KR20100062533A - 촬상용 광학 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 제1 측면에 따른 촬상용 광학 장치는 피사체로부터 입사된 광을 영상 데이터로 변환시키기 위한 이미지 센서와, 상기 이미지 센서로 상기 피사체로부터 입사된 광을 수렴시키기 위한 렌즈 계를 포함하며, 상기 렌즈 계는 투명 전극들의 사이에 형성된 무기 전극 변색 박막 층을 포함하는 전기 변색 조리개를 포함하며, 상기 투명전극들은 복수의 픽셀들로 구획된다.

조리개, 렌즈, 촬상

Description

촬상용 광학 장치{APPARATUS FOR FORMING OPTICAL IMAGE}

본 발명은 촬상용 광학 장치에 관한 발명으로서, 특히 조리개를 포함하는 촬상용 광학 장치에 관한 발명이다.

카메라(Camera), 캠코더(Camcoder), 웹캠(webcam)과 같은 영상 데이터를 얻기 위한 광학 장치들은 이미지 센서(Image sensor) 또는 필름(film)과 같은 저장 수단들이 노출되는 광량의 조절이 중요하다. 따라서, 상술한 저장 수단들의 광량 노출을 조절하기 위한 수단으로는 조리개가 일반적으로 사용한다.

상술한 조리개는 그 크기 및 개폐 시간이 조절됨으로서 광학계를 통해 저장 수단으로 입사되는 광량을 사용자가 의도한 노출 정도에 맞도록 조절하는 기능을 제공한다. 즉, 밝은 곳에서는 작아지고 어두운 곳에서는 크게 조절되는 사람의 홍체와 같은 역할을 한다.

상술한 조리개로는 다중 금속날들이 겹쳐져 있는 구조로서, 상기 금속날들을 제어해서 기계적으로 개폐하는 구조의 조리개가 일반적으로 사용되고 있다.

종래 일반적으로 사용되는 카메라는 조리개를 포함하는 렌즈계와, 상기 렌즈계를 통해 입사되는 피사체의 광을 사용자 또는 필름(또는 이미지 센서)으로 선택 해서 보내기 위한 미러(또는 펜터 프리즘)와, 상기 필름(또는 이미지 센서)에 노출되는 광량을 조절하기 위한 셔터막을 포함한다.

상기 렌즈계는 다수의 렌즈들과, 조리개를 포함하며, 상기 렌즈들은 피사체로부터 입사되는 광을 상기 필름(또는 이미지 센서) 상에 결상시키는 역할을 수행하며, 필요에 따라서는 수차를 억제하기 위한 렌즈들을 더 포함하기도 한다.

상기 조리개는 사용자의 의도에 맞도록 광량을 조절하거나, 피사계 심도를 조절하기 위한 수단으로서, 상기 렌즈 계 전체의 초점 거리 조절을 통해 피사계 심도를 구현하는 데 이용될 수 있다.

도 1은 종래의 금속 블래이드들로 구성된 다중날 구조의 조리개를 도시한 도면으로서, F 수에 따른 조리개 및 렌즈계의 개구 크기가 변화되는 상태를 도식적으로 설명하기 위한 도면이다. F수는 렌즈계 전체의 초점을 렌즈계 전체의 최대 직경으로 나눈 렌즈계의 특성 값으로서, 렌즈계가 지원할 수 있는 F수의 범위로 표시된다.

도 1의 a)는 조리개가 최대 개방된 예를 도시한 도면이고, c)는 조리개가 최소 개방된 예를 도시한 도면이고, b)는 a)와 c)의 중간 정도로 개방된 예이다. 도 1에 도시된 바와 같은 금속 블래이드는 기계적으로 개폐가 조정된다.

그러나, 상술한 금속 블래이드들로 구성된 조리개는 기계적 구성이 복잡하고, 공간이 커지는 문제가 있다. 따라서, ND 필터를 조리개로 이용하는 구성도 제안되고 있으나, 상술한 ND 필터는 한 스텝만 조절 가능하므로 다양한 노출 정도가 요구되는 촬상용 광학 장치에는 적용이 용이하지 않은 문제가 있다.

본 발명은 적은 부피로도 구현 가능한 조리개를 포함하는 촬상용 광학 장치를 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 촬상용 광학 장치는,

피사체로부터 입사된 광을 영상 데이터로 변환시키기 위한 이미지 센서와;

상기 이미지 센서로 상기 피사체로부터 입사된 광을 수렴시키기 위한 렌즈 계를 포함하며,

상기 렌즈 계는 투명 전극들의 사이에 형성된 무기 전극 변색 박막 층을 포함하는 전기 변색 조리개를 포함하며, 상기 투명전극들은 복수의 픽셀들로 구획된다.

본 발명에 따른 촬상용 광학계는 전기적으로 광량 조절이 가능한 조리개를 포함함으로써 기계적으로 광량을 조절하는 조리개에 비해 적은 부피로도 쉽게 노출을 조절할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 촬상용 광학계는 조리개가 전기적으로 제어됨으로 정밀하고, 빠르게 조작될 수 있다.

이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 2는 카메라의 단면 구조를 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 카메라(100)는 렌즈계(110)와, 피사체에서 반사된 광을 영상의 형태로 저장하기 위한 기록 수단(130)과, 상기 기록 수단(130)의 노출을 조절하기 위한 셔터막(120)과, 상기 렌즈계(110)와 상기 셔터막(120)의 사이에 위치되어 상기 렌즈계(110)로부터 입사되는 광의 경로를 사용자 또는 셔터막(120) 또는 사용자에게로 선택해서 전송하기 위한 미러(140)와, 상기 미러(140)에서 반사된 광을 사용자에게 제공하기 위한 다각 프리즘(150)을 포함해서 구성될 수 있다.

상기 렌즈계(110)는 피사체로부터 입사된 광을 상기 기록 수단(130)으로 수렴시키기 위한 다수의 렌즈들과, 조리개(111)를 포함해서 구성될 수 있다. 상기 렌즈계(110)는 수차를 억제하고, 최소화시키기 위한 렌즈를 더 포함해서 구성될 수 있다.

상기 조리개(111)는 투명 전극들(114, 118)의 사이에 형성된 무기 전극 변색 박막 층(115)을 포함하는 전기 변색 조리개가 사용되며, 상기 투명전극들(114,118)은 인가되는 전류에 의해 파장에 따른 투과 특성이 변화된다. 따라서, 상기 전기 변색 방식의 조리개(111)는 전기적으로 개구의 크기가 제어될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 조리개(111)는 사용자가 선택 또는 자동으로 선택된 노출 및 피사계 심도에 따라서 필요한 개구에 대응되는 부분의 투과율이 높아지도록 전기적으로 조절될 수 있다.

상기 전기 변색 조리개(111)는 하부 기판(113) 상에 형성된 제1 투명 전 극(114)과, 상기 제1 투명 전극(114) 상에 성장된 무기 전기 변색 박막(115)과, 상기 무기 전기 변색 박막(115) 상에 성장된 고체 전해질 층(116)과, 상기 고체 전해질 층(116)의 상에 형성된 산화 티타늄 층(117)과, 상기 산화 티타늄 층(117) 상에 형성된 제2 투명 전극(118)을 포함하며, 상기 제1 및 제2 투명 전극(114, 118)은 복수의 픽셀들로 구획되어 선택된 노출에 따라서 개구의 크기가 조절될 수 있다.

도 4a와 도 4b는 도 2에 도시된 전기 변색 조리개의 픽셀들의 배열 구조 예를 설명하기 위한 도면들이다. 도 4a는 픽셀들(P1~Pnm)이 바둑판의 형태로 배열된 예이고, 도 4b는 원형의 전기 변색 조리개로서 픽셀들이 구획된 예를 도시한 도면이다.

상기 전기 변색 조리개(111)의 픽셀은 어떠한 형태로도 배열 가능하므로, 다양한 형태의 조리개로서 피사계 심도 및 상기 렌즈계(110) 전체의 초점 거리를 조정하는 데 이용될 수 있다. 즉, 상기 전기 변색 조리개(111)는 각 픽셀 단위로 제공되는 전류의 양에 따라 투과율이 변화될 수 있으므로, 요구에 따라서 개구의 크기를 조절할 수 있다.

상기 기록 수단(130)은 피사체로부터 입사된 광을 영상의 형태로 기록하기 위한 수단으로서 기존에는 필름이 일반적으로 사용되었으나, 근래에는 CCD 또는 CMOS와 같은 이미지 센서들이 널리 사용되고 있다.

본 발명은 필름 또는 이미지 센서 또는 그 외의 기록 수단들(130)을 이용하는 어떠한 촬상용 광학계에도 적용 가능하다.

상기 셔터막(120)은 상기 기록 수단(130)과 상기 미러(140)의 사이에 위치되 며, 상기 렌즈계(110)로부터 상기 기록 수단(130)으로 입사되는 광의 노출 시간을 조절하기 위해 사용된다. 즉, 상기 셔터막(120)은 상기 기록 수단(130)의 노출 시간에 따라서 상기 기록 수단에 노출되는 광의 차단과 개방을 담당한다.

상기 미러(140)는 일안 리플렉트 방식의 촬상용 광학계(카메라)에 포함되는 구성으로서 촬영 시 사용자가 피사체를 확인할 경우에 상기 렌즈계(110)로부터 입사된 광을 사용자에게 제공하기 위해 반사시키고, 실제 촬영할 경우에는 상기 렌즈계(110)와 상기 셔터막(120)의 사이에서 제거되어 광이 상기 셔터막(120)과 상기 기록 수단(130) 측으로 입사될 수 있다.

상기 펜터 프리즘(150)은 상기 미러(140)에서 반사된 광(피사체의 상)을 사용자에게 제공하기 위해 경로를 변형시키기 위한 광학 소자이다

상기 카메라(100)는 사용자가 선택한 노출 조건(F수 및 셔터 스피드) 또는 노출 조건을 자동으로 산출하고 그에 따른 노출 제어를 위한 이미지 시그널 프로세서(ISP; Image signal processor, 160)를 내장할 수 있다.

즉, 상기 이미지 시그널 프로세서(160)는 상기 전기 변색 조리개(111)가 제공해야 되는 개구의 크기와 같은 노출 조건을 산출해서 상기 전기 변색 조리개(111)를 픽셀 단위로 제어하는 데 이용될 수 있다.

노출 조건은 셔터 스피드에 따라서 결정되는 조리개의 직경을 포함하는 개념이다. 통상의 촬상용 광학계는 촬영하고자 하는 피사체 주변의 광량을 측정할 수 있는 수단을 포함하거나 또는 별도의 광량 측정을 위한 장치를 이용해서 사용자가 직접 측정하며 그 결과에 따라서 자동으로 노출을 제어하거나 또는 사용자에 의해 수동으로 제어될 수 있다. 또한, 촬상용 광학계는 두 가지 기능(수동의 노출 선택 및 자동의 노출 선택)이 함께 구비될 수 있다.

측정된 광량에 따라서 노출 조건은 수동 또는 자동(광량에 따른 노출 조건 또는 노출 조건을 사용자가 직접 입력하는 수동)될 수 있으며, 상기 이미지 시그널 프로세서는 입력된 노출 조건에 따라서 상기 카메라(100)의 촬영을 제어할 수 있다.

도 1은 금속날들로 구성된 조리개를 나타내는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 카메라의 단면 구조를 도시한 도면,

도 3은 도 2에 도시된 조리개의 단면을 도시한 도면,

도 4a와 도 4b는 도 2에 도시된 조리개의 픽셀들의 배열 구조의 예를 설명하기 위한 도면들.

Claims (8)

1. 촬상용 광학 장치에 있어서,

   피사체로부터 입사된 광을 영상의 형태로 기록하기 위한 기록 수단과;

   상기 피사체로부터 입사된 광을 상기 기록 수단으로 수렴시키기 위한 렌즈 계를 포함하며,

   상기 렌즈 계는 투명 전극들의 사이에 형성된 무기 전극 변색 박막 층을 포함해서 구성된 전기 변색 조리개를 포함하며, 상기 투명전극들은 복수의 픽셀들로 구획됨을 특징으로 하는 촬상용 광학 장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 촬상용 광학계는,

   상기 피사체의 노출 정도를 판단해서 상기 전기 변색 조리개를 제어하기 위한 이미지 시그널 프로세서를 더 포함함을 특징으로 하는 촬상용 광학 장치.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 기록 수단은 이미지 센서를 포함함을 특징으로 하는 촬상용 광학 장치.
4. 제2 항에 있어서,

   상기 기록 수단으로는 필름이 사용됨을 특징으로 하는 촬상용 광학 장치.
5. 제1 항에 있어서, 상기 투면 전극들은,

   하부 기판 상에 형성된 제1 투명 전극과;

   상기 무기 전극 변색 박막 위에 위치된 제2 투명 전극을 포함함을 특징으로 하는 촬상용 광학 장치.
6. 제5 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 투명 전극은 복수의 픽셀들로 구획되어 상기 무기 전기 변색 박막을 픽셀 단위로 제어함을 특징으로 하는 촬상용 광학 장치.
7. 제6 항에 있어서, 상기 전기 변색 조리개는,

   상기 무기 전기 변색 박막 상에 성장된 고체 전해질 층을 더 포함함을 특징으로 하는 촬상용 광학 장치.
8. 제7 항에 있어서, 상기 전기 변색 조리개는,

   상기 고체 전해질 층과 상기 제2 투명 전극 사이에 형성된 산화 티타늄 층을 더 포함함을 특징으로 하는 촬상용 광학 장치.

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