KR100934719B1 - Omnidirectional optics and camera system having the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An omni-directional optical system and an omni-directional camera with the same are provided to reduce the volume and weight through easiness of design and simplification of a structure. CONSTITUTION: Incident light is refracted through a refraction unit(113) of a catadioptric lens(110). The first reflecting unit(123) reflects the refracted incident light toward the central part of a refraction unit. The second reflecting unit(124) reflects the reflected incident light to a relay lens unit(130). A transmission unit(125) transmits the light reflected from the second reflecting unit. A pentaprism(140) includes a reflecting unit(141) to reflect the incident light passing through the relay lens unit in the right angle direction.

Description

전방위 광학시스템 및 그 전방위 광학시스템을 갖는 전방위 카메라{Omnidirectional optics and camera system having the same}Omnidirectional optics and camera system having the same

본 발명은 전방위 광학시스템에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 카타디옵트릭 렌즈를 적용하여 360도를 볼 수 있도록 설계된 전방위 광학시스템 및 그 전방위 광학시스템을 갖는 전방위 카메라에 관한 것이다.The present invention relates to an omnidirectional optical system, and more particularly, to an omnidirectional optical system and a omnidirectional camera having a omnidirectional optical system designed to view 360 degrees by applying a catadioptric lens.

일반적으로 경관이 뛰어난 관광지 등에서 360°모든 방향의 경치를 한 장의 사진에 포착하는 파노라마 사진기(panoramic camera)는 전방위 영상 시스템의 일 예이다. 전방위 영상 시스템은 관찰자가 제자리에서 한바퀴 돌 때 바라보이는 경치를 모두 한 장의 이미지에 포착하는 영상 시스템을 지칭한다. 이와는 다르게 관찰자의 위치에서 바라볼 수 있는 모든 방향의 경치를 한 장의 이미지에 포착하는 시스템은 전방위 영상 시스템(omnidirectional imaging system)이라 지칭된다.In general, a panoramic camera that captures a view of 360 ° in all directions in one photograph at a scenic tourist spot is an example of an omnidirectional imaging system. The omnidirectional imaging system refers to an imaging system that captures all of the scenery seen by an observer as they turn around. In contrast, a system that captures a single view of the landscape in all directions that can be viewed from the viewer's location is called an omnidirectional imaging system.

전방위 영상 시스템에서는 관찰자가 제자리에서 한 바퀴 도는 것은 물론, 고개를 젖히거나 숙여서 바라볼 수 있는 모든 경치를 포함한다. 수학적으로는 영상 시스템으로 포착할 수 있는 영역의 입체각(solid angle)이 4π 스테라디안(steradian)인 경우를 지칭한다.In the omnidirectional imaging system, the observer not only turns around in place, but also includes all the scenery that can be viewed by tilting or leaning his head. Mathematically, the solid angle of a region that can be captured by an imaging system refers to a case of 4π steradian.

전방위 영상 시스템이나 전방향 영상 시스템은 건축물, 자연 경관, 천체 등의 촬영과 같은 전통적인 분야뿐만 아니라, CCD(charge-coupled device)나 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor: 상보형(相補型) 금속산화막(酸化膜) 반도체) 카메라를 이용한 보안·감시 시스템, 부동산이나 호텔, 관광지 등의 가상 여행(virtual tour), 또는 이동 로봇이나 무인 비행기 등의 분야에 적용하기 위한 많은 연구와 개발이 이루어지고 있다.Omnidirectional imaging systems and omnidirectional imaging systems are not only traditional applications such as photography of buildings, natural landscapes and celestial bodies, but also charge-coupled devices (CCDs) and complementary metal-oxide-semiconductors (CMOS). BACKGROUND ART Many studies and developments have been carried out for applications in security and surveillance systems using cameras, virtual tours of real estate, hotels, and tourist attractions, or mobile robots or unmanned aerial vehicles.

전방위 영상을 얻을 수 있는 한 방법으로서 거울과 렌즈를 결합한 반사 굴절 식(catadioptric) 전방위 영상 시스템에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.As a method of obtaining an omnidirectional image, research on a catadioptric omnidirectional imaging system combining a mirror and a lens has been actively conducted.

도 1은 일반적인 반사 굴절 식 전방위 영상 시스템의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a general reflective refractive omnidirectional imaging system.

도 1을 참조하면, 종래의 반사 굴절식 전방위 영상 시스템(10)은 단면의 모양이 쌍곡선(hyperbola)에 가까운 회전 대칭형의 전방위 거울(11) 및 이 거울(11)의 회전대칭축(11a) 상에 위치하며 거울(11)을 바라보는 방향으로 배치된 렌즈(12) 및 그 내부에 이미지 센서(13)를 구비하는 카메라 몸체(14)를 포함하는 영상 획득 수단으로 구성된다. Referring to FIG. 1, the conventional reflective refractive omnidirectional imaging system 10 has a rotationally symmetrical omnidirectional mirror 11 having a cross-sectional shape close to a hyperbola and a rotationally symmetrical axis 11a of the mirror 11. It is composed of an image acquisition means comprising a lens 12 positioned and facing the mirror 11 and a camera body 14 having an image sensor 13 therein.

이때, 물체로부터의 입사광은 거울(11) 주변의 360°모든 방향에서 회전대칭축(11a)을 향하여 입사되며, 고도각(altitude angle) δ를 갖는 입사광(10a)은 거울면(11) 상의 한 점 M에서 반사되어 회전대칭축(11a)에 대해 천정각(zenith angle) θ를 갖는 반사광(10b)으로서 이미지 센서(13)에 포착된다. 여기서 고도각이란 지평면(즉, X-Y 평면)에서 천정(zenith)을 향하여 잰 각도를 말한다. At this time, the incident light from the object is incident toward the rotational symmetry axis 11a in all directions 360 ° around the mirror 11, and the incident light 10a having an altitude angle δ is one point on the mirror surface 11. It is reflected by M and captured by the image sensor 13 as reflected light 10b having a zenith angle θ with respect to the rotational symmetry axis 11a. Here, the elevation angle refers to the angle measured from the horizontal plane (ie, the X-Y plane) toward the zenith.

전방위 영상을 얻는 또 다른 방법은 화각이 넓은 어안 렌즈(fisheye lens)를 사용하는 것이다. 예를 들어, 화각이 180°인 어안 렌즈를 수직으로 하늘을 향하게 하면 하늘의 별자리에서부터 지평선까지를 한 장의 이미지에 포착하는 것이 가능하다. 이러한 이유로 어안렌즈는 전천렌즈(all-sky lens)라고도 지칭된다. Another way to obtain an omnidirectional image is to use a fisheye lens with a wide angle of view. For example, a fisheye lens with an angle of view of 180 ° can be pointed vertically into the sky to capture a single image from the sky constellation to the horizon. For this reason, fisheye lenses are also referred to as all-sky lenses.

특히, 니콘(Nikon)사의 한 어안 렌즈(6mm f/5.6 Fisheye-Nikkor)는 화각이 220°에 달하므로, 이를 카메라에 장착하면 카메라 후방의 경치도 일부나마 이미지에 포함시킬 수 있다. 이와 같이 어안 렌즈를 사용하여 얻은 영상에서 전방위 영상을 얻을 수도 있다. In particular, a Nikon fisheye lens (6mm f / 5.6 Fisheye-Nikkor) reaches an angle of view of 220 °, so when attached to the camera, some of the scenery behind the camera can be included in the image. In this way, an omnidirectional image may be obtained from an image obtained by using a fisheye lens.

많은 경우에 있어서 영상 시스템은 수직인 벽면에 설치된다. 예를 들어 건물 주변을 감시하기 위하여 건물의 외벽에 영상 시스템을 설치하거나, 자동차의 후미를 모니터링하기 위한 후방 카메라의 경우가 그러하다. 이러한 경우에 수평 방향의 화각이 180°보다 훨씬 클 경우에는 오히려 효율성이 떨어진다. 왜냐하면, 모니터링할 필요가 적은 벽면이 화면을 많이 점유하므로 영상이 지루하게 보이고 픽셀이 낭비되기 때문이다. 따라서 이와같은 경우에는 수평 방향의 화각이 180° 내외인 경우가 바람직하다.In many cases, the imaging system is mounted on a vertical wall. This may be the case, for example, with a video system installed on the exterior wall of a building to monitor the perimeter of the building, or a rear camera for monitoring the rear of a car. In this case, if the horizontal angle of view is much larger than 180 °, the efficiency is rather low. This is because the wall, which requires little monitoring, occupies a lot of the screen, so the image looks boring and the pixels are wasted. Therefore, in this case, it is preferable that the angle of view in the horizontal direction is about 180 degrees.

그러나 이와 같은 목적을 위하여 화각이 180°인 어안 렌즈를 사용하는 것은 바람직하지 않다. 어안 렌즈는 통형 왜곡(barrel distortion)을 발생시키므로 심미적으로 불쾌감을 유발하여 소비자로부터 외면되기 때문이다. However, for this purpose, it is not preferable to use a fisheye lens having an angle of view of 180 °. Because fisheye lenses produce barrel distortions, they cause aesthetic displeasure and are ignored by consumers.

실내의 한쪽 벽면에 부착하여 실내 전체를 감시할 수 있는 영상 시스템의 예로는 팬(pan)·틸트(tilt)·줌(zoom) 카메라를 들 수 있다. 이와 같은 카메라는 광학적으로 줌 기능이 있는 렌즈를 장착한 비디오 카메라를 팬·틸트 스테이 지(stage)에 장착함으로써 구현된다. An example of an imaging system that can be attached to one wall of a room to monitor the entire room is a pan, tilt, or zoom camera. Such a camera is realized by attaching a video camera equipped with an optically zooming lens to a pan / tilt stage.

팬 작용은 수평 방향으로 소정의 각도만큼 회전할 수 있는 기능을 말하며, 틸트 작용은 수직 방향으로 소정의 각도만큼 회전할 수 있는 기능을 말한다. 다시 말하면 카메라가 천체를 기술하는 천구(celestial sphere)의 중심에 있다고 할 때 팬은 경도(longitude)를 변경하는 작용(operation)을 의미하며, 틸트는 위도(latitude)를 변경하는 작용을 의미한다. The pan action refers to a function that can rotate by a predetermined angle in the horizontal direction, and the tilt action refers to a function that can rotate by a predetermined angle in the vertical direction. In other words, when the camera is in the center of the celestial sphere describing the object, the pan means the operation of changing the longitude, and the tilt means the operation of changing the latitude.

따라서 팬 작용의 이론적인 범위는 360°이며, 틸트 작용의 이론적인 범위는 180°이다. 이와 같은 팬·틸트·줌 카메라의 단점은 높은 가격과 큰 부피 및 중량을 들 수 있다. Therefore, the theoretical range of pan action is 360 ° and the theoretical range of tilt action is 180 °. Disadvantages of such pan, tilt and zoom cameras include high cost, large volume and weight.

광학적 줌 기능이 있는 렌즈는 설계의 난이성과 구조의 복잡성으로 인하여 부피도 크고, 무게도 무거우며 가격도 고가이다. 또한, 팬·틸트 스테이지는 카메라에 못지않은 고가의 장치이다. 따라서 팬·틸트·줌 카메라를 설치하기 위해서는 상당히 많은 비용을 지급하여야 한다. 또한, 팬·틸트·줌 카메라는 부피도 크고 무게도 무거우므로 응용 예에 따라서 상당한 장애 요인이 될 수 있다. 예를 들어 비행기와 같이 탑재 체의 중량이 상당히 중요한 경우나, 아니면 좁은 공간에 영상 시스템을 설치하기 위하여 공간적인 제약이 존재하는 경우이다. 더구나 팬·틸트·줌 작용은 물리적인 작용이므로 이러한 작용을 수행하는데 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.Lenses with optical zoom are bulky, heavy and expensive due to the complexity of the design and the complexity of the structure. In addition, the pan tilt stage is an expensive device comparable to a camera. Therefore, the installation of a pan, tilt, zoom camera has to pay a considerable amount of money. In addition, since the pan tilt zoom camera is bulky and heavy, it can be a significant obstacle depending on the application. For example, when the weight of a payload is very important, such as an airplane, or when space constraints exist to install an imaging system in a narrow space. Moreover, since the pan tilt motion is a physical action, it takes a long time to perform such an action.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 설계의 용이성과 구조의 단순성으로 인하여 부피도 작고, 무게도 가벼우며 가격도 저가로 제조 가능하며, 좁은 공간에 설치 가능하므로 공간적인 제약이 거의 존재하지 않으며, 종래와 같이 팬·틸트·줌 처럼 물리적인 작용이 아니므로 작동응답속도가 매우 빠른 전방위 광학시스템 및 그 전방위 광학시스템을 갖는 전방위 카메라를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, due to the ease of design and simplicity of the structure can be manufactured in a small volume, light weight and low price, can be installed in a narrow space, so there is almost no space constraint The present invention does not have a physical action such as pan, tilt, and zoom, and thus provides an omnidirectional optical system having a very fast operation response speed and an omnidirectional camera having the omnidirectional optical system.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1실시예에 따른 전방위 광학시스템은 입사광이 굴절되는 굴절부, 상기 굴절된 입사광을 상기 굴절부 중앙부쪽으로 반사할 수 있도록 상기 굴절부와 대향한 내측면에 형성되는 제1반사부, 상기 제1반사부를 통해 반사된 입사광을 릴레이 렌즈 유닛으로 반사시킬 수 있도록 상기 굴절부 중앙부 내면에 형성되는 제2반사부 및 상기 제2반사부에서 반사된 빛을 투과시키는 투과부를 포함하여 구성되는 Catadioptric 렌즈와; 상기 굴절부, 제1반사부, 제2반사부 및 투과부로부터 굴절, 반사 및 투과된 입사광을 집광하고 결상시키기 위한 릴레이 렌즈 유닛과; 상기 릴레이 렌즈 유닛을 통과한 입사광을 직각방향으로 반사시킬 수 있도록 내면에 반사부가 형성되는 펜타프리즘;을 포함하여 구성되고, 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상하 45~55도인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the omnidirectional optical system according to the first embodiment of the present invention has a refracting part in which incident light is refracted, and an inner surface facing the refracting part so as to reflect the refracted incident light toward the center of the refracting part. The first reflecting portion to be formed, the second reflecting portion formed on the inner surface of the central portion of the refracting portion so as to reflect the incident light reflected through the first reflecting portion to the relay lens unit to transmit the light reflected from the second reflecting portion A Catadioptric lens comprising a transmission portion; A relay lens unit for condensing and imaging incident light refracted, reflected, and transmitted from the refracting portion, the first reflecting portion, the second reflecting portion, and the transmitting portion; And a pentaprism having a reflection portion formed on an inner surface thereof so that the incident light passing through the relay lens unit can be reflected at right angles. The field angle of the catadioptric lens is 360 degrees left and right, and up and down 45 degrees. It is characterized by being ~ 55 degrees.

또한, 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상하 53도(상부 37도, 하부 16도)인 것을 특징으로 한다.In addition, the field angle of the catadioptric lens is characterized in that the left and right 360 degrees, up and down 53 degrees (upper 37 degrees, lower 16 degrees).

전술한 구성에 있어서, 상기 릴레이 렌즈 유닛은 상기 Catadioptric 렌즈 후방에 설치되는 제1렌즈, 상기 제1렌즈의 후방에 일정 간격을 두고 설치되는 제2렌즈, 상기 제2렌즈의 후방에 일정 간격을 두고 설치되는 조리개(stop), 상기 조리개 후방에 설치되는 제3렌즈, 상기 제3렌즈와 결합되는 제4렌즈, 그리고 상기 제4렌즈와 일정 간격을 두고 설치되는 제5렌즈로 구성되는 것을 특징으로 한다.In the above-described configuration, the relay lens unit has a first lens installed at the rear of the Catadioptric lens, a second lens installed at a predetermined distance behind the first lens, a predetermined distance at the rear of the second lens A stop is provided, a third lens installed behind the stop, a fourth lens coupled to the third lens, and the fifth lens is provided with a predetermined distance from the fourth lens, characterized in that .

한편, 본 발명의 제1실시예에 따른 전방위 광학시스템을 갖는 전방위 카메라는 Catadioptric 렌즈 지지체와; 상기 Catadioptric 렌즈 지지체 내부에 설치되며, 입사광이 굴절되는 굴절부, 상기 굴절된 입사광을 상기 굴절부 중앙부쪽으로 반사할 수 있도록 상기 굴절부와 대향한 내측면에 형성되는 제1반사부, 상기 제1반사부를 통해 반사된 입사광을 릴레이 렌즈 유닛으로 반사시킬 수 있도록 상기 굴절부 중앙부 내면에 형성되는 제2반사부 및 상기 제2반사부에서 반사된 빛을 투과시키는 투과부를 포함하여 구성되는 Catadioptric 렌즈와; 상기 굴절부, 제1반사부, 제2반사부 및 투과부로부터 굴절, 반사 및 투과된 입사광을 집광하고 결상시키기 위한 릴레이 렌즈 유닛과; 상기 Catadioptric 렌즈 지지체와 상기 릴레이렌즈유닛을 지지하는 제1하우징과; 상기 릴레이 렌즈 유닛을 통과한 입사광을 직각방향으로 반사시킬 수 있도록 내면에 반사부가 형성되는 펜타프리즘과; 상기 펜타프리즘을 지지하는 제2하우징과; 상기 펜타 프리즘으로부터 빛을 수광하는 카메라 본체를 포함하여 구성되고, 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상 하 45~55도인 것을 특징으로 한다.On the other hand, the omnidirectional camera having an omnidirectional optical system according to the first embodiment of the present invention comprises a Catadioptric lens support; A refraction part installed inside the catadioptric lens support body, the first reflection part being formed on an inner side surface of the catadioptric lens facing the refraction part to reflect the refracted incident light toward the center part of the refraction part, and the first reflection part A catadioptric lens including a second reflecting portion formed on an inner surface of the center portion of the refracting portion and a transmitting portion for transmitting the light reflected by the second reflecting portion so as to reflect incident light reflected through the portion to the relay lens unit; A relay lens unit for condensing and imaging incident light refracted, reflected, and transmitted from the refracting portion, the first reflecting portion, the second reflecting portion, and the transmitting portion; A first housing supporting the Catadioptric lens support and the relay lens unit; A pentaprism having a reflection portion formed on an inner surface thereof so as to reflect incident light passing through the relay lens unit in a right angle direction; A second housing supporting the pentaprism; It comprises a camera body for receiving light from the penta prism, the field angle (Field Angle) of the catadioptric lens is characterized in that 360 degrees left and right, 45-55 degrees up and down.

또한, 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상하 53도(상부 37도, 하부 16도)인 것을 특징으로 한다.In addition, the field angle of the catadioptric lens is characterized in that the left and right 360 degrees, up and down 53 degrees (upper 37 degrees, lower 16 degrees).

본 발명의 제2실시예에 따른 전방위 광학시스템은 입사광이 굴절되는 굴절부, 상기 굴절된 입사광을 상기 굴절부 중앙부쪽으로 반사할 수 있도록 상기 굴절부와 대향한 내측면에 형성되는 제1반사부, 상기 제1반사부를 통해 반사된 입사광을 제1릴레이 렌즈 유닛으로 반사시킬 수 있도록 상기 굴절부 중앙부 내면에 형성되는 제2반사부, 상기 제1반사부에 인접하여 형성된 난반사 방지 단턱부 및 상기 제2반사부에서 반사된 빛을 투과시키는 투과부를 포함하여 구성되는 Catadioptric 렌즈와; 상기 굴절부, 제1반사부, 제2반사부 및 투과부로부터 굴절, 반사 및 투과된 입사광을 집광하고 결상시키기 위한 제1 릴레이 렌즈 유닛과; 상기 제1릴레이 렌즈 유닛을 통과한 입사광을 제2릴레이렌즈 유닛으로 직각방향으로 반사시킬 수 있도록 경사면 반사부가 형성되는 트라이프리즘과; 상기 트라이프리즘으로부터 직각방향으로 일정간격을 두고 설치되고, 상기 트라이프리즘으로부터 반사된 입사광을 집광하고 결상시키기 위한 제2릴레이렌즈유닛을 포함하여 구성되고, 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상하 45~55도인 것을 특징으로 한다.The omnidirectional optical system according to the second embodiment of the present invention includes a refracting part in which incident light is refracted, a first reflecting part formed on an inner side surface facing the refracting part to reflect the refracted incident light toward the center of the refracting part, A second reflection portion formed on an inner surface of the refraction portion central portion to reflect incident light reflected through the first reflection portion to a first relay lens unit, an irregular reflection prevention step portion formed adjacent to the first reflection portion, and the second reflection portion; A Catadioptric lens comprising a transmission portion for transmitting the light reflected by the reflection portion; A first relay lens unit for condensing and imaging incident light refracted, reflected, and transmitted from the refracting part, the first reflecting part, the second reflecting part, and the transmitting part; A triprism in which an inclined surface reflector is formed to reflect the incident light passing through the first relay lens unit in a direction perpendicular to the second relay lens unit; A second relay lens unit installed at regular intervals in a direction perpendicular to the triprism and configured to collect and image incident light reflected from the triprism; a field angle of the catadioptric lens Is characterized in that the left and right 360 degrees, up and down 45-55 degrees.

또한, 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상하 52도(상부 38도, 하부 14도)인 것을 특징으로 한다.In addition, the field angle of the catadioptric lens is characterized in that the left and right 360 degrees, up and down 52 degrees (upper 38 degrees, lower 14 degrees).

또한, 상기 제1릴레이 렌즈 유닛은 상기 Catadioptric 렌즈 후방에 설치되는 제1렌즈, 상기 제1렌즈의 후방에 일정 간격을 두고 설치되는 제2렌즈로 구성되고, 상기 제2릴레이렌즈 유닛은 상기 트라이프리즘으로부터 직각방향으로 일정 간격을 두고 설치되는 조리개(stop), 상기 조리개 후방에 설치되는 제3렌즈 및 상기 제3렌즈와 결합되는 제4렌즈, 상기 제4렌즈와 일정 간격을 두고 설치되는 제5렌즈 및 상기 제5렌즈와 일정 간격을 두고 설치되는 제6렌즈로 구성되는 것을 특징으로 한다.The first relay lens unit may include a first lens installed behind the Catadioptric lens and a second lens installed at a predetermined distance behind the first lens, and the second relay lens unit may include the triprism. A stop disposed at a predetermined interval in a direction perpendicular to the stop, a third lens installed at the rear of the aperture, a fourth lens coupled to the third lens, and a fifth lens installed at a predetermined distance from the fourth lens. And a sixth lens installed at a predetermined distance from the fifth lens.

본 발명의 제2실시예에 따른 전방위 광학시스템을 이용한 전방위 카메라의 구성은 제1실시예의 전방위 카메라 시스템의 구성과 유사하다.The configuration of the omnidirectional camera using the omnidirectional optical system according to the second embodiment of the present invention is similar to that of the omnidirectional camera system of the first embodiment.

즉, 본 발명의 제2실시예에 따른 전방위 광학시스템을 갖는 전방위 카메라는 Catadioptric 렌즈 지지체와; 상기 Catadioptric 렌즈 지지체 내부에 설치되며, 입사광이 굴절되는 굴절부, 상기 굴절된 입사광을 상기 굴절부 중앙부쪽으로 반사할 수 있도록 상기 굴절부와 대향한 내측면에 형성되는 제1반사부, 상기 제1반사부를 통해 반사된 입사광을 제1릴레이 렌즈 유닛으로 반사시킬 수 있도록 상기 굴절부 중앙부 내면에 형성되는 제2반사부, 상기 제1반사부에 인접하여 형성된 난반사 방지 단턱부 및 상기 제2반사부에서 반사된 빛을 투과시키는 투과부를 포함하여 구성되는 Catadioptric 렌즈와; 상기 굴절부, 제1반사부, 제2반사부 및 투과부로부터 굴절, 반사 및 투과 입사광을 집광하고 결상시키기 위한 제1릴레이 렌즈 유닛(330)과; 상기 Catadioptric 렌즈 지지체와 상기 제1릴레이 렌즈 유닛을 지지하는 제1하우징과; 상기 제1릴레이 렌즈 유닛을 통과한 입사광을 제2릴레이렌즈 유닛으로 직각방향으로 반사시킬 수 있도록 경사면 반사부가 형성되는 트라이프리즘과; 상기 트라이프리즘으로부터 직각방향으로 일정간격을 두고 설치되고, 상기 트라이프리즘 으로부터 반사된 입사광을 집광하고 결상시키기 위한 제2릴레이렌즈유닛과; 상기 트라이프리즘과 제2릴레이렌즈유닛을 지지하는 제2하우징과; 상기 제2릴레이렌즈유닛으로부터 빛을 수광하는 카메라 본체를 포함하여 구성되고, 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상하 45~55도인 것을 특징으로 한다.That is, the omnidirectional camera having the omnidirectional optical system according to the second embodiment of the present invention comprises a Catadioptric lens support; A refraction part installed inside the catadioptric lens support body, the first reflection part being formed on an inner side surface of the catadioptric lens facing the refraction part to reflect the refracted incident light toward the center part of the refraction part, and the first reflection part A second reflection portion formed on an inner surface of the center portion of the refracting portion, a diffuse reflection prevention step formed adjacent to the first reflection portion, and the second reflection portion so as to reflect incident light reflected through the first reflection lens unit; A Catadioptric lens comprising a transmission portion for transmitting the light; A first relay lens unit (330) for condensing and imaging the refracted, reflected and transmitted incident light from the refracting part, the first reflecting part, the second reflecting part, and the transmitting part; A first housing supporting the Catadioptric lens support and the first relay lens unit; A triprism in which an inclined surface reflector is formed to reflect the incident light passing through the first relay lens unit in a direction perpendicular to the second relay lens unit; A second relay lens unit provided at a predetermined interval in a direction perpendicular to the triprism, for collecting and imaging incident light reflected from the triprism; A second housing supporting the triprism and the second relay lens unit; It comprises a camera body for receiving light from the second relay lens unit, the field angle (Field Angle) of the catadioptric lens is characterized in that 360 degrees left and right, 45-55 degrees up and down.

또한, 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상하 52도(상부 38도, 하부 14도)인 것을 특징으로 한다.In addition, the field angle of the catadioptric lens is characterized in that the left and right 360 degrees, up and down 52 degrees (upper 38 degrees, lower 14 degrees).

본 발명에 따른 전방위 광학시스템 및 그 전방위 광학시스템을 갖는 전방위 카메라는 설계의 용이성과 구조의 단순성으로 인하여 부피도 작고, 무게도 가벼우며 가격도 저가로 제조 가능하며, 좁은 공간에 설치 가능하므로 공간적인 제약이 거의 존재하지 않으며, 종래와 같이 팬·틸트·줌 처럼 물리적인 작용이 아니므로 작동응답속도가 매우 빠른 뛰어난 효과가 있으며, 물리적으로 움직이는 부분이 없으므로 시스템의 응답 속도가 빠르고 기계적 고장의 우려가 적은 장점이 있다.The omnidirectional optical system and the omnidirectional camera having the omnidirectional optical system according to the present invention can be manufactured in a small volume, light weight, low cost, and can be installed in a narrow space due to the ease of design and simplicity of the structure. Since there is almost no restriction, and it is not a physical action like pan, tilt and zoom as in the prior art, it has an excellent effect of operating response speed very fast, and there is no physical moving part, so the response speed of the system is fast and there is a fear of mechanical failure. There is little advantage.

또한, 본 발명은 카타디옵트릭 시스템을 적용하여 360도를 볼 수 있도록 설계되며, 센서에 맞추어 1/3 인치 또는 1/4 인치 센서에 2 Mega pixels이 적용된 고해상도 카메라에 적용 가능하고, Field Angle은 좌우 360도, 상하 45~55도, 바람직하게는 상하 53도(상부 37도, 하부 16도) 및 상하 52도(상부 38도, 하부 14도)로 설계 가능한 장점이 있을 뿐만 아니라 펜타프리즘 및 트라이프리즘 구조를 적용시켜 소형화와 광경로를 대폭 줄일 수 있는 뛰어난 효과가 있다.In addition, the present invention is designed to view 360 degrees by applying a catadioptric system, can be applied to a high resolution camera applied 2 Mega pixels to 1/3 inch or 1/4 inch sensor according to the sensor, Field Angle is Pentaprism and Tri, as well as 360 degrees left and right, up and down 45-55 degrees, preferably up and down 53 degrees (37 degrees upper, 16 degrees lower) and 52 degrees upper (38 upper, 14 lower) By applying the prism structure, it has an excellent effect of miniaturizing and greatly reducing the optical path.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 전방위 광학시스템 및 그를 갖는 전방위 카메라에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, an omnidirectional optical system and an omnidirectional camera having the same according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 전방위 광학시스템의 구성도이다.2 is a block diagram of an omnidirectional optical system according to a first embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전방위 광학시스템(100)은 입사광이 굴절되는 굴절부(113), 상기 굴절된 입사광을 상기 굴절부 중앙부쪽으로 반사할 수 있도록 상기 굴절부와 대향한 내측면에 형성되는 제1반사부(123), 상기 제1반사부를 통해 반사된 입사광을 릴레이 렌즈 유닛으로 반사시킬 수 있도록 상기 굴절부 중앙부 내면에 형성되는 제2반사부(124) 및 상기 제2반사부에서 반사된 빛을 투과시키는 투과부(125);를 포함하여 구성되는 Catadioptric(카타디옵트릭) 렌즈(110)와; 상기 굴절부(113), 제1반사부(123), 제2반사부(124) 및 투과부(125)로부터 굴절, 반사 및 투과된 입사광을 집광하고 결상시키기 위한 릴레이 렌즈 유닛(130)과; 상기 릴레이 렌즈 유닛을 통과한 입사광을 직각방향으로 반사할 수 있도록 내면에 반사부(141)가 형성되는 펜타프리즘(140);을 포함하여 구성되고, 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상하 45~55도인 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 2, the omnidirectional optical system 100 according to the present invention includes a refracting part 113 in which incident light is refracted, and an inner surface facing the refracting part so as to reflect the refracted incident light toward the center of the refracting part. In the first reflecting portion 123 to be formed, the second reflecting portion 124 and the second reflecting portion formed on the inner surface of the central portion of the refracting portion to reflect the incident light reflected through the first reflecting portion to the relay lens unit Catadioptric lens (110) configured to include; and a transmission portion 125 for transmitting the reflected light; A relay lens unit (130) for condensing and imaging incident light refracted, reflected, and transmitted from the refracting part (113), the first reflecting part (123), the second reflecting part (124), and the transmitting part (125); And a pentaprism 140 having a reflector 141 formed on an inner surface thereof so as to reflect incident light passing through the relay lens unit in a right angle direction. The field angle of the catadioptric lens is included. Is characterized in that the left and right 360 degrees, up and down 45-55 degrees.

또한, 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상하 53도(상부 37도, 하부 16도)인 것을 특징으로 한다.In addition, the field angle of the catadioptric lens is characterized in that the left and right 360 degrees, up and down 53 degrees (upper 37 degrees, lower 16 degrees).

전술한 구성에 있어서, 상기 릴레이 렌즈 유닛(130)은 상기 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈(110) 후방에 설치되는 제1렌즈(131), 상기 제1렌즈(131)의 후방에 일정 간격을 두고 설치되는 제2렌즈(132), 상기 제2렌즈(132)의 후방에 일정 간격을 두고 설치되는 조리개(stop), 상기 조리개 후방에 설치되는 제3렌즈(133), 상기 제3렌즈(133)와 결합되는 제4렌즈(134), 그리고 상기 제4렌즈(134)와 일정 간격을 두고 설치되는 제5렌즈(135)로 구성되는 것을 특징으로 한다.In the above-described configuration, the relay lens unit 130 has a first lens 131 installed at the rear of the catadioptric lens 110 and a predetermined interval behind the first lens 131. The second lens 132 to be installed, the stop (stop) is provided at a predetermined interval behind the second lens 132, the third lens 133 is installed behind the aperture, the third lens 133 And a fourth lens 134 coupled to the fourth lens 134 and a fifth lens 135 installed at a predetermined distance from the fourth lens 134.

한편, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 전방위 카메라의 구성도이다.3 is a block diagram of the omnidirectional camera according to the first embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전방위 광학시스템을 갖는 전방위 카메라 (200)는 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈 지지체(210)와; 상기 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈 지지체 내부에 설치되며, 입사광이 굴절되는 굴절부(113), 상기 굴절된 입사광을 상기 굴절부 중앙부쪽으로 반사할 수 있도록 상기 굴절부와 대향한 내측면에 형성되는 제1반사부(123), 상기 제1반사부를 통해 반사된 입사광을 릴레이 렌즈 유닛으로 반사시킬 수 있도록 상기 굴절부 중앙부 내면에 형성되는 제2반사부(124) 및 상기 제2반사부에서 반사된 빛을 투과시키는 투과부(125)를 포함하여 구성되는 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈(110)와; 상기 굴절부, 제1반사부, 제2반사부 및 투과부로부터 굴절, 반사 및 투과된 입사광을 집광하고 결상시키기 위한 릴레이 렌즈 유닛(130)과; 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈 지지체(210)와 상기 릴레이 렌즈 유닛(130)을 지지하는 제1하우징(203)과; 상기 릴레이 렌즈 유닛을 통과한 입사광을 직각방향으로 반사시킬 수 있도록 내면에 반사부가 형성되는 펜타프리즘(140)과; 상기 펜타 프리즘을 지지하는 제2하우징(240)과; 상기 펜타 프리즘으로부터 빛을 수광하는 카메라 본체(220)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 3, the omnidirectional camera 200 having the omnidirectional optical system according to the present invention includes a catadioptric lens support 210; A second part disposed inside the catadioptric lens support and formed on an inner surface of the catadioptric lens support opposite to the refraction part to reflect the refracted incident light toward the center part of the refraction part; The first reflector 123, the second reflector 124 formed on the inner surface of the refraction center, and the light reflected by the second reflector to reflect the incident light reflected through the first reflector to the relay lens unit. A catadioptric lens 110 including a transmission part 125 for transmitting the light; A relay lens unit (130) for condensing and imaging incident light refracted, reflected, and transmitted from the refracting part, the first reflecting part, the second reflecting part, and the transmitting part; A first housing (203) for supporting a catadioptric lens support (210) and the relay lens unit (130); A pentaprism 140 having a reflector formed on an inner surface thereof so as to reflect incident light passing through the relay lens unit in a right angle direction; A second housing 240 supporting the penta prism; It is configured to include a camera body 220 for receiving light from the penta prism.

본 발명의 제1실시예에 따른 전방위 광학시스템은 카타디옵트 릭(catadioptric: 반사굴절광학계)시스템을 적용하여 360도를 볼 수 있도록 하고, Field Angle은 좌우 360도, 상하 45~55도인 것을 특징으로 한다.In the omnidirectional optical system according to the first embodiment of the present invention, a catadioptric (catadioptric) system is applied to view 360 degrees, and the field angle is 360 degrees left and right, and 45 to 55 degrees up and down. It is done.

또한, 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상하 53도(상부 37도, 하부 16도)로 할 수도 있다.In addition, the field angle of the catadioptric lens may be 360 degrees left and right, and 53 degrees up and down (37 degrees upper and 16 degrees lower).

또한, 1/3 인치 또는 1/4 인치 CCD에 2 Mega pixels이 적용된 고해상도 카메라에 적용 가능토록 하고, 소형화와 광경로를 줄이기 위해 펜타프리즘을 적용시켜 광학계 전체의 길이를 실제 광학계 길이보다 약 1/2 만큼 줄여 20mm×20mm 안에 모든 광학계가 들어가도록 한 것에 구성의 특징이 있다.In addition, it can be applied to high resolution cameras with 2 Mega pixels applied to 1 / 3-inch or 1 / 4-inch CCDs, and pentaprism is applied to reduce the optical path and reduce the optical path length to about 1 / of the actual optical system length. The feature of the configuration is that the optical system fits within 20mm x 20mm, reduced by two.

이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 전방위 광학시스템의 세부 각 구성을 상세히 설명한다.Hereinafter, each detailed configuration of the omnidirectional optical system according to the first embodiment of the present invention will be described in detail.

먼저, 도 4에 나타난 바와 같이, 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈는 제1면(굴절투과), 제2면(반사), 제3면(반사), 제4면(투과)으로 구성되어 있으며, 전체로 보면 렌즈 1매이지만 실제로는 렌즈1매와 거울 2매로 구성된 복합적 렌즈이다. First, as shown in FIG. 4, the catadioptric lens is composed of a first surface (refractive transmission), a second surface (reflection), a third surface (reflection), and a fourth surface (transmission). In total, it is one lens, but it is actually a complex lens composed of one lens and two mirrors.

상기 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈는 렌즈 또는 거울로만 구성할 수 없는 광학계를 구성할 경우 사용하는 시스템으로 천체 망원경에 적용되면서 광학계의 구성을 간소화시키면서 성능을 높이는데 이용되는 렌즈이다. The catadioptric lens is a system used when constructing an optical system that cannot be composed only of a lens or a mirror, and is applied to an astronomical telescope while simplifying the configuration of the optical system and improving performance.

도 5는 릴레이 렌즈유닛을 나타내는 것으로, 도 5를 참조하면, 본 발명에서 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈만으로는 결상을 시키지 못한다. 그러므로 렌즈를 사용하여 센서에 결상을 시켜야 하는데 센서까지 빛이 들어갈 수 있도록 중계한다고 해서 릴레이렌즈라고 부르지만 실제로 이 시스템에서는 카타디옵트 릭(Catadioptric) 렌즈와 결합하여 결상시키는 시스템으로 설계되어 있다. FIG. 5 illustrates a relay lens unit. Referring to FIG. 5, in the present invention, only a catadioptric lens does not form an image. Therefore, it is necessary to make an image on the sensor by using a lens, and relaying the light to the sensor is called a relay lens, but in this system, it is designed as a system that combines with a catadioptric lens and forms an image.

상기 릴레이 렌즈의 매수는 센서의 사양에 따라, 보고자 하는 화각에 따라 그 매수는 달라질 수 있는데, 본 발명에서는 펜타프리즘을 제외한 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈와 5개의 릴레이렌즈가 결합하여 광학계의 수차를 제거하고 70만화소까지의 센서를 사용하여 상의 선명도를 유지하도록 설계한 것에 특징이 있다.The number of the relay lens may vary depending on the specification of the sensor and the number of views according to the viewing angle. In the present invention, a catadioptric lens and five relay lenses, except for pentaprism, are combined with five relay lenses to improve optical aberration. It is designed to remove and maintain image clarity using sensors up to 700,000 pixels.

도 6 및 도 7은 펜타프리즘을 나타내는 도면이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 펜타프리즘(Pentaprism)은 다섯 면을 갖는 반사 프리즘이며 빛을 90°로 굴절시키는데 사용된다. 펜타프리즘 내부에서 빛은 두번 반사되며, 보통의 우각(right-angle) 프리즘은 빛을 좌우 뒤집힘 없이 통과시킨다.6 and 7 illustrate pentaprism. 6 and 7, pentaprism is a reflective prism with five sides and is used to refract light at 90 °. Inside the pentaprism, light is reflected twice, and a normal right-angle prism lets the light pass through without flipping.

펜타 프리즘에 입사된 빛의 입사각이 임계각(critical angle), 전반사를 일으킬 수 있는 최소각보다 작기 때문에, 내부 전반사(total internal reflection)를 일으키지 않는다. Since the angle of incidence of the light incident on the penta prism is smaller than the critical angle, the minimum angle that can cause total reflection, it does not cause total internal reflection.

따라서 두 면을 거울 표면처럼 코팅하여 빛을 반사시킬 수 있도록 하며, 그 반대편의 두 투과면은 난반사(혹은 원치 않는 반사)를 줄이기 위해서 주로 반사방지 코팅을 한다. Therefore, the two surfaces are coated like a mirror surface to reflect light, and the two opposite surfaces are mainly coated with an anti-reflective coating to reduce diffuse reflection (or unwanted reflection).

프리즘의 다섯 번째 면은 광학적으로 사용되지 않지만, 두 반사면의 반사를 방해하지 않도록 적당한 각도로 절단한다.The fifth side of the prism is not used optically, but is cut at an appropriate angle so as not to interfere with the reflection of the two reflecting surfaces.

펜타프리즘은 위와 같이 본 발명의 광학시스템에서 상을 좌우 뒤집힘 없이 센서에 결상시킬 뿐만 아니라, 도 8에 도시된 바와 같이, 펜타프리즘이 광학계의 광경로를 직각으로 형성하여 다른 광부품과의 정렬을 용이하게 하고, 또한 광학시스템의 길이를 약 12.8mm줄이는 효과가 있다. As described above, the pentaprism not only forms an image on the sensor without flipping the image in the optical system of the present invention, but as shown in FIG. 8, the pentaprism forms an optical path of the optical system at a right angle to form alignment with other optical components. It also facilitates and reduces the length of the optical system by about 12.8 mm.

한편, 광학시스템의 초기사양 결정방법으로서, CCD의 분해능과 광학계의 분해능과의 관계를 살펴 보면, 다음식으로 결정된다.On the other hand, as a method of determining the initial specification of the optical system, the relationship between the resolution of the CCD and the resolution of the optical system is determined by the following equation.

CCD Res.(㎛) = 2 x CCD Pixel Size(horiz, ㎛)CCD Res. (Μm) = 2 x CCD Pixel Size (horiz, μm)

CCD Res.(lp/mm) = #Pixels(Horiz) / 2 x Pixel Size(horiz)CCD Res. (Lp / mm) = #Pixels (Horiz) / 2 x Pixel Size (horiz)

Primary Mag.(PMAG) = Sensor Size(Horiz,mm) / FOV((Horiz,mm)Primary Mag. (PMAG) = Sensor Size (Horiz, mm) / FOV ((Horiz, mm)

System Res.(㎛) = CCD Resolution(㎛) / PMAGSystem Res. (Μm) = CCD Resolution (µm) / PMAG

= 2 x Pixel Size(㎛) x FOV(mm) / Sensor Size(mm)                = 2 x Pixel Size (㎛) x FOV (mm) / Sensor Size (mm)

System Res.(lp/mm) = PMAG x CCD Resolution(lp/mm) System Res. (Lp / mm) = PMAG x CCD Resolution (lp / mm)

예를들어, CCD 카메라, 1280 x 1024 Pixels, 4.65㎛ Pixels Size, 1/2인치 CCD(단축기준 계산시)의 사양을 결정하는 경우,For example, when determining the specifications of a CCD camera, 1280 x 1024 Pixels, 4.65 μm Pixels Size, 1/2 inch CCD (calculated for short axis),

CCD Res.(lp/mm) = 1024 / 2 x 4.8 = 106.7 lp/mm이며, CCD Res. (Lp / mm) = 1024/2 x 4.8 = 106.7 lp / mm,

파장이 0.546nm이고, CCD분해능 106.7 lp/mm에서 MTF가 0.4이상이어야 한다면, 아래의 무수차 원형개구의 광학계의 공간주파수에 따른 MTF의 저하를 규격화한 표에서 MTF 0.4에 대응하는 규격화된 공간주파수는 1.0이므로 최소 수치구경(NA)는,If the wavelength is 0.546 nm and the MTF is to be 0.4 or more at a CCD resolution of 106.7 lp / mm, then the standardized spatial frequency corresponding to MTF 0.4 is shown in the table that standardizes the deterioration of the MTF according to the spatial frequency of the optical system of the aberration circular opening. Is 1.0, so the minimum numerical aperture (NA) is

n'sinθ' ≥ 0.000546 x 106.7 / 1.0 = 0.058 가 된다. (F/# = 1/2NA)n'sinθ '≥ 0.000546 x 106.7 / 1.0 = 0.058 (F / # = 1 / 2NA)

Figure 112009032126254-pat00001
Figure 112009032126254-pat00001

이러한 방법에 따라 결정된 본 발명의 제1실시예에 따른 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈와 릴레이 렌즈유닛의 세부 사양을 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Detailed specifications of the catadioptric lens and the relay lens unit according to the first embodiment of the present invention determined according to this method will be described below with reference to FIG. 9.

도 9에서 본 발명 제1실시예의 C1(카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈)은 광각의 광선을 수렴시키고, G1은 C1에서 오는 광선을 발산시키며, G2는 C1+G1에 의해 발산하는 광선을 센서에 다시 결상시키므로써, C1+G1+G2는 PNP(Positive-Negative-Positive)형의 굴절능을 가지며, 주요면(결상면, Efl을 측정하는 기준면)이 G2 L5렌즈의 바깥에 존재하고, Efl(유효 초점거리: Effective Focal Length)이 (-)값을 가지며, Bfl(후초점거리: Back Focal Length)이 (+)값을 가지면서, Bfl(후초점거리: Back Focal Length)값이 Efl(후초점거리: Back Focal Length)값 보다 큰 역망원렌즈의 구조를 가지고 있는 것에 특징이 있다.In FIG. 9, C1 (catadioptric lens) of the first embodiment of the present invention converges a wide-angle light beam, G1 emits light from C1, and G2 emits light emitted by C1 + G1 to the sensor. By reimaging, C1 + G1 + G2 has a positive-negative-positive (PNP) type of refraction, and the main plane (image plane, reference plane for measuring Efl) is outside the G2 L5 lens, and Efl ( Effective Focal Length has a negative value, Bfl has a positive value, and Bfl has a back value of Efl. It features a structure of reverse telephoto lens larger than the focal length: Back Focal Length).

전술한 바와 같이 상기 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈는 제1면(굴절투과), 제2면(반사), 제3면(반사), 제4면(투과)을 가지며, 상기 릴레이 렌즈는 L1 내지 L5 렌즈를 포함하고, 조리개(stop)는 L2와 L3 사이에 위치한다.As described above, the catadioptric lens has a first surface (refractive transmission), a second surface (reflection), a third surface (reflection), and a fourth surface (transmission), and the relay lens includes L1 to An L5 lens, with a stop located between L2 and L3.

보다 상세히 설명하면, L1렌즈는 물체쪽(object side)의 제5면과 상쪽(image side)의 제6면을 가지며, L2렌즈는 물체쪽의 제7면, 상쪽의 제8면을 가진다.In more detail, the L1 lens has a fifth surface on the object side and a sixth surface on the image side, and the L2 lens has a seventh surface on the object side and an eighth surface on the image side.

L3렌즈는 물체쪽 제10면, L3렌즈와 L4렌즈의 결합면인 제11면, L4렌즈의 상쪽 제12면, L5의 물체쪽 제13면 및 상쪽 제14면을 가진다.The L3 lens has an object-side tenth surface, an eleventh surface that is a coupling surface of the L3 lens and an L4 lens, an image twelfth surface of the L4 lens, an object-side thirteenth surface and an image fourteenth surface of L5.

다음 표에는 본 발명의 제1실시예의 광학시스템에 대한 광학적 설계도가 제시되어 있는데, 표에서 렌즈 각면의 r은 곡률반경, d는 렌즈간거리, nd는 굴절률, vd는 분산값을 나타낸다.The following table shows the optical design of the optical system of the first embodiment of the present invention, where r is the radius of curvature, d is the distance between lenses, nd is the refractive index, and vd is the dispersion value.

Figure 112009032126254-pat00002
Figure 112009032126254-pat00002

Figure 112009032126254-pat00003
Figure 112009032126254-pat00003

* Power : 굴절능* Power: refractive power

도 9와 상기 표를 참조하면, 본 발명의 제1실시예의 L1렌즈의 제5면 및 제6면은 모두 볼록면(convex surface)이며, L2렌즈는 제7면 및 제8면 모두 오목면(concave surface)이고, L3렌즈 제10면은 오목면이며, L3와 L4의 결합면인 제11면은 (+) 굴절능을 갖는 볼록면이고, L4렌즈의 제12면은 볼록면을 가지며, L5렌즈의 제13면 및 제14면은 모두 볼록면(convex surface)이다.9 and the above table, both the fifth and sixth surfaces of the L1 lens of the first embodiment of the present invention are both convex surfaces, and the L2 lenses are both concave surfaces (the seventh and eighth surfaces). concave surface, the tenth surface of the L3 lens is a concave surface, and the eleventh surface, which is the combined surface of the L3 and L4, is a convex surface having positive refractive power, and the twelfth surface of the L4 lens has a convex surface, and L5 The thirteenth and fourteenth surfaces of the lens are both convex surfaces.

또한, 도 9와 상기 표를 참조하면, 본 발명의 제1실시예의 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈와 L1렌즈는 모두 양의 굴절능을 가지며, 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈의 아베수는 50이상이다.In addition, referring to FIG. 9 and the above table, both the catadioptric lens and the L1 lens of the first embodiment of the present invention have positive refractive power, and the Abbe number of the catadioptric lens is 50 or more. to be.

L1렌즈는 높은 굴절률을 가지면서도 약 25의 비교적 낮은 아베수를 갖는데, 이는 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈에서의 파장에 따른 굴절능의 차이를 보정하기 위하여 필요하며, L4 내지 L5렌즈는 모두 50이상의 높은 아베수를 가진다.The L1 lens has a high refractive index and a relatively low Abbe number of about 25, which is necessary to correct the difference in refractive power with wavelength in a Catadioptric lens, and the L4 to L5 lenses are all 50 or more. Have a high Abbe number

상기와 같이, 본 발명이 목표로 하는 사양대로 설계되었는지 분석할 수 있는 것이 MTF 특성과 수차분석, 왜곡수차 특성 분석 등이 있다. As described above, MTF characteristics, aberration analysis, distortion aberration characteristics analysis, and the like, which can be analyzed whether the present invention is designed according to the target specifications.

MTF란, 가시광선 영역에서의 변조조달함수 특성을 나타내는 것으로서 다음 그림과 같이 흑백의 한쌍 또는 여러쌍이 렌즈를 통과했을 때 센서에서의 콘트라스트비를 말하는데, 흑백 100%의 콘트라스트비를 갖는 빛이 렌즈를 통과하였을 때 센서에서 100% 콘트라스트 비를 갖지는 못한다. 상으로 인식하는 경우가 약 20%일 경우 상으로 인식가능하며 설계자는 공차등을 고려하여 약 40%이상의 콘트라스트 비를 갖도록 설계한다.MTF is a modulation procurement function characteristic in the visible light region, and refers to the contrast ratio of a sensor when a pair or several pairs of black and white light passes through the lens, as shown in the following figure. When passed, it does not have a 100% contrast ratio in the sensor. If it is recognized as a phase, about 20% can be recognized as a phase and the designer should design a contrast ratio of about 40% or more in consideration of tolerances.

Figure 112009032126254-pat00004
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본 발명에 따른 광학시스템이 갖는 MTF 그래프를 도시하면 도 10에 나타난 바와 같다. 도 10에 의하면, 그래프에서 100lp/mm에서 Modulation은 40%로서 만족할 만한 콘트라스트 비를 갖는다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 100lp/mm의 의미는 1mm안에 흑백의 한쌍이 100개가 있음을 의미하며 센서로 보면 한 픽셀의 크기가 5um라는 것을 알 수 있다.(MTF 그래프에서 세로축은 콘트라스트 비를 나타내고 가로축은 lp/mm를 나타냄.)The MTF graph of the optical system according to the present invention is shown in FIG. 10. According to FIG. 10, it can be seen that the modulation at 100 lp / mm has a satisfactory contrast ratio of 40%. In other words, 100lp / mm means that there are 100 pairs of black and white in 1mm, and the sensor shows that the size of one pixel is 5um. (In the MTF graph, the vertical axis represents contrast ratio and the horizontal axis represents lp / mm. Indicates.)

또한, MTF에서 여러 라인이 있는데 그것은 화각의 크기에 따라 들어오는 광선들을 표시하는데 광학용어로 필드라고 한다. 즉 MTF 곡선이 각 필드별로 100lp/mm 에서 각각 40%가 되기 위해선 렌즈의 매수 및 렌즈소재, 곡률, 렌즈간의 거리등을 변수로 하여 설계되고, MTF 40%를 만족할 때 수차 특성 분석에 나온 그 래프들 처럼 설계가 되어야 한다는 것을 보여주고 있다.In addition, there are several lines in the MTF that display incoming rays according to the size of the field of view, called optical fields. In other words, the MTF curve is designed with variables such as the number of lenses, lens material, curvature, and the distance between the lenses so that the MTF curve becomes 40% at 100 lp / mm for each field, and the graph shown in the aberration characteristics analysis when MTF 40% is satisfied. It shows how it should be designed like a family.

도 11 및 도 12는 본 발명의 제1실시예에 따른 전방위 광학시스템의 3개의 파장에 따른 유한광선수차도 및 구면수차, 코마, 비점수차 특성 그래프 및 데이터이다.11 and 12 are graphs and data of finite optical astigmatism, spherical aberration, coma, and astigmatism characteristic according to three wavelengths of the omnidirectional optical system according to the first embodiment of the present invention.

도 11 및 도 12에서 도시된 바와 같이, 유한광선수차는 모든 필드에 대하여 수차가 5㎛이내로 만족하고 있음을 알 수 있고, 상면수차에서도 자오면 상면만곡수차(T)와 구결면 상면만곡수차(S)가 일치하는 곳은 상면 끝 근처에 있음을 알 수 있으며, 도 10의 MTF 그래프에 나와 있는 스펙을 만족하는 것을 보여준다.As shown in FIGS. 11 and 12, it can be seen that the finite light aberration wheel satisfies the aberration within 5 μm for all fields. It can be seen that the coincidence of) is near the top end, and it satisfies the specification shown in the MTF graph of FIG. 10.

도 13은 본 발명의 제1실시예에 따른 전방위 광학시스템의 왜곡수차를 나타낸 것으로 비교적 잘 보정되어 있음을 확인할 수 있다.FIG. 13 shows the distortion aberration of the omnidirectional optical system according to the first embodiment of the present invention.

다음은, 본 발명의 제2실시예에 대하여 설명한다.Next, a second embodiment of the present invention will be described.

도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 전방위 광학시스템의 구성도이다.14 is a block diagram of an omnidirectional optical system according to a second embodiment of the present invention.

도 14를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 전방위 광학시스템(300)은 입사광이 굴절되는 굴절부(313), 상기 굴절된 입사광을 상기 굴절부 중앙부쪽으로 반사할 수 있도록 상기 굴절부와 대향한 내측면에 형성되는 제1반사부(323), 상기 제1반사부를 통해 반사된 입사광을 제1릴레이 렌즈 유닛으로 반사시킬 수 있도록 상기 굴절부 중앙부 내면에 형성되는 제2반사부(324), 상기 제1반사부(323)에 인접하여 형성된 난반사 방지 단턱부(326) 및 상기 제2반사부에서 반사된 빛을 투과시키는 투과부(325)를 포함하여 구성되는 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈(310)와; 상기 굴절부(313), 제1반사부(323), 제2반사부(324) 및 투과부(325)로부터 굴절, 반사 및 투과된 입사광을 집광하고 결상시키기 위한 제1 릴레이 렌즈 유닛(330)과; 상기 제1릴레이 렌즈 유닛을 통과한 입사광을 제2릴레이렌즈 유닛(350)으로 직각방향으로 반사시킬 수 있도록 경사면 반사부(341)가 형성되는 트라이프리즘(340)과; 상기 트라이프리즘으로부터 직각방향으로 일정간격을 두고 설치되고, 상기 트라이프리즘으로부터 반사된 입사광을 집광하고 결상시키기 위한 제2릴레이렌즈유닛(350)을 포함하여 구성되고, 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상하 45~55도인 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 14, the omnidirectional optical system 300 according to the second exemplary embodiment of the present invention may include a refraction unit 313 in which incident light is refracted, and the refracting unit so as to reflect the refracted incident light toward the center of the refraction unit. The first reflecting portion 323 formed on the opposite inner surface, and the second reflecting portion 324 formed on the inner surface of the central portion of the refracting portion so that the incident light reflected through the first reflecting portion can be reflected to the first relay lens unit. And a catadioptric lens including a diffuse reflection prevention step portion 326 formed adjacent to the first reflection portion 323 and a transmission portion 325 for transmitting light reflected from the second reflection portion. 310; A first relay lens unit 330 for condensing and forming incident light refracted, reflected, and transmitted from the refracting part 313, the first reflecting part 323, the second reflecting part 324, and the transmitting part 325; ; A triprism 340 having an inclined surface reflector 341 formed to reflect the incident light passing through the first relay lens unit in a direction perpendicular to the second relay lens unit 350; It is installed at regular intervals in a direction perpendicular to the triprism, and comprises a second relay lens unit 350 for collecting and imaging the incident light reflected from the triprism, the field angle of the catadioptric lens ( Field Angle) is characterized by 360 degrees left and right, 45 ~ 55 degrees up and down.

또한, 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상하 52도(상부 38도, 하부 14도)로 할 수도 있다.In addition, the field angle of the catadioptric lens may be 360 degrees left and right, and 52 degrees up and down (38 degrees upper and 14 degrees lower).

또한, 상기 제1릴레이 렌즈 유닛(330)은 상기 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈(310) 후방에 설치되는 제1렌즈(331), 상기 제1렌즈(331)의 후방에 일정 간격을 두고 설치되는 제2렌즈(332)로 구성되고, 상기 제2릴레이렌즈 유닛(350)은 상기 트라이프리즘(340)으로부터 직각방향으로 일정 간격을 두고 설치되는 조리개(stop), 상기 조리개 후방에 설치되는 제3렌즈(333) 및 상기 제3렌즈(333)와 결합되는 제4렌즈(334), 상기 제4렌즈(334)와 일정 간격을 두고 설치되는 제5렌즈(335) 및 상기 제5렌즈(335)와 일정 간격을 두고 설치되는 제6렌즈(336)로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the first relay lens unit 330 is provided with a first lens 331 installed at the rear of the catadioptric lens 310, a predetermined distance behind the first lens 331. A second lens 332, the second relay lens unit 350 is a stop (stop) is installed at a predetermined interval in a direction perpendicular to the tri-prism 340, a third lens installed behind the aperture And a fourth lens 334 coupled to the third lens 333, a fifth lens 335 and the fifth lens 335 disposed at a predetermined distance from the fourth lens 334. The sixth lens 336 is provided at a predetermined interval.

본 발명의 제2실시예에 따른 전방위 광학시스템을 이용한 전방위 카메라의 구성은 도 3에 도시된 제1실시예에 따른 전방위 카메라 시스템의 구성과 유사하다.The configuration of the omnidirectional camera using the omnidirectional optical system according to the second embodiment of the present invention is similar to that of the omnidirectional camera system according to the first embodiment shown in FIG. 3.

즉, 도 3 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 전방위 광학시 스템을 갖는 전방위 카메라(200)는 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈 지지체(210)와; 상기 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈 지지체 내부에 설치되며, 입사광이 굴절되는 굴절부(313), 상기 굴절된 입사광을 상기 굴절부 중앙부쪽으로 반사할 수 있도록 상기 굴절부와 대향한 내측면에 형성되는 제1반사부(323), 상기 제1반사부를 통해 반사된 입사광을 제1릴레이 렌즈 유닛으로 반사시킬 수 있도록 상기 굴절부 중앙부 내면에 형성되는 제2반사부(324), 상기 제1반사부(323)에 인접하여 형성된 난반사 방지 단턱부(326) 및 상기 제2반사부에서 반사된 빛을 투과시키는 투과부(325)를 포함하여 구성되는 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈(310)와; 상기 굴절부(313), 제1반사부(323), 제2반사부(324) 및 투과부(325)로부터 굴절, 반사 및 투과된 입사광을 집광하고 결상시키기 위한 제1 릴레이 렌즈 유닛(330)과; 상기 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈 지지체와 상기 제1릴레이 렌즈 유닛을 지지하는 제1하우징(203)과; 상기 제1릴레이 렌즈 유닛을 통과한 입사광을 제2릴레이렌즈 유닛(350)으로 직각방향으로 반사시킬 수 있도록 경사면 반사부(341)가 형성되는 트라이프리즘(340)과; 상기 트라이프리즘으로부터 직각방향으로 일정간격을 두고 설치되고, 상기 트라이프리즘으로부터 반사된 입사광을 집광하고 결상시키기 위한 제2릴레이렌즈유닛(350)과; 상기 트라이프리즘과 제2릴레이렌즈유닛을 지지하는 제2하우징(240)과; 상기 제2릴레이렌즈유닛으로부터 빛을 수광하는 카메라 본체(220)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.That is, referring to FIGS. 3 and 14, the omnidirectional camera 200 having the omnidirectional optical system according to the second embodiment of the present invention includes a catadioptric lens support 210; A receptacle 313 disposed inside the catadioptric lens supporter and formed on an inner surface of the catadioptric lens support opposite to the refraction portion to reflect the refracted incident light toward the center portion of the refraction portion; The first reflector 323, the second reflector 324, and the first reflector 323, which are formed on an inner surface of the central portion of the refracting part so as to reflect incident light reflected through the first reflector to the first relay lens unit. A catadioptric lens 310 including an anti-reflective stepped portion 326 formed adjacent to the second reflection unit and a transmission unit 325 for transmitting the light reflected from the second reflection unit; A first relay lens unit 330 for condensing and forming incident light refracted, reflected, and transmitted from the refracting part 313, the first reflecting part 323, the second reflecting part 324, and the transmitting part 325; ; A first housing 203 for supporting the Catadioptric lens support and the first relay lens unit; A triprism 340 having an inclined surface reflector 341 formed to reflect the incident light passing through the first relay lens unit in a direction perpendicular to the second relay lens unit 350; A second relay lens unit (350) installed at regular intervals in a direction perpendicular to the triprism, for collecting and imaging the incident light reflected from the triprism; A second housing 240 supporting the triprism and the second relay lens unit; It characterized in that it comprises a camera body 220 for receiving light from the second relay lens unit.

또한, 1/3 인치 또는 1/4 인치 CCD에 2 Mega pixels이 적용된 고해상도 카메라에 적용 가능토록 하고, 소형화와 광경로를 줄이기 위해 펜타프리즘을 적용시켜 광학계 전체의 길이를 실제 광학계 길이보다 약 1/2 만큼 줄여 20mm×20mm 안에 모든 광학계가 들어가도록 한 것에 구성의 특징이 있다.In addition, it can be applied to high resolution cameras with 2 Mega pixels applied to 1 / 3-inch or 1 / 4-inch CCDs, and pentaprism is applied to reduce the optical path and reduce the optical path length to about 1 / of the actual optical system length. The feature of the configuration is that the optical system fits within 20mm x 20mm, reduced by two.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 전방위 광학시스템의 세부 각 구성을 상세히 설명한다.Hereinafter, each detailed configuration of the omnidirectional optical system according to the second embodiment of the present invention will be described in detail.

먼저, 도 14에 나타난 바와 같이, 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈는 전술한 본 발명 제1실시예의 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈의 구성과 동일하고, 다만, 제2면과 제4면의 곡률반경이 같고, 상기 제1반사부(323)에 인접하여 형성된 난반사 방지 단턱부(326)를 포함하여 구성되는 점에서 차이가 있는데, 이는 본 발명 제1실시예의 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈 지지체(210)에서 입사광의 난반사로 인한 광손실을 줄이기 위한 것이다.First, as shown in FIG. 14, the catadioptric lens is the same as the configuration of the catadioptric lens of the first embodiment of the present invention described above, except that the radius of curvature of the second and fourth surfaces is different. The same, there is a difference in that it comprises a diffuse reflection prevention step portion 326 formed adjacent to the first reflecting portion 323, which is the catadioptric lens support 210 of the first embodiment of the present invention ) To reduce light loss due to diffuse reflection of incident light.

본 발명의 제2실시예 따른 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈와 릴레이 렌즈유닛의 세부 사양을 도 15를 참조하여 설명하면 다음과 같다.A detailed specification of a catadioptric lens and a relay lens unit according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 15.

도 15에서 본 발명의 제2실시예 따른 C1(카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈)은 광각의 광선을 수렴시키고, G1은 C1에서 오는 광선을 발산시키며, G2는 C1+G1에 의해 발산하는 광선을 센서에 다시 결상시키므로써, C1+G1+G2는 PNN(Positive-Negative-Negative)형의 굴절능을 가지며, 주요면(결상면, Efl을 측정하는 기준면)이 G2 L6렌즈의 안쪽에 존재하고, Efl(유효초점거리: Effective Focal Length)이 (+)값을 가지며, Bfl(후초점거리: Back Focal Length)이 (+)값을 가지면서 Bfl(후초점거리: Back Focal Length)값이 Efl(유효초점거리: Effective Focal Length)값보다 큰 역망원렌즈의 구조를 가지고 있는 것에 특징이 있다.In FIG. 15, C1 (Catadioptric lens) according to the second embodiment of the present invention converges a wide-angle light beam, G1 emits light from C1, and G2 emits light emitted by C1 + G1. By imaging again on the sensor, C1 + G1 + G2 has a positive-negative-negative (PNN) refractive index, and the main plane (image plane, reference plane for measuring Efl) exists inside the G2 L6 lens, Efl (Effective Focal Length) has a positive value, Bfl (Back Focal Length) has a (+) value, and Bfl (Back Focal Length) has a value of Efl ( It is characterized by having a structure of reverse telephoto lens larger than the effective focal length).

전술한 바와 같이 상기 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈는 제1면(굴절투과), 제2면(반사), 제3면(반사), 제4면(투과)을 가진다.As described above, the catadioptric lens has a first surface (refraction transmission), a second surface (reflection), a third surface (reflection), and a fourth surface (transmission).

상기 제1릴레이 렌즈유닛은 L1 및 L2 렌즈를 포함하고 있으며, L2 렌즈와 일정 간격을 두고 트라이프리즘이 설치된다.The first relay lens unit includes L1 and L2 lenses, and a triprism is installed at a predetermined distance from the L2 lens.

보다 상세히 설명하면, L1렌즈는 물체쪽(object side)의 볼록면(convex surface)인 제5면과 상쪽(image side)의 볼록면(convex surface)인 제6면을 가지며, L2렌즈는 물체쪽의 오목면(concave surface)인 제7면, 상쪽의 오목면(concave surface)인 제8면을 가진다.In more detail, the L1 lens has a fifth surface that is the convex surface of the object side and a sixth surface that is the convex surface of the image side, and the L2 lens is the object side. It has a seventh surface which is a concave surface of and an eighth surface which is an upper concave surface.

상기 제2릴레이렌즈유닛은 L3 내지 L6 렌즈를 포함하고 있으며, 조리개(stop)는 프리즘과 L3렌즈 사이에 위치한다. The second relay lens unit includes L3 to L6 lenses, and a stop is positioned between the prism and the L3 lens.

L3렌즈는 물체쪽의 평면인 제11면, L3렌즈와 L4렌즈의 결합면인 제12면, L4렌즈의 상쪽의 볼록면인 제13면, L5렌즈의 물체쪽의 볼록면인 제14면, 상쪽의 볼록면인 제15면을 가지며, L6렌즈의 물체쪽의 볼록면인 제16면, 상쪽의 볼록면인 제17면을 가진다.The L3 lens has an eleventh plane which is the plane of the object side, a twelfth plane which is the coupling plane of the L3 lens and the L4 lens, a thirteenth plane which is the convex plane of the image of the L4 lens, a 14th plane which is the convex plane of the object side of the L5 lens, It has a fifteenth surface which is an image convex surface, and has a 16th surface which is a convex surface of the object side of an L6 lens, and a 17th surface which is an image convex surface.

다음 표에는 본 발명의 제2실시예의 광학시스템에 대한 광학적 설계도가 제시되어 있는데, 표에서 렌즈 각면의 r은 곡률반경, d는 렌즈간거리, nd는 굴절률, vd는 분산값을 나타낸다.The following table shows the optical design of the optical system of the second embodiment of the present invention, where r is the radius of curvature, d is the distance between lenses, nd is the refractive index, and vd is the dispersion value.

Figure 112009032126254-pat00005
Figure 112009032126254-pat00005

Figure 112009032126254-pat00006
Figure 112009032126254-pat00006

* Power : 굴절능* Power: refractive power

도 15와 상기 표를 참조하면, 본 발명의 제2실시예의 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈와 L1렌즈는 모두 양의 굴절능을 가지며, 아베수는 50이상이다.Referring to FIG. 15 and the above table, both the Catadioptric lens and the L1 lens of the second embodiment of the present invention have positive refractive power, and the Abbe number is 50 or more.

L2 및 L3렌즈는 약 20 내지 25의 비교적 낮은 아베수를 갖는데, 이는 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈와 L1렌즈에서의 파장에 따른 굴절능의 차이를 보정하기 위하여 필요하며, L4 내지 L6렌즈는 모두 50이상의 높은 아베수를 가진다.L2 and L3 lenses have a relatively low Abbe number of about 20 to 25, which is necessary to compensate for the difference in refractive power with wavelength in both Catadioptric and L1 lenses, and L4 to L6 lenses are all It has a high Abbe number of 50 or more.

본 발명의 제2실시예에 따른 광학시스템이 갖는 MTF 그래프를 도시하면 도 16에 나타난 바와 같다. 도 16에 의하면, 그래프에서 각 필드의 160lp/mm에서 40%이상으로서 만족할 만한 콘트라스트 비를 갖는다는 것을 확인할 수 있다. An MTF graph of the optical system according to the second embodiment of the present invention is shown in FIG. 16. According to FIG. 16, it can be seen that the graph has a satisfactory contrast ratio of 40% or more at 160 lp / mm of each field.

도 17 및 도 18은 본 발명의 제2실시예에 따른 전방위 광학시스템의 3개의 파장에 따른 유한광선수차도 및 구면수차, 코마, 비점수차 특성 그래프 및 데이터로서 모든 필드에 대하여 수차가 5㎛이내로 만족하고 있음을 알 수 있으며, 도 16의 MTF 그래프에 나와 있는 스펙을 만족하는 것을 보여준다.17 and 18 are graphs and data of finite optical astigmatism, spherical aberration, coma, astigmatism, and data according to three wavelengths of the omnidirectional optical system according to the second embodiment of the present invention. It can be seen that it is satisfied, and that the specifications shown in the MTF graph of FIG. 16 are satisfied.

도 19는 본 발명의 제2실시예에 따른 전방위 광학시스템의 왜곡수차를 나타낸 것으로 비교적 잘 보정되어 있음을 확인할 수 있다.19 shows distortion aberration of the omnidirectional optical system according to the second embodiment of the present invention, and it can be seen that it is relatively well corrected.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 전방위 광학시스템은 설계의 용이성과 구조의 단순성으로 인하여 부피도 작고, 무게도 가벼우며 가격도 저가로 제조 가능하며, 좁은 공간에 설치 가능하므로 공간적인 제약이 거의 존재하지 않으며, 종래와 같이 팬·틸트·줌 처럼 물리적인 작용이 아니므로 작동응답속도가 매우 빠르다. 물리적으로 움직이는 부분이 없으므로 시스템의 응답 속도가 빠르고 기계적 고장의 우려가 적은 장점이 있다.As described above, the omnidirectional optical system according to the first and second embodiments of the present invention can be manufactured in a small volume, light weight, low cost, and narrow due to the ease of design and the simplicity of the structure. Since it can be installed in the space, there is almost no space limitation, and the operation response speed is very fast because it is not a physical action like pan, tilt and zoom as in the prior art. Since there is no physically moving part, the response speed of the system is fast and there is little risk of mechanical failure.

이와 같이 본 발명의 권리는 상기 설명된 실시예에 한정되지 않고, 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형을 할 수 있다는 것은 자명하다.As such, the rights of the present invention are not limited to the above-described embodiments, but are defined by the claims, and those skilled in the art can make various modifications within the scope of the claims. It is self evident.

도 1은 일반적인 반사 굴절식 전방위 영상 시스템의 개념도1 is a conceptual diagram of a general reflective refractive omnidirectional imaging system

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 전방위 광학시스템의 구성도2 is a block diagram of an omnidirectional optical system according to a first embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 전방위 카메라의 구성도3 is a block diagram of an omnidirectional camera according to a first embodiment of the present invention

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 Catadioptric 렌즈 구성도4 is a block diagram of a Catadioptric lens according to a first embodiment of the present invention

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 릴레이 렌즈유닛 구성도5 is a configuration diagram of a relay lens unit according to a first embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 펜타프리즘 광반사 경로도6 is a pentaprism light reflection path diagram according to a first embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 펜타프리즘 구성도7 is a configuration diagram of a pentaprism according to the first embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 전방위 광학시스템의 길이 비교도8 is a length comparison diagram of the omnidirectional optical system according to the first embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 전방위 광학시스템의 구성 개략도9 is a configuration diagram of an omnidirectional optical system according to a first embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 광학시스템이 갖는 MTF 그래프 10 is an MTF graph of the optical system according to the first embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 전방위 광학시스템의 3개의 파장에 따른 유한광선수차도 및 구면수차, 코마, 비점수차 특성 그래프FIG. 11 is a graph showing finite optical astigmatism, spherical aberration, coma, and astigmatism characteristics according to three wavelengths of the omnidirectional optical system according to the first embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 제1실시예에 따른 전방위 광학시스템의 구면수차, 코마, 비점수차 특성 데이터12 shows spherical aberration, coma, and astigmatism characteristic data of the omnidirectional optical system according to the first embodiment of the present invention.

도 13은 본 발명의 제1실시예에 따른 전방위 광학시스템의 왜곡수차도13 is a distortion aberration diagram of the omnidirectional optical system according to the first embodiment of the present invention.

도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 전방위 광학시스템의 구성도14 is a block diagram of an omnidirectional optical system according to a second embodiment of the present invention;

도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 전방위 광학시스템의 구성 개략도15 is a configuration diagram of an omnidirectional optical system according to a second embodiment of the present invention.

도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 광학시스템이 갖는 MTF 그래프16 is an MTF graph of an optical system according to a second embodiment of the present invention.

도 17은 본 발명의 제2실시예에 따른 전방위 광학시스템의 3개의 파장에 따 른 유한광선수차도 및 구면수차, 코마, 비점수차 특성 그래프FIG. 17 is a graph showing finite optical astigmatism, spherical aberration, coma, and astigmatism characteristic according to three wavelengths of the omnidirectional optical system according to the second embodiment of the present invention.

도 18은 본 발명의 제2실시예에 따른 전방위 광학시스템의 구면수차, 코마, 비점수차 특성 데이터18 shows spherical aberration, coma, and astigmatism characteristic data of the omnidirectional optical system according to the second embodiment of the present invention.

도 19는 본 발명의 제2실시예에 따른 전방위 광학시스템의 왜곡수차도19 is a distortion aberration diagram of the omnidirectional optical system according to the second embodiment of the present invention.

<주요부분에 대한 도면 설명><Description of main part drawings>

100: 전방위 광학시스템 110: Catadioptric 렌즈 113: 굴절부100: omnidirectional optical system 110: Catadioptric lens 113: refractive portion

123: 제1반사부 124: 제2반사부 125: 투과부123: first reflecting portion 124: second reflecting portion 125: transmissive portion

130: 릴레이 렌즈 유닛 131: 제1렌즈 132: 제2렌즈130: relay lens unit 131: first lens 132: second lens

133: 제3렌즈 134: 제4렌즈 135: 제5렌즈133: third lens 134: fourth lens 135: fifth lens

140: 펜타프리즘 141: 반사부140: pentaprism 141: reflector

210: Catadioptric 렌즈 지지체 203: 제1하우징210: Catadioptric lens support 203: first housing

220: 카메라 본체 240: 제2하우징220: camera body 240: second housing

301: 투명커버 굴절부 313: Catadioptric렌즈굴절부301: transparent cover refractive portion 313: Catadioptric lens refractive portion

323: 제1반사부 324: 제2반사부 325: 투과부323: first reflective portion 324: second reflective portion 325: transmissive portion

326: 난반사 방지 단턱부(326) 330: 제1 릴레이 렌즈 유닛326: diffuse reflection prevention step 326 330: first relay lens unit

350: 제2릴레이렌즈 유닛350: second relay lens unit

Claims (25)

입사광이 굴절되는 굴절부(113), 상기 굴절된 입사광을 상기 굴절부 중앙부쪽으로 반사할 수 있도록 상기 굴절부와 대향한 내측면에 형성되는 제1반사부(123), 상기 제1반사부를 통해 반사된 입사광을 릴레이 렌즈 유닛으로 반사시킬 수 있도록 상기 굴절부 중앙부 내면에 형성되는 제2반사부(124) 및 상기 제2반사부에서 반사된 빛을 투과시키는 투과부(125);를 포함하여 구성되는 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈(110)와; 상기 굴절부(113), 제1반사부(123), 제2반사부(124) 및 투과부(125)로부터 굴절, 반사 및 투과된 입사광을 집광하고 결상시키기 위한 릴레이 렌즈 유닛(130)과; 상기 릴레이 렌즈 유닛을 통과한 입사광을 직각방향으로 반사할 수 있도록 내면에 반사부(141)가 형성되는 펜타프리즘(140);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전방위 광학시스템A refraction part 113 in which incident light is refracted, a first reflection part 123 formed on an inner side surface facing the refracting part so as to reflect the refracted incident light toward the center part of the refraction part, and reflection through the first reflection part And a second reflector 124 formed on the inner surface of the refraction center and a transmission unit 125 for transmitting the light reflected by the second reflector so as to reflect the incident light to the relay lens unit. A catadioptric lens 110; A relay lens unit (130) for condensing and imaging incident light refracted, reflected, and transmitted from the refracting part (113), the first reflecting part (123), the second reflecting part (124), and the transmitting part (125); A pentaprism 140 having a reflector 141 formed on an inner surface thereof so as to reflect incident light passing through the relay lens unit in a right angle direction. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상하 45~55도인 것을 특징으로 하는 전방위 광학시스템The field angle of the catadioptric lens is 360 degrees left and right, and the omni-directional optical system, characterized in that 45 ~ 55 degrees up and down 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상하 53도(상부 37도, 하부 16도)인 것을 특징으로 하는 전방위 광학시스템The field angle of the catadioptric lens is 360 degrees left and right, 53 degrees up and down (37 degrees upper, 16 degrees lower), the omnidirectional optical system, characterized in that 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 릴레이 렌즈 유닛(130)은 상기 카타디옵트릭 렌즈(110) 후방에 설치되는 제1렌즈(131), 상기 제1렌즈(131)의 후방에 일정 간격을 두고 설치되는 제2렌즈(132), 상기 제2렌즈(132)의 후방에 일정 간격을 두고 설치되는 조리개(stop), 상기 조리개 후방에 설치되는 제3렌즈(133), 상기 제3렌즈(133)와 결합되는 제4렌즈(134), 그리고 상기 제4렌즈(134)와 일정 간격을 두고 설치되는 제5렌즈(135)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전방위 광학시스템The relay lens unit 130 may include a first lens 131 installed at the rear of the catadioptric lens 110, a second lens 132 installed at a predetermined distance behind the first lens 131, An aperture stop provided at a rear of the second lens 132 at a predetermined interval, a third lens 133 installed at the rear of the aperture, and a fourth lens 134 coupled to the third lens 133. And a fifth lens 135 installed at a predetermined distance from the fourth lens 134. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 펜타프리즘(Pentaprism)(140)은 다섯 면을 갖는 반사 프리즘으로서, 펜타프리즘 내부에서 빛이 두 번 반사되도록 두 면을 거울 표면처럼 코팅하여 빛을 반사시킬 수 있도록 하며, 투과면을 제외한 나머지 면은 난반사(혹은 원치 않는 반사)를 줄이기 위한 반사방지 코팅을 하고, 빛을 90°로 굴절시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 전방위 광학시스템The pentaprism 140 is a reflective prism having five sides. The pentaprism 140 may reflect light by coating two surfaces as a mirror surface so that light is reflected twice within the pentaprism, and the other surfaces except the transmissive surface. Is an anti-reflective coating to reduce diffuse reflection (or unwanted reflections) and is used to refract light to 90 ° 제4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 카타디옵트릭 렌즈(110)는 광각의 광선을 수렴시키고, 상기 제1렌즈 및 제2렌즈는 상기 카타디옵트릭 렌즈(110)에서 오는 광선을 발산시키며, 상기 제3렌즈, 제4렌즈 및 제5렌즈는 상기 카타디옵트릭 렌즈, 제1렌즈 및 제2렌즈에 의해 발 산된 광선을 센서에 결상시키므로써, 상기 카타디옵트릭 렌즈, 상기 제1렌즈 및 제2렌즈, 상기 제3렌즈 내지 제5렌즈는 PNP(Positive-Negative-Positive)형의 굴절능을 가지고, 주요면(결상면, Efl을 측정하는 기준면)이 제5렌즈의 바깥에 존재하며, Efl(유효초점거리)이 (-)값, Bfl(후초점거리)이 (+)값을 가지면서, Bfl(후초점거리)값이 Efl(유효초점거리)값 보다 큰 역망원렌즈의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전방위 광학시스템The catadioptric lens 110 converges a wide-angle light beam, the first lens and the second lens emit light from the catadioptric lens 110, and the third lens, the fourth lens, and the third lens. The 5th lens forms light rays emitted by the catadioptric lens, the first lens, and the second lens onto the sensor, whereby the catadioptric lens, the first lens and the second lens, and the third to fifth lenses. The lens has a positive-negative-positive (PNP) type refractive power, a main plane (imaging plane, a reference plane for measuring Efl) exists outside the fifth lens, and an effective focal length (Efl) is negative. , Omnidirectional optical system, characterized in that the Bfl (post-focal length) has a positive value, the Bfl (post-focal length) value is larger than the Efl (effective focal length) value structure 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제1렌즈는 물체쪽(object side)의 제5면과 상쪽(image side)의 제6면 모두 볼록면(convex surface)이며, 상기 제2렌즈는 물체쪽의 제7면, 상쪽의 제8면 모두 오목면(concave surface)이고, 상기 제3렌즈는 물체쪽 제10면이 오목면, 제3렌즈와 제4렌즈의 결합면인 제11면은 볼록면이며, 제4렌즈의 상쪽 제12면은 볼록면을 가지고, 제5렌즈의 물체쪽 제13면 및 상쪽 제14면은 모두 볼록면(convex surface)인 것을 특징으로 하는 전방위 광학시스템The first lens is a convex surface of both the fifth surface of the object side and the sixth surface of the image side, and the second lens is the seventh surface of the object side and the eighth of the image side. Both surfaces are concave surfaces, and the third lens has a concave surface, and the eleventh surface, which is a concave surface of the third lens and the fourth lens, is a convex surface, and the tenth surface of the object is a convex surface. The surface has a convex surface, and the object-side thirteenth surface and the image fourteenth surface of the fifth lens are both convex surfaces. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 카타디옵트릭 렌즈와 제1렌즈는 모두 양의 굴절능을 가지며, 카타디옵트릭 렌즈의 아베수는 50이상이고, 제1렌즈의 아베수는 25의 아베수를 가지며, 제4렌즈 및 제5렌즈는 모두 50이상의 아베수를 가지는 것을 특징으로 하는 전방위 광학시스템Both the catadioptric lens and the first lens have positive refractive power, the Abbe number of the catadioptric lens is 50 or more, the Abbe number of the first lens has an Abbe number of 25, and the fourth and fifth lenses. The omnidirectional optical system, wherein the lenses all have Abbe numbers greater than 50. 제1항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 8, 상기 전방위 광학시스템은 1/3 인치 또는 1/4 인치 CCD에 2 Mega pixels이 적용된 고해상도 카메라에 적용 가능토록 하고, 광학시스템 전체의 길이를 기존 광학시스템 길이보다 1/2 만큼 줄여 20mm×20mm 안에 모든 광학시스템이 들어가도록 한 것을 특징으로 하는 전방위 광학시스템The omnidirectional optical system can be applied to a high resolution camera with 2 Mega pixels on a 1 / 3-inch or 1 / 4-inch CCD, and the overall optical system length is reduced by 1/2 of the existing optical system length. An omnidirectional optical system characterized by having an optical system entered 제1항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 8, 상기 광학시스템은 가시광선 영역에서의 변조조달함수(MTF) 특성 그래프에서 100lp/mm에서 40%이상의 콘트라스트 비를 갖는 것을 특징으로 하는 전방위 광학 시스템The optical system is an omnidirectional optical system having a contrast ratio of more than 40% at 100lp / mm in the MTF characteristic graph in the visible region 카타디옵트릭 렌즈 지지체(210)와; 상기 카타디옵트릭 렌즈 지지체 내부에 설치되며, 입사광이 굴절되는 굴절부(113), 상기 굴절된 입사광을 상기 굴절부 중앙부쪽으로 반사할 수 있도록 상기 굴절부와 대향한 내측면에 형성되는 제1반사부(123), 상기 제1반사부를 통해 반사된 입사광을 릴레이 렌즈 유닛으로 반사시킬 수 있도록 상기 굴절부 중앙부 내면에 형성되는 제2반사부(124) 및 상기 제2반사부에서 반사된 빛을 투과시키는 투과부(125)를 포함하여 구성되는 카타디옵트릭 렌즈(110)와; 상기 굴절부, 제1반사부, 제2반사부 및 투과부로부터 굴절, 반사 및 투과된 입사광을 집광하고 결상시키기 위한 릴레이 렌즈 유닛(130)과; 카타디옵트릭 렌즈 지지체(210)와 상기 릴레이 렌즈 유닛(130)을 지지하는 제1하우징(203)과; 상기 릴레이 렌즈 유닛을 통과한 입사광을 직각방향으로 반사시킬 수 있도록 내면에 반사부가 형성되는 펜타프리즘(140)과; 상기 펜타 프리즘을 지지하는 제2하우징(240)과; 상기 펜타 프리즘으로부터 빛을 수광하는 카메라 본체(220)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전방위 카메라A catadioptric lens support 210; A first reflection part disposed in the catadioptric lens supporter and formed on an inner side surface of the catadioptric lens supporter to be refracted by the incident light to be refracted, and to face the refracted incident light toward the center of the refracting part; 123, the second reflecting portion 124 formed on the inner surface of the refraction portion central portion and the light reflected from the second reflecting portion to transmit the incident light reflected through the first reflecting portion to the relay lens unit A catadioptric lens 110 including a transmission part 125; A relay lens unit (130) for condensing and imaging incident light refracted, reflected, and transmitted from the refracting part, the first reflecting part, the second reflecting part, and the transmitting part; A first housing 203 for supporting a catadioptric lens support 210 and the relay lens unit 130; A pentaprism 140 having a reflector formed on an inner surface thereof so as to reflect incident light passing through the relay lens unit in a right angle direction; A second housing 240 supporting the penta prism; Omni-directional camera, characterized in that it comprises a camera body 220 for receiving light from the penta prism 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상하 45~55도인 것을 특징으로 하는 전방위 카메라The field angle of the catadioptric lens is 360 degrees, left and right, the omnidirectional camera, characterized in that 45 ~ 55 degrees 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상하 53도(상부 37도, 하부 16도)인 것을 특징으로 하는 전방위 카메라The field angle of the catadioptric lens is 360 degrees left and right, up and down 53 degrees (up 37 degrees, 16 degrees lower) 입사광이 굴절되는 굴절부(313), 상기 굴절된 입사광을 상기 굴절부 중앙부쪽으로 반사할 수 있도록 상기 굴절부와 대향한 내측면에 형성되는 제1반사부(323), 상기 제1반사부를 통해 반사된 입사광을 제1릴레이 렌즈 유닛으로 반사시킬 수 있도록 상기 굴절부 중앙부 내면에 형성되는 제2반사부(324), 상기 제1반사부(323)에 인접하여 형성된 난반사 방지 단턱부(326) 및 상기 제2반사부에서 반사된 빛을 투과시키는 투과부(325)를 포함하여 구성되는 카타디옵트릭 렌즈(310)와; 상기 굴절부(313), 제1반사부(323), 제2반사부(324) 및 투과부(325)로부터 굴절, 반사 및 투과된 입사광을 집광하고 결상시키기 위한 제1 릴레이 렌즈 유닛(330)과; 상기 제1릴레이 렌즈 유닛을 통과한 입사광을 제2릴레이렌즈 유닛(350)으로 직각방향으로 반사시킬 수 있도록 경사면 반사부(341)가 형성되는 트라이프리즘(340)과; 상기 트라이프리즘으로부터 직각방향으로 일정간격을 두고 설치되고, 상기 트라이프리즘으로부터 반사된 입사광을 집광하고 결상시키기 위한 제2릴레이렌즈유닛(350)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전방위 광학 시스템A refraction portion 313 in which incident light is refracted, a first reflection portion 323 formed on an inner side surface facing the refraction portion so as to reflect the refracted incident light toward the center portion of the refraction portion, and reflection through the first reflection portion A second reflection portion 324 formed on an inner surface of the central portion of the refracting portion, a diffuse reflection prevention step portion 326 formed adjacent to the first reflection portion 323, and the reflected light to reflect the incident light to the first relay lens unit; A catadioptric lens 310 including a transmission part 325 for transmitting the light reflected by the second reflection part; A first relay lens unit 330 for condensing and forming incident light refracted, reflected, and transmitted from the refracting part 313, the first reflecting part 323, the second reflecting part 324, and the transmitting part 325; ; A triprism 340 having an inclined surface reflector 341 formed to reflect the incident light passing through the first relay lens unit in a direction perpendicular to the second relay lens unit 350; It is installed at regular intervals in a direction perpendicular to the tri-prism, and the omni-directional optical system comprising a second relay lens unit 350 for collecting and imaging the incident light reflected from the tri-prism 제14항에 있어서The method of claim 14, 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상하 45~55도인 것을 특징으로 하는 전방위 광학 시스템The field angle of the catadioptric lens is 360 degrees left and right, up and down 45-55 degrees 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상하 52도(상부 38도, 하부 14도)인 것을 특징으로 하는 전방위 광학 시스템The field angle of the catadioptric lens is 360 degrees left and right, up and down 52 degrees (upper 38 degrees, lower 14 degrees), characterized in that the omnidirectional optical system 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 제1릴레이 렌즈 유닛(330)은 상기 카타디옵트릭 렌즈(310) 후방에 설치되는 제1렌즈(331), 상기 제1렌즈(331)의 후방에 일정 간격을 두고 설치되는 제2렌즈(332)로 구성되고, 상기 제2릴레이렌즈 유닛(350)은 상기 트라이프리즘(340)으로 부터 직각방향으로 일정 간격을 두고 설치되는 조리개(stop), 상기 조리개 후방에 설치되는 제3렌즈(333) 및 상기 제3렌즈(333)와 결합되는 제4렌즈(334), 상기 제4렌즈(334)와 일정 간격을 두고 설치되는 제5렌즈(335) 및 상기 제5렌즈(335)와 일정 간격을 두고 설치되는 제6렌즈(336)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전방위 광학 시스템The first relay lens unit 330 may include a first lens 331 installed at the rear of the catadioptric lens 310 and a second lens 332 provided at a rear of the first lens 331 at predetermined intervals. And the second relay lens unit 350 includes a stop installed at regular intervals from the triprism 340 at right angles, a third lens 333 installed behind the stop, and The fourth lens 334 coupled to the third lens 333, the fifth lens 335 and the fifth lens 335 installed at a predetermined distance from the fourth lens 334 at a predetermined interval. The omnidirectional optical system comprising a sixth lens 336 is installed 제17항에 있어서, The method of claim 17, 상기 카타디옵트릭 렌즈(110)는 광각의 광선을 수렴시키며, 상기 제1렌즈 및 제2렌즈는 상기 카타디옵트릭 렌즈(110)에서 오는 광선을 발산시키고, 상기 제3렌즈, 제4렌즈, 제5렌즈 및 제6렌즈는 상기 카타디옵트릭 렌즈, 제1렌즈, 제2렌즈 및 트라이프리즘에 의해 발산된 광선을 센서에 결상시키므로써, 상기 카타디옵트릭 렌즈, 상기 제1렌즈 및 제2렌즈, 상기 제3렌즈 내지 제6렌즈는 PNN(Positive-Negative-Negative)형의 굴절능을 가지고, 주요면(결상면, Efl을 측정하는 기준면)이 제6렌즈의 안쪽에 존재하고, Efl(유효초점거리)이 (+)값을 가지며, Bfl(후초점거리)이 (+)값을 가지면서, Bfl(후초점거리)값이 Efl(유효초점거리)값 보다 큰 역망원렌즈의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전방위 광학 시스템The catadioptric lens 110 converges a wide-angle light beam, and the first and second lenses emit light from the catadioptric lens 110, and the third lens, the fourth lens, and the third lens. The fifth lens and the sixth lens image the light emitted by the catadioptric lens, the first lens, the second lens, and the triprism to the sensor, thereby providing the catadioptric lens, the first lens, and the second lens, The third to sixth lenses have a positive-negative-negative (PNN) type refractive index, and a main surface (imaging surface, a reference surface for measuring Efl) exists inside the sixth lens, and Efl (effective focus). Distance) has a positive value, Bfl has a positive value, and Bfl has a structure of an inverse telephoto lens larger than the Efl value. Features omnidirectional optical system 제17항에 있어서, The method of claim 17, 상기 제1릴레이 렌즈유닛의 제1렌즈는 물체쪽(object side)의 볼록면(convex surface)인 제5면과 상쪽(image side)의 볼록면(convex surface)인 제6면을 가지 며, 제2렌즈는 물체쪽의 오목면(concave surface)인 제7면, 상쪽의 오목면(concave surface)인 제8면을 가지고, 상기 제2릴레이렌즈유닛의 제3렌즈는 물체쪽의 평면인 제11면, 제3렌즈와 제4렌즈의 결합면인 제12면, 제4렌즈는 상쪽의 볼록면인 제13면, 제5렌즈는 물체쪽의 볼록면인 제14면, 상쪽의 볼록면인 제15면을 가지며, 제6렌즈는 물체쪽의 볼록면인 제16면, 상쪽의 볼록면인 제17면을 가지는 것을 특징으로 하는 전방위 광학시스템The first lens of the first relay lens unit has a fifth surface that is a convex surface of an object side and a sixth surface that is a convex surface of an image side. The second lens has a seventh surface that is a concave surface on the object side and an eighth surface that is an concave surface on the upper side, and the third lens of the second relay lens unit is a plane on the object side. Surface, the twelfth surface which is the combined surface of the third lens and the fourth lens, the fourth lens is the thirteenth surface which is the convex surface of the image, and the fifth lens is the fourteenth surface which is the convex surface of the object, and the convex surface of the image. Has a sixteenth surface, and the sixth lens has a sixteenth surface that is a convex surface on the object side and a seventeenth surface that is a convex surface on the image side. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 카타디옵트릭 렌즈와 제1렌즈는 모두 양의 굴절능을 가지고, 아베수는 50이상이며, 제2렌즈 및 제3렌즈는 20 내지 25의 아베수를 갖고, 제4렌즈 내지 제6렌즈는 모두 50이상의 아베수를 가지는 것을 특징으로 하는 전방위 광학시스템Both the catadioptric lens and the first lens have positive refractive power, the Abbe number is 50 or more, the second lens and the third lens have an Abbe number of 20 to 25, and the fourth to sixth lenses All-round optical system characterized by having more than 50 Abbe number 제14항 내지 제20항중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 14 to 20, 상기 전방위 광학시스템은 1/3 인치 또는 1/4 인치 CCD에 2 Mega pixels이 적용된 고해상도 카메라에 적용 가능토록 하고, 광학시스템 전체의 길이를 기존 광학시스템 길이보다 1/2 만큼 줄여 20mm×20mm 안에 모든 광학시스템이 들어가도록 한 것을 특징으로 하는 전방위 광학시스템The omnidirectional optical system can be applied to a high resolution camera with 2 Mega pixels on a 1 / 3-inch or 1 / 4-inch CCD, and the overall optical system length is reduced by 1/2 of the existing optical system length. An omnidirectional optical system characterized by having an optical system entered 제14항 내지 제20항중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 14 to 20, 상기 광학시스템은 가시광선 영역에서의 변조조달함수(MTF) 특성 그래프에서 160lp/mm에서 40%이상의 콘트라스트 비를 갖는 것을 특징으로 하는 전방위 광학 시스템The optical system is an omnidirectional optical system having a contrast ratio of more than 40% at 160 lp / mm in the MTF characteristic graph in the visible region 카타디옵트릭 렌즈 지지체(210)와; 상기 카타디옵트릭 렌즈 지지체 내부에 설치되며, 입사광이 굴절되는 굴절부(313), 상기 굴절된 입사광을 상기 굴절부 중앙부쪽으로 반사할 수 있도록 상기 굴절부와 대향한 내측면에 형성되는 제1반사부(323), 상기 제1반사부를 통해 반사된 입사광을 제1릴레이 렌즈 유닛으로 반사시킬 수 있도록 상기 굴절부 중앙부 내면에 형성되는 제2반사부(324), 상기 제1반사부(323)에 인접하여 형성된 난반사 방지 단턱부(326) 및 상기 제2반사부에서 반사된 빛을 투과시키는 투과부(325)를 포함하여 구성되는 카타디옵트릭 렌즈(310)와; 상기 굴절부(313), 제1반사부(323), 제2반사부(324) 및 투과부(325)로부터 굴절, 반사 및 투과된 입사광을 집광하고 결상시키기 위한 제1 릴레이 렌즈 유닛(330)과; 상기 카타디옵트릭 렌즈 지지체와 상기 제1릴레이 렌즈 유닛을 지지하는 제1하우징(203)과; 상기 제1릴레이 렌즈 유닛을 통과한 입사광을 제2릴레이렌즈 유닛(350)으로 직각방향으로 반사시킬 수 있도록 경사면 반사부(341)가 형성되는 트라이프리즘(340)과; 상기 트라이프리즘으로부터 직각방향으로 일정간격을 두고 설치되고, 상기 트라이프리즘으로부터 반사된 입사광을 집광하고 결상시키기 위한 제2릴레이렌즈유닛(350)과; 상기 트라이프리즘과 제2릴레이렌즈유닛을 지지하는 제2하우징(240)과; 상기 제2릴레이렌즈유닛으로부터 빛을 수광하는 카메라 본체(220)를 포 함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전방위 카메라A catadioptric lens support 210; A refraction portion 313 disposed inside the catadioptric lens support and formed on an inner side surface of the catadioptric lens support opposite to the refraction portion so as to reflect the refracted incident light toward the center portion of the refraction portion; 323, adjacent to the first reflecting portion 323, the second reflecting portion 324 formed on the inner surface of the refraction portion center portion so as to reflect incident light reflected through the first reflecting portion to the first relay lens unit; A catadioptric lens 310 including a diffuse reflection prevention step portion 326 and a transmission portion 325 for transmitting the light reflected by the second reflection portion; A first relay lens unit 330 for condensing and forming incident light refracted, reflected, and transmitted from the refracting part 313, the first reflecting part 323, the second reflecting part 324, and the transmitting part 325; ; A first housing 203 for supporting the catadioptric lens support and the first relay lens unit; A triprism 340 having an inclined surface reflector 341 formed to reflect the incident light passing through the first relay lens unit in a direction perpendicular to the second relay lens unit 350; A second relay lens unit (350) installed at regular intervals in a direction perpendicular to the triprism, for collecting and imaging the incident light reflected from the triprism; A second housing 240 supporting the triprism and the second relay lens unit; The omnidirectional camera, comprising a camera body 220 for receiving light from the second relay lens unit 제23항에 있어서,The method of claim 23, wherein 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상하 45~55도인 것을 특징으로 하는 전방위 카메라The field angle of the catadioptric lens is 360 degrees, left and right, the omnidirectional camera, characterized in that 45 ~ 55 degrees 제23항에 있어서,The method of claim 23, wherein 상기 카타디옵트릭 렌즈의 필드 앵글(Field Angle)은 좌우 360도, 상하 52도(상부 38도, 하부 14도)인 것을 특징으로 하는 전방위 카메라The field angle of the catadioptric lens is 360 degrees left and right, up and down 52 degrees (upper 38 degrees, lower 14 degrees), characterized in that the omnidirectional camera
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