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公開番号2025015680
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-30
出願番号2024199551,2022553112
出願日2024-11-15,2021-07-14
発明の名称屈曲カメラのレンズ設計
出願人コアフォトニクスリミテッド
代理人弁理士法人ITOH
主分類G02B 13/00 20060101AFI20250123BHJP(光学)
要約【課題】fナンバーが小さい屈曲ワイドカメラ設計を提供する。
【解決手段】総トラック長(TTL)を有し、fナンバーは1.2より小さく、例えば少なくとも60°の大きな視野を有する、屈曲カメラである。かかる屈曲カメラは、(i)N≧7個のレンズ素子を有するレンズと、(ii)イメージセンサと、(iii)物体と上記レンズとの間の屈曲光路を提供するための光路屈曲素子と、を備え得る。ここで、前記レンズの開口絞りは、前記物体に面する第1のレンズ素子の第1の表面に対して、d/TTL=0.2を満たす距離dよりも近くに位置する。
【選択図】図2A
特許請求の範囲【請求項１】
有効焦点距離（ＥＦＬ）を有し、かつレンズ光軸に沿ってＮ≧７個のレンズ素子Ｌ
ｉ
を含むレンズであって、第１のレンズ素子Ｌ
１
は、物体側に面し、各レンズ素子は、それぞれの前面Ｓ
２ｉ－１
およびそれぞれの後面Ｓ
２ｉ
を有し、レンズ素子面は、Ｓ
ｋ
（ただし、１≦ｋ≦２Ｎ）と印され、各レンズ素子面Ｓ
ｋ
は、クリアハイト値ＣＨ（Ｓ
ｋ
）およびクリアアパーチャ値ＣＡ（Ｓ
ｋ
）を有する、レンズと、
イメージセンサと、
第１の光路から、前記第１の光路に垂直で、前記レンズ光軸に平行である第２の光路へ屈曲させるための光路屈曲素子（ＯＰＦＥ）と、を含む、屈曲カメラであって、
前記レンズ素子のうちの１つ以上は、前記第１の光路および前記第２の光路の両方に垂直な軸に沿って測定されたそれぞれの幅Ｗ
Ｌｉ
および前記第１の光路に平行な軸に沿って測定されたそれぞれの高さＨ
Ｌｉ
を有すカットレンズ素子であり、Ｗ
Ｌｉ
＞Ｈ
Ｌｉ
であり、前記屈曲カメラは、１．２よりも小さいｆナンバーｆ／＃を有する、屈曲カメラ。
続きを表示（約 700 文字）【請求項２】
ｆ／＃＜１．１である、請求項１に記載の屈曲カメラ。
【請求項３】
ｆ／＃≦１．０である、請求項１に記載の屈曲カメラ。
【請求項４】
前記カットレンズ素子のうちの少なくとも１つにおいて、Ｗ
Ｌｉ／
Ｈ
Ｌｉ
＞１．１である、請求項１に記載の屈曲カメラ。
【請求項５】
前記カットレンズ素子のうちの少なくとも１つにおいて、Ｗ
Ｌｉ／
Ｈ
Ｌｉ
＞１．２である、請求項１に記載の屈曲カメラ。
【請求項６】
すべてのレンズ素子のクリアハイト値は、５ｍｍ以下である、請求項１に記載の屈曲カメラ。
【請求項７】
前記レンズは、レンズバレルに含まれ、前記レンズバレルは、前記第１の光路に沿って測定されたレンズバレル高さを有し、前記レンズバレル高さは、５．５ｍｍ以下である、請求項６に記載の屈曲カメラ。
【請求項８】
レンズ素子Ｌ
Ｎ
におけるクリアアパーチャ値ＣＡ（Ｓ
２Ｎ
）は、レンズ素子Ｌ
１
におけるクリアアパーチャ値ＣＡ（Ｓ
１
）よりも大きい、請求項１に記載の屈曲カメラ。
【請求項９】
前記屈曲カメラは、６０°よりも大きい対角視野（ＦＯＶ）を有する、請求項１に記載の屈曲カメラ。
【請求項１０】
前記イメージセンサは、前記第１の光路に平行な平面内に存在する、請求項１に記載の屈曲カメラ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
〔既存出願の相互参照〕
本出願は、２０２０年７月２２日に出願された米国仮特許出願第６３／０５４，８６２号の優先権を主張するものである。その全体が、参照により本明細書に援用される。
続きを表示（約 2,300 文字）【０００２】
〔分野〕
本開示に係る主題は概して、デジタルカメラの分野に関し、特に、かかるカメラにおける屈曲光学設計に関する。
【０００３】
〔定義〕
本出願において、本明細書および図面の全体を通じて言及される光学的特性およびその他の特性に対して、以下の記号および略語が使用される。これらはすべて、当技術分野において知られているものである：
－総トラック長（Ｔｏｔａｌｔｒａｃｋｌｅｎｇｔｈ：ＴＴＬ）：レンズを含むカメラシステムが無限遠の物体距離に焦点合わせされるときの、光軸に対して平行な方向に沿って測定された、レンズ（または「レンズアセンブリ」）の第１のレンズ素子Ｌ
１
の前面Ｓ
１
の点とイメージセンサとの間の最大距離。
【０００４】
－後方焦点距離（Ｂａｃｋｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈ：ＢＦＬ）：レンズを含むカメラシステムが無限遠の物体距離に焦点合わせされるときの、第１の光軸に対して平行な方向に沿って測定された、レンズ（または「レンズアセンブリ」）の最後のレンズ素子Ｌ
Ｎ
の後面Ｓ
２Ｎ
の点とイメージセンサとの間の最小距離。
【０００５】
－有効焦点距離（Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈ：ＥＦＬ）：レンズ素子Ｌ
１
～Ｌ
Ｎ
のレンズアセンブリの後方主点Ｐ´と後方焦点Ｆ´との間の距離。
【０００６】
－ｆナンバー（ｆ／＃）：入射瞳の直径に対する、ＥＦＬの比。
【背景技術】
【０００７】
スマートフォン等のモバイルデバイス用のデュアルカメラまたはトリプルカメラ（または一般にマルチカメラ）が知られている。典型的なトリプルカメラでは、１つのカメラは、ウルトラワイド（Ｕｌｔｒａ－Ｗｉｄｅ：ＵＷ）の視野（ｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗ：ＦＯＶ）ＦＯＶ
ＵＷ
を有し、別のカメラは、ＦＯＶ
ＵＷ
よりも狭いワイド（Ｗｉｄｅ）の視野ＦＯＶ
Ｗ
を有し、さらに別のカメラは、ＦＯＶ
Ｗ
よりも狭いテレ（Ｔｅｌｅ）の視野ＦＯＶ
Ｔ
を有する。また、本明細書において、これらのカメラはそれぞれ、ウルトラワイド（またはＵＷ）カメラ、ワイド（またはＷ）カメラ、およびテレ（またはＴ）カメラとも称される。一般に、ワイドカメラは、スマートフォンのメインカメラであると考えられている。
【０００８】
カメラレンズのｆナンバー（「ｆ／＃」）は、カメラの入射瞳の直径Ｄに対する、有効焦点距離（ＥＦＬ）の比である：ｆ／＃＝ＥＦＬ／Ｄ。入射瞳は、レンズ系の前部開口（ｆｒｏｎｔａｐｅｒｔｕｒｅ）を通して「見える」ような、開口絞りの光学像である。前部開口は、レンズの物体側の開口である。ｆ／＃が小さいことは、スマートフォンのメインカメラにとって望ましい。以下に論じるように、それは次の３つの主要な利点を有するからである：微光感度（ｌｏｗｌｉｇｈｔｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）の良好さ、「自然な」ぼけ効果（Ｂｏｋｅｈｅｆｆｅｃｔ）の強さ、および、画像解像度の大きさ：
１．微光感度は、例えばデジタル一眼レフ（ｄｉｇｉｔａｌｓｉｎｇｌｅ－ｌｅｎｓｒｅｆｌｅｘ：ＤＳＬＲ）カメラと比較したときの、今日のモバイルデバイス対応カメラの主要な性能上の欠点である。例えば、（同じＥＦＬに対して）カメラのｆ／＃を半分にすると、開口面積は４倍になる。これは、４倍多くの光がカメラに入ることを意味する。特に、微光シーンをとらえるとき、この差が重要になる。
【０００９】
２．ぼけ（Ｂｏｋｅｈ）は、焦点の外れた（ピンぼけした）画像部分内に生じるぼやけの美的な質であり、今日のスマートフォンに強く求められる特徴である。ぼけ効果は、像の被写界深度（ｄｅｐｔｈｏｆｆｉｅｌｄ：ＤＯＦ）と逆相関の関係にある。ここで、ＤＯＦ～ｆ／＃である。ｆ／＃が小さいことは、強い「自然な」ぼけ効果をサポートするのに有益である。今日のスマートフォンカメラにおけるｆ／＃は、「自然な」ぼけを十分に提供するものではないため、「人工的な」ぼけ、すなわち、焦点の外れた画像部分に、人工的にぼやけを加えることにより、強いぼけに対する要求に応えている。
【００１０】
３．モバイルデバイスに進出したイメージセンサは、画素解像度が絶えず増加している。２０１９年には、画素解像度が初めて、１００メガピクセルを超えた。（その他の要因の中でも）これは、単一画素のサイズを縮小することにより、すなわち、空間画素周波数（ｓｐａｔｉａｌｐｉｘｅｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を増加させることにより、達成される。画素解像度を画像解像度に変換するために、カメラのレンズは、センサの空間画素周波数ｋ
Ｐｉｘｅｌ
をサポートする必要がある。十分に設計された（回折限界を有する）カメラレンズの場合、レンズの分解可能な空間周波数ｋ
Ｌｅｎｓ
は、ｆ／＃の逆数に依存する：ｋ
Ｌｅｎｓ
～１／ｆ／＃。すなわち、ｆ／＃がより小さいことは、画像解像度がより大きいことに対応する（十分な空間画素周波数を有するイメージセンサを仮定している）。
（【００１１】以降は省略されています）

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