KR101901595B1 - 렌즈 시스템 - Google Patents

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KR101901595B1
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옵토튠 컨슈머 아게
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Abstract

광학시스템은 변형 가능한 부분이 있는 막을 가진 변형 가능한 첫 번째 렌즈를 포함한다. 센서는 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈가 집중시키는 빛을 받도록 설정되어 있다. 광로는 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈를 통해 상기 센서로 뻗어나간다. 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈는 상기 광로를 가로지르는 빛을 상기 센서 상에 직접 집중시키기 위해, 적용된 전기 신호에 따라 조율된다. 첫 번째 광학 미디어의 첫 번째 볼륨과 두 번째 광학 미디어의 두 번째 볼륨은 적어도 부분적으로 상기 막의 상기 변형 가능한 부분에 의해 정의된다. 상기 첫 번째 볼륨과 상기 두 번째 볼륨은 상기 하우징에 의해 완전히 에워싸여 있다. 상기 첫 번째 볼륨과 상기 두 번째 볼륨은 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈의 모든 설정에 변하지 않고 그대로 남아있는다.

Description

렌즈 시스템{LENS SYSTEM}
[0001] 본 발명은 35 U.S.C. 119(e)에 따라, 그 내용이 여기에 포함되고 전체적으로 참조되었으며, 2009년 3월 13일에 출원된 “줌렌즈 시스템과 방법”이라는 제목의 미국 가출원 특허출원 제 61/160,012 호에 대한 이익을 주장한다.
[0002] 본 발명은 렌즈와 렌즈 작동 방법에 관한 것이다.
[0003] 각기 다른 가동 원칙을 활용한 다양한 종류의 광학시스템들이 존재한다. 예를 들면, 무한초점 렌즈는 초점을 맞추는 능력이 전혀 없고, 특정 빔 지름의 평행광선을 또 다른 빔 지름의 평행광선으로 옮긴다. 등초점 렌즈는 단일초점렌즈를 상기 무한초점 시스템에 추가시킴으로써, 탄생된다. 전통적인 줌렌즈 시스템에서 줌 효과를 내기 위해서는, 초점 렌즈는 정지되어 있는 상태로 있고 무한초점 부분의 렌즈 요소들만 전 후로 움직여져야 했다. 결과적으로 등초점 렌즈는 확대/초점 거리가 바뀔 때에도 초점이 그대로 맞는 상태로 있는 것이다.
[0004] 또 다른 접근법으로는, 오늘날 광학시스템으로 때때로 사용되는 가변초점 렌즈시스템이 있다. 가변초점 시스템은, 특정 빔 지름의 평행광선을 또 다른 빔 지름의 평행광선으로 옮기는 것에 근거하지 않는다. 오히려, 축을 따라 움직이는 첫 번째 렌즈가 광선을 초점렌즈인 두 번째 (또는 세 번째) 렌즈를 향해 초점을 맞추거나 광선의 방향을 바꾼다. 영상 면에 위에 항상 선명한 이미지를 얻기 위해, 상기 초점 렌즈는 고정되어 있어서는 안되고 축을 따라 움직일 수 있어야 하거나 초점 조율이 가능해야만 한다. 그러므로, 가변초점 렌즈에서는, 확대/초점 거리를 바꿀 때, 최종 초점 렌즈의 위치나 형태를 조정한다.
[0005] 둘 중 어떤 접근법을 사용하느냐에 관계없이, 전통적인 줌렌즈들은, 몇 개의 광학 요소들이 다른 요소들과의 관련해서 동력화된 자리이동 단계를 따라 축을 따라 움직여야 함으로 공간을 너무 차지하고, 비싸며, 소재가 닳기 쉽기까지 하다. 그들의 이러한 기능적 원칙과 작동으로 인해, 이러한 렌즈들을 핸드폰, 의료 내시경이나, 그 외 공간의 문제가 가장 중요한 다른 장치들에서 사용하기 위해 소형화하는 데는 그 잠재력에 한계가 있다.
[0006] 위에 언급한 결점들을 극복하기 위한 시도는, 축을 따라 움직이고 변형되지 않는 고정 렌즈 대신에 초점 조정이 가능한 렌즈를 사용했던 이전 시스템들을 통해 시행해져 왔다. 이러한 이전의 시스템들에서는, 초점 거리 및 렌즈의 다른 광학적인 특성들을 바꾸기 위해 렌즈의 형태가 바뀔 수 있도록 되어 있었다.
[0007] 불행하게도, 이러한 이전들의 접근법들에는 여전히 몇 개의 결점들이 있었다. 더 구체적으로 말해서, 선택된 특정 줌 원칙 (예를 들어, 무한초점, 등초점 시스템), 또는 충분한 조율 폭을 제공하지 않는 변형 가능한 렌즈들 (예를 들어, 전기습윤 렌즈나 액체 크리스탈 렌즈)의 구성이나 작동 원칙 때문에, 높은 줌 인수를 보장하고, 이미지 센서에 적당한 이미지 크기를 제공하면서, 동시에 충분히 축의 길이를 줄이려는 이전 접근법들의 잠재력엔 여전히 한계가 있었다. 결과적으로 이러한 이전 시스템들의 결점들이 그 시스템들의 응용을 제한했고, 이전 접근법에 대한 사용자들의 불만족을 야기했던 것이다.
본 발명은 렌즈 시스템을 제공하기 위한 것이다.
[0019] 줌렌즈는, 전통적인 줌렌즈와, 변형 가능한 렌즈들을 활용한 이전의 접근법들 모두의 결점을 극복하는 변형 가능한 렌즈들과 함께 제공된다. 여기서 제공되는 변형 가능한 렌즈들은, 예를 몇 개 들자면, 정전구동기, 전자구동기, 피에조 모터, 자기변형구동기, 스테퍼 모터, 전기활성고분자구동기와 같은 높은 초점 조율범위를 제공하는 요소들에 의해 적어도 부분적으로 조율된다. 추가적으로, 여기에 소개된 줌렌즈들은 무한초점/등초점 원칙 대신에 가변초점의 작동원칙을 활용한다. 본 접근법들 중 한 예에서는, 단일초점 조율가능 렌즈가 단일오토포커스 요소로 사용된다.
[0020] 이 실시예들 중 상당수에서, 콤팩트 줌렌즈는 변형 가능한 부분과 충전제 물질을 포함한, 막으로 만들어진 변형이 가능한 첫 번째 렌즈를 포함한다. 이 접근법들에서 변형은 적어도 부분적으로 정전구동기, 전자구동기, 자기변형구동기, 피에조 모터, 스테퍼 모터, 전기활성고분자구동기와 같은 요소에 의해 이루어진다.
[0021] 상기 렌즈는 또한, 센서에 충분히 확대된 이미지를 제공하는 곡률반경의, 고정된 발산렌즈를 포함한다. 예를 들면, 상기 반경은 최소 약 1.5 mm이어서 굉장히 마이너스인 초점 능력을 제공한다. 상기 렌즈는 또 변형 가능한 부분과 충전제 물질을 포함한 막으로 만들어진 변형 가능한 두 번째 렌즈를 포함하는데, 이 충전제 물질은 다양한 필드 각도에서 광선을 희망하는 이미지 크기로 센서에 향하게 해주는 줌 요소로 작용한다. 이렇게 설정된 렌즈는 변형 가능한 렌즈의 특성을 보이며, 매우 높은 조율범위를 갖는다. 더 나아가, 상기 렌즈는, 상기 광학시스템이 형성하는 이미지를 감지하는 센서 (예를 들면, 센서 칩)를 포함한다. 추가적으로, 상기 렌즈는 무한초점/등초점 원칙 대신, 광학시스템의 가변초점 원칙을 따른다(즉, 변형 가능한 두 번째 렌즈는 센서 칩에 상기 광선들을 직접적으로 향하게 해주는 초점 요소로서 작용한다).
[0022] 다른 실시예들에서, 상기 줌렌즈는 하나 또는 하나 이상의 단계 판, 또는 단일 렌즈나 광학시스템 전체의 단색일탈의 교정을 하기 위한 교정 렌즈 요소들을 포함한다. 몇몇 예에서는, 무색 요소가 색의 일탈을 교정하기 위해 변형 가능한 두 번째 렌즈 앞에 또는 뒤에 위치한다. 그리고 다른 예에서는, 필드를 보정하는 플레트너 렌즈가 상기 광학시스템의 시야곡률을 교정하기 위해 변형 가능한 두 번째 렌즈 뒤에 위치한다.
[0023] 또 다른 실시예들에서는, 변형 가능한 첫 번째 렌즈로만 이루어지고, 변형 가능한 부분과 충전제 물질을 포함한 막으로 만들어진 광학시스템이 제공된다. 다른 대안으로서, 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈의 광학적 특성들이, 정전구동기, 전자구동기, 자기변형구동기, 피에조 모터, 스테퍼 모터, 전기활성고분자구동기와 같은 요소에 의해 오토포커스 요소의 역할을 하도록 조정될 수도 있다. 이 두 가지 접근법 중 무엇을 사용하건 간에, 다양한 촬영 거리로부터의 광선 원뿔은 센서 상에 예리하게 초점이 맞춰진다. 단계 판이나 교정렌즈 요소 또한 단색 일탈의 교정을 위해 이러한 접근법에서 사용될 수 있다.
[0024] 결과적으로, 현재의 접근법들은 매우 작은 가변초점 시스템을 만들기 위해 두 개의(또는 잠재적으로 하나 이상의) 변형 가능한 렌즈를 많은 수의 고정된, 변형 가능하지 않은 광학 요소와 함께 사용한다. 조정 가능한 렌즈들은 변형 가능한 부분과 충전제 물질을 포함한 막으로 만들어졌고, 변형은 적어도 부분적으로, 정전구동기, 전자구동기, 자기변형구동기, 피에조 모터, 스테퍼 모터, 전기활성고분자구동기와 같은 요소에 의해 이루어진다. 이렇게 설정된 렌즈는 전기습윤이나액체 크리스탈같은 다른 렌즈 조율 기술보다 훨씬 우월한, 높은 조율범위를 제공할 수 있게 된다. 추가적으로, 단색 일탈의 교정을 쉬한 단계 막이나 교정 렌즈 요소들은 상기 줌렌즈에 사용된 변형 가능한 렌즈와 함께 사용될 수 있다.
[0025] 이 전의 줌 시스템과 대조하여 언급되었듯이, 여기 묘사된 상기 렌즈는 공간을 낭비하고 많은 수의 광학 요소들을 필요로 하는 무한초점/등초점 원칙에 의해 작동하지 않는다. 대신에, 상기 렌즈와 이 렌즈들이 배치된 시스템은 축의 길이와 줌을 하기 위해 필요한 광학 요소들의 수를 줄이기 위해 가변렌즈의 원칙에 따라 작동한다. 일반적으로 말해서, 또 하나의 예를 들자면, 변형 가능한 첫 번째 렌즈는 빔의 퍼짐의 다양한 각도의 광선 묶음을 만들어내고, 변형 가능한 두 번째 렌즈는 광선을 센서에 직접적으로 집중시키는 초점 요소로 작용한다.
[0026] 상기 가변초점 작동 원칙과는 대조되게, 무한초점 렌즈는 초점을 맞추는 능력이 없으며, 특정 빔 지름의 평행 광선을 또 다른 지름의 평행 광선으로 옮긴다. 단일초점렌즈를 상기 무한초점 시스템에 추가시킴으로써, 등초점 렌즈가 탄생된다. 이 전의 줌 시스템에서는, 상기 초점을 맞추는 렌즈가 한 위치에 고정되어 있는 동안, 무한초점 부분의 렌즈 요소 만이 줌 효과를 얻기 위해 이동되었다. 다른 말로, 여기에서 사용되었듯이, 등초점 렌즈는 확대/초점 거리가 변할 때 초점이 맞춰진 상태로 남아있는 렌즈이다.
[0027] 가변초점 렌즈 시스템은 특정 빔 지름의 평행 광선을 또 다른 지름의 평행 광선으로 옮기는 것에 기반하지 않는다. 항상 센서에 예리한 이미지를 얻기 위해, 초점을 맞추는 렌즈는 고정되어 있지 않다. 다른 말로, 여기에서 사용되었듯이, 가변초점 렌즈는 확대/초점 길이가 변할 때, 최후의 초점을 맞추는 렌즈의 위치나 형태를 조정한다. 즉, 가변초점 렌즈는, 초점이 초점거리와 함께 변하는, 고정되지 않은 초점 길이를 가진 렌즈이다.
[0028] 이 실시예들 중 상당수에서, 광학시스템은 변형 가능한 첫 번째 렌즈, 센서, 그리고 광로를 포함한다. 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈는 변형 가능한 부분이 있는 막을 포함한다. 상기 센서는 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈에 의해 집중된 빛을 받도록 설정되어 있고, 광로는 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈를 통해 뻗어나가 상기 센서에 이른다. 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈는 광로를 따라 가로지르는 빛을 직접적으로 상기 센서에 집중시키기 위해 적용된 전기 신호에 따라 조율된다. 첫 번째 광학 매체의 첫 번째 볼륨(volume)과 두 번째 광학 매체의 두 번째 볼륨은 적어도 부분적으로 상기 막의 변형 가능한 부분에 의해 정해진다. 상기 첫 볼륨과 상기 두 번째 볼륨은 완전히 하우징에 의해 에워싸진다. 상기 첫 볼륨과 상기 두 번째 볼륨은, 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈의 모든 설정에도 실질적으로 그대로 유지된다.
[0029] 어떠한 관점에서는, 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈는, 적어도 부분적으로, 정전구동기, 전자구동기, 자기변형구동기, 피에조 모터, 스테퍼 모터, 전기활성고분자구동기와 같은 요소에 의해 변형된다. 다른 예도 가능하다.
[0030] 다른 관점에서는, 변형 가능한 두 번째 렌즈는 상기 광로 내에서 배치된다. 상기 변형 가능한 두 번째 렌즈는, 광로를 따라 가로지르는 빛을 상기 센서에 집중시키기 위해 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈와 함께 작동한다. 몇몇 예에서는, 상기 변형 가능한 첫 번째와 두 번째 렌즈들은 광로를 따라 가로지르는 빛을 가변초점 작동에 따라 직접적으로 상기 센서에 집중시키기 위해 적용된 전기 신호에 따라 조율된다. 또 다른 예에서는, 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈와 변형 가능한 두 번째 렌즈는 적어도 부분적으로 정전구동기, 전자구동기, 자기변형구동기, 피에조 모터, 스테퍼 모터, 전기활성고분자구동기와 같은 요소에 의해 조율된다. 구동기 요소들의 다른 예들도 가능하다.
[0031] 이 예들의 몇몇에서, 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈는 오목 형태에서 볼록 형태로 변하도록 설정되어 있다. 다른 예들에서는, 변형 가능한 두 번째 렌즈는 볼록 형태에서 오목 형태로 변하도록 설정되어 있다.
[0032] 교정하는 고정렌즈 요소 또한 배치될 수 있고, 상기 교정하는 고정 렌즈 요소는 상기 초점조정 가능한 첫 번째 렌즈와 통합되어 있고, 상기 교정하는 고정렌즈는 상기 변형 가능한 렌즈의 변형 가능한 물질과 닿아 있고, 단색 또는 다색 일탈을 교정하도록 설정되어 있다. 몇몇 접근법에서는, 상기 교정하는 고정렌즈 요소가 단단한 물질 (예를 들면, 유리, 폴리카보네이트, PMMA, 시클로올레핀폴리머 또는 공중합체 (copolymer))로 만들어져 있다. 몇몇 예에서는, 구경 조리개가 상기 두 변형 가능한 렌즈들 사이에 배치되어 있다. 다른 접근법들에서는, 구경 조리개가 변형 가능한 첫 번째 렌즈 안에 배치되어 있다.
[0033] 다른 관점에서, 고정된, 변형 가능하지 않은 렌즈는 상기 광로 안에 배치되어 있다. 상기 고정된, 변형 가능하지 않은 렌즈는 단단한 물질로 만들어져 있으며, 상기 고정된, 변형 가능한 렌즈는 단색 또는 구체의 일탈을 교정하기 위해 설정되어 있다.
[0034] 또 다른 관점에서, 적어도 하나의 고정된, 변형 가능하지 않은 렌즈는 상기 광로 안에 배치되어 있다. 상기 고정된, 변형 가능하지 않은 렌즈는 단단한 물질로 만들어져 있을 수도 있으며, 상기 고정된, 변형 가능한 렌즈는 다색의 일탈을 교정하기 위해 설정되어 있다.
[0035] 다른 예들에서, 교정하는 렌즈는 상기 광로 안에 배치되어 있다. 상기 교정하는 렌즈는 단단한 물질 (예를 들면, 유리, 폴리카보네이트, PMMA, 시클로올레핀폴리머 또는 공중합체 (copolymer))로 만들어져 있고, 상기 교정하는 렌즈는 상기 센서와 가장 가까이 있는 변형 가능한 렌즈와 상기 센서 사이에 배치되어 있다.
[0036] 이러한 접근법들 중에 상당수에서, 상기 광학시스템의 총 축의 길이는, 상기 렌즈가 대각선 d를 가진 이미지 센서를 위해 줌 지수 k를 만들어 낼 수 있도록, L값으로 줄어드는데, r=L/(k*d)의 비율을 가진다. 완전히 줌 된 상태에서 상기 센서를 완전히 비추는 이미지 크기를 만들어낼 때, 비율 r은 대략 0.7보다 작다.
[0037] 상기 작동 신호는 다양한 근원에서 기인할 수 있다. 예를 들면, 상기 작동 신호는 사람 손으로 생성된 것일 수도 있고 자동으로 생성된 것일 수도 있다.
[0038] 다른 실시 예들에서, 렌즈 시스템은 변형 가능한 첫 번째 렌즈, 교정하는 광학 요소, 센서, 광로를 포함한다. 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈는 충전제 물질을 포함한다. 상기 교정하는 광학 요소는 상기 충전제 물질과 닿아 있다. 상기 센서는 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈에 의해 집중된 빛을 받을 수 있도록 설정되어 있다. 상기 광로는 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈와 상기 교정 가능한 요소를 따라 상기 센서까지 뻗어 있다. 변형 가능한 첫 번째 렌즈는 상기 광로를 따라 상기 센서까지 가로지르는 빛을 직접적으로 집중시키기 위해, 적용된 - 사람 손에 의한 또는 자동의 - 전기 신호에 따라 조율되고, 상기 교정하는 요소는 상기 광로를 가로지르는 빛의 적어도 한 특성을 조정한다
[0039] 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈는 적어도 부분적으로 정전구동기, 전자구동기, 자기변형구동기, 피에조 모터, 스테퍼 모터, 전기활성고분자구동기와 같은 요소에 의해 조율될 수 있다. 구동기 요소의 다른 예도 가능하다.
[0040] 다른 예들에서, 변형 가능한 두 번째 렌즈는 상기 광로 안에 배치되어 있고, 상기 변형 가능한 두 번째 렌즈는 상기 광로를 가로지르는 빛을 상기 센서 상에 집중시키기 위해 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈와 같이 작동한다. 이러한 예들 중 상당수에서, 상기 첫 번째 렌즈와 상기 두 번째 렌즈는 적어도 부분적으로 정전구동기, 전자구동기, 자기변형구동기, 피에조 모터, 스테퍼 모터, 전기활성고분자구동기와 같은 요소에 의해 조율된다.
[0041] 다른 관점들에서, 상기 교정하는 광학 요소와 상기 충전제 물질에 의해 정해지는 접점은 그 형태에 있어서 상기 디자인 광선이 통과하는 변곡점이 없다. 이러한 요소들의 형태에서 존재하는 변곡점은 온도 민감도에 관련하기 때문에 일반적으로 바람직하지 않다. 만약 상기 광학 표면에 변곡점이 있다면, 상기 충전제 물질과 상기 교정하는 렌즈 요소 사이의 접점에서 2를 초과한 값을 갖는 (2차의) 추가의 표면 오더는, 굴절률의 차이에 더 민감하게 반응함으로 인해 온도가 디자인 온도로부터 벗어날 때, 이미지 질의 더 심한 저하를 낳는다. 변곡점의 제거는 이러한 문제들을 없애거나 실질적으로 없앤다.
[0042] 여기서 기술되는 상기 교정하는 렌즈는 하나의 형태로 설정된 정면 표면과 후면 표면을 포함할 수도 있다. 상기 형태는 구면 형태 또는 비구면의 형태와 같이 다양한 종류가 될 수 있고, 또는 고차다항식에 의해 설명될 수 있는데, 이 고차다항식은, 예를 들면, 대략 4 와 같거나 더 큰, 비구면의 계수를 갖는 문자 "m " 과 같은 모양, 또는 대략 4 와 같거나 더 큰, 비구면의 계수를 갖는 문자 "w" 와 같은 모양을 만들어낸다. 다른 형태의 예들도 가능하다.
본 발명의 완전한 이해를 위하여 다음의 첨부된 도면이 참조되어야 한다.
도 1A, 1B 는 본 발명의 원리에 따른 렌즈시스템의 다이어그램,
도 2A, 2B는 본 발명의 원리에 따른 줌렌즈 시스템의 블록다이어그램,
도 3 은 본 발명의 원리에 따른 렌즈 시스템의 다이어그램,
도 4a, 4b, 4c, 4d 는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 시스템의 다이어그램,
도 5a, 5b, 5c, 5d 는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 시스템의 다이어그램,
도 6a, 6b 는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 렌즈 시스템의 다이어그램, 도 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f 는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 렌즈 시스템의 다이어그램,
도 8a, 8b 는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 렌즈 시스템의 다이어그램, 도 9 는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 렌즈 시스템의 다이어그램이다.
동일하거나 비슷한 요소를 보여주는 몇몇 관련 도면들에서 명확성을 위해 몇몇 요소들은 참조부호가 붙어 있지 않다. 당업자라면 이 도면들의 요소들이 심플하고 명확하게 표현되어 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 더 나아가, 특정 동작 및/또는 단계가, 일어난 특정 순서대로 도시되거나 그려졌음을 인식할 수 있을 것이다. 하지만 통상의 기술자는 이러한 순서에 대한 특정화가 사실상 필수적인 것은 아니라는 것을 이해할 것이다. 또한, 여기 사용된 단어와 표현들은, 예외적으로 여기에 특정 의미가 제시된 곳을 제외하고는, 그들 각각에 부합되는 연구와 조사의 영역에서 부여된 통상의 의미를 갖고 있다는 것을 이해하여야 한다.
[0043] 도 1a 를 참조하면, 줌이 안된 광각상태(예를 들면, 줌 인수=1)의 줌 렌즈가 묘사되어 있다. 낮은 초점력 상태의 변형 가능한 첫번째 줌 렌즈(101)가 보여진다. 첫 번째 단계 판 또는 교정하는 렌즈 요소(102)는 상기 렌즈의 구체의 일탈 같은 단색 일탈, 또는 색 일탈을 교정하기 위해 선택적으로 사용된다. 렌즈 그룹(103)은 그 다음의 변형 가능한 두 번째 렌즈(104)의 줌 기능을 지원하기 위한 목적을 수행하거나 구체의 일탈 같은 단색 일탈, 또는 색 일탈을 교정하기 위해 하나 또는 하나 이상의 고정된, 변형 가능하지 않은 렌즈로 구성된다.
[0044] 변형 가능한 두 번째 렌즈(104)는 높은 초점력의 상태에 있으며, 가변초점 작동 원칙에 따라 상기 이미지 센서(107)에 빛을 집중시킨다. 두 번째 단계 판이나 교정하는 렌즈 요소(105)은 단색 또는 다색 일탈을 교정하기 위해 사용된다. 필드를 보정하는 플레트너 렌즈(flattener lens)(106)는 상기 광학시스템의 시야곡률을 교정하는 목적을 수행하기 위해 사용된다. 이미지는 최종적으로 이미지 센서(107)에 형성된다. 몇몇 예에서는, 상기 교정하는 렌즈나 렌즈 그룹(103 또는 106)이 제외되고 교정하는 요소들이 더 사용되어도 좋다.
[0045] 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈(101)와 상기 변형 가능한 두 번째 렌즈(104)의 형태는 정전구동기, 전자구동기, 피에조 모터, 자기변형구동기, 스테퍼 모터, 전기활성고분자구동기와 같은 요소를 이용하여 바뀔 수도 있다.
[0046] 상기 변형 가능한 렌즈(101)는, 자동의 또는 손으로 하는 작동에서 오는 입력신호에 따라, 첫 번째 전압 또는 전류 제어 요소(18)에 의해 그 전압이나 전류가 조정된다. 상기 오토포커스(autofocus) 알고리즘은 이미지를 오토포커스하는 입력을 제공한다면 알고리즘의 어떤 종류라도 상관없다. 그러한 오토포커스 알고리즘은 통상의 기술자에게는 널리 알려져 있고 여기서 더 이상 기술되지 않을 것이다. 변형 가능한 두 번째 렌즈(104)는, 자동 또는 수동 작동으로부터 전달되는 입력신호에 따라, 두 번째 전압 또는 전류 제어 요소(109)에 의해 그 전압이나 전류가 조정된다.
[0047] 여기서 기술된 조율 가능한 또는 변형 가능한 렌즈들은 본 발명과 동일자로 렌즈 어셈블리 시스템과 방법”의 표제된 사건번호 97372의 출원건에 기술된 접근법에 따라서도 조정될 수 있으며, 그 출원건의 내용은 전부 여기에 포함되어 있다. 다른 조율 접근법들도 사용될 수 있다.
[0048] 상기 이미지 센서(107)는 어떠한 종류의 감지장치도 될 수 있다. CCD나 CMOS 기술에 근거한 어떠한 이미지 센서도 사용될 수 있다. 이러한 이미지 센서는 보통 어떠한 디지털 카메라나 핸드폰 카메라에라도 사용되는데, 3 메가 픽셀 또는 12 메가 픽셀과 같이 다양한 픽셀 값을 갖는다. 이미지 센서의 한 예는 옴니비젼 사(Omnivision Inc.)의 OV5630 1/3.2” 5 메가 픽셀 센서이다. 다른 이미지감지기술 그리고/또는 감지 칩이 이용될 수도 있다.
[0049] 도 1b 를 참조하면, 도 1a 의 똑 같은 줌 렌즈가 이젠 완전히 줌 된 텔레-포토 상태(tele-photo state)(줌 인수(zooom factor) > 약 2.5)에 있는 상태로 도시된다. 도시된 바와 같이, 상기 광선 묶음을 상기 이미지 센서(107)상에 집중시키기 위해 상기 변형 가능한 두 번째 렌즈(104)가 낮거나 심지어 음수의 초점력의 상태에 있고, 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈(101)는 높은 초점력의 상태에 있다.
[0050] 도면 1a 의 예에서와 같이, 변형 가능한 첫 번째 렌즈(101)와 변형 가능한 두 번째 렌즈(104)는 형태가 바뀐다. 왜냐하면, 표면 변형이 정전구동기, 전자구동기, 피에조 모터, 자기변형구동기, 스테퍼 모터, 전기활성고분자구동기와 같은 요소와 함께 실현되기 때문이다. 도면 1a 의 예에서와 같이, 전류나 전압을 올리는 것은 상기 렌즈의 초점력을 증가하거나 감소시킨다. 줌 기능을 활성화시키기 위해선, 사용자는 여기 다른 곳에서 묘사된 데로 변형 가능한 첫 번째 렌즈가 자동으로 오토포커스 알고리즘에 의해 조정되는 동안 변형 가능한 두 번째 렌즈의 형태 변화를 개시하는 버튼을 눌러야 한다.
[0051] 또한 도 1a 의 예에서와 같이, 변형 가능한 렌즈(101)는 자동 또는수동 작동으로 전달되는 입력신호에 따라 첫 번째 전압 또는 전류 제어 요소(108)에 의해 전압이나 전류가 조정된다. 상기 변형 가능한 두 번째 렌즈(104)는 자동 또는 수동 작동으로 전달되는 입력신호에 따라 두 번째 전압 또는 전류 제어 요소(109)에 의해 전압이나 전류가 조정된다. 상기 오토포커스 알고리즘은 렌즈의 초점 조정을 결정하고 최초의 전압 또는 전류 제어 요소(108)에 또는 두 번째 전압 또는 전류 제어 요소(109)에 이러한 조정을 하는 표시하는 입력을 제공하는 어떠한 종류의 알고리즘도 가능하다. 상기 전압 또는 전류 제어 요소(108)는 그것의 전압이나 전류를 조정함으로써 상기 렌즈 (101)의 광학적 특징을 바꾸며, 결과적으로 이미지를 오토포커스한다. 상기 첫 번째 전압 또는 전류 제어 요소(108)와 두 번째 전압 또는 전류 제어 요소(109)는 입력 신호(예를 들면, 사용자의 입력이나 오토포커스 알고리즘으로부터의 신호)를 받는 아날로그나 디지털 전자 부품들의 어떠한 조합도 가능하고, 변형 가능한 첫 번째 렌즈(101)나 변형 가능한 두 번째 렌즈(104)의 형태를 직·간접적으로 조정하기 위해 상기 신호를 사용한다.
[0052] 더 구체적으로, 상기 렌즈의 형태는 몇 가지 접근법에 따라 조정될 수 있다. 여기에 기술된 접근법들에 추가로, 다른 접근법들도 가능하다. 한 예를 들면, 상기 전압 또는 전류 제어 요소들은 전압이나 전류를 받아서, 이 받은 전압과 전류에 근거하여 직접 전압이나 전류를 상기 렌즈에 닿아 있는 전기적인 리드선(lead)을 통해 상기 렌즈에 적용시킨다.
[0053] 본 접근법들에서의 상기 고정된, 변형되지 않는 렌즈(즉, 변형될 수 없는 형태를 갖거나 초점이 조정될 수 없는 모든 렌즈)를 만드는 방법은 많다. 예를 들면, 첫 번째 단계 판(plate)이나 교정하는 렌즈 요소(102) (예를 들면, 커버 글라스 컴펜세이터(cover glass compensator), 상기 렌즈 그룹 (103) (예를 들면, 발산 렌즈 또는 메니스커스 렌즈(meniscus lens))이나 상기 플레트너 렌즈(106) (예를 들면, 시야곡률의 보상으로 쓰이는)와 같은, 도 1a 와 1b 에서의 스테이틱 렌즈(static lens)는 유리, 폴리카보네이트, PMMA, 시클로올레핀폴리머, 또는 공중합체와 같은 물질을 이용해서 사출성형의 기술로 만들어질 수 있다. 다른 제조 접근법과 유리와 같은 물질 또한 이용될 수 있다.
[0054] 더 나아가, 추가적인 변형 가능한 렌즈가 필요하다면, 그리고/또는 유리하다면, 사용될 수 있다. 몇몇 접근법에서는, 두 개의 변형 가능한 렌즈를 사용할 경우 굉장한 능률적이다. 그러나, 다른 예에서는 더 많은 변형 가능한 렌즈가 사용될 수 있다. 예를 들면, 제 3의 변형 가능한 렌즈가 쓰여져, 광학 질을 높이거나 줌 레인지를 높이는 것과 같은 다양한 목적으로 이용되는 것이다.
[0055] 도 2a 와 2b 를 참조하면, 줌 되지 않은 와이드 앵글 상태(도 2a 에 도시되어 있듯이)와, 시스템 안에서 광선의 길목을 상징하는 상기 광학 주광선 (204)의 상기 완전히 줌 된 텔레-포토 상태의 도식적인 줌 렌즈가 묘사되었다. 상기 줌 렌즈는 첫 번째 렌즈 그룹(201)와 두 번째 렌즈 그룹(202)과 이미지 센서 (203)로 구성되었는데, 상기 첫 번째 렌즈 그룹(201)은 부분적으로는 변형 가능한 렌즈와 하나 또는 하나 이상의 교정하는 렌즈 요소로 구성되었고, 상기 두 번째 렌즈 그룹(202) 역시 부분적으로는 변형 가능한 렌즈와 하나 또는 하나 이상의 교정하는 렌즈 요소로 구성되었다. 상기 다양한 렌즈 그룹들 안의 상기 교정하는 요소들은 고정되었고, 다양한 종류의 광학적 에러의 보상으로 쓰이는, 특별한 형태의 표면을 가진 변형 가능하지 않은 렌즈들이다. 추가적으로, 적외선(IR) 필터나, 자외선(UV) 필터가 사용될 수 있다. 도 2a 와 2b 의 전체적인 시스템의 총 길이는 L이다. 도 2a 에서 볼 수 있듯이, 알파의 각도로 먼 거리에서 렌즈에 들어오는 광선은 상기 센서 칩(203)의 총 대각선 d (d는 여기서 길이의 측정 값)의 반에 해당되는 이미지 높이(image hight)로 이미지화 될 수 있다. 도 2b 에서 볼 수 있듯이, 상기 줌 인수가 높아졌다. 더 구체적으로 말하면, 도 2b 에서 볼 수 있듯이, 도면 2a 의 알파 각도보다 작은 베타의 각도로 상기 시스템에 들어가는 광학 주광선 (204)은 상기 센서 칩의 총 대각선 길이(d)의 반에 해당되는 이미지 높이로 이미지화 될 수 있다. 상기 시스템의 줌 인수(zoom factor) k 는 알파 각도의 접선 나누기 베타 각도의 접선으로 정의 될 수 있다. 여기에 소개된 많은 수의 접근법들에서, 대각선 길이(d)의 이미지 센서를 위해 렌즈가 줌 인수(k)를 낼 수 있도록, 상기 광학시스템의 총 축 길이는 L값으로 줄어들고, 여기서 r=L/(k*d)의 비율을 갖는다. 상기 비율 r 은, 줌 되지 않은 상태 (와이드 앵글)과 완전히 줌 된 상태(텔레포토) 상태 모두에서 상기 센서를 완전히 비추는 이미지 사이즈를 만들어내도록, 대략 0.7보다 작다.
[0056] 도 3 을 참조하면, 단일 오토포커스 요소(single autofocus element)가 도시되었고, 독립적으로 사용되었다(또는 광학시스템의 부분으로 다른 구성요소와 함께). 예를 들면, 정전구동기, 전자구동기, 피에조 모터, 자기변형구동기, 스테퍼 모터, 전기활성고분자구동기 (예를 들면, 도 1a 와 1b 의 요소(101))와 같은 요소와 함께 작동하는 상기 변형 가능한 첫 번째 또는 두 번째 렌즈가 다양한 대상 거리로부터의 광선 원뿔을 센서 (예를 들면, 센서 칩)에 집중시키는 오토포커스 요소로 사용된다. 단계 판 또는 교정하는 렌즈 요소 또는 교정하는, 변형 가능하지 않은 렌즈의 범위를 가진 렌즈 스택이 상기 렌즈의 구형 일탈 같은 단색 일탈이나 다색 일탈을 교정하기 위해 선택적으로 사용될 수 있다.
[0057] 변형 가능한 렌즈(301)은 그 굴절력을 이용하여 대상 거리에 맞춘다. 먼 거리 대상(302)으로부터의 광선은 초점력(실선)을 줄임으로서 이미지 센서 (304)에 예리하게 포커스 되며, 가까운 거리 대상 (303)으로부터의 광선은 초점력 (쇄선)을 늘임으로서 상기 이미지 센서 (304)에 포커스 된다. 선택적인 단계 팜 또는 교정하는 렌즈 요소 (305)가 초점 조율 가능한 렌즈의 단색 또는 다색 일탈의 보상으로 사용될 수 있다. 전압 또는 전류를 조정하는 요소 (도면에 나타나지 않음)이 상기 변형 가능한 렌즈 (301)의 형태를 조정하여 초점력을 조율하기 위해 사용된다. 상기 적용된 전압이나 전류는 오토포터스 알고리즘에 의해 조정된다.
[0058] 도 3 의 다양한 요소들은 도 1a 와 1b 의 비슷한 요소들과 구조에 있어서 비슷할 수 있다. 예를 들면, 상기 변형 가능한 렌즈(301)는 변형 가능한 부분과 필러 물질이 있는 막으로 구성될 수 있고, 이 변형은 적어도 부분적으로 전압이나 전류를 정전구동기, 전자구동기, 자기변형구동기, 피에조 모터, 스테퍼 모터, 전기활성고분자구동기와 같은 요소에 적용함으로써 실행된다. 예를 들면, 전압이나 전류 조정 요소는 전압이나 전류를 직접 조정할 수 있다.
[0059] 상기 이미지 센서(304)는 어떤 종류의 이미지 감지 장치이어도 된다. 여기 묘사된 다른 센서들과 마찬가지로, 어떠한 이미지 센서 - 예를 들면 CCD나 CMOS 기술에 근거한 - 도 사용될 수 있다. 이미지 감지를 위한 다른 기술도 또한 사용될 수 있다. 이미지 센서의 한 예는 옴니비젼 사의 OV5630 1/3.2” 5 메가픽셀 센서이다. 다른 센서의 예도 가능하다.
[0060] 여기에서의 접근법들은 매우 다양한 어플리케이션에서 사용될 수 있는 렌즈 배열을 제공한다. 예를 들면, 핸드폰, 어떤 종류의 디지털 카메라, 의학 내시경 등에서 사용될 수 있다. 이러한 접근법들이 사용될 수 있는 장치들의 다른 예들도 가능하다.
[0061] 언급되었듯이, 다양한 물질들이 상기 렌즈(301)를 만드는데 사용될 수 있다. 전기활성 중합체에 있어서는, 카길 사에서 구매할 수 있는 20190 중합체 (코팅이 전극의 역할을 하는)와 같은 탄성중합체가 사용될 수 있다. 자성의 조율은 어떤 목소리 코일 모터 구조로도 실현될 수 있다.
[0062] 도 4a 와 4b 를 참조하면, 네 개의 렌즈 요소들을 포함한 렌즈 시스템의 또 다른 예가 묘사되었고, 이것은 오토포커스 시스템으로 작동한다. 도 4a 의 예는 상기 렌즈가 무한대로 대상에 포커스될 때 상기 시스템의 상태를 묘사한다. 광학적 경로는 402 의 참조부호로 된 광학축을 따라 뻗어나가며 도면상 보여지는 요소들을 관통한다. 첫 번째 렌즈 요소(411)는, 하나 또는 하나 이상의 압전기 작동기, 또는 하나 또는 하나 이상의 자기변형구동기, 하나 또는 하나 이상의 정전구동기를 사용, 전기 활성 중합체 기술에 근거해 작동하는 변형 가능한 렌즈이다. 커버(410) (예를 들면, 유리로 만들어진)가 상기 렌즈 요소(411)의 상기 변형 가능한 렌즈 표면을 보호하기 위해 배치될 수 있다. 교정하는 요소(412)는 상기 변형 가능한 렌즈 물질 (예를 들면, 첫 번째 렌즈 요소내의 필러 물질)과 접하도록 배치된다. 이 점에서, 상기 교정하는 요소(412)는 상기 첫 번째 렌즈 요소(411)와 함께 포함된다. 상기 교정하는 요소(412)는 단색 그리고 다색 일탈을 교정한다. 고정된, 변형 가능하지 않은 교정하는 렌즈(414)는 하나의 기능에서 구형 일탈을 포함한 다른 단색의 일탈을 교정하고, 상기 광학축(402)을 따라 상기 구경 조리개(413)의 뒤를 잇는다. 하나의 기능에서 시야곡률을 제거하는 플레트너 렌즈(416)는 상기 축 (402)를 따라 고정된, 변형 가능하지 않은 렌즈(415)의 뒤를 잇는다. 상기 광선에 의해 이동되는 이미지(이 광선들이 상기 축(402)를 따라 가로지름으로써)는 마지막으로 상기 이미지 센서(417)에 의해 형성된다. 상기 이미지 센서는 감지 센서의 어떤 종류든 가능하다. CCD 또는 CMOS 기술에 근거한 어떤 이미지 센서도 사용될 수 있다. 상기 변형 가능한 렌즈(411)는 상기 오토포커스 알고리즘으로부터 오는 입력에 의해 그 전압 또는 전류가 조정된다(418). 도면 4a 의 쇄선은 상기 렌즈와 상대적으로 가까운 거리상의 대상(예를 들면, 500 mm보다 가까운)에서 오는 광선을 보여주고, 상기 변형 가능한 렌즈(411)의 추가적인 굴절은 대상을 상기 이미지 센서 (417)에 포커스 맞추는데 필요하다.
[0063] 도 4b 는 도 4a 와 같은 시스템을 도시하고 있다. 그러나, 이 예에서는, 상기 시스템의 상태가 바뀌었고, 그 대상이 도면 4a 에 투여된 이미지의 대상보다 상기 시스템에 더 가까이 위치한다. 도면 4b 의 요소들은 도면 4a 의 그것과 같고, 그들의 설명은 여기에 반복되지 않을 것이다. 도면 4b 에 도시된 바와 같이, 발산각으로 상기 렌즈에 들어가는 광선(404)(대상으로부터의)은 상기 렌즈 요소 (411)의 곡률에 따라 예리하게 상기 이미지 판(417)에 포커스된다.
[0064] 다른 예에서는, 줌 시스템이 도 4a 와 4b 에서 도시된 상기 오토포커스 렌즈에 근거해 만들어 질 수 있다. 이 경우, 상기 줌 렌즈 시스템은, 매우 콤팩트한, 가변초점에 근거한 시스템을 만들기 위해, 두 개의 변형 가능한 렌즈를 많은 수의 고정된, 변형 가능하지 않은 광학 요소들과 사용한다. 줌 시스템의 예들은 이 문서 다른 곳에서 자세하게 묘사되어 있다.
[0065] 상기 오토포커스 시스템의 상기 렌즈(411)와 마찬가지로, 상기 줌 시스템의 상기 변형 가능한 렌즈는 전기활성 중합체 기술에 따라 만들어지고, 자석으로 조율 가능하며, 압전기 작동기를 사용하거나, 자기변형구동기를 사용하거나, 정전구동기를 사용한다. 이렇게 설정된 상기 렌즈들은, 전기습윤이나 액체 크리스탈 같은 다른 렌즈 조율 기술에 우월한 매우 높은 조율 범위를 제공할 수 있다. 추가적으로, 단색 일탈을 교정을 위한 단계 막이나 교정하는 렌즈 요소는, 상기 줌 렌즈에 사용된 상기 변형 가능한 렌즈와 함께 사용될 수 있다.
[0066] 도 4c 와 4d 의 예에서, 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈(411)는 변형 가능한 막(454)을 포함한다. 고리 모양의 렌즈의 형태를 만드는 구조(460)가 상기 막(454)을 광학적으로 활성화된 부분(456)인 중앙부와 광학적으로 활성화되지 않은 부분(455)인 주변부로 나눈다. 언급된 바와 같이, 상기 센서(417)는 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈(411)에 의해 집중된 빛을 받도록 설정되었고 상기 광로 (449)가 상기 변형 가능한 렌즈(411)을 통하여 상기 센서(417)까지 뻗어 나간다. 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈(411)는 직접적으로 상기 가로지르는 광로를 상기 센서(417)에 집중시키기 위해, 기계로 작동되는 연결 구조(461)를 통해, 적용된 전기 신호(418)에 따라 조율된다. 첫 광학 미디어(예를 들면, 공기)의 첫 볼륨(volume)(450)(교차 해칭(cross-hatching)의 한 스타일로 묘사된)와 두 번째 광학 미디어 (예를 들면, 필러 물질)의 두 번째 볼륨(452)는 적어도 부분적으로 상기 변형 가능한 막 (454)에 의해 정의된다. 상기 첫 번째 볼륨(450)과 상기 두 번째 볼륨(452)은 완전히 하우징458)에 의해 에워싸진다. 즉, 이 볼륨들이 상기 하우징(458) 밖으로 뻗어나가지 않는다는 것이다. 상기 첫 번째 볼륨(450)과 상기 두번째 볼륨(452)는 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈(411)의 모든 설정에 있어서 실질적으로 변함없이 그대로 남아있다. 교정하는 광학 요소(412)는 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈 요소(411)와 함께 포함되고, 상기 두 번째 볼륨(452)와 닿아 있다. 정말로, 다른 변형 가능한 렌즈가 도 4 의 상기 시스템에 추가됨에 따라(다른 종류의 시스템을 만들기 위해), 비슷한 새로운 볼륨들이 이러한 새로운 요소들에 의해서 정의될 것이고 이러한 비슷한, 새로운 볼륨들이 적어도 실질적으로 서로에 대하여 변함없이 그대로 남아있을 것이다 (상기 첫 번째와 두 번째 볼륨들이 서로에 대하여 변함없이 그대로 남아있음에 따라).
[0067] 도 4d 는 도면 4c 의 시스템과 동일한 시스템을 보여준다. 그러나, 이 예에서는, 시스템의 상태가 바뀌었고, 대상이, 도 4c 에서 이미지가 투영된 대상보다 시스템에 더 가까이 위치한다. 상기 변형 가능한 렌즈(411)의 곡률은 상기 기계로 작동되는 연결 구조(461)를 상기 센서(417) 쪽으로 움직임으로써(462로 표기된 이동 방향), 적용된 전기 신호(418)에 따라 증가된다. 이 과정에서, 상기 첫 번째 볼륨(450)과 상기 두 번째 볼륨(452)는 상기 변형 가능한 막(454)에 의해 분리된 채로 남아 있고, 그들은 실질적으로 변함없이 그대로 남아있다. 도 5a, 5b, 5c, 5d 에 관해 보자면, 오토포커스의 다른 예들이 묘사되었다. 상기 시스템은 커버(510), 변형 가능한 렌즈(520), 구경 조리개(513), 고정된, 변형 가능하지 않은 렌즈(515), 플레트너 렌즈(521), 교정하는 렌즈(514), 이미지 센서 면(517)을 포함한다. 이러한 구성 요소들은 도 4 의 해당 요소들과 비슷하고, 여기서 다시 기술되지 않을 것이다.
[0068] 도 5a 에서, 시스템은 상기 변형 가능한 렌즈(520)가 뒤집어지고 렌즈 곡률이 상기 이미지 센서 판(517)의 방향으로 바뀌는 상태로 보여진다. 도 5b 는 시야곡률과 고차의 일탈을 교정하기 위해, m 자 또는 w 자 모양의 플레트너 렌즈(521)를 사용한 상기 변형 가능한 렌즈(520)가 장착된 시스템을 보여준다. 도 5c의 예에서, 상기 변형 가능한 렌즈(521)은 첫 번째 렌즈 요소가 아닌 제 3 의 렌즈 요소로 자리하고 있다. 도 5d 에 묘사된 시스템에서 네 개가 아닌 오직 세 개의 분리된 렌즈 요소들만이 사용된다. 이 예들의 다양한 조합이 가능하다.
[0069] 도 6a 와 6b 를 참조하면, 렌즈 시스템의 또 다른 예가 묘사되었다. 도 6a 는 줌 되지 않은 상태의 줌 렌즈의 한 예를 묘사한다(즉, 와이드 앵글 모드, 줌 인수=1). 변형 가능한 첫 번째 렌즈(631) 는 낮은 초점력의 상태에 있다. 커버 (630)(예를 들면, 유리로 만들어진)가 상기 변형 가능한 렌즈의 표면을 보호하기 위해 사용될 수 있다. 교정하는 요소(632)는 상기 변형 가능한 렌즈 물질(예를 들면, 상기 렌즈 (631)안의 상기 필러 물질)과 닿아있고 단색과 다색 일탈을 교정한다. 비구면의 교정하는 렌즈(634)는, 한 기능의 예로, 상기 구경 조리개(633)를 따르는 구형 일탈을 교정한다. 양수의 초점력을 가진 변형 가능한 두 번째 렌즈 (636)는 일탈 교정 요소(635)와 닿아있다. 상기 변형 가능한 두 번째 렌즈(636)는 상기 줌 렌즈의 줌 상태를 바꾸는 기능을 한다. 플레트너 렌즈(637) 한 예로, 시야곡률을 제거하는 기능을 하며 이미지 센서(638) 앞에 놓여 있다. 상기 변형 가능한 렌즈들(631과 636)은 제어된 입력(639와 640)에 의해 전류가 조정된다. 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈(631)의 상기 제어된 입력(639)은 오토포커스 알고리즘에서 기인하며, 상기 변형 가능한 두 번째 렌즈(636)의 상기 제어된 입력(640)은 사용자에 의해 정해지는 줌 입력에서 기인한다 (예를 들면 사용자가 손으로 하는 제어나 조정).
[0070] 도 6b 는 완전히 줌 된 상태(텔레포토 모드, 줌 인수 > 약 2.5)의, 도 6a 와 똑 같은 줌 렌즈를 묘사한다. 광선 다발을 상기 센서 칩(638) 상에 집중시키기 위해, 상기 변형 가능한 두 번째 렌즈(636)가 음수의 초점력의 상태에 있는 반면, 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈(631)는 높은 초점력의 상태에 있다. "높은 초점력"이란, 대략 5.00 mm이 안 되는 초점거리(초점거리 200 디옵터 이상)가 사용된다는 뜻이고, "음수의 초점력" 이란, 대략 -4.00 mm에서 0 mm의 초점거리(초점력 -250 디옵터 이하)가 사용된다는 뜻이다. 상기 초점조정 가능한 렌즈들 중 하나 또는 둘 다는 양수와 음수의 굴절력 모두를 제공한다 (즉, 볼록과 오목 형태).
[0071] 도 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f 를 참조하면, 줌렌즈 시스템의 다른 예들이 도시되어 있다. 변형 가능한 첫 번째 렌즈(731)는 낮은 초점력의 상태에 있다. "낮은 초점력" 이란, 대략 12.0 mm이 넘는 초점거리가 사용된다는 뜻이다. 커버 (730) (예를 들면, 유리로 만들어진)가 상기 변형 가능한 렌즈의 표면을 보호하기 위해 사용될 수 있다. 교정하는 요소(732)는 상기 변형 가능한 렌즈 물질과 닿아있고 (예를 들면, 상기 렌즈(731) 안의 필러 물질(filler material), 단색과 다생 일탈을 교정한다. 비구면의 교정하는 렌즈(734)는, 한 기능의 예로, 상기 구경 조리개(733)를 따르는 구형 일탈을 교정한다. 양수의 초점력을 가진 변형 가능한 두 번째 렌즈(736)는 일탈 교정 요소(735)와 닿아있다. 상기 변형 가능한 두 번째 렌즈(736)는 상기 줌 렌즈의 줌 상태를 바꾸는 기능을 한다. 플레트너 렌즈(740)는 한 예로, 시야곡률을 제거하는 기능을 하며 이미지 센서(738) 앞에 놓여 있다. 상기 변형 가능한 렌즈들 (731과 736)은 제어된 입력(739와 741)에 의해 전류가 조정된다. 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈 (731)의 상기 제어된 입력(739)은 오토포커스 알고리즘에서 기인하며, 상기 변형 가능한 두 번째 렌즈 (736)의 상기 제어된 입력(741)은 사용자에 의해 정해지는 줌 입력에서 기인한다 (예를 들면 사용자가 손으로 하는 제어나 조정).
[0072] 도 7a 는 시야곡률과 고차의 일탈을 교정하기 위해 m자 또는 w자 모양의 플레트너 렌즈를 포함한 줌 렌즈의 상기 와이드 앵글 상태를 보여준다. 도면 7b는 상기 렌즈의 이에 해당하는 텔레포토 상태를 보여준다. 도면 7c와 7d는 교정하는 렌즈 요소와 플레트너 렌즈(740)을 포함한 두 개의 초점조정 가능한 렌즈들 (즉, 상기 렌즈 731과 736)만을 장착한 줌 렌즈 시스템을 묘사한다. 이 설정에서 상기 두 초점조정 가능한 렌즈들 사이에 교정하는 렌즈는 사용되지 않는다. 도면 7e는, 상기 첫 번째 초점조정 가능한 렌즈(742)가 음수의 굴절력 (즉, 와이드 앵글 줌 모드에서 오목 형태)을 갖는 줌 렌즈 시스템의 예를 보여준다. 도 7f 는, 상기 첫 번째 초점조정 가능한 렌즈(742)가 양수의 굴절력 (즉, 볼록 형태)을 갖는 상응하는 텔레포토 상태의 상기 시스템을 보여준다. 다른 예에서는 다양한 광학 요소들이 서로 뒤바뀌거나 생략될 수 있다는 점을 숙지해야 한다.
[0073] 도 8a, 8b 를 참조하면, 교정하는 렌즈 요소(801)와 필러 물질(802)로 구성된, 변형 가능한 렌즈의 다양한 변종들이 묘사되어 있다. 도면 8a 는 적어도, 광학적으로 활발한 상기 교정하는 광학 요소 부분만을 봤을 때, 상기 교정하는 광학 요소(801)와 상기 필러 물질(802)에 의해 정의되는 상기 접점(803)의 형태에 변곡점이 없는, 선호되는 버전을 보여준다. 이러한 요소들의 모양에 존재하는 변곡점은 온도 민감도에 관련함으로 일반적으로 바람직하지 못하다. 만약 상기 광학 표면에 변곡점이 있다면, 상기 충전제 물질과 상기 교정하는 렌즈 요소 사이의 접점에서 2를 초과하는 값을 갖는 (2차의) 추가의 표면 순서는, 굴절률의 차이에 더 민감함에 반응함으로 인해 온도가 디자인 온도로부터 벗어날 때, 이미지 질의 더 심한 저하를 낳는다. 변곡점의 제거는 이러한 문제들을 없애거나 실질적으로 없앤다. 도 8b 는 상기 교정하는 광학 요소와 상기 필러 물질 사이에 있는 상기 접점 (804)의 바람직하지 못한 실시 예의 한 예를 보여준다. 상기 접점은 고차 다항식에 의해 대표되기 때문에 상기 표면 상의 변곡점들을 보여준다.
[0074] 도 9 는 상기 어셈블리의 광학적인 부분의 한 예를 보여준다. 이 예는, 막(992), 광학 필러 물질(993), 용기(991), 상기 용기(991)에 내장된 (또는 통합된) 교정하는 광학 요소(994)가 들어 있는, 가장 꼭대기의 가변적인 광학 어셈블리(990)를 포함한다. 이 어셈블리(990)는 상기 센서(999)에서 가장 멀리 떨어진 광학 요소이다. 이 접근법은 성과를 최대화하고 센서(999)에서 커버(998) (예를 들면, 커버 유리)의 높이를 최소화하는 어셈블리를 제공한다. 이 예의 더 나아간 예는 광학 요소(994)를 상기 용기(991)안에 내장시킨 형태이다 (예를 들면, 상기 광학 요소(994)가 필러 물질(993)과 닿아 있는). 이 예에서, 두 번째 렌즈는 양수에서 음수에 이르는 굴절력에 따라 변형될 수 있어서 매우 콤팩트한 광학 디자인을 갖게 된다.
[0075] 도 9 의 예에서, 상기 자석의 구조들은 함께 연결되어 있고 또, 상기 시스템의 하나 또는 하나 이상의 광학 요소 (상기 렌즈, 용기, 또는 막들을 통해서)를 통해 연결되어 있다. 상기 시스템은 더 나아가, 양 모터 구조에서 매우 작은 공기 갭을 소개한다. 사이드 리턴 구조는 상기 하우징에 스스로 붙을 수도 있어서 접착제 (예를 들면, 풀)가 필요 없는 쉬운 조립을 하게 할 수도 있다. 이러한 접근법들은 또한 앞서 언급한 공기 갭들이 자동적으로 정확한 중심 위치에 놓여짐으로써 조립의 관점에서 볼 때 고장에 더 잘 견딜 수도 있다. 상기 자석들은 명확하고 알기 쉬우며 상기 하우징 안의 기둥들은 상기 자석들의 위치를 결정한다. 이 모든 구조들은, 참조에 의해 그 내용이 전부 포함되었고 본 출원 건과 동일자로 출원된, "렌즈 어셈블리 시스템 및 방법"의 표제의 명세서 출원번호 97372의 출원건에 기술된 어떤 접근법에도 부합한다.
[0076] 본 발명의 내용이 다양한 수정과 대체 가능한 형태가 가능하지만, 몇몇 실시 예들은 그림의 예로써 보여졌고, 이 실시 예들은 자세하게 여기 묘사될 것이다. 그러나 본 내용의 의도는 본 발명을 묘사된 특정 형태로 한정시키려는 것이 아니며. 오히려 그와 반대로, 본 발명은 본 발명의 정신과 영역에 속하는 모든 수정, 대안, 등가물을 포함하려고 의도되었다.
[0077] 본 발명의 선호된 실시예들은, 발명품을 실시하는데 있어서 발명자들이 알고 있는 한 최고의 방식을 포함하여 여기에 묘사되었다. 보여진 실시예들은 다만 본보기일 뿐이고, 본 발명의 영역을 한정하는 목적으로 받아들여져서는 안 된다는 것을 이해해야 한다.

Claims (21)

  1. 변형 가능한 부분을 가진 막과 필러 물질을 포함하는 변형 가능한 첫 번째 렌즈;
    교정하는 고정렌즈;
    상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈에 의해 집중되는 빛을 받을 수 있도록 구성된 센서;
    상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈를 통해서 상기 센서까지 뻗어가는 광로;
    를 포함하여 구성되는 광학시스템이고,
    상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈는 상기 광로를 가로지르는 빛을 상기 센서 상에 직접 집중시키기 위해 인가되는 전기 신호에 따라 조율되고,
    상기 교정하는 고정렌즈는, 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈와 통합되어 있어 상기 변형 가능한 첫번째 렌즈의 필러 물질과 닿아 있고, 단색 또는 다색 일탈을 교정하도록 설정되어 있으며, 상기 막의 일측은 상기 필러 물질과 접촉되고 상기 막의 반대편 타측은 공기에 접촉되고,
    상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈는, 전자구동기에 의하여 적어도 부분적으로 변형되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광로 안에 배치되며, 상기 광로를 가로지르는 빛을 상기 센서 상에 직접 집중시키기 위해 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈와 함께 작동하는 두 번째 변형 가능한 렌즈; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 변형가능한 첫번째 렌즈와 상기 변형가능한 두번째 렌즈는,
    가변초점 작동법에 따라서 상기 광로를 가로지르는 빛을 상기 센서 상에 직접 집중시킬 수 있도록 하기 위하여, 인가되는 전기 신호에 따라 조율되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 변형가능한 첫번째 렌즈와 상기 변형가능한 두번째 렌즈는,
    정전구동기, 전자구동기, 자기변형구동기, 피에조 모터, 스테퍼 모터, 전기활성고분자구동기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나에 의하여 적어도 부분적으로 조율되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈는 오목 형태에서 볼록 형태로 변경되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 변형 가능한 두 번째 렌즈는 볼록 형태에서 오목 형태로 변경되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 초점조정 가능한 렌즈와 통합되어 있고, 상기 변형 가능한 렌즈의 변형 가능한 물질에 닿아있으며, 단색(monochromatic) 또는 다색(polychromatic) 일탈(aberrations)을 교정하도록 구성된 교정하는 고정된 렌즈 요소; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 교정하는 고정된 렌즈 요소는 단단한 물질로 만들어진 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 변형 가능한 두개의 렌즈 사이에 구경조리개(aperture stop)이 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈 안에 구경조리개가 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광로에 배치되며, 단단한 물질로 만들어지고, 단색 또는 구형(spherical) 일탈을 교정하도록 구성된 적어도 하나의 고정되고 변형 가능하지 않은 렌즈(fixed, non-deformable lens); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 광로에 배치되며, 단단한 물질로 만들어지고, 다색 일탈을 교정하도록 구성된 적어도 하나의 고정되고 변형 가능하지 않은 렌즈; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 광로에 배치되며, 단단한 물질로 만들어지고, 상기 센서와 상기 센서에서 가장 가까운 변형 가능한 렌즈 사이에 배치된 교정하는 렌즈(corrective lens); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  15. 제 3 항에 있어서, 상기 광학시스템의 총 축의 길이는 상기 렌즈가 대각선 d를 가진 이미지 센서를 위해 줌 지수 k를 만들어 낼 수 있도록 L 값으로 줄어드는데, r=L/(k*d)의 비율을 가지며, 완전히 줌 된 상태에서 상기 센서를 완전히 비추는 이미지 크기를 만들어낼 때 비율 r은 대략 0.7보다 작은 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 발동 신호(actuation signal)들은 수동으로 생성되는 신호 및 자동으로 생성되는 신호로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 신호인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  17. 필러 물질을 포함하는 변형 가능한 첫 번째 렌즈;
    상기 필러 물질과 닿아 있는 교정하는 광학 요소;
    상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈에 의해 집중된 빛을 받는 센서;
    상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈와 상기 교정하는 광학 요소를 통해 상기 센서까지 뻗은 광로; 를 포함하여 구성되는 렌즈 시스템이고,
    상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈는, 상기 광로를 가로지르는 빛을 상기 센서 상에 직접 집중시키기 위하여, 수동 또는 전기적인 신호가 인가되어 조율되며,
    상기 교정하는 광학 요소는 상기 광로를 가로지르는 상기 빛의 적어도 하나의 특성을 조정하고,
    상기 교정하는 광학 요소는, 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈와 통합되어 있어 상기 변형 가능한 첫번째 렌즈의 필러 물질과 닿아 있고, 단색 또는 다색 일탈을 교정하도록 설정되어 있고,
    상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈는, 전자구동기에 의하여 적어도 부분적으로 조율되는 것을 특징으로 하는 렌즈 시스템.
  18. 삭제
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 광로 안에 배치되며, 상기 광로를 가로지르는 빛을 상기 센서상에 직접 집중시키기 위하여, 상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈와 같이 작동하는 변형 가능한 두번째 렌즈; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 변형 가능한 첫 번째 렌즈와 상기 변형 가능한 두 번째 렌즈는,
    정전구동기, 전자구동기, 피에조 모터, 자기변형구동기, 스테퍼 모터, 전기활성고분자구동기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 요소에 의하여 적어도 부분적으로 조율되는 것을 특징으로 하는 렌즈 시스템.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 교정하는 광학 요소와 상기 필러 물질에 의하여 정해지는 접점(interface)은,
    그것의 형태에 있어서 상기 광선이 통과하는 변곡점(inflection point)을 가지지 않는 것을 특징으로 하는 렌즈 시스템.
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