KR20160054495A - 두개의 액체 렌즈를 갖는 광학 줌 렌즈 - Google Patents

두개의 액체 렌즈를 갖는 광학 줌 렌즈 Download PDF

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마뉴엘 아쉬반덴
미카엘 부엘레르
마르틴 살트
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옵토투네 아게
놀즈 게엠베하
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Abstract

대물 평면(100)을 이미징 평면(200)으로 이미징하기 위한 광학 시스템(1)은 대물 평면(100)과 이미징 평면(200) 사이에 배열된 제1 튜너블 렌즈(10) 및 제2 튜너블 렌즈(20)를 포함한다. 제1 및 제2 튜너블 렌즈(10, 20)의 고정 용기(11, 21)를 대물 평면(100)을 향하도록 배향시키고, 제1 및 제2 튜너블 렌즈(10, 20)의 변형 가능 막(12, 22)을 이미징 평면(200)을 향하도록 배향시키고, 제2 튜너블 렌즈(20)와 이미징 평면(200) 사이에 적어도 3개의 고정형 보정 렌즈(30,50,60)를 배열시킴으로써, 광학 시스템의 광학 품질이 개선된다. 광학 수차가 튜너블 렌즈(10, 20) 내 액체(15, 25)를 이용함으로써 더 감소되고, 이때 액체는 적어도 60의 아베 수를 가진다. 폴딩 프리즘(80)에 의해, 광학 시스템이 감소된 길이로 구현되며, 이로 인해, 공간-민감 적용예, 예컨대, 스마트폰 카메라에 더 적합하게 된다.

Description

두개의 액체 렌즈를 갖는 광학 줌 렌즈{OPTICAL ZOOM LENS WITH TWO LIQUID LENSES}
본 발명은 줌 및 포커싱 가능성을 제공하는 광학 시스템과 관련된다.
가령, 동초점(parfocal) 동작 원리 또는 가변초점(varifocal) 동작 원리에 따르는 서로 다른 유형의 광학 줌 렌즈 시스템이 제안되었다.
동초점 광학 줌 렌즈 시스템에서, 무한초점(afocal) 서브시스템이 다양한 확대 또는 줌-레벨을 제공한다(주밍). 동초점 광학 줌 렌즈 시스템의 추가 포커싱 서브섹션이 다양한 초점 위치를 제공한다(포커싱). 따라서 포커싱이 줌에 독립적인데, 즉, 동초점 광학 줌 렌즈 시스템은 줌-레벨이 변경될 때 항상 포커스를 유지한다. 그러나 이러한 동초점 광학 줌 렌즈 시스템의 소형화에 대한 가능성이 다소 한정되며, 이는 특히, 공간-민감성 적용예의 경우, 가령, 스마트폰 또는 의료 내시경의 경우에 관련된다.
가변초점 광학 줌 렌즈 시스템에서, 튜너블 상대적 위치 및/또는 튜너블 초점 길이를 갖는 2개의 포커싱 렌즈가 주밍 및 포커싱을 가능하게 하도록 사용된다. 일반적으로, 줌-레벨이 변경될 때 가변초점 광학 줌 렌즈 시스템이 재포커싱되야 한다. 가변초점 광학 줌 렌즈 시스템이 소형화되기 쉽지만, 특히, 튜너블 렌즈(즉, 튜너블 초점 길이를 갖는 렌즈)가 사용될 때, 우수한 광학 품질을 제공하는 것이 도전 과제이다.
WO 2010/103037 A1는 2개의 광학 매체를 분리하는 막(membrane)을 갖는 튜너블 렌즈를 갖는 광학 줌 렌즈 시스템을 개시한다. 그러나 이러한 광학 줌 렌즈 시스템의 광학 품질이 여전히 개선될 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 주밍(zooming) 및 포커싱(focusing) 능력과 더 우수한 광학 품질을 갖고, 쉽게 소형화되거나 및/또는 공간-민감형 적용예에 쉽게 적용될 수 있는 개선된 광학 시스템을 제공하는 것이다.
이 목적은 독립 청구항의 광학 시스템에 의해 달성된다.
따라서 대물 평면(이때, 가령, 이미징 대상, 예컨대, 사람, 건물, 또는 의료 구조물이 배열되는 곳)을 이미징 평면(예컨대, 이미징 센서, 가령, CCD 또는 CMOS 센서가 배열되는 곳)으로 이미징하기 위한 광학 시스템은, 대물 평면, 이미징 평면, 및 상기 대물 평면과 상기 이미징 평면 사이에 배열된 제1 튜너블 렌즈를 포함한다.
제1 튜너블 렌즈 자체는 강성 물질로 구성된 제1 고정(즉, 축상 이동하지 않는) 용기를 포함한다. 본 명세서에서 용어 "강성 물질"은 광학 시스템(이하 참조)의 선택적 액추에이터에 의해 변형되지 않거나 무의미할 정도로만 변형될 수 있는, 인장 강도 k > 2000 MPa를 갖는 물질, 가령, 폴리카보네이트 또는 시클로 올레핀 폴리머와 관련된다. 제1 튜너블 렌즈는 탄성 물질로 구성된 제1 변형 가능 막을 더 포함한다. 본 명세서에서 용어 "탄성 물질"은 가령, 광학 시스템(이하 참조)의 선택적 액추에이터에 의해, 탄성적으로 변형가능한, 인장 강도 k < 5 MPa를 갖는 물질, 예컨대, 엘라스토머, 특히, 실리콘류 및 유리와 관련된다. 따라서 제1 튜너블 렌즈의 변형 가능 막(또는 이의 영역)을 변형함으로써, 제1 튜너블 렌즈의 초점 길이가 변경될 수 있다. 바람직하게는, 단일 변형 가능 막만 제1 튜너블 렌즈의 용기에 연결되며(가령, 밀봉되며), 이는 광학 시스템의 구성을 단순화한다.
덧붙여, 광학 시스템은 제1 튜너블 렌즈와 이미징 평면 사이에 배열된 제2 튜너블 렌즈를 포함한다. 상기 제2 튜너블 렌즈 자체가 강성 물질(예를 들어, 앞서 나열된 것)을 구성된 제2 고정 용기를 포함한다. 제2 튜너블 렌즈는 탄성 물질(예를 들어, 앞서 나열된 것)로 구성된 제2 변형 가능 막을 더 포함한다. 따라서 가령, 제2 변형 가능 막(또는 이의 영역)을 변형시킴으로써, 제2 튜너블 렌즈의 초점 길이가 변경될 수 있다. 제1 튜너블 렌즈에서처럼, 바람직하게, 단일 막만 제2 튜너블 렌즈의 용기에 연결되며, 이는 광학 시스템의 구성을 단순화한다.
제1 튜너블 렌즈 및 제2 튜너블 렌즈의 초점 길이를 변경(또는 "튜닝")할 수 있기 때문에, 서로 다른 초점 위치(즉, 포커싱 가능성)와 서로 다른 줌-레벨(즉, 주밍 가능성)의 조합이 광학 시스템에 대해 획득된다. 이는 광학 시스템의 적용 가능성을 향상시킨다.
덧붙여, 광학 시스템은 적어도 하나의 고정형 보정 렌즈를 포함한다. 이 보정 렌즈는 강성 물질(예를 들어, 앞서 나열된 것)로 구성되며 제2 튜너블 렌즈와 이미징 평면 사이에 배열된다. 다양한 광학 수차, 예컨대, 구면 수차, 색 수차, 코마(coma) 등이 이 고정형 보정 렌즈에 의해 보정된다. 따라서 광학 시스템의 광학 품질 및 이미징 속성이 개선된다.
본 발명에 따른 광학 시스템에서, 제1 튜너블 렌즈는 제1 용기 및 제1 막(또는 이의 영역)에 의해 감싸이는 제1 유체를 더 포함한다. 제2 튜너블 렌즈는 제2 용기 및 제2 막(또는 이의 영역)에 의해 감싸이는 제2 유체를 더 포함한다. 제1 튜너블 렌즈의 제1 유체 및 제2 튜너블 렌즈의 제2 유체 각각의 (광학 물질의 확산을 나타내는) 아베 수가 60 초과, 특히, 80 초과이다. 따라서 제1 유체 및 제2 유체를 가로지르는 광에 대해 낮은 확산이 얻어진다. 따라서 광학 시스템의 광학 수차, 가령, 색 수차가 덜 두드러지고 및/또는 더 용이하게 보정된다. 이는 광학 시스템의 더 나은 광학 성능을 야기하고 따라서 광학 시스템의 개선된 이미징 품질을 야기한다.
이러한 더 높은 아베 수 유체의 대안으로서, 제1 튜너블 렌즈의 제1 용기가 대물 평면을 향해 배향된다. 여기 "~로 배향되는"이라는 용어는 축 방향으로의 설정과 관련된다. 즉, 제1 튜너블 렌즈의 제1 용기가 이미징 평면의 방향을 대면하는 대신 대물 평면을 향하는 축 방향을 대면한다. 여기서, "축"이라는 용어는 "광학적으로 업스트림(optically upstream)", 즉, 대물 평면을 향하는 방향, 및 "광학적으로 다운스트림(optically downstream)", 즉, 이미징 평면을 향하는 방향에 평행한 방향과 관련된다. 광학 시스템의 직선(가령, 접히지 않는(non-folded)) 광축(이하 참조)의 특수 경우에서, 이 직선 광축은 광학 시스템의 직선 축 방향을 형성한다. 광축이 접힐 때, 광축과 동일한 방향으로 축 방향이 접힌다. 일반적으로, 광학 시스템의 회전 대칭 렌즈의 경우, 축 방향은 이들 렌즈의 회전 대칭의 축과 일치한다. 덧붙여, 적어도 제1 튜너블 렌즈의 제1 막의 제1 영역이 이미징 평면을 향해 배향된다. 다시 말하면, 제1 튜너블 렌즈는 제1 용기에 의한 하나의 측부 및 변형 가능 막 및 이의 제1 영역에 의한 대향하는 하나의 측부를 포함한다. 그 후, 튜너블 렌즈의 용기-측부가 대물 평면을 향해 배향되고, 막-측부가 이미징 평면을 향해 배향된다. 따라서 광학 시스템의 광학 수차, 예컨대, 색 수차가 덜 두드러지고 및/또는 더 쉽게 보정된다. 이는 광학 시스템의 더 우수한 광학 성능 및 따라서 광학 시스템의 개선된 이미징 품질을 야기한다.
두 접근법 모두의 조합, 즉,
- 60보다 큰, 특히, 80보다 큰 아베 수를 갖는 제1 및 제2 튜너블 렌즈 유체, 및
- 대물 평면을 향한 제1 용기의 배향 및 이미징 평면을 향한 제1 막(또는 이의 제1 영역)의 배향
을 갖는 광학 시스템이, 광학 수차를 더 감소시키거나 및/또는 보정되기 더 쉽게 만들기 때문에 바람직하다. 이는 광학 시스템의 더 우수한 광학 성능을 야기하고 따라서 광학 시스템의 개선된 이미징 품질을 야기한다.
바람직한 실시예에서, 광학 시스템은 3.4 또는 그 이상의 f수(즉, 일반적인 사진 표기법으로, f/3.4 = (f/1) / (sqrt(2)3 .5))를 가진다. 따라서 더 많은 광이 이미징 품질을 개선하도록 보조하고 심미적 이유(보케 효과(bokeh))로 사진에서 종종 사용되는 감소된 피사계 심도를 가능하게 하는 광학 시스템을 투과한다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 광학 시스템은 적어도 상기 제1 튜너블 렌즈의 초점 길이와 상기 제2 튜너블 렌즈의 초점 길이의 하나의 조합에 대해, 상기 대물 평면으로부터의 평행 광선을 상기 이미징 평면 내 한 초점으로 이미징하도록 구성된다. 따라서 광학 시스템은 "무한대"로 포커싱될 수 있으며, 이는 광학 시스템의 적용 가능성을 향상시킨다.
바람직한 실시예에서, 광학 시스템은 적어도 상기 제1 튜너블 렌즈의 초점 길이와 상기 제2 튜너블 렌즈의 초점 길이의 한 조합에 대해 대물 평면으로부터(가령, 물체가 이미징될 대물 평면 내 한 점)의 발산 광선을 이미징 평면의 한 초점으로 이미징하도록 구성된다. 대물 평면과 제1 튜너블 렌즈 간 축간 간격은 30mm 미만, 특히, 20mm 미만일 수 있다. 따라서 광학 시스템은, 가령, "매크로(macro)"로 포커싱될 수 있고, 이는 광학 시스템의 적용 가능성을 향상시킨다. 대물 평면과 제1 튜너블 렌즈 간에 그 밖의 다른 간격도 역시 가능하다.
하나의 바람직한 실시예에서, 광학 시스템은 연속적인 복수의 줌-레벨(즉, 연속적으로 조정 가능한 줌-레벨)과 연속적인 복수의 초점 위치(즉, 연속적으로 조정 가능한 초점)을 제공하도록 구성된다. 이는 제1 튜너블 렌즈와 제2 튜너블 렌즈의 초점 길이를 연속적으로 튜닝함으로써 달성 가능하다. 따라서 이산 줌-레벨 및/또는 초점 위치만 제공될 수 있는 것이 아니어서, 광학 시스템의 적용 가능성이 향상될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 광학 시스템의 제2 튜너블 렌즈의 제2 용기가 대물 평면을 향해 배향된다. 적어도 제2 튜너블 렌즈의 제2 막의 제2 영역이 이미징 평면을 향해 배향된다. 다시 말하면, 제2 튜너블 렌즈의 용기-측부가 대물 평면을 향해 배향되고, 제2 튜너블 렌즈의 제2 영역이 있는 막-측부가 이미징 평면을 향해 배향된다. 이는 광학 시스템의 훨씬 더 우수한 광학 성능을 야기하고 따라서 광학 시스템의 개선된 이미징 품질을 야기한다.
제1 튜너블 렌즈의 제1 막의 제1 영역 및 제2 튜너블 렌즈의 제2 막의 제2 영역은 각각 볼록 형태 및 오목 형태이도록 구성되는 것이 바람직하다. 이는 막-영역이 볼록 형태 및 오목 형태 모두일 수 있다. 따라서 획득 가능한 줌-레벨 및 초점 위치의 조합이 획득되며 광학 시스템의 이용 가능성이 향상된다.
이러한 경우, 제2 영역이 오목 형태일 때, 적어도 광학 시스템이 제2 줌-레벨, 가령, 텔레-줌 레벨일 때 제1 영역은 볼록 형태인 것이 바람직하다.
바람직하게는, 제2 영역이 볼록 형태일 때, 적어도 광학 시스템이 제2 줌-레벨, 예컨대, 광각-줌-레벨일 때, 제1 영역은 오목 형태일 수 있다.
다시 말하면, 제1 막 및 제2 막은 반전된 편향 상태를 가진다. 따라서 광학 시스템의 개선된 광학 품질이 획득되고, 수차가 감소되며, 보정이 더 쉬워지고, 및/또는 제1 막 및 제1 막은 부분적으로 서로 보상할 수 있다.
광학 시스템의 또 다른 바람직한 실시예는 적어도 하나의 액추에이터, 특히, 2개의 액추에이터, 바람직하게는, 다음으로 구성된 군 중에서 선택된 액추에이터를 더 포함한다:
- 정전 액추에이터,
- 전자기 액추에이터,
- 전기활성 폴리머 액추에이터,
- 압전 액추에이터, 및
- 유체 펌프 액추에이터.
제1 튜너블 렌즈 및/또는 이의 제1 영역 및 제2 튜너블 렌즈 및/또는 이의 제2 영역이 상기 적어도 하나의 액추에이터, 특히, 상기 2개의 액추에이터에 의해 변형되도록 구성된다. 이는 제1 튜너블 렌즈의 초점 길이와 제2 튜너블 렌즈의 초점 길이가 액추에이터(들)에 의해 변경될 수 있도록 이뤄진다. 예를 들어, 제1 유체 펌프 액추에이터 및 제 유체 펌프 액추에이터가 각각 제1 및 제2 튜너블 렌즈의 초점 길이를 튜닝하도록 사용될 수 있다. 따라서 제1 튜너블 렌즈의 초점 길이 및/또는 제2 튜너블 렌즈의 초점 길이가 액추에이터(들)에 의해 서로, 특히 독립적으로 변경되기 용이하다. 따라서 광학 시스템의 포커싱 및 주밍이 더 쉽게 구현될 수 있다. 이는 줌-레벨 및 포커싱 위치의 가능한 조합 및 따라서 광학 시스템의 적용 가능성을 향상시킨다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 광학 시스템은 적어도 3개, 특히, 적어도 4개, 특히, 정확히 4개의 고정형 보정 렌즈를 포함한다. 이들 보정 렌즈는 강성 물질(예를 들어, 앞서 나열된 것)로 만들어지고, 광학 시스템에서의 수차, 예컨대, 색 수차, 구면 수차, 피스톤(piston), 틸트(tilt), 코마, 비점수차 등을 감소시키도록 적용된다. 따라서 광학 시스템의 이미징 품질이 개선된다. 특히, 고정형 보정 렌즈가 제2 튜너블 렌즈와 이미징 평면 사이에 배열되고, 이는 광학 품질을 더 향상시키는 것으로 밝혀졌다.
바람직하게는, 이들 고정형 보정 렌즈의 광학 표면, 특히, 모든 광학 표면이 2mm 이상의 최소 최적합 절대 곡률 반경 값을 가진다. 따라서 이들 보정 렌즈는 제작되기 더 용이하다, 예컨대, 사출 성형 기법에 의해 이들은 플라스틱 물질로 만들어질 수 있다. 덧붙여, 보정 렌즈가 광학 시스템의 조합 동안 정렬되기 더 용이하다. 이는 제작 비용을 감소시키고 수율을 증가시킨다.
제2 튜너블 렌즈와 이미징 평면 사이에 보정 렌즈가 배열될 때, 보정 렌즈가 제2 튜너블 렌즈에 가장 가까이 배열되는 이들 보정 렌즈 중 하나의 보정 렌즈의 광학 표면이 이들 보정 렌즈의 그 밖의 다른 임의의 광학 표면보다 더 강력한 곡률(즉, 곡률 값의 더 작은 최적합 반경)을 가지는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 제1 보정 렌즈(즉, 제2 튜너블 렌즈에 가장 가까이 배열되는 보정 렌즈)가 가장 강력한 곡률을 갖는 이의 광학 표면으로 인해 주 포커싱 렌즈로서 기능하다. 따라서 광학 시스템의 광학 품질이 개선된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 고정형 보정 렌즈가 광학 시스템의 시야 곡률을 보정하도록 구성된다. 따라서 광학 시스템의 이미징 평면의 만곡된 이미징 시야가 제공되거나 이의 곡률이 적어도 감소되기 때문에, 광학 시스템의 광학 품질이 개선된다.
광학 시스템의 또 다른 바람직한 실시예가 적어도 텔레-줌-레벨 설정 및 광각-줌-레벨 설정을 갖도록 구성된다. 그 후, 텔레-줌-레벨 설정에서의 제2 튜너블 렌즈와 이미징 평면 사이에 축 위치에서의 최대 주광선 각도가, 상기 광각-줌-레벨 설정에서의 제2 튜너블 렌즈와 이미징 평면 사이에 축 위치에서의 최대 주광선 각과 5° 넘게 차이 나지 않는다. 연속적인 복수의 줌-레벨의 경우, 이는 모든 줌 레벨에 대해 사실이다. 따라서 고정형 보정 렌즈가 더 쉽게 최적화되고 이들 고정형 보정 렌즈에 의해 제공되는 개선된 광학 보정이 광학 시스템의 이미징 성능을 향상시킨다.
광학 시스템의 또 다른 바람직한 실시예에서, 제1 튜너블 렌즈의 제1 용기가 메니스커스 형태, 즉, 제1 용기의 볼록한 외부 및 제1 용기의 오목한 내부를 갖는 형태를 가진다. 그 후 제1 변형 가능 막은 상기 막이 오목한 상태일 때, (직접 접촉하거나 하지 않으면서) 제1 용기의 오목한 내부를 따를 수 있다. 따라서 광학 시스템은 더 공간 절약적인 방식으로 실현될 수 있다.
덧붙여 또는 대안으로서, 제2 튜너블 렌즈의 제2 용기는 볼록한 외부 및 오목한 내부를 갖는 메니스커스 형태를 가진다. 다시 말하면, 제2 변형 가능 막은 제2 막이 볼록한 상태일 때 제2 용기의 볼록한 내부를 따를 수 있다.
따라서 튜너블 렌즈는 구현되기 더 용이하며 광학 시스템은 더 공간 절약적인 방식으로 제작될 수 있다. 덧붙여, 광학 시스템의 광학 품질이 향상된다.
더 바람직하게는, 제1 튜너블 렌즈의 제1 용기의 광학 전면은 볼록 형태를 갖고 제1 튜너블 렌즈의 제1 용기의 광학 후면은 오목 형태를 가진다. 따라서 광학 시스템의 광학 품질이 향상된다. 특히, 상기 광학 전면은 상기 대물 평면을 향해 배향되고 상기 광학 후면은 상기 제1 튜너블 렌즈의 상기 제1 막을 향해 배향된다. 따라서 광학 시스템의 광학 품질이 더 개선된다. 상기 광학 후면은 실질적으로 구면이다. 따라서 용기 및 튜너블 렌즈의 그 밖의 다른 부분(예컨대 유체)의 굴절률의 서로 다른 변화 때문에 광학 시스템의 광학 성능의 열적으로 유도된 저하가 방지되거나 적어도 감소된다.
더 바람직하게는, 제2 튜너블 렌즈의 제2 용기의 광학 전면이 볼록 형태를 갖고 제2 튜너블 렌즈의 제2 용기의 광학 후면이 오목 형태를 가진다. 따라서 광학 시스템의 광학 품질이 개선된다. 특히, 상기 광학 전면이 상기 대물 평면을 향해 배향되고 상기 광학 후면이 상기 제2 튜너블 렌즈의 상기 제2 막을 향해 배향된다. 따라서 광학 시스템의 광학 품질이 더 개선된다. 광학 후면은 실질적으로 구면이다. 따라서 용기 및 튜너블 렌즈의 그 밖의 다른 부분(예컨대 유체)의 굴절률의 서로 다른 변화로 인한 광학 시스템의 광학 성능의 열적으로 유도된 저하가 방지되거나 적어도 감소된다.
바람직하게는 광학 시스템은 특히, 제1 튜너블 렌즈와 제2 튜너블 렌즈 사이에 배열되는 구경 조리개, 특히, 원형 구경 조리개를 포함한다. 따라서 획득 가능한 f수를 낮게 유지하고 이미징 평면의 상대 조명을 높게 유지하면서, 제1 튜너블 렌즈와 제2 튜너블 렌즈의 크기를 최소화하는 것이 용이하다.
대안예로서, 구경 조리개가 제2 튜너블 렌즈의 축상 다운스트림에, 즉, 제2 튜너블 렌즈와 이미징 평면 사이에 배열될 수 있고, 이는 광학 시스템의 f수를 모든 줌-레벨에 걸쳐 실질적으로 일정하게 유지시키는 것을 더 용이하게 한다.
또 다른 바람직한 광학 시스템에서, 제1 튜너블 렌즈는 제1 고정(즉, 비축 또는 횡방향 이동 가능한) 렌즈 쉐이퍼를 더 포함한다. 이러한 고정 렌즈 쉐이퍼는, 가령, 강성 물질(가령, 실리콘, Si)로 만들어지고 제1 변형 가능 막의 일부 섹션과 접촉되는 고정 링으로서 구현될 수 있다. 따라서 제1 막은 렌즈 쉐이퍼에 의해 광학 액티브 섹션(가령, 제1 막의 중앙) 및 광학 패시스 섹션(가령, 제1 막의 횡방향 부분)으로 분리된다. 상기 광학 패시브 섹션은 렌즈 쉐이퍼에 특히 연결(가령, 접착 또는 용접)된다. 대안적으로 또는 추가로, 제2 튜너블 렌즈는 제2 변형 가능 막의 섹션과 접촉하고 있는 강성 링으로서 구현될 수 있는 제2 고정 렌즈 쉐이퍼를 더 포함할 수 있다. 따라서 변형 가능 막(들)의 형태 또는 이들의 광학 액티브 섹션(들)이 제어되기 더 쉽고 광학 시스템의 광학 품질이 향상된다.
그 후 바람직하게는 제1 튜너블 렌즈의 제1 렌즈 쉐이퍼와 구경 조리개 간 축간 간격이 제2 렌즈 쉐이퍼와 구경 조리개 간 축간 간격의 ±50%보다 넘게, 구체적으로 ±20%보다 넘게 차이 나지 않는다. 구경 조리개 근처의 렌즈 쉐이퍼의 이 실질적으로 대칭인 배열로 인해, 광학 수차가 피해지거나 및/또는 보정되기 쉽기 때문에 광학 시스템의 광학 품질이 개선된다.
또 다른 바람직한 광학 시스템이 광학 시스템의 광축의 방향을 전환시키기 위한 폴딩 프리즘을 더 포함한다. 다시 말하면, 광축은 직선이 아니며 가령 90°로 접혀 있을 수 있다. 따라서 광학 시스템은 더 작게, 특히, 더 작은 전체 길이를 갖도록 구현될 수 있다. 이는, 특히, 공간 민감성 적용예, 가령, 의료 내시경 또는 스마트폰 또는 그 밖의 다른 카메라가 구비된 기술적 장치에의 광학 시스템의 적용 가능성을 향상시킨다.
바람직하게는, 폴딩 프리즘은 비-삼각뿔형(quadratic), 특히, 장방형 풋프린트를 갖거나, 및/또는 절단면(cut edge)을 포함할 수 있다. 따라서 광학 시스템이 더 작은 전체 높이로 구현될 수 있는 동안 비-삼각뿔형(non-quadratic)(가령, 장방형) 센서가 광학 시스템을 통해 완전히 조명될 수 있다. 따라서 광학 시스템이 공간 민감형 적용예, 예컨대, 스마트폰에 더 적합하다.
바람직하게는, 제1 튜너블 렌즈의 제1 막의 제1 영역이 폴딩 프리즘을 직접 대면한다. 다시 말하면, 어떠한 추가 광학 구성요소, 예컨대, 곡면 광학 구성요소가 제1 막의 제1 영역과 폴딩 프리즘 사이에 배열된다. 따라서 광학 시스템은 공간 절약적 방식으로 구현될 수 있고 이는 공간 민감형 적용예, 예컨대, 스마트폰에 더 적합하다.
더 바람직하게는, 제2 튜너블 렌즈의 제2 용기의 광학 전면(상기 대물 평면을 향해 배향되 광학 전면)이 폴딩 프리즘을 직접 대면한다. 다시 말하면, 어떠한 추가 광학 구성요소, 예컨대, 만곡 광학 구성요소가 제2 용기의 광학 전면과 폴딩 프리즘 사이에 배열된다. 대안적으로, 하나 이상의 구경 및/또는 구경 조리개가 제2 용기의 전면과 폴딩 프리즘 사이에 배열된다. 따라서 광학 시스템이 공간 절약 방식으로 구현될 수 있고 공간 민감형 적용예, 예컨대, 스마트폰에 적합할 수 있다.
구경 조리개와 폴딩 프리즘을 포함하는 또 다른 바람직한 광학 시스템에서, 구경 조리개와 폴딩 프리즘 사이의 축간 간격이 구경 조리개의 가장 작은 측방 반경의 1.5배 이하이다. 따라서 광학 시스템은 공간 절약 방식으로 구현될 수 있고 공간 민감형 적용예, 예컨대, 스마트폰에 더 적합하다.
광학 시스템의 또 다른 바람직한 실시예에서, 제1 튜너블 렌즈(특히, 제1 튜너블 렌즈의 제1 용기의 제1 광학 표면)가 대물 평면에 직접 대면하다. 다시 말하면, 어떠한 추가 광학 구성요소, 예컨대, 만곡 광학 구성요소도 제1 튜너블 렌즈와 대물 평면 사이에 배열되지 않는다.
대안적으로, 보호 요소, 예컨대, 커버 유리, 특히, 이러한 보호 요소(즉, 추가 광학 구성요소, 예컨대, 만곡 광학 구성요소)만 제1 튜너블 렌즈와 대물 평면 사이에 배열된다.
따라서 제1 튜너블 렌즈 또는 보호 요소가 가령, 광학 시스템을 위한 먼지 및/또는 스크래치에 대한 보호 커버로서 동작하고, 광학 시스템은 더 컴팩트하게 구현될 수 있으며, 세척하기 더 용이하다.
광학 시스템의 바람직한 실시예에서, 제1 튜너블 렌즈의 제1 유체가 액체를 포함, 특히, 액체로 구성된다. 대안적으로, 제2 튜너블 렌즈의 제2 유체가 액체를 포함, 특히, 액체로 구성된다. 따라서 튜너블 렌즈가 더 단순하고 광학적으로 바람직한 방식으로 구현될 수 있으며 서로 다른 굴절률을 갖는 둘 이상의 액체에 의존하는 복잡한 유체 렌즈 및 유체 계면이 필요하지 않다. 이는 광학 시스템의 구현을 더 쉽게 만들고 광학 시스템의 광학 품질을 향상시킨다.
광학 시스템의 또 다른 바람직한 실시예에서, 상기 제1 튜너블 렌즈의 제1 용기의 광학 전면(상기 대물 평면을 향해 배향되는 것이 바람직한 전면)이 비구면이다. 따라서 광학 시스템의 광학 품질이 특히, 광학 시스템의 더 광각의 줌-레벨에 대해 향상된다.
또 다른 바람직한 광학 시스템에서, 상기 제2 튜너블 렌즈의 제2 막의 제2 영역이 0 위치를 중심으로 대칭적으로 편향 가능하도록 구성된다. 예를 들어, 광학 시스템의 텔레-줌-레벨에서, 제2 막의 제2 영역이 오목 형태이고 반면에 광학 시스템의 광각-줌-레벨의 경우, 제2 막의 제2 영역이 볼록 형태이다. 그 후, 상기 옴고 형태 및 볼록 형태가 0 위치, 즉, 비변위된 제2 막 위치를 중심으로 실질적으로 대칭이다. 따라서 광학 수차가 덜 두드러지고 및/또는 보정되기 용이하기 때문에 광학 시스템의 이미징 품질이 향상된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는 제1 튜너블 렌즈, 제2 튜너블 렌즈, 및 고정형 보정 렌즈가 배열되어 있는 내부 배럴을 포함한다. 덧붙여, 광학 시스템은 제1 튜너블 렌즈의 초점 길이 및/또는 제2 튜너블 렌즈의 초점 길이를 변경하기 위한 적어도 하나의 액추에이터의 적어도 일부분이 배열되는 외부 배열을 더 포함한다. 따라서, 액추에이터는 광학 시스템의 광학 구성요소와 적어도 부분적으로 기계적으로 연결해제될 수 있고, 이는 광학 시스템의 광학 품질을 개선하는 데 도움이 될 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 고정형 보정 렌즈의 아베 수가 50 초과, 특히, 55 초과이다. 이는 광학 시스템의 광학 품질을 훨씬 더 향상시킨다.
본 발명의 또 다른 양태로서, 앞서 기재된 광학 시스템을 동작시키기 위한 방법은 다음의 단계를 포함한다:
앞서 기재된 바와 같이 대물 평면을 이미징 평면으로 이미징하기 위한 광학 시스템을 제공하는 단계,
상기 광학 시스템의 제1 튜너블 렌즈의 초점 길이를 튜닝하는 단계, 및/또는
상기 광학 시스템의 제2 튜너블 렌즈의 초점 길이를 튜닝하는 단계.
상기 제2 튜너블 렌즈의 제2 막의 제2 영역이 오목 형태일 때, 제1 튜너블 렌즈의 제1 막의 적어도 제1 영역은 볼록 형태이고, 및/또는
상기 제2 튜너블 렌즈의 제2 막의 제2 영역이 볼록 형태일 때 상기 제1 튜너블 렌즈의 제1 막의 적어도 제1 영역이 오목 형태이다.
따라서 광학 시스템의 광학 품질이 개선된다.
본 발명의 또 다른 양태로서, 휴대 전화기 또는 태블릿 컴퓨터가 다음을 포함한다:
앞서 기재된 바와 같은 광학 시스템, 및
상기 광학 시스템의 이미징 평면에 배열되는 이미징 센서.
따라서 휴대 전화기 또는 태블릿 컴퓨터의 이미징 품질이 상당히 개선되며 공간이 절약된다.
참고:
기재된 실시예는 장치 및 방법에 유사하게 관련된다. 본 명세서에 상세히 기재되어 있지 않더라도 실시예의 여러 다른 조합으로부터 상승 효과가 발생될 수 있다.
본 발명의 실시예가 이하에서 기재된다. 이러한 기재는 첨부된 도면을 참조한다.
도 1은 광학 시스템(1)이 텔레-줌 설정인 본 발명의 제1 실시예에 따르는 광학 시스템(1)을 도시한다.
도 2는 광학 시스템(1)이 광각-줌 설정인 도 1의 광학 시스템(1)을 도시한다.
도 3은 폴딩 프리즘(80)의 접힌 광축(A)뿐 아니라 절단면(81)이 도시된 도 1 및 2의 광학 시스템(1)을 도시한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따르는 광학 시스템(1)을 도시하며, 이때, 광학 시스템(1)은 3개의 고정형 보정 렌즈(30, 50, 및 60)와 선택적 커버 유리(300)를 포함한다.
도 5는 광학 시스템(1) 및 이미징 센서(202)를 포함하는 휴대 전화기(999)를 도시한다.
도 6은 도 4의 제2 실시예에 따르는 광학 시스템(1)의 구성요소의 속성의 표를 도시한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따르는 광학 시스템(1)을 도시한다. 광학 시스템(1)은 이미징될 대상(도시되지 않음)이 배열되는 대물 평면(100)을 포함한다. 특히, 광학 시스템(1)은 "무한대"로 포커싱된다, 즉, 대물 평면(100)으로부터의 평행 광선들이 이미징 평면(200) 내 초점(201)으로 이미징되며, 여기서, 이들은 CMOS 센서(도시되지 않음)에 의해 디지털화된다. 광학 시뮬레이션으로부터의 단 6개의 이러한 광선이 간결성을 위해 개략적으로 도시된다. 도 1에, 광학 시스템(1)이 텔레-줌 구성이며, 이때, 인입 광선과 광학 시스템의 광축 간 최대 각도 θ = 12도이다.
그 후 광선이 제1 고정 용기(11) 및 제1 변형 가능 막(12)을 포함하는 제1 튜너블 렌즈(10)를 통과한다. 대물 평면(100)과 직접 면하는 제1 용기(11)의 볼록형 광학 전면(11a)이 비구면이지만, 이의 경사는 반경이 증가할수록 감소한다. 이는 기울어진 외부 필드에 대해 더 많은 광학 파워를 만든다(도 2와 관련하여 이하 내용 참조). 제1 막(12)과 면하는 제1 용기(11)의 광학 후면(11b)이 오목하고 실질적으로 구면 형태를 가진다. 이는 제1 용기가 메니스커스(meniscus) 형태를 갖도록 만든다.
제1 고정된 환형 실리콘 렌즈 쉐이퍼(13)가 제1 막(12)을 중앙 광학 액티브 섹션(12a)과 환형 광학 패시브 섹션으로 분리한다. 광학 액티브 섹션(12a)은 가령, 반사방지 코팅(도시되지 않음)(도시되지 않음)을 이용해 저손실 광 투과에 적합한 막(12)의 제1 영역(12a)에 포함된다. 이 경우, 제1 영역(12a)과 광학 액티브 섹션(12a)이 일치한다.
렌즈 쉐이퍼(13)로 인해, 광학 액티브 섹션(12a)의 형태가 제어하기 더 용이하다. 제1 고정 용기(11)가 제1 액추에이터(70)(제1 실시예에서 유체 펌프 액추에이터)에 의해 변형되지 않는 강성 물질인 제오넥스(Zeonex)로 만들어진다.
탄성 막(12)은 실리콘류로 만들어지고 이의 형태 및 따라서 제1 튜너블 렌즈(10)의 초점 길이(f1)가 제1 챔버(14) 내 단일 액체(15)의 압력에 의해 영향 받을 수 있다. 이 제1 챔버(14)는 제1 용기(11)와 제1 튜너블 렌즈(10)의 제1 막(12)에 의해 둘러 싸인다. 제1 튜너블 렌즈(10)의 초점 길이를 연속적으로 조절하기 위해, 제1 액추에이터(70)가 제1 챔버(14) 내부의 유체 압력을 조절하며, 따라서 제1 막(12)의 광학 액티브 섹션(12a)의 곡률 반경에 영향을 미치도록 구성된다. 도 1에 도시된 텔레-줌 구성에서, 제1 튜너블 렌즈(10)가 양쪽이 볼록한 형태(bi볼록 형태)이도록, 제1 막(12)의 형태(그리고 이의 광학 액티브 섹션/제1 영역(12a)의 형태)가 볼록한 형태라고 가정한다. 제1 튜너블 렌즈(10)의 제1 용기(11)가 대물 평면(100)을 향해 배향되고 제1 튜너블 렌즈(10)의 막(12)이 광학 시스템(1)의 이미징 평면(200)을 향해 배향된다. 따라서 광학 수차가 보정되기 더 용이하고 광학 시스템(1)의 광학 품질이 개선된다. 색 수차가 덜 두드러지고 보정되기 더 용이하도록 제1 유체(15)의 아베수(Abbe number)가 94이다.
제1 튜너블 렌즈(10) 이후에, 광이 광학 시스템(1)의 광축(A)(이 경우 z-방향에 평행함)을 따라 축방향 다운스트림로 이동하고, 상기 광학 시스템(1)의 제1 튜너블 렌즈(10)와 제2 튜너블 렌즈(20) 사이에 배열된 원형 구경 조리개(90) 및 비네팅 구경(91)을 통과한다. 구경 조리개(90)(1.09 mm 반경) 및 비네팅 구경(91)(1.35 mm 반경)의 통과 영역이 도 1에서 검은색 선으로 나타난다.
제2 튜너블 렌즈(20)는 대물 평면(100)을 향해 배향된 제2 고정 용기(21), 이미징 평면(200)을 향해 배향된 제2 변형 가능 막(22), 및 제2 고정된 환형 Si 렌즈 쉐이퍼(23)를 포함한다. 제2 튜너블 렌즈(20)의 제2 용기(21)는 또한 메니스커스 형태를 가지는데, 이때, 볼록형 광학 전면(21a)이 대물 평면(100)을 향해 배향되고 오목형, 실질적으로 구면인 광학 후면(21b)이 제2 막(22)을 향해 배향된다. 제2 액추에이터(71)(제1 튜너블 렌즈(10)처럼, 제2 튜너블 렌즈(20)에 대한 제2 액추에이터(71)도 역시 유체 펌프 액추에이터임)가 제2 챔버(24) 안팎으로 액체(25)를 펌핑함으로써 제2 튜너블 렌즈(20)의 초점 길이(f2)를 연속적으로 조절하도록 사용된다. 특히 여기서, 제2 막(22)(및 제2 렌즈 쉐이퍼(23)에 의해 형성되는 바와 같이 이의 광학 액티브 섹션(22a))이 오목한 형태라고 가정된다. 제1 튜너블 렌즈(10)와 유사하게, 가령, 반사방지 코팅을 이용해, 제1 튜너블 렌즈(20)의 광학 액티브 섹션(22a)이 저손실 광 투과율에 적합한 (22)의 제2 영역(22a)에 포함되며, 제2 영역(22a)과 광학 액티브 섹션(22a)이 일치한다.
색 수차가 덜 두드러지고 보정되기 쉽도록 제2 유체(25)의 아베 수는 94이다.
제1 렌즈 쉐이퍼(13)와 구경 조리개(90) 간 거리(d13)는 제 렌즈 쉐이퍼(23)와 구경 조리개(90) 간 거리(d23)와 20% 넘게 차이 나지 않는다. 이러한 배열 때문에, 광학 수차가 감소된다.
그 후 광이 제2 비네팅 구경(92)(반경 1.82 mm) 및 4개의 고정형 보정 렌즈(30, 40, 50, 및 60)를 통과한다. 이들 고정형 보정 렌즈(30, 40, 50, 및 60)는 강성 물질, 예컨대, COC 또는 폴리카보네이트로 만들어지며 광학 시스템(1)의 광학 수차를 보정하도록 구성된다. 보정 렌즈는 각각의 광학 후면(30b, 40b, 50b, 및 60b)의 광학적으로 업스트림에 배열되는 광학 전면(30a, 40a, 50a, 및 60a)을 포함한다. 고정형 보정 렌즈(60)는 이미징 평면(200)에서 시야 곡률을 보정한다. 이는 광학 시스템(1)의 이미징 품질을 개선한다. 보정 렌즈(30)의 제1 표면/광학 전면(30a)이 모든 보정 렌즈의 모든 광학 표면의 가장 강력한 곡률을 가진다. 따라서 보정 렌즈(30)는 광학 시스템(1)의 광학 품질을 개선하는 주 포커싱 렌즈로서 기능한다. 광학 표면 중 어느 것도 2mm 미만의 최적합 절대 곡률 반경 값을 갖지 않으며, 이는 보정 렌즈가 만들어지거나 및/또는 정렬되기 쉽게 만든다.
기재된 광학 시스템(1)은 3.4의 f수를 가지며 따라서 더 많은 광량의 투과를 가능하게 하는데, 이로써 특히, 광량이 낮은 경우, 디지털화된 이미지의 신호대잡음 비를 향상시킨다.
앞서 기재된 바와 같이, 제1 튜너블 렌즈(10) 및 제2 튜너블 렌즈(20)의 초점 길이를 연속 조절할 수 있음으로써, 광학 시스템(1)에 대해 연속적인 복수의 줌-레벨 및 초점 위치가 획득될 수 있다. 이는 포커스 및/또는 줌을 위한 이산 스텝만 가능한 것이 아니기 때문에, 광학 시스템(1)의 적용 가능성을 향상시킨다.
광학 전면(93a) 및 광학 후면(93b)을 갖는 적외선 차단 필터(93)가 보정 렌즈(60)와 이미징 평면(200) 사이에 배열된다. 필터(93)는 광학 시스템(1)의 이미징 품질을 감소시킬 수 있는 원치 않는 적외선 광을 차단하도록 사용된다.
비네팅 구경(91 및 92)은 또한 정사각형 또는 직사각형(도시되지 않음)을 가질 수 있다.
도 2는 광학 시스템(1)이 광각-줌 구성인, 즉, 입사 광선과 광학 시스템의 광축(A) 사이 각도가 θ = 30도로 최대 도 1의 광학 시스템(1)을 도시한다. 도 2로부터 제1 튜너블 렌즈(10)의 제1 막(12)이 오목한 형태라고 가정하고 제2 튜너블 렌즈(20)의 제2 막(22)이 볼록한 형태라고 가정한다. 따라서 막(12, 22)은 반전된 굴절 상태를 가진다.
도 1의 텔레-줌-설정에서 제2 튜너블 렌즈(20)와 이미징 평면(200) 간 축 위치에서의 최대 주광선각 μ = 25.8도가, 도 2의 광각-줌-설정에서의 제2 튜너블 렌즈(20)와 이미징 평면(200) 간 축 위치에서의 최대 주광선각보다 1.5° 이상 차이 나지 않는다. 따라서 고정형 보정 렌즈가 광학 시스템(1)의 텔레-줌-레벨과 광각-줌-레벨 모두(그리고 모든 연속적인 중간 줌-레벨)를 최적화하기 용이하다. 이는 광학 시스템(1)의 광학 품질을 향상시킨다.
광학 전면(80a)과 광학 후면(80b)을 갖는 광학 시스템(1)의 폴딩 프리즘(folding prism)(78)의 위치가 도 1 및 2에 점선으로 지시된다. 이 폴딩 프리즘(80)은 이의 크기를 더 작게 유지하면서 이미징 평면(200)에서 완전히 조명되는 장방향 센서의 사용을 촉진하기 위해 y-z-평면에서 장방형 풋프린트를 가진다. 그러나 명확성을 위해, 광학 시스템(1)은 도 1 및 2의 선형 구성에서 나타난다.
도 3은 x-z-관점에서의 도 1 및 2의 광학 시스템(1)을 도시하며, 여기서 폴딩 프리즘(80) 및 이의 절단면(81)에 의한 광축(A)의 폴딩이 자명하게 나타난다. 명확성을 위해, 도 1 및 2에서 (텔레-줌 설정 및 광각-줌-설정에 대한) 단 2개의 광선이 각각 나타난다. 제1 막 및 제2 막(12, 22)의 볼록한 형태 및 오목한 형태가 도 3에서 점선으로 나타난다. 다음에서 나열될 이유로, 광학 시스템(1)은 공간 절약 방식으로 구현될 수 있다:
- 제1 튜너블 렌즈(10)의 제1 막(12)의 광학 액티브 섹션/제1 영역(12a)이 폴딩 프리즘(80)에 직접 대면하고,
- 제2 튜너블 렌즈(20)의 제2 용기(21)의 광학 전면(21a)이 폴딩 프리즘(80)에 직접 대면하며(구경 조리개(90) 및 비네팅 구경(91)이 이들 사이에만 배열되며, 즉, 어떠한 만곡된 광학 구성요소도 없음),
- 구경 조리개(90)와 폴딩 프리즘(80) 간 축 거리(d90)가 구경 조리개(90)의 가장 작은 횡방향 반경의 1.5배보다 작거나 동일하다.
이로 인해 광학 시스템(1)이 공간에 민감한 적용예, 예컨대, 휴대 전화기에 더 적합해진다.
덧붙여, 제2 튜너블 렌즈(20)의 제2 막(22)의 광학 액티브 섹션/제2 영역(22a)이 텔레-줌 레벨 및 광각-줌 레벨 설정에서 0 위치(점선)를 중심으로 실질적으로 대칭으로 편향된다. 따라서 렌즈 굴절이 최소화되고 광학 수차가 두드러지지 않거나 및/또는 보정되기 쉬워진다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따르는 광학 시스템(1)을 도시한다. 상기 광학 시스템은 도 1 내지 3에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 매우 유사하며, 제2 튜너블 렌즈(20)와 이미징 평면(200) 사이에 단 3개의 고정형 보정 렌즈(30, 50, 및 60)가 배열된다. 따라서 광학 시스템(1)은 덜 복잡한 방식으로 구현될 수 있다. 덧붙여, 선택사항적 커버 유리(300)가 대물 평면(100)과 제1 튜너블 렌즈(10)의 용기(11) 사이에 배열되어, 먼지와 스크래치에 대해 광학 시스템을 보호할 수 있다.
덧붙여, 대물 평면(100)과 제1 튜너블 렌즈(10) 간 거리(d100)가 20mm보다 작다. 따라서 매크로-사진 모드가 활성화된다. 따라서 광학 시스템(1)(즉, 제1 튜너블 렌즈(10)의 초점 길이(f1) 및 제2 튜너블 렌즈(20)의 초점 길이(f2))이 대물 평면(100)에서 이미징 평면(200) 내 초점 위치로 발산되는 광선을 이미징하도록 구성된다. 이는 광학 시스템(1)의 적용 가능성을 향상시킨다.
도 5는 앞서 기재된 바의 광학 시스템(1) 및 광학 시스템(1)의 이미징 평면(200)에 배열되는 이미징 센서(202)를 포함하는 휴대 전화기(999)를 도시한다. 광학 시스템(1)을 이용함으로써, 카메라가 구비된 휴대 전화기(999)(스마트폰)의 이미징 품질이 상당히 개선될 수 있다.
도 6은 도 4의 제2 실시예에 따르는 광학 시스템(1)의 구성요소(10, 80, 90, 91, 20, 92, 30, 50, 60, 및 93)의 속성(요소 명칭, 요소 번호, 광학 표면, 곡률, 두께, 물질의 굴절률 Nd, 물질의 아베 수 Vd, 반지름, 짝수 비구면 차수 2, 4, 6, 8, 및 10)의 표를 도시한다. 여기서, 물질의 속성이 "시작 표면"에 대해 주어지고 광학적으로 다운스트림인 차후의 광학 표면까지 유효한 광학 설계 소프트웨어의 표준 표기법이 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시예가 도시되고 기재되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 이하의 청구항의 범위 내에서 그 밖의 다른 방식으로 다양하게 구현되고 실시될 수 있다.

Claims (33)

  1. 대물 평면(object plane)(100)을 이미징 평면(imaging plane)(200)으로 이미징하기 위한 광학 시스템(1)으로서, 상기 광학 시스템은
    대물 평면(100),
    이미징 평면(200),
    상기 대물 평면(100)과 상기 이미징 평면(200) 사이에 배열된 제1 튜너블 렌즈(tunable lens)(10) - 상기 제1 튜너블 렌즈(10)는 강성 물질로 구성된 제1 고정 용기(11), 탄성 물질로 구성된 제1 변형 가능 막(12), 및 적어도 제1 용기(11) 및 제1 막(12)에 의해 감싸이는 제1 유체(15)를 포함함 - ,
    상기 제1 튜너블 렌즈(10)와 상기 이미징 평면(200) 사이에 배열되는 제2 튜너블 렌즈(20) - 상기 제2 튜너블 렌즈(20)는 강성 물질로 구성된 제2 고정 용기(21), 탄성 물질로 구성된 제2 변형 가능 막(22), 및 상기 제2 용기(21) 및 상기 제2 막(22)에 의해 감싸이는 제2 유체(25)를 포함함 - ,
    상기 제2 튜너블 렌즈(20)와 상기 이미징 평면(200) 사이에 배열되며 강성 물질로 구성된 적어도 하나의 고정형 보정 렌즈(30,40, 50,60)
    를 포함하며, 상기 제1 유체(15)와 상기 제2 유체(25) 각각의 아베 수(Abbe number)는 60 초과, 특히, 80 초과인, 광학 시스템.
  2. 대물 평면(100)을 이미징 평면(200)으로 이미징하기 위한 광학 시스템으로서, 상기 광학 시스템은
    대물 평면(100),
    이미징 평면(200),
    상기 대물 평면(100)과 상기 이미징 평면(200) 사이에 배열된 제1 튜너블 렌즈(10) - 상기 제1 튜너블 렌즈(10)는 강성 물질로 구성된 제1 고성 용기(11) 및 탄성 물질로 구성된 제1 변형 가능 막(12)을 포함함 - , 및
    상기 제1 튜너블 렌즈(10)와 상기 이미징 평면(200) 사이에 배열된 제2 튜너블 렌즈(20) - 상기 제2 튜너블 렌즈(20)는 강성 물질로 구성된 제2 고정 용기(21)와 탄성 물질로 구성된 제2 변형 가능 막(22)을 포함함 - ,
    상기 제2 튜너블 렌즈(20)와 상기 이미징 평면(200) 사이에 배열되고 강성 물질로 구성된 적어도 하나의 고정형 보정 렌즈(30,40, 50,60)
    를 포함하며,
    상기 제1 튜너블 렌즈(10)의 상기 제1 용기(11)는 상기 대물 평면(100)을 향해 배향되며,
    상기 제1 튜너블 렌즈(10)의 상기 제1 막(12)의 적어도 제1 영역(12a)은 상기 이미징 평면(200)을 향해 배향되는, 광학 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 튜너블 렌즈(10)는 적어도 상기 제1 용기(11) 및 상기 제1 막(12)에 의해 감싸이는 제1 유체(15)를 포함하고,
    상기 제2 튜너블 렌즈(20)는 적어도 상기 제2 용기(21) 및 상기 제2 막(22)에 의해 감싸이는 제2 유체(25)를 포함하며,
    상기 제1 유체(15)와 상기 제2 유체(25) 각각의 아베 수(Abbe number)가 60 초과, 특히, 80 초과인, 광학 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 튜너블 렌즈(10)의 초점 길이(f1)와 상기 제2 튜너블 렌즈(20)의 초점 길이(f2)의 하나의 조합에 대해, 상기 광학 시스템(1)은 상기 대물 평면(100)으로부터 평행 광선을 이미징 평면(200) 내 한 초점(201)에 이미징하도록 구성되는, 광학 시스템.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대물 평면(100)과 상기 제1 튜너블 렌즈(10) 사이의 거리가 30mm 미만, 특히, 20mm 미만이며,
    적어도 상기 제1 튜너블 렌즈(10)의 초점 길이(f1)와 상기 제2 튜너블 렌즈(20)의 초점 길이(f2)의 하나의 조합에 대해, 상기 광학 시스템(1)은 상기 대물 평면(100)으로부터 발산하는 광선을 상기 이미징 평면(200) 내 한 초점(201)으로 이미징하도록 구성되는, 광학 시스템.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 시스템(1)은 연속적인 복수의 줌 레벨 및 연속적인 복수의 초점 위치를 제공하도록 구성되는, 광학 시스템.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 튜너블 렌즈(20)의 상기 제2 막(22)은 상기 이미징 평면(200)을 향해 배향된 제2 영역(22a)을 포함하며,
    상기 제2 튜너블 렌즈(20)의 상기 제2 용기(21)는 상기 대물 평면(100)을 향해 배향되고,
    특히, 상기 제1 튜너블 렌즈(10)의 상기 제1 막(12)은 제1 영역(12a)을 포함하고,
    상기 제1 튜너블 렌즈(10)의 상기 제1 막(12)의 상기 제1 영역(12a) 및 상기 제2 튜너블 렌즈(20)의 상기 제2 막(22)의 상기 제2 영역(22a)이 볼록 형태 및 오목 형태이도록 구성되는, 광학 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 적어도 상기 광학 시스템(1)의 제1 줌-레벨(zoom-level)에서, 상기 제1 영역(12a)은 볼록 형태이고, 상기 제2 영역(22a)은 오목 형태인, 광학 시스템.
  9. 제8항 또는 제9항에 있어서, 적어도 상기 광학 시스템(1)의 제2 줌-레벨에서, 상기 제1 영역(12a)은 오목 형태이고, 상기 제2 영역(22a)은 볼록 형태인, 광학 시스템.
  10. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 액추에이터(70), 특히, 2개의 액추에이터(70, 71), 특히,
    정전 액추에이터,
    전자기 액추에이터,
    전기활성 폴리머 액추에이터,
    압전 액추에이터, 및
    유체 펌프 액추에이터
    로 구성된 군 중에서 선택된 2개의 액추에이터를 포함하며,
    적어도 상기 제1 튜너블 렌즈(10)의 상기 제1 막(12)의 제1 영역(12a) 및 적어도 상기 제2 튜너블 렌즈(20)의 상기 제2 막(22)의 상기 제2 영역(22a)이 상기 적어도 하나의 액추에이터(70)에 의해 변형되어, 상기 제1 튜너블 렌즈(10)의 초점 길이(f1) 및 상기 제2 튜너블 렌즈(20)의 초점 길이(f2)가 상기 액추에이터(70)에 의해 변경 가능한, 광학 시스템.
  11. 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 시스템(1)은 적어도 3개, 특히, 적어도 4개, 특히, 4개의 강성 물질로 구성된 고정형 보정 렌즈(30, 40, 50, 60)를 포함하고, 특히, 상기 고정형 보정 렌즈(30, 40, 50, 60)는 상기 제2 튜너블 렌즈(20)와 상기 이미징 평면(200) 사이에 배열되는, 광학 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 고정형 보정 렌즈(30, 40, 50, 60)의 광학 표면, 특히, 모든 광학 표면은 2mm 이상의 최소 절대 곡률 반경 값을 갖는, 광학 시스템.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 보정 렌즈(30, 40, 50, 60)는 제2 튜너블 렌즈(20)와 이미징 평면(200) 사이에 배열되며,
    제2 튜너블 렌즈(20)에 가장 가까이 배열되는 보정 렌즈(30)의 광학 표면(30a)은 상기 보정 렌즈(30, 40, 50, 60)의 그 밖의 다른 임의의 광학 표면보다 작은 최적합 곡률 반경 값을 갖는, 광학 시스템.
  14. 제2항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 고정형 보정 렌즈(60)는 상기 광학 시스템(1)의 시야 곡률(field curvature)을 보정하도록 구성되는, 광학 시스템.
  15. 제2항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 시스템(1)은 적어도 텔레-줌-레벨 설정 및 광각-줌-레벨 설정이도록 구성되며,
    상기 제2 튜너블 렌즈(20)와 상기 텔레-줌-레벨 설정에서의 이미징 평면(200) 사이의 축 위치에서의 최대 주광선각(chief ray angle)이, 상기 제2 튜너블 렌즈(20)와 상기 광각-줌-레벨 설정에서의 상기 이미징 평면(200) 사이의 축 위치에서의 최대 주광선각과, ±2.5°의 범위 내로 동일한, 광학 시스템.
  16. 제2항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 튜너블 렌즈(10)의 상기 제1 용기(11)는 메니스커스(meniscus) 형태 및/또는 상기 제2 튜너블 렌즈(22)의 상기 제2 용기(21)는 메니스커스 형태인, 광학 시스템.
  17. 제2항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 튜너블 렌즈(10)의 상기 제1 용기(11)의 광학 전면(optical front surface)(11a)이 블록 형태를 가지며,
    상기 제1 튜너블 렌즈(10)의 상기 제1 용기(11)의 광학 후면(optical back surface)(11b)이 오목 형태를 갖고,
    특히, 상기 광학 전면(11a)은 상기 대물 평면(100)을 향해 배향되며, 상기 광학 후면(11b)은 상기 제1 튜너블 렌즈(10)의 상기 제1 막(12)을 향해 배향되는, 광학 시스템.
  18. 제2항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 튜너블 렌즈(20)의 상기 제2 용기(21)의 광학 전면(21a)이 블록 형태를 가지며,
    상기 제2 튜너블 렌즈(20)의 상기 제2 용기(21)의 광학 후면(21b)이 오목 형태를 가지며,
    특히, 상기 광학 전면(21a)은 상기 대물 평면(100)을 향해 배향되며 상기 광학 후면(21b)은 상기 제2 튜너블 렌즈(20)의 제2 막(22)을 향해 배향되는, 광학 시스템.
  19. 제2항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 구경 조리개(90), 특히, 원형 구경 조리개(90)를 더 포함하며, 특히 상기 구경 조리개(90)는 상기 제1 튜너블 렌즈(10)와 상기 제2 튜너블 렌즈(20) 사이에 배열되는, 광학 시스템.
  20. 제2항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 튜너블 렌즈(10)는 제1 고정 렌즈 쉐이퍼(13)를 더 포함 및/또는
    상기 제2 튜너블 렌즈(20)는 제2 고정 렌즈 쉐이퍼(23)를 더 포함하는, 광학 시스템.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 제1 렌즈 쉐이퍼(13)와 상기 구경 조리개(90) 간 축간 간격이 상기 제2 렌즈 쉐이퍼(23)와 상기 구경 조리개(90) 간 축간 간격과 ±50%의 범위, 특히, ±20%의 범위 내에서, 동일한, 광학 시스템.
  22. 제2항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 시스템의 광축(A)의 방향을 바꾸기 위한 폴딩 프리즘(folding prism)(80)을 더 포함하는, 광학 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 폴딩 프리즘(80)은 비-삼각뿔형(non-quadratic), 특히, 장방형 풋프린트를 갖는, 광학 시스템.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 절단면(cut edge)(81)을 포함하는, 광학 시스템.
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 튜너블 렌즈(10)의 상기 제1 막(12)의 제1 영역(12a)은 상기 폴딩 프리즘(80)을 직접 대면하는, 광학 시스템.
  26. 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 튜너블 렌즈(20)의 상기 제2 용기(21)의 광학 전면(21a)은 상기 대물 평면(100)을 향해 배향되며, 상기 폴딩 프리즘(80)을 직접 대면하거나, 하나 이상의 구경 및/또는 구경 조리개(90)가 제2 용기(21)와 폴딩 프리즘(80) 사이에 배열되는, 광학 시스템.
  27. 제19항 내지 제21항 및 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구경 조리개(90)와 상기 폴딩 프리즘(80) 사이의 축간 간격이 상기 구경 조리개(90)의 최소 횡방향 반경의 1.5배 이하인, 광학 시스템.
  28. 제2항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 튜너블 렌즈(10)가 상기 대물 평면(100)을 직접 대면하거나,
    상기 제1 튜너블 렌즈(10)와 상기 대물 평면(100) 사이에, 보호 요소(300)가, 특히, 보호 요소(300)만, 특히, 커버 유리(300)가 배열되는, 광학 시스템.
  29. 제2항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 튜너블 렌즈(10)의 상기 제1 유체(15)가 액체를 포함, 특히, 액체로 구성되며, 및/또는
    상기 제2 튜너블 렌즈(20)의 제2 유체(25)가 액체를 포함, 특히, 액체로 구성되는, 광학 시스템.
  30. 제2항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 튜너블 렌즈(10)의 제1 용기(11)의 광학 전면(11a)은 비구면인, 광학 시스템.
  31. 제2항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 튜너블 렌즈(10)의 상기 제1 용기(11)의 광학 후면(11b)은 상기 제1 튜너블 렌즈(10)의 상기 제1 막(12)을 향해 배향되고, 실질적으로 구면이거나, 및/또는
    상기 제2 튜너블 렌즈(20)의 상기 제2 용기(21)의 광학 후면(21b)은 상기 제2 튜너블 렌즈(20)의 제2 막(22)을 향해 배향되고 실질적으로 구면인, 광학 시스템.
  32. 제2항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 튜너블 렌즈(20)의 상기 제2 막(22)의 제2 영역(22a)은 0 위치 주변에서 대칭적으로 편향 가능하도록 구성되는, 광학 시스템.
  33. 청구항 제2항 내지 제32항 중 어느 한 항의 광학 시스템(1), 및
    상기 광학 시스템(1)의 이미징 평면(200)에 배열된 이미징 센서(202)
    를 포함하는, 휴대 전화기(999) 또는 태블릿 컴퓨터.
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