KR101490165B1 - 입체 현미경을 위한 이미지 센서 일체형 렌즈계 - Google Patents

입체 현미경을 위한 이미지 센서 일체형 렌즈계 Download PDF

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Abstract

본 발명은 렌즈계에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 상거리를 초점거리보다 짧게 하여 이미지 센서와 렌즈계를 일체화함으로써 입체 현미경의 광을 영상으로 획득하는 데 적합한 입체 현미경을 위한 이미지 센서 일체형 렌즈계에 관한 것이다.

Description

입체 현미경을 위한 이미지 센서 일체형 렌즈계{Lens unified image sensor for stereoscopic microscope}
본 발명은 렌즈계에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 상거리를 대물렌즈의 초점거리(EFL)보다 짧게 하여 이미지 센서와 렌즈계를 일체화함으로써 입체 현미경의 광을 영상으로 획득하는 데 적합한 입체 현미경을 위한 이미지 센서 일체형 렌즈계에 관한 것이다.
입체 현미경이란 피검체의 좌안 영상 및 우안 영상을 획득하는 현미경으로 획득된 좌안 영상 및 우안 영상을 입체영상 디스플레이로 출력함으로써 관찰자가 입체영상을 관찰할 수 있게 한다.
도 1은 종래의 입체 현미경(한국등록특허 제10-0938453, 입체영상 획득장치 및 입체영상 획득장치를 구비한 입체현미경)을 보여주는 것으로 종래의 입체현미경(10)은 피검체의 광을 획득하는 대물 렌즈계(11), 상기 대물 렌즈계(11)의 광을 아래의 이미지 센서(13)로 전달하는 접안 렌즈계(12) 및 상기 접안 렌즈계(12)의 광을 결상하여 영상을 획득하는 이미지 센서(13)를 포함한다.
또한, 상기 이미지 센서(13)에서 획득된 영상은 입체영상 디스플레이(20)로 출력되어 관찰자가 입체영상을 관찰할 수 있다.
종래의 입체 현미경은 이미지센서의 영상획득위치를 조절하여 좌안 영상 및 우안 영상 간의 영상 정렬을 통해 해상도가 높은 입체영상이 출력되게 할 수 있는 장점이 있으나 부피가 큰 단점이 있다.
이러한 단점은 대물 렌즈계(11)와 접안 렌즈계(12)간의 광경로가 길어짐에 따라 발생하는 문제점으로 상거리를 대물렌즈의 초점거리(EFL)보다 짧게 하여 이미지센서와 렌즈계간의 거리를 줄임으로써 렌즈계와 이미지센서를 소형 및 일체형으로 제작할 수 있는 입체현미경을 위한 렌즈계의 요구가 있다.
본 발명자들은 렌즈계의 소형화를 통해 렌즈계와 이미지센서를 일체화함으로써 입체 현미경의 부피를 줄이고자 연구 노력한 결과, 상거리가 대물렌즈의 초점거리(EFL)보다 짧아 소형으로 이미지센서와 일체화할 수 있는 렌즈계의 기술적 구성을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상거리가 대물렌즈의 초점거리(EFL)보다 짧게 함으로써 이미지센서와 렌즈계를 일체화하여 입체현미경의 부피를 매우 줄일 수 있는 이미지센서 렌즈계를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 입체현미경에서 획득한 광을 결상하는 이미지센서 일체형 렌즈계로서, 상기 입체현미경의 대물렌즈에서 출력되는 광을 집속하는 제1 렌즈군; 상기 제1 렌즈군의 광을 입력받고, 입력받은 광을 발산시켜 상거리를 결정하는 제2 렌즈군; 및 상기 제2 렌즈군에서 출력된 광을 영상으로 획득하는 이미지 센서;를 포함하고, 상기 제2 렌즈군의 광 출사면에서 상기 이미지 센서까지의 거리인 상거리가 대물렌즈의 초점거리(EFL)보가 짧은 것을 특징으로 하는 이미지센서 일체형 렌즈계를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 렌즈군은 광 입사 측으로부터 양 볼록 렌즈, 볼록오목 렌즈 및 양 오목 렌즈를 포함하고, 상기 제2 렌즈군은 광 입사 측으로부터 제1 오목볼록 렌즈 및 제2 오목볼록 렌즈를 포함하며, 상기 제1 오목볼록 렌즈 및 상기 제2 오목볼록 렌즈는 서로 접합된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 양 볼록 렌즈와 상기 볼록오목 렌즈 간의 거리는 0.5±0.05mm이고, 상기 볼록오목 렌즈와 상기 양 오목 렌즈 간의 거리는 0.7±0.05mm이고, 상기 양 오목 렌즈와 상기 제1 오목볼록 렌즈 간의 거리는 17.64±0.05mm이고, 상기 제2 오목볼록 렌즈와 상기 이미지 센서 간의 거리는 10±0.05mm이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 양 볼록 렌즈의 곡률반경은 광 입사면이 13.84±0.05mm이고, 광 출사면은 -75.74±0.05mm이며, 상기 볼록오목 렌즈의 곡률반경은 광 입사면이 15.95±0.05mm이고, 광 출사면은 115.7±0.05mm이며, 상기 양 오목 렌즈의 곡률반경은 광 입사면이 -52.71±0.05mm이고, 광 출사면은 19.89±0.05mm이며, 상기 제1 오목볼록 렌즈의 곡률반경은 광 입사면이 -7.35±0.05mm이고, 광 출사면은 -4.62±0.05mm이며, 상기 제2 오목볼록 렌즈의 곡률반경은 광 입사면이 -4.62±0.05mm이고, 광 출사면은 -11.74±0.05mm이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 이미지 센서는 대각선의 길이가 6±0.05mm이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 렌즈군은 상기 입체현미경의 대물렌즈에서 출력되는 좌안 광을 집속하는 제1 좌안 렌즈군 및 상기 제1 좌안 렌즈군과 일정한 거리 이격되고, 상기 입체현미경의 대물렌즈에서 출력되는 우안 광을 집속하는 제1 우안 렌즈군을 포함하고, 상기 제2 렌즈군은 상기 제1 좌안 렌즈군의 광을 입력받고 입력받은 광을 발산시켜 좌안 영상의 상거리를 결정하는 제2 좌안 렌즈군과 상기 제2 좌안 렌즈군과 일정한 거리 이격되고, 상기 제1 우안 렌즈군의 광을 입력받고 입력받은 광을 발삼시켜 우안 영상의 상거리를 결정하는 제2 우안 렌즈군을 포함하고, 상기 이미지 센서는 상기 제2 좌안 렌즈군에서 출력된 광을 좌안 영상으로 획득하는 좌안 이미지 센서 및 상기 제2 우안 렌즈군에서 출력된 광을 우안 영상으로 획득하는 우안 이미지 센서를 포함하며, 상기 제1 좌안 렌즈군과 상기 제1 우안 렌즈군은 각각 상기 양 볼록 렌즈, 상기 볼록오목 렌즈 및 상기 양 오목 렌즈를 포함하고, 상기 제2 좌안 렌즈군과 상기 제2 우안 렌즈군은 각각 상기 제1 오목볼록 렌즈 및 상기 제2 오목볼록 렌즈를 포함한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
본 발명의 이미지 센서 일체형 렌즈계에 의하면, 상거리가 대물렌즈의 초점거리(EFL)보다 짧아 렌즈와 이미지센서와 일체화할 수 있으므로, 광 경로가 짧아져 영상획득의 안정성을 향상할 시킬 수 있고, 입체 현미경의 부피를 매우 작게 제작할 수 있게 하는 장점이 있다.
도 1은 종래의 입체현미경을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈계를 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈계의 양 볼록 렌즈의 설계도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈계의 볼록오목 렌즈의 설계도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈계의 양 오목 렌즈의 설계도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈계의 제1 오목볼록 렌즈의 설계도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈계의 제2 오목볼록 렌즈의 설계도이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈계(100)는 입체 현미경에서 획득한 광을 결상하여 영상을 얻기 위한 이미지 센서 일체형 렌즈계로써, 제1 렌즈군(110), 제2 렌즈군(120) 및 이미지 센서(130)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1 렌즈군(110)은 입체현미경의 대물렌즈에서 출력되는 광을 집속하며, (+)파워를 갖는 볼록렌즈의 기능을 한다.
또한, 상기 제1 렌즈군(110)은 3매의 렌즈를 포함하며, 광 입사 측으로부터 양 볼록 렌즈(111,biconvex lens), 볼록오목 렌즈(112,meniscus lens) 및 양 오목 렌즈(113,biconcave lens)를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 양 볼록 렌즈(111)와 상기 볼록오목 렌즈(112) 간의 거리는 0.5±0.05mm이고, 상기 볼록오목 렌즈(112)와 상기 양 오목 렌즈(113) 간의 거리는 0.7±0.05mm이다.
또한, 상기 양 볼록 렌즈(111)의 곡률반경은 광 입사면이 13.84±0.05mm이고, 광 출사면은 -75.74±0.05mm이며, 상기 볼록오목 렌즈(112)의 곡률반경은 광 입사면이 15.95±0.05mm이고, 광 출사면은 115.7±0.05mm이며, 상기 양 오목 렌즈(113)의 곡률반경은 광 입사면이 -52.71±0.05mm이고, 광 출사면은 19.89±0.05mm이다.
또한, 상기 양 볼록 렌즈(111)의 두께는 3.06±0.03mm이고, 상기 볼록오목 렌즈(112)의 두께는 2.64±0.03mm이며, 상기 양 오목렌즈(113)의 두께는 1.5±0.03mm일 수 있다.
상기 제2 렌즈군(120)은 상기 제1 렌즈군(110)의 후방에 위치하며, 상기 제1 렌즈군(110)의 광을 입력받고, 입력받은 광을 발산시켜 상거리를 결정한다.
또한, 상기 제2 렌즈군(120)은 (-)파워를 갖는 오목렌즈의 역할을 하며, 상기 제1 렌즈군(110)의 후방에 위치하는 이유는 상거리(BFL)가 대물렌즈의 초점거리(EFL)보다 짧아 지게 하여 렌즈계의 전체적인 길이를 줄임으로써 이미지 센서와의 일체화를 용이하게 하기 위함이다.
또한, 상기 제2 렌즈군(120)은 광 입사 측으로부터 순차적으로 위치하는 제1 오목볼록 렌즈(121,meniscus lens) 및 제2 오목볼록 렌즈(122,meniscus lens)를 포함하여 이루어지며, 상기 제1 오목볼록 렌즈(121)와 상기 제2 오목볼록 렌즈(122)는 서로 접합된다.
또한, 상기 제1 오목볼록 렌즈(121)와 상기 제2 오목볼록 렌즈(122)는 접착제의 굴절률을 고려하며 면반사가 평균 0.5%이하가 되도록 코팅하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 양 오목 렌즈(113)와 상기 제1 오목볼록 렌즈(121) 간의 거리는 17.64±0.05mm이고, 상기 제1 오목볼록 렌즈(121)와 상기 제2 오목볼록 렌즈(122)는 서로 접합되며, 상기 제2 오목볼록 렌즈(122)와 상기 이미지 센서(130) 간의 거리는 10±0.05mm이다.
여기서, 상기 제2 오목볼록 렌즈(122)와 상기 이미지 센서(130) 간의 거리는 상거리(BFL)이 되고, 또한, 상기 제1 렌즈군(110)과 상기 제2 렌즈군(120)의 초점거리는 55±0.05mm가 된다.
따라서, 상거리가 대물렌즈의 초점거리(EFL)보다 짧아 렌즈계를 소형화할 수 있으므로 렌즈와 이미지 센서를 일체형으로 제작하기 용이하며, 입체 현미경과 일체로 제공될 때, 부피를 줄일 수 있다.
또한, 상기 제1 오목볼록 렌즈(121)의 곡률반경은 광 입사면이 -7.35±0.05mm이고, 광 출사면은 -4.62±0.05mm이며, 상기 제2 오목볼록 렌즈(122)의 곡률반경은 광 입사면이 -4.62±0.05mm이고, 광 출사면은 -11.74±0.05mm이다.
상기 이미지 센서(130)는 상기 제2 렌즈군(120)에서 출력된 광을 영상으로 획득하며, CCD 또는 CMOS 센서일 수 있다.
또한, 상기 이미지 센서(130)는 대각선의 길이가 6±0.05mm인 이미지 센서로 구비된다.
또한, 도시하지는 않았으나 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈계(100)는 상기 제1 렌즈군(110), 상기 제2 렌즈군(120) 및 상기 이미지 센서(130)를 내부에 고정할 수 있는 케이스가 더 포함될 수 있다.
즉, 상기 렌즈계(110)를 입체현미경의 대물렌즈 경통에 간단히 부착하여 영상을 획득할 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈군(110)은 서로 일정한 거리 이격되고 나란한 광 전달 축을 갖는 제1 좌안 렌즈군 및 제1 우안 렌즈군을 포함할 수 있고, 상기 제2 렌즈군(110)은 서로 일정한 거리 이격되고 나란한 광 전달 축을 가지며, 상기 제1 좌안 렌즈군의 광을 발산시켜 좌안 영상의 상거리를 결정하는 제2 좌안 렌즈군 및 상기 제1 우안 렌즈군의 광을 발산시켜 우안 영상의 상거리를 결정하는 제2 우안 렌즈군을 포함할 수 있으며, 상기 이미지 센서(130)는 상기 제2 좌안 렌즈군의 광을 좌안 영상으로 획득 좌안 이미지 센서 및 상기 제2 우안 렌즈군의 광을 우안 영상으로 획득하는 우안 이미지 센서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 좌안 렌즈군 및 상기 제1 우안 렌즈군은 각각 상기 양 볼록 렌즈(111), 상기 볼록오목 렌즈(112) 및 상기 양 오목 렌즈(113)를 포함하고, 상기 제2 좌안 렌즈군 및 상기 제2 우안 렌즈군은 각각 상기 제1 오목볼록 렌즈(121)와 상기 제2 오목볼록 렌즈(122)를 포함한다.
즉, 본 발명의 렌즈계(100)는 입체영상 획득용으로 제작될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100:렌즈계 110:제1 렌즈군
111:양 볼록 렌즈 112:볼록오목 렌즈
113:양 오목 렌즈 120:제2 렌즈군
121:제1 오목볼록 렌즈 122:제2 오목볼록 렌즈
130:이미지 센서

Claims (6)

  1. 입체현미경에서 획득한 광을 결상하는 이미지센서 일체형 렌즈계로서,
    상기 입체현미경의 대물렌즈에서 출력되는 광을 집속하며, 광 입사 측으로부터 양 볼록 렌즈(111), 볼록오목 렌즈(112) 및 양 오목 렌즈(113)를 포함하는 제1 렌즈군(110);
    상기 제1 렌즈군(110)의 광을 입력받고, 입력받은 광을 발산시켜 상거리를 결정하며, 광 입사 측으로부터 제1 오목볼록 렌즈(121) 및 제2 오목볼록 렌즈(122)를 포함하는 제2 렌즈군(120); 및
    상기 제2 렌즈군(120)에서 출력된 광을 영상으로 획득하는 이미지 센서(130);를 포함하고,
    상기 제2 렌즈군(120)의 광 출사면에서 상기 이미지 센서까지의 거리인 상거리가 상기 대물렌즈의 초점거리(EFL)보다 짧은 것을 특징으로 하는 이미지센서 일체형 렌즈계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 오목볼록 렌즈 및 상기 제2 오목볼록 렌즈는 서로 접합되는 것을 특징으로 하는 이미지센서 일체형 렌즈계.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 양 볼록 렌즈와 상기 볼록오목 렌즈 간의 거리는 0.5±0.05mm이고,
    상기 볼록오목 렌즈와 상기 양 오목 렌즈 간의 거리는 0.7±0.05mm이고,
    상기 양 오목 렌즈와 상기 제1 오목볼록 렌즈 간의 거리는 17.64±0.05mm이고,
    상기 제2 오목볼록 렌즈와 상기 이미지 센서 간의 거리는 10±0.05mm인 것을 특징으로 하는 이미지센서 일체형 렌즈계.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 양 볼록 렌즈의 곡률반경은 광 입사면이 13.84±0.05mm이고, 광 출사면은 -75.74±0.05mm이며,
    상기 볼록오목 렌즈의 곡률반경은 광 입사면이 15.95±0.05mm이고, 광 출사면은 115.7±0.05mm이며,
    상기 양 오목 렌즈의 곡률반경은 광 입사면이 -52.71±0.05mm이고, 광 출사면은 19.89±0.05mm이며,
    상기 제1 오목볼록 렌즈의 곡률반경은 광 입사면이 -7.35±0.05mm이고, 광 출사면은 -4.62±0.05mm이며,
    상기 제2 오목볼록 렌즈의 곡률반경은 광 입사면이 -4.62±0.05mm이고, 광 출사면은 -11.74±0.05mm인 것을 특징으로 하는 이미지센서 일체형 렌즈계.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 대각선의 길이가 6±0.05mm인 것을 특징으로 하는 이미지센서 일체형 렌즈계.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군은 상기 입체현미경의 대물렌즈에서 출력되는 좌안 광을 집속하는 제1 좌안 렌즈군 및 상기 제1 좌안 렌즈군과 일정한 거리 이격되고, 상기 입체현미경의 대물렌즈에서 출력되는 우안 광을 집속하는 제1 우안 렌즈군을 포함하고,
    상기 제2 렌즈군은 상기 제1 좌안 렌즈군의 광을 입력받고 입력받은 광을 발산시켜 좌안 영상의 상거리를 결정하는 제2 좌안 렌즈군과 상기 제2 좌안 렌즈군과 일정한 거리 이격되고, 상기 제1 우안 렌즈군의 광을 입력받고 입력받은 광을 발삼시켜 우안 영상의 상거리를 결정하는 제2 우안 렌즈군을 포함하고,
    상기 이미지 센서는 상기 제2 좌안 렌즈군에서 출력된 광을 좌안 영상으로 획득하는 좌안 이미지 센서 및 상기 제2 우안 렌즈군에서 출력된 광을 우안 영상으로 획득하는 우안 이미지 센서를 포함하며,
    상기 제1 좌안 렌즈군과 상기 제1 우안 렌즈군은 각각 상기 양 볼록 렌즈, 상기 볼록오목 렌즈 및 상기 양 오목 렌즈를 포함하고,
    상기 제2 좌안 렌즈군과 상기 제2 우안 렌즈군은 각각 상기 제1 오목볼록 렌즈 및 상기 제2 오목볼록 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 일체형 렌즈계.
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