KR101801643B1

KR101801643B1 - 전방위 촬상 광학계

Info

Publication number: KR101801643B1
Application number: KR1020160124517A
Authority: KR
Inventors: 조중길; 전종; 배동민
Original assignee: (주)헥스하이브
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2017-11-27

Abstract

개시된 전방위 촬상 광학계는, 물체를 보는 화각(FOV)이 이미지 센서면과 동일한 방향이 됨과 동시에, 광량의 손실이 작고, 광학 전장이 짧은 전방위 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다. 따라서, 본 발명 은, 360도 전체를 관찰할 수 있는 광학계로서, 일측에서 타측으로 차례로, 전두렌즈, 결상렌즈계, 및 이미지센싱부를 가지고, 상기 전두렌즈는, 양의 굴절력을 가지고 입사광을 굴절시키도록 가운데 빈 사발형상으로 형성된 1차 굴절면을 가지는 제1면과, 상기 굴절면의 일측에서 상기 굴절면을 통해 입사된 광을 타측으로 반사시키는 제2면과, 상기 제1면의 가운데 빈 공간을 채우면서 상기 제2면으로부터 반사된 광을 상기 결상렌즈계 방향으로 굴절시키는 2차 굴절면을 구비하는 것을 특징으로 하는 전방위 촬상 광학계를 제공한다.

Description

전방위 촬상 광학계{Omnidirectional optical system}

본 발명은 전방위 촬상 광학계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주변의 360° 방향으로부터 입사된 빛을 반사하여 아래 방향으로 인도하는 전방위 촬상 광학계에 관한 것이다.

전방위 영상 광학 장치(omnidirectional imaging apparatus)는 관찰자를 중심으로 주변 360° 방향의 모든 이미지를 한번에 포착하는 영상 장치이다. 이러한 전방위 영상 장치는, 실사 지도 제작, 자연 경관 촬영, 천체 관찰 등의 분야뿐만 아니라, 보안 및 감시 시스템, 가상 현실(Virtual Reality), 무인 자동차, 무인 비행기 등의 분야에도 적용될 수 있다.

상기 전방위 영상 광학 장치는, 전방위의 물체를 촬영하기 위한 광학계를 가진다. 한국공개특허공보 제10-2014-0145712호는 입사광을 2개의 반사면으로 반사시켜서 굴절시켜서 이미지 센서로 결상시킨다. 그러나 이 경우 물체를 보는 화각(FOV)이 이미지 센서면과 동일한 방향이기 때문에, 하측의 물체를 촬영하기 위해서는, 이미지 센서를 포함하는 본체가 천장에 고정되도록 하여 사용될 수 밖에 없다. 또한, 반사면 각각을 가지는 2개의 광부품이 사용되기 때문에 비용이 증가하고, 2개의 광부품 사이의 일정한 공간이 필요한 바, 광학계의 전장이 길어진다. 한국특허등록공보 제10-1469060호의 경우에도 물체를 보는 화각(FOV)이 이미지 센서면과 동일한 방향이다.

또한, 한국특허등록공보 제10-1145767호의 경우에는 반사부가, 입사면을 통한 빛을 1차 반사면 및 2차 반사면에서 반사하여서 렌즈부로 들어가게 한다. 이 경우에는 촬영되는 화각을 넓히기 위해서는 1차 반사면이 커게 할 수 밖에 없고, 이에 따라서 2차 반사면 또한 크게 해야 하기 때문에, 중앙에 발생하는 빛이 들어오지 못하는 영역이 커질 수 밖에 없다. 이에 따라서 영상을 복원하는 과정에서 부족한 정보량으로 화질의 열화가 생길 수 밖에 없다.

한국공개특허공보 제10-2014-0145712호 한국등록특허공보 제10-1469060호 한국등록특허공보 제10-1145767호

본 발명은, 물체를 보는 화각(FOV)이 이미지 센서면과 동일한 방향이 됨과 동시에, 광량의 손실이 작고, 광학 전장이 짧은 전방위 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 전방위 촬상 광학계는, 360도 전체를 관찰할 수 있는 광학계로서, 일측에서 타측으로 차례로, 전두렌즈, 결상렌즈계, 및 이미지센싱부를 가지고, 상기 전두렌즈는, 양의 굴절력을 가지고 입사광을 굴절시키도록 가운데 빈 사발형상으로 형성된 1차 굴절면을 가지는 제1면과, 상기 굴절면의 일측에서 상기 굴절면을 통해 입사된 광을 타측으로 반사시키는 제2면과, 상기 제1면의 가운데 빈 공간을 채우면서 상기 제2면으로부터 반사된 광을 상기 결상렌즈계 방향으로 굴절시키는 2차 굴절면을 구비한다.

상기 1차 굴절면은 물체측으로 볼록한 형상을 가지고, 상기 2차 굴절면은 물체측으로 오목한 형상을 가진다.

상기 전두 렌즈의 초점거리를 ff라하고, 총 전방위 촬상렌즈계를 ft라고 할때 다음식을 만족하는 것이 바람직하다.

- 4.6 < ff/ft < -3.8

또한, 상기 1차 굴절면의 곡률을 R1 이라 하고, 2차 굴절면의 곡률을 R4라 할때 다음식을 만족하는 것이 바람직하다.

R1=(-1)*R4

한편, 적어도 제1면은 구면을 이룰 수 있다.

본 발명에 따라면, 하나의 전두렌즈를 이용하여 하나의 반사면을 사용하여, 광을 입사함으로써, 물체를 보는 화각(FOV)이 이미지 센서면과 동일한 방향이 됨과 동시에, 광량의 손실이 작고, 광학 전장이 짧게 된다.

이에 따라서 본 발명의 전방위 촬상용 렌즈 조립체는, 주변 360° 방향으로 자신과 대등한 높이이거나 또는 낮은 높이에 위치하는 물체를 촬상할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전방위 광학계의 구성도이다.
도 2는 도 1의 전방위 광학계의 종방향 구면수차, 비점수차 및 왜곡에 관한 수차도이다.
도 3은 도 1의 전방위 광학계의 종색수차 및 횡색수차에 대한 수차도이다.
도 4는 도 1의 전방위 광학계가 설치된 전방위 영상 시스템의 일예를 도시한 단면이도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전방위 촬상용 렌즈 조립체를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전방위 광학계의 구성도이다.

도 1에서 R1, R2, R3, …는 각각 조리개, 및 렌즈의 물체측/상측 면의 곡률반경을 나타내고, D1, D2, D3,…는 조리개, 및 렌즈 간의 거리 또는 조리개, 렌즈의 중심두께를 나타내며, S1, S2, S3,…는 조리개, 및 렌즈의 각 면을 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 360도 전체를 관찰할 수 있는 광학계로서, 일측에서 타측으로 차례로, 전두렌즈(10), 결상렌즈계(20), 및 이미지센싱부(30)를 가진다. 이 경우, 상이 물체측과 동일한 방향에 결상된다.

전두렌즈(10)는 물체측으로부터 양의 굴절력을 가지고 입사광을 굴절시키도록 사발형상으로 형성된 제1면(S1)과, 상기 제1면(S1) 일측에서 상기 제1면(S1)을 통해 입사된 광을 타측, 즉 상측으로 반사시키는 제2면(S2)과, 상기 제2면으로부터 반사된 광을 상측으로 굴절시키는 제4면(S4)를 구비한다.

이 경우, 상기 제4면의 일측에는 상기 제2면(S2)를 반사한 빛을 통과시키는 제3면이 형성될 수 있다.

이에 따라서, 물체측으로부터의 광이 제1면에 의하여 굴절 입사되고, 제2면에서 반사되어서 상측으로 반사되어 가며, 상측으로 제3면 및 제4면이 차례대로 형성된다.

상기 제2면(S2)은 미러 코팅(mirror coating)이 되어 있을 수 있으며, 제1면으로 입사된 광이 제2면(S2)을 통해 반사된다. 상기 제2면은 상기 물체측으로 볼록한 형상을 가진다.

이 경우, 제1면(S1)과 제3면(S3)는 동일한 곡률반경을 가지면서 연속적으로 형성될 수 있다. 다시 말하면, 중공 사발모양의 제1면(S1)의 중공부에 제3면(S3)이 연속적으로 형성되는 모양으로서 제1면 및 제3면이 모두 물체측(상측)으로 볼록한 면을 가질 수 있다.

또한, 제3면(S3)의 두께는 0일 수 있다. 즉, 제3면과 제4면의 광축에서 서로 접하는 구조를 가지고 있다. 제4면(S4)은 물체측으로 오목한 형상을 하며, 광을 결상렌즈계로 굴절시킨다.

이에 따라서 상기 제3면(S3)는 실제로 외부로는 면이 형성되지 않고, 제4면(S4)의 외곽이, 사발모양의 제1면 중앙부으로부터 둘출된 형상으로 중앙부가 오목하여서, 상기 제1면(S4)의 연장선면과 만나는 중앙부를 가진 오목한 형상을 할 수 있다.

상기 제1면과 제3면을 이루는 연속면은 구면일 수 있다. 이를 통하여, 전두렌즈를 보다 쉽게 제작할 수 있다. 이 경우, 제3면과 동일한 물체측 면을 가지고, 상측면은 제4면으로 이루어진 별도의 굴절렌즈를 제3면에 접합함으로써, 제3면 및 제3면이 일체로 형성될 수 있다.

결상렌즈계(20)는 상기 전두렌즈(10)로부터 입사된 광을 이미지센싱부로 결상시킨다. 상기 결상렌즈계는 전두렌즈로부터 이미지센싱부로 차례로 제1 내지 제2 광투과 렌즈(L1, L2)와, 조리개(st)와 제3 내지 제6 광투과 렌즈(L3, L4, L5, L6)로 이루어질 수 있다.

제1 광투과 렌즈(L1)는 음의 굴절력을 갖고, 양면(S5, S6)이 오목한 형상을 가진다.

제2 광투과 렌즈(L2)는 양의 굴절력을 가지고, 양면(S7, S8)이 모두 물체측으로 볼록한 형상을 가진다.

제2 광투과 렌즈(L2)의 상측에 조리개(St)가 배치된다.

제3 광투과 렌즈는 양의 굴절력을 가지고, 양면(S10, S11)이 볼록한 형상을 가진다.

제4 광투과 렌즈(L4)는 제3 광투과 렌즈(L3)와 접합되어 있다. 즉, 제3 광투과 렌즈의 상측면(S11)은 제4 광투과 렌즈의 물체측면(S11)이 서로 동일하다. 이 경우, 제4 광투과 렌즈(L4)는 음의 굴절력을 가지고, 상측면(S12)은 물체측으로 볼록한 형상을 가진다.

제5 광투과 렌즈(L5)는 양의 굴절력을 가지고, 물체측면(S13)은 물체측으로 볼록하여, 상측면(S14)은 전두 렌즈 방향으로 볼록한 형상을 가진다.

제6 광투과 렌즈(L6)는 평면렌즈이다.

상기 결상광학계는 도 1에 도시된 바와 같이, 6개의 렌즈들로 이루어질 수 있고, 이와 달리 3, 4, 5, 7 등의 렌즈들로 이루어질 수 있다.

이미지 센싱부(30)는 상기 결상렌즈계로부터 유입된 광을 센싱한다.

이 경우, 상기 전두렌즈(10)의 초점거리를 ff라하고, 총 전방위 촬상렌즈계의 초점거리를 ft라고 할때 다음식을 만족하는 것이 바람직하다.

- 4.6 < ff/ft < -3.8

이 경우, 상기 값이 -4.6 이하인 경우에는 FOV값이 커진다는 장점이 있으나, 광학계의 직경이 너무 커진다는 문제점이 있고, 상기 값이 -3.8이상인 경우에는 FOV값이 작아진다는 문제점이 있다.

이 경우, 전두렌즈(10)는 플라스틱소재로 이루어지고, 제1면(S1) 및 제3면(S3)은 구면일 수 있다. 이에 따라서 전두렌즈의 제작이 편리해진다.

또한, 상기 제1면(S1)의 곡률을 R1 이라 하고, 제4면(S4)의 곡률을 R4라 할때 다음식을 만족하는 것이 바람직하다.

R1=(-1)*R4

표 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방위 광학계(실시예)의 스펙을 나타내고, 도 2는 실시예의 전방위 광학계의 종방향 구면수차, 비점수차 및 왜곡에 관한 수차도이고, 도 3은 실시예의 종색수차 및 횡색수차에 대한 수차도이다.

[표 1]

RDY THI RMD GLA

OBJ: INFINITY INFINITY

1: 19.00000 7.000000 'ZE-E48R'

2: 4.55463 -7.000000 REFL 'ZE-E48R'

K : -4.848655

CUF: 0.000000

A:-.232851E-05 B:-.121067E-08 C:0.000000E+00 D:0.000000E+00

3: 19.00000 0.000000 ZE-E48R

4: -19.00000 -1.000000

5: -19.83764 -0.500000 ZE-E48R

K : 0.000000

CUF: 0.000000

A:0.148287E-01 B:-.186733E-02 C:0.112554E-03 D:0.000000E+00

6: -1.49759 -3.116000

K : -0.569035

CUF: 0.000000

A:-.167182E-01 B:-.378134E-02 C:0.000000E+00 D:0.000000E+00

7: 282.84000 -4.000000 LAF2_HOYA

8: 4.48200 -1.000000

STO: INFINITY -2.154000

10: -8.56000 -1.710000 PCD4_HOYA

11: 3.00000 -0.500000 FDS90_HOYA

12: 22.83000 -0.100000

13: -5.87100 -1.630000 PCD4_HOYA

14: 12.55600 -1.500000

15: INFINITY -0.550000 BSC7_HOYA

16: INFINITY -1.701332

IMG: INFINITY 0.019308

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전방위 촬상 광학계의 경우, 구면수차, 비점수차 및 왜곡에 대한 수차가 작음을 알 수 있고, 종색수차 및 횡색수차 또한 작음을 알 수 있다.

본 발명에 따르면, 물체측과 상측이 동일한 방향으로 설계되고, 전두렌즈(10)가 1차 굴절면(제1면(S1))과, 반사면(제2면(S2))과, 2차 굴절면(제4면(S4))으로 구성된다. 이에 따라서 물체로부터의 빛이 최초 굴절면으로 입사되어서, 반사를 통하여 제2 굴절면으로 출사하도록 함으로써, 하나의 광부품을 사용하여서 전두렌즈를 제작할 수 있다. 이에 다라서, 전장의 길이도 짧아질 수 있고, 한번의 반사만으로 이루어지기 때문에, 반사에 대한 광량의 손실도 줄일 수 있다는 장점이 있다.

특히, 본 발명에 따르면, 한번의 굴절면을 통과한 후에 비구면 반사면을 지나도록 하여서 광학계의 전장 길이를 획기적으로 줄일 수 있다.

도 4는 본 발명의 전방위 촬상 광학계가 적용된 전방위 영상 시스템(omnidirectional imaging system)을 도시한다.

전방위 영상 시스템(100)은, 반사굴절 렌즈 홀더(holder)(40)와, 상기 반사굴절 렌즈 홀더 내부에 장착되는 전두렌즈(10)와, 제1 내지 제6 광투과 렌즈(L1, L2, L3, L4, L5, L6)와, 경통 어셈블리(90)를 구비한다.

상기 전방위 영상 시스템은 상기 전두렌즈(10)를 중심으로 주변 360° 방향의 이미지를 한번에 포착하는 영상 시스템을 의미한다.

반사굴절 렌즈 홀더(40)는 상면이 개방된 사발 측면형 용기(container) 형태의 부재로서, 여기에 전두렌즈(10)의 제1면(S1)이 둘러싸여 수용된다. 반사굴절 렌즈 홀더(40)는 제1면(S1)으로부터 균일한 간격으로 이격되도록 하측으로 볼록하며 투명한 광투과부(41)와, 전두렌즈의 제4면(S4)과 정렬되도록 광투과부(41)에서 이어져 파이프(pipe) 형상으로 아래로 연장된 연결부(47)를 구비한다. 상기 연결부(47)의 통공을 통해 제4면(S4)에서 출사된 광(光)이 아래로 향해 진행한다. 상기 연결부(47)의 내주면에는 암형 나사면이 형성된다.

커버(50)는 원판 형태의 부재로서, 반사굴절 렌즈 홀더(40)에 체결되어 상기 반사굴절 렌즈 홀더(40)의 개방된 상면을 폐쇄하여, 반사굴절 렌즈 홀더(40) 내부에 수용된 전두렌즈의 제2면(S2)을 가리며, 전두렌즈를 반사굴절 렌즈 홀더(40) 내부에서 움직이지 않게 고정시킨다. 구체적으로, 반사굴절 렌즈 홀더(40)의 외주부에는 전두렌즈의 플랜지(17)를 지지하도록 방사 방향으로 확장된 플랜지 지지부(42)가 형성된다. 상기 플랜지 지지부(42)의 일 부분은 확장되지 않고, 상기 플랜지 지지부(42)보다 상대적으로 내측으로 파여져 홈부(43)가 형성되고, 상기 홈부(43)에서 외주 방향을 따라 연장된 슬롯(slot)이 형성된다. 상기 슬롯은 상기 플랜지 지지부(42)와 단차진다.

커버(50)의 직경은 전두렌즈의 직경 또는 반사굴절 렌즈 홀더(40)의 직경보다 약간 크며, 커버(50)는 상기 플랜지(17)와 상기 플랜지 지지부(42)를 감쌀 수 있도록 외주변에서 아래로 돌출되어 연장된 스커트(skirt)(51)와, 상기 스커트(51)의 하단 내주면에서 내측으로 돌출된 잠금 돌기(53)를 구비한다. 상기 잠금 돌기(53)는 상기 홈부(43)와 정렬되는 위치에 구비된다. 상기 커버(50)를 상기 반사굴절 렌즈 홀더(40)에 체결할 때 상기 플랜지(17)가 상기 잠금 돌기(53)를 가로막아 방해하지 않도록, 상기 플랜지(17)의 일 부분은 주변보다 방사 방향으로 덜 확장된 플랜지 절단면(18)이 형성된다.

상기 제4면(S4)을 통해 아래로 출사된 광(光)은 제1 내지 제6 광투과 렌즈(L1, L2, L3, L4, L5, L6)를 순차적으로 투과한다. 상기 제1 내지 제6 광투과 렌즈(L1, L2, L3, L4, L5, L6)는 전두렌즈(10)의 아래에 일렬로 정렬되도록 순차적으로 배열된다.

상기 경통 어셈블리(90)는 상기 제1 내지 제6 광투과 렌즈(L1, L2, L3, L4, L5, L6)를 지지하고, 상기 제4면(S4) 및 상기 제1 내지 제6 광투과 렌즈(L1, L2, L3, L4, L5, L6)와 일렬로 정렬되게 아래에 배치되는 이미지센싱부(30)를 이루는 이미지 센서(80)를 포함하는 전방위 영상 시스템의 본체와, 반사굴절 렌즈 홀더(40)의 연결부(47)에 결합된다. 상기 경통 어셈블리(90)는 경통(barrel)(60)과, 베이스(base)(55)를 구비한다.

베이스(55)는 이미지 센싱부(80)가 탑재되는 전방위 영상 시스템의 본체(미도시)에 결합 고정된다. 베이스(55)의 하단부에는 상기 전방위 영상 시스템 본체에 체결 스크류(screw)(미도시)에 의해 체결되도록 스크류 체결부(59)가 마련된다. 상기 스크류 체결부(59)를 통해 상기 베이스(55)를 상기 전방위 영상 시스템 본체에 체결하면, 복수의 이미지센싱부(30)와 이미지 센싱부(30)와 일렬로 정렬된다. 베이스(55)의 내주면에는 필터 지지 돌출부(56)가 내측으로 돌출되고, 상기 필터 지지 돌출부(56)에 이미지 센서(80)에 수광되는 광(光)을 보정하는 밴드 패스 필터(band pass filter)(36)가 고정 지지된다. 베이스(55)의 상부는 파이프(pipe) 형상의 부분으로 내주면엔 암형 나사면이 형성된다.

경통(60)은 상기 연결부(47)와 상기 베이스(55) 사이에 개재되며, 제1 경통 부재(61)와 제2 경통 부재(70)를 구비한다. 제1 경통 부재(61)의 내주면에는 제1 내지 제2 광투과 렌즈(L1, L2)가 지지된다. 제1 경통 부재(61)의 상부 외주면에는 수형 나사면이 형성되고, 하부 내주면에는 암형 나사면이 형성된다. 제2 경통 부재(70)의 내주면에는 제3, 제4, 및 제5 광투과 렌즈(24, 26, 28)가 지지된다. 상기 제3 및 제4 광투과 렌즈(24, 26)는 서로 밀착되게 접합된 렌즈이다. 제2 경통 부재(70)의 상부 외주면과 하부 외주면에는 각각 수형 나사면이 형성된다.

상기 제1 경통 부재(61) 상부의 수형 나사면은 상기 연결부(47)의 암형 나사면과 나사 결합되고, 상기 제1 경통 부재(61) 하부의 암형 나사면은 상기 제2 경통 부재(70) 상부의 수형 나사면과 나사 결합된다. 상기 제2 경통 부재(70) 하부의 수형 나사면은 상기 베이스(55) 상부의 암형 나사면과 나사 결합된다.

상술한 바와 같이 반사굴절 렌즈 홀더(40)의 연결부(47)와 제1 경통 부재(61), 제1 경통 부재(61)와 제2 경통 부재(70), 및 제2 경통 부재(70)와 베이스(55)가 암형 나사면과 수형 나사면에 의해 나사 결합되어 있다. 따라서, 서로 나사 결합된 한 쌍의 부재들 중에서 하나의 부재를 다른 하나의 부재에 대해 회전시켜, 상기 한 쌍의 부재 사이의 거리, 즉 상하 간격을 조정할 수 있다. 특히, 제1 경통 부재(61)를 제2 경통 부재(70)에 대해 회전시켜, 상기 한 쌍의 경통 부재(61, 70) 사이의 간격을 용이하게 조정할 수 있어, 제1 경통 부재(61)에 지지된 제1 내지 제2 광투과 렌즈(L1, L2)와, 제2 경통 부재(70)에 지지된 제3 내지 제6 광투과 렌즈(L3, L4, L5, L6) 사이의 거리를 용이하게 조정할 수 있다.

한편, 제2 경통 부재(70)의 상부와 하부 사이에는 외경이 큰 확장 외경부(71)가 형성되어 있다. 작업자는 상기 확장 외경부(71)를 잡고 제2 경통 부재(70)를 제1 경통 부재(70)에 대해, 또는 베이스(55)에 대해 회전시킬 수 있다.

반사굴절 렌즈 홀더(40)의 광투과부(41)와 연결부(47)의 경계 부분에는 내주면에서 내측으로 돌출된 경통 스토퍼(barrel stopper)(46)가 구비된다. 제1 경통 부재(61)를 상기 연결부(47)에 결합할 때, 상기 경통 스토퍼(46)가 제1 경통 부재(61)의 상단을 가로막아 전두렌즈(10)와 제1 경통 부재(61)의 충돌과 그로 인한 손상을 방지한다. 제1 경통 부재(61)의 상단에는 내주면에서 내측으로 돌출된 렌즈 스토퍼(lens stopper)(65)가 구비된다. 상기 렌즈 스토퍼(65)는 제1 경통 부재(61)의 내주면에 지지된 제1 광투과 렌즈(L1)가 제1 경통 부재(61)의 상단을 통해 이탈되지 않도록 가로막는다.

제1 경통 부재(61) 내주면에 지지된 제1 광투과 렌즈(L1)와 제2 광투과 렌즈(L2) 사이에는 링(ring) 형상의 제1 스페이서(spacer)(30)가 개재되고, 제2 경통 부재(70) 내주면에 지지된 제4 광투과 렌즈(L4)와 제5 광투과 렌즈(L5) 사이에는 링 형상의 제2 스페이서(32)가 개재된다. 상기 제1 스페이서(30)는 제1 광투과 렌즈(L1)와 제2 광투과 렌즈(L2) 사이의 간격을 유지하고, 상기 제2 스페이서(32)는 제4 광투과 렌즈(L4)와 제5 광투과 렌즈(L5) 사이의 간격을 유지한다. 도 4에 도시된 제1 스페이서(30)를 대체하여 다른 종류의 제1 스페이서, 부연하면, 제1 스페이서(30)와 상하 방향 두께가 차이 나는 제1 스페이서를 제1 광투과 렌즈(L1)와 제2 광투과 렌즈(L2) 사이에 개재하면 제1 광투과 렌즈(20)와 제2 광투과 렌즈(22) 사이의 간격이 변경된다. 마찬가지로, 도 4에 도시된 제2 스페이서(32)를 대체하여 다른 종류의 제2 스페이서, 부연하면, 제2 스페이서(32)와 상하 방향 두께가 차이 나는 제2 스페이서를 제4 광투과 렌즈(L4)와 제5 광투과 렌즈(L5) 사이에 개재하면 제4 광투과 렌즈(L4)와 제5 광투과 렌즈(L5) 사이의 간격이 변경된다.

제2 경통 부재(70)의 하단부 내주면에는 링(ring) 형상의 리테이너(retainer)(34)가 고정된다. 상기 리테이너(34)의 외주면에는 수형 나사면이 형성되고, 제2 경통 부재(70) 하단부의 내주면에는 상기 수형 나사면에 대응되는 암형 나사면이 형성되어, 상기 리테이너(34)의 수형 나사면이 상기 제2 경통 부재(70)의 암형 나사면에 나사 결합된다. 상기 리테이너(34)는 제2 경통 부재(70) 내주면에 지지된 제3 내지 제 5 광투과 렌즈(L3, L4, L5)와 제2 스페이서(32)를 가로막아, 이들이 제2 경통 부재(70) 하단을 통해서 이탈되지 않도록 한다.

제1 경통 부재(61)에 제2 경통 부재(70)가 결합된 때 상기 제2 경통 부재(70)의 상단은 제1 경통 부재(61) 내주면에 지지된 제2 광투과 렌즈(22)를 밀착 지지한다. 상기 제2 경통 부재(70)의 상단은 제1 경통 부재(61) 내주면에 지지된 제1 및 제2 광투과 렌즈(20, 22)와 제1 스페이서(30)가 제1 경통 부재(61)에서 아래로 이탈되지 않도록 가로막는 리테이너(retainer)의 기능을 한다.

제2 경통 부재(70)의 내주면에는 제3 내지 제5 광투과 렌즈(L3, L4, L5)보다 높은 위치에 조리개(72)가 형성된다. 조리개(72)는 이미지 센서(80)에 결상되는 광량(光量)을 결정하는 것으로, 제2 경통 부재(70)의 내주면에서 내측으로 링(ring) 형상으로 돌출 형성된다.

만약, 본 발명의 전방위 촬상 렌즈 조립체가 제1 경통 부재(61)와 제2 경통 부재(70)로 분리 가능한 경통(60)이 아닌, 분리 불가능한 일체형의 경통을 구비한다면, 복수의 광투과 렌즈들이 적절한 유효경과 조립성을 갖게 하기 위하여 상측으로 갈수록 직경이 커지거나 하측으로 갈수록 직경이 커지는 광투과 렌즈 배열을 가져야만 한다. 또는, 중심부와 외주부의 두께 차이가 큰 광투과 렌즈를 구비하여야만 한다. 이럴 경우, 렌즈 성형시 에러(error)가 빈번하여 수율이 저하되고, 경통의 설계가 매우 곤란할 수 있다. 따라서, 조리개(72)를 중심으로 제1 경통 부재(61)에 지지되는 광투과 렌즈(L1, L2)와, 제2 경통 부재(70)에 지지되는 광투과 렌즈(L3, L4, L5)로 각각 모듈(module)화하여 별개로 제조 및 검사하고, 제1 경통 부재(61)의 모듈과 제2 경통 부재(70)의 모듈을 조립함으로써 불량율을 낮추고 생산성을 극대화할 수 있다.

이상에서 설명한 전방위 촬상용 렌즈 조립체(10)는, 주변 360° 방향으로 자신과 대등한 높이이거나 또는 낮은 높이에 위치하는 물체를 촬상할 수 있다. 특히, 상기 전방위 촬상용 렌즈 조립체(10)가 이미지 센서(80)를 포함하는 전방위 영상 시스템의 본체보다 높은 위치에 배치되기 때문에, 상기 이미지 센서(80)를 포함하는 본체를 헬멧, 담벽 상단, 전봇대 상단, 또는 차량 지붕에 설치하고, 상기 본체 위에 상기 전방위 촬상용 렌즈 조립체를 고정 탑재하여 주변을 촬상할 수 있다. 이와 같이 설치 방식을 통하여 다양한 장소에 설치하여 주변 감시 및 물체 촬영을 할 수 있다.

예를 들어, 오토바이를 타는 사람의 헬멧에 상기 전방위 촬상용 렌즈 조립체를 결합한다면, 오토바이 주변을 전방위로 촬영할 수 있다. 이에 따라서 상기 전방위 촬상용 렌즈 조립체는 일종의 블랙박스 기능을 할 수 있게 된다. 또한, 스키, 자전거 등의 운동 선수 헬멧에 착용하도록 하면, 상기 운동 선수의 움직임에 맞추어 보다 생동감 있고 박진감 있는 영상을 촬영할 수도 있다.

상기 전방위 촬상용 렌즈 조립체는 반사굴절 렌즈 홀더(40)와 커버(50), 반사굴절 렌즈 홀더(40)와 제1 경통 부재(61), 제1 경통 부재(61)와 제2 경통 부재(70), 제2 경통 부재(70)와 베이스(55)의 결합에는 체결 스크류 및 접착제가 적용되지 않는다. 또한, 복수의 광투과 렌즈(L1, L2, L3, L4, L5, L6)를 제1 및 제2 경통 부재(61, 70)의 내주면에 지지하는 데에도 체결 스크류 및 접착제가 적용되지 않는다. 따라서, 전방위 촬상용 렌즈 조립체의 조립 후에도 렌즈(10, L1, L2, L3, L4, L5, L6)의 교체나 렌즈들(10, L1, L2, L3, L4, L5, L6) 간의 정렬 상태 재조정을 위한 분해와 재조립이 용이하여, 조립 능률이 향상되고, 조립 불량율이 저하되며, 생산 원가가 절감된다.

또한, 반사굴절 렌즈 홀더(40)와 제1 경통 부재(61), 제1 경통 부재(61)와 제2 경통 부재(70), 및 제2 경통 부재(70)와 베이스(55)가, 암형 나사면과 수형 나사면의 나사 결합에 의해 결합되고, 인접한 렌즈 사이의 간격이 스페이서(30, 32)에 의해 조정된다. 따라서, 렌즈의 종류를 변경하여 설치할 수 있고, 변경된 렌즈에 따라 적절하게 렌즈 간 거리를 조정할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10: 전두렌즈 20: 결상렌즈계
30: 이미지센싱부 30, 32: 스페이서
34: 리테이너 41: 반사굴절 렌즈 홀더
50: 커버 60: 경통
L1, L2, L3, L4, L5, L6: 제1, 2, 3, 4, 5, 6 광투과 렌즈
S1, S2......: 렌즈 및 조리개 면
R1, R2......: 렌즈의 곡률반경

Claims

360도 전체를 관찰할 수 있는 광학계로서,
일측에서 타측으로 차례로, 전두렌즈, 결상렌즈계, 및 이미지센싱부를 가지고,
상기 전두렌즈는, 양의 굴절력을 가지고 입사광을 굴절시키도록 가운데 빈 사발형상으로 형성된 1차 굴절면을 가지는 제1면과, 상기 굴절면의 일측에서 상기 굴절면을 통해 입사된 광을 타측으로 반사시키는 제2면과, 상기 제1면의 가운데 빈 공간을 채우면서 상기 제2면으로부터 반사된 광을 상기 결상렌즈계 방향으로 굴절시키는 2차 굴절면을 구비하고,
상기 1차 굴절면을 보호하는 반사굴절 렌즈 홀더를 더 포함하고, 상기 반사굴절 렌즈 홀더는, 상기 1차 굴절면을 타측에서 균일한 간격으로 둘러싸도록 형성된 광 투과부를 구비하고,
상기 제2면은 미러 코팅되어 있는 반면, 별도의 차광부를 가지지 않고,
상기 1차 굴절면, 2차 굴절면, 및 광 투과부는 각각 구면(spherical surface, 球面)을 이루며,
상기 1차 굴절면의 곡률을 R1 이라 하고, 2차 굴절면의 곡률을 R4라 할때 다음식을 만족하는 전방위 촬상 광학계.
R1=(-1)*R4
제1 항에 있어서,
상기 1차 굴절면은 물체측 방향으로 볼록한 형상을 가지고,
상기 2차 굴절면은 물체측 방향으로 오목한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전방위 촬상 광학계.
제1 항에 있어서,
상기 전두 렌즈의 초점거리를 ff라하고, 총 전방위 촬상렌즈계를 ft라고 할때 다음식을 만족하는 전방위 촬상 광학계.
- 4.6 < ff/ft < -3.8
제1 항에 있어서,
상기 결상렌즈계를 이루는 렌즈 중 상기 전두 렌즈에 가장 인접한 렌즈는, 음의 굴절력을 갖고, 양면이 오목한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전방위 촬상 광학계.
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