KR20100037948A - 캡슐 내시경 광학계 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 캡슐 내시경에 있어서, 특히 초광 시야각을 확보하기 위한 렌즈 구조를 갖는 캡슐 내시경의 광학계에 관한 것으로, 피검체로부터 순차적으로 배치되는 다수 렌즈를 구비하는 캡슐 내시경의 광학계로써, 170도 이상의 광 시야각(광각)을 지원하면서도 수차 보정에 의한 해상도도 충분히 증가시켜주도록, 상기 피검체측으로 볼록 구면을 갖는 제1렌즈와, 상기 피검체에 대해 상기 제1렌즈의 후면에 배치되며, 상기 제1렌즈와 대칭되는 구면을 갖는 제2렌즈와, 상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈 사이에 구비되는 조리개와, 상기 피검체에 대해 상기 제2렌즈의 후면에 배치되는 제3렌즈를 포함하여 구성되는 것이 특징인 발명이다.
캡슐 내시경, 광학계, 렌즈, 조리개

Description

캡슐 내시경 광학계{optical system of capsule endoscope}
본 발명의 캡슐 내시경에 관한 것으로, 특히 초광 시야각을 확보하기 위한 렌즈 구조를 갖는 캡슐 내시경의 광학계에 관한 것이다.
촬영 기능을 갖춘 기기에는 CCD(charge-coupled device)나 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 등의 촬상 소자가 사용되고 있으며, 그들 촬상 소자는 최근 소형화가 진행되고 있다.
촬상 소자의 소형화로 인해 그를 탑재한 기기의 렌즈도 소형화가 요구되고 있으며, 대각으로 넓은 시야각을 갖는 광각 촬상 렌즈가 요구되고 있다.
종래의 광학계에서는 두 개의 광각 촬상 렌즈를 사용하여 광각을 구현하였다. 그에 따라, 렌즈 파워의 한계로 인해 160도 이상의 광각을 구현하는데는 한계가 있었다.
그러한 점을 보완하기 위해 두 개의 광각 촬상 렌즈에 한 개의 렌즈를 추가하여 광학계를 구현하였다. 그를 도 1에 도시하였다.
도 1은 종래 기술에 따른 광각 촬상 렌즈를 구비한 광학계 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 광학계는 광축(Z1)을 따라 물체측으로부터 순차적으로, 제1렌즈(L1)와, 제2렌즈(L2)와, 제3렌즈(L3)를 구비한다.
개구 조리개(St)(4)는 광축(Z1) 상에 있어서 제2렌즈(L2)와 제3렌즈(L3) 사이에 배치된다. 화각은 예컨대 대각으로 140° 이상의 광각으로 되어 있다.
광각 촬상 렌즈의 결상면에는 CCD나 CMOS 등의 촬상소자(3)가 배치된다. 제3렌즈(L3)와 촬상소자(3) 사이에는, 렌즈를 장착하는 카메라측의 구성에 따라 여러가지의 광학부재(2)가 배치된다. 예컨대 촬상면 보호용 커버 유리나 적외선 차단 필터 등의 평판 형상의 광학부재가 배치된다.
그러나 상기와 같이 3개의 광각 촬상 렌즈를 사용하는 경우라도, 조리개(4)가 제2렌즈(L2)와 제3렌즈(L3) 사이에 배치되었다. 그에 따라, 제1렌즈(L1)와 제2렌즈(L2)를 이용하여 광각의 빛을 받아들이고, 제3렌즈(L3)가 수차를 보정하였다.
이와 같은 종래의 광하계는 광각의 빛을 받아들이는데 좀더 유리하나 수차를 제3렌즈(L3)로만 보정해야하기 때문에 수차 보정으로 해상도의 증가시키는데는 한계가 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 170도 이상의 광 시야각(광각)을 지원하면서도 수차 보정에 의한 해상도도 충분히 증가시켜주는 캡슐 내시경의 광학계를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 렌즈를 캡슐 내시경의 외곽에 배치되는 돔형 투명 창으로 구현하여 다수 광각 촬상 렌즈를 구비하면서도 캡슐 내시경의 소형화를 실현시켜주는데 용이한 캡슐 내시경의 광학계를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 캡슐 내시경의 광학계는 피검체로부터 순차적으로 배치되는 다수 렌즈를 구비하는 캡슐 내시경의 광학계에 있어서, 상기 피검체측으로 볼록 구면을 갖는 제1렌즈와, 상기 피검체에 대해 상기 제1렌즈의 후면에 배치되며, 상기 제1렌즈와 대칭되는 구면을 갖는 제2렌즈와, 상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈 사이에 구비되는 조리개와, 상기 피검체에 대해 상기 제2렌즈의 후면에 배치되는 제3렌즈를 포함하여 구성되는 것이 특징이다.
바람직하게, 상기 제2렌즈와 상기 제3렌즈는 상기 조리개를 통한 영상을 수차 보정할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1렌즈는 부의 굴절능을 갖는 매니스커스 렌즈일 수 있다.
바람직하게, 상기 제1렌즈는 폴리올레핀 계열의 재질로 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제2 및 3 렌즈는 폴리올레핀 계열의 재질과 폴리카보네이트 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제1렌즈는 상기 피검체측으로 볼록 구면을 가지면서 상기 제2렌즈측으로 오목 구면을 가질 수 있다. 여기서, 상기 제2렌즈는 상기 제1렌즈에 대칭되어 상기 제3렌즈측으로 볼록 구면을 가질 수 있으며, 상기 제1렌즈측으로 비구면을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1렌즈의 오목 구면은 상기 제1렌즈의 볼록 구면에 비해 큰 곡률을 가질 수 있다.
바람직하게, 상기 제3렌즈는 비구면 형상일 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 내지 3 렌즈는 아베(Abbe) 수가 최소 50 이상인 재질로 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제3렌즈를 통한 영상을 감지하는 감지소자를 더 포함할 수 있으며, 상기 제2렌즈 및 상기 제3렌즈에 의해 수차 보정된 영상을 필터링하기 위해 상기 감지소자의 전측에 필터를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1렌즈는 상기 캡슐 내시경의 외형을 형성하는 하우징의 일단에 부착되어, 상기 제1렌즈의 볼록 구면으로써 상기 캡슐 내시경의 외곽에 배치되는 돔형 투명 창을 형성할 수 있다.
본 발명에서는 피검체로부터 순차적으로 배치되는 다수 렌즈를 구비하면서 피검체측에 가장 가깝게 배치되는 제1렌즈와 그에 이어 배치되는 제2렌즈 사이에 조리개를 위치시켜 제1렌즈로부터 조리개까지의 거리를 단축한다. 그리하여 캡슐 내시경으로 입사되는 광선의 직경 범위를 상대적으로 축소하여 캡슐 내시경을 소형화하는데 유리하다. 조리개를 통과한 광선에 대해 제2렌즈와 그에 이어 배치되는 제3렌즈로써 수차를 보정하기 때문에 해상도도 충분히 증가시켜준다. 또한, 제2렌즈 전에서 광선이 정렬되어 입사되므로 수차 보정이 보다 용이하다는 이점이 있어서 보다 좋은 해상도를 얻을 수 있다.
특히 본 발명에 따른 광학계 구조에서는 제1렌즈로부터 조리개까지의 거리를 단축하여 캡슐 내시경으로 입사되는 광선의 직경 범위를 상대적으로 축소하기 때문에 170도 이상이 광 시야각(광각)을 충분히 확보할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 렌즈들을 흡습성이 낮은 재질로 형성함으로써 전체 성능 열화를 억제할 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 광각 촬상 렌즈를 구비한 광학계 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 광학계는 피검체로부터 순차적으로 배치되 는 다수 렌즈(10a ~ 10c)를 구비하는 캡슐 내시경의 광학계이다.
그 광학계는 광축을 따라 피검체측으로부터 순차적으로, 제1렌즈(10a)와 제2렌즈(10b)와 제3렌즈(10c)를 구비한다.
제1렌즈(10a)는 피검체측에 가장 가깝게 배치되며, 그에 이어 제2렌즈(10b)와 제3렌즈(10c)가 차례로 배치된다.
제1렌즈(10a)는 피검체측으로 볼록 구면을 가지며, 이어서 배치되는 제2렌즈(10b)측으로 오목 구면을 갖는다. 특히, 제1렌즈(10a)의 오목 구면은 제1렌즈(10a)의 볼록 구면에 비해 큰 곡률을 가질 수 있다.
제1렌즈(10a)는 피검체측으로 볼록 구면을 가지면서 부의 굴절능을 갖는 메니스커스 렌즈일 수 있다. 그리고, 제1렌즈(10a)는 흡습성이 낮은 폴리올레핀 계열의 재질로 형성될 수 있다.
제2렌즈(10b)는 피검체에 대해 제1렌즈(10a) 보다 후면에 배치되며, 제1렌즈(10a)와 대칭되는 구면을 갖는다. 즉, 제1렌즈(10a)가 피검체측으로 볼록 구면을 가지면서 반대측으로 오목 구면을 갖는 반면에 제2렌즈(10b)는 피검체측으로 오목 구면을 가지면서 반대측으로 볼록 구면을 갖는다.
상세하게, 제2렌즈(10b)는 제1렌즈(10a)측으로는 오목 구면을 가지며, 이어서 배치되는 제3렌즈(10c)측으로 볼록 구면을 갖는다. 한편, 제2렌즈(10b)는 제1렌즈(10a)측으로 비구면을 가질 수 있다.
개구 조리개(20)는 제1렌즈(10a)와 제2렌즈(10b) 사이에 구비된다. 즉, 개구 조리개(20)는 제1렌즈(10a)로부터 거리를 단축하기 위해, 광축 상에 있어서 제1렌 즈(10a)와 제2렌즈(10b) 사이에 배치된다.
제3렌즈(10c)는 피검체에 대해 제2렌즈(10b) 보다 후면에 배치되며, 적어도 한면이 비구면 형상을 갖는다. 즉, 제3렌즈(10c)의 일측면(제2렌즈측)은 광축을 중심으로 볼록 구면을 가지면서 상하측으로 갈수록(광축으로부터 멀어지면서) 오목 구면으로 변화하는 형상을 갖는다. 또한 타측면(후술되는 감지소자측)은 광축을 중심으로 오목 구면을 가지면서 상하측으로 갈수록(광축으로부터 멀어지면서) 볼록 구면으로 변화하는 형상을 갖는다.
상기한 제2렌즈(10b)와 제3렌즈(10c)가 조리개(20)를 통해 입사되는 광선을 수차 보정한다. 다시 말하면, 제2렌즈(10b)와 제3렌즈(10c)가 조리개를 통과한 영상을 수차 보정한다. 이를 위해 제2렌즈(10b)와 제3렌즈(10c)는 수차 보정을 위한 회절면을 가질 수 있다.
특히, 제2 및 3 렌즈(10b,10c)는 흡습성이 낮은 폴리올레핀 계열의 재질이나 폴리카보네이트 재질로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1 내지 3 렌즈(10a ~ 10c)는 아베(Abbe) 수가 최소 50 이상인 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 전술된 각 렌즈들(10a ~ 10c)의 굴절능은 아래와 같이 한정하는 것이 바람직하다.
상기 제1렌즈(10a)의 굴절능은 아래 식 1과 같이 한정한다.
[수학식 1]
Figure 112008069431780-PAT00001
상기 식 1에서 K1은 제1렌즈의 굴절능, Kt는 전체 렌즈계의 굴절능이며, 굴절능은 굴절률(n) / 렌즈계 전체 초점거리(f) 으로 계산된다.
상기 제2렌즈(10b)의 굴절능은 아래 식 2와 같이 한정한다.
[수학식 2]
Figure 112008069431780-PAT00002
상기 식 2에서 K2는 제2렌즈의 굴절능, Kt는 전체 렌즈계의 굴절능이며, 굴절능은 굴절률(n) / 렌즈계 전체 초점거리(f) 으로 계산된다.
상기 제3렌즈(10c)의 굴절능은 아래 식 3과 같이 한정한다.
[수학식 3]
Figure 112008069431780-PAT00003
상기 식 3에서 K3는 제3렌즈의 굴절능, Kt는 전체 렌즈계의 굴절능이고, 굴절능은 굴절률(n) / 렌즈계 전체 초점거리(f) 으로 계산된다.
상기에서 렌즈계는 제1렌즈(10a) 내지 제3렌즈(10c)를 지칭한다.
상기한 도 2에 도시된 광학계는 도 3에 도시된 캡슐 내시경에 적용된다.
도 3은 본 발명에 따른 광학계 구조를 적용한 캡슐 내시경의 일부 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 도 2의 광학계 중 제3렌즈(10c)의 후면에는 그 제3렌 즈(10c)를 통과한 광선 즉, 영상을 감지하는 감지소자(40)가 구비된다. 여기서, 감지소자(40)는 CCD나 CMOS 등일 수 있다.
그리고, 감지소자(40)의 전측에는 제2렌즈(10b) 및 제3렌즈(10c)에 의해 수차 보정된 영상을 필터링하기 위한 필터(30)가 구비된다. 여기서, 필터는 적외선 차단 필터일 수 있다.
한편, 캡슐 내시경은 그의 내부 구성 요소들을 보호하기 위한 외부 하우징을 구비한다. 그 외부 하우징은 캡슐 내시경에 의한 영상 감지가 가능하도록 일측을 투명 창으로 형성한다. 그리하여 그 투명 창을 통해 외부 피검체를 영상으로써 감지한다. 특히 그 투명 창은 캡슐형에 적합하도록 돔형으로 형성된다.
특히, 본 발명에서는 제1렌즈(10a)가 캡슐 내시경의 외형을 형성하는 상기 외부 하우징의 일단에 부착된다. 그리하여, 도 3에 도시된 바와 같이 그 제1렌즈(10a)가 돔형의 투명 창의 역할을 하도록 구성된다.
즉, 제1렌즈(10a)의 볼록 구면으로써 캡슐 내시경의 외곽에 배치되는 돔형 투명 창을 형성하여, 캡슐 내시경의 전체적인 소형화에 유리한 구조를 구현한다.
이하에서는 도 2에 도시된 광학계 구조에 기반하여 여러 다양한 변형 예들을 설명한다. 이하에서는 특히 도 2에 도시된 광학계 구조에서 렌즈의 두께, 크기 및 렌즈 간의 거리를 조정하여 다양한 변형 예들을 나타내고 있다.
- 실시 예1 -
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광학계 구조를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 제1 실시 예는 전술된 도 2의 광학계 구조와 렌즈 형상은 유사하 나, 제1렌즈의 두께와, 제1렌즈에서 조리개 및 제2렌즈까지의 거리를 늘린 광학계 구조이다. 또한, 제2렌즈와 제3렌즈의 크기를 도 2의 구조에 비해 상대적으로 작게 구현한 구조이다.
이와 같이 제1렌즈의 두께와 제1렌즈에서 조리개 및 제2렌즈까지의 거리를 늘린 광학계 구조는 도 3에 도시된 바와 같이 제1렌즈를 캡슐 내시경의 돔형의 투명 창으로 형성하는 구조에 적합하다.
구분 제1렌즈 초점거리 제2렌즈 초점거리 제3렌즈 초점거리 전체 초점거리 조건식1 조건식2 조건식3
값 -8.0687 1.1927 -8.0531 1.4253 0.1766 1.195 0.1769
면 곡률반경 두께 굴절률 아베수
제1렌즈 1면 38 1.4 1.5293 56
2면 3.8 2.05 (546.1㎚)
제2렌즈 1면 -1.75 0.69 1.5293 56
2면 -0.52 0.05 (546.1㎚)
제3렌즈 1면 0.86 0.48 1.5293 56
2면 0.58 0.54 (546.1㎚)
필터 - - - -
제2렌즈와 제3렌즈의 비구면 계수(Z)는 아래와 같다.
Figure 112008069431780-PAT00004
비구면 CURV K A B C D
A(1) -0.57286488 0.000000 -4.08569E+00 1.09146E+02 -3.11389E+03 2.81361E+04
A(2) -1.88964775 0.000000 -1.94226E+00 5.35147E+00 1.57372E+01 -5.36582E+01
A(3) 1.15287146 -3.005011 -3.23287E+00 1.01546E+01 -1.43662E+01 7.07672E+00
A(4) 1.71603797 -2.439856 -1.47569E+00 2.21581E+00 -1.77157E+00 4.27305E-01
- 실시 예2 -
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 광학계 구조를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 제2 실시 예는 전술된 도 2의 광학계 구조와 렌즈 형상은 유사하 나, 두께의 조정 없이 제1렌즈에서 조리개 및 제2렌즈까지의 거리를 늘린 광학계 구조이다.
이와 같이 제1렌즈에서 조리개 및 제2렌즈까지의 거리를 늘린 광학계 구조도 도 3에 도시된 바와 같이 제1렌즈를 캡슐 내시경의 돔형의 투명 창으로 형성하는 구조에 적합하다.
구분 제1렌즈 초점거리 제2렌즈 초점거리 제3렌즈 초점거리 전체 초점거리 조건식1 조건식2 조건식3
값 -12.19 1.1851 -8.3884 1.6293 0.1337 1.3748 0.1942
면 곡률반경 두께 굴절률 아베수
제1렌즈 1면 19 0.5 1.5293 56
2면 4.8 0.55 (546.1㎚)
제2렌즈 1면 -2.1 0.71 1.5293 56
2면 -0.54 0.05 (546.1㎚)
제3렌즈 1면 0.84 0.49 1.5293 56
2면 0.57 0.45 (546.1㎚)
필터 - - - -
제2렌즈와 제3렌즈의 비구면 계수(Z)는 아래와 같다.
Figure 112008069431780-PAT00005
비구면 CURV K A B C D
A(1) -0.47922422 0.000000 -3.65041E+00 9.39873E+01 -2.92963E+03 2.88766E+04
A(2) -1.84589948 0.000000 -1.96510E+00 5.39991E+00 1.44391E+01 -5.80999E+01
A(3) 1.18285911 -2.237453 -3.25055E+00 1.00061E+01 -1.44817E+01 7.42081E+00
A(4) 1.76132001 -2.435710 -1.38763E+00 2.18470E+00 -1.86034E+00 5.07787E-01
- 실시 예3 -
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 광학계 구조를 나타낸 단면도로써, 전술된 제2 실시 예와 제1렌즈 및 제2렌즈의 형상 및 스펙(두께 및 크기)은 유사하나 제3렌즈의 형상 및 스펙을 변형한 예이다.
구분 제1렌즈 초점거리 제2렌즈 초점거리 제3렌즈 초점거리 전체 초점거리 조건식1 조건식2 조건식3
값 -12.19 1.1604 -8.8281 1.5493 0.1271 1.3351 0.1754
면 곡률반경 두께 굴절률 아베수
제1렌즈 1면 19 0.5 1.5293 56
2면 4.8 0.5 (546.1㎚)
제2렌즈 1면 -2.55 0.7 1.5293 56
2면 -0.55 0.05 (546.1㎚)
제3렌즈 1면 0.78 0.48 1.5293 56
2면 0.52 0.45 (546.1㎚)
필터 - - - -
제2렌즈와 제3렌즈의 비구면 계수(Z)는 아래와 같다.
Figure 112008069431780-PAT00006
비구면 CURV K A B C D
A(1) -0.39126741 0.000000 -2.75296E+00 3.28066E+01 -9.80333E+02 1.03858E+04
A(2) -1.83432423 0.000000 -2.25776E+00 6.29926E+00 1.65181E+01 -7.40501E+01
A(3) 1.28342381 -3.326252 -3.24519E+00 1.02044E+01 -1.43625E+01 6.22770E+00
A(4) 1.90419321 -2.434383 -1.48048E+00 2.27110E+00 -1.94140E+00 4.52094E-01
- 실시 예4 -
도 7은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 광학계 구조를 나타낸 단면도로써, 렌즈들의 형상 및 스펙(두께 및 크기)을 변형한 것이며, 특히 제3렌즈의 형상 및 스펙을 제1렌즈와 관계하도록 변형한 예이다.
구분 제1렌즈 초점거리 제2렌즈 초점거리 제3렌즈 초점거리 전체 초점거리 조건식1 조건식2 조건식3
값 -7.9947 1.1485 -6.8828 1.6654 0.2083 1.4501 0.242
면 곡률반경 두께 굴절률 아베수
제1렌즈 1면 38 0.5 1.5293 56
2면 3.8 0.5 (546.1㎚)
제2렌즈 1면 -1.9 0.68 1.5293 56
2면 -0.5 0.05 (546.1㎚)
제3렌즈 1면 1 0.5 1.5293 56
2면 0.62 0.43 (546.1㎚)
필터 - - - -
제2렌즈와 제3렌즈의 비구면 계수(Z)는 아래와 같다.
Figure 112008069431780-PAT00007
비구면 CURV K A B C D
A(1) -0.52801616 0.000000 -3.33940E+00 8.11224E+01 -2.88144E+03 2.94125E+04
A(2) -1.92273072 0.000000 -1.81940E+00 6.27455E+00 1.31197E+01 -6.96603E+01
A(3) 1.01893285 -2.096053 -3.03323E+00 9.76444E+00 -1.50397E+01 6.65717E+00
A(4) 1.57341945 -2.596718 -1.32485E+00 2.20059E+00 -2.04724E+00 5.72956E-01
- 실시 예5 -
도 8은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 광학계 구조를 나타낸 단면도이다.
구분 제1렌즈 초점거리 제2렌즈 초점거리 제3렌즈 초점거리 전체 초점거리 조건식1 조건식2 조건식3
값 -10.37 1.13 -21.24 1.4 0.14 1.24 0.07
면 곡률반경 두께 굴절률 아베수
제1렌즈 1면 30 0.5 1.5293 56
2면 4.63 0.5 (546.1㎚)
제2렌즈 1면 -2.45 0.67 1.5293 56
2면 -0.53 0.05 (546.1㎚)
제3렌즈 1면 0.83 0.55 1.5293 56
2면 0.6 0.36 (546.1㎚)
필터 ∞ 0.5 - -
제2렌즈와 제3렌즈의 비구면 계수(Z)는 아래와 같다.
Figure 112008069431780-PAT00008
비구면 CURV K A B C D
A(1) -0.40779642 0.000000 -4.21837E+00 1.36487E+02 -4.54794E+03 4.42695E+04
A(2) -1.88779978 0.000000 -1.78055E+00 1.32360E+00 3.99656E+01 -1.41881E+02
A(3) 1.20198102 -0.542593 -3.03715E+00 8.68493E+00 -1.46669E+01 8.33796E+00
A(4) 1.67407937 -1.303167 -1.49378E+00 2.05767E+00 -2.15176E+00 6.96559E-01
- 실시 예6 -
도 9는 본 발명의 제6 실시 예에 따른 광학계 구조를 나타낸 단면도로써, 도 2에 도시된 구조와 가장 유사한 구조이다.
구분 제1렌즈 초점거리 제2렌즈 초점거리 제3렌즈 초점거리 전체 초점거리 조건식1 조건식2 조건식3
값 -1.45 1.1 -3.83 1.24 0.86 1.13 0.32
면 곡률반경 두께 굴절률 아베수
제1렌즈 1면 31.66 0.5 1.5293 56
2면 0.48 0.5 (546.1㎚)
제2렌즈 1면 -10.48 0.54 1.5293 56
2면 -0.5641 0.1 (546.1㎚)
제3렌즈 1면 0.68 0.48 1.5293 56
2면 0.78 0.52 (546.1㎚)
필터 ∞ 0.5 - -
제2렌즈와 제3렌즈의 비구면 계수(Z)는 아래와 같다.
Figure 112008069431780-PAT00009
비구면 CURV K A B C D
A(1) -0.09534976 0.000000 -6.69610E+00 3.99261E+02 -1.34434E+04 1.70362E+05
A(2) -1.77279149 0.000000 -5.18284E+00 3.29394E+01 -1.16803E+02 1.19994E+02
A(3) 1.45554611 -14.164858 -1.96970E+00 8.68291E+00 -1.74666E+01 1.12874E+01
A(4) 1.27502722 -6.925429 -7.45454E-01 1.67397E+00 -1.97139E+00 5.76957E-01
이상의 광학계 구조에서 제1렌즈는 부의 굴절능을 가지는 렌즈를 채용함으로써 광학적 전장이 짧아져 광학계의 전체 크기를 최소화 할 수 있고, 감지소자(이미지 센서)에 맺히는 주 광선의 입사각을 줄 일 수 있다. 또한 짧은 전체 길이에도 여유있는 초점거리를 확보 할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 광각 촬상 렌즈를 구비한 광학계 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 광각 촬상 렌즈를 구비한 광학계 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 광학계 구조를 적용한 캡슐 내시경의 일부 구조를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광학계 구조를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 광학계 구조를 나타낸 단면도.
도 6는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 광학계 구조를 나타낸 단면도.
도 7는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 광학계 구조를 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 광학계 구조를 나타낸 단면도.
도 9는 본 발명의 제6 실시 예에 따른 광학계 구조를 나타낸 단면도.

Claims (17)

  1. 피검체로부터 순차적으로 배치되는 다수 렌즈를 구비하는 캡슐 내시경의 광학계에 있어서,
    상기 피검체측으로 볼록 구면을 갖는 제1렌즈;
    상기 피검체에 대해 상기 제1렌즈의 후면에 배치되며, 상기 제1렌즈와 대칭되는 구면을 갖는 제2렌즈;
    상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈 사이에 구비되는 조리개;
    상기 피검체에 대해 상기 제2렌즈의 후면에 배치되는 제3렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 캡슐 내시경의 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제2렌즈와 상기 제3렌즈는 상기 조리개를 통한 영상을 수차 보정하는 것을 특징으로 하는 캡슐 내시경의 광학계.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1렌즈는 부의 굴절능을 갖는 매니스커스 렌즈인 것을 특징으로 하는 캡슐 내시경의 광학계.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제1렌즈는 폴리올레핀 계열의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 캡슐 내시경의 광학계.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 및 3 렌즈는 폴리올레핀 계열의 재질과 폴리카보네이트 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 캡슐 내시경의 광학계.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제1렌즈는 상기 피검체측으로 볼록 구면을 가지면서 상기 제2렌즈측으로 오목 구면을 갖는 것을 특징으로 하는 캡슐 내시경의 광학계.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제2렌즈는 상기 제1렌즈에 대칭되어 상기 제3렌즈측으로 볼록 구면을 갖는 것을 특징으로 하는 캡슐 내시경의 광학계.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제2렌즈는 상기 제1렌즈측으로 비구면을 갖는 것을 특징으로 하는 캡슐 내시경의 광학계.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 제1렌즈의 오목 구면은 상기 제1렌즈의 볼록 구면에 비해 큰 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 캡슐 내시경의 광학계.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제3렌즈는 비구면 형상인 것을 특징으로 하는 캡슐 내시경의 광학계.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 내지 3 렌즈는 아베(Abbe) 수가 최소 50 이상인 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 캡슐 내시경의 광학계.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제1렌즈는,
    Figure 112008069431780-PAT00010
    K1 : 제1렌즈의 굴절능
    Kt : 전체 렌즈계의 굴절능
    굴절능 : 굴절률(n) / 초점거리(f)
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제2렌즈는,
    Figure 112008069431780-PAT00011
    0.5< l K1/Kt l <1.5
    K2 : 제2렌즈의 굴절능
    Kt : 전체 렌즈계의 굴절능
    굴절능 : 굴절률(n) / 초점거리(f)
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 제3렌즈는,
    Figure 112008069431780-PAT00012
    K3 : 제3렌즈의 굴절능
    Kt : 전체 렌즈계의 굴절능
    굴절능 : 굴절률(n) / 초점거리(f)
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 제3렌즈를 통한 영상을 감지하는 감지소자를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 캡슐 내시경의 광학계.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제2렌즈 및 상기 제3렌즈에 의해 수차 보정된 영상을 필터링하기 위해 상기 감지소자의 전측에 필터를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 캡슐 내시경의 광학계.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 제1렌즈는 상기 캡슐 내시경의 외형을 형성하는 하우징의 일단에 부착되어, 상기 제1렌즈의 볼록 구면으로써 상기 캡슐 내시경의 외곽에 배치되는 돔형 투명 창을 형성하는 것을 특징으로 하는 캡슐 내시경의 광학계.
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