KR20210029781A - 포커스 및 줌 대물 렌즈 및 포커스 및 줌 대물렌즈 작동 방법 - Google Patents

Abstract

줌 대물 렌즈는 하우징 렌즈, 제 1 이동 가능 렌즈 및 제 1 기어리스 모터를 포함한다. 제 1 기어리스 모터는 하우징 렌즈에 대해 제 1 이동 가능 렌즈의 제 1 종 방향 이동을 야기하도록 구성된다. 줌 대물 렌즈를 작동하는 방법은 제 1 이동 가능 렌즈, 하우징 렌즈 및 제 1 기어리스 모터를 제공한다. 상기 방법은 제 1 기어리스 모터에 의해 생성된 힘에 의해 제 1 이동 가능 렌즈를 하우징 렌즈에 대해 이동시키는 단계를 포함한다.

Description

포커스 및 줌 대물 렌즈 및 포커스 및 줌 대물렌즈 작동 방법

본 발명은 광학 시스템용 포커스 대물 렌즈 및 대물 렌즈 작동 방법에 관한 것이다.

현재, 포커스 대물 렌즈 장치는 포커스 또는 줌 설정을 빠르게 변경하고, 고해상도 및 높은 선명도를 제공할 수 있다. 그러나, 이러한 장치는 일반적으로 포커스/줌의 빠르고 정확한 변경을 제공하지 못한다. 예를 들어, 피에조 대물 렌즈 변환 메커니즘(예를 들어, 세라믹 압전 스택 액추에이터 또는 선형 피에조 모터)은 일반적으로 단지 몇 nm 내지 0.5cm 정도의 렌즈 변환 범위를 제공한다. 다른 예로서, 스핀들 모터 및 기어 변환 수단은 광학 요소를 원하는 위치로 빠르고 반복적으로 되돌리는 정밀도가 부족할 수 있다. 일반적으로, 선형 모터는 많은 광학 응용 분야에서 비용이 많이 들고 지나치게 크다. 따라서, 향상된 속도, 범위, 정확도 및 신뢰성을 제공하는 포커스/줌 대물 렌즈가 필요하다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 줌 대물 렌즈는 하우징 렌즈, 제 1 이동 가능 렌즈 및 제 1 기어리스 모터, 예를 들어 디스크 모터를 포함하고, 여기서 제 1 기어리스 모터는 하우징 렌즈에 대하여 제 1 이동 가능 렌즈의 제 1 종 방향 이동을 발생시키도록 구성된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 줌 대물 렌즈를 작동하는 방법은 제 1 이동 가능 렌즈, 하우징 렌즈 및 제 1 기어리스 모터를 제공하며, 여기서 방법은 제 1 기어리스 모터에 의해 생성된 힘에 의해 하우징 렌즈에 대해 제 1 이동 가능 렌즈를 이동시키는 단계를 더 포함한다.

줌 대물 렌즈의 예시적인 실시 예는 직선을 따라 줌 대물 렌즈 광학 경로 내의 정의된 위치로 이동 가능 렌즈를 시프트시키기 위한 회전력을 가하는 기어리스 모터를 포함한다. 그 결과, 이동 가능 렌즈의 위치는 일반적으로 기어리스 모터와 이동 가능 렌즈의 기계적 커플링 유형에 의해 제한될 수 있다. 줌 대물 렌즈 내에서 렌즈의 달성 가능한 위치의 정확도는 센서/스케일 위치 센서와 함께 모션 시스템을 배치하는 정확도에 따라 달라질 수 있다. 또한, 줌 내에서 렌즈 위치의 달성 가능한 정확도는 예를 들어, 백래시를 줄이고 강성을 증가시킴으로써, 기어리스 모터와 이동 가능 렌즈 사이의 기계적 커플링의 유형 및 지속 가능성에 따라 달라질 수 있다. 그러나, 줌 대물 렌즈가 전달하는 영상의 선명도 결과에 따라 기어리스 모터의 회전 운동이 조절될 수 있다. 그 결과, 기어리스 모터의 회전 운동은 예를 들어, 피드백 루프에 의해 제어될 수 있다. 줌 대물 렌즈의 선명도에 기초하여 피드백 루프에 대한 이동 가능 렌즈의 움직임을 보정할 수 있다. 이동 가능 렌즈의 위치는 줌 대물 렌즈에 위치한 스케일과 센서를 사용하여 측정할 수 있다.

예시적인 실시 예에 따르면, 줌 대물 렌즈는 제 1 렌즈 변위 유닛을 포함하고, 여기서 제 1 렌즈 변위 유닛은 제 1 기어리스 모터, 제 1 구동 풀리, 제 1 피동 풀리, 및 제 1 구동 풀리와 제 1 피동 풀리 사이에 걸쳐 있는 제 1 스레드를 포함한다. 또한, 제 1 기어리스 모터의 제 1 회전 운동은 제 1 구동 풀리의 회전을 야기하고, 이에 의해 제 1 이동 가능 렌즈의 제 1 종 방향 운동을 야기하도록, 제 1 이동 가능 렌즈가 제 1 스레드에 커플링될 수 있다.

예시적인 실시 예에 따르면, 줌 대물 렌즈는 제 1 슬라이드, 및 제 1 이동 가능 렌즈에 커플링되는 제 1 레일을 더 포함하여, 제 1 이동 가능 렌즈의 제 1 종 방향 이동이 광학 경로를 따르도록 한다.

예시적인 실시 예에 따르면, 줌 대물 렌즈는 제 2 이동 가능 렌즈, 및 제 2 기어리스 모터, 제 2 구동 풀리, 제 2 피동 풀리 및 제 2 구동 풀리와 제 2 피동 풀리 사이에 걸쳐 있는 제 2 스레드를 포함하는 제 2 렌즈 변위 유닛을 포함하고, 여기서 제 2 이동 가능 렌즈는 제 2 스레드에 커플링되어, 제 2 기어리스 모터의 제 2 회전 운동이 제 2 구동 풀리의 회전을 야기하고, 이에 의해 제 2 이동 가능 렌즈의 제 2 종 방향 운동을 야기한다.

제 1 및 제 2 기어리스 모터는 제 1 및 제 2 렌즈가 독립적으로 이동할 수 있도록, 독립적으로 작동할 수 있다. 특히, 줌 장치의 원하는 선명도는 제 1 및/또는 제 2 이동 가능 렌즈의 피드백 루프에 의존할 수 있다.

예시적인 실시 예에 따르면, 줌 대물 렌즈는 제 1 기어리스 모터 및 제 2 기어리스 모터를 제어하는 중앙 컨트롤러를 포함하여, 제 1 이동 가능 렌즈의 제 1 종 방향 이동과 제 2 이동 가능 렌즈의 제 2 종 방향 이동이 충돌하지 않도록 한다.

컨트롤러, 특히 중앙 컨트롤러는 하나 이상의 기어리스 모터의 허용된 비-충돌 위치를 정의하는 데이터베이스에 기초하여, 하나 이상의 기어리스 모터에 의해 이동되는 하나 이상의 렌즈 그룹을 위치시키도록, 하나 이상의 기어리스 모터를 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러는 예를 들어, 줌 대물 렌즈의 원하는 선명도에 기초하여 피드백 루프에 대한 하나 이상의 기어리스 모터의 회전 운동을 보정할 수 있다. 컨트롤러는 예를 들어, 0.5X 내지 10X로 제한되지 않는 제 1 입력으로서 원하는 줌 배율을 수신할 수 있다. 컨트롤러는 하나 이상의 이동 가능 렌즈의 위치를 나타내는 제 2 입력 센서 정보를 수신할 수 있다. 컨트롤러는 줌 대물 렌즈 내의 스케일에 의해 측정된 하나 이상의 이동 가능 렌즈의 위치 데이터베이스를 이용하여, 하나 이상의 이동 가능 렌즈의 위치를 조정하기 위해 보정된 데이터를 기어리스 모터에 전송한다.

예시적인 실시 예에 따르면, 줌 대물 렌즈는 제 3 이동 가능 렌즈, 및 제 3 기어리스 모터, 제 3 구동 풀리, 제 3 피동 풀리, 및 제 3 구동 풀리와 제 3 피동 풀리 사이에 걸쳐 있는 제 3 스레드를 포함하는 3 렌즈 변위 유닛을 포함하고, 여기서 상기 제 3 이동 가능 렌즈는 상기 제 3 스레드에 커플링되어, 상기 제 3 기어리스 모터의 제 3 회전 운동이 상기 제 3 구동 풀리의 회전을 유발하고, 이에 의해 상기 제 3 이동 가능 렌즈의 제 3 종 방향 운동을 유발한다.

제 1, 제 2 및 제 3 기어리스 모터는 제 1 및 제 2 렌즈가 서로 독립적으로 움직일 수 있도록, 독립적으로 작동할 수 있거나, 또는 대안적으로 2 개 이상의 렌즈의 움직임이 상호 의존적일 수 있다. 따라서, 컨트롤러는 제 1, 제 2, 제 3 기어리스 모터의 허용된 비-충돌 위치를 정의한 데이터베이스에 기초하여 제 1, 제 2, 제 3 기어리스 모터의 움직임을 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러는 줌 대물 렌즈에 의해 생성된 이미지의 원하는 그리고 검출된 선명도에 기초하여 피드백 루프에 대한 제 1, 제 2 및 제 3 기어리스 모터의 회전 운동을 보정할 수 있다. 피드백 루프는 제 1, 제 2 및/또는 제 3 이동 가능 렌즈의 위치를 조정하기 위해 보정된 데이터를 기어리스 모터에 전송하기 위해, 줌 대물 렌즈 내의 스케일에 의해 측정된 제 1, 제 2 및/또는 제 3 이동 가능 렌즈의 위치 데이터베이스를 포함할 수 있다.

예시적인 실시 예에 따르면, 줌 장치는 줌 대물 렌즈, 하나 이상의 슬라이드, 및 광학 경로를 따라 줌 대물 렌즈의 이동을 가이드하도록 구성된 레일을 포함한다. 특히, 하나 이상의 슬라이드 및 레일은 이동 가능 렌즈를 포함하는 하우징에 고정될 수 있다. 하나 이상의 슬라이드 및/또는 레일은 바람직하게는 예를 들어, 하나 이상의 슬라이드 및/또는 레일에 통합된 스케일을 사용하여 레일에 대한 하나 이상의 슬라이드의 위치를 감지하도록 구성된다.

예시적인 실시 예에 따르면, 줌 장치는 하우징 렌즈, 제 1 이동 가능 렌즈 및 제 1 기어리스 모터를 갖는 줌 대물 렌즈를 구비하며, 여기서 제 1 기어리스 모터는 하우징 렌즈에 대해, 그리고 광학 경로를 따라 제 1 이동 가능 렌즈를 이동 시키도록 구성되고; 광학 줌 장치는 슬라이드 및 레일을 더 구비하고, 광학 줌 대물 렌즈는 슬라이드 또는 레일 중 적어도 하나에 장착되어, 광학 줌 대물 렌즈가 광학 경로에 평행하게 이동 가능하도록 한다. 위에서 설명한 바와 같이, 줌 대물 렌즈는 3 개 이상의 이동 가능 렌즈를 가질 수 있다.

예시적인 실시 예에 따르면, 줌 대물 렌즈를 작동하는 방법은 제 1 렌즈 변위 유닛을 제공하며, 여기서 제 1 렌즈 변위 유닛은 제 1 기어리스 모터, 제 1 구동 풀리, 제 1 피동 풀리 및 제 1 구동 풀리와 제 1 피동 풀리 사이에 걸쳐 있는 제 1 스레드를 갖는다. 상기 제 1 이동 가능 렌즈는 상기 제 1 스레드에 커플링될 수 있으며, 상기 방법은 상기 제 1 구동 풀리의 회전을 유발하고 이에 의해 제 1 이동 가능 렌즈의 제 1 종 방향 이동을 유발시키도록, 제 1 기어리스 모터를 회전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

예시적인 실시 예에 따르면, 줌 대물 렌즈를 작동하는 방법은 제 2 이동 가능 렌즈, 및 제 2 기어리스 모터, 제 2 구동 풀리, 제 2 피동 풀리 및 제 2 구동 풀리와 제 2 피동 풀리 사이에 걸쳐 있는 제 2 스레드를 포함하는 제 2 렌즈 변위 유닛을 더 제공한다. 상기 제 2 이동 가능 렌즈는 상기 제 2 스레드에 커플링될 수 있으며, 상기 방법은 상기 제 2 구동 풀리의 회전을 유발하고 이에 의해 상기 제 2 이동 가능 렌즈의 제 2 종 방향 이동을 유발시키도록, 제 2 기어리스 모터를 회전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

예시적인 실시 예에 따르면, 줌 대물 렌즈를 작동하는 방법은 중앙 컨트롤러를 더 제공하고, 여기서 방법은 제 1 이동 가능 렌즈의 제 1 종 방향 이동과 제 2 이동 가능 렌즈의 제 2 종 방향 이동이 충돌이 일어 나지 않도록, 중앙 컨트롤러에 의해 제 1 기어리스 모터 및 제 2 기어리스 모터를 제어하는 단계를 더 포함한다.

예시적인 실시 예에 따르면, 줌 대물 렌즈를 작동하는 방법은 제 3 이동 가능 렌즈, 및 제 3 기어리스 모터, 제 3 구동 풀리, 제 3 피동 풀리 및 제 3 구동 풀리와 제 3 피동 풀리 사이에 걸쳐 있는 제 3 스레드를 갖는 제 3 렌즈 변위 유닛을 제공한다. 상기 제 3 이동 가능 렌즈는 상기 제 3 스레드에 커플링될 수 있으며, 상기 방법은 제 3 구동 풀리의 회전을 유발하여 제 3 이동 가능 렌즈의 제 3 종 방향 이동 발생시키도록, 제 3 기어리스 모터를 회전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

첨부된 도면은 본 발명의 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되고 그 일부를 구성한다. 도면은 본 발명의 실시 예를 예시하고, 발명의 기재내용과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 줌 장치의 예시적인 실시 예의 분해 사시도를 도시한다.
도 2는 2 개의 기어리스 모터를 포함하는 도 1의 줌 대물 렌즈의 사시도를 도시한다.
도 3은 도 2의 렌즈 변위 유닛의 개략도를 도시한다.
도 4는 4 개의 렌즈를 갖는 줌 장치의 예시적인 실시 예의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 기능을 실행하기 위한 시스템의 예를 도시하는 개략도이다.
도 6은 도 1의 줌 장치를 작동시키기 위한 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 7a는 3 개의 렌즈 및 트랜스포트를 갖는 줌 장치의 개략적인 평면도이다.
도 7b는 도 7a의 줌 장치의 측면도이다.
도 8은 3 개의 렌즈 및 트랜스포트의 대안적인 배열을 갖는 줌 장치의 개략적인 측면도이다.

다음의 정의는 본 명세서에 개시된 실시 예의 특징에 적용되는 용어를 해석하는데 유용하며, 본 명세서 내의 구성 요소를 정의하기 위한 것일 뿐이다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "줌 대물 렌즈" 또는 "광학 대물 렌즈"라는 표현은 일반적으로 광학 경로를 갖는 장치, 예를 들어 관찰자로부터의 대상체의 시거리가 변경되도록, 대상체에 대해 렌즈 세트를 사용는 카메라 또는 현미경을 포커싱하기 위한 장치를 의미한다. 줌 대물 렌즈는 예를 들어, 가시 광선에 대해 작동할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 줌 대물 렌즈의 다른 응용으로는 예를 들어, 포커싱 위한 렌즈 시스템이 포함된다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "렌즈"는 일반적으로 2 개의 대향하는 규칙적인 표면(둘 다 곡면이거나, 또는 하나는 곡면이고 다른 하나는 평면)을 가지며, 광학 기구(예를 들어, 전자기 광선, 예컨대 빛의 광선을 포커싱함으로써 이미지를 형성하기 위한 줌 대물 렌즈)에 단독으로 또는 결합되어 사용되는 단순한 투명 재료(예를 들어, 가시광선용 유리 등)를 의미한다. 오목 렌즈, 볼록 렌즈 등과 같은 다양한 유형의 렌즈가 포함될 수 있다. 2 개 이상의 단순한 렌즈를 조합하여 줌 대물 렌즈를 구성할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "하우징 렌즈"라는 표현은 일반적으로 줌 대물 렌즈 또는 줌 대물 렌즈의 하우징 내에 고정되어 있는 렌즈를 의미한다. 하우징 렌즈는 일반적으로 줌 대물 렌즈를 위한 하우징에 대해 고정되지만, 대안적인 실시 예에서 하우징 렌즈는 하우징 이외의 레퍼런스에 대해 고정될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "이동 가능 렌즈"라는 표현은 일반적으로 줌 대물 렌즈의 하우징 내에서 이동 가능한 부품 또는 슬라이딩하는 부품인 렌즈를 의미한다. 이동 가능 렌즈는 하우징 렌즈 및/또는 대상체를 기준으로 움직일 수 있다. 줌 대물 렌즈 내에 적어도 하나의 이동 가능 렌즈가 있다. 줌 대물 렌즈 내에서 이동 가능 렌즈(또는 렌즈)를 시프트함으로써, 원하는 줌 대물 렌즈 특성을 얻을 수 있다. 여기서, 각각의 이동 가능 렌즈는 일반적으로 단일 렌즈로 지칭되지만, 각각의 이동 가능 렌즈는 렌즈 그룹으로 구성될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "기어리스 모터"라는 표현은 일반적으로 축에 토크, 예를 들어 20mNM, +/- 5mNM을 가하는 기어리스 전기 장치를 의미한다. 기어가 통합된 모터와 비교할 때, 기어리스 구동은 마모를 줄이고, 감소된 백래시와 개선된 강성 덕분에 모션 시스템의 제어성을 향상시킬 수 있다. 기어리스 모터는 고정 부품 및 회전 디스크와 같은 회전 부품을 포함할 수 있다. 기어리스 모터는 전기로 구동될 수 있으며, 평평한 원형 모양을 가질 수 있다. 기어리스 모터는 브러시와 같은 마모 부품이 없을 수 있다(여기서는 브러시리스 기어리스 모터라고 지칭됨). 기어리스 모터 또는 브러시리스 기어리스 모터의 작동은 전자적으로 및/또는 수동으로 제어될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "종 방향 이동"이라는 표현은 일반적으로 직선 경로를 따른 대상체(예를 들어, 렌즈 또는 렌즈 그룹)의 위치 변화(변위)를 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "이동 가능 렌즈가 하우징 렌즈에 대해 이동한다"라는 표현은 일반적으로, 예를 들어 이동 가능 렌즈 또는 렌즈의 종 방향 이동으로 인한 이동 가능 렌즈와 하우징 사이의 거리 변화를 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 기어리스 모터가 "움직임을 유발하도록 구성"된다라는 표현은 기어리스 모터에 의해 가해지는 토크가 하나 이상의 이동 가능 렌즈의 종 방향 변위를 유발하는 힘으로 전달될 수 있음을 나타낸다. "에 의해 생성된 힘"이라는 표현은 마찬가지로 기어리스 모터가 이동 가능 렌즈로 하여금 실제로 종 방향으로 이동되게 함을 의미할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "렌즈 변위 유닛"이라는 표현은 일반적으로 모터(여기서는 브러시리스 기어리스 모터)로부터 선형으로 이동 가능한 부품(여기서는 이동 가능 렌즈)으로 동력이 전달되는 변속 기어 및 구동축을 포함하는 부품의 어셈블리를 나타낼 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "구동 풀리"라는 표현은 일반적으로 기어리스 모터의 동력을 전달하기 위해 기어리스 모터에 직접 결합되는 휠을 의미한다. 비-가요성 스레드(thread)(또는 다른 가능한 것들 중에서 밴드, 벨트, 로프 또는 체인)가 풀리의 림 위로 통과할 수 있다. 여기서, 비-가요성은 일반적으로 구동 풀리와 피동 풀리 사이를 통과하는 스레드 부분이 충분히 단단하여, 예를 들어 금속의 클램핑 또는 크림프(crimped) 블록에 의해 스레드에 연결된 렌즈가 상당한 움직임(play) 또는 예를 들어, 1-15cm 정도의 범위에 걸쳐 +/- 1 마이크론 미만의 변동 없이, 또는 예를 들어, 여기에 제한되지 않지만 50GPa-150GPa 범위의 영률을 가져서, 정확하게 위치될 수 있음을 나타낸다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "피동 풀리"라는 표현은 일반적으로 구동 풀리에 의해 간접적으로 구동될 수 있는 휠을 의미한다. 이를 위해, 비-가요성 스레드 등이 구동 풀리와 피동 풀리 사이에서 연장될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "무엇에 걸쳐 있는 스레드"라는 표현은 일반적으로 비-가요성 스레드가 구동 풀리의 림과 결합되고, 피동 풀리의 림과 결합되고, 기어리스 모터의 동력을 기어리스 모터로부터 스레드, 피동 풀리, 마지막으로 이동 가능 렌즈에도 전달할 수 있음을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "이동 가능 렌즈가 스레드에 결합된다"라는 표현은 일반적으로 기어리스 모터의 회전이 이동 가능 렌즈의 종 방향 이동으로 직접 전달되도록, 이동 가능 렌즈가 스레드에 고정되는 것을 의미한다. 이동 가능 렌즈는 스레드가 구동 풀리와 피동 풀리 사이에서 선형으로 연장되는 스레드에 고정될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "슬라이드" 및 "레일"이라는 표현은 일반적으로 기계 부품의 가이드 이동을 가능하게 하는 장치를 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 렌즈 또는 렌즈 그룹은 레일상에서 미끄러지도록 구성된 슬라이드 상에 장착될 수 있어서, 렌즈 및 슬라이드는 레일, 예를 들어 줌 대물 렌즈의 광학 경로를 따라 종 방향으로 이동할 수 있다. 슬라이드 및/또는 레일은 레일상의 하나 이상의 슬라이드의 상대적 위치를 감지하고 하나 이상의 슬라이드의 위치를 나타내는 데이터를 외부 컨트롤러에 전달하도록 구성될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "광학 경로"라는 표현은 줌 대물 렌즈와 같은 광학 시스템을 통해 광선이 따르는 경로를 정의할 수 있다. "광학 경로"는 가시 광선에 대한 경로를 제한하려는 의도는 아니지만, 가시광 및/또는 비-가시 전자기파를 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다.

이제, 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 참조할 것이며, 그 예는 첨부 도면에 도시되어 있다. 가능한 한, 동일한 참조 번호가 동일 또는 유사한 부분을 지시하기 위해 도면 및 발명의 설명에 사용된다.

도 1은 줌 대물 렌즈(110) 및 이동 가능 하우징(120)을 갖는 줌 장치(100)의 예시적인 제 1 실시 예의 사시도 및 분해도를 도시한다. 제 1 실시 예는 "줌 장치" 및 "줌 대물 렌즈"라는 용어를 사용하지만, 장치의 사용은 줌 기능에 제한되지 않고, 추가 광학 기능, 예를 들어 포커싱 및/또는 빔 조정 기능을 제공할 수 있다. 이동 가능 하우징(120)은 줌 대물 렌즈(110)를 수용한다. 또한, 이동 가능 하우징(120)은 하우징 레일(128), 및 하우징 레일(128)이 고정된 베이스판(129)에 대한 이동 가능 하우징(120)의 이동을 허용하도록, 하우징 레일(128)을 따라 이동하도록 구성된 하우징 슬라이드(127)를 포함할 수 있다. 이동 가능 하우징(120)은 제 1 측판(123) 및 제 2 측판(124)을 구비하며, 둘 다 광학 경로(115)에 평행하게 연장된다. 광학 경로(115)는 조사될 대상체(도시되지 않음)로부터 전면판(125)을 통해 그리고 후면판(126)을 통한 줌 대물 렌즈(110)를 경유하여 연장된다. 따라서, 전면판(125) 및 후면판(126)은 광학 경로를 따라 이동 가능 하우징(120)을 통한 광의 통과를 제공하기 위해 각각 전면판 개구(125a) 및 후면판 개구(126a)를 포함할 수 있다. 이동 가능 하우징(120)은 전면판(125)과 후면판(126)에 부착되며 하우징 슬라이드(127)가 고정되는 바닥판(122)을 추가적으로 구비할 수 있다. 그 결과, 이동 가능 하우징(120)은 하우징 슬라이드(127)(바닥판(122)에 장착됨)와 하우징 레일(128)(베이스판(129)에 장착됨)을 서로에 대해 시프트시킴으로써, 베이스판(129)에 대해 슬라이딩될 수 있다. 바닥판(122)의 반대편에, 상부판(121)이 전면판(125) 및 후면판(126)에 부착되고, 이동 가능 하우징(120)의 상부 측에 위치한다. 줌 장치(100)의 제 1 실시 예는 실질적으로 직사각형 박스 형태의 하우징을 가지며, 대안적인 실시 예는 상이한 형태의 하우징을 가질 수 있다.

줌 대물 렌즈(110)는 제 1 이동 가능 렌즈(111)를 갖는다. 제 1 이동 가능 렌즈(111)는 이동 가능 하우징(120)에 직접 또는 간접적으로 장착된 제 1 레일(118)과 상호 작용하는 제 1 슬라이드(117)에 장착된다. 예를 들어, 제 1 레일(118)은 이동 가능 하우징(120)의 바닥판(122)에 장착될 수 있다.

줌 대물 렌즈(110)는 이동 가능 하우징(120)에 직접 또는 간접적으로 장착될 수 있는 하우징 렌즈(119)를 더 포함하는데, 이는 예를 들어, 이동 가능 하우징(120)의 전면판(125)에 장착된다. 광학 경로(115)는 조사된 대상체로부터 하우징 렌즈(119)를 통해, 그리고 제 1 이동 가능 렌즈(111)를 통해 센서(도시되지 않음), 예를 들어 이미지 센서 또는 다른 이미지 수집기 또는 이미지 뷰어를 향해 줌 대물 렌즈(110) 내에서 연장된다.

광학 경로(115), 제 1 슬라이드(117) 및 제 1 레일(118)은 제 1 이동 가능 렌즈(111)에 커플링되고, 하우징 슬라이드(127) 및 하우징 레일(128)은 하우징 렌즈(119)에 커플링되고, 그 모두는 서로 평행하게 연장된다. 따라서, 제 1 이동 가능 렌즈(111)는 광학 경로(115)와 평행하게 이동한다. 이것은 하우징 렌즈(119)와 제 1 이동 가능 렌즈(111) 모두를 위해 조사된 대상체에 대한 정확한 위치를 제공하며, 광학 검사에 따른 높은 수준의 정확도로 서로에 대한 정확한 위치를 제공한다.

줌 장치(100)는 하나 이상의 컨트롤러(130, 131, 139)를 포함하는 전자 회로를 포함한다. 배선 보드(140)는 상부판(121) 아래에 위치할 수 있는 전자 회로를 수용하도록 구성된 보드 소켓(143)을 갖는다. 배선 보드(140)는 제 1 슬라이드(117) 상에 장착된 제 1 이동 가능 컨트롤러(131)에 전기적으로 결합될 수 있다. 배선 보드(140)은 예를 들어, 개구(140a)를 통과하는 제 1 가요성 배선(141)에 의해 제 1 이동 가능 컨트롤러(131)에 결합될 수 있다.

제 1 이동 가능 컨트롤러(131)는 제 1 레일(118)에 대한 제 1 슬라이드(117)의 위치에 관한 센서 데이터를 수신하여, 배선 보드(140)에 센서 데이터를 제공할 수 있다. 여기서, 그 데이터는 예를 들어, 배선 보드(140)에 위치한 보드 소켓(143)에 연결된 제 2 가요성 와이어(142)에 의해 중앙 컨트롤러(130)로 추가적으로 전달된다. 이동 가능 하우징(120)의 상판(121)은 제 2 가요성 와이어(142)가 상판(121)을 통해 연장될 수 있도록 하는 상부 개구(121a)를 가질 수 있다.

고정 컨트롤러(139)는 베이스판(129) 상에 위치되고, 중앙 컨트롤러(130)에 연결될 수 있다. 하우징 슬라이드(127)는 하우징 레일(128)에 대한 하우징 슬라이드(127)의 위치를 검출하기 위한 센서 및/또는 스케일을 포함할 수 있다. 고정 컨트롤러(139)는 하우징 슬라이드(127)의 위치로부터 포착된 데이터를 중앙 컨트롤러(130)로 전송할 수 있다. 고정 컨트롤러(139)와 제 1 이동 컨트롤러(131)로부터 들어오는 데이터는 중앙 컨트롤러(130)에 의해 분석될 수 있다. 중앙 컨트롤러(130)는 제 1 렌즈(111)의 위치를 제어하기 위해 고정 컨트롤러(139)에 제어 명령을 전송할 수 있다.

제 1 실시 예는 다수의 컨트롤러(131, 130, 139)를 포함하지만, 대안적인 실시 예는 슬라이드(117, 127) 및 레일(118, 128)과 같은 이동 가능한 구성 요소의 움직임을 추적 및/또는 제어하도록 구성된 분산형 컨트롤러 및/또는 더 적은 수의 컨트롤러, 또는 단일 컨트롤러를 구비할 수 있다. 도 1은 제 1 슬라이드(117), 제 1 이동 가능 컨트롤러(131) 및 제 1 이동 가능 렌즈(111)만을 도시하지만, 줌 장치(100)의 실시 예는 하나, 둘, 세 개 또는 그 이상의 이동 가능 렌즈(111, 112, 113)를 이동시키기 위한 모터 및 트랜스포트를 포함할 수 있고, 여기서 각각의 이동 가능 렌즈(111, 112, 113)는 연관된 이동 가능 컨트롤러(131)를 가질 수 있다.

도 2는 제 1 기어리스 모터(221) 및 제 2 기어리스 모터(222)를 포함하는 줌 대물 렌즈(110)의 사시도를 도시한다. 도 2는 제 1 기어리스 모터(221) 및 제 2 기어리스 모터(222)가 (대상체 뒤의 광학 경로(115)을 따라) 하우징 렌즈(119) 뒤의 광학 경로(115)의 반대측에 배치되는 것을 도시한다. 따라서, 2 개의 기어리스 모터(221, 222)의 작동은 광학 경로(115)를 방해하지 않는다. 2 개의 움직이는 렌즈(도 2에 도시되지 않음; 도 4, 111, 112, 113 참조)의 위치를 동시에 독립적으로 제어하기 위해, 제 1 기어리스 모터(221)는 제 1 접촉부(321c)를 갖고, 제 2 기어리스 모터(222)는 제 2 접촉부(322c)를 갖는다. 제 1 기어리스 모터(221) 및 제 2 기어리스 모터(222)는 배선 보드(140)에 대해 고정될 수 있다.

제 1 기어리스 모터(221)는 제 1 구동 풀리(221a)와 제 1 피동 풀리(221b)를 구비하며, 이는 상호적으로 제 1 스레드(221f)에 의해 제 1 기어리스 모터(221)의 회전 운동을 종 방향 이동으로 변환한다. 마찬가지로, 제 2 기어리스 모터(222)는 제 2 구동 풀리(222a) 및 제 2 피동 풀리(222b)를 구비하며, 이는 상호적으로 제 1 스레드(222f)에 의해 제 2 기어리스 모터(222)의 회전 운동을 종 방향 이동으로 변환한다.

도 3은 제 1 이동 가능 렌즈(111)의 제 1 종 방향 이동 범위(341)를 허용하기 위해, 제 1 이동 가능 렌즈(111)에 결합된 제 1 렌즈 변위 유닛(361)의 개략도를 도시한다. 제 1 렌즈 변위 유닛(361)은 제 1 기어리스 모터(221), 제 1 구동 풀리(221a), 제 1 피동 풀리(221b), 제 1 스레드(221f) 및 제 1 기계적 연결부(351)를 포함한다. 기계적 연결부(351)는 제 1 스레드(221f)와 제 1 이동 가능 렌즈(111)를 연결한다.

들어오는 제어 신호는 기어리스 모터(221)가 한 방향 또는 반대 방향으로의 회전 운동(371)을 수행하게 한다. 구동 풀리(221a)와 피동 풀리(221b)는 제 1 스레드(221f)에 의해 연결되어, 기어리스 모터(221) 및 구동 풀리(221a) 각각의 회전 운동(371)이 기계적 연결부(351) 및 제 1 이동 가능 렌즈(111)의 종 방향 이동 범위(341)로 변환되게 한다. 제 1 이동 가능 렌즈(111)의 종 방향 이동 범위(341)는 제 1 레일(118)(도 1) 상의 제 1 슬라이드(117)(도 1)에 의해 가이드될 수 있다. 따라서, 구동 풀리(221a)의 베어링(321g)과 피동 풀리(221b)의 베어링(221h) 사이의 거리는 제 1 이동 가능 렌즈(111)의 종 방향 이동 범위(341)를 제한할 수 있다. 예를 들어, 거리는 1-15cm 정도 또는 그 이상일 수 있다.

기계적 연결부(351)는 임의의 크기를 가질 수 있고, 임의의 방향으로 제 1 스레드(221f)에 결합될 수 있어, 다양한 기계적 연결부(351)가 가능하다. 예를 들어, 기계적 연결부(351, 352, 353)는 크림핑 또는 클램핑을 통해 스레드(221f, 222f, 223f)에 부착된 알루미늄과 같은 단단한 블록일 수 있다.

제 1 기어리스 모터(221), 제 1 구동 풀리(221a), 제 1 피동 풀리(221b), 제 1 스레드(221f) 및 제 1 기계적 연결부(351)를 갖는 제 1 렌즈 변위 유닛(361)과 유사하게, 제 2 렌즈 변위 유닛(362) 및 제 3 렌즈 변위 유닛(363)이 제공될 수 있다. 유사하게, 제 2 및 제 3 렌즈 변위 유닛(362, 363)은 제 2 및 제 3 기어리스 모터(222, 223), 제 2 및 제 3 구동 풀리(222a, 223a), 제 2 및 제 3 피동 풀리(222b, 223b), 제 2 및 제 3 스레드(222f, 223f) 및 제 2 및 제 3 기계적 연결부(352, 353)를 포함할 수 있다.

그러나, 제 1, 제 2 및 제 3 렌즈 변위 유닛(361, 362, 363)이 유사한 구조(이들 모두를 묘사할 필요는 없음)를 가지더라도, 제 1 이동 가능 렌즈(111)의 제 1 종 방향 이동(341), 제 2 이동 가능 렌즈(112)의 제 2 종 방향 이동(342) 및 제 3 이동 가능 렌즈(113)의 제 3 종 방향 이동(343)은 서로 독립적일 수 있다. 이는 중앙 컨트롤러(130)가 제 1, 제 2, 제 3 기어리스 모터(221, 222, 223)의 회전 운동(371, 372, 373)을 각각 서로 독립적으로 제어할 수 있기 때문이다. 렌즈 변위 유닛(361, 362, 363)은 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 줌 대물 렌즈(110)의 반대측의 장착을 수용하도록, 도 3에 도시된 구성의 미러 이미지로 만들어질 수 있음을 주목해야 한다.

제 1 이동 가능 렌즈(111), 제 2 이동 가능 렌즈(112) 및 제 3 이동 가능 렌즈(113)는 각각 다른 렌즈의 위치에 제한을 받아 서로 독립적으로 이동할 수 있다. 제 1 이동 가능 렌즈(111)는 제 1 렌즈 변위 유닛(361)에 의해 구동되고, 제 1 종 방향 이동 범위(341)에 걸쳐 이동을 수행할 수 있다. 따라서, 제 2 이동 가능 렌즈(112)는 제 2 렌즈 변위 유닛(362)에 의해 구동될 수 있고, 또한 제 3 이동 가능 렌즈(113)는 제 3 렌즈 변위 유닛(363)에 의해 구동될 수 있다. 따라서, 제 1 이동 가능 렌즈(111), 제 2 이동 가능 렌즈(112) 및 제 3 이동 가능 렌즈(113)는 제 1, 제 2 및 제 3 종 방향 이동 범위(341, 342, 343)를 각각 수행한다. 위에서 설명한 바와 같이, 제 1, 제 2 및 제 3 렌즈 변위 유닛(361, 362, 363)은 제 1, 제 2 및 제 3 이동 가능 렌즈(111, 112, 113)에 각각 임의의 방향 및 크기로 결합되어, 3 개의 이동 가능 렌즈(111)가 광학 경로(115)를 따라 상호적으로 배열될 수 있게 한다. 줌 대물 렌즈(110)는 하우징 렌즈(119)가 장착된 이동 가능 하우징(120)에 배치될 수 있다. 하우징 렌즈(119)는 또한 광학 경로(115)를 따라 배열된다. 이동 가능 하우징(120)은 베이스판(129) 상에 이동 가능하게 장착될 수 있어서, 이동 가능 하우징(120)의 종 방향 하우징 이동(448)이 광학 경로(115)를 따라 하우징 렌즈(119)의 동일한 이동을 야기한다. 따라서, 줌 대물 렌즈(110)는 종 방향 하우징 이동(448)에 의해 물체(미도시)까지의 거리를 변경할 수 있다. 또한, 줌 대물 렌즈(110)는 특정 줌 요구 사항에 따라 다양한 렌즈 간격 배열을 제공하기 위해 독립적으로 이동할 수 있는 3 개의 이동 가능 렌즈(111, 112, 113)를 포함한다. 제 1, 제 2 및 제 3 이동 가능 렌즈(111, 112, 113)는 각각 서로 다른 유형일 수 있으며, 예를 들어 수렴 렌즈, 확산 렌즈 또는 임의의 다른 렌즈 유형일 수 있다.

도 7a는 3 개의 렌즈 변위 유닛(361, 362, 363)의 예시적인 제 1 장착 배열을 도시하는 줌 장치(100) 구현의 평면 사시도를 도시한다. 도 7b는 도 7a의 제 1 렌즈 변위 유닛(361) 및 제 3 렌즈 변위 유닛(363)의 예시적인 제 1 장착 배열의 측면 사시도를 도시한다.

제 1 렌즈 변위 유닛(361) 및 제 3 렌즈 변위 유닛(363)은 제 1 측판(123)(도 1)에 인접한 줌 장치(100)의 제 1 측에 엔드-투-엔드(end-to-end)로 장착되고, 제 2 렌즈 변위 유닛(362)은 제 2 측판(124)에 인접한 줌 장치(100)의 제 2 측에 장착된다(도 1). 제 1 렌즈 변위 유닛(361)은 제 1 종 방향 이동 범위(341)에 걸쳐 제 1 레일(118)을 따라 종 방향으로 제 1 이동 가능 렌즈(111)를 이동시킨다. 제 2 렌즈 변위 유닛(362)은 제 2 종 방향 이동 범위(342)에 걸쳐 제 1 레일(118)을 따라 종 방향으로 제 2 이동 가능 렌즈(112)를 이동시킨다. 제 3 렌즈 변위 유닛(362)은 제 3 종 방향 이동 범위(343)에 걸쳐 제 1 레일(118)을 따라 종 방향으로 제 3 이동 가능 렌즈(113)를 이동시킨다.

도 7a 내지 도 7b에 도시된 제 1 장착 배열 하에서, 제 1 종 방향 이동 범위(341)는 제 3 종 방향 이동 범위(343)와 중첩되지 않는 반면, 제 1 종 방향 이동 범위(341) 및 제 3 종 방향 이동 범위(343)는 제 2 종 방향 이동 범위(342)와 중첩된다.

도 8은 줌 장치(100)의 일측에 장착된 제 1 렌즈 변위 유닛(361) 및 제 2 렌즈 변위 유닛(363)의 예시적인 제 2 배열의 측면 사시도를 도시한다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 제 2 렌즈 변위 유닛(362)은 제 1 렌즈 변위 유닛(361) 및 제 2 렌즈 변위 유닛(363)으로부터 줌 장치(100)의 반대측에 장착된다.

제 1 렌즈 변위 유닛(361)과 제 3 렌즈 변위 유닛(363)은 제 1 측판(123)(도 1)에 인접한 줌 장치(100)에 나란히(side-by-side) 장착되고, 제 2 렌즈 변위 유닛(362)은 제 2 측판(124)에 인접한 줌 장치(100)에 장착된다(도 1). 도 7a 및 도 7b에 도시된 제 1 장착 배열과는 대조적으로, 도 8에 도시된 제 2 장착 배열 하에서, 제 1 종 방향 이동 범위(341)는 제 3 종 방향 이동 범위(343)와 중첩된다. 예를 들어, 제 1 기계적 연결부(351)는 제 1 스레드(221f)의 상단부에 장착될 수 있고, 제 3 기계적 연결부(353)는 제 3 스레드(223f)의 상단부에 장착될 수 있다. 제 1 종 방향 이동 범위(341) 및 제 3 종 방향 이동 범위(343)는 각각 제 2 종 방향 이동 범위(342)와 중첩된다.

렌즈 변위 유닛(361, 362, 363)의 다른 장착 배열도 가능하다. 예를 들어, 모든 렌즈 변위 유닛은 줌 장치(100)의 동일한 측면에 장착될 수 있고, 및/또는 이동 가능 렌즈(111, 112, 113)는 제 1 레일(118) 상에 장착될 수 있고, 및/또는 제 1 레일(118)과 나란히 또는 엔드-투-엔드로 장착된 제 2 레일(미도시) 상에 장착될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 중앙 컨트롤러(130)(도 1)는 필요한 줌, 예를 들어 하우징 렌즈(119)로부터 검사될 대상체까지의 임의의 특정 거리에서 0.5X 내지 10X에 따라 3 개의 이동 가능 렌즈(111, 112, 112)의 위치를 제어할 수 있다. 또한, 중앙 컨트롤러(130)는 광학 경로(115)를 따라 3 개의 이동 가능 렌즈(111, 112, 113)의 허용 위치(P1, P2, P3)의 테이블을 가질 수 있으며, 이에 따라 중앙 컨트롤러(130)는 3 개의 이동 가능 렌즈(111, 112, 113) 각각의 두께 d⁺(P1, P2, P3) 및 d^-(P1, P2, P3)에 의해 도출될 수 있는 최소한의 양으로, 서로 다른 가능한 위치(P1, P2, P3)를 허용한다. 예를 들어, 위치(P1)는 제 1 이동 가능 렌즈(111)의 위치를 정의할 수 있고, d⁺(P1)는 제 2 이동 가능 렌즈(112)를 향하는 방향으로 제 1 이동 가능 렌즈(111)의 두께를 정의할 수 있다. 또한, 위치(P2)는 제 2 이동 가능 렌즈(111)의 위치를 정의할 수 있고, d^-(P2)는 제 1 렌즈(111)를 향하는 방향으로 제 2 이동 가능 렌즈(112)의 두께를 정의할 수 있다. 그러면, 제 1 이동 가능 렌즈(111)의 주어진 위치(P1)에 의해 제 2 이동 가능 렌즈(112)의 위치(P2)는 적어도 P1 + d⁺(P1) + d^-(P2)가 될 수 있다. 따라서, P1 = d^-(P1) + Pi인 제 1 이동 가능 렌즈(111)의 초기 위치(P1)에 대해서도 동일하게 유지되며, 여기서 Pi는 하우징 렌즈(119)를 향한 최소 위치를 정의한다. 유사하게, 제 3 이동 가능 렌즈(113)의 절대 종료 위치(Pe)는 종료 위치(Pe)로부터 유도될 수 있는데, 여기서 제 3 렌즈(113)의 위치인 P3는 Pe + d⁺(P3)보다 작다.

중앙 컨트롤러(130)가 3 개의 이동 가능 렌즈(111, 112, 113) 각각의 위치를 획득하거나 달리 결정하면, 중앙 컨트롤러(130)는 개별 이동 가능 컨트롤러(131)에게 3 개의 이동 가능 렌즈(111, 112, 113) 각각을 상기 결정된 위치로 이동하도록 명령할 수 있다. 개별 이동 컨트롤러(131)는 3 개의 이동 가능 렌즈(111, 112, 113) 각각을 동시에 이동시킬 수 있고, 3 개의 이동 가능 렌즈(111, 112, 113) 각각을 한번에 하나씩 이동시키거나, 또는 1 개, 2 개 또는 3 개의 이동 가능 렌즈(111, 112, 113)가 특정 시간에 이동하는 이동 시퀀스를 수행할 수 있다. 중앙 컨트롤러(130)는 특정 결과 이미지를 달성하기 위해 예를 들어, 사용자 인터페이스(미도시)를 통해 3 개의 이동 가능 렌즈(111, 112, 113) 중 하나 이상의 위치를 개별적으로 조정하도록 추가적으로 지시될 수 있다. 결과 위치는 예를 들어 로컬 또는 원격 메모리에 저장될 수 있으므로, 중앙 컨트롤러(130)는 3 개의 이동 가능 렌즈(111, 112, 113)를 저장된 위치로 리턴할 수 있다.

표 1은 도 4에 도시된 대물 렌즈에 대한 3 가지 예시적인 포커싱/줌 적용에 대한 렌즈 거리를 제공한다. 표 1의 경우, 렌즈(111, 119)는 고정되어 있고, 렌즈(112, 113)은 이동할 수 있다고 가정하고, z1은 렌즈(113)와 렌즈(119)의 중간 점 사이의 광학 경로(115)를 따른 거리를 나타내고, z2는 이동 가능 렌즈(112)의 중간 지점과 하우징 렌즈(119) 사이의 광학 경로(115)를 따른 거리를 나타낸다.

[표 1]

표 1에 도시된 예에서, +/- 5μm만큼 작은 정도의 위치 오차는 시각적인 광학 성능 저하로 이어질 수 있다.

도 6은 도 4를 참조하여 설명된 독립적으로 이동 가능한 렌즈를 위치시키기 위한 예시적인 방법(600)의 흐름도이다. 흐름도의 모든 프로세스 설명 또는 블록은 프로세스에서 특정 논리 기능을 구현하기 위한 하나 이상의 명령을 포함하는 모듈, 세그먼트, 코드 부분 또는 단계를 나타내는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 기술 분야에서 합리적으로 숙련된 자들에 의해 이해되는 바와 같이, 관련된 기능에 따라 실질적으로 동시에 또는 역순을 포함하여, 도시되거나 논의된 것으로부터 순서없이 그 기능이 실행될 수 있는 대안적인 구현 예가 본 발명의 범위 내에 포함된다.

줌 대물 렌즈에 대한 원하는 줌 배율과 하우징 렌즈로부터 물체까지의 거리가 도 6에 도시된 바와 같이 수신된다. 예를 들어, 중앙 컨트롤러(630)는 사용자 인터페이스를 통해 줌 대물 렌즈(110)의 사용자로부터 줌 배율을 수신할 수 있다.

광학 위치(P1, P2, P3)는 블록(620)으로 도시된 바와 같이, 하우징 렌즈(119)에 대한 이동 가능 렌즈(111, 112, 113)에 대해 결정된다. 예를 들어, 이동 가능 렌즈(111, 112, 113))에 대한 광학 위치(P1, P2, P3)는 하우징 렌즈(119)로부터 물체까지의 거리 및 4 개의 렌즈(111, 112, 113, 119) 모두의 특정 광학 특성에 의해 주어진 특정 광학 요구 사항에 따라 저장된 테이블로부터 계산되거나 가져올 수 있다. 광학 위치(P1, P2, P3)는 블록(630)으로 도시된 바와 같이, 이동 가능 렌즈(111, 112, 113)에 대한 가능한 기계적 위치와 비교된다.

블록(640)으로 도시된 바와 같이, 이동 가능 렌즈(111, 112, 113)의 어떠한 잠재적인 충돌도 가능한 기계적 위치(P1, P2, P3)에서 검출되지 않는 경우, (광학 설정 및 가능한 기계적 설정은 "충돌 없음"을 초래하고), 그 다음 중앙 컨트롤러(130)는 블록(650)으로 도시된 바와 같이, 이동 가능 렌즈(111, 112, 113)에 대하여 렌즈 변위 유닛(361, 362, 363)을 향해 이동 제어 데이터를 전송하고, 그 결과 블록(660)으로 도시된 바와 같이, 3 개의 이동 가능 렌즈(111, 112, 113)를 기계적 위치(P1, P2, P3)로 이동시킨다.

위에서 상세히 설명된 기능을 실행하기 위한 본 발명의 시스템은 컴퓨터일 수 있으며, 그 예는 도 5의 개략도에 도시되어 있다. 시스템(500)은 프로세서(502), 저장 장치(504), 위에서 언급한 기능을 정의하는 소프트웨어(508)가 저장된메모리(506), 입력 및 출력(I/O) 장치(510)(또는 주변 장치) 및 시스템(500) 내에서의 통신을 가능하게 로컬 버스 또는 로컬 인터페이스(512)를 포함한다. 로컬 인터페이스(512)는 예를 들어, 당 업계에 알려진 바와 같이 하나 이상의 버스 또는 다른 유선 또는 무선 연결일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 로컬 인터페이스(512)는 통신을 가능하게 하는 컨트롤러, 버퍼(캐시), 드라이버, 리피터 및 수신기와 같은 단순함을 위해 생략된 추가 요소를 가질 수 있다. 또한, 로컬 인터페이스(512)는 전술한 구성 요소들 간의 적절한 통신을 가능하게 하기 위해 어드레스, 제어 및/또는 데이터 연결을 포함할 수 있다.

프로세서(502)는 특히 메모리(506)에 저장된 소프트웨어를 실행하기 위한 하드웨어 장치이다. 프로세서(502)는 임의의 주문 제작되거나 상업적으로 이용 가능한 단일 코어 또는 다중 코어 프로세서, 중앙 처리 장치(CPU), 본 발명의 시스템(500)과 관련 여러 프로세서들 중 보조 프로세서, 반도체 기반 마이크로 프로세서(마이크로 칩 또는 칩셋 형태), 매크로프로세서, 또는 일반적으로 소프트웨어 명령을 실행하기 위한 임의의 장치일 수 있다.

메모리(506)는 휘발성 메모리 요소(예를 들어, 랜덤 액세스 메모리(DRAM, SRAM, SDRAM 등과 같은 RAM) 및 비휘발성 메모리 요소(예를 들어, ROM, 하드 드라이브, 테이프, CDROM 등) 중 어느 하나 또는 임의의 조합을 포함할 수 있다. 더욱이, 메모리(506)는 전자, 자기, 광학 및/또는 다른 유형의 저장 매체를 포함할 수 있다. 메모리(506)는 다양한 구성 요소가 서로 원격으로 위치하지만 프로세서(502)에 의해 액세스될 수 있는 분산 아키텍처를 가질 수 있음에 유의해야 한다.

소프트웨어(508)는 본 발명에 따라 시스템(500)에 의해 수행되는 기능을 정의한다. 메모리(506)의 소프트웨어(508)는 하나 이상의 개별 프로그램을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 후술하는 바와 같이 시스템(500)의 논리 기능을 구현하기 위해 실행 가능한 명령의 순서화된 목록을 포함한다. 메모리(506)는 운영 체제(O/S)(520)를 포함할 수 있다. 운영 체제는 기본적으로 시스템(500) 내의 프로그램 실행을 제어하고, 스케줄링, 입출력 제어, 파일 및 데이터 관리, 메모리 관리, 통신 제어 및 관련 서비스를 제공한다.

I/O 장치(510)는 입력 장치, 예를 들어 키보드, 마우스, 스캐너, 마이크 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않을 수 있다. 또한, I/O 장치(510)는 출력 장치, 예를 들어 프린터, 디스플레이 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않을 수 있다. 마지막으로, I/O 장치(510)는 입력 및 출력을 통해 통신하는 장치, 예를 들어, 변조기/복조기(다른 장치, 시스템 또는 네트워크에 액세스하기 위한 모뎀), 무선 주파수(RF) 또는 기타 트랜시버, 전화 인터페이스, 브리지, 라우터 또는 기타 장치를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않을 수 있다.

시스템(500)이 동작 중일 때, 프로세서(502)는 상술한 바와 같이, 메모리(506) 내에 저장된 소프트웨어(508)를 실행하고, 메모리(506)와 데이터를 주고 받으며, 일반적으로 소프트웨어(508)에 따라 시스템(500)의 동작을 제어하도록 구성된다.

시스템(500)의 기능이 동작 중일 때, 프로세서(502)는 메모리(506) 내에 저장된 소프트웨어(508)를 실행하고, 메모리(506)와 데이터를 주고 받으며, 일반적으로 소프트웨어(508)에 따라 시스템(500)의 동작을 제어하도록 구성된다. 운영 체제(520)는 프로세서(502)에 의해 판독되고, 아마도 프로세서(502) 내에 버퍼링된 다음, 실행된다.

시스템(500)이 소프트웨어(508)에 구현될 때, 시스템(500)을 구현하기 위한 명령은 임의의 컴퓨터 관련 장치, 시스템 또는 방법에 의해 또는 이와 관련하여 사용하기 위해 임의의 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이러한 컴퓨터 판독 가능 매체는 일부 실시 예에서 메모리(506) 또는 저장 장치(504) 중 하나 또는 둘 모두에 대응할 수 있다. 이 문서의 맥락에서, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 관련 장치, 시스템 또는 방법에 의해 또는 이와 관련하여 사용하기 위해 컴퓨터 프로그램을 포함하거나 저장할 수 있는 전자, 자기, 광학 또는 기타 물리적 장치이다. 시스템을 구현하기 위한 명령은 프로세서 또는 다른 그러한 명령 실행 시스템, 장치 또는 장치에 의해 또는 이와 관련하여 사용하기 위해 임의의 컴퓨터 판독 가능 매체에 구현될 수 있다. 프로세서(502)가 예로서 언급되었지만, 그러한 명령 실행 시스템, 장치 또는 디바이스는 일부 실시 예에서, 명령 실행 시스템, 장치 또는 디바이스로부터 명령을 가져와서 그 명령을 실행할 수 있는 임의의 컴퓨터 기반 시스템, 프로세서-함유 시스템 또는 다른 시스템일 수 있다 이 문서의 맥락에서, "컴퓨터 판독 가능 매체"는 프로세서 또는 기타 명령 실행 시스템, 장치 또는 디바이스에 의해 또는 이와 관련하여 사용하기 위해 프로그램을 저장, 통신, 전파 또는 전송할 수 있는 모든 수단일 수 있다.

이러한 컴퓨터 판독 가능 매체는 예를 들어, 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선 또는 반도체 시스템, 장치, 디바이스 또는 전파 매체일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 컴퓨터 판독 가능 매체의 보다 구체적인 예(비-배타적인 목록)는 하나 이상의 전선을 갖는 전기 연결(전자), 휴대용 컴퓨터 디스켓(자기), RAM(랜덤 액세스 메모리)(전자), ROM(읽기 전용 메모리)(전자), 지울 수 있는 프로그래밍 가능 읽기 전용 메모리(EPROM, EEPROM 또는 플래시 메모리)(전자), 광섬유(광) 및 휴대용 컴팩트 디스크 읽기 전용 메모리(CDROM)(광학)를 포함한다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 예를 들어, 종이 또는 다른 매체의 광학 스캐닝을 통해 프로그램이 전자적으로 캡처된 다음, 컴파일, 해석 또는 필요하면 적절한 다른 방식으로 처리되고, 그후 컴퓨터 메모리에 저장될 수 있기 때문에, 프로그램이 인쇄되는 종이 또는 다른 적절한 매체일 수도 있다.

대안적인 실시 예에서, 시스템(500)이 하드웨어로 구현되는 경우, 시스템(500)은 당 업계에 각각 잘 알려진 다음 기술들: 데이터 신호에 대한 논리 기능을 구현하기 위한 논리 게이트를 갖는 개별 논리 회로(들), 적절한 조합 논리 게이트를 갖는 ASIC(응용 주문형 집적 회로), PGA(프로그래밍 가능 게이트 어레이), FPGA(필드 프로그램 가능 게이트 어레이) 중 임의의 것 또는 조합으로 구현될 수 있다.

본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나지 않고 본 발명의 구조에 대해 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 전술한 내용을 고려하여, 본 발명은 본 발명의 수정 및 변형이 다음의 청구 범위 및 그 균등물의 범위 내에 속한다면, 본 발명에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (16)

1. 광학 대물 렌즈(110)로서,
   하우징;
   상기 하우징에 대해 고정되며 광학 경로(115)에 배열된 하우징 렌즈(119);
   상기 하우징 내부에 배치되며 상기 광학 경로에 배열된 제 1 이동 가능 렌즈(111); 및
   상기 제 1 이동 가능 렌즈와 기계적 연결되는 제 1 기어리스 모터(221);
   를 포함하고,
   여기서, 상기 제 1 기어리스 모터는 상기 광학 경로를 따라 상기 하우징 렌즈에 대해 상기 제 1 이동 가능 렌즈의 제 1 종 방향 이동(341)을 발생시키도록 구성되는 광학 대물 렌즈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 종 방향 이동은 1 내지 15cm 범위에 있는 광학 대물 렌즈.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 이동 가능 렌즈 및/또는 상기 하우징 렌즈는 렌즈 그룹을 포함하는 광학 대물 렌즈.
4. 제 1 항에 있어서,
   제 1 기어리스 모터, 제 1 기어리스 모터와 강성 회전 연결된 제 1 구동 풀리(221a), 제 1 피동 풀리(221b), 제 1 구동 풀리와 제 1 피동 풀리 사이에 걸쳐 있는 제 1 스레드(321f) 및 상기 제 1 이동 가능 렌즈와 상기 제 1 스레드 사이의 커플링을 포함하는 제 1 변위 유닛(361)을 더 포함하고,
   상기 제 1 기어리스 모터의 제 1 회전 운동은 상기 제 1 구동 풀리를 회전시켜, 상기 광학 경로에서 상기 제 1 이동 가능 렌즈의 제 1 종 방향 이동을 발생시키는 광학 대물 렌즈.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 하우징에 부착된 제 1 슬라이드(117), 및 상기 제 1 이동 가능 렉즈에 커플링되며 상기 제 1 이동 가능 렌즈를 상기 제 1 종 방향 이동으로 가이드하도록 구성된 제 1 레일(118)을 더 포함하는 광학 대물 렌즈.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 하우징 내에 배치되며 상기 광학 경로에 배열된 제 2 이동 가능 렌즈(112), 및 제 2 기어리스 모터(222), 제 2 구동 풀리(222a), 제 2 피동 풀리(222b), 제 2 구동 풀리와 제 2 피동 풀리 사이에 걸쳐 있는 제 2 스레드(222f) 및 상기 제 2 이동 가능 렌즈와 상기 제 2 스레드 사이의 커플링을 포함하는 제 2 렌즈 변위 유닛(362)를 더 포함하고, 여기서 상기 제 2 기어리스 모터의 제 2 회전 운동(372)은 제 2 구동 풀리를 회전시켜, 상기 광학 경로에서 상기 제 2 이동 가능 렌즈의 제 2 종 방향 이동(342)을 발생시키는 광학 대물 렌즈.
7. 제 6 항에 있어서,
   메모리 및 상기 제 1 이동 가능 렌즈의 상기 제 1 종 방향 이동 및 상기 제 2 이동 가능 렌즈의 상기 제 2 종 방향 이동이 충돌 없이 이루어지도록, 상기 제 1 기어리스 모터 및 상기 제 2 기어리스 모터 중 하나 이상을 제어하도록 구성된 프로세서를 포함하는 컨트롤러(130)를 더 포함하는 광학 대물 렌즈.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 제 1 이동 가능 렌즈를 미리 결정된 제 1 위치로 이동시키도록, 상기 제 1 기어리스 모터를 제어하고, 및/또는 상기 제 2 이동 가능 렌즈를 미리 결정된 제 2 위치로 이동시키도록, 상기 제 2 기어리스 모터를 제어하도록 구성되는 광학 대물 렌즈.
9. 제 7 항에 있어서,
   제 3 이동 가능 렌즈(113), 및 제 3 기어리스 모터(223), 제 3 구동 풀리(223a), 제 3 피동 풀리(223b), 제 3 구동 풀리와 제 3 피동 풀리 사이에 걸쳐 있는 제 3 스레드(223f), 및 상기 제 3 이동 가능 렌즈와 상기 제 3 스레드(223f) 사이의 커플링을 포함하는 하는 제 3 렌즈 변위 유닛(363)을 더 포함하고, 상기 제 3 기어리스 모터의 제 3 회전 운동(373)은 제 3 구동 풀리를 회전시켜, 상기 광학 경로에서 상기 제 3 이동 가능 렌즈의 제 3 종 방향 이동(343)을 발생시키는 광학 대물 렌즈.
10. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 기어리스 모터는 상기 광학 경로를 따라 상기 하우징 렌즈에 대한 상기 제 1 이동 가능 렌즈의 상기 제 1 종 방향 이동(341)을 플러스 또는 마이너스 1 마이크론 또는 더 우수한 정밀도로 적어도 초당 5cm의 속도로 발생시키고, 및/또는 상기 제 1 스레드는 50GPa 내지 150GPa 범위의 영률을 갖는 광학 대물 렌즈.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 경로를 따라 줌 대물 렌즈의 이동을 가이드하도록 구성된 슬라이드(127) 및 레일(128)을 더 포함하는 광학 대물 렌즈.
12. 제 1 이동 가능 렌즈(111), 하우징 렌즈(119) 및 제 1 기어리스 모터(221)를 포함하는 광학 대물 렌즈(110)를 작동시키는 방법으로서, 상기 방법은,
    상기 제 1 기어리스 모터에 의해 생성된 힘으로 상기 제 1 이동 가능 렌즈를 상기 하우징 렌즈에 대해 이동시키는 단계를 포함하는 방법.
13. 제 12 항에 있어서, 제 1 렌즈 변위 유닛(361)을 더 포함하고, 상기 제 1 렌즈 변위 유닛(361)은 제 1 기어리스 모터(221), 제 1 구동 풀리(221a), 제 1 피동 풀리(221b) 및 상기 제 1 구동 풀리와 상기 제 1 피동 풀리 사이에 걸쳐 있는 제 1 스레드(221f)을 포함하고, 상기 제 1 이동 가능 렌즈는 상기 제 1 스레드에 커플링되고, 상기 방법은,
    상기 제 1 구동 풀리의 회전 및 상기 제 1 이동 가능 렌즈의 제 1 종 방향 이동(341)을 발생시키도록, 제 1 기어리스 모터를 회전시키는 단계를 더 포함하는 방법.
14. 제 13 항에 있어서, 제 2 이동 가능 렌즈(112), 및 제 2 기어리스 모터(222), 제 2 구동 풀리(222a), 제 2 피동 풀리(222b) 및 상기 제 2 구동 풀리와 상기 제 2 피동 풀리 사이에 걸쳐 있는 제 2 스레드(222f)을 포함하는 제 2 렌즈 변위 유닛(362)을 더 포함하고, 여기서 상기 제 2 이동 가능 렌즈는 상기 제 2 스레드에 결합되고, 상기 방법은,
    상기 제 2 구동 풀리의 회전 및 이에 의한 상기 제 2 이동 가능 렌즈의 제 2 종 방향 이동(342)을 발생시키도록, 제 2 기어리스 모터를 회전시키는 단계를 포함하는 방법.
15. 제 14 항에 있어서, 컨트롤러(130)를 더 포함하고, 상기 방법은,
    상기 제 1 이동 가능 렌즈의 상기 제 1 종 방향 이동과 상기 제 2 이동 가능 렌즈의 상기 제 2 종 방향 이동이 충돌 없도록, 상기 컨트롤러에 의해 상기 제 1 기어리스 모터 및/또는 상기 제 2 기어리스 모터를 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
16. 제 15 항에 있어서, 제 3 이동 가능 렌즈(113), 및 제 3 기어리스 모터(223), 제 3 구동 풀리(223a), 제 3 피동 풀리(223b) 및 상기 제 3 구동 풀리와 상기 제 3 피동 풀리 사이에에 걸쳐 있는 제 3 스레드(223f)을 포함하는 제 3 렌즈 변위 유닛(363)을 더 포함하고, 상기 제 3 이동 가능 렌즈(113)는 상기 제 3 스레드에 결합되고, 상기 방법은,
    상기 제 3 기어리스 모터를 회전시켜, 상기 제 3 구동 풀리를 회전시키고, 상기 제 3 이동 가능 렌즈의 제 3 종 방향 이동(343)을 발생시키는 단계를 더 포함하는 방법.

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