KR100457967B1 - Optical system for ultrathin visible and infrared broadband camera - Google Patents

Optical system for ultrathin visible and infrared broadband camera Download PDF

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KR100457967B1 KR1020030088555A KR20030088555A KR100457967B1 KR 100457967 B1 KR100457967 B1 KR 100457967B1 KR 1020030088555 A KR1020030088555 A KR 1020030088555A KR 20030088555 A KR20030088555 A KR 20030088555A KR 100457967 B1 KR100457967 B1 KR 100457967B1
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Abstract

PURPOSE: An optical system is provided to achieve improved optical performance in both visible band and infrared band, even without performing a focusing operation. CONSTITUTION: An optical system comprises a first lens(10) having a convex surface arranged toward an object and a concave surface arranged upward; a second lens(20) having a convex surface toward the object and a plane surface arranged upward; an iris(60) for selectively converging light from the second lens; a third lens(30) having convex surfaces arranged toward the object and upward, respectively; a fourth lens(40) having convex surfaces arranged toward the object and upward; and a fifth lens(50) having concave surfaces arranged toward the object and upward. The first, second and fifth lenses have negative magnifying powers, and the third and fourth lenses have positive magnifying powers.

Description

초소형 가시광선 및 적외선 광대역 카메라용 광학계{OPTICAL SYSTEM FOR ULTRATHIN VISIBLE AND INFRARED BROADBAND CAMERA}OPTICAL SYSTEM FOR ULTRATHIN VISIBLE AND INFRARED BROADBAND CAMERA}

본 발명은 카메라용 광학계에 관한 것으로서, 특히 가시광선 대역은 물론 적외선 대역 모두에서 별도의 초점조정 없이도 만족할 수 있는 우수한 광학성능을 발휘하는 데 적당하도록 한 초소형 가시광선 및 적외선 광대역 카메라용 광학계에 관한 것이다.The present invention relates to an optical system for a camera, and more particularly, to an optical system for an ultra-small visible light and an infrared broadband camera, which is suitable for showing excellent optical performance that can be satisfied without additional focus adjustment in both the visible light band and the infrared band. .

일반적으로, 광학계란 광학의 반사, 굴절 등의 현상을 이용하여 피사체의 상을 만드는 것을 목적으로 하는 장치를 일컫는 것으로, 음과 양의 배율을 갖는 다수개의 렌즈가 배열되어 조립되며, 통상 5 매 또는 4 매의 렌즈로 구성된다.In general, an optical system refers to a device for the purpose of making an image of a subject by using phenomena such as reflection and refraction of optical, and a plurality of lenses having a positive and a positive magnification are arranged and assembled, usually 5 sheets or It consists of four lenses.

이러한 광학계는 비디오폰 카메라, CCTV(폐쇄회로) 카메라 등과 같은 다양한 카메라 장치에 사용되고 있으며, 일반적으로 사용되는 CCTV 카메라의 경우 주간에는 태양빛을 이용하고, 야간에는 가로등이나 백열등과 같은 별도의 조명장치를 이용하여 피사체를 촬상하고 있다.These optical systems are used in various camera devices such as video phone cameras and CCTV (closed circuit) cameras. In general, CCTV cameras use sunlight during the day and separate lighting devices such as street lamps or incandescent lamps at night. The subject is captured by the camera.

그러나, 야간에는 상기와 같이 가로등, 백열등과 같은 별도의 조명장치를 이용하기 때문에 사람들로 하여금 감시당하고 있다는 느낌을 받게 하여 불쾌감을 유발할 뿐만 아니라, 조명장치가 설치되어 있지 않은 장소에서는 사용이 불가능하다는 단점이 있었다.However, at night, as a separate lighting device such as a street lamp, incandescent lamp is used as described above, people may feel that they are being monitored and cause discomfort, and they are not available in places where lighting devices are not installed. There was this.

이에, 상기와 같은 일반적인 CCTV 카메라의 단점을 보완하기 위해 사람의 눈에 보이지 않는 적외선 조명장치를 이용하여 가로등이나 백열등 없이도 야간에 피사체의 촬상이 가능한 적외선 카메라가 출현하게 되었는데, 상기 적외선 카메라는 사람의 눈에는 보이지 않는 적외선 대역까지 촬상이 가능하여 주간에는 물론이고 야간에도 피사체의 촬상이 가능하다는 이유로 최근 감시 카메라로서 큰 인기를 끌고 있는 추세이다.Thus, to compensate for the shortcomings of the general CCTV cameras as described above, an infrared camera capable of capturing a subject at night without a street lamp or an incandescent lamp has appeared by using an infrared lighting device that is invisible to the human eye. Infrared bands, which are invisible to the eye, can be photographed, so that the subject can be photographed at daytime as well as at night.

이같은 적외선 조명장치를 이용하는 감시 카메라의 경우 자연광이 풍부한 주간에는 가시광선 대역에서 사용할 수 있고, 자연광이 부족한 야간에는 적외선 대역에서 사용할 수 있는 광대역 광학계가 필수적으로 구비된다.Surveillance cameras using such an infrared illuminating device can be used in the visible light band during the day rich in natural light, and a broadband optical system that can be used in the infrared band at night when the natural light is insufficient.

그러나, 종래에 감시 카메라에 사용되던 광학계는 적외선 대역에서의 광학성능이 현저히 떨어지는 관계로 별도의 초점 조정 없이는 400∼940[nm]의 파장 대역을 포함하는 가시광선 대역과 적외선 대역 모두에서 피사체를 만족할 만한 품질로 촬상할 수 없는 문제점이 있었다.However, optical systems used in surveillance cameras in the prior art have a significant decrease in optical performance in the infrared band, and therefore, subject to subjects in both the visible and infrared bands including the wavelength band of 400 to 940 nm, without additional focus adjustment. There was a problem in that image quality could not be obtained.

따라서, 종래에는 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 방편으로 오토포커싱을 위한 별도의 장치를 설치해야만 하였으며, 이로 인해 제품의 소형화가 곤란해지고 비용상승 및 제조공정상의 비효율화가 초래되었다.Therefore, in the related art, a separate apparatus for autofocusing has to be installed as a means to solve the above problems, which makes it difficult to miniaturize the product and increase the cost and inefficiency in the manufacturing process.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 가시광선 대역은 물론 적외선 대역 모두에서 별도의 초점 조정 없이도 만족할 수 있는 우수한 광학성능을 발휘하는 초소형 가시광선 및 적외선 광대역 카메라용 광학계를 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the conventional problems as described above, and an object of the present invention is to provide an excellent optical performance that can be satisfied without additional focus adjustment in both the visible light band and the infrared band. And an optical system for an infrared broadband camera.

도 1 은 본 발명의 사용상태도.1 is a state diagram used in the present invention.

도 2 는 본 발명에 따른 초소형 가시광선 및 적외선 광대역 카메라용 광학계의 배열상태를 도시한 구성도.Figure 2 is a block diagram showing the arrangement of the optical system for the ultra-small visible light and infrared broadband camera according to the present invention.

도 3 은 본 발명에 따른 초소형 가시광선 및 적외선 광대역 카메라용 광학계의 수차특성을 보여주는 선도.3 is a diagram showing aberration characteristics of the optical system for the ultra-small visible light and infrared broadband camera according to the present invention.

도 4a 는 가시광선 대역에서의 본 발명의 광학성능을 나타내는 MTF 선도.4A is an MTF diagram showing the optical performance of the present invention in the visible light band.

도 4b 는 적외선 대역에서의 본 발명의 광학성능을 나타내는 MTF 선도.4B is an MTF diagram showing the optical performance of the present invention in the infrared band.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10 : 제 1 렌즈 20 : 제 2 렌즈10: first lens 20: second lens

30 : 제 3 렌즈 40 : 제 4 렌즈30: third lens 40: fourth lens

50 : 제 5 렌즈 60 : 조리개50: fifth lens 60: aperture

70 : 광학필터 80 : 촬상소자70 optical filter 80 imaging device

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 초소형 가시광선 및 적외선 광대역 카메라용 광학계는, 다수개의 음과 양의 배율을 갖는 렌즈가 피사체측으로부터 상측으로 순차적으로 조립되는 카메라용 광학계에 있어서, 피사체측으로 볼록면을 갖고 상측으로는 오목면을 갖는 음의 배율인 제 1 렌즈와, 피사체측으로 볼록면을 갖고 상측으로는 평면을 갖는 음의 배율인 제 2 렌즈와, 상기 제 2 렌즈로부터의 빛을 선택적으로 수렴하는 조리개와, 피사체측과 상측으로 각각 볼록면을 갖는 양의 배율인 제 3 렌즈와, 피사체측과 상측으로 각각 볼록면을 갖는 양의 배율인 제 4 렌즈와, 피사체측과 상측으로 각각 오목면을 갖는 음의 배율인 제 5 렌즈를 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the optical system for the ultra-small visible light and infrared broadband camera according to the technical idea of the present invention is a camera optical system in which lenses having a plurality of negative and positive magnifications are sequentially assembled from an object side to an image side. A first lens having a negative magnification having a convex surface on the subject side and a concave surface on the image side, a second lens having a negative magnification having a convex surface on the subject side and a plane on the image side, and from the second lens Aperture and a third lens having positive magnifications having convex surfaces respectively on the subject side and image side, a fourth lens having positive magnifications having convex surfaces on the subject side and image side respectively, and the subject side And a fifth lens, which is a negative magnification having a concave surface and an image side, respectively.

여기서, 전체 렌즈계의 초점거리를 f, 후면 초점거리를 B 라할 때,Here, when f is the focal length of the entire lens system and B is the rear focal length,

1.3 ≤ B/f ≤ 1.51.3 ≤ B / f ≤ 1.5

인 조건을 만족하는 것이 바람직하다.It is desirable to satisfy the phosphorus condition.

또한, 광학계의 첫번째 렌즈면에서 마지막 렌즈면까지의 거리를 T, 전체 렌즈계의 초점거리를 f 라 할 때,Also, when the distance from the first lens surface of the optical system to the last lens surface is T and the focal length of the entire lens system is f,

T/f ≤ 4.5T / f ≤ 4.5

인 조건을 만족하는 것이 바람직하다.It is desirable to satisfy the phosphorus condition.

또한, 상기 제 1 렌즈, 제 2 렌즈, 제 3 렌즈, 제 4 렌즈 및 제 5 렌즈는 유리구면을 이루는 것이 바람직하다.In addition, the first lens, the second lens, the third lens, the fourth lens and the fifth lens preferably form a glass sphere.

또한, 상기 제 1 렌즈, 제 2 렌즈, 제 3 렌즈, 제 4 렌즈 및 제 5 렌즈 각각의 굴절률 및 분산계수는 아래의 범위에 해당되는 것이 바람직하다.In addition, the refractive index and the dispersion coefficient of each of the first lens, the second lens, the third lens, the fourth lens, and the fifth lens preferably correspond to the following ranges.

굴절율 분산계수Refractive index dispersion coefficient

제 1 렌즈 1.60 ≤ n1 ≤ 1.70 55 ≤ νd ≤ 65First lens 1.60 ≤ n1 ≤ 1.70 55 ≤ νd ≤ 65

제 2 렌즈 1.70 ≤ n2 ≤ 1.90 20 ≤ νd ≤ 30Second lens 1.70 ≤ n2 ≤ 1.90 20 ≤ νd ≤ 30

제 3 렌즈 1.50 ≤ n3 ≤ 1.75 50 ≤ νd ≤ 60Third lens 1.50 ≤ n3 ≤ 1.75 50 ≤ νd ≤ 60

제 4 렌즈 1.50 ≤ n3 ≤ 1.75 50 ≤ νd ≤ 60Fourth lens 1.50 ≤ n3 ≤ 1.75 50 ≤ νd ≤ 60

제 5 렌즈 1.70 ≤ n2 ≤ 1.90 20 ≤ νd ≤ 30Fifth lens 1.70 ≤ n2 ≤ 1.90 20 ≤ vd ≤ 30

이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 은 본 발명의 사용상태도이다.1 is a state diagram used in the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명의 초소형 가시광선 및 적외선 광대역 카메라용 광학계(101)는 가시광선 대역 및 적외선 대역에서 우수한 광학성능을 필요로 하는 다양한 카메라 장치에 채택되어 사용될 수 있으며, 적외선 LED와 같은 적외선 조명장치(102)가 설치되어 주간에는 자연광에 의해 피사체를 촬상하고 자연광이 부족한 야간에는 상기 적외선 조명장치(102)에서 발광된 적외선에 의해 피사체를 촬상하는 적외선 감시용 카메라(103)에 채택되어 사용되는 데 적당하다.As shown, the optical system 101 for the ultra-small visible and infrared broadband cameras of the present invention can be adopted and used in a variety of camera devices that require excellent optical performance in the visible and infrared bands, infrared, such as infrared LED The illumination device 102 is installed to photograph the subject by natural light during the daytime, and is adopted by the infrared surveillance camera 103 for capturing the subject by the infrared light emitted from the infrared illuminating device 102 at night when the natural light is insufficient. It is suitable to be.

특히, 본 발명의 광학계는 400∼940[nm]의 파장 범위에 속하는 가시광선 대역 및 적외선(근적외선) 대역 모두에서 우수한 광학성능을 발휘할 수 있도록 구성되어 카메라(103)에 초점 조정을 위한 장치가 별도로 설치되지 않아도 주간 및 야간 어느 때나 피사체를 선명한 고품질로 촬상할 수 있게 된다.In particular, the optical system of the present invention is configured to exert excellent optical performance in both visible and infrared (near infrared) bands in the wavelength range of 400 to 940 [nm], so that the apparatus for focusing the camera 103 is separately provided. Even if it is not installed, the subject can be captured at high quality anytime during the day and night.

이와 같이, 본 발명의 광학계가 가시광선 및 적외선 대역 모두에서 우수한 광학성능을 발휘하기 위해서는 본 발명의 광학계를 구성하는 렌즈의 배열상태, 렌즈의 형태 및 재질이 주요한 인자로써 작용하게 된다.As described above, in order for the optical system of the present invention to exhibit excellent optical performance in both visible and infrared bands, the arrangement state of the lens, the shape and the material of the lens constituting the optical system of the present invention serve as major factors.

이하, 본 발명의 초소형 가시광선 및 적외선 광대역 카메라용 광학계(101)의 구성을 상세히 설명하면, 본 실시예는 유효초점거리(Focal Length) 3.6[mm] 용을 위한 광학계를 염두하고 설명한다.Hereinafter, the configuration of the optical system 101 for the ultra-small visible light and infrared broadband camera of the present invention in detail, the present embodiment will be described with an optical system for the effective focal length (3.6mm).

도 2 는 본 발명에 따른 초소형 가시광선 및 적외선 광대역 카메라용 광학계의 배열상태를 도시한 구성도이다.2 is a block diagram showing the arrangement of the optical system for the ultra-small visible light and infrared broadband camera according to the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명은 피사체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열되는 제 1 렌즈(10)와, 제 2 렌즈(20)와, 제 3 렌즈(30)와, 제 4 렌즈(40)와, 제 5 렌즈(50) 및, 상기 제 2 렌즈(20)와 제 3 렌즈(30) 사이에서 상기 제 2 렌즈(20)를 투과한 빛을 선택적으로 수렴하는 조리개(60)를 포함하여 구성된다.As shown in the drawing, the present invention includes a first lens 10, a second lens 20, a third lens 30, a fourth lens 40, and a first lens 10 arranged sequentially from the subject side to the image side. 5 includes a lens 50 and an aperture 60 for selectively converging the light transmitted through the second lens 20 between the second lens 20 and the third lens 30.

한편, 상기 상기 제 5 렌즈(50) 이후 위치에는 광학필터(70,OLPF) 및 영상정보가 입력되는 촬상소자(80)가 설치된다.Meanwhile, an optical filter 70 (OLPF) and an image pickup device 80 to which image information is input are installed at a position after the fifth lens 50.

여기서, 상기 제 1 렌즈(10)는 피사체측으로 볼록면을 갖고 상측으로는 오목면을 갖는 음배율((-)Power) 렌즈로 구비된다.Here, the first lens 10 is provided with a magnification ((-) Power) lens having a convex surface on the subject side and a concave surface on the image side.

또한, 상기 제 2 렌즈(20)는 피사체측으로 볼록면을 갖고 상측으로는 평면으로 무한대의 반경값을 갖는 음배율((-)Power) 렌즈로 구비된다.In addition, the second lens 20 is provided with a magnification ((-) Power) lens having a convex surface on the subject side and an infinite radius value on the plane on the image side.

또한, 상기 제 3 렌즈(30)는 피사체측과 상측으로 각각 볼록면을 갖는 양배율((+)Power) 렌즈로 구비된다.In addition, the third lens 30 is provided with a positive power lens having a convex surface on the subject side and the image side, respectively.

또한, 상기 제 4 렌즈(40)는 제 3 렌즈(30)와 마찬가지로 피사체측과 상측으로 각각 볼록면을 갖는 양배율((+)Power) 렌즈로 구비된다.In addition, like the third lens 30, the fourth lens 40 is provided with a positive (+) Power lens having convex surfaces on the subject side and the image side, respectively.

또한, 상기 제 5 렌즈(50)는 피사체측과 상측으로 각각 오목면을 갖는 음배율((-)Power) 렌즈로 구비된다.In addition, the fifth lens 50 is provided with a negative magnification ((-) Power) lens having concave surfaces on the subject side and the image side, respectively.

여기서, 상기 제 1 렌즈(10), 제 2 렌즈(20) 및 제 3 렌즈(30)는 상호간에 소정 정도의 거리를 두고 이격되지만, 상기 제 3 렌즈(30)와 제 4 렌즈(40)는 미세한 정도의 간격으로 이격되며, 상기 제 4 렌즈(40)와 제 5 렌즈(50) 역시 외각부가 접촉된 상태로 중심부에서는 상호 미세한 정도의 간격으로 이격된다.Here, the first lens 10, the second lens 20 and the third lens 30 are spaced apart from each other by a predetermined distance, but the third lens 30 and the fourth lens 40 The fourth lens 40 and the fifth lens 50 are spaced at a minute interval, and the fourth lens 40 and the fifth lens 50 are also spaced at a minute interval from each other in the center with the outer parts in contact with each other.

이처럼, 상기 제 3 렌즈(30), 제 4 렌즈(40), 제 5 렌즈(50)가 상호간에 미세하게 이격된 상태로 배열되면 렌즈의 굴절률과 공기를 매질로 하는 이격공간상에서의 굴절률이 서로 달라 이에 의해 렌즈군의 성능이 향상되는 효과를 갖는다.As such, when the third lens 30, the fourth lens 40, and the fifth lens 50 are arranged in a finely spaced state from each other, the refractive indices of the lenses and the refractive indices in the spaces in which the medium is air are mutually different. In contrast, this has the effect of improving the performance of the lens group.

또한, 상기 5 매의 렌즈(10,20,30,40,50)는 모두 고굴절(n = 1.6 ∼1.8)의 유리재질 렌즈로 선정되어 배열된 것을 특징으로 한다. 이로써, 고정도의 해상력을 얻을 수 있으며 가공이 용이한 형태의 렌즈 배열에 의해 생산성 향상 및 원가절감의 효과를 갖게 된다.In addition, the five lenses (10, 20, 30, 40, 50) is characterized in that all of the high refractive index (n = 1.6 ~ 1.8) of the glass material lens is selected and arranged. As a result, high-resolution resolution can be obtained and the lens arrangement of a form that can be easily processed has the effect of productivity improvement and cost reduction.

또한, 본 발명은 화각(시계각)은 101°, 구경비는 F/2.0, 광학전장은 대략 22.17mm 를 갖도록 구성된다.In addition, the present invention is configured to have an angle of view (clock angle) of 101 °, an aperture ratio of F / 2.0, and an optical length of approximately 22.17 mm.

이에, 하기의 표 1 에서는 본 발명에 따른 구성요소들의 주요 수치인 렌즈의 곡률반경, 중심간격, 굴절률 및 분산계수 등이 첨부되었다.Thus, in Table 1 below, the curvature radius, the center interval, the refractive index and the dispersion coefficient of the lens, which are the main values of the components of the present invention, are attached.

단, 투영측정기(RROFELE PROJECTOR)로 측정한 유효내경을 dl[mm], 구면계(SPHEROMETER)로 측정한 전체 렌즈계의 초점거리 측정치를 f, 후면 초점거리를 B, 제 1 렌즈(10)에서 제 5 렌즈(50)까지의 거리를 T, 투영검사기로 측정한 화각측정치를 θ, 해상력측정치의 중심(CR)과 주변(PR)의 구경비를 f/dl(= F/2.0)라한다.However, the focal length measurement of the entire lens system measured by dl [mm] and spherometer using the effective inner diameter measured by the projection measuring instrument (RROFELE PROJECTOR), f is the rear focal length B, the fifth lens from the first lens (10) The distance to the lens 50 is T, the angle of view measurement value measured by the projection inspector is θ, and the aperture ratio between the center CR and the periphery PR of the resolution measurement value is called f / dl (= F / 2.0).

렌즈면Lens surface 곡률반경Radius of curvature 중심간격Center interval 굴절률Refractive index 분산Dispersion 비고Remarks R1R1 19.8019.80 0.600.60 1.6401.640 60.260.2 R2R2 3.403.40 2.722.72 R3R3 25.5325.53 2.202.20 1.8471.847 23.823.8 R4R4 3.503.50 평면plane 1.321.32 조리개(60)Aperture (60) R5R5 28.0028.00 1.801.80 1.6971.697 55.555.5 R6R6 -7.72-7.72 0.050.05 R7R7 7.197.19 3.203.20 1.6971.697 55.555.5 R8R8 -4.10-4.10 0.040.04 R9R9 -4.00-4.00 1.301.30 1.8471.847 23.823.8 R10R10 70.4170.41 0.40.4 2.352.35 1.5171.517 OLPFOLPF 2.72212.7221 촬상소자(80)Image pickup device 80

상기 표 1 의 수치들로부터,From the figures in Table 1 above,

1.3 ≤ B/f ≤ 1.51.3 ≤ B / f ≤ 1.5

T/f ≤ 4.5T / f ≤ 4.5

인 조건을 이끌어 낼 수 있게 된다.I can derive the condition that is.

그리고, 본 발명은 상기와 같은 조건이 만족되면 유효초점거리 f=3.7mm, 화각 101°, 광학 전장길이 22.17mm 의 재원을 가지면서 가시광선 및 적외선 대역 모두에서 우수한 광학성능을 갖게 되는데, 이를 뒷받침할 수 있도록 이하에서는 본 발명의 수차특성 및 MTF 특성을 설명한다.In addition, the present invention has excellent optical performance in both visible and infrared bands while having the resources of effective focal length f = 3.7mm, angle of view 101 °, and optical full length of 22.17mm when the above conditions are satisfied. Hereinafter, the aberration characteristics and the MTF characteristics of the present invention will be described.

먼저, 도 3 은 본 발명에 따른 초소형 가시광선 및 적외선 광대역 카메라용 광학계의 수차특성을 보여주는 선도이다.First, Figure 3 is a diagram showing the aberration characteristics of the optical system for ultra-small visible light and infrared broadband camera according to the present invention.

도시된 바와 같이, 광축상의 0, 0.5, 0.7, 1.0 대역에서 자오상면 만곡(T : Tangential Field Curvature, or Meridional Field Curvature), 구결상면 만곡(S :Sagittal Field Curvature) 및 백분 왜곡(DISTORTION)에 의한 본 발명의 수차특성이 나타나 있다.As shown, due to meridian surface curvature (T: Tangential Field Curvature, or Meridional Field Curvature), nodular phase curvature (S: Sagittal Field Curvature) and percent distortion in the band 0, 0.5, 0.7, 1.0 on the optical axis The aberration characteristics of the present invention are shown.

여기서, 수차(收差 Aberration)란 렌즈 등의 광학계(光學系)에서 상을 맺을 때 한 점에서 나온 빛이 광학계를 지난 다음, 한 점에 모이지 않아 영상이 빛깔이 있어 보이거나 일그러지는 현상을 가리키는 것으로, 왜곡 수차는 상 거리와 피사체 거리가 비슷할 때 최소가 된다. 따라서, 일반적인 광학계에서는 렌즈의 형상과 굴절능의 배치 및 조리개의 위치를 조정하여 왜곡 수차를 보정하고 있다.Here, aberration refers to a phenomenon in which light from one point when an image is formed in an optical system, such as a lens, passes through the optical system, and then the image appears colored or distorted without being collected at one point. The distortion aberration is minimized when the image distance and the object distance are similar. Therefore, in the general optical system, distortion aberration is corrected by adjusting the shape of the lens, the arrangement of the refractive power, and the position of the aperture.

본 발명의 경우 양(+)과 음(-)의 굴절력을 가진 고굴절 유리재질의 구면렌즈(10,20,30,40,50)를 배열함으로써 도 3 에 나타난 것처럼 자오상면 수차와 구결상면 수차의 보정 상태가 양호하고, 중심뿐만 아니라 주변의 밝기를 향상시키는 데 적합하게 된다.In the present invention, by arranging the high refractive glass spherical lenses 10, 20, 30, 40, and 50 having positive and negative refractive powers, as shown in FIG. The correction state is good and is suitable for improving the brightness of the surroundings as well as the center.

다음으로, MTF 선도를 통해 가시광선 및 적외선 대역에서의 본 발명의 광학성능을 설명한다.Next, the optical performance of the present invention in the visible and infrared bands through the MTF diagram.

참고적으로, MTF(Modulation Transfer Function) 선도에 대해 간단하게 설명하면, 피사체 표면의 인접한 두점을 출발한 빛이 렌즈를 통과하고 난 후에는 변형을 겪게되고 급기야 촬상면에서는 약간의 겹침 현상이 일어나게 되는데 이 겹치는 정도를 나타내는 수치가 modulation이라는 값이다. 렌즈가 얼마나 충실하게 피사체의 상을 그대로 촬상면에 전달하느냐 하는 것은 피사체에 대한 modulation과 상(즉, 촬상면에서)의 modulation을 서로 비교해보면 알 수 있는데 피사체의 modulation에 대한 상의 modulation의 비가 바로 MTF(Modulation TransferFunction) 이다. 따라서, 아주 이상적인 경우의 MTF 값은 '1' 이 되어야 하지만 실제 렌즈에서는 앞서 언급한 여러 가지 요인으로 인해 그보다 작은 값을 갖게 되는 것이다.For reference, the MTF (Modulation Transfer Function) diagram is briefly described. After passing through the lens, light from two adjacent points on the subject surface undergoes deformation and some overlap occurs in the image pickup surface. The numerical value indicating the degree of overlap is a value called modulation. How faithfully the lens delivers the subject's image to the imaging surface can be seen by comparing the modulation of the subject and the modulation of the image (ie, the imaging surface) to each other. TransferFunction). Therefore, in the ideal case, the MTF value should be '1', but the actual lens will have a smaller value due to the aforementioned factors.

이에, 도 4a 는 가시광선 대역에서의 본 발명의 광학성능을 나타내는 MTF 선도이고, 도 4b 는 적외선 대역에서의 본 발명의 광학성능을 나타내는 MTF 선도이다.4A is an MTF diagram showing the optical performance of the present invention in the visible light band, and FIG. 4B is an MTF diagram showing the optical performance of the present invention in the infrared band.

도시된 바에 의하면, 본 발명은 가시광선 및 적외선 대역 모두에서 MTF 값이 '0.4' 이상으로 광학성능이 우수하며, 해상도가 30.0[cycle/mm] 이하 범위 및 렌즈 중앙에서 ±0.040[mm] 이내 거리의 범위에서는 MTF 값이 상당히 높게 나타나는 것을 볼 수 있다.As shown, the present invention provides excellent optical performance with MTF value of '0.4' or more in both visible and infrared bands, resolution of 30.0 [cycle / mm] or less, and a distance within ± 0.040 [mm] from the lens center. It can be seen that the MTF value is quite high in the range of.

특히 주목할 수 있는 것은, 가시광선 대역에서의 광학성능을 나타내는 도 4a 및 적외선 대역에서의 광학성능을 나타내는 도 4b 를 비교해 보면, 가시광선 대역에서의 광학성능 또한 우세하지만, 적외선 대역에서의 광학성능이 보다 우수하게 나타난다는 점이다.Especially noteworthy is that when comparing Fig. 4A showing optical performance in the visible light band and Fig. 4B showing optical performance in the infrared band, the optical performance in the visible light band is also superior, but the optical performance in the infrared band is Is better.

이와 같이, 본 발명의 광학계는 가시광선 대역은 물론 적외선 대역 모두에서 만족할 수 있는 우수한 광학성능을 발휘하기 때문에 이러한 성능을 필요로 하는 모든 카메라 장치에 채택되어 사용될 수 있다.As such, the optical system of the present invention can be used in all camera apparatuses requiring such performance because it exhibits excellent optical performance that can be satisfied in both the visible light band and the infrared band.

특히, 야간에 적외선 발광에 의해 피사체를 촬상하는 카메라 장치의 경우 본 발명이 채택된다면 초점조정을 위한 별도의 장치 없이도 피사체로부터 고품질의 촬상이 가능하게 되는 것이다.In particular, in the case of a camera apparatus for capturing a subject by infrared light emission at night, if the present invention is adopted, high quality imaging is possible from the subject without a separate apparatus for focusing.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나. 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.The preferred embodiment of the present invention has been described above. The present invention may use various changes, modifications, and equivalents. It is clear that the present invention can be applied in the same manner by appropriately modifying the above embodiments. Accordingly, the above description does not limit the scope of the invention as defined by the limitations of the following claims.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 초소형 가시광선 및 적외선 광대역 카메라용 광학계는, 가시광선 및 적외선 대역에서 별도의 초점 조정 없이도 우수한 광학성능을 갖기 때문에 야간에 적외선을 이용하는 카메라에 적극 채용할 수 있게 된다.As described above, the optical system for the ultra-small visible light and infrared broadband camera according to the present invention has excellent optical performance without additional focus adjustment in the visible light and infrared bands so that it can be actively employed in a camera using infrared light at night. do.

또한, 본 발명은 별도의 초점조정 장치가 필요 없고 렌즈가공이 용이하여 제품의 소형화는 물론 생산비용이 절감되는 효과가 있다.In addition, the present invention does not require a separate focusing device and easy lens processing has the effect of miniaturization of the product as well as the production cost.

또한, 본 발명은 주변광량비를 80% 이상 확보하면서 렌즈의 중심과 주변의 밝기 차이를 해소할 수 있게 되어 피사체로부터 보다 선명한 상을 얻을 수 있는 효과가 있게 된다.In addition, the present invention can eliminate the difference in brightness between the center of the lens and the surroundings while ensuring an ambient light ratio of 80% or more, thereby obtaining a clearer image from the subject.

Claims (5)

다수개의 음과 양의 배율을 갖는 렌즈가 피사체측으로부터 상측으로 순차적으로 조립되는 카메라용 광학계에 있어서,In the optical system for a camera in which a lens having a plurality of negative and positive magnification are sequentially assembled from the subject side to the image side, 피사체측으로 볼록면을 갖고 상측으로는 오목면을 갖는 음의 배율인 제 1 렌즈와;A first lens having a negative magnification having a convex surface on the subject side and a concave surface on the image side; 피사체측으로 볼록면을 갖고 상측으로는 평면을 갖는 음의 배율인 제 2 렌즈와;A second lens having a negative magnification having a convex surface on a subject side and a plane on an image side; 상기 제 2 렌즈로부터의 빛을 선택적으로 수렴하는 조리개와;An aperture to selectively converge light from the second lens; 피사체측과 상측으로 각각 볼록면을 갖는 양의 배율인 제 3 렌즈와;A third lens having a positive magnification having a convex surface on the subject side and the image side, respectively; 피사체측과 상측으로 각각 볼록면을 갖는 양의 배율인 제 4 렌즈와;A fourth lens having a positive magnification having a convex surface on the subject side and the image side, respectively; 피사체측과 상측으로 각각 오목면을 갖는 음의 배율인 제 5 렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초소형 가시광선 및 적외선 광대역 카메라용 광학계.And a fifth lens having a negative magnification having a concave surface on a subject side and an image side, respectively. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 전체 렌즈계의 초점거리를 f, 후면 초점거리를 B 라할 때,When f is the focal length of the entire lens system and B is the rear focal length, 1.3 ≤ B/f ≤ 1.51.3 ≤ B / f ≤ 1.5 인 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 초소형 가시광선 및 적외선 광대역 카메라용 광학계.Optical system for ultra-small visible and infrared broadband cameras, characterized by satisfying phosphorus conditions. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 광학계의 첫번째 렌즈면에서 마지막 렌즈면까지의 거리를 T, 전체 렌즈계의 초점거리를 f 라 할 때,When the distance from the first lens surface of the optical system to the last lens surface is T and the focal length of the entire lens system is f, T/f ≤ 4.5T / f ≤ 4.5 인 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 초소형 가시광선 및 적외선 광대역 카메라용 광학계.Optical system for ultra-small visible and infrared broadband cameras, characterized by satisfying phosphorus conditions. 제 1 항에서,In claim 1, 상기 제 1 렌즈, 제 2 렌즈, 제 3 렌즈, 제 4 렌즈 및 제 5 렌즈는 유리구면을 이루는 것을 특징으로 하는 초소형 가시광선 및 적외선 광대역 카메라용 광학계.And the first lens, the second lens, the third lens, the fourth lens, and the fifth lens form a glass spherical surface. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 렌즈, 제 2 렌즈, 제 3 렌즈, 제 4 렌즈 및 제 5 렌즈 각각의 굴절률 및 분산계수는 아래의 범위에 해당하는 것을 특징으로 하는 초소형 가시광선 및 적외선 광대역 카메라용 광학계.The refractive index and the dispersion coefficient of each of the first lens, the second lens, the third lens, the fourth lens, and the fifth lens are in the following ranges. 굴절율 분산계수Refractive index dispersion coefficient 제 1 렌즈 1.60 ≤ n1 ≤ 1.70 55 ≤ νd ≤ 65First lens 1.60 ≤ n1 ≤ 1.70 55 ≤ νd ≤ 65 제 2 렌즈 1.70 ≤ n2 ≤ 1.90 20 ≤ νd ≤ 30Second lens 1.70 ≤ n2 ≤ 1.90 20 ≤ νd ≤ 30 제 3 렌즈 1.50 ≤ n3 ≤ 1.75 50 ≤ νd ≤ 60Third lens 1.50 ≤ n3 ≤ 1.75 50 ≤ νd ≤ 60 제 4 렌즈 1.50 ≤ n3 ≤ 1.75 50 ≤ νd ≤ 60Fourth lens 1.50 ≤ n3 ≤ 1.75 50 ≤ νd ≤ 60 제 5 렌즈 1.70 ≤ n2 ≤ 1.90 20 ≤ νd ≤ 30Fifth lens 1.70 ≤ n2 ≤ 1.90 20 ≤ vd ≤ 30
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