.05-1.5mm일 수 있고, c-BFL은 0.05-2.5mm일 수 있다. 여기에서, BFL은 팝-아웃 상태에서 접힘 상태로 전환할 때, 변경된다. c-TTL과 TTL의 차이는 2개의 변경된 거리: 즉, dG1-G2와 c-dG1-G2의 차이로 주어지는 G1과 G2 사이의 변경된 거리와 BFL과 c-BFL의 차이로 주어지는 G2와 이미지 센서(208) 사이의 변경된 거리로부터 비롯된다. 카메라(500)는 2개의 렌즈 그룹 사이의 갭이 축소되고 추가로 BFL이 축소되는 제3 방법에 따라 팝-아웃 상태와 축소 상태 사이를 전환한다. 렌즈 시스템(850, 900, 1000, 1900, 2000)은 제3 방법에 따라 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이에서 전환된다.
도 5c는 접힘 상태에서의 다른 렌즈 시스템(510)을 개략적으로 단면도로 도시한다. 팝-아웃 상태에서, 카메라(510)는 카메라(400)와 동일하다. 카메라(510)는 제3 방법에 따라 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이를 전환한다.
도 5d 내지 도 5e는 3개의 렌즈 그룹 사이의 2개의 갭이 축소되는 제4 방법에 따라 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이를 전환하는 본 명세서에 개시된 렌즈 시스템(550)의 실시예를 도시한다. 시스템(550)은 팝-아웃 렌즈(552) 및 이미지 센서(554)를 포함한다. 도 5d는 팝-아웃 상태에서의 시스템(550)을 도시한다. 렌즈(552)는 제1 빅 갭(BG1)에 의해 분리된 2개의 렌즈 그룹(G1 및 G2), 및 제2 빅 갭(BG2)에 의해 G2로부터 분리된 필드 렌즈를 포함한다.
도 5e는 접힘 상태에서의 렌즈 시스템(550)을 도시한다. BG1은 접힌 BG1("c-BG1")으로 축소되고 BG2는 접힌 BG2("c-BG2")로 축소된다. BFL은 변경되지 않는다. 렌즈 시스템(1100, 1200, 1300, 2100)은 제4 방법에 따라 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이로 전환된다. 도 6a는 작동하는 팝-아웃 상태에서의 팝-아웃 텔레 카메라(604) 및 일반(직립) 와이드 카메라(602)를 포함하는 카메라 시스템을 갖는 핸드헬드 전자 장치(예를 들어, 스마트폰)(600)의 실시예를 도시한다. 높이(H0)(606)은 ("카메라 범프"를 포함하지 않는) 장치(600)의 높이이다. 팝-아웃 상태에서, 텔레 팝-아웃 카메라는 높이(HP-O-B)(226)의 카메라 범프(608)만큼 장치의 외부 표면(252)을 확장(상승)시킨다. 208(여기서 보이지 않음)과 같은 큰 이미지 센서, 및 접힘 카메라 상태와 팝-아웃 카메라 상태 사이를 전환하는 데 필요한 팝-아웃 메커니즘(210)(여기서 완전히 보이지 않음)과 같은 팝-아웃 메커니즘이 (X-Z 평면에서) 팝-아웃 카메라에 의해 커버되는 장치 외부 표면(252)의 최소 영역을 규정할 수 있다.
도 6b는 접힘 상태에서 팝-아웃 텔레 카메라(604)를 갖는 호스트 장치(600)를 도시하는데, 이는 텔레 카메라(604)가 접힘 상태에 있을 때 c-범프(608')의 작은 높이(HC-B)(228)를 도시한다.
도 7a는 작동하는 팝-아웃 상태로 본 명세서에 개시된 와이드 팝-아웃 카메라(702) 및 텔레 팝-아웃 카메라(704)를 포함하는 카메라 시스템을 갖는 장치(700)의 다른 실시예를 도시한다. 높이(HP-O-B)(226)의 팝-아웃 범프(708)가 보인다. 팝-아웃 메커니즘 커버(706)는 텔레 및 와이드 카메라 모두를 덮어 커버한다. 메커니즘(210)과 같은 팝-아웃 메커니즘(도시되지 않음)은 텔레 및 와이드 카메라를 하나 이상의 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이에서 함께 동시에 전환한다. 즉, 액추에이터(212)와 같은 상태 전환을 위한 액추에이터는 텔레 및 와이드 카메라 모두의 하나 이상의 에어-갭를 제어할 수 있다. 도 7b는 높이(HC-B)(228)의 c-범프(708')가 보이는 접힘 상태의 카메라를 갖는 호스트 장치(700)를 도시한다. 와이드 카메라의 접힌 TTL(c-TTLW)은 텔레 카메라의 접힌 TTL(c-TTLT)과 유사할 수 있고, 예를 들어 cTTLW = cTTLT ±10% 또는 cTTL2 = cTTL ±20%이다.
다음에 도시된 모든 렌즈 시스템은 240 또는 500과 같은 팝-아웃 광학 모듈 및 200과 같은 팝-아웃 카메라에 포함될 수 있다.
도 8a는 팝-아웃 상태에서의 렌즈 시스템(800)을 도시한다. 렌즈 시스템(800)은 206-1로 번호 매겨진 렌즈의 제1 실시예를 포함한다. 렌즈(206-1)는 객체를 향하는 객체 측의 L1에서 시작하여 이미지 센서를 향한 이미지 측의 L8로 끝나는, L1-L8로 표시된 8개의 렌즈 요소들을 포함한다. 렌즈 요소들은 2개의 렌즈 그룹(G1 및 G2)으로 배열된다. G1은 렌즈 요소들(L1-L6)을 포함하고, G2는 L7 및 L8을 포함한다. 선택적 윈도우(802)는 예를 들어, 광학 필터일 수 있다. 광축은 804로 표시된다. 렌즈(206-1)는 EFLT = 13mm, F# = 1.1 - 1.8 및 TTL = 19.84mm인 ZF1을 갖는 제1 줌 상태로 도시된다. 렌즈(206-1)는 dG1-G2 및/또는 BFL을 변경함으로써 연속적으로 또는 이산적으로 (특정 ZF2 또는 ZF3을 갖는) 추가적인 줌 상태로 전환될 수 있다.
팝-아웃 상태에서, G1은 에어-갭(dG1-G2) = 6.22mm(즉, T13, 표 1에서 S13과 S14 사이의 거리)만큼 G2로부터 분리되고, G2는 에어-갭(d17)= 0.51mm(T17, 표 1에서 S13과 S14 사이의 거리)만큼 윈도우(802)로부터 분리된다. BFL은 1.02mm이다.
접힌 c-TTL을 갖는 접힘 상태에서, G1은 c-dG1-G2 = 0.02-2.5mm만큼 G2로부터 분리될 수 있고, G2는 c-BFL = 0.2-0.8mm만큼 이미지 센서(208)로부터 분리될 수 있다. 렌즈 시스템(800)의 c-TTL은 c-TTL = 12.6-16mm일 수 있고, c-TTL/EFL은 0.97 이상일 수 있고, c-TTL/TTL은 0.64 이상일 수 있다.
다른 예에서, 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이를 전환할 때, 에어-갭(dG1-G2)만이 0.2-2.5mm일 수 있는 c-dG1-G2로 변경될 수 있다. BFL은 변경되지 않은 채로 유지될 수 있다.
일부 예들에서, G1+G2는 무한대로부터 1m 또는 심지어 4cm까지의 카메라(200) 포커싱을 위한 범위(RAF)에서 이미지 센서(208)에 대해 함께 이동할 수 있다. RAF는 1m까지의 포커싱을 위해 최대 1mm, 및 4cm까지의 포커싱을 위해 최대 7mm일 수 있다.
렌즈 시스템(800)은 표 1-2에 나타나 있다. 표 1은 팝-아웃 상태에서의 렌즈(206-1)에 대한 광학 데이터를 제공하고, 표 2는 비구면 데이터를 제공한다.
[표 1]
Figure pct00004
[표 2]
Figure pct00005
도 8b는 다른 렌즈 시스템(850)을 도시한다. 렌즈 시스템(850)은 팝-아웃 상태로 도시되어 있다. 설계 데이터는 표 3-5에 주어진다. 렌즈 시스템(850)은 6개의 렌즈 요소들(L1-L6)를 갖는 렌즈(206-7), 광학 윈도우(802) 및 이미지 센서(208)를 포함한다. L1-L3은 G1을 형성하고 L4-L6은 G2를 형성한다. TTL은 13.5mm이고 BFL은 5.49mm이다. 초점 거리는 EFL = 15.15mm, F 수 = 2.0 및 FOV = 32.56도이다. 에어-갭(dG1-G2)은 1.78mm이다.
접힘 상태에서, "접힌" cTTL은 5-11mm일 수 있다. cTTL과 TTL의 차이는 접힌 에어-갭(c-dG1-G2)인 L3와 L4 사이의 변경된 에어-갭(이는 0.05-1.0mm일 수 있음) 및 c-BFL인 변경된 BFL(이는 0.1-1.5mm일 수 있음)으로부터 비롯된다. 렌즈 시스템(850)의 경우 비율 TTL/EFL은 0.89, 즉 EFL > TTL이다. 비율 cTTL/EFL은 0.35-0.75일 수 있다.
[표 3]
Figure pct00006
[표 4]
Figure pct00007
[표 5]
Figure pct00008
도 9는 팝-아웃 상태에서의 렌즈 시스템(900)을 도시한다. 렌즈 시스템(900)은 206-2로 번호 매겨진 렌즈의 제2 실시예를 포함한다. 렌즈(206-2)는 G1(L1 및 L2) 및 G2(L3, L4 및 L5)로 배열된 5개의 렌즈 요소들(L1-L5로 표시됨)을 포함한다. 렌즈(206-2)는 EFLT = 7.97mm, F# = 1.2 - 2.0 및 TTL = 7.78mm인 ZF1을 갖는 제1 줌 상태로 도시된다. 렌즈(206-2)는 dG1-G2 및/또는 BFL을 변경함으로써 연속적으로 또는 이산적으로 (특정 ZF2 또는 ZF3을 갖는) 추가적인 줌 상태로 전환될 수 있다.
팝-아웃 상태에서, G1은 에어-갭(dG1-G2) = 0.974mm(표 3의 T4)만큼 G2로부터 분리되고, G2는 에어-갭(d10) = 2.66mm(T10)만큼 윈도우(802)로부터 분리된다. BFL은 3.27mm이다.
접힌 c-TTL을 갖는 접힘 상태에서, G1은 c-dG1-G2 = 0.02-0.75mm만큼 G2로부터 분리될 수 있고, G2는 c-BFL = 0.2-2.5mm만큼 이미지 센서(208)로부터 분리될 수 있다.
다른 예에서, 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이를 전환할 때, BFL만 c-BFL = 0.2-2.5mm로 변경될 수 있고, 에어-갭(dG1-G2)은 변경되지 않을 수 있다. 렌즈 시스템(900)의 c-TTL은 3.6-7.7mm일 수 있다. 비율 c-TTL/EFL은 0.45 이상일 수 있고, 비율 c-TTL/TTL은 0.46 이상일 수 있다.
G1+G2는 RAF 범위 내에서 이미지 센서(208)에 대해 함께 이동 가능하다.
렌즈 시스템(900)은 표 6-7에 나타나 있다.
[표 6]
Figure pct00009
[표 7]
Figure pct00010
도 10은 팝-아웃 상태에서의 렌즈 시스템(1000)를 도시한다. 렌즈 시스템(1000)은 206-3으로 번호 매겨진 렌즈의 제3 실시예를 포함한다. 렌즈(206-3)는 G1(L1) 및 G2(L2-L5)로 배열된 5개의 렌즈 요소들(L1-L5)을 포함하고, EFLT = 16mm 및 TTL = 15mm인 ZF1을 갖는 제1 줌 상태로 도시된다. 렌즈(206-3)는 dG1-G2 및/또는 BFL을 변경함으로써 연속적으로 또는 이산적으로 (특정 ZF2 또는 ZF3을 갖는) 추가적인 줌 상태로 전환될 수 있다.
팝-아웃 상태에서, G1은 에어-갭(dG1-G2) = 1.547mm(표 5의 T2)만큼 G2로부터 분리되고, G2는 에어-갭(d10) = 4.115mm(T10)만큼 윈도우(802)로부터 분리된다. BFL은 6.998mm이다.
접힌 c-TTL을 갖는 접힘 상태에서, G1은 c-dG1-G2 = 0.02-0.75mm만큼 G2로부터 분리될 수 있고, G2는 c-BFL = 0.2-5mm만큼 이미지 센서(208)로부터 분리될 수 있다. 다른 예에서, 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이를 전환할 때, BFL만 c-BFL = 0.2-2.5mm로 변경될 수 있고, 에어-갭(dG1-G2)는 변경되지 않을 수 있다. 렌즈 시스템(1000)의 c-TTL은 6.2-13mm일 수 있다. 비율 c-TTL/EFL은 0.39 이상일 수 있고, 비율 c-TTL/TTL은 0.41 이상일 수 있다.
G1+G2는 RAF 범위 내에서 이미지 센서(208)에 대해 함께 이동 가능하다. RAF는 1m까지의 포커싱을 위해 최대 0.6mm, 및 0.04m까지의 포커싱을 위해 최대 8mm일 수 있다.
렌즈 시스템(1000)은 표 8-9에 나타나 있다. 표 5는 팝-아웃 상태에 있는 렌즈(206-3)에 대한 광학 데이터를 제공한다. 표 6은 비구면 데이터를 제공한다.
[표 8]
Figure pct00011
[표 9]
Figure pct00012
도 11a 및 도 11b는 2개의 팝-아웃 상태에서의 렌즈 시스템(1100)을 도시한다. 렌즈 시스템(1100)은 206-4로 번호 매겨진 렌즈의 제4 실시예를 포함한다. 렌즈(206-4)는 에어-갭(dG1-G2)에 의해 분리된 G1(L1-L2) 및 G2(L3-L6)로 배열된 6개의 렌즈 요소들(L1-L6)을 포함한다. 렌즈 시스템(1100)은 무한대로부터 예를 들어, 5cm까지 연속적으로 포커싱 가능할 수 있다. 도 11a는 무한대에 포커싱된(초점 맞춰진) 텔레 렌즈 상태의 렌즈 시스템(1100)을 도시한다. 도 11b는 5cm에 포커싱된 매크로 렌즈 상태의 렌즈 시스템(1100)을 도시한다. 렌즈(206-4)를 포커싱하기 위해, dG1-G2 및 BFL이 변경된다. 즉, 1100에 존재하는 2개의 에어-갭이 변경된다. TTL은 u에 따라 TTL=15mm(무한대 포커싱)로부터 TTL = 20.9mm(5cm 포커싱)로 연속적으로 변경된다.
ZF1을 가지며 무한대에 포커싱된 텔레 상태(도 11a 참조)에서, 206-4는 F/# = 1.3-1.9, EFLT = 14.98mm 및 TTL = 15mm를 갖는다. 텔레 상태에서, G1은 에어-갭(dT G1-G2) = 1.909mm(즉, T5, 표 8에서 S5와 S6 사이의 거리)만큼 G2로부터 분리되고, G2는 BFLT= 0.586mm(즉, 표 8의 T13)만큼 이미지 센서로부터 분리된다. 텔레 상태에 대해, c-TTL/EFL의 비율은 c-TTL/EFL≥0.57일 수 있고, c-TTL/TTL의 비율은 c-TTL/EFL≥0.57일 수 있다. 206-4는 dG1-G2 및/또는 BFL을 변경함으로써 연속적으로 또는 이산적으로 (특정 ZF2 또는 ZF3을 갖는) 추가적인 줌 상태로 전환될 수 있다.
초점이 5cm인 매크로 구성(도 11b 참조)에서, 206-4는 F/# = 1.7-2.8, EFLM = 14.8mm 및 TTL = 20.9mm를 갖는다. 매크로 상태에서, G1은 에어-갭(dM G1-G2) = 1.441mm만큼 G2로부터 분리되고, G2는 BFLM = 6.955mm만큼 이미지 센서로부터 분리된다. 얇은 렌즈 방정식(Eq. 2)에 따르면,
Figure pct00013
EFL≒15mm 및 u=50mm의 경우, 유효 렌즈-이미지 거리(v)는 v≒21mm이고, 약 2.4:1의 M이 달성된다.
접힌 c-TTL을 갖는 접힘 상태에서, G1은 예를 들어 c-dG1-G2 = 0.02-1.4mm만큼 G2로부터 분리될 수 있고, G2는 c-BFL = 0.2-0.8mm만큼 이미지 센서(208)로부터 분리될 수 있다. 렌즈 시스템(1100)의 c-TTL은 c-TTL = 8.5-14mm일 수 있다. 매크로 상태의 경우, 비율 c-TTL/EFL은 0.57 이상일 수 있고, 비율 c-TTL/TTL은 0.41 이상일 수 있다.
일부 예들에서, L5와 L6 사이의 에어-갭(d11)과 같은 또 다른 (큰) 에어-갭이 접힘 상태로 전환할 때 축소될 수 있다. 축소 가능한 에어-갭(d11)을 갖는 예의 경우, 렌즈 시스템(1100)의 c-TTL은 8.5-11mm일 수 있다.
다른 예에서, 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이를 전환할 때, dG1-G2 = 0.02-1.4mm만이 c-dG1-G2 = 0.02-1.4mm로 변경될 수 있고, BFL은 변경되지 않을 수 있다. 또 다른 예에서, 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이를 전환할 때, BFL만이 c-BFL = 0.2-0.8mm로 변경될 수 있고, 에어-갭(dG1-G2)은 변경되지 않을 수 있다.
렌즈 시스템(1100)은 표 10-13에 나타나 있다. 표 10 및 표 11은 렌즈(206-4)가 팝-아웃 상태이고(무한대(좌측) 및 5cm(우측)에 포커싱된) 렌즈(206-4)에 대한 광학 데이터를 제공한다. 표 12는 비구면 데이터를 제공하고, 표 13은 G1 및 G2뿐만 아니라 L1-L6의 초점 거리에 대한 데이터를 제공한다.
[표 10]
Figure pct00014
[표 11]
Figure pct00015
[표 12]
Figure pct00016
[표 13]
Figure pct00017
도 12a 및 도 12b는 2개의 팝-아웃 상태에서의 렌즈 시스템(1200)을 도시한다. 렌즈 시스템(1200)은 렌즈(206-5)의 제5 실시예를 포함한다. 렌즈(206-5)는 3개의 렌즈 그룹들[G1(L1-L3), G2(L4-L5) 및 G3(L6)]로 이루어진 6개의 렌즈 요소들(L1-L6)을 포함한다. G1 및 G2는 에어-갭(dG1-G2)에 의해 분리되고, G2 및 G3은 에어-갭(dG2-G3)에 의해 분리된다. 렌즈 시스템(1200)은 무한대로부터 예를 들어, 5cm까지 연속적으로 포커싱 가능할 수 있다. 도 12a는 무한대에 포커싱된 텔레 렌즈 상태의 렌즈 시스템(1200)을 도시한다. 도 12b는 5cm에 포커싱된 매크로 렌즈 상태의 렌즈 시스템(1200)을 도시한다. 렌즈(206-5)를 포커싱하기 위해, dG1-G2 및 dG2-G3이 증가 또는 감소된다. TTL은 TTL=15mm(무한대 초점)로부터 TTL = 20.9mm(5cm 초점)까지 연속적으로 변경된다.
ZF1을 가지며 무한대에 포커싱된 텔레 상태(도 12a 참조)에서, 206-5는 F/# = 1.2-1.8, EFLT = 15mm 및 TTL = 18.7mm를 갖는다. 텔레 상태에서, dT G1-G2 = 5.073mm(즉, T7, 표 11에서 S7과 S8 사이의 거리)이고, G2는 dT G2-G3 = 4.813mm(즉, T11)만큼 G3로부터 분리된다. 텔레 상태의 경우, 비율 c-TTL/EFL은 0.59 이상일 수 있고, 비율 c-TTL/TTL은 0.48 이상일 수 있다. 206-5는 dG1-G2, dG2-G3 및/또는 BFL을 변경함으로써 연속적으로 또는 이산적으로 (특정 ZF2 또는 ZF3을 갖는) 추가적인 줌 상태로 전환될 수 있다.
초점이 5cm인 매크로 구성(도 12b 참조)에서, 206-5는 F/# = 1.3-1.9, EFLM = 9.8mm 및 TTL = 20.9mm을 가진다. 매크로 상태에서, dM G1-G2 = 2.908mm 및 dM G2-G3 = 9.175mm이다. 206-5의 BFL은 = 0.95mm이며, 포커싱을 위해 변경되지 않는다. 방정식 2에 의하면, EFL≒10mm 및 u=50mm의 경우 렌즈-이미지 거리("v")는 v≒12.5mm이고, 약 4:1의 M이 달성된다.
접힌 c-TTL이 있는 접힘 상태에서, G1은 c-dG1-G2 = 0.02-2.5mm만큼 G2로부터 분리될 수 있고, G2는 c-dG2-G3 = 0.02-4.5mm만큼 G3로부터 분리될 수 있다. 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이를 전환할 때, 2개의 에어-갭이 변경될 수 있다. 렌즈 시스템(1200)의 c-TTL은 8.8-15mm일 수 있다. 매크로 상태의 경우, 비율 c-TTL/EFL은 0.89 이상일 수 있고, 비율 c-TTL/TTL은 0.43 이상일 수 있다.
일부 예들에서, L4와 L5 사이의 에어-갭(d9)과 같은 또 다른 (큰) 에어-갭이 접힘 상태로 전환될 때 축소될 수 있다. 축소 가능한 에어-갭(d9)을 갖는 예의 경우, 렌즈 시스템(1200)의 c-TTL은 7.6-15mm일 수 있고, 이는 비율 c-TTL/EFL ≥ 0.76에 대응한다.
다른 예에서, 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이를 전환할 때, dG1-G2만이 c-dG1-G2 = 0.02-1.4mm로 변경될 수 있고, dG2-G3은 변경되지 않을 수 있다. 또 다른 예에서, 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이를 전환할 때, dG2-G3만이 c-dG2-G3 = 0.02-4.5mm로 변경될 수 있고, dG1-G2는 변경되지 않을 수 있다.
렌즈 시스템(1200)은 표 14-17에 나타나 있다. 표 14 및 표 15는 팝-아웃 상태(무한대 초점 및 5cm 초점)에 있는 렌즈(206-5)에 대한 광학 데이터를 제공하고, 표 16은 비구면 데이터를 제공하고, 표 17은 각각의 렌즈 요소의 초점 거리 및 G1, G2 및 G3에 대한 데이터를 제공한다.
[표 14]
Figure pct00018
[표 15]
Figure pct00019
[표 16]
Figure pct00020
[표 17]
Figure pct00021
도 13a 및 도 13b는 2개의 팝-아웃 상태에서의 렌즈 시스템(1300)을 도시한다. 렌즈 시스템(1300)은 렌즈(206-6)의 제6 실시예를 포함한다. 도 13a는 무한대에 포커싱된 텔레 렌즈 상태("구성 A")의 렌즈 시스템(1300)을 도시한다. 도 13b는 5cm에 포커싱된 매크로 렌즈 상태("구성 C")의 렌즈 시스템(1300)을 도시한다. 렌즈(206-6)는 에어-갭(dG1-G2)에 의해 분리된 2개의 렌즈 그룹들[G1(L1-L2) 및 G2(L3-L6)]을 포함한다. 렌즈 시스템(1300)은 무한대로부터 예를 들어, 5cm까지 연속적으로 포커싱 가능할 수 있다. 렌즈(206-6)를 포커싱하기 위해, dG1-G2 및 BFL이 변경된다. TTL은 u에 따라 TTL=15.8mm(무한대 초점)에서 TTL = 20.4mm(5cm 초점)까지 연속적으로 변경된다. 즉. 포커싱을 위해, G1과 G2의 상대적인 이동 및 또한 G1과 G2의 이동이 함께 존재한다(표 20 참조).
ZF1을 가지며 무한대에 포커싱된 텔레 상태(도 13a 참조)에서, 렌즈(206-6)는 F/# = 1.3-1.9, EFLT = 15mm 및 TTL = 15.8mm를 갖는다. 텔레 상태에서, dT G1-G2 = 2.625mm(즉, T5, 표 20에서 S5와 S6 사이의 거리) 및 BFL = 0.844mm이다. 206-6은 dG1-G2 및/또는 BFL을 변경함으로써, 연속적으로 또는 이산적으로 (특정 ZF2 또는 ZF3을 갖는) 추가적인 줌 상태로 전환될 수 있다.
초점이 5cm인 매크로 구성(그림 13b 참조)에서, 206-6은 F/# = 1.5-2.6, EFLM = 15mm 및 TTL = 20.4mm를 갖는다. 매크로 상태에서, dM G1-G2 = 1.303mm 및 BFL = 6.818mm이다. 약 2.5:1의 M이 달성된다.
접힌 c-TTL을 갖는 접힘 상태에서, G1은 예를 들어 c-dG1-G2 = 0.02-1.5mm만큼 G2로부터 분리될 수 있고, L3은 c-d7 = 0.02-2.5mm만큼 L4로부터 분리될 수 있다. 렌즈 시스템(1200)의 c-TTL은 9.5-13.5mm일 수 있다.
다른 예에서, 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이를 전환할 때, d7만이 c-d7 = 0.02-2.5mm로 변경될 수 있고, dG1-G2는 변경되지 않을 수 있다. 또 다른 예에서, 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이를 전환할 때, dG1-G2만이 c-dG1-G2 = 0.02-1.5mm로 변경될 수 있고, d7은 변경되지 않을 수 있다.
렌즈 시스템(1300)은 표 18-21에 나타나 있다. FOV는 하프 FOV(HFOV)로 제공된다. 표 18 및 표 19는 팝-아웃 상태에 있는 렌즈(206-5)에 대한 광학 데이터를 제공한다. 표 20은 비구면 데이터를 제공한다.
표 20은 렌즈 시스템(1300)의 3가지 포커싱 구성: 무한대에 초점을 맞춘("구성 A"), 100mm에 초점을 맞춘("구성 B", 도면에 도시되지 않음) 및 50mm에 초점을 맞춘("구성 C")을 도시한다. 포커싱된 u는 표 20의 표면 0에 의해 제공된다. 표 21은 하프 FOV(HFOV), M 및 f/#에 대한 데이터를 제공한다. 렌즈 시스템(1300)은 무한대에서 50mm까지 연속적으로 포커싱할 수 있다. 렌즈 시스템(1300)의 연속적으로 변하는 포커싱을 위해, dG1-G2 및 BFL의 값이 연속적으로 변경된다.
[표 18]
Figure pct00022
[표 19]
Figure pct00023
[표 20]
Figure pct00024
[표 21]
Figure pct00025
800, 850, 900, 1000, 1100, 1200 및 1300과 같은 렌즈 시스템의 일부 예의 포커싱 범위는 무한대에서 150mm 미만까지, 무한대에서 예를 들어 1m 또는 2m까지, 그리고 예를 들어 350mm에서 150mm 미만, 예를 들어 50mm까지이다. 렌즈 시스템의 포커싱 범위는 렌즈와 이미지 센서 사이의 거리를 제어하는 카메라 메커니즘을 통해 포커싱될 수 있는 모든 u로 정의된다. 즉, 포커싱 범위 내에 위치하는 각각의 객체에 대해, 포커싱 메커니즘은 객체의 이미지에 대한 최대 콘트라스트를 초래하는 특정 v를 설정할 수 있다. 최대 콘트라스트는 특정 렌즈-이미지 센서 거리 이외의 렌즈-이미지 센서 거리의 경우, 객체의 콘트라스트가 감소함을 의미한다. 최소 객체 거리(MIOD)는 포커싱 범위의 하한으로 정의된다. 즉, MIOD는 렌즈 시스템이 포커싱할 수 있는 가장 작은 u이다. 예를 들어, 위에 도시된 일부 실시예는 무한대에서 50mm까지 포커싱할 수 있다. 즉, MIOD는 50mm이다.
도 14a는 공지된 센서 시프트 셋업을 도시한다. 센서는 카메라의 광축 상의 시점에서 보여진다(카메라는 도시되 않음). 오늘날 OIS가 장착된 대부분의 모바일 장치는 요 및 피치 방향에서 원하지 않는 장치 움직임을 보정한다. 화살표(1402)로 표시된 바와 같이, 요 방향 보정을 위해, 센서는 X에 평행하게 이동한다. 화살표(1404)로 표시된 바와 같이, 피치 보정을 위해, 센서는 Y에 평행하게 이동한다.
도 14b는 본 명세서에 개시된 센서 시프트 셋업을 도시한다. 센서는 도 14a에서와 동일한 관점으로 도시된다. 도 14b에 도시된 바와 같이, X 방향(화살표(1406)로 표시됨) 및 Y 방향(화살표(1408)로 표시됨)에서의 원하지 않는 선형 움직임에 대한 보정이 요 및 피치 보정에 각각 사용된 동일한 축을 따라 수행될 수 있다. X 및 Y의 원하지 않는 선형 움직임에 대한 보정은 요 및 피치에서의 회전하는 손 움직임 보정에 중첩될 수 있다.
도 15a는 객체(1504), 렌즈(1506) 및 이미지 센서(1510)에서 형성된 객체(1504)의 이미지(1508)를 포함하는, X에 평행한 광축(1502)을 갖는 예시적인 광학 시스템(1500)을 도시한다. 렌즈(1506)는 주 평면(1512)을 가질 수 있다. 도 15a는 초기 시간, 예를 들어 이미지 캡처를 위해 이미지 센서 노출을 시작할 때의 광학 시스템(1500)을 도시한다. 광학 시스템(1500)은 1:1의 M을 갖는다.
도 15b는 나중에 이미지 캡처를 위한 이미지 센서(1510)의 노출 동안, 그리고 카메라 호스팅 장치가 (정지된 객체에 대해) 거리(d0)만큼 음의 Y 방향으로 원하지 않는 선형 움직임을 겪은 후의 광학 시스템(1500)을 도시한다. 원하지 않는 선형 움직임은 거리(d0)만큼 양의 Y 방향으로 객체 지점의 선형 시프트를 초래한다. 이미지 센서(1510)에서, 이것은 거리(d)만큼 음의 Y 방향으로 선형 이미지 시프트를 초래하고 결국에는 이미지 블러링을 초래한다. d는 실제 원하지 않는 선형 움직임의 크기와 방향에 의존할 뿐만 아니라, u에도 의존한다: 이미지 센서(1510)에서, 실제 원하지 않는 선형 움직임은 u 및 v를 사용하는 M=v/u에 따라 증폭되거나 감쇠된다. 방정식 2에 의하면, dSensor는 다음 방정식 3에 따라 d0과 관련된다:
Figure pct00026
방정식 3으로부터, 우리는 와이드 카메라(와이드 예, EFL=5mm, u>10cm) 또는 텔레 카메라(텔레 예, EFL=13mm, u>100cm)에 대한 일반적인 이미지 캡처 시나리오의 경우, 객체 평면에서의 선형 시프트(d0)가 와이드 예(u=10cm)의 경우 dS≒0.05·d0, 및 텔레 예(u=100cm)의 경우 dS≒0.01·d0의 이미지 센서(1510)에서의 선형 시프트(dS)를 야기시킴을 알 수 있다. 일반적으로, u>>EFL이며 d0와 같은 원하지 않는 선형 움직임이 이미지 품질을 크게 저하시키지 않는다고 추정된다. 그러나, 이러한 추정은 여기에 설명된 매크로 구성의 팝-아웃 카메라와 같은 큰 배율(M)을 갖는 카메라에서는 유효하지 않다. u=10cm(제1 매크로 예, EFL=13mm, u=10cm) 및 u=5cm 객체-렌즈 거리(제2 매크로 예, EFL=13mm, u= 5cm)에 포커싱된 EFL=13mm를 갖는 텔레 카메라를 예로서 고려해 보자. 제1 매크로 예의 경우, dS≒0.15·d0이고, 제2 매크로 예의 경우, dS≒0.35·d0이다. 이는 X 및 Y에서의 원하지 않는 선형 움직임으로 인해 상당한 이미지 품질 저하가 예상됨을 보여준다. 핸드헬드 장치의 원하지 않는 선형 움직임은 관성 측성 유닛(IMU)과 같은 모션 센서에 의해 감지될 수 있다. IMU는 선형 시프트를 결정하기 위해 통합될 선형 가속도에 대한 데이터를 제공한다.
도 16a는 본 명세서에 기술된 바와 같이 X 및 Y 방향에서의 원하지 않는 선형 움직임을 보정하기 위해 OIS를 수행하도록 작동하는 장치(1600)를 블록도로 개략적으로 도시한다. 장치(1600)는 FOVT를 갖는 텔레 카메라(1610)를 포함한다. 일부 예에서, 카메라(1610)는 매크로 가능(직립형) 팝-아웃 카메라이다. 다른 예에서, 카메라(1610)는 매크로 가능 폴디드 또는 직립형 텔레 카메라이다. 텔레 카메라(1610)는 폐쇄 루프 작동 및 제어를 위한 액추에이터(1612) 및 위치 센서(1614)(예를 들어, 홀 센서), 렌즈(1616) 및 이미지 센서(1618)를 포함한다. 텔레 카메라(1610)가 팝-아웃 카메라인 경우, 렌즈(1616)는 접힘 가능한 렌즈를 포함할 수 있다. 텔레 카메라(1610)가 폴디드 카메라인 경우, 광학 경로를 일반적으로 90도로 폴딩하기 위한 광학 경로 폴딩 요소(OPFE, 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 텔레 카메라(1610)가 이중-폴디드 카메라인 경우, 광학 경로를 일반적으로 폴딩마다 90도로 폴딩하기 위한 2개의 OPFE(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. OIS는 "렌즈 시프트" OIS 또는 "센서 시프트" OIS로 수행될 수 있다. 폴디드 텔레 카메라에서, OIS는 "프리즘 OIS"로 수행될 수 있다. 즉, 하나 또는 2개의 OPFE가 본 명세서에 기재된 바와 같이 OIS를 수행하기 위해 선형으로 회전되거나 이동될 수 있다. 센서 시프트 OIS의 경우, 이미지 센서(1618)는 렌즈(1616) 및 장치(250)에 대해 이동된다. 센서 시프트 OIS의 경우, 방정식 3에 의해 주어진 d0만큼의 원하지 않는 선형 움직임을 보정하기 위해 dS만큼의 센서 시프트가 필요하다. 렌즈 시프트 OIS에서, 렌즈는 이미지 센서(1618) 및 장치(250)에 대해 이동된다. 렌즈 시프트 OIS의 경우, d0만큼의 원하지 않는 선형 움직임을 보정하기 위해 dL만큼의 렌즈 시프트가 필요하다. 렌즈 시프트(dL)은 다음의 방정식 4 및 5에 따라 dS(방정식 4) 및 d0(방정식 5)에 따라 달라진다.
Figure pct00027
Figure pct00028
다른 예에서, OIS는 전체 텔레 카메라를 이동함으로써 수행될 수 있다. 즉, 렌즈, 이미지 센서 등과 같은 텔레 카메라의 구성요소들이 OIS를 수행하기 위해 서로에 대해 이동하지 않지만, 이들은 장치(1600)에 대해 함께 이동한다. 장치(1600)는 깊이 추정기(1622), OIS 컨트롤러(1624) 및 마이크로컨트롤러 유닛(MCU, 도시되지 않음)을 포함하는 애플리케이션 프로세서(AP)(1620)를 포함한다. 장치(1600)는 IMU(1604), 적어도 하나의 제2 카메라(1630) 및 메모리(1640)를 추가로 포함한다. MCU는 IMU(1604)의 데이터를 읽고 처리하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에서, MCU는 AP(1620)의 일부인 OIS 컨트롤러(1624)에 의해 제어될 수 있다. 카메라(1630)는 예를 들어, W 카메라 또는 UW 카메라일 수 있다. FOVW는 예를 들어, 60-90도일 수 있고, FOVUW는 예를 들어, 90-130도일 수 있다. 다른 예에서, 1600은 추가 카메라를 포함할 수 있다. 추가 카메라는 예를 들어, W 카메라, UW 카메라, 추가 텔레 카메라, ToF(Time of Flight) 카메라일 수 있다. 메모리(1640)는 예를 들어, 캘리브레이션 데이터를 저장하는 데 사용되는 NVM(비휘발성 메모리)일 수 있다. 캘리브레이션 데이터는 예를 들면, 텔레 카메라(1610)와 제2 카메라(1630) 사이의 캘리브레이션을 위한 것일 수 있다. 다른 예에서, 캘리브레이션 데이터는 메모리 요소(1640) 및/또는 추가 메모리 요소(도시되지 않음)에 저장될 수 있다. 추가 메모리 요소는 카메라(1610) 및 제2 카메라(1630) 또는 카메라 모듈 중 하나에만 통합될 수 있고, EEPROM(전기적으로 소거 가능한 프로그램 가능한 읽기 전용 메모리)일 수 있다. 메모리(1640)는 또한 특정 장면, 장면 세그먼트 또는 객체의 이미지 데이터, 깊이 데이터 또는 메타데이터를 저장할 수 있다. 메타데이터는 예를 들어, 하나 이상의 깊이 값일 수 있다.
1650으로 번호 매겨지고 본 명세서에 기재된 바와 같이 X 및 Y 방향에서의 원하지 않는 선형 움직임을 보정하기 위해 OIS를 수행하도록 작동하는 장치의 다른 예가 도 16b에 도시되어 있다. 장치(1650)는 IMU(1604)에 의해 제공되는 모션 데이터를 읽고 처리하고, OIS 제어 신호를 읽고 텔레 카메라(1610)에 공급하도록 구성된 MCU(1630)를 포함한다. 즉, 이는 위치 센서(1614)로부터의 데이터를 읽고 처리하고 제어 신호를 액추에이터(1612)의 드라이버로 공급한다.
깊이 추정을 위해, 텔레 카메라(1610) 또는 카메라(1630) 또는 추가 카메라 또는 구성요소으로부터의 이미지 데이터가 깊이 추정기(1622)로 전송된다. 깊이 추정기(1622)는 당업계에 알려진 바와 같이 깊이를 계산한다. 일부 예들에서, 깊이 추정기(1622)는 FOVT에 의해 커버되는 전체 장면의 깊이 맵을 계산한다. 다른 예들에서, 깊이 추정기(1622)는 특정 관심 객체(OOI) 또는 관심 객체(ROI)를 포함하는 장면의 이미지 세그먼트들의 깊이 맵을 계산한다. 또 다른 예들에서, 깊이 추정기(1622)는 단일 값만을 계산하지만, 이러한 단일 값은 포커싱된 객체의 깊이 범위에 대응한다. 또 다른 예에서, 깊이 정보는 ToF 측정을 수행하는 레이저 거리 측정기("레이저 AF")에 의해 제공될 수 있다. 깊이 추정기(1622)로 전송되는 이미지 데이터는 예를 들어, 다음과 같다:
■ 제2 카메라(1630)로부터의 위상 검출 오토 포커스(PDAF) 데이터
■ 텔레 카메라(1610)로부터의 PDAF 데이터;
■ 예를 들어, 텔레 카메라(1610) 및 제2 카메라(1630)로부터의 스테레오 이미지 데이터;
■ 포커스 스태킹 시각적 이미지 데이터;
■ 포커스 스태킹 PDAF 데이터;
■ 텔레 카메라(1610) 및/또는 제2 카메라(1630)로부터의 시각적 이미지 데이터(디포커스로부터 깊이를 추정하기 위함);
■ 텔레 카메라(1610) 및/또는 제2 카메라(1630)로부터의 시각적 이미지 데이터(객체 모션으로부터 깊이를 추정하기 위함);
■ ToF 카메라일 수 있는 제2 카메라(1630)의 깊이 데이터.
일부 예들에서, 텔레 카메라(1610) 및/또는 카메라(1630)로부터의 시각적 이미지 데이터는 모션, 예를 들어 복수의 이미지를 포함하는 미리보기 비디오 스트림으로부터 깊이를 추정하기 위해 사용될 수 있다. 모션으로부터의 깊이는 OIS를 끄고 IMU 정보로부터 2개 이상의 프레임 사이의 d0를 추정하고 2개 이상의 프레임 사이의 이미지 지점의 이동으로부터 dS를 추정하고 방정식 3에 따라 u를 추정함으로써, 추정될 수 있다.
OIS 컨트롤러(1624)는 IMU(1604)로부터 장치(1600)의 선형 가속도에 대한 데이터를 수신하고, 깊이 추정기(1622)로부터 포커싱된 객체(또는 장면의 더 큰 세그먼트)의 u에 대한 깊이 데이터를 수신한다. X 및 Y에서의 원하지 않는 선형 움직임에 대한 OIS의 경우, OIS 컨트롤러(1624) 및/또는 MCU(1630)와 같은 MCU는 선형 가속도에 대한 IMU의 데이터로부터 d0를 추정하고, 방정식 3 또는 5에 따라 센서 시프트 OIS 또는 렌즈 시프트 OIS를 위한 dS 또는 dL을 각각 계산한다. OIS 컨트롤러(1624) 및/또는 MCU(1630)는 제어 신호를 액추에이터(1612)에 전송한다. 액추에이터(1612)는 센서 시프트 OIS를 위해 이미지 센서를 작동시킬 수 있고, 및/또는 렌즈 시프트 OIS를 위해 렌즈를 작동시킬 수 있다. OIS 컨트롤러(1624) 및/또는 MCU(1630)는 폐쇄 루프 제어를 수행하기 위해 위치 센서(1614)로부터 렌즈(1616)의 위치(렌즈 시프트 OIS용) 또는 이미지 센서(1618)위 위치(센서 시프트 OIS용)에 대한 데이터를 수신한다.
모든 렌즈 예에서, 전체 G1 그룹의 EFL은 EFLG1(또는 "EFL(G1)")로 표시되고, 전체 G2 그룹의 EFL은 EFLG2로 표시되며, 개별 렌즈 요소들의 초점 거리는 요소 번호로 표시된다. 즉, L1의 초점 거리는 f1로 표시되고 L2의 초점 거리는 f2로 표시된다.
렌즈 그룹 또는 전체 렌즈의 평균 유리 두께("MGT")는 포함된 단일 렌즈 요소의 평균 두께로 정의된다. 그룹(예를 들어, G1)의 평균 유리 두께는 "MGT(G1)"로 표시되고, 전체 렌즈의 평균 유리 두께는 "MGT"로 표시된다.
렌즈 그룹 또는 전체 렌즈의 평균 에어-갭("MAG")은 렌즈 그룹(G1 및 G2) 내의 단일 렌즈 요소들 사이의 광축을 따른 에어-갭의 평균 두께로 정의된다. 이는 평균 에어-갭을 계산할 때, 렌즈 그룹 간 거리가 아닌 렌즈 그룹 내 거리만 고려한다는 것을 의미한다. 특히 BG, BG1, BG2 및 BFL은 MAG 계산에 고려되지 않는다. 그룹(예를 들어, G1)의 평균 에어-갭은 "MAG(G1)"로 표시되고, 전체 렌즈의 평균 에어-갭은 "MAG"로 표시된다.
아래에서 설명하는 모든 팝-아웃 광학 렌즈 시스템은 이미지 센서에 대해 전체 렌즈를 이동시킴으로써 포커싱될 수 있다.
표 22는 위와 아래에서 도시된 렌즈 시스템에 포함된 다양한 피처들의 값 및 그 비율(TTL, c-TTL, EFL, f, BG, c-BG, BFL, c-BFL, TG1, TG2, T1, T3, MGT, MAG(mm), H-FOV(도)을 요약한다. c-TTL의 경우, 최소값이 제공된다. "P-O 방법"은 팝-아웃 상태과 접힘 상태 사이에서 각 렌즈 시스템을 전환하는 데 사용되는 방법을 나타내며, 여기서 숫자 "i"는 i 번째 방법의 실시예를 나타낸다(예를 들어, "1"은 제1 방법의 실시예에 따른 전환을 나타내고, "2"는 제2 방법의 실시예에 따른 전환을 나타낸다).
[표 22]
Figure pct00029
Figure pct00030
[표 22 계속]
Figure pct00031
도 17a는 본 명세서에 개시되고 1700으로 번호 매겨진 팝-아웃 상태에서의 팝-아웃 광학 렌즈 시스템의 예를 도시한다. 렌즈 시스템(1700)은 2개의 렌즈 그룹(G1 및 G2)으로 분할된 팝-아웃 렌즈(206-8), 이미지 센서(208) 및 선택적으로 광학 요소("윈도우")(802)를 포함한다. 도 4b는 접힘 상태에서의 팝-아웃 광학 렌즈 시스템(1700)을 도시한다.
광학 요소(802)는 예를 들어, 적외선(IR) 필터, 및/또는 유리 이미지 센서 먼지 커버일 수 있다. 광학 광선은 렌즈(206-8)를 통과하여 이미지 센서(208)에 이미지를 형성한다. 도 17a는 상부 변연광선, 하부 변연광선 및 주광선 각각에 대해 3개의 광선을 갖는 3개의 필드를 도시한다. 모든 추가 도면들도 이러한 3개의 광선을 도시한다.
팝-아웃 렌즈(206-8)에 대한 상세한 광학 데이터 및 표면 데이터는 표 23-26에 제공된다. 표 23은 표면 유형을 제공하고, 표 24는 비구면 계수를 제공하고, 표 25는 팟-아웃 상태에 있는 렌즈(206-8)에 대한 BFL("T") 및 접힘 상태에 있는 렌즈(206-8)에 대한 c-BFL을 보여준다. 표 26은 렌즈 요소들(LN-1 및 LN)에 대한 광축으로부터 각각 제1, 제2 및 제3 편향점("DP1", "DP2" 및 "DP3")의 거리를 도시한다.
표면 유형은 다음과 같다:
a) 평면: 평평한 표면, 곡률 없음
b) Q 유형 1(QT1) 표면 새그(sag) 공식:
Figure pct00032
여기서, {z, r}은 표준 원통형 극좌표, c는 표면의 근축 곡률, k는 원뿔형 파라미터, rnorm은 일반적으로 표면의 클리어 애퍼처(CA)의 절반, An은 렌즈 데이터 표에 도시된 비구면 계수이다. Z축은 이미지에 대해 양이다. CA에 대한 값은 클리어 애퍼처 반경, 즉 D/2로 제공된다. 레퍼런스 파장은 555.0 nm이다. 굴절률("인덱스") 및 Abbe #를 제외하고 단위는 mm이다. 각각의 렌즈 요소(Li)는 각각의 초점 거리(fi)를 갖고, 그룹(Gi)의 모든 렌즈 요소들은 함께 각각의 초점 거리(fi)를 가지며, 둘 다 표 23에 제공된다. FOV는 하프(1/2) FOV(HFOV)로 표시된다. 표면 유형, Z축, CA 값, 레퍼런스 파장, 단위, 초점 거리 및 HFOV에 대한 정의는 다음 표에 모두 유효하다.
[표 23]
Figure pct00033
표 24는 비구면 계수를 도시한다.
[표 24]
Figure pct00034
[표 24 계속]
Figure pct00035
[표 25]
Figure pct00036
[표 26]
Figure pct00037
도 18a는 본 명세서에 개시되고 1800으로 번호 매겨진 팝-아웃 광학 렌즈 시스템의 다른 실시예를 도시한다. 도 18b는 접힘 상태에서의 팝-아웃 광학 렌즈 시스템(1800)을 도시한다. 렌즈 시스템(1800)은 2개의 렌즈 그룹(G1 및 G2)으로 분할된 팝-아웃 렌즈(206-9), 이미지 센서(208) 및 선택적으로 광학 요소(802)를 포함한다. 표 27은 표면 유형을 제공하고, 표 28은 비구면 계수를 제공하고, 표 29는 BFL 및 c-BFL을 보여주고, 표 30은 광축으로부터의 편향점 거리를 보여준다.
[표 27]
Figure pct00038
[표 28]
Figure pct00039
[표 28 계속]
Figure pct00040
[표 29]
Figure pct00041
[표 30]
Figure pct00042
도 19a는 본 명세서에 개시되고 1900로 번호 매겨진 팝-아웃 상태의 팝-아웃 광학 렌즈 시스템의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 19b는 접힘 상태에서의 팝-아웃 광학 렌즈 시스템(1900)을 도시한다. 렌즈 시스템(1900)은 2개의 렌즈 그룹(G1 및 G2)으로 분할된 팝-아웃 렌즈(206-10), 이미지 센서(208) 및 선택적으로 광학 요소(802)를 포함한다.
표 31은 표면 유형을 제공하고, 표 32는 비구면 계수를 제공하고, 표 33은 팝-아웃 상태에 대한 BG와 BFL, 및 접힘 상태에 대한 c-BG와 c-BFL을 보여준다. 표 34는 광축으로부터의 편향점 거리를 보여준다.
[표 31]
Figure pct00043
[표 32]
Figure pct00044
[표 32 계속]
Figure pct00045
[표 33]
Figure pct00046
[표 34]
Figure pct00047
도 20a는 본 명세서에 개시되고 2000으로 번호 매겨진 팝-아웃 상태의 팝-아웃 광학 렌즈 시스템의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 20b는 접힘 상태에서의 팝-아웃 광학 렌즈 시스템(2000)을 도시한다. 렌즈 시스템(2000)은 2개의 렌즈 그룹(G1 및 G2)으로 분할된 팝-아웃 렌즈(206-11), 이미지 센서(208) 및 선택적으로 광학 요소(802)를 포함한다.
표 35는 표면 유형을 제공하고, 표 36은 비구면 계수를 제공하고, 표 37은 팝-아웃 상태에 대한 BG와 BFL, 및 접힘 상태에 대한 c-BG와 c-BFL을 보여준다. 표 38은 광축으로부터의 편향점 거리를 보여준다.
L3+L4 함께의 초점 거리는 f3+4 = -17.34이다.
[표 35]
Figure pct00048
[표 36]
Figure pct00049
[표 36 계속]
Figure pct00050
[표 37]
Figure pct00051
[표 38]
Figure pct00052
도 21a는 본 명세서에 개시되고 2100으로 번호 매겨진 팝-아웃 상태의 팝-아웃 광학 렌즈 시스템의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 21b는 접힘 상태에서의 팝-아웃 광학 렌즈 시스템(2100)을 도시한다. 렌즈 시스템(2100)은 3개의 렌즈 그룹[G1, G2 및 필드 렌즈(808)]으로 분할되는 팝-아웃 렌즈(206-12), 이미지 센서(208) 및 선택적으로 광학 요소(802)를 포함한다.
표 39는 표면 유형을 제공하고, 표 40은 비구면 계수를 제공하고, 표 41은 팝-아웃 상태에 대한 BG1와 BG2, 및 접힘 상태에 대한 c-BG1와 c-BG2를 보여준다. 표 42는 광축으로부터의 편향점 거리를 보여준다.
[표 39]
Figure pct00053
[표 40]
Figure pct00054
[표 40 계속]
Figure pct00055
[표 41]
Figure pct00056
[표 42]
Figure pct00057
본 개시내용은 특정 실시예 및 일반적으로 관련된 방법의 관점에서 설명되었지만, 상기 실시예 및 방법의 변경 및 치환은 당업자에게 명백할 것이다. 본 개시내용은 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 제한되지 않고, 첨부된 청구범위에 의해서만 제한되는 것으로 이해되어야 한다.
달리 명시되지 않는 한, 선택 옵션 리스트의 마지막 두 부재 사이에 "및/또는"이라는 표현을 사용하는 것은 나열된 옵션 중 하나 이상이 적절하고 선택될 수 있음을 나타낸다.
청구범위 또는 명세서가 "a" 또는 "an" 요소를 언급하는 경우, 그러한 참조는 해당 요소 중 하나만 존재하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다.
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 특정 값의 5% 이상 또는 이하까지의 가능한 변동을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 다른 예에 따르면, 본 명세서에서 사용된 "실질적으로"라는 용어는 임의의 특정 값의 2.5% 이상 또는 이하까지의 가능한 변동을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 추가 예에 따르면, 본 명세서에서 사용된 "실질적으로"라는 용어는 임의의 특정 값의 1% 이상 또는 이하까지의 가능한 변동을 의미하는 것으로 해석되어야 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 출원서에서 임의의 참조의 인용 또는 식별은 그러한 참조가 본 개시내용에 대한 선행 기술로서 이용가능하다는 것을 인정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (99)

  1. 카메라로서,
    렌즈 광축을 따라 배열되며, 객체 측에서 L1으로 시작하여 이미지 측에서 LN으로 끝나는 N개의 렌즈 요소들(L1-LN)을 포함하는 렌즈, 여기서 N ≥ 5이고, 상기 렌즈 요소들은 2개 이상의 렌즈 그룹들로 분할되고, 2개의 인접한 렌즈 그룹들은 상기 렌즈 광축을 따라 각각의 에어-갭(d1)에 의해 분리되고;
    상기 렌즈 광축을 따라 에어-갭(d2)에 의해 렌즈 요소(LN)로부터 분리되고, 7 내지 20mm의 센서 대각선(SD)을 갖는 이미지 센서; 및
    M(M ≥1)의 작동 팝-아웃 상태와 접힘 상태 사이에서 상기 카메라를 전환하며, 30cm 미만의 객체-렌즈 거리(u)에서 상기 카메라를 객체에 포커싱하도록, 상기 에어-갭들(d1, d2)을 제어하도록 작동하는 액추에이터, 여기서 각각의 작동 팝-아웃 상태(m ∈ {1,2,…M})에서 상기 렌즈는 각각의 유효 초점 거리(EFLm) 및 총 트랙 길이(TTLm)를 가지며, 접힘 상태에서 상기 렌즈는 총 트랙 길이(c-TTL)를 가지며, m의 유효 초점 거리(EFLm)의 최소 EFLmin은 7mm 이상이고, 여기서 c-TTL < 0.65·EFLmin이고;
    를 포함하는 카메라.
  2. 제1항에 있어서, M=2인 카메라.
  3. 제1항에 있어서, M=3인 카메라.
  4. 제1항에 있어서, M=4인 카메라.
  5. 제1항에 있어서, 상기 작동 팝-아웃 상태가 연속적이어서, EFLm이 EFL1으로부터 EFLM까지 연속적으로 변경되는 카메라.
  6. 제1항에 있어서, c-TTL < 0.7·EFLmin인 카메라.
  7. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 25cm 미만의 거리에 있는 객체에 상기 렌즈를 포커싱하도록 작동하는 카메라.
  8. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 15cm 미만의 거리에 있는 객체에 상기 렌즈를 포커싱하도록 작동하는 카메라.
  9. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 하나 이상의 스프링을 포함하는 카메라.
  10. 제1항에 있어서, d1은 TTLm/6보다 큰 카메라.
  11. 제1항에 있어서, d1은 TTLm/5보다 큰 카메라.
  12. 제1항에 있어서, 상기 렌즈와 직접 접촉하지 않는 광학 윈도우를 추가로 포함하는 카메라.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이터는 복수의 스프링, 및 가이딩 및 포지셔닝 메커니즘을 포함하고, 상기 가이딩 메커니즘은 작동 상태에서 상기 렌즈 요소들 사이에서의 충분한 z-디센터 및 xy-디센터 정확도, 및 작동 상태와 접힘 상태 사이에서 전환할 때의 반복성을 가능하게 하고, 여기서 충분한 디센터 정확도는 0.1mm 디센터 미만이고, 반복성은 0.05mm 디센터 미만인 카메라.
  14. 제13항에 있어서, 상기 충분한 디센터 정확도는 0.8mm 디센터 미만이고, 상기 반복성은 0.04mm 디센터 미만인 카메라.
  15. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 작동 상태로부터 접힘 상태로의 전환은 상기 카메라를 접힘 상태 높이로 만들기 위해 광학 모듈을 가압하는 윈도우 프레임에 의해 수행되는 카메라.
  16. 제14항에 있어서, 작동 상태로부터 접힘 상태로의 전환은 상기 카메라를 접힘 상태 높이로 만들기 위해 광학 모듈을 가압하는 윈도우 프레임에 의해 수행되는 카메라.
  17. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는 요 및 피치에서 원하지 않는 회전 손 움직임을 보정하기 위해 이동 가능한 카메라.
  18. 제1항에 있어서, 상기 이미지 센서는 요 및 피치에서 원하지 않는 회전 손 움직임을 보정하기 위해 이동 가능한 카메라.
  19. 제1항에 있어서, 30cm 미만의 객체-렌즈 거리에 있는 객체에 대한 카메라의 포커싱이 연속적인 카메라.
  20. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 제1 작동 팝-아웃 상태에서 100cm 이하의 객체-렌즈 거리에 있는 객체에 상기 카메라를 포커싱하도록 추가로 작동하고, 여기서 30cm 미만의 객체-렌즈 거리까지의 카메라 포커싱은 상기 제1 팝-아웃 상태와 상이한 제2 팝-아웃 상태에서 이루어지는 카메라.
  21. 제1항에 있어서, TTLm/EFLm은 1.0보다 작고 0.7보다 큰 카메라.
  22. 제1항에 있어서, SD는 8mm 내지 14mm의 범위에 있는 카메라.
  23. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 운동학적 커플링 메커니즘에 기초한 가이딩 및 포지셔닝 메커니즘을 포함하는 카메라.
  24. 제1항 내지 제12항 및 제17항 내지 제23항 중 어느 한 항의 카메라를 포함하는 핸드헬드 전자 장치.
  25. 적어도 하나의 에어-갭을 갖는 제2 렌즈 시스템을 포함하는 제2 카메라와 함께, 제1항 내지 제12항 및 제17항 내지 제23항 중 어느 한 항의 카메라를 포함하는 카메라 시스템으로서, 상기 액추에이터는 또한 O개(O ≥ 1)의 제2 카메라 작동 팝-아웃 상태와 제2 카메라 접힘 상태 사이에서 상기 제2 카메라를 전환하기 위하여 상기 제2 카메라의 상기 적어도 하나의 에어-갭을 제어하도록 추가로 작동하고, 상기 액추에이터는 O개(O ≥ 1)의 제2 카메라 작동 팝-아웃 상태와 제2 카메라 접힘 상태 사이에서 제1항 내지 제12항 및 제17항 내지 제23항 중 어느 한 항의 카메라와 상기 제2 카메라를 동시에 전환하기 위해 상기 제2 카메라의 상기 적어도 하나의 에어-갭을 제어하도록 추가로 작동하는 카메라.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제2 카메라 접힘 상태에서, 제2 렌즈는 총 트랙 길이(c-TTL2)를 갖고, 여기서 cTTL2 = cTTL ±10%인 카메라 시스템.
  27. 제25항의 카메라 시스템을 포함하는 핸드헬드 전자 장치.
  28. 제25항에 있어서, 상기 장치는 장치 외부 표면을 갖고, 작동 상태에서 제1 또는 제2 카메라 중 어느 하나는 장치 외부 표면 너머로 2mm 내지 10mm만큼 연장되고, 비-작동 상태에서 제1 또는 제2 카메라 중 어느 하나는 장치 외부 표면 너머로 2mm 미만으로 연장되는 핸드헬드 전자 장치.
  29. 핸드헬드 전자 장치로서,
    카메라 광축을 갖고, 이미지 센서 및 상기 카메라 광축에 실질적으로 평행한 렌즈 축을 갖는 렌즈를 포함하고, 유효 초점 거리(EFLT) ≥ 9mm를 갖는 텔레 카메라;
    상기 핸드헬드 전자 장치의 원하지 않는 선형 움직임을 감지하기 위한 모션 센서;
    상기 텔레 카메라와 객체 사이의 거리를 추정하는 깊이 추정기; 및
    상기 핸드헬드 전자 장치의 원하지 않은 선형 움직임을 보상하기 위해 상기 텔레 카메라 또는 상기 텔레 카메라의 구성요소를 이동시키도록 작동하는 액추에이터, 여기서 상기 보상은 거리가 50cm보다 작을 때 상기 텔레 카메라와 객체 사이의 거리 및 상기 원하지 않는 선형 움직임에 의존하고;
    를 포함하는 핸드헬드 전자 장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 핸드헬드 장치는 상기 텔레 카메라의 시야(FOVT)보다 큰 시야(FOVUW)를 갖는 울트라-와이드 카메라를 추가로 포함하는 핸드헬드 전자 장치.
  31. 제29항에 있어서, 상기 핸드헬드 장치는 상기 텔레 카메라의 시야(FOVT)보다 큰 시야(FOVW)를 갖는 와이드 카메라를 추가로 포함하는 핸드헬드 전자 장치.
  32. 제29항에 있어서, 상기 깊이 추정기는 위상 검출 오토-포커싱을 사용하여 상기 텔레 카메라와 객체 사이의 거리를 추정하는 핸드헬드 전자 장치.
  33. 제29항에 있어서, 상기 깊이 추정기는 ToF 이미지 데이터를 사용하여 상기 텔레 카메라와 객체 사이의 거리를 추정하는 핸드헬드 전자 장치.
  34. 제29항에 있어서, 상기 깊이 추정기는 모션으로부터의 깊이를 사용하여 상기 텔레 카메라와 객체 사이의 거리를 추정하는 핸드헬드 전자 장치.
  35. 제29항에 있어서, 깊이 추정기는 디포커스로부터의 깊이를 사용하여 상기 텔레 카메라와 객체 사이의 거리를 추정하는 핸드헬드 전자 장치.
  36. 제30항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 깊이 추정기는 상기 와이드 카메라 및 상기 텔레 카메라로부터의 이미지 데이터, 상기 울트라-와이드 카메라 및 상기 텔레 카메라로부터의 이미지 데이터, 및 상기 와이드 카메라 및 상기 울트라-와이드 카메라로부터의 이미지 데이터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 스테레오 이미지 데이터를 사용하여 상기 텔레 카메라와 객체 사이의 거리를 추정하는 핸드헬드 전자 장치.
  37. 제29항에 있어서, 상기 핸드헬드 전자 장치의 원하지 않는 선형 움직임에 대한 보상은 하나의 방향에 있는 핸드헬드 전자 장치.
  38. 제29항에 있어서, 상기 핸드헬드 전자 장치의 원하지 않는 선형 움직임에 대한 보상은 2개 이상의 방향에 있는 핸드헬드 전자 장치.
  39. 제29항에 있어서, 상기 이동하는 구성요소는 렌즈인 핸드헬드 전자 장치.
  40. 제39항에 있어서, 렌즈 이동량(dLens)은
    Figure pct00058
    로 계산되며, 여기서 d0은 장치의 원하지 않는 선형 움직임이고, EFL은 유효 초점 거리이고, u는 객체-렌즈 거리인 핸드헬드 전자 장치.
  41. 제29항에 있어서, 상기 이동하는 구성요소는 이미지 센서인 핸드헬드 전자 장치.
  42. 제41항에 있어서, 이미지 센서 이동량(dSensor)은
    Figure pct00059
    로 계산되며, 여기서 d0는 장치의 원하지 않는 선형 움직임이고, u는 객체-렌즈 거리인 핸드헬드 전자 장치.
  43. 제29항에 있어서, 상기 모션 센서는 관성 측정 유닛을 포함하는 핸드헬드 전자 장치.
  44. 제29항에 있어서, 상기 텔레 카메라는 팝-아웃 텔레 카메라인 핸드헬드 전자 장치.
  45. 제29항에 있어서, 상기 텔레 카메라는 광학 경로 폴딩 요소를 포함하는 폴디드 텔레 카메라인 핸드헬드 전자 장치.
  46. 제29항에 있어서, 상기 텔레 카메라는 2개의 광학 경로 폴딩 요소를 포함하는 이중-폴디드 텔레 카메라인 핸드헬드 전자 장치.
  47. 렌즈 시스템으로서,
    이미지 센서; 및
    상기 이미지 센서로부터 백 초점 거리(BFL)만큼 떨어져 있고, 시야(FOV) < 40도, 유효 초점 거리(EFL) 및 렌즈 평균 유리 두께(MGT)를 갖는 렌즈로서, 상기 렌즈는 객체 측으로부터 이미지 측을 향해 L1에서 시작하는 i개의 렌즈 요소들(L1-Li)을 포함하고, 여기서 1 ≤ i ≤ N이고, 각각의 렌즈 요소(Li)는 각각의 두께(Ti) 및 크기(|fi|)를 갖는 초점 거리(fi)를 갖고, 여기서 적어도 일부 렌즈 요소들은 빅 갭(BG)으로 분리된 2개의 렌즈 그룹(G1 및 G2)으로 구성되며, G1 및 G2에 대해 각각 유효 초점 거리(EFL(G1) 및 EFL(G2)), 평균 유리 두께(MGT(G1) 및 MGT(G2)) 및 평균 에어-갭(MAG(G1) 및 MAG(G2))을 갖고, 상기 렌즈는 팝-아웃 상태에서 팝-아웃 총 트랙 길이(TTL) < 20mm, 및 접힘 상태에서 접힌 총 트랙 길이(c-TTL)를 가지며, 여기서 TTL < 0.95 x EFL이고, 여기서 비율 c-TTL/TTL < 0.7인 렌즈 시스템.
  48. 제47항에 있어서, G1은 3개 이상의 렌즈 요소들을 포함하고, G2는 2개 이상의 렌즈 요소들을 포함하는 렌즈 시스템.
  49. 제47항에 있어서, 상기 렌즈 요소들은 3개의 렌즈 그룹들(G1, G2 및 필드 렌즈)로 구성되고, G1와 G2는 제1 빅 갭(BG1)에 의해 분리되고, G2와 필드 렌즈는 제2 빅 갭(BG2)에 의해 분리되고, 상기 렌즈 시스템은 BG1을 접힌 제1 빅 갭(c-BG1)으로 축소하고 BG2를 접힌 제2 빅 갭(c-BG2)으로 축소함으로써, 접힘 상태로 전환되는 렌즈 시스템.
  50. 제47항에 있어서, 상기 렌즈 시스템은 상기 BFL을 접힌 백 초점 거리(c-BFL)로 축소함으로써, 접힘 상태로 전환되는 렌즈 시스템.
  51. 제47항에 있어서, 상기 렌즈 시스템은 상기 BFL을 접힌 c-BFL로 축소하고 BG를 접힌 빅 갭(c-BG)으로 축소함으로써, 접힘 상태로 전환되는 렌즈 시스템.
  52. 제47항에 있어서, 비율 c-TTL/TTL < 0.65인 렌즈 시스템.
  53. 제47항에 있어서, 비율 c-TTL/TTL < 0.625인 렌즈 시스템.
  54. 제47항에 있어서, BG > 0.1 x TTL인 렌즈 시스템.
  55. 제47항에 있어서, BG > 0.2 x TTL인 렌즈 시스템.
  56. 제47항에 있어서, TTL < 0.9 x EFL인 렌즈 시스템.
  57. 제47항에 있어서, TTL < 0.87 x EFL인 렌즈 시스템.
  58. 제47항에 있어서, MGT(G1) > 1.5 x MGT(G2)인 렌즈 시스템.
  59. 제47항에 있어서, MGT(G1) > 2.5 x MGT(G2)인 렌즈 시스템.
  60. 제47항에 있어서, MGT(G1) > 3.0 x MGT(G2)인 렌즈 시스템.
  61. 제47항에 있어서, MGT(G1) > 1.25 x MGT인 렌즈 시스템.
  62. 제47항에 있어서, MGT(G1) > 1.4 x MGT인 렌즈 시스템.
  63. 제47항에 있어서, MAG(G2) > 5 x MAG(G1)인 렌즈 시스템.
  64. 제47항에 있어서, MAG(G2) > 10 x MAG(G1)인 렌즈 시스템.
  65. 제47항에 있어서, MAG(G2) > 15 x MAG(G1)인 렌즈 시스템.
  66. 제47항에 있어서, MAG > 3 x MAG(G1)인 렌즈 시스템.
  67. 제47항에 있어서, MAG > 5 x MAG(G1)인 렌즈 시스템.
  68. 제47항에 있어서, MAG > 7 x MAG(G1)인 렌즈 시스템.
  69. 제47항에 있어서, G1의 두께(TG1)는 0.2 x TTL < TG1 < 0.35 x TTL을 충족하는 렌즈 시스템.
  70. 제47항에 있어서, G1의 두께(TG1)는 TG1 ≥ 0.3 x (TTL-BFL)를 충족하는 렌즈 시스템.
  71. 제47항에 있어서, G1의 두께(TG1)는 TG1 ≥ 0.4 x (TTL-BFL)를 충족하는 렌즈 시스템.
  72. 제47항에 있어서, L1의 두께(T1)는 TG1 ≥ 0.4 x (TTL-BFL)를 충족하는 렌즈 시스템.
  73. 제47항에 있어서, T1 > 0.1 x TTL인 렌즈 시스템.
  74. 제47항에 있어서, T1 > 0.15 x TTL인 렌즈 시스템.
  75. 제47항에 있어서, T1 > 1.5 x MGT인 렌즈 시스템.
  76. 제47항에 있어서, T1 > 2.0 x MGT인 렌즈 시스템.
  77. 제47항에 있어서, EFL(G1) > 0이고, EFL(G2) < 0인 렌즈 시스템.
  78. 제47항에 있어서, G1의 EFL(G1)의 크기(|EFL(G1)|)와 G2의 EFL(G2)의 크기(|EFL(G2)|) 사이의 비율 |EFL(G1)| / |EFL(G2)| < 0.85인 렌즈 시스템.
  79. 제47항에 있어서, G1의 EFL(G1)의 크기(|EFL(G1)|)와 G2의 EFL(G2)의 크기(|EFL(G2)|) 사이의 비율 |EFL(G1)| / |EFL(G2)| < 0.6인 렌즈 시스템.
  80. 제47항에 있어서, 처음 3개의 렌즈 요소들(L1, L2 및 L3)의 아베수의 시퀀스는 하이, 하이 및 로우를 충족하고, 하이 렌즈-센서 거리는 로우 렌즈-센서 거리의 2배 이상인 렌즈 시스템.
  81. 제47항에 있어서, 처음 3개의 렌즈 요소들(L1, L2 및 L3)의 아베수의 시퀀스는 하이, 로우 및 하이를 충족하고, 하이 렌즈-센서 거리는 로우 렌즈-센서 거리의 2배 이상인 렌즈 시스템.
  82. 제47항에 있어서, L1, L2, L3의 초점 거리(f1, f2, f3)의 부호 시퀀스는 + + -를 충족하는 렌즈 시스템.
  83. 제47항에 있어서, 모든 초점 거리(f1, f2,…, fN)의 부호 시퀀스는 + + - - - +를 충족하는 렌즈 시스템.
  84. 제47항에 있어서, 모든 초점 거리(f1, f2,…, fN)의 부호 시퀀스는 + - + - - - +를 충족하는 렌즈 시스템.
  85. 제47항에 있어서, 모든 초점 거리(f1, f2,…, fN)의 부호 시퀀스는 + + - - + -를 충족하는 렌즈 시스템.
  86. 제47항에 있어서, 모든 초점 거리(f1, f2,…, fN)의 부호 시퀀스는 + + - + - +를 충족하는 렌즈 시스템.
  87. 제47항에 있어서, 모든 초점 거리(f1, f2,…, fN)의 부호 시퀀스는 + + - - - + -를 충족하는 렌즈 시스템.
  88. 제47항에 있어서, G2의 제1 렌즈 요소의 제1 표면 및 제2 표면 모두의 곡률은 양이고, 초점 거리의 부호는 음인 렌즈 시스템.
  89. 제47항에 있어서, L4의 제1 표면 및 제2 표면 모두의 곡률은 양이고, 초점 거리의 부호는 음인 렌즈 시스템.
  90. 제47항에 있어서, L4의 초점 거리의 크기(|f4|)는 |f4| > 4 x |fi|, i=1, 2, 3, 5, 6..N을 충족하는 렌즈 시스템.
  91. 제47항에 있어서, 제4 렌즈 요소(L4)의 초점 거리의 크기(|f4|)는 |f4| > 5 x |fi|, i= 5, 6..N을 충족하는 렌즈 시스템.
  92. 제47항에 있어서, LN-1의 후면에서의 제1 편향점은 상기 렌즈의 광축으로부터 측정된 거리(d-r)에 위치하고, LN-1의 전면에서의 제1 편향점은 상기 렌즈의 광축으로부터 측정된 거리(d-f)에 위치하며, 여기서 0.5mm < d-r, d-f > 1.0mm인 렌즈 시스템.
  93. 제47항에 있어서, LN-1의 후면에서의 제1 편향점은 상기 렌즈의 광축으로부터 측정된 거리(d-r)에 위치하며, 여기서 d-r > 1.5mm인 렌즈 시스템.
  94. 제47항에 있어서, LN의 전면에서의 제1 편향점은 상기 렌즈의 광축으로부터 측정된 거리(d-f)에 위치하며, 여기서 d-f > 0.8mm인 렌즈 시스템.
  95. 제47항에 있어서, LN의 후면에서의 제1 편향점은 상기 렌즈의 광축으로부터 측정된 거리(d-r)에 위치하며, 여기서 d-r > 0.15mm인 렌즈 시스템.
  96. 제47항에 있어서, LN의 후면에서의 제1 편향점은 상기 렌즈의 광축으로부터 측정된 거리(d-r)에 위치하며, 여기서 d-r > 2mm인 렌즈 시스템.
  97. 제47항에 있어서, 제1 렌즈 요소(L1)는 메니스커스인 렌즈 시스템.
  98. 제47항에 있어서, EFL(G1) < 0.9 x EFL인 렌즈 시스템.
  99. 제47항에 있어서, EFL(G1) < 0.8 x EFL인 렌즈 시스템.
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