KR100704403B1 - Lens optical system for thermal sensing device of compact using aspherical - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비구면을 이용한 초소형 열감지장치용 렌즈 광학계에 관한 것으로서, 물체측 음의 굴절력을 갖는 오목면을 형성하고 상측 양의 굴절력을 갖는 볼록면을 형성하며 전체적으로 양[(+)Power]의 배율을 형성하는 제1렌즈와; 상기 제1렌즈의 후방에 배치되되 물체측 음의 굴절력을 갖는 오목면을 형성하고 상측 양의 굴절력을 갖는 볼록면을 형성하며 전체적으로 양[(+)Power]의 배율을 형성하는 제2렌즈와; 상기 제2렌즈의 후방에 배치되며 상측 앞에 배치되는 열감지센서의 보호 및 상기 센서측으로의 이물질 유입 등을 방지되게 하는 제3렌즈와; 상기 제1렌즈의 앞에 고정/배치되는 조리개를 포함하는 구성을 그 기술적 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lens optical system for a micro thermal sensor using an aspherical surface. The present invention provides a concave surface having a negative refractive power on an object side, a convex surface having a positive refractive power on an object side, and a positive power ratio as a whole. A first lens forming a light; A second lens disposed behind the first lens to form a concave surface having an object-side negative refractive power, a convex surface having an image-positive positive refractive power, and overall forming a positive ((+) Power] magnification; A third lens disposed at the rear of the second lens and configured to prevent the protection of the thermal sensor disposed at the front of the image and to prevent foreign substances from entering the sensor; Technical features of the configuration including an aperture fixed / arranged in front of the first lens.

본 발명에 의하면, 열적외선 투과율을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 열감지의 정확성을 기할 수 있고 화질의 향상 및 밝기의 증대를 이끌어낼 수 있으며 장치의 초소형화 구현은 물론 보다 안정된 광학성능을 발휘되게 한다.According to the present invention, it is possible not only to greatly improve the thermal infrared transmittance, but also to improve the accuracy of heat detection, to improve the image quality and to increase the brightness, and to realize the miniaturization of the device as well as more stable optical performance. do.

Description

비구면을 이용한 초소형 열감지장치용 렌즈 광학계{LENS OPTICAL SYSTEM FOR THERMAL SENSING DEVICE OF COMPACT USING ASPHERICAL}LENS OPTICAL SYSTEM FOR THERMAL SENSING DEVICE OF COMPACT USING ASPHERICAL}

도 1은 본 발명에 따른 초소형 열감지장치용 렌즈 광학계의 배열상태를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing the arrangement of the lens optical system for the ultra-small thermal sensor according to the present invention.

도 2의 (a) 및 (b)는 도 1의 비구면 렌즈와 기준구면 렌즈와의 곡률반경을 비교한 단면도.2 (a) and 2 (b) are cross-sectional views comparing the radius of curvature of the aspherical lens and the reference spherical lens of FIG.

도 3은 본 발명에 따른 소형 열감지장치용 렌즈 광학계의 열적외선 추적 분석도.Figure 3 is a thermal infrared tracking analysis of the lens optical system for a small thermal sensor according to the present invention.

도 4 내지 도 8은 본 발명에 따른 렌즈 광학계의 광학특성을 나타낸 분석 그래프로서,4 to 8 are analysis graphs showing optical characteristics of the lens optical system according to the present invention.

도 4는 자오상면 만곡과 구결상면 만곡을 여러 광축상에서 나타낸 그래프이고,Figure 4 is a graph showing the meridional surface curvature and curvature image surface curvature on various optical axes,

도 5는 비점수차에 관한 수차해석 그래프이고,5 is a graph of aberration analysis regarding astigmatism,

도 6은 화면의 일그러짐 현상을 백분률로 나타낸 그래프이고,6 is a graph showing the distortion of the screen in percentage;

도 7은 색수차를 나타낸 그래프이고,7 is a graph illustrating chromatic aberration,

도 8은 해상도를 의미하는 MTF(Modulation Transfer Functions)의 광학성능 을 분석한 그래프.8 is a graph analyzing the optical performance of MTF (Modulation Transfer Functions) meaning the resolution.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

110: 제1렌즈 120: 제2렌즈110: first lens 120: second lens

130: 제3렌즈 140: 조리개130: third lens 140: aperture

본 발명은 비구면을 이용한 초소형 열감지장치용 렌즈 광학계에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 장치의 소형화를 가능하게 하고 열적외선 투과율을 높여 열감지의 정확성을 기할 수 있도록 하며 화질의 향상 및 밝기의 증대를 구현할 수 있도록 하는 비구면을 이용한 초소형 열감지장치용 렌즈 광학계에 관한 것이다.The present invention relates to a lens optical system for an ultra-small thermal sensor using an aspherical surface, and more particularly, it is possible to miniaturize the device and to increase the thermal infrared transmittance to ensure the accuracy of thermal sensing, and to improve image quality and increase brightness. It relates to a lens optical system for an ultra-small heat sensing device using an aspherical surface to be implemented.

일반적으로 렌즈 광학계는 적용되는 장치 및 기기의 성능을 특정짓는 기능을 하는 아주 중요한 장치의 구성요소이다.In general, lens optics are an important component of a device that functions to characterize the performance of the device and the device being applied.

이러한 렌즈 광학계는 한 개의 렌즈로 구성되기도 하지만, 최근에는 기술발달에 의해 렌즈 자체에서 발생되는 수차를 제거하거나 보상하기 위한 기능성 렌즈들이 개발됨에 따라 이들 다수를 적절하게 조합하여 구성하는 복합적 렌즈 광학계가 많이 적용되고 있다.Although the lens optical system is composed of one lens, recently, the development of functional lenses for removing or compensating aberration generated in the lens itself due to the development of technology has led to the increase in the number of complex lens optical systems that combine appropriately many of them. Is being applied.

특히, 장치의 소형화 및 화질 개선을 우선과제로 하는 디지털 카메라분야에서는 이러한 기능성 렌즈 광학계가 이미 그 대세를 이루고 있으며, 적외선 투과를 통한 적외선 열을 감지함으로써 인체나 물체의 열을 감지/검출하는 열감지장치분야에서도 그 기능성 향상을 위하여 복합적 렌즈 광학계의 접목을 시도하고 있으며, 감시카메라나 비접촉 열측정기 또는 적외선 검출기 등을 그 예로 들 수 있다.In particular, in the field of digital cameras where the priority is to miniaturize devices and improve image quality, such functional lens optical systems are already becoming the mainstream, and heat detection that detects / detects heat of a human body or an object by detecting infrared heat through infrared transmission. In the field of devices, in order to improve its functionality, the combination lens optical system is attempted to be applied, and examples thereof include a surveillance camera, a non-contact thermometer, an infrared detector, and the like.

그런데, 종래기술에 따른 열감지장치용 렌즈 광학계는, 아직까지 장치의 소형화 구현을 어렵게 하는 문제점이 있었으며 장치의 사용용도에 맞는 기능성 향상을 위하여 투과율이나 화질의 개선 및 밝기의 증대 등이 요구되고 있는 실정이다.By the way, the lens optical system for a heat sensing device according to the prior art has a problem that it is difficult to realize the miniaturization of the device until now, and the improvement of transmittance, image quality and increase of brightness are required to improve the functionality suitable for the use of the device. It is true.

본 발명이 목적으로 하는 바는 장치의 소형화를 가능하게 하고 열적외선 투과율을 높여 열감지의 정확성을 기할 수 있도록 하며 화질의 향상 및 밝기의 증대를 구현할 수 있도록 하는 비구면을 이용한 초소형 열감지장치용 렌즈 광학계를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to enable the miniaturization of the device and to increase the thermal infrared transmittance to ensure the accuracy of the heat detection, and to use the aspherical lens for the ultra-small heat sensing device to realize the improvement of the image quality and the increase of the brightness It is to provide an optical system.

나아가, 보다 안정되고 향상된 광학성능을 발휘할 수 있도록 하는 비구면을 이용한 초소형 열감지장치용 광학계를 제공하는데 있다.Furthermore, it is to provide an optical system for a micro thermal sensor using an aspherical surface that can exhibit more stable and improved optical performance.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 물체측 음의 굴절력을 갖는 오목면을 형성하고 상측 양의 굴절력을 갖는 볼록면을 형성하며 전체적으로 양[(+)Power]의 배율을 형성하는 제1렌즈와; 상기 제1렌즈의 후방에 배치되되 물체측 음의 굴절력을 갖는 오목면을 형성하고 상측 양의 굴절력을 갖는 볼록면을 형성하 며 전체적으로 양[(+)Power]의 배율을 형성하는 제2렌즈와; 상기 제2렌즈의 후방에 배치되며 상측 앞에 배치되는 열감지센서의 보호 및 상기 센서측으로의 이물질 유입 등을 방지되게 하는 제3렌즈와; 상기 제1렌즈의 앞에 고정/배치되는 조리개를 포함하는 구성을 그 기술적 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object to form a concave surface having a negative refractive power of the object side, a convex surface having a positive refractive power of the image side and a first lens to form a magnification of the positive ((+) Power] as a whole Wow; A second lens disposed behind the first lens to form a concave surface having negative refractive power on the object side, a convex surface having positive refractive power on the image side, and forming a positive ((+) Power] power as a whole; ; A third lens disposed at the rear of the second lens and configured to prevent the protection of the thermal sensor disposed at the front of the image and to prevent foreign substances from entering the sensor; Technical features of the configuration including an aperture fixed / arranged in front of the first lens.

상기 제1렌즈는 제2면의 볼록면을 비구면으로 하는 비구면 렌즈로 구성토록 하며, 상기 제1렌즈 및 제2렌즈는 게르마늄(Ge)을 광학재질로 사용하고, 상기 제3렌즈는 황화아연(ZnS)을 광학재질로 사용하는 것을 특징으로 한다.The first lens is composed of an aspherical lens having the convex surface of the second surface aspheric, the first lens and the second lens using germanium (Ge) as an optical material, the third lens is zinc sulfide ( ZnS) is used as an optical material.

또한, 상기 렌즈 광학계는 초점거리를 f라 하고, 후면 초점거리를 B라하면, 1.0 ≤ B/f ≤ 2.4를 만족하는 것을 특징으로 한다.In addition, the lens optical system satisfies 1.0 ≤ B / f ≤ 2.4 when the focal length is f and the rear focal length is B.

더불어, 상기 제1렌즈에서 제2렌즈까지의 거리를 광학전장 T라 하고, 초점거리를 f라 하면, T/f ≤ 1.1을 만족하는 것을 특징으로 한다.In addition, when the distance from the first lens to the second lens is referred to as the optical length T, and the focal length is f, T / f ≦ 1.1 is satisfied.

나아가, 상기 제1렌즈의 볼록면에 비구면이 형성되고, 상기 비구면에 의한 새그를 Xa라 하고, 기준구면에 의한 새그를 Xo라 하면, Xo - Xa > 0 [비구면 제1렌즈의 제2면(R2)]을 만족하는 것을 특징으로 한다.Further, when an aspherical surface is formed on the convex surface of the first lens, the sag by the aspherical surface is Xa, and the sag by the reference spherical surface is Xo, Xo-Xa> 0 [the second surface of the aspherical first lens ( R2)].

이하, 첨부된 도면 및 도표를 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings and diagrams.

도 1은 본 발명에 따른 초소형 열감지장치용 렌즈 광학계의 배열상태를 나타낸 도면이다.1 is a view showing the arrangement of the lens optical system for the ultra-small thermal sensor according to the present invention.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 비구면을 이용한 초소형 열감지장 치용 렌즈 광학계는 물체측과 상기 물체의 상이 맺히는 상측 사이에 제1렌즈(110) 내지 제3렌즈(130) 및 조리개(140)를 구비하는 광학계로서, 물체측 음의 굴절력을 갖는 오목면(R1)을 형성하고 상측 양의 굴절력을 갖는 볼록면(R2)을 형성하며 전체적으로 양[(+)Power]의 배율을 형성하는 제1렌즈(110)와, 상기 제1렌즈(110)의 후방에 배치되되 물체측 음의 굴절력을 갖는 오목면(R3)을 형성하고 상측 양의 굴절력을 갖는 볼록면(R4)을 형성하며 전체적으로 양[(+)Power]의 배율을 형성하는 제2렌즈(120)와, 상기 제2렌즈(120)의 후방에 배치되며 상측 앞에 배치되는 열감지센서(1)의 보호 및 센서(1)측으로의 이물질 유입 등을 방지되게 하는 제3렌즈(130)와, 상기 제1렌즈(110)의 앞에 고정/배치되는 조리개(140)로 이루어진다.As shown in FIG. 1, the microlens lens optical system using the aspherical surface according to the present invention includes a first lens 110 to a third lens 130 and an aperture 140 between an object side and an image side on which an image of the object is formed. An optical system comprising: a first concave surface R1 having negative refractive power on an object side, a convex surface R2 having positive refractive power on an object side, and a first magnification of positive ((+) Power] as a whole; A lens 110 and a concave surface R3 disposed at the rear of the first lens 110 to form a concave surface R3 having negative refractive power on the object side and a convex surface R4 having a positive refractive power on the image side are formed. The second lens 120 forming a magnification of (+) Power, the protection of the thermal sensor 1 disposed behind the second lens 120 and disposed in front of the image, and the foreign matter toward the sensor 1 side. Cooking that is fixed / arranged in front of the third lens 130 and the first lens 110 to prevent the inflow, etc. Dog 140.

상기 제1렌즈(110)는 볼록면(R2)인 제2면을 비구면으로 하는 비구면 렌즈로 구성된다.The first lens 110 is composed of an aspherical lens having aspherical a second surface, which is a convex surface R2.

상기 제1렌즈(110) 및 제2렌즈(120)는 적외선의 굴절을 유도하고, 즉 입사되는 적외선을 중심과 주변으로 굴절시켜 적외선 열의 정확한 감지를 행할 수 있도록 하는 것으로, 이를 위하여 고굴절의 물성특성을 갖는 게르마늄(Ge)을 광학재질로 사용토록 함이 바람직하다.The first lens 110 and the second lens 120 induces the refraction of the infrared rays, that is, to be able to perform the accurate detection of the infrared heat by refracting the incident infrared rays to the center and the periphery. It is preferable to use germanium (Ge) having an optical material.

상기 제3렌즈(130)는 양면(R5,R6)이 플랜(plane)형인 평면구성의 유리렌즈로 구성되며, 열감지센서(1)로의 적외선 투과율을 높일 수 있도록 황화아연(ZnS)을 광학재질로 사용토록 함이 바람직하다.The third lens 130 is composed of a glass lens having a planar shape having both surfaces R5 and R6 in a planar shape, and an optical material of zinc sulfide (ZnS) to increase infrared transmittance to the thermal sensor 1. It is preferable to use.

여기서, 상기 제1렌즈(110)는 전체적으로 배율을 조정하는 기능을 하며, 제2면(R2)의 비구면 형성에 의해 구면수차를 보정하는 기능을 하게 된다.Here, the first lens 110 functions to adjust the magnification as a whole, and to correct spherical aberration by forming an aspherical surface of the second surface R2.

상기 제2렌즈(120)는 디스토션(distortion)을 보정함을 주요 기능으로 하며, 열감지센서(1)측으로 입사되는 적외선을 조정하는 기능을 하게 된다.The second lens 120 has a main function of correcting distortion, and serves to adjust infrared rays incident to the heat sensor 1.

상기 제3렌즈(130)는 열감지센서(1)를 보호하는 커버글라스로서 기능하게 된다.The third lens 130 serves as a cover glass to protect the heat sensor 1.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 비구면을 이용한 초소형 열감지장치용 렌즈 광학계는 열적외선이 입사되는 법선 방향으로 렌즈를 배열시켜 투과율 향상 및 밝기의 증대를 구현할 수 있도록 한 것으로서, 다음의 조건들을 만족하도록 설계된다.As described above, the lens optical system for the ultra-small heat sensing device using the aspherical surface according to the present invention is configured to implement the improvement of the transmittance and the brightness by arranging the lenses in the normal direction in which thermal infrared rays are incident. Is designed.

[조건 1][Condition 1]

1.0 ≤ B/f ≤ 2.41.0 ≤ B / f ≤ 2.4

여기서, 제1렌즈(110) 및 제2렌즈(120)의 렌즈계의 초점거리(focal length)를 f라 하고, 제2렌즈(120)의 제4면(R4)에서 초점까지의 후면 초점거리(back focal length)를 B라 한다.Here, the focal length of the lens system of the first lens 110 and the second lens 120 is f, and the rear focal length from the fourth surface R4 of the second lens 120 to the focal point ( The back focal length is called B.

[조건 2][Condition 2]

T/f ≤ 1.1T / f ≤ 1.1

여기서, 렌즈계의 첫 번째 제1렌즈(110) 물체측 중심에서 두 번째 제2렌즈(120) 상측 중심까지의 거리를 광학전장 T라 하고, 초점거리를 f라 한다.Here, the distance from the center of the object side of the first first lens 110 to the image center of the second second lens 120 is referred to as the optical length T and the focal length is f.

[조건 3][Condition 3]

Xo - Xa > 0 [비구면 제1렌즈의 제2면(R2)]Xo-Xa> 0 [second surface R2 of the aspherical first lens]

여기서, 기준구면의 광축상의 곡률이 C(=1/R)인 면에서 광축에서의 높이가 Y인 경우를 기준으로 하며, 기준 구면 새그(Sag)의 절대값을 Xo라 하고, 기준 비구면 새그(Sag)의 절대값을 Xa라 한다.Here, the height at the optical axis is Y on the plane where the curvature on the optical axis of the reference spherical surface is C (= 1 / R), and the absolute value of the reference spherical sag is Xo, and the reference aspherical sag ( The absolute value of Sag) is called Xa.

다음에는 상기 조건(조건식 1 내지 조건식 3)을 만족하도록 구현되는 본 발명에 따른 렌즈 광학계의 작용을 설명하도록 한다.Next will be described the operation of the lens optical system according to the present invention implemented to satisfy the above conditions (conditions 1 to 3).

도 2는 기준구면의 광축상의 곡률이 C(=1/R)인 면에서 광학에서의 높이가 Y인 경우 비구면에서 새그(Sag) Xa와 구면에서의 새그(Sag) Xo를 도시한 도면으로서, 구면렌즈에서 새그 Xo와, 비구면렌즈에서 새그 Xa는 다음의 수학식 1과 수학식 2로 나타낼 수 있다.FIG. 2 is a diagram showing Sag Xa in the aspherical surface and Sag Xo in the spherical surface when the height of the optical is Y in the plane where the curvature on the optical axis of the reference sphere is C (= 1 / R). Sag Xo in the spherical lens and sag Xa in the aspherical lens may be represented by Equations 1 and 2 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112005051800025-pat00001
Figure 112005051800025-pat00001

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112005051800025-pat00002
Figure 112005051800025-pat00002

여기서, C는 곡률(C=1/R ; R은 렌즈의 반경), Y는 높이, K는 코닉 상수(conic constant)이고, AD, AE, AF, AG는 비구면계수를 각각 나타낸다.Where C is the curvature (C = 1 / R; R is the radius of the lens), Y is the height, K is the conic constant, and AD, AE, AF, and AG represent aspherical coefficients, respectively.

이러한 수학식을 통해 상기의 조건 1 및 2를 만족시키도록 렌즈 광학계를 구성하면, 광학전장(T)은 24.1mm, 구경비(f/dl)는 F/1.5, 화각(시계각)은 47.08도로 형성된다.When the lens optical system is configured to satisfy the above conditions 1 and 2 through the above equation, the optical field T is 24.1 mm, the aperture ratio f / dl is F / 1.5, and the angle of view is 47.08 degrees. do.

또한, 다음의 표 1은 본 발명에 따른 광학계의 데이터 값을 나타낸 것으로서, 렌즈의 곡률반경, 중심간격, 굴절률 및 분산률 등을 나타낸 것이다.In addition, Table 1 shows the data values of the optical system according to the present invention, and shows the curvature radius, the center interval, the refractive index, and the dispersion rate of the lens.

광량(FNO) 1:1.5 초점거리(f) 24.05 화각(W) 47.08                             Intensity of light (FNO) 1: 1.5 Focal length (f) 24.05 View angle (W) 47.08 렌즈면Lens surface 곡률반경(r)Radius of curvature (r) 두께,간격(d)Thickness and spacing (d) 굴절률(Nd)Refractive index (Nd) 분산률(Vd)Dispersion Rate (Vd) 비고Remarks 조리개iris 0.6400.640 1.00001.0000 제1면(R1)First side (R1) -63.60-63.60 6.0006.000 4.00284.0028 779.56779.56 GeGe 제2면(R2)2nd side (R2) -57.42-57.42 11.2211.22 1.00001.0000 비구면Aspheric surface 제3면(R3)Page 3 (R3) -57.00-57.00 9.0009.000 4.00284.0028 779.56779.56 GeGe 제4면(R4)Fourth side (R4) -38.16-38.16 20.0520.05 1.00001.0000 제5면(R5)Page 5 (R5) 3.0003.000 2.19222.1922 16.98616.986 ZnSZnS 제6면(R6)Page 6 (R6) 4.0004.000 1.00001.0000 결상면Image plane __ __ 센서sensor

여기서, 제2면(R2)의 K = 0.0, AD = 4.191521511e-06, AE = 1.010649504e-07, AF = -1.244402491e-09, AG = 6.116048791e-12이다. Here, K = 0.0, AD = 4.191521511e-06, AE = 1.010649504e-07, AF = -1.244402491e-09, AG = 6.116048791e-12 on the second surface R2.

이러한 본 발명은 투영측정기(RROFELE PROJECTOR)를 통해 측정한 해상력측정치와, 유효경(dl:mm)과, 화각측정치와, 구면계(SPHEROMETER)로 전체 렌즈계의 초점거리 f, 후면 초점거리 B, 렌즈계의 첫 번째 제1렌즈(110)에서 두 번째 제2렌즈(120)까지의 거리 T, 구면에 의한 새그 Xo, 비구면에 의한 새그 Xa를 분석하여 보면, 광학계의 렌즈 형상과 렌즈 배열 등이 상기한 바와 같은 조건 1, 2, 3을 만족시키고 있음을 알 수 있다.     This invention is a focal length f of the entire lens system, a rear focal length B, the first of the lens system by the resolution measurement, the effective diameter (dl: mm), the angle of view measurement, the spherometer (SPHEROMETER) measured by the projection measuring instrument (RROFELE PROJECTOR) As a result of analyzing the distance T from the first first lens 110 to the second second lens 120, sag Xo by spherical surface, and sag Xa by aspherical surface, the lens shape and lens arrangement of the optical system are as described above. It can be seen that conditions 1, 2, and 3 are satisfied.

즉, [조건 1] 1.0 ≤ B/f ≤ 2.4와; [조건 2] T/f ≤ 1.1과; [조건 3] Xo - Xa > 0을 만족시키고 있다.That is, [condition 1] 1.0 ≦ B / f ≦ 2.4; [Condition 2] T / f ≦ 1.1; [Condition 3] Xo-Xa> 0 is satisfied.

따라서, 본 발명에 따른 비구면을 이용한 초소형 열감지장치용 렌즈 광학계는 광학전장 24.1mm, 구경비 F/1.5, 시계각 47.08도의 광학성능을 발휘하게 되며, 열적외선의 투과율 향상에 따른 밝기의 증대 및 화질을 개선할 수 있는 특성을 지니게 될 뿐만 아니라 장치의 초소형화(super compact)를 가능하게 한다.Therefore, the lens optical system for the ultra-small heat sensing device using the aspherical surface according to the present invention exhibits optical performance of 24.1mm optical field length, F / 1.5 of aperture ratio, 47.08 degree of viewing angle, and increases brightness and image quality by improving transmittance of thermal infrared rays. It not only has the properties to improve the performance, but also enables the super compact of the device.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 초소형 열감지장치용 렌즈 광학계의 열적외선 추적 분석도이고, 도 4 내지 도 8은 본 발명에 따른 소형 열감지장치용 렌즈 광학계의 광학 특성을 나타낸 분석 그래프이다.On the other hand, Figure 3 is a thermal infrared trace analysis of the micro-lens thermal sensor optical system according to the present invention, Figures 4 to 8 is an analysis graph showing the optical characteristics of the lens optical system for a small thermal sensor according to the present invention.

여기서, 도 4는 수차특성을 도시한 것으로 자오상면 만곡과 구결상면 만곡을 0.50, 0.71, 1.00인 광축상에서 나타낸 것이고, 도 5는 비점수차에 관한 수차해석이고, 도 6은 화면이 곡선으로 휘어 보이는 정도(왜곡수차)에 대한 것이고, 도 7은 색수차(실선)와 백분왜곡(점선)을 나타낸 것이며, 도 8은 해상도를 의미하는 MTF(Modulation Transfer Functions)의 광학성능을 분석한 것이다.Here, FIG. 4 illustrates aberration characteristics, and the meridian image curvature and the curvature image curvature are shown on the optical axis of 0.50, 0.71, and 1.00, FIG. 5 is an aberration analysis regarding astigmatism, and FIG. It is about accuracy (distortion aberration), Figure 7 shows the chromatic aberration (solid line) and percent distortion (dotted line), Figure 8 is an analysis of the optical performance of MTF (Modulation Transfer Functions) means the resolution.

이러한 도 3 내지 도 8에서 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 렌즈 광학계는 거의 모든 필드에서 상들의 값이 중심축에 인접하게 나타나고 있어 구면수차나 자오상면 수차 및 색수차의 보정 상태가 양호함을 나타내고 있음은 물론 MTF(광학적 요구성능/해상도)를 만족하고 있음을 나타내고 있다.As shown in FIG. 3 to FIG. 8, the lens optical system according to the present invention shows that the values of images in almost all fields are adjacent to the central axis, indicating that the spherical aberration, the meridian aberration, and the chromatic aberration are corrected. Of course, MTF (Optical Requirements / Resolution) is satisfied.

따라서, 열적외선이 입사되는 법선 방향으로 렌즈를 배열시킨 구조 및 볼록면을 비구면으로 하는 구성을 통해 중심뿐만 아니라 주변의 밝기를 더욱 향상시킬 수 있으며 화질 향상은 물론 소형화 구현을 위한 매우 효과적인 설계가 이루어졌다고 할 수 있다.Therefore, through the structure in which the lens is arranged in the direction of the normal infrared ray incident and the convex surface aspherical surface, it is possible to further improve the brightness of not only the center but also the surroundings, and a very effective design for improving the image quality and miniaturization is achieved. You can lose.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 비구면을 이용한 초소형 열감지장치용 렌즈 광학계에 의하면, 광학전장 24.1mm, 구경비 F/1.5, 시계각 47.08도의 광학성능을 발휘하게 된다.As described above, according to the lens optical system for the ultra-small heat sensing device using the aspherical surface according to the present invention, the optical performance of the optical field length 24.1mm, aperture ratio F / 1.5, 47.08 degrees clock angle.

본 발명은 열감지센서를 보호하기 위한 커버글라스를 포함하여 제1렌즈 내지 제3렌즈를 배열하되 열적외선이 입사되는 법선 방향으로 배열하고 제1렌즈의 볼록면에 비구면을 형성하는 광학시스템의 적용으로 열적외선 투과율을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 열감지의 정확성을 기할 수 있게 되며 화질의 향상 및 밝기의 증대를 이끌어내는 유용한 효과를 발휘한다.The present invention provides an optical system for arranging first to third lenses including cover glass for protecting a thermal sensor, and arranging in a normal direction in which thermal infrared rays are incident, and forming an aspherical surface on the convex surface of the first lens. In addition, the thermal infrared transmittance can be greatly improved, and the accuracy of heat detection can be ensured, and it has a useful effect of leading to the improvement of image quality and the increase of brightness.

나아가, 장치의 초소형화를 가능하게 하며 보다 안정되고 향상된 광학성능을 발휘되게 한다.Furthermore, it is possible to miniaturize the device and to exhibit more stable and improved optical performance.

Claims (7)

물체측 음의 굴절력을 갖는 오목면을 형성하고 상측 양의 굴절력을 갖는 볼록면을 형성하며 전체적으로 양[(+)Power]의 배율을 형성하는 제1렌즈와;A first lens forming a concave surface having an object-side negative refractive power, a convex surface having an image positive refractive power, and forming a magnification of positive [(+) Power] as a whole; 상기 제1렌즈의 후방에 배치되되 물체측 음의 굴절력을 갖는 오목면을 형성하고 상측 양의 굴절력을 갖는 볼록면을 형성하며 전체적으로 양[(+)Power]의 배율을 형성하는 제2렌즈와;A second lens disposed behind the first lens to form a concave surface having an object-side negative refractive power, a convex surface having an image-positive positive refractive power, and overall forming a positive ((+) Power] magnification; 상기 제2렌즈의 후방에 배치되며 상측 앞에 배치되는 열감지센서의 보호 및 상기 센서측으로의 이물질 유입 등을 방지되게 하는 제3렌즈와;A third lens disposed at the rear of the second lens and configured to prevent the protection of the thermal sensor disposed at the front of the image and to prevent foreign substances from entering the sensor; 상기 제1렌즈의 앞에 고정/배치되는 조리개를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비구면을 이용한 초소형 열감지장치용 렌즈 광학계.A lens optical system for a miniature heat sensing device using an aspherical surface, characterized in that it comprises a stop that is fixed / arranged in front of the first lens. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1렌즈는 제2면의 볼록면을 비구면으로 하는 비구면 렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 비구면을 이용한 초소형 열감지장치용 렌즈 광학계.The first lens is a lens optical system for a small thermal sensor using an aspherical surface, characterized in that the aspherical lens having a convex surface of the second surface aspheric. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1렌즈 및 제2렌즈는 적외선 열의 정확한 감지를 위하여 게르마늄(Ge)을 광학재질로 사용하는 것을 특징으로 하는 비구면을 이용한 초소형 열감지장치용 렌즈 광학계.The first lens and the second lens is a lens optical system for a micro thermal sensor using aspherical surface, characterized in that for the accurate detection of infrared heat using germanium (Ge) as an optical material. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제3렌즈는 양면 플랜(plane)형인 평면구성의 유리렌즈로 구성되며, 열감지센서로의 적외선 투과율을 높일 수 있도록 황화아연(ZnS)을 광학재질로 사용하는 것을 특징으로 하는 비구면을 이용한 초소형 열감지장치용 렌즈 광학계.The third lens is composed of a glass lens having a planar configuration having a double-sided planar shape, and is made of an aspherical surface using zinc sulfide (ZnS) as an optical material to increase infrared transmittance to a thermal sensor. Lens optics for thermal sensors. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 초점거리를 f라 하고, 후면 초점거리를 B라하면,If the focal length is f and the rear focal length is B, 1.0 ≤ B/f ≤ 2.41.0 ≤ B / f ≤ 2.4 를 만족하는 것을 특징으로 하는 비구면을 이용한 초소형 열감지장치용 렌즈 광학계.Lens optical system for an ultra-small thermal sensor using an aspherical surface, characterized in that to satisfy the. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1렌즈에서 제2렌즈까지의 거리를 광학전장 T라 하고, 초점거리를 f라 하면,When the distance from the first lens to the second lens is called the optical length T and the focal length is f, T/f ≤ 1.1T / f ≤ 1.1 을 만족하는 것을 특징으로 하는 비구면을 이용한 초소형 열감지장치용 렌즈 광학계.Lens optical system for an ultra-small thermal sensor using an aspherical surface, characterized in that to satisfy the. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1렌즈의 볼록면에 비구면이 형성되고, 상기 비구면에 의한 새그를 Xa라 하고, 기준구면에 의한 새그를 Xo라 하면,If an aspherical surface is formed on the convex surface of the first lens, the sag by the aspherical surface is Xa, and the sag by the reference spherical surface is Xo, Xo - Xa > 0 [비구면 제1렌즈의 제2면(R2)]Xo-Xa> 0 [second surface R2 of the aspherical first lens] 를 만족하는 것을 특징으로 하는 비구면을 이용한 초소형 열감지장치용 렌즈 광학계.Lens optical system for an ultra-small thermal sensor using an aspherical surface, characterized in that to satisfy the.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62123420A (en) * 1985-11-22 1987-06-04 Asahi Optical Co Ltd Lens for optical disc
JPH10339842A (en) * 1997-04-07 1998-12-22 Nikon Corp Aspherical optical system for infrared rays
JP2000075203A (en) * 1998-08-27 2000-03-14 Fuji Photo Optical Co Ltd Infrared lens
JP2003295052A (en) * 2002-03-29 2003-10-15 Fuji Photo Optical Co Ltd Infrared lens

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62123420A (en) * 1985-11-22 1987-06-04 Asahi Optical Co Ltd Lens for optical disc
JPH10339842A (en) * 1997-04-07 1998-12-22 Nikon Corp Aspherical optical system for infrared rays
JP2000075203A (en) * 1998-08-27 2000-03-14 Fuji Photo Optical Co Ltd Infrared lens
JP2003295052A (en) * 2002-03-29 2003-10-15 Fuji Photo Optical Co Ltd Infrared lens

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