KR20090103483A - Small zoom optical system and capsule endoscope using thereof - Google Patents

Small zoom optical system and capsule endoscope using thereof

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KR20090103483A
KR20090103483A KR1020080029125A KR20080029125A KR20090103483A KR 20090103483 A KR20090103483 A KR 20090103483A KR 1020080029125 A KR1020080029125 A KR 1020080029125A KR 20080029125 A KR20080029125 A KR 20080029125A KR 20090103483 A KR20090103483 A KR 20090103483A
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zoom optical
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KR1020080029125A
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김건희
양순철
국명호
이동진
김이곤
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주식회사 인트로메딕
한국기초과학지원연구원
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Abstract

PURPOSE: A small zoom optical system and a capsule endoscope using the same are provided to obtain an image with high quality in the abdominal cavity. CONSTITUTION: A small zoom optical system includes a first lens group(100), a second lens group(110), and a third lens group(120). The first lens group has a negative refractive index from an object. The second lens group has a positive refractive index. The third lens group has the positive refractive index. The second lens group is comprised of three sheets of lenses.

Description

소형 줌 광학계 및 이를 이용한 캡슐형 내시경{SMALL ZOOM OPTICAL SYSTEM AND CAPSULE ENDOSCOPE USING THEREOF}Small zoom optical system and capsule endoscope using the same {SMALL ZOOM OPTICAL SYSTEM AND CAPSULE ENDOSCOPE USING THEREOF}

본 발명은 소형 줌 광학계 및 이를 이용한 캡슐형 내시경에 관한 것이다.The present invention relates to a compact zoom optical system and a capsule endoscope using the same.

내시경은 본래 수술을 하거나 또는 부검(剖檢)을 하지 않고서는 직접 병변(病變)을 볼 수 없는 장기를 관찰하도록 고안된 인체 삽입형 의료 기구이다. Endoscopy is an implantable medical device originally designed to observe organs that cannot be seen directly without surgery or autopsy.

그러나, 내시경은 검사에 따르는 고통과 불쾌감 등으로 인하여 많은 환자들이 내시경 검사를 회피하고 대신하여 약물 치료 등을 받으려는 경우가 있다. 특히 지금까지 내시경은 많은 진단과 검사에 사용되어 왔음에도 도관의 크기와 강성으로 인하여 환자와 의료진에게 여러 가지 불편을 주었다. However, endoscopy is due to the pain and discomfort associated with the test, many patients have to avoid the endoscopy and receive medication instead. In particular, endoscopes have been used for many diagnosis and examinations, but because of the size and stiffness of the catheter, it has caused various inconveniences to patients and medical staff.

이에 따라 내시경의 여러 단점을 보완한 캡슐 타입의 내시경이 개발되어 의료 현장에서 여러 질병들을 진단하는데 사용되고 있다.Accordingly, capsule type endoscopes have been developed to supplement various disadvantages of endoscopes and are being used to diagnose various diseases in the medical field.

캡슐 타입의 내시경 즉, 캡슐형 내시경이란, 복용 가능한 캡슐 크기의 내시경으로서 인체의 구강을 통해 삼켜져 인체의 체강 중 어느 하나인 소화기관의 연동 운동에 따라 이동하면서 소화기관의 이미지를 촬영한 후에 그 촬영된 이미지 정보를 무선통신을 통해 외부 장치에 전송하는 것이다. Capsule type endoscope, or capsule type endoscope, is an ingestible capsule size endoscope that is swallowed through the oral cavity of the human body and moves in accordance with the peristalsis of the digestive system, which is one of the body cavities of the human body, after taking an image of the digestive system. The photographed image information is transmitted to an external device through wireless communication.

이러한 캡슐형 내시경은 마취가 필요하지 않고 구토감이 없으며, 기존의 일반 내시경으로는 촬영할 수 없었던 소장까지 촬영할 수 있으므로, 보다 정밀한 의료 진단을 할 수 있게 해주는 장점이 있다.These capsule endoscopes do not require anesthesia, do not have a nausea, and can shoot up to the small intestine that could not be taken with a conventional endoscope, there is an advantage that allows a more precise medical diagnosis.

전술한 캡슐형 내시경은 크게 체강 내를 밝게 조명하는 조명부와, 이미지를 획득하고, 획득된 이미지를 전송하는 이미지 획득부와, 상기 조명부 및 이미지 획득부에 전원을 공급하는 전원부를 포함하고, 상기 조명부 전단에 위치한 광캡과 상기 광캡과 체결되어 전술한 기능부를 포함하는 케이스로 구성된다.The above-mentioned capsule endoscope includes a lighting unit that greatly illuminates the inside of the body cavity, an image obtaining unit which acquires an image and transmits the obtained image, and a power supply unit which supplies power to the lighting unit and the image obtaining unit, wherein the lighting unit It is composed of a case including an optical cap positioned in the front end and the optical cap coupled to the optical cap.

일반적으로 캡슐형 내시경에서는 이미지를 획득하기 위한 수단으로 CMOS, CCD와 같은 광학소자를 채용하고 있고, 상기 광학소자를 포함하는 광학계가 사용된다.In general, the capsule endoscope employs optical elements such as CMOS and CCD as means for acquiring an image, and an optical system including the optical element is used.

이러한 캡슐형 내시경에 포함되는 광학계는 다음과 같은 조건이 요구된다.The optical system included in such a capsule endoscope requires the following conditions.

첫째, 밝은 렌즈이어야 한다. 그 이유는 주변환경에 크게 구애받지 않고 사물을 촬영해야 하는 특징이 있기 때문에, 광량이 적은 곳에서도 사물을 촬영하는데 지장이 없기 위해서는 밝은 렌즈가 요구된다.First, it must be a bright lens. The reason for this is that there is a characteristic of taking an object regardless of the surrounding environment, and a bright lens is required in order to be able to take an object even in a place where light is low.

둘째, 최대한 작은 사이즈로 부품 여유도를 증가시켜야 한다.Second, the part margin should be increased as small as possible.

셋째, 높은 해상도를 얻을 수 있어야 한다.Third, high resolution must be obtained.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 소형이면서 밝은 렌즈와 높은 해상도를 얻을 수 있는 소형 줌 광학계 및 이를 이용한 캡슐형 내시경을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a compact zoom optical system and a capsule endoscope using the same, which can obtain a small and bright lens and high resolution.

또한, 본 발명의 목적은 소형으로 줌 기능을 실현할 수 있는 소형 줌 광학계 및 이를 이용한 캡슐형 내시경을 제공하는 데 있다.It is also an object of the present invention to provide a small zoom optical system and a capsule endoscope using the same that can realize a zoom function to a small size.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소형 줌 광학계는, 물체측으로부터 네거티브 굴절률을 갖는 제 1 렌즈군, 포지티브 굴절률을 갖는 제 2 렌즈군, 포지티브 굴절률을 가지는 제 3 렌즈군으로 구성되고, 상기 제 2 렌즈군은 3매의 렌즈로 구성되며, 다음 조건식을 만족한다.A compact zoom optical system according to the present invention for achieving the above object is composed of a first lens group having a negative refractive index from the object side, a second lens group having a positive refractive index, a third lens group having a positive refractive index, The second lens group is composed of three lenses, and satisfies the following conditional expression.

<조건식><Conditional expression>

2.7≤d2/WFno≤3.02.7≤d 2 /WFno≤3.0

0.5≤φt3≤1.50.5≤φ t / φ 3 ≤1.5

여기서, d2는 제 2 렌즈군의 줌 이동량을, WFno는 광각단의 F 넘버를, φt는 망원단의 전체 굴절률을, φ3은 제 3 렌즈군의 굴절률을 각각 나타낸다.Here, d 2 represents the zoom movement amount of the second lens group, WFno represents the F number of the wide-angle end, φ t represents the total refractive index of the telephoto end, and φ 3 represents the refractive index of the third lens group, respectively.

이때, 상기 제 2 렌즈군은 적어도 하나의 포지티브, 네거티브의 접합 렌즈를 포함하고, 물체측으로부터 상측으로 포지티브, 포지티브, 네거티브의 렌즈로 구성되며, 상기 포지티브 렌즈 중 적어도 하나가 비구면으로 이루어진다.In this case, the second lens group includes at least one positive and negative splicing lens, and is composed of positive, positive and negative lenses from an object side to an image side, and at least one of the positive lenses is an aspherical surface.

또한, 상기 제 1 렌즈군 또는 제 2 렌즈군을 구성하는 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈가 비구면 렌즈이다.In addition, at least one of the lenses constituting the first lens group or the second lens group is an aspherical lens.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 캡슐형 내시경은 생체 내를 조명하는 조명부와, 상기 조명부에 의해 조명된 부위를 촬상하는 촬상부와, 상기 촬상부 전단에 위치하는 대물광학계와, 상기 촬상부에 의해 촬상된 영상정보를 생체 외로 송신하는 송신부를 포함하는 캡슐형 내시경으로서, 상기 대물 광학계는 전술한 소형 줌 광학계를 이용한다.The capsule endoscope according to the present invention for achieving the above object is an illumination unit for illuminating the living body, an imaging unit for imaging the area illuminated by the illumination unit, an objective optical system located in front of the imaging unit, and the imaging A capsule endoscope including a transmission unit for transmitting the image information captured by the unit to the outside of the body, wherein the objective optical system uses the above-mentioned small zoom optical system.

여기서, 상기 캡슐형 내시경은 적외선 필터를 더 포함하고, 인체를 매질로 하는 인체 통신을 이용하거나 또는 전계를 매질로 하는 전계 통신을 이용한다.Here, the capsule endoscope further comprises an infrared filter, using the human body communication to the medium or the electric field communication using the medium.

본 발명에 따른 소형 줌 광학계는 CCD 또는 CMOS와 같은 촬상 소자를 이용한 촬영 광학계에 적합하도록 구성하였으므로, 소형화 및 박형화에 기여할 수 있다는 효과가 있다.Since the small zoom optical system according to the present invention is configured to be suitable for a photographing optical system using an imaging device such as a CCD or a CMOS, there is an effect that it can contribute to miniaturization and thinning.

또한, 본 발명에 따른 소형 줌 광학계를 이용한 캡슐형 내시경은 체강 내에서 양질의 영상을 취득할 수 있다는 효과를 제공한다.In addition, the capsule endoscope using the small zoom optical system according to the present invention provides an effect that can obtain a good image in the body cavity.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 소형 줌 렌즈의 광각단, 중간단, 망원단에서의 렌즈 위치를 각각 나타낸 도면이다.1 is a view showing lens positions at the wide-angle end, the middle end, and the telephoto end of the compact zoom lens according to the first embodiment of the present invention, respectively.

도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 소형 줌 렌즈의 광각단에서의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡수차를 나타낸 도면이다.2A is a view showing longitudinal spherical aberration, image curvature, and distortion aberration at the wide-angle end of the compact zoom lens according to the first embodiment of the present invention.

도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 줌렌즈의 망원단에서의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡수차를 나타낸 도면이다.2B illustrates longitudinal spherical aberration, image curvature, and distortion aberration at a telephoto end of a zoom lens according to a first embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 소형 줌 렌즈를 나타낸 도면이다.3 is a view showing a small zoom lens according to a second embodiment of the present invention.

도 4a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 소형 줌 렌즈의 광각단에서의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡수차를 나타낸 도면이다.4A is a view showing longitudinal spherical aberration, image curvature, and distortion aberration at the wide-angle end of the small zoom lens according to the second embodiment of the present invention.

도 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 소형 줌 렌즈의 망원단에서의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡수차를 나타낸 도면이다.4B is a view showing longitudinal spherical aberration, image curvature, and distortion aberration at the telephoto end of the compact zoom lens according to the second embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 줌 렌즈를 이용한 캡슐형 내시경을 나타낸 도면이다.5 is a view illustrating a capsule endoscope using a small zoom lens according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 : 조리개 2 : 적외선 필터1: aperture 2: infrared filter

11a, 11b : 송신전극 12 : 조명소자11a, 11b: transmitting electrode 12: lighting device

13 : 렌즈 14 : CMOS 이미지센서13 lens 14 CMOS image sensor

15 : 배터리 16 : 출력선15 battery 16 output line

17 : 광창 18 : 수납체17: light window 18: housing

100 : 제 1 렌즈군 110 : 제 2 렌즈군100: first lens group 110: second lens group

120 : 제 3 렌즈군 131 : 적외선필터120: third lens group 131: infrared filter

132 : 카바글라스132: Cabbaglas

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings illustrating the configuration and operation of the embodiment of the present invention, the configuration and operation of the present invention shown in the drawings and described by it will be described as at least one embodiment, By the technical spirit of the present invention described above and its core configuration and operation is not limited.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소형 줌 광학계의 광각단, 중간단 및 망원단에서의 배치도를 각각 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 소형 줌 광학계는 물체측(O)으로부터 상측(I)으로 순차적으로 네거티브의 굴절력을 가지는 제 1 렌즈군(100), 포지티브의 굴절력을 가지는 제 2 렌즈군(110)과, 포지티브의 굴절력을 가지는 제 3 렌즈군(120)으로 구성된다. 변배시 상기 제 1 렌즈군(100)과 제 2 렌즈군(110)의 간격은 감소하고 제 2 렌즈군(110)과 제 3 렌즈군(120) 사이의 간격은 증가한다. 이러한 궤적은 줌 경통의 수납길이를 최소화할 수 있도록 한다.1 is a layout view of a wide end, an intermediate end, and a telephoto end of a small zoom optical system according to an exemplary embodiment of the present invention, respectively. The compact zoom optical system according to the present invention includes a first lens group 100 having a negative refractive power sequentially from an object side O to an image side I, a second lens group 110 having a positive refractive power, and a positive It is composed of a third lens group 120 having refractive power. When shifting, the distance between the first lens group 100 and the second lens group 110 decreases, and the distance between the second lens group 110 and the third lens group 120 increases. This trajectory makes it possible to minimize the storage length of the zoom barrel.

상기 제 1 렌즈군(100)은 제 1 렌즈(101) 및 제 2 렌즈(102)를 포함하고, 제 2 렌즈군(110)은 포지티브, 포지티브, 네거티브의 제 3 렌즈(111), 제 4 렌즈(112) 및 제 5 렌즈(113)를 포함하고, 제 3 렌즈군(120)은 제 6 렌즈(121)를 포함한다. 도면부호 131은 적외선 필터를, 132는 카바글라스를 나타낸다. 상기 제 2 렌즈군(110)은 적어도 하나의 포지티브, 네거티브의 접합 렌즈를 포함하며, 예를 들어 상기 포지티브의 제 4 렌즈(112)와 네거티브의 제 5 렌즈(113)는 접합 렌즈로 구성될 수 있다.The first lens group 100 includes a first lens 101 and a second lens 102, and the second lens group 110 includes a third lens 111 and a fourth lens of positive, positive, and negative. 112 and a fifth lens 113, and the third lens group 120 includes a sixth lens 121. Reference numeral 131 denotes an infrared filter, and 132 denotes a kava glass. The second lens group 110 may include at least one positive and negative bonding lens. For example, the positive fourth lens 112 and the negative fifth lens 113 may be formed of a bonding lens. have.

상기 제 1 렌즈군(100)은 네거티브의 굴절력을 갖는 렌즈 중 적어도 하나를 비구면으로 형성하고, 제 2 렌즈군(110)은 포지티브의 굴절력을 갖는 렌즈 중 적어도 하나를 비구면으로 형성하며 다음 조건식을 만족하는 것이 바람직하다.The first lens group 100 forms at least one of the lenses having a negative refractive power as an aspherical surface, the second lens group 110 forms at least one of the lenses having a positive refractive power as an aspherical surface and satisfies the following conditional expression It is desirable to.

2.7≤d2/WFno≤3.02.7≤d 2 /WFno≤3.0

│R31│=│R32│R 31 │ = │R 32

여기서, d2는 제 2 렌즈군의 줌 이동량을, WFno는 광각단의 F 넘버를, R31은 제 3 렌즈군(120)의 첫 번째 면 즉, 물체측면의 곡률 반경을, R32는 제 3 렌즈군(120)의 마지막 면 즉, 상측면의 곡률 반경을 각각 나타낸다.Here, d 2 is the zoom shift amount of the second lens group, WFno is the F number of the wide-angle end, R 31 is the first radius of the third lens group 120, that is, the radius of curvature of the object side surface, and R 32 is The curvature radius of the last surface of the 3 lens group 120, ie, the image side surface, is shown, respectively.

0.5≤φt3≤1.50.5≤φ t / φ 3 ≤1.5

여기서, φt는 망원단의 전체 굴절률을, φ3은 제 3 렌즈군의 굴절률을 각각 나타낸다.Here, φ t represents the total refractive index of the telephoto end, and φ 3 represents the refractive index of the third lens group.

줌 렌즈계의 소형화 추세 속에서 비구면의 사용은 여러 가지 이점이 있다. 특히, 제 1 렌즈군(100) 중 네거티브의 굴절력을 가진 렌즈에 비구면을 사용할 경우 광학적 전장의 크기를 줄일 수 있고, 제 2 렌즈군(110) 중 포지티브의 굴절력을 가진 렌즈에 비구면을 사용할 경우 구면 수차 및 상면 만곡을 보완할 수 있다.In the trend of miniaturization of the zoom lens system, the use of aspherical surface has several advantages. In particular, when an aspherical surface is used for a lens having a negative refractive power in the first lens group 100, an optical electric field may be reduced in size. It can compensate for aberration and top curvature.

구체적으로, 상기 제 1 렌즈군(100)은 네거티브의 제 1 렌즈(101)와 포지티브의 제 2 렌즈(102)를 포함하고, 상기 네거티브의 제 1 렌즈(101)가 비구면으로 형성될 수 있다. 또한, 제 2 렌즈군(110)은 포지티브의 제 1 렌즈(111), 포지티브의 제 2 렌즈(112) 및 네거티브의 제 3 렌즈(113)를 포함하고, 상기 포지티브의 제 1 렌즈(111)가 비구면으로 형성될 수 있다.Specifically, the first lens group 100 may include a negative first lens 101 and a positive second lens 102, and the negative first lens 101 may be formed as an aspherical surface. In addition, the second lens group 110 includes a positive first lens 111, a positive second lens 112, and a negative third lens 113. It may be formed as an aspherical surface.

한편, 광각단의 굴절력을 망원단의 굴절력으로 나눈 값의 범위를 상기 수학식 2와 같이 설정함으로써 공칭치를 감안하여 3배줌 변배 광학계를 구성할 수 있고, 제 3 렌즈군(120)의 첫 번째 면(S11)과 마지막 면(S12)의 곡률을 같게 함으로써 같은 원기를 사용하여 렌즈를 제작할 수 있다. 그럼으로써 부가적인 원기를 제작하는데 드는 비용을 줄여 생산 단가를 낮추고 조립 생산을 용이하게 할 수 있다.On the other hand, by setting the range of the value obtained by dividing the refractive power of the wide-angle end by the refractive power of the telephoto end as shown in Equation 2, it is possible to configure a three-fold zoom shift optical system in consideration of the nominal value, the first surface of the third lens group 120 By making the curvature of S11 and the last surface S12 the same, a lens can be manufactured using the same base. This reduces the cost of producing additional raw materials, lowers production costs and facilitates assembly production.

한편, 본 발명의 실시예에 나오는 비구면의 정의를 나타내면 다음과 같다. 본 발명에 따른 소형 줌 광학계의 비구면 형상은 광축 방향을 X축으로 하고, 광축 방향에 대해 수직한 방향을 Y축으로 할 때, 광빔의 진행 방향을 정으로 하여 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다. 여기서, x는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리를, y는 광축에 대해 수직한 방향으로의 거리를, K는 코닉 상수(conic constant)를, A,B,C,D는 비구면 계수를, c는 렌즈의 정점에 있어서의 곡률 반경의 역수(1/R)를 각각 나타낸다.On the other hand, the definition of the aspherical surface in the embodiment of the present invention is as follows. The aspherical shape of the compact zoom optical system according to the present invention can be expressed by the following equation with the X-axis as the optical axis direction and the Y-axis as the direction perpendicular to the optical axis direction. Where x is the distance from the vertex of the lens in the optical axis direction, y is the distance in the direction perpendicular to the optical axis, K is the conic constant, A, B, C, D is the aspherical coefficient, c represents the inverse of the radius of curvature (1 / R) at the vertex of the lens, respectively.

본 발명에서는 구체적으로 다음과 같이 다양한 설계에 따른 실시예를 통해 줌 광학계의 소형화를 구현하기 위한 최적화 조건들에 따른 렌즈들을 포함한다.The present invention specifically includes lenses according to optimization conditions for implementing miniaturization of the zoom optical system through embodiments according to various designs as follows.

다음, 본 발명에 따른 줌 렌즈의 여러 가지 실시예들의 구체적인 렌즈 데이터들을 기술한다.Next, specific lens data of various embodiments of the zoom lens according to the present invention will be described.

<제 1 실시예><First Embodiment>

이하, EFL은 줌 광학계 전체의 합성초점거리를, Fno는 F 넘버를, ω는 화각을, R은 곡률 반경을, Dn은 렌즈의 중심 두께 또는 렌즈와 렌즈 사이의 간격을, ND는 굴절률을, VD는 아베수를 각각 나타낸다. 또한, ST는 조리개를 나타내며, 각 실시예에서 렌즈간 가변거리를 D1, D2, D3로 나타낸다. 그리고, 각 실시예 별로 각 구성 요소의 참조번호에 실시예 번호를 연계하여 표시하였다.EFL is the combined focal length of the whole zoom optics, Fno is the F number, ω is the angle of view, R is the radius of curvature, Dn is the center thickness of the lens or the distance between the lens, and ND is the refractive index, VD represents Abbe's number, respectively. In addition, ST denotes an aperture, and in each embodiment, variable distances between lenses are represented by D 1 , D 2 , and D 3 . In addition, the embodiment number is displayed in association with the reference number of each component for each embodiment.

도 1은 제 1 실시예에 따른 줌렌즈를 도시한 것으로, 제 1 렌즈군(100)은 제 1 및 제 2 렌즈(101)(102)로 구성되고, 제 2 렌즈군(110)은 제 3, 제 4 및 제 5 렌즈(111)(112)(113)로 구성되며, 제 3 렌즈군(120)은 제 6 렌즈(121)로 구성된다. 도면부호 131은 적외선 필터를, 132는 카바글라스를 나타낸다.1 illustrates a zoom lens according to a first embodiment, in which a first lens group 100 includes first and second lenses 101 and 102, and a second lens group 110 includes a third lens. The fourth and fifth lenses 111, 112, and 113 are configured, and the third lens group 120 is configured of the sixth lens 121. Reference numeral 131 denotes an infrared filter, and 132 denotes a kava glass.

EFL : 4.992mm ~ 13.478mm, Fno : 2.829 ~ 4.883, ω: 23.85° ~ 61.48°EFL: 4.992mm ~ 13.478mm, Fno: 2.829 ~ 4.883, ω: 23.85 ° ~ 61.48 °

다음의 표 2는 제 1 실시예의 비구면 계수를 나타낸 것이다.Table 2 below shows the aspherical surface coefficients of the first embodiment.

다음의 표 3은 제 1 실시예에 따른 가변 거리(D1)(D2)(D3)의 예를 광각단, 중간단 및 망원단에서 각각 나타낸 것이다.Table 3 below shows examples of the variable distances D1, D2, and D3 according to the first embodiment at the wide-angle end, the intermediate end, and the telephoto end, respectively.

도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 줌 광학계의 광각단 및 망원단에서의 종방향 구면수차, 상면만곡, 왜곡수차를 나타낸 것이다.2A and 2B illustrate longitudinal spherical aberration, image curvature, and distortion aberration at a wide-angle end and a telephoto end of a small zoom optical system, respectively, according to an embodiment of the present invention.

<제 2 실시예>Second Embodiment

도 3은 제2 실시예에 따른 줌 광학계를 광각단, 중간단 및 망원단에서 각각 도시한 것이고, 아래 표는 그 설계 데이터를 나타낸 것이다.3 shows the zoom optical system according to the second embodiment at the wide-angle end, the intermediate end and the telephoto end, respectively, and the table below shows the design data thereof.

EFL : 4.622mm ~ 13.035mm, FNO : 2.69 ~ 4.71, 화각 : 24.61°~ 65.42°EFL: 4.622mm ~ 13.035mm, FNO: 2.69 ~ 4.71, Angle of View: 24.61 ° ~ 65.42 °

다음은 제 2 실시예의 비구면 계수를 나타낸 것이다The following shows the aspherical surface coefficient of the second embodiment.

다음의 표 6은 제 3 실시예에 따른 줌 광학계에서의 가변 거리(D1)(D2)(D3)의 예를 광각단, 중간단 및 망원단에서 각각 나타낸 것이다.Table 6 below shows examples of the variable distances D1, D2, and D3 of the zoom optical system according to the third embodiment at the wide-angle end, the intermediate end, and the telephoto end, respectively.

도 4a, 도 4b는 각각 제 2 실시예에 따른 줌 광학계의 광각단 및 망원단에서의 종방향 구면수차, 상면만곡, 왜곡수차를 나타낸 것이다.4A and 4B illustrate longitudinal spherical aberration, image curvature, and distortion aberration at the wide-angle end and the telephoto end of the zoom optical system according to the second embodiment, respectively.

다음의 표 7은 수학식 1 내지 2를 만족하는 것을 나타내며, 그에 따른 값은 아래와 같다.Table 7 below indicates that the equations 1 to 2 are satisfied, and the values are as follows.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 줌 광학계를 포함하는 캡슐형 내시경을 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing a capsule endoscope including a small zoom optical system according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 소형 줌 광학계를 포함하는 캡슐형 내시경은 직경 10mm, 길이 20mm 정도의 크기로서, 캡슐형 내시경의 외형을 형성하는 하우징의 일단은 돔 형태의 광창(17)으로 형성되어 있고, 타단은 장방형의 수납체(18)로 형성되어 있어 전체적으로 탄환 형태를 이루고 있다. As shown in FIG. 5, the capsule endoscope including the small zoom optical system has a diameter of about 10 mm and a length of about 20 mm, and one end of the housing forming the external shape of the capsule endoscope is formed as a dome-shaped light window 17. The other end is formed of the rectangular housing 18, and forms a bullet shape as a whole.

캡슐형 내시경의 광창(17)은 빛이 통과하는 부분으로서 인체에 무해하면서 빛을 통과시키는 재질로서 유리 또는 폴리카보네이트로 되어 있고, 수납체(18)는 후술할 여러 소자들을 포함하는 부분으로서 상기한 바와 같이 부도체로 형성되어 있다. 광창(17)은 수납체(18)와 봉합되어 예를 들어 소화기관의 점액 등이 캡슐형 내시경 내부로 침투되거나, 캡슐형 내시경 내의 물질이 인체 내부로 새어나오지 않도록 한다. The light window 17 of the capsule endoscope is made of glass or polycarbonate as a material through which light passes while being harmless to the human body, and the housing 18 is a part including various elements to be described later. As shown in FIG. The light window 17 is sealed with the housing 18 so that, for example, the mucus of the digestive organs or the like is penetrated into the capsule endoscope, or the substance in the capsule endoscope does not leak into the human body.

도 5에서 도시된 바와 같이, 캡슐형 내시경은 광창(17)과 수납체(18)로 이루어진 하우징으로 외형을 형성하고, 수납체(18)의 내부에 조명소자(12), 렌즈(13), CMOS 이미지센서(14) 및 배터리(15)와, 수납체(18)의 표면에 전기적으로 격리되어 형성된 송신전극(11)을 포함하고 있다. As shown in FIG. 5, the capsule endoscope has an outer shape formed by a housing made of a light window 17 and a housing 18, and includes an illumination element 12, a lens 13, and an inside of the housing 18. The CMOS image sensor 14 and the battery 15, and the transmission electrode 11 formed electrically isolated from the surface of the housing 18 are included.

우선, 광창(17) 뒤에 렌즈(13)가 위치하고 렌즈(13) 뒤에는 각종 회로가 집적되어 있는 CMOS 이미지센서(14)가 배치되어 있다. 렌즈(13)와 CMOS 이미지센서(14) 사이의 거리는 광창(17)을 통해 입사된 빛이 CMOS 이미지센서(14)의 표면에 집속될 수 있도록 조정된다. 렌즈(13)와 CMOS 이미지센서(14) 사이에 도너츠 형태의 배열로 복수의 조명소자(12)가 배치되어 있다. 본 발명의 실시예에서는 조명소자(12)로서 적어도 4개의 LED를 사용하였다. 조명소자(12)에서 조사된 빛이 광창(17)을 원활하게 통과하여 사물을 비출 수 있도록 하기 위해 광창(17)의 내면에는 비반사코딩이 되어 있다. CMOS 이미지센서(14) 뒤에는 전원으로서 작용하는 배터리(15)가 위치한다. 본 발명의 실시예에서는 배터리(15)로서 방전전압이 평탄하고 인체에 해가 적은 산화은 전지를 사용하였다.First, a lens 13 is disposed behind the light window 17, and a CMOS image sensor 14 in which various circuits are integrated behind the lens 13 is disposed. The distance between the lens 13 and the CMOS image sensor 14 is adjusted so that light incident through the light window 17 can be focused on the surface of the CMOS image sensor 14. A plurality of lighting elements 12 are arranged in a donut-shaped arrangement between the lens 13 and the CMOS image sensor 14. In the embodiment of the present invention, at least four LEDs are used as the lighting element 12. In order to allow the light irradiated from the lighting device 12 to pass through the light window 17 so as to illuminate an object, the inner surface of the light window 17 is non-reflective coding. Behind the CMOS image sensor 14 is a battery 15 which acts as a power source. In the embodiment of the present invention, as the battery 15, a silver oxide battery having a flat discharge voltage and less harm to a human body is used.

본 발명에 따른 소형 줌 광학계는 CCD 또는 CMOS와 같은 촬상 소자를 이용한 소형의 촬영 광학계에 적합하도록 구성 렌즈의 매수가 적고, 소형화 및 박형화되면서도 저비용으로 우수한 광학 성능을 겸비한 특성을 갖는다.The compact zoom optical system according to the present invention has a characteristic that the number of constituent lenses is small, small and thin, and excellent optical performance at a low cost, so as to be suitable for a compact photographing optical system using an imaging device such as a CCD or a CMOS.

본 발명에 따른 캡슐형 내시경은 렌즈(13)에 전술한 소형 줌 광학계를 포함하고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 소형 줌 광학계를 포함하는 캡슐형 내시경은 소형으로 줌 기능을 가지고, 인체의 체강 내에서 높은 해상도의 영상을 얻을 수 있다.The capsule endoscope according to the present invention includes the above-mentioned small zoom optical system in the lens 13. Therefore, the capsule endoscope including the small zoom optical system according to the present invention has a compact zoom function and can obtain a high resolution image in the body cavity of the human body.

캡슐형 내시경의 내부 동작을 간단히 살펴보면, 조명소자(12)에서 조사된 빛으로부터 대상물의 영상을 렌즈(13)를 통해 CMOS 이미지센서(14)가 포착하고, CMOS 이미지센서(14)는 포착된 영상신호를 내부의 각종 회로를 통해 가공된 후 두 개의 출력선(16)에 각각 연결된 송신 전극으로 신호가 인가되어, 상기한 바와 같이 인체를 도체로 하여 인체 외부의 수신 전극(미도시)에서 감지되게 된다. Briefly referring to the internal operation of the capsule endoscope, the CMOS image sensor 14 captures an image of an object from the light emitted from the illumination device 12 through the lens 13, and the CMOS image sensor 14 captures the captured image. After the signal is processed through various circuits therein, a signal is applied to a transmission electrode connected to each of the two output lines 16, and as described above, the signal is sensed by a receiving electrode (not shown) outside the human body using the human body as a conductor. do.

상기 캡슐형 내시경은 인체를 매질로 하는 인체 통신을 통해 취득된 생체 정보를 전송하는 적어도 2개의 전극을 구비한 캡슐형 내시경으로서 저전력으로 구동이 가능하다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 캡슐형 내시경의 조명부를 제어하는 신호 인가선을 구비하였으므로, 장시간에 걸쳐 체강 내 생체 정보의 취득을 가능하게 한다. The capsule endoscope is a capsule endoscope having at least two electrodes for transmitting biometric information obtained through human body communication using a human body as a medium, and can be driven with low power. In one embodiment of the present invention, since the signal applying line for controlling the illumination unit of the capsule endoscope is provided, it is possible to acquire the body cavity biometric information for a long time.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. Although a preferred embodiment of the present invention has been described so far, those skilled in the art will be able to implement in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.

그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the embodiments of the present invention described herein are to be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation, and the scope of the present invention is shown in the appended claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope of the present invention Should be interpreted as being included in.

Claims (10)

물체측으로부터 네거티브 굴절률을 갖는 제 1 렌즈군, 포지티브 굴절률을 갖는 제 2 렌즈군, 포지티브 굴절률을 가지는 제 3 렌즈군으로 구성되고, 상기 제 2 렌즈군은 3매의 렌즈로 구성되며, 다음 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 소형 줌 광학계.The first lens group has a negative refractive index from the object side, the second lens group has a positive refractive index, and the third lens group has a positive refractive index, and the second lens group is composed of three lenses. Small zoom optical system characterized in that it satisfies. <조건식><Conditional expression> 2.7≤d2/WFno≤3.02.7≤d 2 /WFno≤3.0 0.5≤φt3≤1.50.5≤φ t / φ 3 ≤1.5 여기서, d2는 제 2 렌즈군의 줌 이동량을, WFno는 광각단의 F 넘버를, φt는 망원단의 전체 굴절률을, φ3은 제 3 렌즈군의 굴절률을 각각 나타낸다.Here, d 2 represents the zoom movement amount of the second lens group, WFno represents the F number of the wide-angle end, φ t represents the total refractive index of the telephoto end, and φ 3 represents the refractive index of the third lens group, respectively. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 렌즈군은,The method of claim 1, wherein the second lens group, 적어도 하나의 포지티브, 네거티브의 접합 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 줌 광학계.A compact zoom optical system comprising at least one positive and negative bonded lens. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 렌즈군은,The method of claim 1, wherein the second lens group, 물체측으로부터 상측으로 포지티브, 포지티브, 네거티브의 렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 소형 줌 광학계.A compact zoom optical system, characterized by comprising positive, positive, and negative lenses from an object side to an image side. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 렌즈군은,The method of claim 3, wherein the second lens group, 상기 포지티브 렌즈 중 적어도 하나가 비구면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 소형 줌 광학계.Small zoom optical system, characterized in that at least one of the positive lens is composed of an aspherical surface. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제 1 렌즈군을 구성하는 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈가 비구면 렌즈인 것을 특징으로 하는 소형 줌 광학계.At least one lens of the lenses constituting the first lens group is an aspherical lens. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제 2 렌즈군을 구성하는 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈가 비구면 렌즈인 것을 특징으로 하는 소형 줌 광학계.At least one lens of the lenses constituting the second lens group is an aspherical lens. 생체 내를 조명하는 조명부와, 상기 조명부에 의해 조명된 부위를 촬상하는 촬상부와, 상기 촬상부 전단에 위치하는 대물광학계와, 상기 촬상부에 의해 촬상된 영상정보를 생체 외로 송신하는 송신부를 포함하는 캡슐형 내시경으로서,An illumination unit for illuminating the living body, an imaging unit for imaging the area illuminated by the illumination unit, an objective optical system positioned in front of the imaging unit, and a transmission unit for transmitting the image information captured by the imaging unit to the outside As a capsule endoscope, 상기 대물 광학계는 청구항 제 1 항에 기재된 소형 줌 광학계를 이용하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경.The objective optical system uses a compact zoom optical system according to claim 1, characterized in that the capsule endoscope. 제 7 항에 있어서, 상기 캡슐형 내시경은,The method of claim 7, wherein the capsule endoscope, 적외선 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경.Capsule endoscope further comprises an infrared filter. 제 7 항에 있어서, 상기 캡슐형 내시경은,The method of claim 7, wherein the capsule endoscope, 인체를 매질로 하는 인체 통신을 이용하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경.Capsule type endoscope characterized in that using the human body communication to the medium. 제 7 항에 있어서, 상기 캡슐형 내시경은,The method of claim 7, wherein the capsule endoscope, 전계를 매질로 하는 전계 통신을 이용하는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경.Capsule type endoscope characterized in that using the electric field communication with the electric field as a medium.
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