KR20240025602A - 수차가 감소된 제어 가능한 광 편향 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하기를 포함하는 가변 광 편향 장치에 관한 것으로, 프리즘, 입사 굴절된 광선을 편향 광선으로서 프리즘의 면을 통해 다시 프리즘으로 편향시키기 위해 프리즘의 한 면 반대편에 배치된 반사 부재, 투과된 편향 광선을 프리즘의 다른 면을 통해 굴절된 출력 광선으로 굴절시키기 위해 프리즘의 다른 면 반대편에 배치된 굴절 부재, 프리즘 면과 반사 및 굴절 부재 사이에 배치된 제1 및 제2 투명 형상 가변체, 제1 출력 평면에 굴절된 출력 광선의 제1 전파 편차 각도를 변경하기 위해 반사 부재를 기울이도록 배치된 제1 및 제2 액츄에이터 시스템을 포함하며, 상기 제2 액츄에이터 시스템은 상기 제1 출력 평면 내 굴절된 출력 광선의 동일한 제1 전파 편차 각도를 변경하기 위해 굴절 부재를 기울이도록 배치된다.

Description

수차가 감소된 제어 가능한 광 편향 장치

본 발명은 프리즘형 편향 장치와 같은 광 편향 장치, 수차(aberration) 및 왜곡(distortion) 감소를 목표로 하는 설계, 이러한 광 편향 장치를 통합한 카메라 시스템, 특히 제어 가능한 편향 특성이 광학 이미지 안정화를 달성하는 데 사용되는 카메라 시스템에 관한 것이다.

광학 이미지 안정화는 향상된 이미지 선명도를 얻기 위해 카메라의 의도하지 않은 움직임을 보정하는 데 사용된다. 공지의 방법에는 이미징 시스템의 렌즈의 제어된 이동 또는 이미지 센서의 제어된 이동이 포함된다.

이러한 공지의 해결책이 전통적인 카메라에 적합할 수 있는 반면, 발명자들은 개선된 해결책이 스마트폰의 카메라와 같은 컴팩트 카메라에 유익하다는 것을 발견하였다.

이미지 품질은 매우 중요하므로 광학 이미지 안정화 솔루션은 허용 가능한 수준의 이미지 수차를 제공할 수 있어야 한다.

이러한 문제 및 기타 문제를 해결하기 위해, 발명자들은 본 발명을 고안하였다.

본 발명의 목적은 컴팩트 카메라에 적합한 광학 이미지 안정화 솔루션을 제공하는 것이다. 특히, 낮은 이미지 왜곡, 낮은 색수차(chromatic aberration) 등 향상된 이미지 수차 특성 측면에서 향상된 이미지 품질을 갖는 솔루션을 제공하는 것이 목적이다. 또한 대규모 이미지 안정화 보정을 위해 이미지 왜곡을 줄이고 색수차를 줄이는 것이 목표이다.

본 발명의 제1 측면에서는, 하기를 포함하는 가변 광 편향 장치를 제공한다.

- 적어도 제1 면, 제2 면 및 제3 면을 갖는 프리즘으로서, 상기 제1 면은 입사 광선을 입사 굴절 광선으로 굴절시키기 위한 프리즘,

- 상기 입사 굴절 광선을 편향 광선으로서 상기 제2 면을 통해 프리즘으로 다시 편향시키기 위해 제2 면 반대편에 배치된 반사 부재(reflection member),

- 제3 면을 통해 투과된 편향된 광선을 굴절된 출력 광선으로 굴절시키기 위해 제3 면 반대편에 배치된 굴절 부재(refraction member),

- 제2 면과 제3 면과 각각의 반사 및 굴절 부재 사이에 배치된 제1 및 제2 투명 형상 가변체,

- 제1 출력 평면에서 굴절된 출력 광선의 제1 전파 편차 각도(propagation deviation angle)를 변경하기 위해 반사 부재를 기울이도록 제1 액츄에이터 시스템이 배치되고, 상기 제1 출력 평면에서 굴절된 출력 광선의 제1 전파 편차 각도를 변경하기 위해 굴절 부재를 기울이도록 제2 액츄에이터 시스템이 배치된, 제1 및 제2 액츄에이터 시스템.

유리하게도, 기울어진 반사 부재 및 굴절 부재와, 프리즘을 반사 및 굴절 부재와 연결하는 비유동체(non-fluid bodies)는 광학 이미지 안정화 시스템에 사용될 수 있는 가변 광 편향 장치의 향상된 수차 특성을 제공한다.

특히, 대규모 이미지 안정화 보정이 필요한 경우, 큰 경사각이 필요한데, 예를 들어 최대 10도의 경사각과 같이 1도보다 큰 경사각이 필요하다. 이러한 상당한 경사각은 일반적인 단일 경사 구성에서 일반적으로 상당한 이미지 왜곡과 색수차를 생성하지만, 출력 평면에서 동일한 전파 편차 각도를 독립적으로 조정하도록 배치된 2개의 독립적인 경사 조정 수단을 갖춘 본 구성에서는 이미지 왜곡 및 색수차를 최소화하는 것이 가능하다.

제1 및 제2 액츄에이터(actuator) 시스템은 서로 독립적으로 반사 및 굴절 부재의 경사를 변경하도록 배치된다. 즉, 출력면에서 정의되는 반사 부재의 경사각(a1)과 굴절 부재의 경사각(a2) 모두를 독립적으로 조절할 수 있다.

WO 2020/074711A1은 컴팩트 카메라 모듈과 함께 사용하기 위한 광학 조립체를 개시한다. 상기 광학 조립체는 광학 요소를 통해 빛을 편향시키도록 배치된 광학 반사 표면, 투명한 탄성 비유동체, 및 하나 이상의 액츄에이터를 포함하는 액츄에이터 시스템과 하나 이상의 엑츄에이터들에 의해 굽힘(bending) 및/또는 변위(displacement)를 받도록 배치된 액츄에이터 구성요소를 포함한다. 상기 액츄에이터 구성요소의 방향은 액츄에이터의 작동에 의해 변경되어 조절 가능한 광 출력 또는 빔 편향을 제공할 수 있다.

WO2020/074711A1은 또한 빔 편향기를 개시하는 반면, WO2020/074711A1은 편향 및 굴절 부재와 같은 2개의 편향 수단의 경사를 제어하도록 배치된 제1 및 제2 액츄에이터 시스템을 개시하지 않는다.

그러나 2개의 독립적인 경사 시스템을 제어하는 복잡성이 증가함에도 불구하고, 제어 가능한 2개의 경사 시스템을 통해 이미지 왜곡 및 색수차와 같은 이미지 수차를 줄일 수 있다.

본 발명의 구현예들은 도면들을 참조하여 단지 예시로서 설명될 것이다.
도 1a는 가변 광 편향 장치를 도시한다.
도 1b는 카메라 모듈을 포함하는 전자 장치의 단면도를 도시한다.
도 2는 왜곡 및 색수차를 감소시키고 광학 이미지 안정화의 정확도를 향상시키는 가변 광 편향 장치의 일 구현예를 도시한다.
도 3a, 3b 및 4는 가변 광 편향 장치의 서로 다른 구성을 도시한다.
도 5는 프리즘이 직각 프리즘과 같은 제1 및 제2 연결된 삼각 프리즘을 포함하는 가변 광 편향 장치의 일 구현예를 도시한다.
도 6은 도 5의 일 구현예의 세부사항을 도시한다.
도 7a는 색수차가 감소된 가변 광 편향 장치의 일 구현예를 도시한다.
도 7b는 다양한 구성요소들의 다양한 굴절률을 갖는 가변 광 편향 장치의 대안적인 일 구현예를 도시한다.
도 8-11은 가변 광 편향 장치의 다양한 구성들에 대한 성능 값을 나타내는 표를 도시한다.
도 12a 및 도 12b는 가변 광 편향 장치에 포함될 수 있는 기울기 센서를 도시한다.
도 13은 지터 각을 정의하기 위한 예시도이다.

일 구현예에 따르면, 반사 부재는 제2 면에 대해 제1 예각(a1)으로 배치되고, 굴절 부재는 제3 면에 대해 제2 예각(a2)으로 배치되며, 가변 광 편향 장치는 제1 및 제2 예각(a1 및 a2)에 대해 소정의 수식에 따라 제1 및 제2 액츄에이터 시스템에 의해 제공되는 경사를 제어하도록 배치된 제어 시스템을 추가로 포함한다.

유리하게도, 반사 및 굴절 부재는 a1 및 a2에 대한 방정식과 같은 소정의 수식에 따라 제1 및 제2 예각(a1 및 a2)을 조정하도록 제어될 수 있으므로, 이미지 왜곡 및/또는 색수차가 감소되고 또한 지터 각(jitter angle)에 따른 방정식에 따라 제1 및 제2 예각(a1 및 a2)의 변화를 제어하여 광학 이미지 안정화를 달성하도록 한다.

일 구현예에 따르면, 소정의 수식은 지터 각에 의존하며, 여기서 상기 지터 각은 제1 면에서 축 주광선(axial chief ray)의 입사각이고, 상기 축 주광선은 물체점과, 제3면의 하류에 위치한 이미징 시스템의 입구 동공(pupil)의 중심을 연결하는 입사 광선이며, 여기서 상기 물체점은 지터가 0인 상황에서 물체 공간의 광축에 위치한다.

대안적으로, 그러나 동등하게, 상기 지터 각은 이미징 시스템, 즉 프리즘의 하류에 배치되는 이미징 시스템의 축방향 주광선을 기초로 정의될 수 있다. 축 주광선은 축상의 물체점과 이미징 시스템의 입사 동공 중심을 연결하는 기준 광선이다. 가변 광 편향 장치를 포함하는 전자 장치의 회전(rotation)이나 이동(translation) 또는 물체의 이동으로 인해 지터가 도입됨에 따라, 축상 물체는 축에서 벗어나고 광축에 대한 축 주광선의 각도는 지터에 따라 변경된다. 축상 물체가 위치한 축은 프리즘에 의해 접혀진 물체 공간의 이미징 시스템의 광축이다. 따라서, 이 기준 축 주광선에 기초하여, 지터 각은 축 주광선과 프리즘의 제1 면 또는 입구면에 대한 법선 벡터(normal vector) 사이의 각도로 정의될 수 있다.

일반적으로, 상기 지터 각 βi는 기준 입사각에 대한 입사 광선의 입사각의 편차를 나타낸다.

지터 각 회전과 같은 지터 각은 측정될 수 있는데, 예를 들어 가속도계 또는 자이로에 의해, 및 가속도 측정에 따라 가변 광 편향 장치를 수용하는 전자 장치의 회전을 결정함으로써 가능하다. 상기 전자 장치의 회전은 기준 입사각에 대한 입사 광선의 입사각의 편차 또는 변화와 동일하다. 예를 들어, 움직이는 물체로 인한 지터 각 이동은 전자 장치에 포함된 프로세서와 상기 프로세서에 의해 실행되도록 배치된 알고리즘을 사용하여 결정될 수 있으며, 상기 알고리즘은 예를 들어 특성 추적, 즉, 이미지 센서의 디지털 이미지에서 픽셀 추적에 의한 지터 이동을 결정하도록 배치된다. 결정된 지터 이동은 반사 및 굴절 부재의 경사각을 제어하기 위해 해당 지터 각으로 변환될 수 있다.

일 구현예에 따르면, 소정의 수식은 또한 각각의 프리즘과 제1 및 제2 투명 형상 가변체의 둘 이상의 아베수(Abbe number) V1, V2, V3 및/또는 둘 이상의 굴절률 n1, n2, n3에 따라 달라진다.

즉, 형상 가변체와 프리즘 모두의 굴절률 n1, n2, n3가 다른 일반적인 경우에 대해, 제1 및 제2 예각(a1, a2)에 대한 소정의 수식은 하기 식에 기초하여 결정될 수 있다:

제1 및 제2 예각(a1, a2)은 상기 식과 정확히 동일할 필요는 없지만, 그로부터 벗어날 수 있고, 예를 들어, 다른 조건들도 충족해야 하는 경우 최적화 알고리즘을 기반으로 위의 식에 기초하여 결정될 수 있다.

제2 형상 가변체와 프리즘의 굴절률 n1 및 n3만 다른 구성에서, 제1 및 제2 예각(a1, a2)에 대한 소정의 수식은 하기 식에 기초하여 결정될 수 있다:

여기서 "기초하여(based on)"는 정확한 방정식의 편차가 이상적인 수식의 최대 +/- 30% 편차와 같은 범위 내에서 허용된다는 의미이다.

유리하게도, 프리즘과, 형상가변체들 중 하나 또는 둘 모두를 서로 다른 굴절률과 아베수로 구성함으로써 색수차를 더욱 감소시킬 수 있다.

일 구현예에 따르면, 소정의 수식은 제2 예각(a2)과 제1 예각(a1) 사이의 비율이 제1 예각과 제2 예각의 서로 다른 값에 대해 일정하거나 실질적으로 일정하다는 것을 명시한다.

유리하게도, 형상 가변체와 프리즘의 굴절률이 동일하거나 실질적으로 동일한 가변 광 편향 장치에 있어서, 이미지 왜곡 및 색수차를 2배로 감소함과 동시에 경사각 비율의 제약에 따라 경사각(a1, a2)을 조정함으로써 이미지 안정화를 달성할 수 있다.

일 구현예에 따르면, 제2 예각(a2)과 제1 예각(a1) 사이의 일정하거나 실질적으로 일정한 비율은 각각의 프리즘과 제1 및 제2 투명 형상 가변체의 둘 이상의 아베수 및/또는 둘 이상의 굴절률에 따라 달라진다.

따라서, 제1 및 제2 투명 형상 가변체 및 프리즘 중 둘 또는 모두는 서로 다른 굴절률 및/또는 서로 다른 아베수를 갖는다.

즉, 형상 가변체들과 프리즘 모두의 굴절률 n1, n2, n3이 다른 일반적인 경우에 대해, 제2 예각(a2)과 제1 예각(a1) 사이의 일정하거나 실질적으로 일정한 비율은 하기와 같이 주어진다:

프리즘과 제2 형상 가변체의 굴절률 n1 및 n3만이 다른 구성에서, 제2 예각(a2)와 제1 예각(a1) 사이의 일정하거나 실질적으로 일정한 비율은 하기와 같이 주어진다:

다시 말해, 제2 예각(a2)과 제1 예각(a1) 사이의 비율은 위의 방정식에만 기초하면 되며, 따라서 이상적인 수식에서 최대 +/- 30%의 편차와 같이 정확한 방정식에서 벗어날 수 있다.

유리하게도, 형상 가변체와 프리즘의 굴절률이 모두 동일하지 않은 가변 광 편향 장치에 있어서도 소정의 수식으로 규정된 비율을 만족하면 이미지 왜곡 및 색수차를 감소시킬 수 있는 동시에, 경사각(a1, a2)에 대한 소정의 방정식에 따라 경사각(a1, a2)을 조정함으로써 이미지 안정화도 달성될 수 있다.

상기 프리즘은 삼각기둥(triangular) 프리즘일 수도 있고, 연결된 삼각기둥으로 구성된 프리즘, 즉 2개의 연결된 삼각기둥 프리즘과 같은, 연결된 삼각기둥 형태를 갖는 프리즘일 수도 있다.

상기 굴절 부재는 상기 반사 부재의 하류에 위치하여, 즉 입사광이 굴절 부재를 통해 굴절되기 전에 반사 부재에 의해 반사된다.

상기 반사 부재는 제2 면에 대해 제1 예각(a1)으로 배치되고, 상기 굴절 부재는 제3 면에 대해 제2 예각(a2)으로 배치되며, 제1 및 제2 액츄에이터 시스템에 의해 제공되는 경사는 제2 예각(a2)과 제1 예각(a1) 사이의 비율이 서로 다른 경사 값에 대해 일정하거나 실질적으로 일정하도록 제어 가능하다.

상기 액츄에이터 시스템은 경사 값을 제어하는데, 즉, 지터를 보상하기 위해 경사 값을 변경하지만, a2/a1 비율이 일정하거나 실질적으로 일정하다는 제약을 받으며, 여기서 상기 일정(constant)은 프리즘 및 형상 가변체들의 굴절률과 아베수에 따라 달라질 수 있다.

상기 가변 광 편향 장치는 제1 및 제2 예각들을 제어하도록 배치된 제어 시스템을 더 포함한다.

일 구현예에서, 제1 투명 형상 가변체와 프리즘은 각각 서로 다른 굴절률 n2, n1과 아베수 V2, V1을 갖고, 제1 투명 형상 가변체와 프리즘의 서로 다른 굴절률 n2, n1과 아베수 V2, V1은 각각, 조건 V2 = 2V1(n2-1)/(n1-1)에 기초한다.

일 예시에서, 제2 투명 형상 가변체와 프리즘은 서로 다른 굴절률 n3, n1과 서로 다른 아베수 V3, V1을 갖는다. 이 예시에서, 제2 예각(a2)과 제1 예각(a1) 사이의 일정하거나 실질적으로 일정한 비율은 a2/a1 = 2(n1-1)/(n3-1)*V3/V1으로 주어진다. 상기 조건 a2/a1 = 2 (n1-1)/(n3-1)*V3/V1이 만족되거나 부분적으로 만족되면, 제2 투명 형상 가변체와 프리즘의 굴절률 n3, n1이 서로 다를 때 색수차가 낮아진다. 방정식 a1=βi/2[(n1-1) V3/V1-n1] 및 a2=βi(n1-1)/(n3-1)[(n1-1)-V1/V3 n1]에 따라 입사각 βi에 따른 경사각 a1, a2를 추가로 제어함으로써 제어된 경사각으로 인한 출력 빔 방향의 결과적인 변경은 지터 각을 보상할 것이다.

본 발명의 제 2 측면은 하기를 포함하는 가변 광 편향 장치에 관한 것이다.

- 적어도 제1 면, 제2 면 및 제3 면을 갖는 프리즘으로서, 상기 제1 면은 입사 광선을 입사 굴절 광선으로 굴절시키기 위한 프리즘,

- 입사 굴절된 광선을 편향 광선으로서 제2 면을 통해 프리즘으로 다시 편향시키기 위해 제2 면 반대편에 배치된 반사 부재,

- 상기 제2 면과 상기 반사 부재 사이에 배치된 제1 투명 형상 가변체,

- 제1 출력 평면에서 굴절된 출력 광선의 제1 전파 편차 각도를 변경하기 위해 반사 부재를 기울이도록 배치된 제1 액츄에이터 시스템,

- 여기서, 상기 제1 투명 형상 가변체와 프리즘은 각각 서로 다른 굴절률 n2, n1 및 아베수 V2, V1을 갖고, 제1 투명 형상 가변체와 프리즘의 서로 다른 굴절률 n2, n1 및 아베수 V2, V1은 각각 조건 V2 = 2V1(n2-1)/(n1-1)을 기초로 한다.

프리즘과 제1 투명 형상 가변체의 굴절률과 아베수가 다르면, V2 = 2V1(n2-1)/(n1-1) 조건이 만족되거나, 차이 Δ = V2 - 2V1(n2-1)/(n1-1)를 최소화하는 방식으로 굴절률과 아베수가 선택될 때 낮은 색수차가 얻어진다.

제2 측면과 유사하게, 가변 광 편향 장치는 하기 단계들로 수득된다:

- 적어도 제1, 제2 및 제3 면을 갖는 프리즘을 제공하는 단계로서, 상기 제1 면은 입사 광선을 입사 굴절 광선으로 굴절시키기 위한 단계,

- 상기 입사 굴절 광선을 편향된 광선으로서 제2 면을 통해 프리즘으로 다시 편향시키기 위해 제2 면 반대편에 배치된 반사 부재를 제공하는 단계,

- 상기 제2 면과 상기 반사 부재 사이에 배치된 제1 투명 형상 가변체를 제공하는 단계,

- 제1 출력 평면에서 굴절된 출력 광선의 제1 전파 편차 각도를 변경하기 위해 상기 반사 부재를 기울이도록 배치된 제1 액츄에이터 시스템을 제공하는 단계,

- 여기서, 상기 프리즘 및 상기 제1 투명 형상 가변체를 제공하는 단계는, 상기 프리즘 및 상기 제1 투명 형상 가변체가 각각 서로 다른 굴절률 n2, n1 및 아베수 V2, V1을 가질 수 있도록, 조건 V2 = 2V1(n2-1)/(n1-1)에 기초하여 프리즘의 굴절률 n1 및 아베수 V1을 결정하는 단계를 포함한다.

또한, 제2 측면과 유사하게, 가변 광 편향 장치를 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 하기 단계들을 포함한다:

- 적어도 제1, 제2 및 제3 면을 갖는 프리즘을 제공하는 단계로서, 상기 제1 면은 입사 광선을 입사 굴절 광선으로 굴절시키기 위한 단계,

- 상기 입사 굴절 광선을 편향된 광선으로서 제2 면을 통해 프리즘으로 다시 편향시키기 위해 제2 면 반대편에 배치된 반사 부재를 제공하는 단계,

- 상기 제2 면과 상기 반사 부재 사이에 배치된 제1 투명 형상 가변체를 제공하는 단계,

- 제1 출력 평면에서 굴절된 출력 광선의 제1 전파 편차 각도를 변경하기 위해 상기 반사 부재를 기울이도록 배치된 제1 액츄에이터 시스템을 제공하는 단계,

- 여기서, 상기 프리즘 및 상기 제1 투명 형상 가변체를 제공하는 단계는, 상기 프리즘 및 상기 제1 투명 형상 가변체가 각각 서로 다른 굴절률 n2, n1 및 아베수 V2, V1을 가질 수 있도록, 조건 V2 = 2V1(n2-1)/(n1-1)에 기초하여 프리즘의 굴절률 n1 및 아베수 V1을 결정하는 단계를 포함한다.

일 구현예에 따르면, 상기 가변 광 편향 장치는 제1 출력 평면에 수직이거나 실질적으로 수직인 제2 출력 평면에서 굴절된 출력 광선의 제2 전파 편차 각도를 변경하도록 배치된 편향 수단을 포함한다.

따라서, 상기 시스템은 2차원에서 지터를 보상할 수 있다.

일 구현예에 따르면, 상기 편향 수단은 제2 출력 평면에서 굴절된 출력 광선의 제2 전파 편차 각도를 변경하기 위해 반사 부재 또는 굴절 부재를 더 경사지도록 배치된 제1 또는 제2 액츄에이터 시스템을 포함한다.

따라서, 상기 제2 액츄에이터 시스템은 2개의 수직 또는 실질적으로 수직인 축을 중심으로 굴절 부재의 경사를 생성하도록 배치된다.

일 구현예에 따르면, 상기 편향 수단은 제2 출력 평면에서 굴절된 출력 광선의 제2 전파 편차 각도를 변경하기 위해 편향된 광선을 추가로 편향된 광선으로 편향시키도록 배치된 추가 반사 부재를 포함한다.

유리하게도, 상기 제1 반사 부재와 독립적으로 제어되는 추가 반사 부재는 제1 반사 부재에 의해 제공되는 편향 방향과 수직 등의 다른 방향으로 광선의 편향을 제공한다.

추가 굴절 부재는 반사 부재의 하류 및 굴절 부재의 상류에 위치될 수 있다. 제1 및/또는 제2 출력 평면은 제3 면에 수직 또는 실질적으로 수직으로 배치될 수 있다.

일 구현예에 따르면, 상기 프리즘은 하기를 포함한다:

- 제4 면으로서, 편향 광선을 추가로 편향된 광선으로 편향시키기 위해 상기 제4 면의 반대편에 추가 반사 부재가 배치되고, 상기 굴절 부재가 추가로 편향된 광선을 굴절시키기 위해 배치되도록 배치된 제4 면,

- 상기 제4 면과 추가 반사 부재 사이에 배치된 제3 투명 형상 가변체, 및

- 제1 출력 평면에 수직인 제2 출력 평면에서 굴절된 출력 광선의 제2 전파 편차 각도를 변경하기 위해 추가 반사 부재를 기울이도록 배치된 제3 액츄에이터 시스템.

상기 추가 반사 부재는 제4 면에 대해 제3 예각을 갖고 배치된다. 상기 제3 액츄에이터 시스템은 굴절된 출력 광선의 제2 전파 편차 각도의 변경을 달성하기 위해 제3 예각을 변경하도록 배치된다.

일 구현예에 따르면, 상기 가변 광 편향 장치는 반사 부재, 추가 반사 부재 및 굴절 부재 중 어느 하나의 경사를 측정하도록 배치되는 적어도 하나의 기울기 센서를 더 포함한다.

일 구현예에 따르면, 제1 및/또는 제2 투명 형상 가변체는 제1 및 제2 투명하고 변형가능한 비유동체(non-fluid) 본체이고, 여기서 상기 프리즘은 제1 및 제2 투명하고 변형가능한 비유동체와 동일한 변형가능한 비유동체 재료를 포함하며, 상기 프리즘의 제2 면 및 제3 면 중 적어도 하나가 비유동체 재료로 형성되도록 한다.

유리하게도, 프리즘과 제1 및/또는 제2 형상 가변체를 동일한 변형 가능한 비유동 재료로 형성함으로써, 서로 다른 구성 요소들이 동일한 굴절률을 갖게 된다.

본 발명의 제5 측면은 제1, 제2 및 제3 측면 중 어느 하나에 따른 광학 가변 광 편향 장치 및 이미지 센서를 포함하는 카메라 모듈에 관한 것이다.

제5 측면에 따른 카메라 모듈은 광학 이미지 안정화 및/또는 이미지 포커싱을 수행하기 위해 하나 이상의 액츄에이터 시스템을 제어하기 위한 프로세서를 포함할 수 있다.

본 발명의 제6 측면은 상기 제5 측면에 따른 카메라 모듈을 포함하는 전자 장치에 관한 것이다. 상기 전자 장치는 스마트폰과 같은 전화기, 스마트워치와 같은 시계, 태블릿, 노트북, 카메라 또는 기타 장치 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 제7 측면은 이미지를 수득하기 위한 제6 측면에 따른 전자 장치의 용도에 관한 것이다.

요약하면, 본 발명은 프리즘, 입사 굴절 광선을 편향된 광선으로서 프리즘의 면을 통해 프리즘으로 다시 편향시키기 위해 프리즘의 면들 중 하나의 반대편에 배치된 반사 부재, 프리즘의 다른 면을 통해 투과된 편향된 광선을 굴절된 출력 광선으로 굴절시키기 위해 프리즘의 다른 면 반대편에 배치된 굴절 부재, 프리즘 면과 반사 및 굴절 부재 사이에 배치된 제1 및 제2 투명 형상 가변체, 제1 출력 평면에서 굴절된 출력 광선의 제1 전파 편차 각도를 변경하기 위해 반사 부재를 기울이도록 배치된 제1 및 제2 액츄에이터 시스템, 및 여기서, 상기 제2 액츄에이터 시스템은 상기 제1 출력 평면에서의 굴절된 출력 광선의 동일한 제1 전파 편차 각도를 변경하기 위해 굴절 부재를 기울이도록 배치된다.

일반적으로, 본 발명의 다양한 측면과 구현예들은 본 발명의 범위 내에서 가능한 임의의 방식으로 조합되고 결합될 수 있다. 본 발명의 이들 및 다른 측면, 특징 및/또는 이점은 이하에 설명되는 구현예들을 참조하여 자명해지고 설명될 것이다.

도 1a는 거울과 같은 반사 부재(120)의 경사를 제어함으로써 입사 광선(111)을 편향시키도록 배치된 가변 광 편향 장치(190)를 도시한다. 상기 광선(111)은 프리즘(100)의 제1 면(101)을 통해 굴절되고, 제2 면(102)을 통해 굴절되며, 제2 면(102)으로 다시 반사된 다음, 제3 면(103)을 통해 프리즘(100) 밖으로 굴절된다. 제어 가능한 거울 경사에 의해 예를 들어, 제1 출력 평면(xy 평면) 및 가능하게는 제2 수직 출력 평면(xz 평면)에서 굴절된 출력 광선의 전파 각도는 예를 들어 반사 부재(120)의 경사를 제어함으로써 의도하지 않은 카메라 지터를 보상하도록 제어될 수 있고, 이를 통해 카메라의 광학 이미지 안정화를 달성한다. 상기 출력 평면은 들어오는 광선(111)의 입사 평면에 대해 정의될 수 있으며, 예를 들어, 제1 출력 평면은 입사 평면에 의해 또는 입사 평면에 대해 정의될 수 있다. 대안적으로, 상기 출력 평면은 기준 좌표계의 제3 면 또는 평면에 수직인 평면으로 정의될 수 있다. 일반적으로 상기 출력 평면은 고정 평면이다.

카메라 지터뿐만 아니라 물체의 움직임이나 지터도 보상할 수 있다. 따라서, 가변 광 편향 장치는 물체의 움직임을 보상하도록 제어될 수 있다. 즉, 가변 광 편향 장치는 이미징된 물체가 이미지 센서 상에 고정되도록 제어될 수 있다.

광 편향 장치(190)의 예와 광학 이미지 안정화를 위한 용도는 본원에 참조로 포함된 WO 2020/074711 A1에 기술되어 있다.

도 1b는 카메라 모듈(210)을 포함하는 전자 장치(150)의 단면도를 도시한다. 상기 전자 장치(150)는 스마트폰과 같은 전화기, 스마트워치와 같은 시계, 태블릿, 노트북, 카메라 또는 다른 전자 장치일 수 있다.

상기 전자 장치(150)는 개구부(151)를 통해 빛을 수용하도록 배치될 수 있는 광 편향 장치(190)를 포함한다. 상기 개구부(151)는 투명 판과 같은 창을 포함할 수 있다. 상기 광 편향 장치(190)는 예를 들어 90도 편향을 통해 수신된 빛의 입사 광선이 전파 방향으로, 예를 들어 편향된 빛이 전자 장치의 길게 연장된 방향을 따라 전파되도록 하는 전파 방향으로 접힌다. 상기 전자 장치(150)의 세장형 길이는 장치의 두께(T)보다 상당히 길 수 있으며, 여기서 두께는 개구부(220)의 평면에 수직 또는 실질적으로 수직인 방향으로 연장된다.

상기 개구부(151)는 광학 가변 광 편향 장치를 향해 빛을 전달하도록 배치된 투명 커버 부재로 구성될 수 있다.

상기 편향 장치(190)는 편향된 광을 수용하도록 배치된 이미지 센서(152) 및 선택적으로 편향된 광의 경로에 배치된 렌즈(153) 또는 다른 광학 구성요소들을 더 포함할 수 있는 카메라 모듈(210)의 일부를 형성할 수 있다. 상기 카메라 모듈(210)은 WO 2020/074711 A1에 기술된 바와 같이 제어 가능한 광전력을 갖는 가변 렌즈를 더 포함할 수 있다.

상기 카메라 모듈(210) 또는 전자 장치(150)는 후술할 반사 부재(120) 또는 굴절 부재를 기울어지게 하도록 배치되는 액츄에이터 시스템을 제어하는 프로세서를 포함하는 제어 시스템(199)을 더 포함할 수 있다.

도 1a-1b는 왜곡(광학 수차) 및 색수차의 감소를 달성하기 위해 도 1a의 설계가 개선될 수 있다는 것을 발명자들이 깨달은 광학 이미지 안정화의 원리를 예시한다. 왜곡이란 입력빔과 출력빔의 전파 방향의 변화가 다르다는 것을 의미한다.

도 2는 왜곡 및 색수차가 감소되고 정확도가 향상된 가변 광 편향 장치(190)의 일 구현예를 도시한다.

일반적으로 프리즘(100)은 적어도 제1, 제2 및 제3 면(101, 102, 103)을 가지며, 상기 제1 면은 입사 광선(111)을 입사 굴절 광선(112)으로 굴절시키기 위한 것이다. 상기 면(101, 102, 103)들은 평면이다.

상기 프리즘(100)은 직각 프리즘과 같은 삼각 프리즘이거나 다른 기하학적 형상을 가질 수 있다. 상기 프리즘은 2개 이상의 연결된 삼각 프리즘(591, 592)과 같은 2개 이상의 광학 요소로 조립될 수 있다(도 5 참조). 대안적으로, 상기 프리즘(100)은 모놀리식(monolithic)이지만, 2개의 연결된 삼각 프리즘과 같이 연결된 삼각 프리즘의 형상을 갖는다.

반사 부재(120)는 입사 굴절 광선(112)을 편향 광선(113)으로서 제2 면(102)을 통해 프리즘으로 다시 편향시키기 위해 제2 면(102)의 반대편에 배치된다.

상기 광 편향 장치(190)는, 반사 부재(120)의 하류에 위치하고 제3 면을 통해 투과된 편향 광선(113)을 굴절된 출력 광선(214)으로 굴절시키기 위해 제3 면(103)의 반대편에 배치된 굴절 부재(230)를 더 포함한다. 따라서, 상기 굴절된 출력 광선(214)은 카메라 모듈(210)의 이미지 센서(152)를 향해 전파될 수 있다.

제1 및 제2 투명한 변형 가능 비유동체(241, 242)는 제2 및 제3 면(102, 103)과 각각의 반사 및 굴절 부재(120, 230) 사이에 끼워져 있다.

투명한 변형 가능 비유동체(241, 242)는 탄성이 있는 연질 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 상기 비유동체(241, 242)는 연질 폴리머로 만들어질 수 있으며, 이는 실리콘, 폴리머 겔, 가교 또는 부분 가교 폴리머의 폴리머 네트워크, 및 혼화성 오일 또는 오일들의 조합과 같은 다양한 재료를 포함할 수 있다. 비유동체의 탄성계수는 300Pa보다 클 수 있어 정상 작동 시 중력에 의한 변형을 방지할 수 있다. 비유동체의 굴절률은 1.3보다 크거나 적어도 공기의 굴절률보다 클 수 있다. 상기 비유동체(241, 242)는 프리즘(100) 및 굴절 부재(230)의 굴절률과 동일, 실질적으로 동일 또는 근접한 굴절률을 가져 비유동체 경계에서의 반사를 감소시킬 수 있다. 투명한 변형 가능 비유동체는 유체 형상 가변체에 비해 탄성 변형이 가능하며 전단 계수(shear modulus)가 0보다 클 수 있다.

투명한 변형 가능 비유동체에 대한 대안으로, 본체(241, 243, 543) 중 임의의 하나 이상은 유동체, 즉 유연한 캡슐 내에 포함된 오일과 같은 액체 또는 수용성 액체와 같은 유체를 포함하는 형상 가변체일 수 있다. 예를 들어, 상기 유체는 유연한 호일(foil)과 같은 투명하고 유연한 재료로 캡슐화될 수 있다.

따라서, 일반적으로 투명체(241, 243, 543)는 투명한 변형 가능 비유동체 또는 투명 유동체로 구현될 수 있는 투명 형상 가변체이며, 서로 다른 투명 형상 가변체는 두 가지 가능성에 따라 다르게 구성될 수 있다.

본 명세서의 예시와 구현예들은 주로 투명한 변형 가능 비유동체를 참조하지만, 대신에 형상 가변 유동체에 동일하게 기초할 수도 있다. 따라서, 예시와 구현예들은 변형 가능한 비유동체로 만들어진 본체(241, 243, 543)에 제한되지 않으며, 유동체 또는 일반적인 형상 가변체에 기반한 솔루션도 포함한다.

비유동체(241, 242)로 인해 제1 면(101)부터 제3 면(103)까지의 굴절률은 공기의 굴절률보다 크다. 따라서, 상기 비유동체는 프리즘의 면과 반사 및 굴절 부재와 광학적으로 연결된다.

비유동체(241, 242), 또는 형상 가변체(241, 242), 프리즘(100) 및 굴절 부재(230) 중 하나 이상은 동일한 굴절률 및 아베수를 가질 수도 있고, 예를 들어, 다른 곳에서 설명한 바와 같이 색수차를 줄이기 위한 목적으로, 서로 다른 굴절률 및 아베수를 가질 수도 있다.

예를 들어, 프리즘(100)이 하나 이상의 투명한 변형 가능한 비유동체(241, 242)와 동일한 비유동체 재료로 만들어지면 동일한 굴절률이 달성될 수 있다. 예를 들어, 상기 프리즘은 제2 및 제3 면 - 또는 일반적으로 임의의 반사 및 굴절 부재(120, 230, 520)와 접촉하는 임의의 프리즘 면 - 이 프리즘(100)의 비유동체 재료의 경계면으로 형성되도록 만들어지거나, 또는 하나 이상의 비유동체(241, 242)가 비유동 프리즘체와 일체로 형성되도록 만들어진다. 상기 비유동 프리즘체의 제1 면(101)은 유리판과 같은 투명 부재를 포함한다.

상기 광 편향 장치(190)는 제1 및 제2 액츄에이터 시스템(251, 252)을 추가로 포함한다. 각각의 액츄에이터 시스템은 하나 이상의 액츄에이터를 포함할 수 있다. 상기 액츄에이터는 선형 압전 변위 액츄에이터 또는 모터와 같은 선형 변위 액츄에이터일 수 있다. 반사 및 굴절 부재(251, 252)는 힌지 연결부(251a, 252a)를 통해 힌지 연결될 수 있어 반사 및 굴절 부재는 선형 액츄에이터 변위에 응답하여 힌지 연결부를 중심으로 회전된다.

제1 액츄에이터 시스템(251)은 제1 출력 평면, 여기서는 xy 평면에서 굴절된 출력 광선(214)의 제1 전파 편차 각도(D1)를 변경하기 위해 반사 부재를 기울이도록 배치된다. 상기 제1 전파 편차 각도(D1)는 입사 광선(111)과 출력 광선(214)의 방향 사이의 각도 차이이다. 즉, 제1 전파 편차 각도(D1)는 입사 광선(111)의 지터 각 βi에 대한 출력 광선(214)의 출력 각도 βo로 정의된다. 따라서, 전파 편차 각도(D1)는 주어진 입사각의 입사 광선(111)과 결과적인 출력 광선 사이의 각도 차이이다.

제1 전파 편차 각도(D1)와 제1 전파 편차 각도(D2)(아래 D2 참조)는 다른 방식으로 정의될 수 있지만, 일반적으로 전파 편차 각도(D1)는 평면 또는 3D 공간에서 입사 빔(111)의 각도와 출력 빔(214)의 각도 사이의 차이에 관한 각도로 정의된다.

제1 및 제2 전파 편차 각도(D1, D2)를 정의하는 목적은 지터 각 βi 및 굴절률 n 또는 지수 n1, n2의 변화로 인한 제1 및 제2 전파 편차 각도(D1, D2)의 변화가 최소화되는 솔루션을 달성하는 것이다. 따라서, 핵심은 지터 각 βi 및 굴절률 지수/지수들의 변화에 대해 제1 및/또는 제2 전파 편차 각도(D1, D2)가 가능한 한 일정하게 유지되어 이미지 왜곡 및 색수차를 최소화하는 솔루션을 달성하는 것이다. 본 발명의 예시에 따르면, 이러한 해결책은 특정 방식으로 반사 및 굴절 부재의 경사각을 제어하고/하거나 프리즘과 하나 이상의 형상 가변체가 특정 굴절률을 갖도록 구성함으로써 달성된다.

도 13은 지터 각 βi의 정의를 제공한다. 따라서, 상기 지터 각 βi는 제1 면(101)에서의 축 주광선(986)의 입사각, 즉, 축 주광선(986)과 제1 면(101)의 법선에 의해 걸쳐 이어진 평면에서 상기 축 주광선(986)과 제1 면(101)의 법선 사이의 각도이다. 동등하게, 상기 지터 각 βi는 축 주광선(986)과 광축(985), 즉 물체 공간의 접힌 광축 또는 이미징 시스템(153)의 광축 사이의 각도이며, 상기 이미징 시스템(153)은 이미지 센서(152) 상에 물체(983)를 이미징하도록 배치된 이미징 렌즈를 포함한다. 상기 광축(985)은 이미징 시스템(153)의 렌즈에 의해 정의되는 광축이다.

상기 이미징 시스템(153)은 가변 광 편향 장치(190)에 의해 구성될 필요가 없지만, 예를 들어, 전자 장치(150) 또는 다른 시스템에서 광 편향 장치와 함께 사용된다는 것이 이해된다.

축 주광선(986)은 광선에 의해 정의되는데, 예를 들어 입사 광선(111)은 제1 면(101)의 상류에 있는 물체 공간의 물체점(983)과 제3 면(103)의 하류에 위치한 이미징 시스템의 입구 동공(981)의 중심을 연결한다. 상기 축 주광선은 프리즘(101)에 의해 접혀진다.

상기 입사 동공은 구경 조리개(aperture stop)의 이미지이며, 예를 들어, 상기 구경 조리개(982)는 이미징 시스템(153)의 이미징 렌즈에 의해 형성된다.

상기 물체점(983)은 지터가 0인 상황에서 물체 공간의 접힌 광축(985) 상에 위치하는 물체점으로 정의된다. 따라서, 상기 물체점(983)은 지터가 0인 상황에서 광축(983) 상에 위치한다는 점에서 축 상의 물체점이다.

지터가 도입됨에 따라, 전자 장치(150)의 회전 또는 이동으로 인해 또는 물체점(983)의 이동으로 인해, 예를 들어 빠르게 움직이는 물체의 이미징으로 인해 축상의 물체점(983)은 축에서 벗어나고 광축에 대한 축 주광선(986)의 각도, 즉 축 주광선(986)의 입사 각도는 지터에 따라 변경된다.

따라서, 이 기준 축 주광선(986)에 기초하여, 상기 지터 각 βi는 제1 면(101)에 대한 축 주광선(986)의 입사각으로 정의될 수 있다.

따라서, 가변 광 편향 장치(190)를 포함하는 전자 장치가 회전하거나 물체가 이동함에 따라 축 주광선(986)은 각도, 즉 지터 각인 입사각을 만들고, 다른 입사 광선들의 입사각은 이에 따라 변경된다. 상기 입사각 또는 지터 각 βi는 입사 평면, 즉 프리즘(101)의 제1 면(101)에 수직인 표면과 축 주광선(986)의 전파 벡터에 의해 걸쳐 이어진 평면에서 정의된다.

대안적으로 또는 추가적으로, 지터가 전자 장치(150)의 회전에만 기인하는 상황에서, 지터 각 βi는 "기준 입사 광선"의 입사각으로 정의될 수 있다. 상기 기준 입사 광선은 지터가 0인 상황에서 제1 면(101)에 수직인 입사 광선(111)이다. 따라서, 지터가 0이 아닌 상황에서 상기 기준 입사 광선은 제1 면(101)의 법선에 대한 각도 βi를 만든다. 따라서 입사각인 각도 βi가 지터 각을 제공한다.

여기서, 상기 지터각 βi와 입사각 βi는 혼용되어 사용된다.

제2 액츄에이터 시스템(252)은 동일한 제1 출력 평면, 여기서는 xy 평면에서 굴절된 출력 광선(214)의 제1 전파 편차 각도(D1)를 변경하기 위해 굴절 부재(230)를 기울이도록 배치된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 반사 부재(120)는 제2 면(102)에 대해 제1 예각(a1)을 갖고 배치되고, 굴절 부재(230)는 제3 면(103)에 대해 제2 예각(a2)을 갖고 배치된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 예각(a2)과 제1 예각(a1) 사이의 비가 2 또는 실질적으로 2가 되도록 각도(a1, a2)를 제어함으로써 이미지 왜곡 및 색수차를 감소시킬 수 있다.

제1 및 제2 예각(a1, a2)과 제3 및 제4 예각(a3, a4)은 반사 또는 굴절 부재의 평면과 같은 반사 또는 굴절면과 프리즘 관련 면(101, 591, 592) 사이의 각도를 정의한다. 또한, 상기 예각은 반사 및 굴절 부재의 경사 또는 회전 축에 수직인 평면에서 정의되거나, 동등하게 반사 및 굴절 부재의 반사 및 굴절면에 수직인 평면 및 경사각에 관계없이 프리즘의 반대면에 수직인 평면에서 정의된다.

도 3a는 프리즘에 대해 제1 예각(a1)으로 배향된 반사 부재(120)만을 갖는 구성의 프리즘(100)을 도시한다.

도 3a에 도시된 각도와 반사 법칙에 기초하여 제1 전파 편차 각도 D1은 다음과 같이 결정될 수 있다:

스넬의 법칙은 제1 면과 제3 면(101, 103)에서 다음 관계를 제공한다:

이로부터 제1 편차 각도 D1은 다음과 같이 표현될 수 있다.

작은 각도의 경우 다음과 같이 근사화할 수 있다:

여기서, 이 예시에서 굴절률 n은 형상 가변체(241)와 프리즘(100)의 굴절률이다. 이로부터 굴절률 n의 편차 각도 D1의 의존성 측면에서 색수차는 다음과 같은데,

, 이는 제1 예각(a1)의 변화에 따라 색수차량이 선형적으로 변화함을 의미한다.

입사 광선(111)의 입사각 βi의 제1 편차 각도 D1의 왜곡 또는 의존성은 D1에 대한 비근사 방정식, dD1/dβi로부터 결정될 수 있다. 이는 일정하지 않은 결과를 제공한다는 것을 확인할 수 있다. 이상적으로, 도함수 dD1/dβi는 1 또는 -1과 같아야 하는데, 즉, 입사 광선(111)의 각도 변화는 출력 광선(214)의 동일한 각도 변화를 제공해야 한다.

도 3b는 제2 예각(a2)으로 배향된 굴절 부재(230)만을 갖는 구성의 프리즘(100)을 도시한다.

도 3b에 표시된 각도와 반사 법칙에 기초하여 제1 전파 편차 각도 D1은 다음과 같이 결정될 수 있다:

스넬의 법칙은 제1 면과 제3 면(101, 103)에서 다음 관계를 제공한다:

이로부터 제1 편차 각도 D1은 다음과 같이 표현될 수 있다.

작은 각도의 경우 βi는 다음과 같이 근사화될 수 있다.

이로부터 색수차와 왜곡은 다음과 같이 결정될 수 있다:

색수차: . 따라서, a 색수차는 제2 예각 a2에 따라 선형적으로 변한다.

왜곡: . 다시 한번 왜곡이 일정하지 않고 1 또는 -1과 같지 않음을 확인할 수 있다.

따라서, 도 3b의 구성은 또한 약간의 색수차 및 왜곡을 나타낸다.

도 4는 각각의 반사 및 굴절 부재(120, 230)에 대해 정의된 제1 및 제2 예각(a1, a2)을 갖는 반사 부재(120)와 굴절 부재(230) 모두를 갖는 구성의 프리즘(100)을 도시한다.

도 4에 표시된 각도와 반사 법칙에 기초하여 제1 전파 편차 각도 D1은 다음과 같이 결정될 수 있다:

스넬의 법칙은 제1 면과 제3 면(101, 103)에서 다음 관계를 제공한다.

이로부터 제1 편차 각도 D1은 다음과 같이 표현될 수 있다:

작은 각도의 경우 βi는 다음과 같이 근사화될 수 있다:

에 따라 제1 및 제2 예각이 선택되면, 제1 편차 각도는 다음과 같이 단순화될 수 있다: .

이로부터 색수차와 왜곡은 다음과 같다:

색수차:

왜곡:

도 3a, 3b 및 4의 예시에서, n은 비유동체 또는 형상 가변체(241, 242)와 프리즘(100) 모두에 대해 동일한 굴절률이다.

일 구현예에 따르면, 프리즘은 하나 이상의 비유동체(251, 253, 543)와 동일한 비유동체 재료를 포함하고, 상기 프리즘은 하나 이상의 제1, 제2 및 제3 투명한 비유동체와 동일한 비유동체 재료를 포함하여, 프리즘의 각각의 제2, 제3, 및/또는 제4 면이 비유동체 재료로 형성된다. 이러한 방식으로 굴절률은 비유동체와 프리즘 전체에서 동일하다.

따라서 라는 조건이 만족되면 색수차와 왜곡이 0 또는 실질적으로 0으로 감소하게 된다. βi는 예를 들어 불안정한 카메라 취급으로 인해 입사각, 여기서는 지터라고 불리는 각의 원하지 않는 변화를 나타낸다. 여기서 βi는 제1 출력 평면, 즉 xy 평면에서의 입사각만을 포함할 수 있고, 입사각의 두 가지 성분: xy 평면에서의 입사각과 xz 평면에서의 입사각을 포함할 수도 있다. 따라서 βi의 정의는 제1 출력 평면, 즉 xy 평면에서 D1의 변화를 일으키는 z축에 대한 원하지 않는 회전을 설명하는 지터 구성요소 Δβz와, 제2 출력 평면, 즉 yz 평면에서 제2전파 편차 각도 D2의 변화를 일으키는 xy 평면에서의 축에 대한 원하지 않는 회전을 설명하는 지터 구성요소 Δβxy의 맥락에 따라 달라진다.

일반적으로, 상기 지터 각 βi는 기준 입사각에 대한 입사 광선(111)의 입사각의 편차 Δβi를 나타내는데, 예를 들어, 동일한 입사 광선이 지터로 인해 회전하는 프리즘에 충돌할 때 프리즘의 기준 방향에 충돌하는 입사 광선에 대한 0 입사각과 0이 아닌 입사각 사이의 편차이다. 동등하게, 상기 지터 각 βi는 기준 방향에 대한 카메라 모듈(210)의 방향 편차를 나타낸다.

따라서, 지터 각 편차 Δβi에 대응하는 입사각 βi는 z축에 대한 바람직하지 않은 회전을 나타내는 지터 성분 Δβz와 xy 평면의 축에 대한 바람직하지 않은 회전을 나타내는 지터 성분 Δβxy로 분해될 수 있다. 편의상, 본 명세서의 예시 및 구현예들에서는 Δβz와 같은 특정 구성요소가 사용되는 경우에도 βi만을 언급할 수 있다.

카메라 모듈(210)의 제어 시스템은 제1 및 제2 예각(a1, a2)을 제어하여 그 각도의 비가 2 또는 실질적으로 2로 유지되도록 배치될 수 있다.

일 구현예에 따르면, 제2 액츄에이터 시스템(252)은 제1 출력 평면에 수직이고 이에 따라 xy 평면에 수직인 제2 출력 평면에서의 굴절된 출력 광선(214)의 전파 방향(D2) - 예를 들어, 제2 전파 편차 각도(D2) -를 변경하기 위해 x축과 같은 xy 평면의 축 주위로 굴절 부재(230)를 기울이도록 추가로 배치될 수 있다.

선택적으로, xy 평면의 축을 중심으로 굴절 부재(230)를 기울이는 것에 추가 또는 대안적으로, 제1 액츄에이터 시스템(251)은 x축과 같은 xy 평면의 축을 중심으로 반사 부재(120)를 기울이도록 더 배치되어, 상기 제2 출력 평면에서 굴절된 출력 광선(214)의 전파 방향 또는 제2 전파 편차 각도(D2)를 변경할 수 있다.

따라서, 가변 광 편향 장치(190)는 제1 출력 평면에 대해 수직이거나 실질적으로 수직인 제2 출력 평면에서 굴절된 출력 광선(214)의 전파 각도 D2를 변경하도록 배치된 굴절 부재(230) 및/또는 반사 부재(120)에 의해 구현된 편향 수단을 포함할 수 있다. 일반적으로, 제1 및 제2 출력 평면은 수직일 필요는 없지만, 적어도 제2 전파 편차 각도(D2)의 성분과 제1 전파 편차 각도(D1)의 수직 성분이 수직 출력 평면에서 정의되도록 적어도 비평행(non-parallel)해야 한다. 편의상, 도 2, 3A-B, 4는 제2 전파 편차 각도(D2) 또는 제2 출력 평면을 나타내지 않는다. 12. 서로 수직인 것 외에도, 제1 및/또는 제2 출력 평면은 제3 면(113)에 수직이거나 실질적으로 수직이다.

전자 장치(150)의 z축 주위의 의도하지 않은 회전, 여기서는 z축 지터 Δβz로 불리는 것을 보상하기 위해, 반사 및 굴절 부재(120, 230)의 제1 및 제2 예각(a1, a2)을 Δa1 = Δβz/2 및 Δa2 = Δβz에 따른 제1 및 제2 예각 변화 Δa1 및 Δa2에 의해 조정해야 한다. 마찬가지로, xy 평면의 축을 중심으로 한 전자 장치(150)의 의도하지 않은 회전, 여기서는 xy 평면 지터 Δβxy로 불리는 것은 xy 평면의 축을 중심으로 굴절 부재(230)의 기울기를, xy 평면의 축을 중심으로 반사 부재(120)의 기울기와 함께 선택적으로 조합하여 제어함으로써 보상될 수 있다.

따라서, 상기 제어 시스템(199)은 지터 각 βi에 의존하는 경사 변화(Δa1 및 Δa2)를 생성함으로써 제1 및 제2 예각(a1 및 a2)에 대한 소정의 수식에 따라 제1 및 제2 액츄에이터 시스템(251, 252)에 의해 제공되는 경사를 제어하도록 배치된다. 조건 는 Δa1 = Δβz/2 및 Δa2 = Δβz에 대한 제1 및 제2 예각 a1 및 a2에 대한 수학적 표현을 제공한다.

상기 조건 는 제2 예각 a2와 제1 예각 a1 사이의 비율이 일정하거나 실질적으로 일정하도록 제어되어야 하며, 즉 2와 같거나 실질적으로 2와 동일하게 제어되어야 함을 의미한다.

도 5는 프리즘(100)이 직각 프리즘과 같은 제1 및 제2 연결 삼각 프리즘(591, 592)을 포함하는 가변 광 편향 장치(190)의 일 구현예를 도시한다. 상기 제1 및 제2 프리즘은 동일한 굴절률을 갖는 것이 바람직하며, 투명 접착제를 이용하여 연결될 수 있다. 제1, 제2 및 제3 면(101, 102, 103)이 표시되어 있으며, 상기 제1 면은 입사 광선(111)을 입사 굴절 광선(112)으로 굴절시키기 위한 것이다. 제1, 제2 및 제3 면(101, 102, 103) 및, 제2면과 제3면(102, 103)의 반대편에 배치된 반사 부재(120)와 굴절 부재(230)도 표시되어 있다.

대안적으로, 도 5의 프리즘(100)은 모놀리식으로 형성될 수 있다.

도 5의 일 구현예는 제2 출력 평면에서 굴절된 출력 광선(214)의 제2 전파 편차 각도(D2)를 변경하기 위해 편향 광선(113)을 추가로 편향된 광선(113a)으로 편향시키도록 배치된 추가 반사 부재(520)를 포함할 수 있다. 따라서, 추가 반사 부재(520)는 출력 빔(214)을 제2 평면에서 편향시키는 편향 수단을 구현할 수 있다. 추가 반사 부재(520)는 입사된 광선(111)의 전파에 대해 반사 부재(120)와 굴절 부재(230) 사이에 위치된다.

도 6은 도 5의 구현예를 더 자세히 도시하며, 상부 도면은 xy 평면에서 제1 및 제2 프리즘(591, 592)의 측면도를 나타내고, 하부 도면은 zy 평면에서 제1 및 제2 프리즘(591, 592)의 측면도를 나타낸다.

상부 도면은 입사 광선(111)이 제1 면(101)에 의해 굴절되어 입사 굴절 광선(112)이 되고 반사 부재(120)에 의해 반사되어 도 2에서와 같이 편향 광선(113)이 되는 것을 도시한다. 상기 편향 광선(113)은 연결된 프리즘면을 통해 제2 프리즘(592)으로 전달된다.

상기 편향 광선(113)은 전술한 바와 같이 선택적인 추가 반사 부재(520)에 의해 반사되어 제2 전파 편차 각도(D2)를 변경할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 추가 반사 부재(520)는 추가로 편향된 광선(113a)이 제1 편향 광선(113)의 편향 방향에 수직 또는 실질적으로 수직인 방향으로 편향되도록 프리즘(100)의 제4 면(504) 반대편에 배치된다. 이에 따라, 상기 굴절 부재(230)는 추가 반사 부재(520)의 하류에 배치된다.

제3 투명한 변형 가능 비유동체(543), 또는 일반적으로 제3 형상 가변체(543)가 제4 면(504)과 추가 반사 부재(520) 사이에 배치되고, 제3 액츄에이터 시스템(554)이 추가 반사 부재(520)를 기울이도록 배치되어, 제2 전파 편차 각도 D2의 원하는 변화를 달성한다. 추가 반사 부재(520)와 제4 면(504) 사이의 각도는 제3 예각(a3)을 정의한다.

제2 예각(a2)(도 6에는 미도시)을 xz 평면에 정의하고, 굴절 부재(230)를 y축을 중심으로 경사지게 배치하여 제2 예각(a2)을 변화시켜 제1 출력 평면, 여기서는 xz 평면 내 굴절된 출력 광선의 제1 전파 편향각(D1)을 변화시킨다.

제2 액츄에이터 시스템(252)은 제2 출력 평면, 여기서는 yz 평면에서 굴절된 출력 광선(214)의 제2 전파 편차 각도 D2를 변경하기 위해 yz 평면에 정의된 제4 예각(a4)를 변경하기 위해 x축을 중심으로 굴절 부재(230)를 기울이도록 추가로 구성될 수 있다.

따라서, 제1 및 제2 예각(a1, a2)의 변화가 협력하여 제1 출력 평면에서 굴절된 출력 광선의 제1 전파 편차 각도 D1을 변경한다. 제3 및 제4 예각(a3, a4)의 변화는 협력하여 제2 출력 평면에서 굴절된 출력 광선의 제2 전파 편차 각도 D2를 변경한다.

xy 평면의 축 주위로 전자 장치(150)의 의도하지 않은 회전, 즉 xy 평면 지터 Δβxy를 보상하기 위해, 제3 및 제4 예각(a3, a4)은 Δa3=Δβxy/2 및 Δa4=Δβxy에 따른 변화량 Δa3 및 Δa4에 의해 조정되어야 한다.

선택적으로, 반사 부재(120)는 xy 평면의 축(예를 들어, xy 평면의 축이며 제2 면(102)과 평행한 축 - 여기서는 제1 빗변 회전축이라고 함)을 중심으로 제2 출력 평면에서 굴절된 출력 광선의 제2 전파 편차 각도 D2를 변경하기 위해 경사지도록 추가로 구성될 수 있다. 마찬가지로, 선택적으로, 추가 반사 부재(520)는 제1 출력 평면에서 굴절된 출력 광선의 제2 전파 편차 각도(D1)를 변경하기 위해 yz 평면의 축을 중심으로 기울어지도록 구성될 수 있다.

도 8, 9 및 10은 광편향 장치(100)를 통해 투과된 이미지 광선의 OIS 정확도, 색수차, 왜곡, 액츄에이터 스트로크 및 이미지 회전 측면에서 가변 광 편향 장치의 다양한 구성의 성능 매개변수를 도시한다. 상기 OIS 정확도는 지터 보상이 없는 동일한 이미지와 비교하여 이미지 센서(152)에서 지터에 대해 보정된 이미지의 최대 편차(예를 들어 ㎛로 표시됨)이다.

시스템 매개변수에는 이미징 렌즈 시스템의 유효 초점 거리 15mm, F값 3.2, 1/3인치 센서, 및 프리즘 높이(x 방향) 6mm가 포함된다. 모든 경우에 대해 카메라 지터 각 진폭, 즉 사용자의 불안정한 카메라 그립으로 인해 발생하는 카메라 회전은 x 및 z 축에 대해 3°이다.

2D 경사 프리즘(도 8)은 x축과 제1 빗변 회전축과 같은 2개의 수직 축을 중심으로 전체 프리즘을 회전시켜 광학 이미지 안정화, OIS가 달성되는 본 발명의 일부가 아닌 참조 사례를 나타낸다. 도시된 바와 같이 OIS 정확도는 그리 좋지 않다.

2D POIS(도 8)는 반사 부재(120)만이 존재하고, z축과 제1 빗변 회전축을 중심으로 기울어지도록 구성된 경우를 나타낸다. 도시된 바와 같이 OIS 정확도는 여전히 좋지 않다.

2D Wedge(도 8)는 굴절 부재(230)만이 존재하고, x축과 z축을 중심으로 기울어지도록 구성된 경우를 나타낸다. 상기 OIS 정확도와 이미지 회전 매개변수는 향상되지만, 색수차와 액츄에이터 스트로크가 증가하는 대가를 치르게 된다.

도 8에서는 z 방향의 색수차가 낮거나 0이기 때문에 색수차에 대한 값은 x 방향에 대해서만 제공된다.

1D POIS + 2D Wedge(도 8)는 도 2 및 도 4에 해당되는 경우를 나타내지만, 굴절 부재(230)는 2개의 수직 축, 여기서는 x 및 z 축을 기준으로 기울어지도록 구성된다. 517㎛의 굴절 부재(230)의 x-경사 스트로크는 굴절 부재(230)가 Δβz 지터의 요구되는 z 방향 보상을 생성해야 하기 때문에 상대적으로 높다. 액츄에이터 스트로크는 현재 기울어진 축에 대해 주어지는데, 여기서 h는 빗변 방향 기울기를 나타낸다. OIS 정확도는 z 방향에서는 39㎛ 정확도, x 방향에서는 0으로 향상되었다.

2x1D 경사 프리즘(도 9)은 z축을 중심으로 제1 프리즘(591)을 회전시키고 x축을 중심으로 제2 프리즘(592)을 회전시킴으로써 광학 이미지 안정화(OIS)가 달성되는 본 발명의 일부가 아닌 경우를 나타낸다. 도시된 바와 같이 거의 완벽한 결과가 얻어졌다. 그러나 솔리드 프리즘 본체의 회전에는 복잡하고 큰 액츄에이터 시스템이 필요하므로 소형 카메라 모듈에는 적합하지 않다.

2x 1D POIS(도 9)는 제1 프리즘(591)에 반사 부재(120)가 구비되고, 제2 프리즘(592)에 추가 반사 부재(520)가 구비된 경우를 나타낸다. 따라서, 굴절 부재는 사용되지 않는다. 상기 반사 부재(120)는 z축에 대해서만 기울어지고, 추가 반사 부재(520)는 x축에 대해서만 기울어진다. 성능 매개변수는 예를 들어 2D POIS 솔루션과 비교하여 명확하게 개선되었다.

2x 1D POIS + 2D Wedge(도 9)는 도 5 및 도 6에 해당되는 경우를 나타내는데, 제1 프리즘(591)에는 z축을 중심으로 경사지게 배치된 반사 부재(120)가 구비되고, 제2 프리즘(592)에는 x축을 중심으로 경사지게 배치된 추가 반사 부재(520)가 구비된다. 상기 제2 프리즘(592)에는 y축 및 z축을 중심으로 경사지게 배치된 굴절 부재(230)가 더 구비된다. 이 구성을 사용하면 성능 매개변수가 거의 완벽하다.

2x 2D 경사 프리즘(도 10)은 본 발명의 일부가 아닌 경우를 나타내는데, 광학 이미지 안정화(OIS)는 x 및 z 축을 중심으로 제1 프리즘(591)을 회전시키고, x 축 주위 및 yz 평면의 축 주위(예: yz 평면의 축이고 제4 면(504)과 평행 - 여기서는 제2 빗변 회전 축으로 지칭함)를 중심으로 제2 프리즘(592)을 회전시켜 달성된다. 모든 성능 매개변수는 완벽하지만 복잡하고 컴팩트하지 않은 액츄에이터 시스템이 필요하다.

2x 2D POIS + 2D Wedge(도 10)는 제1 프리즘(591)에 z축과 제1 빗변 회전축을 중심으로 경사지게 배치된 반사 부재(120)가 구비되고, 제2 프리즘(592)에 x축과 제2 빗변 회전축을 중심으로 경사지게 배치된 추가 반사 부재(520)가 구비된 경우를 나타낸다. 상기 제2 프리즘(592)에는 y축 및 z축을 중심으로 경사지게 배치된 굴절 부재(230)가 구비된다. 이 구성을 사용하면 성능 매개변수가 약간의 왜곡만 제외하고는 거의 완벽하다.

도 7a는 가변 광 편향 장치(190)의 일 구현예(790)를 도시한다. 이전 구현예들과 유사하게, 가변 광 편향 장치(790)는 프리즘(100), 반사 부재(120), 제1 투명한 변형 가능 비유동체(241) 및 제1 액츄에이터 시스템(251)을 포함한다. 이전 구현예들과 유사하게, 상기 가변 광 편향 장치(790)는 선택적으로 굴절 부재(230), 제1 및 제2 프리즘(591, 592) 및 추가 반사 부재(520) 중 하나 이상을 포함할 수 있다(이러한 대안들은 도시되지 않음). 상기 가변 광 편향 장치(790)는 색수차를 최소화하는 데 특히 유리할 수 있다.

본 구현예에 따르면, 색수차는 프리즘(100)과 제1 투명한 변형 가능 비유동체(241)에 대해 각각 서로 다른 굴절률 n1, n2, 선택적으로 아베수 V1, V2를 선택함으로써 최소화되며, 프리즘(100) 및 제1 투명한 변형 가능 비유동체(241) 각각의 아베수 V1, V2는 조건, V2 = 2V1(n2-1)/(n1-1)을 만족한다. 분명히, 실제로 조건이 완전히 만족되도록 굴절률 n1, n2를 선택하는 것은 거의 불가능하므로, 실제로 굴절률 n1, n2 및 V1 및 V2는, 조건이 적어도 부분적으로 만족되거나 예를 들어 차이 V2 - 2V1(n2-1)/(n1-1)이 주어진 임계값보다 낮도록 하는 조건에 기초하여 결정된다.

프리즘과 비유동체(241)에 사용 가능한 재료의 수가 제한되어 있거나, 사용 가능한 프리즘과 비유동체에 대한 재료에 기초하여 조건을 가장 잘 만족시키는 재료 및/또는 프리즘이 선택될 수 있다. 비유동체(241)의 재료는 그 조성에 기초하여 설계될 수 있는데, 예를 들어 선택된 프리즘과 결합하여 아베수 조건을 최적화하도록 설계될 수 있다. 대안적으로, 비유동체(241)의 재료는 고정되어 있거나 선택할 수 있는 몇 가지 재료가 있다. 비유동성(또는 유체) 재질을 위한 재료를 선택할 경우, 위의 조건을 가장 잘 만족시키는 프리즘의 재질을 선택하게 된다.

Snell의 굴절 법칙과 반사 법칙을 사용하여 다음 관계가 결정된다:

입사각 βi를 사용하고 매질의 굴절률, 예를 들어 입사 빔(111)이 이동하는 공기의 경우 1을 가정하면, 다음 관계가 결정될 수 있다:

0에 가까운 a1 및 βi의 경우 방정식은 다음과 같이 단순화될 수 있다:

굴절률 dn1 및 dn2의 변화에 대한 출력 각도 φ'의 변화는 다음과 같다:

여기서, "∂/∂"은 편도함수를 나타내고, "d"는 해당 변수의 변형을 나타낸다.

프리즘의 무채색 거동 조건은 이다.

프리즘(100)과 제1 투명한 변형 가능 비유동체(241) 및 프리즘에 대한 아베수는 각각 다음과 같으며,

인 식에 dn1과 dn2를 대입하고 아베수 V1과 V2를 사용하면 다음과 같은 경우 색수차 0을 얻을 수 있다.

따라서, 도 7a의 구성에서는, 상기 조건을 만족하는 경우, 입사각 βi의 임의의 값에 대해 색수차가 최소화된다.

도 7b는 가변 광 편향 장치(190)의 대안적인 일 구현예(791)를 도시한다. 이전 구현예들과 유사하게, 가변 광 편향 장치(791)는 프리즘(100), 반사 및 굴절 부재(120, 230), 제1 및 제2 투명한 변형 가능 비유동체(241, 242) 및 제1 및 제2 액츄에이터 시스템(251, 252)(미도시)을 포함한다. 이전 구현예들과 유사하게, 상기 가변 광 편향 장치(791)는 선택적으로 제1 및 제2 프리즘(591, 592)과 추가 반사 부재(520)(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 프리즘(100)은 주어진 굴절률 n1과 아베수 V1을 갖는다. 제1 비유동체(241)는 굴절률 n2와 아베수 V2를 갖는다. 굴절률(n1) 및 아베수(V1)는 각각 굴절률(n2) 및 아베수(V2)와 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있으며, 또는 제1 비유동체(241)와 프리즘(100)의 굴절률 및 아베수는 서로 다른 값을 가질 수도 있다.

제2 비유동체(242)는 굴절률 n3 및 아베수 V3를 가지며, 여기서 n3 및 V3은 각각 프리즘의 굴절률 n1 및 아베수 V1과 다르다. 대안적으로, 굴절률 n1 및 아베수 V1은 각각 굴절률 n3 및 아베수 V3와 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다.

따라서, 본 예시에 따르면, 일반적으로 제1 및 제2 투명 형상 가변체(241, 242)와 프리즘(100) 중 둘 또는 모두는 서로 다른 굴절률(n1, n2, n3)과 서로 다른 아베수(V1, V2, V3)를 가질 수 있다.

가변 광 편향 장치(791)는 색수차 및 왜곡을 최소화하는 측면에서 향상된 성능을 보여준다.

이 예시에 따르면, 세 가지 성분 모두가 서로 다른 굴절률 및 아베수를 갖는 경우, 즉 n1≠n2≠n2, V1≠V2≠V3인 경우, 제2 예각(a2)과 제1 예각(a1) 사이에 하기 식에 따라 일정하거나 실질적으로 일정한 비율을 결정함으로써 색수차가 최소화된다:

일 예시에서, n1이 n2와 같거나 실질적으로 같고, V1이 V2와 같거나 실질적으로 같지만, n1≠n3이고 V1≠V3인 경우, 색수차는 제2 예각(a2)과 제1 예각(a1) 사이에 하기 식에 따라 일정하거나 실질적으로 일정한 비율을 결정함으로써 색수차가 최소화된다:

따라서 프리즘(100)과 제1 및 제2 비유동체(241, 242)의 주어진 굴절률 n1, n2, n3 및 아베수 V1, V2, V3에 대해 제1 및 제2 액츄에이터 시스템(251, 252)(편의상 액츄에이터는 도 7b에는 도시되지 않음)은 a2/a1 비율이 색수차가 0 또는 최소화되도록 하기 위해 상기 조건과 동일하거나 실질적으로 동일하도록 제어될 수 있으며, 여기서 조건은 a2/a1에 대한 관련 식으로 제공된다.

또한, 지터 Δβz, 즉 z축에 대한 원치 않는 회전을 보상하기 위해, 제1 및 제2 예각 a1 및 a2에 대한 소정의 수식은 다음 방정식으로 제공된다:

n1≠n2≠n2 및 V1≠V2≠V3이고 βi가 z축에 대한 원치 않는 회전을 나타내는 지터 구성요소 Δβz를 나타내는 일반적인 경우이다.

n1이 n2와 같거나 실질적으로 같고 V1이 V2와 같거나 실질적으로 같지만, n1≠n3이고 V1≠V3인 경우 방정식은 다음과 같이 줄어든다:

상기 방정식은 Snell의 굴절 법칙과 도 7b를 기반으로 한 반사 법칙을 사용하여 결정될 수 있다:

n1≠n2≠n3 및 V1≠V2≠V3의 일반적인 경우, 입사각 βi를 사용하고 주변 매질의 굴절률, 예를 들어 굴절률이 1인 공기를 가정한다면, 다음 관계가 결정될 수 있다:

0에 가까운 a1 및 βi의 경우, 방정식은 다음과 같이 단순화될 수 있다:

굴절률 dn1, dn2 및 dn3의 변화에 대한 출력 각도 φ'의 변화는 다음과 같다:

여기서 "∂/∂"은 편도함수를 나타내고 "d"는 해당 변수의 변형을 나타낸다.

프리즘 장치(190)의 무채색 거동에 대한 조건은 이다. 프리즘(100)과 제1 및 제2 투명한 변형 가능 비유동체(241, 242)와 프리즘에 대한 아베수는 각각 다음과 같으며,

dn1, dn2 및 dn3을 의 식에 대입하고, 아베수 V1, V2 및 V2의 식을 사용하면 색수차 0의 조건은 다음과 같은데,

일반적인 경우의 식이며, 및

n1≠n3 및 V1≠V3만 있는 경우의 식이다.

따라서, 제2 예각과 제1 예각(a2, a1)의 비율은 위의 방정식에 의해 주어진 상수와 동일하거나 실질적으로 동일해야 한다.

또한, 지터 Δβz를 보상하기 위해, 조건

이 프리즘 출력의 주광선과 광축이 일치하도록 만족되어야 한다. 이 조건은 위에서 사용된 조건 에 해당한다.

색수차 0에 대한 조건을 위 방정식에 대입하면 경사각, 즉 제1 및 제2 예각(a1, a2)이 지터 각 βi의 함수로 결정될 수 있다(여기서, βi는 z 회전 지터 Δβz를 나타냄):

일반적인 경우의 식이며, 및

n1≠n3 및 V1≠V3만 있는 경우의 식이다.

가변 광 편향 장치(791)의 구성에서, 반사 부재(120) 및 굴절 부재(230)는 편향 장치가 z축 지터(Δβz) 및 xy 평면의 축에 대한 지터 Δβxy를 보상할 수 있도록 하기 위해 z축 및 xy 평면에서의 축 주위로 경사지도록 구성된다. 이 경우, z축 회전을 위한 제1 및 제2 예각(a1, a2)을 결정하기 위한 상기 방정식에 추가로, xy 평면의 축, 가령 반사 및 굴절 부재들과 평행인 축을 중심으로 각 반사 및 굴절 부재(120, 230)의 회전을 위한 각도(a1xy 및 a2xy)가 다음에 따라 Δβxy 지터를 보상하기 위해 결정될 수 있다:

n1≠n2≠n3 및 V1≠V2≠V3의 일반적인 경우의 식이다.

도 11은 제로 색수차 또는 최소 색수차를 얻기 위한 위의 조건에 따라 최적화된 가변 광 편향 장치(790, 791)에 대한 제2 및 제3 열의 성능 매개변수를 보여준다. 무색 가변 광 편향 장치(790, 791)는 도 8의 2D POIS(제1 열)와 비교된다.

도 11의 두 경우에 대한 시스템 매개 변수와 카메라 지터 각 진폭은 도 8-10과 동일하다.

도 11의 표에 있는 다른 수차 매개변수는 2D POIS 경우와 Achromatic 2D-POIS 경우와 유사하다.

무색 최적화 솔루션은 광 편향 장치(190)의 임의의 다른 구현예들, 예를 들어 도 8-10에 도시된 다른 구성들 및 무색 최적화 솔루션을 달성하기 위해 도 2-6과 연결하여 설명한 구성들과 결합될 수 있다.

도 12a는 가변 광 편향 장치(190, 790)에 포함될 수 있는 기울기 센서(951)를 도시한다. 상기 기울기 센서는 반사 부재(120), 추가 반사 부재(520) 및 굴절 부재(230) 중 어느 하나의 기울기를 측정하도록 배치된다.

상기 기울기 센서(951)는 반사 부재(120, 520) 및 굴절 부재(230) 중 임의의 후면(954)을 향해 발산 광 빔과 같은 광 빔(953)을 투과시키도록 배치된 광원(952)을 포함한다. 상기 빔(953)은 후면(954)에 의해 반사되는데, 그에 따라 빔(953)의 전파 방향은 반사 또는 굴절 부재(120, 520, 230)의 기울기에 의해 영향을 받는다.

후면(954)은 프리즘(100, 591, 592)으로부터 멀어지는 면을 의미한다. 상기 후면(954)은 반사 특성을 제공하도록 코팅될 수 있다.

상기 기울기 센서(951)는 기울기에 의해 야기된 광 빔(953)의 변화를 측정하도록 배치된 광 검출기(961)를 추가로 포함한다. 상기 광 빔(953)의 변경은 광 검출기(961) 상의 광 빔(953) 스팟의 위치 변경 및/또는 광 검출기(961) 상의 광 빔(953) 스팟의 크기 변경을 수반할 수 있다.

예를 들어, 광 검출기(961)는 적어도 4개의 개별 광 검출기(962)로 구성될 수 있으며, 여기서 개별 광 검출기(962) 각각은 개별 광 검출기에 충돌하는 광의 전력과 상관되는 출력 신호를 생성할 수 있다. 개별 출력을 비교하는 것과 같이 개별 광 검출기(962)로부터의 신호 출력을 처리함으로써 반사 또는 굴절 부재의 경사 변화가 결정될 수 있다. 측정된 기울기는 측정된 기울기와 원하는 기울기 각도 사이의 차이가 최소화되는 피드백 제어 시스템과 같은 액츄에이터 시스템(251, 252)의 제어에 사용될 수 있다.

도 12b는 광원(952)이 개별 광 검출기(962)의 중심에 배치되는, 즉 모든 광 검출기(962)가 광원(952)을 둘러싸도록 배치되는 대안적인 일 구현예를 도시한다. 이 구성에서 광원(952)과 광 검출기(962)의 평면은 반사 또는 굴절 부재의 후면과 평행하거나 실질적으로 평행할 수 있다.

Claims (18)

1. 하기를 포함하는 가변 광 편향 장치:
   - 적어도 제1, 제2 및 제3 면(101, 102, 103)을 갖는 프리즘(100)으로서, 상기 제1 면은 입사 광선(111)을 입사 굴절 광선(112)으로 굴절시키기 위한, 프리즘,
   - 입사 굴절 광선(112)을 편향 광선(113)으로서 제2 면을 통해 프리즘으로 다시 편향시키기 위해 상기 제2 면(102) 반대편에 배치된 반사 부재(120),
   - 제3 면을 통해 투과된 상기 편향 광선(113)을 굴절된 출력 광선(214)으로 굴절시키기 위해 상기 제3 면(103) 반대편에 배치된 굴절 부재(230),
   - 제2 면과 제3 면과 각각의 반사 및 굴절 부재 사이에 배치된 제1 및 제2 투명 형상 가변체(241, 242),
   - 제1 출력 평면에서 굴절된 출력 광선(214)의 제1 전파 편차 각도(D1)를 변경하기 위해 반사 부재를 기울이도록 제1 액츄에이터 시스템이 배치되고, 상기 제1 출력 평면에서 굴절된 출력 광선의 제1 전파 편차 각도(D1)를 변경하기 위해 굴절 부재를 기울이도록 제2 액츄에이터 시스템이 배치되며, 상기 제1 전파 편차 각도(D1)는 입사 광선(111) 및 출력 광선(214) 방향들 사이의 각도 차이인, 제1 및 제2 액츄에이터 시스템(251, 252).
2. 제1항에 있어서,
   상기 반사 부재(120)는 상기 제2면(102)에 대해 제1 예각(a1)으로 배치되고, 상기 굴절 부재(230)는 상기 제3면(103)에 대해 제2 예각(a2)으로 배치되며, 여기서 가변 광 편향 장치(190)는 제1 및 제2 예각(a1 및 a2)에 대해 소정의 수식에 따라 제1 및 제2 액츄에이터 시스템(251, 252)에 의해 제공되는 기울기를 제어하도록 배치된 제어 시스템(199)을 추가로 포함하는, 가변 광 편향 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 소정의 수식은 지터 각(βi)에 의존하고, 상기 지터 각(βi)은 제1 면(101)에서의 축 주광선(986)의 입사각이며, 상기 축 주광선은 물체점(983)과, 제3 면(103)의 하류에 위치한 이미징 시스템(153)의 입구 동공(981)의 중심을 연결하는 입사 광선(111)이고, 상기 물체점(983)은 지터가 0인 상황에서 물체 공간의 광축(985) 상에 위치하는, 가변 광 편향 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 소정의 수식은 각각의 프리즘과 제1 및 제2 투명 형상 가변체(241, 242)의 2개 이상의 아베수(V1, V2, V3) 및/또는 2개 이상의 굴절률(n1, n2, n3)에 추가로 의존하는, 가변 광 편향 장치.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 소정의 수식은 제2 예각(a2)과 제1 예각(a1) 사이의 비율이 제1 및 제2 예각들의 서로 다른 값에 대해 일정하거나 실질적으로 일정한 것을 조건으로서 지정하는, 가변 광 편향 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제2 예각(a2)과 제1 예각(a1) 사이의 일정하거나 실질적으로 일정한 비율은 각각의 프리즘과 제1 및 제2 투명 형상 가변체(241, 242)의 2개 이상의 아베수(V1, V2, V3) 및/또는 2개 이상의 굴절률(n1, n2, n3)에 의존하는, 가변 광 편향 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 투명 형상 가변체(241, 242)와 프리즘(100) 중 둘 또는 모두는 서로 다른 굴절률(n1, n2, n3) 및/또는 서로 다른 아베수(V1, V2, V3)를 갖는, 가변 광 편향 장치.
8. 하기를 포함하는 가변 광 편향 장치(790):
   - 적어도 제1, 제2 및 제3 면(101, 102, 103)을 갖는 프리즘(100)으로서, 상기 제1 면은 입사 광선(111)을 입사 굴절 광선(112)으로 굴절시키기 위한, 프리즘,
   - 입사 굴절 광선(112)을 편향 광선(113)으로서 제2 면을 통해 프리즘으로 다시 편향시키기 위해 상기 제2 면(102) 반대편에 배치된 반사 부재(120),
   - 상기 제2면과 상기 반사 부재 사이에 배치된 제1 투명 형상 가변체(241),
   - 제1 출력 평면에서 굴절된 출력 광선(214)의 제1 전파 편차 각도(D1)를 변경하기 위해 반사 부재를 기울이도록 배치된 제1 액츄에이터 시스템(251),
   - 여기서, 상기 제1 투명 형상 가변체(241)와 상기 프리즘(100)은 각각 서로 다른 굴절률 n2, n1과 아베수 V2, V1을 갖고, 상기 제1 투명 형상가변체(241)와 상기 프리즘(100)의 서로 다른 굴절률 n2, n1과 아베수 V2, V1 각각은, V2 = 2V1(n2-1)/(n1-1)의 조건에 기초하는, 가변 광 편향 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   제1 출력 평면에 수직이거나 실질적으로 수직인 제2 출력 평면에서 굴절된 출력 광선(214)의 제2 전파 편차 각도(D2)를 변경하도록 배치된 편향 수단을 포함하고, 상기 제2 전파 편차 각도(D2)는 입사 광선(111)과 출력 광선(214)의 방향들 사이의 각도 차이와 관련되는, 가변 광 편향 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 편향 수단은, 제2 출력 평면에서 굴절된 출력 광선(214)의 제2 전파 편차 각도(D2)를 변경시키고자 상기 반사 부재 또는 상기 굴절 부재를 추가로 기울이도록 배치된 제1 또는 제2 액츄에이터 시스템(251, 252)을 포함하는, 가변 광 편향 장치.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 편향 수단은, 제2 출력 평면에서 굴절된 출력 광선(214)의 제2 전파 편차 각도(D2)를 변경시키고자 편향 광선(113)을 또 다른 편향된 광선(113a)으로 편향시키기 위해 배치된 추가 반사 부재(520)를 포함하는, 가변 광 편향 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 프리즘은 하기를 포함하는, 가변 광 편향 장치:
    - 제4 면(504)으로서, 상기 추가 반사 부재(520)는 편향 광선(113)을 추가로 편향된 광선(113a)으로 편향시키기 위해 제4 면(504)의 반대편에 배치되고, 굴절 부재(230)가 추가로 편향된 광선(113a)을 굴절시키기 위해 배치되도록 배치된, 제4 면,
    - 상기 제4 면(504)과 추가 반사 부재(520) 사이에 배치된 제3 투명 형상 가변체(543),
    - 제1 출력 평면에 수직인 제2 출력 평면에서 굴절된 출력 광선(214)의 제2 전파 편차 각도(D2)를 변경하기 위해 추가 반사 부재(520)를 기울이도록 배치된 제3 액츄에이터 시스템(554).
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 액츄에이터 시스템은 제1 출력 평면에서 굴절된 출력 광선(214)의 제1 전파 편차 각도(D1)의 변경을 달성하고자 각각의 제1 예각(a1) 및/또는 제2 예각(a2)을 변경하도록 배치된, 가변 광 편향 장치.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사 부재(120), 상기 추가 반사 부재(520) 및 상기 굴절 부재(230) 중 어느 하나의 기울기를 측정하기 위해 배치된 적어도 하나의 기울기 센서를 추가로 포함하는, 가변 광 편향 장치.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및/또는 제2 투명 형상 가변체(241, 242)는 제1 및 제2 투명한 변형 가능 비유동체이며, 상기 프리즘은 프리즘의 제2 및 제3 면(102, 103) 중 적어도 하나가 비유동체 재료로 형성되도록, 제1 및 제2 투명한 변형 가능 비유동체와 동일한 비유동체 재료를 포함하는, 가변 광 편향 장치.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 광학 가변 광 편향 장치(190, 790, 791)와 이미지 센서(152)를 포함하는 카메라 모듈(210).
17. 제16항에 따른 카메라 모듈(160)을 포함하는 전자 장치(150).
18. 이미지를 수득하기 위한 제17항에 따른 전자 장치의 용도.