KR20230084004A - 다중 시야를 생성하는 이미징 렌즈 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 분야, 특히 광학 요소를 포함하는 렌즈용 다중 시야(줌) 광학 어셈블리에 관한 것으로, 솔리드 주 광학 요소의 형태로 제공되고, 2개의 미러를 갖는 통합된 초점 시스템 및 2개의 미러를 갖는 적어도 하나의 통합된 무한 초점 시스템을 포함하는 광학 요소, 상기 광학 요소의 전면에 배치되고, 가시 스펙트럼 광을 투과하는 개방 상태와 가시 스펙트럼 광을 반사 및/또는 흡수하는 폐쇄 상태사이를 스위칭하도록 구성된 복수의 스위칭 광학 요소 및 상기 광학 요소 뒤에 배치되는 이미지 평면 곡률 보정 요소를 포함할 수 있다.

Description

다중 시야를 생성하는 이미징 렌즈 및 방법{IMAGING LENS AND METHOD FOR CREATING MULTI FIELD OF VIEW}

이하의 일 실시 예들은 일반적으로 광학 분야에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 소형 전자 장치에 포함된 사진/비디오 카메라와 같은 이미징 장치에 사용되는 다중 시야(줌) 이미징 렌즈("이미징 렌즈")의 광학 시스템에 관한 것이다.

비제한적인 예로서, 휴대 전화(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 태블릿 컴퓨터(tablet computer), PDA(personal digital assistants), 커뮤니케이터(communicator), 넷북(netbook), 랩탑(laptop)과 같은 소형 컴퓨팅 디바이스들의 출현과 함께, 사용자의 명령에 따라 정지 이미지 및 비디오 캡처, 비디오 통신, 사용자 얼굴 인식, "컴퓨터 비전" 등과 관련된 다양한 기능들을 구현하기 위해, 사진/비디오 카메라와 같은 장치들에 대한 이미지 캡처 수단을 제공할 필요성이 생겨났다. 이와 같이, 이미지 캡처를 위한 렌즈에서 시야 수정("줌잉(zooming)")을 가능하게 하는 필요성이 발생하고 있다. 렌즈, 렌즈 그룹 등의 움직이는 요소에 의해 줌(시야 변경)이 구현되는 기존의 사진 카메라용 렌즈는 큰 치수(large dimension)로 인해 소형 컴퓨팅 장치에 사용하기에 적합하지 않다.

가변 초점 렌즈(variable　focus　lens) 분야에서 알려진 바와 같이, 시야(이하, FOV(field　of　view)라고도 함) 변경을 구현하기 위해, 하나 이상의 광학 시스템 구성 요소를 이동하여 렌즈의 초점 거리를 물리적으로 변경하거나 소프트웨어의 제어 하에 필요에 따라 각각의 초점 거리 파라미터를 갖는 여러 개의 렌즈 또는 카메라를 사용해야 하며, 사용자가 알아차릴 수 있는 렌즈(카메라) 시야의 "갑작스러운(abrupt)" 변화 없이 가능한 경우 렌즈(카메라) 사이의 원활한 전환을 제공한다.

이동 가능한 광학 시스템 구성 요소가 있는 렌즈의 경우 가변 초점 거리 값 범위에서 광학 시스템에 필요한 허용 오차(tolerances)를 제공할 수 있는 매우 정밀한 구조 요소 뿐만 아니라 매우 높은 정밀도의 광학 시스템 어셈블리가 필요하다. 결합된 변형(combined variant)도 가능하다. 여러 개의 전환 가능한 렌즈 또는 카메라는 초점 거리의 전체 필요한 범위를 커버하는데 사용되며, 각각은 움직이는 광학 시스템 요소 그룹을 사용한다. 이 경우, 매우 높은 조립 정밀도를 갖는 여러 어셈블리(assembly)가 사용되며, 각각은 여러 개의 광학 요소로 구성된다.

본 발명이 해결하고자 하는 목적의 기술적 과제는 이동 광학계 구성요소를 갖지 않는 가변 시야(초점거리)를 갖는 콤팩트 렌즈를 제공할 필요가 있고, 높은 정밀도의 제조 및 조립이 요구되는 이동 광학계 구성요소를 생략함으로써 간단한 구조 및 조립을 특징으로 한다.

본 발명에 의해 달성되는 목적은 광학 구성요소를 이동시키지 않고 광학 시스템은 높은 정도의 수차 보정(aberration correction)을 갖는 여러 시야를 가능하게 하는 렌즈를 제공하는데 있다.

본 발명을 사용하여 달성된 기술적 결과는 광학 어셈블리의 다중 시야를 제공하는 동시에 상기 다중 시야 사이를 전환하는 것을 가능하게 하는 것으로 이루어진다.

일 실시 예에 따른 광학 어셈블리는 솔리드 주 광학 요소(solid main optical element)의 형태로 제공되고, 2개의 미러를 갖는 통합된 초점 시스템(focal system) 및 2개의 미러를 갖는 적어도 하나의 통합된 무한 초점 시스템(afocal　system)을 포함하는 광학 요소; 상기 광학 요소의 전면에 배치되고, 가시 스펙트럼 광을 투과하는 개방 상태(open　state)와 가시 스펙트럼 광을 반사 및/또는 흡수하는 폐쇄 상태(closed　state) 사이를 스위칭하도록 구성된 복수의 스위칭 광학 요소(SOE: switching optical elements); 및 상기 광학 요소 뒤에 배치되는 이미지 평면 곡률 보정 요소(image plane curvature correction element)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 초점 시스템은, 제1 오목 반사 광학 표면(first concave reflective optical surface) 및 제2 볼록 반사 광학 표면(second convex reflective optical surface)을 포함할 수 있다.

이때, 상기 적어도 하나의 무한 초점 시스템은, 적어도 제1 오목 반사 광학 표면 및 제2 볼록 반사 광학 표면을 포함할 수 있다.

이때, 상기 1 오목 반사 광학 표면 및 상기 제2 볼록 반사 광학 표면은, 투과 상태와 반사 상태 사이에서 상태가 변경되는 코팅이 도포될 수 있다.

이때, 상기 초점 시스템 및 상기 적어도 하나의 무한 초점 시스템은, 상기 솔리드 주 광학 요소 내에 제공될 수 있다.

이때, 상기 스위칭 광학 요소는, 상기 무한 초점 시스템의 적어도 하나의 오목 표면의 상기 곡률을 보상하도록 구성되어, 상기 광학 요소의 실질적으로(substantially) 평평한 전방면(flat　forward　face)을 형성할 수 있다.

이때, 상기 스위칭 광학 요소의 적어도 하나의 표면은, 반사 광학 코팅(reflective optical coating)으로 도포될 수 있다.

이때, 상기 스위칭 광학 요소의 적어도 하나의 표면은, 전기 변색 유리 코팅(electrochromic glass coating)으로 도포될 수 있다.

이때, 상기 스위칭 광학 요소는, 상기 주 광학 요소와 동일한 광학 재료(optical material)로 만들어질 수 있다.

이때, 상기 스위칭 광학 요소는, 평평한 제1 광학 표면 및 상기 초점 시스템 및/또는 상기 적어도 하나의 무한 초점 시스템의 오목한 광학 반사 표면의 곡률에 대응하는 곡률의 제2 광학 표면을 가질 수 있다.

이때, 상기 스위칭 광학 요소는, 상기 적어도 하나의 무한 초점 시스템의 제2 반사 광학 표면에 배열되어, 광축(optical　axes)에 수직으로(normally) 배열되는 평평한 표면을 형성할 수 있다.

이때, 상기 광학 요소는, 오목한 중앙 원형 부분(concave central circular portion)을 갖을 수 있다.

이때, 상기 이미지 평면 곡률 보정 요소는, 적어도 하나의 렌즈 형태로 제공되고, 상기 광학 요소와 이미징 장치의 이미지 센서 사이에 배치될 수 있다.

일 실시 예에 따른 이미징 장치는, 광학 어셈블리를 포함하고, 상기 광학 어셈블리는, 솔리드 주 광학 요소(solid main optical element)의 형태로 제공되고, 2개의 미러를 갖는 통합된 초점 시스템(focal system) 및 2개의 미러를 갖는 적어도 하나의 통합된 무한 초점 시스템(afocal　system)을 포함하는 광학 요소; 상기 광학 요소의 전면에 배치되고, 광을 투과하는 개방 상태(open　state)와 광을 반사 및/또는 흡수하는 폐쇄 상태(closed　state) 사이를 스위칭하도록 구성된 복수의 스위칭 광학 요소(SOE: switching optical elements); 및 상기 광학 요소 뒤에 배치되는 이미지 평면 곡률 보정 요소(image plane curvature correction element)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따른 이미징 렌즈에서 다중 시야를 생성하는 방법은, 광학 요소의 전면에 배치된 적어도 2개의 스위칭 광학 요소(SOE: switching optical element)에 의해 솔리드 주 광학 요소로 입사광(incident light)을 전송하는 단계; 및 상기 스위칭 광학 요소가 광을 투과하는 개방 상태(open　state)와 상기 스위칭 광학 요소가 광을 반사 및/또는 흡수하는 폐쇄 상태(closed　state) 사이에서 상기 적어도 2개의 스위칭 광학 요소 각각을 스위칭함으로써, 이미지 센서에서 각각의 시야를 스위칭하는 단계를 포함하고, 상기 솔리드 주 광학 요소로 입사광을 전송하는 단계에서 상기 입사광은, 상기 광학 요소에 통합된 2개의 미러를 갖는 초점 시스템 및 상기 광학 요소에 통합된 2개의 미러를 갖는 하나 이상의 무한 초점 시스템에 의해 적어도 하나의 내부 반사(internal　reflection)를 받고, 상기 이미지 센서 상에 아웃-커플링되어 상기 이미지 센서에서 여러 시야(FOV: fields of view)를 갖는 이미지를 생성할 수 있다.

이때, 이미징 렌즈에서 다중 시야를 생성하는 방법은, 상기 광학 요소와 상기 이미지 센서 사이에 배치되는 이미지 평면 곡률 보정 요소를 이용하여 상기 이미지 센서에 생성되는 이미지 곡률을 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 이미지 센서에서 각각의 시야를 스위칭하는 단계는, 상기 적어도 2개의 스위칭 광학 요소 중에서 하나의 스위칭 광학 요소가 상기 개방 상태로 스위칭 되면, 나머지 스위칭 광학 요소는 상기 폐쇄 상태로 스위칭 될 수 있다.

이때, 상기 스위칭 광학 요소는, 상기 무한 초점 시스템의 적어도 하나의 오목 표면의 곡률을 보상하도록 구성되어, 상기 광학 요소의 실질적으로(substantially) 평평한 전방면(flat　forward　face)을 형성할 수 있다.

이때, 상기 스위칭 광학 요소의 적어도 하나의 표면은, 반사 광학 코팅(reflective optical coating)으로 도포될 수 있다.

이때, 상기 스위칭 광학 요소의 적어도 하나의 표면은, 전기 변색 유리 코팅(electrochromic glass coating)으로 도포될 수 있다.

도 1은 일 실시 예에 따른 광학 어셈블리의 일부의 단면도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 광학 어셈블리에서 스위칭 광학 요소에 의한 시야의 스위칭 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 광학 어셈블리의 2개의 미러를 갖는 초점 시스템 및 적어도 2개의 미러를 갖는 적어도 하나의 무한 초점 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따라 스위칭 광학 코팅이 적용된 표면이 표시된 광학 어셈블리의 일부의 단면도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 광학 어셈블리의 정면 사시도를 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 광학 어셈블리에서 스위칭 광학 요소의 상태에 따라 시야(FOV)를 스위칭하는 예를 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 이미징 렌즈를 통해서 다중 시야를 생성하는 과정을 도시한 흐름도이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 시야를 생성하는 이미징 렌즈 및 방법을 첨부된 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.

일 실시 예에서, 본 개시는 이미징(imaging)(이미지 캡처(image capturing)) 장치("이미징 렌즈")에 사용되는 다중 시야(줌) 광학 시스템에 관한 것이다. 상술한 광학 시스템은 또한 광학 어셈블리로 지칭될 수 있다. 이러한 광학 어셈블리를 포함하는 렌즈는 스위칭 광학 요소(SOE)의 구현 형태에 기초하여 "환형(annular)" 이미징 렌즈로 지칭될 수 있다. 일 실시예에서 광학 어셈블리는 전면에서 볼 때 도 5의 참조와 같이 실질적으로 동심 링일 수 있다. 도 5는 일 실시 예에 따른 광학 어셈블리의 정면 사시도를 도시한 도면이다.

도 1은 일 실시 예에 따른 광학 어셈블리의 일부의 단면도를 개략적으로 도시한 도면이다.

광학 어셈블리의 기초는 솔리드 주 광학 요소(solid main optical element)의 형태로 만들어진 광학 요소(optical element)(1)이다. 게다가, 광학 어셈블리(optical assembly)는 이미지 평면 곡률 보정 요소(image plane curvature correction element)(6)도 포함할 수 있다.

광학 요소(1)의 지정된 표면에는 미러 코팅(mirror coating)(2)이 적용될 수 있다. 광학 요소(1)는 광학 요소(1)의 전면 상의 하나 이상의 만곡 부분(curved portion)에 의해 여러 상이한 시야(FOV: field of view) 채널의 생성을 제공할 수 있다.

일 실시예에서, 만곡 부분은 광학 요소(1)의 전면에서 동심링(concentric ring)의 형상을 갖을 수 있다. 만곡 부분은 실직적으로 광학 요소(1)의 정면의 평면에 평행하게 배향되는 적어도 하나의 오목한 표면 및 적어도 하나의 편평한 표면을 갖는 광학 요소(1)의 정면 상에 환형 오목부의 형태일 수 있다.

광학 요소(1)의 표면의 상기 만곡 부분은 표면의 각각의 만곡 부분을 채워서 만곡 부분의 곡률을 보상하는 스위칭 광학 요소(SOE: switching optical element)(3, 4, 5)로 채워지고, 따라서, 스위칭 광학 요소(3, 4, 5)의 전면은 광학 요소(1)의 전면과 실질적으로 평면인 하나의 표면을 형성하도록 만곡 부분을 보상할 수 있다. 광학 요소(1)의 전면은 스위칭 광학 요소(3, 4, 5)가 위치한 방향이 광학 요소(1)의 전면에 해당할 수 있다.

각 스위칭 광학 요소(SOE)(3, 4, 5)는 자체 시야(FOV) 채널을 생성할 수 있다. 일 실시 예에서 시야의 수 및 그에 따른 스위칭 광학 요소의 수가 3인 경우를 설명하고 있지만, 시야의 수와 그에 따른 스위칭 광학 요소의 수가 2개 또는 4개 또는 그 이상이 될 수 있는 경우도 가능하다는 점에 유의해야 한다.

또한, 스위칭 광학 요소 및 시야 채널은 설명의 편의를 위해 상호 교환 가능한 방식으로 언급될 수 있는 반면, 각각의 스위칭 광학 요소(SOE)는 각각의 시야(FOV) 채널을 담당할 수 있다.

일 실시 예의 광학 어셈블리의 주 광학 요소(main optical element)는 이미지 센서(image sensor)(7)에서 상이한 시야(FOV)에 대응하는 여러 이미지의 동시 생성을 가능하게 할 수 있다. 스위칭 광학 요소를 사용하면 상이한 시야로 이러한 이미지를 분리할 수 있고 이미지 센서에서 필요한 이미지를 생성할 수 있다. 따라서, 광학 어셈블리의 시야는 이미지 센서(7)에서 실질적으로 변경될 수 있다. 일 실시 예에서 다중(2개 이상)의 상이한 시야를 제공하기 때문에, 이러한 시야의 변경은 시야를 변경하는 기능("줌(zoom)")이다.

서로 다른 시야(FOV) 채널의 스위칭은 각각의 스위칭 광학 요소(SOE)를 통해 수행될 수 있다. 각 스위칭 광학 요소는 광 투과 및 반사 및/또는 흡수 특성을 변경할 수 있는 적어도 하나의 표면을 포함할 수 있다. 각 스위칭 광학 요소는 적어도 하나의 표면을 통해 스위칭 광학 요소의 "스위칭"이 수행될 수 있으며, 이로 인해 스위칭 광학 요소는 광(light)에 대해 "개방(open)" 또는 "폐쇄(closed)"된 것으로 간주될 수 있다. 이러한 "스위칭"은 스위칭 광학 요소의 각각의 표면이 각각의 코팅으로 적용된다는 사실을 사용하여 구현될 수 있다. 일 실시 예로 스위칭 광학 요소의 각각의 표면은 액정 스위처블 미러(LCSM: Liquid Crystal Switchable Mirror) 및 일렉트로크로믹 미러(ECM: Electrochromic Mirror) 유형의 코팅일 수 있다. 투명 전극(transparent　electrode)의 전압을 제어하는 *?*전자 회로(electronic　circuit)를 통해 스위칭 가능한 미러(mirror)는 반사형 반투명 상태(reflective　semi-transparent　state)와 거의 투명한 상태(nearly　transparent　state) 사이에서 스위칭 될 수 있다. ECM의 예로는 액체에 부유하는 입자로 구성된 장치인 부유 입자 디스플레이(SPD: Suspended Particle Display)일 수 있다. SPD 장치에서 스위칭 효과는 두 개의 투명 전극 사이의 막대 모양 입자의 방향을 제어하여 광 흡수를 전자적으로 조정함으로써 달성될 수 있다. 콜레스테릭액정(CLC: cholesteric liquid crystal)은 LCSM의 예일 수 있다. 광선이 나선의 축을 따라 이동할 때 브래그 반사(Bragg　reflection)는 no*P ≤ λ ≤ ne * P의 파장 범위에서 발생한다. 여기서, P는 CLC 피치이고, no는 액정의 정규(ordinary) 굴절률(refraction　indices)이고, ne는 액정의 비 정규(non-ordinary) 굴절율이다. 왼쪽 원형 편광(left-hand circular polarized light)이 오른쪽 나선(right-hand spiral)이 있는 CLC에 입사하면 반사 없이 투과된다. 그리고 반대로 왼쪽 원형 편광이 왼쪽 나선(left-hand spiral)을 갖는 CLC에 입사하면 전반사 된다.

CLC 미러의 반사 상태는 사각형 저전압파(square low voltage wave)에 의해 효과적으로 스위치될 수 있다. 일반적으로, 분자(molecules)는 부분적으로 회전하여 경사 질감(inclined texture)을 생성하도록 10msec 내에서 충분한 시간(sufficient time)을 가지며, 따라서 부분적으로(partially) 반사 상태(reflective state)를 달성할 수 있다. 또한 일반적으로 분자는 20msec 이내에 완전히 수직으로 변하여 완전히(completely) 투명한 상태(transparent state)가 될 수 있다. 초기 상태에서 콜레스테릭 액정(CLC)은 파장 범위 λ내에서 전반사를 갖는 브래그 미러(Bragg mirror)일 수 있다.

도 2 및 도 6을 참조하면, 광학 어셈블리의 작동 원리는 각각 3개의 스위칭 광학 요소(SOE)가 사용되고 3개의 시야(FOV)가 구현되는 일 실시 예에서 더 설명될 것이다.

도 2는 일 실시 예에 따른 광학 어셈블리에서 스위칭 광학 요소에 의한 시야의 스위칭 예를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 각각 제1 시야(FOV1), 제2 시야(FOV2) 및 제3 시야(FOV3)의 생성을 예시하는 A, B 및 C를 도시한 도면이다.

도 6은 일 실시 예에 따른 광학 어셈블리에서 스위칭 광학 요소의 상태에 따라 시야(FOV)를 스위칭하는 예를 도시한 도면이다. 도 6은 각 스위칭 광학 요소(SOE)의 "개방(open)" 및 "폐쇄(closed)" 상태에 따른 각 시야의 전환을 나타낸 표이다.

도 2의 A를 참조하면, SOE(3)는 "개방(open)"("투명(transparent)") 모드로 전환될 수 있다. SOE(3)를 통과한 광은 광학 요소(1) 내에서 전반사를 거쳐 결국 이미징 장치의 이미지 센서(7)에 도달하여 시야 FOV1을 갖는 이미지를 생성할 수 있다(도 6을 참조). 이 경우 SOE(4)와 SOE(5)는 "폐쇄(closed)" 상태일 수 있다(각각의 코팅은 광을 반사 및/또는 흡수).

도 2의 B의 시나리오에서 SOE(4)는 "개방" 상태에 있고 SOE(3)과 SOE(5)는 "폐쇄" 상태에 있다. 입사광은 SOE(4)를 통해 광학 요소(1)로 들어가고 특히 "폐쇄"된 SOE(3)에서 반사되어 광학 요소(1) 내에서 여러 번의 내부 반사 후에 이미지 센서(7)에 도달한다. 이러한 내부 반사는 광학 요소(1)의 전면 및 후면에 미러 코팅(2)의 존재에 의해 규정된다는 점에 유의해야 한다. 이와 같이, 광은 이미지 센서(7)에 도달하기 전에 도 2의 A에서 볼 수 있는 것과 같이 개방된 SOE(3)의 경우보다 내부 반사를 더 많이 받는다. 이러한 방식으로 광학 요소(1) 내의 광의 광 경로가 더 길어지고, 따라서 SOE(3)가 "개방"된 경우에 비해 더 긴 초점 거리를 구현하는 것이 가능하다. 도 2의 A의 시나리오와 비교하여 다른 시야(FOV2)를 갖는 이미지가 이미지 센서(7)에서 생성된다.

도 2의 C 시나리오에서 SOE(5)는 "개방" 상태에 있는 반면 SOE(3)과 SOE(4)는 "폐쇄" 상태이다. 상응하게, 입사광은 개방된 SOE(5)를 통해 광학 요소(1)로 입사하고, 이미지 센서(7)로의 경로 상에서 광학 요소(1) 내에서 훨씬 더 많은 복수의 내부 반사를 받는다. 도 2의 C 시나리오에서는 도 2의 A 및 B를 참조하여 상술한 시나리오에 비해 광의 광학 경로(optical　path)는 여전히 더 길고, 각각 다른 시야(도 6의 FOV3)를 갖는 이미지가 이미지 센서(7)에 생성된다.

도 3은 일 실시 예에 따른 광학 어셈블리의 2개의 미러를 갖는 초점 시스템 및 적어도 2개의 미러를 갖는 적어도 하나의 무한 초점 시스템(afocal system)을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 광학 어셈블리의 주 광학 요소(1)의 광학 구조는 다음과 같은 특징을 가질 수 있다.

제1 (넓은) 시야는 광학 요소의 전면에 있는 중앙 표면과 광학 요소(1)의 후면에 있는 각 표면을 포함하는 한 쌍의 광학 표면(optical surface)(9)에 의해 구현되는 2개의 미러(mirror)를 갖는 초점 시스템(focal system)에 의해 생성될 수 있다. "개방"된 SOE(3)를 통해 광학 요소(1)로 입사된 입사광은 광학 요소(1)의 후면(제1 오목면)의 오목면에 도달하고, 광학 요소(1) 내부에서 반사되어 수렴하여 광학 요소(1)의 정면(제2 볼록면)의 중앙면에 반사된다. 제2 볼록 광학면(convex optical surface)은 광을 광학 요소(1)의 내부로 반사시켜 이미지 센서에 초점을 맞춘다.

상술한 2개의 광학 표면의 구조는 3차 코마(coma)와 구면 수차(spherical aberration)가 없는 것이 특징인 리치 크레티엔 시스템(Ritchey-Chretien system)을 기반으로 할 수 있다. 비점 수차(Astigmatism)는 미러 표면의 비구면 형상(aspherical　shape)으로 인해 허용 가능한 값으로 감소된다. 이미지 곡률은 2차 미러(secondary　mirror)(제2 볼록면)와 이미지 평면 사이에 배치된 이미지 평면 곡률 보정 요소(mage　plane　curvature　correction　element)에 의해 보정될 수 있다. 상술한 방식의 초점 광학 시스템(focal　optical　system)은 기본 기하학적 수차(geometrical aberration)가 없으며, 회절(diffraction)에 의해 제한된 초점 평면에서 이미지 품질을 보장할 수 있다.

제2 (더 좁은) 시야는 도 3에서 한 쌍의 광학 표면(10)으로 표시되는 2개의 미러를 갖는 무한 초점 시스템에 의해 제공될 수 있다. 2개의 미러가 있는 무한 초점 시스템은 2 개의 미러가 있는 초점 시스템에 추가되고 위에서 설명한 제1 (넓은) 시야와 비교하여 이미지의 배율(magnification) M1을 가능하게 한다.

제2 시야를 생성하는 입사광(도 6의 FOV2 참조)은 2개의 미러를 갖는 무한 초점 시스템의 제1 오목 광학 표면(concave reflective optical surface)에 입사하고, 수렴되어 제2 광학 표면에 반사된다.

제2 볼록 광학 표면(convex optical surface)은 광을 평행하게 만들고 2개의 미러를 갖는 초점 시스템의 제1 광학 표면으로 반사한다.

도 3의 참조번호 11은 다른 시야(FOV3)를 갖지만 다른 이미지 배율 값(image magnification value)(Mn)을 갖는 이미지를 생성하는 2개의 미러를 갖는 또 다른 무한 초점 시스템을 나타낸다. 일반적으로 참조번호 11로 표시된 2 개의 미러가 있는 무한 초점 시스템의 작동 원리는 위에서 설명한 2 개의 미러가 있는 무한 초점 시스템의 작동 원리와 유사하며, 상술한 2개의 미러를 갖는 다른 무한 초점 시스템은 평행하게 된 광(collimated light)을 상술한 2개의 미러를 갖는 무한 초점 시스템의 제1 광학 표면 상으로 반사 시킨다.

상술한 바와 같이 2개의 미러를 갖는 초점 시스템과 2개의 미러를 갖는 적어도 하나의 무한 초점 시스템의 조합은 초점 부분과 무한 초점 부분의 조합을 기반으로 하는 캐스케이드 광학 시스템(cascade optical system)을 제공하며, 이를 통해 컴팩트한 광학 시스템이 제공되고 다수의 서로 다른 FOV의 생성이 가능하게 된다. 다중 FOV를 생성하는 "줌(zooming)" 가능 광학 시스템은 두께가 얇다. 또한, 중요한 기술적 효과는 이동하는 광학 요소의 그룹을 사용하지 않고 하나의 솔리드 주 광학 요소(solid main optical element)를 기반으로 하고 시야를 스위칭 할 수 있는 광학 시스템을 제공 할 수 있게 하고, 여러 렌즈/카메라를 다른 시야에 사용할 필요가 없도록 하는 것이다.

광학 요소(1)의 전면의 만곡 부분에 배치된 스위칭 광학 요소(SOE)(3, 4, 5)는 두 가지 주요 기능을 수행할 수 있다. 제1 기능은 상기 만곡 부분의 곡률(curvature)을 보상하여 평평한 전면(flat front face)을 제공하는 것이다. 광학 요소(1)의 전면에서의 SOE의 배치는 광학 요소의 전면으로부터의 사시도를 도시하는 도 5에 도시되어 있다.

SOE(3, 4, 5)의 제2 기능은 상술한 바와 같이 광학 요소(1)에 통합된 2개의 미러들을 갖는 각각의 초점 시스템 및 하나 이상의 무한 초점 시스템들에 의해 생성된 각각의 FOV 채널들 사이에서 스위칭하는 것이다.

위에서 언급한 두 기능은 마지막 SOE를 제외한 모든 SOE에 의해 동시에 구현된다는 점에 유의해야 한다. 이때, 마지막 SOE는 광학 요소의 전면의 바깥쪽 가장자리에 가장 가까운 SOE로 전면의 만곡 부분(curved portion)이 아닌 광학 요소의 평평한 표면에 배치된다. 도 1에서 마지막 SOE는 SOE(5)에 해당할 수 있다.

일 실시예에서, SOE가 만들어지는 광학 재료는 주 광학 요소가 만들어지는 것과 동일한 재료일 수 있다.

각 SOE의 적어도 하나의 광학 표면이 평평하다는 사실은 선택된 FOV를 생성하는 입사광(incident light)이 수차(aberration) 없이 SOE에 들어갈 수 있도록 한다. SOE의 다른 광학 표면은 위에서 설명한 2 개의 미러를 가진 각 무한 초점 시스템의 제2 볼록 광학 표면과 동일한 곡률을 갖을 수 있다. 또한, 각각의 SOE는 SOE의 표면과 광학 요소의 전면의 만곡 부분의 표면 사이에 어떠한 틈도 없이 광학 요소(1)의 전면의 만곡 부분의 형상을 정확히 반복할 수 있다. 이것은 각각의 SOE를 통해 광학 요소로 들어가는 광의 굴절을 제거하는 것을 가능하게 한다.

각각의 SOE는 각각의 무한 초점 시스템이 광학 표면의 상이한 곡률을 갖기 때문에 FOV 채널들 중 각각의 하나에 관련될 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 마지막 SOE(비제한적인 예에 의해, 광학 요소(1)의 외부 에지(outer edge)에 가장 가깝게 배치된 것)는 모든 표면이 실질적으로 평평하기 때문에 곡률을 갖지 않는다.

각 스위칭 광학 요소의 상태("개방"/"폐쇄")를 스위칭하는 것은 SOE의 광학 표면 중 하나에 적용되는 특수 광학 코팅(특히, 일반적으로 오목한(또는 마지막 SOE에 대해 평평한) 광학 표면인 제2 광학 코팅)에 의해 구현될 수 있다.

이러한 광학 코팅에 의해 SOE의 각각의 광학 표면은 2 개의 상태를 갖을 수 있다.

상태 a) 투명(transparent)

상태 b) 반사(reflective)

상태 a)에서, SOE는 입사광을 일 실시 예의 광학 어셈블리의 주 광학 요소로 전송할 수 있다.

상태 b)에서 SOE는 2 개의 미러를 갖는 각 무한 초점 시스템에서 제2 미러 역할을 하거나 각각 FOV 채널에 대한 광을 차단할 수 있다.

일 실시 예에서, SOE는 또한 광학 요소(1)의 전면에 대응하는 평평한 광학 표면 상에 일렉트로크로믹 유리(electrochromic glass)를 가질 수 있으며, 이 유리는 각각의 FOV 채널에 대한 입사광을 추가로 차단할 수 있다.

마지막(광학 요소(1)의 외부 가장자리에 가장 가깝게 배치된 비제한적인 예로서) SOE는 이 기능만을 갖을 수 있다.

일 실시 예에서 광학 요소(1)의 구조는 다음과 같은 특징을 갖을 수 있다.

광학 요소(1)의 전면과 후면은 도1에 도시된 바와 같이 미러 코팅(2)을 갖고 미러로서 작용할 수 있다.

도 4는 일 실시 예에 따라 스위칭 광학 코팅이 적용된 표면이 표시된 광학 어셈블리의 일부의 단면도를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 광학 어셈블리의 일 실시 예에서, 액정 스위처블 미러(LCSM: Liquid Crystal Switchable Mirror) 코팅이 광학 요소(1)의 전면의 만곡 부분에 배열된 오목한 광학 표면에 적용될 수 있다. 도 4의 참조번호 2는 광학 요소(1)의 후면 표면의 미러 코팅을 나타낸다. 도 4의 참조부호 A는 광학 요소(1)의 전면 중앙의 오목 부분을 나타내며, 이 부분에도 미러 코팅(2)이 적용될 수 있다.

참조부호 B, C 및 D는 LCSM으로 코팅된 광학 요소(1) 전면의 만곡 부분에서 오목한 광학 표면을 나타낸다. 이러한 표면은 두 가지 상태 중 하나를 가질 수 있다. 한 상태(포토픽 투과율(photopic transmittance) > 87%)에서는 광을 투과하고, 다른 상태(포토픽 반사율(photopic reflectance) > 87%)에서는 미러 역할을 할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이 각각의 SOE 3, 4, 5에 의해 생성된 선택된 시야 채널(FOV1-FOV3)에 대해 LCSM 상태는 다음과 같은 특징이 있다.

FOV1(SOE 3): B - 투과, C 및 D - 반사

FOV2(SOE 4): C - 투과, B 및 D - 반사

FOV3(SOE 5): D - 투과, B 및 C - 반사

따라서, 광학 어셈블리의 일 실시 예에서, FOV 채널의 상기 "스위칭"은 LCSM을 사용하여 구현될 수 있으며, 그 상태는 투과 상태와 반사 상태 사이에서 스위칭 될 수 있다. 그러나, 이러한 스위칭을 구현하는 광학 재료로서 LCSM은 특히 투과 및 반사 상태의 불완전한 구분, "노이즈(noise)" 및 이미지 아티팩트(image　artifact)의 생성과 같은 특정 단점이 있다. 이와 관련하여, LCSM의 이러한 단점을 적어도 부분적으로 보상하기 위해, 각각의 FOV 채널을 생성하는 각각의 SOE 앞에 배치될 수 있는 위에서 언급된 일렉트로크로믹 유리(electrochromic glass)가 사용될 수 있다.

전술한 바와 같이 미러 코팅은 광학 요소(1)의 후면과 표면(A)에 적용되고, 이들은 미러로서 작용할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 도 4의 표면 B 및 C는 반반사 코팅(semi-reflective coating)(50% 광 투과율, 50% 광 반사율)으로 도포될 수 있다. 표면 B는 채널 FOV1에 해당하는 광을 투과하고 채널 FOV2 및 FOV3에 해당하는 광을 반사할 수 있다. 표면 C는 채널 FOV2에 해당하는 광을 투과하고 채널 FOV3에 해당하는 광을 반사할 수 있다.

이 실시예에서, 일렉트로크로믹 유리(ECG: electrochromic glass)는 SOE(3, 4, 5)의 제1 광학 표면(광학 요소(1)의 전면의 평면에 배치됨)에 적용될 수 있다. 일렉트로크로믹 유리는 입사광을 투과하는 상태(투과 상태(transmission　state))와 입사광을 흡수하는 상태(흡수 상태(absorption　state)) 사이를 스위칭하도록 구성될 수 있다. 하나의 SOE의 ECG만이 입사광을 투과시키고, 다른 SOE의 ECG는 광을 흡수하는 상태에서 이미징 장치의 이미지 센서는 하나의 FOV 채널에 해당하는 광만 수신할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이 각각의 SOE(3, 4, 5)에 의해 생성된 선택된 시야 채널(FOV1-FOV3)과 관련하여, ECG의 상태는 다음과 같은 특징을 갖을 수 있다.

FOV1: B - 투과(transmitting), C 및 D - 흡수(absorbing)

FOV2: C - 투과, B 및 D - 흡수

FOV3: D - 투과, B 및 C - 흡수

반투명 코팅(semi-transparent coating)의 단점 중 하나는 시스템 투과율이 크게 감소하고 아티팩트(artifact)가 있을 수 있다는 점에서 50%만 효율만을 나타낼 수 있다. 이러한 단점은 위에서 설명한 ECG를 사용하여 어느 정도 보완될 수 있다. 한편, 반투명 코팅의 사용은 일 실시 예의 광학 시스템의 가장 저렴한 구현을 제공할 수 있다.

일 실시 예에서, 광학 어셈블리는 2개의 FOV 채널(FOV1 및 FOV2)에 대응하는 2개의 스위칭 광학 요소(SOE 3 및 SOE 4)를 갖을 수 있다.

일 실시 예에 따른 광학 어셈블리를 포함하는 이미징 장치의 이미지 센서에서 시야(FOV1)를 갖는 이미지를 생성하기 위해, SOE 4는 입사광을 차단하고, SOE(3)는 광을 투과 시킬 수 있다. 채널 FOV1의 광은 SOE 3와 광학 요소(1)의 광학 재료가 동일하기 때문에 평평한 표면을 통해 광학 요소(1)에 입사하고 굴절 없이 오목한 표면을 통과할 수 있다. 이와 같이 SOE 3을 투과한 광은 도 4의 예와 같이 광학 요소(1) 후면의 미러 코팅과 광학 요소(1)의 광학 표면(A)의 내측면의 미러 코팅에서 반사되며, 광학 요소(1)를 떠날 때, 광학 어셈블리가 구현되는 이미징 장치의 이미지 센서의 표면에 도달할 수 있다.

FOV2 채널을 생성하기 위해 SOE 3은 입사광(incident　light)을 차단하고 SOE 4는 입사광을 투과 시킬 수 있다. 이와 같이, 일 실시예에서 2개의 스위칭 광학 요소(SOE 3 및 SOE 4)를 갖는 경우 SOE 4는 광학 요소(1)의 전면의 외부 가장자리에 가장 가까운 SOE이므로, SOE 4는 평평한 표면을 가지고, 오목한 광학 표면을 갖지 않을 수 있다. FOV2 채널에 해당하는 광은 SOE 4의 평평한 표면을 통해 광학 요소(1)로 입사한다. 그 다음, 광학 요소(1)의 후면의 각각의 오목한 표면 및 광학 요소(1)의 도 4의 예 와 같이 오목한 광학 표면(A)의 내항면으로부터 반사되고, 광학 요소(1)의 오목한 표면과 함께 광학 요소(1)의 후면은 배율이 M인 2개의 미러가 있는 무한 초점 시스템을 형성할 수 있다. 광은 SOE(3)의 상기 광학 표면(A)에서 반사된 후, FOV1 채널에 해당하는 광의 경로를 따라 최종적으로 광학 어셈블리가 구현된 이미징 장치의 이미지 센서의 표면에 도달할 수 있다.

일 실시 예는 솔리드 주 광학 요소(1)의 구조의 일부 예에 불과하다. 아래의 <표 1>은 하나의 솔리드 광학 요소 내에 2개의 미러가 있는 하나의 초점 시스템과 2개의 미러가 있는 2개의 무한 초점 시스템을 구현하는 솔리드 주 광학 요소(1)의 생산을 가능하게 하는 구조적 파라미터(structural　parameter)를 제공한다.

일 실시 예에서 광학 시스템은 하나의 이미지 센서에 3개의 FOV 채널을 제공하는 동시에 대부분의 현재 이미지 센서의 픽셀 크기에 대해 충분한 이미지 품질을 제공할 수 있다.

<표 1>은 이미지 평면 곡률 보정 요소가 있는 광학 요소의 구조적 파라미터이다.

	곡률반경(Radius of curvature) R, mm	축방향 거리(Axial distance) d, mm	광학 재료(Optical material), n; ν	원뿔상수(Conical constant), K	비구면 계수(Aspherical coefficient) A4	비구면 계수 A6	비구면 계수 A8	비구면 계수 A10
1 AS	∞	6.3518	1.86; 40.578
2**	-36.8117	-5.2887	미러	-1.00E+00
3**	-26.2319	4.9648	미러	-1.00E+00
4*	-28.1310	-5.3338	미러	-1.00E+00
5*	-17.4579	5.0836	미러	-1.00E+00
6	-19.3837	-5.6338	미러	-2.15E+00
7	-21.4135	3.1561	미러	-5.16E+01	1.90E-04	-1.42E-05
8	6.4373	0.9543		-1.52E+01	1.82E-03	-3.05E-03	2.73E-04
9	5.5788	0.3392	1.67; 19.245	1.06E+01	-1.07E-01	3.73E-02	-3.07E-03	-1.41E-03
10	2.0266	0.3157		1.39E+00	-1.44E-01	6.47E-02	-1.65E-02	7.47E-03
11	3.7308	0.5311	1.73; 40.508	-1.25E+01	-3.82E-02	-1.30E-02	-3.63E-03	4.42E-03
12	-4.8640	0.0701		-2.47E+37	-6.11E-02	-8.83E-03	7.21E-03	-1.03E-05
13	20.8070	0.5664	1.74; 49.296	-3.91E+02	-3.98E-02	-7.67E-03	1.32E-05	-2.17E-03
14	-7.6181	0.1154		2.91E+01	-2.39E-02	-3.01E-02	1.14E-02	-1.12E-03
15	∞	0.1000	1.517; 64.198
16	∞	0.1000
17	∞

여기서, AS는 조리개 스톱(Aperture Stop)이고, n은 파장이고, d = 0.586 μm에 대한 굴절률이고, v는 아베 번호(Abbe　number)이다.

광학 계산에 사용되는 표면은 비구면이며 아래의 <수학식1>으로 설명될 수 있다.

[수학식 1]

여기서, r은 반지름 좌표이고, c는 표면 곡률 값(surface　curvature　value)이고, c = 1 / R이고, R은 표면의 곡률 반경이고, k는 원뿔 상수이고, A₄ … A₁₀은 비구면 계수이다.

일 실시 예에 따른 광학 시스템에 대한 이미지 품질의 주요 기준은 전달 함수 모듈(MTF: module of transfer function) 일 수 있다.

상보적 금속 산화물 반도체 구조(CMOS: complementary metal-oxide-semiconductor structure) 또는 전하 결합 장치(CCD: charged coupled device) 유형 센서로 표현될 수 있는 일반 유형 이미지 센서의 경우 목표 주파수는 mm당 200라인이다. 따라서 이 주파수에 대한 MTF 값은 0.2(레일리(Rayleigh) 기준) 이상이어야 한다.

실험 테스트에서 일 실시 예에 따른 광학 어셈블리는 위에서 상술한 기준을 충족하는 이미지 품질을 보장한다는 것을 보여주었다. 일 실시 예에 따른 구현의 경우 mm당 200라인의 목표 주파수에 대한 MTF 값은 0.2 이상이었고, 즉 모든 경우에 위에서 언급한 레일리 기준이 충족되었다. 일 실시 예로서, 3개의 FOV(FOV1-FOV3)는 예를 들어 다음과 같은 시야각을 제공할 수 있다.

FOV1: 10.6도(스톱 번호(stop number) F#는 2.5)

FOV2: 6.6도(F#은 3.16)

FOV3: 4.6도(F#은 3.44)

일 실시 예에서 SOE 상태들을 스위칭하는 것은, 광학 어셈블리가 구현되는 이미징 장치의 제어기(controller)의 제어 하에, SOE들을 전자 커넥터(electronic connector)들, 컨덕터(conductor)들 등을 통해 하나 이상의 제어 유닛(control unit)들에 연결하는 것에 의해 수행될 수 있다.

제어 유닛은 하나 이상의 프로세서, 마이크로프로세서(microprocessor), ASIC 등일 수 있고, 이들은 당업자들에 의해 공지된 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 각각의 소프트웨어, 펌웨어, 프로그램 요소, 모듈 등의 제어 하에서 광학 어셈블리를 제어할 수 있는 것으로 이해할 수 있다.

일 실시 예에서 이미징 렌즈에서 다중 시야를 생성하는 방법이 제공될 수 있으며, 이 방법은, 광학 요소의 전면에 배치된 적어도 2개의 스위칭 광학 요소(SOE: switching optical element)에 의해 솔리드 주 광학 요소로 입사광(incident light)을 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 입사광은 광학 요소에 통합된 2개의 미러를 갖는 초점 시스템 및 광학 요소에 통합된 2개의 미러를 갖는 하나 이상의 무한 초점 시스템에 의해 적어도 하나의 내부 반사(internal　reflection)를 받고, 이미지 센서 상에 아웃-커플링되어 이미지 센서 내의 여러 시야(FOV: fields of view)를 갖는 이미지를 생성할 수 있다. 그리고, 적어도 2개의 스위칭 광학 요소 각각은 광을 투과하는 개방 상태(open　state)와 상기 스위칭 광학 요소가 광을 반사 및/또는 흡수하는 폐쇄 상태(closed　state) 사이에서 스위칭하도록 구성되어, 이미지 센서 내의 각각의 시야를 스위칭하도록 제공할 수 있다.

이미징 렌즈에서 복수의 시야를 생성하는 방법은 상술한 바와 같은 일 실시 예에 따른 광학 어셈블리에 의해 구현되며, 상술한 바와 같은 이미징 장치에서 사용될 수 있다.

방법의 첫번째 단계에서, 적어도 하나의 시야(FOV)를 갖는 이미지가 이미지 센서에서 생성되는 것에 기초하여, 입사광은 광 전송 상태에서 스위칭된 적어도 2개의 SOE 중 하나에 의해 전송될 수 있다. 이미지 센서 내의 각각의 시야들 사이의 스위칭은 각각의 SOE들의 "개방" 및 "폐쇄" 상태들에 따라 수행될 수 있다.

예를 들어, 다시 도 1-5를 참조하면, SOE 3이 "개방"("투명(transparent)") 모드로 스위칭될 때 입사광은 SOE 3을 통해 광학 요소(1)로 입사될 수 있다. SOE 4가 "개방" 상태에 있고 SOE 3 및 5가 "폐쇄" 상태에 있을 때, 입사광은 SOE 4를 통해 광학 요소 (1)로 입사될 수 있다. SOE 5가 "개방" 상태에 있고 SOE 3 및 4가 "폐쇄" 상태일 때 입사광은 열린 SOE 5를 통해 광학 요소 (1)로 입사될 수 있다.

상기 방법의 다음 단계에서, 광학 요소로 전송된 광은 광학 요소 내의 적어도 하나의 내부 반사를 받는다. 이와 같이, 제1(넓은) 시야를 생성하기 위해, 일 실시 예에 따른 방법은 광학 요소에 통합된 2개의 미러를 갖는 초점 시스템을 사용하고, 광학 시스템의 전면의 중앙 표면 및 광학 요소의 후면의 각각의 표면을 포함하는 한 쌍의 광학 표면에 의해 구현될 수 있다. 제2 (또는 제3 등) 시야를 생성하기 위해, 일 실시 예에 따른 방법은 2개의 미러를 갖는 적어도 하나의 초점 시스템을 사용할 수 있다. 이때, 구현 및 작동 원리는 특히 도 3에서 설명되어 있다. 2개의 미러를 갖는 적어도 하나의 무한 초점 시스템이 일 실시 예에 따른 광학 요소에 제공되며, 무한 초점 시스템의 수는 특정 구현에 따라 상이할 수 있다. 따라서 일 실시 예는 이미징 장치의 이미지 센서에서 초점 시스템과 무한 초점 시스템의 수에 따른 시야를 제공할 수 있다.

상기 방법의 다음 단계에서, 광학 요소에 입사되어 광학 요소 내에서 적어도 하나의 내부 반사를 받은 광에 의해 이미지 센서에서 생성된 시야의 스위칭이 수행될 수 있다. 상기 방법은 이미징 장치를 제어하는 프로세서에 의해 출력되는 저전압 전류 제어 신호에 응답하여 광 전송 및/또는 차단(반사, 흡수)을 변경하도록 구성될 수 있다. 이때, 스위칭은 스위칭 광학 소자(SOE) 및/또는 광학 소자 내의 적어도 하나의 광학 표면을 사용함으로써 "개방" 상태에서 "폐쇄" 상태로 그리고 그 역으로 스위칭함으로써 각각의 스위칭 광학 소자(SOE)에 의해 수행될 수 있다.

상기와 같은 기술적 해결책은 다음과 같은 기술적 효과를 달성할 수 있다. 일 실시 예의 광학 시스템(광 노드)은 시야의 변경("확대/축소")은 높은 정밀도의 제조, 조정, 하나 이상의 모터 등을 요구하는 광학 시스템의 이동 구성요소를 사용하지 않고 수행될 수 있다. 따라서, 일 실시 예의 광학 시스템은 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 휴대용 개인용 컴퓨터(노트북, 넷북)와 같은 현대의 소형 사용자 컴퓨팅 장치에 사용하기에 적합한 특히 소형의 이미징 장치를 생성할 수 있게 할 수 있다. 일 실시 예의 광학 시스템은 비교적 넓은 범위의 초점 거리(줌)를 갖는 소형 사진/비디오 카메라와 같은 이미징 장치에 사용될 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이, 일 실시 예의 광학 시스템은 기하학적 수차를 최소화하면서 충분히 높은 화질을 보장할 수 있다. 게다가, 광학 시스템에서 움직이는 구성요소의 부재는 그러한 광학 시스템을 포함하는 이미징 장치의 제조 및 조립을 단순화할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 일 실시 예에 따른 방법을 아래에서 도면을 참조하여 설명한다.

도 7은 일 실시 예에 따른 이미징 렌즈를 통해서 다중 시야를 생성하는 과정을 도시한 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 이미징 렌즈는 광학 요소의 전면에 배치된 적어도 2개의 스위칭 광학 요소에 의해 솔리드 주 광학 요소로 입사광을 전송할 수 있다(710).

그리고, 이미징 렌즈는 스위칭 광학 요소가 광을 투과하는 개방 상태와 상기 스위칭 광학 요소가 광을 반사 및/또는 흡수하는 폐쇄 상태 사이에서 상기 적어도 2개의 스위칭 광학 요소 각각을 스위칭하여 이미지 센서에서 각각의 시야를 스위칭할 수 있다(720).

그리고, 이미징 렌즈는 광학 요소와 상기 이미지 센서 사이에 배치되는 이미지 평면 곡률 보정 요소를 이용하여 상기 이미지 센서에 생성되는 이미지 곡률을 보정할 수 있다(730).

그리고, 이미징 렌즈는 이미지 평면 곡률 보정 요소를 통해서 이미지 곡률이 보정된 광이 이미지 센서 상에 아웃-커플링되어 이미지 센서에서 여러 시야를 갖는 이미지를 생성할 수 있다(740).

한편, 730단계는 이미지 곡률의 보정이 불필요한 경우 생략 가능하다.

710단계에서 스위칭 광학 요소에 입사된 입사광은 광학 요소에 통합된 2개의 미러를 갖는 초점 시스템 및 광학 요소에 통합된 2개의 미러를 갖는 하나 이상의 무한 초점 시스템에 의해 적어도 하나의 내부 반사를 받고, 이미지 센서 상에 아웃-커플링될 수 있다. 이때, 이미지 센서는 스위칭 광학 요소의 스위칭에 따라서 여러 시야를 갖는 이미지를 생성할 수 있다.

720단계에서 스위칭 광학 요소의 스위칭은 적어도 2개의 스위칭 광학 요소 중에서 하나의 스위칭 광학 요소가 개방 상태로 스위칭 되면, 나머지 스위칭 광학 요소는 폐쇄 상태로 스위칭 될 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

1. 솔리드 주 광학 요소의 형태로 제공되고, 2개의 미러를 갖는 통합된 초점 시스템 및 2개의 미러를 갖는 적어도 하나의 통합된 무한 초점 시스템을 포함하는 광학 요소;
   상기 광학 요소의 전면에 배치되고, 가시 스펙트럼 광을 투과하는 개방 상태와 가시 스펙트럼 광을 반사 및/또는 흡수하는 폐쇄 상태사이를 스위칭하도록 구성된 복수의 스위칭 광학 요소; 및
   상기 광학 요소 뒤에 배치되는 이미지 평면 곡률 보정 요소
   를 포함하는 광학 어셈블리.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 초점 시스템은,
   제1 오목 반사 광학 표면 및 제2 볼록 반사 광학 표면
   을 포함하는 광학 어셈블리.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 무한 초점 시스템은,
   적어도 제1 오목 반사 광학 표면 및 제2 볼록 반사 광학 표면
   을 포함하는 광학 어셈블리.
   
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 1 오목 반사 광학 표면 및 상기 제2 볼록 반사 광학 표면은,
   투과 상태와 반사 상태 사이에서 상태가 변경되는 코팅이 도포된
   광학 어셈블리.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 초점 시스템 및 상기 적어도 하나의 무한 초점 시스템은,
   상기 솔리드 주 광학 요소 내에 제공되는
   광학 어셈블리.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 스위칭 광학 요소는,
   상기 무한 초점 시스템의 적어도 하나의 오목 표면의 상기 곡률을 보상하도록 구성되어, 상기 광학 요소의 실질적으로 평평한 전방면을 형성하는
   광학 어셈블리.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 스위칭 광학 요소의 적어도 하나의 표면은,
   반사 광학 코팅으로 도포되는
   광학 어셈블리.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 스위칭 광학 요소의 적어도 하나의 표면은,
   전기 변색 유리 코팅으로 도포되는
   광학 어셈블리.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 스위칭 광학 요소는,
   상기 주 광학 요소와 동일한 광학 재료로 만들어지는
   광학 어셈블리.
   
10. 제7항에 있어서,
    상기 스위칭 광학 요소는,
    평평한 제1 광학 표면 및 상기 초점 시스템 및/또는 상기 적어도 하나의 무한 초점 시스템의 오목한 광학 반사 표면의 곡률에 대응하는 곡률의 제2 광학 표면을 가지는
    광학 어셈블리.
    
11. 제7항에 있어서,
    상기 스위칭 광학 요소는,
    상기 적어도 하나의 무한 초점 시스템의 제2 반사 광학 표면에 배열되어, 광축에 수직으로 배열되는 평평한 표면을 형성하는
    광학 어셈블리.
    
12. 제7항에 있어서,
    상기 광학 요소는,
    오목한 중앙 원형 부분을 갖는
    광학 어셈블리.
    
13. 제1 항에 있어서,
    상기 이미지 평면 곡률 보정 요소는,
    적어도 하나의 렌즈 형태로 제공되고,
    상기 광학 요소와 이미징 장치의 이미지 센서 사이에 배치되는
    광학 어셈블리.
    
14. 광학 어셈블리를 포함하는 이미징 장치에 있어서,
    상기 광학 어셈블리는,
    솔리드 주 광학 요소의 형태로 제공되고, 2개의 미러를 갖는 통합된 초점 시스템 및 2개의 미러를 갖는 적어도 하나의 통합된 무한 초점 시스템을 포함하는 광학 요소;
    상기 광학 요소의 전면에 배치되고, 광을 투과하는 개방 상태와 광을 반사 및/또는 흡수하는 폐쇄 상태 사이를 스위칭하도록 구성된 복수의 스위칭 광학 요소; 및
    상기 광학 요소 뒤에 배치되는 이미지 평면 곡률 보정 요소
    를 포함하는 이미징 장치.
    
15. 광학 요소의 전면에 배치된 적어도 2개의 스위칭 광학 요소에 의해 솔리드 주 광학 요소로 입사광을 전송하는 단계; 및
    상기 스위칭 광학 요소가 광을 투과하는 개방 상태와 상기 스위칭 광학 요소가 광을 반사 및/또는 흡수하는 폐쇄 상태 사이에서 상기 적어도 2개의 스위칭 광학 요소 각각을 스위칭함으로써, 이미지 센서에서 각각의 시야를 스위칭하는 단계
    를 포함하고,
    상기 솔리드 주 광학 요소로 입사광을 전송하는 단계에서 상기 입사광은,
    상기 광학 요소에 통합된 2개의 미러를 갖는 초점 시스템 및 상기 광학 요소에 통합된 2개의 미러를 갖는 하나 이상의 무한 초점 시스템에 의해 적어도 하나의 내부 반사를 받고, 상기 이미지 센서 상에 아웃-커플링되어 상기 이미지 센서에서 여러 시야를 갖는 이미지를 생성하는
    이미징 렌즈에서 다중 시야를 생성하는 방법.
    
16. 제15 항에 있어서,
    상기 광학 요소와 상기 이미지 센서 사이에 배치되는 이미지 평면 곡률 보정 요소를 이용하여 상기 이미지 센서에 생성되는 이미지 곡률을 보정하는 단계
    를 더 포함하는 이미징 렌즈에서 다중 시야를 생성하는 방법.
    
17. 제15 항에 있어서,
    상기 이미지 센서에서 각각의 시야를 스위칭하는 단계는,
    상기 적어도 2개의 스위칭 광학 요소 중에서 하나의 스위칭 광학 요소가 상기 개방 상태로 스위칭 되면, 나머지 스위칭 광학 요소는 상기 폐쇄 상태로 스위칭 되는
    이미징 렌즈에서 다중 시야를 생성하는 방법.
    
18. 제15항에 있어서,
    상기 스위칭 광학 요소는,
    상기 무한 초점 시스템의 적어도 하나의 오목 표면의 곡률을 보상하도록 구성되어, 상기 광학 요소의 실질적으로 평평한 전방면을 형성하는
    이미징 렌즈에서 다중 시야를 생성하는 방법.
    
19. 제15항에 있어서,
    상기 스위칭 광학 요소의 적어도 하나의 표면은,
    반사 광학 코팅으로 도포되는
    이미징 렌즈에서 다중 시야를 생성하는 방법.
    
20. 제15항에 있어서,
    상기 스위칭 광학 요소의 적어도 하나의 표면은,
    전기 변색 유리 코팅으로 도포되는
    이미징 렌즈에서 다중 시야를 생성하는 방법.

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