KR102143631B1

KR102143631B1 - 줌 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치

Info

Publication number: KR102143631B1
Application number: KR1020130154842A
Authority: KR
Inventors: 한희철; 최종철
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2020-08-11
Also published as: US9541741B2; KR20150068779A; WO2015088255A1; US20150168681A1

Abstract

미러를 이용하여 두께를 감소시킨 접이식 줌 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치가 개시된다. 개시된 줌 렌즈는, 서로 마주하여 배치된 반사면을 각각 갖는 제 1 반사판과 제 2 반사판, 상기 제 1 반사판의 둘레에 형성된 광입사 영역, 상기 제 2 반사판의 중심부를 관통하여 형성된 광출사 영역, 및 상기 제 2 반사판의 둘레에 배치된 것으로, 상기 광입사 영역을 통해 입사한 빛을 상기 제 1 반사판을 향해 반사하는 미러를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 미러는 광입사 영역을 통해 입사한 빛이 상기 광출사 영역에 도달할 때까지 상기 제 1 반사판과 제 2 반사판 사이에서 진행한 경로 길이를 변화시키도록 구성될 수 있다.

Description

줌 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치{Zoom lens and image pickup apparatus including the same}

개시된 실시예들은 줌 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 미러를 이용하여 두께를 감소시킨 접이식 줌 렌즈(folded optics zoom lens) 및 이를 포함하는 촬상 장치에 관한 것이다.

줌 렌즈는 초점 거리를 변화시킴으로써 카메라 등과 같은 촬상 장치의 화각을 조절 가능하게 하는 렌즈이다. 굴절식 광학계를 채용하는 일반적인 줌 렌즈는 다수의 렌즈 소자들을 포함하며, 렌즈 소자들 사이의 거리를 조절함으로써 초점 거리를 변화시킬 수 있다. 그런데, 이러한 굴절식 줌 렌즈는 다수의 렌즈 소자들을 포함하기 때문에 단초점 렌즈에 비하여 길이가 길고 무거울 뿐만 아니라, 초점 거리를 변화시키는 동안 길이가 변하게 된다. 따라서, 휴대 전화기와 같이 두께가 매우 얇은 휴대용 기기에 광학식 줌 렌즈를 포함하는 촬상 장치를 장착하기에는 어려움이 있다.

이러한 이유로 아직까지 휴대 전화기에 채용된 활상 장치는 단초점 렌즈를 사용하는 것이 일반적이다. 따라서, 휴대 전화기에서 제공되는 줌 기능은 광학적 줌이 아니라 영상 처리 회로가 영상을 단순히 확대하는 것이므로, 확대된 영상의 해상도에는 한계가 있다.

두께를 감소시킨 접이식 줌 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치를 제공한다.

일 실시예에 따른 줌 렌즈는, 서로 마주하여 배치된 반사면을 각각 갖는 제 1 반사판과 제 2 반사판; 상기 제 2 반사판의 둘레에 형성된 광입사 영역; 상기 제 1 반사판의 중심부를 관통하여 형성된 광출사 영역; 및 상기 제 1 반사판의 둘레에 배치된 것으로, 상기 광입사 영역을 통해 입사한 빛을 상기 제 2 반사판을 향해 반사하는 구동 미러;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 구동 미러는 상기 광입사 영역을 통해 입사한 빛이 상기 광출사 영역에 도달할 때까지 상기 제 1 반사판과 제 2 반사판 사이에서 진행한 경로 길이를 변화시키도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 상기 구동 미러는 상기 구동 미러의 반사면이 기계적 또는 전기적 조작에 의해 변형 가능한 변형 가능 미러일 수 있다.

또한, 상기 구동 미러는 회전축을 중심으로 회전 가능하게 구성될 수 있다.

상기 구동 미러의 회전축의 방향은 상기 줌 렌즈의 광축 방향과 직경 방향에 대해 수직한 방향일 수 있다.

상기 구동 미러는 상기 제 1 반사판의 둘레를 따라 배치된 다수의 회전 가능한 미러들을 포함할 수 있다.

상기 구동 미러의 반사면은 오목한 곡면을 가질 수 있다.

또한, 상기 구동 미러는 정전기적으로 구동 가능한 다수의 마이크로 미러들을 포함하는 마이크로 미러 어레이일 수 있다.

예를 들어, 상기 제 1 반사판은 링형이며 상기 제 2 반사판은 원형일 수 있다.

상기 제 1 반사판의 반사면과 제 2 반사판의 반사면이 평탄한 형태를 가질 수 있다.

또한, 상기 제 1 반사판의 반사면은 오목면이며 상기 제 2 반사판의 반사면은 볼록면일 수 있다.

또한 상기 줌 렌즈는, 상기 제 1 반사판의 반사면과 상기 제 2 반사판의 반사면 중에서 적어도 하나의 반사면에 배치된 것으로, 정전기적으로 구동 가능한 다수의 마이크로 미러들의 어레이를 더 포함할 수 있다.

한편, 다른 실시예에 따른 줌 렌즈는, 서로 마주하여 배치된 반사면을 각각 갖는 제 1 반사판과 제 2 반사판; 상기 제 2 반사판의 둘레에 형성된 광입사 영역; 상기 제 1 반사판의 중심부를 관통하여 형성된 광출사 영역; 상기 제 1 반사판의 둘레에 배치된 것으로, 상기 광입사 영역을 통해 입사한 빛을 반사하는 경사 미러; 상기 제 2 반사판의 둘레에 배치된 것으로, 상기 경사 미러에 의해 반사된 빛을 상기 제 1 반사판을 향해 반사하는 구동 미러;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 구동 미러는 상기 광입사 영역을 통해 입사한 빛이 상기 광출사 영역에 도달할 때까지 상기 제 1 반사판과 제 2 반사판 사이에서 진행한 경로 길이를 변화시키도록 구성될 수 있다.

또한, 또 다른 실시예에 따른 촬상 장치는, 상술한 구조들을 갖는 줌 렌즈; 및 상기 줌 렌즈의 광출사 영역에 배치된 것으로 2차원 배열된 다수의 화소를 갖는 이미지 센서;를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 이미지 센서는 CCD 이미지 센서 또는 CMOS 이미지 센서를 포함할 수 있다.

또한, 상기 촬상 장치는, 상기 줌 렌즈와 이미지 센서 사이에 배치되며 2차원 배열된 다수의 마이크로 렌즈들을 구비하는 마이크로 렌즈 어레이를 더 포함할 수 있다.

상기 마이크로 렌즈 어레이의 각각의 마이크로 렌즈는 상기 이미지 센서의 다수의 화소들과 대응하며, 대응하는 다수의 화소들에 시점 또는 초점이 서로 다른 다수의 영상을 각각 제공하도록 구성될 수 있다.

상기 상기 마이크로 렌즈 어레이는 상기 줌 렌즈의 초점 평면에 위치할 수 있다.

개시된 실시예에 따른 줌 렌즈는 마주 보는 2개의 반사판을 이용하여 광 경로를 길게 연장함으로써 줌 렌즈의 두께를 크게 줄이는 것이 가능하다. 즉, 줌 렌즈의 두께를 2개 반사판 사이의 거리로 한정할 수 있다. 또한, 개시된 실시예에 따른 줌 렌즈는 곡률이 변화 가능하거나 또는 회전 가능한 미러를 더 포함할 수 있다. 이러한 미러는 2개의 반사판 사이에 배치되어 이미지 센서에 상이 맺힐 때까지의 광 경로 길이를 변화시킴으로써 줌 렌즈의 초점 거리를 변화시키는 것이 가능하므로, 얇은 두께를 갖는 줌 렌즈를 제공하는 것이 가능하다. 또한, 줌 렌즈의 초점 거리는 2개의 반사판 사이에서 빛이 진행하는 광 경로 길이에 따라 결정되므로, 초점 거리가 변하는 동안에도 줌 렌즈의 두께는 변화하지 않는다. 따라서, 개시된 실시예에 따른 줌 렌즈는 두께가 얇은 휴대용 기기에 채용이 가능하다.

도 1은 일 실시예에 따른 줌 렌즈 및 상기 줌 렌즈를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 줌 렌즈 및 상기 줌 렌즈를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 절개 사시도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 이미지 센서와 마이크로 렌즈 어레이의 구성을 보다 상세하게 보이는 확대 단면도이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 줌 렌즈 및 상기 줌 렌즈를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 줌 렌즈 및 상기 줌 렌즈를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 줌 렌즈 및 상기 줌 렌즈를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 줌 렌즈 및 상기 줌 렌즈를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 줌 렌즈 및 상기 줌 렌즈를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 줌 렌즈 및 상기 줌 렌즈를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 줌 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 줌 렌즈(100) 및 상기 줌 렌즈(100)를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이며, 도 2는 일 실시예에 따른 줌 렌즈(100) 및 상기 줌 렌즈(100)를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 절개 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 줌 렌즈(100)는, 서로 마주하여 배치된 반사면을 각각 갖는 제 1 반사판(103)과 제 2 반사판(104), 상기 제 2 반사판(104)의 둘레에 형성된 광입사 영역(101a), 상기 제 1 반사판(103)의 중심부를 관통하여 형성된 광출사 영역(101b), 및 제 1 반사판(103)의 둘레에 배치된 변형 가능 미러(deformable mirror)(102)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 반사판(103)은 중심부에 개구가 형성된 링형의 형태를 가지며 제 2 반사판(104)은 원형의 형태를 가질 수 있다. 또한, 광입사 영역(101a)은 제 2 반사판(104)의 둘레를 따라 링형의 형태로 형성될 수 있으며, 변형 가능 미러(102)도 역시 제 1 반사판(103)의 둘레를 따라 링형의 형태로 형성될 수 있다. 변형 가능 미러(102)는 광입사 영역(101a)과 서로 대향하도록 배치될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 촬상 장치는 상술한 줌 렌즈(100), 및 줌 렌즈(100)의 광출사 영역(101b)에 배치된 것으로 2차원 배열된 다수의 화소를 갖는 이미지 센서(150)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(150)는 예를 들어, CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서일 수 있다.

줌 렌즈(100)는 또한, 광입사 영역(101a)을 한정하기 위하여 줌 렌즈(100)의 둘레 부분에 배치된 측벽(105)을 더 포함할 수 있다. 제 1 반사판(103), 제 2 반사판(104) 및 측벽(105)에 의해 줌 렌즈(100)의 내부에는 빛이 진행할 수 있는 빈 공간(101)이 형성될 수 있다. 이러한 빈 공간(101)은 단순히 공기로 채워질 수도 있지만, 투명한 재질의 유리나 플라스틱과 같은 재료로 채워질 수도 있다.

변형 가능 미러(102)는 줌 렌즈(100)의 광입사 영역(101a)을 통해 입사한 빛을 제 2 반사판(104)을 향해 반사하기 위하여, 제 1 반사판(103)과 측벽(105) 사이에서 경사지게 배치될 수 있다. 이러한 변형 가능 미러(102)는 광입사 영역(101a)을 통해 입사한 빛이 광출사 영역(101b)에 도달할 때까지 제 1 반사판(103)과 제 2 반사판(104) 사이에서 진행한 경로 길이를 변화시키도록 구성된 구동 미러일 수 있다. 예를 들어, 변형 가능 미러(102)의 반사면은 기계적 또는 전기적 조작에 의해 임의로 변형 가능할 수 있다. 이를 위하여, 변형 가능 미러(102)의 반사면은 가요성 부재로 이루어져 있으며, 반사면의 하부에는 가요성 반사면을 국소적으로 밀거나 당겨 변형시키기 위한 미세한 전기적 또는 기계적 장치들이 2차원 어레이의 형태로 배열될 수 있다. 예를 들어, 2차원 배열된 다수의 압전 액추에이터들이 변형 가능 미러(102)의 가요성 반사면에 배치될 수 있다.

상술한 구조를 갖는 본 실시예에 따른 줌 렌즈(100)에서, 광입사 영역(101a)을 통해 입사한 빛은 상기 광입사 영역(101a)에 대향하여 배치되어 있는 변형 가능 미러(102)에 의해 먼저 반사된 후, 제 2 반사판(104)의 반사면에 입사한다. 그런 후에, 빛은 제 2 반사판(104)과 제 1 반사판(103) 사이에서 반복적으로 반사되면서 줌 렌즈(100)의 중심을 향해 진행하게 된다. 최종적으로, 빛은 광출사 영역(101b)을 통해 줌 렌즈(100)의 외부로 출사한 다음, 이미지 센서(150)에 입사할 수 있다. 이러한 본 실시예에 따른 줌 렌즈(100)는 제 1 반사판(103)과 제 2 반사판(104)에 의해 빛의 진행 경로가 다수 회 절곡되어 있다는 점에서 접이식 줌 렌즈(folded optics zoom lens)라고 볼 수 있다.

본 실시예에 따르면, 광출사 영역(101b)을 통과하여 이미지 센서(150)에 도달하는 빛이 이미지 센서(150)의 감광면에 상을 맺도록 하기 위하여, 변형 가능 미러(102)의 반사면이 기계적 또는 전기적 조작에 의해 변형될 수 있다. 또한, 반사면의 변형을 통해, 변형 가능 미러(102)에 의해 반사되는 빛의 진행 각도를 조절함으로써 줌 렌즈(100)의 초점 길이를 자유롭게 조절할 수 있다. 예를 들어, 변형 가능 미러(102)에 의해 반사된 빛이 제 1 반사판(103)과 제 2 반사판(104)의 반사면의 법선에 가까운 각도로 진행하면, 변형 가능 미러(102)로부터 이미지 센서(150)에 도달할 때까지 빛이 진행하는 거리가 길어지게 되어 초점 길이가 증가하게 된다. 반대로, 변형 가능 미러(102)에 의해 반사된 빛이 제 1 반사판(103)과 제 2 반사판(104)의 반사면의 법선에서 먼 각도로 진행하면, 변형 가능 미러(102)로부터 이미지 센서(150)에 도달할 때까지 빛이 진행하는 거리가 짧아지게 되어 초점 길이가 감소하게 된다. 또한, 초점 길이가 변할 때마다 이미지 센서(150)의 감광면에 정확하게 상이 맺히도록 하고 수차 등을 제거하기 위하여 변형 가능 미러(102)의 반사면이 미리 계산된 소정의 형태로 추가적으로 변형될 수 있다.

상술한 구조를 갖는 본 실시예에 따른 줌 렌즈(100)는 마주 보는 2개의 반사판(103, 104)을 이용하여 광 경로를 길게 연장함으로써 줌 렌즈(100)의 두께를 크게 줄이는 것이 가능하다. 즉, 줌 렌즈(100)의 두께를 초점 길이와는 무관하게 2개 반사판(103, 104) 사이의 거리로 한정할 수 있다. 또한, 변형 가능 미러(102)는 이미지 센서(150)에 상이 맺힐 때까지의 광 경로 길이를 조절함으로써 줌 렌즈(100)의 초점 길이를 조절할 수 있으므로, 얇은 두께를 갖는 줌 렌즈(100)를 제공하는 것이 가능하다. 또한, 줌 렌즈(100)의 초점 길이는 2개의 반사판(103, 104) 사이에서 빛이 진행하는 광 경로 길이에 따라 결정되므로, 초점 거리가 변하는 동안에도 줌 렌즈(100)의 두께는 변화하지 않는다. 따라서, 본 실시예에 따른 줌 렌즈(100)를 포함하는 촬상 장치는 두께가 얇은 휴대용 기기에 채용이 가능하다.

도 3은 다른 실시예에 따른 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 촬상 장치는 도 1에 도시된 것과 동일한 줌 렌즈(100)와 이미지 센서(150), 및 상기 줌 렌즈(100)와 이미지 센서(150) 사이에 배치된 마이크로 렌즈 어레이(160)를 포함할 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 이미지 센서(150)와 마이크로 렌즈 어레이(160)의 구성을 보다 상세하게 보이는 확대 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈 어레이(160)는 2차원 배열된 다수의 마이크로 렌즈(160a)들을 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이(160)의 각각의 마이크로 렌즈(160a)는 이미지 센서(150)의 다수의 화소(150a)들과 대응할 수 있다. 이 경우, 변형 가능 미러(102)의 반사면은 마이크로 렌즈 어레이(160)의 위치에 상이 맺히도록 조절될 수 있다. 즉, 마이크로 렌즈 어레이(160)는 줌 렌즈(100)의 초점 평면 상에 위치할 수 있다. 또는, 마이크로 렌즈 어레이(160)는 줌 렌즈(100)의 초점 평면으로부터 소정의 거리만큼 떨어져 위치할 수도 있다.

도 3에 도시된 촬상 장치는, 공지된 라이트필드(light-field) 기술에 따라, 시점(viewing point)이 서로 다른 다수의 영상들 또는 초점이 서로 다른 다수의 영상들을 각각의 마이크로 렌즈(160a)에 대응하는 다수의 화소(150a)들에 각각 제공할 수 있다. 다수의 화소(150a)들에서 각각 얻은 시점이 서로 다른 다수의 영상들을 이용하면 피사체의 깊이 정보를 추출하는 것이 가능하므로, 촬상 장치는 3D 카메라로서 활용이 가능하다. 또한, 다수의 화소(150a)들에서 각각 얻은 초점이 서로 다른 다수의 영상들을 이용하면, 촬영된 영상 내의 임의의 피사체에 초점이 맞도록 영상을 후처리하는 것도 가능하다.

도 5는 변형된 실시예에 따른 줌 렌즈(100a) 및 상기 줌 렌즈(100a)를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 1에 도시된 실시예에 따른 줌 렌즈(100)의 경우, 제 1 반사판(103)의 반사면과 제 2 반사판(104)의 반사면이 모두 평탄한 형태를 갖는다. 그러나, 도 5에 도시된 줌 렌즈(100a)는 오목한 반사면을 갖는 제 1 반사판(106)과 볼록한 반사면을 갖는 제 2 반사판(107)을 포함할 수 있다. 제 1 반사판(106)의 오목면의 곡률과 제 2 반사판(107)의 볼록면의 곡률은 줌 렌즈(100a)의 크기를 고려하여 이미지 센서(100) 상에 초점이 형성될 수 있도록 적절히 선택될 수 있다. 또한, 제 1 반사판(106)과 제 2 반사판(107)의 반사면은 수차 등을 고려하여 비구면으로 형성될 수도 있다. 한편, 도 5에 도시된 촬상 장치에도 도 3에 도시된 마이크로 렌즈 어레이(160)가 적용될 수 있다.

비록 도시되지는 않았지만, 도 1에 도시된 구조와 도 5에 도시된 구조를 조합하는 것도 가능하다. 예를 들어, 평탄한 반사면을 갖는 제 1 반사판(103)과 볼록한 반사면을 갖는 제 2 반사판(107)을 결합하거나, 오목한 반사면을 갖는 제 1 반사판(106)과 평탄한 반사면을 갖는 제 2 반사판(104)을 결합할 수도 있다. 또한, 제 1 반사판(106)의 반사면이 볼록면이고 제 2 반사판(107)의 반사면이 오목면이 되도록 구성하는 것도 가능하다.

도 6은 또 다른 실시예에 따른 줌 렌즈(200) 및 상기 줌 렌즈(200)를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 1에 도시된 실시예와 비교할 때, 도 6에 도시된 줌 렌즈(200)는 구동 미러로서 변형 가능 미러(102) 대신에 회전 가능 미러(112)를 포함할 수 있다. 회전 가능 미러(112)는 회전축을 중심으로 회전함으로써 광입사 영역(101a)을 통해 입사한 빛의 반사 방향을 조절할 수 있다. 예를 들어, 회전 가능 미러(112)의 회전축의 방향(x 방향)은 줌 렌즈(200)의 광축 방향(z 방향)과 직경 방향(y 방향)에 대해 모두 수직한 방향일 수 있다.

본 실시예의 경우, 수평면에 대한 회전 가능 미러(112)의 각도(θ)에 따라 줌 렌즈(200)의 초점 길이가 조절될 수 있다. 예를 들어, 각도(θ)가 작아지면, 회전 가능 미러(112)로부터 이미지 센서(150)에 도달할 때까지 빛이 진행하는 거리가 길어지게 되어 초점 길이가 증가하게 된다. 반대로, 각도(θ)가 커지면, 회전 가능 미러(112)로부터 이미지 센서(150)에 도달할 때까지 빛이 진행하는 거리가 짧아지게 되어 초점 길이가 감소하게 된다.

비록 도 6의 단면도에는 표시되지 않지만, 회전 가능 미러(112)의 회전축 방향은 줌 렌즈(200)의 원주 방향을 따라 연속적으로 변하게 된다. 따라서, 회전 가능 미러(112)는 제 1 반사판(103)의 둘레를 따라 다수 개로 분할될 수 있다. 즉, 제 1 반사판(103)의 둘레를 따라 다수의 회전 가능 미러(112)들이 배치될 수 있다.

도 7은 또 다른 실시예에 따른 줌 렌즈(200a) 및 상기 줌 렌즈(200a)를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 6에 도시된 실시예의 경우에는, 회전 가능 미러(112)가 제 1 반사판(103)의 둘레를 따라 배치되어 있는 반면, 도 7에 도시된 줌 렌즈(200a)의 경우에는 제 2 반사판(104)의 둘레를 따라 회전 가능 미러(112)가 배치될 수 있다. 그리고, 회전 가능 미러(112)를 향해 빛을 반사하기 위하여 제 1 반사판(103)의 둘레를 따라 경사 미러(103a)가 더 배치될 수 있다.

즉, 도 7에 도시된 줌 렌즈(200a)는 제 2 반사판(104)의 둘레를 따라 배치된 회전 가능 미러(112) 및 제 1 반사판(103)의 둘레를 따라 배치된 경사 미러(103a)를 포함할 수 있다. 경사 미러(103a)의 위치는 도 6에 도시된 회전 가능 미러(112)의 위치와 같다. 예컨대, 경사 미러(103a)는 제 1 반사판(103)과 측벽(105) 사이에서 경사지게 배치될 수 있다. 경사 미러(103a)는 광입사 영역(101a)을 통해 입사한 빛을 회전 가능 미러(112)로 반사하는 역할을 할 수 있다. 회전 가능 미러(112)는 상기 경사 미러(103a)에 의해 반사된 빛을 제 1 반사판(103)을 향해 반사할 수 있다. 도 7에 도시된 줌 렌즈(200a)의 나머지 구성은 도 6에서 설명한 줌 렌즈(200)와 같다.

한편, 도 7에 도시된 구성은 도 1의 줌 렌즈(100)에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성에서 변형 가능 미러(102)가 제 2 반사판(104)의 둘레를 따라 배치되고, 제 1 반사판(103)의 둘레에는 경사 미러(103a)가 배치되는 것도 가능하다.

도 8은 또 다른 실시예에 따른 줌 렌즈(200b) 및 상기 줌 렌즈(200b)를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 6의 실시예에서는 회전 가능 미러(112)가 평탄한 형태의 반사면을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 도 8에 도시된 바와 같이, 회전 가능 미러(112)의 반사면이 오목한 곡면의 형태를 갖는 것도 가능하다. 그 외에, 도 8에 도시된 줌 렌즈(200b)의 구성 및 동작은 도 6에서 설명한 줌 렌즈(200)의 구성 및 동작과 같다. 또한, 도 8에 도시된 오목한 곡면 형태의 회전 가능 미러(112)도 역시 제 1 반사판(103)이 아닌 제 2 반사판(104)의 둘레를 따라 배치될 수도 있다.

도 9는 또 다른 실시예에 따른 줌 렌즈(300) 및 상기 줌 렌즈(300)를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 1에 도시된 실시예와 비교할 때, 도 9에 도시된 줌 렌즈(300)는 구동 미러로서 변형 가능 미러(102) 대신에 마이크로 미러 어레이(122)를 포함할 수 있다. 마이크로 미러 어레이(122)는 예를 들어 미세전자기계시스템(micro electro mechanical system; MEMS) 기술을 이용하여 반도체 기판 상에 제작될 수 있다. 이러한 마이크로 미러 어레이(122)는 정전기적으로(electrostatically) 구동 가능한 다수의 마이크로 미러들을 포함할 수 있다. 매우 작은 크기를 갖는 다수의 마이크로 미러들은 반도체 기판 상에 2차원 배열되도록 형성될 수 있으며, 정전기적 구동 방식으로 각각 독립적으로 구동될 수 있다. 도 9에는 마이크로 미러 어레이(122)가 제 1 반사판(103)의 둘레에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 도 7의 구성과 같이 제 2 반사판(104)의 둘레를 따라 마이크로 미러 어레이(122)를 배치하는 것도 가능하다.

도 9에 도시된 줌 렌즈(300)에서, 광입사 영역(101a)을 통해 입사한 빛은 마이크로 미러 어레이(122)에 의해 먼저 반사된 후, 제 2 반사판(104)의 반사면에 입사할 수 있다. 그런 후에, 빛은 제 2 반사판(104)과 제 1 반사판(103) 사이에서 반복적으로 반사되면서 줌 렌즈(300)의 중심을 향해 진행하게 된다. 최종적으로, 빛은 광출사 영역(101b)을 통해 이미지 센서(150)에 입사할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 이미지 센서(150)에 도달하는 빛이 이미지 센서(150)의 감광면에 상을 맺도록 하기 위하여, 마이크로 미러 어레이(122)의 다수의 마이크로 미러들의 각도가 각각 개별적으로 제어될 수 있다. 특히, 이미지 센서(150)의 감광면에 정확하게 상을 맺도록 하고 수차 등을 제거하기 위하여, 마이크로 미러 어레이(122)의 다수의 마이크로 미러들의 각도를 위치에 따라 각각 다르게 구동하는 것이 가능하다.

도 10은 또 다른 실시예에 따른 줌 렌즈(400) 및 상기 줌 렌즈(400)를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 1에 도시된 실시예와 비교할 때, 제 1 반사판(103)의 반사면과 제 2 반사판(104)의 반사면은, 정전기적으로(electrostatically) 구동 가능한 다수의 마이크로 미러들로 구성된 마이크로 미러 어레이(203, 204)를 각각 포함할 수 있다. 마이크로 미러 어레이(203, 204)는 예를 들어 MEMS 기술을 이용하여 제 1 반사판(103)의 반사면과 제 2 반사판(104)의 반사면 상에 각각 형성될 수 있다. 마이크로 미러 어레이(203, 204)의 작은 크기를 갖는 다수의 마이크로 미러들은 제 1 반사판(103)의 반사면과 제 2 반사판(104)의 반사면 상에 2차원 배열될 수 있으며, 정전기적 구동 방식으로 각각 독립적으로 구동될 수 있다. 도 10에는 제 1 반사판(103)의 반사면과 제 2 반사판(104)의 반사면에 모두 마이크로 미러 어레이(203, 204)가 배치된 것으로 도시되어 있으나, 제 1 반사판(103)의 반사면과 제 2 반사판(104)의 반사면 중에서 어느 하나의 반사면에만 마이크로 미러 어레이(203, 204)를 배치하는 것도 가능하다.

도 10에 도시된 줌 렌즈(400)에서, 변형 가능 미러(102)의 반사면이 변형될 때, 그에 대응하여 마이크로 미러 어레이(203, 204)의 다수의 마이크로 미러들의 경사가 각각 개별적으로 변화할 수 있다. 이러한 방식으로, 변형 가능 미러(102)의 반사면의 변형에 의해 제 1 반사판(103)과 제 2 반사판(104) 사이에서 빛의 진행 경로가 변경되더라도, 마이크로 미러 어레이(203, 204)의 다수의 마이크로 미러들의 경사를 미세 조절함으로써 빛이 이미지 센서(150) 상에 정확하게 포커싱되도록 할 수 있다.

한편, 도 6 내지 도 10에서는 줌 렌즈(200, 200a, 200b, 300, 400)들이 평탄한 형태의 반사면을 갖는 반사판(103, 104)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 도 5에 도시된 바와 같이, 오목 또는 볼록한 곡면 형태의 반사면을 갖는 반사판(106, 107)을 포함하는 것도 가능하다.

지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 줌 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.

100, 100a, 200, 200a, 200b, 300, 400.....줌 렌즈
101.....공간 102.....변형 가능 미러
103, 104, 106, 107.....반사판 105.....측벽
112, 113.....회전 가능 미러 122.....마이크로 미러 어레이
150.....이미지 센서 160.....마이크로 렌즈 어레이

Claims

서로 마주하여 배치된 반사면을 각각 갖는 제 1 반사판과 제 2 반사판;
상기 제 2 반사판의 둘레에 형성된 광입사 영역;
상기 제 1 반사판의 중심부를 관통하여 형성된 광출사 영역; 및
상기 제 1 반사판의 둘레에서 상기 광입사 영역과 대향하도록 배치된 것으로, 상기 광입사 영역을 통해 입사한 빛을 상기 제 2 반사판을 향해 반사하는 구동 미러;를 포함하며,
상기 구동 미러는 상기 광입사 영역을 통해 입사한 빛을 상기 제 2 반사판을 향해 반사하도록 경사지게 배치되며
상기 구동 미러는 상기 구동 미러에 의해 반사된 빛의 진행 각도를 조절함으로써 상기 광입사 영역을 통해 입사한 빛이 상기 광출사 영역에 도달할 때까지 상기 제 1 반사판과 제 2 반사판 사이에서 진행한 경로 길이를 변화시키도록 구성되어 있는 줌 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 구동 미러는 상기 구동 미러의 반사면이 기계적 또는 전기적 조작에 의해 변형 가능한 변형 가능 미러인 줌 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 구동 미러는 회전축을 중심으로 회전 가능하게 구성되어 있는 줌 렌즈.
제 3 항에 있어서,
상기 구동 미러의 회전축의 방향은 상기 줌 렌즈의 광축 방향과 직경 방향에 대해 수직한 방향인 줌 렌즈.
제 3 항에 있어서,
상기 구동 미러는 상기 제 1 반사판의 둘레를 따라 배치된 다수의 회전 가능한 미러들을 포함하는 줌 렌즈.
제 3 항에 있어서,
상기 구동 미러의 반사면은 오목한 곡면을 갖는 줌 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 구동 미러는 정전기적으로 구동 가능한 다수의 마이크로 미러들을 포함하는 마이크로 미러 어레이인 줌 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 반사판은 링형이며 상기 제 2 반사판은 원형인 줌 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 반사판의 반사면과 제 2 반사판의 반사면이 평탄한 형태를 갖는 줌 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 반사판의 반사면은 오목면이며 상기 제 2 반사판의 반사면은 볼록면인 줌 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 반사판의 반사면과 상기 제 2 반사판의 반사면 중에서 적어도 하나의 반사면에 배치된 것으로, 정전기적으로 구동 가능한 다수의 마이크로 미러들의 어레이를 더 포함하는 줌 렌즈.
서로 마주하여 배치된 반사면을 각각 갖는 제 1 반사판과 제 2 반사판;
상기 제 2 반사판의 둘레에 형성된 광입사 영역;
상기 제 1 반사판의 중심부를 관통하여 형성된 광출사 영역;
상기 제 1 반사판의 둘레에 배치된 것으로, 상기 광입사 영역을 통해 입사한 빛을 반사하는 경사 미러;
상기 제 2 반사판의 둘레에 배치된 것으로, 상기 경사 미러에 의해 반사된 빛을 상기 제 1 반사판을 향해 반사하는 구동 미러;를 포함하며,
상기 구동 미러는 상기 광입사 영역을 통해 입사한 빛이 상기 광출사 영역에 도달할 때까지 상기 제 1 반사판과 제 2 반사판 사이에서 진행한 경로 길이를 변화시키도록 구성되어 있는 줌 렌즈.
제 12 항에 있어서,
상기 구동 미러는 상기 구동 미러의 반사면이 기계적 또는 전기적 조작에 의해 변형 가능한 변형 가능 미러인 줌 렌즈.
제 12 항에 있어서,
상기 구동 미러는 회전축을 중심으로 회전 가능하게 구성되어 있는 줌 렌즈.
제 12 항에 있어서,
상기 구동 미러는 정전기적으로 구동 가능한 다수의 마이크로 미러들을 포함하는 마이크로 미러 어레이인 줌 렌즈.
제 12 항에 있어서,
상기 제 1 반사판의 반사면과 제 2 반사판의 반사면이 평탄한 형태를 갖는 줌 렌즈.
제 12 항에 있어서,
상기 제 1 반사판의 반사면은 오목면이며 상기 제 2 반사판의 반사면은 볼록면인 줌 렌즈.
제 12 항에 있어서,
상기 제 1 반사판의 반사면과 상기 제 2 반사판의 반사면 중에서 적어도 하나의 반사면에 배치된 것으로, 정전기적으로 구동 가능한 다수의 마이크로 미러들의 어레이를 더 포함하는 줌 렌즈.
제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 줌 렌즈; 및
상기 줌 렌즈의 광출사 영역에 배치된 것으로, 2차원 배열된 다수의 화소를 갖는 이미지 센서;를 포함하는 촬상 장치.
제 19 항에 있어서,
상기 이미지 센서는 CCD 이미지 센서 또는 CMOS 이미지 센서를 포함하는 촬상 장치.
제 19 항에 있어서,
상기 줌 렌즈와 이미지 센서 사이에 배치되며, 2차원 배열된 다수의 마이크로 렌즈들을 구비하는 마이크로 렌즈 어레이를 더 포함하는 촬상 장치.
제 21 항에 있어서,
상기 마이크로 렌즈 어레이의 각각의 마이크로 렌즈는 상기 이미지 센서의 다수의 화소들과 대응하며, 대응하는 다수의 화소들에 시점 또는 초점이 서로 다른 다수의 영상을 각각 제공하도록 구성되는 촬상 장치.
제 21 항에 있어서,
상기 상기 마이크로 렌즈 어레이는 상기 줌 렌즈의 초점 평면에 위치하는 촬상 장치.