KR20040039275A - 이미지 캡처 장치에 광학적으로 연결된 렌즈 시스템 - Google Patents

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Abstract

단순하고, 저렴하며 내구성이 있는 다중요소 렌즈 시스템이 제공된다. 이러한 렌즈 시스템은 디지털 카메라에서 사용되는 것과 같은 디지털 이미지-캡처 장치에 광학적으로 연결될 수 있다. 본 발명에서의 어떤 렌즈 시스템은 유리 반구체(205)의 평면에 접착된 유리 미소 구체(105)를 포함한다. 바람직한 렌즈 시스템에서, 유리 반구체(205)의 두께는 미소 구체(105)의 표면에 접하는 투과된 빛에 대한 이미지 평면을 형성하도록 선택된다. 따라서, 그와 같은 렌즈 시스템으로 제작된 디지털 카메라에서, 유리 미소 구체(105)는 디지털 이미지-캡처 장치(110)에 직접 부착될 수 있다. 이러한 바람직한 렌즈 시스템은 어떠한 초점 보정도 요구하지 않으며 넓은 시계를 요구하는 용도에 적합하다. 어떤 실시예에서, 유리 미소 구체(105)는 아포다이즈드 동공(apodized pupil)을 형성하기 위해 광-흡수(210) 물질을 사용하여 유리 반구체(205)에 접착되어 있다. 그와 같은 어떤 실시예는 투과된 빛의 파장에 따라 변하는 흡광 계수를 가진 광-흡수 물질(210)로 제조되었다.

Description

이미지 캡처 장치에 광학적으로 연결된 렌즈 시스템{LENS SYSTEM OPTICALLY COUPLED TO AN IMAGE-CAPTURE DEVICE}
본 발명은 전자 이미지 분야에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 다중요소 렌즈 시스템을 이미지-캡처 장치에 구성, 조립 및 광학적으로 연결하는 방법에 관한 것이다.
전자 이미지 분야에서, 디지털 카메라는 CCD 또는 CMOS 이미지 센서와 같은 디지털 이미지-캡처 장치, 및 유리 또는 플라스틱 물질로 만들어진 렌즈를 사용하여 구성된다. 고품질 디지털 카메라는 종종 가변 애퍼처(aperture)(홍채), 가변 초점거리(줌) 및 가변 초점을 가진 렌즈 시스템을 가진다. 반면 저가의 디지털 카메라는 종종 고정 애퍼처(aperture), 고정 초점 거리 및 고정 초점을 가진다. 이와 같은 렌즈 시스템을 저가의 디지털 카메라로 집중 및 조립하는 가격 뿐만 아니라, 그 렌즈 시스템의 가격을 감소시키기 위하여 시도되어 왔다.
이미지-캡처 장치에 렌즈 시스템을 광학적으로 직접 연결하기 위한 다른 방법들이 제안되어 왔다. 이미지-캡처 장치에 렌즈 시스템을 광학적으로 연결하는 것은 예를 들면, 이미지-감지 표면 상으로 이미지-캡처 장치에 가장 가깝게 광학 요소를 접착시킴으로써 수행될 수 있다. 그와 같은 한 방법이, 모든 용도를 위한 참조로서 여기에 그 전체 내용이 기재되어 있는 국제 특허 출원 WO 92/15036에 기술되어 있다. 렌즈 시스템이 필름에 접촉할 수 없는(필름이 한번 사진이 찍히면 다른 것으로 이동되기 때문에) 필름 카메라와는 달리, 디지털 카메라는 캡처 장치의 이미지-감지 면에 접촉하는 렌즈 시스템을 가지도록 디자인될 수 있다.
이미지-캡처 장치에 접촉하는 렌즈 시스템을 가지는데 대한 유리한 점은 셀수 없이 많다. 우선, 이미지-캡처 장치를 일반적으로 보호하는 창이 제거된다. 이 창을 제거하는 것은 제조 및 조립 비용을 감소시키고 창 표면으로부터의 바람직하지 않은 반사를 제거함으로써 이미지 품질을 향상시킨다. 두 번째로, 렌즈 시스템이 이미지-캡처 장치에 더욱 가깝게 탑재될 수 있기 때문에, 카메라의 전체 크기가, 특히 그것의 두께 면에서, 감소될 수 있다. 이 것은 휴대폰, 개인 휴대 정보 단말기(PDAs) 및 랩탑 컴퓨터를 목적으로 하는 카메라 모듈에 대해 특히 중요하다. 이러한 제품에서, 스페이스가 특히 중요하고 모든 노력들이 모든 구성요소의 크기를 감소시키기 위해 기울여졌다. 마지막으로, 이미지-캡처 장치에 렌즈 시스템을 광학적으로 연결하는 것은 카메라를 떨어뜨리거나 오조작될 경우 및 렌즈 시스템이 이미지-캡처 장치에 확실하게 부착되어 있지 않은 경우에 발생할 수 있는 정렬불량(misalignments), 초점 흐리기(defocusing) 및 다른 부적절한 조정을 완화시킨다.
유감스럽게도, 이미지-캡처 장치에 렌즈 시스템을 광학적으로 연결하는 현존 방법은 이미지-캡처 장치 상으로 렌즈 시스템을 집중시키는 어려운 단계를 제거하는 것이 아니며, 또한 그들이 렌즈 시스템의 복잡성을 감소시키는 것도 아니다. 현재의 방법으로는, 광학적 결합이 이미지-캡처 장치에 렌즈 시스템을 광학적으로 연결함으로써 상당히 단순화되지는 않는다.
광학적 결합은 카메라의 총 성능 요구조건에 의해 지시된다. 다양한 렌즈 결합은 시계(field of view), 애퍼처(aperture)(f수로 언급되는) 및 변조전달함수 (MTF로 언급되는)에 대한 특수 시스템 요구 조건을 충족시킬 수 있다. 전형적으로, 특정 수의 렌즈 구성요소가 특정 성능 레벨을 달성하기 위해 필요하다. 예를 들면, 좁은 시계가 필요한 경우이고(즉, 20도 이하), 요구되는 애퍼처(aperture)가 너무 크지 않다면(즉, 상대적으로 높은 f수), 단일요소 디자인이 그와 같은 요구 조건을 일반적으로 충족시킬수 있다. 그와 같은 디자인은 국제 특허 출원 WO92/15036에서 기술된 것처럼 단일 평-볼록 렌즈로 형성될 수 있다. 렌즈의 복잡성(및 가격)은 애퍼처(aperture)가 상대적으로 높게(낮은 f수, 예컨대, f/3) 유지되면서 시계에 대한 요구가 20도에서 50도로 증가될 때 상당히 증가된다.
일반적으로, 그러한 렌즈는 색수차를 보정하기 위해 다른 유리 물질로 된 4~6개의 구성요소로 만들어진다. 그러한 렌즈의 선집은 "전자 이미지 구성요소"라는 제목이 붙은 2000 Edmund Scientific 카탈로그, 50~55 페이지에서 찾을 수 있다. 구성요소의 수가 증가할수록, 렌즈 시스템의 재료 가격 및 조립 비용 모두 상승한다.
비구면 구성요소, 특히 사출성형 플라스틱 비구면 구성요소를 사용함으로써 렌즈 구성요소의 수를 감소시키기 위한 시도가 있어왔다. 플라스틱 렌즈 구성요소는 이미지 영역이 아주 넓고(800mm2), 공간 해상도가 상당히 낮은(20 lp/mm) 일회용 필름 카메라와 같은 특정 용도를 위해 아주 적합화되었다. 그러나, 그들은 4mm2의 광감성 영역 및 3.2㎛×3.72㎛(예컨대, Sony ICX238AKE)만큼 작은 픽셀을 가지는 CCD 및 CMOS 캡처 장치의 최신형들에 있어서는 잘 작동되지 않는다. 픽셀 크기는 실리콘 칩의 가격을 감소시키려는 노력으로 4㎛×4㎛ 이하의 크기까지 의도적으로 축소되어왔다. 그러한 작은 픽셀을 해상하기 위해서, 렌즈 시스템은 밀리미터당 라인 페어("lp/mm")가 125를 초과하는 공간 주파수에서 훌륭한 콘트라스트(contrast)를 가져야 한다. 이것은 바꿔서 렌즈 구성요소에 대한 λ/4 이상의 표면 품질을 의미한다. 그러한 높은 표면 품질은 유리 연마를 통해서 성취될 수 있다. 반면에, 모든 용도를 위해 참조로 여기에 그 전체 내용이 기재된 OCLI사의 Michael Missig 등에 의한 "플라스틱 광학 렌즈의 디자인, 제조 및 응용에 관한 개론"이란 제목의 논문에서 상세하게 기술된 이유로 플라스틱 렌즈에 대한 산업-표준 표면 품질은 단지 2.5λ(10배 열악함)이다.
앞서 말한 이유로, 플라스틱 렌즈가 낮은 제조 비용 때문에 매력적일수 있지만, 그들은 작은 픽셀을 가진 이미지-캡처 장치와 관련된 용도에 적합하지 않다. 그러한 용도를 위해서, 유리, 석영, 금홍석, 루비, 용융 실리카 또는 그런 다른 물질과 같이 경도가 더 강한 물질이 바람직하다. 간결성을 위해서, 그런 모든 물질은 그 물질이 순수 유리이든 결정 구조를 가지든, 여기에서 "유리"로서 언급될 것이다. 그러한 물질을 사용하는 선행 기술의 다중요소 렌즈 시스템은 비록 높은 가격일지라도, 허용가능한 성능 레벨을 제공할 수 있다. 그래서 저렴하고, 간단하며 확실하게 이미지-캡처 장치에 다중요소 유리 렌즈 시스템을 구성, 조립 및 광학적으로 연결하는 방법이 요구되고 있다.
본 출원은 2001, 7, 20에 출원된 미국 임시 특허출원 제 60/307,058 호에 대해 우선권을 주장한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 단순하고 내구성이 있는 다중요소 유리 렌즈 시스템이 제공된다. 이러한 렌즈 시스템의 많은 실시예는 어떠한 초점 메카니즘도 요구하지 않는다. 따라서, 그러한 렌즈 시스템은 이미지-캡처 장치에 직접 연결될 수 있다. 또한, 간단하고, 저렴한 이미지-캡처 장치에 다중요소 유리 렌즈 시스템을 구성, 조립 및 광학적으로 연결하는 방법이 제공된다. 이러한 실시예의 일부에 따르면, 이미지-캡처 장치 상에 탑재되는 렌즈 조립체의 총 크기가 감소된다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 디지털 이미지-캡처 장치 및 디지털 이미지-캡처 장치에 연결되는 렌즈 시스템을 포함하는 광학 시스템이 제공된다. 렌즈 시스템은, 제 1 접착 물질에 의해 디지털 이미지-캡처 장치에 연결되고 구형의 모양에 가까운 제 1 렌즈; 및 볼록 면 및 실질상 평면을 가지는 것으로서, 이 때 실질상 평면의 최소 일부분이 제 2 접착 물질에 의해 제 1 렌즈에 연결된 제 2 렌즈를 포함한다.
본 발명의 어떤 면에 따르면, 광학 시스템을 형성하는 방법이 제공된다. 본 방법은 디지털 이미지-캡처 장치에 구형의 모양에 가까운 제 1 유리 렌즈를 부착하기 위한 제 1 접착 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 제 1 렌즈에, 볼록면 및 실질상 평면을 가지는 제 2 유리 렌즈의 실질상 평면을 부착하기 위한 제 2 접착 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 경동; 경동 내에 위치하고 구형의 모양에 가까운 제 1 렌즈; 및 볼록면 및 실질상 평면을 가지는 것으로서, 그것의 최소한 일부분이 경동내에 위치하고, 그 실질상 평면이 제 1 렌즈에 근접해서 위치하는 제 2 렌즈; 및 실질상 평면, 제 1 렌즈 및 경동(lens barrel)에 의하여 한정된 체적 내에 위치하며, 경동 내로 투과된 빛에 대한 아포다이즈드 동공을 형성하는 광-흡수 접착 물질을 포함하는 렌즈 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 면들은 하기의 상세한 설명에 의해 더욱 상세히 드러날 것이다.
(도면의 간단한 설명)
도 1은 미소 구체를 포함하는 광학 장치를 나타낸다.
도 2는 디지털 이미지-캡처 장치 및 평-볼록 렌즈에 접착된 미소 구체, 및 상기 미소 구체에 접착된 불투명 애퍼처(aperture)를 묘사한다.
도 3은 디지털 이미지-캡처 장치에 접착된 미소 구체 및 미소 구체에 접착된 평-볼록 렌즈를 묘사하며, 이때, 광-흡수 접착 물질이 상기 평-볼록 렌즈 및 상기미소 구체 사이의 체적을 채워서 애퍼처(aperture)를 형성한다.
도 4는 불투명 물질로 형성된 애퍼처(aperture)를 묘사한다.
도 5는 평-볼록 렌즈 및 미소 구체 사이에 배치된 광-흡수 물질의 가변 두께로 형성된 애퍼처(aperture)를 묘사한다.
도 6은 평-볼록 렌즈 및 미소 구체를 통하여 투과된 빛에 대한 광선-추적 다이어그램이다.
도 7은 비-아포다이즈드 렌즈에 대한 점상 강도 분포 함수(point spread function)를 나타낸다.
도 8은 아포다이즈드 렌즈에 대한 점상 강도 분포 함수(point spread function)를 나타낸다.
도 9는 아포다이즈드 및 비아포다이즈드 렌즈에 대한 공간 주파수 대 콘트라스트(contrast)를 좌표화한 그래프이다
도 10은 평면의 측면들을 가진 경동 내에 배치된 평-볼록 렌즈 및 미소 구체를 나타낸다.
도 11은 실린더형의 경동 내에 배치된 평-볼록 렌즈 및 미소 구체를 나타낸다.
도 12는 동일 반경을 가진 평-볼록 렌즈 및 미소 구체를 통하여 투과된 빛에 대한 광선-추적 다이어그램이다.
도 13은 동일 반경을 가진 평-볼록 렌즈 및 미소구체를 포함하는 렌즈 시스템에 대한 전형적인 렌즈 도수 규정(lens prescription)이다.
도 14는 동일 반경을 가진 평-볼록 렌즈 및 미소 구체를 포함하는 렌즈 시스템에 대한 새지털(saggital) 변조 전달 함수의 그래프이다.
도 15는 동일 반경을 가진 평-볼록 렌즈 및 미소 구체를 포함하는 렌즈 시스템에 대한 자오(tangential) 변조 전달 함수의 그래프이다.
도 16은 경동 내에 배치된 동일하지 않은 반경을 가진 평-볼록 렌즈 및 미소 구체를 나타낸다.
도 17은 동일하지 않은 반경을 가진 평-볼록 렌즈 및 미소 구체를 통하여 투과된 빛에 대한 광선-추적 다이어그램이다.
도 18은 동일하지 않은 반경을 가진 평-볼록 렌즈 및 미소 구체를 포함하는 렌즈 시스템에 대한 전형적인 렌즈 도수 규정이다.
도 19는 동일하지 않은 반경을 가진 평-볼록 렌즈 및 미소 구체를 포함하는 렌즈 시스템에 대한 새지털(saggital) 변조 전달 함수의 그래프이다.
도 20은 동일하지 않은 반경을 가진 평-볼록 렌즈 및 미소 구체를 포함하는 렌즈 시스템에 대한 자오(tangential) 변조 전달 함수의 그래프이다.
도 21은 광-흡수 접착 물질에 의해 접착된 평-볼록 구성요소 및 평면-평면 구성요소를 포함하는 아포다이제이션 필터를 묘사한다.
도 22는 광-흡수 접착 물질에 의해 접착된 정점을 평면으로 절단된 평-볼록 구성요소 및 평면-평면 구성요소를 포함하는 아포다이제이션 필터를 묘사한다.
다중요소 유리 렌즈 시스템은 이미지-캡처 장치에 이상적인 짝이다. 그러나, 그와 같은 렌즈 시스템을 이미지-캡처 장치에 구성, 조립 및 연결하는 종래의 방법은 복잡하고 꽤 비용이 든다: 렌즈 시스템이 이미지-캡처 장치 보다 비용이 더 높을 수 있다.
본 발명의 일부 실시예는 이미지-캡처 장치 상에 직접 유리 미소 구체를 탑재함으로써 렌즈의 제조 가격을 감소시킨다. 여기에서 사용되는 것으로서 "미소 구체"는 대략 .5mm~10mm의 범위에 있는 직경을 가지는 유리 구체이다. 바람직한 미소 구체는 대략 1-3mm의 범위에 있다.
유리 미소 구체는 수축 문제를 겪지 않는다는 점에서 플라스틱 렌즈에 비하여 이점을 가지므로 성형 플라스틱 보다 더 높은 표면 품위, 즉, <λ/2를 유지할 수 있다. 또한, 대부분의 유리 광학 구성요소와는 달리, 그러한 미소 구체는 주로 자동화된 대량 생산 기술을 이용해서 저렴하게 제조될 수 있다. 그래서, 고 품질 광학 이미지가 본 발명에 의해 아주 저렴하게 얻어질 수 있다.
가장 간단한 형태에서, 본 발명의 렌즈는 이미지-캡처 장치에 탑재된 유리 미소 구체를 포함한다. 일부 실시예에서, 유리 미소 구체는 이미지-캡처 장치에 직접 접촉하지 않는다. 예를 들면, 도 1은 미소 구체(105)가 디지털 이미지-캡처 장치(110)로부터 스페이서(115)에 의해 분리된 광학 장치(100)를 묘사한다. 일부 실시예에서, 미소 구체(105)를 수용하는 스페이서(115)의 부분은 오목이다. 미소 구체(105)는 에폭시, 열가소성 물질, 젤, 또는 다른 적절한 접착 물질일 수 있는 접착 물질(120)에 의해 스페이서(115)에 부착된다. 틀(housing)(125)은 렌즈(130)를지지한다. 대판(mount)(135)은 틀(125)과 스페이서(115)를 연결한다. 어떤 실시예에서, 틀(125), 대판(135) 및 스페이서(115)는 플라스틱이거나 열가소성 물질이다.
스페이서(115)는 디지털 이미지-캡처 장치(110)의 평면에 미소 구체(105)의 초점면을 오게 한다. 스페이서(115)의 두께 "e"는 광학 장치(100)의 초점을 결정한다. 일부 실시예에서,e는 미소 구체(105)의 직경 "d"의 반에 가깝다. 스페이서 (115) 및 접착 물질(120)의 굴절률 "n"이 미소 구체(105)의 굴절율과 동일한 실시예에서, 광학 장치(100)는 단일 평-볼록 구성요소와 동등물이고 무한 공역에 대한 스페이서의 두께는 dx(2-n)/(2n-2)와 같다. n=1.5, e=d/2 이다. 이 디자인은 단일-요소 렌즈 시스템과 동등물이다.
또 다른 실시예에서, 미소 구체(105), 접착 물질(120) 및 스페이서(115)의 굴절율은 다르다. 이 디자인은 삼중-구성요소 렌즈 시스템과 동등물이다. 이 시스템 형태는 각 구성요소 사이에 어떠한 공기 갭도 존재하지 않기 때문에, 3장으로 된 렌즈(triplet)로 알려졌다. 제 1 구성요소는 미소 구체(105)(양면 볼록 구성요소)이고, 제 2 구성요소는 접착 물질(120)(오목볼록 구성요소)이며 제 3 구성요소는 스페이서(115)(평면-평면 또는 평-오목 구성요소)이다.
또 다른 실시예에서, 접착 물질(120)이 디지털 이미지-캡처 장치(110)의 광감지 영역에 도달하도록 하는 스페이서(115)에 있는 하나의 구멍이 제공된다. 이 실시예에서, 광학 디자인은 미소 구체(105)(양면 볼록 구성요소) 및 접착 물질 (120)(평면-평면 또는 평-오목 구성요소)을 포함하는 이중-구성요소 시스템으로 감소된다. 이 실시예는 스페이서(115)의 표면 품위가, 특히 스페이서(115)가 플라스틱 물질로 형성되었다면, 잘 조절되지 못하는 반면, 미소 구체(105)의 표면 품위는 아주 잘 조절될 수 있기 때문에, 앞서 기술된 실시예보다 바람직하다.
도 1에 나타난 광학 디자인은 두가지 한계를 가진다. 우선, 만일 스페이서(115)의 두께가 큰 정확도로 조절될 수 없다면, 초점 보정이 요구될 수도 있다. 두 번째로, 광학 장치(100)는 바코드 판독기(즉, 20도 이하)와 같은 좁은 시계 용도에 대해서만 적합하다. 광학 장치(100)는 더 넓은 시계가 필요한(즉, 50도 이상) 휴대폰 카메라 또는 노트북 컴퓨터 카메라와 같은 용도에 대하여 요구되는 성능을 제공하지 않는다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기에서 언급된 한계를 완화시키는 광학 결합이 제시된다. 이 광학 디자인은 초점 보정을 요구하지 않으며, 휴대폰 카메라(즉, 50도 시계)와 같은 용도에 대한 적절한 성능을 제공한다. 이 신규한 광학 디자인은 평-볼록 렌즈 및 이미지-캡처 장치 사이에 탑재된 미소 구체로 구성된다. 도 2에서 볼 수 있는 것처럼, 미소 구체(105)는 그들을 서로 결합시키는 접착 물질(120)의 박막을 제외하고는 그들 사이에 어떠한 스페이서도 없이 이미지-캡처 장치(110)에 직접 접촉하여 탑재된다. 이미지-캡처 장치(110)는 CMOS 또는 CCD 이미저와 같은 어떠한 종류의 이미지-캡처 장치일 수 있다. 평-볼록 렌즈(205)는 그들을 서로 결합시키는 접착 물질(210)의 박막을 제외하고는 그들 사이에 또한 어떠한 스페이서도 없이 미소 구체(105)(이미지-캡처 장치(110)와는 반대편)에 직접 접촉하여 탑재된다. 평-볼록 렌즈(205)는 실질상 평면(206) 및 볼록 면(207)을 포함한다.
접착 물질(210)의 가장 얇은 부분에 대한 전형적인 두께는 5㎛이하이다. 접착 물질(210)은 에폭시, 열가소성 물질, 젤, 또는 다른 적절한 접착 물질일수 있다.
바람직한 초점은 그것의 제조 허용오차 뿐아니라 평-볼록 렌즈(205)의 적절한 두께를 조건으로서 지정함으로써 얻어진다. 미소 구체(105) 및 평-볼록 렌즈(205) 양자는 바람직하게 상기에서 정의된 넓은 의미의 "유리"에 속하는 유리로 구성된다.
평-볼록 렌즈(205)는 그것의 두께가 본래 직경의 대략 반으로 연마된 유리 미소 구체로부터 제조될 수 있다. 평-볼록 렌즈(205)의 정확한 두께는 광학 시스템의 초점을 결정한다. 평-볼록 렌즈(205)의 두께는 미소 구체(105)의 표면에 접촉해 있는 이미지-캡처 장치(110)의 평면에 광학 시스템의 이미지 평면이 오도록 계산된다. 이 효과가 도 6에 나타난다. 점(605)은 광학 시스템의 근축 초점이다. 점(605)은 미소 구체(105)의 표면 상에 또는 표면으로부터 선택된 거리에 위치될 수 있다. 이 거리는 예를 들면, 미소구체(105)의 표면 및 이미지-캡처 장치(110)의 활성 부위 사이의 거리를 차지하도록 선택될 수 있다.
결과적인 광학 시스템은 이미지 평면이 미소 구체(105)의 표면과는 자오(tangential)인 사중-구성요소 유리 렌즈이다. 제 1 구성 요소는 평-볼록 렌즈(205)이고, 제 2 구성요소는 접착 물질(210)(평-오목 구성요소)로 형성되며, 제 3 구성요소는 미소 구체(105)(양면 볼록 구성요소)이고, 마지막 구성 요소는 접착 물질(120)(평-볼록 구성요소)로 형성된다. 현대의 광학 시뮬레이션 소프트웨어프로그램으로, 요구되는 성능 레벨을 얻기위해서 이 복합 사중-구성요소 유리 렌즈를 최적화할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 평-볼록 렌즈(205) 및 미소 구체(105)를 위해 선택된 유리 물질은 다양한 구성요소를 함께 접착시키기 위해 사용되는 접착 물질의 굴절율보다 더 낮은 굴절율을 가진다. 유리 및 접착 물질 사이의 굴절율 차이는 광학 시스템에 대한 넓은 시계를 허용하는 상면 만곡의 적절한 보정을 허용한다. 유리/에폭시 조합의 한 예는 Ablestick Ablelux A4021T 에폭시(~1.6)의 굴절율 보다 더 낮은 굴절율(~1.5)을 가지는 Schott BK7 유리이다. 또 다른 예는 Gargille Lab Meltmount 열가소성 물질(1.53-1.704)의 굴절율보다 더 낮은 굴절율(~1.48)을 가지는 Schott FK51 유리 또는 용융 실리카이다.
어떤 실시예에서, 유색 유리는 바람직하지 않은 적외선을 여과하여 제거하기 위해 사용된다. 일 실시예에서, 평-볼록 렌즈(205)는 적외선을 감소시키기 위해서 Schott BG39 또는 BG38로부터 제작된다. 거꾸로, 적외선은 평-볼록 렌즈(205)의 평면을 핫 미러(즉, 적외선을 반사하는 필터)로 알려져 있는 유전체 코팅으로 평-볼록 렌즈(205)의 평면을 코팅함으로써 제거될 수 있다. 유리 및 접착 물질 사이의 분산(아베 수)에서의 차이는 또한 색수차의 적절한 보정을 허용한다. 이것은 컬러 카메라 용도(백색광 조건)에 대하여 유리한 특징이다.
일반적으로 말해서, 사중-구성요소 유리 렌즈는 단일-구성요소 또는 이중-구성요소 렌즈 보다 더 효율적인 수차 보정을 허용하므로, 더 높은 광학 성능의 결과를 나타낸다. 그러한 수차 보정은 다양한 구성 요소의 모양, 굴절율 및 분산을 최적화함으로써 이루어진다. 그 디자인의 일 실시예에서의 중요한 면은 광학 시스템에서 동공의 위치이다. 일 실시예에 따르면, 동공은 평-볼록 렌즈(205) 및 미소 구체(105) 사이에 위치한다. 또 다른 실시예에 따르면, 동공은 미소 구체(105) 상에 위치된다. 적정 애퍼처(aperture)는 f/3이고, 이는 2.5mm 미소 구체에 대하여 0.5mm 동공 직경에 해당한다.
고정밀 미소 구체 및 반구체를 제조하는 것은 아주 쉽고 아주 저렴하다. 예를 들면, 절단 과정은 미소 구체(105)를 형성하기 위해 사용될 수 있고 연마 또는 유사한 과정은 평-볼록 렌즈(205)의 반구체형을 형성하기 위해서 사용될 수 있다. 그러나, 미소 구체 및 반구체를 수용할 수 있고 둘 사이에 정확한 애퍼처 (aperture)를 제공할 수 있는 경동을 제작하는 것은 어렵고 비용이 많이 든다. Delrin 으로 그러한 통을 제작하기 위한 시도가 있어 왔지만, 애퍼처(aperture)가 너무 얇아서(미소 구체 및 반구체 사이에 딱 맞기에는) 그것이 투명하게 되고 쉽게 부서진다. 알루미늄으로 그러한 통을 만들기 위한 시도가 또한 있어 왔지만 그 물질은 반사되고 광학 시스템에 바람직하지 않은 반사를 도입한다.
본 발명의 어떤 실시예에 따르면, 작고 얇은 애퍼처(aperture)가 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 평-볼록 렌즈(205) 및 미소 구체(105) 사이에서 접착 물질(210)의 광-흡수형을 사용해서 제공된다. 도 3에서 볼 수 있는 실시예에서, 미소 구체(105) 및 평-볼록 렌즈(205)는 동일한 반경을 가진다. 접착 물질(210)의 두께가 증가할수록, 접착 물질(210)을 통한 빛의 투과는 감소된다. 따라서, 접착 물질(210)에서 광-흡수 물질의 양은 광학 시스템의 유효 애퍼처(aperture)를 결정한다. 접착 물질(210)에서 광-흡수 물질의 적절한 양은 하기에서 설명된 것처럼, 완벽한 아포다이즈드 동공을 형성한다.
완벽한 아포다이즈드 동공은 투과 T가 가우스 곡선으로서 그것의 반경 x에 따라 달라진다, 즉,T=exp(-αx 2 ). 광-흡수 물질을 통한 투과 T는 식T=exp(-αd)로 얻어진다는 것이 잘 알려져 있으며, 이 때 α는 흡광 계수이고 d는 광-흡수 물질의 두께이다.
도 3에서 묘사된 실시예에 따르면, 광-흡수 물질의 두께는 평-볼록 렌즈 (205) 및 미소 구체(105)의 평면 사이의 거리인 접착 물질(210)의 두께이다. 이 거리는 식d=x 2 으로 얻어지고, 그래서 투과T=exp(-αx 2 )이다. 평-볼록 렌즈(205) 및 미소 구체(105) 사이의 접촉점에서, 접착 물질(210)의 두께는 전형적으로 5㎛ 이하이고 접착 물질(210)의 투과는 거의 100%이다. 애퍼처(aperture)의 중앙에서 0.25mm 떨어진 점에서, 접착 물질(210)의 두께는 50㎛이고 에폭시의 투과는 10% 이하이다. 만일 미소구체(105)의 직경이 대략 2.5mm라면, 결과적인 아포다이즈드 동공의 유효 애퍼처(aperture)는 대략 .5mm이다. 이 신규한 아포다이제이션 기술은 다른 이점들을 제공하며, 그 일부가 하기에 열거되어 있다. 무엇보다도 먼저, 그것은 렌즈 애퍼처(aperture)의 제조 및 조립 과정을 굉장히 단순화한다: 정밀한 애퍼처(aperture)를 가진 작은 부품의 기계 가공이나 주조가 필요하지 않고, 접착 물질(210)에 의해 형성된 애퍼처(aperture)가 렌즈의 광학 축(평-볼록 렌즈(205) 및 미소 구체(105) 사이의 접촉점)에 대해서 자기 정렬되기 때문에, 어떠한 정렬도요구되지 않는다. 광-흡수 접착 물질은 또한 빗나간 광을 흡수하고 격벽 경동에 대한 필요성을 없앤다. 또한 아포다이제이션은 초점 심도 및 렌즈의 시계의 심도 양자를 연장한다.
이 아포다이제이션 기술은 만일 다른 파장에 대하여 다른 흡광 계수를 가진 광-흡수 물질을 선택한다면, 다른 파장에 대하여 다른 유효 렌즈 애퍼처(aperture)를 허용한다. 예를 들면, 녹색광(형광 채널에 대한 시야의 심도를 최대화하기 위해서)에 대한 f/4의 애퍼처(aperture) 및 청색광 또는 적색광(색수차 채널에 대한 신호 수집을 최대화하기 위해서)에 대한 f/2 애퍼처(aperture)를 가진 렌즈를 제조하는 것이 가능하다.
아포다이즈드 동공을 가지는데 대한 또 다른 이점은 회절 효과에 의하여 야기되는 것으로서, 밝은 점을 둘러싸고 있는 고리 및 후광과 같은 바람직하지 않은 아티팩트(artifacts)를 감소시키는 능력이다. 종래의 애퍼처(aperture)를 가진 회절-제한 렌즈를 통한 밝은 점의 이미지는 고리와 후광을 나타낸다. 이러한 고리와 후광은 애퍼처(aperture)를 통한 빛의 회절에 의해 야기된다. 도 4에서 보여지는 것과 같은 환형 애퍼처(aperture)는 명도를 감소시키는 수많은 고리를 가진 중앙의 환형 점으로 구성되는 Airy disk(도 7을 보라)로 알려진 회절 패턴을 만들어낸다. 대조적으로, 도 5에서 볼수 있는 바와 같은 가우스 애퍼처(aperture)에 의해 생성된 회절 패턴은 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이 가우스 점(즉, 어떠한 바람직하지 않은 고리 및 후광이 없는 종모양의 점)이다. 수학적 설명은 가우스 함수의 푸리에 변환은 가우스 함수라는 것이다.
가우스 애퍼처(aperture)를 가진 렌즈에 대한 많은 용도 중 하나는 야간 운전 보조용으로서 사용되는 카메라이다. 이 용도에서, 카메라는 유입되는 차의 전조등에 의해 보이지 않게 됨이 없이 길에서 이정표를 인지할 수 있어야 한다. 아포다이즈드 렌즈는 전조등에 의해 야기되는 섬광을 감소시키도록 한다. 하지만 이 아포다이제이션 기술은 종래의 애퍼처(aperture)에 비하여 또 다른 이점을 가져다 준다: 낮은 공간 주파수에서 이미지 콘트라스트를 증가시키도록 하고 높은 공간 주파수에서는 그것을 감소시키도록 하여 모아레 효과를 감소시키도록 돕는다.
이 이점은 아포다이즈드 렌즈 대 종래 렌즈의 회절-제한 MTF를 비교함으로써 잘 설명된다. 도 9에서 볼 수 있는 것처럼, 아포다이즈드 렌즈의 회절-제한 MTF는 낮은 공간 주파수에서 종래 렌즈의 것 보다 더 높지만 높은 공간 주파수에서는 더 낮다. 이 것은 바람직하지 않은 위신호 아티팩트(aliasing artifacts)(모아레 효과)를 감소시키는 관점에서 특히 유용한 특징이다. 종래의 렌즈는 MTF 및 디지털 카메라와 같은 샘플화된 시스템에 대한 위신호 사이에서 어려운 트레이드오프 (tradeoff) 문제를 발생시킨다: 이미지 콘트라스트를 증가시키기 위해서 Nyquist 주파수(즉, 샘플 주파수의 반) 이하에서 최대화될 때, Nyquist 주파수 이상으로 또한 최대화되어서 바람직하지 않은 위신호 아티팩트를 생성한다. 값비싸고 귀찮은 광학 구성요소(복굴절 광학 저역 통과 필터와 같은)는 그러한 아티팩트를 감소시키기 위해 첨가되어야 한다. 반면, 아포다이즈드 렌즈는 낮은 공간 주파수에서 높은 MTF를 위해 그리고 더 높은 공간 주파수에서는 상대적으로 더 낮은 MTF를 위해 최적화될 수 있다.
하지만 이 아포다이제이션 기술은 종래의 애퍼처(aperture)에 대한 또 다른 이점을 가져온다: 그것은 초점의 심도 및 시야의 심도를 증가시키도록 돕는다. 이 것은 특히 무한거리에 있는 피사체 뿐아니라 가까이 있는 피사체를 이미지화할 필요가 있는, 고정 초점을 가진 광학 시스템에 대하여 중요하다. 이 아포다이제이션 기술은 상기에서 기술된 것과는 아주 다른 크기 및 목적을 가진 시스템을 포함하여, 어떠한 광학 시스템으로 확장될 수 있다.
아포다이제이션 기술은 예를 들면 아포다이제이션 필터(어떠한 광학 전력이 없는)를 구성하여 종래 애퍼처(aperture) 대신에 그것을 배치함으로써 채용될 수 있다. 도 21을 참조하면, 그와 같은 아포다이제이션 필터는 또한 동일한 굴절율을 가지는 광-흡수 접착 물질(2115)을 사용하여, 동일한 굴절율을 가지는 평-볼록 구성요소(2110)에 평면-평면 구성요소(2105)를 탑재함으로써 구성되는 평면-평면 구성요소(2100)일 수 있다. 평면-평면 구성요소(2100)는 광선(2120)이 편향없이 통과하도록 허용하는 아포다이제이션 필터를 제공한다.
평-볼록 구성요소의 모양을 변화시킴으로써 가우스 광선 투과 곡선과는 다른 아포다이제이션 특성을 얻을 수 있다. 그러한 일례가 도 22에 나타난다: 평면-평면 구성요소(2200)는 또한 동일한 굴절율을 가지는 광흡수 접착 물질(2115)을 사용하여, 동일한 굴절율을 가지는 정점을 평면으로 절단된 평-볼록 구성요소(2210)에 평면-평면 구성요소(2105)를 탑재함으로써 구성된다. 상기한 것처럼, 평면-평면 구성요소(2200)는 광선(2220)이 편향없이 통과하도록 허용하는 아포다이제이션 필터를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 하기의 렌즈 도수 규정은 53°시계에 대하여 160lp/mm까지의 고 이미지 콘트라스트를 얻도록 제안되었다. 이 실시예에서, 반구체의 직경은 도 10 및 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 미소 구체의 직경과 동일하도록 임의로 정해졌다. 이 제한은 렌즈 조립을 단순화하기 위해서 우선적으로 부과되었다. 도 10 및 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 동일한 반경을 가진 평-볼록 렌즈(205) 및 미소 구체(105)를 가진, 평평한 또는 곡선의 면을 가진 수직의 경동이 사용될 수 있다. 경동(1010)은 이 예에서는 정사각형인 다각형의 절단면을 가진다. 그러나, 경동(1010)의 절단면은 어떠한 편리한 다각형 모양으로 형성될 수 있다.
직사각형 절단면을 가진 경동(1010)을 형성하는 것은 많은 이유로 바람직하다. 우선, 이미지-캡처 장치 상에 경동의 설치면적이 또한 정사각형이므로 그것의 정사각형 또는 직사각형 이미지 영역(시계의 코너)에서 잠식되지 않는다. 정사각형 절단면을 가진 경동(lens barrel)은 또한 반구체 및 미소 구체 사이에 도입된 과량의 에폭시 또는 열가소성 물질이 제조 과정 동안 스며나오도록 허용한다. 바람직하게, 평-볼록 렌즈(205) 및 미소 구체(105)가 경동(1010 또는 1110)으로 편안하게 맞춰지고 서로 정렬된다.
어떤 실시예에서, 평-볼록 렌즈(205) 및/또는 미소 구체(105)는 연마될 수 있거나 그렇지 않으면 경동(1010)의 평면에 인접하여 확실하게 맞취지도록 평평한 모서리를 가지도록 형성될 수 있다. 그러나, 그럼에도 불구하고 바람직한 실시예에서, 심지어 미소 구체(105)의 평평한-모서리형조차도 실질상 구형이다.
동일한 반경을 가지는 평-볼록 렌즈(205) 및 미소 구체(105)에 대한 전형적인 광선 추적 시뮬레이션이 도 12에서 보여지고 해당되는 렌즈 도수 규정이 도 13에서 보여진다. 이 예에서, 평-볼록 렌즈(205)는 FK51 유리로 만들어졌고, 그것의 직경은 2mm이고 그것의 두께는 1.1597mm이다. 미소 구체(105)는 용융 실리카로 만들어졌고 그것의 직경은 2mm이다. 여기서, 접착 물질(120)은 1.539의 굴절율 및 45의 분산수를 가진 Cargille Lab Meltmount이다. 그러한 열가소성 물질은 65℃ 이상에서는 유체이고 65℃ 이하에서는 경화하여 영구적인 대판(mount)을 형성하기 때문에, 이 용도에 대하여 이상적이다. 마운팅 과정은 즉각적(어떠한 오븐 시간도 없음)이고 가역적이며, 고 품질 광학 연결을 제공한다.
그러한 렌즈 시스템의 MTF는 도 14 및 15에서 나타난다. 도 14는 새지털(saggital) MTF를 묘사한다. 곡선(1405)은 이상적인, 회절-제한된 경우를 나타낸다. 곡선 1410, 1415, 1420 및 1425는 각각 렌즈 시스템의 광학 축으로부터 0도, 26도, 40도,및 53도에서의 MTF를 나타낸다. 여기에서, 렌즈 시스템은 허용가능한 성능 전부를 제공하기 위해서 중앙에서도 또는 시계의 모서리에서도 초점이 맞춰지지 않았다. mm당 0~50 사이클의 중요 부분에서, 렌즈 시스템은 각 범위(angle range) 전부에 대한 허용가능한 성능을 제공한다.
도 15는 자오(tangential) MTF를 묘사한다. 곡선(1505)은 회절-제한 경우를 나타낸다. 곡선 1510, 1515, 1520 및 1525는 각각 렌즈 시스템의 광학 축으로부터 0도, 26도, 40도,및 53도에서의 MTF를 나타낸다. 또, mm당 0~50 사이클의 중요 부분에서, 렌즈 시스템은 각 범위 전부에 대한 허용가능한 성능을 제공한다.
또 다른 구체적인 실시예에 따르면, 하기의 렌즈 도수 규정은 53°시계에 대하여 160lp/mm까지의 훨씬 더 높은 이미지 콘트라스트를 얻도록 제안되었다. 이 실시예에서, 평-볼록 렌즈(205)의 반경은 미소 구체(105)의 반경과 동일하도록 정해지지 않았다. 이 제한은 렌즈 성능을 더욱 최적화하기 위해서 제거되었다. 도 16에서 볼 수 있는 경동(1605)과 같이, 다른 반경을 가진 평-볼록 렌즈(205) 및 미소 구체(105)를 가진, 원뿔형 또는 피라미드형 경동이 사용될 수 있다. 바람직하게, 평-볼록 렌즈(205) 및 미소 구체가 경동(1605) 내에 편안하게 맞취지고 서로 정렬되어, 렌즈 시스템(1600)을 형성한다.
렌즈 시스템(1600)에 대한 전형적인 광선 추적이 도 17에서 보여지고 해당하는 렌즈 도수 규정이 도 18에서 보여진다. 이 예에서, 평-볼록 렌즈(205)는 FK51 유리로 만들어졌고, 그것의 직경은 0.879mm이고 그것의 두께는 0.907mm이다. 미소 구체(105)는 용융 실리카로 만들어졌고 그것의 직경은 2mm이다. 1.582의 굴절율 및 33의 분산수를 가진 Cargille Lab Meltmount가 이 실시예에서 접착 물질(120 및 210)을 위해 사용되었다. 그러한 렌즈 시스템의 MTF는 도 19 및 20에서 나타난다.
도 19는 렌즈 시스템(1600)의 이 실시예에 대한 새지털(saggital) MTF를 묘사한다. 곡선(1905)은 회절-제한된 경우를 나타낸다. 곡선 1910, 1915, 1920 및 1925는 각각 렌즈 시스템의 광학 축으로부터 0도, 26도, 40도 및 53도에서의 MTF를 나타낸다. 이전처럼, 렌즈 시스템은 허용가능한 성능 전부를 제공하기 위해서 중앙에서도 또는 시계의 모서리에서도 초점이 맞춰지지 않았다. mm당 0~50 사이클의 중요 부분에서, 렌즈 시스템은 각도 범위 전부에 대한 허용가능한 성능을 제공한다.
도 20은 렌즈 시스템(1600)의 이 실시예에 대한 자오(tangential) MTF를 묘사한다. 곡선(2005)은 회절-제한 경우를 나타낸다. 곡선 2010, 2015, 2020 및 2025는 각각 렌즈 시스템의 광학 축으로부터 0도, 26도, 40도 및 53도에서의 MTF를 나타낸다. 또, mm당 0~50 사이클의 중요 부분에서, 렌즈 시스템은 각도 범위 전부에 대한 허용가능한 성능을 제공한다.
열가소성 물질 또는 에폭시에서 용해될 수 있는 수많은 광-흡수 염색제는 아포다이즈드 동공을 생성하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, Ciba Orasol Black이 많은 물질에서 잘 용해되고 청색에서 보다는 녹색에서 좀 더 많이 흡수하기때문에 훌륭한 후보 대상이다. 적외선-흡수 염색제 또한 이용될 수 있고 유색 유리 또는 유전체 코팅을 대신해서 바람직하지 않은 적외선 광선을 제거하기 위해 사용될 수 있다.
마이크로렌즈는 종종 그들의 활성 영역 상에 입사광을 집중시키기 위한 이미지-캡처 장치의 픽셀 이상으로 구성된다. 마이크로렌즈의 디자인은 이미지-캡처 장치 및 외부 매질(공기) 사이의 굴절율 단계에 의존한다. 따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에서, 이미지-캡처 장치에 가장 가까운 렌즈 구성요소는 이미지 영역과 직접 접촉하는 것이 아니라 그 사이에 공기 갭을 가진 그것의 아주 짧은 거리(즉, 10mm 또는 20mm)에 있다. 이 렌즈 구성요소 및 이미지-캡처 장치의 이미지 영역 사이에 쐐기를 두는 것이 공기 갭을 생성한다. 이 실시예에서, 이미지-캡처 장치에 가장 가까운 렌즈 구성요소(평-오목 에폭시 또는 열가소성 물질 층)는 이미지-캡처 장치에 대한 조립 전에 성형된다. 공기 갭의 목적은 이미지-캡처 장치 및 외부 매질사이의 굴절율 단계를 유지해서 이미지-캡처 장치 상에 놓여진 마이크로렌즈가 유효하게 작동되도록 허용하는 것이다.
하지만 또 다른 실시예에 따르면, 시계의 심도를 더 확장하기 위해서 상 마스크가 평-볼록 렌즈(205) 및 미소 구체(105) 사이에 도입된다. 상 마스크의 목적은 이미지에서 잘-조절된 블러(blur)를 도입하는 것으로, 그와 같은 블러는 시계의 심도에 대한 피사체의 위치를 상당히 변화시키지 않는 것이다. 그리고나서 선형 회선을 가진 이미지를 전자적으로 가공함으로써 그와 같은 블러를 보정할 수 있다.
여전히 또 다른 실시예에 따르면, 접착 물질(120) 또는 접착 물질(210)은 에폭시 또는 열가소성 물질 대신에 젤이다. 젤의 목적은 다양한 구성요소들 사이의 이동을 허용하여 초점 보정의 가능성을 허용하는 것이다.
본 발명이 그 구체적인 실시예를 참조하여 특히 보여지고 기술되지만, 상술된 실시예에서의 형식 및 상세한 부분에서의 변형이 본 발명의 사상 또는 범위를 이탈하지 않고서 만들어질수 있는 것이라면 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해될 것이다. 게다가, 비록 본 발명의 다양한 이점, 면면 및 목적이 여기에서 다양한 실시예를 참조하여 논의되었지만, 본 발명의 범위는 그와 같은 이점, 면면, 및 목적에 대한 참조에 의해 제한되지 않아야 한다고 이해될 것이다.

Claims (32)

  1. 디지털 이미지-캡처 장치;
    상기 디지털 이미지-캡처 장치에 연결된 렌즈 시스템을 포함하며,
    상기 렌즈 시스템은,
    제 1 접착 물질에 의해 디지털 이미지-캡처 장치에 연결되고 구형의 모양에 가까운 제 1 렌즈; 및
    볼록면과 실질적으로 평면인 면을 포함하고, 상기 실질적으로 평면인 면의 적어도 일부분은 제 2 접착 물질에 의해 상기 제 1 렌즈에 연결되는 제 2 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈는 상기 디지털 이미지-캡처 장치에 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실질적으로 평면인 면은 상기 제 1 렌즈에 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈의 두께는 렌즈 시스템에 의해 투과된 빛이 디지털 이미지-캡처 장치에 집중되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈의 두께는 상기 렌즈 시스템에 의해 투과된 빛의 근축 초점이 제 1 렌즈의 표면에 근접하여 위치되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈는 대략적으로 반구형의 모양인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈는 순수 유리, 석영, 금홍석, 루비 및 용융 실리카로 이루어진 군에서 선택된 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈는 순수 유리, 석영, 금홍석, 루비 및 용융 실리카로 이루어진 군에서 선택된 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 접착 물질은 실질적으로 투명한 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 접착 물질은 실질적으로 투명한 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈는 제 1 굴절율을 갖으며;
    상기 제 2 렌즈는 제 2 굴절율을 갖고;
    상기 제 1 접착 물질은 제 3 굴절율을 갖으며;
    상기 제 2 접착 물질은 제 4 굴절율을 갖는 것으로서,
    이 때 상기 제 1 및 제 2 굴절율은 제 3 또는 제 4 굴절율 보다 작은 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 접착 물질은 광-흡수 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈 시스템은 상기 제 1 렌즈와 상기 디지털 이미지-캡처 장치 사이에 위치한 스페이서를 더 포함하며, 이 때 상기 스페이서는 상기 렌즈 시스템에 의해 투과된 빛이 상기 디지털 이미지-캡처 장치에 집중되도록 하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈는 제 1 반경을 가지고, 상기 제 2 렌즈는 제 2 반경을 가지며, 이 때 상기 제 1 반경은 대략 상기 제 2 반경과 동일한 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  15. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈는 제 1 직경을 가지고, 상기 제 2 렌즈는 제 2 직경을 가지며, 이 때 상기 제 1 직경은 대략 제 2 직경의 두 배인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 접착 물질이 아포다이즈드 동공(apodized pupil)을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 렌즈 시스템은 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈의 최소 일부분이 위치하고 있는 렌즈배럴(lens barrel)을 더 포함하며, 상기 제 2 접착 물질은 상기 제 1 렌즈, 실질적 평면 및 상기 렌즈배럴에 의하여 한정되는 실질적인 모든 체적을 차지하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 광-흡수 물질은 빛의 파장에 대하여 변화하는 흡광 계수를 가지는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 스페이서의 두께는 대략 상기 제 1 렌즈의 직경의 절반인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  20. 볼록면과 실질적으로 평면인 면을 포함하는 제 2 유리 렌즈의 실질적 평면에 구형에 가까운 제 1 유리 렌즈를 부착하는 제 1 접착 단계; 및
    상기 제 1 유리 렌즈를 디지털 이미지-캡처 장치에 부착하는 제 2 접착 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템 형성 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 접착 단계는, 상기 실질적 평면을 상기 제 1 유리 렌즈에 직접 접촉하도록 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템 형성 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 2 접착 단계는, 상기 제 1 유리 렌즈를 상기 디지털 이미지-캡처 장치에 직접 접촉하도록 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템형성 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 유리 렌즈 및 상기 제 2 유리 렌즈에 의해 투과된 빛이 상기 디지털 이미지-캡처 장치에 집중되도록 상기 제 2 유리 렌즈의 두께를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템 형성 방법.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 유리 렌즈 및 상기 제 2 유리 렌즈에 의해 투과된 빛의 근축 초점이 상기 제 1 유리 렌즈의 표면에 근접하여 위치되도록 상기 제 2 유리 렌즈의 두께를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템 형성 방법.
  25. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 2 유리 렌즈는 대략 반구형의 모양인 것을 특징으로 하는 광학 시스템 형성 방법.
  26. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 접착 단계는 광-흡수 접착 물질을 사용하여 상기 실질적 평면을 상기 제 1 렌즈에 접착하는 단계를 포함하여, 광학 시스템에 의해 투과된 빛에 대한 아포다이즈드 동공을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템 형성 방법.
  27. 제 20 항에 있어서,
    실질적으로 구형의 렌즈를 연마함으로써 상기 제 2 유리 렌즈를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템 형성 방법.
  28. 제 20 항에 있어서,
    연마(tumbling) 과정에 의해 상기 제 1 유리 렌즈를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템 형성 방법.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 1 접착 단계는,
    렌즈배럴 내에 적어도 상기 제 1 렌즈의 일부분 및 제 2 렌즈의 일부분을 배치하는 단계; 및
    상기 제 1 렌즈, 실질적 평면 및 렌즈배럴에 의해 한정되는 실질적인 모든 체적 내에 광-흡수 접착 물질을 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템 형성 방법.
  30. 제 1 굴절율을 가지는 평면-평면 구성요소;
    상기 평면-평면 구성요소에 근접하여 위치하는 볼록면과, 실질적으로 평면인 면을 포함하는 평-볼록 구성요소; 및
    상기 볼록면 및 상기 평면-평면 구성요소에 의해 한정되는 체적 내에 위치하며, 아포다이제이션 필터를 통해 투과된 빛에 대한 아포다이즈드 동공을 형성하는 광-흡수 접착 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 아포다이제이션 필터.
  31. 제 30 항에 있어서,
    빛의 투과T는 실질적으로T=exp(-αx 2 )으로서 평-볼록 구성요소의 반경x에 따라 변화하며, 이 때 α는 상기 광-흡수 접착 물질의 흡광 계수인 아포다이제이션 필터.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 평-볼록 구성요소는 잘라 면처리한 것을 특징으로 하는 아포다이제이션 필터.
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