KR101139212B1 - 광각 렌즈시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광각 렌즈시스템에 관한 것으로서, 물체로부터 입사된 광을 굴절 또는 반사시키는 제1 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈는, 물체로부터 입사된 광을 굴절시키도록 물체쪽으로 볼록한 제1 굴절면, 상기 제1 굴절면 후방에 배치되어 제1 굴절면으로부터 입사된 광을 반사시키도록 물체쪽으로 볼록한 제1 반사면, 상기 제1 굴절면 중앙부에 배치되며 입사광 중에서 소정 파장보다 큰 파장은 투과하고 소정 파장보다 작은 파장은 반사시키는 선택 투과면, 상기 제1 반사면 중앙부에 배치되어 상기 선택 투과면으로부터 입사된 광을 굴절시키도록 물체쪽으로 볼록한 제2 굴절면을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 넓은 범위에 걸쳐 높은 해상도를 확보하고 이미지를 관찰하는 것이 가능하게 된다.

Description

광각 렌즈시스템{WIDE ANGLE LENSE SYSTEM}

본 발명은 하나의 카메라를 사용하여 일정 공간 전체를 관찰 가능하도록, 광시야각의 이미지를 하나의 렌즈 모듈로 받아들여 특정 이미지 면에 높은 해상도로 구현될 수 있도록 하는 광각 렌즈시스템에 관한 것이다.

특히, 렌즈 외부의 넓은 영역에 걸친 이미지를 높은 해상도로 구현될 수 있도록 파동 분리형 필터를 적용한 광각 렌즈시스템에 관한 것이다.

일반적으로 감시용 카메라와 일반 산업용 카메라의 경우 여러 대(2대 이상)의 카메라를 사용하여 넓은 영역을 관찰하고 감시하도록 구성되어 있다.

이러한 종래의 감시용 카메라와 일반 산업용 카메라를 이용한 영상 감시시스템은 고정된 카메라가 촬영할 수 있는 촬영 각도가 한정되어 있어 감시의 사각이 발생하게 되는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위해, 회전식 감시 카메라 시스템을 사용하는 경우도 있으나 시야가 120°정도로 한정되어 있고, 120°의 시야도 동시에 감시하지 못하여 감시의 사각은 여전히 존재하는 문제점이 있었다.

특히, 군사지역과 같이 보안수준이 높은 지역의 경우 직접 인력을 투입하여야 하는 문제점이 있으며, 감시의 사각을 없애기 위해서는 최소 4~5대의 카메라가 필요하게 되어 설치비용이 증가하는 문제점이 있었다. 아울러 여러 대로 기록한 영상을 통합 이미지로 관리하는 비용이 증가하는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위해, 사각지대를 최소화하는 것과 동시에 하나의 카메라를 이용하여 특정지역의 일정범위를 동시에 관찰할 수 있도록 하는 광각렌즈 시스템이 대한민국 공개특허 제10-2009-0015311호 등에 개시되어 있다.

그러나 이와 같은 감시시스템의 경우에도 관찰 영역을 확장시키는 데에는 한계가 있으며 관찰 영역의 중심부에서 멀어질수록 그 영상이 왜곡되거나 선명하지 못한 문제점이 있었다.

또한, 상기와 같은 문제점을 해결한다 하더라도 관찰하고자 하는 넓은 영역에 걸쳐서 양질의 고해상도 이미지를 구현하는 것이 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하나의 카메라를 사용하여 일정 공간 전체를 관찰 가능하도록 구성하며, 넓은 시야각의 이미지를 하나의 렌즈 모듈로 받아들여 특정 이미지 면에 고해상도로 구현할 수 있도록 구성된 렌즈 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 단 한대의 카메라로 모든 방향 및 영역의 이미지를 고해상도로 구현하는 것이 가능하게 함으로써 사용자의 편의성을 극대화시킬 수 있는 렌즈 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명은 렌즈 외부의 모든 영역에 걸친 이미지를 높은 해상도로 구현될 수 있도록 파동분리형 필터를 적용한 광각 렌즈시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 물체로부터 입사된 광을 굴절 또는 반사시키는 제1 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈는, 물체로부터 입사된 광을 굴절시키도록 물체쪽으로 볼록한 제1 굴절면, 상기 제1 굴절면 후방에 배치되어 제1 굴절면으로부터 입사된 광을 반사시키도록 물체쪽으로 볼록한 제1 반사면, 상기 제1 굴절면 중앙부에 배치되며, 입사광 중에서 소정 파장보다 큰 파장은 투과하고 소정 파장보다 작은 파장은 반사시키는 선택 투과면, 상기 제1 반사면 중앙부에 배치되어 상기 선택 투과면으로부터 입사된 광을 굴절시키도록 물체쪽으로 볼록한 제2 굴절면을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 광각 렌즈시스템은 상기 선택 투과면 전방에 배치되어 입사된 광을 굴절시키도록 물체쪽으로 오목한 형상을 가지는 제3 굴절면을 더 포함하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제1 렌즈의 선택 투과면은 유전체 다층막으로 코팅된 것이 바람직하다.

이때, 상기 제1 렌즈의 선택 투과면은 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)을 포함할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 광각 렌즈시스템은 상기 제1 렌즈를 통과한 광을 굴절시키는 제2 렌즈, 상기 제2 렌즈 후방에 배치되는 조리개, 상기 조리개를 통과한 광을 굴절시키는 제3 렌즈를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 광각 렌즈시스템에 의하면, 하나의 카메라를 사용하여 일정 공간 전체를 관찰 가능하도록 구성하며, 넓은 시야각의 이미지를 하나의 렌즈 모듈로 받아들여 특정 이미지 면에 고해상도로 구현할 수 있게 한다.

또한, 본 발명에 따른 광각 렌즈시스템에 의하면, 단 한대의 카메라로 모든 방향 및 영역의 이미지를 고해상도로 구현하는 것이 가능하게 함으로써 사용자의 편의성을 극대화시킬 수 있게 한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 광각 렌즈시스템에 있어서 제1 렌즈를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 광각 렌즈시스템에 있어서 중앙부 영역의 광 경로를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 광각 렌즈시스템에 있어서 주변부 영역의 광 경로를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 또한, 본 발명의 실시예는 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 광각 렌즈시스템에 있어서 제1 렌즈를 도시한 단면도이다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광각 렌즈시스템은 광시야각용 카메라 렌즈의 해상력을 향상시키는 것으로서 넓은 시야각과 주변 해상력을 확보하기 위해 여러 개의 구면 또는 비구면 렌즈로 구성될 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 광각 렌즈시스템은 외부로부터 입사된 광을 굴절, 반사, 또는 투과시키는 제1 렌즈(10)를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 광각 렌즈시스템은 상기 제1 렌즈로부터 입사된 광을 굴절시키는 제2 렌즈(20), 상기 제2 렌즈 후방에 설치되는 조리개(30), 상기 조리개를 통과한 광을 굴절시키는 제3 렌즈(40)를 더 포함할 수 있다.

제3 렌즈(40)를 통과한 광은 촬상소자(50), 예를 들어 CCD 또는 CMOS를 통해 사용자가 볼 수 있게 된다.

본 발명에 따른 렌즈는 합성수지 또는 유리 재질로 형성될 수 있으며, 렌즈의 곡면은 구면 또는 비구면으로 형성될 수 있다. 이때, 렌즈 사이의 곡률 및 간격은 렌즈 모듈의 설계에 따라 다르게 변형이 가능하다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 제1 렌즈(10)는, 물체로부터 입사된 광을 굴절시키도록 물체쪽으로 볼록한 제1 굴절면(R1), 상기 제1 굴절면 후방에 배치되어 제1 굴절면으로부터 입사된 광을 반사시키도록 물체쪽으로 볼록한 제1 반사면(R2), 상기 제1 굴절면 중앙부에 배치되며 입사광 중에서 소정 파장보다 큰 파장은 투과하고 소정 파장보다 작은 파장은 반사시키는 선택 투과면(R3), 상기 제1 반사면 중앙부에 배치되어 상기 선택 투과면으로부터 입사된 광을 굴절시키도록 물체쪽으로 볼록한 제2 굴절면(R4)을 구비한다.

제1 렌즈(10)가 이와 같이 형성됨으로써, 물체로부터 입사한 광은 반사 또는 굴절되며, 특히 선택 투과면(R3)에서는 광의 파장에 따라 선택적으로 투과하게 된다. 선택 투과면(R3)은 평편하거나 또는 오목하게 형성될 수 있다. 이와 달리 선택 투과면(R3)은 볼록하게 형성될 수도 있다.

또한, 제1 렌즈(10)는, 선택 투과면(R3) 전방에 배치되어 입사된 광을 굴절시키도록 물체쪽으로 오목한 형상을 가지는 제3 굴절면(R5)을 더 포함할 수 있다.

물체로부터 입사된 광은 제3 굴절면(R5)을 거치면서 굴절되고 선택 투과면(R3)에서 선택적으로 투과된다. 제1 렌즈(10)에 있어서 제3 굴절면(R5)을 배치함으로써 물체로부터 입사된 광을 더욱 고해상도로 구현하는 것이 가능하게 된다.

한편, 물체로부터 입사한 광은 1) 광축으로부터 약 30도 내지 90도 사이, 즉 주변부 영역으로부터 입사한 광, 2) 광축으로부터 약 30도 이내, 즉 중심부 영역으로부터 입사한 광으로 분류할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 렌즈 시스템에 있어서 두 가지 광에 따른 광 경로를 도 2 및 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

1) 광축으로부터 약 30도 내지 90도 사이에 있는 물체, 즉 주변부 영역으로부터 입사한 광 경로

도 3에 도시된 바와 같이, 광축으로부터 약 30도 내지 90도 사이에 있는 물체로부터 입사한 광(L1 내지 L7)은 제1 렌즈(10)의 제1 굴절면(R1)을 거치면서 굴절되고 제1 반사면(R2)을 거치면서 반사된다.

제1 반사면(R2)에서 반사된 광은 선택 투과면(R3)에서 광 파장에 따라 반사 또는 투과를 하게 된다. 즉 선택 투과면(R3)은 미리 설정된 기준 파장보다 큰 파장은 투과하고 기준 파장보다 작은 파장은 반사시키도록 필터로 구성된다.

예를 들어, 선택 투과면(R3)이 가시영역의 광은 반사하고 적외선 영역의 광은 투과한다고 하면, 제1 반사면(R2)을 통해 입사된 광 중에서 가시영역의 광은 선택 투과면에서 반사되고 적외선 영역의 광은 투과된다. 구체적으로 선택 투과면(R3)이 650nm 이상의 광은 투과하고 650nm 이하의 광은 반사한다고 하면 제1 반사면(R2)을 통해 입사된 광 중에서 650nm 이상의 광은 투과되고 650nm 이하의 광은 반사된다.

이를 통해 입사된 광의 파장이 분리되고 가시영역의 광만 제2 굴절면(R4)을 지나면서 굴절 진행한다. 한편 적외선 영역의 광은 선택 투과면(R3)을 통해 외부로 발산된다.

2) 광축으로부터 약 30도 이내에 있는 물체, 즉 중심부 영역으로부터 입사한 광 경로

도 2에 도시된 바와 같이, 광축으로부터 약 30도 이내에 있는 물체로부터 입사한 광(L0)은 직접 선택 투과면(R3)으로 입사되거나 또는 제3 굴절면(R5)을 지나 선택 투과면(R3)으로 입사된다.

입사된 광은 선택 투과면(R3)에서 광 파장에 따라 반사 또는 투과를 하게 된다. 위에서 설명한 것처럼, 선택 투과면(R3)은 소정 파장보다 큰 파장은 투과하고 소정 파장보다 작은 파장은 반사시키도록 필터로 구성되어 있다.

예를 들어, 선택 투과면(R3)이 가시영역의 광은 반사하고 적외선 영역의 광은 투과한다고 하면, 입사된 광 중에서 가시영역의 광은 선택 투과면(R3)에서 반사되고 적외선 영역의 광은 투과된다. 구체적으로 선택 투과면(R3)이 650nm 이상의 광은 투과하고 650nm 이하의 광은 반사한다고 하면 입사된 광 중에서 650nm 이상의 광은 투과되고 650nm 이하의 광은 반사된다.

이를 통해 입사된 광의 파장이 분리되고, 선택 투과면(R3)에서 투과된 적외선 영역의 광만 제2 굴절면(R4)을 지나면서 굴절 진행한다. 한편 가시영역의 광은 선택 투과면(R3)에서 반사되어 외부로 발산된다.

여기서는 선택되는 기준 파장을 자외선 영역과 가시광 영역으로 분리하여 설명하였으나, 선택 투과면(R3)에서 분리되는 기준 파장은 600nm, 650nm, 700nm 등으로 다양하게 선택될 수 있다.

또한, 제1 렌즈(10)의 선택 투과면(R3)은 유전체 다층막으로 코팅될 수 있다. 금속물질이 아닌 유전체를 다층으로 형성한 막을 코팅함으로써 파장 의존성이 더욱 강하게 나타나며, 파장에 따른 투과 또는 반사율을 변화시킬 수 있게 된다.

또한, 제1 렌즈(10)의 선택 투과면(R3)은 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)이 포함될 수 있다. 선택 투과면(R3)을 유전체 다층막으로 코팅하는 것도 가능하며 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)을 포함하여 코팅하는 것도 가능하다. 이와 달리 다른 금속물질로 코팅될 수도 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 광각 렌즈시스템에 있어서 제1 렌즈(10)를 통과한 광 경로가 도 2 및 도 3에 도시되어 있다.

도 3에 도시된 것처럼, 1) 광축으로부터 약 30도 내지 90도 사이에 있는 물체로부터 입사한 광(L1 내지 L7)은 제1 렌즈(10)를 통과한 후에는 선택 투과면(R3)에 의해 예를 들어 가시광선 영역의 광만 제2 렌즈(20)로 입사된다.

한편, 2) 광축으로부터 약 30도 이내에 있는 물체로부터 입사한 광(L0)은 제1 렌즈(10)를 통과한 후에는 선택 투과면(R3)에 의해 얘를 들어 적외선 영역의 광만 제2 렌즈(20)로 입사된다.

이와 같이 존재하는 범위에 따라 파동이 분리된 광(L0, L1 내지 L7)은 제2 렌즈(20), 조리개(30), 제3 렌즈(40)를 거치면서 촬상소자(50)를 들어가게 된다.

구체적으로 본 발명에 따른 광각 렌즈시스템은 제1 렌즈(10)로부터 입사된 광을 굴절시키는 제2 렌즈(20), 상기 제2 렌즈 후방에 설치되는 조리개(30), 상기 조리개를 통과한 광을 굴절시키는 제3 렌즈(40)를 더 구비하는 것이 가능하다.

제2 렌즈(20)는 하나의 렌즈로 형성될 수도 있으며 두 개 이상의 렌즈를 조합 또는 접합함으로써 형성되는 것도 가능하다.

제2 렌즈(20)는 물체로부터 볼록하거나 오목한 하나 이상의 곡면이 형성됨으로써 조리개(30)에 광량을 고르고 넓게 배치하도록 한다.

조리개(30)를 통과한 광은 조리개 후방에 배치된 제3 렌즈(40)를 통과한다. 제 3 렌즈(40)는 물체로부터 볼록하거나 오목한 하나 이상의 곡면이 형성됨으로써 색수차와 구면수차를 최소화하도록 한다.

제3 렌즈(40)를 통과한 광은 촬상소자(50), 예를 들어 CCD 또는 CMOS를 통해 이미지 면에 맺게 된다. 촬상소자(50)는 적외선 및 가시광선 영역의 광을 모두 이미지로 구현할 수 있기 때문에 파장 분리된 광을 모두 관찰할 수 있게 된다.

제1 렌즈(10)를 통과한 광은 제2 렌즈(20), 제3 렌즈(40)를 거쳐 촬상소자(50)에 도달하게 되며, 1) 광축으로부터 약 30도 내지 90도 사이에 있는 물체로부터 입사한 광(L1 내지 L7), 예를 들어 가시광선 영역의 광, 2) 광축으로부터 약 30도 이내에 있는 물체로부터 입사한 광(L0), 예를 들어 적외선 영역의 광을 모두 고해상도로 관찰할 수 있게 된다.

즉, 넓은 영역에 걸친 이미지를 모두 고해상도로 관찰하는 것이 가능하게 되며, 관찰 영역에서 사각지대가 전혀 발생하지 않게 된다.

이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광각 렌즈시스템를 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10 : 제1 렌즈
R1 : 제1 굴절면
R2 : 제1 반사면
R3 : 선택 투과면
R4 : 제2 굴절면
R5 : 제3 굴절면
20 : 제2 렌즈
30 : 조리개
40 : 제3 렌즈
50 : 촬상소자
L0 : 중심부 영역의 광
L1 내지 L7 : 주변부 영역의 광

Claims (5)

1. 물체로부터 입사된 광을 굴절 또는 반사시키는 제1 렌즈를 포함하고,
   상기 제1 렌즈는,
   물체로부터 입사된 광을 굴절시키도록 물체쪽으로 볼록한 제1 굴절면,
   상기 제1 굴절면 후방에 배치되어 제1 굴절면으로부터 입사된 광을 반사시키도록 물체쪽으로 볼록한 제1 반사면,
   상기 제1 굴절면 중앙부에 배치되며 입사광 중에서 소정 파장보다 큰 파장은 투과하고 소정 파장보다 작은 파장은 반사시키는 선택 투과면,
   상기 제1 반사면 중앙부에 배치되어 상기 선택 투과면으로부터 입사된 광을 굴절시키도록 물체쪽으로 볼록한 제2 굴절면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광각 렌즈시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 렌즈는,
   상기 선택 투과면 전방에 배치되어 입사된 광을 굴절시키도록 물체쪽으로 오목한 형상을 가지는 제3 굴절면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광각 렌즈시스템.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1 렌즈의 선택 투과면은 유전체 다층막으로 코팅된 것을 특징으로 하는 광각 렌즈시스템.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 렌즈의 선택 투과면은 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광각 렌즈시스템.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 렌즈를 통과한 광을 굴절시키는 제2 렌즈,
   상기 제2 렌즈 후방에 배치되는 조리개,
   상기 조리개를 통과한 광을 굴절시키는 제3 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광각 렌즈시스템.

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