KR20150084631A

KR20150084631A - 이중 초점 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치

Info

Publication number: KR20150084631A
Application number: KR1020140079952A
Authority: KR
Inventors: 최종철; 이진원; 정종삼
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2015-07-22
Also published as: CN105917254B; CN105917254A; US20160377842A1; US10359608B2; KR102269601B1

Abstract

근거리 촬영과 원거리 촬영이 가능하도록 2개의 초점 거리를 가지며 박형으로 제작 가능한 이중 초점 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치가 개시된다. 개시된 실시예에 따른 이중 초점 렌즈는, 적어도 하나의 굴절 렌즈 소자를 구비하며 제 1 초점 거리를 갖는 굴절식 광학계, 및 다수의 반사면을 구비하며 제 1 초점 거리와 다른 제 2 초점 거리를 갖는 반사식 광학계를 포함할 수 있다. 굴절식 광학계와 반사식 광학계는 서로 다른 초점 거리를 갖기 때문에, 일 실시예에 따른 이중 초점 렌즈는 근거리 촬영과 원거리 촬영을 모두 가능하게 할 수 있다.

Description

이중 초점 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치{Dual focus lens and image pickup apparatus including the same}

개시된 실시예들은 2개의 초점 거리를 갖는 이중 초점 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 근거리 촬영과 원거리 촬영이 가능하도록 2개의 초점 거리를 가지며 박형으로 제작 가능한 이중 초점 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치에 관한 것이다.

컴팩트 카메라와 모바일 장치용 카메라뿐만 아니라 미러리스 카메라와 일안반사식 카메라 등도 점차 소형화되는 추세이다. 이에 따라, 소형 카메라 렌즈의 개발이 요구되고 있다. 지금까지 소형 카메라 렌즈는 대부분 단초점 렌즈로 설계되었다. 그러나 단초점 렌즈는 화각이 고정되어 있어서 다양한 효과를 주어 촬영하는 것이 어렵다. 특히, 컴팩트 카메라나 모바일 장치용 카메라는 대체로 근거리 촬영에 적합하게 설계되었기 때문에, 원거리 촬영에는 적합하지 않을 수 있다.

근거리에서 원거리까지 촬영이 가능한 렌즈로서 다수의 초점 거리를 갖는 다중 초점 렌즈 또는 가변의 초점 거리를 갖는 줌 렌즈가 많이 사용된다. 그런데, 컴팩스 카메라에서 사용되는 줌 렌즈는 통상적으로 6매 이상의 다수의 렌즈들로 구성되기 때문에 카메라가 길고 무거워지는 원인이 된다. 미러리스 카메라와 일안반사식 카메라의 경우에는 초점 거리가 다른 다양한 단초점 렌즈들을 교환하여 사용할 수 있지만, 원거리 촬영을 위한 장초점 렌즈는 여전히 길고 큰 형태를 가지며, 또한 렌즈를 교환하여야 하는 불편함이 있다. 더욱이, 모바일 장치용 카메라는 크기가 매우 작기 때문에 줌 렌즈를 사용하기가 어렵다. 원거리 촬영을 위하여 모바일 장치용 카메라의 외부에 별도의 추가 렌즈를 어댑터를 이용하여 부착할 수도 있으나, 이 경우에도 모바일 장치의 크기가 커지게 된다. 최근에는 초점 거리가 다른 2개의 광학계를 일체화한 렌즈가 제안되고 있으나, 이 경우에는 2개의 이미지 센서가 필요하기 때문에, 카메라의 제작 비용 및 크기가 증가하게 된다.

근거리 촬영과 원거리 촬영이 가능하도록 2개의 초점 거리를 가지며 박형으로 제작 가능한 이중 초점 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치를 제공한다.

일 실시예에 따른 이중 초점 렌즈는, 적어도 하나의 굴절 렌즈 소자를 구비하며 제 1 초점 거리를 갖는 굴절식 광학계; 및 다수의 반사면을 구비하며 제 1 초점 거리와 다른 제 2 초점 거리를 갖는 반사식 광학계;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 굴절식 광학계는 제 1 상면을 가지며 상기 반사식 광학계는 제 2 상면을 갖고, 상기 굴절식 광학계와 반사식 광학계는 모두 상기 제 1 및 제 2 상면에 대해 물체측에 배치되어 있다.

상기 굴절식 광학계와 반사식 광학계는 하나의 공통 광축을 중심으로 배치될 수 있다.

상기 굴절식 광학계는 물체측에 배치되며 상기 반사식 광학계는 상측에 배치되고, 상기 반사식 광학계의 중심부는 상기 굴절식 광학계로부터 나온 빛이 입사하는 제 1 광입사 영역 및 상기 제 1 광입사 영역에 입사한 빛을 상측으로 출사시키는 광출사 영역을 포함할 수 있다.

상기 이중 초점 렌즈는, 상기 굴절식 광학계와 반사식 광학계에 대해 상측에 배치되며, 상기 굴절식 광학계로부터 나온 빛을 제 1 상면 상에 포커싱하고 상기 반사식 광학계로부터 나온 빛을 제 2 상면 상에 포커싱하는 적어도 하나의 공통 렌즈 소자를 더 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 공통 렌즈 소자는 광축 방향 또는 광축에 수직한 방향으로 이동 가능하도록 구성될 수 있다.

일 예에서, 상기 굴절식 광학계는, 물체측으로부터 상측 방향으로, 물체측이 오목하고 상측이 볼록한 음의 굴절력을 갖는 메니스커스 렌즈 및 양볼록 렌즈를 포함하고, 상기 공통 렌즈 소자는 물체측이 오목하고 상측이 볼록한 음의 굴절력을 갖는 메니스커스 렌즈를 포함할 수 있다.

다른 예에서, 상기 굴절식 광학계는, 물체측으로부터 상측 방향으로, 물체측이 볼록하고 상측이 오목한 음의 굴절력을 갖는 메니스커스 렌즈 및 양볼록 렌즈를 포함하고, 상기 공통 렌즈 소자는, 물체측으로부터 상측 방향으로, 물체측이 오목하고 상측이 볼록한 양의 굴절력을 갖는 제 1 메니스커스 렌즈, 물체측이 오목하고 상측이 볼록한 양의 굴절력을 갖는 제 2 메니스커스 렌즈, 및 물체측이 오목하고 상측이 볼록한 음의 굴절력을 갖는 제 3 메니스커스 렌즈를 포함할 수 있다.

상기 제 1 상면과 상기 제 2 상면의 광축 상의 위치가 서로 동일할 수 있다.

또는, 상기 제 1 상면과 상기 제 2 상면의 광축 상의 위치가 서로 다를 수도 있다.

상기 반사식 광학계는 상기 다수의 반사면들 사이에서 빛의 진행 경로가 다수 회 절곡되는 접이식 구조를 가질 수 있다.

상기 반사식 광학계는 상기 반사식 광학계의 둘레를 따라 환형으로 형성된 제 2 광입사 영역을 포함하며, 상기 다수의 반사면들은 상기 제 2 광입사 영역을 통해 입사한 빛을 상기 광출사 영역으로 출사시키도록 광학적으로 서로 마주하여 배치될 수 있다.

예를 들어, 상기 다수의 반사면들은 광축을 중심으로 하는 환형의 형태를 가지며, 상기 제 2 광입사 영역을 통해 입사한 빛의 진행 방향을 따라 상기 다수의 반사면들의 광축으로부터의 반경이 점차 작아질 수 있다.

또한, 상기 이중 초점 렌즈는, 상기 제 1 광입사 영역에 배치된 것으로, 제 1 파장 대역의 빛을 투과시키고 다른 파장 대역의 빛을 차단하는 제 1 코팅층; 및 상기 다수의 반사면들 중 적어도 하나의 반사면에 배치된 것으로, 상기 제 1 파장 대역과 다른 제 2 파장 대역의 빛을 반사하고 다른 파장 대역의 빛을 흡수 또는 투과시키는 제 2 코팅층;을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 파장 대역 중 하나는 가시광 영역이고 다른 하나는 적외선 영역일 수 있다.

또한, 상기 이중 초점 렌즈는 상기 다수의 반사면들이 고정되어 있는 투명 기판을 더 포함할 수 있다.

상기 제 1 광입사 영역, 제 2 광입사 영역 및 광출사 영역은 상기 투명 기판의 표면 상에 형성될 수 있다.

상기 제 1 광입사 영역 및 광출사 영역에 대응하는 상기 투명 기판의 표면 영역이 곡면일 수 있다.

상기 다수의 반사면들은 곡면이며, 상기 다수의 반사면들이 각각 고정되어 있는 상기 투명 기판의 표면 영역들은 그에 대응하는 반사면들의 곡면에 일치하는 형상을 가질 수 있다.

상기 투명 기판은 서로 평행하게 마주 보는 제 1 표면과 제 2 표면을 가질 수 있다.

또한, 상기 이중 초점 렌즈는, 상기 굴절식 광학계를 향해 입사하는 빛을 투과 또는 차단하는 제 1 셔터 및 상기 반사식 광학계에 입사하는 빛을 투과 또는 차단하는 제 2 셔터를 더 포함할 수 있다.

상기 제 1 셔터와 제 2 셔터는 선택적으로 어느 하나가 빛을 투과시키고 다른 하나가 빛을 차단하도록 구성될 수 있다.

상기 제 1 셔터와 제 2 셔터 중 적어도 하나는 원주 방향을 따라 독립적으로 구동되는 적어도 2개의 세그먼트로 분할될 수 있다.

예를 들어, 상기 제 2 초점 거리가 상기 제 1 초점 거리보다 더 길 수 있다.

상기 이중 초점 렌즈는 굴절식 광학계를 둘러싸는 공간에 배치된 적어도 하나의 광원을 더 포함할 수 있다.

또한, 다른 실시예에 따른 촬상 장치는, 상술한 구조들을 갖는 이중 초점 렌즈; 및 상기 이중 초점 렌즈의 상측에 배치된 이미지 센서;를 포함할 수 있다.

상기 이미지 센서는 적어도 2개의 독립적인 세그먼트로 분할될 수 있다.

상기 제 1 상면과 상기 제 2 상면의 광축 상의 위치가 서로 다르며, 상기 이미지 센서는 상기 굴절식 광학계로 촬영하는 동안 제 1 상면으로 이동하고 상기 반사식 광학계로 촬영하는 동안 제 2 상면으로 이동하도록 구성될 수 있다.

상기 이미지 센서는 광축 방향 또는 광축에 수직한 방향으로 이동 가능하도록 구성될 수 있다.

상기 굴절식 광학계 및 반사식 광학계 중에서 적어도 하나는 줌 기능을 갖도록 구성될 수 있다.

상기 굴절식 광학계는 제 1 배율로 제 1 영상을 생성하도록 구성되며, 상기 반사식 광학계는 제 1 배율보다 큰 배율 제 2 배율로 제 2 영상을 생성하도록 구성될 수 있다.

상기 촬상 장치는, 상기 제 1 영상을 크롭 및 확대하고 상기 제 2 영상을 축소시키는 방식으로 상기 제 1 영상과 제 2 영상을 합성함으로써, 제 1 배율과 제 2 배율 사이의 배율을 갖는 제 3 영상을 생성하도록 구성될 수 있다.

개시된 실시예에 따른 이중 초점 렌즈는 적어도 하나의 굴절 렌즈 소자를 구비하는 굴절식 광학계와 다수의 반사면을 구비하는 반사식 광학계를 포함할 수 있다. 굴절식 광학계와 반사식 광학계는 서로 다른 초점 거리를 갖기 때문에, 본 실시예에 따른 이중 초점 렌즈는 근거리 촬영과 원거리 촬영을 모두 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 초점 거리가 짧은 굴절식 광학계는 근거리 촬영에 이용될 수 있으며, 초점 거리가 긴 반사식 광학계는 원거리 촬영에 이용될 수 있다.

또한, 반사식 광학계는 다수의 반사면들 사이에서 빛의 진행 경로가 다수 회 절곡되는 접이식 구조로 구성되기 때문에 광축 방향으로의 길이가 짧아질 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 이중 초점 렌즈는 서로 다른 2개의 초점 거리를 가지면서도 박형으로 제작이 가능하다.

더욱이, 굴절식 광학계와 반사식 광학계가 하나의 공통 광축을 중심으로 배치되고 상면(image plane)이 거의 동일한 위치에 형성되기 때문에, 본 실시예에 따른 이중 초점 렌즈를 채용한 촬상 장치는 하나의 이미지 센서만을 사용하는 것이 가능하다.

도 1은 일 실시예에 따른 이중 초점 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이중 초점 렌즈의 굴절식 광학계와 그에 인접한 반사식 광학계의 중심부를 확대하여 보이는 부분 단면도이다.
도 3은 반사식 광학계의 광투과 영역에 배치되는 투과 코팅층의 파장별 투과 특성을 예시적으로 보인다.
도 4는 반사식 광학계의 반사 영역에 배치되는 반사 코팅층의 파장별 반사 특성을 예시적으로 보인다.
도 5는 이중 초점 렌즈의 굴절식 광학계의 셔터가 열리고 반사식 광학계의 셔터가 닫힌 경우를 보인다.
도 6은 도 5의 경우에 이중 초점 렌즈에 입사하는 빛의 경로를 예시적으로 보인다.
도 7은 이중 초점 렌즈의 굴절식 광학계의 셔터가 닫히고 반사식 광학계의 셔터가 열린 경우를 보인다.
도 8은 도 7의 경우에 이중 초점 렌즈에 입사하는 빛의 경로를 예시적으로 보인다.
도 9는 다른 실시예에 따른 이중 초점 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 10a 내지 10d는 다양한 분할형 이미지 센서의 구성을 예시적으로 보인다.
도 11a 내지 도 11e는 셔터의 다양한 동작 예를 예시적으로 보인다.
도 12는 실시예1에 따른 이중 초점 렌즈의 굴절식 광학계의 구체적인 광학 데이터를 나타내는 표이다.
도 13은 실시예1에 따른 이중 초점 렌즈의 굴절식 광학계의 비구면에 대한 비구면 계수 값을 나타내는 표이다.
도 14는 실시예1에 따른 이중 초점 렌즈의 반사식 광학계의 구체적인 광학 데이터를 나타내는 표이다.
도 15는 실시예1에 따른 이중 초점 렌즈의 반사식 광학계의 비구면에 대한 비구면 계수 값을 나타내는 표이다.
도 16은 실시예1에 따른 이중 초점 렌즈의 반사식 광학계의 다수의 반사면의 직경을 나타내는 표이다.
도 17은 실시예2에 따른 이중 초점 렌즈의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 18은 실시예2에 따른 이중 초점 렌즈의 굴절식 광학계의 구성을 보이는 단면도이다.
도 19는 실시예2에 따른 이중 초점 렌즈의 굴절식 광학계의 구체적인 광학 데이터를 나타내는 표이다.
도 20은 실시예2에 따른 이중 초점 렌즈의 굴절식 광학계의 비구면에 대한 비구면 계수 값을 나타내는 표이다.
도 21은 실시예2에 따른 이중 초점 렌즈의 반사식 광학계의 구성을 보이는 단면도이다.
도 22는 실시예2에 따른 이중 초점 렌즈의 반사식 광학계의 구체적인 광학 데이터를 나타내는 표이다.
도 23은 실시예2에 따른 이중 초점 렌즈의 반사식 광학계의 비구면에 대한 비구면 계수 값을 나타내는 표이다.
도 24는 실시예2에 따른 이중 초점 렌즈의 반사식 광학계의 다수의 반사면의 직경을 나타내는 표이다.
도 25는 또 다른 예에 따른 이중 초점 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 26 및 도 27은 이중 초점 렌즈의 굴절식 광학계와 반사식 광학계로부터 각각 얻은 2개의 영상을 이용하여 디지털 줌 기능을 구현하는 원리를 개략적으로 설명하는 개념도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 이중 초점 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 이중 초점 렌즈(100) 및 이를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 이중 초점 렌즈(100)는, 제 1 초점 거리를 갖는 굴절식 광학계(110) 및 제 1 초점 거리와 다른 제 2 초점 거리를 갖는 반사식 광학계(120)를 포함할 수 있다. 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120)는 각각 제 1 상면(IP1)과 제 2 상면(IP2)을 가질 수 있다. 도 1에는 예시적으로 제 1 상면(IP1)과 제 2 상면(IP2)의 광축(OX) 상의 위치가 일치하지 않는 것으로 도시되어 있으나, 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120)의 설계에 따라서는 제 1 상면(IP1)과 제 2 상면(IP2)의 광축(OX) 상의 위치가 일치할 수도 있다.

또한, 이중 초점 렌즈(100)는 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120)에 의해 공통으로 사용되는 적어도 하나의 공통 렌즈 소자(130)를 더 포함할 수 있다. 굴절식 광학계(110)와 공통 렌즈 소자(130)의 작용에 의해 굴절식 광학계(110)의 제 1 초점 거리가 형성되고, 반사식 광학계(120)와 공통 렌즈 소자(130)의 작용에 의해 반사식 광학계(120)의 제 2 초점 거리가 형성된다. 공통 렌즈 소자(130)는 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120)에 대해 상측(image side)에 배치될 수 있다. 도 1에는 예시적으로 하나의 공통 렌즈 소자(130)가 도시되어 있지만, 설계에 따라서는 2개의 이상의 공통 렌즈 소자(130)를 사용할 수도 있다. 이러한 공통 렌즈 소자(130)는 굴절식 광학계(110)로부터 나온 빛을 제 1 상면(IP1) 상에 포커싱하고 반사식 광학계(120)로부터 나온 빛을 제 2 상면(IP2) 상에 포커싱하도록 구성될 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 촬상 장치는 상기 이중 초점 렌즈(100), 및 제 1 상면(IP1)과 제 2 상면(IP2) 중에서 어느 하나 평면 상에 배치되는 이미지 센서(140)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(140)는 예를 들어 CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서일 수 있다. 이미지 센서(140)의 광입사면에는 이미지 센서(140)의 컬러 필터들 및 화소들을 보호하기 위한 커버층(141)이 더 배치될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120)가 모두 제 1 및 제 2 상면(IP1, IP2)에 대해 물체측(object side)에 배치될 수 있다. 즉, 굴절식 광학계(110)의 제 1 상면(IP1)과 반사식 광학계(120)의 제 2 상면(IP2)은 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120)에 대해 동일한 방향에 배치될 수 있다. 따라서, 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120)가 하나의 동일한 이미지 센서(140)에 영상을 형성하는 것이 가능하므로, 촬상 장치는 초점 거리가 서로 다른 2개의 광학계(110, 120)에 대해 별도의 이미지 센서들을 각각 구비할 필요가 없이 단지 하나의 이미지 센서(140)만으로 화각이 다른 영상을 촬영할 수 있다.

굴절식 광학계(110)는 광축(OX)을 따라 배열된 적어도 하나의 굴절 렌즈 소자(111, 112)를 포함할 수 있다. 도 1에는 예시적으로 2개의 굴절 렌즈 소자(111, 112)가 도시되어 있으나, 굴절식 광학계(110)는 설계에 따라 단지 하나의 굴절 렌즈 소자 또는 3개 이상의 굴절 렌즈 소자를 포함할 수도 있다. 다수의 굴절 렌즈 소자(111, 112)들을 사용하는 경우, 이중 초점 렌즈(100)의 색수차를 억제하기 위하여 굴절 렌즈 소자(111, 112)들은 굴절률이 서로 다른 재료로 이루어질 수 있다.

또한, 굴절식 광학계(110)의 광 경로 내에는 굴절식 광학계(110)를 향해 입사하는 빛을 투과 또는 차단하는 제 1 셔터(119)가 배치될 수 있다. 도 1에는 굴절식 광학계(110)의 전면에 제 1 셔터(119)가 배치된 것으로 도시되어 있으나, 제 1 셔터(119)의 위치는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제 1 셔터(119)는 제 1 렌즈 소자(111)와 제 2 렌즈 소자(112) 사이에 또는 제 2 렌즈 소자(112)와 반사식 광학계(120) 사이에 배치될 수도 있다.

반사식 광학계(120)는 굴절식 광학계(110)와 동일한 광축(OX)을 따라 배치될 수 있다. 즉, 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120)는 하나의 공통 광축(OX)을 중심으로 배치될 수 있다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 굴절식 광학계(110)는 광축(OX) 상에서 물체측(object side)에 가깝게 배치되며 반사식 광학계(120)는 광축(OX)에서 상측(image side)에 가깝게 배치될 수 있다. 따라서, 물체측으로부터 상측 방향을 따라 굴절식 광학계(110)가 앞쪽에 배치되고 반사식 광학계(120)가 뒤쪽에 배치될 수 있다.

도 1을 참조하면, 반사식 광학계(120)는, 굴절식 광학계(110)로부터 나온 빛이 입사하는 제 1 광입사 영역(125), 제 1 광입사 영역(125)에 입사한 빛을 상측으로 출사시키는 광출사 영역(127), 반사식 광학계(120)의 둘레를 따라 환형으로 형성된 제 2 광입사 영역(126), 및 제 1 광입사 영역(125)과 제 2 광입사 영역(126) 사이에서 광축(OX)을 중심으로 반경 방향을 따라 배열된 다수의 반사면(121, 122, 123, 124)들을 포함할 수 있다. 제 1 광입사 영역(125)과 광출사 영역(127)은 반사식 광학계(120)의 중심부에서 서로 마주하여 배치될 수 있다. 여기서, 제 1 광입사 영역(125)은 굴절식 광학계(110)에 의해 결상되는 빛이 입사하는 영역이며, 제 2 광입사 영역(126)은 반사식 광학계(120)에 의해 결상되는 빛이 입사하는 영역이다. 제 1 광입사 영역(125)을 통해 입사한 빛과 제 2 광입사 영역(126)을 통해 입사한 빛은 모두 광출사 영역(127)은 통해 상측으로 출사할 수 있다.

반사식 광학계(120)의 다수의 반사면(121, 122, 123, 124)들은 제 2 광입사 영역(126)을 통해 입사한 빛을 광출사 영역(127)으로 출사시키도록 광학적으로 서로 마주하여 배치될 수 있다. 여기서, 광학적으로 서로 마주하여 배치된다는 의미는, 다수의 반사면(121, 122, 123, 124)들이 물리적으로 서로 정면을 바라보도록 배치된다는 의미가 아니라, 어느 한 반사면에서 반사된 빛이 다른 반사면으로 진행하도록 배치된다는 의미이다. 예를 들어, 제 2 광입사 영역(126)으로 입사한 빛은 제 1 반사면(121)에 의해 제 2 반사면(122)으로 반사된다. 그런 후, 빛은 제 2 반사면(122)에 의해 제 3 반사면(123)으로 반사된 다음, 제 3 반사면(123)에 의해 제 4 반사면(124)으로 반사된다. 마지막으로, 제 4 반사면(124)에서 반사된 빛은 광출사 영역(127)을 통해 상측으로 진행하게 된다. 도 1에는 단지 예시적으로 4개의 반사면(121, 122, 123, 124)들이 도시되어 있다. 그러나, 본 실시예에서 반사면(121, 122, 123, 124)들의 개수가 반드시 4개로 한정되는 것은 아니며, 설계에 따라 적어도 2개 이상의 반사면(121, 122, 123, 124)들이 사용될 수 있다.

다수의 반사면(121, 122, 123, 124)들은 광축(OX)을 중심으로 하는 환형의 형태를 가질 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 2 광입사 영역(126)을 통해 입사한 빛의 진행 방향을 따라 순서대로 다수의 반사면(121, 122, 123, 124)들의 광축(OX)으로부터의 반경이 점차 작아질 수 있다. 예를 들어, 광축(OX)으로부터의 반경은 제 1 반사면(121)이 가장 크고, 제 4 반사면(124)이 가장 작을 수 있다.

상술한 설명에서 알 수 있듯이, 본 실시예에 따른 이중 초점 렌즈(100)의 반사식 광학계(120)는 다수의 반사면(121, 122, 123, 124)들 사이에서 빛의 진행 경로가 다수 회 절곡되는 접이식 광학(folded optics) 구조를 가질 수 있다. 이러한 접이식 광학 구조에 따르면, 다수의 반사면(121, 122, 123, 124)들을 이용하여 광 경로를 길게 연장함으로써 반사식 광학계(120)의 초점 거리와 관계 없이 반사식 광학계(120)의 두께(또는, 광축(OX) 방향으로의 길이)를 크게 줄이는 것이 가능하다. 따라서, 반사식 광학계(120)의 제 2 초점 거리를 굴절식 광학계(110)의 제 1 초점 거리보다 길게 선택할 경우, 이중 초점 렌즈(100)는 서로 다른 2개의 초점 거리를 가지면서도 박형으로 제작이 가능하다. 또한, 제 1 초점 거리를 갖는 굴절식 광학계(110)와 제 2 초점 거리를 갖는 반사식 광학계(120)를 선택적으로 이용함으로써, 본 실시예에 따른 이중 초점 렌즈(100)는 근거리 촬영과 원거리 촬영을 모두 가능하게 할 수 있다. 예컨대, 초점 거리가 짧은 굴절식 광학계(110)는 근거리 촬영(광각)에 이용될 수 있으며, 초점 거리가 긴 반사식 광학계(120)는 원거리 촬영(망원)에 이용될 수 있다. 또한, 굴절식 광학계(110)의 광각단과 반사식 광학계(120)의 망원단 사이의 배율을 촬상 장치의 영상 신호 처리부(도시되지 않음)를 통해 디지털 줌으로 확보한다면 광각단부터 망원단까지 연속적인 줌 효과를 얻을 수도 있다.

다수의 반사면(121, 122, 123, 124)들은 촬상 장치의 내부에 각각 개별적으로 조립 및 고정될 수도 있지만, 이 경우 조립 공정이 복잡할 수 있으며 각각의 반사면(121, 122, 123, 124)들을 정확하게 위치시키기 위해 많은 시간이 소요될 수 있다. 따라서, 다수의 반사면(121, 122, 123, 124)들은 하나의 투명 기판(128)에 고정된 후 촬상 장치의 내부에 배치될 수 있다. 투명 기판(128)은 예를 들어 유리 또는 PMMA(Polymethylmethacrylate)와 같은 투명한 플라스틱 재료로 이루어질 수 있다. 본 실시예에 따르면, 이중 초점 렌즈(100)의 색수차를 억제하기 위하여, 투명 기판(128)의 굴절률과 공통 렌즈 소자(130)의 굴절률을 서로 다르게 선택할 수 있다. 예를 들어, 투명 기판(128)은 PMMA이고 공통 렌즈 소자(130)는 PMMA와 굴절률이 상이한 유리 재료일 수 있다. 다수의 반사면(121, 122, 123, 124)들이 고정된 투명 기판(128)을 사용하는 경우, 제 1 광입사 영역(125), 제 2 광입사 영역(126) 및 광출사 영역(127)은 투명 기판(128)의 표면 상에 형성될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 반사면(121, 122, 123, 124), 제 1 광입사 영역(125), 제 2 광입사 영역(126) 및 광출사 영역(127)의 위치와 형태에 따라 투명 기판(128)은 복잡한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 다수의 반사면(121, 122, 123, 124)들이 곡면인 경우, 다수의 반사면(121, 122, 123, 124)들이 각각 고정되어 있는 투명 기판(128)의 표면 영역들은 그에 대응하는 반사면(121, 122, 123, 124)들의 곡면에 일치하는 형상을 가질 수 있다. 여기서, 다수의 반사면(121, 122, 123, 124)들은 투명 기판(128)의 대응하는 표면 영역들에 각각 코팅된 반사 코팅일 수 있다. 또한, 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120)의 결상 작용에 기여하기 위하여, 제 1 광입사 영역(125) 및 광출사 영역(127)에 대응하는 투명 기판(128)의 표면 영역이 굴절력을 갖는 곡면일 수도 있다. 도 1에는 제 2 광입사 영역(126)에 대응하는 투명 기판(128)의 표면 영역이 평면인 것으로 도시되어 있으나, 제 2 광입사 영역(126)에 대응하는 투명 기판(128)의 표면 영역도 역시 굴절력을 갖는 곡면으로 형성될 수도 있다.

또한, 이중 초점 렌즈(100)는 반사식 광학계(120)에 입사하는 빛을 투과 또는 차단하는 제 2 셔터(129)를 더 포함할 수 있다. 제 2 셔터(129)는 예를 들어 제 2 광입사 영역(126)에 마주하여 배치될 수 있다. 굴절식 광학계(110)에 입사하는 빛을 투과 또는 차단하는 제 1 셔터(119)와 반사식 광학계(120)에 입사하는 빛을 투과 또는 차단하는 제 2 셔터(129)는 광축(OX) 상에서 서로 다른 위치에 배치될 수도 있지만, 동일 평면 상에 배치될 수도 있다. 제 1 셔터(119)와 제 2 셔터(129)가 동일 평면 상에 배치되는 경우, 제 1 셔터(119)와 제 2 셔터(129)를 하나의 기판 상에 함께 형성할 수 있다. 제 1 및 제 2 셔터(119, 129)는 필요에 따라 선택적으로 어느 하나가 빛을 투과시키고 다른 하나가 빛을 차단하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 셔터(119)가 열린 동안에는 제 2 셔터(129)가 닫히고, 반대로 제 2 셔터(129)가 열린 동안에는 제 1 셔터(119)가 닫힐 수 있다. 이러한 제 1 및 제 2 셔터(119, 129)는, 예를 들어, 기계적으로 개폐되는 기계식 셔터, 편광이나 액정을 사용하여 개폐되는 전기식 셔터, 또는 정전기적으로 구동되는 불투과 잉크막을 사용하여 개폐되는 셔터 등과 같은 다양한 종류의 셔터가 사용될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 이중 초점 렌즈(100)의 굴절식 광학계(110)와 그에 인접한 반사식 광학계(120)의 중심부를 확대하여 보이는 부분 단면도이다. 도 2를 참조하면, 반사식 광학계(120)의 제 1 광입사 영역(125)은 굴절식 광학계(110)와 대향하여 배치되어 있다. 또한, 제 1 광입사 영역(125)의 둘레에는 제 4 반사면(124)이 배치되어 있다. 예를 들어, 제 1 광입사 영역(125)과 제 4 반사면(124)은 투명 기판(128)의 동일한 표면 영역 내에 함께 배치될 수 있다. 즉, 굴절식 광학계(110)와 대향하는 투명 기판(128)의 한 표면 영역 내에서 제 1 광입사 영역(125)과 제 4 반사면(124)은 그 표면 영역의 중심과 가장자리에 각각 배치될 수 있다. 여기서, 제 1 광입사 영역(125)은 굴절식 광학계(110)를 위한 영역이고 제 4 반사면(124)은 반사식 광학계(120)를 위한 영역이므로, 각각의 영역에 대한 표면 특성이 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제 1 광입사 영역(125)과 제 4 반사면(124)은 곡률 반경이 서로 다른 곡면일 수 있다. 또는, 제 1 광입사 영역(125)과 제 4 반사면(124)은 곡률 반경이 동일하고 비구면 계수들이 서로 다른 비구면일 수도 있다.

또한, 굴절식 광학계(110)로부터 나온 빛이 제 1 광입사 영역(125)을 투과할 수 있도록 제 1 광입사 영역(125)에는 고투과 코팅층이 형성될 수 있다. 그리고, 제 4 반사면(124)에는 제 3 반사면(123)에서 반사된 빛을 반사할 수 있도록 고반사 코팅층이 형성될 수 있다. 이러한 고투과 코팅층과 고반사 코팅층은 모두 동일한 파장 대역의 빛(예컨대, 가시광)을 투과시키거나 반사하도록 구성될 수 있다. 그러나, 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120)가 서로 다른 파장 대역의 빛을 이용하여 영상을 형성할 수도 있다. 이 경우, 고투과 코팅층과 고반사 코팅층은 서로 다른 파장 대역의 빛을 투과시키거나 반사하도록 구성될 수 있다. 또한, 고반 코팅층은 제 4 반사면(124)뿐만 아니라 제 1 내지 제 3 반사면(121, 122, 123) 중에서 어느 하나에도 형성될 수 있다.

예를 들어, 도 3의 파장별 투과도 그래프와 같이, 고투과 코팅층은 가시광 영역의 빛을 투과시키고 다른 파장 대역의 빛을 차단하도록 구성될 수 있다. 그리고, 도 4의 파장별 반사도 그래프와 같이, 고반사 코팅층은 적외선 영역의 빛을 반사하고 다른 파장 대역의 빛을 흡수 또는 투과시키도록 구성될 수 있다. 또는, 고투과 코팅층이 적외선 또는 자외선 영역의 빛을 투과시키고, 고반사 코팅층이 가시광 영역의 빛을 반사하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 굴절식 광학계(110)가 가시광을 이용하여 영상을 형성하고 반사식 광학계(120)가 적외선을 이용하여 영상을 형성하는 경우, 굴절식 광학계(110)는 일반적인 컬러 영상을 촬영하고, 반사식 광학계(120)는 홍채 인식, 혈관 인식, 피사체 거리 측정, 적외선 신호 검출, 적외선 열상 촬영, 야간 투시 등과 같은 기능을 제공할 수 있다.

이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여, 본 실시예에 따른 이중 초점 렌즈(100)의 동작을 설명한다.

먼저, 도 5는 이중 초점 렌즈(100)의 굴절식 광학계(110)의 제 1 셔터(119)가 열리고 반사식 광학계(120)의 제 2 셔터(129)가 닫힌 경우를 도시하고 있으며, 도 6은 도 5의 경우에 이중 초점 렌즈(100)에 입사하는 빛의 경로를 예시적으로 도시하고 있다. 도 6에는 굴절식 광학계(110)와 관련된 부분만이 도시되어 있으며 반사식 광학계(120)와 관련된 부분은 생략되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 중심부에 원형으로 형성된 제 1 셔터(119)가 열려 있고, 주변부에 환형으로 형성된 제 2 셔터(129)가 닫힌 경우, 빛은 굴절식 광학계(110)에만 입사한다. 따라서, 굴절식 광학계(110)만이 이미지 센서(140)에 형성되는 영상에 기여한다. 그러면, 촬상 소자는 근거리 촬영을 수행할 수 있다. 이때, 촬상 소자의 이미지 센서(140)는 제 1 상면(IP1)에 위치할 수 있다.

또한, 도 7은 이중 초점 렌즈(100)의 굴절식 광학계(110)의 제 1 셔터(129)가 닫히고 반사식 광학계(120)의 제 2 셔터(129)가 열린 경우를 도시하고 있으며, 도 8은 도 7의 경우에 이중 초점 렌즈(100)에 입사하는 빛의 경로를 예시적으로 도시하고 있다. 도 8에는 반사식 광학계(120)와 관련된 부분만이 도시되어 있으며 굴절식 광학계(110)와 관련된 부분은 생략되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 중심부에 원형으로 형성된 제 1 셔터(119)가 닫혀 있고, 주변부에 환형으로 형성된 제 2 셔터(129)가 열린 경우, 빛은 반사식 광학계(120)에만 입사한다. 따라서, 반사식 광학계(120)만이 이미지 센서(140)에 형성되는 영상에 기여한다. 그러면, 촬상 소자는 원거리 촬영을 수행할 수 있다. 이때, 촬상 소자의 이미지 센서(140)는 제 2 상면(IP2)에 위치할 수 있다. 이를 위해, 이미지 센서(140)는 굴절식 광학계(110)로 촬영하는 동안 제 1 상면(IP1)으로 이동하고 반사식 광학계(120)로 촬영하는 동안 제 2 상면(IP2)으로 이동하도록 구성될 수 있다. 그러나, 실시예에 따라서, 제 1 상면(IP1)과 제 2 상면(IP2)이 일치하는 경우에는, 이미지 센서(140)가 고정되어 있을 수 있다.

도 9는 다른 실시예에 따른 이중 초점 렌즈(200) 및 이를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 이중 초점 렌즈(200)는, 제 1 초점 거리를 갖는 굴절식 광학계(110) 및 제 1 초점 거리와 다른 제 2 초점 거리를 갖는 반사식 광학계(150)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 이중 초점 렌즈(100)와 비교할 때, 도 9에 도시된 이중 초점 렌즈(200)는 반사식 광학계(150)가 평판 형태라는 점에서 차이가 있다.

본 실시예에서, 반사식 광학계(150)는 굴절식 광학계(110)로부터 나온 빛이 입사하는 제 1 광입사 영역(155), 제 1 광입사 영역(155)에 입사한 빛을 상측으로 출사시키는 광출사 영역(157), 반사식 광학계(150)의 둘레를 따라 환형으로 형성된 제 2 광입사 영역(156), 및 제 1 광입사 영역(155)과 제 2 광입사 영역(156) 사이에서 광축(OX)을 중심으로 반경 방향을 따라 배열된 다수의 반사면(151, 152, 153, 154)들을 포함할 수 있다. 여기서, 다수의 반사면(151, 152, 153, 154)들은 평판 형태를 갖는 투명 기판(158)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 제 2 반사면(152)과 제 4 반사면(154)은 투명 기판(158)의 제 1 표면에 배치되어 있고, 제 3 반사면(153)은 투명 기판(158)의 제 2 표면에 배치될 수 있다. 투명 기판(158)의 제 1 표면과 제 2 표면은 서로 평행하게 마주 보는 표면으로서, 제 1 표면과 제 2 표면의 법선 방향은 광축(OX)과 평행할 수 있다. 다만, 반사식 광학계(150)의 중심부에 배치된 제 1 광입사 영역(155)과 광출사 영역(157)은 곡면을 가질 수 있다. 또한, 제 1 광입사 영역(155)과 대향하는 제 1 반사면(151)은 빛이 제 2 반사면(152)을 향해 경사지게 진행하도록 경사지게 배치될 수 있다.

한편, 이미지 센서(140)는 적어도 2개의 독립적인 세그먼트로 분할될 수 있으며, 제 1 및 제 2 셔터(119, 129) 중에서 적어도 하나도 역시 독립적으로 구동되는 적어도 2개의 세그먼트로 분할될 수 있다. 예를 들어, 도 10a 내지 10d는 다양한 분할형 이미지 센서(140)의 구성을 예시적으로 도시하고 있으며, 도 11a 내지 도 12c는 제 1 및 제 2 셔터(119, 129)의 다양한 동작 예를 예시적으로 도시하고 있다.

먼저, 도 10a를 참조하면, 이미지 센서(140)는 좌우로 분할된 2개의 세그먼트(140a, 140b)를 포함할 수 있다. 각각의 세그먼트(140a, 140b)는 물리적으로 분할될 수도 있지만, 촬상 장치의 영상 신호 처리부에 의해 논리적으로 분할될 수도 있다. 예를 들어, 영상 신호 처리부는 2개의 세그먼트(140a, 140b)로부터 각각 생성된 신호들을 별개로 독립적으로 처리하여 2개의 영상을 생성하거나, 또는 선택적으로, 상기 신호들을 병합하여 처리하여 하나의 영상을 생성할 수도 있다. 또한, 도 10b와 같이, 이미지 센서(140)는 상하로 분할된 2개의 세그먼트(140a, 140b)를 포함할 수도 있다. 또는, 도 10c와 같이, 이미지 센서(140)는 상하 좌우로 분할된 4개의 세그먼트(140a, 140b, 140c, 140d)들을 포함할 수도 있다.

이미지 센서(140)가 다수의 세그먼트(140a, 140b, 140c, 140d)들로 분할된 경우에, 촬상 장치는 서로 다른 시차(parallax)를 갖는 스테레오 영상을 얻을 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(140)가 좌우로 분할된 경우에는 좌우 방향의 시차를 갖는 스테레오 영상을 얻을 수 있으며, 이미지 센서(140)가 상하로 분할된 경우에는 상하 방향의 시차를 갖는 스테레오 영상을 얻을 수 있고, 이미지 센서(140)가 상하 좌우로 분할된 경우에는 상하 및 좌우 방향을 시차를 갖는 스테레오 영상을 얻을 수 있다.

이러한 스테레오 영상을 얻고자 하는 경우에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 중심 부분의 제 1 셔터(119)를 닫고 주변부의 제 2 셔터(129)를 열어서, 반사식 광학계(120)를 사용할 수 있다. 이때, 촬상 장치의 영상 신호 처리부는 각각의 세그먼트(140a, 140b, 140c, 140d)들로부터 각각 생성된 신호들을 독립적으로 처리하여 다수의 영상을 생성할 수 있다. 반면, 일반적인 영상을 얻고자 하는 경우에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 셔터(119)를 열고 제 2 셔터(129)를 닫아서, 굴절식 광학계(110)를 사용할 수 있다. 이때, 촬상 장치의 영상 신호 처리부는 각각의 세그먼트(140a, 140b, 140c, 140d)들로부터 생성된 신호들을 병합하여 하나의 영상을 생성할 수도 있다.

또한, 제 1 셔터(119)와 제 2 셔터(129) 중 적어도 하나도 원주 방향을 따라 독립적으로 구동되는 적어도 2개의 세그먼트들로 분할될 수 있다. 예컨대, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 제 2 셔터(129)는 좌우로 2개의 세그먼트(129a, 129b)로 분할되거나, 또는 도 11c 및 도 11d에 도시된 바와 같이, 상하로 2개의 세그먼트(129a, 129b)로 분할될 수도 있다. 제 2 셔터(129)가 2개의 세그먼트(129a, 129b)로 분할된 경우, 중심 부분의 제 1 셔터(119)를 닫은 동안, 제 2 셔터(129)의 2개의 세그먼트(129a, 129b) 중에서 하나를 열고 다른 하나를 닫도록 동작할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 셔터(119)가 열린 동안에는, 제 2 셔터(129)의 2개의 세그먼트(129a, 129b)가 모두 닫힐 수 있다.

또한, 도 10d를 참조하면, 이미지 센서(140)는 5개의 세그먼트(140a, 140b, 140c, 140d, 140e)들로 분할될 수도 있다. 예를 들어, 이미지 센서(140)는 상하 좌우 및 중앙의 5개의 세그먼트(140a, 140b, 140c, 140d, 140e)들을 포함할 수 있다. 이 경우, 촬상 장치는 반사식 광학계(120)를 이용한 스테레오 영상과 굴절식 광학계(110)를 이용한 광각 영상을 한꺼번에 얻을 수 있다. 이를 위하여, 도 11e에 도시된 바와 같이, 제 1 셔터(119)와 제 2 셔터(129)가 모두 상하 방향으로 2개의 세그먼트(119a, 119b; 129a, 129b)들로 분할되어 있고, 제 1 셔터(119)의 2개의 세그먼트(119a, 119b)와 제 2 셔터(129)의 2개의 세그먼트(129a, 129b)가 서로 반대 방향으로 열릴 수 있다. 예를 들어, 제 1 셔터(119)의 상부 세그먼트(119a)와 제 2 셔터(129)의 하부 세그먼트(129b)가 동시에 열릴 수 있다. 또한, 제 1 셔터(119)의 하부 세그먼트(119b)와 제 2 셔터(129)의 상부 세그먼트(129a)가 동시에 열릴 수도 있다. 비록 도 11e에는 제 1 셔터(119)와 제 2 셔터(129)가 모두 상하 방향으로 분할된 것으로 도시되어 있으나, 본 실시예는 이에 한정되는 것이 아니며 좌우 방향으로 분할될 수도 있다.

실시예1

도 1에 도시된 구조의 이중 초점 렌즈(100)를 실시예1로서 제작하였다. 도 12는 실시예1에 따른 이중 초점 렌즈(100)의 굴절식 광학계(110)의 구체적인 광학 데이터를 나타내는 표이다. 도 12의 표에서, 표면 S0와 S1은 제 1 셔터(119)의 양측 표면을 나타낸다. 표면 S2 내지 표면 S12는 도 6에 표시되어 있다. 예를 들어, 표면 S2와 S3은 제 1 렌즈 소자(111)의 양측 표면을 나타내며, 표면 S4와 S5는 제 2 렌즈 소자(112)의 양측 표면을 나타내며, 표면 S6과 S7은 제 1 광입사 영역(125)과 광출사 영역(127)을 각각 나타내고, 표면 S8과 S9는 공통 렌즈 소자(130)의 양측 표면을 나타내며, 표면 S10과 S11은 커버층(141)의 양측 표면을 나타내고, 표면 S12는 이미지 센서(140)의 표면을 나타낸다.

도 12의 표에서 알 수 있듯이, 제 1 렌즈 소자(111)는 물체측이 오목하고 상측이 볼록한, 음(-)의 굴절력을 갖는 메니스커스 렌즈이다. 제 2 렌즈 소자(112)는 양볼록 렌즈이다. 제 1 광입사 영역(125)과 광출사 영역(127)은 모두 오목한 표면을 갖는다. 그리고, 공통 렌즈 소자(130)는 물체측이 오목하고 상측이 볼록한, 음의 굴절력을 갖는 메니스커스 렌즈이다.

한편, 표면 S2 내지 S9는 비구면이다. 도 13은 실시예1에 따른 이중 초점 렌즈(100)의 굴절식 광학계(110)의 비구면에 대한 비구면 계수 값을 나타내는 표이다. 여기서, 비구면 계수는 다음의 수학식 1을 따를 수 있다.

이러한 실시예1에 따른 이중 초점 렌즈(100)의 굴절식 광학계(110)의 유효 초점 거리(EFL)는 5.967 mm이며, 입사동 직경(EPD)은 0.88 mm이고, F 수는 6.7이다.

또한, 도 14는 실시예1에 따른 이중 초점 렌즈(100)의 반사식 광학계(120)의 구체적인 광학 데이터를 나타내는 표이다. 도 14의 표에서, 표면 S20과 S21은 제 2 셔터(129)의 양측 표면을 나타낸다. 표면 S22 내지 표면 S25 및 표면 S6 내지 표면 S12는 도 8에 표시되어 있다. 예를 들어, 표면 S22는 제 2 광입사 영역(126)을 나타내며, 표면 S23 내지 표면 S25는 제 1 내지 제 3 반사면(121, 122, 123)을 나타낸다. 표면 S6 내지 표면 S12는 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120)에 공통적인 표면이다. 제 4 반사면(124)은 표면 S6에 형성되어 있다. 도 14에 표시되어 있듯이, 표면 S23 내지 표면 S25 및 표면 S6 내지 표면 S9는 비구면이다. 도 15는 실시예1에 따른 이중 초점 렌즈(100)의 반사식 광학계(120)의 비구면에 대한 비구면 계수 값을 나타내는 표이다. 표면 S6 내지 표면 S9의 비구면 계수 값은 도 13에 이미 나타내었으므로 생략되었다.

한편, 도 14의 표에서 알 수 있듯이, 투명 기판(128)과 공통 렌즈 소자(130)는 이중 초점 렌즈(100)의 색수차를 억제하기 위하여 상이한 재료로 이루어질 수 있다. 도 14의 표에서 투명 기판(128)의 재료로는 PMMA를 사용하였으며, 공통 렌즈 소자(130)의 재료로는 굴절률이 1.744992이고 분산율이 42.404%인 유리를 사용하였다.

그리고, 도 16은 실시예1에 따른 이중 초점 렌즈(100)의 반사식 광학계(120)의 제 2 광입사면(126)과 다수의 반사면(121, 122, 123)들의 유효 외경과 유효 내경의 크기를 나타내는 표이다. 도 16의 표에 표시되어 있는 유효 외경과 유효 내경은 광축(OX)으로부터의 거리에 의해 결정된다. 도 16의 표에 표시된 수치의 단위는 mm이다.

이러한 실시예1에 따른 이중 초점 렌즈(100)의 반사식 광학계(120)의 유효 초점 거리(EFL)는 27.65 mm이며, 입사동 직경(EPD)은 10.64 mm이고, F 수는 2.6이다.

실시예2

도 17은 실시예2에 따른 이중 초점 렌즈(300)의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 실시예2에 따른 이중 초점 렌즈(300)는 제 1 초점 거리를 갖는 굴절식 광학계(110), 제 1 초점 거리와 다른 제 2 초점 거리를 갖는 반사식 광학계(120), 및 3개의 공통 렌즈 소자(131, 132, 133)를 포함한다. 실시예1과 비교할 때, 실시예2에 따른 이중 초점 렌즈(300)는 3개의 공통 렌즈 소자(131, 132, 133)를 포함한다는 점에서 차이가 있으며, 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120)의 상면이 일치한다.

도 18은 실시예2에 따른 이중 초점 렌즈(300)의 굴절식 광학계(110)의 구성을 보이는 단면도이며, 도 19는 실시예2에 따른 이중 초점 렌즈(300)의 굴절식 광학계(110)의 구체적인 광학 데이터를 나타내는 표이다. 도 19의 표에서, 표면 S0와 S1은 제 1 셔터(119)의 양측 표면을 나타낸다. 표면 S2 내지 표면 S15는 도 18에 표시되어 있다. 예를 들어, 표면 S2와 S3은 제 1 렌즈 소자(111)의 양측 표면을 나타내며, 표면 S4와 S5는 제 2 렌즈 소자(112)의 양측 표면을 나타내며, 표면 S6과 S7은 제 1 광입사 영역(125)과 광출사 영역(127)을 각각 나타내고, 표면 S8과 S9는 제 1 공통 렌즈 소자(131)의 양측 표면을 나타내며, 표면 S10과 S11은 제 2 공통 렌즈 소자(132)의 양측 표면을 나타내고, 표면 S12와 S13은 제 3 공통 렌즈 소자(133)의 양측 표면을 나타내며, 표면 S14와 S15는 커버층(141)의 양측 표면을 나타낸다.

도 19의 표에서 알 수 있듯이, 제 1 렌즈 소자(111)는 물체측이 볼록하고 상측이 오목한, 음(-)의 굴절력을 갖는 메니스커스 렌즈이다. 제 2 렌즈 소자(112)는 양볼록 렌즈이다. 제 1 광입사 영역(125)과 광출사 영역(127)은 모두 오목한 표면을 갖는다. 제 1 공통 렌즈 소자(131)는 물체측이 오목하고 상측이 볼록한, 양의 굴절력을 갖는 메니스커스 렌즈이다. 제 2 공통 렌즈 소자(132)는 물체측이 오목하고 상측이 볼록한, 양의 굴절력을 갖는 메니스커스 렌즈이다. 또한, 제 3 공통 렌즈 소자(133)는 물체측이 오목하고 상측이 볼록한, 음의 굴절력을 갖는 메니스커스 렌즈이다.

한편, 표면 S2 내지 S13은 비구면이다. 도 20은 실시예2에 따른 이중 초점 렌즈(300)의 굴절식 광학계(110)의 비구면에 대한 비구면 계수 값을 나타내는 표이다. 여기서, 비구면 계수는 상술한 수학식 1을 따를 수 있다.

이러한 실시예2에 따른 이중 초점 렌즈(300)의 굴절식 광학계(110)의 유효 초점 거리(EFL)는 8 mm이며, 입사동 직경(EPD)은 2.3 mm이고, F 수는 3.4이다.

또한, 도 21은 실시예2에 따른 이중 초점 렌즈(300)의 반사식 광학계(120)의 구성을 보이는 단면도이며, 도 22는 실시예2에 따른 이중 초점 렌즈(300)의 반사식 광학계(120)의 구체적인 광학 데이터를 나타내는 표이다. 도 22의 표에서, 표면 S20과 S21은 제 2 셔터(129)의 양측 표면을 나타낸다. 표면 S22 내지 표면 S25 및 표면 S6 내지 표면 S15는 도 21에 표시되어 있다. 예를 들어, 표면 S22는 제 2 광입사 영역(126)을 나타내며, 표면 S23 내지 표면 S25는 각각 제 1 내지 제 3 반사면(121, 122, 123)을 나타낸다. 표면 S6 내지 표면 S15는 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120)에 공통적인 표면이다. 제 4 반사면(124)은 표면 S6에 형성되어 있다. 도 22에 표시되어 있듯이, 표면 S23 내지 표면 S25 및 표면 S6 내지 표면 S13은 비구면이다. 도 23은 실시예2에 따른 이중 초점 렌즈(300)의 반사식 광학계(120)의 비구면에 대한 비구면 계수 값을 나타내는 표이다. 표면 S6 내지 표면 S13의 비구면 계수 값은 도 20에 이미 나타내었으므로 생략되었다.

도 19 및 도 22의 표에서 알 수 있듯이, 제 1 및 제 2 굴절 렌즈 소자(111, 112), 투명 기판(128), 제 1 내지 제 3 공통 렌즈 소자(131, 132, 133)들은, 이중 초점 렌즈(100)의 색수차를 억제하기 위하여 서로 다른 재료로 형성될 수 있다. 도 19 및 도 22에서 제 1 굴절 렌즈 소자(111)는 굴절률이 1.65이고 분산율이 33.44%인 유리 재료, 제 2 굴절 렌즈 소자(112)는 굴절률이 1.67이고 분산율이 52.27%인 유리 재료, 투명 기판(128)은 PMMA, 제 1 및 제 3 공통 렌즈 소자(131, 133)는 폴리카보네이트(PC), 제 2 공통 렌즈 소자(132)는 PMMA가 사용되었다. 그러나, 이는 단순한 예이고, 설계에 따라 다양한 재료들의 다른 조합을 사용할 수도 있다.

그리고, 도 24는 실시예2에 따른 이중 초점 렌즈(300)의 반사식 광학계(120)의 제 2 광입사면(126)과 다수의 반사면(121, 122, 123)들의 유효 외경과 유효 내경의 크기를 나타내는 표이다. 도 24의 표에 표시된 수치의 단위는 mm이다.

이러한 실시예2에 따른 이중 초점 렌즈(300)의 반사식 광학계(120)의 유효 초점 거리(EFL)는 25.2 mm이며, 입사동 직경(EPD)은 22 mm이고, F 수는 1.1이다.

한편, 일반적으로 촬상 장치는 어두운 곳에서의 촬영 또는 거리 측정 등을 위하여 조명광을 사용할 수 있는데, 이러한 조명광은 촬상 장치의 부피를 증가시키는 원인이 될 수 있다. 개시된 실시예들에 따른 이중 초점 렌즈(100, 200, 300)들의 경우, 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120, 150) 사이에 여유 공간이 존재하므로, 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120, 150) 사이의 공간에 광원을 배치하면 촬상 장치의 내부 공간을 절약할 수 있다.

예를 들어, 도 25는 또 다른 예에 따른 이중 초점 렌즈(300') 및 이를 포함하는 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 25를 참조하면, 이중 초점 렌즈(300')는 광축(OX)에 수직한 방향을 따라 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120) 사이에서 굴절식 광학계(110)를 둘러싸는 공간에 배치된 광원(160)을 더 포함할 수 있다. 광원(160)은 예를 들어, 발광 다이오드(LED)를 사용할 수 있다. 이러한 광원(160)은 광축(OX)을 중심으로 배치된 링 형상의 선광원일 수도 있으며, 또는 굴절식 광학계(110)의 둘레를 따라 적어도 하나의 광원(160)들을 배치하는 것도 가능하다. 도 25에는 예시적으로 도 17에 도시된 이중 초점 렌즈(300)에 광원(160)을 배치한 구성을 도시하고 있으나, 도 1 또는 도 9에 도시된 이중 초점 렌즈(100, 200)의 굴절식 광학계(110)의 주변에도 상술한 광원(160)을 배치하는 것이 가능하다.

또한, 반사식 광학계(120)의 경우 초점 거리가 길게 구성되므로 손떨림에 민감할 수 있다. 따라서, 손떨림을 보상하기 위하여 반사식 광학계(120)와 이미지 센서(140) 사이에 배치된 공통 렌즈 소자(131, 132, 133)들 중에서 적어도 하나를 광축(OX)에 수직한 방향으로 구동시키거나 또는 이미지 센서(140)를 광축(OX)에 수직한 방향으로 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 손떨림을 상쇄하는 방향으로 공통 렌즈 소자(131, 132, 133)들 중에서 어느 하나 또는 공통 렌즈 소자(131, 132, 133)들 전체를 광축(OX)에 수직한 방향으로 구동시키거나 이미지 센서(140)를 구동시킬 수 있다. 또한, 도 1 또는 도 9에 도시된 공통 렌즈 소자(130)도 역시 광축(OX)에 수직한 방향으로 구동되도록 구성될 수 있다.

또한, 물체의 위치가 바뀔 경우에(즉, 물체와 촬상 장치 사이의 거리가 바뀔 경우에), 초점을 조절하기 위하여 공통 렌즈 소자(131, 132, 133)들 중에서 적어도 하나를 광축(OX) 방향으로 구동시키거나 또는 이미지 센서(140)를 광축(OX) 방향으로 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 물체가 이미지 센서(140)에 정확하게 결상되도록 하기 위하여, 공통 렌즈 소자(131, 132, 133)들 중에서 어느 하나 또는 공통 렌즈 소자(131, 132, 133)들 전체를 광축(OX) 방향으로 구동시키거나 이미지 센서(140)를 광축(OX) 방향으로 구동시킬 수 있다. 마찬가지로, 도 1 또는 도 9에 도시된 공통 렌즈 소자(130)도 역시 광축(OX) 방향으로 구동되도록 구성될 수 있다.

공통 렌즈 소자(130, 131, 132, 133) 또는 이미지 센서(140)를 광축(OX) 방향 또는 광축(OX)에 수직한 방향으로 이동시키는 메커니즘을 일체화하는 것도 가능하다. 즉, 공통 렌즈 소자(130, 131, 132, 133) 또는 이미지 센서(140)는 광축(OX) 방향과 광축(OX)에 수직한 방향으로 모두 이동 가능하도록 구성될 수도 있다.

지금까지 이중 초점 렌즈(100, 200, 300, 300')의 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120, 150)가 고정된 배율을 갖는 것으로 설명하였다. 그러나, 설계에 따라서는 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120, 150) 중에서 어느 하나 또는 모두가 가변 배율의 줌 기능을 갖도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 굴절식 광학계(110)의 경우, 렌즈 소자(111, 112)가 줌 기능을 수행할 수 있도록 설계될 수 있으며, 또는 공통 렌즈 소자(130, 131, 132, 133)와 굴절식 광학계(110)의 렌즈 소자(111, 112)가 함께 줌 기능을 수행할 수 있도록 설계될 수 있다. 또한, 굴절식 광학계(110)는 줌 기능을 위하여 2개의 렌즈 소자(111, 112) 외에 추가적인 렌즈 소자를 더 포함할 수도 있다.

도 1 및 도 17에 도시된 반사식 광학계(120)의 경우, 반사면(121, 122, 123, 124)들 사이의 거리를 변화시키도록 구성하거나, 또는 반사면(121, 122, 123, 124)들의 거리 변화와 함께 공통 렌즈 소자(131, 132, 133)들이 줌 기능을 수행할 수 있도록 설계할 수 있다. 도 9에 도시된 반사식 광학계(150)의 경우, 반사면(151, 152, 153, 154)들 중에서 적어도 하나는 변형 가능 미러(deformable mirror)로 구성될 수 있다. 변형 가능 미러는 초점 거리가 변화하도록 가변의 곡률을 갖는 미러로서, 기계적 또는 전기적 조작에 의해 임의의 형태로 변형될 수 있다. 예를 들어, 변형 가능 미러는 가요성 부재로 이루어진 가요성 반사면 및 상기 가요성 반사면을 국소적으로 밀거나 당겨 변형시키도록 2차원 배열된 다수의 미세한 전기적 또는 기계적 액추에이터들을 포함할 수 있다. 또한, 도 1 및 도 17에 도시된 반사식 광학계(120)의 반사면(121, 122, 123, 124)들도 변형 가능 미러로 구성될 수 있다.

또한, 이중 초점 렌즈(100, 200, 300, 300')의 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120, 150)로부터 각각 얻은 2개의 영상을 이용하여 디지털 줌 기능을 구현할 수도 있다. 즉, 촬상 장치의 영상 신호 처리부(도시되지 않음)를 통해 굴절식 광학계(110)의 광각단과 반사식 광학계(120, 150)의 망원단 사이의 배율을 디지털 줌으로 확보한다면 광각단부터 망원단까지 연속적인 줌 효과를 얻을 수도 있다. 도 26 및 도 27은 이중 초점 렌즈(100, 200, 300, 300')의 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120, 150)로부터 각각 얻은 2개의 영상을 이용하여 디지털 줌 기능을 구현하는 원리를 개략적으로 설명하는 개념도이다.

도 26을 참조하면, 굴절식 광학계(110)는 예시적으로 1배 줌의 영상(11)을 형성하고 반사식 광학계(120, 150)는 예시적으로 5배 줌의 영상(15)을 형성한다고 가정한다. 여기서, 굴절식 광학계(110)로부터 얻은 1배 줌 영상(11)의 중심 부분을 크롭하여 디지털적으로 확대함으로써 2배 줌 영상(12)을 획득할 수 있다. 1배 줌 영상(11)의 중심 부분을 단순히 확대하는 경우에는, 획득된 2배 줌 영상(12)의 영상 품질이 전체적으로 열화될 수 있다. 따라서, 반사식 광학계(120, 150)로부터 얻은 5배 줌 영상(15)을 축소시키고, 2배 줌 영상(12)의 중심 부분의 대응하는 화각 영역을 상기 축소된 5배 줌 영상(15)으로 대체할 수 있다. 결과적으로, 2배 줌 영상(12)의 중심 부분(12a)은 5배 줌 영상(15)을 축소하여 얻고 주변 부분(12b)은 1배 줌 영상(11)을 확대하여 얻을 수 있다. 그러면, 2배 줌 영상(12)의 적어도 중심 부분(12a)은 영상 품질의 열화가 없기 때문에, 본 실시예에 따르면, 영상 품질의 열화를 최소화하면서 디지털 줌 기능을 구현할 수 있다.

이러한 방식으로, 도 27에 도시된 바와 같이, 굴절식 광학계(110)로부터 얻은 1배 줌 영상(11)의 중심 부분을 크롭하여 확대한 영상과, 반사식 광학계(120, 150)로부터 얻은 5배 줌 영상(15)을 축소한 영상을 결합함으로써 3배 줌 영상(13)이나 4배 줌 영상(14)을 얻을 수도 있다. 또한, 2배 줌, 3배 줌, 4배 줌과 같은 정수배 줌뿐만 아니라 임의의 어떠한 배율의 줌 영상도 형성하는 것이 가능하다. 또한, 5배 줌 영상(15)의 중심부를 크롭하여 확대함으로써 5배 줌 이상의 영상도 얻을 수 있다. 일반적인 촬상 장치에서 디지털 줌으로 얻은 10배 줌 영상은 영상 품질이 매우 저하되지만, 본 실시예에 따르면 5배 줌 영상(15)을 확대하기 때문에 10배 줌 영상의 품질이 크게 저하되지 않을 수 있다. 또한, 5배 줌 영상(15)의 화각에 대응하는 1배 줌 영상(11)의 중심 부분을 5배 줌 영상(15)으로 대체하거나 또는 5배 줌 영상(15)을 참조하여 영상을 보정함으로써 1배 줌 영상(11)의 전체적인 선명도를 향상시킬 수도 있다.

한편, 1배 줌 영상(11)과 5배 줌 영상(15)을 합성하는 경우에 몇 가지 고려할 사항이 있다. 예를 들어, 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120, 150)는 다양한 수차들 및 밝기와 같은 광학적 특성이 서로 다르기 때문에, 1배 줌 영상(11)과 5배 줌 영상(15)은 왜곡의 정도, 수차, 밝기가 서로 다를 수 있다. 따라서, 합성된 영상의 중심 부분과 주변 부분은 왜곡의 정도, 수차, 밝기가 서로 다를 수 있다. 또한, 1배 줌 영상(11)을 확대하고 5배 줌 영상(15)을 축소시키기 때문에 합성된 영상의 중심 부분과 주변 부분의 해상도가 서로 달라지게 된다. 따라서, 합성된 영상의 중심 부분에서 주변 부분으로 영상이 자연스럽게 연결되도록 영상 처리를 수행할 수 있다.

이를 위하여, 굴절식 광학계(110)와 반사식 광학계(120, 150)의 광학적 특성으로부터 주어진, 1배 줌 영상(11)과 5배 줌 영상(15)의 왜곡 정도, 수차, 밝기 및 해상도 등에 대한 정보를 기초로, 합성하고자 하는 영상의 중심 부분과 주변 부분이 매끄럽게 연결되도록 보간법 등을 이용하여 영상을 조정할 수 있다. 예를 들어, 1배 줌 영상(11)과 5배 줌 영상(15)으로 2배 줌 영상(12)을 합성하고자 하는 경우, 먼저 1배 줌 영상(11)의 중심부로부터 주변부까지의 연속적인 밝기 비율을 계산하고 5배 줌 영상(15)의 중심부로부터 주변부까지의 연속적인 밝기 비율을 계산한다. 그런 후, 1배 줌 영상(11)과 5배 줌 영상(15)에 대한 상기 2개의 연속적인 밝기 비율을 참조하여 2배 줌 영상(12)의 중심부로부터 주변부까지의 적절한 연속적인 밝기 비율을 결정한다. 그리고, 2배 줌 영상(12)을 합성할 때, 2배 줌 영상(12)의 중심부에 위치하게 될 축소된 5배 줌 영상(15)의 밝기와 주변부에 위치하게 될 크롭 및 확대된 1배 줌 영상(11)의 밝기가 상기 결정된 연속적인 밝기 비율을 따르도록 영상 처리를 수행할 수 있다. 합성하고자 하는 영상의 왜곡 정도, 수차 및 해상도에 대해서도 이와 유사한 방식으로 영상 처리를 수행할 수 있다.

지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 이중 초점 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.

100, 200, 300, 300'.....이중 초점 렌즈
110.....굴절식 광학계
111, 112.....렌즈 소자
119, 129.....셔터
120, 150.....반사식 광학계
121, 122, 123, 124, 151, 152, 153, 154.....반사면
125, 126, 155, 156.....광입사 영역
127, 157.....광출사 영역
128, 158.....투명 기판
130, 131, 132, 133.....공통 렌즈 소자
140.....이미지 센서
141.....커버층
160.....광원

Claims

적어도 하나의 굴절 렌즈 소자를 구비하며 제 1 초점 거리를 갖는 굴절식 광학계; 및
다수의 반사면을 구비하며 제 1 초점 거리와 다른 제 2 초점 거리를 갖는 반사식 광학계;를 포함하며,
상기 굴절식 광학계는 제 1 상면을 가지며 상기 반사식 광학계는 제 2 상면을 갖고, 상기 굴절식 광학계와 반사식 광학계는 모두 상기 제 1 및 제 2 상면에 대해 물체측에 배치되어 있는 이중 초점 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 굴절식 광학계와 반사식 광학계는 하나의 공통 광축을 중심으로 배치되어 있는 이중 초점 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 굴절식 광학계는 물체측에 배치되며 상기 반사식 광학계는 상측에 배치되고, 상기 반사식 광학계의 중심부는 상기 굴절식 광학계로부터 나온 빛이 입사하는 제 1 광입사 영역 및 상기 제 1 광입사 영역에 입사한 빛을 상측으로 출사시키는 광출사 영역을 포함하는 이중 초점 렌즈.
제 3 항에 있어서,
상기 굴절식 광학계와 반사식 광학계에 대해 상측에 배치되며, 상기 굴절식 광학계로부터 나온 빛을 제 1 상면 상에 포커싱하고 상기 반사식 광학계로부터 나온 빛을 제 2 상면 상에 포커싱하는 적어도 하나의 공통 렌즈 소자를 더 포함하는 이중 초점 렌즈.
제 4 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 공통 렌즈 소자는 광축 방향 또는 광축에 수직한 방향으로 이동 가능하도록 구성되는 이중 초점 렌즈.
제 4 항에 있어서,
상기 굴절식 광학계는, 물체측으로부터 상측 방향으로, 물체측이 오목하고 상측이 볼록한 음의 굴절력을 갖는 메니스커스 렌즈 및 양볼록 렌즈를 포함하고, 상기 공통 렌즈 소자는 물체측이 오목하고 상측이 볼록한 음의 굴절력을 갖는 메니스커스 렌즈를 포함하는 이중 초점 렌즈.
제 4 항에 있어서,
상기 굴절식 광학계는, 물체측으로부터 상측 방향으로, 물체측이 볼록하고 상측이 오목한 음의 굴절력을 갖는 메니스커스 렌즈 및 양볼록 렌즈를 포함하고, 상기 공통 렌즈 소자는, 물체측으로부터 상측 방향으로, 물체측이 오목하고 상측이 볼록한 양의 굴절력을 갖는 제 1 메니스커스 렌즈, 물체측이 오목하고 상측이 볼록한 양의 굴절력을 갖는 제 2 메니스커스 렌즈, 및 물체측이 오목하고 상측이 볼록한 음의 굴절력을 갖는 제 3 메니스커스 렌즈를 포함하는 이중 초점 렌즈.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 상면과 상기 제 2 상면의 광축 상의 위치가 서로 동일한 이중 초점 렌즈.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 상면과 상기 제 2 상면의 광축 상의 위치가 서로 다른 이중 초점 렌즈.
제 3 항에 있어서,
상기 반사식 광학계는 상기 다수의 반사면들 사이에서 빛의 진행 경로가 다수 회 절곡되는 접이식 구조를 갖는 이중 초점 렌즈.
제 10 항에 있어서,
상기 반사식 광학계는 상기 반사식 광학계의 둘레를 따라 환형으로 형성된 제 2 광입사 영역을 포함하며, 상기 다수의 반사면들은 상기 제 2 광입사 영역을 통해 입사한 빛을 상기 광출사 영역으로 출사시키도록 광학적으로 서로 마주하여 배치되어 있는 이중 초점 렌즈.
제 11 항에 있어서,
상기 다수의 반사면들은 광축을 중심으로 하는 환형의 형태를 가지며, 상기 제 2 광입사 영역을 통해 입사한 빛의 진행 방향을 따라 상기 다수의 반사면들의 광축으로부터의 반경이 점차 작아지는 이중 초점 렌즈.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 광입사 영역에 배치된 것으로, 제 1 파장 대역의 빛을 투과시키고 다른 파장 대역의 빛을 차단하는 제 1 코팅층; 및
상기 다수의 반사면들 중 적어도 하나의 반사면에 배치된 것으로, 상기 제 1 파장 대역과 다른 제 2 파장 대역의 빛을 반사하고 다른 파장 대역의 빛을 흡수 또는 투과시키는 제 2 코팅층;을 더 포함하는 이중 초점 렌즈.
제 13 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 파장 대역 중 하나는 가시광 영역이고 다른 하나는 적외선 영역인 이중 초점 렌즈.
제 11 항에 있어서,
상기 다수의 반사면들이 고정되어 있는 투명 기판을 더 포함하는 이중 초점 렌즈.
제 15 항에 있어서,
상기 제 1 광입사 영역, 제 2 광입사 영역 및 광출사 영역은 상기 투명 기판의 표면 상에 형성되어 있는 이중 초점 렌즈.
제 16 항에 있어서,
상기 제 1 광입사 영역 및 광출사 영역에 대응하는 상기 투명 기판의 표면 영역이 곡면인 이중 초점 렌즈.
제 16 항에 있어서,
상기 다수의 반사면들은 곡면이며, 상기 다수의 반사면들이 각각 고정되어 있는 상기 투명 기판의 표면 영역들은 그에 대응하는 반사면들의 곡면에 일치하는 형상을 갖는 이중 초점 렌즈.
제 15 항에 있어서,
상기 투명 기판은 서로 평행하게 마주 보는 제 1 표면과 제 2 표면을 갖는 이중 초점 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 굴절식 광학계를 향해 입사하는 빛을 투과 또는 차단하는 제 1 셔터 및 상기 반사식 광학계에 입사하는 빛을 투과 또는 차단하는 제 2 셔터를 더 포함하는 이중 초점 렌즈.
제 20 항에 있어서,
상기 제 1 셔터와 제 2 셔터는 선택적으로 어느 하나가 빛을 투과시키고 다른 하나가 빛을 차단하도록 구성되어 있는 이중 초점 렌즈.
제 20 항에 있어서,
상기 제 1 셔터와 제 2 셔터 중 적어도 하나는 원주 방향을 따라 독립적으로 구동되는 적어도 2개의 세그먼트로 분할되어 있는 이중 초점 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 초점 거리가 상기 제 1 초점 거리보다 긴 이중 초점 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 굴절식 광학계를 둘러싸는 공간에 배치된 적어도 하나의 광원을 더 포함하는 이중 초점 렌즈.
제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 따른 이중 초점 렌즈; 및
상기 이중 초점 렌즈의 상측에 배치된 이미지 센서;를 포함하는 촬상 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 이미지 센서는 적어도 2개의 독립적인 세그먼트로 분할되어 있는 촬상 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 제 1 상면과 상기 제 2 상면의 광축 상의 위치가 서로 다르며, 상기 이미지 센서는 상기 굴절식 광학계로 촬영하는 동안 제 1 상면으로 이동하고 상기 반사식 광학계로 촬영하는 동안 제 2 상면으로 이동하도록 구성되는 촬상 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 이미지 센서는 광축 방향 또는 광축에 수직한 방향으로 이동 가능하도록 구성되는 촬상 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 굴절식 광학계 및 반사식 광학계 중에서 적어도 하나는 줌 기능을 갖도록 구성되는 촬상 장치.
제 25 항에 있어서,
상기 굴절식 광학계는 제 1 배율로 제 1 영상을 생성하도록 구성되며, 상기 반사식 광학계는 제 1 배율보다 큰 배율 제 2 배율로 제 2 영상을 생성하도록 구성되는 촬상 장치.
제 30 항에 있어서,
상기 제 1 영상을 크롭 및 확대하고 상기 제 2 영상을 축소시키는 방식으로 상기 제 1 영상과 제 2 영상을 합성함으로써, 제 1 배율과 제 2 배율 사이의 배율을 갖는 제 3 영상을 생성하도록 구성된 촬상 장치.