KR100254270B1 - 실물화상기용마이크로스코프광학계 - Google Patents

실물화상기용마이크로스코프광학계 Download PDF

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Abstract

비데오 카메라 렌즈유니트의 피사체쪽 단에 설치되어 물체를 고배율로 확대투과시킬 수 있도록 된 실물화상기용 마이크로스코프 광학계가 개시되어 있다.
이 개시된 실물화상기용 마이크로스코프 광학계는 물체쪽으로부터 순차로 고정 배치되는, 정(正)의 굴절력을 가지는 제1렌즈군과; 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈군과; 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈군과; 부(負)의 굴절력을 가지는 제4렌즈군;을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 제1렌즈군은 부의 굴절력을 가지는 양오목렌즈와, 정의 굴절력을 가지는 제1양볼록렌즈를 구비하고, 상기 제2렌즈군은 부의 굴절력을 가지는 제1메니스커스렌즈와, 정의 굴절력을 가지는 제2양볼록렌즈를 구비하고, 상기 제3렌즈군은 정의 굴절력을 가지는 제2메니스커스렌즈를 구비하고, 상기 제4렌즈군은 부의 굴절력을 가지는 제3메니스커스렌즈를 구비하는 것이 바람직하다.

Description

실물화상기용 마이크로스코프 광학계{Microscope optical system for rideo presenter}
본 발명은 비데오 카메라렌즈의 변배에 따라 배율을 가변할 수 있도록 된 실물화상기에 관한 것으로서, 상세하게는 실물화상기의 비데오 카메라 렌즈유니트의 변배에 따른 광각단, 중간단 및 망원단 각각에서의 해상도를 만족시킬 수 있도록 된 실물화상기용 마이크로스코프 광학계에 관한 것이다.
일반적으로, 실물화상기는 전하결합소자(CCD;Charge Coupled Device)를 이용한 영상기기의 하나로 스테이지에 놓인 피사체를 CCD로 촬상하고 이를 디스플레이장치로 전송하거나 영상정보를 기록매체에 기록할 수 있도록 된 장치이다.
이 실물화상기는 스테이지에 놓인 피사체의 종류에 따라, CCD의 앞단에 설치된 비데오 카메라렌즈와, 피사체 사이에 마이크로스코프 광학계 또는 접사렌즈유니트를 설치하여 사용한다. 또한, 피사체가 일반 현미경 내에 위치시, 일반현미경과 상기 비데오 카메라렌즈를 연결하는 어댑터렌즈유니트를 설치하여 사용한다.
도 1은 종래의 마이크로스코프 광학계를 채용한 실물화상기를 보인 사시도이다. 도시된 바와 같이, 실물화상기는 원고대(10)와, 피사체를 촬상하는 헤드부(20)로 구성된다.
피사체를 현미경의 확대배율 정도로 확대 촬영하기 위하여 상기 헤드부(20)의 전방에는 마이크로스코프 광학계(30)가 설치되며, 상기 원고대(10) 상에 피사체가 놓이는 스테이지(40)가 설치된다. 상기 헤드부(20)는 절환광학계와, 비데오 카메라 렌즈유니트 및 촬상부를 포함하여 구성된다. 상기 절환광학계는 상기 마이크로스코프 광학계(30) 내에 맺히는 상을 평행하게 입사시켜준다.
종래의 실물화상기용 마이크로스코프 광학계는 그 배율 가변에 있어서, 마이크로스코프 광학계를 구성하는 대물렌즈의 배율에 따라서 디스플레이되는 상의 배율이 정해지는 구성을 가진다.
이에 따라, 디스플레이되는 상의 전체배율은 수학식 1과 같이 결정된다.
Figure pat00001
여기서, M은 디스플레이되는 상의 전체배율이고,
Figure pat00002
은 절환광학계 및 비데오 카메라 렌즈유니트에 의해 결정되는 배율이고,
Figure pat00003
는 마이크로스코프광학계의 대물렌즈유니트에 의해 결정되는 배율이다.
이와 같이 구비된, 종래의 마이크로스코프 광학계를 채용한 실물화상기는 마이크로스코프의 대물렌즈유니트의 배율과, 절환광학계 및 비데오 카메라 렌즈유니트의 배율의 곱에 의해 결정되므로 사용자가 소망하는 배율로 조정하여 사용하는데 어려움이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 비데오 카메라 렌즈유니트의 변배에 따라 디스플레이되는 상의 배율을 가변시킬 수 있도록 일정 배율을 가지며, 비데오 카메라 렌즈유니트의 변배에 따른 각 단에서의 해상도를 만족시킬 수 있도록 된 실물화상기용 마이크로스코프 광학계를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 마이크로스코프 광학계를 채용한 실물화상기를 보인 사시도.
도 2는 마이크로스코프 광학계를 채용한 실물화상기의 광학계 구성을 설명하기 위해 나타낸 개략적인 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실물화상기용 마이크로스코프 광학계의 광학적 배치를 보인 도면.
도 4 내지 도 6 각각은 도 3에 도시된 실물화상기용 마이크로스코프 광학계의 수차 특성을 보인 수차도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110...물체 120...마이크로스코프 광학계
121...양오목렌즈 122...제1양볼록렌즈
123...제1메니스커스렌즈 124...제2양볼록렌즈
125...제2메니스커스렌즈 126...제3메니스커스렌즈
130...비데오 카메라 렌즈유니트 140...전하결합소자(CCD)
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 비데오 카메라 렌즈유니트의 물체쪽 단에 설치되어 물체를 고배율로 확대투과시킬 수 있도록 된 실물화상기용 마이크로스코프 광학계에 있어서, 물체쪽으로부터 순차로 고정 배치된, 정의 굴절력을 가지는 제1렌즈군과; 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈군과; 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈군과; 부의 굴절력을 가지는 제4렌즈군;을 포함하여 된 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 상기 제1렌즈군은 부의 굴절력을 가지는 양오목렌즈와, 정의 굴절력을 가지는 제1양볼록렌즈를 구비하고, 상기 제2렌즈군은 부의 굴절력을 가지는 제1메니스커스렌즈와, 정의 굴절력을 가지는 제2양볼록렌즈를 구비하고, 상기 제3렌즈군은 정의 굴절력을 가지는 제2메니스커스렌즈를 구비하고, 상기 제4렌즈군은 부의 굴절력을 가지는 제3메니스커스렌즈를 구비한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 실물화상기용 마이크로스코프 광학계를 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 일반현미경의 배율정도로 물체를 관찰하기 위한 실물화상기의 광학계는 물체(110)쪽으로부터 CCD(140) 쪽으로 순차로 배치된 마이크로스코프 광학계(120)와 비데오 카메라 렌즈유니트(130)를 가진다. 상기 마이크로스코프 광학계(120)의 초점거리를
Figure pat00004
이라하고, 상기 비데오 카메라 렌즈유니트(130)의 초점거리를
Figure pat00005
라 할 때, 실물화상기의 전체 배율
Figure pat00006
은 수학식 2와 같다.
Figure pat00007
여기서, 상기 비데오 카메라 렌즈유니트(130)가 줌 기능을 하므로, 상기 마이크로스코프 광학계(120)의 초점거리
Figure pat00008
가 가변되지 않은 상태에서 상기 비데오 카메라 렌즈유니트(130)를 가변시켜 전체 배율
Figure pat00009
을 조절할 수 있도록 된 것에 특징이 있다.
상기 마이크로스코프 광학계(120)는 상기 비데오 카메라 렌즈유니트(130)의 가변에 따른 광각단, 중간단 및, 망원단에서의 해상도를 유지할 수 있도록 도 3에 도시된 바와 같이, 4군의 렌즈유니트로 구성된다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실물화상기용 마이크로스코프 광학계는 물체쪽으로부터 순차로 고정 배치된 정(正)의 굴절력을 가지는 제1렌즈군(Ⅰ)과, 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈군(Ⅱ)과, 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈군(Ⅲ)과, 부(負)의 굴절력을 가지는 제4렌즈군(Ⅳ)을 포함하여 구성된다.
상기 제1렌즈군(Ⅰ)은 2매의 렌즈 즉, 부의 굴절력을 가지는 양오목렌즈(121)와, 정의 굴절력을 가지는 제1양볼록렌즈(122)를 포함하며, 물체 즉, 피사체의 상을 확대시키는 역할을 한다. 상기 제2렌즈군(Ⅱ)은 2매의 렌즈 즉, 부의 굴절력을 가지는 제1메니스커스렌즈(123)와, 정의 굴절력을 가지는 제2양볼록렌즈(124)로 구성되며, 제1렌즈군(Ⅰ)과 같이, 피사체의 상을 확대시키는 역할을 한다. 여기서, 상기 제2렌즈군(Ⅱ)의 수차는 상기 제2양볼록렌즈(124)와 상기 제1메니스커스렌즈(123)를 접합시킴과 아울러, 상기 제2양볼록렌즈(124)로 저굴절률과, 저분산률을 가지는 소재를 사용함에 의해 보정된다. 상기 제3렌즈군(Ⅲ)은 정의 굴절력을 가지는 제2메니스커스렌즈(125)로 구성되고, 제1 및 제2렌즈군(Ⅰ)(Ⅱ)과 마찬가지로 물체의 상을 확대시키는 역할을 한다. 상기 제4렌즈군(Ⅳ)은 부의 굴절력을 가진 제3메니스커스렌즈(126)로 구성되며, 수차를 보정하는 역할을 한다.
여기서, 수차 특성을 고려하여 상기 양오목렌즈(121)의 입사면의 곡률
Figure pat00010
은 수학식 3을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure pat00011
또한, 상기 제1렌즈군(Ⅰ)의 초점거리
Figure pat00012
와 본 발명의 마이크로스코프 광학계(120) 전체의 초점거리
Figure pat00013
사이는 아래의 수학식 4를 만족하는 것이 바람직하다.
Figure pat00014
또한, 바람직하게는 제1렌즈군(Ⅰ) 내지 제4렌즈군(Ⅳ) 각각의 굴절률 및 분산률은 수학식 5를 만족한다.
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
여기서,
Figure pat00018
는 상기 제1메니스커스렌즈(123)의 굴절률이고,
Figure pat00019
각각은 상기 제1메니스커스렌즈(123)와 상기 제2양볼록렌즈(124)의 분산률이다.
또한, 상기 제3렌즈군(Ⅲ)의 초점거리를
Figure pat00020
라 하고, 상기 제4렌즈군(Ⅳ)의 초점거리를
Figure pat00021
라 할 때, 아래의 수학식 6과 수학식 7을 각각 만족하는 것이 바람직하다.
Figure pat00022
Figure pat00023
상기한 바와 같이, 구성된 본 발명의 마이크로스코프광학계의 일 실시예에 따른 각 렌즈들의 렌즈데이타는 표 1에 표시된 바와 같다.
도 3 및 표 1에 있어서, 전체 광학계의 초점거리를
Figure pat00024
이라 하고, 상기 제1, 제3, 제4렌즈군 각각의 초점거리를
Figure pat00025
라 할 때, 아래의 수학식 8을 만족한다.
Figure pat00026
곡률 [mm] 두께[mm] 굴절률 분산률
양오목렌즈
Figure pat00027
=-16.076
Figure pat00028
=0.6
Figure pat00029
=1.84666
Figure pat00030
=23.78
Figure pat00031
= 9.13
Figure pat00032
=4.7
Figure pat00033
=1.83500
Figure pat00034
=42.98
제1양볼록렌즈
Figure pat00035
= -5.4
Figure pat00036
=0.1		 - -
제1메니스커스렌즈
Figure pat00037
= 25.44
Figure pat00038
=0.6
Figure pat00039
=1.84666
Figure pat00040
=23.78
Figure pat00041
= 6.75
Figure pat00042
=4.57
Figure pat00043
=1.48749
Figure pat00044
=70.44
제2양볼록렌즈
Figure pat00045
=-11.693
Figure pat00046
=0.1		 - -
제2메니스커스렌즈
Figure pat00047
= 8.438
Figure pat00048
=5.2
Figure pat00049
=1.71300
Figure pat00050
=53.94
Figure pat00051
=101.98
Figure pat00052
=0.94		 - -
제3메니스커스렌즈
Figure pat00053
= 8.28
Figure pat00054
=0.7
Figure pat00055
=1.80420
Figure pat00056
=46.50
Figure pat00057
= 4.55		 - -
여기서,(i=1,2,4,5,7,9)는 각 렌즈의 광 입사면의 곡률반경이고,
Figure pat00059
(j=2,3,5,6,8,10) 각 렌즈의 광 출사면의 곡률반경이다. 그리고,
Figure pat00060
(k= 1,2,4,5,7,9)는 광축상에서의 각 렌즈의 두께이고,
Figure pat00061
(l=3,6,8)는 광축상에서의 이웃한 렌즈 사이의 간격을 나타낸 것이다. 또한,
Figure pat00062
(m=1,2,4,5,7,9)는 각 렌즈의 굴절률을 나타낸 것이고,
Figure pat00063
(n=1,2,4,5,7,9)는 각 렌즈의 분산률을 나타낸 것이다.
도 4 내지 도 6 각각은 도 3 및 표 1에 나타낸 바와 같은 렌즈 데이터를 갖는 경우의 각 수차특성을 보인 수차도이다.
도 4는 파장이 다른 광에 대한 광학계의 자오선(종) 방향으로의 구면수차를 나타낸 것이다. 즉, 0.25상면, 0.50상면, 0.75상면, 1.00상면 각각에 대하여 파장이 0.4358㎛인 광에 대한 구면수차(2), 0.4861㎛인 광에 대한 구면수차(3), 0.5461㎛인 광에 대한 구면수차(4) 및, 0.6563㎛인 광에 대한 구면수차(5)를 도시한 것이다.
도 5는 사지탈(sagittal) 광선에 대한 비점수차(6)와, 탄젠셜(tangential) 광선에 대한 비점수차(7)를 도시한 것이며, 도 6은 퍼센트 왜곡(percent distortion)(8)을 도시한 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 실물화상기용 마이크로스코프 광학계는 4군 6매의 렌즈를 포함하여 비데오 카메라렌즈 유니트의 줌 기능에 의해 광각단, 중간단 및 망원단으로 변배시, 해상도의 저하없이, 물체의 상을 확대 투과시킨다.
또한, 마이크로스코프 광학계 내의 렌즈들을 고정 배치시켜, 상기한 비데오 카메라렌즈 유니트의 줌에 의해 배율을 가변시키도록 함으로써 상기한 마이크로스코프 광학계를 실물화상기에 채용시, 비데오 카메라렌즈 유니트의 배율조정만으로 원하는 배율로 물체를 확대시킬 수 있어서, 확대 배율을 손쉽게 알 수 있다.

Claims (7)

  1. 물체쪽으로부터 순차로 고정 배치되는,
    정(正)의 굴절력을 가지는 제1렌즈군과; 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈군과; 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈군과; 부(負)의 굴절력을 가지는 제4렌즈군;을 포함하며,
    마이크로스코프 광학계 전체의 초점거리를
    Figure pat00064
    , 상기 제1렌즈군의 초점거리를
    Figure pat00065
    이라 할 때,
    Figure pat00066
    인 조건식을 만족하여, 비데오 카메라 렌즈유니트의 피사체쪽 단에 설치되어 물체를 고배율로 확대투과시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 실물화상기용 마이크로스코프 광학계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1렌즈군은 부의 굴절력을 가지는 양오목렌즈와, 정의 굴절력을 가지는 제1양볼록렌즈를 구비하고,
    상기 제2렌즈군은 부의 굴절력을 가지는 제1메니스커스렌즈와, 정의 굴절력을 가지는 제2양볼록렌즈를 구비하고,
    상기 제3렌즈군은 정의 굴절력을 가지는 제2메니스커스렌즈를 구비하고,
    상기 제4렌즈군은 부의 굴절력을 가지는 제3메니스커스렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 실물화상기용 마이크로스코프 광학계.
  3. 제2항에 있어서, 상기 양오목렌즈의 입사면 곡률을
    Figure pat00067
    이라 할 때,
    Figure pat00068
    인 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 실물화상기용 마이크로스코프 광학계.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 내지 제4렌즈군의 굴절률 및 분산률은 아래의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 실물화상기용 마이크로스코프 광학계.
    Figure pat00069
    Figure pat00070
    Figure pat00071
    여기서,
    Figure pat00072
    는 상기 제1메니스커스렌즈의 굴절률이고,
    Figure pat00073
    각각은 상기 제1메니스커스렌즈와 상기 제2양볼록렌즈의 분산률이다.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로스코프 광학계 전체의 초점거리를
    Figure pat00074
    , 상기 제3렌즈군의 초점거리를
    Figure pat00075
    라 할 때,
    인 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 실물화상기용 마이크로스코프 광학계.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로스코프 광학계 전체의 초점거리를
    Figure pat00077
    , 상기 제4렌즈군의 초점거리를
    Figure pat00078
    라 할 때,
    Figure pat00079
    인 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 실물화상기용 마이크로스코프 광학계.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 실물화상기 전체의 총배율을
    Figure pat00080
    , 상기 비데오 카메라 렌즈유니트의 초점거리를
    Figure pat00081
    , 상기 마이크로스코프 광학계의 초점거리를
    Figure pat00082
    이라 할 때,
    Figure pat00083
    인 조건식을 만족하여, 상기 비데오 카메라 렌즈유니트의 변배에 의해 상기 총배율
    Figure pat00084
    이 결정되도록 상기
    Figure pat00085
    은 상수인 것을 특징으로 하는 실물화상기용 마이크로스코프 광학계.
KR1019970034577A 1997-07-23 1997-07-23 실물화상기용마이크로스코프광학계 KR100254270B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0375711A (ja) * 1989-08-18 1991-03-29 Nikon Corp 投影レンズ
JPH05323188A (ja) * 1992-10-30 1993-12-07 Hitachi Ltd 投写形テレビ用光学系

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