KR20130066489A - 결상 광학계 및 촬상 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 결상 광학계 및 촬상 장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 관한 결상 광학계는 피사체에서 방출되는 원적외선을 반사하여, 상면에 결상하는 복수 개의 반사면을 가지고, 광축은 일 평면 내에 서로 교차하지 않도록 배치되며, 상기 반사면 중 상기 피사체측으로부터 홀수 번째에 배치되는 상기 반사면의 형상은 오목 형상이고, 짝수 번째에 배치되는 상기 반사면의 형상은 볼록 형상인 것을 특징으로 한다.

Description

결상 광학계 및 촬상 장치{Imaging optical system and photographing apparatus}
본 발명은 결상 광학계 및 촬상 장치에 관한 것으로서, 특히 원적외선을 상면에 결상하는 결상 광학계 및 이를 구비하는 촬상 장치에 관한 것이다.
피사체가 발하는 원적외선을 검출하여 촬영하는 촬상 장치(이하, 원적외선 카메라라고 한다.)가 알려져 있다. 원적외선 카메라는 피사체 자체가 발광체로서 인식되기 때문에 외부의 광원이 없는 상태에서도 피사체를 인식할 수 있다. 따라서 원적외선 카메라는 야간에도 피사체에게 들키지 않고 촬영을 수행할 수 있다. 이와 같은 특성으로 인해 원적외선 카메라는 주로 방범 카메라 및 공항에서의 검역을 위한 발열 검사 등의 용도로 이용되고 있다.
이와 같은 원적외선 카메라에 사용되는 결상 광학계에는, 주로 피사체로부터의 원적외선을 상면에 결상하는 렌즈가 사용되었다. 원적외선 카메라에 사용되는 렌즈는 원적외선에 대해 충분한 투과율을 가진 재료로 제작될 필요가 있다. 예를 들면 이와 같은 성질을 가진 재료로서는 게르마늄이 대표적이다. 따라서 게르마늄 렌즈를 사용한 원적외선 카메라가 제안되어 왔다.
JP 2003-295052A, 2003.10.15.
원적외선에 대해 충분한 투과율을 가진 소재는 고가의 것이 많다. 따라서, 보다 저렴한 소재로 구성된 광학계를 구성할 필요가 있다.
본 발명의 목적은, 저렴한 소재로 구성된 신규 및 개량된 원적외선용 결상 광학계 및 촬상 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 피사체에서 방출되는 원적외선을 반사하여, 상면에 결상하는 복수 개의 반사면을 가지고, 광축은 일 평면 내에 서로 교차하지 않도록 배치되며, 상기 반사면 중 상기 피사체측으로부터 홀수 번째에 배치되는 상기 반사면의 형상은 오목 형상이고, 짝수 번째에 배치되는 상기 반사면의 형상은 볼록 형상인 것을 특징으로 하는 결상 광학계를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 의하면, 상기 반사면의 수는 3개일 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 반사면의 형상은 자유곡면일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 광학계는 중간 결상을 하지 않을 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 반사면은 원적외선 중 8 μm 내지 14 μm의 파장의 광을 반사할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 피사체에서 방출되는 원적외선을 반사하여, 상면에 결상하는 복수 개의 반사면을 가지고, 광축은 일 평면 내에 서로 교차하지 않도록 배치되며, 상기 반사면 중 상기 피사체측으로부터 홀수 번째에 배치되는 상기 반사면의 형상은 오목 형상이고, 짝수 번째에 배치되는 상기 반사면의 형상은 볼록 형상인 결상 광학계를 구비하는 촬상 장치를 제공한다.
상기와 같은 실시예들에 따르면, 저렴한 소재로 구성된 신규 및 개량된 원적외선용 결상 광학계 및 촬상 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 결상 광학계의 구성을 도시한 광선도이다.
도 2는 도 1의 결상 광학계의 각 구성 요소의 배치를 설명하기 위한 국소 좌표의 배치를 도시한 설명도이다.
도 3은 도 1의 결상 광학계를 구비하는 촬상 장치의 단면 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 보다 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 각 구성 요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위해 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
(결상 광학계(10)의 구성)
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 결상 광학계(10)의 구성을 도시한 광선도이다.
도 1을 참조하면, 결상 광학계(10)는 제1 반사면(S3), 제2 반사면(S4) 및 제3 반사면(S5)을 포함한다. 상기 결상 광학계(10)는 피사체에서 방출되어 입사창(11)을 통해 입사되는 원적외선을 반사하여, 이미지 센서(17) 상에 결상시키는 기능을 갖는다. 또한, 이미지 센서(17)의 전방에는 센서 보호창(15)이 배치될 수 있다.
반사면을 가진 광학 부재는 표면을 반사재로 코팅할 수 있는 것이라면, 그 소재를 불문한다. 따라서, 저가의 광학 부재가 사용될 수 있다. 예를 들면, 사출 성형한 수지에 알루미늄 등의 금속을 코팅함으로써 반사면을 형성할 수 있다.
상기 구성에 의해 반사면은 원적외선 중 8 μm 내지 14 μm의 파장에 대해 충분한 반사율을 가질 수 있다.
또한, 입사창(11) 및 센서 보호창(15)은 원적외선에 대하여 충분한 투과도를 가진 재질(예를 들면, 게르마늄)로 제작될 수 있다.
상기 결상 광학계(10)는 입사창(11)에서 이미지 센서(17)까지의 광경로 상에서 중간 결상을 하지 않을 수 있다.
상기 결상 광학계(10)는 광축이 교차하지 않으며, 일 평면 내에 배치된다. 여기서, 광축은 피사체 중심과 촬상면의 중심을 반사면을 따라 연결하는 꺽은 선으로 정의된다.
즉, 제1 반사면(S3)에서 반사된 광을 다시 반사시키는 제2 반사면(S4)은, 제1 반사면(S3)에서 입사되는 입사광 등 다른 광선을 차단하지 않는 위치에 배치된다. 따라서, 본 실시예의 결상 광학계(10)는 제2 반사면(S4)이 제1 반사면(S3)에 입사되는 입사광을 차단하는 현상, 이른바 비네팅(vignetting) 현상이 발생하여 입사 광선의 광량을 감소시키는 현상을 방지할 수 있다.
비네팅 현상이 발생하는 경우 밝은 광학계를 구현하기 어렵게 된다. 따라서, 반사면을 사용한 광학계에서 비네팅 현상을 방지하도록 각 광학 부재를 배치하는 것이 중요하다.
(반사면의 배치)
도 2는 도 1의 결상 광학계(10)의 각 구성 요소의 배치를 설명하기 위한 국소 좌표의 배치를 도시한 설명도이다.
도 2 및 하기 표 1을 참조하면, 입사창(11)의 피사체측 면을 입사창 제1 면(S1), 입사창(11)의 다른 면을 입사창 제2 면(S2)으로 정의한다. 이때, 입사창 제1 면(S1)과 광축의 교점을 절대 좌표계의 원점으로 한다. 또한, 광축을 포함한 직선을 Z축, 광축을 포함한 평면 내에서 Z축과 직교하는 직선을 Y축으로 정의한다.
또한, 센서 보호창(15)에서 결상 광학계(10)로부터 입사되는 광측의 면을 센서 보호창 제1 면(S6), 센서 보호창(15)의 이미지 센서(17)측 면을 센서 보호창 제2 면(S7)으로 한다. 또한, 이미지 센서(17)의 입사광측 면을 센서면(S8)으로 한다. 이때 입사창 제1 면(S1), 입사창 제2 면(S2), 제1 반사면(S3), 제2 반사면(S4), 제3 반사면(S5), 센서 보호창 제1 면(S6), 센서 보호창 제2 면(S7) 및 센서면(S8)의 각 면에 대해 국소 좌표계를 정의하여 그 위치 및 방향을 나타낸다. 표 1은 도 2에 의해 정의된 국소 좌표계의 원점 위치와 국소 좌표계의 Z축 방향 코사인을 절대 좌표계로 나타낸다.
Figure pat00001
상기와 같이 결상 광학계(10)에 포함된 광학 부재들을 배치함으로써, 광축이 서로 교차하지 않으며 일 평면 내에 배치되는 꺽은선이 된다. 또한 각 면은 다른 면에 입사되는 광을 차단하지 않도록 배치된다. 따라서, 비네팅 현상이 생기지 않아 밝은 광학계를 실현할 수 있다.
(반사면의 형상)
결상 광학계(10)에 포함되는 제1 반사면(S3), 제2 반사면(S4) 및 제3 반사면(S5)의 면 형상에 대해 설명한다. 결상 광학계(10)는 곡률을 가진 광학면으로는, 투과면 없이 반사면으로만 구성된다. 제1 반사면(S3), 제2 반사면(S4) 및 제3 반사면(S5)은 자유곡면이다. 자유곡면은 하기 수학식 1 및 표 2에 의해 표시된다. 구체적으로 수학식 1에 의해 정의된 자유곡면식에 표 2의 자유곡면 계수를 대입함으로써 각 자유곡면은 결정된다. 하기 표 2는 자유곡면 계수의 값이 "0"이 아닌 부분에 대해서만 나타낸 것이다. 즉, 표 2에 나타내지 않은 자유곡면 계수의 값은 "0"이다.
Figure pat00002
Figure pat00003
상기와 같이, 피사체측에서 홀수 번째 반사면(제1 반사면(S3) 및 제3 반사면(S5))의 형상은 오목 형상이고, 짝수 번째 반사면(제2 반사면(S4))의 형상은 볼록 형상이다. 또한, 본 실시예에서는 반사면이 3개인 경우에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않는다. 예를 들어, 반사면은 2개 또는 4개 이상일 수 있다.
(촬상 장치의 구성)
도 3은 도 1의 결상 광학계(10)를 구비하는 촬상 장치(100)의 단면 사시도이다.
도 3을 참조하면, 케이스 내에 상술한 입사창(11), 결상 광학계(10) 및 이미지 센서(17)을 배치함으로써 촬상 장치(100)를 구성한다. 입사창(11), 제1 반사면(S3), 제2 반사면(S4), 제3 반사면(S5) 및 이미지 센서(17)의 배치에 대해서는 상술한 바와 같다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
예를 들면, 상기 실시 형태에서 반사면의 수는 3개로 구성되지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 반사면의 수는 2개 또는 4개 이상일 수 있다.
10: 결상 광학계 S3: 제1 반사면
S4: 제2 반사면 S5: 제3 반사면
11: 입사창 15: 센서 보호창
17: 이미지 센서 100: 촬상 장치

Claims (6)

  1. 피사체에서 방출되는 원적외선을 반사하여, 상면에 결상하는 복수 개의 반사면을 가지고,
    광축은 일 평면 내에 서로 교차하지 않도록 배치되며,
    상기 반사면 중 상기 피사체측으로부터 홀수 번째에 배치되는 상기 반사면의 형상은 오목 형상이고, 짝수 번째에 배치되는 상기 반사면의 형상은 볼록 형상인 것을 특징으로 하는 결상 광학계.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 반사면의 수는 3개인 것을 특징으로 하는 결상 광학계.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 반사면의 형상은 자유곡면인 것을 특징으로 하는 결상 광학계.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    중간 결상을 하지 않는 것을 특징으로 하는 결상 광학계.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 반사면은 원적외선 중 8 μm 내지 14 μm의 파장의 광을 반사하는 것을 특징으로 하는 결상 광학계.
  6. 피사체에서 방출되는 원적외선을 반사하여, 상면에 결상하는 복수 개의 반사면을 가지고,
    광축은 일 평면 내에 서로 교차하지 않도록 배치되며,
    상기 반사면 중 상기 피사체측으로부터 홀수 번째에 배치되는 상기 반사면의 형상은 오목 형상이고, 짝수 번째에 배치되는 상기 반사면의 형상은 볼록 형상인 결상 광학계를 구비하는 촬상 장치.
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