KR101478572B1

KR101478572B1 - 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템

Info

Publication number: KR101478572B1
Application number: KR20140131743A
Authority: KR
Inventors: 이상태; 서정석; 김재민; 최성곤
Original assignee: 에스피오주식회사
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2015-01-05
Anticipated expiration: 2034-09-30

Abstract

본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템은 광학계에 부가되어 보고자 하는 물체의 초점을 자동으로 잡아주며, 물체의 상을 맺기 위한 대물렌즈 역할을 하며, 보고자 하는 물체의 초점을 자동으로 잡아주며, 물체의 상을 맺기 위한 대물렌즈 역할을 하기 위해 다수 개의 렌즈로 구성되고, 초점거리가 변화되지 않게 굴절능(K)이 같은 값으로 유지되며, 동작거리는 비선형으로 변화되는 줌대물렌즈부와; 초점이 맞을 때까지 상기 광학계에서 지속적인 제어신호를 받아 상기 줌대물렌즈부의 렌즈들을 움직여 상기 줌대물렌즈부가 자동으로 초점을 잡게 해주며, 회전력을 전달하는 모터기어부를 각각 포함한 2군렌즈서보모터와 3군렌즈서보모터로 이루어진 서보모터부로 구성된다.
본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따르면 정밀한 자동초점이 필요없는 광학계에서 압전소자의 진동에 의한 울트라소닉모터(Ultrasonic Motor)를 이용한 Auto Focus System과의 대체가 가능하며, 구조가 간단하고, 저가이며, 충격에 강하고 내구성이 있으며, 납성분이 있는 압전소자를 사용하지 않기 때문에 환경오염을 일으키지 않는 효과가 있다.

Description

줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템{Auto Focus System Using Zoom Objective Lens}

본 발명은 광학계에 부가되어 보고자 하는 물체의 초점을 자동으로 잡아주며, 물체의 상을 맺기 위한 대물렌즈 역할을 하는 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보고자 하는 물체의 초점을 자동으로 잡아주며, 물체의 상을 맺기 위한 대물렌즈 역할을 하기 위해 다수 개의 렌즈로 구성된 줌대물렌즈부와; 초점이 맞을 때까지 상기 광학계에서 지속적인 제어신호를 받아 상기 줌대물렌즈부의 렌즈들을 움직여 상기 줌대물렌즈부가 자동으로 초점을 잡게 해주며, 회전력을 전달하는 모터기어부를 각각 포함한 2군렌즈서보모터와 3군렌즈서보모터로 이루어진 서보모터부로 구성되며, 상기 줌대물렌즈부는 입사동을 결정하는 1군렌즈와; 광선들을 모아 결상시켜주는 4군렌즈와; 상기 4군렌즈와의 거리를 줌으로 조절하여 동작거리의 변화를 조절하는 3군렌즈와; 상기 3군렌즈로 입사하는 광선의 각도를 줌으로 조절하는 2군렌즈와; 상기 1군렌즈, 2군렌즈, 3군렌즈 및 4군렌즈가 내부에 설치되는 렌즈 기구물부와; 상기 렌즈기구물부의 외부에 결합되어 상기 2군렌즈와 3군렌즈가 각각 상하운동을 할 수 있게 상기 서보모터부의 회전동력을 전달해주는 렌즈 기어부로 구성되고, 광학계에 부가되어 보고자 하는 물체의 초점을 자동으로 잡아주며, 물체의 상을 맺기 위한 대물렌즈 역할을 하는 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 관한 것이다.

광학계는 빛의 반사나 굴절을 이용해서 물체의 상(像)을 만들거나 빛에너지를 전송(傳送)하기 위해 반사경·렌즈·프리즘 등으로 구성된다. 광학기계는 이들 광학계를 목적에 맞추어 조립한 것이다.

상기 광학계에서 에서 고정된 촬상면에 자동으로 초점이 맺히도록 렌즈를 구동시키는 방식을 자동초점조절이라 한다.

자동초점 조절장치는 자동화된 방법으로 관찰대상의 표면에 초점을 맞추는 장치로서 현미경계나 그와 유사한 광학계를 이용한 공정, 검사 장비에서 핵심적인 역할을 하는 부분이다. 자동초점조절의 정밀도와 속도는 장비 전체의 성능을 좌우하는 중요한 요인 중 하나이며 공정, 검사 장비의 성능은 곧 생산 라인에서 제품 생산 능력과 관련되므로 매우 중요하다.

자동초점 조절장치의 자동초점 방식은 여러 가지로 나눌 수 있겠지만 크게 보면 능동형과 수동형으로 분류할 수 있다.

능동형의 자동초점방식에서는 대물렌즈의 초점면에서 각기 다른 높이에서 반사된 빛이 대물렌즈를 통과 후 수광부 바로 앞단에 위치한 집광렌즈에 따라서 초점의 위치가 달라진다. 이때, 수광부는 초점이 맺는 곳을 중심으로 앞뒤로 동일한 거리만큼 떨어진 2개 지점(A, B)에 각각 위치한다. 만일 각각의 수광부에 도달한 빛의 세기가 같다면 초점이 맺어지는 부분이라 판단할 수 있다. 그러나 각각의 수광부에 도달한 빛의 세기를 측정하여 A>B 이면, 샘플이 초점거리보다 하단에 있다고 판단할 수 있으며, A<B 이면 샘플이 초점거리보다 상단에 있다고 판단할 수 있다. 이와 같은 원리를 이용하여 초점 위치를 인식하고, 인식된 초점 위치를 근거로 자동 초점 조절을 수행하게 된다. 이 방식은 상대적으로 매우 빠른 응답특성을 가지고 있으나, 상대적으로 정밀도가 떨어진다는 단점이 있다. 특히, 얇은 두께를 가지는 투명층이 샘플인 경우, 특정 배율의 대물렌즈에서 초점 위치에 대한 모호성이 생겨 정밀도가 더욱 떨어질 수 있다. 이것은 투명한 물체의 윗면과 아랫면에서 반사된 빛이 함께 수광부로 들어와서 집광렌즈에 의한 초점이 비슷한 위치에 맺히기 때문에 생기는 문제이다.

수동형 방식의 자동초점방식에서는 샘플로부터 임의의 거리만큼 떨어져 있는 대물렌즈를 현재위치를 기준으로 일정한 거리를 이동하면서 동시에 이미지센서를 이용해서 샘플의 이미지들을 얻고, 이 여러 장의 이미지로부터 이미지 선명도를 계산하여 이동위치에 따른 이미지 선명도를 알아낸다. 이 중 가장 큰 이미지 선명도를 보이는 위치가 샘플의 초점 위치가 된다. 현재 위치에서 이미지 선명도가 가장 큰 위치로 이동하면 관찰 대상은 초점이 맺은 상태가 된다. 이러한 방식은 초점위치를 정밀하게 찾아낼 수 있지만, 정해진 거리를 이동하면서 여러 개의 이미지를 얻고 이를 분석하여 초점 위치를 찾아내므로 초점을 찾는 속도가 느리다.

일반적으로, 산업용 현미경은 LCD, PDP와 같은 디스플레이 패널을 비롯한 반도체 웨이퍼, 회로기판(PCB) 등의 표면 검사에 사용되고 있는 실정이며 이러한 산업용 현미경에는 자동으로 초점을 조절하는 별도의 장치들이 구비된다.

자동초점 조절장치는 다양한 방식을 통해 초점 조절을 구현하고 있는데, 이중 광 삼각법을 이용한 방식이 널리 사용되고 있다.

광 삼각법을 이용한 자동초점 조절 방식은 검사대상에 광을 조사한 후 반사된 광을 검출하여 그 광점(Spot)을 판독함으로써 대물렌즈의 촛점면을 검출하는 방식이다.

광 삼각법에서 배율의 증가는 CCD 센서에서 상의 위치 변화를 크게 한다. 이는 CCD 픽셀(pixel)당 민감도를 증가시키고, 픽셀의 민감도 증가는 자동초점 조절 장치의 정밀도를 증가시킨다. 또한, 배율은 초점거리와 관계가 있다. 자동초점 조절 장치에 사용하는 렌즈의 초점거리를 증가시키면 장치의 배율이 증가한다.

그러나, 렌즈의 초점거리를 크게 하면 뒤 초점거리(BFL)도 증가한다. 뒤 초점거리의 증가는 자동초점 조절 장치의 전체적인 크기를 증가시킨다. 이 문제를 해결하기 위해 렌즈의 조합으로 뒤 초점거리를 줄일 수 있으나, 이 경우 각 렌즈 사이의 거리 공차가 너무 작아 제작이 어렵고, 이에 따른 비용도 높아진다.

광학 기기에 있어서 이미지 센서에 선명한 상을 구현하기 위해서는 통상적으로 1개 이상의 초점 조절용 렌즈가 피사체의 위치에 따라 이미지 센서에 대한 상대적인 위치를 변경할 수 있도록 이동할 수 있어야 한다.

그런데, 이와 같은 포커싱 렌즈를 통하여 포커싱 기능을 실현하기 위해서는 피사체의 위치에 따라 포커싱 렌즈를 광축 방향으로 이동시키기 위한 구동원으로서의 액츄에이터(actuator)가 요구되는데, 현재까지 매뉴얼, 스텝 모터, 압전 소자, 음성 코일 모터(Voice Coil Motor, VCM) 등과 같은 구동원이 널리 사용되고 있다.

기존의 정밀한 자동초점조절의 시스템은 압전소자를 사용한 초음파모터(USM:Ultra Sonic Motor)를 사용하나 고가이고, 압전소자는 티탄산 지르콘산 연(타이타늄산 지르콘산 연)(PZT, lead zirconate titanate)을 원료로 사용하여 납성분 첨가에 의한 환경오염 문제와 고가의 제품으로 가격적인 문제가 있어, 초음파모터만큼 정밀함을 요하지 않는 광학계에서 저가의 자동초점조절 시스템이 필요하다.

공개특허 10-2011-0137154로 게시된 자동 초점 렌즈 구동장치는 정사각형 외관의 중심에 사각형의 한 변과 같은 직경의 원이 소정의 길이만큼 관통하고, 동일 중심에 렌즈 관통홀과 인접하여 스프링 안착면을 갖는 케이스; 내경부와 외경부와 그 사이에 판 스프링부를 가지며, 외경부의 한 면이 상기 케이스의 상기 스프링안착면 내측에 밀착되어 삽입되는 형상을 갖는 제1스프링; 상기 제1스프링 외경부의 다른 일면에 밀착되며 링형 구조를 가지는 스페이서; 외경부와 내경부와 그 사이에 판스프링부를 가지면서 전기적으로 분리되도록 두 부분으로 절단되어 분리되며 분

리된 두 부분이 각각 연장된 전극을 가지는 제2스프링; 외부 경통이 나사 구조를 가지는 렌즈가 조립될 수 있는 내부 나사부와 상기 제1스프링과 제2스프링의 내경부와 결합되는 가동케리어; 렌즈의 광축 방향으로 자화된 링형자석; “ㄴ”자 형태의 단을 가지고 내측 두면이 상기 링형 자석의 두 면과 결합디는 링형요크; 전체 조립 물의 하부를 형성하는 베이스로 구성되나 전자기력을 이용한 구동 방식으로 본 발명과는 상이하다.

등록특허 10-1038418로 게시된 자동초점 조절장치는 광을 출사하는 광출력부와; 상기 광출력부에서 출사되는 광을 평행광으로 만들어 주는 제 1튜브렌즈와; 상기 제 1튜브렌즈를 통과한 광을 검사시편 상에 조명하는 대물렌즈와; 상기 광의 진행 경로 상에 설치되어, 입사되는 광의 일부는 반사시키고 일부는 통과시키는 제 1광학부재와; 상기 검사시편으로부터 반사된 광을 입력받아 전기적인 신호로 바꾸어 주는 광검출기; 및 상기 대물렌즈와 상기 광검출기 사이의 광 경로상에 위치하고, 입사되는 광을 적어도 2회 이상 반사시킨 후 출사하는 지미러(Z-Mirror)를 포함하는 구조이나 대물렌즈를 엑튜에이터와 연결하여 상하이동하여 자동초점을 잡는 것으로 본 발명의 서보모터와 기어를 이용하는 것과는 방법이 상이하다.

등록특허 10-1173631로 게시된 자동 초점 조정 장치는 초점거리가 가변될 수 있는 가변 초점 렌즈; 소정의 테스트 패턴을 구비하는 조정용 차트의 영상을 상기 가변 초점 렌즈를 통하여 획득하는 카메라 모듈; 상기 획득된 조정용 차트의 영상을 분석하는 분석 수단; 상기 분석 수단의 분석을 기초로 상기 가변 초점 렌즈가 최적의 초점 거리를 갖도록 하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어 수단; 및 상기 제어 신호에 따라 상기 가변 초점 렌즈의 위치를 조정하여 상기 초점 거리를 조정하는 구동 수단을 포함하나 본 발명과는 상이하다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 정밀한 자동초점이 필요없는 광학계에서 압전소자의 진동에 의한 울트라소닉모터(Ultrasonic Motor)를 이용한 자동초점 시스템(Auto Focus System)을 사용하지 않고, 물체의 초점을 자동으로 잡아주며 물체의 상을 맺기 위한 대물렌즈 역할을 하기 위해 다수 개의 렌즈로 구성된 줌대물렌즈부와; 초점이 맞을 때까지 상기 광학계에서 지속적인 제어신호를 받아 상기 줌대물렌즈부의 렌즈들을 움직여 상기 줌대물렌즈부가 자동으로 초점을 잡게 해주며, 회전력을 전달하는 모터기어부를 각각 포함한 2군렌즈서보모터와 3군렌즈서보모터로 이루어진 서보모터부로 구성되는 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템은 광학계에 부가되어 보고자 하는 물체의 초점을 자동으로 잡아주며, 물체의 상을 맺기 위한 대물렌즈 역할을 한다.

상기 자동초점 시스템은 보고자 하는 물체의 초점을 자동으로 잡아주며, 물체의 상을 맺기 위한 대물렌즈 역할을 하기 위해 다수 개의 렌즈로 구성되고, 초점거리가 변화되지 않게 굴절능(K)이 같은 값으로 유지되며, 동작거리(Working Distance)는 비선형으로 변화되는 줌대물렌즈부와; 초점이 맞을 때까지 상기 광학계에서 지속적인 제어신호를 받아 상기 줌대물렌즈부의 렌즈들을 움직여 상기 줌대물렌즈부가 자동으로 초점을 잡게 해주며, 회전력을 전달하는 모터기어부를 각각 포함한 2군렌즈서보모터와 3군렌즈서보모터로 이루어진 서보모터부로 구성된다.

상기 줌대물렌즈부는 물공간에 있어서 물점으로부터 나와 상기 광학계를 통과하는 광선속의 범위를 제한하는 작용을 하는 입사동을 결정하는 1군렌즈와; 광선들을 모아 결상시켜주는 4군렌즈와; 상기 4군렌즈와의 거리를 줌으로 조절하여 동작거리의 변화를 조절하는 3군렌즈와; 상기 3군렌즈로 입사하는 광선의 각도를 줌으로 조절하는 2군렌즈와; 상기 1군렌즈, 2군렌즈, 3군렌즈 및 4군렌즈가 내부에 설치되는 렌즈 기구물부와; 상기 렌즈기구물부의 외부에 결합되어 상기 2군렌즈와 3군렌즈가 각각 상하운동을 할 수 있게 상기 서보모터부의 회전동력을 전달해주는 렌즈 기어부로 구성된다.

상기 3군렌즈는 넓은 화각을 위해 광선을 펼쳐주는 마이너스의 굴절능을 가진 상부 3군렌즈와, 렌즈의 성능 보정을 위한 하부 3군렌즈로 구성된다.

상기 렌즈기어부는 상기 2군렌즈가 상하운동을 할 수 있게 상기 2군렌즈서보모터의 회전동력을 전달해주는 2군렌즈기어와; 상기 3군렌즈가 상하운동을 할 수 있게 상기 3군렌즈서보모터의 회전동력을 전달해주는 3군렌즈기어로 구성된다.

상기 렌즈 기구물부는 상기 2군렌즈기어와 3군렌즈기어가 외부에 결합되어 회전하고, 상기 1군렌즈와 4군렌즈는 내부에 직접 설치되며, 2군렌즈와 3군렌즈는 기구물에 의해 설치된 후 내부에 설치되는 줌대물렌즈부 기구물과; 상기 줌대물렌즈부 기구물 내부에 설치되어 상하 운동하며, 상기 2군렌즈가 내부에 결합되고 상기 2군렌즈기어에서 회전동력을 전달받아 상하운동으로 렌즈의 거리를 변화시키는 2군렌즈 기구물과; 상기 대물렌즈 기구물 내부에 설치되어 상하 운동하며, 상기 3군렌즈가 내부에 결합되고 상기 3군렌즈기어에서 회전동력을 전달받아 상하운동으로 렌즈의 거리를 변화시키는 3군렌즈 기구물로 구성된다.

상기 2군렌즈 기구물에는 상기 2군렌즈기어의 회전에 의해 상기 2군렌즈 기구물이 움직일 수 있게 상기 2군렌즈기어와 결합되는 2군렌즈 고정나사가 형성되며, 상기 3군렌즈 기구물에는 상기 3군렌즈기어의 회전에 의해 상기 3군렌즈 기구물이 움직일 수 있게 상기 3군렌즈기어와 결합되는 3군렌즈 고정나사가 형성된다.

상기 대물렌즈 기구물에는 상기 2군렌즈기어에 결합된 2군렌즈고정나사가 상기 2군렌즈기어 회전 시 외주를 따라 경사지게 형성된 홀 내에서 움직일 수 있도록 하는 2군렌즈 회전캠과; 상기 3군렌즈기어에 결합된 3군렌즈고정나사가 상기 3군렌즈기어 회전 시 외주를 따라 경사지게 형성된 홀 내에서 움직일 수 있도록 하는 3군렌즈 회전캠이 형성된다.

상기 2군렌즈기어에는 상기 2군렌즈서보모터의 회전에 의해 상기 2군렌즈기어가 회전될 때 상기 2군렌즈 고정나사가 2군렌즈 회전캠을 따라 같이 움직일 수 있도록 상기 2군렌즈 고정나사의 머리가 삽입되어 움직이는 고정나사머리삽입홈이 형성되며, 상기 3군렌즈기어에는 상기 3군렌즈서보모터의 회전에 의해 상기 3군렌즈기어가 회전될 때 상기 3군렌즈 고정나사가 3군렌즈 회전캠을 따라 같이 움직일 수 있도록 상기 3군렌즈 고정나사의 머리가 삽입되어 움직이는 고정나사머리삽입홈이 형성된다.

상기 대물렌즈 기구물에는 상기 1군렌즈를 설치하는 1군렌즈 설치부와, 상기 2군렌즈를 설치하는 2군렌즈 설치부와, 상기 3군렌즈를 설치하는 3군렌즈 설치부 및 상기 4군렌즈를 설치하는 4군렌즈 설치부가 형성되며, 상기 1군렌즈 설치부에는 1군렌즈가 하부로 내려가지 않게 하는 1군렌즈 설치턱과, 상기 1군렌즈를 설치 후 렌즈가 움직이지 않게 고정하는 1군렌즈고정링이 형성되고, 상기 4군렌즈 설치부에는 4군렌즈가 상부로 올라가지 않게 하는 4군렌즈 걸림턱과, 상기 4군렌즈를 설치 후 렌즈가 하부로 내려가지 않게 고정하는 4군렌즈고정링이 형성되며, 상기 2군렌즈 설치부와 3군렌즈 설치부는 상기 2군렌즈 기구물과 3군렌즈 기구물이 유격없이 상하로 슬라이딩 할 수 있게 가공된다.

상기 2군렌즈 기구물에는 상기 2군렌즈가 상부로 올라가지 않게 하는 2군렌즈걸림턱과, 상기 2군렌즈를 설치 후 렌즈가 하부로 내려가지 않게 고정하는 2군렌즈고정링과, 상기 2군렌즈 고정나사가 결합되는 2군렌즈고정나사 결합구가 형성된다.

상기 3군렌즈 기구물에는 상기 상부 3군렌즈가 하부로 내려가지 않게 하는 상부 3군렌즈설치턱과, 상기 상부 3군렌즈를 설치 후 렌즈가 움직이지 않게 고정하는 상부 3군렌즈고정링과, 하부 3군렌즈가 상부로 올라가지 않게 하는 하부 3군렌즈걸림턱과, 상기 하부 3군렌즈를 설치 후 렌즈가 하부로 내려가지 않게 고정하는 하부 3군렌즈고정링과, 상기 3군렌즈 고정나사가 결합되는 3군렌즈고정나사 결합구가 형성된다.

상술한 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템으로 본 발명의 해결하고자 하는 과제를 해결할 수 있다.

본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따르면 정밀한 자동초점이 필요없는 광학계에서 압전소자의 진동에 의한 울트라소닉모터(Ultrasonic Motor)를 이용한 Auto Focus System과의 대체가 가능하며, 구조가 간단하고, 저가이며, 충격에 강하고 내구성이 있으며, 납성분이 있는 압전소자를 사용하지 않기 때문에 환경오염을 일으키지 않는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 광학계에서의 자동초점 시스템 전체 내부도
도 2는 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 광학계에서의 자동초점 시스템 전체 외부도
도 3은 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 광학계 전체 빛 통과도
도 4는 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 자동초점시스템 전체 내부도
도 5는 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 줌대물렌즈부 내부도
도 6은 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 줌대물렌즈부 빛 통과도
도 7은 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 렌즈기구물부 개략도
도 8은 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 줌대물렌즈부 기구물 개략도
도 9는 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 2군렌즈 기구물 개략도
도 10은 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 3군렌즈 기구물 개략도
도 11은 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 조명장치부 개략도
도 12는 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 조명장치부 분해단면도

먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템"을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 본 발명에 따른 "줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템"에 관한 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

다음의 실시 예는 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 광학계에서의 자동초점 시스템 전체 내부도이며, 도 2는 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 광학계에서의 자동초점 시스템 전체 외부도이고, 도 3은 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 광학계 전체 빛 통과도이며, 도 4는 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 자동초점시스템 전체 내부도이고, 도 5는 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 줌대물렌즈부 내부도이며, 도 6은 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 줌대물렌즈부 빛 통과도이고, 도 7은 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 렌즈기구물부 개략도이며, 도 8은 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 줌대물렌즈부 기구물 개략도이고, 도 9는 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 2군렌즈 기구물 개략도이며, 도 10은 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 3군렌즈 기구물 개략도이고, 도 11은 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 조명장치부 개략도이며, 도 12는 본 발명의 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템에 따른 조명장치부 분해단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 것 같이 본 발명의 자동초점 시스템(B)은 광학계(A)에 부가되어 보고자 하는 물체의 초점을 자동으로 잡아주며, 물체의 상을 맺기 위한 대물렌즈 역할을 하고, 보고자 하는 물체의 초점을 자동으로 잡아주며, 물체의 상을 맺기 위한 대물렌즈 역할을 하기 위해 다수 개의 렌즈로 구성되고, 초점거리가 변화되지 않게 굴절능(K)을 같은 값으로 유지하며, 동작거리(Working Distance)는 비선형으로 변화되는 줌대물렌즈부(1)와; 초점이 맞을 때까지 상기 광학계에서 지속적인 제어신호를 받아 상기 줌대물렌즈부(1)의 렌즈들을 움직여 상기 줌대물렌즈부(1)가 자동으로 초점을 잡게 회전력을 전달하는 모터기어부(211, 221)를 각각 포함한 2군렌즈서보모터(21)와 3군렌즈서보모터(22)로 이루어진 서보모터부(2)로 구성된다.

상기 서보모터부(2)에 지속적인 제어신호를 주는 방법이나 필요 설비는 본 발명의 범위에서 제외되며, 다양한 방식을 통해 자동초점 조절을 구현하고 있는데, 이중 광 삼각법을 이용한 방식이 널리 사용되고 있다.

상기 줌대물렌즈부(1)는 물공간에 있어서 물점으로부터 나와 상기 광학계(A)를 통과하는 광선속의 범위를 제한하는 작용을 하는 입사동을 결정하는 1군렌즈(11)와; 광선들을 모아 결상시켜주는 4군렌즈(14)와; 상기 4군렌즈(14)와의 거리를 줌으로 조절하여 동작거리의 변화를 조절하는 3군렌즈(13)와; 상기 3군렌즈(13)로 입사하는 광선의 각도를 줌으로 조절하는 2군렌즈(12)와; 상기 1군렌즈(11), 2군렌즈(12), 3군렌즈(13) 및 4군렌즈(14)가 내부에 설치되는 렌즈 기구물부(15)와; 상기 렌즈기구물부(15)의 외부에 결합되어 상기 2군렌즈(12)와 3군렌즈(13)가 각각 상하운동을 할 수 있게 상기 서보모터부(2)의 회전동력을 전달해주는 렌즈 기어부(16)로 구성된다.

상기 줌대물렌즈부(1)는 상기 2군렌즈(12)와 3군렌즈(13)가 움직여 동작거리(Working Distance)를 일정거리 내에서 변화시켜 자동초점을 맞추며, 이때 초점거리가 변화되지 않게 굴절능(K)이 같은 값으로 유지되어야 하고, 동작거리(Working Distance)는 비선형으로 변화되며, 동작거리(Working Distance)는 상기 2군렌즈(12)와 3군렌즈(13)가 움직이는 거리를 의미한다.

상기 광학계(A)는 대물렌즈 역할을 하는 상기 자동초점 시스템(B)에 의해서 십자선 위에 생긴 상을 확대하여 보는 튜브렌즈부(A1)와; 상기 튜브렌즈부(A1)와 자동초점 시스템(B) 사이에 부가되어 물체에 조명을 조사해주는 조명장치부(A2)와; 상기 튜브렌즈부(A1), 조명장치부(A2) 및 자동초점 시스템(B)이 설치되는 광학계 브래킷(A3)이 부가될 수 있다.

상기 조명장치부(A2)는 빛을 공급하기 위하여 빛을 조사하는 LED 광원부(A21)와; 상기 LED 광원부(A21)에서 조사된 빛을 작은 입체각 내에 모아지게 집광하며, 하부에 결상시키는 집광렌즈부(A22)와; 상기 집광렌즈부(A22)를 통과한 빛의 인텐시티 프로파일(Intensity Profile)을 평활하게 만들어 주는 조명균일화 필터부(A23)와; 상기 집광렌즈부(A22)에서 집광된 빛이 결상되며, 시야 주변 부분을 조정하여 반사된 빛과 불필요한 빛들이 들어오는 것을 막아 주어 플레어(Flare)를 효율적으로 제거하기 위한 시야조리개부(A24)와; 상기 시야조리개부(A24)의 시야조리개(A241)가 초점거리에 위치하며, 상기 시야조리개((A241)에 결상된 상에서 나온 빛이 평형광선이 되게 하여 상기 광학계의 물체(시료) 전면을 비추어 줄 수 있게 하는 콘덴서렌즈부(A25)와; 상기 광학계(A)의 자동초점 시스템(B)과 튜브렌즈부(A1)가 동축 조명으로 사용할 수 있게 광축이 같도록 하기 위하여, 상기 콘덴서렌즈부(A25)에서 나온 평행광선을 반사시켜 평형광선의 방향을 90도 꺽어주는 미러부(A26)와; 상기 미러부(A26)에서 상기 광학계(A) 내부로 입사된 조명을 상기 자동초점 시스템(B)으로 꺽어주며, 투과율과 반사율을 50 대 50으로 분할해주는 빔 분할기(A27)로 구성된다.

본 발명의 자동초점 시스템(B)은 초점이 맞을 때까지 상기 광학계에서 지속적인 제어신호를 받아 상기 줌대물렌즈부(1)의 2군렌즈(12)와 3군렌즈(13)를 상기 2군렌즈서보모터(21)와 3군렌즈서보모터(22)로 각각 움직여 상기 줌대물렌즈부(1)가 자동으로 초점을 잡게 해주며, 상기 2군렌즈(12)와 3군렌즈(13)의 외부에는 2군렌즈기어(161)과 3군렌즈기어(162)가 형성되어 상기 2군렌즈서보모터(21)와 3군렌즈서보모터(22)의 모터기어부(211, 221)와 맞물려 상기 2군렌즈서보모터(21)와 3군렌즈서보모터(22)의 회전에 의해 상기 2군렌즈(12)와 3군렌즈(13)가 상하로 움직이게 된다.

본 발명의 자동초점 시스템(B)은 반도체를 검사하는 검사장비와 같이 정밀도를 요하는 곳에 사용하는 것이 아니라 정밀함을 요하지 않는 광학계에서 저가의 자동초점조절 시스템에 적용되기 위해 안출된 것이다.

즉, 기존의 정밀한 자동초점조절의 시스템은 압전소자를 사용한 초음파모터(USM:Ultra Sonic Motor)를 사용하나 고가이고, 압전소자는 티탄산 지르콘산 연(타이타늄산 지르콘산 연)(PZT, lead zirconate titanate)을 원료로 사용하여 납성분 첨가에 의한 환경오염 문제와 고가의 제품으로 가격적인 문제가 있어, 초음파모터만큼 정밀함을 요하지 않는 광학계에서 저가의 자동초점조절 시스템이 필요하다.

도 4에 도시되어 있는 것 같이 본 발명의 자동초점 시스템(B)은 광학계(A)에 부가되어 보고자 하는 물체의 초점을 자동으로 잡아주며, 물체의 상을 맺기 위한 대물렌즈 역할을 하고, 보고자 하는 물체의 초점을 자동으로 잡아주며, 물체의 상을 맺기 위한 대물렌즈 역할을 하기 위해 물공간에 있어서 물점으로부터 나와 상기 광학계(A)를 통과하는 광선속의 범위를 제한하는 작용을 하는 입사동을 결정하는 1군렌즈(11)와, 광선들을 모아 결상시켜주는 4군렌즈(14)와, 상기 4군렌즈(14)와의 거리를 줌으로 조절하여 동작거리의 변화를 조절하는 3군렌즈(13)와, 상기 3군렌즈(13)로 입사하는 광선의 각도를 줌으로 조절하는 2군렌즈(12)와, 상기 1군렌즈(11), 2군렌즈(12), 3군렌즈(13) 및 4군렌즈(14)가 내부에 설치되는 렌즈 기구물부(15)와, 상기 렌즈기구물부(15)의 외부에 결합되어 상기 2군렌즈(12)와 3군렌즈(13)가 각각 상하운동을 할 수 있게 상기 서보모터부(2)의 회전동력을 전달해주는 렌즈 기어부(16)로 구성된 줌대물렌즈부(1)와; 초점이 맞을 때까지 상기 광학계에서 지속적인 제어신호를 받아 상기 줌대물렌즈부(1)의 렌즈들을 움직여 상기 줌대물렌즈부(1)가 자동으로 초점을 잡게 해주며, 회전력을 전달하는 모터기어부(211, 221)를 각각 포함한 2군렌즈서보모터(21)와 3군렌즈서보모터(22)로 이루어진 서보모터부(2)로 구성된다.

도 5와 도 6에 도시되어 있는 것 같이 상기 줌대물렌즈부(1)은 물공간에 있어서 물점으로부터 나와 상기 광학계(A)를 통과하는 광선속의 범위를 제한하는 작용을 하는 입사동을 결정하는 1군렌즈(11)와; 광선들을 모아 결상시켜주는 4군렌즈(14)와; 상기 4군렌즈(14)와의 거리를 줌으로 조절하여 동작거리의 변화를 조절하는 3군렌즈(13)와; 상기 3군렌즈(13)로 입사하는 광선의 각도를 줌으로 조절하는 2군렌즈(12)와; 상기 1군렌즈(11), 2군렌즈(12), 3군렌즈(13) 및 4군렌즈(14)가 내부에 설치되는 렌즈 기구물부(15)와; 상기 렌즈기구물부(15)의 외부에 결합되어 상기 2군렌즈(12)와 3군렌즈(13)가 각각 상하운동을 할 수 있게 상기 서보모터부(2)의 회전동력을 전달해주는 렌즈 기어부(16)로 구성된다.

상기 3군렌즈(13)는 넓은 화각을 위해 광선을 펼쳐주는 마이너스의 굴절능을 가진 상부 3군렌즈(131)와, 렌즈의 성능 보정을 위한 하부 3군렌즈(132)로 구성된다.

상기 렌즈 기어부(16)는 상기 2군렌즈(12)가 상하운동을 할 수 있게 상기 2군렌즈서보모터(21)의 회전동력을 전달해주는 2군렌즈기어(161)와; 상기 3군렌즈(13)가 상하운동을 할 수 있게 상기 3군렌즈서보모터(22)의 회전동력을 전달해주는 3군렌즈기어(162)로 구성된다.

상기 2군렌즈기어(161)에는 상기 2군렌즈서보모터(21)의 회전에 의해 상기 2군렌즈기어(161)가 회전될 때 상기 2군렌즈 고정나사(1521)가 2군렌즈 회전캠(1511)을 따라 같이 움직일 수 있도록 상기 2군렌즈 고정나사(1521)의 머리가 삽입되어 움직이는 고정나사머리삽입홈(1611)이 형성된다.

상기 3군렌즈기어(162)에는 상기 3군렌즈서보모터(22)의 회전에 의해 상기 3군렌즈기어(162)가 회전될 때 상기 3군렌즈 고정나사(1531)가 3군렌즈 회전캠(1512)을 따라 같이 움직일 수 있도록 상기 3군렌즈 고정나사(1531)의 머리가 삽입되어 움직이는 고정나사머리삽입홈(1621)이 형성된다.

상기 줌대물렌즈부(1)는 초점이 맞을 때까지 상기 광학계에서 지속적인 제어신호를 받아 상기 2군렌즈서보모터(21)와 3군렌즈서보모터(22)로 각각 움직이면, 상기 2군렌즈(12)가 설치된 2군렌즈 기구물(152)과 상기 3군렌즈(13)가 설치된 3군렌즈 기구물(153)의 2군렌즈 고정나사(1521)와 3군렌즈 고정나사(1531)가 상기 2군렌즈기어(161)과 3군렌즈기어(162)의 고정나사머리삽입홈(1611, 1621)에 삽입되어 있으므로 상기 2군렌즈기어(161)과 3군렌즈기어(162)가 회전하면 상기 2군렌즈 고정나사(1521)와 3군렌즈 고정나사(1531)도 2군렌즈 회전캠(1511)과 3군렌즈 회전캠(1512)의 경사진 캠홀을 따라 움직이므로 상기 2군렌즈(12)가 설치된 2군렌즈 기구물(152)과 상기 3군렌즈(13)가 설치된 3군렌즈 기구물(153)이 상하 운동을 하게 된다.

도 7에 도시되어 있는 것 같이 상기 렌즈 기구물부(15)는 상기 2군렌즈기어(161)와 3군렌즈기어(162)가 외부에 결합되어 회전하고, 상기 1군렌즈(11)와 4군렌즈(14)는 내부에 직접 설치되며, 상기 2군렌즈(12)와 3군렌즈(13)는 기구물에 의해 설치된 후 내부에 설치되는 줌대물렌즈부 기구물(151)과; 상기 줌대물렌즈부 기구물(151) 내부에 설치되어 상하 운동하며, 상기 2군렌즈(12)가 내부에 결합되고 상기 2군렌즈기어(161)에서 회전동력을 전달받아 상하운동으로 렌즈의 거리를 변화시키는 2군렌즈 기구물(152)과; 상기 대물렌즈 기구물(151) 내부에 설치되어 상하 운동하며, 상기 3군렌즈(13)가 내부에 결합되고 상기 3군렌즈기어(162)에서 회전동력을 전달받아 상하운동으로 렌즈의 거리를 변화시키는 3군렌즈 기구물(153)로 구성된다.

도 8에 도시되어 있는 것 같이 상기 줌대물렌즈부 기구물(151)은 상기 2군렌즈기어(161)와 3군렌즈기어(162)가 외부에 결합되어 회전하고, 상기 1군렌즈(11)와 4군렌즈(14)는 내부에 직접 설치되며, 상기 2군렌즈(12)와 3군렌즈(13)는 기구물에 의해 설치된 후 내부에 설치된다.

상기 대물렌즈 기구물(151)에는 상기 2군렌즈기어(161)에 결합된 2군렌즈 고정나사(1521)가 상기 2군렌즈기어(161) 회전 시 외주를 따라 경사지게 형성된 캠홀 내에서 움직일 수 있도록 하는 2군렌즈 회전캠(1511)과; 상기 3군렌즈기어(162)에 결합된 3군렌즈 고정나사(1531)가 상기 3군렌즈기어(162) 회전 시 외주를 따라 경사지게 형성된 캠홀 내에서 움직일 수 있도록 하는 3군렌즈 회전캠(1512)이 형성된다.

상기 대물렌즈 기구물(151)에는 상기 1군렌즈(11)를 설치하는 1군렌즈 설치부(1513)와, 상기 2군렌즈(12)를 설치하는 2군렌즈 설치부(1514)와, 상기 3군렌즈(13)를 설치하는 3군렌즈 설치부(1515) 및 상기 4군렌즈(14)를 설치하는 4군렌즈 설치부(1516)가 형성된다.

상기 1군렌즈 설치부(1513)에는 상기 1군렌즈(11)가 하부로 내려가지 않게 하는 1군렌즈 설치턱(15131)과, 상기 1군렌즈(11)를 설치 후 렌즈가 움직이지 않게 고정하는 1군렌즈고정링(15132)이 형성된다.

상기 1군렌즈고정링(15132)이 설치되는 상기 대물렌즈 기구물(151)의 내경에는 상기 1군렌즈고정링(15132)을 회전시켜 조여서 상기 1군렌즈(11)가 움직이지 않게 하기 위하여 암나사 형태의 고정링나사부(151321)가 형성되며, 상기 1군렌즈고정링(15132)에도 수나사가 형성된다.

상기 4군렌즈 설치부(1516)에는 상기 4군렌즈(14)가 상부로 올라가지 않게 하는 4군렌즈 걸림턱(15161)과, 상기 4군렌즈(14)를 설치 후 렌즈가 하부로 내려가지 않게 고정하는 4군렌즈고정링(15162)이 형성된다.

상기 4군렌즈고정링(15162)이 설치되는 상기 대물렌즈 기구물(151)의 내경에는 상기 4군렌즈고정링(15162)을 회전시켜 조여서 상기 4군렌즈(14)가 움직이지 않게 하기 위하여 암나사 형태의 고정링나사부(151621)가 형성되며, 상기 4군렌즈고정링(15162)에도 수나사가 형성된다.

상기 2군렌즈 설치부(1514)와 3군렌즈 설치부(1515)는 상기 2군렌즈 기구물(152)과 3군렌즈 기구물(153)이 유격없이 상하로 슬라이딩 할 수 있게 정밀 가공되는 것이 바람직하며, 또한 상기 2군렌즈 기구물(152)과 3군렌즈 기구물(153)의 외경도 상기 2군렌즈 설치부(1514)와 3군렌즈 설치부(1515)와 유격없이 상하로 슬라이딩 할 수 있게 정밀 가공되어야 한다.

도 9에 도시되어 있는 것 같이 상기 2군렌즈 기구물(152)은 상기 줌대물렌즈부 기구물(151) 내부에 설치되어 상하 운동하며, 상기 2군렌즈(12)가 내부에 결합되고 상기 2군렌즈기어(161)에서 회전동력을 전달받아 상하운동으로 렌즈의 거리를 변화시키는 역할을 한다.

상기 2군렌즈 기구물(152)에는 상기 2군렌즈기어(161)의 회전에 의해 상기 2군렌즈 기구물(152)이 움직일 수 있게 상기 2군렌즈기어(161)와 결합되는 2군렌즈 고정나사(1521)가 형성된다.

상기 2군렌즈 기구물(152)에는 상기 2군렌즈(12)가 상부로 올라가지 않게 하는 2군렌즈걸림턱(1522)과, 상기 2군렌즈(12)를 설치 후 렌즈가 하부로 내려가지 않게 고정하는 2군렌즈고정링(1523)과, 상기 2군렌즈 고정나사(1521)가 결합되는 2군렌즈고정나사 결합구(1524)가 형성된다.

상기 2군렌즈고정링(1523)이 설치되는 상기 2군렌즈 기구물(152)의 내경에는 상기 2군렌즈고정링(1523)을 회전시켜 조여서 상기 2군렌즈(12)가 움직이지 않게 하기 위하여 암나사 형태의 고정링나사부(15231)가 형성되며, 상기 2군렌즈고정링(1523)에도 수나사가 형성된다.

도 10에 도시되어 있는 것 같이 상기 3군렌즈 기구물(153)은 상기 대물렌즈 기구물(151) 내부에 설치되어 상하 운동하며, 상기 3군렌즈(13)가 내부에 결합되고 상기 3군렌즈기어(162)에서 회전동력을 전달받아 상하운동으로 렌즈의 거리를 변화시켜 입사하는 광선의 각도를 줌으로 조절하는 역할을 한다.

상기 3군렌즈 기구물(153)에는 상기 3군렌즈기어(162)의 회전에 의해 상기 3군렌즈 기구물(153)이 움직일 수 있게 상기 3군렌즈기어(162)와 결합되는 3군렌즈 고정나사(1531)가 형성된다.

상기 3군렌즈 기구물(153)에는 상기 상부 3군렌즈(131)가 하부로 내려가지 않게 하는 상부 3군렌즈설치턱(1532)과, 상기 상부 3군렌즈(131)를 설치 후 렌즈가 움직이지 않게 고정하는 상부 3군렌즈고정링(1533)과, 상기 하부 3군렌즈(132)가 상부로 올라가지 않게 하는 하부 3군렌즈걸림턱(1534)과, 상기 하부 3군렌즈(132)를 설치 후 렌즈가 하부로 내려가지 않게 고정하는 하부 3군렌즈고정링(1535)과, 상기 3군렌즈 고정나사(1531)가 결합되는 3군렌즈고정나사 결합구(1536)가 형성된다.

상기 상부 3군렌즈고정링(1533)이 설치되는 상기 3군렌즈 기구물(153)의 내경에는 상기 상부 3군렌즈고정링(1533)을 회전시켜 조여서 상기 상부 3군렌즈(131)가 움직이지 않게 하기 위하여 암나사 형태의 고정링나사부(15331)가 형성되며, 상기 상부 3군렌즈고정링(1533)에도 수나사가 형성된다.

상기 하부 3군렌즈고정링(1535)이 설치되는 상기 3군렌즈 기구물(153)의 내경에는 상기 하부 3군렌즈고정링(1535)을 회전시켜 조여서 상기 하부 3군렌즈(132)가 움직이지 않게 하기 위하여 암나사 형태의 고정링나사부(15351)가 형성되며, 상기 상부 3군렌즈고정링(1535)에도 수나사가 형성된다.

도 11과 도 12 및 도 3에 도시되어 있는 것 같이 상기 광학계(A)는 대물렌즈 역할을 하는 상기 자동초점 시스템(B)에 의해서 십자선 위에 생긴 상을 확대하여 보는 튜브렌즈부(A1)와; 상기 튜브렌즈부(A1)와 자동초점 시스템(B) 사이에 부가되어 물체에 조명을 조사해주는 조명장치부(A2)와; 상기 튜브렌즈부(A1), 조명장치부(A2) 및 자동초점 시스템(B)이 설치되는 광학계 브래킷(A3)이 부가될 수 있다.

상기 LED 광원부(A21)는 빛을 발하는 광원인 LED 소자(A211)와; 상기 LED 소자(A211)와 사출렌즈(A212)가 하부에 설치되고 상기 LED 소자(A211)에서 발생하는 열을 방열시키는 방열부(A213)와; 상기 방열부(A213)의 하부에 설치되며, 상기 LED 소자를 보호하고, 하부의 상기 집광렌즈부와 결합되는 광원부 보호케이싱(A214)과; 상기 LED 소자(A211)에 전원을 공급하는 전원공급부(A215)로 구성된다.

상기 집광렌즈부(A22)는 상기 LED 광원부(A21)에서 나오는 빛을 잘받아들일 수 있도록 하는 오목렌즈(A221)와; 빛을 상기 시야조리개부(A24)에 모아주는 양볼록렌즈(A222)와; 상기 LED 광원부(A21)의 광량을 조절할 수 있는 집광렌즈부 조리개(A223)와; 상기 광원부 보호케이싱(A214)과 결합되고 내부에 상기 집광렌즈부 조리개(A223)가 설치되는 집광렌즈부 상부 마운트케이싱(A224)과; 상기 집광렌즈부 상부 마운트케이싱(24)의 외부에 설치되어 상기 집광렌즈부 조리개(23)를 조절하는 조리개 조절부(A225)와; 상기 오목렌즈(A221)와 양볼록렌즈(A222)가 설치되고 상기 조명균일화 필터부(A23)와 결합되는 집광렌즈 마운트케이싱(A226)으로 구성된다.

상기 조명균일화 필터부(A23)는 중심부에서 높은 옵티컬 덴시티(Optical Density)를 가지고 있어 중심부의 투과율이 낮아 가우시언 빔의 인텐시티 프로파일(Intensity Profile)을 평활하게 만들어주며, 중심부는 어둡고 가장자리는 밝은 형태를 가지는 균일화 필터(A231)와; 상기 균일화 필터(A231)가 설치되며, 상부의 상기 집광렌즈부(2)가 결합되는 필터부 상부 마운트케이싱(A232)과; 상기 조명균일화 필터부(A23)와 시야조리개부(A24)를 연결해주는 필터부 하부 마운트케이싱(A233)으로 구성된다.

상기 시야조리개부(A24)는 시야 주변 부분을 조정하여 반사된 빛과 불필요한 빛들이 들어오는 것을 막아 주는 시야조리개(A241)와; 상기 시야조리개(A241)가 끼워지고 상부의 상기 조명균일화 필터부(3)와 하부의 상기 콘덴서렌즈부(5)와 결합하게 하는 시야조리개 마운트케이싱(A242)으로 구성된다.

상기 콘덴서렌즈부(A25)는 상기 시야조리개(A241)에 결상된 광원의 상이 상기 광학계(A)의 줌대물렌즈부(1)에 결상될 수 있도록 하부의 콘덴서렌즈부 양볼록렌즈(A252)까지 광경로를 조절해주며 오목렌즈와 볼록렌즈가 접합된 접합렌즈(A251)와; 상기 접합렌즈(A251)에서 발산되는 빛을 상기 자동초점 시스템(B)의 줌대물렌즈부(1)에 결상시켜주는 상기 콘덴서렌즈부 양볼록렌즈(A252)와; 상기 접합렌즈(A251)와 콘덴서렌즈부 양볼록렌즈(A252)가 내부에 설치되고 상부의 상기 시야조리개부(A24)와 하부의 미러부(A26)와 결합하게 하는 콘덴서렌즈부 케이싱(A253)으로 구성된다.

상기 미러부(A26)는 상기 콘덴서렌즈부(A25)에서 나온 평행광선의 조명을 반사시켜 상기 자동초점 시스템(B) 및 튜브렌즈(A1)와 광축이 같도록 광경로를 90도 꺽어준다.

상기 미러부(A26)에는 상기 자동초점 시스템(B)과 결합되는 자동초점시스템결합구(A261)과 상기 투브렌즈부(A1)과 결합을 위한 튜브렌즈부 결합구(A262)가 형성된다.

상기 빔 분할기(A27)는 상기 미러부(A26)에서 상기 광학계(A) 내부로 입사된 조명을 상기 자동초점 시스템(B)으로 꺽어주며, 투과율과 반사율을 50 대 50으로 분할해주는 역할을 한다.

A : 광학계
B : 자동초점 시스템
1 : 줌대물렌즈부 11 : 1군렌즈
12 : 2군렌즈 13 : 3군렌즈
131 : 상부 3군렌즈 132 : 하부 3군렌즈
14 : 4군렌즈 15 : 렌즈 기구물부
151 : 줌대물렌즈부 기구물 1511 : 2군렌즈 회전캠
1512 : 3군렌즈 회전캠 1513 : 1군렌즈 설치부
15131 : 1군렌즈설치턱 15132 : 1군렌즈고정링
151321 : 고정링나사부 1514 : 2군렌즈 설치부
1515 : 3군렌즈 설치부 1516 : 4군렌즈 설치부
15161 : 4군렌즈걸림턱 15162 : 4군렌즈고정링
151621 : 고정링나사부 152 : 2군렌즈 기구물
1521 : 2군렌즈 고정나사 1522 : 2군렌즈걸림턱
1523 : 2군렌즈고정링 15231 : 고정링나사부
1524 : 2군렌즈고정나사 결합구 153 : 3군렌즈 기구물
1531 : 3군렌즈 고정나사 1532 : 상부 3군렌즈설치턱
1533 : 상부 3군렌즈고정링 15331 : 고정링나사부
1534 : 하부 3군렌즈걸림턱 1535 : 하부 3군렌즈고정링
15351 : 고정링나사부 1536 : 3군렌즈고정나사 결합구
16 : 렌즈 기어부 161 : 2군렌즈기어
1611 : 고정나사머리삽입홈 162 : 3군렌즈기어
1621 : 고정나사머리삽입홈 2 : 서보모터부
21 : 2군렌즈서보모터 211 : 모터기어부
22 : 3군렌즈서보모터 221 : 모터기어부
A1 : 튜브렌즈부
A2 : 조명장치부
A21 : LED 광원부 A211 : LED 소자
A213 : 방열부 A214 : 광원부 보호케이싱
A215 : 전원공급부 A22 : 집광렌즈부
A221 : 오목렌즈 A222 : 양볼록렌즈
A223 : 집광렌즈부 조리개 A23 : 조명균일화 필터부
A231 : 균일화 필터 A24 : 시야조리개부
A241 : 시야조리개 A242 : 시야조리개 마운트케이싱
A2421 : 시야조리개 삽입 및 필터부 결합나사
A25 : 콘덴서렌즈부 A251 : 접합렌즈
A252 : 콘덴서렌즈부 양볼록렌즈
A26 : 미러부 A261 : 자동초점시스템결합구
A262 : 튜브렌즈부 결합구 A27 : 빔 분할기
A3 : 광학계 브래킷

Claims

광학계(A)에 부가되어 보고자 하는 물체의 초점을 자동으로 잡아주며, 물체의 상을 맺는 자동초점 시스템(B)에 있어서,
상기 자동초점 시스템(B)은 보고자 하는 물체의 초점을 자동으로 잡아주며, 물체의 상을 맺게 하기 위해 다수 개의 렌즈로 구성되고, 초점거리가 변화되지 않게 굴절능(K)이 같은 값으로 유지되며, 동작거리(Working Distance)는 비선형으로 변화되는 줌대물렌즈부(1)와;
초점이 맞을 때까지 상기 광학계(A)에서 지속적인 제어신호를 받아 상기 줌대물렌즈부(1)의 렌즈들을 움직여 상기 줌대물렌즈부(1)가 자동으로 초점을 잡게 회전력을 전달하는 모터기어부(211, 221)를 각각 포함한 2군렌즈서보모터(21)와 3군렌즈서보모터(22)로 이루어진 서보모터부(2)로 구성되며,
상기 줌대물렌즈부(1)는 물공간에 있어서 물점으로부터 나와 상기 광학계(A)를 통과하는 광선속의 범위를 제한하는 작용을 하는 입사동을 결정하는 1군렌즈(11)와;
광선들을 모아 결상시켜주는 4군렌즈(14)와;
상기 4군렌즈(14)와의 거리를 줌으로 조절하여 동작거리의 변화를 조절하는 3군렌즈(13)와;
상기 3군렌즈(13)로 입사하는 광선의 각도를 줌으로 조절하는 2군렌즈(12)와;
상기 1군렌즈(11), 2군렌즈(12), 3군렌즈(13) 및 4군렌즈(14)가 내부에 설치되는 렌즈 기구물부(15)와;
상기 렌즈기구물부(15)의 외부에 결합되어 상기 2군렌즈(12)와 3군렌즈(13)가 각각 상하운동을 할 수 있게 상기 서보모터부(2)의 회전동력을 전달해주는 렌즈 기어부(16)로 구성되는 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템
제 1항에 있어서,
상기 3군렌즈(13)는 넓은 화각을 위해 광선을 펼쳐주는 마이너스의 굴절능을 가진 상부 3군렌즈(131)와, 렌즈의 성능 보정을 위한 하부 3군렌즈(132)로 구성되고,
상기 렌즈 기어부(16)는 상기 2군렌즈(12)가 상하운동을 할 수 있게 상기 2군렌즈서보모터(21)의 회전동력을 전달해주는 2군렌즈기어(161)와;
상기 3군렌즈(13)가 상하운동을 할 수 있게 상기 3군렌즈서보모터(22)의 회전동력을 전달해주는 3군렌즈기어(162)로 구성되며,
상기 렌즈 기구물부(15)는 상기 2군렌즈기어(161)와 3군렌즈기어(162)가 외부에 결합되어 회전하고, 상기 1군렌즈(11)와 4군렌즈(14)는 내부에 직접 설치되며, 상기 2군렌즈(12)와 3군렌즈(13)는 기구물에 의해 설치된 후 내부에 설치되는 줌대물렌즈부 기구물(151)과;
상기 줌대물렌즈부 기구물(151) 내부에 설치되어 상하 운동하며, 상기 2군렌즈(12)가 내부에 결합되고 상기 2군렌즈기어(161)에서 회전동력을 전달받아 상하운동으로 렌즈의 거리를 변화시키는 2군렌즈 기구물(152)과;
상기 대물렌즈 기구물(151) 내부에 설치되어 상하 운동하며, 상기 3군렌즈(13)가 내부에 결합되고 상기 3군렌즈기어(162)에서 회전동력을 전달받아 상하운동으로 렌즈의 거리를 변화시키는 3군렌즈 기구물(153)로 구성되고,
상기 2군렌즈 기구물(152)에는 상기 2군렌즈기어(161)의 회전에 의해 상기 2군렌즈 기구물(152)이 움직일 수 있게 상기 2군렌즈기어(161)와 결합되는 2군렌즈 고정나사(1521)가 형성되며,
상기 3군렌즈 기구물(153)에는 상기 3군렌즈기어(162)의 회전에 의해 상기 3군렌즈 기구물(153)이 움직일 수 있게 상기 3군렌즈기어(162)와 결합되는 3군렌즈 고정나사(1531)가 형성되고,
상기 대물렌즈 기구물(151)에는 상기 2군렌즈기어(161)에 결합된 2군렌즈 고정나사(1521)가 상기 2군렌즈기어(161) 회전 시 외주를 따라 경사지게 형성된 홀 내에서 움직일 수 있도록 하는 2군렌즈 회전캠(1511)과;
상기 3군렌즈기어(162)에 결합된 3군렌즈 고정나사(1531)가 상기 3군렌즈기어(162) 회전 시 외주를 따라 경사지게 형성된 홀 내에서 움직일 수 있도록 하는 3군렌즈 회전캠(1512)이 형성되는 구조인 것을 특징으로 하는 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템
제 2항에 있어서,
상기 2군렌즈기어(161)에는 상기 2군렌즈서보모터(21)의 회전에 의해 상기 2군렌즈기어(161)가 회전될 때 상기 2군렌즈 고정나사(1521)가 2군렌즈 회전캠(1511)을 따라 같이 움직일 수 있도록 상기 2군렌즈 고정나사(1521)의 머리가 삽입되어 움직이는 고정나사머리삽입홈(1611)이 형성되며,
상기 3군렌즈기어(162)에는 상기 3군렌즈서보모터(22)의 회전에 의해 상기 3군렌즈기어(162)가 회전될 때 상기 3군렌즈 고정나사(1531)가 3군렌즈 회전캠(1512)을 따라 같이 움직일 수 있도록 상기 3군렌즈 고정나사(1531)의 머리가 삽입되어 움직이는 고정나사머리삽입홈(1621)이 형성되고,
상기 대물렌즈 기구물(151)에는 상기 1군렌즈(11)를 설치하는 1군렌즈 설치부(1513)와, 상기 2군렌즈(12)를 설치하는 2군렌즈 설치부(1514)와, 상기 3군렌즈(13)를 설치하는 3군렌즈 설치부(1515) 및 상기 4군렌즈(14)를 설치하는 4군렌즈 설치부(1516)가 형성되며,
상기 1군렌즈 설치부(1513)에는 상기 1군렌즈(11)가 하부로 내려가지 않게 하는 1군렌즈 설치턱(15131)과, 상기 1군렌즈(11)를 설치 후 렌즈가 움직이지 않게 고정하는 1군렌즈고정링(15132)이 형성되고,
상기 4군렌즈 설치부(1516)에는 상기 4군렌즈(14)가 상부로 올라가지 않게 하는 4군렌즈 걸림턱(15161)과, 상기 4군렌즈(14)를 설치 후 렌즈가 하부로 내려가지 않게 고정하는 4군렌즈고정링(15162)이 형성되며,
상기 2군렌즈 설치부(1514)와 3군렌즈 설치부(1515)는 상기 2군렌즈 기구물(152)과 3군렌즈 기구물(153)이 유격없이 상하로 슬라이딩 할 수 있게 가공되고,
상기 2군렌즈 기구물(152)에는 상기 2군렌즈(12)가 상부로 올라가지 않게 하는 2군렌즈걸림턱(1522)과, 상기 2군렌즈(12)를 설치 후 렌즈가 하부로 내려가지 않게 고정하는 2군렌즈고정링(1523)과, 상기 2군렌즈 고정나사(1521)가 결합되는 2군렌즈고정나사 결합구(1524)가 형성되며,
상기 3군렌즈 기구물(153)에는 상기 상부 3군렌즈(131)가 하부로 내려가지 않게 하는 상부 3군렌즈설치턱(1532)과, 상기 상부 3군렌즈(131)를 설치 후 렌즈가 움직이지 않게 고정하는 상부 3군렌즈고정링(1533)과, 상기 하부 3군렌즈(132)가 상부로 올라가지 않게 하는 하부 3군렌즈걸림턱(1534)과, 상기 하부 3군렌즈(132)를 설치 후 렌즈가 하부로 내려가지 않게 고정하는 하부 3군렌즈고정링(1535)과, 상기 3군렌즈 고정나사(1531)가 결합되는 3군렌즈고정나사 결합구(1536)가 형성되는 구조인 것을 특징으로 하는 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템
제 2항에 있어서,
상기 광학계(A)는 대물렌즈 역할을 하는 상기 자동초점 시스템(B)에 의해서 십자선 위에 생긴 상을 확대하여 보는 튜브렌즈부(A1)와;
상기 튜브렌즈부(A1)와 자동초점 시스템(B) 사이에 부가되어 물체에 조명을 조사해주는 조명장치부(A2)와;
상기 튜브렌즈부(A1), 조명장치부(A2) 및 자동초점 시스템(B)이 설치되는 광학계 브래킷(A3)이 부가되며,
상기 조명장치부(A2)는 빛을 공급하기 위하여 빛을 조사하는 LED 광원부(A21)와;
상기 LED 광원부(A21)에서 조사된 빛을 작은 입체각 내에 모아지게 집광하며, 하부에 결상시키는 집광렌즈부(A22)와;
상기 집광렌즈부(A22)를 통과한 빛의 인텐시티 프로파일(Intensity Profile)을 평활하게 만들어 주는 조명균일화 필터부(A23)와;
상기 집광렌즈부(A22)에서 집광된 빛이 결상되며, 시야 주변 부분을 조정하여 반사된 빛과 불필요한 빛들이 들어오는 것을 막아 주어 플레어(Flare)를 효율적으로 제거하기 위한 시야조리개부(A24)와;
상기 시야조리개부(A24)의 시야조리개(A241)가 초점거리에 위치하며, 상기 시야조리개((A241)에 결상된 상에서 나온 빛이 평형광선이 되게 하여 상기 광학계의 물체(시료) 전면을 비추어 줄 수 있게 하는 콘덴서렌즈부(A25)와;
상기 광학계(A)의 자동초점 시스템(B)과 튜브렌즈부(A1)가 동축 조명으로 사용할 수 있게 광축이 같도록 하기 위하여, 상기 콘덴서렌즈부(A25)에서 나온 평행광선을 반사시켜 평형광선의 방향을 90도 꺽어주는 미러부(A26)와;
상기 미러부(A26)에서 상기 광학계(A) 내부로 입사된 조명을 상기 자동초점 시스템(B)으로 꺽어주며, 투과율과 반사율을 50 대 50으로 분할해주는 빔 분할기(A27)로 구성되는 것을 특징으로 하는 줌 대물렌즈를 이용한 자동초점 시스템