KR100408018B1 - System of miniature lens for charge coupled device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 물체측으로 볼록하게 이루어진 메니스커스형 렌즈면으로 구성된 제1렌즈부와, 구경조리개와 물체측으로 오목하게 이루어진 렌즈면으로 구성된 제2렌즈부와, 상기 제1렌즈부와 제2렌즈부 사이에 조리개를 배치하여 형성함으로써, 조리개로 인한 렌즈의 대칭구조에 의해 왜곡수차가 잘 보정되게 하고, 촬상소자용 렌즈계를 이루는 전장의 길이를 줄여주어 전체적으로 소형화하게 하며, 생산비용의 절감으로 전체적인 제품의 가격을 저렴하게 하여 상기 제품에 대한 생산성과 경제성을 향상시키게 하고, 이를 사용하는 사용상의 신뢰도 및 만족도를 극대화시키는 촬상소자용 소형 렌즈 시스템을 제공하는데 그 특징이 있다.The present invention provides a first lens unit comprising a meniscus lens surface convex toward the object side, a second lens unit consisting of an aperture and a lens surface concave toward the object side, and the first lens unit and the second lens unit. By arranging the diaphragm between them, the distortion aberration is well compensated by the symmetrical structure of the lens due to the diaphragm, and the overall length of the lens system for the image pickup device is reduced, making the overall size smaller, and reducing the production cost. It is a feature to provide a compact lens system for an image pickup device to lower the price of the product to improve the productivity and economics of the product, and to maximize the reliability and satisfaction of use using the same.
Description
본 발명은 촬상소자용 소형 렌즈 시스템에 관한 것으로,The present invention relates to a compact lens system for an imaging device,
좀 더 상세하게는 물체측으로 볼록하게 이루어진 메니스커스형 렌즈면으로 구성된 제1렌즈부와, 구경조리개와 물체측으로 오목하게 이루어진 렌즈면으로 구성된 제2렌즈부와, 상기 제1렌즈부와 제2렌즈부 사이에 조리개를 배치하여 형성함으로써, 조리개로 인한 렌즈의 대칭구조에 의해 왜곡수차가 잘 보정되도록 하고, 촬상소자용 렌즈계를 이루는 전장의 길이를 줄여주어 전체적으로 소형화하도록 하는 동시에 생산비용의 절감으로 전체적인 제품의 가격을 저렴하도록 함으로 인해 상기 제품에 대한 생산성과 경제성을 향상시키도록 하며, 이를 사용하는 사용상의 신뢰도 및 만족도를 극대화하도록 하는 촬상소자용 소형 렌즈 시스템에 관한 것이다.More specifically, a first lens portion comprising a meniscus lens surface convex toward the object side, a second lens portion consisting of an aperture and a lens surface concave toward the object side, the first lens portion and the second By arranging the diaphragm between the lens parts, the distortion aberration is well corrected by the symmetrical structure of the lens due to the diaphragm, and the overall length of the lens system for the image pickup device is reduced, thereby miniaturizing the overall size and reducing the production cost. The present invention relates to a compact lens system for an image pickup device that improves productivity and economy of the product by lowering the price of the entire product, and maximizes reliability and satisfaction in using the product.
일반적으로, 각종 전자 및 디지털 기술의 발달로 인해 영상정보 입력수단인 촬상소자(Charge Coupled Device, 이하 "CCD"라 칭함)를 이용한 CCD 카메라의 보급이 급속히 확산되고 있고, 상기 CCD 카메라에 있어서는 성능이 우수함과 아울러 휴대성이 뛰어난 제품이 시장 경제력을 갖게되는 실정이다.In general, due to the development of various electronic and digital technologies, the spread of CCD cameras using an image pickup device (Charge Coupled Device) (hereinafter referred to as "CCD") which is an image information input means is rapidly spreading. Excellent and portable products have a market economy.
첨부도면 도 1에 도시된 바와 같이, 종래에 실시하고 있는 CCD용 카메라 렌즈계를 나타낸 것으로, 상기 CCD용 렌즈는 음(-)의 굴절률을 갖는 메니스커스 (Meniscus)형의 제1렌즈(2)와, 양(+)의 굴절률을 갖는 제2렌즈(4)와, 양(+)의 굴절률을 갖는 제3렌즈(6)와, 음(-)의 굴절률을 갖는 제4렌즈(8)와, 광빔을 전기적신호로 변환하는 CCD(12)를 구비하여 이루어진다.As shown in FIG. 1, a conventional CCD camera lens system is provided, wherein the CCD lens has a Meniscus-type first lens 2 having a negative refractive index. A second lens 4 having a positive refractive index, a third lens 6 having a positive refractive index, a fourth lens 8 having a negative refractive index, And a CCD 12 for converting the light beam into an electrical signal.
상기 제1렌즈(2)에서 제4렌즈(8)의 재질은 유리로 형성되어 있고, 상기 제1렌즈(2)는 물체측으로부터 넓은 시야각을 확보함과 아울러, 충분한 후초점거리 (Back Focal Length)를 확보하기 위해 물체측으로 볼록하고 음(-)의 굴절률을 갖는 메니스커스형 렌즈를 사용하게 된다.The material of the fourth lens 8 in the first lens 2 is made of glass, and the first lens 2 has a wide viewing angle from the object side and a sufficient back focal length. ), A meniscus-type lens is used which is convex toward the object and has a negative refractive index.
또한, 상기 제2렌즈(4)는 제1렌즈(2)에서 발산되는 광빔을 수렴하기 위해양(+)의 굴절력을 갖는 렌즈를 사용하게 되고, 상기 제1렌즈(2)와 제2렌즈(4) 사이에는 조리개(14)가 설치되어 광량을 조절하게 되며, 상기 제1렌즈(2) 및 제2렌즈 (4)에 의해 발생하는 상면 만곡수차를 보정하기 위해 양(+)의 굴절력을 갖는 제3렌즈(6)와 음(-)의 굴절력을 갖는 제4렌즈(8)를 하나의 쌍(Doublet)으로 구성하게 되고, 광학필터(10)는 필요로하는 가시광선외의 빛을 차단하기 위해 사용되며, CCD (12)는 자신에게 입사되는 광을 전기적신호로 변환하여 화상정보를 형성하게 되는 것이다.In addition, the second lens 4 uses a lens having a positive refractive power in order to converge the light beam emitted from the first lens 2, and the first lens 2 and the second lens ( A diaphragm 14 is installed between the 4 and 4 to adjust the amount of light, and has a positive refractive power to correct image curvature aberration generated by the first lens 2 and the second lens 4. The third lens 6 and the fourth lens 8 having negative (-) refractive power are configured as a pair, and the optical filter 10 is required to block light outside visible light. The CCD 12 converts light incident on itself into an electrical signal to form image information.
그러나, 상기와 같은 구성으로 이루어지는 촬상소자용 렌즈는 수차보정(특히 왜곡수차)을 위해 최소 4매이상의 렌즈를 요구하므로 렌즈의 수가 많아져 전체적인 렌즈계의 전장이 길어지는 문제가 발생하게 되고, 상기의 렌즈는 유리 재질로 이루어져 있어 원가 상승의 요인이 되는 문제가 있는 것이다.그리고, 기 출원되어 공개된 대한민국 공개특허 제1999-85101호(1999. 12. 6)에서 제시된 기술적 구성은 화각(Field of View)이 작을 때는 문제가 되지 않으나, 화각이 증가하게 되면, 즉 외부의 넓은 영역을 결상시킬 때에 왜곡수차 (Disortion)가 증가하기 때문에 상기의 화각을 증가시키는데 한계가 있는 구성으로 이루어져 있고, 특히 구경스탑(Aperture Stop)을 제1렌즈 앞에 두는 구성으로서, 이는 더욱 유효 화각을 작게하는 문제가 있는 것이다.However, the lens for the image pickup device having the above-described configuration requires at least four lenses for aberration correction (especially distortion aberration), so that the number of lenses increases, resulting in a problem that the overall length of the lens system becomes long. Since the lens is made of glass material, there is a problem of a cost increase. And, the technical configuration proposed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 1999-85101 (1999. 12. 6), which has been previously filed and disclosed, is a field of view. It is not a problem when) is small, but when the angle of view is increased, that is, when the large area of the outside is imaged, the distortion aberration (Disortion) is increased, so it is composed of a configuration that has a limit to increase the angle of view, especially the aperture stop. (Aperture Stop) is placed in front of the first lens, which causes a problem of further reducing the effective angle of view.
따라서, 상기에서 실시하는 촬상소자용 렌즈의 구조적 형상은 어느 정도 생산성 및 경제성에 한계가 있는 동시에 효율성이 저하되어 이를 사용하는 사용자에 대한 사용상의 신뢰도 및 만족도가 극소화되는 문제가 항상 있는 것이다.Therefore, the structural shape of the lens for the image pickup device to be carried out as described above is limited to some degree of productivity and economical efficiency, the efficiency is lowered, there is always a problem that the reliability and satisfaction on the use of the user is minimized.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점들을 해결하고자 안출된 것으로 다음과 같은 목적을 갖는다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems and has the following object.
본 발명은 물체측으로 볼록하게 이루어진 메니스커스형 렌즈면으로 구성된 제1렌즈부와, 구경조리개와 물체측으로 오목하게 이루어진 렌즈면으로 구성된 제2렌즈부와, 상기 제1렌즈부와 제2렌즈부 사이에 조리개를 배치하여 형성함으로써,조리개로 인한 렌즈의 대칭구조에 의해 왜곡수차가 잘 보정되게 하고, 촬상소자용 렌즈계를 이루는 전장의 길이를 줄여주어 전체적으로 소형화하게 하며, 생산비용의 절감으로 전체적인 제품의 가격을 저렴하게 하여 상기 제품에 대한 생산성과 경제성을 향상시키게 하고, 이를 사용하는 사용상의 신뢰도 및 만족도를 극대화시키는 촬상소자용 소형 렌즈 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a first lens unit comprising a meniscus lens surface convex toward the object side, a second lens unit consisting of an aperture and a lens surface concave toward the object side, and the first lens unit and the second lens unit. By arranging the diaphragm between them, the distortion aberration is well corrected by the symmetrical structure of the lens caused by the aperture, and the overall length of the lens system for the image pickup device is reduced, so that the overall size is reduced. It is an object of the present invention to provide a compact lens system for an image pickup device that can reduce the price of the product and improve productivity and economics of the product, and maximize the reliability and satisfaction of using the product.
도 1은 종래에 실시하고 있는 촬상소자용 카메라 렌즈계를 보여주는 구성도,1 is a configuration diagram showing a conventional camera lens system for an image pickup device;
도 2는 본 발명을 설명하기 위해 보여주는 구성도,2 is a block diagram showing for explaining the present invention,
도 3은 본 발명을 실시하여 나타낸 왜곡수차 그래프.Figure 3 is a graph of distortion aberration showing the practice of the present invention.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞<Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
21 : 제1렌즈부21: first lens unit
22 : 조리개22: aperture
23 : 제2렌즈부23: second lens unit
24 : 광학필터24: optical filter
25 : 촬상소자(CCD)25: imaging device (CCD)
이하, 상기한 본 발명에 대한 목적을 실시하기 위한 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment for carrying out the object of the present invention will be described in detail.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 제품을 생산하는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라 질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, the terms to be described below are terms set in consideration of functions in the present invention, which may vary depending on the intentions or customs of the producers producing the products, and the definitions should be made based on the contents throughout the specification.
첨부도면 도 2는 본 발명을 설명하기 위해 보여주는 구성도를 나타낸 것이다.2 is a block diagram showing the present invention for explaining the present invention.
즉, 본 발명은 물체를 향하는 입사면이 볼록한 메니스커스형인 제1렌즈부 (21)와, 상기 제1렌즈부(21)로부터 광빔이 입사되며 상기 물체측으로 오목한 메니스커스형인 제2렌즈부(23)와, 상기 제1렌즈부(21)와 제2렌즈부(23) 사이에 광량을 조절하기 위해 형성된 조리개(22)와, 상기 제1렌즈부(21)와의 결상면 사이에 광학필터(24)가 구비되어 이루어지고, 상기 제1렌즈부(21) 및 제2렌즈부(23)는 플라스틱 재질로 이루어지는 비구면 형상으로 구성되어 이루어지는 것이다.That is, according to the present invention, the first lens unit 21 having a meniscus type in which an incident surface facing the object is convex, and the second lens unit having a meniscus type in which a light beam is incident from the first lens unit 21 and concave toward the object side are provided. And an optical filter between the aperture 22 formed to adjust the amount of light between the first lens unit 21 and the second lens unit 23, and the image plane of the first lens unit 21. 24 is provided, and the first lens portion 21 and the second lens portion 23 are formed in an aspherical shape made of a plastic material.
또한, 상기 제1렌즈부(21)의 전면 곡률반경(S1)은 렌즈의 초점거리(f')와의 관계에서 0.1보다 크고 0.5보다 작게(0.1f'＜S1＜0.5f') 형성되고, 상기 제1렌즈부 (21)의 후면 곡률반경(S2)은 렌즈의 초점거리(f')와의 관계에서 0.1보다 크고 0.5보다 작게(0.1f'＜S2＜0.5f') 형성되며, 상기 제2렌즈부(23)의 전면 곡률반경(S3)은 렌즈의 초점거리(f')와의 관계에서 -1.0보다 크고 -0.2보다 작게(-1.0f'＜S3＜-0.2f') 형성되고, 상기 제2렌즈부(23)의 후면 곡률반경(S4)은 렌즈의 초점거리(f')와의 관계에서 -0.5보다 크고 -0.1보다 작게(-0.5f'＜S4＜-0.1f') 형성되어 이루어진다.Further, the front curvature radius S 1 of the first lens unit 21 is greater than 0.1 and less than 0.5 (0.1f '<S 1 <0.5f') in relation to the focal length f 'of the lens. The rear curvature radius S 2 of the first lens unit 21 is greater than 0.1 and less than 0.5 (0.1f '<S 2 <0.5f') in relation to the focal length f 'of the lens. The front curvature radius S 3 of the second lens unit 23 is greater than -1.0 and less than -0.2 in relation to the focal length f 'of the lens (-1.0f'<S 3 <-0.2f '). And the rear curvature radius S 4 of the second lens unit 23 is greater than -0.5 and less than -0.1 in relation to the focal length f 'of the lens (-0.5f'<S 4 <-0.1). f ') is formed.
한편, 본 발명은 상기의 구성으로 이루어진 렌즈 시스템에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.On the other hand, the present invention can be variously modified and take various forms in the lens system consisting of the above configuration.
하지만, 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood, however, that the present invention is not limited to the specific forms referred to in the above description, but rather includes all modifications, equivalents and substitutions within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It should be understood to do.
상기의 본 발명으로 이루어지는 상기 제1렌즈부(21)는 물체측으로 볼록한 메니스커스형 렌즈면들(S1,S2; 곡률반경)로 구성되고, 상기 조리개(22)는 광량을 조절하기 위해 상기 제1렌즈부(21)와 제2렌즈부 사이에 위치하게 되며, 상기 제2렌즈부 (23)는 물체측으로 오목한 렌즈면들(S3,S4; 곡률반경)로 구성되고, 상기 광학필터 (24)는 필요로하는 이외의 파장 빛을 차단하기 위해 상기 제2렌즈부(23) 후단에 설치되며, 상기 광학필터(24)에 통과된 광빔을 전기적신호로 변환시키는 CCD(25)가 구비되어 이루어지는 것이다.The first lens unit 21 according to the present invention is composed of meniscus lens surfaces (S 1 , S 2 ; curvature radius) convex toward the object side, and the aperture 22 is configured to adjust the amount of light. The second lens unit 23 is positioned between the first lens unit 21 and the second lens unit, and the second lens unit 23 is formed of lens surfaces concave toward the object side (S 3 , S 4 ; radius of curvature), and the optical The filter 24 is installed at the rear end of the second lens unit 23 to block light of wavelengths other than that required, and the CCD 25 converts the light beams passed through the optical filter 24 into electrical signals. It is provided.
상기 제1렌즈부(21)는 물체측으로 볼록한 메니스커스형의 양면에 비구면을 형성시킨 플라스틱 재질을 사용하고, 상기 제2렌즈부(23)는 물체측으로 오목한 메니스커스형의 렌즈면에 비구면을 형성시켜 상기 제1렌즈부(21)와 조합되어 수차(특히 왜곡수차)를 보정하는 역활을 수행하게 되며, 상기 제2렌즈부(23) 또한 플라스틱 재질로 이루어진다.The first lens unit 21 is formed of a plastic material having an aspherical surface formed on both sides of the meniscus type convex toward the object side, and the second lens unit 23 is an aspherical surface on the meniscus type lens surface concave toward the object side. The first lens unit 21 is combined with the first lens unit 21 to correct the aberration (particularly the distortion aberration), and the second lens unit 23 is also made of a plastic material.
이는, 상기 제1렌즈부(21)와 제2렌즈부(23)가 상기 조리개(22)를 중심으로 거의 대칭되는 구조로 이루어져 있어 상기 CCD(25) 면의 왜곡수차를 극소화시킬 수가 있는 것이다.그리고, 상기 CCD(25)의 면(스크린)에 결상되는 화각이 상당히 큼을 확연히 알 수가 있는 것으로, 이는 어느 정도의 대칭 구성을 갖는 구조{스탑(조래개)을 중심의 바깥쪽으로 볼록한 구조}로서 비교적 큰 범위의 화각을 확보하더라도 왜곡수차는 별로 증가하지 않게 되어 상기의 화각을 크게 이룰 수가 있는 것이다.This is because the first lens unit 21 and the second lens unit 23 have a structure that is substantially symmetric about the diaphragm 22 to minimize the distortion aberration of the surface of the CCD 25. And it is clear that the angle of view formed on the surface (screen) of the CCD 25 is quite large, which is relatively a structure having a certain symmetrical structure (a structure in which a stop (seashell) is convex outward from the center). Even if a large range of field of view is secured, the distortion aberration does not increase so much that the above view angle can be achieved.
또한, 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명을 실시하여 나타낸 결과의 그래프로서, 입사각 ±27˚에 대해서 왜곡수차는 1.5% 이내에 잘 제어되고 있음을 알 수가 있고, 이와 같은 렌즈계에서는 아주 우수한 결과로 나타난 것이며, 상기 제1렌즈부(21)와 제2렌즈부(23)의 비구면 계수는 구면수차, 코마, 비점수차 및 상면만곡을 제어하기 위해 사용된다.In addition, as shown in Fig. 3, as a graph of the results of the present invention, it can be seen that the distortion aberration is well controlled within 1.5% for an incident angle of ± 27 °, which is very excellent in such a lens system. As a result, the aspherical coefficients of the first lens unit 21 and the second lens unit 23 are used to control spherical aberration, coma, astigmatism, and image curvature.
상기 제1렌즈부(21)와 제2렌즈부(23)는 비구면 렌즈로 형성되어 있는데, 상기 비구면 렌즈에 대한 비구면 방정식은 하기의 수학식1과같이 나타나게 된다.The first lens unit 21 and the second lens unit 23 are formed of aspherical lenses, and the aspherical equation for the aspherical lens is expressed as Equation 1 below.
상기의 수학식 1에서 X는 광축상으로부터 높이(r)에서의 비구면에 대한 세그 (Sag)값이고, C는 광축으로부터의 렌즈면의 곡률이며, K는 코닉(Conic)상수를 의미하고, A4, A6, A8및 A10은 비구면 계수인 것이다.In Equation 1, X is a Seg value for an aspherical surface at a height r from an optical axis, C is a curvature of the lens surface from an optical axis, and K is a Conic constant, A 4 , A 6 , A 8 and A 10 are aspherical coefficients.
한편, 하기의 표1은 본 발명의 렌즈계에 대한 곡률반경, 중심두께(간격) 및 재질을 나타낸 것이다.On the other hand, Table 1 below shows the curvature radius, the center thickness (interval) and the material for the lens system of the present invention.
또한, 하기의 표2는 본 발명에 따른 각 렌즈면에 대한 비구면 계수를 나타낸 것이다.In addition, Table 2 below shows the aspherical surface coefficient for each lens surface according to the present invention.
이상의 데이터는 초점거리 6에 대해서 실시된 예를 보여주고 있는 것이다.The above data shows an example performed for the focal length 6.
따라서, 본 발명은 상기 조리개(22)를 중심으로한 대칭적인 렌즈 구조를 이루게 하여 촬상소자용 렌즈계에서 제거시키기 어려운 왜곡수차를 용이하게 제거할 수 있고, 각각의 렌즈면을 비구면화 함으로서 다른 수차들을 보정할 수가 있으며, 이로 인해 렌즈계의 전장 길이를 극소화시킬 수가 있는 것이다.Therefore, the present invention can easily remove the distortion aberration that is difficult to remove in the lens system for the image pickup device by forming a symmetrical lens structure centering on the aperture 22, and associating each lens surface with other aberrations This can be corrected, thereby minimizing the total length of the lens system.
마지막으로, 본 발명을 CCD 카메라에 적용시키지 않고, 멀티미디어용 컴퓨터 및 휴대용 정보 단말기 등의 영상입력수단에 적용하여 실시하는 것은 본 발명의 기술적 범주에 속함을 밝혀두는 바이다.Finally, it should be understood that the present invention is applied to image input means such as a multimedia computer and a portable information terminal, without being applied to a CCD camera, which belongs to the technical scope of the present invention.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 물체측으로 볼록하게 이루어진 메니스커스형 렌즈면으로 구성된 제1렌즈부와, 물체측으로 오목하게 이루어진 렌즈면으로 구성된 제2렌즈부와, 상기 제1렌즈부와 제2렌즈부 사이에 조리개를 배치하여 형성함으로써, 조리개로 인한 렌즈의 대칭구조에 의해 왜곡수차가 잘 보정되는 효과와, 촬상소자용 렌즈계를 이루는 전장의 길이를 줄여주어 전체적으로 소형화가 이루어지는 효과가 있으며, 생산비용의 절감으로 전체적인 제품의 가격을 저렴하게 제공할 수 있는 효과로 인해 상기 제품에 대한 생산성과 경제성이 향상되고, 이를 사용하는 사용상의 신뢰도 및 만족도가 극대화되는 등의 여러 효과를 동시에 거둘 수있는 매우 유용한 발명임이 명백하다.As described above, the present invention provides a first lens unit comprising a meniscus lens surface convex toward the object side, a second lens unit consisting of a lens surface concave toward the object side, and the first lens unit and the second lens unit. By arranging the diaphragm between the lens parts, the distortion aberration is well corrected by the symmetrical structure of the lens due to the diaphragm, and the overall length of the lens system for the image pickup device is reduced, thereby reducing the overall size. Due to the effect of lowering the cost of the overall product at a low cost, the productivity and economical efficiency of the product can be improved, and the reliability and satisfaction of using the product can be maximized. It is obvious that the invention is useful.
Claims (3)
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| KR10-2001-0025317A KR100408018B1 (en) | 2001-05-09 | 2001-05-09 | System of miniature lens for charge coupled device |
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