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KR20080006137A - 슬림 두께를 갖는 광학 장치 - Google Patents

슬림 두께를 갖는 광학 장치 Download PDF

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KR20080006137A
KR20080006137A KR1020060064909A KR20060064909A KR20080006137A KR 20080006137 A KR20080006137 A KR 20080006137A KR 1020060064909 A KR1020060064909 A KR 1020060064909A KR 20060064909 A KR20060064909 A KR 20060064909A KR 20080006137 A KR20080006137 A KR 20080006137A
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optical
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송진한
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 각종 광학 기기에 장착될 수 있으며, 얇은 두께를 갖는 줌 렌즈 광학 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 렌즈 대신 편향 소자를 사용함으로써 입사광 또는 출사광의 입사 경로 또는 출사 경로를 광학장치 내의 광경로와 직각이 되도록 하여 광학 장치의 두께를 줄일 수 있는 줌 렌즈(Zoom Lens) 광학 장치에 관한 것이다.
광학 장치, 회절, 반사형 초점 가변 미러, 프리즘, 휴대폰, 카메라, 모듈

Description

슬림 두께를 갖는 광학 장치 {Optical device with slim depth}
도1은 종래의 광학 장치 구조를 나타낸다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 장치 구조를 나타낸다.
도3은 본 발명의 광학 장치의 동작 원리를 설명하는 도면이다.
도4a 및 도4b는 본 발명에 따른 편향소자의 일 실시예인 비구면 프리즘의 구조를 나타낸다.
도5a 및 도5b는 본 발명에 따른 편향소자의 일 실시예인 구면 프리즘의 구조를 나타낸다.
도6a 및 도6b는 본 발명에 따른 편향소자의 일 실시예인 평면 프리즘의 구조를 나타낸다.
도7는 종래의 광학 장치가 슬라이드 폰에 적용되는 예를 나타낸다.
도8은 본 발명에 따른 광학 장치가 슬라이드 폰에 적용되는 예를 나타낸다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 설명 ※
110 : 휴대폰 200 : 광학 장치
201 : 편향 소자 203, 205 : 렌즈
202,204 : 회절 소자 206 : 수광 소자
207 : 입사광 경로 208 : 가상 평면
301 : 비구면 프리즘 401 : 구면 프리즘
501 : 평면 프리즘 309, 409, 509 : 입사면 또는 출사면
310, 410, 510 : 반사면
본 발명은 각종 광학 기기에 장착될 수 있으며, 얇은 두께를 갖는 줌 렌즈 광학 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 렌즈 대신 편향 소자를 사용함으로써 입사광 또는 출사광의 입사 경로 또는 출사 경로를 광학장치 내의 광경로와 직각이 되도록 하여 광학 장치의 두께를 줄일 수 있는 줌 렌즈(Zoom Lens) 광학 장치에 관한 것이다.
일반적인 줌 렌즈 광학 장치에는 광학계의 배율을 변화시키기 위한 배리에이터(Variator)용 렌즈와 포커싱 역할을 하는 컴펀세이터(Compensator)용 렌즈가 장착된다. 종래의 광학계에서는 이들 렌즈를 기계적인 방법으로 구동하였다.
또 다른 구동방법으로서, MEMS 기술을 이용한 반사형 초점 가변 소자를 이용하는 방식도 있으나, 이 방식에 의해 구성된 줌 렌즈 광학계는 광학 설계의 자유도가 떨어져 불리하다. 즉, 반사형 초점 가변 소자의 경우 반사형이기 때문에 광의 입력 방향이 일정해야 하고, 반사형이기 때문에 입사면 측에 렌즈가 필수적으로 요 구된다. MEMS 기술을 이용한 설계는 입사광의 입사 방향 자유도가 지극히 한정적이기 때문에 실제 휴대폰, PDA 등의 휴대 장치에 실장될 경우 두께에 큰 제약을 가져온다.
도1은 종래 광학 장치(100)의 구조를 나타낸다.
광학 장치(100)로 입사된 광은 배율을 높이기 위한 렌즈(101)를 통과하여, 제1 초점 가변 미러(102)에 의해 반사된다. 제1 초점 가변 미러(102)는 다수의 미러로 구성된 회절 소자로서 다수의 미러 각각을 제어함으로써 입사되는 광을 회절시켜 출력할 수 있는 소자이다.
제1 초점 가변 미러(103)를 통과한 광은 렌즈(103)를 통과하여 제2 초점 가변 미러(104)에 의해 회절 되고, 다시 렌즈(105)를 통과하여 포토 다이오드 등의 수광 소자(106)로 출사된다.
도1에 도시된 바와 같은 종래 광학 장치(100)들에서는 입사광이 출사광과 동일 평면에 놓이고, 나머지 광학 소자들도 모두 동일한 평면 내에 놓이게 되어, x축 방향으로 소정의 두께가 반드시 요구되는 설계상의 한계를 갖는다. 통상적으로 x축 방향이 광학 장치(100)가 장착될 휴대 장치의 두께 방향이 되기 때문에 결국 휴대 장치의 두께가 증가하게 된다.
최근 휴대폰이나, PDA에 사용되고 있는 카메라 모듈의 개발 방향의 초점은 카메라 모듈의 크기를 줄이는 데 있다. 종래의 AF(Auto Focusing) 및 줌 기능이 포함된 카메라 모듈은 렌즈의 기계적인 움직임으로 인해 신뢰성을 떨어뜨리고 렌즈의 이동범위를 확보하기 위해 부피가 커지게 커진다.
또한, MEMS 기술을 이용하여 설계된 카메라 모듈의 경우 그 설계 제약 사항으로 인해 부피를 줄이는데 한계가 있다.
위와 같은 카메라 모듈의 설계 제한을 극복하고, 카메라 모듈이 장착될 휴대 장치의 두께를 줄일 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명은 위와 같은 요구에 따른 것으로서, 휴대폰 등의 휴대 장치 내에 장착되면서도, 휴대 장치의 두께를 줄일 수 있는 카메라 모듈용 광학 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 MEMS 기술로 구현된 회절 소자를 이용하는 광학 장치에서, 그 설계적 제한을 극복할 수 있는 광학 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 장치는, 입사광을 직각으로 편향시키는 편향 소자; 및 상기 편향 소자로부터의 광을 회절시켜 출사하는 적어도 하나의 회절 소자를 포함하고, 상기 입사광 경로와 상기 회절 소자에 의해 출사되는 출사광 경로는 서로 수직인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 장치는, 입사광을 회절시키는 적어도 하나의 회절 소자; 및 상기 회절 소자로부터 광을 수신하여 수직으로 편향시켜 출사하는 편향소자를 포함하고, 상기 입사광의 경로와 상기 편향소자에 의해 출사되는 출사광 경로는 서로 수직인 것을 특징으로 한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 장치(100)의 구조를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 장치(100)는 입사되는 광을 수직으로 편향시켜 출사하는 편향 소자(201), 상기 편향 소자(201)로부터의 광을 1차 회절 시키는 제1 회절 소자(202), 상기 제1 회절 소자(202)로부터의 광을 2차 회절 시키는 제2 회절 소자(204)로 구성되고, 제1 회절 소자(202) 및 제2 회절 소자(204)의 입사측에는 광의 배율을 증폭시키기 위한 광학 렌즈(203)가 배치된다.
또한, 제2 회절 소자(204)를 통과한 광은 광 배율 증폭을 위한 렌즈(205)를 통과하여 수광 소자(206)에 입력된다. 수광 소자(206)는 광 신호를 검출할 수 있는 소자로서, 포토 다이오드 등 광 신호를 검출하여 전기 신호로 변환하는 소자를 사용할 수 있다. 수광 소자(206)에 의해 변환된 전기 신호는 광학 장치(200)가 장착되는 휴대폰 등의 단말 장치에서 처리된다.
종래의 광학 장치와 달리, 본 발명에 따른 광학 장치는, 도2에 도시된 바와 같이, 입사광의 입사 경로가 광학 장치 내, 또는 수광 소자(206)로 출사되는 출사광의 경로와 수직이 된다. 도2에는 입사광의 경로가 +z축 방향인 것으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라 -z축 방향, 즉 지면 안으로 들어가는 방향이 될 수도 있음은 물론이다. 입사광은 편향 소자(201)에 의해 수직으로 편향되어 제1 회절 소자로 향한다.
종래에는 입사광의 광 경로와 광학 장치 내 및 출사광의 광 경로가 동일 평면 내에 놓이고, 평면의 폭이 곧 광학 장치 두께의 최소값을 제한하였다. 따라서, 광학 장치 및 광학 장치가 장착되는 휴대 장치의 두께를 줄이는데 한계가 있었다.
그러나, 본 발명에 따른 광학 장치(200)에 따르면, 실시예에 따라 입사광의 광 경로와, 광학 장치 내의 광 경로 및 출사광의 광 경로가 수직이기 때문에 설계 자유도를 확보할 수 있게 된다.
바람직하게는, 상기 제1,2 회절 소자(202,204)는 반사형 가변 초점 미러이다. 반사형 가변 초점 미러는 각각 별개로 제어가 가능한 다수의 미러로 구성되며, 입사한 광을 회절시켜, 필요에 따라 증폭을 하거나 자동 포커싱을 하도록 제어할 수 있다.
실시예에 따라서는, 상기 제1,2 회절 소자(202,204)로 투과형 회절 광학 소자를 사용하는 것도 가능하다. 투과형 회절 광학 소자는 내부 매질의 특성에 따라 광의 회절을 제어할 수 있는 광학 소자이다.
바람직하게는, 상기 제1 회절 소자(202)에 의한 1차 회절은 입사광의 배율을 증폭시키는 줌(zoom) 역할이고, 상기 제2 회절 소자(204)에 의한 2차 회절은 자동 포커싱(Auto Focusing)을 위한 회절이다.
실시예에 따라서는, 상기 제1 회절 소자(202)와 제2 회절 소자(204)의 역할이 위와 반대로 될 수 있다.
실시예에 따라서, 줌 기능이 필요없는 광학 장치의 경우에는 자동 포커싱을 하는 회절 소자 한 개만을 사용하여 광학 장치를 구성할 수도 있으며, 회절 소자들의 기능을 세분화하여 2개 이상의 회절 소자를 사용하여 광학 장치를 구성할 수도 있다.
도3은 본 발명의 광학 장치의 동작 원리를 설명하는 도면으로서, 본 발명에 따른 광학 장치의 특징이 잘 나타나 있다.
입사광은 편향 소자(201)에 의해 수직으로 편향되어 제1 회절 소자(202)에 의해 회절되고, 다시 제2 회절 소자(204)에 의해 회절되어 수광 소자(206)로 출사된다.
도3에 도시된 바와 같이, 입사광(207)의 경로는 출사광과 수직을 이룬다. 즉, 입사광(207)은 광학 장치 내에서의 광 경로와 출사광의 경로가 이루는 가상 평면(208)에 수직으로 입사한다.
도2 및 도3에 도시된 실시예에서는 광학 장치(200)의 입사측에 편향 소자(201)를 배치하여 입사광을 수직으로 편향시켰으나, 실시예에 따라서는 렌즈(205) 대신 편향 소자를 사용하여 수광 소자(206)에 입사되기 전의 출사광의 광경로를 수직으로 편향시키도록 구성할 수도 있다. 이 경우에는 도2 및 도3의 편향 소자(201) 대신에 광 배율을 증폭하는 렌즈를 배치하는 것이 바람직하다.
편향 소자(201)로는 비구면 프리즘을 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 비구면 프리즘의 반사면은 거울면으로 처리된 것이 바람직하다.
도4a 및 도4b는 각각 본 발명에 따른 편향소자(201)의 일 실시예인 비구면 프리즘(301)의 측면도 및 사시도이다.
도4a에 도시된 바와 같이, 비구면 프리즘(301)은 입사면 또는 출사면(309)과, 반사면(310)을 가지며, 입사면 또는 출사면(309)에는 불규칙한 패턴이 형성되어 있다. 비구면 프리즘(301)을 본 발명의 편향소자로 사용할 경우에는, 광이 불 규칙한 패턴이 형성된 입사면 및 출사면(309)을 거치면서 배율이 증폭되는 효과를 가져오기 때문에, 도1의 종래 장치에서와 같이 회절 소자(102)의 입사면 측에 놓인 렌즈(101)를 사용하지 않아도 된다.
바람직하게는, 비구면 프리즘(301)의 반사면(310)은 거울로 이루어진다.
도5a 및 도5b는 각각 본 발명에 따른 편향소자(201)의 일 실시예인 구면 프리즘(401)의 측면도 및 사시도이다.
구면 프리즘(401)의 입사면 또는 출사면(409)은 소정의 곡률 반경 값을 갖는 구면으로 형성되어 있다. 바람직하게는, 비구면 프리즘(301)과 마찬가지로 광은 입사면 및 출사면(409)을 거치면서 광 배율이 증폭되고, 따라서 입사측에 렌즈가 불필요하다.
바람직하게는, 구면 프리즘(401)의 반사면(410)은 거울로 이루어진다.
도6a 및 도6b는 본 발명에 따른 편향소자(201)의 일 실시예인 평면 프리즘(501)의 측면도 및 사시도이다.
평면 프리즘(501)의 입사면 또는 출사면(509)는 아무런 패턴이 없는 평면으로 형성된다. 평면 프리즘(501)은 광 배율을 증폭하는 기능을 할 수 없으므로, 평면 프리즘(501)을 사용하는 경우에는 입사측에 별도의 렌즈를 배치하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 평면 프리즘(501)의 반사면(510)은 거울로 이루어진다.
도7는 종래의 광학 장치가 슬라이드 폰에 적용되는 예를 나타낸다.
도7에 도시된 바와 같이, 종래의 광학 장치(100)는 입사광, 광학 장치(100) 의 광, 출사광의 광 경로가 모두 동일 평면 내에 놓이고, 그 평면의 폭이 곧 광학 장치의 두께로 연결되기 때문에, 광학 장치(100)가 장착되는 휴대폰(110) 등의 단말 장치의 두께를 줄이는데 한계가 있다.
도8은 본 발명에 따른 광학 장치가 슬라이드 폰에 적용되는 예를 나타낸다.
도8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광학 장치(200)에서는 편향 소자(201)의 두께만 광학 장치(200)의 두께로 연결되기 때문에 휴대폰(110)의 단말 장치의 두께를 대폭 줄일 수 있다.
본 발명의 광학 장치에 따르면 휴대폰 등의 휴대 장치 내에 장착되면서도, 휴대 장치의 두께를 대폭 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 광학 장치는, MEMS 기술로 구현된 회절 소자를 이용하면서도, 그 회절 소자의 설계적 제한을 극복할 수 있는 광학 장치를 제공할 수 있다.

Claims (11)

  1. 입사광을 직각으로 편향시키는 편향 소자; 및
    상기 편향 소자로부터의 광을 회절시켜 출사하는 적어도 하나의 회절 소자를 포함하고,
    상기 입사광 경로와 상기 회절 소자에 의해 출사되는 출사광 경로는 서로 수직인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회절 소자는 반사형 가변 초점 미러인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 편향소자는 비구면 프리즘인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 편향 소자는 구면 프리즘인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 편향 소자는 평면 프리즘이고, 상기 평면 프리즘의 입사면 측에 배치된 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  6. 입사광을 회절시키는 적어도 하나의 회절 소자; 및
    상기 회절 소자로부터 광을 수신하여 수직으로 편향시켜 출사하는 편향소자를 포함하고,
    상기 입사광의 경로와 상기 편향소자에 의해 출사되는 출사광 경로는 서로 수직인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 회절 소자는 반사형 가변 초점 미러인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 회절 소자의 입사면 측에 배치된 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 편향소자는 비구면 프리즘인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 편향 소자는 구면 프리즘인 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 편향 소자는 평면 프리즘이고, 상기 평면 프리즘의 입사면 측에 배치된 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014072818A3 (en) * 2012-11-08 2014-07-24 Dynaoptics Pte Ltd. Miniature optical zoom lens

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PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Final Notice of Reason for Refusal

Patent event date: 20080326

Patent event code: PE09021S02D

E601 Decision to refuse application
E801 Decision on dismissal of amendment
PE0601 Decision on rejection of patent

Patent event date: 20080829

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PE06012S01D

Patent event date: 20080326

Comment text: Final Notice of Reason for Refusal

Patent event code: PE06011S02I

Patent event date: 20070927

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PE06011S01I

PE0801 Dismissal of amendment

Patent event code: PE08012E01D

Comment text: Decision on Dismissal of Amendment

Patent event date: 20080829

Patent event code: PE08011R01I

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event date: 20080526

Patent event code: PE08011R01I

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event date: 20071031