KR100497040B1

KR100497040B1 - 스케닝렌즈

Info

Publication number: KR100497040B1
Application number: KR1019970063346A
Authority: KR
Inventors: 김성우
Original assignee: 삼성테크윈 주식회사
Priority date: 1997-11-27
Filing date: 1997-11-27
Publication date: 2005-10-19
Also published as: KR19990042508A

Abstract

이 발명은 스케닝 렌즈에 관한 것으로써, 물체측으로부터 순차적으로, 정의 굴절력을 가지는 제1 렌즈와; 부의 굴절력을 가지는 제2 렌즈와; 정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈로 이루어져 있고, 다음의 조건들 0.4 ≤

≤ 0.6, -0.5 ≤

≤ -0.3, 0.7 ≤

Description

스케닝 렌즈

이 발명은 스케너(scanner)의 스케닝 렌즈(scanning lens)에 관한 것으로써, 더욱 상세하게 말하자면, 렌즈의 제조 난이도를 줄이고 고해상도를 유지할 수 있도록 하는 컬러 스케너(color scanner)를 위한 스케닝 렌즈에 관한 것이다.

일반적으로 스케너에 사용되는 스케닝 렌즈계는 원고의 크기 및 해상도, 결상 소자로 이용되는 씨씨디(CCD) 소자의 크기에 따라 대부분 사양이 결정된다.

따라서 원고의 크기는 일반적으로 많이 이용되고 있는 크기인 A4, B4, A3를 기준으로 하고, 원고의 해상도는 많이 이용하고 있는 프린터의 해상도를 참고로 하여 약 300～600dpi 사이에서 결정된다.

상기와 같은 방식으로 원고의 크기나 원고의 해상도를 결정하는 스케닝 렌즈에 관한 종래의 기술로는 다음과 같은 것이 있다.

(1) 미국 특허출원 출원번호 제04/269,478호

(2) 미국 특허출원 출원번호 제04/962,984호

(3) 미국 특허출원 출원번호 제05/018,807호

상기한 종래 기술에서 상기 (1)은 레이저를 광원으로 하는 스케닝 렌즈로 상당히 큰 F-값(F-number)을 가지고 있기 때문에, 고해상도를 위한 스케닝 렌즈에 적합하다. 그러나 5매 이상의 렌즈 매수를 필요로 하므로 렌즈 매수가 많아지는 문제점이 발생한다.

또한 상기 (2)는 단 2매의 렌즈 매수로 구성되어 있으나, 저 해상도용으로 제작되어 고해상도의 실현이 불가능하다는 문제점이 있고, 상기 (3)은 옵티컬 빔(optical beam)을 광원으로 이용하여 설계된 스케닝 렌즈계로, 매니스커스(meniscus) 형태를 갖는 렌즈가 사용되므로 제조상의 어려움이 발생한다.

그러므로 이 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 적은 렌즈 매수를 이용하고, 렌즈의 제작 난이도를 감소시켜 제조상의 어려움을 해소하며 광학적 성능이 우수한 스케닝 렌즈를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 이 발명의 구성은,

물체측으로부터 순차적으로,

정의 굴절력을 가지는 제1 렌즈와;

부의 굴절력을 가지는 제2 렌즈와;

정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈로 이루어져 있고,

다음의 조건을 만족한다.

[수학식 1]

0.4 ≤

≤ 0.6

[수학식 2]

-0.5 ≤

≤ -0.3

[수학식 3]

0.7 ≤

≤ 0.9

상기 f1 :제1렌즈의 초점거리이고, f2 : 제2렌즈의 초점거리이고, f3 : 제3렌즈의 초점거리이고, F : 광학계의 초점거리이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 이 발명의 구성은 다음의 조건을 더 포함하여 만족한다.

[수학식 4]

50.0 ≤V1≤ 65.0

≤ 1.65

상기 V1 : 제1렌즈의 분산값이고, V2 : 제2렌즈의 분산값이다.

[수학식 6]

0.50 ≤N1≤ 0.75

[수학식 7]

0.9 ≤

≤ 1.1

상기 N1 :제1렌즈의 굴절률이고, N2 : 제2렌즈의 굴절률이다.

또한 제1렌즈는 양 볼록 렌즈이고,

제2렌즈는 양 오목 렌즈이며,

제3렌즈는 양 볼록 렌즈이거나 매니스커스 렌즈이다.

이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.

도1은 이 발명의 실시예에 따른 스케닝 렌즈 구성도이고,

도2의 (a)～(c)는 이 발명의 제1실시예에 따른 스케닝 렌즈의 수차도이고,

도3의 (a)～(c)는 이 발명의 제2실시예에 따른 스케닝 렌즈의 수차도이고,

도4의 (a)～(c)는 이 발명의 제3실시예에 따른 스케닝 렌즈의 수차도이다.

첨부한 도1에 도시되어 있듯이 이 발명의 실시예에 다른 스케닝 렌즈의 구성은,

물체측으로부터, 순차적으로,

정의 굴절력을 가지는 제1렌즈(I)와,

부의 굴절력을 가지는 제2렌즈(II)와,

정의 굴절력을 가지는 제3렌즈(III)로 이루어져 있다.

상기 제1렌즈(I)는 양면이 모두 볼록 형상인 양 볼록 렌즈(biconvex lens)로 이루어져 있고, 제2렌즈(II)는 렌즈의 양면(R1, R2)이 모두 동일하게 오목 형상인 양 볼록 렌즈(biconcave lens)로 이루어져, 제1렌즈(I)와 제2렌즈(II)가 접합 렌즈 형태로 이루어지므로 구면 수차를 포함한 모든 수차의 상쇄가 가능하도록 한다.

또한 제3렌즈(III)는 약간의 정의 굴절력을 갖는 상면쪽이 볼록한 형상의 렌즈로 이루어져, 잔존하는 약간의 수차를 정밀하게 보정하여 해상도를 극대화할 수 있도록 하다.

이 발명의 실시예에서 제3렌즈(III)는 상면쪽이 볼록한 형상으로 이루어져 있으나 메니스커스 렌즈(meniscus lens)로 이루어져도 관계없다.

상기와 같은 구성으로 이루어져 있는 이 발명의 실시예에 따른 스케닝 렌즈계에서 상기한 수학식 (1), (2), 및 (3)은 각 렌즈의 굴절력과 굴절력 배치를 보여주는 식으로, 수학식 (1), (2), 및 (3)의 범위를 벗어나면, 렌즈의 초점 거리가 길어져, 렌즈의 제조가 곤란해지거나 제조 비용이 상승하는 문제점이 발생한다.

그리고 상기 수학식 (4)와 (5)는 색수차를 최소화하기 위한 조건으로, 수학식 (4)와 (5)의 범위를 벗어나면 축상과 축외에서 발생되는 색수차의 균형이 깨지거나, 또는 엠티에프(Modulation Transfer Function, 이하, MTF라 칭함)의 저하를 초래하는 원인이 된다.

상기 MTF는 렌즈의 해상력이나 초점의 정밀도(sharpness)를 전기적으로 판단하여 숫자로 나타낸 광 전달능력(OTF, Optical Transfer Function)의 절대값으로 정의되며, 백(白)에서 흑(黑)으로 연속해서 농도가 변화하는 챠트를 이용하여 콘트라스트의 감소 정도를 나타내는 비율로 광학계의 변조도 전달 기능을 나타낸다.

상기 수학식 (6)과 (7)은 렌즈 소재의 구성 특성을 나타내는 조건식이다.

그리고 주변 광량은 주로 제1렌즈(I)의 렌즈면(R1)의 유효경으로 조절하지만, 경우에 따라서는 제2렌즈(II)의 렌즈면(R2)의 유효경으로도 조절할 수 있다.

다음에 수학식 (1) ～ (7)를 좀더 상세하게 설명한다.

수학식 (1), (2), (3)은 제1, 제2 및 제3랜즈(I, I, III)의 굴절력에 관한 것으로, 수학식 (1) 및 (2)에서 어느 한쪽의 조건이 벗어나게 되면, 구면 수차의 상쇄 효과가 사라져 수차가 증가하는 현상이 발생한다.

즉, 조건식 (1)의

이 하한값을 초과하면 제2렌즈(II)의 보정 능력이 부족하여 수차가 증가하고, 반대로 상한값을 초과하면 수차의 과잉 보정 현상이 발생하여 렌즈의 성능 저하가 발생한다.

조건식 (2)의 경우에도,

가 하한값과 상한값을 초과할 경우에도 상기한 조건식 (1)의 경우와 같은 문제가 발생한다.

조건식 (3)의 경우에는,

이 주어진 상한값이나 하한값을 초과하게 되면 상고에 따른 MTF의 균형이 깨어져 렌즈의 상당한 성능 저하가 발생한다.

조건식 (4)는 제1렌즈(I)의 분산값에 관한 것으로, V1은 제1렌즈(I)가 정의 굴절력을 가질 수 있도록 정의된 값이다.

조건식 (5)는 제1렌즈(I)과 제2렌즈(II)에 대한 분산값비에 관한 것으로,

이 하한값을 초과하면 색수차가 상당히 감소하고, 구면수차, 비점수차, 코마에 대한 수차 보정이 유리하다. 그러나 상면 만곡이 심해지고, 왜곡 수차의 조절이 매우 어려워 결상 배율에 많은 영향을 미치게 되므로 스케닝 렌즈로는 부적합하게 된다.

반대로

이 상한값을 초과하게 되면, 비율 색수차가 커지게 되고 고주파수에서 MTF의 성능이 급격하게 감소한다.

조건식 (6)는 제1렌즈(I)의 굴절력에 관한 것으로, N1은 제1렌즈(I)가 정의 굴절력을 가질 수 있도록 정의된 값이다.

조건식 (7)은 제1렌즈(I)와 제2렌즈(II)에 대한 굴절력 비에 관한 것으로,

이 하한값을 초과하면, 구면 수차와 색수차가 증가하여 렌즈의 성능이 저하되고, 반대로 상한값을 초과하면, 수차 보정이 유리하고 MTF의 성능이 증가하나, 모든 렌즈(I, II, III)의 반지름의 크기가 비슷하게 되어 생산성의 저하를 가져온다.

상기한 구성으로 상기한 수학식 (1) ～ 수학식 (7)을 만족하여 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 각 실시예에 대한 실시예값은 다음과 같다.

다음의 f는 초점 거리를 말하며, ri(i=1～11)는 곡률면의 곡률 반경, di(i=1～11)는 렌즈의 두께 또는 렌즈간의 거리를 말하며, 이 발명의 제1실시예에 따른 실시예값은 다음 표(1)과 같고, 제1실시예에 따른 초점거리(f)는 12.2274이고, 조리개치(Fno)는 4.5이고, 화각(2ω)은 24.83。이다.

[표 1]

상기한 수학식(1)～수학식(7)을 만족하는 이 발명의 제2실시예에 따른 실시예값은 다음 표(2)와 같다. 이 발명의 제2실시예에 따른 초점거리(f)는 12.2274이고, 조리개치(Fno)는 4.0이고, 화각(2ω)은 24.90。이다.

[표 2]

또한 상기한 수학식(1)～수학식(7)을 만족하는 이 발명의 제3실시예에 따른 실시예값은 다음 표(3)과 같다. 이 발명의 제3실시예에 따른 초점거리(f)는 12.2449이고, 조리개치(Fno)는 4.5이고, 화각(2ω)은 25.11。이다.

[표 3]

상기에서와 같이 3매인 적은 렌즈 매수로 구성되고 렌즈의 형상도 제작하기 용이한 평이한 형상으로 이루어져 있으며, MTF가 우수하고 왜곡이 적게 발생한다. 그러므로 렌즈의 가공이나 조립시의 어려움을 해소할 수 있으므로 제조 비용을 절감할 수 있고, 저해상도 뿐만 아니라 고해상도를 갖는 스케너에서도 이용될 수 있어 렌즈 성능을 향상시킬 수 있다.

도1은 이 발명의 실시예에 따른 스케닝 렌즈 구성도이고,

Claims

물체측으로부터 순차적으로,

정의 굴절력을 가지는 제1 렌즈와;

부의 굴절력을 가지는 제2 렌즈와;

정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈로 이루어져 있고,

다음의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 스케닝 렌즈.

0.4 ≤
≤ 0.6

-0.5 ≤
≤ -0.3

0.7 ≤
≤ 0.9

상기 f1 :제1렌즈의 초점거리이고, f2 : 제2렌즈의 초점거리이고, f3 : 제3렌즈의 초점거리이고, F : 광학계의 초점거리이다.
제1항에 있어서,

다음의 조건을 더 포함하여 만족하는 것을 특징으로 하는 스케닝 렌즈.

50.0 ≤V1≤ 65.0

1.45 ≤
≤ 1.65

상기 V1 : 제1렌즈의 분산값이고, V2 : 제2렌즈의 분산값이다.
제1항에 있어서,

다음의 조건을 더 포함하여 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 스케닝 렌즈.

0.50 ≤N1≤ 0.75

0.9 ≤
≤ 1.1

상기 N1 :제1렌즈의 굴절률이고, N2 : 제2렌즈의 굴절률이다.
제1항에 있어서,

제1 렌즈는 양 볼록 렌즈이고,

제2 렌즈는 양 오목 렌즈이며,

제3 렌즈는 양 볼록 렌즈이거나 메니스커스 렌즈인 것을 특징으로 하는 스케닝 렌즈.