KR101288871B1

KR101288871B1 - 전방위 카메라 렌즈

Info

Publication number: KR101288871B1
Application number: KR1020110131472A
Authority: KR
Inventors: 김영주; 이정환
Original assignee: 이정환
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2013-07-23
Also published as: WO2013085125A1; KR20130064877A

Abstract

본 발명은, 전방위 카메라 렌즈에 관한 것으로서, 일측 외주연에 판형의 돌출 지지부가 연장 형성되는 원통형의 몸체와; 반구형으로 형성되어 몸체의 돌출 지지부 상부에 결합되어서 전방위(全方位)에서 입사되는 입사광을 상방으로 반사하되, 중앙에 투광홀이 형성된 제 1 반사부와; 제 1 반사부의 상부에 구비되어서 제 1 반사부로부터 반사된 입사광을 반사시켜 제 1 반사부 방향으로 되돌리는 제 2 반사부; 및 제 1 반사부의 투광홀 하부에 구비되어서 제 2 반사부로부터 반사된 입사광을 결상하는 굴절부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며, 굴절부는, 제 1 반사부의 투광홀 하부에 구비되되 양면이 모두 오목면인 제 1 렌즈와, 제 1 렌즈에 후속되어 배치되되 상면은 오목면이고 하면은 볼록면인 제 2 렌즈와, 제 2 렌즈에 후속되어 배치되되 양면이 모두 볼록면인 제 3 렌즈와, 제 3 렌즈에 후속되어 배치되되 양면이 모두 볼록면인 제 4 렌즈 및 제 4 렌즈에 후속되어 상기 제 4 렌즈와 밀착되게 구비되되 상면은 오목면이고 하면은 평면인 제 5 렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

전방위 카메라 렌즈{Omnidirectional optical lens}

본 발명은 전방위 카메라 렌즈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 설계 및 제작이 용이하고 제작 단가가 저렴하며, 각 구성들이 일체형이 아닌 결합형으로 이루어짐으로써 유지 보수 비용이 절약되고, 반사면을 손쉽게 교체함으로써 촬영 구역의 상하 각도를 용이하고 저렴하게 변경할 수 있으며, 통상의 카메라에도 장착하여 사용할 수 있는 전방위 카메라에 관한 것이다.

일반적으로 기기를 중심으로 좌우 360°방향의 화상을 촬영하는 장치를 전방위(全方位, Omnidirectional) 카메라라고 하며, 주로 자연 풍경을 촬영하거나, 또는 CCD나 CMOS 방식의 카메라를 활용하여 감시카메라 등으로 이용하여 왔다. 전방위 영상을 얻는 방법으로 종래에는 반구형의 오목거울을 이용한 반사 굴절식 방법을 사용하거나, 또는 어안렌즈를 이용하여 굴절각을 크게 하여 전 방향에서의 영상 정보를 획득하는 방법을 사용하여 왔다.

그러나, 종래의 방식은 거울면에 반사되거나 렌즈에 의해 굴절되어 1차 가공된 입사광을 그대로 촬상 소자로 획득함으로써 각 방향의 초점거리가 서로 맞지 않는 현상, 즉, 구면 수차에 의해 상이 흐려지는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 한국등록특허 제10-0934719호에서는 카타디옵트릭(Catadioptric) 렌즈를 이용하여 전방위의 영상을 획득하고, 카타디옵트릭 렌즈로부터 1차 가공된 입사광을 복수의 릴레이 렌즈에서 재가공하여 각 방향에서 입사되는 입사광의 초점거리를 동일하게 맞추는 방식을 사용하였다.

도 1 은 이러한 카타디옵트릭 렌즈 방식의 전방위 카메라의 구성도이다. 도 1 에 따르면 좌우 360°, 상부 37°, 하부 16°의 방위에서 입사되는 입사광은 카타디옵트릭 렌즈의 상면(1)으로 입사되고, 렌즈의 경계면에서 굴절되어 하측의 제1반사부(2)에서 반사되고, 반사된 입사광은 상측의 제2반사부(3)에서 재반사되어 다시 하측의 제4면(4)을 통해 투과되게 된다.

그러나, 이러한 카타디옵트릭 렌즈는 빛을 직접 반사하는 제1반사부(2) 및 제2반사부(3)의 반사 각도가 매우 중요한데, 이는 렌즈 가공시 정확한 각도에 의한 구면가공을 해야 하고, 특히 제2반사부(3)의 경우 구면 가공된 렌즈의 표면을 다시 오목하게 깎아야 하므로 매우 고도의 작업 수준을 요하게 되고, 이로 인해 부품 생산시 불량률이 높은 문제가 있었으며, 대량 생산이 어려워 부품 단가가 매우 비싼 단점이 있었다.

또한, 렌즈의 곡률 가공이 끝난 후 카타디옵트릭 렌즈는 제1반사면(2) 및 제2반사면(3)에 반사 코팅 작업을 하게 되는데, 이러한 카타디옵트릭 렌즈는 카메라에 장착하기 위해 별도의 브라켓(5)에 안착시킬 때 하우징(5)과의 접촉면에 스크래치가 발생될 수 있는 문제가 있었다.

또한, 이러한 카타디옵트릭 렌즈 방식의 경우 렌즈의 단가가 매우 비싸 유지 보수 비용이 많이 드는 문제가 있었으며, 사용자의 의도에 따라 촬영되는 각도를 상하로 조정하고 싶을 경우 렌즈를 교체하기가 매우 까다로운 문제가 있었다.

KR 10-0934719 (등록번호) 2009.12.22

본 발명은, 설계 및 제작이 용이하고 제작 단가가 저렴하며, 각 구성들이 일체형이 아닌 결합형으로 이루어짐으로써 유지 보수 비용이 절약되는 전방위 카메라 렌즈를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 제 2 반사면만 교체하거나 또는 제 2 반사면과 제 1 반사면을 교체함으로써 촬영 구역의 상하 각도를 용이하고 저렴하게 변경할 수 있는 전방위 카메라를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 전방위 카메라 렌즈는, 일측 외주연에 판형의 돌출 지지부가 연장 형성되는 원통형의 몸체와; 반구형으로 형성되어 몸체의 돌출 지지부 상부에 결합되어서 전방위(全方位)에서 입사되는 입사광을 상방으로 반사하되, 중앙에 투광홀이 형성된 제 1 반사부와; 제 1 반사부의 상부에 구비되어서 제 1 반사부로부터 반사된 입사광을 반사시켜 제 1 반사부 방향으로 되돌리는 제 2 반사부; 및 제 1 반사부의 투광홀 하부에 구비되어서 제 2 반사부로부터 반사된 입사광을 결상하는 굴절부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며, 굴절부는, 제 1 반사부의 투광홀 하부에 구비되되 양면이 모두 오목면인 제 1 렌즈와, 제 1 렌즈에 후속되어 배치되되 상면은 오목면이고 하면은 볼록면인 제 2 렌즈와, 제 2 렌즈에 후속되어 배치되되 양면이 모두 볼록면인 제 3 렌즈와, 제 3 렌즈에 후속되어 배치되되 양면이 모두 볼록면인 제 4 렌즈 및 제 4 렌즈에 후속되어 상기 제 4 렌즈와 밀착되게 구비되되 상면은 오목면이고 하면은 평면인 제 5 렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 2개의 거울과 5개의 렌즈로 구성됨으로써 설계 및 제작이 용이하고 제작 단가가 저렴하며, 각 구성들이 일체형이 아닌 결합형으로 이루어짐으로써 유지 보수 비용이 절약되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 제 2 반사면만 교체하거나 또는 제 2 반사면과 제 1 반사면을 교체함으로써 촬영 구역의 상하 각도를 용이하고 저렴하게 변경할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 촬상된 이미지의 구면 왜곡을 보정하는 별도의 소프트웨어를 사용할 경우 통상의 CCD 카메라의 렌즈 부위에 장착하여 사용할 수 있고, 이미지의 구면 왜곡을 보정하는 프로그램이 내장된 전용 카메라에 장착하여 사용할 경우 파노라마 영상을 실시간으로 촬영하여 저장할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 종래의 전방위 카메라 렌즈의 단면도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 전방위 카메라 렌즈의 단면도.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 전방위 카메라 렌즈의 구성도.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 전방위 카메라 렌즈의 MTF 그래프.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 전방위 카메라 렌즈의 특성 그래프.

이하에서, 본 발명의 전방위 카메라 렌즈에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 전방위 카메라 렌즈의 단면도이고, 도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 전방위 카메라 렌즈의 구성도, 도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 전방위 카메라 렌즈의 MTF 그래프이고, 도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 전방위 카메라 렌즈의 특성 그래프이다.

도 2 내지 도 3 에 따르면, 본 발명의 전방위 카메라 렌즈는 일측 외주연에 판형의 돌출 지지부(110)가 연장 형성되는 원통형의 몸체(100)와, 반구형으로 형성되어 몸체(100)의 돌출 지지부(110) 상부에 결합되어서 전방위에서 입사되는 입사광을 상방으로 반사하되 중앙에 투광홀(230)이 형성된 제 1 반사부(200)와, 제 1 반사부(200)의 상부에 구비되어 제 1 반사부(200)로부터 반사된 입사광을 반사시켜 제 1 반사부(200) 방향으로 되돌리는 제 2 반사부(300)와, 제 1 반사부(200)의 투광홀(230) 하부에 구비되어서 제 2 반사부(300)로부터 반사된 입사광을 결상하는 굴절부(400)를 포함하여 구성된다.

몸체(100)는, 중간부 일측 외주연에 판형의 돌출 지지부(110)가 연장 형성된 원통형으로 형성되며, 제 1 반사부(200), 제 2 반사부(300) 및 굴절부(400)의 장착대 역할을 한다.

몸체(100)의 돌출 지지부(110) 상부에는 반구형의 제 1 반사부(200)가 결합된다. 이때 제 1 반사부(200)에는 중앙에 투광홀(230)이 형성되어서 제 1 반사부(200)의 투광홀(230)로 입사된 광이 몸체(100)의 내측에 결합되는 굴절부(400)에 입사될 수 있도록 한다. 이때 몸체(100)의 상측 단부에는 별도의 커버링(140)이 더 구비되어 삽입 고정될 수 있는데, 커버링(140)은 중앙부가 개구되거나 또는 투명 재질로 형성되어 빛을 투과할 수 있도록 구성되고, 커버링(140)의 상단부에는 외측으로 플랜지가 형성되어서 제 1 반사부(200)의 투광홀(230)을 상부로부터 가압하여 몸체(100)와 제 1 반사부(200)의 결합이 더욱 견고해지도록 구성할 수 있다.

몸체(100)의 돌출 지지부(110) 외주연에는 제 2 반사부(300)가 결합된다. 이를 좀 더 상세히 설명하면, 몸체(100)의 돌출 지지부(110) 외주연에는 제 2 반사부(300)의 브라켓 고정부(310)가 몸체(100)의 돌출 지지부(110) 외주연을 감싸듯이 삽입 고정되며, 브라켓 고정부(310)로부터 막대형의 지지대(320)가 상부로 연장 형성되어 그 종단에 제 2 반사면(330)이 구비됨으로써 제 1 반사부(200)의 상부에 제 2 반사부(300)가 구비될 수 있도록 한다. 이때, 몸체(100)의 돌출 지지부(110) 외주연에 돌기 또는 홈이 형성되어서 제 2 반사부(300)의 브라켓 고정부(310)에 형성된 홈 또는 돌기와 결합되도록 밀착 고정할 수 있고, 또는 돌출 지지부(110)의 외주연과 제 2 반사부(300)의 브라켓 고정부(310) 내주연에 나사산을 형성하여 나사결합 방식으로 고정할 수도 있다.

몸체(100)의 내부에는 굴절부(400)가 삽입 고정된다. 이를 위해 몸체(100)의 내부는 원형으로 관통된 형태로 형성되며, 몸체(100)의 내주연과 굴절부(400)의 각 렌즈 외주연이 밀착되도록 구성된다. 한편 몸체(100)의 상단에는 내측 방향으로 멈춤 돌기(130)가 형성되어 굴절부(400)가 몸체(100) 상부 방향으로 이탈되지 않도록 하며, 몸체(100)의 하단에는 굴절부(400)의 고정링(430)에 형성된 돌기 또는 홈이 결합될 수 있도록 홈 또는 돌기가 형성된다. 즉, 굴절부(400)가 몸체(100)에 삽입 고정될 때 상단의 멈춤 돌기(130)와 하단의 홈에 의해 견고히 고정될 수 있게 된다. 이러한 몸체(100)의 내부 직경은 굴절부(400)의 형상에 따라 결정되는데, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 굴절부(400)의 상단에 위치한 제 1 렌즈(411)와 제 2 렌즈(412)는 비교적 작은 직경으로 형성되고, 굴절부(400)의 중단에 위치한 제 3 렌즈(413) 내지 제 5 렌즈(415)는 비교적 큰 크기로 형성되며, 굴절부(400)의 하단에 위치한 고정링(430)은 가장 큰 크기로 형성된다. 따라서 몸체(100) 내부의 직경도 상단, 중단, 하단의 직경이 단턱지게 넓어지는 단턱부(120)가 형성되는 것이 바람직하며, 이러한 구조로 인하여 빛이 지나가는 광로에 영향을 받지 않고 안정적인 빛의 굴절 및 투과가 가능해지게 된다.

한편, 몸체(100)의 외주연 하측에는 돌기 또는 홈이 형성되어 카메라 등에 고정될 수 있도록 한다.

제 1 반사부(200)는, 몸체(100)의 돌출 지지부(110) 상부에 결합되고, 전방위에서 입사되는 입사광을 상부에 구비된 제 2 반사부(300) 방향으로 반사시킬 수 있도록 반구형으로 형성되며, 제 2 반사부(300)에서 반사되어 회귀된 입사광이 하부의 굴절부(400)로 안내될 수 있도록 중앙부가 관통된 투광홀(230)이 형성된다.

이를 위한 제 1 반사부(200)는, 몸체(100)의 돌출 지지부(110) 상부에 결합되는 반구형의 제 1 브라켓(210)과, 제 1 브라켓(210)의 상면에 구비되는 제 1 반사면(220)을 포함하여 구성된다. 제 1 브라켓(210)과 제 1 반사면(220)은 각각 제작되어 결합된 형태로 구성될 수 있고, 제 1 브라켓(210)의 상면에 반사막을 코팅한 형태로 구성될 수도 있다.

이러한 제 1 반사부(200)는, 전방위(全方位)에서 입사되는 입사광을 상부의 제 2 반사부(300)로 반사시키는 역할을 한다. 이때 제 1 반사부(200)의 제 1 반사면(220)은 볼록거울의 형태를 띠고 있으므로 전방위에서 반사되는 입사광은 상부의 중앙부로 수렴하게 되는데, 수렴된 반사광을 제 2 반사부(300)에서 재반사하여 제 1 반사부(200) 중앙의 투광홀(230)로 회귀시키게 된다. 따라서, 제 1 반사부(200)는 상부로 제 2 반사부(300)의 제 2 반사면(330)에 의해 가려지는 음영지역이 발생하게 되고, 하부로 반구형 반사면 구조의 특성상 반사 한계 각도가 설정되게 되는데, 본 발명의 실시예에 따르면 제 1 반사부(200)에 의해 반사되어 촬영되는 입사광의 각도는 좌우 360°, 상부 53°, 하부 17°가 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니다.

제 1 반사부(200)는 별도로 제작되어 몸체(100)에 삽입 고정되며, 따라서 제 1 반사면(220)에 상처가 나거나, 또는 반사면의 곡률을 변경할 때 제 1 반사부(200)만을 탈거하여 교체하면 되므로 교체 수리비가 적게 드는 장점이 있다. 한편, 제 1 반사부(200)는 몸체(100)에 삽입된 후 몸체(100)의 커버링(140)에 의해 투광홀(230)이 상부로부터 가압되어 고정되며, 또한 제 2 반사부(300)의 브라켓 고정부(310) 상단을 내측으로 돌출되게 형성함으로써 제 2 반사부(300)가 몸체(100)에 고정될 때 브라켓 고정부(310)의 상단 돌출부에 의해 제 1 반사부(200) 외측면이 가압되어 몸체(100)에 더욱 견고히 고정된다.

제 2 반사부(300)는 제 1 반사부(200)의 상부에 구비되어서 제 1 반사부(200)로부터 반사된 입사광을 재반사시켜 제 1 반사부(200)의 투광홀(230)로 안내되도록 한다.

이를 위하여 제 2 반사부(300)는, 몸체(100)의 돌출 지지부(110) 외주연에 결합되는 브라켓 고정부(310)와, 브라켓 고정부(310)로부터 상방으로 연장 형성되는 지지대(320)와, 지지대(320)의 상단에 결합되는 제 2 반사면(330)을 포함하여 구성된다.

이러한 제 2 반사부(300)는, 제 1 반사부(200)로부터 반사되어 수렴된 전방위 입사광을 재반사하여 제 1 반사부(200)의 투광홀(230)로 회귀시킴으로써 전방위에서 입사된 입사광이 굴절부(400)에 안내되도록 하는 역할을 한다. 이때 제 2 반사부(300)의 제 2 반사면(330)은 평면 거울의 형태를 띠는 것이 바람직하나, 제 1 반사부(200)의 제 1 반사면(220)이 가지는 곡률에 따라 볼록 거울의 형태를 가질 수도 있으며, 제 2 반사부(300)의 형태가 볼록 거울의 형태를 띨 경우 제 1 반사면(220)은 더 작은 곡률을 가질 수 있다. 즉, 제 2 반사면(330)을 볼록 거울로 구성할 경우 제 1 반사면(220)은 좀 더 평평하게 구성할 수 있고, 따라서 하부 방향의 입사광이 입사되는 최대각은 제한되나 상부 방향의 입사광이 입사되는 최대 각도를 더욱 크게 할 수 있게 된다. 이 경우 본 발명의 실시예에 따르면 제 1 반사부(200)에 의해 반사되어 촬영되는 입사광의 각도는 좌우 360°, 상부 68°, 하부 0°가 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니다.

다시 말해, 제 1 반사부(200)의 제 1 반사면(220) 곡률을 크게 하고 제 2 반사부(300)의 제 2 반사면(330)을 평면 거울로 구성한 경우는 상측으로의 입사광의 각도는 제한되나 하측으로의 입사광의 각도를 여유롭게 할 수 있으므로 화상회의, 차량용 전방위 블랙박스, 파노라마 사진 등의 촬영에 사용될 수 있고, 제 1 반사부(200)의 제 1 반사면(220)의 곡률을 작게 하고 제 2 반사부(300)의 제 2 반사면(330)을 볼록 거울로 구성한 경우는 하측으로의 입사광의 각도는 제한되나 상측으로의 입사광의 각도를 여유롭게 할 수 있으므로 본 발명의 전방위 카메라 렌즈를 거꾸로 설치하면 전방위 감시 카메라 등의 용도로 사용될 수 있게 된다.

이를 위하여, 제 2 반사면(330)은 지지대(320)로부터 탈착 가능하게 구성될 수 있다. 지지대(320)의 상단부에는 복수의 지지대(320)를 서로 잇는 링 형상의 반사면 브라켓(325)이 더 포함되어 구성될 수 있으며, 링 형상의 반사면 브라켓(325) 내측으로 제 2 반사면(330)을 나사결합 또는 끼움결합 등으로 결합할 수 있다. 따라서, 사용자가 촬영 구역의 변경을 위해 카메라를 교체하거나 또는 렌즈 전체를 교체하지 않고 제 2 반사면(330)만 교체하거나 또는 제 2 반사면(330)과 제 1 반사부(200)만을 교체함으로써 소기의 목적을 용이하고 저렴하게 달성할 수 있게 된다.

한편, 제 2 반사부(300)의 지지대(320)는 내측의 제 1 반사부(200) 및 굴절부(400)를 외부로부터 보호하기 위하여 투명한 돔 형태의 커버로 이루어질수도 있으며, 기둥형의 지지대(320)와 별도로 투명한 돔 형의 보호커버를 더 구비하여 이루어질 수도 있다.

굴절부(400)는, 제 1 반사부(200)의 투광홀(230) 하부에 구비되어서 제 2 반사부(300)로부터 재반사된 입사광을 집광하여 촬상 소자(500)에 상이 맺히도록 한다.

이를 위하여 굴절부(400)는, 서로 다른 형태 또는 서로 다른 굴절률을 가지는 복수의 렌즈가 일렬로 배치된 형태로 구성되며, 더욱 상세하게는 제 1 반사부(200)의 투광홀(230) 하부에 구비되는 제 1 렌즈(411), 제 1 렌즈(411)에 후속되는 제 2 렌즈(412), 제 2 렌즈(412)에 후속되는 제 3 렌즈(413), 제 3 렌즈(413)에 후속되는 제 4 렌즈(414), 제 4 렌즈(414)에 후속되는 제 5 렌즈(415), 제 5 렌즈(415)의 하부를 지지하여 몸체(100)에 고정되도록 구비되는 고정링(430) 및 제 1 렌즈(411) 내지 제 4 렌즈(414)의 사이에 개재되어 각 렌즈 사이의 이격 거리를 결정하는 조정링(420)을 포함하여 구성된다.

좌우 360°및 상하 70°전후의 방향에서 입사되어 수렴되는 입사광은 각각 입사되는 각도에 따라 서로 다른 촛점거리를 가지게 된다. 이러한 입사광은 평면 형태의 촬상 소자(500)에 선명한 상을 맺지 못하게 된다. 이는 구면에서 반사 또는 굴절되는 광원이 이동하는 거리와 밀접한 관계가 있는데 통상 동시에 입사된 광원의 이동거리가 서로 다를 경우 촛점이 어긋나게 된다. 따라서, 제 2 반사부(300)를 통해 재반사되어 수렴된 입사광의 입사각도에 따라 입사광의 경로를 수정하여 발산 후 재수렴되도록 함으로써 각 입사각도에 따른 입사광이 촬상 소자(500)에 도달될 때에는 모두 같은 거리를 이동하도록 하여 선명한 상을 맺을 수 있도록 하여야 한다.

도 2 및 도 3 을 참조하면, 본 발명의 전방위 카메라 렌즈의 굴절부(400)는 양면이 모두 오목면(concave surface)인 제 1 렌즈(411)와, 제 1 렌즈(411)에 후속되어 배치되되 상면은 오목면이고 하면은 볼록면(convex surface)인 제 2 렌즈(412)와, 제 2 렌즈(412)에 후속되어 배치되되 양면이 모두 볼록면인 제 3 렌즈(413)와, 제 3 렌즈(413)에 후속되어 배치되되 양면이 모두 볼록면인 제 4 렌즈(414) 및 제 4 렌즈(414)에 후속되어 제 4 렌즈(414)와 밀착되게 구비되되 상면은 오목면이고 하면은 평면인 제 5 렌즈(415)를 포함하여 구성된다.

이러한 굴절부(400)의 구성은 제 2 반사부(300)로부터 수렴 반사되어 입사되는 입사광을 제 1 렌즈(411)의 상면과 하면 모두에서 발산시키고, 제 1 렌즈(411)에서 발산된 입사광은 제 2 렌즈(412)의 상면에서 반사된 후 제 2 렌즈(412)의 하면에서 수렴되며, 후속되는 제 3 및 제 4 렌즈(414)에 의해 다시 수렴되게 된다. 이렇게 재수렴된 입사광은 제 5 렌즈(415)에 의해 파장에 따른 굴절능의 차이가 보정된 후 촬상 소자(500)에 상을 이루게 된다.

이때, 제 1 렌즈(411) 및 제 2 렌즈(412)에 의하여 발산된 입사광은 제 3 렌즈(413) 및 제 5 렌즈(415)의 중앙부 및 외곽으로 입사되는데, 이때 몸체(100)의 내주연을 단턱지게 구성함으로써 제 1 렌즈(411) 및 제 2 렌즈(412)보다 제 3 및 제 4 렌즈(414)의 직경을 더 크게 형성할 수 있도록 함으로써 빛의 경로상에 장애요인이 없도록 할 수 있다.

아래의 표에는 이러한 굴절부(400)의 각 렌즈의 광학적 설계도가 제시된다. 표에서 렌즈 각면의 r은 곡률반경, d는 렌즈간 거리, nd는 굴절률, vd는 분산값을 나타낸다.

SRF	R	D	nd	vd
OBJ	-	1.00E+23	AIR
제 1 반사부(200)	18.868	-12	Reflect
제 2 반사부(300)	-	14.5	Reflect
제1 렌즈	-3.413	2	1.4875	70.405
	3.413	1.5	AIR
제2 렌즈	-3	3.5	1.5168	64.166
	-4.319	1	AIR
AST	-	-	AIR
제 3 렌즈(413)	11.993	3	1.6204	60.323
	-8.865	0.1	AIR
제 4 렌즈(414)	7.823	3	1.5168	64.166
제 5 렌즈(415)	-5.748	2	1.8052	25.359
	65.535	10.2	AIR
IMS	-	0

위의 표에서 제 1 내지 제 4 렌즈(414)는 모두 50 이상의 높은 아베수를 가지고 있다. 제 5 렌즈(415)는 높은 굴절률에 비해 비교적 낮은 25의 아베수를 가지고 있는데, 이는 파장에 따른 굴절능의 차이를 보정하기 위한 구성이다.

또한, 특성분석 후 상의 초점거리를 보정할 때 새로운 데이터에 맞게 각 렌즈 사이에 개재되는 조정링(420)의 높이를 변경하여 적용할 수 있도록 한다. 이때, 제 5 렌즈(415)의 하단에 밀착되게 구비되는 고정링(430)이 몸체(100)에 형성된 홈 또는 돌기로부터 이탈되어 고정이 불완전하게 될 수 있는데, 이를 위하여 고정링(430)의 외주연 및 몸체(100) 내주연 하단부에 나사산을 형성하여 고정링(430)을 회전시켜 고정하는 방식을 취함으로써 이를 극복할 수도 있다.

상술한 제 1 반사부(200), 제 2 반사부(300) 및 굴절부(400)에 의한 전방위 영상의 획득이 제대로 이루어지는지 분석하기 위하여 MTF 특성과 수차분석, 왜곡수차 특성 분석 등이 있다.

본 발명에 따른 전방위 카메라 렌즈가 갖는 MTF 그래프를 도시하면 도 4 에 도시된 바와 같다. MTF는 가시광선 영역에서의 변조조달함수 특성을 나타내는 것으로서 다음 그림과 같이 흑백의 한쌍 또는 여러 쌍이 렌즈를 통과했을 때 센서에서의 콘트라스트비(Contrast ratio)를 말하는데, 복수의 렌즈를 통과하여 촬상 소자(500)에 도달된 입사광은 100퍼센트의 콘트라스트비를 갖지는 못하고, 통상 20% 이상의 콘트라스트비를 가질 경우 CCD 센서는 이를 상이 맺힌 것으로 인식하게 된다.

본 발명의 전방위 카메라 렌즈의 분해능은,

CCD Res.(lp/mm) = #Pixels(Horiz) / 2 x Pixel Size(horiz)의 공식에 의하여,

CCD 카메라, 2056 x 1544 Pixels, 4.52㎛ Pixel size, 1/3.2인치 CCD의 사양에서, CCD res.(lp/mm) = 2056 / 2 x 4.52 = 227 lp/mm 이고,

CCD 카메라, 2952 x 1944 Pixels, 4.54㎛ Pixel size, 1/3.2인치 CCD의 사양에서, CCD res.(lp/mm) = 2952 / 2 x 4.54 = 285 lp/mm 가 된다.

도 4 에 도시된 그래프의 280 lp/mm 에서 Modulation은 20%로서 만족할만한 콘트라스트비를 갖는다.

도 5 및 도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 전방위 카메라 렌즈의 특성 그래프 및 특성 데이터이다. 도 5 및 도 6 에 따르면, 유한광선수차는 모든 필드에 대하여 수차가 5㎛ 이내로 만족하고 있고, 상면수차에서도 자오면 상면만곡수차(T)와 구결면 상면만곡수차(S)가 일치하는 곳은 상면 끝 근처에 있으며, 도 4 의 MTF 그래프에 도시된 스펙을 만족하는 것을 보여준다.

상술한 구성으로 이루어진 본 발명의 전방위 카메라 렌즈는 몸체(100)의 하측부를 카메라에 삽입하여 고정함으로써 전방위를 촬영할 수 있는 카메라가 완성되게 되는데, 이때 결합 방식은 홈과 돌기에 의한 끼움방식 또는 나사산을 이용한 나사결합방식 등 통상의 삽입 고정 방식이 사용될 수 있으며, 몸체(100)가 카메라에 안정적으로 지지될 수 있도록 몸체(100)의 돌출 지지부(110) 바닥면이 카메라의 일측에 밀착 지지될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이처럼, 본 발명의 전방위 카메라 렌즈는 촬상된 이미지의 구면 왜곡을 보정하는 별도의 소프트웨어를 사용할 경우 통상의 CCD 카메라의 렌즈 부위에 장착하여 사용할 수 있고, 이미지의 구면 왜곡을 보정하는 프로그램이 내장된 전용 카메라에 장착하여 사용할 경우 파노라마 영상을 실시간으로 촬영하여 저장할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 전방위 카메라 렌즈는 2개의 거울과 5개의 렌즈로 구성됨으로써 설계 및 제작이 용이하고 제작 단가가 저렴하며, 각 구성들이 일체형이 아닌 결합형으로 이루어짐으로써 유지 보수 비용이 절약되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 전방위 카메라 렌즈는 상부 방향 뿐 아니라 하부 방향까지도 일정 각도 이상 촬영이 가능하므로 화상 회의, 감시 카메라, 차량용 블랙박스 등 다양한 방면에 알맞게 적용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 전방위 카메라 렌즈는 제 2 반사면(330)만 교체하거나 또는 제 2 반사면(330)과 제 1 반사면(220)을 교체함으로써 촬영 구역의 상하 각도를 용이하고 저렴하게 변경할 수 있는 효과가 있다.

100 : 몸체 110 : 돌출 지지부
200 : 제 1 반사부 230 : 투광홀
300 : 제 2 반사부 400 : 굴절부

Claims

삭제
일측 외주연에 판형의 돌출 지지부가 연장 형성되는 원통형의 몸체와;
반구형으로 형성되어 상기 몸체의 돌출 지지부 상부에 결합되어서 전방위(全方位)에서 입사되는 입사광을 상방으로 반사하되, 중앙에 투광홀이 형성된 제 1 반사부와;
상기 제 1 반사부의 상부에 구비되어서 상기 제 1 반사부로부터 반사된 입사광을 반사시켜 제 1 반사부 방향으로 되돌리는 제 2 반사부; 및
상기 제 1 반사부의 투광홀 하부에 구비되어서 상기 제 2 반사부로부터 반사된 입사광을 결상하는 굴절부;를 포함하여 구성되되,
상기 굴절부는, 상기 제 1 반사부의 투광홀 하부에 구비되되 양면이 모두 오목면인 제 1 렌즈와, 상기 제 1 렌즈에 후속되어 배치되되 상면은 오목면이고 하면은 볼록면인 제 2 렌즈와, 상기 제 2 렌즈에 후속되어 배치되되 양면이 모두 볼록면인 제 3 렌즈와, 상기 제 3 렌즈에 후속되어 배치되되 양면이 모두 볼록면인 제 4 렌즈 및 상기 제 4 렌즈에 후속되어 상기 제 4 렌즈와 밀착되게 구비되되 상면은 오목면이고 하면은 평면인 제 5 렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전방위 카메라 렌즈.
제 2 항에 있어서,
상기 제 2 반사부는, 상기 몸체의 돌출 지지부 외주연에 결합되는 브라켓 고정부와, 상기 브라켓 고정부에서 상방으로 연장 형성되는 지지대와, 상기 지지대의 끝단에 구비되는 제 2 반사면을 포함하여 구성되되,
상기 제 2 반사면은 탈착 가능하게 구비되어서, 상기 제 2 반사면을 교체하여 상기 제 2 반사면의 곡률이 수정됨에 따라 상기 제 1 반사부를 통해 반사되어 입사되는 입사광의 최대 입사각도가 변경되는 것을 특징으로 하는 전방위 카메라 렌즈.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 반사부는 몸체의 돌출 지지부 상부에 결합되되, 상기 제 2 반사부가 상기 몸체의 지지부 외주연에 결합될 때, 상기 제 2 반사부의 브라켓 고정부 상단에 내측으로 돌출 형성된 돌출부에 의해 가압되어 고정되는 것을 특징으로 하는 전방위 카메라 렌즈.
제 4 항에 있어서,
상기 몸체는, 카메라에 탈착될 수 있도록 하측 외주연에 돌기 또는 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 전방위 카메라 렌즈.