KR20050074594A - 줌 렌즈, 카메라 및 휴대용 장치 - Google Patents

줌 렌즈, 카메라 및 휴대용 장치 Download PDF

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KR20050074594A
KR20050074594A KR1020057008403A KR20057008403A KR20050074594A KR 20050074594 A KR20050074594 A KR 20050074594A KR 1020057008403 A KR1020057008403 A KR 1020057008403A KR 20057008403 A KR20057008403 A KR 20057008403A KR 20050074594 A KR20050074594 A KR 20050074594A
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윌렘 지 오페이
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

물체측에서부터 이미지측까지, 전방 렌즈 그룹(12)과 조절 가능한 렌즈 그룹(24)을 포함하는 줌 렌즈(30)에서, 조절 가능한 렌즈 그룹은 다른 분산을 갖고 포커싱을 수행하기 위해 서로에 대해 이동 가능한 두 개의 렌즈 요소(25, 26)를 포함한다. 렌즈 요소 중 하나는 줌 렌즈의 분산을 위해 수정된다. 바람직하게, 줌 렌즈는 적어도 하나의 폴딩 미러를 포함한다.

Description

줌 렌즈, 카메라 및 휴대용 장치{ZOOM LENS}
본 발명은 적어도 하나의 전방 렌즈 그룹(front lens group)과 조절 가능한 렌즈 그룹(controllable lens group)을 갖는 줌 렌즈(zoom lens)에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 이러한 줌 렌즈를 구비하는 카메라와, 이러한 카메라를 갖는 휴대용 장비(handheld device)에 관한 것이다.
종래의 줌 렌즈는 유리나 투명 플라스틱같은 투명 재료로 만들어진 다수의 솔리드 렌즈 요소(solid lens element)를 포함한다. 이 렌즈 요소는 물체측에 위치한 전방 렌즈 그룹, 이미지(image)측에 위치한 후방 렌즈 그룹(rear lens group), 그리고 전방 렌즈 그룹과 후방 렌즈 그룹 사이에 있는 조절 가능한 렌즈 그룹으로 분류된다. 이 각각의 그룹은 한 개 또는 그 이상의 렌즈 요소로 구성될 수도 있다. 조절 가능한 렌즈의 렌즈 요소는 주밍(zooming)을 실행하기 위해 이동 가능하다. 주밍은 이미지의 척도(scale)를 바꾸는 것으로, 즉 다시 말해서 줌 렌즈의 초점 거리를 변경함으로써, 이미지화되는 물체 장면의 크기를 선택하는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 줌 렌즈의 최대 조절은 물체 장면의 작은 부분이 이미지화될 때의 망원 구조와, 물체 장면의 큰 부분이 이미지화될 때의 광각 구조이다. 조절 가능한 렌즈 그룹의 렌즈 요소를 움직이므로써, 줌 렌즈는 이들 2개의 양극단 구조 및 그들 사이의 구조 사이에서 조절될 수 있다.
현재 소형 카메라는 이동 전화기와 같은 휴대용 장치에 결합되며, 따라서 이러한 카메라용 줌 렌즈의 필요성은 증가하고 있다. 소형 카메라용 줌 렌즈의 내장 높이(built-in height)는 휴대용 장치 내에서 사용 가능한 공간에 적합해야 한다. 이동 전화기에 결합되어 있는 카메라의 내장 높이는 카메라 이미지 센서(image sensor)의 전방 렌즈 요소와 후방 렌즈 요소 사이의 거리이며, 이 센서는 촬상 이미지를 전기적 신호로 바꿔 준다. 이는 전방 렌즈 요소가 장치의 전면(front surface)에 제공되어야 하는 이유이다. 따라서 줌 렌즈의 광축은 장치의 깊이 방향으로 연장되어 있다. 이동 전화기 또는 다른 휴대용 장치의 실제적인 요구 사항은 그의 깊이, 또는 두께가 작아야 한다는 것이다. 줌 렌즈를 구비한 카메라의 내장 높이는 주로 조절 가능한 렌즈 그룹을 이동시키는 데 필요한 공간에 의해 결정된다.
주밍 작동 이외에도, 포커싱 작동(focusing action)도 줌 렌즈에서 수행되어야 한다. 포커싱은 줌 렌즈 시스템의 모든 구조에 대해 선택된 물체 장면의 초점을 유지하는 것으로 이해된다. 종래에는 포커싱 작동이 전방 렌즈 그룹 또는 이미지 센서를 줌 렌즈의 축을 따라 상하로 움직이므로써 수행될 수 있었다. 이것은 추가적인 공간을 필요로 하고 그리고 줌 렌즈의 길이를 증가시키며, 따라서 카메라의 내장 높이를 증가시킨다.
소형 줌 렌즈와 같은 렌즈 시스템의 경우, 렌즈 요소의 수가 가능한 한 적어야만 하고, 예를 들면 줌 렌즈의 경우에 조절 가능한 렌즈 그룹 내에, 렌즈 요소의 분산을 수정하는 홀로그래픽 회절 격자(holographic grating)가 포함될 수도 있다. 이러한 회절 격자의 회절 각은 회절 격자에 입사하는 자연광의 다른 파장과는 상이하다. 이런 파장의 종속 관계는 줌 렌즈의 렌즈 요소의 파장 종속 거동(wavelength-dependent behavior)을 실질적으로 수정하기 위해 사용될 수 있다. 회절 격자가 사용되지 않는다면, 추가적인 요소가 렌즈 요소의 분산을 수정하기 위해 사용되어야만 할 것이다. 그러나, 회절 격자의 회절 효율은 하나의 파장에 대해서만 최적값을 갖고 다른 파장들에선 더 작다. 이는 상기 다른 파장의 모든 빛이 소망하는 방향으로 굴절되지는 않는다고 하는 것을 의미하며, 따라서 상기 다른 파장에 의해서 희미하고 흐릿한 이미지가 이미지 센서에 형성되게 된다. 그에 따라, 이미지 센서에서 이미지의 콘트라스트(contrast)가 약해질 것이다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 작은 내장 높이를 가지며, 그에 따라 소형 카메라에 적합하고, 분산을 잘 수정하는 줌 렌즈를 제공하는 것이다. 이러한 줌 렌즈는 조절 가능한 렌즈 그룹이 다른 렌즈 재료로 만들어지고 서로에 대해 이동 가능한 2개의 렌즈 요소를 포함하는 것을 특징으로 한다.
조절 가능한 렌즈의 렌즈 기능을 2개의 렌즈 요소에 부여함으로써 이들 렌즈가 두 가지의 추가적인 기능을 수행할 수 있도록 한다. 분산은 상이한 굴절률을 가진 렌즈 재료를 사용함으로써 수정될 수 있다. 서로에 대해 렌즈 요소를 이동시킴으로써 포커싱이 가능하게 되며, 따라서 전방 렌즈 그룹이나 이미지 센서를 이동시키기 위한 추가적인 공간이 요구되지 않는다. 주밍은 조절 가능한 렌즈 그룹 전체를 이동시킴으로써 수행된다.
렌즈 정지부(lens stop)를 갖는 줌 렌즈의 바람직한 실시예는 렌즈 정지부가 조절 가능한 렌즈 그룹의 제 1 렌즈 요소 가까이에 배치되고 조절 가능한 렌즈 그룹과 함께 이동 가능하다고 하는 것을 특징으로 한다.
렌즈 시스템에서의 정지부는 시스템에서 다이어프램(diaphragm)에 의해 형성된 가장 작은 개구(opening)이다. 이 정지부는 이미징 빔(imaging beam)의 직경을 제한하고, 소망하지 않은 반사로 인한 미광 방사(stray radiation) 또는 방사가 이미징 빔안에 입사되는 것을 방지하여 이미지의 콘트라스트가 감소되는 것을 방지한다. 조절 가능한, 즉 이동 가능한 렌즈 그룹 가까이에 정지부를 배치하고 정지부를 이 렌즈 그룹과 함께 동시에 이동시킴으로써 이 그룹의 렌즈 요소의 지름을 대체로 정지부 개구의 지름으로 제한할 수 있다. 이러한 소형 렌즈 요소의 사용은 위광(false light)이 렌즈 시스템 내로 결합되는 가능성을 감소시킨다.
또한, 줌 렌즈의 내장 높이를 상당히 감소시키는 주요 특징을 실행하기 위해서는 줌 렌즈 시스템 내의 정지부의 위치가 매우 중요하다. 이러한 특징을 갖는 줌 렌즈의 일 실시예는 전방 렌즈 그룹과 조절 가능한 렌즈 그룹 사이에 배치되는 적어도 하나의 폴딩 미러(folding mirror)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
단일 렌즈 요소(single lens element)와 조절 가능한 렌즈를 구비하는 단 하나의 전방 렌즈 그룹만을 갖는 줌 렌즈의 특별한 디자인은 전방 렌즈 그룹과 조절 가능한 렌즈 그룹 사이에 충분한 공간을 생성한다. 폴딩 미러의 실시예는 줌 렌즈를 갖는 카메라의 메인 부분(main portion)을 카메라가 결합되어 있는 장치의 주 표면(main surface)에 평행하게 배치할 수 있다.
종래의 줌 렌즈의 디자인은 폴딩 미러의 도입을 허용하지 않는데, 이는 렌즈 요소 사이에 폴딩 미러를 배치하기에 충분한 공간이 없기 때문이다.
미국 특허 제 6,339,508 호에는 이동 전화기에 결합된 소형 카메라용 줌 렌즈가 개시되어 있는 바, 이 줌 렌즈는 전방 렌즈 요소와 이동 가능한 렌즈(movable lens) 그룹 사이에 폴딩 미러를 구비하고 있다. 이동 가능한 렌즈 그룹은 비교적 많은 수의 렌즈 요소를 포함한다. 이러한 줌 렌즈에서, 포커싱은 전방 렌즈 요소 또는 후방 렌즈 요소를 움직임으로써 수행되는데, 이를 위해서는 이동 공간이 확보되어야 한다.
추가적인 사이즈 감소는 조절 가능한 렌즈 그룹 후방에 배치된 제 2 폴딩 미러를 포함하는 실시예에 의해 이루어진다. 이러한 방법에 있어서, 줌 렌즈의 트랙(track) 길이는 길이 방향에 수직인 방향으로 줌 렌즈 치수의 실질적인 증가없이 감소될 수 있다.
미국 특허 제 4,249,798 호는 포켓 카메라(pocket camera)용 줌 렌즈를 개시하고 있는 바, 이 줌 렌즈는 전방 렌즈 그룹과 이동 가능한 렌즈 그룹 사이의 제 1 폴딩 미러와, 이동 가능한 렌즈 그룹과 후방 렌즈 그룹 사이의 제 2 폴딩 미러를 포함한다. 전방 렌즈 그룹과 후방 렌즈 그룹은 각각 두 개의 렌즈 요소를 포함하고, 이동 가능한 렌즈 그룹은 네 개의 렌즈 요소를 포함한다. 렌즈 정지부는 이동 가능한 렌즈 그룹의 제 3 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소 사이에 배치된다. 이러한 줌 렌즈에 있어서, 이동 가능한 렌즈 그룹의 이동 요소가 서로에 대해 이동함으로써 재 포커싱(again focusing)이 실시되는 것은 아니다.
물체측 부분에 폴딩 미러를 갖는 줌 렌즈의 일 실시예는 이러한 폴딩 미러가 전방 렌즈 그룹에 결합되는 특징으로 한다.
이러한 방법에서, 줌 렌즈 요소의 개수는 1개로 감소되며, 그에 따라 제조 비용이 줄어든다.
두 개의 폴딩 미러를 갖는 줌 렌즈의 다른 실시예는 반사면에 수직한 축과 광축 사이의 각도가 45°보다 크게끔 제 1 폴딩 미러가 배치되는 것을 특징으로 한다.
이미지 센서는 줌 렌즈의 광축에 근접하게 배치될 수도 있어서 카메라의 전체 크기는 더욱 감소될 수 있다. 줌 렌즈가 결합되어 있는 카메라는 본 발명에 의해 제공되는 특징에 의해 종래의 카메라와 구별되므로, 이러한 카메라는 본 발명의 일부를 형성한다.
휴대용 장치 내에 이러한 카메라를 결합하여 상기 장치에 주밍 작동을 부여하기 때문에, 이러한 장치 또한 본 발명의 일부를 형성한다.
본 발명의 이러한 및 다른 특징은 하기에 설명된 비한정적인 실시예를 참조함으로써 분명해지고 명백해진다.
도 1a와 도 1b는 소형 카메라용 줌 렌즈의 설계 원리를 도시하고, 이 줌 렌즈의 망원 구조와 광각 구조 각각의 광선 경로 플롯(ray trace plot)을 나타내는 도면,
도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 줌 렌즈의 실시예와 이 줌 렌즈의 망원 구조와 광각 구조 각각의 광선 경로 플롯을 나타내는 도면,
도 3a와 도 3b는 제 1 폴딩 미러와, 유사한 광선 경로 플롯이 제공된 줌 렌즈의 실시예를 도시하는 도면,
도 4a와 도 4b는 제 1 폴딩 미러와 제 2 폴딩 미러, 및 유사한 광선 경로 플롯을 갖는 줌 렌즈의 실시예를 도시하는 도면,
도 5a와 도 5b는 두 개의 폴딩 미러를 갖는 줌 렌즈의 다른 실시예를 도시하는 도면,
도 6은 결합된 폴딩 미러와 전방 렌즈 요소를 갖는 줌 렌즈를 도시하는 도면,
도 7은 본 발명에 따른 줌 렌즈를 구비하는 카메라가 설치된 이동 전화기를 도시하는 도면,
도 8은 본 발명에 따른 줌 렌즈를 구비하는 카메라가 설치된 랩탑 컴퓨터(laptop computer)를 도시하는 도면.
하기 도면에서 동일한 참조 번호는 동일 요소를 나타낸다.
도 1a와 도 1b는 소형 카메라(1)용 줌 렌즈(10)의 기본적인 설계를 도시한다. 이 카메라는 전자 결합 소자(charge coupled device : CCD) 또는 상보형 금속 산화막 반도체(complementary metal-oxide semiconductor : CMOS) 이미지 센서(18)와, 연관된 처리 전자장치(도시되지 않음)를 구비한다. 이 카메라는 이동 전화기나 다른 휴대용 장치에 결합될 수 있도록 매우 작아야만 한다. 이러한 줌 렌즈가 설치되기 위한 요구 사항은 이미지 센서의 크기, 해상도 및 요구되는 줌 인수(factor)같은 이미지 센서의 특징부에 의해 주로 결정된다. 실제적으로 센서는 예를 들어, 3.36mm의 다이어고널 치수(diagonal dimension)와, 4.2㎛ 내지 5.6㎛의 해상도-결정 화소(pixel) 크기를 갖는다. 줌 인수가 2이면 충분하다. 이러한 적용에서, 줌 렌즈가 이미지 형성을 위해 두 개의 렌즈 요소만을 갖도록 설계될 수 있다는 것이 관찰되었다. 이들 렌즈는 전방 렌즈 그룹을 형성하는 전방 렌즈 요소(12)와, 조절 가능한 렌즈 그룹(12)을 형성하는 이동 가능한 렌즈 요소(14)이다. 렌즈 정지부(16)는 전방 렌즈 요소(12)측에서 렌즈 요소(14) 가까이에 배치되는 다이어프램에 의해 형성된다. 이 다이어프램은 이미징 빔의 직경을 제한하고, 소망하지 않은 반사로 인한 미광 방사 또는 방사가 이미징 빔 내로 입사되는 것을 방지하여 센서에 형성된 이미지의 콘트라스트가 감소되는 것을 방지한다. 이러한 다이어프램은 빔의 직경이 모든 이미징 빔의 부분과 동일하도록 한다. 줌 렌즈의 광 트랙(optical track), 즉 전방 렌즈 요소의 전면과 이미지 센서의 전면(이미지 평면) 사이의 거리는, 예를 들어 14 mm 만큼 작을 수 있다.
주밍, 즉 이미지 크기의 설정은 렌즈 요소(14)를 광축(ＯＯ')을 따라서 다이어프램과 함께 이동시켜서, 줌 렌즈의 초점 거리를 변경시킴으로써 실시된다.
도 1a는 작은 물체의 상이 이미지화되는 줌 렌즈의 망원 구조용 광선 경로 플롯을 도시한다. 도 1b는 큰 물체의 상이 이미지화되는 줌 렌즈의 광각 구조용 광선 경로 플롯을 도시한다.
각 줌의 구조에서 이미지 센서에 초점이 맞춰진 이미지를 유지하기 위해서, 줌 작동 외에도 포커싱 작동이 필요하다. 종래의 이러한 포커싱 작동은 전방 렌즈 그룹 또는 이미지 센서를 줌 렌즈의 광축을 따라 이동시킴으로써 수행되었다. 이러한 이동을 위한 공간이 확보되어야만 하고, 그에 따라 이러한 줌 렌즈를 구비한 카메라는 크기가 커지게 되었다.
더욱이, 줌 렌즈의 렌즈 요소는 분산이 발생한다. 즉, 상이한 파장을 갖는 이미징 빔(b)의 성분이 이들 렌즈 요소에 의해 상이한 방법으로 굴절된다. 렌즈 요소의 수를 최소한으로 제한하기 위해, 홀로그래픽 회절 격자를 줌 렌즈에 결합시킬 수도 있고, 이 회절 격자는 상이한 파장을 갖는 이미징 빔의 성분을 상이한 방법으로 회절시킨다. 회절 격자와 줌 렌즈는 렌즈 요소의 분산이 회절 격자의 파장 종속 회절에 의해 수정될 수 있도록 설계될 수 있다. 그러나, 회절 격자의 효율, 즉 회절 격자에 입사되는 방사 양에 대한 요구되는 회절 정도로 회절되는 방사 양의 비율은 파장 종속적이다. 회절 격자는 단 하나의 파장에서만 최적의 회절 효율을 나타낸다. 다른 파장에 대해서는 방사의 일부분이 원하지 않는 정도로 회절되고, 그에 따라 이미지 센서상에 희미하고 흐릿한 이미지를 초래함으로써, 이미지 센서에 형성되는 이미지의 콘트라스트가 저하된다.
콘트라스트의 저하를 회피하고 전방 렌즈 그룹 또는 이미지 센서를 변위시키는 일 없이 초점을 맞추기 위해서, 본 발명의 줌 렌즈는 조절 가능한 렌즈 그룹을 포함하며, 이 조절 가능한 렌즈 그룹은 두 개의 렌즈 요소로 구성된다. 도 2a와 도 2b는 이러한 줌 렌즈(20)의 제 1 실시예를 도시한다. 새로운 조절 가능한 렌즈 그룹은 참조번호(24)로 표시되고, 그의 렌즈 요소는 참조번호(25, 26)로 표시된다. 렌즈 요소(25)는 두 개의 볼록면을 갖는 포지티브 요소(positive element)일 수도 있고, 렌즈 요소(26)는 두 개의 오목면을 갖는 네가티브 렌즈(negative lens)일 수도 있다. 렌즈 요소(25, 26)는 상이한 분산 또는 아베 수(Abbe numbers)를 갖는 상이한 렌즈 재료로 제조되고, 그에 따라 이들 요소 중 하나가 다른 렌즈 요소의 분산을 수정하도록 한다. 예를 들어, 렌즈 요소(25, 26) 중 하나는 폴리카보네이트(polycarbonate : PC)에 의해 제조될 수 있는 반면, 나머지 렌즈와 전방 렌즈 요소는 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate : PMMA)에 의해 제조될 수 있다. 양 재료는 잘 알려진 광학 재료이다. 사이클로 올레핀 중합체(cyclic olefin polymer : COC)와 같은 투명한 플라스틱 재료가 렌즈 요소에 사용될 수도 있다.
렌즈 요소(25, 26)는, 그 자체로 공지되어 있으며 도 1a와 도 1b에 도시되어 있지 않은, 개별 모터 드라이브(separate motor drives)에 의해 구동되며, 따라서 렌즈 요소는 독립적으로 움직일 수 있다. 렌즈 요소(25, 26)가 서로에 대해 이동함으로써 포커싱이 실시된다. 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이, 렌즈 요소가 같은 방향으로 같은 거리만큼, 전방 렌즈 요소쪽으로, 그리고 전방 렌즈 요소로부터 동시에 이동함으로써 주밍이 실시되며, 도 2a와 도 2b는 줌 렌즈의 망원 구조와 광각 구조를 각각 도시한다.
도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이, 렌즈 정지부(16)는 렌즈 요소(25)에 배치되고, 주밍 작동 동안 정지부는 렌즈 요소(25, 26)와 같은 방향으로, 같은 거리만큼 동시에 이동한다. 렌즈 정지부 가까이에 위치한 렌즈 요소의 직경이 정지부 구멍의 직경과 대략 동일할 수 있기 때문에, 렌즈 요소의 크기는 소형으로 유지될 수 있어 위광량(amount of false light)이 이미지 센서에 전혀 도달할 수 없거나 무시할 정도의 위광량이 이미지 센서에 도달한다.
도 1a 내지 도 2b에 도시된 줌 렌즈 디자인은 줌 렌즈 내에 폴딩 미러를 개재시킬 수 있다. 종래의 줌 렌즈 디자인에 있어서는, 렌즈 요소 사이에 폴딩 미러용 공간이 충분하지 못했다.
도 3a와 도 3b는 전방 렌즈 요소(12)와 조절 가능한 렌즈 그룹(24)의 제 1 렌즈 요소 사이에 배치된 폴딩 미러(32)를 갖는 줌 렌즈(30)의 일 실시예를 도시한다. 물체 장면으로부터의 이미징 빔(b)은 전방 렌즈 요소(12)에 수직으로 입사된다. 이 미러가 빔(b)의 주 광선에 대해 45°의 각도로 배치되는 경우, 빔이 전방 렌즈 요소를 지나간 후, 이 빔은 미러(32)에 의해 90°각도, 즉 수평 방향으로 반사된다. 다른 요소인 렌즈 요소(25, 26)와 이미지 센서(18)는 수평 방향으로 배치된다. 수평 방향은 장치의 전면에 평행하고, 카메라, 즉 줌 렌즈와 이미지 센서는 내장되어야 한다. 이 방법에서 카메라의 내장 높이(hc)는 미러(32)의 높이와 전방 렌즈 요소(12)의 두께의 합으로 감소된다.
줌 렌즈 내에 폴딩 미러를 설치함으로써, 두 개의 독립적으로 이동 가능한 렌즈 요소를 갖는 조절 가능한 렌즈 그룹을 포함함으로써 가능한 것보다 실질적으로 더 크게 카메라의 내장 높이를 감소시킬 수 있다. 그러나, 폴딩 미러가 미리 구비된 줌 렌즈에 이러한 렌즈 그룹을 설치함으로써, 카메라의 내장 높이를 더욱 감소시키고 이러한 높이를 일정하게(constant) 할 수 있다.
도 3a로부터 명백한 바와 같이, 줌 렌즈의 망원 구조의 광선 경로 플롯이 도시되어 있고, 이 구조에서 렌즈 정지부(16)는 폴딩 미러(32)에 매우 가까이 위치해 있다. 도 3b는 줌 렌즈의 광각 구조의 광선 경로 플롯을 도시한다.
제 2 폴딩 미러를 갖는 줌 렌즈를 제공함으로써 줌 렌즈의 전체 크기를 보다 더 감소시킬 수 있다. 도 4a와 도 4b는 이러한 제 2 폴딩 미러를 갖는 줌 렌즈의 일 실시예와, 망원 구조와 광각 구조 각각의 광선 경로 플롯을 도시한다. 제 2 폴딩 미러(42)는 이동 가능한 렌즈 요소(26)와 이미지 센서(18) 사이에 배치된다. 제 2 폴딩 미러가 빔(b)의 주 광선에 대해 45°의 각도로 배치되는 경우, 이러한 미러는 렌즈 요소(26)로부터 입사되는 이미징 빔(b)을 90°각도, 즉 수직 방향으로 반사시키며, 그에 따라 이미지 센서가 이 방향에 배치될 수 있다. 이러한 방법에서, 줌 렌즈, 즉 카메라의 수평 방향 치수는 수직 방향의 치수를 실질적으로 증가시키는 일 없이 감소될 수 있다. 이러한 치수, 즉 내장 높이는 전방 렌즈 요소의 전면과 이미지 센서의 전면 사이의 거리이다. 이 높이는 3.7mm만큼 작을 수도 있다. 예를 들어 1.5mm의, 약간의 추가적인 높이가 이미지 센서 및 그 패키지(packaging)를 위해 요구될 수도 있다.
하측 방향으로 빔을 반사시키는 제 2 폴딩 미러(42)는 이 제 2 폴딩 미러(42)에 대해 90°의 각도로 배치된 폴딩 미러로 대체되어 빔이 상측 방향으로 반사될 수도 있다. 이러한 경우에 이미지 센서(18)는 전방 렌즈 요소(12)와 대체로 같은 높이에 배치될 수 있다.
제 2 폴딩 미러는 이미지 센서의 두께에 의해 결정되는 것이 바람직하다. 패키지를 포함하는 이 센서가 충분히 작다면, 또는 센서가 프린트 배선판(printed circuit board : PCB)에 설치되어 PCB가 렌즈 요소 가까이에 배치될 수 있다면, 제 2 미러는 필요하지 않다.
제 1 폴딩 미러의 경사를 조절함으로써 줌 렌즈 및 카메라의 내장 높이를 보다 더 감소시킬 수 있다. 이것은 도 5a와 도 5b에 도시되어 있으며, 도 5a 및 도 5b는 이러한 줌 렌즈의 변형 실시예(50)의 망원 구조와 광각 구조의 광선 경로 플롯을 각각 도시한다. 제 1 폴딩 미러(12)는 이 제 1 폴딩 미러에 입사되는 이미징 빔(b)의 입사각( θ)이 45°보다 크도록 배치된다. 빔은 수평 방향보다 약간 위쪽으로 반사되고 제 2 폴딩 미러(42)와 이미지 센서는 위쪽으로 이동되어 전방 렌즈 요소(12) 및 제 1 미러(32)와 더욱 정렬(in line)된다. 도 5a와 도 5b는 단일의 이동 가능한 렌즈 요소(single movable lens element)(14)를 구비한 줌 렌즈를 도시하며, 조절된 경사를 갖는 제 1 폴딩 미러가 도 2a 내지 도 4b에 도시된 줌 렌즈에 사용될 수 있음은 명백하다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 폴딩 미러는 전방 렌즈 요소와 미러 렌즈 요소(62)가 일체화된 것일 수 있다. 이 요소는 빔(b)의 주 광선에 대해 예를 들어, 45°의 각도로 배치된 평판형 반사 기면(reflective flat base surface)(64)과, 렌즈 요소의 굴절면을 형성하는 곡면(66, 68)을 갖는다. 이러한 방법에서, 줌 렌즈 요소의 수가 줄어들어, 제조 비용이 감소될 수 있다. 요소(62)의 곡면 중 적어도 하나의 곡면은 비구면 표면(aspherical surface)일 수도 있으며, 전술된 실시예중 줌 렌즈의 다른 렌즈 요소도 그와 마찬가지일 수 있다.
두 개의 이동 가능한 렌즈 요소를 가지며 도 2a와 도 2b에 도시된 새로운 줌 렌즈의 실제적인 실시예는 다음과 같은 특성을 갖는다.
망원 광각
초점 거리 7.2mm 3.6mm
F 수(F/number) 5.9 4.0
화각 다이어고널(angle of view diagonal) 26.8° 56°
이러한 줌 렌즈는 3.36mm의 다이어고널 치수를 갖고 640ｘ480 화소를 포함하는 CCD 또는 CMOS 이미지 센서와 결합되기에 적합하며, 따라서 픽셀 피치(pitch)는 4.2 ㎛ 이다.
도 7은 본 발명의 줌 렌즈가 사용될 수 있는 휴대용 장치의 예를 도시한다. 상기 휴대용 장치는 도 7에 정면도가 도시된 이동 전화기(70)이다. 이동 전화기는 사용자의 목소리를 데이타로 입력하는 마이크로폰(microphone)(72)과, 통화 상대의 목소리를 출력하는 확성기(loudspeaker)(74), 그리고 통화 전파를 송수신하는 안테나(76)를 구비하고 있다. 이동 전화기는 사용자가 전화걸고자 하는 전화번호와 같은 데이타를 입력하는 입력 다이얼(input dial)(78)과, 예를 들어 액정 디스플레이 패널(liquid crystal display panel)과 같은 디스플레이(display)(80)를 더 포함한다. 이 패널은 통화 상대 또는 사용자의 사진을 나타내거나, 또는 데이타나 그래픽을 표시하는 데 사용될 수도 있다. 입력 데이타 및 수신 데이타의 처리를 위해 데이타 처리 유닛(data processing unit)(도시되지 않음)이 이동 전화기에 포함된다.
이동 전화기(70)에 상대 또는 사용자에게 전달하려는 장면, 그래픽 또는 데이타의 사진 촬영을 위해 전술된 바와 같은 줌 렌즈를 갖는 소형 카메라(82)가 설치된다. 이 카메라의 줌 렌즈의 전방 렌즈 요소(12)의 입구 표면(84)만이 보여진다. 만약 도 7의 평면에 수직인 방향으로 전화기의 치수가 충분히 크다면, 카메라의 다른 요소, 즉 이동 가능한 렌즈 요소 및 이미지 센서는 전화기의 전면에 수직한 라인을 따라, 즉 도 7의 평면에 수직한 방향으로 배치될 수도 있다. 바람직하게는, 줌 렌즈는 적어도 하나의 폴딩 미러를 포함한다. 그리고 적어도 두 개의 이동 가능한 렌즈 요소가 상대적으로 얇은 전화기의 전면에 평행한 선을 따라 배치된다.
또한 줌 렌즈의 전방 렌즈 요소는 이동 전화기의 후면에 배치될 수도 있다. 이동 전화기에 엔벨롭(envelope) 또는 커버 부분이 설치되면, 줌 렌즈는 이 엔벨롭 내부에 배치될 수도 있고, 전방 렌즈 요소는 이 엔벨롭의 주 표면에 배치될 수도 있다.
본 발명이 구현될 수 있는 다른 휴대용 장치는 소형 카메라가 설치된 휴대용 개인정보 단말기(personal digital assistant : PDA)이다. 전술된 줌 렌즈가 구비된 이러한 카메라는 이동 전화기에서 기술한 것과 같은 방식으로 PDA 내부에 배치될 수도 있다.
도 8은 본 발명이 구현될 수 있는 휴대용 장치의 일 예로서 랩탑 컴퓨터(노트북)를 도시한다. 랩탑 컴퓨터(90)는 키보드(95)와 처리 유닛(process unit)을 결합시킨 기부(base portion)(92)를 포함한다. 기부에 대해 회전 가능한 커버 부분(96)은 디스플레이(98)와 소형 카메라(100)를 포함한다. 전술된 줌 렌즈가 제공된 카메라는 이동 전화기에서 기술된 것과 같은 방식으로 랩탑 컴퓨터에 배치될 수도 있다.
본 발명은 전방 렌즈 요소와 조절 가능한 렌즈 그룹만을 구비하는 줌 렌즈에 대해 기술했고, 이 줌 렌즈는 적절한 픽셀 피치 또는 해상도를 갖는 소형 이미지 센서를 구비한 소형 카메라에서 사용된다. 다른 형태의 이미지 센서를 구비한 카메라용 줌 렌즈는 후방 렌즈 요소와, 한 개 이상의 렌즈 요소를 갖는 전방 및/또는 후방 렌즈 그룹을 가질 수도 있다. 또한, 본 발명은 이러한 형태의 줌 렌즈에 사용될 수도 있다. 아울러, 본 발명은 이동 전화기, PDA, 포켓 컴퓨터, 전자 장난감, 또는 휴대용 장치와 같은 휴대 기기용 소형 카메라뿐만 아니라, 다른 형태의 내장형 카메라에도 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 데스크탑 컴퓨터용 카메라, 내부 통화 장치(intercom) 시스템용 카메라, 그리고 포켓 크기 및 그 외의 크기의 카메라(예를 들면, 디지탈 카메라)와 같은 비 내장형 카메라(non-built-in cameras)에서 사용될 수도 있다. 상기 카메라는 스틸 사진 카메라(still picture camera) 또는 비디오 카메라이다. 카메라가 필름 또는 전자 센서(예를 들어, CCD 센서 또는 CMOS 센서)를 사용하는지 안 하는지는 본 발명과 무관하다.

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 전방 렌즈 그룹(front lens group)과 조절 가능한 렌즈 그룹(controllable lens group)을 갖는 줌 렌즈(zoom lens)에 있어서,
    상기 조절 가능한 렌즈 그룹은 상이한 렌즈 재료로 제조되고 서로에 대해 이동 가능한 2개의 렌즈 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는
    줌 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    렌즈 정지부(lens stop)를 갖고, 상기 렌즈 정지부는 상기 조절 가능한 렌즈 그룹의 제 1 렌즈 요소 가까이에 배치되고 상기 조절 가능한 렌즈 그룹과 함께 이동 가능한 것을 특징으로 하는
    줌 렌즈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전방 렌즈 그룹과 상기 조절 가능한 렌즈 그룹 사이에 배치된 폴딩 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는
    줌 렌즈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 줌 렌즈는 제 2 폴딩 미러를 포함하는데, 이 제 2 폴딩 미러는 상기 조절 가능한 렌즈의 후방에 배치되는 것을 특징으로 하는
    줌 렌즈.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 폴딩 미러가 상기 전방 렌즈 그룹과 통합되는
    줌 렌즈.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 폴딩 미러가, 반사면에 수직한 축과 상기 전방 렌즈 그룹의 광축 사이의 각도가 45°이상이 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는
    줌 렌즈.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 줌 렌즈를 포함하는 카메라.
  8. 입력 수단, 정보 처리 수단, 디스플레이(display) 수단 및 제 7 항에 따른 카메라를 포함하는 휴대용 장치(hand-held apparatus).
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