KR0133445B1 - 광학 뷰 파인더를 일체화한 리어 포커스방식 줌렌즈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 뷰 파인더를 일체화한 리어 포커스방식 줌렌즈에 관한 것으로, 제9도와 같이, 렌즈계의 전면으로부터 대물렌즈, 변배렌즈, 전달렌즈 및 결상렌즈가 배치되어 구성되는 4군 구성의 리어포커스 방식의 줌렌즈에 있어서, 최후단에 위치하는 렌즈와 결상면 사이에 빔 스프리터를 설치하여 광의 일부를 분리함으로써 촬상계와 뷰 파인더계를 일체화한 구성으로 되어 있으며, 상기 빔 스프리터를 통과한 광의 위신호방지를 위한 필터를 설치하고, 뷰 파인더계를 구성하는 광로상에 광의 발산을 억제하는 광학소자와, 피사체와 동일한 상을 눈에 보내기 위한 상보정소단과, 수광소자에 의하여 촬상되는 영역만을 제한하여 눈에 보내는 시야 보정수단 및 상 확대수단을 포함하여 구성되어 있다. 이러한 본 발명은 전자식 뷰 파인더계에 비하여 뷰 파인더 구동에 별도의 전원이 필요없으므로 저소비전력 구현이 가능하고, 저가로 고해상도의 컬러 화상을 구현할 수 있으며, 포커싱 변별력을 높일 수 있다. 그리고, 별도의 뷰 파인더계가 설치된 경우에 발생하는 시차를 방지할 수 있고, 별도의 뷰 파인더계가 설치된 경우에 비하여 뷰 파인더 경통내에 가동부가 없으므로 구조가 간단하다. 또한, 기존의 티티엘 방식에 비하여 줌렌즈 전체를 뷰 파인더와 공유하므로 뷰 파인더계 내에 별도의 대물렌즈가 필요없다. 뿐만 아니라, 리어 포커스 방식이므로 기존 프론트 포커스 방식에 비하여 광학 뷰 파인더계의 소형, 경량화가 용이하고, 조리개에 의하여 조절된 광이 눈으로 입사되므로 특히 밝은 곳에서 쾌적한 상을 볼 수 있다.

Description

광학 뷰 파인더를 일체화한 리어 포커스방식 줌렌즈

제1도는 종래 광학실상식 뷰 파인더의 구성도.

제2도는 (가)(나)는 종래 광학실상식 뷰 파인더의 작용 설명도.

제3도는 (가)(나)는 종래 광학허상식 뷰 파인더의 구성도.

제4도는 종래 광학허상식 뷰 파인더의 작용 설명도.

제5도는 종래 티티엘 방식 광학 뷰 파인더의 구성도.

제6도는 (가)(나)는 종래 티티엘 방식 광학 뷰 파인더의 작용설명도.

제7도는 종래 전자식 뷰 파인더의 구성도.

제8도는 종래 전자식 뷰 파인더 시스템의 동작도.

제9도는 일반적인 광학 뷰 파인더를 일체화한 리어포커스 상식 줌렌즈에 대한 구성도로서, (가)는 와이드(WIDE)시 구성도이고, (나)는 미들(MIDDLE)시의 구성도이며, (다)는 텔리(TELE)시의 구성도.

제10도 (가)(나)는 제9도에 대한 광학계의 작용 설명도.

제11도는 본 발명 광학 뷰 파인더를 일체화한 리어 포커스방식 줌렌즈 구성도.

제12도 내지 제14도는 제11도에서 뷰파인더 부분을 착탈식으로 만들 경우 광학식 뷰파인더부분의 구성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

51 : 대물렌즈52 : 변배렌즈

53 : 조리개54 : 전달렌즈

55 : 결상렌즈56 : 빔 스프리트

56a : 반사면57 : 수광소자

58 : 필드 렌즈59 : 전반사경

60 : 전달렌즈61 : 대안렌즈

63 : 제1초점면65 : 제2초점면

66 : 접안렌즈

본 발명은 리어 포커스(rear focus) 방식의 줌렌즈에 관한 것으로, 특히 티티엘(TTL; THROUGH THE LENS) 방식의 광 뷰 파인더를 일체화하여 불필요한 소비전력의 낭비를 해결하고, 피사체의 밝기에 따라 광량을 조절하여 최적의 상을 눈에 전달할 수 있도록 한 광학 뷰 파인더를 일체화한 리어 포커스방식 줌렌즈에 관한 것이다.

종래의 뷰 파인더계는 기술 구성면으로 대별하면 촬상계와는 별도의 뷰 파인더계를 갖는 방법과, 촬상계와 일체화된 뷰 파인더계를 갖는 방법으로 대별된다.

그리고, 이러한 뷰 파인더계(VIEW FINDER SYSTEM)에 대하여는 『미국 특허 제4,544,250호 OPTICAL SYSTEM FOR CARMERA WITH A VIEW FINDER CANON, 1985』 및 『CAMERA 技術 HANDBOOK 日, 寫 眞工業出版社』 일부 소개되어 있다.

상기한 두 가지 유형의 뷰 파인더 중에서 먼저, 별도의 뷰 파인더계를 갖는 기술구성의 경우는 다시 광학실상식과 광학허상식으로 구분되며, 광학실상식의 경우는 제1도에 도시한 바와 같이, 대물렌즈(1)가 광축을 중심으로 제일 전방에 위치하며, 소정의 변배를 실시하기 위한 변배렌즈(2)가 소정의 거리를 두고 위치하고, 상기 변배렌즈(2)의 뒷부분에 전달렌즈(3)와 대안렌즈(4)가 순차적으로 위치하여 구성된다.

이 때의 동작은 제2도의 (가)에서와 같이 대물렌즈(1)는 임의의 위치에 있는 물체(5)에 대하여 광로를 굴절시켜 경통내로 광을 전달되며, 그 전달된 광에 대하여 변배렌즈(2)는 촬상계의 초점거리 변화와 연동하여 위치 이동함으로써 5'와 같이 도립실상이 맺히는 상거리를 변화시킨다. 이와 같이 대물렌즈(1) 및 변배렌즈(2)에 의해서 형성된 상에 대하여 전달렌즈(3)는 상의 상하, 좌우를 피사계의 물체와 동일한 형태를 갖도록 5와 같이 정립실상을 형성하고, 눈으로 관찰하기에 알맞게 상의 크기를 확대 또는 축소한다. 이와 같이 전달렌즈(3)에 의해 형성된 상은 돋보기 역할을 하는 대안렌즈(4)에 의하여 다시 확대되어 눈으로 전달되며 최조억으로 눈의 망막에 상이 형성되어 진다.

그리고 제2도의 (나)는 상의 변배를 실시하는 변배렌즈(2)가 대물렌즈(1) 방향으로 조금 이동한 경우로 그 구체적인 작용설명은 제2도의 (가)에서와 같다.

또한, 광학식허상의 경우는 제3도의 (가)(나)에 도시한 바와 같이, 광축을 중심으로 제일 앞쪽에 위치한 대물렌즈(11)와, 상기 대물렌즈(11)와 일정한 간격을 두고 상의 변배를 실시하는 변배렌즈(12)와, 상기 광축을 중심으로 상기 변배렌즈(12)와 일정한 간격을 유지하는 대안렌즈(13)로 구성되며, 그의 동작설명은 제4도에 도시한 바와 같이 광학 실상식과 같이 전방에 위치한 대물렌즈(11)는 임의의 물체(14)에 대하여 광을 굴절시켜 경통내로 광을 전달하며 촬상계와 연동하는 변배렌즈(12)에 의하여 14'와 같이 정립 허상을 형성한다. 그리고 이와 같이 대물렌즈(11) 및 변배렌즈(12)에 의하여 형성된 상이 정립 허상이므로 광학 실상식에서와 같이 상 보정을 위한 전달계를 필요로 하지 않으며, 바로 대물렌즈(11)에 의하여 상(15)이 확대되어 눈으로 전달되어 망막에 상이 형성되도록 한다.

이와는 달리 촬상계와 일체화되어 촬상계의 변배부를 공유하는 구조의 티티엘(TTL; THROUGH THE LENS)방식의 광학 뷰 파인더의 경우는 제5도에 도시한 바와 같이, 임의의 위치에 있는 물체에 대하여 광로를 굴절시켜 경통내로 광을 전달하는 대물렌즈(21)와, 상기 대물렌즈(21)를 통해 전달된 광에 대해 촬상계의 초점거리변화와 연동하여 위치이동 및 상거리를 변화시키는 변배렌즈(22)와, 상기 변배렌즈(22)를 통한 광을 평행광으로 만드는 보상렌즈(23)와, 반사면(25a)를 통해 입사된 광에 대해 일부는 수직방향으로 반사하고 나머지 일부는 투과하는 빔 스프리터(25)와 동일한 광축(A1)에 조리개(26)와, 결상렌즈(24)와 수광소자(27)를 두어 결상계를 구성하며, 상기 결상계에 둔 수광소자(27)에 대하여 수평 또는 수직으로 분기된 다른 하나의 광축(A2) 상에 반사면을 포함한 대물렌즈(28), 상기 대물렌즈(28)로부터 전달된 광에 대해 눈에 알맞게 상의 크기를 확대 또는 축소를 상의 상하, 좌우를 피사계의 물체와 동일한 형태로 행하는 전달렌즈(29) 및 눈에 알맞게 다시 확대시켜 출력하는 대안렌즈(30)를 각각 설치하여 뷰 파인더를 구성한다.

상기한 티티엘 방식의 뷰 파인더의 동작을 제6도의 (가)에 의하여 설명하면 먼저 임의의 물체 거리에 위치한 피사체(O)에 대하여 대물렌즈(21)는 경통내의 특정한 위치에 항상 상 O'가 형성되도록 조출하여 포커싱(focusing)을 행한다. 그리고 이와 같은 상에 대하여 변배렌즈(22)는 이동에 의하여 각각 다른 위치에 상(I)를 형성하며 상 위치 변화에 대하여 항상 평행광을 결상계에 전달할 수 있도록 보상렌즈(23)가 조출하게 된다. 이와 같이 형성된 평행광은 결상계에 입사하기 전에 조리개(26) 앞에 설치 된 빔 스프리터(25)에 설치된 반사면(25a)에 의하여 일정 비율로 광량이 분리되며 분리된 후에도 평행광으로서 진행하게 된다. 결상계에 입사된 평행광은 다시 결상렌즈에 의하여 수광소자(27)의 수광면에 결상되어지며(I'), 뷰 파인더계로 입사된 평행광은 대물렌즈(28)에 의하여 뷰 파인더 경통내에 상(I)이 형성되며, 이 상은 다시 전달렌즈(29)에 의하여 다시 경상되어(I1), 상의 크기와 형태가 보정되어 대안렌즈(30)로 전달되며 대안렌즈(34)는 이 상을 확대하여 다시 눈으로 전달하여 상을 관찰할 수 있게 된다.

제6도의 (나)는 상기 변배렌즈(22)를 상기 대물렌즈(21) 쪽으로부터 조금 이동하여 구성된 것으로, 그의 동작설명은 제6도의 (가)에 의한 동작과 같다.

한편, 광학식 뷰 파인더계와는 별도로 캠코더(camcorder)등에 사용되는 뷰 파인더계로는 전자식 뷰 파인더가 있으며, 이 전자식 뷰 파인더(EVF; electric view finder)는 제7도와 같이 전자식 디스플레이(31)와 화면상에 형성된 상을 확대시켜 보기 위한 대안렌즈(32)로 구성되며, 그 동작은 제8도에 도시한 바와 같이, 디스플레이(31)에 형성된 상(O)을 돋보기로 정립 허상을 형성하여 눈으로 전달하게 된다.

그러나, 상기에서와 같은 종래기술에서 설명한 전자식 뷰 파인더를 사용하는 경우는 전력소모가 많고, 칼라 상(color image)을 구현하는 데 비용이 많이 들며, 해상도가 낮을 뿐 아니라 동작 예비시간이 필요하고 전원 오프(off)시 사용이 불가능하며, 중량이 무겁고, 밝은 장소에서 사용하기 어려운 단점이 있고, 촬상계와 별도의 광학식 뷰 파인더를 설치한 경우는 시차가발생하여 시차 보정기구를 두는 등 구조가 복잡하고 실제 촬영상과 관찰상의 차이가 발생하며, 고줌비의 촬상계와 대응한 뷰 파인더 구성이 매우 어려운 단점이 있고, 또한, 기존의 프론트 포커스(front focus) 방식의 줌렌즈(zoom lens)와 一체화하여 사용하던 티티엘 방식의 뷰 파인더의 경우는 평행광이 입사되므로 촬상계와는 별도로 대물렌즈를 설치해야 하고 이에 따라 광학계 구성상 손실이 있으며, 광학계 구조가 복잡한 단점이 있다.

따라서 상기에서와 같은 종래의 단점을 해결하기 위한 본 발명이 목적은 렌즈계의 전면으로부터 대물렌즈, 변배렌즈, 전달렌즈 및 결상렌즈가 배치되어 구성되는 4군 구성의 리어 포커스 방식의 줌렌즈에 있어서, 결상렌즈 최후단에 위치하는 렌즈면과 결상면 사이에 빔 스프리터를 설치하여 광이 투과되어 진행되는 방향으로 뷰 파인더를 설치하여 촬상계와 뷰 파인더를 일체화하고, 광학 구조물을 단순화시킨 광학뷰 파인더를 일체화한 리어 포커스방식 줌렌즈를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 광학 뷰 파인더를 일체화한 리어 포커스방식 줌렌즈는, 제11도에 도시한 바와 같이, 대물렌즈(51), 변배렌즈(52), 전달렌즈(54) 및 결상렌즈(55)가 순차적으로 배치되는 광학계와, 상기 결상렌즈(55)를 거쳐 나온 광을 2분화하는 빔 스프리터(56)와, 상기 빔 스프리터(56)를 거쳐 나온 광이 진행하는 방향의 광축의 제1초점면(63)에서 상을 맺고 다시 전달렌즈(64)를 거쳐 정립정상의 실상을 제2초점면(65)에 만들고 접안렌즈(66)로 확대되어 눈으로 들어가도록 한 뷰 파인더와, 상기 빔 스프리터(56)를 거쳐 나온 광이 진행하는 방향의 광축과 수직한 수광부(67)에서 상하가 반전된 상을 맺고, 이 반전된 상을 다시 보정하는 회로부(68)로 구성한다.

그리고, 상기 변배렌즈(52) 뒤에는 광량 조절을 위한 조리개(53)가 설치되고, 조리개(53) 뒤에는 상을 소정의 기준으로 빔 스프리터(56)로 전달하기 위한 전달렌즈(54)가 설치되고, 상기 전달렌즈(54) 뒤에는 결상렌즈(55)를 두어 전체로서 4군 구성의 줌 렌즈계를 구성한다.

상기에서와 같은 4군 구성의 줌렌즈에 있어서 최후방에 위치한 결상렌즈(550의 가장 마지막 렌즈면과 결상면 사이에 광로를 일정 비율의 밝기로 분리하기 위하여 빔 스프리터(56)를 설치한다.

이때 빔 스프리터(56)에 설치된 반사면(56)에 설치된 반사면(56a)에는 최종 결상점에서의 상 및 눈에 전달되는 상의 연색성을 양호하게 유지하기 위하여 결상계를 구성하는 줌렌즈계에 있어 유효한 파장 범위에서 각각의 파장에 대하여 동일한 비율의 반사 및 투과율을 갖도록 코팅을 실시하며, 아울러 프리즘상의 빔 스프리터를 사용하는 경우 고스트(ghost) 및 플레어(flare)를 방지하기 위하여 일부면에 홈을 두는 등의 처리가 필요하다.

상기와 같이 빔 스프리터(56)에 의하여 분리되는 2개의 광축 중 전술한 각 렌즈들과 동일한 광축 상에 씨시디(CCD)를 수광소자로 사용하는 경우 위신호방지를 위하여 광학적 로우 패스 필터(low pass filter)를 설치하고 수광소자(57)를 두어 결상계로서위 기능을 가지는 줌렌즈계를 구성한다.

그리고, 이와는 별도로 빔 스프리터(56)에 의하여 수직으로 반사되어 형성된 광축에 대하여 발산광은 수렴시키는 기능의 필드 렌즈(field lens)(58)를 설치하고, 전반사경(59)을 빔 스프리터(56)내에 설치된 반사면(56a)과 동일한 각도로 설치하여 광축을 결상계의 광축과 평행하게 구성한다.

이와 같이 평행하게 구성된 광축 상에 상의 형태를 최종적으로 피사체와 동일한 상하, 좌우 형상을 갖도록 보정하고 상의 크기를 광학 수자의 보정이나 눈에 의하여 감지되는 상이 적당한 크기로 감지되도록 조정하여 눈으로 전달하기 위한 최종 상을 전달렌즈(60)가 형성한다.

그리고, 상기 최종 상에 대하여 상을 확대하여 볼 수 있도록 대안렌즈(61)를 설치하여 뷰 파인더계를 구성한다.

제9도에 있어서, (가)는 와이드, (나)는 미들, (다)는 텔레를 각각 도시한 것이고, 이에 대한 각각의 작용설명은 제10도에 도시한 바와 같으며, 이에 대하여 제10도에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.

임의의 물체거리에 위치한 피사체에 대하여 대물렌즈(51)는 도립실상(I1)을 형성한다. 이때 대물렌즈(51)는 기구적으로 고정되어 물체거리의 변화에 따른 포커싱을 실시하지 않는다. 이 도립실상을 물체로 하여 변배렌즈(52)는 다시 정립실상을 형성하며 이 상의 결상 위치와 배율은 변배렌즈(52)의 이동 및 물체거리 변화에 따라 I2, I2'와 같이 변화한다. 이와 같은 변배렌즈(52)에 의한 결상배율의 변화는 최종 상점에서의 결상배율의 변화를 가져 오며 이것은 초점거리의 변화로 나타난다. 이것이 변배렌즈(52)가 변배를 행하는 원리이다. 또한 결상위치의 변화는 결상계를 구성하는 줌렌즈의 후부에 위치한 결상렌즈(55)의 이동에 의하여 항상 수광소자(57)가 위치한 줌렌즈의 결상면에 결상되도록 조정된다. 따라서 이와 같은 동작에 의해 상을 형성하는 줌렌즈를 리어 포커스 방식의 줌렌즈라고 부른다.

상기 변배렌즈(52)에 의하여 형성된 상(I2)은 그 상에서 발산하여 줌렌즈로 입사하는 고아선 폭이 조리개(53)에 의하여 조정되어 상의 밝기가 조정된 후 전달렌즈(54)로 입사된다. 전달렌즈(54)는 발산광을 수렴광으로 변경하여 다시 결상렌즈(55)로 입사시키고 결상렌즈(55)는 최종적으로 변배렌즈(52)에 의한 상(I2)에 대한 도립실상(I3)을 수광솨가 설치된 결상면(62)에 형성된다.

이때 결상면(62)으로 입사하는 수렴광은 빔 스프리터의 반사면(56a)에 의하여 일부 광이 반사되고 반사면과 광축이 교차하는 점을 중심으로 결상면과 동일한 위치에 상(I4)을 형성하며, 이 상에서 발산하는 광은 필드 렌즈(field lens)(58)에 의하여 수렴광으로 변환되어 진행하게 되며 진행중 전반사경(59)에 의해 반사되어 광로가 꺾이어 전달렌즈(60)로 입사된다. 입사된 광선에 대하여 전달렌즈(60)는 전달렌즈(60) 후부에 성치된 대안렌즈(61) 근체에 정립실상(I5)을 형성하고, 이 상을 돋보기 역할을 하는 대안렌즈(61)에 의하여 관찰각을 확대시켜 확대된 상을 관찰할 수 있게 된다.

이와 같이 동작하는 광축과 같은 선상에 광학식 뷰 파인더를 설치하지 않은 광학계는 광을 2번 이상 꺾어 주어야 하기 때문에 광학계가 복잡하고, 공차가 엄격해야 한다.

따라서 본 발명은 제11도에서와 같이 광학계와 동일한 광축선상에 뷰 파인더를 구성한다.

즉, 빔 스프리터(56)에 의하여 분리되는 2개의 광중 대물렌즈(51), 변배렌즈(52), 조리개(53), 전달렌즈(54) 및 결상렌즈(55)들과 동일한 광축선상에 뷰 파인더를 구성하는 제1초점면(63), 전달렌즈(64), 제2초점면(65) 및 접안렌즈(66)가 위치하고, 상기 광축과 수직하게 수광소자(67)와 회로부(68)가 위치하도록 구성되며, 이에 대한 동작에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

빔 스피리터(56)의 반사면(56a)을 통해 2분화됨에 있어 상기 반사면(56a)에서 투과된 광은 제1초점면(63)에서 상을 맺고 다시 전달렌즈(64)를 거쳐 정립정상의 실상을 제2초점면(65)에서 만들고 접안렌즈(66)로 확대되어 눈으로 들어간다.

한편, 상기 반사면(56a)에서 수직으로 반사된 광은 수광부(67)에 상하가 반전된 상이 맺힌다. 그러면 이 상하가 반전된 상을 회로부(68)에서 다시 보정한다. 이와 같이 뷰 파인더가 광의 진행방향에 위치하고 수광부(67)가 광 진행방향에서 90°꺾인 지점에 위치할 경우 상기 수광부(67)에 맺히는 상은 반전되어 있으므로 회로부(68)에 보정시키는 역할이 필요하게 되는 것이다.

그리고, 제12도와 제13도, 제14도에서와 같은 변형이 가능한데, 이는 광학식 뷰 파인더 부분을 착탈식으로 만들면 기능에 따라 광학계 부분을 그대로 둔 상태에서 응용이 가능하다.

즉, 제12도는 전달렌즈 부분을 길이, 크기, 재질에 따라 변형이 가능하다는 것을 보여주는 예이다.

그리고, 제13도는 전달렌즈(64) 부분을 생략하고 접안렌즈(66) 부분만을 채용한 형태로 상은 반전되어 눈으로 들어오나 소형화에 유리한 장점을 갖고 있다.

제14도는 빔 스프리터(56) 후단의 제1초점면(63) 또는 제2초점면(65)에 필름(63')을 설치하게 되면 원하는 정화 혹은 동화를 찍을 수 있어 일반 카메라와 같이 사용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 광학계와 같은 광축상에 뷰 파인더를 설치하여 광학 구조물을 단순화시켜 비용 절감을 가져오고, 종래의 단점들을 극복하도록 한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 렌즈계의 전면으로부터 대물렌즈, 변배렌즈, 전달렌즈 및 결상렌즈가 배치되어 구성되는 4군 구성의 광학계를 갖는 리어 포커스방식의 줌렌즈에 있어서, 상기 결상렌즈 최후단에 위치하는 렌즈면과 결상면 사이에 빔 스프리터를 설치하고, 상기 빔 스프리터로 광이 투과되어 진행되는 방향으로 제1초점면, 전달렌즈, 제2초점면 및 접안렌즈가 순차적으로 배치되는 뷰 파인더를 설치하고, 상기 빔 스프리터를 통해 반사된 광의 진행방향과 수직인 방향으로 반전된 상을 보정하기 위한 수광부와 회로부를 설치하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 뷰 파인더를 일체화한 리어 포커스방식 줌렌즈.
2. 제1항에 있어서, 전달렌즈 부분을 생략하고 접안렌즈 부분만을 채용하여 소형화되게 구성된 것을 특징으로 하는 광학 뷰 파인더를 일체화한 리어 포커스방식 줌렌즈.
3. 제1항에 있어서, 제1초점면에 필름을 설치하여 정지화상이나 동화상을 찍을 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는 광학 뷰 파인더를 일체화한 리어 포커스상빅 줌렌즈.
4. 제1항에 있어서, 제2초점면에 필름을 설치하여 정지화상이나 동화상을 찍을 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는 광학 뷰 파인더를 일체화한 리어 포커스상빅 줌렌즈.