KR20070040541A - 광학계 및 그 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초점조절시간을 단축하기 위한 광학계에 관한 것이다.

본 발명은 렌즈, 초점 가변소자 및 광센서를 구비하는 광학계의 구동방법에 있어서, 상기 렌즈를 투과한 입사광의 초점거리와 상기 초점 가변소자의 곡률의 매칭테이블을 구성하여, 상기 초점거리에 따라 상기 초점 가변소자의 곡률을 변경하여 상기 광센서에 초점이 정확히 맺히도록 하는 것을 특징으로 하는 광학계의 구동방법을 제공한다.

따라서, 본 발명에 의하면 광학계의 초점이 변할 때, 매칭 테이블에 의해 초점가변소자의 곡률을 용이하게 변경할 수 있어, 광학계의 초점조절시간을 단축할 수 있다.

초점 가변소자, 매칭 테이블

Description

광학계 및 그 구동방법{An optical system and a method for operating it}

도 1은 종래의 가변 초점을 갖는 광학계를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 가변 초점을 갖는 광학계를 나타낸 도면.

도 3a 내지 3c는 본 발명의 따른 광학계를 이루는 초점 가변소자의 사시도.

도 4a 내지 4c는 본 발명의 따른 광학계를 이루는 초점 가변소자의 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 광학계의 구동방법의 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 외경통 110 : 내경통

120 : 렌즈 130 : 광센서

200 : 외경통 250 : 초점 가변소자

300 : 박막 305 : 반사면

410 : 기판 420 : 구동전극

430 : 하부기판

본 발명은 광학계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자력 구동기나 모터 등 을 사용해 렌즈군의 위치를 조절하는 대신, 초점 가변소자의 구동으로 초점을 맞추는 광학계에 관한 것이다.

최근 통신 기술 및 디지털 정보 처리 기술의 발전과 더불어 정보 처리 및 연산, 통신, 화상 정보 입출력 등 다양한 기능이 집적된 휴대용 단말기 기술이 새롭게 대두되고 있다. 디지털 카메라와 통신 기능이 장착된 PDA, 디지털 카메라와 PDA 기능이 장착된 핸드폰 등을 그 예로 들 수 있는데, 디지털 카메라 기술 및 정보 저장 능력의 발달로 인하여 디지털 카메라 모듈(digital camera module) 등 고사양의 광학계의 장착이 점차 보편화하고 있는 추세이다.

제반 기술의 발달로 휴대용 단말기 등에 장착되는 디지털 카메라 모듈에 메가 픽셀(mega pixel)급 이미지 센서(image)가 사용되면서, 자동 초점(autofocus) 및 광학 줌(optical zoom) 등의 기능의 중요성은 더욱 부각되고 있다. 이러한 소형 디지털 카메라 모듈에서 자동 초점 및 광학 줌 기능의 향상에 따른 필요 변위의 증가에 대응할 수 있는 구동기가 요구되는데, 종래의 VCM(voice coil motor) 등 회전 운동을 하는 구동기로 리드 스크류(lead screw)를 회전시켜 가동부를 선형적으로 이동시키는 경우, 복잡한 매커니즘과 기어부의 마찰 및 소음 등의 단점이 있다. 또한, VCM방식 및 스텝 모터를 이용한 구동기의 경우 복잡한 구조로 인하여 저가의 구동기를 제작하는데 어려움이 있으며, 소형화하는데 있어서 크기의 제한이 있다.

도 1은 종래의 가변 초점을 갖는 광학계를 나타낸 도면이다. 도 1를 참조하여, 종래의 가변 초점을 갖는 광학계를 설명하면 다음과 같다.

외경통(100)의 내부에 내경통(110)이 구비되고, 상기 내경통의 내부에 다수 개의 렌즈를 포함하여 이루어진 렌즈군(120)이 구비되고, 상기 내경통(100)으로 외부에서 빛이 입사되는 방향의 반대 방향에 광센서(130)가 구비된다. 상기 광학계가 디지털 카메라 모듈이 아니고 망원렌즈 등의 용도로 사용되는 경우, 상기 광센서의 위치에는 관찰자의 눈이 위치할 것이다. 상기 광학계는 상기 외경통(100)의 내부에 구비된 내경통(110)이 기계적 구동에 의해 이동하여, 상기 광센서(130)에 초점을 일치시키게 된다.

그러나, 상술한 종래의 광학계는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 상기 광학계는 렌즈류 및 기구적 공차에 의해서 초점면의 보상이 필요하게 되나, 기구적 보정을 하게 되면 전체 체적의 증가하게 된다.

둘째, 상기 광학계에서 기구적 보상을 계속하면 경통의 마모 등으로 인하여 기구적 공차가 확대될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 입사광의 초점이 변할 때 전기적 신호에 의해 초점거리를 조절할 수 있는 광학계를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 매칭테이블에 의해 초점가변소자의 곡률을 용이하게 변경할 수 있어 광학계의 초점조절시간을 단축할 수 있는 광학계를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 렌즈, 초점 가변소자 및 광센서를 구비하는 광학계의 구동방법에 있어서, 상기 렌즈를 투과한 입사광의 초점거리와 상기 초점 가변소자의 곡률의 매칭 테이블을 구성하여, 상기 초점거리에 따라 상기 초점 가변소자의 곡률을 변경하여 상기 광센서에 초점이 정확히 맺히도록 하는 것을 특징으로 하는 광학계의 구동방법을 제공한다.

본 발명은 렌즈, 초점 가변소자 및 광센서를 구비하는 광학계의 구동방법에 있어서, 상기 렌즈를 투과한 입사광의 초점거리와 초점 가변소자의 곡률의 매칭 테이블을 구성하는 단계; 및 상기 렌즈를 투과한 입사광의 초점거리를 계산하는 단계를 포함하여 이루어지는 광학계의 구동방법을 제공한다.

본 발명은 렌즈; 상기 렌즈를 투과한 입사광의 진로를 변경시키는 초점 가변소자; 상기 초점 가변소자를 경과한 입사광의 초점이 맺히는 광센서; 및 상기 렌즈를 투과한 입사광의 초점거리에 따라 상기 초점 가변소자의 곡률을 변경하는 매칭 테이블을 포함하여 이루어지는 광학계를 제공한다.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 가변 초점을 갖는 광학계는 렌즈군와 초점 가변소자와 광센서 및 매칭 테이블을 포함하여 이루어진다. 상기 광학계의 외부에서 입사된 빛은 상기 렌즈군을 통과한 후 상기 초점 가변소자를 경과하여 상기 광센서에 상이 맺히게 된다. 이 때, 상기 초점 가변소자는 외부에서 입사된 광의 초점거리에 따라 모 양이 변하여 상기 입사광의 상이 상기 광센서에 정확히 맺히게 한다. 또한, 상기 매칭 테이블이 외부에서 입사된 광의 초점거리에 따른 상기 초점 가변 소자의 곡률을 미리 정하므로, 상기 광학계를 사용시에 외부에서 입사된 광의 초점거리가 변할 때마다 상기 초점 가변소자의 필요한 곡률을 매 번 계산하지 않아도 되므로, 결과적으로 상기 광학계의 구동시간을 단축할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 가변 초점을 갖는 광학계를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 광학계의 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 광학계는 외경통(200)과 상기 외경통(200)의 내부에 구비된 적어도 하나 이상의 렌즈를 포함하여 이루어진 렌즈군(220)과 가변 초점소자(250) 와 광센서(230) 및 매칭 테이블을 포함하여 이루어진다. 상기 매칭 테이블은 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 렌즈군을 통과한 입사광의 초점거리와 그에 따라 상기 광센서(230)에 초점을 정확히 맞추기 위한 상기 초점 가변소자(250)의 곡률이 매칭된 데이터가 저장되어 있어야 한다. 또한, 상기 초점 가변소자(250)는 전기적 신호에 의해 초점 거리를 조절되며, 그 구성 및 기능에 대해서는 이하에서 설명한다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 광학계를 이루는 초점 가변소자의 일실시예를 나타낸 사시도이다. 도 3a 내지 3c를 참조하여 본 발명에 따른 초점 가변소자를 설명하면 다음과 같다.

상기 초점 가변소자는 원형의 박막(300) 위에 반사면(305)이 형성된 구조로, 상기 박막(300) 및 상기 반사면(305)의 곡률 변화에 의해 반사광(320)의 초점 거리 를 변화시킨다. 도 3b와 도3c에 도시된 바와 같이 상기 반사면(305)의 중심부가 하부로 d₁ 또는 d₂ 만큼의 변화를 일으킨 경우 상기 반사면(305)의 곡률은 r₁ 또는 r₂와 같이 변화하게 되고, 이에 따라 상기 반사광(320)의 초점 거리가 변한다. 즉, 상기 반사면(305)의 중심부가 하부로 더 이동함에 따라 상기 반사면(305)의 곡률은 증가하고 이에 따라 초점 거리는 더 짧아진다.

상기 실시예에서 상기 초점 가변소자는 미러(mirror)의 형상을 하고 있으나 렌즈의 형상을 한 실시예도 가능할 것이다. 또한, 상기 초점 가변소자는 마이크로머시닝 또는 미세 가공 기술에 의해 다양한 구조와 재질로 제작이 가능하며, 전자력 구동, 열 구동, 압전 구동 등 다양한 구동 방식을 적용할 수 있다.

도 4a 내지 도 4c는 상기 초점 가변소자의 일실시예를 나타낸 단면도이다. 도 4a 내지 4c를 참조하여 본 발명에 따른 광학계를 이루는 초점 가변소자의 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 초점 가변소자는 박막(300)과 반사면(305)이 형성된 기판(410)과 구동 전극(420)이 형성된 하부 기판(430)을 포함하여 이루어진다. 상기 박막(300)은 실리콘, 실리콘 질화막(silicon nitride), 실리콘 산화막(silicon oxide) 등의 반도체나 유전체(dielectric), 세라믹, 폴리머, 금속 등의 다양한 소재가 사용될 수 있다. 상기 반사막(305)으로는 적어도 한 층 이상의 금속, 유전체 또는 금속과 유전체를 적층하여 사용할 수 있다. 상기 초점 가변소자의 제조 공정에 있어서, 상기 박막(300)과 상기 반사면(305)의 응력(stress)을 조절하여 상기 반사면(305)의 초 기 상태를 결정할 수 있다. 바람직하게는 도 4a와 같이 초기 처짐(initial deflection)이 없거나, 도 4b와 같이 중심부에 소정의 초기 처짐(d₁)이 존재하도록 제작할 수 있다.

정전력 구동 초점 가변소자의 경우 상기 반사면(305)과 구동 전극(420)의 사이에 전압을 인가하여 구동하며, 상기 반사면(305)으로 금속을 사용하지 않을 경우 상기 박막(300)에 구동을 위한 별도의 금속막을 형성하여야 한다. 정전력 구동 초점 가변소자는 상기 반사면(305)과 구동 전극(420)간의 전위차가 발생함에 따라 상기 반사면(305)의 중심부는 도 4b 및 도 4c와 같이 아래로 처지고, 따라서 상기 반사면(305)의 곡률이 증가하게 된다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 광학계의 일실시예의 작용을 설명하면 다음과 같다.

상기 광학계의 외부에서 입사된 빛은 상기 렌즈군(220)을 통과한 후 상기 초점 가변소자(250)를 경과하여 상기 광센서(250)에 상(image)이 맺히게 된다. 이 때, 상기 초점 가변소자(250)는 외부에서 입사된 광의 초점거리에 따라 모양이 변하여 상기 입사광의 상이 상기 광센서(220)에 정확히 맺히게 한다. 즉, 상기 초점 가변소자(250)는 상술한 바와 같이 상기 박막(300)의 구동에 의해 모양이 변하므로, 상기 입사광의 초점을 조절하여 상(image)이 정확히 상기 광센서(220)에 맺히게 한다. 또한, 상기 매칭 테이블은 외부에서 입사된 광의 초점거리에 따른 상기 초점 가변소자(250)의 곡률을 미리 정하여, 상기 광학계를 사용시에 외부에서 입사된 광 의 초점거리가 변할 때마다 상기 초점 가변소자(250)의 필요한 곡률을 매 번 계산하지 않아도 되므로, 상기 광학계의 구동시간을 단축할 수 있다. 상기 초점 가변 소자(250)는 상술한 일실시예와 달리 렌즈의 형태를 할 수도 있을 것이다.

본 발명에 따른 광학계의 구동방법은 렌즈를 투과한 입사광의 초점거리와 상기 초점가변소자의 곡률의 매칭 테이블을 구성하여, 상기 초점거리에 따라 상기 초점 가변소자의 곡률을 변경하여 광센서에 초점이 정확히 맺히도록 하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로 상기 매칭 테이블은, 상기 물체와 광학계까지의 거리가 지근거리로부터 무한대일 때까지의 범위에서 상기 입사광의 초점을 상기 광센서에 초점을 정확히 맞추기 위해 필요한 데이터를 미리 저장한다. 즉, 각각의 초점거리에 따른 상기 초점 가변소자의 필요한 곡률을 미리 계산하여, 상기 입사광의 초점거리가 변함에 따라, 초점거리를 다시 계산하지 않고 즉시 상기 초점 가변소자의 곡률을 변경하여, 상기 광학계의 구동 시간을 단축할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 광학계의 구동방법의 흐름도이다. 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 광학계의 구동방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 렌즈를 투과한 입사광의 초점거리와 상기 초점 거리에 따라 광센서에 상(image)을 맺히기 위한 초점 가변 소자의 곡률의 매칭 테이블을 구성한다(S510). 이어서, 상기 렌즈군를 투과한 입사광의 초점거리를 계산하고(S520), 상기 매칭 테이블을 사용하여 상기 렌즈군을 통과한 입사광의 초점거리에 따른 상기 초점 가변소자의 곡률을 계산한 후(S530), 상기에서 구해진 초점 가변소자의 곡률에 따라 상기 초점 가변소자를 구동시킨다(S540).

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하도 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 광학계의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 입사광의 초점이 변할 때 전기적 신호에 의해 초점거리를 조절할 수 있다.

둘째, 매칭 테이블에 의해 초점 가변소자의 곡률을 용이하게 변경할 수 있어 광학계의 초점조절시간을 단축할 수 있다.

Claims (5)

1. 렌즈, 초점 가변소자 및 광센서를 구비하는 광학계의 구동방법에 있어서,

   상기 렌즈를 투과한 입사광의 초점거리와 상기 초점 가변소자의 곡률의 매칭 테이블을 구성하여, 상기 초점거리에 따라 상기 초점 가변소자의 곡률을 변경하여 상기 광센서에 초점이 정확히 맺히도록 하는 것을 특징으로 하는 광학계의 구동방법.
2. 렌즈, 초점 가변소자 및 광센서를 구비하는 광학계의 구동방법에 있어서,

   상기 렌즈를 투과한 입사광의 초점거리와 초점 가변소자의 곡률의 매칭 테이블을 구성하는 단계; 및

   상기 렌즈를 투과한 입사광의 초점거리를 계산하는 단계를 포함하여 이루어지는 광학계의 구동방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 매칭 테이블을 사용하여, 상기 렌즈를 투과한 입사광의 초점거리에 따른 상기 초점 가변소자의 곡률을 구하는 단계를 더 포함하는 광학계의 구동방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 초점 가변소자의 곡률에 따라 상기 초점 가변소자를 구동시키는 단계를 더 포함하는 광학계의 구동방법.
5. 렌즈;

   상기 렌즈를 투과한 입사광의 진로를 변경시키는 초점 가변소자;

   상기 초점 가변소자를 경과한 입사광의 초점이 맺히는 광센서; 및

   상기 렌즈를 투과한 입사광의 초점거리에 따라 상기 초점 가변소자의 곡률을 변경하는 매칭 테이블을 포함하여 이루어지는 광학계.

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