KR101134538B1 - 조심 조정이 가능한 굴절 광학계 경통 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지털 카메라 조립 공정에서 발생하는 광축 불일치를 보정하여 광학 성능을 높이고 제품 불량률을 감소시키기 위하여, 피사체의 영상을 나타내는 입사광의 경로를 굴절시키는 반사 수단; 상기 반사 수단에 의하여 굴절된 광이 통과하여 촬상 수단으로 전달되게 하는 적어도 하나 이상의 렌즈 조립체; 상기 렌즈 조립체를 수용하는 렌즈 베이스; 상기 반사 수단을 수용하며, 상기 렌즈 베이스에 결합되는 렌즈 배럴; 및 상기 렌즈 배럴과 상기 렌즈 베이스의 결합시키며, 상기 반사 수단에 의하여 굴절된 광축의 중심을 조정할 수 있는 조심 조정 수단을 포함하는 굴절 광학계 경통을 제공한다.

Description

조심 조정이 가능한 굴절 광학계 경통{Optical axis adjustable barrel module of refractive optical type}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 조심 조정이 가능한 굴절 광학계 경통의 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 조심 조정 수단을 보여주는 분해 사시도이다.

도 3a는 조심 조정 수단으로 제1 렌즈 조립체를 렌즈 베이스에 결합시키는 모습을 보여주는 도면이다.

도 3b는 조심 조정 수단에 의해 광축의 중심을 조정하는 모습을 보여주는 도면이다.

도 3c는 조심 조정이 끝난 후 조심 조정 수단을 제1 렌즈 조립체에 고정시키는 모습을 보여주는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 *

1 : 렌즈 배럴 10 : 제1 렌즈

11 : 제1 마스크 12 : 제3 마스크

20 : 프리즘 21 : 제2 마스크

22 : 제4 마스크 30 : 제2 렌즈

31 : 제5 마스크 41,42,43 : 제1 나사, 제2 나사, 제3 나사

51,52,53 : 제1 스프링, 제2 스프링, 제3 스프링

100 : 제1 렌즈 조립체 60 : 제2 렌즈 조립체

70 : 제3 렌즈 조립체 80 : 제4 렌즈 조립체

90 : 제5 렌즈 조립체 95 : 렌즈 베이스

96 : 경통 덮개 97 : 촬상수단(CCD)

본 발명은 디지털 카메라의 경통 모듈에 관한 것으로서, 더 상세하게는 광축이 수직으로 꺾이는 굴절광학계에 있어서 광축 불일치 현상을 보정하기 위하여 조심 조정이 가능한 굴절 광학계 경통에 관한 것이다.

최근에는 카메라의 소형화, 박형화를 실현하기 위하여 피사체로부터 CCD까지 필요한 광로 길이를 확보할 수 있도록 피사체 영상을 나타내는 빛의 광축을 프리즘을 이용하여 직각 방향으로 굴절시키는 굴절광학계를 채용하고 있다.

디지털 카메라에서는 광학 성능을 향상(해상력 향상, 수차 제거, 플레어(flare) 제거)시키기 위해 여러 개의 렌즈 조립체를 구비하는데, 각각의 렌즈 조립체가 경통 베이스에 결합되어 경통 상태로 조립이 될 때 아무리 현합이 좋고 조립을 잘하여도 렌즈 조립체간 디센트(decent, 광축에 수직한 방향으로 렌즈가 이동하는 현상)와 틸트(tilt, 렌즈중심축이 광축에 대하여 기울어지는 현상)현상과 같은 광축 불일치 현상들이 생기게 된다.

특히 굴절 광학계 경통의 경우, 피사체로부터 나온 영상을 나타내는 빛을 굴절시키는 제1 렌즈 조립체를 제외한 나머지 렌즈 조립체들은 렌즈 베이스의 가이드 바에 고정되어 있어서 광축 불일치 현상은 주로 제1 렌즈 조립체와 나머지 렌즈 조립체간에 일어나게 된다.

이러한 광축 불일치 현상을 보정하기 위해서 종래에는 맺힌 광이 전기적인 신호로 변환되는 전하 결합 소자(CCD) 에 조심 시스템을 삽입하여 광축 불일치 현상을 보정하고 조정하였다. 그러나, 이러한 방법은 경통 내부에 있는 CCD를 조정해야 하므로 조정행위가 수월하지 않고, 제1 렌즈 조립체는 조정하지 않음으로써 제1 렌즈 조립체의 광학 민감도가 높은 카메라에 대해서는 조심 조정 효과가 크지 않다는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 광학 민감도가 높은 제1 렌즈 조립체를 렌즈 베이스에 결합할 때 경통의 외부에서 나사의 체결 높이만 조절함으로써 수월하게 조심을 조정할 수 있는 굴절 광학계 경통을 제공하는 데 그 목적이 있다.

위와 같은 목적 및 그 밖의 여러 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 피사체의 영상을 나타내는 입사광의 경로를 굴절시키는 반사 수단; 상기 반사 수단에 의하여 굴절된 광이 통과하여 촬상 수단으로 전달되게 하는 적어도 하나 이상의 렌즈 조립체; 상기 렌즈 조립체를 수용하는 렌즈 베이스; 상기 반사 수단을 수용하며, 상기 렌즈 베이스에 결합되는 렌즈 배럴; 및 상기 렌즈 배럴과 상기 렌즈 베이스를 결합시키며, 상기 반사 수단에 의하여 굴절된 광축의 중심을 조정할 수 있는 조심 조정 수단을 포함하는 굴절 광학계 경통을 제공한다.

상기 조심 조정 수단은, 상기 렌즈 베이스와 상기 렌즈 배럴의 사이에 개재되는 탄성부재; 및 상기 렌즈 배럴을 관통하여 상기 렌즈 베이스에 형성된 나사 탭에 체결되는 나사를 포함하며, 적어도 세 개의 상기 나사의 체결 높이를 독립적으로 조절함으로써 경통의 조심을 조정하는 것을 특징으로 한다.

상기 탄성부재는 상기 나사의 개수와 동일한 개수의 코일 스프링이며, 상기 각 나사는 상기 렌즈 베이스와 접하는 상기 렌즈 배럴 면에서 적어도 세 개의 모서리부에 체결되는 것이 바람직하다.

상기 조심 조정 수단으로 광축의 중심을 조정한 후에는 상기 조심 조정 수단을 상기 렌즈 배럴에 고정시키기 위하여 상기 조심 조정 수단과 상기 렌즈 배럴에 적용되는 접착제를 더 구비하는 것이 바람직하다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 조심 조정이 가능한 굴절 광학계 경통의 분해 사시도이며, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 조심 조정 수단을 보여주는 분해 사시도이다.

먼저, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조심 조정이 가능한 굴곡 광학계 경통 모듈의 구성을 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 경통 모듈은 빛이 경통 모듈로 들어온 후 프리즘(20)에 의해 광축이 직각으로 꺾이는 굴곡형 광학계로서, 촬상수단(97), 복수 개의 렌즈 조립체(100,60,70,80,90), 구동 모터 조립체(미도시) 및 렌즈 베이스(95)로 이루어진다. 여기서, 촬상수단은 CCD나 CMOS 센서가 사용될 수 있으며 이하에서는 CCD를 기준으로 설명한다.

복수 개의 렌즈 조립체(100,60,70,80,90)는 제1 내지 제5 렌즈 조립체를 포함하며, 피사체와 CCD(97) 사이에 배치되어 CCD(97)에 비추는 피사체의 영상의 줌 및 초점 조정을 수행한다. 상기 CCD(97)는 광학 저역통과필터(Optical Low Pass Filter)(미도시)를 통과한 피사체의 영상을 나타내는 광을 전기적인 신호로 변환시킨다. 구동 모터 조립체는 각각 제2 렌즈 조립체(60) 및 제4 렌즈 조립체(70)를 상기 렌즈 베이스(95) 내에서 움직일 수 있게 하는 구동원으로 줌 및 자동초점을 조절할 경우에 사용된다. 렌즈 베이스(95)는 CCD(97), 복수 개의 렌즈 조립체(100,60,70,80,90) 및 구동모터 조립체를 수용하는 일종의 케이스이다.

복수 개의 렌즈 조립체(100, 60,70,80,90)는 다섯 개의 렌즈 조립체로 구성된다. 제1 렌즈 조립체(100)와 제3 렌즈 조립체(70) 그리고 제5 렌즈 조립체(90)는 고정된 상태로 배치되어 있고, 제2 렌즈 조립체(60) 및 제4 렌즈 조립체(80)는 줌(zooming) 및 자동 초점(auto focusing)조절을 위하여 렌즈 베이스(95) 내측에 가로질러 설치된 두 개의 가이드 바(guide bar)를 따라 렌즈 베이스(95) 내측에서 소정 간격 이동할 수 있도록 되어 있다. 여기서, 상기 렌즈 조립체의 수나 각 조립체에서의 렌즈 수는 본 발명의 도면에 예시된 것에 한정되지 않고, 당해 기술분 야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 변경하여 실시할 수 있는 범위의 것도 포함된다.

특히 제1 렌즈 조립체(100)는, 피사체를 향하는 전방 개구부와 이와 90도 각도를 이루는 하방 개구부가 형성된 렌즈 배럴(1); 렌즈 배럴(1)의 전방 개구부에 배치되는 적어도 한 개의 제1 렌즈(10); 렌즈 배럴(1)의 하방 개구부에 배치되는 적어도 한 개의 제 2렌즈(30); 렌즈 배럴(1)내에 설치되어 제1 렌즈(10)로 입사되는 빛이 제2 렌즈(30)로 향하도록 광축을 90도 바꾸는 반사수단(20)을 구비함으로써 피사체의 영상을 나타내는 빛의 광축을 90도만큼 변화시킨다. 여기서, 반사수단은 프리즘(20)이나 반사거울이 사용될 수 있다. 그런데, 제1 렌즈 조립체(100)를 통하여 굴절된 광축은 제2 내지 제5 렌즈 조립체(60,70,80,90)의 광축과 불일치하는 경우가 발생할 수 있다.

이를 위하여 본 발명에 따른 경통 모듈은 광축을 일치시키는 조심 조정 수단을 구비하고 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 조심 조정 수단은 세 쌍의 나사(41,42,43)와 스프링(51,52,53)을 구비한다. 나사(41,42,43)는 제1 렌즈 조립체(100)와 접하는 측의 렌즈 베이스의 면(1a)에 체결되는데, 이를 위하여 렌즈 베이스 면(1a)의 모서리 부분에는 세 개의 나사탭(95a,95b,95c)이 형성되어 있다. 렌즈 베이스(95)와 결합하는 제1 렌즈 조립체의 렌즈 배럴면(1a)에는 상기 나사탭(95a,95b,95c)과 대응하는 위치에 나사(41,42,43)가 관통하도록 구멍이 형성되어 있다. 여기서, 나사탭(95a,95b,95c)의 형성 위치를 세 개의 모서리 부분에 하는 이유는 안정적인 삼각형 구조를 취함으로써 안정적으로 제1 렌즈 조립체(100)를 지 지하며, 제1 렌즈 조립체(100)의 결합 각도도 마음대로 조정하기 위함이다.

도 3a는 조심 조정 수단으로 제1 렌즈 조립체(100)를 렌즈 베이스(95)에 결합시키는 모습을 보여주는 도면이다. 도면을 참조하면, 렌즈 베이스의 나사탭(95a,95b,95c) 상부에는 코일 스프링(51,52,53)이 배치되고, 렌즈 배럴의 구멍을 렌즈 베이스의 나사탭(95a,95b,95c)에 일치하도록 위치시킨 후 나사(41,42,43)를 렌즈 배럴(1)을 관통하여 렌즈 베이스(95)에 체결시킴으로써 렌즈 배럴(1)과 렌즈 베이스(95)는 결합이 완료된다.

이렇게 경통 모듈이 완성되면, 성능 조정을 위하여 초점을 맞추는 공정이 있으며, 이 때 광축 불일치 여부를 확인하기 위하여 실험을 하게 된다. 만약 광축이 불일치하여 초점이 맞지 않으면 CCD(97)의 이미지 면에 이미지가 흐리게 맺히게 되므로 조심 조정 작업을 하여야 한다. 이러한 조심 조정 작업은 CCD(97)에서 받은 이미지를 카메라의 모니터를 통하여 보면서 수행한다.

도 3b는 조심 조정 수단에 의해 광축의 중심을 조정하는 모습을 보여주는 도면이다. 도면을 참조하면, 제1 나사(41), 제2 나사(42) 및 제3 나사(43)의 체결 높이는 각각 독립적으로 조절이 될 수 있음을 알 수 있다.

만약 피사체 방향(이하 전방이라 한다.)쪽으로 제1 렌즈 조립체(100)를 기울이고자 한다면, 제1 나사(41)와 제2 나사(42)를 풀어서 체결 높이를 높이면 된다. 이 때, 제3 나사(43)는 필요에 따라서 더욱 조여서 체결 높이를 낮울 수도 있다. 만약, 후방으로 제1 렌즈 조립체(100)를 기울이고자 한다면, 제3 나사(43)의 체결 높이를 높이고 제1 나사(41) 및 제2 나사(42)의 체결 높이를 낮추면 된다. 제1 렌 즈 조립체(100)를 전방을 바라봤을 때 좌측으로 기울이고자 한다면, 제1 나사(41)의 체결 높이는 낮추고, 제2 나사(42) 및 제3 나사(43)의 체결 높이는 높이면 된다. 마찬가지로, 제1 렌즈 조립체(100)를 우측으로 기울이고자 한다면, 제2 나사(42) 및 제3 나사(43)의 체결 높이는 낮추고, 제1 나사(41)의 체결 높이를 높이면 된다.

이상과 같은 원리로 제1 나사(41), 제2 나사(42) 및 제3 나사(43)의 체결 높이를 조절함으로써 제1 렌즈 조립체(100)와 렌즈 베이스(95)의 결합 각도를 자유롭게 조절하게 되어, 광축 불일치 현상을 제거할 수 있다.

도 3c는 조심 조정이 끝난 후 조심 조정 수단을 제1 렌즈 조립체(100)에 고정시키는 모습을 보여주는 도면이다. 상기 설명한 조심 조정 작업이 완료되면, 광축이 흔들리지 않도록 나사가 체결된 자리에 접착제(45)를 이용하여 본딩을 행한다. 그럼으로써 경통 모듈은 조심이 조정된 상태로 고정되어 광학 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

도 4는 광학 설계 민감도 분석 프로그램을 이용하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 조심 조정 수단을 구비한 굴절 광학계 경통 모듈의 틸트에 대한 제1 렌즈 조립체 민감도를 나타내는 그래프이다. 여기서 틸트는 제2 내지 제5 렌즈 조립체(60,70,80,90)는 가이드 바에 의해 광축이 정렬이 되어 있고 제1 렌즈 조립체(100)만 틸트 되어 있는 경우로 가정하였다.(Wide는 줌을 사용하지 않은 상태, Tele는 줌 인(zoom in)상태를 뜻함)

그래프에서 Y축은 MTF, X축은 DEFOCUSING POSITION을 나타냅니다. MTF(Modulation transfer function)치는 렌즈의 해상력과 콘트라스트를 객관화한 수치로서, 0 ~ 1.0의 값을 가지며 1.0일 때가 이상적이다.

위 그래프에서 곡선이 볼록하게 가장 높게 올라가 있는 위치가 초점이 가장 잘 맞은 상태로 이 상태가 되도록 조심 조정 공정에서는 초점 조정을 하게 된다.

틸트가 0'일때는 이론적인 경우로서 모든 곡선이 초점이 잘 맞은 베스트 포인트(DEFOCUSING POSITION)에서 MTF치가 0.4 이상이다. 틸트가 15'일때는 이미지면의 주변 S상(Sagittal, 부채살 모양) 2개가 베스트 포인트에서 MTF가 내려가기 시작하다가 TILT 30'일때는 주변 S상 2개가 크게 베스트 포인트에서 벗어날 뿐만 아니라 전반적인 MTF치가 내려간다. 이러한 경향은 줌 인(zoom in)상태에서 더 심각해 진다. 실제로 틸트 30'에서 줌 인 상태에서 사진을 찍으면 사진이 뿌옇게 나온다.

지금까지 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 조심 조정 수단을 사용함으로써, 나머지 렌즈 조립체에 대한 제1 렌즈 조립체(100)의 틸트를 15 이하로 낮출 수 있었고, 그에 따른 MTF치는 틸트가 30 인 경우와 비교하였을 때 이상적인 쪽으로 현저히 향상된 것을 확인할 수 있다. 특히, 제1 렌즈 조립체(100)는 틸트 민감도가 높기 때문에 제1 렌즈 조립체(100)의 결합 각도를 조정하는 조심 조정 수단을 구비함으로써 틸트 현상을 현저히 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 조심 조정 수단은 CCD 조심 조정 시스템과 비교하였을 때 제1 렌즈 조립체(100)에 체결되는 나사(41,42,43)의 체결높이를 변화시킴으로써 조정 행위가 수월하다는 장점이 있다.

본 발명에 따른 조심 조정 가능한 굴절 광학계 경통 모듈에 의하면, 제1 렌즈 조립체를 렌즈 베이스에 결합시키는 나사와 스프링을 이용하는 조심 조정 수단을 구비하고 있다.

따라서, 제1 렌즈 조립체의 광학 민감도가 높은 굴절 광학계 디지털 카메라 조립공정에서 흔히 나타날 수 있는 광축 불일치 현상을 손쉽게 해결할 수 있어서 제품 불량률을 감소시키며, 광학 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 피사체의 영상을 나타내는 입사광의 경로를 굴절시키는 반사 수단;

   상기 반사 수단에 의하여 굴절된 광이 통과하여 촬상 수단으로 전달되게 하는 적어도 하나 이상의 렌즈 조립체;

   상기 렌즈 조립체를 수용하는 렌즈 베이스;

   상기 반사 수단을 수용하며, 상기 렌즈 베이스에 결합되는 렌즈 배럴; 및

   상기 렌즈 배럴과 상기 렌즈 베이스를 결합시키며, 상기 반사 수단에 의하여 굴절된 광축의 중심을 조정할 수 있는 조심 조정 수단을 포함하는 굴절 광학계 경통.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 조심 조정 수단은, 상기 렌즈 베이스와 상기 렌즈 배럴의 사이에 개재되는 탄성부재; 및 상기 렌즈 배럴을 관통하여 상기 렌즈 베이스에 형성된 나사 탭에 체결되는 나사를 포함하며, 적어도 세 개의 상기 나사의 체결 높이를 독립적으로 조절함으로써 경통의 조심을 조정하는 굴절 광학계 경통.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 탄성부재는 상기 나사의 개수와 동일한 개수의 코일 스프링인 굴절 광학계 경통.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 각 나사는 상기 렌즈 베이스와 접하는 상기 렌즈 배럴 면에서 적어도 세 개의 모서리부에 체결되는 굴절 광학계 경통.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 조심 조정 수단으로 광축의 중심을 조정한 후에는 상기 조심 조정 수단을 상기 렌즈 배럴에 고정시키기 위하여 상기 조심 조정 수단과 상기 렌즈 배럴에 적용되는 접착제를 더 구비하는 굴절 광학계 경통.

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