KR100192046B1 - 고체찰상소자용 소형 카메라 렌즈 - Google Patents

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KR100192046B1 KR1019950001169A KR19950001169A KR100192046B1 KR 100192046 B1 KR100192046 B1 KR 100192046B1 KR 1019950001169 A KR1019950001169 A KR 1019950001169A KR 19950001169 A KR19950001169 A KR 19950001169A KR 100192046 B1 KR100192046 B1 KR 100192046B1
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Abstract

본 발명은, 예를들어 폐쇄회로 감시카메라나 또는 비디오폰등에 사용되는 고체촬상소자(CCD:Charged Coupled Device)용 소형 카메라렌즈에 관한 것으로, 특히 렌즈의 구정 매수를 줄여 제품의 소형화 및 경량화를 이루고, 해상력에 관계하는 변조전달함수의 값을 좋게하여 근거리에서부터 원리기(무한대)까지 동시에 선명한 영상을 얻으며, 흑백 및 칼라 카메라에 겸하여 사용할 수 있도록 한 것으로써, 이와 같은 본 발명은 물체측으로부터 차례로, 물체측에 볼록면을 갖는 음의 메니스커스형 제1군 렌즈, 물체측과 상(像)측에 볼록면을 갖는 양의 콘벡스형 제2군 렌즈, 물체측과 상(像)측에 볼록면을 갖는 양의 콘벡스형 제3군 렌즈, 상(像)측에 볼록면을 갖는 음이 메니스커스형 제4군 렌즈가 고정 설치되고, 상기 제1군 렌즈와 제2군 렌즈 사이에 조리개가 설치되며, 상기 제3군 렌즈와 제4군 렌즈는 서로 맞닿아 밀착되도록 설치되어 구성된다.

Description

고체 촬영 소자용 소형 카메라 렌즈
제1도는 본 발명에 의한 고체 촬상 소자영 소형 카메라 렌즈의 구성을 도시한 단면도.
제2도 내지 제4도는 본 발명의 제1,제2, 제3 실시예에 따른 렌즈의 광학적 수차를 도식화한 수차도로서,
각 도면의 (a)는 메리디오날(merididnal) 평면 내의 코마 수차(comatic aberration).
(b)는 서지탈(sagittali) 평면내의 코마 수차.
(c)는 구면(spherical) 수차.
(d)는 상면 만곡(curvature of filed)과 비점(astigmatism) 수차, 및
(e)는 왜곡(disortion) 수차를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1~4 : 제1 내지 제4렌즈 5 : 조리개
R1~R8 : 렌즈의 면 번호
본 발명은 에를 들어 폐쇄회로 감시 카메라 또는 비디오폰용 카메라 등에 사용되는 고체 촬상 소자(CCD, Charge Coupled Device)용 소형 카메라 렌즈에 관한 것이고, 보다 상세하게는 대략 20㎝의 근거리로부터 원거리(∞)까지 동시에 대략 78°의 넓은 화각으로 물체의 상(像)을 결상(結像)할 수 있을 뿐 아니라, 흑백 및 칼라 겸용 고체 촬상 소자용 소형 카메라 렌즈에 관한 것이다.
일반적으로, 폐쇄회로 감시 카메라 또는 비디오폰용 카레라는 감시 카메라로서, 근거리로부터 무한대에 가까운 원거리에 위치하는 물체를 촬영하여, 촬영된 물체의 영상을 모니터에 제공함으로써, 관측자가 촬영된 물체를 확실하게 확인할 수 있어야만 된다.
그러나, 종래의 폐쇄회로(CCTV)용 카메라 또는 비디오폰 카메라 또는 비디오폰 카메라에 사용되는 초점 심도가 낮아 근거리로부터 원거리까지 동시에 선명한 영상을 얻지 못하여, 거리에 따라서 초점 조절을 해야 하는 불편함이 있었다.
또한, 종래에는 흑백 및 칼라 전용의 렌즈가 별도로 각각 구성될 뿐만 아니라 조립되는 부품의 수가 많아서 구조가 복잡하여 조립 공정이 많게 되고 조립 공정이 복잡하게 되어, 부품의 조립에 높은 임금의 숙련공을 필요로 함으로써, 제조 비용이 상승되는 문제가 있었다.
최근에 전자 기술의 발전에 따른 광 센서의 소형화, 경량화 및 반영구화되는 기술 추세에 따라서, 상기된 바와 같이, 초점의 심도가 낮고 구조가 복잡하여 소형화 및 경량화에 적합하지 않으며 또한 흑백 및 칼라 전용의 렌즈로 구별되는 1종래의 카메라 렌즈는 점차 사양화되는 실정에 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 광 센서의 소형화, 경량화 및 반영구화되는 기술 추세에 따른 소형화 및 경량화에 적합하며, 근거리에서 원거리까지 동시에 선명한 영상을 제공할 수 있을 뿐 아니라 흑백 및 칼라 카메라 모두에 사용될 수 있는 고체 촬상 소자용 소형 카메라 렌즈를 제공하는 데 있다.
상기된 바와 같은 목적은, 물체측으로부터 차례로, 물체측에 볼록면을 가지는 음의 메니스커스형 제1렌즈, 물체측과 상측에 볼록면을 가지는 양의 콘벡스형 제2렌즈, 물체측과 상측에 볼록면을 가지는 양의 콘벡스형 제3렌즈, 제3렌즈의 상측의 볼록면에 맞닿는 물체측의 오목면을 가지는 음의 메니스커스형 제4렌즈, 제1렌즈와 상기 제2렌즈 사이에 위치되는 조리개를 포함하는 렌즈계와;
밝기(F)가 1.8~2.5, 최대 입사 반각(W)이 39°~46.3°일 때, Σd 4.5f 및 │R7│ │R6│의 조건을 만족시키며, 상기에서, Σd는 제1군 렌즈의 물체측 렌즈면의 정점으로부터 제4렌즈의 상측 렌즈면의 정점까지의 거리, f는 전체 렌즈계의 초점 거리(㎜), R6은 제3렌즈의 상측의 볼록면의 곡률 반경, R7은 제4렌즈의 물체측의 오목면의 곡률 반경인 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 고체 촬상 소자용 소형 카메라 렌즈에 의하여 달성될 수 있다.
상기에서, 전체 렌즈계의 초점(f)는 제1렌즈의 상측 렌즈면과 조리개 사이의 거리를 d2(㎜)라 할 때, 0.4│f/d2│0.6의 범위에 놓인다.
또한, 상기에서, 전체 렌즈계의 초점 거리(f)는 제1렌즈의 초점 거리를 f1(㎜), 제2렌즈의 초점 거리를 f2(㎜), 제3렌즈의 초점 거리를 f3(㎜), 제4렌즈의 초점 거리를 f4(㎜)라 할 때, 0.5│f1/f2│1.1 및 0.5│f3/f3│0.8의 범위에 놓인다.
상기에서, 제1 내지 제4렌즈(1~4)는 바람직하게 물체륵 렌즈면과 상측 렌즈면의 곡률 반경(R1~R8)이 초점 거리(f)에 대하여 각각 1.6R15.2f, 0.6fR21.6f, 4.5R36f, 1.8f│R4│3f, 1.6fR52.5f, 1.3f│R6│2f, f│R7│1.8f, 7.5f│R8│170f 의 관계를 가지며, 또한 각 렌즈의 굴절률(n1~n4)과 분산 계수(v1~v4)는│n1-n2│0.058, │n3-n4│0.13366, │v1-v2│4.7, 및 │v3-v4│30.1의 관계를 가진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
제1도는 본 발명에 의한 고체 촬상 소자용 소형 카메라 렌즈의 구성을 도시한 단면도이다. 제1도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 따른 고체 촬상 소자용 소형 카메라 렌즈는 물체측에 볼록면을 가지는 음의 메니스커스형 제1렌즈(1), 물체측과 상측에 볼록면을 가지는 양의 콘벡스형 제2렌즈(2), 물체측과 상측에 볼록면을 가지는 양의 콘벡스형 제3렌즈(3), 제3렌즈(3)의 상측의 볼록면에 맞닿는 물체측의 오목면을 가지는 음의 메니커스형 제4렌즈(4)가 물체측으로부터 차례로 배열되어 있다. 또한, 제1도에 도시된 바와 같이 조리개(5)가 제1렌즈(1)와 제2렌즈(2) 사이에 위치되어, 렌즈(1~4)들과 함께 렌즈계를 구성한다.
렌즈계는 상기된 바와 같이 4군 4매의 렌즈로 구성되며, 제3렌즈(3)의 상측 렌즈면과 맞닿아 있는 제4렌즈(4)의 물체측 렌즈면의 곡률 반경(R7)이 제3렌즈(3)의 상측 렌즈면의 곡률 반경(R6)과 서로 다르기 때문에, 즉, │R7││R6│의 관계를 가지기 때문에, 별도의 간격링(스페이서)없이 제3렌즈(3)와 제4렌즈(4) 상이에 렌즈 간격 (d7)이 유지된다.
상기된 바와 같은 본 발명에 따른 고체 촬상 소자용 소형 카메라 렌즈는 밝기(F)가 1.8~2.5, 최대 입사 반각(W)이 39°~46.3°일 때, 렌즈계의 초점 거리(f 조리개(5)와 센서(6) 사이의 거리)가 제1렌즈(1)의 물체측 렌즈면의 정점으로부터 제4렌(4)의 상측 렌즈면의 정점까지의 거리(Σd)와 Σd4.5f의 관계를 가진다.
또한, 전체 렌즈계의 초점 거리(f)는 제1렌즈(1)의 상측 렌즈면과 조리개(5) 사이의 거리를 d2(mm)라 할 때, 0.4|f/d2|0.6의 범위에 놓인다.
바람직하게, 전체 렌즈계의 초점 거리(f)는 제1렌즈(1)의 초점 거리를 f1(㎜), 제2렌즈(2)의 초점 거리를 f2(㎜), 제3렌즈(3)의 초점 거리를 f3(㎜), 제4렌즈(4)의 초점 거리를 f4(㎜)라 할 때, 0.5│f1/f2│1.1 및 0.5│f3/f4│0.8의 범위에 놓인다.
또한, 제1 내지 제4렌즈(1~4)는 물체측 렌즈면과 상측 렌즈면의 곡률 반경(R1~R8)이 초점 거리(f)에 대하여 각각 1.6R15.2f, 0.6fR21.6f, 4.5R36f, 1.8f│R4│3f, 1.6fR52.5f, 1.3f│R6│2f, f│R7│1.8f, 7.5f│R8│170f의 관계를 가지며, 각 렌즈의 굴절률(n1~n4)과 분산 계수(v1~v4)는 │n1-n2│0.058, │n3-n4│0.13366, │v1-v2│4.7, 및 │v3-v4│30.1의 관계를 가진다.
제1 내지 제4렌즈(1~4)들이 상기된 바와 같은 조건들중 어느 하나라도 벗어나는 경우에 광학계의 구면수차와 왜곡수차가 증가되어, 카메라 렌즈로서 요구되는 성능을 만족하지 못하게 한다.
이에 대한 실시예로서, 상기 조건에 따른 광학계의 다수의 데이터와 함께 제2도 내지 제4도에 각 실시예에 대한 수차도가 도시되어 있다.
[제1실시예]
이 실시예에서는 f=100, F=2.0으로 하고, 렌즈계의 표 1에 기재된 수치를 가지며, 이 실시예에 대한 수차도가 제2도에 도시되어 있다.
상기에서, 제1실시예의 광학계의 광학계는 f가 100일 때, Σd=419.668㎜이므로, Σd4.5f의 조건을 충족시키며, 또한 R6=-160.5이고 R7=-147.2222이므로, 또한 │R7││R6│의 조건을 충족시킨다.
또한, 초점 거리(f)와 제1렌즈(1)와 조리개(5)의 축간 거리(d2)의 관계에서, d2가 200.3611이므로, 0.4│f/d2│0.6의 범위에 놓인다.
바람직하게, 전체 렌즈계의 각 렌즈(1~4)의 초점 거리(f1~f4)는 f1=-200.5851, f2=266.9297, f3=138.2011 및 f4=-172.2319이므로, 0.5│f1/f2│1.1 및 0.5│f3/f4│0.6의 범위에 놓인다.
또한, 제1 내지 제4렌즈(1~4)는 물체측 렌즈면과 상측 렌즈면의 곡률 반경(R1~R8)이 초점 거리(f)에 대하여 R1=4.305556f, R2=0.824444f, R3=5.5505556f, R4=-2.2f, R5=2.111111f, R6=-1.605f, R7=-1.472222f 및 R8=161.180556f이므로, 상기된 1.6fR15.2f, 0.6fR21.6f, 4.5fR36f, 1.8f│R4│3f, 1.6fR52.5f, 1.3f│R6│2f, f│R7│1.8f, 7.5f│R8│170f의 조건을 각각 충족시키며, 각 렌즈의 굴절률(n1~n4)과 분산 계수(v1~v4) 또한 표 1에서 알수 있는 바와 같이│n1-n2│0.058, │n3-n4│0.13366, │v1-v2│4.7, 및 │v3-v4│30.1의 관계를 충족시킨다.
상기에서, 축간 거리(d1~d8)은 해당면에서부터 다음면까지 광축상(제1도에서 중심선)에서의 거리를 나타내며, n 및 v는 각각 해당 렌즈면의 다음 공간의 굴절률 및 분산 계수를 나타낸다.
[제2실시예]
이 실시예 또한 상기된 제1실시예와 같이 f=100, F=2.0으로 하고, 렌즈계의 표 2에 기재된 수치를 가지며, 이 실시예에 대한 수차도가 제3도에 도시되어 있다.
상기에서, 제2실시예의 광학계는 f가 100일 때, Σd=383.2㎜이므로, Σd4.5f 의 조건을 충족시키며, 또한 R6=-144.45이고 R7=-132.5이므로, 또한 │R7││R6│의 조건을 충족시킨다.
또한, 초점 거리(f)와 제1렌즈(1)와 조리개(5)의 축간 거리(d2)의 관계에서, d2가 167.825이므로, 0.4│f/d2│0.6의 범위에 놓인다.
이 실시예 또한 전체 렌즈계의 각 렌즈(1~4)의 초점 거리(f1~f4)는 f1=-174.3925, f2=204.2367, f3=126.3403 및 f4=-155.0087이므로, 0.5│f1/f2│1.1 및 0.5│f3/f4│0.8의 범위에 놓인다.
또한, 제1 내지 제4렌즈(1~4)는 물체측 렌즈면과 상측 렌즈면의 곡률 반경(R1~R8)이 초점 거리(f)에 대하여 R1=2.385f, R2=0.742f, R3=4.955f, R4=-1.98f, R5=2.014f, R6=-1.4445f 및 R8=145.0625f이므로, 상기된 1.6fR15.2f, 0.6fR21.6f, 4.5fR36f, 1.8f│R4│3f, 1.6fR52.5f, 1.3f│R6│2f, f│R7│1.8f, 7.5f│R8│170f의 조건을 각각 충족시키며, 각 렌즈이 굴절률(n1~n4)과 분산 계수(v1~v4) 또한 표 2에서 알 수 있는 바와 같이 │n1-n2│0.058, │n3-n4│e0.13366, │v1-v2│4.7, 및 │v3-v4│30.1의 관계를 충족시킨다.
[제3실시예]
이 실시예 또한 상기된 제1실시예와 같이 f=100, F=2.0으로 하고, 렌즈계의 표 3에 기재된 수치를 가지며, 이 실시예에 대한 수차도가 제3도에 도시되어 있다.
상기에서, 제2실시예의 광학계는 f가 100일 때, Σd=359.1256㎜이므로, Σd4.5f의 조건을 충족시키며, 또한 R6=-134.372이고 R7=-123.256이므로, 또한 │R6││R7│의 조건을 충족시킨다.
또한, 초점 거리(f)와 제1렌즈(1)와 조리개(5)의 축간 거리(d2)의 관계에서, d2가 149.145이므로, 0.4│f/d2│0.6의 범위에 놓인다.
이 실시예 또한 전체 렌즈계의 각 렌즈(1~4)의 초점 거리(f1~f4)는 f1=-162.2145, f2=189.9876, f3=120.7539 및 f4=-144.1944이므로, 0.5│f1/f2│1.1 및 0.5│f3/f4│0.8의 범위에 놓인다.
또한, 제1 내지 제4렌즈(1~4)는 물체측 렌즈면과 상측 렌즈면의 곡률 반경(R1~R8)이 초점 거리(f)에 대하여 R1=2.2186f, R2=0.69023f, R3=4.4093f, R4=-1.84186f, R5=2.0093f, R6=-1.34372f 및 R7=-1.23256f R8=134.94186f이므로, 상기된 1.6fR15.2f, 0.6fR21.6f, 4.5fR36f, 1.8f│R4│3f, 1.6fR52.5f, 1.3f│R6│2f, f│R7│1.8f, 7.5f│R8│170f의 조건을 각각 충족시키며, 각 렌즈의 굴절률(n1~n4)과 분산 계수(v1~v4) 또는 한 표 3에서 알수 있는 바와 같이 │n1-n2│e0.058, │n3-n4│0.13366, │v1-v2│4.7, 및 │v3-v4│30.1의 관계를 충족시킨다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 고체 촬상 소자용 소형 카메라 렌즈는 제1렌즈와 제2렌즈 사이에 조리개가 배치되고, 조리개 뒤에 위치된 제3렌즈와 제4렌즈가 맞닿는 렌즈면의 곡률 반경의 차이로 인하여, 간격링의 사용없이 두 렌즈 사이에 일정한 간격이 유지되는 4군 4매의 렌즈 구성으로 됨으로써, 구조가 간단하게 될 수 있을 뿐만 아니라 광축상에서의 제반 수차가 적게 나타나므로, 소형화 및 고성능화를 달성할 수 있으며, 특히 F/1.8~2.5로서 일반적인 1/3의 CCD 광센서에서 최대 입사각이 78°이상이 되어 기본 성능(해상력)인 변조 전달 함수(MTF, Modulation Transfer Function)의 값이 양호하게 되어 근거리에서 원거리까지 동시에 선명한 영상을 얻을 수 있기 때문에, 흑백 및 칼라겸용 고체 촬상 소자용 카메라에 실용성이 큰 효과를 가진다.

Claims (4)

  1. 물체측으로부터 차례로, 물체륵에 볼록면을 가지는 음의 메니스커스형 제1렌즈, 물체측과 상측에 볼록면을 가지는 양의 콘벡스형 제2렌즈, 물체측과 상측에 볼록면을 가지는 양의 콘벡스형 제3렌즈, 제3렌즈의 상측이 볼록면에 맞닿는 물체측의 오목면을 가지는 음의 메니스커스형 제4렌즈, 제1렌즈와 상기 제2렌즈 사이에 위치되는 조리개를 포함하는 렌즈계와; 밝기(F)가 1.8~2.5, 최대 입사 반각(W)이 39°~46.3°일 때 Σd4.5f 및 │R7││R6│의 조건을 만족시키며, 상기에서, Σd는 제1군 렌즈의 물체측 렌즈면의 정점으로부터 제4렌즈의 상측 렌즈면의 정점까지의 거리, f는 전체 렌즈계의 초점 거리(㎜), R6은 제3렌즈의 상측의 볼록면의 곡률 반경, R7은 제4렌즈의 물체측의 오목면의 곡률 반경인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자용 소형 카메라 렌즈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전체 렌즈계의 초점 거리(f)는 제1렌즈의 상측 렌즈면과 조리개 사이의 거리를 d2(㎜)라 할 때, 0.4│f/d2│0.6의 범위에 놓이는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자용 소형 카메라 렌즈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전체 렌즈례의 초점 거리(f)는 제1렌즈의 초점 거리를 f1(㎜), 제2렌즈의 초점 거리를 f2(㎜), 제3렌즈의 초점 거리를 f3(㎜), 제4렌즈의 초점 거리를 f4(㎜)라 할 때, 0.5│f1/f2│1.1 및 0.5│f3/f4│0.8의 범위에 놓이는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자용 소형 카메라 렌즈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제4렌즈(1~4)는 물체측 렌즈면과 상측 렌즈면의 곡률 반경(R1~R8)이 초점 거리(f)에 대하여 각각 1.6fR15.2f, 0.6fR21.6f, 4.5fR36f, 1.8f│R4│3f, 1.6fR52.5f, 1.3f│R6│2f, f│R7│1.8f, 7.5f│R8│170f의 관계를 가지며, 또한 각 렌즈의 굴절률(n1~n4)과 분산 계수(v1~v4)는 │n1-n2│0.058, │n3-n4│0.13366, │v1-v2│4.7, 및 │v3-v4│30.1의 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자용 소형 카메라 렌즈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100845874B1 (ko) * 2006-05-18 2008-07-14 박청원 감시카메라용 광학계

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