KR20130087123A - 릴레이 렌즈계 및 이를 이용한 스테레오 카메라 시스템 - Google Patents

릴레이 렌즈계 및 이를 이용한 스테레오 카메라 시스템 Download PDF

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KR20130087123A
KR20130087123A KR1020120008145A KR20120008145A KR20130087123A KR 20130087123 A KR20130087123 A KR 20130087123A KR 1020120008145 A KR1020120008145 A KR 1020120008145A KR 20120008145 A KR20120008145 A KR 20120008145A KR 20130087123 A KR20130087123 A KR 20130087123A
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이수부
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빅시스템즈 주식회사
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    • D06H7/00—Apparatus or processes for cutting, or otherwise severing, specially adapted for the cutting, or otherwise severing, of textile materials
    • D06H7/22—Severing by heat or by chemical agents
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Abstract

릴레이 렌즈계 및 이를 이용한 스테레오 카메라 시스템이 개시된다. 상기 릴레이 렌즈계는 전체적으로 양의 굴절능을 가지며 원거리동공(Telecentric) 구조로 형성되어 물체 또는 대물렌즈계를 통해 입사되는 광을 평행광으로 출력할 수 있고, 물체 측으로부터 순서대로 제1렌즈 내지 제7렌즈를 포함하는 제1릴레이 렌즈군, 상기 제1릴레이 렌즈군을 통해 출력되는 광의 적어도 일부가 통과되는 조리개, 및 전체적으로 양의 굴절능을 가지며 결상렌즈계의 구조로 형성되고 상기 조리개를 통과하여 입사되는 광을 카메라의 센서에 초점이 맺히도록 하며 물체 측으로부터 순서대로 제8렌즈 내지 제14렌즈를 포함하는 제2릴레이 렌즈군을 포함한다.

Description

릴레이 렌즈계 및 이를 이용한 스테레오 카메라 시스템{Relay lens system and stereo camera system using the same}
본 발명은 릴레이 렌즈계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 넓은 화각의 대물(결상)렌즈계와 연결 시 외곽부분의 광선 잘림 현상과 어두워짐 현상을 해결할 수 있는 릴레이 렌즈계에 관한 것이다. 또한, 이러한 릴레이 렌즈계를 이용한 스테레오 카메라 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 릴레이 렌즈계는 서로 다른 렌즈계를 연결하는 역할을 하며, 상을 반전시키거나 배율을 조정, 또는 광경로를 길게 연장시키거나 결상된 상을 다른 위치로 전달하는데 사용되는 광학계를 말한다.
프리즘도 상을 반전시키거나 광경로를 연장시키는 용도로 사용될 수 있으나, 굴절능이 없어 배율을 조정할 수 없는 문제점이 있어 굴절능을 가지고 광선의 경로를 조정하는 연결 수단으로 릴레이 렌즈계가 유용하게 쓰이고 있다.
이러한 릴레이 렌즈계의 기본적인 구조는 결상 광학계의 입사부를 마주보게 한 형태로 초점대 초점 구조를 이루며, 보통 대물결상 렌즈계(Objective)와 연결되어 사용된다. 이때, 릴레이 렌즈계와 서로 짝맞춰 설계되지 않은, 화각이 넓은 일반 대물렌즈계와 연결하여 사용하게 되면 외곽부분에 빛 잘림 현상이 생길 수 있으며, 영상이 잘리거나 어두워지고 해상도까지 저하될 수 있는 문제점이 있다.
따라서 화각이 큰 입사광선까지 연결할 수 있도록 하여 릴레이 렌즈계와 짝맞춰 설계되지 않은 대물결상 렌즈계(예컨대, 일반 DSRL 렌즈계 등)와 연결하여 사용하는 경우에도 광각까지 빛 잘림 없이 선명한 해상도의 영상을 얻을 수 있는 릴레이 렌즈계가 요구된다.
또한, 스테레오 카메라는 두 개의 렌즈계로 시차가 나는 두 개의 영상을 촬영할 수 있는 카메라로, 입체영상 제작에 사용되고 있다. 일반적으로, 스테레오 카메라는 두 대의 카메라(센서)를 사용하여 두 개의 영상을 얻을 수 있으며, 이는 부피와 중량을 증가시켜 기동성이 떨어지며 컨텐츠 제작을 위한 비용이 증가될 수 있는 문제점이 있으며, 두 대의 카메라의 렌즈를 제어하기 힘들어지는 문제점이 있다.
따라서, 하나의 카메라(센서)를 사용하여 제어가 용이하면서도 부피와 중량을 감소시키고, 비용 발생을 줄일 수 있는 스테레오 카메라 시스템이 요구된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 종래의 릴레이 렌즈계와 달리 넓은 화각의 대물렌즈계(예컨대, 일반 DSRL 렌즈계 등)와 연결 시 외곽부분의 광선 잘림현상과 어두워짐 현상을 해결하고 선명한 해상도의 영상을 얻을 수 있게하여 다양한 사양의 구성이 가능한 릴레이 렌즈계를 제공하는 것이다.
또한, 1,200만 화소급 이상의 고화소 센서 특성에 맞춘 적절한 화각, 분해능 빛 보정된 기타 수차를 가지는, 광학적 성능이 우수한 릴레이 렌즈계를 제공하는 것이다.
또한, 이처럼 외곽까지 밝고 선명한 영상을 얻을 수 있는 릴레이 렌즈계를 이용하여 하나의 카메라(센서)로 입체영상 촬영이 가능한 스테레오 카메라 시스템을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 렌즈계 및 이를 이용한 스테레오 카메라 시스템은 전체적으로 양의 굴절능을 가지며 원거리동공(Telecentric) 구조로 형성되어 물체 또는 대물렌즈계를 통해 입사되는 광을 평행광으로 출력할 수 있고, 물체 측으로부터 순서대로 제1렌즈 내지 제7렌즈를 포함하는 제1릴레이 렌즈군, 상기 제1릴레이 렌즈군을 통해 출력되는 광의 적어도 일부가 통과되는 조리개, 및 전체적으로 양의 굴절능을 가지며 결상렌즈계의 구조로 형성되고 상기 조리개를 통과하여 입사되는 광을 카메라의 센서에 초점이 맺히도록 하며 물체 측으로부터 순서대로 제8렌즈 내지 제14렌즈를 포함하는 제2릴레이 렌즈군을 포함하며, 상기 제1렌즈 내지 제14렌즈는 각각
-0.3≤F1/f1≤-0.8,
0.6≤F2/f1≤1.2,
1.0≤F3/f1≤1.8,
-0.8≤F4/f1≤-1.4,
-1.8≤F5/f1≤-3.4,
1.0≤F6/f1≤1.8,
1.2≤F7/f1≤2.4,
-0.7≤F8/f2≤-1.4,
0.5≤F9/f2≤0.9,
0.8≤F10/f2≤1.6,
-0.4≤F11/f2≤-0.7,
0.4≤F12/f2≤0.7,
0.3≤F13/f2≤0.6,
-0.2≤F14/f2≤-0.3,
(여기서, f1은 제1릴레이 렌즈군의 유효 초점 거리, f2는 제2릴레이 렌즈군의 유효초점거리, F1 내지 F14는 각각 제1렌즈 내지 제14렌즈의 유효 초점 거리를 나타냄.) 인 식을 만족하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1릴레이 렌즈군과 상기 조리개 사이의 거리 및 상기 조리개와 상기 제2릴레이 렌즈군 사이의 거리는
0.8≤L1/f≤1.0
0.3≤L2/f≤0.5
(여기서, f는 전체 릴레이 렌즈계의 유효 초점 거리, L1은 제1릴레이 렌즈군과 조리개 사이의 거리, L2는 조리개와 제2릴레이 렌즈군 사이의 거리를 나타냄.)
인 식을 각각 만족하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1릴레이 렌즈군과 상기 제2릴레이 렌즈군 사이의 거리가
1.1 ≤ L/f ≤ 1.5
(여기서, f = 전체 릴레이 렌즈계의 유효 초점 거리, L = 제1릴레이 렌즈군과 제2릴레이 렌즈군 사이의 거리를 나타냄.) 인 식을 만족하도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 조리개의 구경은,
0.2 ≤ D/f ≤ 0.3
(여기서, f는 전체 릴레이 렌즈계의 유효 초점 거리, D는 조리개의 구경을 나타냄.) 인 식을 만족하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 1, 2, 4, 5, 13, 14렌즈는 굴절률 1.8 이상의 고굴절 재질로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 3, 6, 7렌즈는 아베수(Abbe`s number) 55 이상의 저분산 크라운 유리로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제8렌즈 내지 제13렌즈는 아베수 55 이하의 고분산 프린트 유리로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 3, 4, 5, 6, 8, 9렌즈는 얇은 공기층을 가지는 색지움 렌즈(Acromatic lens)형태인 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 릴레이 렌즈계 및 이를 이용한 스테레오 카메라 시스템은, 릴레이 렌즈계를 이용한 스테레오 카메라 시스템에 있어서, 좌측 및 우측 대물렌즈계와 각각 연결되고, 전체적으로 양의 굴절능을 가지며 원거리동공(Telecentric) 구조로 형성되어 상기 좌측 및 우측 대물렌즈계로부터 좌측광 및 우측광을 각각 전달받아 상기 좌측광 및 우측광을 평행광으로 출력할 수 있으며, 물체 측으로부터 순서대로 제1렌즈 내지 제7렌즈를 포함하는 적어도 두 개의 제1릴레이 렌즈군, 상기 적어도 두 개의 제1릴레이 렌즈군으로부터 각각 출력되는 광을 하나의 광경로로 모으기 위한 광경로 결합부, 및 전체적으로 양의 굴절능을 가지며 결상렌즈계의 구조로 형성되고 상기 광경로 결합부를 통해 입사되는 광을 카메라의 센서에 초점이 맺히도록 하며 물체 측으로부터 순서대로 제8렌즈 내지 제14렌즈를 포함하는 제2릴레이 렌즈군을 포함하며, 상기 제1렌즈 내지 제14렌즈는 각각
-0.3≤F1/f1≤-0.8,
0.6≤F2/f1≤1.2,
1.0≤F3/f1≤1.8,
-0.8≤F4/f1≤-1.4,
-1.8≤F5/f1≤-3.4,
1.0≤F6/f1≤1.8,
1.2≤F7/f1≤2.4,
-0.7≤F8/f2≤-1.4,
0.5≤F9/f2≤0.9,
0.8≤F10/f2≤1.6,
-0.4≤F11/f2≤-0.7,
0.4≤F12/f2≤0.7,
0.3≤F13/f2≤0.6,
-0.2≤F14/f2≤-0.3,
(여기서, f1은 제1릴레이 렌즈군의 유효 초점 거리, f2는 제2릴레이 렌즈군의 유효초점거리, F1 내지 F14는 각각 제1렌즈 내지 제14렌즈의 유효 초점 거리를 나타냄.) 인 식을 만족하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 광경로 결합부는, 입사되는 광을 상기 제2릴레이 렌즈군으로 전달하거나 또는 소정의 방향으로 분리할 수 있는 광속분리기(Beam splitter), 및 상기 적어도 두 개의 제1 릴레이 렌즈군으로부터 각각 출력되는 광을 반사하여 상기 광속분리기로 유도하는 제1미러부 및 제2미러부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 렌즈계 및 이를 이용한 스테레오 카메라 시스템은 화각이 큰 입사광선까지 연결할 수 있도록 원거리동심(Telecentric) 구조로 형성되어 릴레이 렌즈계와 짝맞춰 설계되지 않은 대물결상렌즈계(예컨대, 일반 DSRL 렌즈계)와 연결하여 사용해도 외곽쪽에 빛 잘림 현상 없이 밝고 선명한 영상을 얻을 수 있어, 시중에 보급된 다양한 DSRL 대물렌즈와 연결하여 다양한 사양의 스테레오 카메라 시스템을 구성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 렌즈계가 원거리동심(Telecentric) 구조로 형성됨으로써, 하나의 센서를 사용하는 스테레오 카메라 시스템에서 렌즈계를 연결할 연결공간을 확보할 수 있으며, 물체거리에 따라 상 크기가 변하지 않아 광축 정렬이 용이한 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 렌즈계를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 렌즈계를 이용한 스테레오 카메라 시스템을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 렌즈계의 변조전달함수(MTF)를 나타내는 그래프를 도시한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 렌즈계를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 렌즈계는 제1 릴레이 렌즈군(100), 제2 릴레이 렌즈군(200) 및 상기 두 렌즈군 사이의 조리개(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 제1 릴레이 렌즈군(100)은 원거리동공(Telecentric) 구조로 형성되며, 제1렌즈(101) 내지 제7렌즈(107)를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 제2 릴레이 렌즈군(200)은 결상렌즈계 형태로 제8렌즈(201) 내지 제14렌즈(207)를 포함하여 구성될 수 있고, 상기 제1 릴레이 렌즈군(100) 및 상기 제2 릴레이 렌즈군(200)은 상기 조리개(300)를 두고 대칭적인 구조를 이루고 있을 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 제1 릴레이 렌즈군(100)은 원거리동공(Telecentric) 구조로 형성되어 입사되는 광을 평행광으로 만들 수 있으며, 전체적으로 양의 굴절력을 가질 수 있다.
이를 위해, 상기 제1렌즈(101)는 물체 측으로 오목한 메니스커스 형태로 광선을 모아주는 역할을 수행할 수 있으며, 고굴절 재질로 양의 굴절능을 가지도록 형성될 수 있다. 일반적으로 이러한 렌즈를 필드 컬렉터(Field Collector)라 부르며, 물체면으로부터 가까울수록, 곡률이 작을수록, 직경이 클수록 화각이 큰 광선까지 모을 수 있다. 하지만, 연결 시 적절한 광선 각과 렌즈의 형태, 가공성을 고려하여 본 발명의 실시 예에서는 적절한 굴절능을 가지도록 하는 것이 바람직할 수 있으며, 상기 제1렌즈(101)의 유효초점거리는 다음 식을 만족할 수 있다.
-0.3≤F1/f1≤-0.8
이때, f1은 전체 릴레이 렌즈계의 유효초점거리를 나타낸다.
한편, 상기 제1 릴레이 렌즈군(100)에 포함되는 나머지 렌즈들, 즉 상기 제2렌즈(102)내지 상기 제7렌즈(107)의 유효초점거리는 각각 다음 식을 만족할 수 있다.
0.6≤F2/f1≤1.2,
1.0≤F3/f1≤1.8,
-0.8≤F4/f1≤-1.4,
-1.8≤F5/f1≤-3.4,
1.0≤F6/f1≤1.8,
1.2≤F7/f1≤2.4,
여기서, f1은 전체 릴레이 렌즈계의 유효초점거리를 나타내며, F1 내지 F7은 각각 제1렌즈 내지 제7렌즈의 유효초점거리를 나타낸다. 또한, 상기 제2렌즈(102)부터 상기 제7렌즈(107)까지 각각의 렌즈는 순서대로 양, 양, 음, 음, 양, 양의 굴절능을 가질 수 있다.
또한, 상기 제3렌즈(103), 제6렌즈(106), 제7렌즈(107)는 아베수(Abbe`s number) 55 이상의 저분산 크라운 유리로 형성되고, 상기 제3렌즈(103) 내지 제6렌즈(106)는 약간의 공기층을 둔 색지움 렌즈(Acromatic Lens) 형태를 이루는 것이 바람직 할 수 있다.
이처럼 상기 제1 릴레이 렌즈군(100)이 구성되는 경우, 연결할 대물렌즈계에서 나오는 광들을 ±12°까지 커버할 수 있으며, 이는 시중의 일반적인 DSRL용 대물렌즈의 시야각을 약 50°정도 커버할 수 있는 효과를 가질 수 있으며, 종래에 이러한 각을 고려하지 않아 릴레이 렌즈군과 짝맞춰 설계된 대물렌즈계를 사용하지 않으면 외곽의 영상이 잘리거나 어두워지는 문제점을 해결할 수 있다.
한편, 상기 제2 릴레이 렌즈군(200)은 전체적으로 양의 굴절능을 가지며, 결상렌즈계 형태로 형성되어 상기 제1 릴레이 렌즈군(100) 또는 상기 조리개(300)를 통하여 들어오는 평행광을 카메라의 센서에 초점이 맺히도록 할 수 있다.
이를 위하여, 상기 제2 릴레이 렌즈군(200)에 포함되는 상기 제8렌즈(201) 내지 상기 제14렌즈(207)의 유효초점거리는 다음 식을 만족할 수 있다.
-0.7≤F8/f2≤-1.4,
0.5≤F9/f2≤0.9,
0.8≤F10/f2≤1.6,
-0.4≤F11/f2≤-0.7,
0.4≤F12/f2≤0.7,
0.3≤F13/f2≤0.6,
-0.2≤F14/f2≤-0.3,
여기서, f2는 전체 릴레이 렌즈계의 유효초점거리를 나타내며, F8 내지 F14는 각각 제8렌즈 내지 제14렌즈의 유효초점거리를 나타낸다.
또한, 상기 제8렌즈(201) 내지 상기 제13렌즈(206)는 각각 순서대로 음, 양, 양, 음, 양, 양의 굴절능을 가지도록 하며, 모두 아베수 55 이하의 고분산 프린트 유리로 형성되고, 상기 제8렌즈(201) 및 상기 제9렌즈(202)는 약간의 공기층을 둔 색지움 렌즈(Acromatic Lens) 형태를 이루는 것이 바람직할 수 있으며, 이와 같은 상기 제1 릴레이 렌즈군(100)의 유효초점거리와 상기 제2 릴레이 렌즈군(200)의 유효초점거리의 비가 배율 및 상면의 확대비를 결정할 수 있다.
이때, 상기 제14렌즈는 관찰 측으로 오목한 메니스커스 형태로 광선을 모아주는 형태를 이룰 수 있으며, 낮은 굴절능을 가지고 고분산 크라운 유리로 형성될 수 있고, 이를 필드 플래터(Field Flatter)라 부를 수 있다. 이러한 필드 플래터는 상평면 가까이 위치하여 상면만곡을 줄여주는 역할을 할 수 있다. 하지만, 이를 카메라에 연결하여 사용하기 위해서는 충분한 후초점거리를 두고 있어야 하며, 일반적으로 후초점거리를 20mm 이상 되도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 상기 제1 릴레이 렌즈군(100)과 상기 제2 릴레이 렌즈군(200) 사이에 조리개(300)가 형성될 수 있으며, 이때 상기 제1 릴레이 렌즈군(100)과 상기 조리개(300) 사이의 거리(L1) 및 상기 조리개(300)와 상기 제2 릴레이 렌즈군(200) 사이의 거리(L2)는 각각 다음 식을 만족할 수 있다.
0.8≤L1/f≤1.0
0.3≤L2/f≤0.5
이때, f는 전체 릴레이 렌즈계의 유효 초점 거리를 나타내며, L1은 제1릴레이 렌즈군과 조리개 사이의 거리, L2는 조리개와 제2릴레이 렌즈군 사이의 거리를 나타낸다.
본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 렌즈계는 전체적으로 초점 대 초점 렌즈계의 구조를 가지며, 전술한 바와 같이 상기 제1 릴레이 렌즈계(100)가 원거리동공(Telecentric) 구조로 형성되어, 제1 릴레이 렌즈군(100) 및 제2 릴레이 렌즈군(200) 사이에서 평행광 형태의 광이 나오므로 시야각 범위 내에서 광손실을 적게 하고 광축을 용이하게 정렬할 수 있는 효과를 가질 수 있다. 또한, 배율의 비율만큼 상면의 크기를 키울 수 있으며, 상기 제1 릴레이 렌즈군(100) 및/또는 상기 제2 릴레이 렌즈군(200)을 광축의 전후방향으로 이동시켜 용이하게 초점을 조정할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 렌즈계를 이용한 스테레오 카메라 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 렌즈계를 이용한 스테레오 카메라 시스템은 우측 대물렌즈계(510) 및 좌측 대물렌즈계(520)를 포함하는 대물렌즈계(500), 상기 우측 대물렌즈계(510) 및 상기 좌측 대물렌즈계(520)와 각각 연결되는 두 개의 제1 릴레이 렌즈군(100-1, 100-2), 상기 두 개의 제1 릴레이 렌즈군(100-1, 100-2)으로부터 각각 출력되는 광을 하나의 광경로로 결합하기 위한 광경로 결합부(400), 및 상기 광경로 결합부(400)로부터 나오는 광을 받아 카메라(600)의 센서(610)에 초점을 맺게 하는 제2 릴레이 렌즈군(200)을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 대물렌즈계(500)는 시차가 나는 두 개의 영상을 촬영하기 위해 전술한 바와 같이 우측 대물렌즈계(510) 및 좌측 대물렌즈계(520)을 포함할 수 있으며, 이들은 각각 상기 제1 릴레이 렌즈군(100-1, 100-2)과 연결될 수 있다.
여기서, 상기 두 개의 제1 릴레이 렌즈군(100-1, 100-2) 각각은 상술한 도 1에서의 제1 릴레이 렌즈군(100)과 동일한 구성 및 특징을 가지는 것이 바람직하며, 상기 제1 릴레이 렌즈군(100)과 같은 역할을 수행할 수 있다.
한편, 상기 광경로 결합부(400)는 광속분리기(Beam splitter, 410), 상기 우측 대물렌즈계(510)로부터 들어오는 우측광을 상기 광속분리기(410)로 보내기 위한 제2미러부(430) 및 상기 좌측 대물렌즈계(520)를 통해 들어오는 좌측광을 상기 광속분리기(410)로 보내기 위한 제1미러부(420)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 광속분리기(410)는 평판형 또는 입방체 형태가 사용될 수 있다. 이때 입방체 형태의 경우 좌/우측의 광경로 차이가 없어 우수한 성능을 가질 수 있으나, 무게가 무거워지는 문제점을 가진다. 반면, 평판형의 경우 좌/우측 광경로의 차로 인해 좌측 영상의 성능이 떨어질 수 있는 위험이 있으므로 그 두께를 가급적 얇게 형성되도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 카메라부(600)에는 카메라의 센서(610)와 상기 센서(610)를 보호하기 위한 윈도우(Window, 620)가 포함될 수 있으며, 상기 제2 릴레이 렌즈부(200)가 상기 센서(610) 상으로 광의 초점을 맺도록 할 수 있다.
또한, 상기 윈도우(620)는 다양한 두께로 형성될 수 있고, 전체 렌즈계와 카메라(600) 연결 시 거리를 조정하여 초점을 맞출 수 있다.
이처럼, 원거리동공(Telecentric) 구조의 제1 릴레이 렌즈군(100) 두 개와 광경로 결합부(400), 및 제2 릴레이 렌즈군(200)을 결합하여 하나의 센서(610)를 사용하면서도 외곽까지 선명하고 밝은 영상을 얻을 수 있는 스테레오 카메라 시스템을 구성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 렌즈계의 변조전달함수(MTF)를 나타내는 그래프를 도시한 것이다.
이를 위한 본 발명의 바람직한 실시 예는 다음 표 1의 구성에 따른다.
면 곡률반경(mm) 앞면과의 간격
또는 두께(dn)(mm)		 유효반경(mm) 굴절률 분산계수
p1 물체면 13.00
r1 -19.32 5.00 10.5 1.86 28.1
r2 -160.57 1.00 13.5
r3 -161.33 7.70 14.2 1.92 20.9
r4 -31.87 1.00 16.0
r5 -421.79 8.37 17.0 1.67 56.8
r6 -35.11 1.00 18.0
r7 -49.80 5.00 18.0 1.82 25.2
r8 134.32 2.04 18.5
r9 887.18 5.00 20.0 1.88 25.1
r10 87.073 1.30 21.0
r11 106.64 10.0 21.0 1.63 61.7
r12 -56.58 1.00 21.0
r13 105.12 8.60 22.0 1.71 55.0
r14 -108.62 75.00 22.0
p2 조리개 35.00 10.4
r15 266.98 4.00 17.0 1.77 25.8
r16 54.79 1.00 17.0
r17 50.70 8.25 18.0 1.64 60.7
r18 -146.81 1.00 18.0
r19 95.44 9.00 18.0 1.78 48.8
r20 -480.20 3.07 18.0
r21 -66.06 5.00 18.0 1.65 30.9
r22 62.80 6.77 18.0
r23 49.256 9.78 21.4 1.77 49.9
r24 -146.09 1.00 20.1
r25 33.51 9.45 18.5 1.92 20.9
r26 1955.65 1.87 17.0
r27 -157.53 5.00 16.0 1.87 23.7
r28 23.09 4.8 12.7
p3 상면 23.00 11.0
본 실시 예에서 전체 릴레이 렌즈계의 유효초점거리는 84.6mm이며, 모든 분석 및 수치계산의 기준이 되는 주 파장은 587.6mm이다. 전체적인 배율은 약 1.3배로 하며, 제1 릴레이 렌즈군(100) 및 제2 릴레이 렌즈군(200) 사이의 거리를 110mm로 하여 스테레오 렌즈를 꾸미는데 용이하도록 할 수 있다. 또한, 카메라에 장착 공간을 확보하기 위하여 후초점거리는 20mm 이상이 되도록 한다.
한편, 도 2에서 전술한 센서 보호용 윈도우(620)는 다양한 두께로 형성될 수 있으나, 전체적인 성능에는 별다른 영향을 미치지 않는다. 또한, 대물렌즈계에서 나오는 광의 각도를 ±12.5°까지 사용할 때 주변 광의 잘림 없이 외곽까지 밝고 선명한 영상을 얻을 수 있다. 그리고, f수는 조리개의 지름에 따라 변화하며, 약 3정도까지 밝게 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 그래프에서 세로축은 표준화된 변조전달함수값을 나타내고, 가로축은 분해능(cycle/mm)을 나타낸다. 또한, T는 자오면 방향, S는 구결면 방향의 분해능을 나타내며, 도 3에서는 상면의 높이 4.4mm, 7.7mm, 11mm인 경우의 분해능을 각각 나타내고 있다. 여기서 센서의 반경이 11mm이면 4/3인치 센서에 적용할 수 있으며, 그래프의 맨 위에 도시된 곡선은 회절한계를 나타내고 있다.
이때, 최외곽까지 공간주파수 100 cycle/mm에서 37% 이상의 값을 보이는 것을 확인할 수 있으며, 여기서 센서의 화소수 배열은 4,032 * 3,024fh 1,219만 화소(화소단위 4.3㎛)의 센서에 사용할 수 있는 분해능을 가짐을 알 수 있다.
이처럼 본 발명에 따른 바람직한 실시 예의 경우 광각의 대물렌즈계와 릴레이 렌즈계의 결합 시 외곽 영상까지 우수한 질을 기대할 수 있으며, 전체적인 렌즈계의 구성과 조립, 정렬이 용이하고, 1,200만 화소급 이상의 고해상력을 얻을 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 전체적으로 양의 굴절능을 가지며 원거리동공(Telecentric) 구조로 형성되어 물체 또는 대물렌즈계를 통해 입사되는 광을 평행광으로 출력할 수 있고, 물체 측으로부터 순서대로 제1렌즈 내지 제7렌즈를 포함하는 제1릴레이 렌즈군;
    상기 제1릴레이 렌즈군을 통해 출력되는 광의 적어도 일부가 통과되는 조리개; 및
    전체적으로 양의 굴절능을 가지며 결상렌즈계의 구조로 형성되고 상기 조리개를 통과하여 입사되는 광을 카메라의 센서에 초점이 맺히도록 하며 물체 측으로부터 순서대로 제8렌즈 내지 제14렌즈를 포함하는 제2릴레이 렌즈군을 포함하며,
    상기 제1렌즈 내지 제14렌즈는 각각
    -0.3≤F1/f1≤-0.8,
    0.6≤F2/f1≤1.2,
    1.0≤F3/f1≤1.8,
    -0.8≤F4/f1≤-1.4,
    -1.8≤F5/f1≤-3.4,
    1.0≤F6/f1≤1.8,
    1.2≤F7/f1≤2.4,
    -0.7≤F8/f2≤-1.4,
    0.5≤F9/f2≤0.9,
    0.8≤F10/f2≤1.6,
    -0.4≤F11/f2≤-0.7,
    0.4≤F12/f2≤0.7,
    0.3≤F13/f2≤0.6,
    -0.2≤F14/f2≤-0.3,
    (여기서, f1은 제1릴레이 렌즈군의 유효 초점 거리, f2는 제2릴레이 렌즈군의 유효초점거리, F1 내지 F14는 각각 제1렌즈 내지 제14렌즈의 유효 초점 거리를 나타냄.)
    인 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈계.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1릴레이 렌즈군과 상기 조리개 사이의 거리 및 상기 조리개와 상기 제2릴레이 렌즈군 사이의 거리는
    0.8≤L1/f≤1.0
    0.3≤L2/f≤0.5
    (여기서, f는 전체 릴레이 렌즈계의 유효 초점 거리, L1은 제1릴레이 렌즈군과 조리개 사이의 거리, L2는 조리개와 제2릴레이 렌즈군 사이의 거리를 나타냄.)
    인 식을 각각 만족하는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈계.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제1릴레이 렌즈군과 상기 제2릴레이 렌즈군 사이의 거리가
    1.1 ≤ L/f ≤ 1.5
    (여기서, f = 전체 릴레이 렌즈계의 유효 초점 거리, L = 제1릴레이 렌즈군과 제2릴레이 렌즈군 사이의 거리를 나타냄.)
    인 식을 만족하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈계.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 조리개의 구경은,
    0.2 ≤ D/f ≤ 0.3
    (여기서, f는 전체 릴레이 렌즈계의 유효 초점 거리, D는 조리개의 구경을 나타냄.)
    인 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈계.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1, 2, 4, 5, 13, 14렌즈는 굴절률 1.8 이상의 고굴절 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈계.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3, 6, 7렌즈는 아베수(Abbe`s number) 55 이상의 저분산 크라운 유리로 형성되는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈계.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제8렌즈 내지 제13렌즈는 아베수 55 이하의 고분산 프린트 유리로 형성되는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈계.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3, 4, 5, 6, 8, 9렌즈는 얇은 공기층을 가지는 색지움 렌즈(Acromatic lens)형태인 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈계.
  9. 릴레이 렌즈계를 이용한 스테레오 카메라 시스템에 있어서,
    좌측 및 우측 대물렌즈계와 각각 연결되고, 전체적으로 양의 굴절능을 가지며 원거리동공(Telecentric) 구조로 형성되어 상기 좌측 및 우측 대물렌즈계로부터 좌측광 및 우측광을 각각 전달받아 상기 좌측광 및 우측광을 평행광으로 출력할 수 있으며, 물체 측으로부터 순서대로 제1렌즈 내지 제7렌즈를 포함하는 적어도 두 개의 제1릴레이 렌즈군;
    상기 적어도 두 개의 제1릴레이 렌즈군으로부터 각각 출력되는 광을 하나의 광경로로 모으기 위한 광경로 결합부; 및
    전체적으로 양의 굴절능을 가지며 결상렌즈계의 구조로 형성되고 상기 광경로 결합부를 통해 입사되는 광을 카메라의 센서에 초점이 맺히도록 하며 물체 측으로부터 순서대로 제8렌즈 내지 제14렌즈를 포함하는 제2릴레이 렌즈군을 포함하며,
    상기 제1렌즈 내지 제14렌즈는 각각
    -0.3≤F1/f1≤-0.8,
    0.6≤F2/f1≤1.2,
    1.0≤F3/f1≤1.8,
    -0.8≤F4/f1≤-1.4,
    -1.8≤F5/f1≤-3.4,
    1.0≤F6/f1≤1.8,
    1.2≤F7/f1≤2.4,
    -0.7≤F8/f2≤-1.4,
    0.5≤F9/f2≤0.9,
    0.8≤F10/f2≤1.6,
    -0.4≤F11/f2≤-0.7,
    0.4≤F12/f2≤0.7,
    0.3≤F13/f2≤0.6,
    -0.2≤F14/f2≤-0.3,
    (여기서, f1은 제1릴레이 렌즈군의 유효 초점 거리, f2는 제2릴레이 렌즈군의 유효초점거리, F1 내지 F14는 각각 제1렌즈 내지 제14렌즈의 유효 초점 거리를 나타냄.)
    인 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈계를 이용한 스테레오 카메라 시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 광경로 결합부는,
    입사되는 광을 상기 제2릴레이 렌즈군으로 전달하거나 또는 소정의 방향으로 분리할 수 있는 광속분리기(Beam splitter); 및
    상기 적어도 두 개의 제1 릴레이 렌즈군으로부터 각각 출력되는 광을 반사하여 상기 광속분리기로 유도하는 제1미러부 및 제2미러부를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 렌즈계를 이용한 스테레오 카메라 시스템.

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