KR101909535B1 - 다양한 크기의 오브젝트를 촬영할 수 있는 하이퍼센트릭 렌즈 - Google Patents

다양한 크기의 오브젝트를 촬영할 수 있는 하이퍼센트릭 렌즈 Download PDF

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박태양
조현우
김현욱
고재석
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한국산업기술대학교산학협력단
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Abstract

본 발명의 다양한 크기의 오브젝트를 촬영할 수 있는 하이퍼센트릭 렌즈는 전방에 배치되어 오브젝트를 촬영하는 제1 렌즈군; 상기 제1 렌즈군과 이격되어 설치되고, 상기 제1 렌즈군을 통해 입사되는 광을 집광하는 제2 렌즈군; 상기 제2 렌즈군과 이격되어 설치되고, 상기 제2 렌즈군을 통해 입사되는 광을 이미지 센서로 집광하는 제 3 렌즈군; 및 상기 제1 렌즈군, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군을 내부에 구비하는 하우징을 포함하고, 상기 오브젝트의 크기에 따라 결정되고, 상기 제1 렌즈군과 상기 오브젝트 사이의 거리인 오브젝트 거리(Object Distance)는, 상기 오브젝트 거리에 따라, 상기 제3 렌즈군과 상기 이미지 센서 사이의 거리인 이미지 거리(image distance)가 조절되어, 상기 오브젝트의 상면과 측면이 동시에 촬영된다.

Description

다양한 크기의 오브젝트를 촬영할 수 있는 하이퍼센트릭 렌즈{HYPERCENTRIC LENS CAMERA CAPABLE OF OBJECT OF VARIOUS SIZE}
본 발명은 하이퍼센트릭 렌즈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 크기의 오브젝트의 상면과 측면을 동시에 촬영할 수 있는 하이퍼센트릭 렌즈에 관한 것이다.
기계에 인간이 가지고 있는 시각과 판단 기능을 부여한 것을 머신 비전이라고 한다. 사림이 인지하고 판단하는 기능을 하드웨어와 소프트웨어의 시스템이 대신 처리하는 기술로, 제품의 외관에 대한 검사 혹은 측정을 카메라, 영상 보드, 광학기기, 영상처리 소프트웨어 등을 이용하여 수행한다.
머신비전은 각종 산업분야가 자동화로 전환되면서 급속도로 확산되고 있어 PDP, LCD, 반도체업계와 같이 머신 비전이 일반화되어있는 분야뿐만 아니라 알루미늄, 자동차, 목재, 섬유, 유리, 철, 주조 및 화학 등 거의 업계 전체의 생산공정 중 검사공정에서 반드시 사용하게 되었다. 머신비전은 제품의 외관 검사를 위한 것으로, 사진을 찍어 제품의 불량을 검사한다. 여기서 사용되는 카메라에는 결상광학계 렌즈가 사용된다. 결상광학계는 엔토센트릭(Entocentric), 텔레센트릭(Telecentric) 및 하이퍼센트릭(Hypercentric)으로 구분된다. 엔토센트릭(Entocentric)은 오브젝트인 물체에서 시작된 빛이 렌즈와 조리개를 지나 물체의 원근과 동일하게 가까운 물체는 크게, 먼 물체는 작게 보이는 상을 형성한다. 텔레센트릭(Telecentric)은 물체의 각 포인트에서 나가는 빛이 평행이므로 물체의 거리와 상관없이 일정한 비율을 가지며, 원근에 상관없이 일정한 크기의 상을 형성한다.
하이퍼센트릭(Hypercentric)은 물체의 상면과 측면을 동시에 촬영할 수 있는 광학계로서, 물체의 상면과 측면의 빛을 렌즈가 모두 받아들여 먼 물체가 가까운 물체보다 더 큰 상을 형성하여 3차원적인 이미지를 촬영할 수 있는 광학계이다. 광학계로 검사하고자 하는 부품의 회전이 필요 없으며 거울 등의 추가적인 광학 부품이 필요치 않으므로 빠르고 보다 저 비용의 효과적인 검사 프로세스가 가능하다.
도 1은 하이퍼센트릭 광학계의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 하이퍼센트릭 광학계(100)는 하이퍼센트릭 렌즈(110) 및 이미지 센서(120)로 구성된다. 광선들이 교차하는 Convergence Point(C.P)가 오브젝트(130)의 뒤에 존재하여 원뿔모양의 작업 영역(working area)을 형성한다. 그리하여 오브젝트(130)의 상면은 이미지 상에서 중심부(A)에, 측면은 주변부(B)에 결상된다. 결과적으로 광학계에 근접한 면은 작게 보이며 멀어질수록 더 크게 보이게 된다. 이러한 특성으로 인해 오브젝트(130)의 상면 및 측면을 동시에 촬영이 가능하다.
종래의 이러한 하이퍼센트릭 광학계(100)는 고정된 위치에 놓인 특정 크기를 가진 물체에 대해서만 상면과 측면의 촬영이 가능하였다. 또한 물체의 크기가 달라지면 작업 거리(working distance) 또는 오브젝트 거리(Object Distance)가 변하여 초점 위치가 변하기 때문에 물체의 크기에 따라 렌즈를 교체해줘야하는 번거로움이 존재하였다. 물체의 크기에 맞는 렌즈로 교체하지 않으면 물체가 선명하게 보이지 않는다.
[관련기술문헌]
국제공개번호 WO2017/046121호(2017.3.23)
본 발명의 목적은 오브젝트의 크기 또는 오브젝트 거리(Object Distance)에 상관없이 하나의 렌즈를 이용하여 원하는 상면 및 측면 이미지를 선명하게 촬영할 수 있는 하이퍼센트릭 렌즈를 제공하는데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 다양한 크기의 오브젝트를 촬영할 수 있는 하이퍼센트릭 렌즈는 전방에 배치되어 오브젝트를 촬영하는 제1 렌즈군; 상기 제1 렌즈군과 이격되어 설치되고, 상기 제1 렌즈군을 통해 입사되는 광을 집광하는 제2 렌즈군; 상기 제2 렌즈군과 이격되어 설치되고, 상기 제2 렌즈군을 통해 입사되는 광을 이미지 센서로 집광하는 제 3 렌즈군; 및 상기 제1 렌즈군, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군을 내부에 구비하는 하우징을 포함하고, 상기 오브젝트의 크기에 따라 결정되고, 상기 제1 렌즈군과 상기 오브젝트 사이의 거리인 오브젝트 거리(Object Distance)는, 상기 오브젝트 거리에 따라, 상기 제3 렌즈군과 상기 이미지 센서 사이의 거리인 이미지 거리(image distance)가 조절되어, 상기 오브젝트의 상면과 측면이 동시에 촬영된다.
일 실시예에 있어서, 상기 이미지 센서에 형성된 상기 오브젝트의 이미지 크기는, 상기 오브젝트의 크기와 무관하게 일정한 크기로 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 이미지 거리는, 기계적인 구성을 통하여 가변된다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 렌즈군, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제 3 렌즈군은, 상기 오브젝트의 크기와 무관하게 상기 하우징 내에서 이동없이 고정된다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 렌즈군의 Focal length는 85.8451이고, 상기 제2 렌즈군의 Focal length는 -141.648이며, 상기 제3 렌즈군의 Focal length는 16.8338이다.
일 실시예에 있어서, 상기 오브젝트의 지름(A), 상기 오브젝트의 측면높이(B), 상기 오브젝트 거리(C), 상기 이미지 거리(D)는, 상기 A, B, C, D 의 상관 관계를 나타내는 아래의 표를 만족한다.
Figure 112017050600407-pat00001
일 실시예에 있어서, 상기 제2 렌즈군과 상기 제3 렌즈군 사이에 위치되는 가변 조리개를 더 포함한다.
본 발명에 따른 하이퍼센트릭 렌즈의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 오브젝트의 크기에 따라오브젝트 거리가 변하더라도 이미지 거리를 조절함으로써 하나의 렌즈를 이용하여 다양한 크기의 오브젝트를 선명하게 촬영할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 렌즈군의 이동이 없어 경통 구조가 간단하다는 장점이 있다.
도 1은 하이퍼센트릭 광학계의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이퍼센트릭 렌즈의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 하이퍼센트릭 렌즈에서, 오브젝트의 크기에 따른 이미지를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 하이퍼센트릭 렌즈에서, 오브젝트의 크기에 따른 오브젝트 거리와 이미지 거리를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 하이퍼센트릭 렌즈에서, 오브젝트의 크기에 따른 오브젝트 거리와 이미지 거리를 나타내는 표이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 하이퍼센트릭 렌즈에서, 오브젝트 거리, 이미지 거리 및 해상도에 관한 그래프를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따라 구현된 하이퍼센트릭 렌즈의 외관을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이퍼센트릭 렌즈의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 하이퍼센트릭 렌즈(210)는 제1 렌즈군(212)과 제2 렌즈군(214)과 제3 렌즈군(216) 및 하우징(218)을 포함할 수 있다. 제1 렌즈군(212)은 하이퍼센트릭 렌즈(210)의 전방에 배치되어 오브젝트(230)를 촬영할 수 있다. 제1 렌즈군(212)은 오브젝트(230)로부터의 광선을 집광하는 기능을 할 수 있다. 제2 렌즈군(214)은 제1 렌즈군(212)과 이격되어 설치되고, 제1 렌즈군(212)을 통해 입사되는 광을 집광할 수 있다. 제3 렌즈군(216)은 제2 렌즈군(214)과 이격되어 설치되고, 제2 렌즈군(214)을 통해 입사되는 광을 이미지 센서(240)로 집광할 수 있다. 이미지 센서(240)에서는 제1, 2, 3 렌즈군(212, 214, 216)을 통해 촬영된 오브젝트(230)의 이미지 형상을 확인할 수 있다.
제1, 2, 3 렌즈군(212, 214, 216)은 하우징(218) 내부에 구비될 수 있다. 이때, 제1, 2, 3 렌즈군(212, 214, 216)은 오브젝트(230)의 크기와 무관하게 이격된 상태에서 이동없이 고정될 수 있다.
제2 렌즈군(214)과 제3 렌즈군(216) 사이에는 가변 조리개(217)가 포함될 수 있다. 가변 조리개(217)는 조리개 값을 조절하여 렌즈 내부로 들어오는 빛의 양을 조절하기 위한 구성이다. 본 발명에서는 다양한 크기의 오브젝트(230)에 따라 가변 조리개(217)의 조리개 값을 조절함으로써 촬영된 이미지의 심도가 다양하게 조절될 수 있다. 그러므로 오브젝트(230)의 크기에 관계없이 선명하게 이미지를 촬영할 수 있다.
여기서, 제1 렌즈군(212)으로부터 오브젝트(230)까지의 거리는 오브젝트 거리(O.D: Object Distance)로 정의한다. 또한 제3 렌즈군(216)으로부터 이미지 센서(240)까지의 거리는 이미지 거리(I.D: Image Distance)로 정의한다.
본 발명에서는 오브젝트(230)의 크기, 바람직하게는 오브젝트(230)의 지름에 따라 오브젝트 거리(O.D)를 정한다. 오브젝트(230)의 높이를 고려할 수도 있다. 오브젝트(230)의 크기에 따라 오브젝트 거리(O.D)가 정해지면, 오브젝트 거리(O.D)와 상관 관계를 갖는 이미지 거리(I.D)를 조절하여 포커싱(Focusing) 위치를 보상한다. 그러면 이미지 센서(216)에 오브젝트(230)의 이미지가 형상화된다.
하이퍼센트릭 렌즈(210)를 이용하여 오브젝트(230)를 촬영하는 경우, 하나의 하이퍼센트릭 렌즈(210)를 이용하여 다양한 크기의 오브젝트(230) 상면 및 측면을 동시에 촬영할 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 오브젝트(230)의 크기에 따라 오브젝트 거리(O.D)에 대하여 측정하고, 이에 따른 이미지 거리(I.D)를 측정한 기준 데이터를 준비한다. 사용자는 촬영하고자 하는 오브젝트(230)의 크기를 측정한 후, 기준 데이터를 바탕으로 오브젝트 거리(O.D) 및 이미지 거리(I.D)를 확인하고, 해당되는 오브젝트 거리(O.D) 및 이미지 거리(I.D)를 조절할 수 있다.
오브젝트(230)의 크기에 따라 오브젝트 거리(O.D)를 확인하고, 이에 따른 이미지 거리(I.D)가 조절됨으로써 오브젝트(230)의 크기에 상관없이 이미지 센서(240)에 형성되는 이미지 크기를 동일하게 제어할 수 있다. 오브젝트(230)의 크기에 상관없이 렌즈를 교체하지 않고 본 발명의 하이퍼센트릭 렌즈(210)를 이용하여 오브젝트(230)의 상면, 측면을 동시에 모두 선명하게 촬영할 수 있다. 오브젝트(230)의 크기에 따라 오브젝트 거리(O.D)가 변하더라도 이미지 거리(I.D)를 조절함으로써 하나의 렌즈를 이용하여 다양한 크기의 오브젝트를 선명하게 촬영할 수 있다.
여기서, 도면으로는 도시하지 않았으나, 이미지 거리(I.D)는 하우징(218)의 단부와 이미지 센서(240)가 포함된 카메라 본체(미도시) 사이를 기계적인 구성으로 가변함으로써 조절될 수 있다. 이미지 거리(I.D)는 매뉴얼을 확인하여 조절할 수 있다.
본 발명에서는 오브젝트(230)의 크기에 따라 오브젝트 거리(O.D)가 변하더라도 이미지 거리(I.D)를 조절함으로써 하나의 렌즈를 이용하여 다양한 크기의 오브젝트(230)를 선명하게 촬영할 수 있다. 또한, 렌즈군의 이동이 없어 경통 구조가 간단하다는 장점이 있다.
본 발명에서의 제1 렌즈군(212)의 Focal length는 85.8451이고, 제2 렌즈군(214)의 Focal length는 -141.648이며, 제3 렌즈군(216)의 Focal length는 16.8338일 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 하이퍼센트릭 렌즈에서, 오브젝트의 크기에 따른 이미지를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 사용자는 오브젝트의 크기(Object size)에 따라 오브젝트 거리(O.D)와 이미지 거리(I.D)를 조절한 후 제1, 2, 3 렌즈군(312, 314, 316)을 이용하여 오브젝트(330)의 이미지를 확인할 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 오브젝트(330)의 크기에서 오브젝트의 지름(Diameter) 및 높이(Height)에 따라 오브젝트 거리(O.D)와 이미지 거리(I.D)가 조절되며, 이미지 센서(340)를 통해 오브젝트의 상면과 측면이 동시에 확인된다. 이는 시뮬레이션을 통한 결과이다. 확인된 이미지를 확인하면, 오브젝트(330)의 크기에 상관없이 동일한 크기의 이미지가 형성될 수 있다. 오브젝트(330)의 지름에 따라 이미지의 중심부분의 크기가 변화하고, 오브젝트의 높이에 따라 이미지의 주변부분의 크기가 변화하는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 하이퍼센트릭 렌즈에서, 제2 렌즈군(314)과 제3 렌즈군(316) 사이에는 가변 조리개(317)가 포함될 수 있다. 가변 조리개(317)의 기능 및 효과는 도 2에서 자세히 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 하이퍼센트릭 렌즈에서, 오브젝트의 크기에 따른 오브젝트 거리와 이미지 거리를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 하이퍼센트릭 렌즈에서, 오브젝트의 크기에 따른 오브젝트 거리와 이미지 거리를 나타내는 표이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 하이퍼센트릭 렌즈(410)는 오브젝트(430)의 크기에 따라 오브젝트 거리(O.D)와 이미지 거리(I.D)를 조절할 수 있다. 여기서, 제1, 2, 3 렌즈군(412, 414, 416)은 하이퍼센트릭 렌즈(410) 내에서 고정될 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 오브젝트의 크기가 10*5mm인 경우(a)의 오브젝트 거리(O.D)는 오브젝트의 크기가 55*3mm(b)인 경우의 오브젝트 거리(O.D)보다 짧다. 이에 따라 오브젝트의 크기가 10*5mm(a)인 경우의 이미지 거리(I.D)는 오브젝트의 크기가 55*3mm(b)인 경우의 이미지 거리(I.D)보다 길다.
본 발명에서의 제1, 2, 3 렌즈군(412, 414, 416)에 포함되는 렌즈의 개수는 한정되지 않으며, 다양하게 변형 실시가 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 하이퍼센트릭 렌즈에서, 제2 렌즈군(414)과 제3 렌즈군(416) 사이에는 가변 조리개(417)가 포함될 수 있다. 가변 조리개(417)의 기능 및 효과는 도 2에서 자세히 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 이러한 방식으로 오브젝트(430)의 크기에 따라 오브젝트 거리(O.D)와 이미지 거리(I.D)를 확인할 수 있다. 도 5의 표와 같이, 오브젝트(430)의 크기에 따라 오브젝트 거리(O.D)와 이미지 거리(I.D)를 조절함으로써, 오브젝트(430)의 크기와 무관하게 사용자가 원하는 일정한 이미지 크기로 선명하게 촬영할 수 있다.
본 발명에서 오브젝트의 지름(Diameter)(A), 오브젝트의 측면높이(Height)(B), 오브젝트 거리(Object Distance)(C,) 및 이미지 거리(Image Distance)(D)는 서로 상관 관계를 갖고 있어 오브젝트 거리(C)와 이미지 거리(D)를 조절함으로써 다양한 크기의 오브젝트를 선명하게 촬영할 수 있다.
모든 오브젝트 거리(O.D)에 따른 해상도는 CTF>25%@50lp/mm를 만족할 수 있다.
Figure 112017050600407-pat00002
도 6 내지 도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 하이퍼센트릭 렌즈에서, 오브젝트 거리, 이미지 거리 및 해상도에 관한 그래프를 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 하이퍼센트릭 렌즈를 이용하여 다양한 크기의 오브젝트를 예시적으로 촬영한 예를 확인할 수 있다. 다양한 크기의 오브젝트를 원하는 이미지 크기로 촬영하기 위하여 오브젝트 거리(O.D) 및 이미지 거리(I.D)를 조절한 후 촬영된 이미지의 해상도를 확인할 수 있다.
도 6을 참조하면, 오브젝트(630)의 크기가 17.6mm인 경우, 오브젝트 거리(O.D)는 86.7mm, 이미지 거리(I.D)는 33.3mm로 조절하여 오브젝트(630)를 촬영할 수 있다. 이렇게 촬영된 오브젝트의 이미지는 해상도 그래프로 도시될 수 있다. 해상도 그래프를 통해 촬영된 오브젝트의 이미지의 해상도를 확인할 수 있다. 촬영된 이미지의 명암비(흑백선이 광학계를 통과하면서 명확히 보이는 비율)를 이용하여 해상도가 확인되는데, 본 발명에 따른 도 6의 해상도 그래프를 참조하면 해상도는 70% 이상으로 높게 유지되고 있다. 그러므로 오브젝트(630)는 선명하게 촬영된 것으로 판단될 수 있다.
본 발명에 따른 하이퍼센트릭 렌즈에서, 제1, 2, 3 렌즈군(612, 614, 616)은 하우징 내부에 고정되고, 오브젝트 거리(O.D) 및 이미지 거리(I.D)가 조절되어 오브젝트(630)의 상면과 측면이 촬영될 수 있다.
본 발명에 따른 하이퍼센트릭 렌즈에서, 제2 렌즈군(614)과 제3 렌즈군(616) 사이에는 가변 조리개(617)가 포함될 수 있다. 가변 조리개(617)의 기능 및 효과는 도 2에서 자세히 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 오브젝트(730)의 크기가 30.6mm인 경우, 오브젝트 거리(O.D)는 71.3mm, 이미지 거리(I.D)는 35.1mm로 조절하여 오브젝트(730)를 촬영할 수 있다. 이렇게 촬영된 오브젝트의 이미지는 해상도 그래프로 도시될 수 있다. 해상도 그래프를 통해 촬영된 오브젝트의 이미지의 해상도를 확인할 수 있다. 촬영된 이미지의 명암비(흑백선이 광학계를 통과하면서 명확히 보이는 비율)를 이용하여 해상도가 확인되는데, 본 발명에 따른 도 7의 해상도 그래프를 참조하면 해상도는 70% 이상이 유지되고 있다. 그러므로 오브젝트(730)는 선명하게 촬영된 것으로 판단될 수 있다.
본 발명에 따른 하이퍼센트릭 렌즈에서, 제1, 2, 3 렌즈군(712, 714, 716)은 하우징 내부에 고정되고, 오브젝트 거리(O.D) 및 이미지 거리(I.D)가 조절되어, 오브젝트(730)의 상면과 측면이 촬영될 수 있다.
본 발명에 따른 하이퍼센트릭 렌즈에서, 제2 렌즈군(714)과 제3 렌즈군(716) 사이에는 가변 조리개(717)가 포함될 수 있다. 가변 조리개(717)의 기능 및 효과는 도 2에서 자세히 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다.
도 8을 참조하면, 오브젝트(830)의 크기가 43.6mm인 경우, 오브젝트 거리(O.D)는 55.8mm, 이미지 거리(I.D)는 35.8mm로 조절하여 오브젝트(830)를 촬영할 수 있다. 이렇게 촬영된 오브젝트의 이미지는 해상도 그래프로 도시될 수 있다. 해상도 그래프를 통해 촬영된 오브젝트의 이미지의 해상도를 확인할 수 있다. 촬영된 이미지의 명암비(흑백선이 광학계를 통과하면서 명확히 보이는 비율)를 이용하여 해상도가 확인되는데, 본 발명에 따른 도 8의 해상도 그래프를 참조하면 해상도는 70% 이상이 유지되고 있다. 그러므로 오브젝트(830)는 선명하게 촬영된 것으로 판단될 수 있다.
본 발명에 따른 하이퍼센트릭 렌즈에서, 제1, 2, 3 렌즈군(812, 814, 816)은 하우징 내부에 고정되고, 오브젝트 거리(O.D) 및 이미지 거리(I.D)가 조절되어, 오브젝트(830)의 상면과 측면이 촬영될 수 있다.
본 발명에 따른 하이퍼센트릭 렌즈에서, 제2 렌즈군(814)과 제3 렌즈군(816) 사이에는 가변 조리개(817)가 포함될 수 있다. 가변 조리개(817)의 기능 및 효과는 도 2에서 자세히 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다.
도 9를 참조하면, 오브젝트(930)의 크기가 56.7mm인 경우, 오브젝트 거리(O.D)는 40.4mm, 이미지 거리(I.D)는 36.2mm로 조절하여 오브젝트(930)를 촬영할 수 있다. 이렇게 촬영된 오브젝트의 이미지는 해상도 그래프로 도시될 수 있다. 해상도 그래프를 통해 촬영된 오브젝트의 이미지의 해상도를 확인할 수 있다. 촬영된 이미지의 명암비(흑백선이 광학계를 통과하면서 명확히 보이는 비율)를 이용하여 해상도가 확인되는데, 본 발명에 따른 도 9의 해상도 그래프를 참조하면 해상도는 70% 이상이 유지되고 있다. 그러므로 오브젝트(930)는 선명하게 촬영된 것으로 판단될 수 있다.
본 발명에 따른 하이퍼센트릭 렌즈에서, 제1, 2, 3 렌즈군(912, 914, 916)은 하우징 내부에 고정되고, 오브젝트 거리(O.D) 및 이미지 거리(I.D)가 조절되어 오브젝트(930)의 상면과 측면이 촬영될 수 있다.
본 발명에 따른 하이퍼센트릭 렌즈에서, 제2 렌즈군(914)과 제3 렌즈군(916) 사이에는 가변 조리개(917)가 포함될 수 있다. 가변 조리개(917)의 기능 및 효과는 도 2에서 자세히 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다.
도 10을 참조하면, 오브젝트(1030)의 크기가 69.7mm인 경우, 오브젝트 거리(O.D)는 25mm, 이미지 거리(I.D)는 36.4mm로 조절하여 오브젝트(1030)를 촬영할 수 있다. 이렇게 촬영된 오브젝트의 이미지는 해상도 그래프로 도시될 수 있다. 해상도 그래프를 통해 촬영된 오브젝트의 이미지의 해상도를 확인할 수 있다. 촬영된 이미지의 명암비(흑백선이 광학계를 통과하면서 명확히 보이는 비율)를 이용하여 해상도가 확인되는데, 본 발명에 따른 도 10의 해상도 그래프를 참조하면 해상도는 70% 이상이 유지되고 있다. 그러므로 오브젝트(1030)는 선명하게 촬영된 것으로 판단될 수 있다.
본 발명에 따른 하이퍼센트릭 렌즈에서, 제1, 2, 3 렌즈군(1012, 1014, 1016)은 하우징 내부에 고정되고, 오브젝트 거리(O.D) 및 이미지 거리(I.D)가 조절되어 오브젝트(1030)의 상면과 측면이 촬영될 수 있다.
본 발명에 따른 하이퍼센트릭 렌즈에서, 제2 렌즈군(1014)과 제3 렌즈군(1016) 사이에는 가변 조리개(1017)가 포함될 수 있다. 가변 조리개(1017)의 기능 및 효과는 도 2에서 자세히 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따라 구현된 하이퍼센트릭 렌즈의 외관을 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 하이퍼센트릭 렌즈(1110)를 확인할 수 있다. 하이퍼센트릭 렌즈(1110)는 이전 도면들에서 설명한 바와 같이, 제1, 2, 3 렌즈군이 하우징(1118) 내부에 고정되어 설치될 수 있다.
하우징(1118)의 형상은 도면에 국한되지 않으며, 제1, 2, 3 렌즈군을 포함할 수 있는 어떠한 형상으로 제작되어도 무방하다.
이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (7)

  1. 전방에 배치되어 오브젝트를 촬영하는 제1 렌즈군;
    상기 제1 렌즈군과 이격되어 설치되고, 상기 제1 렌즈군을 통해 입사되는 광을 집광하는 제2 렌즈군;
    상기 제2 렌즈군과 이격되어 설치되고, 상기 제2 렌즈군을 통해 입사되는 광을 이미지 센서로 집광하는 제 3 렌즈군; 및
    상기 제1 렌즈군, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군을 내부에 구비하는 하우징을 포함하고,
    상기 오브젝트의 크기에 따라 결정되고, 상기 제1 렌즈군과 상기 오브젝트 사이의 거리인 오브젝트 거리(Object Distance)는,
    상기 오브젝트 거리에 따라, 상기 제3 렌즈군과 상기 이미지 센서 사이의 거리인 이미지 거리(image distance)가 조절되어, 상기 오브젝트의 상면과 측면이 동시에 촬영되되,
    상기 제1 렌즈군, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제 3 렌즈군은,
    상기 오브젝트의 크기와 무관하게 상기 하우징 내에서 이동없이 고정되는 다양한 크기의 오브젝트를 촬영할 수 있는 하이퍼센트릭 렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 센서에 형성된 상기 오브젝트의 이미지 크기는,
    상기 오브젝트의 크기와 무관하게 일정한 크기로 형성되는 다양한 크기의 오브젝트를 촬영할 수 있는 하이퍼센트릭 렌즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 거리는,
    기계적인 구성을 통하여 가변되는 다양한 크기의 오브젝트를 촬영할 수 있는 하이퍼센트릭 렌즈.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군의 Focal length는 85.8451이고,
    상기 제2 렌즈군의 Focal length는 -141.648이며,
    상기 제3 렌즈군의 Focal length는 16.8338인 다양한 크기의 오브젝트를 촬영할 수 있는 하이퍼센트릭 렌즈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 오브젝트의 지름(A), 상기 오브젝트의 측면높이(B), 상기 오브젝트 거리(C), 상기 이미지 거리(D)는,
    상기 A, B, C, D 의 상관 관계를 나타내는 아래의 표를 만족하는 다양한 크기의 오브젝트를 촬영할 수 있는 하이퍼센트릭 렌즈.
    Figure 112017050600407-pat00003

  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 렌즈군과 상기 제3 렌즈군 사이에 위치되는 가변 조리개를 더 포함하는 다양한 크기의 오브젝트를 촬영할 수 있는 하이퍼센트릭 렌즈.
KR1020170065547A 2017-05-26 2017-05-26 다양한 크기의 오브젝트를 촬영할 수 있는 하이퍼센트릭 렌즈 KR101909535B1 (ko)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100294596B1 (ko) * 1998-07-03 2001-07-12 윤종용 표면검사장치
JP2010152026A (ja) * 2008-12-25 2010-07-08 Hitachi Ltd 距離測定器及び物体移動速度測定器
US20140168661A1 (en) 2012-12-14 2014-06-19 Gii Acquisition, Llc Dba General Inspection, Llc High-speed, 3-d method and system for optically measuring a geometric dimension of manufactured parts

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