KR101439411B1 - 전방위 렌즈 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물체로부터 입사되는 광선을 굴절 또는 반사시키는 렌즈를 다수 적용하여 전방위 영상을 획득하는 전방위 렌즈 모듈에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전방위 렌즈 모듈은 일면에 볼록한 제1 입사면이 형성되고 타면에 제1 출사면이 형성되며, 상기 제1 입사면 중앙에 제1 반사면이 형성되는 제1 렌즈; 및 일면에 제2 입사면이 형성되고 타면에 볼록한 제2 반사면이 형성되며, 상기 제2 반사면 중앙에 제2 출사면이 형성되는 제2 렌즈를 포함하여 구성되고, 상기 제1 출사면 및 상기 제2 입사면이 평평하지 않게 형성되되, 서로 대응하도록 형성되어 접합되는 것을 기술적 특징으로 하여 편심의 측정이 용이해진다.

Description

전방위 렌즈 모듈 {OMNIDIRECTIONAL LENS MODULE}
본 발명은 전방위 렌즈 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 물체로부터 입사되는 광선을 굴절 또는 반사시키는 렌즈를 다수 적용하여 전방위 영상을 획득하는 전방위 렌즈 모듈에 관한 것이다.
근래 들어 전방위 영상을 획득할 수 있는 카메라가 보안 감시 시스템 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 특히, 반사굴절식(Catadioptric) 렌즈를 이용한 전방위 렌즈 모듈이 장착된 카메라가 많이 사용되고 있으며 전방위 렌즈 모듈에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다.
도 1에는 종래의 반사굴절식 렌즈 모듈이 도시되어 있다. 종래의 전방위 렌즈 모듈은 일면이 볼록하게 형성되고 타면이 평평하게 형성되는 제1 렌즈(1); 일면이 볼록하게 형성되고 타면이 평평하게 형성되며, 직경이 제1 렌즈(1)의 직경보다 작은 제2 렌즈(2)를 포함하여 구성되고, 제1 렌즈(1)와 제2 렌즈(2)의 평평한 면이 서로 접합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1 렌즈(1)의 볼록한 면의 중앙에 반사면이 형성되고, 제2 렌즈(2)의 볼록한 면이 반사면으로 형성되며, 제2 렌즈(2)의 볼록한 면 중앙에 입사된 광선이 출사할 수 있는 굴절면이 형성된다.
이러한 종래의 전방위 렌즈 모듈에 입사되는 광선의 흐름을 살펴보면 제1 렌즈(1)의 볼록한 면으로 입사된 광선이 제2 렌즈(2)의 반사면에서 반사된 후, 제1 렌즈(1)의 반사면에서 반사되어 제2 렌즈(2)의 굴절면으로 출사된다. 이렇게 출사된 광선은 복수 개의 렌즈를 거쳐 색수차 등이 보정되어 카메라의 이미지 센서에 도달한다.
종래의 전방위 렌즈 모듈은 제1 렌즈(1)와 제2 렌즈(2)의 접합 과정에서 UV 본드가 사용되는데, 제1 렌즈(1)와 제2 렌즈(2)가 접합되는 면이 평평하기 때문에 UV 본드가 굳기 전 제1 렌즈(1) 또는 제2 렌즈(2)가 미끄러져 편심의 측정이 어렵다.
이러한 편심 측정의 어려움 때문에 렌즈 간의 광축을 동일하게 맞추기 힘들뿐만 아니라 제품의 생산 과정에서 렌즈 간의 광축이 동일하지 않은 불량품이 대량으로 생산되는(수율이 떨어지는) 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 전방위 영상을 획득할 수 있는 렌즈의 편심을 용이하게 측정하여 렌즈 간의 광축을 동일하게 맞출 수 있는 전방위 렌즈 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전방위 렌즈 모듈은 일면에 볼록한 제1 입사면이 형성되고 타면에 제1 출사면이 형성되며, 상기 제1 입사면 중앙에 제1 반사면이 형성되는 제1 렌즈; 및 일면에 제2 입사면이 형성되고 타면에 볼록한 제2 반사면이 형성되며, 상기 제2 반사면 중앙에 제2 출사면이 형성되는 제2 렌즈를 포함하여 구성되고, 상기 제1 출사면 및 상기 제2 입사면이 평평하지 않게 형성되되, 서로 대응하도록 형성되어 접합되는 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전방위 렌즈 모듈은 반사굴절식 렌즈의 접합면이 평평하게 형성되지 않음으로써 반사굴절식 렌즈의 미끄러짐을 방지하여 반사굴절식 렌즈의 접합 과정에서 오차를 최소화할 수 있고, 편심의 측정을 쉽고 정확하게 할 수 있다.
또한, 편심을 쉽고 정확하게 측정함으로써 렌즈 간의 광축을 동일하게 맞추는 작업이 용이해진다. 따라서 본 발명에 따른 전방위 렌즈 모듈의 생산 과정에서 수율을 높일 수 있다.
도 1은 종래의 반사굴절식 렌즈 모듈
도 2는 본 발명에 따른 전방위 렌즈 모듈
도 3은 본 발명에 따른 제1 렌즈 및 제2 렌즈
도 4는 본 발명에 따른 전방위 렌즈 모듈에 입사하는 광선의 이동경로를 도시한 도면
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 전방위 렌즈 모듈의 실시형태
아래에서는 본 발명에 따른 전방위 렌즈 모듈을 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 전방위 렌즈 모듈을 도시한 것이고, 도 3은 본 발명에 따른 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 도시한 것이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전방위 렌즈 모듈은 일면에 볼록한 제1 입사면(11)이 형성되고 타면에 제1 출사면(13)이 형성되며, 상기 제1 입사면(11) 중앙에 제1 반사면(15)이 형성되는 제1 렌즈(10); 및 일면에 제2 입사면(21)이 형성되고 타면에 볼록한 제2 반사면(23)이 형성되며, 상기 제2 반사면(23) 중앙에 제2 출사면(25)이 형성되는 제2 렌즈(20)를 포함하여 구성된다.
도 4는 본 발명에 따른 전방위 렌즈 모듈에 입사하는 광선의 이동경로를 도시한 것이다. 도 4를 참조하면 제1 입사면(11)을 통해 입사한 광선은 제1 출사면(13) 및 제2 입사면(21)의 접합면을 거쳐 제2 반사면(23)에서 반사되고, 제2 반사면(23)에서 반사된 광선은 제1 출사면(13) 및 제2 입사면(21)의 접합면을 거쳐 제1 반사면(15)에서 반사된 후, 제1 출사면(13) 및 제2 입사면(21)의 접합면을 거쳐 제2 출사면(25)을 통해 출사된다.
제1 렌즈(10) 및 제2 렌즈(20)는 광선의 반사와 굴절을 이용한 반사굴절식 렌즈로서, 제1 렌즈(10) 및 제2 렌즈(20)를 통해 360도 전방위 영상을 획득할 수 있다.
제1 반사면(15) 및 제2 반사면(23)에 가시광선을 반사시킬 수 있는 물질 예를 들어 알루미늄, 은 등의 물질이 코팅되는 것이 바람직하다. 또한, 제1 반사면(15) 및 제2 출사면(25)은 도면상에 평평하게 도시되었으나 이는 하나의 실시형태일 뿐 볼록하거나 오목하게 형성될 수 있다.
제1 렌즈(10)는 외부의 광선이 입사하는 렌즈로서, 일면에 제1 입사면(11)이 볼록하게 형성되고 제1 입사면(11)을 통해 외부의 광선이 입사한다. 제1 렌즈(10)의 타면에는 제1 출사면(13)이 형성되어 제1 입사면(11)으로 입사한 광선이 제1 출사면(13)으로 출사한다. 또한, 제1 입사면(11)의 중앙에 제1 반사면(15)이 형성된다.
제2 렌즈(20)는 제1 렌즈(10)와 접합하는 렌즈로서, 구체적으로 제2 렌즈(20)의 일면에 제2 입사면(21)이 형성되고, 제2 입사면(21)이 제1 출사면(13)과 접합한다. 제2 렌즈(20)의 타면에는 볼록한 제2 반사면(23)이 형성되고, 제2 반사면(23)의 중앙에 제1 입사면(11)을 통해 입사한 광선이 출사할 수 있는 제2 출사면(25)이 형성된다.
외부로부터 입사하는 광선은 제1 입사면(11)이 볼록하게 형성됨으로써 도 4에 도시된 바와 같이 소정 각도로 굴절되어 모이게 된다. 이러한 이유로 제2 렌즈(20)의 직경이 제1 렌즈(10)의 직경보다 작은 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전방위 렌즈 모듈은 앞서 언급한 종래의 전방위 렌즈 모듈과는 다르게 제1 렌즈(10)와 제2 렌즈(20)의 접합면이 평평하지 않게 형성된다. 구체적으로 제1 출사면(13)과 제2 입사면(21)의 접합면이 평평하지 않게 형성되되, 서로 대응하도록 형성된 후 서로 밀착하여 접합된다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 전방위 렌즈 모듈의 실시형태이다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 출사면(13)이 오목하게 형성되고 제2 입사면(21)이 볼록하게 형성되며, 제1 출사면(13)과 제2 입사면(21)의 곡률반경이 동일하게 형성되어 제1 출사면(13)과 제2 입사면(21)이 접합되는 것이 현재의 렌즈 가공 기술을 감안하면 가장 바람직하다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 제1 렌즈(10)의 일면이 홈이 파인 형태로 구성되고, 제2 렌즈(20)의 일부분이 상기 홈에 결합될 수 있다. 그리고 도 7에 도시된 바와 같이 제1 출사면(13)이 볼록하게 형성되고 제2 입사면(21)이 오목하게 형성되어 접합될 수도 있다.
감시 카메라에 장착되는 전방위 렌즈 모듈의 경우, 제1 출사면(13) 및 제2 입사면(21)의 곡률반경은 30mm인 것이 바람직하다. 제작상의 공차(±1mm)에 의해 29mm ~ 31mm의 곡률반경도 포함한다. 제1 출사면(13) 및 제2 입사면(21)의 곡률반경이 31mm보다 크게 형성되면 제2 렌즈(20)의 크기가 커지고, 29mm보다 작게 형성되면 볼록(오목)한 정도가 심해져 렌즈 가공이 어려워지는 문제점이 발생한다.
제1 입사면(11)의 곡률반경은 21 ~ 23mm인 것이 바람직하다. 제1 입사면(11)의 곡률반경이 21 ~ 23mm로 형성됨으로써 화각(Field of View)을 상하 40°~ 85°의 범위에서 확보할 수 있다.
제1 입사면(11)의 곡률반경이 21 ~ 23mm를 벗어나면 제2 출사면(25)에서 차폐가 발생되어 제대로 된 화각을 확보할 수 없다. 구체적으로 살펴보면 제1 입사면(11)으로 입사하는 광선이 파장에 따라 굴절되는 정도가 다르기 때문에, 제1 입사면(11)의 곡률반경이 위 곡률반경을 벗어나면 일부 파장의 광선이 제2 출사면(25)으로 출사하지 못하여 의도된 화각을 확보할 수 없는 문제점이 발생한다.
따라서 제작상의 공차(±1mm)를 감안하여 제1 입사면(11)의 곡률반경을 22mm로 제작하는 것이 가장 바람직하다.
제2 반사면(23)의 곡률반경은 10 ~ 12mm인 것이 바람직하다. 제2 반사면(23)의 곡률반경이 10 ~ 12mm로 형성되지 않으면 제1 반사면(15)에서 차폐가 발생하여 제대로 된 화각을 확보할 수 없다.
따라서 제작상의 공차(±1mm)를 감안하여 제2 반사면(23)의 곡률반경을 11mm로 제작하는 것이 가장 바람직하다.
또한, 제1 렌즈(10)와 제2 렌즈(20)가 동일한 재질로 구성되면 제1 렌즈(10)와 제2 렌즈(20) 사이에서 굴절이 일어나지 않는다.
제1 렌즈(10)와 제2 렌즈(20)를 접합할 때 UV 본드를 사용하는데, UV 본드란 UV(Ultraviolet Ray: 자외선)를 쪼이면 굳게 되는 본드를 말한다. UV 본드는 굴절률이 1.5 정도로 유리(glass)의 굴절률과 유사하고, 가시광선 영역에서 투과율 특성이 좋아 가시광선 영역(파장이 400nm ~ 700nm인 영역)의 광선에 영향을 주지 않는다. UV 본드의 대표적인 예로 발삼(Balsam)이 있다.
위와 같이 제1 렌즈(10)와 제2 렌즈(20)를 접합하면 제1 렌즈(10)로 입사한 광선은 제1 렌즈(10) 또는 제2 렌즈(20)의 내부에서 초점을 한번 맺는다. 상기 초점이 제1 렌즈(10)와 제2 렌즈(20)의 접합면에서 형성되면 산란이 일어나 이미지 센서에 맺히는 상의 선명도에 영향을 줄 수 있다.
제1 렌즈(10) 및 제2 렌즈(20)가 위에 설명된 곡률반경을 가지면 제1 렌즈(10)와 제2 렌즈(20)의 접합면에서 초점이 형성되지 않아 광의 산란이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
광학분야에서 렌즈의 소재는 크게 저굴절 고분산의 크라운(Crown) 계열과 고굴절 저분산의 플린트(Flint) 계열로 나누어진다. 아베수(Abbe's number)는 분산의 역수이고, 아베수 50 이상을 크라운 계열, 아베수 50 이하를 플린트 계열이라고 한다.
본 발명에 따른 전방위 렌즈 모듈은 파장이 400nm ~ 700nm인 가시광선 영역을 다루고 있어 색수차를 보정하기 위해 크라운 계열과 플린트 계열의 렌즈를 조합하여 사용할 필요가 있다.
본 발명에 따른 전방위 렌즈 모듈은 도 2에 도시된 바와 같이 제1 렌즈(10) 및 제2 렌즈(20) 외에도 제2 출사면(25)의 후방에 배치되는 복수 개의 렌즈(이하 '릴레이 렌즈부'라 한다)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
릴레이 렌즈부의 복수 개의 렌즈는 동일한 광축을 이루면서 일렬로 배치되며, 앞서 설명한 바와 같이 색수차 보정을 위해 크라운 계열과 플린트 계열의 렌즈를 조합으로 이루어진다. 예를 들어 크라운 계열은 NBK7 소재로 이루어질 수 있고, 플린트 계열은 NSF15, NSF8 소재로 이루어질 수 있다.
위의 예처럼 렌즈의 소재를 3종류로 한정하면 소재의 종류를 줄일 수 있어 양산화에 유리한 장점이 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 릴레이 렌즈부를 제3 렌즈(30) 내지 제9 렌즈(90)를 이용하여 구성할 수 있다. 도 2에서 C는 크라운 계열 소재의 렌즈를 의미하고, F는 플린트 계열의 소재를 의미한다.
릴레이 렌즈부의 복수 개의 렌즈를 배치할 때 서로 다른 종류의 렌즈를 연속하여 두 번 접합할 때 렌즈의 광축을 정확히 맞추기 어려운 문제가 있다.
예를 들어 크라운 계열의 볼록한 제5 렌즈(50), 플린트 계열의 오목한 제6 렌즈(60), 크라운 계열의 볼록한 제7 렌즈(70)를 연속하여 접합하는 경우, 제5 렌즈(50)와 제6 렌즈(60)의 접합면, 제6 렌즈(60)와 제7 렌즈(70)의 접합면을 서로 대응시켜 완전히 접합하려면 편심의 측정이 힘들어 렌즈 간의 광축을 맞추기 어려워진다.
그러나 도 2에 도시된 바와 같이 제5 렌즈(60) 와 제6 렌즈(60)를 곡률반경을 서로 다르게 하고, 렌즈의 가장자리만 접하는 에지 콘택트(Edge contact) 방식으로 제5 렌즈(50)와 제6 렌즈(60)의 가장자리만 접합함으로써 편심의 측정을 용이하게 할 수 있고, 렌즈 간의 광축을 편하게 맞출 수 있다.
제5 렌즈(50)와 제6 렌즈(60)를 에지 콘택트 방식으로 접합할 때, 제5 렌즈(50)와 제6 렌즈(60) 사이에는 소정 간격의 공간이 형성되는데, 이 공간의 간격이 너무 크게 형성되거나 작게 형성되면 이미지 센서에 맺히는 상이 어긋나 제대로된 화각을 확보하지 못할 수 있다. 이를 방지하기 위해 제5 렌즈(50)의 곡률반경과 제6 렌즈(60)의 곡률반경이 적절하게 선택되어 제작되는 것이 바람직하다.
또한, 릴레이 렌즈부는 셔터(Shutter) 방식의 적외선 필터(100)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 적외선 필터(100)를 닫아 적외선을 차단시키고, 적외선 필터(100)를 열어 적외선을 통과시킬 수 있다.
적외선 필터(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 릴레이 렌즈부의 가장 후방에 배치되는 것이 릴레이 렌즈부의 복수 개의 렌즈들 사이에 배치되는 것보다 제조상 편리한 장점이 있다.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 전방위 렌즈 모듈은 외부의 광선이 제1 렌즈(10)를 통해 입사하고, 제2 렌즈(20) 및 릴레이 렌즈부를 거쳐 이미지 센서에 도달하여 전방위 영상을 획득할 수 있다. 또한, 제1 렌즈(10) 및 제2 렌즈(20)의 접합 과정에서 편심 측정이 용이해져 렌즈 간의 광축을 동일하게 맞추는 것이 쉬워진다.
렌즈 간의 광축을 동일하게 맞추는 것이 쉬워짐으로써 본 발명에 따른 전방위 렌즈 모듈의 생산에 있어서 불량품이 나올 확률이 낮아진다. 즉, 수율이 높아지는 장점이 있다.
10: 제1 렌즈 11: 제1 입사면
13: 제1 출사면 15: 제1 반사면
20: 제2 렌즈 21: 제2 입사면
23: 제2 반사면 25: 제2 출사면
30: 제3 렌즈 40: 제4 렌즈
50: 제5 렌즈 60: 제6 렌즈
70: 제7 렌즈 80: 제8 렌즈
90: 제9 렌즈 100: 적외선 차단 필터

Claims (5)

  1. 일면에 볼록한 제1 입사면(11)이 형성되고, 타면에 제1 출사면(13)이 형성되며, 상기 제1 입사면(11) 중앙에 제1 반사면(15)이 형성되는 제1 렌즈(10) 및
    일면에 제2 입사면(21)이 형성되고 타면에 볼록한 제2 반사면(23)이 형성되며, 상기 제2 반사면(23) 중앙에 제2 출사면(25)이 형성되는 제2 렌즈(20)를 포함하여 구성되고,
    상기 제1 렌즈(10) 및 제2 렌즈(20)는 동일한 재질로 형성되며,
    상기 제1 출사면(13)이 오목하게, 상기 제2 입사면(21)이 볼록하게 형성되고, 상기 제1 출사면(13) 및 상기 제2 입사면(21)의 곡률반경이 동일하게 형성되어 접합되며,
    상기 제1 입사면(11)의 곡률반경은 21mm ~ 23mm로, 상기 제2 반사면(23)의 곡률반경은 10mm ~ 12mm로, 상기 제1 출사면(13) 및 상기 제2 입사면(21)의 곡률반경은 29mm ~ 31mm로 형성되어 상기 제1 렌즈(10) 및 상기 제2 렌즈(20)의 접합면에 초점이 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 전방위 렌즈 모듈.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    복수 개의 렌즈를 더 포함하여 구성되고, 상기 복수 개의 렌즈는 상기 제2 렌즈(20)의 후방에 배치되며, 상기 제1 렌즈(10) 및 상기 제2 렌즈(20)와 동일한 광축을 이루도록 일렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 전방위 렌즈 모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    연속하는 두 개의 렌즈 중 하나의 렌즈가 볼록 렌즈로 형성되고, 나머지 하나의 렌즈는 오목 렌즈로 형성되며, 상기 볼록 렌즈와 상기 오목 렌즈의 곡률반경이 동일하지 않게 형성되어 상기 볼록 렌즈와 상기 오목 렌즈의 가장자리가 서로 접합되는 것을 특징으로 하는 전방위 렌즈 모듈.
  5. 청구항 3에 있어서,
    셔터 방식의 적외선 필터(100)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전방위 렌즈 모듈.
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