KR20240041819A

KR20240041819A - Optical system aberration control device

Info

Publication number: KR20240041819A
Application number: KR1020230117854A
Authority: KR
Inventors: 김병도; 나동수; 이수진
Original assignee: 주식회사 앤비젼
Priority date: 2022-09-23
Filing date: 2023-09-05
Publication date: 2024-04-01

Abstract

광학계 수차 제어 장치는 기울어진 물체면에 초점이 맞도록 보완해주는 샤임플러그 광학계, 및 상기 물체면과 상기 샤임플러그 광학계 사이의 광경로 상에서 상기 샤임플러그 광학계에 장착된 외부 조리개를 포함하고, 상기 샤임플러그 광학계는 가변 조리개가 내장되어 있지 않고 분해 및 수정이 되지 않도록 조립되어 있고, 상기 외부 조리개는 상기 샤임플러그 광학계를 분해하지 않고 상기 샤임플러그 광학계의 수차를 조절하는 역할을 한다.The optical system aberration control device includes a Scheimpflug optical system that compensates for focusing on an inclined object surface, and an external aperture mounted on the Scheimpflug optical system on an optical path between the object surface and the Scheimpflug optical system, and the Scheimpflug optical system The optical system does not have a built-in variable aperture and is assembled so that it cannot be disassembled or modified, and the external aperture serves to adjust the aberration of the Scheimpflug optical system without disassembling the Scheimpflug optical system.

Description

Optical system aberration control device {OPTICAL SYSTEM ABERRATION CONTROL DEVICE}

본 발명은 광학계 수차 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조리개를 이용한 광학계 수차 제어 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an optical aberration control device, and more specifically, to an optical aberration control device using an aperture.

머신비전에서 렌즈는 이미징 광학계를 구성하는 3 요소(카메라, 렌즈, 조명) 중 하나이며 그 성능은 설계, 제조, 조립에 의해 결정된다. 렌즈 설계 시 특정 위치의 상면(Image plane)과 물체면(Object plane)에 최적의 성능이 나오도록 설계가 되며 최적 위치를 벗어나 사용할 시 여러 광학 수차가 개입되며 성능이 저하될 수 있다. 하지만 금액적 문제나 공간적 문제로 혹은 필요하지 않은 이유로 가변 조리개가 내장되어 있지 않은 렌즈도 존재한다. 렌즈 사이의 빔스플리터(beam splitter), 프리즘(Prism), 그레이팅(grating) 등 다양한 광학 부품이 조리개 위치에 존재하거나 금액 절감을 위해 고정 조리개가 들어가 있는 형태가 그 예이다.In machine vision, a lens is one of the three elements (camera, lens, and lighting) that make up an imaging optical system, and its performance is determined by design, manufacturing, and assembly. When designing a lens, it is designed to provide optimal performance on the image plane and object plane at a specific location. When used outside of the optimal location, various optical aberrations may occur and performance may deteriorate. However, there are also lenses that do not have a built-in variable aperture due to cost, space, or unnecessary reasons. For example, various optical components such as beam splitters, prisms, and gratings between lenses exist at the aperture position, or a fixed aperture is included to save money.

일반적인 광학계는 물체면, 렌즈, 상면이 수평을 이루도록 배치된다. 광학계를 기울여서 사용해야 하는 경우 물체면이 더 이상 수평이 아니므로 영상 촬영 시 대부분 심도에서 벗어나 선명한 영상을 촬영할 수 없게 된다. 도 1에 예시한 바와 같이, 렌즈와 상면의 각도를 조절하여 기울어진 물체면에 초점이 맞도록 보완해주는 샤임플러그(Scheimpflug) 기술이 있다. 하지만 샤임플러그 전용으로 설계된 렌즈가 아닌 경우 면(Field)의 외곽으로 갈수록 수차(aberration)가 개입되게 된다.A typical optical system is arranged so that the object plane, lens, and image plane are horizontal. If the optical system must be tilted and used, the object surface is no longer horizontal, so most of the time, the depth of field is out of the field and clear images cannot be captured. As illustrated in Figure 1, there is a Scheimpflug technology that adjusts the angle between the lens and the image surface to focus on an inclined object surface. However, if the lens is not specifically designed for Scheimpflug, aberration occurs toward the outer edge of the field.

렌즈 단품이나 렌즈를 포함한 광학 모듈 제품은 양산을 위해 금형 틀에 제작되거나 기술 보호를 위해 분해나 수정이 거의 불가능하도록 조립되어 있다. 가변 조리개가 내장되어 있지 않고 분해나 수정이 거의 불가능하도록 조립되어 있는 샤임플러그 광학계를 분해하지 않고 수차를 제어하는 것은 매우 어려운 문제가 있다.Single lenses or optical module products including lenses are manufactured in molds for mass production or assembled to make disassembly or modification almost impossible to protect technology. It is very difficult to control aberrations without disassembling the Scheimpflug optical system, which does not have a built-in variable aperture and is assembled so that disassembly or modification is almost impossible.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 가변 조리개가 내장되어 있지 않은 샤임플러그 광학계를 분해하지 않고 수차를 제어할 수 있는 광학계 수차 제어 장치를 제공함에 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide an optical system aberration control device that can control aberrations without disassembling a Scheimpflug optical system that does not have a built-in variable aperture.

본 발명의 일 실시예에 따른 광학계 수차 제어 장치는 기울어진 물체면에 초점이 맞도록 보완해주는 샤임플러그 광학계, 및 상기 물체면과 상기 샤임플러그 광학계 사이의 광경로 상에서 상기 샤임플러그 광학계에 장착된 외부 조리개를 포함하고, 상기 샤임플러그 광학계는 가변 조리개가 내장되어 있지 않고 분해 및 수정이 되지 않도록 조립되어 있고, 상기 외부 조리개는 상기 샤임플러그 광학계를 분해하지 않고 상기 샤임플러그 광학계의 수차를 조절하는 역할을 한다.An optical system aberration control device according to an embodiment of the present invention includes a Scheimpflug optical system that compensates for focusing on an inclined object surface, and an external device mounted on the Scheimpflug optical system on the optical path between the object surface and the Scheimpflug optical system. It includes an aperture, and the Scheimpflug optical system does not have a built-in variable aperture and is assembled so as not to be disassembled or modified, and the external aperture serves to adjust the aberration of the Scheimpflug optical system without disassembling the Scheimpflug optical system. do.

상기 외부 조리개는 원형의 개구를 형성하는 복수의 광차단부를 포함할 수 있다. The external aperture may include a plurality of light blocking units forming a circular opening.

상기 외부 조리개는 사각형의 개구를 형성하도록 배치된 제1 광차단부, 제2 광차단부, 제3 광차단부 및 제4 광차단부를 포함할 수 있다. The external aperture may include a first light blocking unit, a second light blocking unit, a third light blocking unit, and a fourth light blocking unit arranged to form a square opening.

상기 제1 광차단부 및 상기 제2 광차단부는 상기 광경로의 방향인 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 서로 마주하고 상기 제2 방향으로 움직여서 상기 제2 방향으로 개구의 크기를 조절하고, 상기 제3 광차단부 및 상기 제4 광차단부는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직인 제3 방향으로 서로 마주하고 상기 제3 방향으로 움직여서 상기 제3 방향으로 개구의 크기를 조절할 수 있다.The first light blocking unit and the second light blocking unit face each other in a second direction perpendicular to the first direction, which is the direction of the optical path, and move in the second direction to adjust the size of the opening in the second direction, The third light blocking unit and the fourth light blocking unit face each other in a third direction perpendicular to the first direction and the second direction and can adjust the size of the opening in the third direction by moving in the third direction. .

상기 물체면이 상기 제2 방향에 대해 예각으로 기울어져 있는 경우, 상기 제1 광차단부 및 상기 제2 광차단부 중 적어도 하나가 움직여서 상기 샤임플러그 광학계의 수차를 제어할 수 있다.When the object surface is inclined at an acute angle with respect to the second direction, at least one of the first light blocking unit and the second light blocking unit moves to control the aberration of the Scheimpflug optical system.

상기 제3 광차단부 및 상기 제4 광차단부는 열린 상태 그대로 유지될 수 있다. The third light blocking unit and the fourth light blocking unit may be maintained in an open state.

상기 제1 광차단부, 상기 제2 광차단부, 상기 제3 광차단부 및 상기 제4 광차단부는 독립적으로 움직일 수 있다. The first light blocking unit, the second light blocking unit, the third light blocking unit, and the fourth light blocking unit may move independently.

상기 광학계 수차 제어 장치는 상기 샤임플러그 광학계 및 상기 외부 조리개를 통해 상기 물체면의 이미지를 획득하는 이미지 센서, 및 상기 이미지 센서에서 획득된 이미지의 밝기와 수차를 분석하여 미리 설정된 밝기와 수차의 이미지가 획득될 수 있도록 상기 외부 조리개의 동작을 제어하는 조리개 제어부를 더 포함할 수 있다. The optical system aberration control device includes an image sensor that acquires an image of the object surface through the Scheimpflug optical system and the external aperture, and an image of preset brightness and aberration by analyzing the brightness and aberration of the image acquired by the image sensor. It may further include an aperture control unit that controls the operation of the external aperture so that it can be obtained.

본 발명의 다른 실시예에 따른 광학계 수차 제어 장치는 복수의 렌즈를 포함하는 광학계, 및 물체면과 상기 광학계 사이의 광경로 상에서 상기 광학계에 장착된 외부 조리개를 포함하고, 상기 외부 조리개는, 상기 광경로의 방향인 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 서로 마주하고 상기 제2 방향으로 움직여서 상기 제2 방향으로 개구의 크기를 조절하는 제1 광차단부 및 제2 광차단부, 및 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직인 제3 방향으로 서로 마주하고 상기 제3 방향으로 움직여서 상기 제3 방향으로 개구의 크기를 조절하는 제3 광차단부 및 제4 광차단부를 포함하고, 상기 제1 광차단부, 상기 제2 광차단부, 상기 제3 광차단부 및 상기 제4 광차단부 중에서 수차가 강한 방향의 광차단부를 조여서 상기 광학계의 수차를 줄인다. An optical system aberration control device according to another embodiment of the present invention includes an optical system including a plurality of lenses, and an external aperture mounted on the optical system on an optical path between an object surface and the optical system, wherein the external aperture includes the optical system. A first light blocking unit and a second light blocking unit that face each other in a second direction perpendicular to the first direction, which is the direction of the furnace, and move in the second direction to adjust the size of the opening in the second direction, and the first light blocking unit and a third light blocking unit and a fourth light blocking unit that face each other in a third direction perpendicular to the second direction and move in the third direction to adjust the size of the opening in the third direction, wherein the first light blocking unit includes: The aberration of the optical system is reduced by tightening the light blocking portion in the direction in which aberration is strong among the light blocking portion, the second light blocking portion, the third light blocking portion, and the fourth light blocking portion.

상기 외부 조리개는 사각형의 개구를 형성할 수 있다.The external aperture may form a square opening.

상기 물체면이 상기 제2 방향에 대해 예각으로 기울어져 있는 경우, 상기 제1 광차단부 및 상기 제2 광차단부 중 적어도 하나가 움직여서 상기 광학계의 수차를 제어할 수 있다. When the object surface is inclined at an acute angle with respect to the second direction, at least one of the first light blocking unit and the second light blocking unit moves to control aberration of the optical system.

상기 제1 광차단부, 상기 제2 광차단부, 상기 제3 광차단부 및 상기 제4 광차단부는 독립적으로 움직일 수 있다.The first light blocking unit, the second light blocking unit, the third light blocking unit, and the fourth light blocking unit may move independently.

본 발명의 실시예에 따른 광학계 수차 제어 장치는 가변 조리개가 내장되어 있지 않은 샤임플러그 광학계를 분해하지 않고 수차를 제어할 수 있다. An optical system aberration control device according to an embodiment of the present invention can control aberrations without disassembling a Scheimpflug optical system that does not have a built-in variable aperture.

도 1은 샤임플러그 광학계를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계 수차 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 조리개를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 외부 조리개의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 외부 조리개를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 외부 조리개의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 샤임플러그 광학계에서 조리개의 배치 시뮬레이션을 나타내는 도면이다.
도 8 및 9는 도 7의 세 가지 케이스에 따른 초점 크기를 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing the Scheimpflug optical system.
Figure 2 is a diagram showing an optical aberration control device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing an external aperture according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the external aperture of FIG. 3.
Figure 5 is a diagram showing an external aperture according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the external aperture of FIG. 5.
Figure 7 is a diagram showing a simulation of the arrangement of an aperture in the Scheimpflug optical system.
Figures 8 and 9 are diagrams showing focus sizes according to the three cases of Figure 7.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. The invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts that are not relevant to the description are omitted, and identical or similar components are assigned the same reference numerals throughout the specification.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.

이하, 도 2 내지 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광학계 수차 제어 장치에 대하여 설명한다.Hereinafter, an optical aberration control device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 6.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계 수차 제어 장치를 나타내는 도면이다.Figure 2 is a diagram showing an optical aberration control device according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 광학계 수차 제어 장치(100)는 샤임플러그 광학계(110), 외부 조리개(120), 이미지 센서(130) 및 조리개 제어부(140)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the optical aberration control device 100 may include a Scheimpflug optical system 110, an external aperture 120, an image sensor 130, and an aperture control unit 140.

샤임플러그 광학계(110)는 기울어진 물체면(200)에 초점이 맞도록 보완해주는 광학계로서 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 샤임플러그 광학계(110)는 복수의 렌즈 이외에도 파장분리 프리즘, 편광분리 프리즘, 그레이팅(grating), 미러 등의 다양한 광학 부품을 더 포함할 수 있다. 샤임플러그 광학계(110)는 가변 조리개가 내장되어 있지 않고 분해 및 수정이 되지 않도록 조립되어 있을 수 있다.The Scheimpflug optical system 110 is an optical system that compensates for focusing on the inclined object surface 200 and may include a plurality of lenses. In addition to a plurality of lenses, the Scheimpflug optical system 110 may further include various optical components such as a wavelength separation prism, a polarization separation prism, a grating, and a mirror. The Scheimpflug optical system 110 does not have a built-in variable aperture and may be assembled so that it cannot be disassembled or modified.

외부 조리개(120)는 물체면(200)과 샤임플러그 광학계(110) 사이의 광경로 상에서 샤임플러그 광학계(110)에 장착될 수 있다. 외부 조리개(120)는 가변 조리개가 내장되어 있지 않은 샤임플러그 광학계(110)를 분해하지 않고 샤임플러그 광학계(110)의 수차를 조절하는 역할을 할 수 있다.The external aperture 120 may be mounted on the Scheimpflug optical system 110 on the optical path between the object surface 200 and the Scheimpflug optical system 110. The external aperture 120 may serve to adjust the aberration of the Scheimpflug optical system 110 without disassembling the Scheimpflug optical system 110, which does not have a built-in variable aperture.

렌즈를 포함하는 광학계에서 주 광선이 한 점으로 모이는 지점에 조리개를 두고 조리개 크기를 조절했을 때 시야각의 중심부와 외곽부가 비교적 균일하게 제어된다. 반대로 그 지점에서 멀어질수록 주 광선 또한 벌어지게 되고 더 이상 균일하게 제어될 수 없게 된다. 주 광선이 모이는 지점에서 멀어진 조리개의 효과는 시야각 가장자리부터 시작되고 조여질수록 광축으로 효과가 확대된다. 이는 조리개를 조일 시 시야각 전체 밝기 균일도가 저하되고 수차를 차폐시키는 효과도 시야각 가장자리부터 두드러지기 시작한다는 뜻이다. 이와 같이, 조리개의 최적 위치는 광학계 내에서 주 광선이 한 지점으로 모이는 곳이지만, 광학계 내에 프리즘이나 미러와 같이 광학 부품이 증가하며 광학계 고도화로 최적 위치에 조리개를 넣을 수 없는 구조가 존재하게 된다. 특히, 복수의 렌즈와 프리즘이나 미러 등의 광학 부품으로 이루어진 샤임플러그 광학계(110)의 내부에 조리개를 최적 위치에 넣는 것이 어려울 수 있다. 또한, 샤임플러그 광학계(110)의 모듈 완제품에 가변 조리개가 없는 경우 사용자가 직접 조리개를 넣기가 어려운 경우도 있다. In an optical system including a lens, when the aperture is placed at a point where the main rays converge and the aperture size is adjusted, the center and outer portions of the viewing angle are controlled relatively uniformly. Conversely, as the distance from that point increases, the main ray also spreads out and can no longer be controlled uniformly. The effect of apertures moving away from the point where the main rays converge begins at the edge of the field of view, and as it is stopped down, the effect expands toward the optical axis. This means that when the aperture is tightened, the brightness uniformity across the viewing angle decreases and the effect of shielding aberrations begins to become noticeable from the edges of the viewing angle. In this way, the optimal position of the aperture is where the main rays converge to one point within the optical system, but as the number of optical components such as prisms and mirrors increases within the optical system, and with the advancement of the optical system, there is a structure in which the aperture cannot be placed at the optimal position. In particular, it may be difficult to place the aperture at the optimal position inside the Scheimpflug optical system 110, which is composed of a plurality of lenses and optical components such as prisms and mirrors. Additionally, if the finished module product of the Scheimpflug optical system 110 does not have a variable aperture, it may be difficult for the user to set the aperture directly.

본 발명의 실시예에 따른 광학계 수차 제어 장치(100)는 이러한 문제를 해결하기 위해 샤임플러그 광학계(110)에 외부 조리개(120)를 장착하여 샤임플러그 광학계(110)의 수차를 제어할 수 있다. To solve this problem, the optical system aberration control device 100 according to an embodiment of the present invention can control the aberration of the Scheimpflug optical system 110 by mounting an external aperture 120 on the Scheimpflug optical system 110.

이미지 센서(130)는 샤임플러그 기술에서 상면(Image plane)에 해당하는 부분으로, 샤임플러그 광학계(110) 및 외부 조리개(120)를 통해 물체면(200)의 이미지를 획득할 수 있다. 이미지 센서(130)는 샤임플러그 조건을 만족하도록 기울어진 물체면(200)에 대응하여 샤임플러그 광학계(110)에 대해 기울어져 있다. 더욱 상세하게, 샤임플러그 광학계(110)의 광경로의 방향을 제1 방향(X)이라고 할 때, 제1 방향(X)에 수직이고 서로 수직인 제2 방향(Y) 및 제3 방향(Z)이 이루는 평면에 대해 물체면(200)은 -a 각도로 기울어져 있고 이미지 센서(130)(상면)는 +b 각도로 기울어져 있다. 다시 말해, 물체면(200)과 이미지 센서(130)(상면)는 샤임플러그 광학계(110)의 광경로의 방향에 수직인 평면에 대해 수평을 이루지 않고 예각으로 기울어져 있다. The image sensor 130 is a part corresponding to the image plane in Scheimpflug technology, and can acquire an image of the object plane 200 through the Scheimpflug optical system 110 and the external aperture 120. The image sensor 130 is tilted with respect to the Scheimpflug optical system 110 in response to the object surface 200 tilted to satisfy the Scheimpflug condition. In more detail, assuming that the direction of the optical path of the Scheimpflug optical system 110 is the first direction (X), the second direction (Y) and the third direction (Z) are perpendicular to the first direction (X) and are perpendicular to each other. ) The object surface 200 is inclined at an angle -a and the image sensor 130 (upper surface) is inclined at an angle +b with respect to the plane formed by ). In other words, the object surface 200 and the image sensor 130 (top surface) are not horizontal with respect to a plane perpendicular to the direction of the optical path of the Scheimpflug optical system 110 but are tilted at an acute angle.

도 2에서는 이미지 센서(130)가 상면에 대응하여 기울어져 있는 것으로 예시하고 있으나, 실시예에 따라 상면에 대응하는 부분에 미러(mirror)와 같은 광학 부품이 배치되고 이를 통해 굴절되는 광을 이미지 센서(130)가 수광할 수 있도록 구성될 수도 있다.In FIG. 2, the image sensor 130 is illustrated as being inclined corresponding to the upper surface. However, in some embodiments, an optical component such as a mirror is disposed in a portion corresponding to the upper surface, and the light refracted through the image sensor 130 is transmitted to the image sensor. (130) may be configured to receive light.

조리개 제어부(140)는 외부 조리개(120)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 조리개 제어부(140)는 외부 조리개(120)를 조이거나 열어서 개구의 크기를 줄이거나 늘릴 수 있다. The aperture control unit 140 may control the operation of the external aperture 120. That is, the aperture control unit 140 can tighten or open the external aperture 120 to reduce or increase the size of the aperture.

일 예로, 조리개 제어부(140)는 외부 조리개(120)를 움직이기 위한 기어와 기어에 맞물려 있는 나사를 포함할 수 있고, 외부로 노출되어 있는 나사가 사용자에 의해 회전되면 외부 조리개(120)의 개구 크기가 조절될 수 있다. 또는, 조리개 제어부(140)는 외부 조리개(120)를 움직이기 위한 기어와 기어를 회전시키기 위한 액추에이터를 포함할 수 있고, 사용자에 의해 액추에이터가 구동되면 외부 조리개(120)의 개구 크기가 조절될 수 있다. 또는, 조리개 제어부(140)는 외부 조리개(120)를 움직이기 위한 기어와 기어를 회전시키기 위한 액추에이터를 포함할 수 있고, 이미지 센서(130)에서 획득된 이미지의 밝기와 수차를 분석하여 미리 설정된 최적의 밝기와 수차의 이미지가 획득될 수 있도록 액추에이터를 구동시켜 외부 조리개(120)의 동작을 제어할 수 있다.As an example, the aperture control unit 140 may include a gear for moving the external aperture 120 and a screw engaged with the gear, and when the screw exposed to the outside is rotated by the user, the opening of the external aperture 120 is opened. Size can be adjusted. Alternatively, the aperture control unit 140 may include a gear for moving the external aperture 120 and an actuator for rotating the gear, and when the actuator is driven by the user, the opening size of the external aperture 120 may be adjusted. there is. Alternatively, the aperture control unit 140 may include a gear for moving the external aperture 120 and an actuator for rotating the gear, and may analyze the brightness and aberration of the image acquired by the image sensor 130 to select a preset optimal The operation of the external aperture 120 can be controlled by driving an actuator so that an image of brightness and aberration can be obtained.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 조리개를 나타내는 도면이다. 도 4는 도 3의 외부 조리개의 동작을 설명하기 위한 도면이다.Figure 3 is a diagram showing an external aperture according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the external aperture of FIG. 3.

도 3 및 4를 참조하면, 외부 조리개(120)는 복수의 광차단부(121)를 포함하고, 복수의 광차단부(121)가 원형의 개구(OP)를 형성할 수 있다. 복수의 광차단부(121)는 동시에 동작하여 원형의 개구(OP)의 크기를 제2 방향(Y) 및 제3 방향(Z)이 이루는 평면 상에서 줄이거나 늘릴 수 있다. Referring to FIGS. 3 and 4, the external aperture 120 includes a plurality of light blocking portions 121, and the plurality of light blocking portions 121 may form a circular opening OP. The plurality of light blocking units 121 may operate simultaneously to reduce or increase the size of the circular opening OP on the plane formed by the second direction (Y) and the third direction (Z).

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 외부 조리개를 나타내는 도면이다. 도 6은 도 5의 외부 조리개의 동작을 설명하기 위한 도면이다. Figure 5 is a diagram showing an external aperture according to another embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the external aperture of FIG. 5.

도 5 및 6을 참조하면, 외부 조리개(120)는 사각형의 개구(OP)를 형성하도록 배치된 제1 광차단부(126), 제2 광차단부(127), 제3 광차단부(128) 및 제4 광차단부(129)를 포함할 수 있다. 제1 광차단부(126)와 제2 광차단부(127)는 제2 방향(Y)으로 서로 마주하고 제2 방향(Y)으로 움직여서 제2 방향(Y)으로 개구(OP)의 크기를 조절할 수 있다. 그리고 제3 광차단부(128)와 제4 광차단부(129)는 제3 방향(Z)으로 서로 마주하고 제3 방향(Z)으로 움직여서 제3 방향(Z)으로 개구(OP)의 크기를 조절할 수 있다. Referring to FIGS. 5 and 6, the external aperture 120 includes a first light blocking unit 126, a second light blocking unit 127, and a third light blocking unit 128 arranged to form a square opening OP. ) and a fourth light blocking unit 129. The first light blocking unit 126 and the second light blocking unit 127 face each other in the second direction (Y) and move in the second direction (Y) to change the size of the opening (OP) in the second direction (Y). It can be adjusted. And the third light blocking portion 128 and the fourth light blocking portion 129 face each other in the third direction (Z) and move in the third direction (Z) to increase the size of the opening (OP) in the third direction (Z). can be adjusted.

제1 광차단부(126), 제2 광차단부(127), 제3 광차단부(128) 및 제4 광차단부(129)는 독립적으로 움직일 수 있다. 다시 말해, 제1 광차단부(126), 제2 광차단부(127), 제3 광차단부(128) 및 제4 광차단부(129) 각각은 서로 다른 구동 장치(예를 들어, 기어와 나사, 또는 기어와 액추에이터)에 연결되어 독립적으로 움직일 수 있다. 이에 따라, 개구(OP)는 정사각형, 제2 방향(Y)으로 길이가 긴 직사각형, 제3 방향(Z)으로 길이가 긴 직사각형 등으로 형성될 수 있다. The first light blocking unit 126, the second light blocking unit 127, the third light blocking unit 128, and the fourth light blocking unit 129 can move independently. In other words, the first light blocking unit 126, the second light blocking unit 127, the third light blocking unit 128, and the fourth light blocking unit 129 each have different driving devices (e.g., gears). and screws, or gears and actuators) and can move independently. Accordingly, the opening OP may be formed in a square shape, a long rectangle in the second direction (Y), a long rectangle in the third direction (Z), etc.

일 예로, 물체면(200)이 제2 방향(Y)에 대해 예각으로 기울어져 있고 제2 방향(Y)으로만 수차가 발생하는 경우, 제3 광차단부(128)와 제4 광차단부(129)는 열린 상태 그대로 유지하고 제2 방향(Y)으로 움직이는 제1 광차단부(126) 및 제2 광차단부(127) 중 적어도 하나를 움직여서 샤임플러그 광학계(110)의 수차를 제어하고 광량과 심도 등의 광학계 성능도 확보할 수 있다. 이때, 제1 광차단부(126)의 움직인 정도와 제2 광차단부(127)의 움직인 정도를 서로 다를 수 있다. 다시 말해, 제1 내지 제4 광차단부(126, 127, 128, 129) 중에서 수차가 강한 방향의 광차단부를 조여서 샤임플러그 광학계(110)의 수차를 줄이면서 밝기 저하는 최소화할 수 있다. For example, when the object surface 200 is inclined at an acute angle with respect to the second direction (Y) and aberration occurs only in the second direction (Y), the third light blocking unit 128 and the fourth light blocking unit (129) maintains the open state and controls the aberration of the Scheimpflug optical system 110 by moving at least one of the first light blocking unit 126 and the second light blocking unit 127 moving in the second direction (Y); Optical performance such as light quantity and depth of field can also be secured. At this time, the degree of movement of the first light blocking unit 126 and the degree of movement of the second light blocking unit 127 may be different. In other words, by tightening the light blocking portion in the direction in which aberration is strong among the first to fourth light blocking portions 126, 127, 128, and 129, the aberration of the Scheimpflug optical system 110 can be reduced and the decrease in brightness can be minimized.

이러한 제1 내지 제4 광차단부(126, 127, 128, 129)에 대한 선택적 제어는 사용자에 의해 조리개 제어부(140)를 통해 수행될 수 있고, 또는 조리개 제어부(140)가 이미지의 밝기와 수차를 분석한 결과에 따라 제1 내지 제4 광차단부(126, 127, 128, 129)를 선택적으로 구동시킴에 따라 수행될 수 있다. Selective control of the first to fourth light blocking units 126, 127, 128, and 129 may be performed by the user through the iris control unit 140, or the iris control unit 140 may control the brightness and aberration of the image. This can be performed by selectively driving the first to fourth light blocking units 126, 127, 128, and 129 according to the analysis results.

이하, 도 7 내지 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광학계 수차 제어 장치(100)의 수차 제어 효과에 대하여 설명한다.Hereinafter, the aberration control effect of the optical aberration control device 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 9.

도 7은 샤임플러그 광학계에서 조리개의 배치 시뮬레이션을 나타내는 도면이다. 도 8 및 9는 도 7의 세 가지 케이스에 따른 초점 크기를 나타내는 도면이다.Figure 7 is a diagram showing a simulation of the arrangement of an aperture in the Scheimpflug optical system. Figures 8 and 9 are diagrams showing focus sizes according to the three cases of Figure 7.

도 7 내지 9를 참조하면, 제1 케이스(Case 1)는 1x 배율 렌즈를 이용하여 샤임플러그 광학계를 구성한 경우이고, 제2 케이스(Case 2)는 1x 배율 렌즈를 이용하여 구성한 샤임플러그 광학계의 내부에서 주 광선이 한 지점으로 모이는 위치에 조리개를 배치한 경우이고, 제3 케이스(Case 3)는 1x 배율 렌즈를 이용하여 구성한 샤임플러그 광학계의 외부에 조리개를 배치한 경우이다. 도 8 및 9는 제1 내지 제3 케이스의 코마 수차(coma aberration)를 시뮬레이션한 결과이다.Referring to Figures 7 to 9, the first case (Case 1) is a case in which the Scheimpflug optical system is constructed using a 1x magnification lens, and the second case (Case 2) is the inside of the Scheimpflug optical system constructed using a 1x magnification lens. This is a case where the aperture is placed at a location where the main rays converge to one point, and the third case (Case 3) is a case where the aperture is placed outside the Scheimpflug optical system constructed using a 1x magnification lens. Figures 8 and 9 show the results of simulating coma aberration in the first to third cases.

도 8 및 9의 시뮬레이션 결과와 같이, 상면과 물체면을 기울였을 때 코마 수차가 드러나게 되고 조리개로 렌즈 가장자리를 차폐시켰을 때 수차가 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 반면, 광축인 0 Field에서는 상면과 물체면을 기울이며 나타나는 수차가 미미하기 때문에 조리개 차폐 필요성이 낮다. 시야각 가장자리부터 수차를 차폐시키는 제3 케이스(본 발명의 실시예)의 렌즈 외부 조리개는 시야각 가장자리부터 수차가 두드러지는 샤임플러그 광학계를 보상하는 적절한 방법으로 확인된다. 즉, 본 발명의 실시예는 제2 케이스의 방법을 대체하기에 효과적이고 상황에 따라 시뮬레이션 결과와 같이 렌즈 축에서 멀어질수록 더 좋은 효과를 보이기도 한다. 밝기 균일도는 제3 케이스가 저조하지만 밝기 균일도보다 수차의 영향이 치명적인 어플리케이션인 경우에는 제3 케이스가 더욱 적합할 수 있다. 밝기와 수차 제어 정도는 렌즈의 배율을 포함한 광학계 설계 방식에 따라 상이할 수 있다.As shown in the simulation results of Figures 8 and 9, it can be seen that coma aberration is revealed when the image surface and the object surface are tilted, and that the aberration is reduced when the edge of the lens is shielded with an aperture. On the other hand, at 0 Field, the optical axis, the aberration that appears due to tilting the image surface and object surface is minimal, so the need for aperture shielding is low. The lens external aperture of the third case (an embodiment of the present invention), which shields aberrations from the edges of the viewing angle, is confirmed to be an appropriate method for compensating for the Scheimpflug optical system in which aberrations are prominent from the edges of the viewing angle. In other words, the embodiment of the present invention is effective in replacing the method in the second case, and depending on the situation, it may show better effects as the distance from the lens axis increases, as shown in simulation results. Although the third case has poor brightness uniformity, the third case may be more suitable in applications where the effect of aberration is more critical than the brightness uniformity. The degree of brightness and aberration control may vary depending on the optical system design method, including the magnification of the lens.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 수차 제어를 위한 외부 조리개(120)는 샤임플러그 광학계(110)뿐만 아니라 물체면, 렌즈, 상면이 수평을 이루도록 배치된 일반적인 광학계에도 적용될 수 있다. 또한, 수차 제어를 위한 외부 조리개(120)는 파장분리 프리즘, 편광분리 프리즘, 그레이팅 등의 특수 광학 부품이 내제된 광학계에도 적용될 수 있다. Meanwhile, the external aperture 120 for aberration control according to an embodiment of the present invention can be applied not only to the Scheimpflug optical system 110 but also to a general optical system in which the object plane, lens, and image plane are arranged to be horizontal. Additionally, the external aperture 120 for aberration control can also be applied to an optical system incorporating special optical components such as a wavelength splitting prism, a polarization splitting prism, and a grating.

지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. The drawings and detailed description of the invention described so far are merely illustrative of the present invention, and are used only for the purpose of explaining the present invention, and are not used to limit the meaning or scope of the present invention described in the claims. That is not the case. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

100: 광학계 수차 제어 장치
110: 샤임플러그 광학계
120: 외부 조리개
130: 이미지 센서
140: 조리개 제어부100: Optical aberration control device
110: Scheimpflug optical system
120: external aperture
130: image sensor
140: Aperture control unit

Claims

Scheimpflug optical system that compensates for focusing on tilted object surfaces; and
An external aperture mounted on the Scheimpflug optical system on an optical path between the object surface and the Scheimpflug optical system,
The Scheimpflug optical system does not have a built-in variable aperture and is assembled so as not to be disassembled or modified, and the external aperture is an optical aberration control device that serves to control the aberration of the Scheimpflug optical system without disassembling the Scheimpflug optical system. .

According to claim 1,
The external aperture is an optical aberration control device including a plurality of light blocking units forming a circular opening.

According to claim 1,
The external aperture includes a first light blocking unit, a second light blocking unit, a third light blocking unit, and a fourth light blocking unit arranged to form a square aperture.

According to clause 3,
The first light blocking unit and the second light blocking unit face each other in a second direction perpendicular to the first direction, which is the direction of the optical path, and move in the second direction to adjust the size of the opening in the second direction,
The third light blocking unit and the fourth light blocking unit face each other in a third direction perpendicular to the first and second directions and move in the third direction to adjust the size of the aperture in the third direction. Aberration control device.

According to clause 4,
When the object surface is inclined at an acute angle with respect to the second direction, at least one of the first light blocking unit and the second light blocking unit moves to control the aberration of the Scheimpflug optical system.

According to clause 5,
An optical system aberration control device in which the third light blocking unit and the fourth light blocking unit are maintained in an open state.

According to any one of claims 3 to 6,
An optical system aberration control device wherein the first light blocking unit, the second light blocking unit, the third light blocking unit, and the fourth light blocking unit move independently.

According to claim 1,
an image sensor that acquires an image of the object surface through the Scheimpflug optical system and the external aperture; and
An optical aberration control device further comprising an aperture control unit that analyzes the brightness and aberration of the image acquired by the image sensor and controls the operation of the external diaphragm so that an image with preset brightness and aberration can be acquired.

An optical system including a plurality of lenses; and
An external aperture mounted on the optical system on an optical path between the object surface and the optical system,
The external aperture is,
a first light blocking unit and a second light blocking unit that face each other in a second direction perpendicular to the first direction, which is the direction of the optical path, and move in the second direction to adjust the size of the opening in the second direction; and
a third light blocking unit and a fourth light blocking unit that face each other in a third direction perpendicular to the first direction and the second direction and move in the third direction to adjust the size of the opening in the third direction,
An optical system aberration control device that reduces the aberration of the optical system by tightening the light blocking portion in the direction in which the aberration is strong among the first light blocking portion, the second light blocking portion, the third light blocking portion, and the fourth light blocking portion.

According to clause 9,
An optical aberration control device wherein the external aperture forms a square aperture.

According to clause 9,
When the object surface is inclined at an acute angle with respect to the second direction, at least one of the first light blocking unit and the second light blocking unit moves to control the aberration of the optical system.

According to claim 11,
An optical system aberration control device in which the third light blocking unit and the fourth light blocking unit are maintained in an open state.

The method according to any one of claims 9 to 12,
An optical system aberration control device wherein the first light blocking unit, the second light blocking unit, the third light blocking unit, and the fourth light blocking unit move independently.