KR20130056015A - 줌 조명 시스템 및 이를 채용한 촬상 장치 - Google Patents

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Abstract

줌 조명 시스템 및 이를 구비한 촬상 장치가 개시된다. 개시된 촬상 장치는 줌 조명 시스템과, 복수의 렌즈군을 구비하는 것으로 상기 복수의 렌즈군 간 거리가 가변되며 물체의 상을 주밍(zooming)하는 줌 렌즈 시스템과, 상기 줌 렌즈 시스템이 형성한 광학 상을 전기 신호로 변환하는 촬상 소자 및 상기 줌 렌즈 시스템의 주밍과 상기 줌 조명 시스템의 조명 범위 조절이 연동되도록 제어하는 제어부를 포함한다. 상기 줌 조명 시스템은 광원과, 상기 광원과의 거리가 가변하는 하나 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈부를 포함한다.

Description

줌 조명 시스템 및 이를 채용한 촬상 장치{Zoom illuminating system and imaging apparatus employing the same}
본 개시는 촬상 조건에 알맞게 조명 조절이 가능한 줌 조명 시스템과 이를 채용한 촬상 장치에 관한 것이다.
최근, 주거지와 백화점, 은행 등과 같은 상업용지 및 공장용지 등에 CCTV(Closed Circuit Tele-vision)용 감시 카메라의 사용이 증가하고 있다.
감시 카메라에는 초점 거리가 고정된 고정 초점 렌즈나, 줌 기능이 있는 줌 렌즈가 촬상 렌즈로 사용되며, 또한, 야간 촬영을 위한 적외선 조명이 함께 채용된다.
고정 초점 렌즈가 채용되는 경우 어두운 장소를 넓은 범위로 감시할 수 있도록 광각 대구경 렌즈로 특성화된다. 또한, 일반적으로 조명 범위가 고정된 형태의 조명부가 함께 채용되며, 이러한 조명부는 야간에 피사체를 밝게 조사하기 위해 많은 수의 광원을 사용하게 된다.
줌 렌즈를 적용한 감시 카메라의 경우, 줌 렌즈의 광각단에서 망원단까지의 넓은 촬영 범위를 커버하는 조명광이 필요하다. 이 때, 조명 범위가 고정된 조명부를 사용하는 경우, 촬영 범위외에 조명된 조명광은 이용되지 않으므로 광 이용 효율이 낮다. 예를 들어, 좁은 화각의 조명만이 필요한 망원단에서 넓은 화각 범위로 조명된 광은 손실이 된다. 또는, 광각단에서 망원단까지의 넓은 촬영범위를 커버하기 위해 조명 범위가 넓은 광원과 조명 범위가 좁은 광원을 함께 사용하는 경우도 있다.
실시예들은 조명 범위가 조절되는 줌 조명 시스템 및 이를 구비한 촬상 장치를 제공하고자 한다.
일 유형에 따른 줌 조명 시스템은 광원; 상기 광원과의 거리가 가변하는 하나 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈부;를 포함하며, 상기 거리 가변에 따라 조명 범위가 조절된다.
상기 광원은 적외선 대역의 광을 발광하는 하나 이상의 발광소자를 포함할 수 있다.
상기 렌즈부는 상기 광원과의 거리가 가변하는 정렌즈를 포함할 수 있다.
상기 렌즈부는 제1렌즈와, 상기 제1렌즈와 상기 광원 사이에 배치된 제2렌즈를 포함하며, 상기 제1렌즈와 제2렌즈 사이의 간격이 조절됨에 따라 조명 범위가 조절될 수 있다.
상기 제1렌즈는 고정되고, 상기 제2렌즈가 상기 제1렌즈와의 간격이 조절되도록 움직일 수 있다.
상기 제1렌즈는 고정되며, 상기 광원은 상기 제2렌즈와 연동할 수 있다.
상기 제1렌즈와 제2렌즈 중 적어도 하나는 정렌즈일 수 있다.
상기 렌즈부는 적어도 한 면의 비구면을 포함할 수 있으며, 상기 제2렌즈는 구면 렌즈일 수 있다.
또한, 일 유형에 따른 촬상 장치는 상술한 줌 조명 시스템; 복수의 렌즈군을 포함하며, 상기 복수의 렌즈군 간 거리가 가변되며 물체의 상을 주밍(zooming)하는 줌 렌즈 시스템; 상기 줌 렌즈 시스템이 형성한 광학 상을 전기 신호로 변환하는 촬상 소자; 및 상기 줌 렌즈 시스템의 주밍과 상기 줌 조명 시스템의 조명 범위 조절이 연동되도록 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 줌 렌즈 시스템은 2배 이상의 줌 배율을 갖도록 구성될 수 있다.
상기 줌 조명 시스템은 근거리부터 원거리까지 광원에서의 광이 퍼지는 각도를 조절하여 촬상 조건에 따라 필요로 하는 범위만큼만 조명할 수 있어 광원의 사용 효율이 높다.
또한, 근거리에서는 넓은 화각 범위를 조명하고, 원거리에서는 좁은 화각 범위내에 밝은 조명을 제공하므로, 광원의 사용 효율을 높아져 적은 광원 개수로도 야간의 시야 범위를 넓힐 수가 있다.
따라서, 상기 줌 조명 시스템을 채용한 촬상 장치는 어두운 환경에서 물체를 효율적으로 촬영할 수 있으며, 야간 감시 시스템에 적용하기에 적합하다.
도 1은 실시예에 따른 촬상 장치의 개략적인 배치 구성을 보인 블록도이다.
도 2는 도 1의 촬상 장치에 채용될 수 있는 일 실시예에 따른 줌 조명 시스템의 광학적 배치로서, 촬상 장치의 줌 렌즈 시스템의 광각단, 망원단에 각각 대응하는 배치를 보인다.
도 3은 도 1의 촬상 장치에 채용될 수 있는 다른 실시예에 따른 줌 조명 시스템의 광학적 배치로서, 촬상 장치의 줌 렌즈 시스템의 광각단, 망원단에 각각 대응하는 배치를 보인다.
도 4는 도 1의 촬상 장치에 채용될 수 있는 또 다른 실시예에 따른 줌 조명 시스템의 광학적 배치로서, 촬상 장치의 줌 렌즈 시스템의 광각단, 망원단에 각각 대응하는 배치를 보인다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 촬상 장치(1000)의 개략적인 배치 구성을 보인 블록도이다.
촬상 장치(1000)는 조명 범위가 가변되는 줌 조명 시스템(100)과, 줌 렌즈 시스템(320)을 구비하는 촬상부(300) 및 줌 렌즈 시스템(320)의 주밍과 줌 조명 시스템(100)의 조명 범위 조절이 연동되도록 제어하는 제어부(200)를 포함한다.
구체적으로 살펴보면, 줌 조명 시스템(100)은 광원(110)과, 광원(110)과의 거리가 가변되는 적어도 하나의 렌즈를 구비하는 렌즈부(120)를 포함한다.
광원(110)으로는 적외선 대역의 광을 발광하는 발광소자, 예를 들어, 약 파장 830~960nm 대역의 광을 발광하는 LED(light emitting diode)나 LD(laser diode)가 채용될 수 있다. 광원(110)은 하나 또는 복수개로 구성될 수 있다.
렌즈부(120)는 광원(110)에서 조사되는 광의 조명 범위를 조절하기 위해 마련되는 것으로 광원(110)과의 거리가 가변되는 적어도 하나의 렌즈를 포함한다. 광원(110)으로 채용되는 발광소자의 지향각은 일반적으로 대략 80도 이상이며, 이러한 광원(110)으로부터 이보다 좁은 화각의 조명 범위를 구현하기 위해 렌즈부(120)는 적어도 하나의 정렌즈를 포함한다. 광원(110)에서 조사되는 광의 조명 범위는 촬영 조건에 따라 달라지게 되며, 예를 들어, 광각단의 촬영 조건에서는 이에 대응하여 지향각이 넓은 단거리의 조명 범위가 형성되고 망원단의 촬영 조건에서는 지향각이 좁은 원거리의 조명 범위가 형성되도록 렌즈부(120)가 구동될 수 있다.
촬상부(300)는 줌 렌즈 시스템(320)과 촬상소자(340)를 포함한다. 줌 렌즈 시스템(320)은 복수의 렌즈군을 포함하며, 상기 복수의 렌즈군 간 거리가 가변되며 물체의 상을 주밍(zooming)할 수 있다. 줌 렌즈 시스템(320)을 이루는 렌즈군의 개수나 각 렌즈군을 구성하는 렌즈의 종류, 매수 등은 배율, 수차 등의 광학 성능을 고려하여 다양하게 선택될 수 있다. 줌 렌즈 시스템(320)은 2X 이상의 줌 배율을 가지도록 구성될 수 있다. 촬상 소자(340)는 줌 렌즈 시스템(320)이 형성한 광학 상을 전기 신호로 변환하는 것으로, CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)등이 사용될 수 있다.
제어부(200)는 줌 렌즈 시스템(320)의 주밍(zooming)과 줌 조명 시스템(320)의 조명 범위 조절이 연동되도록 제어한다. 제어부(200)는 사용자의 명령에 따라 줌 배율을 조절, 즉, 줌 렌즈 시스템(320)을 구동하며, 또한, 줌 조명 시스템(100)이 이에 대응하는 조명 범위를 형성하도록 줌 조명 시스템(100)을 구동한다. 즉, 줌 렌즈 시스템(320)이 광각단에 해당하는 광학적 배치를 갖도록 구동될 때, 줌 조명 시스템(320)은 이에 대응하는 지향각이 넓은 조명 범위를 갖도록 구동되며, 줌 렌즈 시스템(320)이 망원단에 해당하는 광학적 배치를 갖도록 구동될 때, 줌 조명 시스템(320)도 이에 대응하여 지향각이 좁은 조명 범위를 갖도록 구동된다. 광각단에서는 광의 지향각을 넓혀 조명 영역을 확대하고, 이에 따라 조도 균일성이 확보된다. 망원단에서는 광의 지향각을 좁혀 광이 좁은 영역에 집광되고 조도가 높아진다.
또한, 촬상 장치(1000)는 조도 조절을 위해 광원(110)의 개수를 늘리거나, 또는 줌 조명 시스템(100)을 복수개 구비할 수도 있다.
이하에서는 도 1의 촬상 장치(1000)에 채용될 수 있는 줌 조명 시스템의 실시예들을 구체적인 렌즈 데이터와 함께 살펴보기로 한다. 실시예들에서 나타나는 비구면(Asphere)의 정의는 다음과 같다.
Figure pat00001
여기서, x는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리이고, y는 광축에 대해 수직한 방향으로의 거리이며, K는 코닉상수(conic constant), A, B, C, D는 비구면계수, c'은 렌즈의 정점에 있어서의 곡률반경의 역수(1/R)이다.
각 렌즈데이터에서, 렌즈간 가변거리는 D2로 나타내고 있으며, Asphere는 비구면을 Sphere는 구면을 의미하며, 곡률반경, 두께 또는 거리, 유효경, 초점거리의 단위는 mm이다. 굴절률은 e선 파장 대역의 광에 대한 것이다.
도 2는 도 1의 촬상 장치(1000)에 채용될 수 있는 일 실시예에 따른 줌 조명 시스템(100)의 광학적 배치로서, 촬상 장치(1000)의 줌 렌즈 시스템(320)의 광각단, 망원단에 각각 대응하는 배치를 보인다.
줌 조명 시스템(100)은 제1렌즈(121)와 제2렌즈(122)와 광원(110)을 포함하며, 제2렌즈(122)가 제1렌즈(121)와 광원(110) 사이에 배치되어 있다. 제1렌즈(121)와 제2렌즈(122) 중 적어도 어느 하나가 정의 굴절력을 가지는 렌즈일 수 있으며, 실시예에서는 제1렌즈(121)와 제2렌즈(122)가 모두 정의 굴절력을 가지고 있다. 제1렌즈(121)와 제2렌즈(122) 사이의 간격(D2)이 조절됨에 따라 렌즈부(120)의 초점거리 및 화각이 변하며, 조명 범위가 조절된다. 실시예에서, 제1렌즈(121)는 고정되고, 제2렌즈(122)가 제1렌즈(121)와의 간격이 조절되도록 광축을 따라 움직이는 구성이며, 이 때, 광원(110)이 제2렌즈(122)와 연동한다.
렌즈 데이터는 다음 표 1 내지 표 3과 같다.
면# 곡률반경 두께 또는 거리 굴절률 유효경 초점거리
1 Asphere -19.1 16.7 1.523 23 36.5191
2 Sphere 1.00E+18 D2 23
3 Sphere -4.71 2.5 1.785 3 6.00214
4 Sphere 1.00E+18 3
면# A B K
1 -2.9e-006 -2.885e-009 -0.7100
D2 반화각(°)
광각단 1.13 39.5
망원단 22.22 2.1
도 3은 도 1의 촬상 장치(1000)에 채용될 수 있는 다른 실시예에 따른 줌 조명 시스템(101)의 광학적 배치로서, 촬상 장치(1000)의 줌 렌즈 시스템(320)의 광각단, 망원단에 각각 대응하는 배치를 보인다.
줌 조명 시스템(101)은 제1렌즈(131)와 제2렌즈(132)로 이루어진 렌즈부(130)와 광원(110)을 포함하며, 제2렌즈(132)가 제1렌즈(131)와 광원(110) 사이에 배치되어 있다. 제1렌즈(131)는 정의 굴절력을 가지며, 광원(110)을 향하는 면이 오목한 메니스커스 형상을 가진다. 제2렌즈(132)는 부의 굴절력을 가지며, 광원(110)을 향하는 면이 오목한 메니스커스 형상을 가진다.
면# 곡률반경 두께 또는 거리 굴절률 유효경 초점거리
1 Asphere 64.4798 30 1.516798 52 175.794
2 Sphere 193.7111 D2 47.5
3 Sphere 6.7851 9.54 1.516798 6.58 -106.184
4 Sphere 3.1668 2.15
# A B C K
1 1.64741e-009 -1.25884e-012 1.52640694e-015 -0.4615
D2 반화각(°)
광각단 3 20.556
망원단 88.86 0.966
도 4는 도 1의 촬상 장치(1000)에 채용될 수 있는 또 다른 실시예에 따른 줌 조명 시스템(102)의 광학적 배치로서, 촬상 장치(1000)의 줌 렌즈 시스템(320)의 광각단, 망원단에 각각 대응하는 배치를 보인다.
줌 조명 시스템(102)은 제1렌즈(141)와 제2렌즈(142)로 이루어진 렌즈부(140)와 광원(110)을 포함하며, 제2렌즈(142)가 제1렌즈(141)와 광원(110) 사이에 배치되어 있다. 제1렌즈(141)는 부의 굴절력을 가지며, 광원(110)을 향하는 면이 오목한 메니스커스 형상을 가진다. 제2렌즈(142)는 정의 굴절력을 가지며, 광원(110)을 향하는 면이 오목한 메니스커스 형상을 가진다.
면# 곡률반경 두께 또는 거리 굴절률 유효경 초점거리
1 Asphere 58.2121 10 1.516798 52 -70.9663
2 Sphere 21.0185 D2 47.5
3 Sphere 6.3805 9.847 1.516798 6.58 25.652
4 Sphere 5.9661 2.15
# A B C K
1 1.0879e-008 -8.3994e-011 1.0160e-014 -0.288337
D2 반화각(°)
광각단 32.8570 35.70669
망원단 2.70815 25.11483
이상, 설명한 실시예들은 상술한 렌즈부(120)(130)(140) 구성을 통해, 광원(110)으로부터 조사된 광의 조명 범위를 광각단, 망원단의 촬영 조건에 맞게 조절할 수 있는 줌 조명 시스템을 구현하고 있다.
상술한 실시예들에서는 렌즈부(120)(130)(140)가 2매 렌즈로 구성된 것으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것이고, 광원(110)과의 상대적 거리가 가변되는 1매의 렌즈로만 구성되거나, 또는, 3매 이상의 렌즈로 구성될 수도 있다.
이러한 본원 발명인 줌 조명 시스템 및 이를 구비한 촬상 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (19)

  1. 광원;
    상기 광원과의 거리가 가변하는 하나 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈부;를 포함하며, 조명 범위가 조절되는 줌 조명 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 적외선 대역의 광을 발광하는 하나 이상의 발광소자를 포함하는 줌 조명 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈부는 상기 광원과의 거리가 가변하는 정렌즈를 포함하는 줌 조명 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈부는
    제1렌즈와,
    상기 제1렌즈와 상기 광원 사이에 배치된 제2렌즈를 포함하며,
    상기 제1렌즈와 제2렌즈 사이의 간격이 조절됨에 따라 조명 범위가 조절되는 줌 조명 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1렌즈는 고정되고,
    상기 제2렌즈가 상기 제1렌즈와의 간격이 조절되도록 움직이는 줌 조명 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1렌즈는 고정되며,
    상기 광원은 상기 제2렌즈와 연동하는 줌 조명 시스템.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1렌즈와 제2렌즈 중 적어도 하나는 정렌즈로 구성되는 줌 조명 시스템.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈부는 적어도 한 면의 비구면을 포함하는 줌 조명 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2렌즈는 구면 렌즈인 줌 조명 시스템.
  10. 제1항의 줌 조명 시스템;
    복수의 렌즈군을 포함하며, 상기 복수의 렌즈군 간 거리가 가변되며 물체의 상을 주밍(zooming)하는 줌 렌즈 시스템;
    상기 줌 렌즈 시스템이 형성한 광학 상을 전기 신호로 변환하는 촬상 소자;
    상기 줌 렌즈 시스템의 주밍과 상기 줌 조명 시스템의 조명 범위 조절이 연동되도록 제어하는 제어부;를 포함하는 촬상 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 줌 렌즈 시스템은 2배 이상의 줌 배율을 갖도록 구성된 촬상 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 줌 조명 시스템의 광원은 적외선 대역의 광을 발광하는 하나 이상의 발광소자를 포함하는 촬상 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 줌 조명 시스템의 렌즈부는 상기 광원과의 거리가 가변하는 정렌즈를 포함하는 촬상 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 줌 조명 시스템의 렌즈부는
    제1렌즈와,
    상기 제1렌즈와 상기 광원 사이에 배치된 제2렌즈를 포함하며,
    상기 제1렌즈와 제2렌즈 사이의 간격이 조절됨에 따라 상기 줌 조명 시스템의 조명 범위가 조절되는 촬상 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1렌즈는 고정되고,
    상기 제2렌즈가 상기 제1렌즈와의 간격이 조절되도록 움직이는 촬상 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1렌즈는 고정되며,
    상기 광원은 상기 제2렌즈와 연동하는 촬상 장치.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈 중 적어도 하나는 정렌즈인 촬상 장치.
  18. 제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈부는 적어도 한 면의 비구면을 포함하는 촬상 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2렌즈는 구면 렌즈인 촬상 장치.
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