KR20110137369A - 가변 전력 광학 시스템 - Google Patents

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Abstract

액체 렌즈 셀은 가변 전력 광학 시스템에 사용된다. 일실시예에서, 정지는 적어도 제1 액체 렌즈 셀을 포함하는 제1 렌즈 그룹 및 적어도 제2 액체 렌즈 셀을 포함하는 제2 렌즈 그룹 사이에 위치한다. 일실시예에서, 액체 렌즈 셀은 이미지 표면 상에서 광선의 입사각을 제어한다.

Description

가변 전력 광학 시스템{VARIABLE POWER OPTICAL SYSTEM}
본 출원은 참조로서 통합된, 2009년 4월 10일에 출원된 미국 특허 제61/168,524으로부터 우선권을 주장하고 있다.
본 발명은 액체 광학을 이용한 가변 전력 광학 시스템에 관한 것이다.
줌 렌즈는 줌 및 포커싱 기능을 획득하기 위해 세 개 또는 그 이상의 이동식 렌즈 그룹을 자주 이용한다. 기계적인 캠은 주밍(zooming)을 수행하기 위해 두 개의 이동 가능한 렌즈 그룹과 연결되고, 세번째 이동 가능한 렌즈 그룹은 포커스를 위해 사용될 수 있다.
줌 범위는 이동 가능한 렌즈 요소에 대한 이동의 범위에 의해 부분적으로 결정된다. 더 큰 줌 범위는 렌즈 요소의 이동에 대한 추가적인 공간이 필요하다.
전하결합 장치(CCD: Charge Coupled Device) 센서 및 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서(CIS)와 같은, 이미지 센서는 포토다이오드와 같이 작은 감광 영역(photosensitive area)을 사용하는 광선(light)을 수집한다. 이미지 센서는 큰 광선 수집 지역(large light collecting area)으로부터 광선을 수집하고 포커싱 함으로써 감광성을 향상시키기 위해 마이크로 렌즈를 사용할 수 있다. 마이크로 렌즈 또는 감광 영역에 도달하는 광선의 입사각(incident angle)은 다른 각에서 수신되는 광선 보다 감광 영역에 더 적게 도달하는 동일한 각에서 수신되는 광선을 가지는 감광 영역에 의해 수집되는 광선의 양에 영향을 미친다.
이상적으로, 감광 영역에서 광선의 입사각은 변하지 않는다. 그러나, 줌 렌즈는 초점 거리를 변경 함에 따라, 광선의 입사각은 변한다. 그러므로, 줌 위치의 범위를 통해 렌즈를 이동하는 것은 입사각이 변함에 따라 바람직하지 않은 결과를 초래한다.
가변 전력 광학 요소는 이미지 표면 상에서 광선의 입사각의 변경(variation)을 최소화하기 위해 사용된다.
일실시예에서, 가변 전력 광학 시스템은 적어도 제1 액체 렌즈 셀을 갖는 제1 렌즈 그룹, 적어도 제2 액체 렌즈 셀을 갖는 제2 렌즈 그룹, 및 센서 상에 광선의 입사각을 제어하기 위해 형성된 제3 액체 렌즈 셀을 포함하여 구성한다. 줌 위치의 제어는 상기 제1 액체 렌즈 셀의 광학 전력의 구성 및 상기 제2 액체 렌즈 셀의 광학 전력의 구성에서 최소한의 일부에 주로 기반한다. 정지는 상기 제1 렌즈 그룹의 첫번째 표면(a first surface) 및 상기 제2 렌즈 그룹의 마지막 표면(a last surface) 사이에 대략적으로 등거리(equidistant)에 위치할 수 있다. 상기 제1 액체 렌즈 셀의 배율(diameter)은 상기 제2 액체 렌즈 셀의 배율(diameter)과 동일하다. 일실시예에서, 상기 줌 범위는 약 3 배 보다 크다. 일실시예에서, 상기 줌 범위는 약 4 배 보다 크다. 일실시예에서, 상기 줌 범위는 약 5 배 보다 크다.
일실시예에서, 광학 시스템은 객체 공간으로부터 발산되는 방사선(radiation)을 수집하고, 상기 공통 광학 축을 따라 이미지 공간에서 이미지 표면으로 방사선을 전달하기 위해 배열된다. 공통 광학 축에 고정되는 제1 가변 전력 광학 요소는 굴절성이 다른 적어도 두 개의 액체 및 상기 두 개의 액체 사이에 적어도 하나의 접촉 표면을 포함한다. 상기 접촉 표면의 형상(shape)은 이미지 표면 상의 이미지 포인트에 접근하는 주광선 각(chief ray angle)의 변화(variation)에 따라, 가변 전력 광학 요소에서 광학 전력의 변화(change)를 발생하기 위해 변형(varied)된다. 제2 가변 전력 광학 요소는 굴절성이 다른 적어도 두 개의 액체 및 상기 두 개의 액체 사이에 적어도 하나의 접촉 표면을 포함한다. 상기 접촉 표면의 형상은 상기 제1 가변 전력 광학 요소의 형상을 변형 함에 따라 발생되는, 상기 이미지 표면 상의 상기 이미지 포인트에서 상기 주광선 각의 변경을 감소시키기 위해 변형된다. 제1 가변 전력 광학 요소의 형상은 줌 또는 포커스 기능을 제공하기 위해 변형된다.
일실시예에서, 가변 전력 대물(objective) 광학 시스템은 축의 방향으로 이동식 그룹을 사용하지 않는다. 적어도 하나의 가변 전력 광학 요소는 굴절성이 다른 적어도 두 개의 액체 및 상기 두 개의 액체 사이에 적어도 하나의 접촉 표면을 포함하여 줌 기능을 제공한다. 상기 접촉 표면의 형상은 가변 전력 광학 요소에서 광학 전력의 변화를 발생하기 위해 변형된다. 다른 가변 전력 광학 요소는 굴절성이 다른 적어도 두 개의 액체 및 상기 두 개의 액체 사이에 적어도 하나의 접촉 표면을 포함한다. 상기 접촉 표면의 형상은 줌 기능을 제공하는 가변 전력 광학 요소에 의해 발생되는(caused) 이미지 표면 상의 이미지 포인트에 접근하는 주광선 각의 변경(variation) 내 조절(change)에 대한 적어도 일부의 보상을 위해 변형된다.
일실시예에서, 가변 전력 광학 시스템은 적어도 제1 액체 렌즈 셀을 갖는 제1 렌즈 그룹, 적어도 제2 액체 렌즈 셀을 갖는 제2 렌즈 그룹 및 상기 제1 렌즈 그룹 및 상기 제2 렌즈 그룹 사이에 위치하는 정지를 포함하여 구성한다. 상기 제1 렌즈 그룹, 제2 렌즈 그룹 및 상기 정지를 통해 통과하는 광선은 줌 위치에 표시되고, 상기 줌 위치의 제어는 상기 제1 액체 렌즈 셀의 광학 전력의 구성 및 상기 제2 액체 렌즈 셀의 광학 전력의 구성에서 최소한의 일부에 기반한다. 상기 정지는 상기 제1 렌즈 그룹의 첫번째 표면(a first surface) 및 상기 제2 렌즈 그룹의 마지막 표면(a last surface) 사이에 대략적으로 등거리(equidistant)에 위치할 수 있다. 일실시예에서, 상기 줌 범위는 약 3 배 보다 크다. 일실시예에서, 상기 줌 범위는 약 4 배 보다 크다. 일실시예에서, 상기 줌 범위는 약 5 배 보다 크다.
일실시예에서, 가변 전력 대물 광학 시스템은 굴절성이 다른 적어도 두 개의 액체 및 상기 두 개의 액체 사이에 적어도 하나의 접촉 표면을 갖는 적어도 하나의 가변 전력 광학 요소를 포함하여 구성한다. 상기 접촉 표면의 형상은 이미지 표면 상의 이미지 포인트에 접근하는 주광선 각의 변경(variation) 내 조절(change)에 대한 적어도 일부의 보상을 위해 변형된다. 상기 주광선 각의 상기 변경은 예를 들어, 줌 기능, 포커스 기능, 또는 줌 기능 및 포커스 기능의 결합에 의해 적어도 부분적으로 발생될 수 있다.
도 1A 및 도 1B는 액체를 이용하는 가변 전력 광학 시스템 내 축 광선 빔에 대한 림 광선을 도시한 광학 도면이다.
도 2A 및 도 2B는 액체를 이용하는 가변 전력 광학 시스템 내 축 광선 빔에 대한 림 광선 및 오프-축(off-axis) 필드 빔에 대한 림 광선을 도시한 광학 도면이다.
도 3A, 도 3B, 도 3C, 도 3D 및 도 3E는 이미지 표면 상에 광선의 다양한 입사각을 도시한다.
도 4A 및 도 4B는 이미지 표면 상에 광선의 입사각을 조정하기 위한 액체 렌즈 셀의 사용을 도시한다.
도 5A, 도 5B, 도 5C, 도 5D 및 도 5E는 실시예에 따른 가변 전력 광학 시스템 설계의 광학 도면을 도시한다.
도 6은 카메라의 블록 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
액체 렌즈 셀은 액체 셀의 기계적 움직임에 의존하지 않고, 광학 경로를 변경(modify)할 수 있다. 제1 및 제2 접촉성 액체(contacting liquids)를 포함하는 액체 렌즈 셀은 접촉성 액체 사이의 접촉성 광학 표면이 액체 렌즈 셀의 광학 축에 관련하여 대체로 대칭인, 가변 형태를 갖도록 구성될 수 있다. 다수의 렌즈 요소는 공통 광학 축을 따라 나열(aligned)되고, 객체 측(object side)으로부터 발산하여 이미지 측(image side) 공간으로 전달되는 방사선을 수집하기 위해 배열(arranged)될 수 있다. 액체 렌즈 셀은 공통 광학 축을 따라 나열된 다수의 렌즈 요소에 의해 형성되는 광학 경로로 삽입될 수 있다.
현재 제안된 액체 렌즈 시스템은 약 0.2 또는 그 이상, 적어도 약 0.3, 및 적어도 약 0.4의 굴절률(refractive index)에서 차이점이 있다. 물은 약 1.3의 굴절률을 갖고, 추가하는 소금은 약 1.48로 굴절률을 변경할 수 있다. 적합한 광학 오일은 적어도 약 1.5의 굴절률을 가질 수 있다. 더 높고, 더 낮은 또는 더 높으면서 낮은 굴절률 예를 들어, 더 높은 굴절률 오일을 가진 액체를 이용 함으로써, 전력 변동(variation)의 범위가 제한된다. 전력 변동의 제한된 범위는 일반적으로 이동 가능한 렌즈 그룹 보다 더 작은 확대(배율) 조절(magnification change)을 제공할 수 있다. 그러므로, 단순화된 가변 전력 광학 시스템, 연속적인 이미지 표면 위치를 유지하는 동안 주밍을 제공하는, 확대(배율) 조절의 최대는 하나의 이동 가능한 렌즈 그룹에 의해 제공되고, 확대(배율) 조절 동안에 이미지 표면 상에 디포커스의 보상의 최대는 하나의 액체 셀에 의해 제공될 수 있다.
보다 많은 이동 가능한 렌즈 그룹 또는 보다 많은 액체 셀, 또는 둘 모두 이용된다. 하나 이상의 액체 셀을 가지는 결합체(combination)에 사용된 하나 이상의 이동식 렌즈 그룹의 일례는 2008년 10월 6일에 출원된 "액체 광학 줌 렌즈 및 이미징 장치"의 미국 특허 12/246,224에 기재되고, 전체 참조로서 통합된다.
시스템에 사용되는 렌즈 요소의 크기 및 특징(properties)은 렌즈 시스템을 설계 함에 있어서 고려되는 제한조건이 소개된다. 예를 들어, 하나 이상의 렌즈 요소의 배율(diameter)은 이미지 표면 상에 형성되는 이미지의 크기를 제한할 수 있다. 가변 전력 광학 시스템과 같은, 가변 특징(properties)을 갖는 렌즈 시스템에서, 광학(optics)은 렌즈 요소의 변형(variation)에 기초하여 조절(change)될 수 있다. 이에 따라, 제1 렌즈 요소는 제1 줌 구성(configuration)에서 렌즈 시스템을 제한하는 반면, 제2 렌즈 요소는 제2 줌 구성(configuration)에서 렌즈 시스템을 제한할 수 있다. 예를 들어, 광선 빔에 대한 림 광선(rim rays for a light beam)은 줌 범위(range)의 마지막(extreme)에서 렌즈 요소의 외곽 에지(edge)에 접근하는 반면, 줌 범위의 다른 마지막에서 동일한 렌즈의 외곽 에지로부터 중요한 거리에 위치할 수 있다.
도 1A 및 도 1B는 단순화된 가변 전력 광학 시스템의 광학 도면을 도시한다. 가변 전력 광학 시스템은 예를 들어, 카메라에서 사용될 수 있다. 도 1A에서, 제1 액체 렌즈 셀 LLC1(20) 및 제2 액체 렌즈 셀 LLC2(22)는 줌 비가 넓은 부분(wide position) 내에 위치하도록 구성된다. 이미징 렌즈(24)는 카메라 픽업(pick-up) 장치에 대응하는 (이미지 면(26)과 같이 도시된) 이미지 표면 상에 이미지를 형성한다. 이미징 렌즈(24)는 액체 렌즈 셀 또는 다른 렌즈 타입일 수 있다. 도 1A에 도시된 축 광선 빔의 림 광선(12)은 액체 렌즈 셀 LLC2(22)의 외곽 에지에 근접하여 위치한다. 따라서, 액체 렌즈 셀 LLC2(22)의 배율(diameter)은 렌즈 설계에 있어서 제한되는 요인이 될 수 있다. 도 1B에서, 액체 렌즈 셀 LLC1(20) 및 액체 렌즈 셀 LLC2(22)은 줌 비가 망원 부분(telephoto position) 내에 위치하도록 구성된다. 도 1B에 도시된 축 광선 빔의 림 광선(12)은 액체 렌즈 셀 LLC1의 배율(diameter)을 제한된 요인으로 만드는(making) 액체 렌즈 셀 LLC1(20)의 외곽 에지에 근접하여 위치한다. 그러므로, 도 1A 및 도 1B에 도시된 단순화된 설계는 위치 범위 사이에 축 광선 빔의 림 광선(12)을 위해 액체 렌즈 셀 LLC1(20) 및 액체 렌즈 셀 LLC2(22) 상에서 부분을 최대한 이용하기에 최적화되어 있다.
종래의 줌 렌즈 시스템은 다른 줌 위치를 획득하기 위해 이동식 줌 렌즈 그룹을 이용한다. 도 1A 및 도 1B에 도시된 가변 전력 광학 시스템은 액체 렌즈 셀을 이용하기 때문에, 이동식 렌즈 그룹은 필요하지 않다. 대신에, 제어 시스템은 액체 렌즈 셀 LLC1(20) 및 액체 렌즈 셀 LLC2(22)에서 접촉 광학 표면의 가변적인 형태를 제어하기 위해 사용될 수 있다.
이동식 렌즈 그룹 대신에 액체 렌즈 셀의 사용은 액체 렌즈 셀 LLC1(20) 및 액체 렌즈 셀 LLC2(22) 사이에 정지(10)의 배치를 용이하게 한다. 액체 렌즈 셀 LLC1(20) 및 액체 렌즈 셀 LLC2(22)은 렌즈 그룹을 이용하지 않기 때문에, 정지(10)가 그것(렌즈 셀들)의 정상적인 동작에 방해를 주지 않는다. 정지(10)는 액체 렌즈 셀 사이에 등거리로 위치할 필요가 없고, 정지의 배치는 필요에 따라 최적화될 수 있다.
액체 렌즈 셀 LLC1(20) 및 액체 렌즈 셀 LLC2(22)이 조절 가능하거나 고정된 복수의 표면을 각각 포함하는 것으로 이해된다. 실시예의 일례로서, 도 1A 및 도 1B에 도시된 액체 렌즈 셀은 두 개 이상의 액체 셀의 결합체(combination)를 포함할 수 있다. 플레이트(plate)는 결합된 셀 사이에 위치한다. 플레이트는 설계 시 원하는 대로 설정된 광학 전력을 가질 수 있다. 액체 렌즈 셀은 또한 외부 표면 상에 플레이트를 가질 수 있다. 실시예의 일례로서, 외부 표면 상의 플레이트는 광학 전력 또는 접히는 기능을 제공할 수 있다. 플레이트 및 다른 렌즈 요소는 향상된 광학 특성(characteristics)을 제공하기 위해 구면 또는 비구면일 수 있다.
단일의 렌즈 요소는 유리, 플라스틱, 결정, 또는 반도체 물질과 같은, 고체-형태 물질로 구성되거나, 또는 물 또는 오일과 같은 액체 또는 가스 물질로 구성될 수 있다. 렌즈 요소 사이의 공간은 하나 이상의 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일반 공기(normal air), 질소 또는 헬륨이 사용될 수 있다. 대안적으로(Alternatively), 렌즈 요소 사이의 공간은 진공일 수 있다. "공기"가 이러한 공개에서 사용되는 경우, 그것이 넓은 의미로 사용되고, 하나 이상의 가스 또는 진공을 포함하는 것으로 이해된다. 렌즈 요소는 자외선 필터와 같은 코팅을 가질 수 있다.
도 2A 및 도 2B는 축 광선 빔에 대한 림 광선(12) 및 오프-축 필드 빔을 도시한 도 1A 및 도 1B의 단순화된 가변 전력 광학 시스템에 추가적인 광학 도면을 도시한다. 오프-축 필드 빔의 주광선(16)은 림 광선으로 외부의 틱 마크에 의해 표시되는 정지 위치(10)에서 광학 축과 교차한다(cross). 도시된 바와 같이, 이미지 면(26) 상에 오프-축 필드 빔의 주광선(16)의 입사각(18)은 줌 렌즈가 넓은 부분에서 망원 부분 까지 조절 됨에 따라 변한다.
입사의 각도는 이미지 센서에 도달하는 광선의 양을 정도를 결정하기 때문에 중요하다. 이미지 센서는 큰 광선 수집 지역(large light collecting area)으로부터 광선을 수집하고 포커싱 함으로써 감광성을 향상시키기 위해 마이크로 렌즈를 사용할 수 있다. 그러나, 줌을 통한 입사각의 크기 및 범위가 너무 큰 경우, 마이크로 렌즈는 줌을 통한 효과적인 센싱을 위해 이미지 센서로 광선을 전달(direct)할 수 없다.
도 3A 내지 도 3D는 이미지 센서에 도달하는 광선의 일례를 제공한다. 도 3A에서, 주광선(28)의 입사각(18)은 이미지 센서로 광선을 성공적으로 전달하기 위해 마이크로 렌즈를 허용하는 이미지 센서와 수직(perpendicular)을 이룬다. 도 3B 및 도 3C는 또한 입사각(18)의 작은 차이를 갖는다. 마이크로 렌즈 배열은 이미지 센서로 광선의 성공적인 재전송(redirection) 허용하는, 렌즈의 최적화된 마이크로 배열을 형성하기 위해 이동될 수 있다. 도 3D 및 도 3E는 마이크로 렌즈가 이미지 센서로 광선을 전송하는 것을 더 어렵게 하는 입사각(18)의 더 큰 차이 및 크기를 갖는다.
주광선(28)의 입사각(18)은 가변 전력 광학 시스템이 넓은 부분에서 망원 부분으로 조절 됨에 따라 변하기 때문에, 하나의 줌 위치(zoom position)에 대한 입사각(18)은 도 3B에 도시된 바와 같은 반면, 다른 하나의 줌 위치(zoom position)에 대한 입사각(18)은 도 3C에 도시된 바와 같다. 그러나, 입사각(18)의 차이를 줄이는 것이 바람직하다.
도 4A 내지 도 4B는 액체 렌즈 셀 LLC3(30)이 이미지 센서에 근접하게 위치하는 광학 도면을 도시한다. 가변 전력 광학 시스템이 줌 범위를 통해 이동 함에 따라, 액체 렌즈 셀 LLC3(30)의 광학 전력 또한 변경된다. 액체 렌즈 셀 LLC3(30)의 가변 광학 전력은 줌 범위를 통해 이미지 표면 상에 입사각의 차이 및 크기를 최소화 한다. 예를 들어, 일실시예에서, 액체 렌즈 셀 LLC3은 입사각이 수직(perpendicular)으로부터 이미지 면(26)까지 10°보다 작게 되도록 제공한다. 다른 실시예에서, 액체 렌즈 셀 LLC3은 입사각이 수직으로부터 5°보다 작게 되도록 제공한다.
도 4A 내지 도 4B가 액체 렌즈 셀로서 렌즈(30)를 도시하더라도, 렌즈의 다른 타입이 사용될 수 있다. 전체 가변 전력 광학 설계를 길게 하는 것은 표준 렌즈를 액체 렌즈 셀 대신에 사용되도록 할 수 있다.
가변 전력 광학 시스템의 길이는 액체 렌즈 셀에 의해 제공되는 광학 전력의 범위에 부분적으로 의존(depend)할 수 있다. 렌즈의 길이는 액체들의 높은 인덱스 차이를 갖는 액체 렌즈 셀을 사용 함으로써 최소화할 수 있다. 렌즈의 길이는 또한 복수의 액체 렌즈 셀 또는 폴딩(Folding)을 사용 함으로써 최소화될 수 있다.
단순화하여, 도 1A, 1B, 2A, 2B, 4A 및 4B은 광학 전력을 포함하는 플레이트(plate)와 같은 렌즈 요소를 도시한다. 렌즈 요소가 다른 렌즈 물질 또는 광학 표면을 갖는 복수의 요소로 구성되는 것으로 이해된다.
도 5A 내지 도 5E는 가변 전력 광학 설계의 광학 도면 일례를 도시한다. 도 5A는 넓은 부분을 도시하고, 도 5E는 망원 부분을 도시한다. 도 5B 내지 도 5D는 중간의 줌 위치를 도시한다. 무한대 포커스는 모든 도 5A 내지 도 5E에 도시된 줌 위치에서 사용된다.
이러한 가변 전력 광학 설계는 가변 표면(50, 52, 54, 56, 58)을 각각 갖는 5 개의 액체 렌즈 셀(40, 42, 44, 46, 48)을 사용한다. 객체 공간에 근접한 렌즈 그룹은 2 개의 액체 렌즈 셀(40, 42)을 포함하고, 주로 포커스 및 줌을 제공하는데 사용된다. 가변 전력 광학 설계는 또한 주로 줌을 제공하는데 사용되는 2 개의 액체 셀(44, 46)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 정지(60)은 액체 렌즈 셀(40, 42)을 포함하는 렌즈 그룹 및 액체 렌즈 셀(44, 46)을 포함하는 렌즈 그룹 사이에 위치한다. 가변 전력 광학 설계는 또한 이미지 면(62)에서 입사각의 제어를 위해 부분적으로 제공하는 액체 렌즈 셀(48)을 포함한다. 결합체(combination)에서 모든 5 개의 액체 렌즈는 가변 전력 광학 시스템이 넓은 부분에서 망원 부분으로, 무한대 포커스에서 근접 포커스로 조절 됨에 따라 포커스, 줌 및 이미지 면 상에서 오프-축 필드 빔의 주광선의 입사각의 제어를 함께 제공한다.
도 5A 내지 도 5D에 도시된 바와 같이, 가변 표면(54)에 의해 제공되는 광학 전력은 변함이 없으나, 단지 도 5E에서 상당히 변하게 된다. 이것은 줌 위치가 도 5A 내지 도 5D에 도시된 범위에 제한되는 경우, 액체 렌즈 셀(44)은 고정된 렌즈 요소로 대신할 수 있음을 설명한다. 따라서, 액체 렌즈 셀의 개수는 설계 필요에 따라 변경될 수 있다.
도 5A 내지 도 5E에 도시된 렌즈 설계에서, 미국 캘리포니아 파사데나(Pasadena, CA USA)의 광학 조사 단체에서 업무용으로 이용 가능한 코드브이(CodeV) 광학 설계 소프트웨어 버전 9.70에 의해 생성된 목록(listing)은 명세서의 부분으로서 첨부되고, 그것의 전체에서 참조되어 결합된다.
도 6은 가변 전력 광학 시스템(102)을 갖는 카메라(100)의 블록 도면을 도시한다. 도 6은 또한 광학 시스템(102)에서 렌즈 그룹의 이동 및 동작을 제어하는 렌즈 제어 모듈(104)을 도시한다. 제어 모듈(104)은 액체 렌즈 셀에서 곡률 반경(radius of curvature)을 제어하는 전자 회로를 포함한다. 다양한 포커스 위치(position) 및 줌 위치(position)에 대한 적합한 전자 신호 레벨은 사전에 결정되고, 하나 이상의 룩업 테이블에 배치될 수 있다. 대안적으로, 아날로그 회로 또는 회로 및 하나 이상의 룩업 테이블의 결합체는 적합한 신호 레벨을 발생할 수 있다. 일실시예에서, 다항식(polynomials)은 적합한 전자 신호 레벨을 결정하는 데 사용된다. 다항식에 따른 포인트는 하나 이상의 룩업 테이블에 저장되거나 또는 다항식은 회로로 구현될 수 있다. 룩업 테이블, 다항식, 또는 다른 회로는 줌 위치, 포커스 위치, 온도 또는 다른 조건에 대한 변수(variable)를 사용할 수 있다.
열 효과(Thermal effects)는 액체 사이의 표면에 대한 곡률 반경의 제어에 있어서 또한 고려될 수 있다. 다항식 또는 룩업 테이블은 열 효과와 관련하여 추가적인 변수(variable)을 포함할 수 있다.
제어 모듈(104)은 특정한 줌 세팅 또는 초점 거리에 대한 프리셋 제어(preset controls)를 포함할 수 있다. 이러한 세팅은 사용자 또는 카메라 제조업자에 의해 저장될 수 있다.
도 6은 외부 객체에 대응하는 광학 이미지를 수신하는 이미지 캡쳐 모듈(106)을 도시한다. 이미지는 광학 시스템(102)를 통해 이미지 캡쳐 모듈(106)로 광학 축을 따라 전송된다. 이미지 캡쳐 모듈(106)은 필름(예컨대, 필름 스톡 또는 정사진 필름) 또는 전자 이미지 감지 기술(예컨대, CCD 어레이, CMOS 장치 또는 비디오 픽업 회로)과 같이, 다양한 형식으로 사용할 수 있다. 광학 축은 선형일 수 있고, 또는 광학축은 폴드를 포함할 수 있다.
이미지 저장 모듈(108)은 예를 들어, 온 보드 메모리(on-board memory) 또는 필름, 테이프 또는 디스크 상에 캡쳐 이미지를 유지한다. 일실시예에서, 저장 모듈은 예컨대, 플래시 메모리, 필름 캐니스터, 테이프 카트리지 또는 디스크)로 이동 가능하다.
이미지 전송 모듈(110)은 다른 장치로 캡쳐된 이미지의 전송을 제공한다. 예를 들어, 이미지 전송 모듈(110)은 유에스비 포트, IEEE 1394 멀티미디어 연결, 이더넷 포트, 블루투스 무선 연결, IEEE 802.11 무선 연결, 비디오 요소 연결, 또는 에스 비디오(S-Video) 연결과 같은, 하나 또는 다양한 연결을 사용할 수 있다.
카메라(100)는 예컨대, 비디오 카메라, 셀 폰 카메라, 디지털 사진 카메라와 같이, 다양한 방법으로 구현될 수 있다.
포커스 및 줌 그룹에서 액체 셀은 전체 참조로서 통합되어, 2008년 12월 3일에 출원된 "액체 광학 이미지 안정화"의 미국 특허 12/327,666에 기재된 바와 같이, 안정화(stabilization)를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 비이동식 렌즈 그룹을 사용 함으로써, 폴드는 전체 참조로서 통합되어, 2008년 12월 3일에 출원된 "폴드 렌즈 및 이미징 장치를 갖는 액체 광학"의 미국 특허 12/327,651에 기재된 바와 같이, 전체 크기를 줄이는 데 사용될 수 있다. 하나 이상의 이동식 렌즈 그룹은 전체 참조로서 통합되어, 2008년 10월 6일에 출원된 "액체 광학 줌 렌즈 및 이미징 장치"의 미국 특허 12/246,224에 기재된 바와 같이, 하나 이상의 액체 셀을 가지는 결합체(combination)에서 사용될 수 있다.
본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 이러한 수정 및 변형은 후술하는 청구항에 의해 정의된 발명의 범위에 포함되는 것으로 이해된다.

Claims (16)

  1. 적어도 제1 액체 렌즈 셀을 포함하는 제1 렌즈 그룹;
    적어도 제2 액체 렌즈 셀을 포함하는 제2 렌즈 그룹; 및
    상기 제1 렌즈 그룹 및 상기 제2 렌즈 그룹 사이에 위치하는 정지
    를 포함하여 구성하고,
    상기 제1 렌즈 그룹, 상기 제2 렌즈 그룹 및 상기 정지를 통해 통과하는 광선은, 상기 제1 액체 렌즈 셀의 광학 전력의 구성 및 상기 제2 액체 렌즈 셀의 광학 전력의 구성 상의 적어도 일부에 기반하여 제어하는, 줌 위치를 표시하는, 가변 전력 광학 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정지는, 상기 제1 렌즈 그룹의 첫번째 표면(a first surface) 및 상기 제2 렌즈 그룹의 마지막 표면(a last surface) 사이에 대략적으로 등거리(equidistant)에 위치하는, 가변 전력 광학 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액체 렌즈 셀의 배율(diameter)은, 상기 제2 액체 렌즈 셀의 배율(diameter)과 동일한, 가변 전력 광학 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 줌 범위(zoom range)는, 약 3 배 보다 큰, 가변 전력 광학 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 줌 범위는, 약 4 배 보다 큰, 가변 전력 광학 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 줌 범위는, 약 5 배 보다 큰, 가변 전력 광학 시스템.
  7. 적어도 제1 액체 렌즈 셀을 포함하는 제1 렌즈 그룹;
    적어도 제2 액체 렌즈 셀을 포함하는 제2 렌즈 그룹; 및
    센서 상에 광선의 입사각을 제어하기 위해 형성된 제3 액체 렌즈 셀
    을 포함하여 구성하고,
    줌 위치의 제어는 상기 제1 액체 렌즈 셀의 광학 전력의 구성 및 상기 제2 액체 렌즈 셀의 광학 전력의 구성 상의 적어도 일부에 기반하는, 가변 전력 광학 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 줌 위치의 제어는, 상기 제3 액체 렌즈 셀의 광학 전력의 구성 상의 적어도 일부에 기반하는, 가변 전력 광학 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 그룹 및 상기 제2 렌즈 그룹 사이에 위치하는 정지
    를 더 포함하여 구성하는, 가변 전력 광학 시스템.
  10. 객체 공간으로부터 발산되는 방사선(radiation)을 수집하고, 상기 공통 광학 축을 따라 이미지 공간에서 이미지 표면으로 방사선을 전달하기 위해 배열된 광학 시스템에 있어서,
    공통 광학 축에 고정되고, 굴절성이 다른 적어도 두 개의 액체 및 상기 두 개의 액체 사이에 적어도 하나의 접촉 표면을 포함하되, 상기 접촉 표면의 형상(shape)은 이미지 표면 상의 이미지 포인트에 접근하는 주광선 각(chief ray angle)의 변화(variation)에 따라, 가변 전력 광학 요소에서 광학 전력의 조절(change)를 발생하기 위해 변형(varied)되는 제1 가변 전력 광학 요소; 및
    굴절성이 다른 적어도 두 개의 액체 및 상기 두 개의 액체 사이에 적어도 하나의 접촉 표면을 포함하되, 상기 접촉 표면의 형상은 상기 제1 가변 전력 광학 요소의 형상을 변형 함에 따라 발생되는, 상기 이미지 표면 상의 상기 이미지 포인트에서 상기 주광선 각의 변경을 감소시키기 위해 변형되는 제2 가변 전력 광학 요소
    를 포함하여 구성하는 광학 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 가변 전력 광학 요소의 형상은, 줌 기능을 제공하기 위해 변형(varied)되는, 광학 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 가변 전력 광학 요소의 형상은, 포커스 기능을 제공하기 위해 변형(varied)되는, 광학 시스템.
  13. 줌 기능에 고정된 이미지 표면을 함께 제공하고, 굴절성이 다른 적어도 두 개의 액체 및 상기 두 개의 액체 사이에 적어도 하나의 접촉 표면을 포함하되, 상기 접촉 표면의 형상은 가변 전력 광학 요소에서 광학 전력의 변화를 발생하기 위해 변형되는 적어도 두 개의 가변 전력 광학 요소; 및
    굴절성이 다른 적어도 두 개의 액체 및 상기 두 개의 액체 사이에 적어도 하나의 접촉 표면을 포함하되, 상기 접촉 표면의 형상은 줌 기능을 제공하는 가변 전력 광학 요소에 의해 적어도 부분적으로 발생되는(caused at least in part) 이미지 표면 상의 이미지 포인트에 접근하는 주광선 각의 변경(variation) 내 조절(change)에 대한 적어도 일부의 보상을 위해 변형되는 적어도 하나의 가변 전력 광학 요소
    를 포함하여 구성하는 축 방향으로의 그룹 이동을 사용하지 않는 가변 전력 대물(objective) 광학 시스템.
  14. 굴절성이 다른 적어도 두 개의 액체 및 상기 두 개의 액체 사이에 적어도 하나의 접촉 표면을 포함하되, 상기 접촉 표면의 형상은 줌 기능에 의해 적어도 부분적으로 발생되는 이미지 표면 상의 이미지 포인트에 접근하는 주광선 각의 변경(variation) 내 조절(change)에 대한 적어도 일부의 보상을 위해 변형되는 적어도 하나의 가변 전력 광학 요소
    를 포함하여 구성하는 가변 전력 대물 광학 시스템.
  15. 굴절성이 다른 적어도 두 개의 액체 및 상기 두 개의 액체 사이에 적어도 하나의 접촉 표면을 포함하되, 상기 접촉 표면의 형상은 포커스 기능에 의해 적어도 부분적으로 발생되는 이미지 표면 상의 이미지 포인트에 접근하는 주광선 각의 변경(variation) 내 조절(change)에 대한 적어도 일부의 보상을 위해 변형되는 적어도 하나의 가변 전력 광학 요소
    를 포함하여 구성하는 가변 전력 대물 광학 시스템.
  16. 굴절성이 다른 적어도 두 개의 액체 및 상기 두 개의 액체 사이에 적어도 하나의 접촉 표면을 포함하되, 상기 접촉 표면의 형상은 줌 기능 및 포커스 기능에 의해 적어도 부분적으로 발생되는 이미지 표면 상의 이미지 포인트에 접근하는 주광선 각의 변경(variation) 내 조절(change)에 대한 적어도 일부의 보상을 위해 변형되는 적어도 하나의 가변 전력 광학 요소
    를 포함하여 구성하는 가변 전력 대물 광학 시스템.
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