KR20210010794A - 주간과 야간에 동시에 사용할 수 있으며 배율변화가 가능한 전방위 줌 광학계 - Google Patents

주간과 야간에 동시에 사용할 수 있으며 배율변화가 가능한 전방위 줌 광학계 Download PDF

Info

Publication number
KR20210010794A
KR20210010794A KR1020190087981A KR20190087981A KR20210010794A KR 20210010794 A KR20210010794 A KR 20210010794A KR 1020190087981 A KR1020190087981 A KR 1020190087981A KR 20190087981 A KR20190087981 A KR 20190087981A KR 20210010794 A KR20210010794 A KR 20210010794A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical system
omnidirectional
mirror
mode
zoom optical
Prior art date
Application number
KR1020190087981A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102258458B1 (ko
Inventor
조재흥
주윤재
Original Assignee
한남대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한남대학교 산학협력단 filed Critical 한남대학교 산학협력단
Priority to KR1020190087981A priority Critical patent/KR102258458B1/ko
Publication of KR20210010794A publication Critical patent/KR20210010794A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102258458B1 publication Critical patent/KR102258458B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/02—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
    • G02B17/06—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror

Abstract

본 발명은 전방위 줌 광학계에 관한 것으로, 더 구체적으로는 4개의 거울을 사용함으로써 색수차가 없고 결상 성능이 우수하며 배율변화에 따라 화각이 변화하는 전방위 줌 광학계에 관한 것이다.
본 발명은 4개의 거울을 사용함으로써 색수차가 없고 결상 성능이 우수하며 광학계의 길이를 짧게 하여 제품의 크기를 줄일 수 있는 전방위 줌 광학계를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 거울의 이동을 통하여 배율변화에 따라 화각이 변화하고 주간과 야간에 동시에 사용할 수 있으며 가시광선 영역과 원적외선 영역을 동시에 사용할 수 있는 전방위 줌 광학계를 제공할 수 있다.
아울러 본 발명은 렌즈를 사용하지 않고 4개의 거울만을 사용함으로써 원재료비가 감소되고 제작시간이 줄어들어 제조원가가 감소되며 파장에 제약이 없어 가시광선 영역과 원적외선 영역을 동시에 측정할 수 있는 전방위 줌 광학계를 제공할 수 있다.

Description

주간과 야간에 동시에 사용할 수 있으며 배율변화가 가능한 전방위 줌 광학계{Omnidirectional zoom optical system that can be used in day and night and can change magnification}
본 발명은 전방위 줌 광학계에 관한 것으로, 더 구체적으로는 4개의 거울을 사용함으로써 색수차가 없고 결상 성능이 우수하며 배율변화에 따라 화각이 변화하는 전방위 줌 광학계에 관한 것이다.
전방위 광학계는 360도 전방위에 대해 지평선을 기준으로 상방, 하방 즉 위와 아래 모두 촬영이 가능한 광학계이다. 넓은 시야각으로 유명한 어안렌즈와 비교하면 어안렌즈는 광학계의 전방을 180도로 촬영하는 것이고, 전방위 광학계는 전방을 제외한 양 옆의 위와 아래를 촬영할 수 있다.
넓은 시야를 수용할 수 있는 광학계는 현재에도 많은 연구가 진행되고 있다. 처음으로 넓은 시야에 대한 광학계는 1794년 Robert Barker로부터 파노라마가 알려지면서 시작되었다. 그 후 1987년부터 다수의 카메라를 사용한 전방위 카메라가 등장하였고, 1990년대부터 사다리꼴 형태의 거울이나 원추 형태의 거울을 이용한 반사 굴절식 전방위 카메라가 등장하였다(한국공개특허 제10-2017-0071010호, 한국등록특허 제10-0934719호, 한국등록특허 제10-1469060호).
그러나 기존의 전방위 광학계는 주로 렌즈계로 구성되어 비구면 렌즈를 이용하거나 다수의 렌즈를 사용하기 때문에 가격이 비싸며, 렌즈의 특성상 출력된 영상을 평면으로 전개해서 부분적으로 확대하는 과정에서 영상의 정보가 부분적으로 손실될 수밖에 없다.
또한 렌즈는 파장에 따라 초점거리가 변하고 색수차가 발생하며, 가시광선 영역과 원적외선 영역을 동시에 사용할 수 없으며, 영상의 확대가 필요한 경우 1개 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈 군이 움직여야 한다.
한국공개특허 제10-2017-0071010호 한국등록특허 제10-0934719호 한국등록특허 제10-1469060호
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 4개의 거울을 사용함으로써 색수차가 없고 결상 성능이 우수하며 광학계의 길이를 짧게 하여 제품의 크기를 줄일 수 있는 전방위 줌 광학계를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 1개의 거울만을 이동하여 배율변화에 따라 화각이 변화하고 주간과 야간에 동시에 사용할 수 있으며 가시광선 영역과 원적외선 영역을 동시에 사용할 수 있는 전방위 줌 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
아울러 본 발명은 렌즈를 사용하지 않고 4개의 거울만을 사용함으로써 원재료비가 감소되고 제작시간이 줄어들어 제조원가가 감소되며 파장에 제약이 없어 가시광선 영역과 원적외선 영역을 동시에 측정할 수 있는 전방위 줌 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 물체로부터 입사되는 빛을 제2 비구면 거울로 반사하고, 물체 측으로 볼록한 형상을 가지며 중심부에 홀을 갖는 제1 구면 거울;
상기 제1 구면 거울로부터 반사되는 빛의 방향 쪽에 위치하고, 상기 제1 구면 거울로부터 입사되는 빛을 제3 비구면 거울로 반사하며, 입사되는 빛의 방향으로 오목한 형상을 갖는 제2 비구면 거울;
상기 제1 구면 거울을 기준으로 상기 제2 비구면 거울이 위치한 방향과 반대 방향에 위치하고, 상기 제2 비구면 거울로부터 입사되는 빛을 제4 비구면 거울로 반사하며, 입사되는 빛의 방향으로 볼록한 형상을 갖는 제3 비구면 거울; 및
상기 제1 구면 거울 및 제3 비구면 거울의 사이에 위치하고, 상기 제3 비구면 거울로부터 입사되는 빛을 반사하여 촬상 소자에 결상시키며, 입사되는 빛의 방향으로 오목한 형상을 가지며 중심부에 홀을 갖는 제4 비구면 거울;을 포함하는 배율변화에 따라 화각이 변화하는 전방위 줌 광학계를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전방위 줌 광학계는 한 개의 구면 거울과 한 개의 비구면 거울로 구성된 수광부와 두 개의 비구면 거울로 구성된 결상부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전방위 줌 광학계는 하기 수식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
1.2 <
Figure pat00001
< 1.3
(여기서 f tele 는 광학계가 망원단을 관측할 때의 유효초점거리이고, f wide 는 광학계가 광각단을 관측할 때의 유효초점거리이다.)
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전방위 줌 광학계는 하기 수식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
4.5 <
Figure pat00002
< 4.9 (Wide mode)
4.1 <
Figure pat00003
< 4.5 (Normal mode)
3.6 <
Figure pat00004
< 4.0 (Tele mode)
(여기서 f imaging 은 광학계 결상부의 유효초점거리이고, f concentrating 는 광학계 수광부의 유효초점거리이다.)
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전방위 줌 광학계는 하기 수식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
0.6 <
Figure pat00005
< 1.0 (Wide mode)
0.7 <
Figure pat00006
< 1.1 (Normal mode)
0.9 <
Figure pat00007
< 1.4 (Tele mode)
(여기서 l imaging 은 광학계 결상부의 비구면 거울 사이의 거리이고, l concentrating 는 광학계 수광부의 구면 거울과 비구면 거울 사이의 거리이다.)
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전방위 줌 광학계는 하기 수식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
5.4 <
Figure pat00008
< 5.8 (Wide mode)
5.0 <
Figure pat00009
< 5.4 (Normal mode)
4.3 <
Figure pat00010
< 4.7 (Tele mode)
(여기서 l imaging 은 광학계 결상부의 비구면 거울 사이의 거리이고, f concentrating 는 광학계 수광부의 유효초점거리이다.)
본 발명은 4개의 거울을 사용함으로써 색수차가 없고 결상 성능이 우수하며 광학계의 길이를 짧게 하여 제품의 크기를 줄일 수 있는 전방위 줌 광학계를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 거울의 이동을 통하여 배율변화에 따라 화각이 변화하고 주간과 야간에 동시에 사용할 수 있으며 가시광선 영역과 원적외선 영역을 동시에 사용할 수 있는 전방위 줌 광학계를 제공할 수 있다.
아울러 본 발명은 렌즈를 사용하지 않고 4개의 거울만을 사용함으로써 원재료비가 감소되고 제작시간이 줄어들어 제조원가가 감소되며 파장에 제약이 없어 가시광선 영역과 원적외선 영역을 동시에 측정할 수 있는 전방위 줌 광학계를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 전방위 줌 광학계를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광로도(optical layout)를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광선수차도(Ray aberration)를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광로도(optical layout)를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광선수차도(Ray aberration)를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광로도(optical layout)를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광선수차도(Ray aberration)를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광로도(optical layout)를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광선수차도(Ray aberration)를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광로도(optical layout)를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광선수차도(Ray aberration)를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 광로도(optical layout)를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 광선수차도(Ray aberration)를 나타낸다.
이하 도면 및 실시예를 바탕으로 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명에 사용된 용어, 도면, 실시예 등은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고 통상의 기술자의 이해를 돕기 위하여 예시된 것에 불과할 뿐이며, 본 발명의 권리범위 등이 이에 한정되어 해석되어서는 안 된다.
본 발명에 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 배율변화에 따라 화각이 변화하는 전방위 줌 광학계를 나타낸다.
본 발명의 전방위 광학계는 제1 구면 거울(100); 제2 비구면 거울(200); 제3 비구면 거울(300); 및 제4 비구면 거울(400)을 포함한다.
기존의 전방위 광학계는 주로 렌즈계로 구성되어 비구면 렌즈를 이용하거나 다수의 렌즈를 사용하기 때문에 제조원가가 높다.
또한 렌즈는 파장에 따라 초점거리가 변하고 색수차가 발생하며, 가시광선 영역과 원적외선 영역을 동시에 사용할 수 없다.
본 발명은 4개의 거울을 사용함으로써 색수차가 없고 결상 성능이 우수하며 광학계의 길이를 짧게 하여 제품의 크기를 줄일 수 있는 전방위 줌 광학계를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 거울의 이동을 통하여 배율변화에 따라 화각이 변화하고, 주간과 야간에 동시에 사용할 수 있는 전방위 줌 광학계를 제공할 수 있다.
아울러 본 발명은 렌즈를 사용하지 않고 4개의 거울만을 사용함으로써 원재료비가 감소되고 제작시간이 줄어들어 제조원가가 감소되며 파장에 제약이 없어 가시광선 영역과 원적외선 영역을 동시에 측정할 수 있는 전방위 줌 광학계를 제공할 수 있다.
상기 제1 구면 거울(100)은 물체로부터 입사되는 빛을 제2 구면 거울로 반사하고, 물체 측으로 볼록한 형상을 가지며 중심부에 홀(110)을 갖는다.
상기 제2 비구면 거울(200)은 상기 제1 구면 거울(100)로부터 반사되는 빛의 방향 쪽에 위치하고, 상기 제1 구면 거울로부터 입사되는 빛을 제3 비구면 거울(300)로 반사하며, 입사되는 빛의 방향으로 오목한 형상을 갖는다.
상기 제2 비구면 거울은 상기 제 1구면 거울로부터 반사된 화각을 협각으로 변환하여 결상부로 보내는 역할을 하는 것으로서, 광선의 방향을 바꾸어 광학계의 길이를 짧게 할 수 있다.
상기 제2 비구면 거울에서 반사된 광선은 제1 구면 거울의 홀 및 제4 비구면 거울의 홀을 통과한 후 제3 비구면 거울에서 반사된다.
상기 제3 비구면 거울(300)은 상기 제1 구면 거울(100)을 기준으로 상기 제2 비구면 거울(200)이 위치한 방향과 반대 방향에 위치하고, 상기 제2 비구면 거울로부터 입사되는 빛을 제4 비구면 거울(400)로 반사하며, 입사되는 빛의 방향으로 볼록한 형상을 갖는다.
상기 제3 비구면 거울과 상기 제4 비구면 거울 사이에는 구경조리개(500)를 가질 수 있는데, 상기 구경조리대는 상기 제4 비구면 거울의 홀로 대체될 수 있다.
상기 제3 비구면 거울은 광선의 방향을 바꾸어 광학계의 길이를 짧게 할 수 있다.
또한 상기 제3 비구면 거울(300)은 상기 제2 비구면 거울로부터 반사된 광선에 대하여 촬상소자의 위치를 초평면으로 만드는 역할을 한다.
상기 제4 비구면 거울(400)은 상기 제1 구면 거울 및 제3 비구면 거울의 사이에 위치하고, 상기 제3 비구면 거울로부터 입사되는 빛을 반사하여 촬상 소자(600)에 결상시킨다.
상기 촬상 소자(600)는 가시광선의 경우 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor) 타입 일 수 있으며, 원적외선의 경우 Microbolometer 또는 MCT(Mercury-Cadmium-Telluride) 또는 InSb(Indium antimonide)일 수 있다. 상기 촬상 소자(600)의 상측에는 촬상 소자를 보호하기 위한 커버 글라스를 배치할 수 있으며, 커버 글라스로부터 보호된다.
이때 제1 구면 거울(100) 및 제2 비구면 거울(200)은 수광부를 형성하고, 제3 비구면 거울(300) 및 제4 비구면 거울(400)은 결상부를 형성한다.
본 발명은 거울 사이의 거리, 거울의 곡률반경 등을 조절하여 결상성능을 변화시킬 수 있고, 광학계의 길이를 짧게 하여 제품의 크기를 줄일 수 있다.
본 발명은 촬상 소자에서 도넛 형태의 상을 관찰할 수 있으며, 도넛 형태의 중심부 영역에서 영상이 밀집되는데, 이때 거울의 이동을 통해 배율을 변화시킬 수 있고, 이에 따라 영상이 확대되거나 축소되어 원하는 영상을 획득할 수 있다.
본 발명은 거울을 이동시켜 전방위 줌 광학계의 유효초점거리, 수광부의 유효초점거리, 결상부의 유효초점거리, 수광부의 거울 사이의 거리 및 결상부의 거울 사이의 거리를 조절하였다.
이때 제1 구면 거울(100)의 홀 직경은 20mm 이고, 제4 비구면 거울(400)의 차폐 직경은 21.6mm 로 조절하였다.
본 발명은 제1 구면 거울(M1) 및 제3 비구면 거울(M3)을 이동시키거나 또는 제1 구면 거울(M1), 제2 비구면 거울(M2) 및 제3 비구면 거울(M3)을 이동시켜 전방위 줌 광학계의 결상성능을 평가하였다.
아래 표에서 Case 1은 M1 및 M3을 이동시킨 경우이고, Case 2는 M1, M2 및 M3을 이동시킨 경우를 의미하며, Case 1 및 Case 2 모두 3가지 실시예를 수행하였으며, 이때 각각의 실시예는 Wide mode, Normal mode 및 Tele mode에서 수행되었다.
표 1은 거울의 이동에 따른 전방위 줌 광학계의 유효초점거리를 나타낸다.
1 2 3
Wide Normal Tele Wide Normal Tele Wide Normal Tele
Case 1
(M1, M3)		 2.4224 2.6192 2.9974 2.4240 2.6211 2.9995 2.4272 2.6326 3.0224
Case 2
(M1, M2, M3)		 2.4255 2.6352 3.0271 2.4261 2.6321 3.0215 2.4263 2.6358 3.0306
표 2는 거울의 이동에 따른 수광부의 유효초점거리를 나타낸다.
1 2 3
Wide Normal Tele Wide Normal Tele Wide Normal Tele
Case 1
(M1, M3)		 7.6158 8.2262 9.3958 7.6158 8.2271 9.3964 7.5933 8.2268 9.4250
Case 2
(M1, M2, M3)		 7.5822 8.2299 9.4335 7.5971 8.2330 9.4313 7.5360 8.1776 9.3820
표 3은 거울의 이동에 따른 결상부의 유효초점거리를 나타낸다.
1 2 3
Wide Normal Tele Wide Normal Tele Wide Normal Tele
Case 1
(M1, M3)		 35.8273 35.8193 35.8037 35.8489 35.8403 35.8249 35.8218 35.8132 35.7976
Case 2
(M1, M2, M3)		 35.8170 35.8029 35.7873 35.7964 35.7877 35.7722 35.9932 35.9843 35.9686
표 4는 거울의 이동에 따른 수광부의 거울 사이의 거리를 나타낸다.
1 2 3
Wide Normal Tele Wide Normal Tele Wide Normal Tele
Case 1
(M1, M3)		 52.6756 45.6578 34.7584 52.6756 45.6488 34.7534 57.0890 49.5049 37.9474
Case 2
(M1, M2, M3)		 58.0892 50.2670 38.5844 57.3132 49.6921 38.1217 59.2508 51.3667 39.4792
표 5는 거울의 이동에 따른 결상부의 거울 사이의 거리를 나타낸다.
1 2 3
Wide Normal Tele Wide Normal Tele Wide Normal Tele
Case 1
(M1, M3)		 43.0002 43.0039 43.0111 43.0002 43.0041 43.0113 42.9941 42.9981 43.0054
Case 2
(M1, M2, M3)		 43.0050 43.0115 43.0187 43.0430 43.0470 43.0542 42.9474 42.9515 42.9587
도 2는 본 발명의 전방위 줌 광학계의 광로도(optical layout)를 나타내고, 도 3은 광선수차도(Ray aberration)를 나타낸다(실시예 1).
상기 실시예 1은 표 1 내지 5의 Case 1-1에 해당하며, Wide mode, Normal mode 및 Tele mode에서 수행되었다.
도 2에서 윗부분은 Wide mode에 해당하고, 중간부분은 Normal mode에 해당하며, 아랫부분은 Tele mode에 해당한다. 이때 적색선은 시야각이 가장 작고, 녹색선, 청색선, 갈색선으로 갈수록 시야각이 증가한다.
도 3은 Wide mode, Normal mode 및 Tele mode에서의 시야각에 따른 광선수차도를 나타내며, 각 모드에서 아래에서 위로 갈수록 적색선, 녹색선, 청색선, 갈색선을 나타낸다.
각 모드의 모든 시야각에서 상기 광선수차도는 매우 낮은 값은 나타내며, 이는 결상성능이 우수함을 의미한다.
표 6은 실시예 1에 따른 전방위 줌 광학계의 RDN 데이터를 나타내고, 표 7은 실시예 1에 따른 전방위 줌 광학계의 비구면 거울의 특성을 나타낸다.
이때 ‘1’은 제1 구면 거울(100), ‘2’는 제2 비구면 거울(200), ‘stop’은 구경조리개(500), ‘4’는 제3 비구면 거울(300), ‘5’는 제4 비구면 거울(400)을 각각 의미한다.
Surface # Surface type Radius Thickness H-Ape Refract Mode
Object Sphere Infinity Infinity Refract
1 Sphere 110 -52.6756 62.5
[H:11]		 Reflect
2 Asphere 26.1927 82.7330 13.9728 Reflect
Stop Sphere Infinity 43.0005 7.5 Refract
4 Asphere 29.0861 -43.0002 10.8 Reflect
5 Asphere 81.8584 153.1569 62.5
[H:11]		 Reflect
Image Sphere Infinity 0.0221 3.5 Refract
Surface # 2 4 5
Surface type Asphere Asphere Asphere
Conic Constant -0.7215 0.7822 -0.1348
ASP Coefficient 4th -3.6146e-007 -9.4663e-006 -1.1365e-008
6th 1.3919e-008 -1.1120e-008 -1.6588e-012
8th -5.0875e-011 3.2546e-012 -4.9237e-017
10th 6.9949e-014 -7.0701e-014 -3.3352e-020
12th - - -6.7378e-024
14th - - 7.5940e-028
16th - - 5.9877e-032
도 4는 본 발명의 전방위 줌 광학계의 광로도(optical layout)를 나타내고, 도 5는 광선수차도(Ray aberration)를 나타낸다(실시예 2).
상기 실시예 2는 표 1 내지 5의 Case 1-2에 해당하며, Wide mode, Normal mode 및 Tele mode에서 수행되었다.
도 4에서 윗부분은 Wide mode에 해당하고, 중간부분은 Normal mode에 해당하며, 아랫부분은 Tele mode에 해당한다. 이때 적색선은 시야각이 가장 작고, 녹색선, 청색선, 갈색선으로 갈수록 시야각이 증가한다.
도 5는 Wide mode, Normal mode 및 Tele mode에서의 시야각에 따른 광선수차도를 나타내며, 각 모드에서 아래에서 위로 갈수록 적색선, 녹색선, 청색선, 갈색선을 나타낸다.
각 모드의 모든 시야각에서 상기 광선수차도는 매우 낮은 값은 나타내며, 이는 결상성능이 우수함을 의미한다.
표 8은 실시예 2에 따른 전방위 줌 광학계의 RDN 데이터를 나타내고, 표 9는 실시예 2에 따른 전방위 줌 광학계의 비구면 거울의 특성을 나타낸다.
Surface # Surface type Radius Thickness H-Ape Refract Mode
Object Sphere Infinity Infinity Refract
1 Sphere 110 -52.6756 62.5
[H:11]		 Reflect
2 Asphere 26.1927 82.7330 13.9738 Reflect
Stop Sphere Infinity 43.0005 7.5 Refract
4 Asphere 29.1118 -43.0002 10.8 Reflect
5 Asphere 81.87 153.1569 62.5
[H:11]		 Reflect
Image Sphere Infinity 0.0221 3.5 Refract
Surface # 2 4 5
Surface type Asphere Asphere Asphere
Conic Constant -0.7215 0.7881 -0.1332
ASP Coefficient 4th -3.6146e-007 -9.3852e-006 -1.1498e-008
6th 1.3919e-008 -1.1120e-008 -1.6588e-012
8th -5.0875e-011 3.2546e-012 -4.9237e-017
10th 6.9949e-014 -7.0701e-014 -3.3352e-020
12th - - -1.3963e-023
14th - - 5.6563e-027
16th - - -8.6117e-031
도 6은 본 발명의 전방위 줌 광학계의 광로도(optical layout)를 나타내고, 도 7은 광선수차도(Ray aberration)를 나타낸다(실시예 3).
상기 실시예 3은 표 1 내지 5의 Case 1-3에 해당하며, Wide mode, Normal mode 및 Tele mode에서 수행되었다.
도 6에서 윗부분은 Wide mode에 해당하고, 중간부분은 Normal mode에 해당하며, 아랫부분은 Tele mode에 해당한다. 이때 적색선은 시야각이 가장 작고, 녹색선, 청색선, 갈색선으로 갈수록 시야각이 증가한다.
도 7은 Wide mode, Normal mode 및 Tele mode에서의 시야각에 따른 광선수차도를 나타내며, 각 모드에서 아래에서 위로 갈수록 적색선, 녹색선, 청색선, 갈색선을 나타낸다.
각 모드의 모든 시야각에서 상기 광선수차도는 매우 낮은 값은 나타내며, 이는 결상성능이 우수함을 의미한다.
표 10은 실시예 3에 따른 전방위 줌 광학계의 RDN 데이터를 나타내고, 표 11은 실시예 3에 따른 전방위 줌 광학계의 비구면 거울의 특성을 나타낸다.
Surface # Surface type Radius Thickness H-Ape Refract Mode
Object Sphere Infinity Infinity Refract
1 Sphere 110 -52.0890 62.5
[H:11]		 Reflect
2 Asphere 27.1954 82.7330 14.0355 Reflect
Stop Sphere Infinity 42.9944 7.5 Refract
4 Asphere 29.0861 -42.9941 10.8 Reflect
5 Asphere 81.8462 153.1569 62.5
[H:11]		 Reflect
Image Sphere Infinity 0.0221 3.5 Refract
Surface # 2 4 5
Surface type Asphere Asphere Asphere
Conic Constant -0.7215 0.7822 -0.1348
ASP Coefficient 4th -3.6146e-007 -9.4663e-006 -1.1365e-008
6th 1.3919e-008 -1.1120e-008 -1.6588e-012
8th -5.0875e-011 3.2546e-012 -4.9237e-017
10th 6.9949e-014 -7.0701e-014 -3.3352e-020
12th - - -6.7377e-024
14th - - 1.4633e-027
16th - - -1.8484e-031
도 8은 본 발명의 전방위 줌 광학계의 광로도(optical layout)를 나타내고, 도 9는 광선수차도(Ray aberration)를 나타낸다(실시예 4).
상기 실시예 4는 표 1 내지 5의 Case 2-1에 해당하며, Wide mode, Normal mode 및 Tele mode에서 수행되었다.
도 8에서 윗부분은 Wide mode에 해당하고, 중간부분은 Normal mode에 해당하며, 아랫부분은 Tele mode에 해당한다. 이때 적색선은 시야각이 가장 작고, 녹색선, 청색선, 갈색선으로 갈수록 시야각이 증가한다.
도 9는 Wide mode, Normal mode 및 Tele mode에서의 시야각에 따른 광선수차도를 나타내며, 각 모드에서 아래에서 위로 갈수록 적색선, 녹색선, 청색선, 갈색선을 나타낸다.
각 모드의 모든 시야각에서 상기 광선수차도는 매우 낮은 값은 나타내며, 이는 결상성능이 우수함을 의미한다.
표 12는 실시예 4에 따른 전방위 줌 광학계의 RDN 데이터를 나타내고, 표 13은 실시예 4에 따른 전방위 줌 광학계의 비구면 거울의 특성을 나타낸다.
Surface # Surface type Radius Thickness H-Ape Refract Mode
Object Sphere Infinity Infinity Refract
1 Sphere 110 -52.0892 62.5
[H:11]		 Reflect
2 Asphere 27.4028 82.7330 14.1352 Reflect
Stop Sphere Infinity 43.0053 7.5 Refract
4 Asphere 29.0861 -43.0050 10.8 Reflect
5 Asphere 81.8584 153.1569 62.5
[H:11]		 Reflect
Image Sphere Infinity 0.0221 3.5 Refract
Surface # 2 4 5
Surface type Asphere Asphere Asphere
Conic Constant -0.7215 0.7822 -0.1348
ASP Coefficient 4th -3.6146e-007 -9.4663e-006 -1.1365e-008
6th 1.3919e-008 -1.1120e-008 -1.6588e-012
8th -5.0875e-011 3.2546e-012 -4.9237e-017
10th 6.9949e-014 -7.0701e-014 -3.3352e-020
12th - - -6.7378e-024
14th - - 7.5940e-028
16th - - 5.9877e-032
도 10은 본 발명의 전방위 줌 광학계의 광로도(optical layout)를 나타내고, 도 11은 광선수차도(Ray aberration)를 나타낸다(실시예 5).
상기 실시예 5는 표 1 내지 5의 Case 2-2에 해당하며, Wide mode, Normal mode 및 Tele mode에서 수행되었다.
도 10에서 윗부분은 Wide mode에 해당하고, 중간부분은 Normal mode에 해당하며, 아랫부분은 Tele mode에 해당한다. 이때 적색선은 시야각이 가장 작고, 녹색선, 청색선, 갈색선으로 갈수록 시야각이 증가한다.
도 11은 Wide mode, Normal mode 및 Tele mode에서의 시야각에 따른 광선수차도를 나타내며, 각 모드에서 아래에서 위로 갈수록 적색선, 녹색선, 청색선, 갈색선을 나타낸다.
각 모드의 모든 시야각에서 상기 광선수차도는 매우 낮은 값은 나타내며, 이는 결상성능이 우수함을 의미한다.
표 14는 실시예 5에 따른 전방위 줌 광학계의 RDN 데이터를 나타내고, 표 15는 실시예 5에 따른 전방위 줌 광학계의 비구면 거울의 특성을 나타낸다.
Surface # Surface type Radius Thickness H-Ape Refract Mode
Object Sphere Infinity Infinity Refract
1 Sphere 110 -57.3132 62.5
[H:11]		 Reflect
2 Asphere 27.2619 82.7330 14.0774 Reflect
Stop Sphere Infinity 43.0433 7.5 Refract
4 Asphere 29.0861 -43.0430 10.8 Reflect
5 Asphere 81.8989 153.1569 62.5
[H:11]		 Reflect
Image Sphere Infinity 0.0221 3.5 Refract
Surface # 2 4 5
Surface type Asphere Asphere Asphere
Conic Constant -0.7250 0.7822 -0.1338
ASP Coefficient 4th -3.6146e-007 -9.4663e-006 -1.1510e-008
6th 1.3919e-008 -1.1120e-008 -1.6588e-012
8th -5.0875e-011 3.2546e-012 -4.9237e-017
10th 6.9949e-014 -7.0701e-014 -3.3352e-020
12th - - -1.4639e-023
14th - - 6.4250e-027
16th - - -1.0605e-030
도 12는 본 발명의 전방위 줌 광학계의 광로도(optical layout)를 나타내고, 도 13은 광선수차도(Ray aberration)를 나타낸다(실시예 6).
상기 실시예 6은 표 1 내지 5의 Case 2-3에 해당하며, Wide mode, Normal mode 및 Tele mode에서 수행되었다.
도 12에서 윗부분은 Wide mode에 해당하고, 중간부분은 Normal mode에 해당하며, 아랫부분은 Tele mode에 해당한다. 이때 적색선은 시야각이 가장 작고, 녹색선, 청색선, 갈색선으로 갈수록 시야각이 증가한다.
도 13은 Wide mode, Normal mode 및 Tele mode에서의 시야각에 따른 광선수차도를 나타내며, 각 모드에서 아래에서 위로 갈수록 적색선, 녹색선, 청색선, 갈색선을 나타낸다.
각 모드의 모든 시야각에서 상기 광선수차도는 매우 낮은 값은 나타내며, 이는 결상성능이 우수함을 의미한다.
표 16은 실시예 6에 따른 전방위 줌 광학계의 RDN 데이터를 나타내고, 표 17은 실시예 6에 따른 전방위 줌 광학계의 비구면 거울의 특성을 나타낸다.
Surface # Surface type Radius Thickness H-Ape Refract Mode
Object Sphere Infinity Infinity Refract
1 Sphere 110 -59.2508 62.5
[H:11]		 Reflect
2 Asphere 27.5359 82.7330 13.9986 Reflect
Stop Sphere Infinity 42.9477 7.5 Refract
4 Asphere 29.2781 -42.9474 10.8 Reflect
5 Asphere 81.8735 153.1569 62.5
[H:11]		 Reflect
Image Sphere Infinity 0.0221 3.5 Refract
Surface # 2 4 5
Surface type Asphere Asphere Asphere
Conic Constant -0.7250 0.8088 -0.1343
ASP Coefficient 4th -3.6146e-007 -9.4546e-006 -1.1455e-008
6th 1.3919e-008 -1.1120e-008 -1.6588e-012
8th -5.0875e-011 3.2546e-012 -4.9237e-017
10th 6.9949e-014 -7.0701e-014 -3.3352e-020
12th - - -1.2578e-023
14th - - 5.1554e-027
16th - - -8.4489e-031
상기 실시예 1 내지 6의 전방위 줌 광학계는 색수차가 없고 결상 성능이 우수하며 광학계의 길이를 짧게 하여 제품의 크기를 줄일 수 있다.
또한 특정거울의 이동을 통하여 배율변화에 따라 화각이 변화하고 주간과 야간에 동시에 사용할 수 있으며 가시광선 영역과 원적외선 영역을 동시에 사용할 수 있다.
상기 실시예 1 내지 6의 전방위 줌 광학계에 대하여 광학계가 망원단을 관측할 때의 유효초점거리, 광학계가 광각단을 관측할 때의 유효초점거리, 광학계 결상부의 유효초점거리, 광학계 수광부의 유효초점거리, 광학계 결상부의 비구면 거울 사이의 거리, 광학계 수광부의 구면 거울과 비구면 거울 사이의 거리 등을 측정하여 그들의 관계를 나타내었다(표 18).
Case 1 (M1, M3) Case 2 (M1, M2, M3)
1 2 3 1 2 3
Figure pat00011
 1.2374 1.2374 1.2452 1.2480 1.2454 1.2491
Figure pat00012
 Wid : 4.7043
Nor : 4.3543
Tel : 3.8106		 Wid : 4.7072
Nor : 4.3564
Tel : 3.8126		 Wid : 4.7176
Nor : 4.3532
Tel : 3.7982		 Wid : 4.7238
Nor : 4.3503
Tel : 3.7936		 Wid : 4.7119
Nor : 4.3469
Tel : 3.7929		 Wid : 4.7762
Nor : 4.4003
Tel : 3.8338
Figure pat00013
 Wid : 0.8163
Nor : 0.9419
Tel : 1.2374		 Wid : 0.8163
Nor : 0.9421
Tel : 1.2376		 Wid : 0.7531
Nor : 0.8686
Tel : 1.1333		 Wid : 0.7403
Nor : 0.8557
Tel : 1.1149		 Wid : 0.7510
Nor : 0.8663
Tel : 1.1294		 Wid : 0.7248
Nor : 0.8362
Tel : 1.0881
Figure pat00014
 Wid : 5.6462
Nor : 5.2277
Tel : 4.5777		 Wid : 5.6462
Nor : 5.2271
Tel : 4.5774		 Wid : 5.6621
Nor : 5.2266
Tel : 4.5629		 Wid : 5.6718
Nor : 5.2262
Tel : 4.5602		 Wid : 5.6657
Nor : 5.2286
Tel : 4.5650		 Wid : 5.6990
Nor : 5.2523
Tel : 4.5788
상기 전방위 줌 광학계는 하기 수식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
1.2 <
Figure pat00015
< 1.3
(여기서 f tele 는 광학계가 망원단을 관측할 때의 유효초점거리이고, f wide 는 광학계가 광각단을 관측할 때의 유효초점거리이다.)
또한 상기 전방위 줌 광학계는 하기 수식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
4.5 <
Figure pat00016
< 4.9 (Wide mode)
4.1 <
Figure pat00017
< 4.5 (Normal mode)
3.6 <
Figure pat00018
< 4.0 (Tele mode)
(여기서 f imaging 은 광학계 결상부의 유효초점거리이고, f concentrating 는 광학계 수광부의 유효초점거리이다.)
아울러 상기 전방위 줌 광학계는 하기 수식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
0.6 <
Figure pat00019
< 1.0 (Wide mode)
0.7 <
Figure pat00020
< 1.1 (Normal mode)
0.9 <
Figure pat00021
< 1.4 (Tele mode)
(여기서 l imaging 은 광학계 결상부의 비구면 거울 사이의 거리이고, l concentrating 는 광학계 수광부의 구면 거울과 비구면 거울 사이의 거리이다.)
또한 상기 전방위 줌 광학계는 하기 수식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
5.4 <
Figure pat00022
< 5.8 (Wide mode)
5.0 <
Figure pat00023
< 5.4 (Normal mode)
4.3 <
Figure pat00024
< 4.7 (Tele mode)
(여기서 l imaging 은 광학계 결상부의 비구면 거울 사이의 거리이고, f concentrating 는 광학계 수광부의 유효초점거리이다.)
본 발명의 전방위 줌 광학계가 상기 수식을 만족하는 경우, 색수차가 없고 결상 성능이 우수하며 광학계의 길이를 짧게 하여 제품의 크기를 줄일 수 있다.
100: 제1 구면 거울 110: 제1 구면 거울의 홀
200: 제2 구면 거울 300: 제3 비구면 거울
400: 제4 비구면 거울 500: 구경조리개
600: 촬상 소자

Claims (6)

  1. 물체로부터 입사되는 빛을 제2 비구면 거울로 반사하고, 물체 측으로 볼록한 형상을 가지며 중심부에 홀을 갖는 제1 구면 거울;
    상기 제1 구면 거울로부터 반사되는 빛의 방향 쪽에 위치하고, 상기 제1 구면 거울로부터 입사되는 빛을 제3 비구면 거울로 반사하며, 입사되는 빛의 방향으로 오목한 형상을 갖는 제2 비구면 거울;
    상기 제1 구면 거울을 기준으로 상기 제2 비구면 거울이 위치한 방향과 반대 방향에 위치하고, 상기 제2 비구면 거울로부터 입사되는 빛을 제4 비구면 거울로 반사하며, 입사되는 빛의 방향으로 볼록한 형상을 갖는 제3 비구면 거울; 및
    상기 제1 구면 거울 및 제3 비구면 거울의 사이에 위치하고, 상기 제3 비구면 거울로부터 입사되는 빛을 반사하여 촬상 소자에 결상시키며, 입사되는 빛의 방향으로 오목한 형상을 가지며 중심부에 홀을 갖는 제4 비구면 거울;을 포함하는 배율변화에 따라 화각이 변화하는 전방위 줌 광학계.
  2. 제1항에 있어서,
    한 개의 구면 거울과 한 개의 비구면 거울로 구성된 수광부와 두 개의 비구면 거울로 구성된 결상부를 갖는 것을 특징으로 하는 배율변화에 따라 화각이 변화하는 전방위 줌 광학계.
  3. 제1항에 있어서,
    하기 수식을 만족하는 것을 특징으로 하는 배율변화에 따라 화각이 변화하는 전방위 줌 광학계.

    1.2 <
    Figure pat00025
    < 1.3
    (여기서 f tele 는 광학계가 망원단을 관측할 때의 유효초점거리이고, f wide 는 광학계가 광각단을 관측할 때의 유효초점거리이다.)
  4. 제1항에 있어서,
    하기 수식을 만족하는 것을 특징으로 하는 배율변화에 따라 화각이 변화하는 전방위 줌 광학계.

    4.5 <
    Figure pat00026
    < 4.9 (Wide mode)
    4.1 <
    Figure pat00027
    < 4.5 (Normal mode)
    3.6 <
    Figure pat00028
    < 4.0 (Tele mode)
    (여기서 f imaging 은 광학계 결상부의 유효초점거리이고, f concentrating 는 광학계 수광부의 유효초점거리이다.)
  5. 제1항에 있어서,
    하기 수식을 만족하는 것을 특징으로 하는 배율변화에 따라 화각이 변화하는 전방위 줌 광학계.

    0.6 <
    Figure pat00029
    < 1.0 (Wide mode)
    0.7 <
    Figure pat00030
    < 1.1 (Normal mode)
    0.9 <
    Figure pat00031
    < 1.4 (Tele mode)
    (여기서 l imaging 은 광학계 결상부의 비구면 거울 사이의 거리이고, l concentrating 는 광학계 수광부의 구면 거울과 비구면 거울 사이의 거리이다.)
  6. 제1항에 있어서,
    하기 수식을 만족하는 것을 특징으로 하는 배율변화에 따라 화각이 변화하는 전방위 줌 광학계.

    5.4 <
    Figure pat00032
    < 5.8 (Wide mode)
    5.0 <
    Figure pat00033
    < 5.4 (Normal mode)
    4.3 <
    Figure pat00034
    < 4.7 (Tele mode)
    (여기서 l imaging 은 광학계 결상부의 비구면 거울 사이의 거리이고, f concentrating 는 광학계 수광부의 유효초점거리이다.)
KR1020190087981A 2019-07-20 2019-07-20 주간과 야간에 동시에 사용할 수 있으며 배율변화가 가능한 전방위 줌 광학계 KR102258458B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190087981A KR102258458B1 (ko) 2019-07-20 2019-07-20 주간과 야간에 동시에 사용할 수 있으며 배율변화가 가능한 전방위 줌 광학계

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190087981A KR102258458B1 (ko) 2019-07-20 2019-07-20 주간과 야간에 동시에 사용할 수 있으며 배율변화가 가능한 전방위 줌 광학계

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210010794A true KR20210010794A (ko) 2021-01-28
KR102258458B1 KR102258458B1 (ko) 2021-05-28

Family

ID=74239264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190087981A KR102258458B1 (ko) 2019-07-20 2019-07-20 주간과 야간에 동시에 사용할 수 있으며 배율변화가 가능한 전방위 줌 광학계

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102258458B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114815203A (zh) * 2022-04-11 2022-07-29 北京理工大学 一种大相对孔径离轴四反射式非轴向变焦成像光学系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050018069A1 (en) * 2003-07-26 2005-01-27 Bodenseewerk Geratetechnik Gmbh Camera system
KR100934719B1 (ko) 2009-05-28 2009-12-30 주식회사 아이뉴정보통신 전방위 광학시스템 및 그 전방위 광학시스템을 갖는 전방위 카메라
KR101469060B1 (ko) 2013-03-14 2014-12-04 주식회사 케이원뷰 전방위 광학 시스템
KR20170071010A (ko) 2015-12-15 2017-06-23 (주)헥스하이브 주변 측방 및 하방 화각확보를 위한 반사굴절형 전방위 광학렌즈 및 이를 이용한 주변감시용 전방위 카메라 시스템
KR101826840B1 (ko) * 2016-08-24 2018-02-07 한남대학교 산학협력단 전방위 광학계 및 이를 포함한 촬영 장치
KR101903031B1 (ko) * 2017-08-08 2018-10-01 한남대학교 산학협력단 가시광선 영역과 원적외선 영역을 동시에 사용할 수 있는 전방위 광학 시스템
KR20200058356A (ko) * 2016-10-14 2020-05-27 캐논 가부시끼가이샤 투영 광학계, 노광 장치 및 물품 제조 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050018069A1 (en) * 2003-07-26 2005-01-27 Bodenseewerk Geratetechnik Gmbh Camera system
KR100934719B1 (ko) 2009-05-28 2009-12-30 주식회사 아이뉴정보통신 전방위 광학시스템 및 그 전방위 광학시스템을 갖는 전방위 카메라
KR101469060B1 (ko) 2013-03-14 2014-12-04 주식회사 케이원뷰 전방위 광학 시스템
KR20170071010A (ko) 2015-12-15 2017-06-23 (주)헥스하이브 주변 측방 및 하방 화각확보를 위한 반사굴절형 전방위 광학렌즈 및 이를 이용한 주변감시용 전방위 카메라 시스템
KR101826840B1 (ko) * 2016-08-24 2018-02-07 한남대학교 산학협력단 전방위 광학계 및 이를 포함한 촬영 장치
KR20200058356A (ko) * 2016-10-14 2020-05-27 캐논 가부시끼가이샤 투영 광학계, 노광 장치 및 물품 제조 방법
KR101903031B1 (ko) * 2017-08-08 2018-10-01 한남대학교 산학협력단 가시광선 영역과 원적외선 영역을 동시에 사용할 수 있는 전방위 광학 시스템

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Korean Journal of Optics and Photonics, Vol. 30, No. 2, April 2019, pp. 37-47 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114815203A (zh) * 2022-04-11 2022-07-29 北京理工大学 一种大相对孔径离轴四反射式非轴向变焦成像光学系统
CN114815203B (zh) * 2022-04-11 2023-05-05 北京理工大学 一种大相对孔径离轴四反射式非轴向变焦成像光学系统

Also Published As

Publication number Publication date
KR102258458B1 (ko) 2021-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102193668B1 (ko) 큰 애퍼처를 갖는 컴팩터형 폴디드 렌즈
KR101452084B1 (ko) 초소형 광학계 및 이를 구비하는 휴대용 기기
US9791667B2 (en) Lens module
KR101917228B1 (ko) 촬상 렌즈
KR101536557B1 (ko) 촬영 렌즈 광학계
US10514523B2 (en) Optical image capturing system and electronic device
KR101834551B1 (ko) 초광각 렌즈 및 이를 포함한 촬상 장치
US20200301105A1 (en) Optical photographing lens system
KR101848085B1 (ko) 렌즈 광학계 및 촬상 장치
KR20160112306A (ko) 초광각 렌즈 및 이를 포함한 촬영 장치
KR20130113796A (ko) 촬영 렌즈 광학계
KR101729470B1 (ko) 촬영 렌즈 광학계
CN107121769A (zh) 一种长波线列式扫描红外成像光学系统
KR102258458B1 (ko) 주간과 야간에 동시에 사용할 수 있으며 배율변화가 가능한 전방위 줌 광학계
KR20160109473A (ko) 촬상 렌즈, 이를 포함하는 카메라 모듈 및 디지털 기기
KR20220020015A (ko) 광학계
KR102491440B1 (ko) 촬상 광학계
KR102568944B1 (ko) 촬상 렌즈, 이를 포함하는 카메라 모듈 및 디지털 기기
KR101903031B1 (ko) 가시광선 영역과 원적외선 영역을 동시에 사용할 수 있는 전방위 광학 시스템
KR20160120451A (ko) 촬상 렌즈, 이를 포함하는 카메라 모듈 및 디지털 기기
KR102293909B1 (ko) 렌즈 시스템
CN113204106B (zh) 一种宽幅高分辨率可见光镜头光学系统
TWI783686B (zh) 攝像模組
KR102570047B1 (ko) 촬상 렌즈, 이를 포함하는 카메라 모듈 및 디지털 기기
WO2021056558A1 (en) Optical filter free lens system

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant