KR101608404B1 - 입체 이미지를 촬영하기 위한 단안식 현미경 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세 크기를 갖는 피사체의 입체 이미지를 획득하는 단안식 현미경에 관한 것으로서, 본 발명의 단안식 현미경은 제1 결상렌즈 조립체(10), 제1 결상렌즈 조립체(10)를 통과한 광선 중의 일부는 반사하고 나머지는 통과시키는 하프 미러(H), 하프 미러(H)에 의해 반사된 광선을 결상하는 제3 결상렌즈 조립체(31)를 포함하는 제1 카메라(30) 및 하프 미러(H)를 통과한 광선을 결상하는 제3 결상렌즈 조립체(41)를 포함하는 제2 카메라(40)를 포함한다. 본 발명에 따른 단안식 현미경은 초근접 위치에 배치된 피사체의 입체 이미지를 획득할 수 있다.

Description

입체 이미지를 촬영하기 위한 단안식 현미경{Single lens Microscope for three dimensional image}

본 발명은 입체 이미지를 촬영하기 위한 단안식 현미경에 관한 것으로서, 미세 크기를 갖는 피사체의 입체 이미지를 촬영하는 단안식 현미경에 관한 것이다.

현미경은 인간의 눈으로 관찰하기 힘든 미세한 물체나 미생물을 확대하여 관찰하는 기구이다. 현재, 현미경은 실시간으로 피사체의 2D 이미지를 획득하여 디스플레이에 표시하는 것이 대부분이다.

그러나 보다 정밀한 피사체의 입체적 구조를 분석하기 위해서는 3D 입체 이미지를 촬영하는 현미경이 필요하다. 최근에는 입체 이미지를 촬영하는 입체 카메라의 기술 발전에 힘입어, 피사체의 입체 이미지를 확대하여 표시하는 현미경에 관한 연구가 진행되고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1476820호는 피사체의 확대된 입체 이미지를 획득하여 디스플레이로 표시하는 현미경을 개시하고 있다. 상기의 종래 현미경을 도 1a를 참고하여 설명하면, 피사체로부터 입사된 광을 수광하는 몰색프리즘(20)과 몰색프리즘(20)에서 획득된 입체 이미지의 배율을 조정하는 한 쌍의 변배렌즈(30)로 구성되어 있고, 변배렌즈(30)가 몰색프리즘(20)의 후면에 결합된다.

몰색프리즘(20)은 중앙이 돌출되어 각진 구조를 갖는 제1 프리즘(21)과 중앙이 오목하게 각진 제2 프리즘(22)으로 구성되어 좌측 이미지와 우측 이미지를 한 쌍의 이미지센서(10)로 전달한다. 즉, 대한민국 등록특허공보 제10-1476820호는 변배렌즈를 사용하여 배율을 조정하되, 몰색프리즘을 사용하여 간편하게 주시각과 배율을 조정하는 것이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1476820호는 주시각과 배율을 간편하게 조정할 수 있으나, 현미경과 같이 초근접 거리에서 피사체를 촬영하는 경우, 두 개의 양안 렌즈를 사용함에 따라 주시각의 확보에 한계가 있다.

구체적으로, 현미경에 탑재되는 입체 카메라는 두 개의 카메라를 사용하여 피사체의 좌안 영상과 우안 영상을 동시에 획득한다. 통상적인 입체 카메라는 피사체의 좌안 영상을 획득하는 좌안 카메라, 피사체의 우안 영상을 획득하는 우안 카메라 및 좌안 카메라와 우안 카메라를 거치하는 입체 카메라 리그로 구성되어 있다.

입체 카메라 리그는 크게 평행방식(수평방식)과 직교방식으로 구분된다. 평행방식의 입체 카메라 리그는 좌안 카메라와 우안 카메라를 피사체를 향해 서로 평행하게 되도록 일정한 거리를 이격시켜 거치하는데, 좌안 카메라와 우안 카메라가 각각 피사체의 광을 수광함에 있어서 이들 영상간의 차이(이하 '양안 시차'라 함)가 발생하고 이를 통해 입체감을 표현하게 된다.

즉, 두 개의 카메라가 피사체를 촬영하여 입체 이미지를 획득하기 위해서는 두 개의 카메라에 탑재된 렌즈와 피사체 사이에 최소 거리가 확보되어야만 한다. 두 개의 카메라에 탑재된 렌즈 사이의 이격 거리가 존재하기 때문이다. 렌즈와 피사체 사이의 최소 거리는 두 카메라의 렌즈 중점 사이의 거리에 30배 이상으로 피사체가 렌즈와 떨어져 있어야 한다. 그러나 현미경은 피사체와 대물렌즈의 거리가 멀 경우 확대 배율을 높이는데 한계가 있기 때문에 기본적으로 피사체를 멀리 두고 촬영하지 않는데, 이렇게 피사체를 렌즈와 가까운 거리에 놓는 경우 주시각이 확보되지 않아 입체 이미지 획득이 불가능하거나 획득하더라도 입체감이 과도하게 표현되어 관찰자에게 극심한 피로감을 준다.

결국, 두 개의 렌즈를 사용하여 입체 이미지를 각각 개별적으로 획득하는 방식의 입체 카메라는 현미경으로의 활용이 제한적이다. 본 출원인은 두 개의 렌즈를 사용한 입체 카메라를 개선하여 하나의 메인 렌즈(단안식 렌즈)를 사용하더라도 선명한 입체 이미지를 획득할 수 있는 단안식 입체 카메라를 이미 대한민국 등록특허공보 제10-1255803호에서 제시한 바 있다.

도 1b을 참고하여 설명하면, 도 1b에서 본 출원인이 상기 등록특허공보를 통해 제시한 단안식 입체 카메라는 하나의 제1 결상렌즈 조립체(40)를 통해 획득된 광을 반사경(46)을 통해 좌안 카메라(60)와 우안 카메라(62)로 각각 분리시킴으로써 입체 영상이 획득된다. 즉 메인 렌즈(제1 결상렌즈 조립체)가 하나인 단안식 입체 카메라이다.

그러나 이러한 단안식 입체 카메라를 현미경으로 적용하기 위해서는 다음과 같은 과제를 해결하여야 한다.

(1) 초근접 촬영이 확보되어야만 현미경으로 적용 가능하고, (2) 현미경을 통해 초근접 입체 이미지를 구현하기 위해서는 확대·축소 배율에 따른 화각을 조정하는 기술이 필수적이며, (3) 피사체의 위치와 특성에 따라 제1 결상렌즈 조립체의 교체나 변경이 용이하여야 한다.

대한민국 등록특허공보 제10-1476820호(3D 비디오 현미경 장치) 대한민국 등록특허공보 제10-1255803호(단안식 입체 영상 카메라)

본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 렌즈와 초근접 위치에 있는 피사체의 입체 이미지를 촬영하기 위한 단안식 현미경을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 목표로 하는 피사체의 확대·축소 배율에 따라 화각을 조정할 수 있고, 제1 결상렌즈 조립체를 쉽게 교체 또는 변경할 수 있는 단안식 현미경을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 문제점을 해결하기 위해서 본 발명에 따른 단안식 현미경은 제1 결상렌즈 조립체(10); 제1 결상렌즈 조립체(10)를 통과한 광선 중의 일부는 반사하고 나머지는 통과시키는 하프 미러(H); 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)와 조합하여 제3 결상렌즈 조립체의 초점 위치를 앞으로 당기고 제1 결상렌즈 조립체(10)의 뒤쪽에 맺힌 가상의 상을 확대하고 색수차나 상면만곡 등을 줄이는 제2 결상렌즈 조립체; 하프 미러(H)에 의해 반사된 광선을 결상하는 제3 결상렌즈 조립체(31)를 포함하는 제1 카메라(30); 및 하프 미러(H)를 통과한 광선을 결상하는 제3 결상렌즈 조립체(41)를 포함하는 제2 카메라(40);를 구비한다. 상기 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)는 서로 직각을 이루도록 배치될 수 있으며, 아울러 상기 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)은 서로 90˚미만의 예각이나 90˚초과의 둔각을 이루도록 자유롭게 배치될 수 있다.

상기 제2 결상렌즈 조립체는 제1 결상렌즈 조립체(10)와 하프 미러(H) 사이에 설치되거나, 하프 미러(H)와 제3 결상렌즈 조립체(31)(41) 사이에 설치될 수 있다.

상기 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)가 근접 확대 촬영이 가능한 마크로 렌즈인 경우에는 제2 결상렌즈 조립체가 선택적으로 구비될 수 있다. 즉, 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)가 제1 결상렌즈 조립체 후방의 가상의 상을 충분히 확대하여 촬영하는 것이 가능하여 비네팅 현상이 없을 정도의 확대 기능을 가진 마크로 렌즈인 경우에는 제2 결상렌즈 조립체가 구비되지 않을 수도 있다.

상기 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)가 일반적인 망원 계열의 렌즈인 경우, 제1 결상렌즈 조립체를 통과한 상을 근접 확대 촬영하는 것이 가능하도록 제2 결상렌즈 조립체를 함께 조합하여 마크로 렌즈와 같은 역할을 하도록 한다. 이때의 확대 배율은 제1 결상렌즈 조립체(10) 뒤쪽에 맺힌 가상의 상의 크기와 카메라(30)(40)에 설치된 촬상면(36)(46)의 크기 및 시스템 전체의 길이(제1 결상렌즈 조립체로부터 촬상면에 이르는 광로의 총길이)에 따라 정하도록 한다.

본 발명에 따른 또 다른 형태의 단안식 현미경은 제1 결상렌즈 조립체(10); 제1 결상렌즈 조립체(10)를 통과한 광선 중의 일부는 반사하고 나머지는 통과시키는 하프 미러(H); 하프 미러(H)에 의해 반사된 광선과 하프 미러(H)를 통과한 광선이 서로 평행하게 되도록 하프 미러(H)에 의해 반사된 광선과 하프 미러(H)를 통과한 광선 중 적어도 어느 하나를 반사하는 반사부; 하프 미러(H)에 의해 반사된 광을 결상하는 제3 결상렌즈 조립체(341); 하프 미러(H)를 통과한 광을 결상하고, 제3 결상렌즈 조립체(341)와 평행하게 설치된 제3 결상렌즈 조립체(331); 및 제1 결상렌즈 조립체(10)를 통과한 상을 확대하고 제3 결상렌즈 조립체의 초점 위치를 앞당기는 역할을 함으로써 제1 결상렌즈(10)의 뒤쪽에 맺힌 상을 최종 확대하여 촬영할 수 있도록 하는 제2 결상렌즈 조립체;를 포함한다.

상기 제2 결상렌즈 조립체는 제1 결상렌즈 조립체(10)와 하프 미러(H) 사이에 설치되거나 하프 미러(H)와 제3 결상렌즈 조립체(341)(331) 사이에 설치될 수 있다.

상기 제3 결상렌즈 조립체(341)(331)가 근접 확대 촬영이 가능한 마크로 렌즈인 경우에는 제2 결상렌즈 조립체가 구비되거나 구비되지 않을 수 있다.

상기 제3 결상렌즈 조립체(341)(331)가 일반적인 망원 계열의 렌즈인 경우, 제3 결상렌즈 조립체(341)(331)는 제2 결상렌즈 조립체와 조합되어 마크로 렌즈 역할을 함으로써 제1 결상렌즈 조립체를 통과한 상을 최종 확대 촬영할 수 있도록 한다.

아울러 상기 본 발명에 따른 단안식 현미경은 단안식 수평리그로서, 하프 미러(H)에 의해 반사된 광과 하프 미러(H)를 통과한 광이 서로 평행한 경우뿐만 아니라 하프 미러(H)와 반사부의 각도를 조정하여 광축을 평행하지 않도록 변경함으로써 그에 따른 제2 결상렌즈 조립체(21)(22)나 제3 결상렌즈 조립체(331)(341)가 서로 평행하지 않도록 자유롭게 배치할 수 있다.

그리고, 제3 결상렌즈 조립체(341)(331)는 동일한 카메라 본체(350)에 설치되거나 각각의 카메라 본체에 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 단안식 현미경은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 제1 결상렌즈 조립체와 초근접 위치에 있는 피사체의 입체 이미지를 촬영할 수 있다.

둘째, 초근접 위치에 있는 피사체의 확대·축소 배율에 따른 화각을 정밀하게 조절할 수 있다.

셋째, 복수의 제1 결상렌즈 조립체들을 교체하여 경통에 결합하는 것이 가능함으로써, 제1 결상렌즈 조립체의 변경 및 선택 사용이 용이하다.

도 1a는 종래기술의 3D 현미경의 내부 구성도이고, 도 1b는 종래기술의 단안식 입체 카메라의 내부 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단안식 현미경에 탑재되는 광학적 구성을 도시한 내부 구성도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 구비된 제2 결상렌즈 조립체의 역할을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 단안식 현미경에 탑재되는 광학적 구성을 도시한 내부 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 단안식 현미경에 탑재되는 광학적 구성을 도시한 내부 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 단안식 현미경에 탑재되는 광학적 구성을 도시한 내부 구성도이다.
도 6은 도 2에 도시된 광학적 구성을 탑재한 본 발명의 제5 실시예에 따른 단안식 현미경의 단면도이다.
도 7은 도 3에 도시된 광학적 구성을 탑재한 본 발명의 제6 실시예에 따른 단안식 현미경의 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 입체 이미지를 촬영하는 단안식 현미경은 입체 이미지의 촬영이 가능하도록 제1 결상렌즈 조립체(10), 하프 미러(H), 제1 카메라(30), 및 제2 카메라(40)을 포함한다. 단안식 현미경의 내부에 탑재되는 광학적 구조를 먼저 설명한 후에 기구적인 구성을 설명하도록 한다.

이하에서 설명하는 '결상렌즈 조립체'는 하나 또는 두 개 이상의 렌즈가 조합된 집합체를 포함한다.

(1) 제1 실시예

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단안식 현미경에 탑재되는 광학적 구성을 도시한 내부 구성도이다.

도 2를 참조하면, 단안식 현미경(100)은 단안식 직교리그로서, 제1 카메라(30)와 제2 카메라(40)가 서로 직각이 되도록 설치될 수 있다. 여기서 직각이라 함은 90˚에만 한정되는 것이 아니라, 90˚ 내외의 범위를 포함한다.

구체적으로, 입체 카메라(100)는 제1 결상렌즈 조립체(10)와, 제1 결상렌즈 조립체(10)의 후방에 설치된 제2 결상렌즈 조립체(20)와, 하프 미러(H)와, 하프 미러(H)에 의해 반사된 광축 상에 설치된 제1 카메라(30)와, 하프 미러(H)를 통과한 광축 상에 설치된 제2 카메라(40)를 포함한다.

제1 결상렌즈 조립체(10)는 피사체(8)로부터 입사된 광을 수렴한다. 제1 결상렌즈 조립체(10)는 교환이 가능하도록 설치되는데, 촬영 목적, 피사체의 종류, 피사체까지의 거리 등을 고려하여 적합한 렌즈를 선택하여 설치할 수 있다. 또한, 상기 제1 결상렌즈 조립체(10)는 확대 배율을 조정하는 줌(Zoom) 렌즈를 포함한다.

본 발명에 따른 단안식 현미경(100)은 제2 결상렌즈 조립체(20)를 추가적으로 포함할 수 있다. 제2 결상렌즈 조립체(20)는 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)와 조합되어 초점 위치를 근접시키는 역할과, 색수차 및 상면만곡을 줄이는 기능을 위해 추가적으로 탑재될 수 있다. 또한, 하프미러(H)와 제1 결상렌즈 조립체(10)를 잇는 광축 상에서 앞뒤로 이동할 수 있도록 설치되어 촬영시 제1 결상렌즈 조립체(10)의 초점범위를 넘는 피사체에 초점을 맞출 수 있도록 보조 초점 조절의 역할을 할 수 있다. 이때 주 피사체의 위치가 제1 결상렌즈 조립체(10)의 초점 조절범위를 넘어서 근접해 있는 경우 제2 결상렌즈 조립체(20)를 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)의 방향으로 이동하여 근접해 있는 피사체에 초점을 맞출 수 있으며, 주 피사체가 제1 결상렌즈 조립체(10)의 초점 조절범위를 넘어서 원거리에 있는 경우 제2 결상렌즈 조립체(20)를 제1 결상렌즈 조립체(10)의 방향으로 이동하여 초점범위를 벗어나 원거리에 있는 피사체에 초점을 맞출 수 있다.

이러한 제2 결상렌즈 조립체(20)는 본 발명의 단안식 현미경(100)이 제1 결상렌즈 조립체(10)와 초근접 위치에 있는 피사체의 입체 이미지를 촬영할 수 있게 한다. 또한 제2 결상렌즈 조립체(20)는 제1 결상렌즈 조립체(10)의 초점 한계를 넘어 피사체를 확대·축소함으로써 배율에 따른 화각을 정밀하게 조정할 수 있게 한다. 여기서 초근접 위치라 함은 제1 결상렌즈 조립체(10)와 피사체의 이격거리가 1m 미만인 것을 가리키며, 본 발명의 단안식 현미경(100)은 초근접 위치가 10cm 미만인 환경에서도 입체 이미지 획득이 가능하다.

제1 카메라(30)는 제3 결상렌즈 조립체(31)와 카메라 본체(35)를 포함한다. 그리고, 제2 카메라(40)는 제3 결상렌즈 조립체(41)와 카메라 본체(45)를 포함한다. 카메라 본체(35)(45)의 내부에는 촬상면(36)(46)이 각각 구비된다.

제3 결상렌즈 조립체(31)는 하프 미러(H)에 의해 반사된 광을 결상시키고, 제3 결상렌즈 조립체(41)는 하프 미러(H)를 통과한 광을 결상시킨다.

제3 결상렌즈 조립체(31)(41)는 베이스 렌즈로서, 근접 확대 촬영이 가능한 마크로 렌즈가 사용될 수 있다. 그리고, 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)에 마크로 렌즈를 사용하여 확대 배율이 충분할 경우에는 제2 결상렌즈 조립체(20)를 제외시킬 수 있다. 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)를 마크로 렌즈로 사용할 경우, 제1 결상렌즈(10)와 초근접 위치에 존재하는 장기 등의 입체 이미지를 촬영할 수 있고, 제1 결상렌즈 조립체(10)의 초점 한계를 넘어 위치한 피사체를 확대·축소함으로써 배율에 따른 화각을 정밀하게 조절할 수 있다.

제3 결상렌즈 조립체(31)(41)에 망원 계열의 렌즈가 사용되는 경우, 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)는 제2 결상렌즈 조립체(20)와 조합되어 마크로 렌즈와 같은 역할을 하게 된다. 이러한 조합을 사용함으로써 본 발명의 단안식 현미경은 미세한 피사체를 확대·축소할 수 있으며, 또한 주시각을 확보하여 입체 이미지의 정확도를 향상시킨다.

제1 결상렌즈 조립체(10)로서 다양한 렌즈가 사용될 수 있도록 하기 위해서는 제1 결상렌즈 조립체(10)의 후방에 생긴 가상의 상을 제2 결상렌즈 조립체(20)와 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)를 이용하여 확대촬영하는 방식이 바람직하다.

이를 위하여, 촬상면(36)과 제3 결상렌즈 조립체(31) 사이의 거리와 촬상면(46)과 제3 결상렌즈 조립체(41) 사이의 거리를 조절하는 데 한계가 있는 경우 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)로서 망원 계열의 렌즈를 사용하고 제2 결상렌즈 조립체(20)를 함께 사용함으로써 근접 촬영이 가능하도록 하여 제1 결상렌즈 조립체(10)의 상을 확대 촬영하거나, 제3결상렌즈 조립체(31)(41)로서 마크로 계열(근접 확대 촬영이 가능한 렌즈)의 렌즈를 사용하고 추가로 제2 결상렌즈 조립체(20)를 이용하여 초점 위치를 더욱 근접하도록 하며, 아울러 제2 결상렌즈 조립체(20)가 색수차 및 상면만곡을 보정하는 기능을 갖도록 함으로써 제1 결상렌즈 조립체(10)의 후방에 만들어진 가상의 상을 최종 확대하여 촬영할 수 있다.

특히, 카메라 촬상면(36)(46)의 크기가 제1 결상렌즈 조립체(10)가 만든 가상의 제1 초점면의 상(9) 크기보다 클 경우에는 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)로서 근접 확대 촬영이 가능한 마크로 렌즈를 사용함으로써 비네팅을 줄일 수 있으며 제1 결상렌즈 조립체(10)의 선택의 폭을 넓힐 수 있다.

또한, 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)로서 근접 확대 촬영이 가능한 마크로 렌즈를 사용함으로써, 망원계열의 렌즈를 사용하는 경우에 비해서, 제1 결상렌즈 조립체(10)로부터 카메라 촬상면(36)(46)까지의 크기를 줄일 수 있다.

한편, 위와 같은 효과를 얻기 위하여 제2 결상렌즈 조립체(20)에 배율을 더 높은 렌즈(렌즈의 초점거리가 짧은 렌즈)를 사용할 수도 있으나, 제2 결상렌즈 조립체(20)의 배율을 높이는 방법보다 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)에 근접 확대 촬영이 가능한 렌즈를 사용함으로써 더 왜곡이 적고 높은 화질의 결과물을 얻을 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 단안식 현미경은 추가적으로 조리개(32)(42)를 더 포함할 수 있다.

조리개(32)(42)는 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)에 각각 설치되고 제1 결상렌즈 조립체(10)에는 설치되지 않을 수 있다. 조리개가 설치된 렌즈를 제1 결상렌즈 조립체(10)로 사용하더라도 제1 결상렌즈 조립체(10)에 설치된 조리개는 개방된 상태에서 촬영이 이루어진다. 이러한 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)의 조리개(32)(42)는 비네팅(Vignetting) 현상을 방지한다.

한편, 위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)에 마크로 렌즈를 사용하여 확대 배율이 충분할 경우에는 제2 결상렌즈 조립체(20)를 제외시킬 수 있고 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)에 망원 계열의 렌즈가 사용되는 경우에는 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)와 제2 결상렌즈 조립체(20)가 조합되어 마크로 렌즈와 같은 역할을 하게 되는데, 이와 관련하여 제2 결상렌즈 조립체(20)의 기능을 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 설명하고자 한다.

도 2a 내지 도 2c는 하프 미러(H)와 제1 카메라(30)가 없는 경우를 예로 들어, 제2 결상렌즈 조립체(20)가 설치되었을 때와 설치되지 않았을 때의 차이를 구체적으로 설명하기 위한 내부 구성도이다.

도 2a는 제2 결상렌즈 조립체(20)가 설치된 경우를 보여주고, 도 2b는 제2 결상렌즈 조립체(20)가 설치되지 않은 경우를 보여준다. 제2 결상렌즈 조립체(20)는 제3 결상렌즈 조립체(41)의 초점 위치를 앞으로 당기는 역할 즉, 제3 결상렌즈 조립체(41)의 초점 위치를 도면의 우측으로 이동시키는 역할을 하므로 전체 시스템의 길이(제1 결상렌즈 조립체(10)로부터 촬상면(46)까지의 길이)를 줄일 수 있도록 한다(제1 결상렌즈 조립체의 위치를 도면의 우측으로 이동시킬 수 있도록 함).

다시 말하면, 제3 결상렌즈 조립체(41)의 초점위치는 제1 결상렌즈 조립체(10)의 가상의 상(9)의 위치가 되어야 하므로 근접 확대촬영이 가능하도록 제작된 렌즈(예를 들어, 마크로 렌즈)를 제3 결상렌즈 조립체(41)로 사용하거나, 일반적인 망원 계열의 렌즈(일반적인 초점 조절 위치값을 갖는 렌즈)를 사용하는 경우에는 제2 결상렌즈 조립체(20)를 함께 사용하여 제3 결상렌즈 조립체(41)의 초점위치를 앞당기는 효과를 가져올 수 있다.

도 2a의 경우 정상적인 상이 나온다면, 도 2b의 경우에는 제3 결상렌즈 조립체(41)의 초점위치와 제1 결상렌즈 조립체(10)의 가상의 상(9)의 위치가 맞지 않으므로 정상적인 상이 형성되지 않는다. 이 경우에는 도 2c에 도시된 바와 같이 제1 결상렌즈 조립체(10)의 위치를 제3 결상렌즈 조립체(41)에서 더 멀리 위치하도록 해야 하는데 이런 경우 카메라 렌즈 주변부의 광량 저하로 화상의 주변부가 검게 흐려지는 이른바 비네팅 현상이 생기게 되는 문제점이 있다.

(2) 제2 실시예

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 단안식 현미경에 탑재되는 광학적 구성을 도시한 내부 구성도이다.

이하에서 설명하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 단안식 현미경은 제1 실시예에서 설명한 단안식 현미경과 동일한 구성에 대해 동일 명칭을 사용하므로, 배치 관계를 제외한 나머지는 모두 동일한 의미로 해석되어야 한다.

도 3을 참조하면, 단안식 현미경(200)은 단안식 직교리그로서, 제1 카메라(30)와 제2 카메라(40)가 서로 직각이 되도록 설치될 수 있으며, 아울러 상기 제1 카메라(30)와 제2 카메라(40)는 서로 90˚미만의 예각이나 90˚초과의 둔각을 이루도록 자유롭게 설치될 수 있다.

구체적으로, 입체 카메라(200)는 제1 결상렌즈 조립체(10)와, 제1 결상렌즈 조립체(10)의 후방에 설치된 제2 결상렌즈 조립체(21)(22)와, 하프 미러(H)와, 하프 미러(H)에 의해 반사된 광축 상에 설치된 제1 카메라(30)와, 하프 미러(H)를 통과한 광축 상에 설치된 제2 카메라(40)를 포함한다.

제2 실시예에 따른 단안식 현미경(200)과 제1 실시예에 따른 단안식 현미경의 차이점을 살펴보면, 제2 결상렌즈 조립체(21)(22)가 하프 미러(H)와 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)의 사이에 각각 배치된 점에 차이가 있다. 따라서, 제 2 실시예에 따른 단안식 현미경(200)에서는 하프 미러(H)에 의해 반사된 광은 제2 결상렌즈 조립체(21)를 경유한 후 제3 결상렌즈 조립체(31)로 입사하고, 하프 미러(H)를 통과한 광은 제2 결상렌즈 조립체(22)를 경유한 후 제3 결상렌즈 조립체(41)로 입사한다.

한편 제2 실시예에서, 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)에 마크로 렌즈 또는 망원 계열 렌즈가 사용될 수 있다는 점, 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)에 마크로 렌즈가 사용되는 경우에는 제2 결상렌즈 조립체(21)(22)를 제외시킬 수 있다는 점, 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)에 망원 계열 렌즈가 사용되는 경우에는 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)와 제2 결상렌즈 조립체(21)(22)가 조합되어 초점 위치를 근접시킬 수 있다는 점 등은 제1 실시예의 단안식 현미경(100)에서 설명한 바와 동일하다.

다만, 제2 실시예의 단안식 현미경(200)은 제1 실시예의 단안식 현미경(100)과는 달리, 제2 결상렌즈 조립체(21)(22)를 수시로 광축을 따라 앞뒤로 이동하도록 하는 장치를 갖지 않는 것이 바람직한데, 이는 제2 결상렌즈 조립체(21)(22)를 수시로 이동함으로써 얻게 될 초점 범위 확장으로 인한 이득보다 좌우 양안의 초점을 개별적으로 조절하는 데 필요한 시간적 손해가 더 크기 때문이다.

(3) 제3 실시예

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 단안식 현미경에 탑재되는 광학적 구성을 도시한 내부 구성도이다.

이하에서 설명하는 본 발명의 제3 실시예에 따른 단안식 현미경은 제1 실시예에서 설명한 단안식 현미경과 동일한 구성에 대해 동일 명칭을 사용하므로, 배치 관계를 제외하고는 동일한 의미로 해석되어야 한다.

도 4를 참조하면, 제3 실시예에 따른 단안식 현미경(300)은 단안식 수평 리그로서, 제1 결상렌즈 조립체(10), 제1 결상렌즈 조립체(10)의 후방에 설치된 하프 미러(H), 반사부(361, 363, 365) 및 제2 결상렌즈 조립체(21)(22)를 포함한다.

반사부(361, 363, 365)는 하프 미러(H)에 의해 반사된 광과 하프 미러(H)를 통과한 광이 서로 평행하게 되도록 하프 미러(H)에 의해 반사된 광과 하프 미러(H)를 통과한 광 중에서 적어도 어느 하나를 반사한다.

도 4는 상기 반사부의 일례를 보여주고 있는데, 반사부(361, 363, 365)는 하프 미러(H)를 통과한 광을 제3 결상렌즈 조립체(331)쪽으로 반사하는 반사부(363)(365)와, 하프 미러(H)에 의해 반사된 광을 제3 결상렌즈 조립체(341)쪽으로 반사하는 반사부(361)를 포함할 수 있다. 여기서 반사부(361, 363, 365)는 광을 반사하여 광축을 변경시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으나 예를 들어 거울을 포함할 수 있다.

도 4의 제 3 실시예에 따른 단안식 현미경(300)은 단안식 수평리그로서, 하프 미러(H)에 의해 반사된 광과 하프 미러(H)를 통과한 광이 서로 평행한 경우를 예시하고 있으나, 본 발명에 따른 단안식 현미경은 상기 하프 미러(H)와 반사부의 각도를 조정하여 광축을 평행하지 않도록 변경함으로써 그에 따른 제2 결상렌즈 조립체(21)(22) 및 제3 결상렌즈 조립체(331)(341)가 서로 평행하지 않도록 자유롭게 배치할 수 있다.

제3 실시예에서 제1 결상렌즈 조립체(10)를 통과한 광 중의 일부는 하프 미러(H)를 통과한 후 반사부(363)(365)에 의해 반사되어 제2 결상렌즈 조립체(21)로 입사되고, 제1 결상렌즈 조립체(10)를 통과한 광 중의 나머지는 하프 미러(H)와 반사부(361)에 의해 순차적으로 반사된 후 제2 결상렌즈 조립체(22)로 입사된다.

제2 결상렌즈 조립체(21)를 경유한 광은 제3 결상렌즈 조립체(331)에 입사되고, 제2 결상렌즈 조립체(22)를 경유한 광은 제3 결상렌즈 조립체(341)에 입사된다.

제3 결상렌즈 조립체(331)(341)에 마크로 렌즈 또는 망원 계열 렌즈가 사용될 수 있다는 점, 제3 결상렌즈 조립체(331)(341)에 마크로 렌즈가 사용되는 경우에는 제2 결상렌즈 조립체(21)(22)를 없앨 수도 있다는 점, 제3 결상렌즈 조립체(331)(341)에 망원 계열 렌즈가 사용되는 경우에는 제3 결상렌즈 조립체(331)(341)와 제2 결상렌즈 조립체(21)(22)가 조합되어 초점 위치를 근접시킬 수 있다는 점 등은 앞서 설명한 제1 실시예의 단안식 현미경(100)과 동일하다.

한편, 도면에서는 일체형 2안식이지만, 두 대의 카메라로 이루어질 수도 있는데 이러한 점은 본 명세서를 참조한 당업자에게 자명할 것이다.

(4) 제4 실시예

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 단안식 현미경에 탑재되는 광학적 구성을 도시한 내부 구성도이다.

이하에서 설명하는 본 발명의 제4 실시예에 따른 단안식 현미경은 제3 실시예에서 설명한 단안식 현미경과 동일한 구성에 대해 동일 명칭을 사용하므로, 배치 관계를 제외한 나머지는 모두 동일한 의미로 해석되어야 한다.

도 5를 참조하면, 제4 실시예에 따른 단안식 현미경(400)은 제2 결상렌즈 조립체(20)가 하프 미러(H)의 앞쪽에 설치된 점을 제외하면 제3 실시예의 단안식 현미경(300)와 동일하다. 따라서, 제1 결상렌즈 조립체(10)를 통과한 광 중에서 일부는 하프 미러(H)와 거울(361)에 의해 반사된 후 제3 결상렌즈 조립체(341)에 입사되고 제1 결상렌즈 조립체(10)를 통과한 광 중에서 나머지는 하프 미러(H)를 통과한 후 반사부(363)(365)에 의해 반사되어 제3 결상렌즈 조립체(331)에 입사된다.

도 5의 제4 실시예에 따른 단안식 현미경(400)은 단안식 수평리그로서, 하프 미러(H)에 의해 반사된 광과 하프 미러(H)를 통과한 광이 서로 평행한 경우를 예시하고 있으나, 본 발명에 따른 단안식 현미경은 상기 하프 미러(H)와 반사부의 각도를 조정하여 광축을 평행하지 않도록 변경함으로써 그에 따른 제3 결상렌즈 조립체(331)(341)가 서로 평행하지 않도록 자유롭게 배치할 수 있다.

그리고, 제3 결상렌즈 조립체(331)(341)에 마크로 렌즈 또는 망원 계열 렌즈가 사용될 수 있다는 점, 제3 결상렌즈 조립체(331)(341)에 마크로 렌즈가 사용되는 경우에는 제2 결상렌즈 조립체(20)를 제외시킬 수 있다는 점, 제3 결상렌즈 조립체(331)(341)에 망원 계열 렌즈가 사용되는 경우에는 제3 결상렌즈 조립체(331)(341)와 제2 결상렌즈 조립체(20)가 조합되어 초점 위치를 근접시킬 수 있다는 점 등은 제1 실시예의 단안식 현미경(100)에서 설명한 바와 동일하다.

본 발명의 단안식 현미경(400)은 2안식 입체 카메라(즉, 일체형 2안식 입체 카메라 또는 두 대의 카메라)이거나 수평식 리그일 수 있다.

(5) 제5 실시예

이하에서는 앞서 설명한 광학적 구조를 탑재한 단안식 현미경의 기구적인 구성을 구체적인 실시예로서 설명하고자 한다.

도 6은 도 2에 도시된 광학적 구성을 탑재한 본 발명의 제5 실시예에 따른 단안식 현미경의 단면도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 단안식 현미경(500)은 제1 결상렌즈 조립체들(10, 50, 60), 경통(510), 지지부재(520) 및 재물대(530)를 포함한다.

상기 제1 결상렌즈 조립체들(10, 50, 60)은 복수의 제1 결상렌즈 조립체가 서로 공간적으로 분리되어 배치될 수 있다. 상기 경통(510)은 하프 미러(H), 제1 카메라(30) 및 제2 카메라(40)를 탑재될 수 있다. 추가적으로 경통(510)에는 제2 결상렌즈 조립체(20)가 탑재될 수 있다. 경통(510)의 하부에는 제1 결상렌즈 조립체들(10, 50, 60)이 배치될 수 있는데, 구체적으로 피사체(8)로부터 입사되는 광의 광축을 기준으로 제1 결상렌즈 조립체(10), 제2 결상렌즈 조립체(20), 하프 미러(H)가 순서대로 배치될 수 있다.

상기 지지부재(520)는 지면으로부터 상기 경통(510)의 위치가 고정될 수 있도록, 경통(510)과 연결될 수 있다. 상기 재물대(530)에는 피사체가 담긴 시료가 놓인다. 재물대(530)는 공지된 방법에 따라 평면상에서 이동할 수 있으며, 또한 재물대의 기울기가 조정될 수 있다.

본 발명의 따른 단안식 현미경은 가이드부재(70)를 더 포함할 수 있다. 가이드부재(70)는 복수의 제1 결상렌즈 조립체들(10, 50, 60)을 하나씩 교대로 이동하여, 제1 결상렌즈 조립체들(10, 50, 60)을 경통(510)의 하부로 이동시킨다. 가이드부재(70)가 제1 결상렌즈 조립체들(10, 50, 60)을 이동시키는 방식은 리볼버(Revolver)의 회전 방식을 포함한다.

본 발명에 따른 단안식 현미경은 상기 제1 결상렌즈 조립체들(10, 50, 60)의 외면에 배치되어 피사체에 광을 조사하는 조명장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이와는 다른 방식의 조명장치로서, 본 발명에 따른 단안식 현미경은 상기 재물대(530)의 하부에 배치되어 피사체에 광을 조사하는 조명장치를 더 포함할 수 있다. 상기 조명장치는 투과식 조명 및 반사식 조명을 포함한다.

경통(510)의 내부에 배치된 제1 카메라(30) 및 제2 카메라(40)의 입체 이미지는 디스플레이 장치(미도시)를 통해 표시될 수 있다.

이상에서 설명한 제5 실시예에 따른 단안식 현미경(500)의 광학적 구조는 앞서 제1 실시예에서 설명한 것과 동일하다.

(6) 제6 실시예

도 7은 도 3에 도시된 광학적 구성을 탑재한 본 발명의 제6 실시예에 따른 단안식 현미경의 단면도이다.

도 7을 참고하면, 제6 실시예에 따른 단안식 현미경(600)은 제5 실시예에 따른 단안식 현미경(500)의 제2 결상렌즈 조립체(21)(22)가 하프 미러(H)와 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)의 사이에 각각 배치된 점을 제외하고 동일한 구성을 갖는다.

아울러 본 발명의 제3 실시예 및 제4 실시예에 따른 단안식 현미경(300)(400)의 광학적 구조를 상기 제5 실시예 및 제6 실시예에서 예시한 단안식 현미경 기구의 광학 구성으로 적용하는 것은 당연히 가능하다.

이와 같이, 본 발명에 따른 단안식 현미경은 (1) 제1 결상렌즈 조립체와 초근접 위치에 있는 피사체의 입체 이미지 촬영이 가능하고, (2) 초근접 위치에 있는 피사체의 확대·축소 배율에 따른 화각을 정밀하게 조절할 수 있으며, (3) 복수의 제1 결상렌즈 조립체들을 교체하여 경통에 용이하게 결합하는 것을 가능하게 하여, 제1 결상렌즈 조립체의 사용 및 선택의 폭을 넓혔다.

10, 50, 60 : 제1 결상렌즈 조립체
20, 21, 22 : 제2 결상렌즈 조립체
30 : 제1 카메라 40 : 제2 카메라
31, 41 : 제3 결상렌즈 조립체 35, 45 : 카메라 본체
70: 가이드부재
100, 200, 300, 400, 500, 600 : 단안식 현미경
510, 610: 경통 520, 620: 지지부재
530, 630: 재물대
H : 하프 미러

Claims (15)

1. 삭제
2. 제1 결상렌즈 조립체(10);
   제1 결상렌즈 조립체(10)를 통과한 광선 중의 일부는 반사하고 나머지는 통과시키는 하프 미러(H);
   하프 미러(H)에 의해 반사된 광선을 결상하는 제3 결상렌즈 조립체(31)(341)를 포함하는 제1 카메라(30) 또는 카메라 본체(350);
   하프 미러(H)를 통과한 광선을 결상하는 제3 결상렌즈 조립체(41)(331)를 포함하는 제2 카메라(40) 또는 카메라 본체(350); 및
   제3 결상렌즈 조립체(31)(41)(331)(341)와 조합되어 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)(331)(341)의 초점위치를 근접하도록 변화시키고 최종 상의 색수차와 상면만곡을 줄이는 제2 결상렌즈 조립체;를 포함하며,
   제3 결상렌즈 조립체는 서로 직각, 90˚미만의 예각이나 90˚초과의 둔각, 또는 평행을 이루도록 자유롭게 배치되고,
   제3 결상렌즈 조립체(31)(41)(331)(341)는 근접 확대 촬영이 가능한 렌즈이며,
   제2 결상렌즈 조립체는 제1 결상렌즈 조립체(10)와 하프 미러(H) 사이에 설치되거나 하프 미러(H)와 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)(331)(341) 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 입체 이미지 촬영용 단안식 현미경.
3. 제1 결상렌즈 조립체(10);
   제1 결상렌즈 조립체(10)를 통과한 광선 중의 일부는 반사하고 나머지는 통과시키는 하프 미러(H);
   제2 결상렌즈 조립체;
   하프 미러(H)에 의해 반사된 광선을 결상하는 제3 결상렌즈 조립체(31)(341)를 포함하는 제1 카메라(30) 또는 카메라 본체(350); 및
   하프 미러(H)를 통과한 광선을 결상하는 제3 결상렌즈 조립체(41)(331)를 포함하는 제2 카메라(40) 또는 카메라 본체(350);를 포함하며,
   제2 결상렌즈 조립체는 제1 결상렌즈 조립체(10)와 하프 미러(H) 사이에 설치되거나 하프 미러(H)와 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)(331)(341) 사이에 설치되고,
   제2 결상렌즈 조립체는 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)(331)(341)와 조합되어 제3 결상렌즈 조립체(31)(41)(331)(341)의 초점 위치를 근접하도록 변화시키고 최종 상의 색수차와 상면만곡을 줄이며,
   제3 결상렌즈 조립체는 서로 직각, 90˚미만의 예각이나 90˚초과의 둔각, 또는 평행을 이루도록 자유롭게 배치되고,
   제3 결상렌즈 조립체(31)(41)(331)(341)는 망원 계열의 렌즈이고 제2 결상렌즈 조립체와 조합되어 근접 확대 촬영이 가능한 마크로 렌즈의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 입체 이미지 촬영용 단안식 현미경.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   제3 결상렌즈 조립체(341)(331)가 서로 90˚미만의 예각이나 90˚초과의 둔각, 또는 평행을 이루도록 배치된 경우,
   상기 단안식 현미경은
   하프 미러(H)에 의해 반사된 광선과 하프 미러(H)를 통과한 광선이 서로 90˚미만의 예각이나 90˚초과의 둔각, 또는 평행을 이루도록 하프 미러(H)에 의해 반사된 광선과 하프 미러(H)를 통과한 광선 중 적어도 어느 하나를 반사하는 반사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 이미지 촬영용 단안식 현미경.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   제3 결상렌즈 조립체(341)(331)가 서로 90˚미만의 예각이나 90˚초과의 둔각, 또는 평행을 이루도록 배치된 경우,
   제3 결상렌즈 조립체(341)(331)는 동일한 카메라 본체(350)에 설치되거나 각각의 카메라 본체에 설치되는 것을 특징으로 하는 입체 이미지 촬영용 단안식 현미경.
6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   제3 결상렌즈 조립체(341)(331)가 서로 90˚미만의 예각이나 90˚초과의 둔각, 또는 평행을 이루도록 배치된 경우,
   상기 단안식 현미경은
   적어도 하나 이상의 제1 결상렌즈 조립체들(10, 50, 60);
   상기 하프 미러(H), 상기 카메라 본체(350)를 탑재하는 경통(510); 및
   상기 제1 결상렌즈 조립체들(10, 50, 60)을 상기 경통(510)의 하부와 연결되도록 안내하는 가이드부재(70);를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 이미지 촬영용 단안식 현미경.
7. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 제1 결상렌즈 조립체(10)는 확대 배율을 조정하는 줌(Zoom) 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 이미지 촬영용 단안식 현미경.
8. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   제3 결상렌즈 조립체(31)(41)가 서로 직각을 이루도록 배치된 경우,
   상기 단안식 현미경은
   적어도 하나 이상의 제1 결상렌즈 조립체들(10, 50, 60);
   상기 하프 미러(H), 상기 제1 카메라(30) 및 상기 제2 카메라(40)를 탑재하는 경통(510); 및
   상기 제1 결상렌즈 조립체들(10, 50, 60)을 상기 경통(510)의 하부와 연결되도록 안내하는 가이드부재(70);를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 이미지 촬영용 단안식 현미경.
9. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   제3 결상렌즈 조립체(31)(41)가 서로 직각을 이루도록 배치된 경우,
   상기 단안식 현미경은
   하프 미러(H)와 제3 결상렌즈 조립체(31)(41) 사이의 광로 방향을 굴절시키거나 광축을 변경하지 않고 입체 이미지를 촬영하는 것을 특징으로 하는 입체 이미지 촬영용 단안식 현미경.
10. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 단안식 현미경은
    촬영하고자 하는 피사체가 놓이는 재물대(530)를 더 포함하고,
    상기 재물대는 평면상에서 이동하거나 기울어지는 것을 특징으로 하는 입체 이미지 촬영용 단안식 현미경.
11. 제10항에 있어서,
    상기 단안식 현미경은
    상기 재물대(530)의 하부에 배치되어 피사체에 광을 조사하는 조명장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 이미지 촬영용 단안식 현미경.
12. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 단안식 현미경은
    상기 제1 결상렌즈 조립체들(10, 50, 60)의 외면에 배치되어 피사체에 광을 조사하는 조명장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 이미지 촬영용 단안식 현미경.
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제

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