KR102158985B1 - 내시현미경 프로브용 렌즈계 - Google Patents

내시현미경 프로브용 렌즈계 Download PDF

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KR102158985B1
KR102158985B1 KR1020200081953A KR20200081953A KR102158985B1 KR 102158985 B1 KR102158985 B1 KR 102158985B1 KR 1020200081953 A KR1020200081953 A KR 1020200081953A KR 20200081953 A KR20200081953 A KR 20200081953A KR 102158985 B1 KR102158985 B1 KR 102158985B1
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이규항
서현진
채진석
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제네랄옵틱스 주식회사
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Abstract

내시현미경 프로브용 렌즈계가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 내시현미경 프로브용 렌즈계는, 물체측으로부터 상측으로 배열된 복수의 렌즈를 포함하는 내시현미경 프로브용 렌즈계에 있어서, 평평한 물체측면을 가지며, 볼록한 상측면을 가지는 제1 렌즈; 접합되는 상측면을 가지는 제2 렌즈; 상기 제2 렌즈와 접합되는 물체측면을 가지는 제3 렌즈; 적어도 하나의 비구면을 가지는 제4 렌즈; 및 볼록한 물체측면을 가지며, 평평한 상측면을 가지는 제5 렌즈를 포함한다.

Description

내시현미경 프로브용 렌즈계{LENS SYSTEM FOR ENDO-MICROSCOPE PROBE}
본 발명은 내시현미경 프로브용 렌즈계에 관한 것이다.
내시현미경(Endo-Microscope)은 인체 내에 삽입 가능한 초소형 현미경으로써 세포 단위의 고분해능 영상을 획득하여 질병을 조기에 진단할 수 있는 현미경을 말한다.
최근에는 고해상도 성능을 유지하면서 크기를 소형화한 내시현미경 프로브에 관한 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 내시현미경 프로브에는 대물 렌즈가 장착되어 식도, 대장 등의 장기에 형성되는 용종 등을 관찰하며, 대 물렌즈의 성능으로 이러한 의료용 내시경의 성능이 결정된다고 할 수 있다.
이에, 내시현미경 프로브에 장착되는 렌즈의 성능을 유지하기 위해, 여러 개의 비구면 렌즈를 사용하고 있다. 그러나, 비구면 렌즈를 여러 개 사용함에 따라, 비용 증가, 생산성 감소 등이 발생하게 된다.
대한민국 등록특허 10-1404611호 (2014.05.30. 등록) 대한민국 공개특허 특2002-0035588호 (2002.05.11. 공개)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하나의 비구면 렌즈만 사용하여 프로브용 렌즈계를 구성할 수 있는 내시현미경 프로브용 렌즈계를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 내시현미경 프로브용 렌즈계는, 물체측으로부터 상측으로 배열된 복수의 렌즈를 포함하는 내시현미경 프로브용 렌즈계에 있어서, 평평한 물체측면을 가지며, 볼록한 상측면을 가지는 제1 렌즈; 접합되는 상측면을 가지는 제2 렌즈; 상기 제2 렌즈와 접합되는 물체측면을 가지는 제3 렌즈; 적어도 하나의 비구면을 가지는 제4 렌즈; 및 볼록한 물체측면을 가지며, 평평한 상측면을 가지는 제5 렌즈를 포함한다.
또한, 상기 제1 렌즈의 곡률반경의 절대값 대비하여 상기 제5 렌즈의 곡률반경의 절대값의 비가 0.9~1.6일 수 있다.
또한, 상기 제2 렌즈의 아베수 대비하여 상기 제3 렌즈의 아베수의 비가 1.9~2.5일 수 있다.
또한, 물체면 및 상기 제1 렌즈의 물체측면 사이의 거리 대비하여 상면 및 상기 제5 렌즈의 상측면 사이의 거리의 비가 8.5~40.0일 수 있다.
또한, 상면에 입사되는 주광선의 각도가 광축 기준으로 0도 이상 2도 미만일 수 있다.
또한, 상기 제2 및 제3 렌즈는, 상기 제2 렌즈의 상측면이 오목한 경우에 상기 제3 렌즈의 물체측면이 볼록하고, 상기 제2 렌즈의 상측면이 볼록한 경우에 상기 제3 렌즈의 물체측면이 오목할 수 있다.
또한, 상기 제4 렌즈는, 상기 물체측으로 상기 비구면을 가질 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 하나의 비구면 렌즈를 사용하여 내시현미경 프로브용 렌즈계를 구성하여 비용 절감 및 생산성 향상을 달성할 수 있고, MTF(Modulation Transfer Function)가 회절 한계에 근접할 정도로 결상 성능을 최대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내시현미경 프로브용 렌즈계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 수치 실시예에 따른 광축을 기준으로 광선이 통과하는 내시현미경 프로브용 렌즈계를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 제1 수치 실시예에 따른 MTF 특성을 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 제1 수치 실시예에 따른 Optical Distortion을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 수치 실시예에 따른 광축을 기준으로 광선이 통과하는 내시현미경 프로브용 렌즈계를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 제2 수치 실시예에 따른 MTF 특성을 도시한 도면이다.
도 7은 도 5의 제2 수치 실시예에 따른 Optical Distortion을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 수치 실시예에 따른 광축을 기준으로 광선이 통과하는 내시현미경 프로브용 렌즈계를 도시한 도면이다.
도 9는 도 8의 제3 수치 실시예에 따른 MTF 특성을 도시한 도면이다.
도 10은 도 8의 제3 수치 실시예에 따른 Optical Distortion을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제4 수치 실시예에 따른 광축을 기준으로 광선이 통과하는 내시현미경 프로브용 렌즈계를 도시한 도면이다.
도 12는 도 11의 제4 수치 실시예에 따른 MTF 특성을 도시한 도면이다.
도 13은 도 11의 제4 수치 실시예에 따른 Optical Distortion을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제5 수치 실시예에 따른 광축을 기준으로 광선이 통과하는 내시현미경 프로브용 렌즈계를 도시한 도면이다.
도 15는 도 14의 제5 수치 실시예에 따른 MTF 특성을 도시한 도면이다.
도 16은 도 14의 제5 수치 실시예에 따른 Optical Distortion을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내시현미경 프로브용 렌즈계에 대한 광로도를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 내시현미경 프로브용 렌즈계(100)는, 물체측(O)으로부터 상측(I)으로 배열된 복수의 렌즈를 포함하며, 제1 렌즈(L1) 내지 제5 렌즈(L5)가 물체측(O)으로부터 상측(I)으로 광축(105)을 따라 순차적으로 배열될 수 있다. 광선은 제1 렌즈(L1) 내지 제5 렌즈(L5)를 순차적으로 통과한다. 도면에는 도시하지 않았으나, 상측(I)에는 조리개, 필터 등이 배치될 수 있다.
이때, 물체측(object side)은 피사체인 물체(object)가 있는 방향, 상측(image side)은 상이 결상되는 상면(image plane, IMG)이 있는 방향을 나타낼 수 있다. 이하에서, 물체측면은 물체가 있는 방향의 렌즈면을 나타내고, 상측면은 상면이 있는 방향의 렌즈면을 나타낼 수 있다.
제1 렌즈(L1)는 상측(I)으로 볼록한 상측면(2)을 가질 수 있다. 또한, 제1 렌즈(L1)는 물체측(O)으로 평평한 물체측면(1)을 가질 수 있다. 그러므로, 제1 렌즈(L1)는 평 볼록 렌즈가 될 수 있다.
제2 렌즈(L2)는 접합되는 상측면(4)을 가질 수 있으며, 제3 렌즈(L3)는 제2 렌즈(L2)와 접합되는 물체측면(4)을 가질 수 있다. 즉, 제2 렌즈(L2)의 상측면(4) 및 제3 렌즈(L3)의 물체측면(4)이 접합면이 된다. 따라서, 제2 렌즈(L2) 및 제3 렌즈(L3)는 서로 접합되어 하나의 접합 렌즈가 될 수 있다.
이때, 제2 렌즈(L2)의 상측면(4)이 오목한 경우에 제3 렌즈(L3)의 물체측면(4)이 볼록하고, 상기 제2 렌즈(L2)의 상측면(4)이 볼록한 경우에 상기 제3 렌즈(L3)의 물체측면(4)이 오목할 수 있다. 접합면이 되는 제2 렌즈(L2)의 상측면(4) 및 제3 렌즈(L3)의 물체측면(4)이 완전히 접합될 수 있다.
또한, 제2 렌즈(L2)의 물체측면(3)은 평평한 형상, 오목한 형상 또는 볼록한 형상 중 하나일 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 렌즈(L2)의 상측면(4)이 오목한 경우, 제2 렌즈(L2)의 물체측면(3)은 평평한 형상 또는 오목한 형상일 수 있다. 그리고, 제2 렌즈(L2)의 상측면(4)이 볼록한 경우, 제2 렌즈(L2)의 물체측면(3)은 평평한 형상 또는 볼록한 형상일 수 있다.
또한, 제3 렌즈(L3)의 상측면(5)은 평평한 형상, 오목한 형상 또는 볼록한 형상 중 하나일 수 있다. 보다 구체적으로, 제3 렌즈(L3)의 물체측면(4)이 오목한 경우, 제3 렌즈(L3)의 상측면(5)은 평평한 형상 또는 오목한 형상일 수 있다. 그리고, 제3 렌즈(L3)의 물체측면(4)이 볼록한 경우, 제3 렌즈(L3)의 상측면(5)은 평평한 형상 또는 볼록한 형상일 수 있다.
제4 렌즈(L4)는 적어도 하나의 비구면을 가질 수 있다. 바람직하게는, 제4 렌즈(L4)는 물체측(O)으로 비구면을 가질 수 있다. 즉, 제4 렌즈(L4)는 물체측면(6)이 비구면이고, 상측면(7)이 비구면 또는 구면일 수 있다.
제5 렌즈(L5)는 물체측(O)으로 볼록한 물체측면(8)을 가질 수 있다. 또한, 제5 렌즈(L5)는 상측(I)으로 평평한 상측면(9)을 가질 수 있다. 그러므로, 제5 렌즈(L5)는 평 볼록 렌즈가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 내시현미경 프로브용 렌즈계(100)는 다음의 조건식 1 내지 3을 만족할 수 있다.
<조건식 1>
Figure 112020069235944-pat00001
여기에서,
Figure 112020069235944-pat00002
은 제1 렌즈(L1)의 곡률반경이며,
Figure 112020069235944-pat00003
는 제5 렌즈(L5)의 곡률반경이다. 따라서, 제1 렌즈(L1)의 곡률반경의 절대값 대비하여 제5 렌즈(L5)의 곡률반경의 절대값의 비가 0.7보다 크고, 1.5보다 작다.
<조건식 2>
Figure 112020069235944-pat00004
여기에서,
Figure 112020069235944-pat00005
는 제2 렌즈(L2)의 아베수이며,
Figure 112020069235944-pat00006
는 제3 렌즈(L3)의 아베수이다. 따라서, 제2 렌즈(L2)의 아베수의 절대값 대비하여 제3 렌즈(L3)의 아베수의 절대값의 비가 1.5보다 크고, 3.0보다 작다.
<조건식 3>
Figure 112020069235944-pat00007
여기에서,
Figure 112020069235944-pat00008
는 제1 렌즈(L1)의 물체측면(1)에서 물체면(OBJ)까지의 거리이며,
Figure 112020069235944-pat00009
는 제5 렌즈(L5)의 상측면(9)에서 상면(IMG)까지의 거리이다. 여기에서, 물체면(OBJ)는 렌즈계(100)가 피부에 직접 닿는 부분이며, 상면(IMG)은 상이 결상되는 부분이다. 따라서, 물체면(OBJ) 및 제1 렌즈(L1)의 물체측면(1) 사이의 거리 대비하여 상면 (IMG) 및 제5 렌즈(L5)의 상측면(9) 사이의 거리의 비가 10.0보다 크고, 20.0보다 작다.
또한, 상면(IMG)에 입사되는 주광선(Principal Ray)의 각도가 광축(105)을 기준으로 0도 이상 2도 미만인 것이 바람직하다. 이는 주광선이 실질적으로 평행하게 진행하도록 하여 상면(IMG)에 결상되면, 렌즈계의 사이즈를 최소한으로 할 수 있기 때문이다.
내시현미경은 작은 직경을 가지고 인체 내부에 삽입되어야 하므로, 내시현미경의 프로브에 적용되는 대물 렌즈도 크기가 작아야 한다. 주광선 각도를 광축과 거의 수평으로 맞추게 되면, 렌즈계의 사이즈가 커질 필요가 없게 되어 내시현미경의 프로브용 대물 렌즈로 적용할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 내시현미경 프로브용 렌즈계의 구체적인 데이터들을 실시예 별로 살펴보기로 한다.
다음의 표 1은 내시현미경 프로브용 렌즈계의 제1 내지 제5 수치 실시예들의 구체적인 설계 데이터를 나타낸 것이다.
제1 실시예 제2 실시예 제3 실시예 제4 실시예 제5 실시예
Effective focal length 6.92 3.61 3.45 1.50 4.79
Design wavelength 488 ~ 550 nm 488 ~ 550 nm 488 ~ 550 nm 488 ~ 550 nm 488 ~ 550 nm
NA(O) 0.550 0.550 0.550 0.550 0.550
NA(I) 0.220 0.220 0.220 0.220 0.220
OAL 7.210 7.215 6.820 6.390 7.220
TTL 7.986 7.995 7.990 7.990 7.996
여기에서, Effective focal length는 렌즈계의 초점거리이며, Design wavelength는 설계 파장이다. 또한, NA(O)는 물체측에서의 NA(Numerical Aperture)이고, NA(I)는 상측에서의 NA이다. 그리고, OAL은 제1 렌즈(L1)의 입사면의 중심에서 제5 렌즈(L5)의 출사면의 중심까지의 거리이며, TTL은 물체면의 입사면의 중심에서 상면의 출사면의 중심까지의 거리이다.면 번호 OBJ는 렌즈계가 피부에 직접 접촉하는 물체면을 나타내며, 면 번호 IMG는 상이 결상되는 상면을 나타낸다.
면 번호 1, 2는 각각 제1 렌즈(L1)의 물체측면, 상측면을 나타낸다. 면 번호 3은 제2 렌즈(L2)의 물체측면, 면 번호 4는 제2 및 제3 렌즈(L2, L3)의 접합면으로 제2 렌즈(L2)의 상측면이자 제3 렌즈(L3)의 물체측면, 면 번호 5는 제3 렌즈(L3)의 상측면을 나타낸다. 면 번호 6, 7은 각각 제4 렌즈(L4)의 물체측면, 상측면을 나타낸다. 면 번호 8, 9는 각각 제5 렌즈(L5)의 물체측면, 상측면을 나타낸다.
그러므로, 상기 OAL은 면 번호 1에서 8까지의 두께, 거리이다. 그리고, 상기 TTL은 면 번호 OBJ에서 9까지의 두께, 거리이다.
또한, 곡률반경의 ASP는 비구면을 나타내며, 렌즈 데이터에서 거리의 단위는 mm이다.
비구면 데이터는 아래의 수학식 1에 의해 계산할 수 있다.
Figure 112020069235944-pat00010
여기에서,
Figure 112020069235944-pat00011
는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리이며,
Figure 112020069235944-pat00012
는 렌즈의 정점에서의 곡률(곡률반경의 역수)이고,
Figure 112020069235944-pat00013
는 광축에 수직한 방향으로의 거리이고,
Figure 112020069235944-pat00014
는 코닉 상수(conic constant)이다. 그리고,
Figure 112020069235944-pat00015
,
Figure 112020069235944-pat00016
,
Figure 112020069235944-pat00017
,
Figure 112020069235944-pat00018
,
Figure 112020069235944-pat00019
등은 비구면 계수이다.
도 2는 본 발명의 제1 수치 실시예에 따른 광축을 기준으로 광선이 통과하는 내시현미경 프로브용 렌즈계를 도시한 도면이다. 또한, 도 3은 도 2의 제1 수치 실시예에 따른 MTF 특성을 도시한 도면이다. 그리고, 도 4는 도 2의 제1 수치 실시예에 따른 Optical Distortion을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 제1 및 제 5 렌즈(L1, L5)는 평 볼록 렌즈이다. 또한, 제2 및 제3 렌즈(L2, L3)가 접합한 접한 렌즈는 물체측면(3)이 약간 볼록한 볼록 렌즈이다. 그리고, 제4 렌즈(L4)는 양면이 비구면인 비구면 렌즈이다.
다음의 표 2는 제1 수치 실시예에 따른 광 경로 상에 있는 각 렌즈면의 구체적인 데이터를 나타낸다.
면 번호 곡률반경 두께, 거리 굴절률(nd) 아베수(Vd)
OBJ -12.501(ASP) 0.060 1.333 55.72
1 Infinity 1.620 1.883 40.76
2 -1.100 0.620 - -
3 8.770 0.800 1.847 23.78
4 1.250 0.900 1.729 54.67
5 -2.450 0.100 - -
6 0.893(ASP) 1.240 1.492 57.47
7 0.411(ASP) 0.980 - -
8 1.050 0.950 1.620 36.35
9 Infinity 0.716 - -
IMG Infinity 0.000 - -
다음의 표 3은 제1 수치 실시예에 따른 내시현미경 프로브용 렌즈계의 비구면에 대한 계수를 나타낸 것이다.
면 번호
Figure 112020069235944-pat00020
Figure 112020069235944-pat00021
Figure 112020069235944-pat00022
Figure 112020069235944-pat00023
Figure 112020069235944-pat00024
Figure 112020069235944-pat00025
OBJ -1.80E+05 -5.24 1810 -4.03E+04 -1.04E+06 2.66E+07
6 0.89 -0.28 -0.01 -0.01 - -
7 -0.39 -0.08 -0.82 - - -
도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 수치 실시예에 따른 MTF 특성 및 Optical Distortion은 모두 만족할 만한 범위 내에 있다. 도 3에서, 실선은 Tangential 방향이며, 점선은 Radial 방향이다.도 5는 본 발명의 제2 수치 실시예에 따른 광축을 기준으로 광선이 통과하는 내시현미경 프로브용 렌즈계를 도시한 도면이다. 또한, 도 6은 도 5의 제2 수치 실시예에 따른 MTF 특성을 도시한 도면이다. 그리고, 도 7은 도 5의 제2 수치 실시예에 따른 Optical Distortion을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 및 제 5 렌즈(L1, L5)는 평 볼록 렌즈이다. 또한, 제2 및 제3 렌즈(L2, L3)가 접합한 접한 렌즈는 물체측면(3)이 약간 볼록한 볼록 렌즈이다. 그리고, 제4 렌즈(L4)는 양면이 비구면인 비구면 렌즈이다.
다음의 표 4는 제2 수치 실시예에 따른 광 경로 상에 있는 각 렌즈면의 구체적인 데이터를 나타낸다.
면 번호 곡률반경 두께, 거리 굴절률(nd) 아베수(Vd)
OBJ -12.501(ASP) 0.060 1.333 55.72
1 Infinity 1.620 1.883 40.76
2 -1.100 0.600 - -
3 15.330 0.800 1.847 23.78
4 1.290 1.000 1.729 54.67
5 -2.410 0.100 - -
6 0.955(ASP) 1.240 1.620 60.37
7 0.434(ASP) 0.905 - -
8 1.060 0.950 1.620 36.35
9 Infinity 0.720 - -
IMG Infinity 0.000 - -
다음의 표 5는 제2 수치 실시예에 따른 내시현미경 프로브용 렌즈계의 비구면에 대한 계수를 나타낸 것이다.
면 번호
Figure 112020069235944-pat00026
Figure 112020069235944-pat00027
Figure 112020069235944-pat00028
Figure 112020069235944-pat00029
Figure 112020069235944-pat00030
Figure 112020069235944-pat00031
OBJ -1.80E+05 -5.24 1810 -4.03E+04 -1.04E+06 2.66E+07
6 -0.24 -0.9E-03 -0.6E-03 - - -
7 -0.28 -0.09 -0.75 - - -
도 6 및 도 7을 참조하면, 제2 수치 실시예에 따른 MTF 특성 및 Optical Distortion은 모두 만족할 만한 범위 내에 있다.도 8은 본 발명의 제3 수치 실시예에 따른 광축을 기준으로 광선이 통과하는 내시현미경 프로브용 렌즈계를 도시한 도면이다. 또한, 도 9는 도 8의 제3 수치 실시예에 따른 MTF 특성을 도시한 도면이다. 그리고, 도 10은 도 8의 제3 수치 실시예에 따른 왜곡 수차를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 제1 및 제 5 렌즈(L1, L5)는 평 볼록 렌즈이다. 또한, 제2 및 제3 렌즈(L2, L3)가 접합한 접한 렌즈는 물체측면(3)이 약간 오목하고, 상측면(5)이 볼록한 렌즈이다. 그리고, 제4 렌즈(L4)는 물체측면(6)인 일면만 비구면인 렌즈이다.
다음의 표 6은 제3 수치 실시예에 따른 광 경로 상에 있는 각 렌즈면의 구체적인 데이터를 나타낸다.
면 번호 곡률반경 두께, 거리 굴절률(nd) 아베수(Vd)
OBJ -12.501(ASP) 0.060 1.333 55.72
1 Infinity 1.620 1.883 40.76
2 --1.080 0.100 - -
3 -5.310 0.700 1.847 23.78
4 1.440 1.000 1.804 46.57
5 -2.790 0.100 - -
6 0.842(ASP) 1.240 1.497 81.59
7 0.540 1.160 - -
8 1.260 0.900 1.640 60.21
9 Infinity 1.110 - -
IMG Infinity 0.000 - -
다음의 표 7은 제3 수치 실시예에 따른 내시현미경 프로브용 렌즈계의 비구면에 대한 계수를 나타낸 것이다.
면 번호
Figure 112020069235944-pat00032
Figure 112020069235944-pat00033
Figure 112020069235944-pat00034
Figure 112020069235944-pat00035
Figure 112020069235944-pat00036
Figure 112020069235944-pat00037
OBJ -1.80E+05 -5.24 1810 -4.03E+04 -1.04E+06 2.66E+07
6 -0.37 -5.1E-03 -0.1E-02 - - -
도 9 및 도 10을 참조하면, 제3 수치 실시예에 따른 MTF 특성 및 Optical Distortion은 모두 만족할 만한 범위 내에 있다.도 11은 본 발명의 제4 수치 실시예에 따른 광축을 기준으로 광선이 통과하는 내시현미경 프로브용 렌즈계를 도시한 도면이다. 또한, 도 12는 도 11의 제4 수치 실시예에 따른 MTF 특성을 도시한 도면이다. 그리고, 도 13은 도 11의 제4 수치 실시예에 따른 Optical Distortion을 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 제1 및 제 5 렌즈(L1, L5)는 평 볼록 렌즈이다. 또한, 제2 및 제3 렌즈(L2, L3)가 접합한 접한 렌즈는 물체측면(3)이 약간 오목하고, 상측면(5)이 볼록한 렌즈이다. 그리고, 제4 렌즈(L4)는 물체측면(6)인 일면만 비구면인 렌즈이다.
다음의 표 8은 제4 수치 실시예에 따른 광 경로 상에 있는 각 렌즈면의 구체적인 데이터를 나타낸다.
면 번호 곡률반경 두께, 거리 굴절률(nd) 아베수(Vd)
OBJ -12.501(ASP) 0.040 1.333 55.72
1 Infinity 1.620 1.883 40.76
2 --1.090 0.100 - -
3 -2.230 0.700 1.847 23.78
4 1.850 1.000 1.804 46.57
5 -2.110 0.100 - -
6 0.918(ASP) 1.240 1.497 81.59
7 0.660 0.730 - -
8 1.640 0.900 1.640 60.21
9 Infinity 1.560 - -
IMG Infinity 0.000 - -
다음의 표 9는 제4 수치 실시예에 따른 내시현미경 프로브용 렌즈계의 비구면에 대한 계수를 나타낸 것이다.
면 번호
Figure 112020069235944-pat00038
Figure 112020069235944-pat00039
Figure 112020069235944-pat00040
Figure 112020069235944-pat00041
Figure 112020069235944-pat00042
Figure 112020069235944-pat00043
OBJ -1.80E+05 -5.24 1810 -4.03E+04 -1.04E+06 2.66E+07
6 -0.392 -0.008 -0.0015 - - -
도 12 및 도 13을 참조하면, 제4 수치 실시예에 따른 MTF 특성 및 Optical Distortion은 모두 만족할 만한 범위 내에 있다.도 14는 본 발명의 제5 수치 실시예에 따른 광축을 기준으로 광선이 통과하는 내시현미경 프로브용 렌즈계를 도시한 도면이다. 또한, 도 15는 도 14의 제5 수치 실시예에 따른 MTF 특성을 도시한 도면이다. 그리고, 도 16은 도 14의 제5 수치 실시예에 따른 Optical Distortion을 도시한 도면이다.
도 14를 참조하면, 제1 및 제 5 렌즈(L1, L5)는 평 볼록 렌즈이다. 또한, 제2 및 제3 렌즈(L2, L3)가 접합한 접한 렌즈는 물체측면(3)이 평평하고, 상측면(5)이 볼록한 렌즈이다. 그리고, 제4 렌즈(L4)는 물체측면(6)인 일면만 비구면인 렌즈이다.
다음의 표 10은 제5 수치 실시예에 따른 광 경로 상에 있는 각 렌즈면의 구체적인 데이터를 나타낸다.
면 번호 곡률반경 두께, 거리 굴절률(nd) 아베수(Vd)
OBJ -12.501(ASP) 0.080 1.333 55.72
1 Infinity 1.620 1.883 40.76
2 --1.100 0.100 - -
3 Infinity 0.700 1.847 23.78
4 1.510 1.000 1.652 58.42
5 -2.170 0.100 - -
6 0.830(ASP) 1.240 1.497 81.59
7 0.500 1.560 - -
8 1.110 0.900 1.640 60.21
9 Infinity 0.696 - -
IMG Infinity 0.000 - -
다음의 표 11은 제5 수치 실시예에 따른 내시현미경 프로브용 렌즈계의 비구면에 대한 계수를 나타낸 것이다.
면 번호
Figure 112020069235944-pat00044
Figure 112020069235944-pat00045
Figure 112020069235944-pat00046
Figure 112020069235944-pat00047
Figure 112020069235944-pat00048
Figure 112020069235944-pat00049
OBJ -1.80E+05 -5.24 1810 -4.03E+04 -1.04E+06 2.66E+07
6 -0.446 0.027 0.0057 0.0531 - -
도 15 및 도 16을 참조하면, MTF 특성 및 Optical Distortion은 모두 만족할 만한 범위 내에 있다.
다음의 표 12 내지 표 14는, 상기 제1 내지 제5 실시예가 각각 상기 조건식 1 내지 식 3의 조건을 만족시킴을 보여준 것이다.
Figure 112020069235944-pat00050
Figure 112020069235944-pat00051
 조건식 1
제1 실시예 -1.100 1.05 0.955
제2 실시예 -1.100 1.06 0.964
제3 실시예 -1.080 1.26 1.167
제4 실시예 -1.090 1.643 1.507
제5 실시예 -1.10 1.11 1.009
Figure 112020069235944-pat00052
Figure 112020069235944-pat00053
 조건식 2
제1 실시예 23.78 54.67 2.299
제2 실시예 23.78 54.67 2.299
제3 실시예 23.78 46.57 1.960
제4 실시예 23.78 46.57 1.960
제5 실시예 23.78 58.42 2.460
Figure 112020069235944-pat00054
Figure 112020069235944-pat00055
 조건식 3
제1 실시예 0.060 0.716 11.93
제2 실시예 0.060 0.720 12.00
제3 실시예 0.060 1.110 18.50
제4 실시예 0.040 1.560 39.00
제5 실시예 0.080 0.696 8.70
본 발명의 실시예에 따른 내시현미경 프로브용 렌즈계를 내시현미경의 프로브에 적용함으로써, 하나의 비구면 렌즈로 고해상도 성능을 유지하면서 초소형화한 내시현미경 구현할 수 있고, 비용 감소, 생산성 증대 등을 달성할 수 있다.이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
L1: 제1 렌즈
L2: 제2 렌즈
L3: 제3 렌즈
L4: 제4 렌즈
L5: 제5 렌즈

Claims (7)

  1. 물체측으로부터 상측으로 배열된 복수의 렌즈를 포함하는 내시현미경 프로브용 렌즈계에 있어서,
    평평한 물체측면을 가지며, 볼록한 상측면을 가지는 제1 렌즈;
    접합되는 상측면을 가지는 제2 렌즈;
    상기 제2 렌즈와 접합되는 물체측면을 가지는 제3 렌즈;
    적어도 하나의 비구면을 가지는 제4 렌즈; 및
    볼록한 물체측면을 가지며, 평평한 상측면을 가지는 제5 렌즈를 포함하며,
    상기 제1 렌즈의 곡률반경의 절대값 대비하여 상기 제5 렌즈의 곡률반경의 절대값의 비가 0.9~1.6인, 내시현미경 프로브용 렌즈계.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 렌즈의 아베수 대비하여 상기 제3 렌즈의 아베수의 비가 1.9~2.5인, 내시현미경 프로브용 렌즈계.
  4. 제 1항에 있어서,
    물체면 및 상기 제1 렌즈의 물체측면 사이의 거리 대비하여 상면 및 상기 제5 렌즈의 상측면 사이의 거리의 비가 8.5~40.0인, 내시현미경 프로브용 렌즈계.
  5. 제 1항에 있어서,
    상면에 입사되는 주광선의 각도가 광축 기준으로 0도 이상 2도 미만인, 내시현미경 프로브용 렌즈계.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 렌즈는,
    상기 제2 렌즈의 상측면이 오목한 경우에 상기 제3 렌즈의 물체측면이 볼록하고, 상기 제2 렌즈의 상측면이 볼록한 경우에 상기 제3 렌즈의 물체측면이 오목한, 내시현미경 프로브용 렌즈계.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제4 렌즈는,
    상기 물체측으로 상기 비구면을 가지는, 내시현미경 프로브용 렌즈계.
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