KR20040103786A - 다초점 촬상 장치 및 다초점 촬상 장치를 가진 모바일 장치 - Google Patents

다초점 촬상 장치 및 다초점 촬상 장치를 가진 모바일 장치 Download PDF

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KR20040103786A
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미네후지노부타카
오노마사히로
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펜탁스 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 다초점 촬상 장치는 하나의 평면상에 배치된 적어도 하나의 이미지 센서; 그리고 상기 이미지 센서 상의 다른 복수의 결상 구역에 상이한 배율의 복수의 상을 결상시키는 복수의 결상 광학계를 포함하고 있다.

Description

다초점 촬상 장치 및 다초점 촬상 장치를 가진 모바일 장치{A MULTIPLE-FOCAL-LENGTH IMAGING DEVICE, AND A MOBILE DEVICE HAVING THE MULTIPLE-FOCAL-LENGTH IMAGING DEVICE}
본 발명은 다초점 촬상 장치, 특히 슬림형 다초점 촬상 장치에 관한 것이고, 또한 상기와 같은 촬상 장치를 가진 모바일 장치에 관한 것이다.
디지털 카메라는 계속적으로 소형화되고 있으며 해상도가 향상되고 있다. 최근에는, 디지털 카메라와 디지털 카메라를 장착한 휴대 전화기(셀룰러 폰)의 제품 구분이 문제로 되고 있다. 현재의 구분의 경계는 대략 100만 화소 해상도의 성능을 기준으로 하고 있다. 휴대 전화기의 두께를 더욱 얇게 하기를 원하는 최근의 요구로 인해, 디지털 카메라를 내장한 종래의 모든 휴대 전화기는 고정 초점 촬영 광학계를 가지고 있다.
본 발명은 휴대 전화기와 같은 모바일 장치에 장착될 수 있는 슬림형 다초점 촬상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참고하여 아래에서 상세하게 기술된다.
도 1은 본 발명에 의한 다초점 촬상 장치의 한 실시예가 장착된 폴더형 휴대 전화기의 두 부분 중 한 부분의 외측 입면도;
도 2는 도 1에 도시된 폴더형 휴대 전화기의 상기 부분의 내측 입면도로서, 상기 폴더형 휴대 전화기의 상기 부분에 설치된 LCD 패널의 외관을 나타내는 도면;
도 3은 도 1에 도시된 다초점 촬상 장치의 정면도;
도 4는 도 3에 표시된 Ⅳ-Ⅳ 라인에 따른 단면도;
도 5는 도 3에 표시된 Ⅴ-Ⅴ 라인에 따른 단면도;
도 6은 도 3에 표시된 Ⅵ-Ⅵ 라인에 따른 단면도;
도 7은 도 3에 표시된 Ⅶ-Ⅶ 라인에 따른 단면도;
도 8은 본 발명에 의한 다초점 촬상 장치의 블록도;
도 9는 본 발명에 의한 다초점 촬상 장치의 광학 요소로서 기능하는 외면 평면 공통 광학 요소의 한 실시예 및 렌즈 모듈의 한 실시예의 사시도;
도 10은 도 9에 도시된 광학 요소들을 포함하는 본 발명에 의한 다초점 촬상장치의 횡단면도;
도 11은 도 9에 도시된 광학 요소들을 포함하는 본 발명에 의한 다초점 촬상 장치의 종단면도;
도 12는 2 개의 결상 광학계와 이와 관련된 서로 독립되어 있는 2 개의 결상 구역을 포함하고 있는 본 발명에 의한 다초점 촬상 장치의 정면도;
도 13은 도 12에 표시된 Ⅷ-Ⅷ 라인에 따른 단면도;
도 14는 도 13과 유사한 도면으로서, 도 12 및 도 13에 도시된 다초점 촬상 장치의 실시예의 수정 실시형태인, 다른 다초점 촬상 장치의 실시예를 나타내는 단면도;
도 15는 이미지 센서의 결상 구역상의 광각 구역과 망원 구역이 서로 중복되어서 이미지 센서의 결상 구역상에 중복 구역을 형성하는, 다초점 촬상 장치의 실시예의 정면도;
도 16은 도 15에 표시된 ⅩⅥ-ⅩⅥ 라인에 따른 단면도; 그리고
도 17은 이미지 센서의 결상 구역이 2 개의 결상 구역으로 분할된 경우로서, 상기 2 개의 결상 구역의 각각의 종횡비가 이미지 센서의 원래의 종횡비를 유지하면서 각 결상 구역이 서로 중복되지 않는 것을 도시하고 있는, 본 발명에 의한 다초점 촬상 장치의 다른 실시예의 정면도이다.
본 발명의 한 실시 형태에 따르면, 하나의 평면상에 배치된 적어도 하나의 이미지 센서와, 상기 이미지 센서 상의 복수의 상이한 결상 구역에 상이한 배율의 복수의 상을 결상시키는 복수의 결상 광학계를 포함하는 다초점 촬상 장치가 제공된다.
상기 이미지 센서가 단 하나의 이미지 센서를 가지고 있고, 상기 복수의 상이한 결상 구역이 상기 하나의 이미지 센서 상에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 복수의 상이한 결상 구역이 상기 이미지 센서 상에서 서로 분리되어 있는 것이 바람직하다.
상기 복수의 상이한 결상 구역 중의 적어도 2 개가 상기 이미지 센서 상에서 서로 중복될 수 있다.
상기 복수의 상이한 결상 구역 중 선택되지 않은 나머지 결상 구역에 각각 대응하는 상기 복수의 결상 광학계의 광로를 차폐함으로써 상기 복수의 상이한 결상 구역으로부터 하나의 결상 구역을 선택하기 위한 광로 차폐 장치를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 복수의 결상 광학계 중 하나의 결상 광학계의 광학 요소가 상기 복수의 결상 광학계 중 적어도 하나의 나머지 결상 광학계의 다른 광학 요소와 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 복수의 결상 광학계는 상기 복수의 결상 광학계의 물체측 단부에 배치된 외면 평면 공통 광학 요소를 포함할 수 있다. 상기 외면 평면 공통 광학 요소는 상기 복수의 결상 광학계의 공통 평면으로서 기능하도록 물체측의 상기 외면 평면 공통 광학 요소의 제 1 표면에 형성되어 있는 평면; 및 상기 복수의 결상 광학계의 복수의 독립된 렌즈면으로서 각각 기능하도록 상측의 상기 외면 평면 공통 광학 요소의 제 2 표면에 형성된 복수의 렌즈면을 포함하고 있다.
상기 복수의 결상 광학계가 상기 외면 평면 공통 광학 요소의 상기 평면의 일부분을 공유하는 것이 가능하다. 이러한 구조는 상기 복수의 결상 광학계의 2차원적 크기를 감소시킬 수 있다.
상기 복수의 결상 광학계가 적어도 하나의 중간 광학 요소 블록을 포함하는 것이 바람직하고, 이 중간 광학 요소 블록은 상기 외면 평면 공통 광학 요소와 상기 이미지 센서의 사이에 배치되어 있으며, 상기 복수의 결상 광학계의 복수의 독립된 광학 요소로서 각각 기능하는 복수의 렌즈 요소부를 포함하고 있다. 이러한 구성은 다초점 촬상 장치의 구조를 단순화하고, 다초점 촬상 장치의 조립 작업성을 향상시킨다.
상기 복수의 결상 광학계가 각각의 상기 복수의 결상 광학계의 물체측에 설치되어 있는 각각의 광학 요소를 일체로 포함하는 제 1 렌즈 모듈; 각각의 상기 복수의 결상 광학계에 있어서, 상기 제 1 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서 사이에 설치되어 있는 각각의 광학 요소를 일체로 포함하는 제 2 렌즈 모듈; 그리고 상기 복수의 결상 광학계에 대응하는 복수의 결상 구역을 가진 단일의 상기 이미지 센서를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 복수의 결상 광학계 중 하나의 결상 광학계는 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함할 수 있고, 이 하나의 렌즈 요소는 상기 복수의 결상 광학계 중 적어도 하나의 나머지 결상 광학계에 설치된 다른 렌즈 요소와 광축 방향으로 다른 위치에 배치되어 있고, 제조 비용을 절감하기 위해서, 상기 하나의 렌즈 요소 및 다른 렌즈 요소는 광학면 형상 및 렌즈 두께에 있어서 서로 동일하고, 동일한 광학 재료로 만들어질 수 있다.
상기 복수의 결상 광학계 중 적어도 하나가 상기 복수의 결상 광학계 중 다른 하나와 초점 거리가 상이한 것이 실용적이다.
상기 복수의 결상 광학계 중 3 개의 광학계는 예를 들면, 망원 광학계, 표준 광학계 및 광각 광학계로 설계될 수 있다. 실제로, 상기 복수의 결상 광학계 중가장 초점 거리가 긴 광학계는 상기 복수의 결상 광학계 중 가장 초점 거리가 짧은 광학계보다 적어도 1.5배 더 긴 초점 거리를 가지고 있는 것이 바람직하다.
상기 복수의 결상 광학계 중 1 개의 광학계는 매크로 광학계로 설계될 수 있다. 특히, 상기 복수의 결상 광학계 중 적어도 하나의 광학계는 그 초점 거리의 200배 이하의 거리에 위치되어 있는 물체에 대해서만 초점을 맞추도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 다초점 촬상 장치는 이미지 센서의 광학적 특성에 따라, 모든 상기 복수의 상이한 결상 구역 앞에 배치된 적외선 흡수 필터 및/또는 광학 로우 패스 필터를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 다초점 촬상 장치는 상기 복수의 결상 광학계의 광로를 서로 분리시키는 광로 분리 장치를 포함할 수 있다.
상기 다초점 촬상 장치는 모바일 장치에 장착될 수 있다.
상기 모바일 장치는 휴대 전화기로 될 수 있다.
상기 휴대 전화기는 디스플레이 장치를 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 복수의 결상 광학계가 상기 디스플레이 장치의 앞에 배치된다.
상기 광로 차폐 장치가 상기 복수의 결상 광학계의 광축 방향에 수직한 방향으로 이동가능한 구멍을 가진 광차폐 플레이트를 포함하는 것이 바람직하다.
다른 실시 형태로서, 복수의 결상 광학계와, 단일의 이미지 센서를 포함하고 있고, 상기 단일의 이미지 센서는 상이한 배율의 복수의 상이 상기 복수의 결상 광학계를 통하여 상기 단일의 이미지 센서 상의 복수의 상이한 결상 구역에 형성되도록 상기 복수의 결상 광학계 뒤에 배치되어 있는 모바일 장치가 제공된다.
[실시예]
도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 다초점 컬러 촬상 장치가 장착되어 있는 폴더형 휴대 전화기(10)의 두 부분 중 한 부분(디스플레이 부착부)의 외관을 도시하고 있다. 이 휴대 전화기(10)에는, 휴대 전화기(10)의 디스플레이 부착부(10a)의 외측면에 촬상창(11)이 설치되어 있다. 이 휴대 전화기(10)의 디스플레이 부착부(10a)에는 디스플레이 장치로서 기능하는 LCD 패널(l2)이 설치되어 있어서, 사용자는 도 2에 도시된 바와 같이 디스플레이 부착부(10a)의 내측면 상의 LCD 패널(l2)을 볼 수 있다.
이 휴대 전화기(10)의 촬상창(11) 내에는 2차원적으로 배치된 4 개의 결상 구역(화상 형성 구역)을 가지고 있는 다초점 촬상 장치(20)가 설치되어 있다. 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 다초점 촬상 장치(20)는 물체측으로부터 차례로, 외면 평면 공통 광학 요소(21), 4 개의 상이한 광학 요소(제 1 내지 제 4 광학 요소)(22A, 22B, 22C 및 22D), 공통의 적외선 흡수 필터(23) 및 단일의 컬러 이미지 센서(컬러 CCD 이미지 센서/촬상 소자)(24)를 구비하고 있다. 제 1 내지 제 4 광학 요소(22A, 22B, 22C 및 22D)는 대체로 서로 평행한 4 개의 상이한 광축에 각각 배치되어 있다.
외면 평면 공통 광학 요소(21)의 전방면(제 1 면/물체측 면)은 평면(21p)으로 형성되어 있고, 외면 평면 공통 광학 요소(21)의 후방면(상측 면)은 4 개의 독립적인 렌즈면(제 1 내지 제 4 렌즈면)(21A, 21B, 21C 및 21D)을 가지도록 형성되어 있다. 제 1 내지 제 4 렌즈면(21A, 21B, 21C 및 21D)과 제 1 내지 제 4 광학 요소(22A, 22B, 22C 및 22D)는 4 개의 상이한 초점 거리(4 개의 상이한 배율)를 각각 가진 4 개의 독립적인 결상 광학계(제 1 내지 제 4 결상 광학계)(A, B, C 및 D)를 구성하고 있다. 적외선 흡수 필터(23)는 제 1 내지 제 4 결상 광학계(A, B, C 및 D)를 커버할 수 있는 크기를 가진 평행 평면판의 형상을 하고 있다. 이 적외선 흡수 필터(23)는 제 1 내지 제 4 결상 광학계(A, B, C 및 D)를 커버할 수 있는 크기를 가진 광학 로우 패스 필터로 대체될 수 있다. 광로 분리 벽(광로 분리 장치)(28)이 제 1 내지 제 4 광학 요소(22A, 22B, 22C 및 22D) 사이에 설치되어서 각각의 광로를 서로 분리시킨다.
상이한 배율의 4 개의 물체 상이 제 1 내지 제 4 결상 광학계(A, B, C 및 D)를 각각 통하여 이미지 센서(24) 상의 4 개의 다른 구역에 결상된다. 다초점 촬상 장치(20)의 본 실시 형태에서는, 이미지 센서(24)의 직사각형(대체로 정사각형)의 결상 구역이 4 개의 구역(2×2)으로 분할되어 있다. 예를 들어, 이미지 센서(24)의 사이즈 및 화소수가 각각 1/4인치(대각선 길이) 및 대략 백삼십만 화소(1280×1024)인 경우, 이미지 센서(24)의 각 구역의 사이즈 및 화소수는 각각 l/8인치 및 대략 삼십만 화소(640×512)로 될 수 있다.
제 1 결상 광학계(A)는 외면 평면 공통 광학 요소(21)의 제 1 렌즈면(21A) 및 제 1 광학 요소(22A)가 각각 오목면 및 정(positive) 렌즈로서 형성되어 있는 광각 렌즈계(짧은-초점 렌즈계)로서 기능하도록 형성되어 있다. 제 1 렌즈면(21A)및 제 1 광학 요소(22A)는 먼거리의 물체에 대하여 초점맞춘 상태로(예를 들면, 제 1 결상 광학계(A)의 초점 거리의 대략 1000배의 물체에 초점맞춘 상태) 고정되어 위치되어 있다.
제 2 결상 광학계(B)는 제 1 결상 광학계(A)에 의해 만들어진 광각 촬영 상태에 관하여 매크로 촬영 상태를 만드는 매크로 렌즈계로서 기능하도록 형성되어 있다. 외면 평면 공통 광학 요소(21)의 제 2 렌즈면(21B)과 제 2 광학 요소(22B)는 각각 외면 평면 공통 광학 요소(21)의 제 1 렌즈면(21A)과 제 1 광학 요소(22A)와 동일하지만, 제 2 광학 요소(22B)(정 렌즈 요소로서 형성되어 있음)가 제 1 광학 요소(22A)보다 물체측에 약간 더 가까이 위치되어 있어서 제 2 결상 광학계(B)는 다초점 컬러 촬상 장치(20)에 근접해 있는 물체에 대해 초점이 맞추어질 수 있다. 특히, 제 2 결상 광학계(B)의 초점 거리의 200배 이하의 거리에 위치되어 있는 매크로 촬영의 거리 범위에 있는 물체만이 제 2 결상 광학계(B)를 통하여 초점이 맞추어 진다.
제 4 결상 광학계(D)는 망원 렌즈계(긴 초점의 렌즈계)로서 기능하도록 형성되어 있으며, 제 4 결상 광학계(D)에는 외면 평면 공통 광학 요소(21)의 제 4 렌즈면(21D)과 제 4 광학 요소(22D)가 각각 볼록면과 정 렌즈 요소로서 형성되어 있어서, 이 제 4 결상 광학계(D)의 길이를 증가시키지 않고서도 제 1 결상 광학계(A)의 초점 거리의 약 3 배의 긴 초점 거리를 가진다.
제 3 결상 광학계(C)는 제 1 결상 광학계(A)의 초점 거리와 제 4 결상 광학계(D)의 초점 거리의 중간의 초점 거리를 가지는 렌즈계로서 기능하도록 형성되어있다. 외면 평면 공통 광학 요소(21)의 제 3 렌즈면(21C)과 제 3 광학 요소(22C)는 구조상으로 외면 평면 공통 광학 요소(21)의 제 1 렌즈면(21A)과 제 1 광학 요소(22A)와 각각 동일하지만, 제 3 광학 요소(22C)(부(negative) 렌즈 요소로 형성되어 있음)가 제 1 광학 요소(22A)(정 렌즈 요소로 형성되어 있음)보다 물체측에 더 가까이 위치되어 있으므로, 제 3 결상 광학계(C)는 제 1 결상 광학계(A)의 초점 거리의 약 2 배의 초점 거리를 가지고 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(24)는 연산 처리 장치(APU)로서 기능하는 CPU(중앙 처리 장치)(30)에 접속되어 있다. 릴리스 스위치(32)를 누른 직후에는, 이미지 센서(24)의 4 개의 상이한 구역을 통하여 각각 포착되는 4 개의 화상 신호(즉, 제 1 내지 제 4 결상 광학계(A 내지 D)를 통하여 4 개의 상이한 초점 거리에 각각 결상된 4 개의 상의 4 개의 화상 신호)가 CPU(30)로 입력된다. 이 CPU(30)에는 선택 장치(33)가 접속되어 있다. 상기 선택 장치(33)는 미리 또는 노출 후에 4 개의 화상 신호로부터 １개를 선택하여 LCD 패널(12)에 대응하는 물체 상을 표시한다. 이 선택된 상은 CPU(30)에 접속되어 있는 메모리(34)에 저장된다.
따라서, 제 1 내지 제 4 결상 광학계(A 내지 D) 각각이 이미지 센서(24)의 독립한 영역에 상을 형성하기 때문에, 상이한 배율의 복수의 물체 상을 동시에 얻을 수 있다. 제 1 내지 제 4 결상 광학계(A 내지 D) 중 하나의 결상 광학계를 통하여 결상된 물체 상만이 해당 광로를 기계적으로 선택하거나 화상 처리 등을 통하여 소프트웨어적으로 물체 상을 선택하는 것에 의해 포착될 수 있다는 사실은 당해 기술분야의 전문가에게 알려져 있다.
외면 평면 공통 광학 요소(21)의 전방면(제 1 면/물체측 면)은 상기한 바와 같이 평면(21p)으로 형성되어 있다. 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 내지 제 4 결상 광학계(A 내지 D)는 상기 평면(21p)의 일부를 공유하고 있다.
최근에 보급되고 있는 전자 제어로 줌작동이 실행되는 경우에 있어서 가변 초점 거리를 가지고 있는 전형적인 줌렌즈 카메라는, 단일의 광축을 따라 이루어지는 각 렌즈 그룹의 상대 이동을 통하여, 유한한 수의 상이한 초점 거리 스텝을 가지는 것이 보통이다. 따라서, 본 실시예의 촬상 장치(다초점 촬상 장치(20))는 스텝식의 가변 초점 거리, 특히, 3 초점 거리 스텝(매크로 촬영용 초점 거리가 포함되는 경우 4 초점 거리 스텝)를 가지고 있는 카메라의 줌 렌즈로서 간주될 수 있다. 보다 많은 결상 광학계가 다초점 촬상 장치(20)에 설치되면 폴더형 휴대 전화기(10)는 상기의 전형적인 줌렌즈 카메라에 보다 근접하게 된다. 메모리(34)에 저장된 화상 신호는 다른 장치로 전송될 수 있다. 이러한 전송 장치는 임의의 종래의 장치로 될 수 있다.
도 9 내지 도 11은 렌즈 모듈(중간 광학 요소 블록)(22)이 제 1 내지 제 4 광학 요소(22A, 22B, 22C 및 22D)를 포함하도록 단일의 합성 수지 성형체로 성형되어 있는 다른 실시 형태의 다초점 촬상 장치(120)이다. 도 9 내지 도 11에 도시된 실시예에 있어서, 외면 평면 공통 광학 요소(21)는 제 1 렌즈 모듈로서 기능하고, 제 1 내지 제 4 광학 요소(렌즈 요소)(22A, 22B, 22C 및 22D)는 제 2 렌즈 모듈로서 기능하는 렌즈 모듈(22)과 일체로 형성되어 있다. 도 3 내지 도 7에 도시된 다초점 촬상 장치(20)와 동일한 도 9 내지 도 11의 다초점 촬상 장치(120)의 구성 요소에는 동일한 참고 번호가 표시되어 있다. 다초점 촬상 장치(120)의 광학 요소(렌즈 요소)가 상기와 같은 방식으로 모듈화하면, 이 다초점 촬상 장치(120)는 용이하게 조립될 수 있고 또한 구성 요소의 위치결정이 용이하게 수행될 수 있다. 따라서, 소형이고, 슬림형 이며 간단한 형태의 다초점 촬상 장치(120)를 얻는다.
도 12 및 도 13은 이미지 센서(24)의 결상 구역이 2 개로 분할되어 있는 다초점 촬상 장치(220)의 다른 실시 형태를 도시하고 있다. 즉, 이러한 실시 형태의 다초점 촬상 장치(220)는 2 개의 상이한 결상 광학계(제 1 및 제 2 결상 광학계)(A, B)를 구비하고 있다. 이 다초점 촬상 장치(220)에 있어서, 이미지 센서(24)의 종횡비(길이대 폭의 비)는 4:3이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 화소를 낭비하지 않고 이미지 센서(24)의 모든 화소를 사용하도록 이미지 센서(24)의 결상 구역이 이미지 센서(24)의 중앙부에서 동일하게 2 분할되어 있다. 적외선 흡수 필터(23) 및 단일의 컬러 이미지 센서(컬러 CCD)(24)는 제 1 및 제 2 결상 광학계(A 및 B)의 양자에 공통으로 사용되고, 상기의 실시 형태의 다초점 촬상 장치의 것과 동일한 것이다. 제 1 및 제 2 결상 광학계(A 및 B)는 3 개의 렌즈 모듈: 즉, 제 1 렌즈 모듈(외면 평면 공통 광학 요소)(25), 제 2 렌즈 모듈(중간 광학 요소 블록/합성 수지 재료의 성형체)(26) 및 제 3 렌즈 모듈(중간 광학 요소 블록/합성 수지 재료의 성형체)(27)을 가지고 있다. 외면 평면 공통 광학 요소(25)의 전방면(제 1 면/물체측 면)은 평면(25p)으로 형성되어 있다.
제 1 렌즈 모듈(25)의 제 2 면(후방면)에는 동일한 크기와 형태를 가지고 있는 2 개의 독립된 렌즈면(제 1 면 및 제 2 면)(25A 및 25B)이 구비되어 있다. 제2 렌즈 모듈(26)은 동일한 크기와 형태를 가지고 있으며 광축 방향(도 13에서 보았을 때 수평 방향)으로 상이한 위치에 배치되어 있는 제 1 및 제 2 렌즈 요소부(2 개의 독립된 렌즈 요소부)(26A 및 26B)를 구비하고 있다. 제 3 렌즈 모듈(27)은 동일한 크기와 형태를 가지고 있으며 광축 방향으로 동일한 위치에 배치되어 있는 제 1 및 제 2 렌즈 요소부(2 개의 독립된 렌즈 요소부)(27A 및 27B)를 구비하고 있다. 제 2 렌즈 모듈(26)의 제 2 렌즈 요소부(26B)는 제 2 렌즈 요소부(26A)보다 물체측에 더 가까이 위치하고 있어서 제 1 결상 광학계(A)는 원거리 물체용 광학계로서 기능을 하고 제 2 결상 광학계(B)는 폴더형 휴대 전화기(10)에 근접한 물체용 매크로 광학계로서 기능을 한다. 도 12 및 도 13에 도시된 다초점 촬상 장치(220)는 제 1 렌즈 모듈(25)과 제 2 렌즈 모듈(26)의 사이에 광로 분리벽(광로 분리 장치)(28a)을 구비하고 있다. 이 다초점 촬상 장치(220)는 적외선 흡수 필터(23)의 바로 전방에 광로 분리벽(광로 분리 장치)(28b)을 구비하고 있고, 또한 적외선 흡수 필터(23)와 이미지 센서(24)의 사이의 이미지 센서(24)의 바로 전방에는 광로 분리벽(광로 분리 장치)(28c)을 구비하고 있다. 광로 분리벽(28b)과 광로 분리벽(28c)가 있음으로 인해서, 제 1 및 제 2 결상 광학계(A 및 B)를 통과한 물체 광은 2 개의 물체 상이 이미지 센서(24)에서 서로 간섭(중복)하지 않고, 공통의 이미지 센서(24)에서의 2 개의 분리된 물체 상으로서 각각 형성된다.
이 다초점 촬상 장치(220)에서는, 휴대 전화기(10)를 사용하는 경우 제 1 및 제 2 결상 광학계(A 및 B)를 통하여 이미지 센서(24)의 2 개의 결상 구역상에 각각 형성되는 2 개의 물체 상 중에서 어느 하나가 선택될 수 있다. 게다가, 동시에 근거리의 물체 상 및 원거리의 물체 상을 소정의 화상 처리 작업을 통하여 처리함으로써 이미지 센서(24)의 2 개의 물체 상 중 대조가 높은 쪽의 상을 소프트웨어적으로 판별하여 자동적으로 메모리(34)에 저장할 수 있다. 또한, 이 다초점 촬상 장치(220)는 초점 거리를 변화시키기 위해 기계적인 초점맞춤 시스템을 갖출 필요가 없기 때문에, 넓은 범위의 상이한 물체 거리의 물체를 높은 대조로 촬영할 수 있게 하는 광학계를 광축 방향으로 상당히 얇은 공간에 설치할 수 있게 된다.
도 14는 도 12 및 도 13에 도시된 다초점 촬상 장치(220)의 실시 형태의 변형예인 다초점 촬상 장치(320)를 도시하고 있는 바, 이 다초점 촬상 장치(320)는 제 1 렌즈 모듈(외면 평면 공통 광학 요소)(25), 제 2 렌즈 모듈(26) 및 제 3 렌즈 모듈(27)의 렌즈면의 형태에 변형이 가해진 것이다. 도 13에 도시된 다초점 촬상 장치(220)와 마찬가지로, 제 1 렌즈 모듈(25)의 제 2 면상의 제 1 및 제 2 면(25A 및 25B)은 크기와 형태가 동일하고, 제 2 렌즈 모듈(26)의 제 1 및 제 2 렌즈 요소부(26A 및 26B)는 크기와 형태가 동일하고 광축 방향으로 상이한 위치에 배치되어 있으며, 제 3 렌즈 모듈(27)의 제 1 및 제 2 렌즈 요소부(27A 및 27B)는 크기와 형태가 동일하고 광축 방향으로 동일한 위치에 배치되어 있다. 제 2 렌즈 모듈(26)의 제 2 렌즈 요소부(26B)는 제 1 렌즈 요소부(26A)보다 물체측에 더 가까이 위치하고 있어서, 제 1 결상 광학계(A)는 짧은 초점 렌즈계(광각 광학계)로서 기능하고 제 2 결상 광학계(B)는 긴 초점 렌즈계(협각 광학계:높은 배율을 가진 광학계)로서 기능한다. 촬영 광학계를 구성하고 있다.
도 14에 도시된 다초점 촬상 장치(320)의 실시예에 있어서도, 도 13에 도시된 다초점 촬상 장치(220)와 유사하게, 어떠한 광학 요소도 이동시키지 않고 광각 촬영 및 협각 촬영(고배율 촬영)이 가능하다. 따라서, 다초점 촬상 장치(320)의 결상 광학계는 하나 이상의 렌즈 요소를 이동시켜서 줌작동이나 초점 거리 변경 작동을 하는 종래의 다초점 촬상 장치와 비교하여, 매우 좁은 공간에 광축 방향으로 공간 효율성 좋게 설치될 수 있다. 더우기, 이 다초점 촬상 장치(320)는 내충격성이 우수하고, 낮은 생산 비용으로 만들어질 수 있다.
도 15 및 도 16은 다른 실시 형태의 다초점 촬상 장치(420)를 도시하고 있다. 이 실시예에 있어서 이미지 센서(24)의 결상 구역상의 광각 구역 및 망원 구역(도 15에서 보았을 때 상부 구역 및 하부 구역)은 서로 중복되어서 이미지 센서(24)의 결상 구역상에 중복 구역(AB)을 형성하는 것에 의해 이미지 센서(24)의 결상 구역의 분할 전후에서 포착된 물체 상의 종횡비를 유지하면서 이미지 센서(24)의 화소를 유효하게 최대한 사용할 수 있다. 이러한 실시 형태의 다초점 촬상 장치(420)에서는, 도 12 및 도 13에 도시된 상기의 다초점 촬상 장치(220)와 마찬가지로, 제 1 렌즈 모듈(외면 평면 공통 광학 요소)(25), 제 2 렌즈 모듈(26) 및 제 3 렌즈 모듈(27)이 광각 렌즈계 및 망원 렌즈계로서 기능하는 제 1 및 제 2 결상 광학계(A 및 B)를 각각 구성한다. 제 1 렌즈 모듈(25)의 제 2 면상의 제 1 및 제 2 면(25A 및 25B)은 크기와 형태가 동일하고, 제 3 렌즈 모듈(27)의 제 1 및 제 2 렌즈 요소부(27A 및 27B)는 크기와 형태가 동일하고, 광축 방향으로 동일한 위치에 배치되어 있다. 한편, 제 2 렌즈 모듈(26)의 2 개의 렌즈 요소부(26A 및 26B)는 각각 서로 독립되어 있는 광각 렌즈계 및 망원 렌즈계로서 기능하도록 형성되어 있다.
이미지 센서(24)의 결상 구역에 화상의 중복 구역(AB)이 있기 때문에, 이 다초점 촬상 장치(420)는, 이미지 센서(24)상의 2 개의 결상 구역(광각 구역 및 망원 구역)으로부터 하나의 결상 구역을 정확히 선택하기 위해서, 2 개의 결상 광학계(A 및 B) 중 선택되지 않은 결상 광학계의 광로를 차폐하는 광로 선택 장치(광로 차폐 장치)(29)를 제 2 렌즈 모듈(26)과 제 3 렌즈 모듈(27)의 사이에 설치하고 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 광로 선택 장치(29)는 복수의 결상 광학계의 광축 방향에 직교하는 방향으로, 즉, 도 16에서 보았을 때 수직 방향으로 이동가능한 구멍을 가진 광차폐 플레이트의 형태로 되어 있다.
도 17은 이미지 센서(24)의 결상 구역이 2 개의 결상 구역으로 분할되어 있는 경우를 도시하고 있는 바, 상기 2 개의 결상 구역은 서로 중복되지 않으면서 각각의 종횡비는 원래의 이미지 센서(24)의 종횡비를 유지하고 있다.
이미지 센서(24)는 단일 기판의 이미지 센서인 것이 바람직하다. 그러나, 복수의 이미지 센서가 동일 평면상에 배치되어 있는 경우라면 이 복수의 이미지 센서도 이미지 센서(24)로서 기능할 수 있다.
상기한 내용으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 상기의 다초점 촬상 장치(20 내지 420)의 각각에 따르면, 휴대 전화기 등의 모바일 장치에 장착될 수 있는 초박형 다초점 촬상 장치를 얻을 수 있다.
본 명세서에 기술된 본 발명의 특정 실시예에는 자명한 변경 사항이 가해질수 있고, 이러한 변경 실시 형태는 본 발명의 기술 사상 및 영역의 범위 내에 있다. 본 명세서에 포함된 모든 사항은 예시적인 것으로서 본 발명의 기술 영역을 제한하는 것을 의미하지는 않는다.

Claims (22)

  1. 하나의 평면 상에 배치된 적어도 하나의 이미지 센서; 그리고
    상기 이미지 센서 상의 복수의 상이한 결상 구역에 상이한 배율의 복수의 상을 결상시키는 복수의 결상 광학계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이미지 센서가 단 하나의 이미지 센서로 구성되고, 상기 복수의 상이한 결상 구역이 상기 하나의 이미지 센서 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 상이한 결상 구역이 상기 이미지 센서 상에서 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 상이한 결상 구역 중의 적어도 2 개가 상기 이미지 센서 상에서 서로 중복되는 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 상이한 결상 구역 중 선택되지 않은 나머지 결상 구역에 각각 대응하는 상기 복수의 결상 광학계의 광로를 차폐함으로써 상기 복수의 상이한 결상 구역으로부터 하나의 결상 구역을 선택하는 광로 차폐 장치를더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 결상 광학계 중 하나의 결상 광학계의 광학 요소가 상기 복수의 결상 광학계 중 적어도 하나의 나머지 결상 광학계의 다른 광학 요소와 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 결상 광학계는 상기 복수의 결상 광학계의 물체측 단부에 배치된 외면 평면 공통 광학 요소를 포함하고 있고,
    상기 외면 평면 공통 광학 요소는,
    상기 복수의 결상 광학계의 공통 평면으로서 기능하도록 물체측의 상기 외면 평면 공통 광학 요소의 제 1 표면에 형성되어 있는 평면; 및
    상기 복수의 결상 광학계의 복수의 독립된 렌즈면으로서 각각 기능하도록 상측의 상기 외면 평면 공통 광학 요소의 제 2 표면에 형성된 복수의 렌즈면을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 복수의 결상 광학계가 상기 외면 평면 공통 광학 요소의 상기 평면의 일부분을 공유하고 있는 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 복수의 결상 광학계가 적어도 하나의 중간 광학 요소 블록을 포함하고 있고, 이 중간 광학 요소 블록은 상기 외면 평면 공통 광학 요소와 상기 이미지 센서의 사이에 배치되어 있으며, 상기 복수의 결상 광학계의 복수의 독립된 광학 요소로서 각각 기능하는 복수의 렌즈 요소부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 결상 광학계가,
    각각의 상기 복수의 결상 광학계의 물체측에 설치되어 있는 각각의 광학 요소를 일체로 포함하는 제 1 렌즈 모듈;
    각각의 상기 복수의 결상 광학계에 있어서, 상기 제 1 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서 사이에 설치되어 있는 각각의 광학 요소를 일체로 포함하는 제 2 렌즈 모듈; 그리고
    상기 복수의 결상 광학계에 대응하는 복수의 결상 구역을 가진 단일의 상기 이미지 센서를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 결상 광학계 중 하나의 결상 광학계는 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함하고 있으며, 이 하나의 렌즈 요소는 상기 복수의 결상 광학계 중 적어도 하나의 나머지 결상 광학계에 설치된 다른 렌즈 요소와 광축 방향으로 다른 위치에 배치되어 있고, 상기 하나의 렌즈 요소 및 다른 렌즈 요소는 광학면 형상 및 렌즈 두께에 있어서 서로 동일하고, 동일한 광학 재료로 만들어져 있는 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 결상 광학계 중 적어도 하나는 상기 복수의 결상 광학계 중 다른 하나와 초점 거리가 상이한 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 복수의 결상 광학계 중 가장 초점 거리가 긴 광학계는 상기 복수의 결상 광학계 중 가장 초점 거리가 짧은 광학계보다 적어도 1.5배 더 긴 초점 거리를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 결상 광학계 중 적어도 하나의 광학계는 그 초점 거리의 200배 이하의 거리에 위치되어 있는 물체에 대해서만 초점을 맞추도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 디바이스.
  15. 제 1 항에 있어서, 모든 상기 복수의 상이한 결상 구역 앞에 배치된 적외선 흡수 필터를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 모든 상기 복수의 상이한 결상 구역 앞에 배치된 광학 로우 패스 필터를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 장치.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 결상 광학계의 광로를 서로 분리시키는 광로 분리 장치를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 장치.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 다초점 촬상 장치가 모바일 장치에 장착되는 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 모바일 장치는 휴대 전화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 휴대 전화기는 디스플레이 장치를 포함하고 있고, 상기 복수의 결상 광학계가 상기 디스플레이 장치의 앞에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 장치.
  21. 제 5 항에 있어서, 상기 광로 차폐 장치는 상기 복수의 결상 광학계의 광축 방향에 수직한 방향으로 이동가능한 구멍을 가진 광차폐 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 다초점 촬상 장치.
  22. 복수의 결상 광학계; 및
    단일의 이미지 센서를 포함하고 있고,
    상기 단일의 이미지 센서는 상이한 배율의 복수의 상이 상기 복수의 결상 광학계를 통하여 상기 단일의 이미지 센서 상의 복수의 상이한 결상 구역에 형성되도록 상기 복수의 결상 광학계 뒤에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 모바일 장치.
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