KR100843453B1 - Optical movement sensing system - Google Patents

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KR100843453B1
KR100843453B1 KR1020060137589A KR20060137589A KR100843453B1 KR 100843453 B1 KR100843453 B1 KR 100843453B1 KR 1020060137589 A KR1020060137589 A KR 1020060137589A KR 20060137589 A KR20060137589 A KR 20060137589A KR 100843453 B1 KR100843453 B1 KR 100843453B1
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lens
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KR1020060137589A
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Inventor
오혜란
장인철
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삼성전기주식회사
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Abstract

An optical system for sensing movement is provided to facilitate manufacture by forming only one of refractive surfaces of a wide-angle lens in a curved surface. An optical system for sensing movement includes a wide-angle lens(L) having a first lens element(LE1) and a second lens element(LE2). The first lens element includes an object side surface(1) and an upper surface(2) which are planes. The second lens element includes an object side surface and an upper surface(3). The object side surface of the second lens element is coupled to the upper surface of the first lens element. The upper surface of the second lens element is an upward convex curved surface and an aspheric surface.

Description

움직임 센싱용 광학계{Optical Movement Sensing System}Optical Movement Sensing System

도 1은 일반적인 광학식 포인팅 장치의 개략도.1 is a schematic view of a typical optical pointing device.

도 2는 본 발명에 의한 움직임 센싱용 광학계의 개략도.2 is a schematic diagram of an optical system for motion sensing according to the present invention;

도 3은 본 발명에 의한 움직임 센싱용 광학계의 작용을 설명하기 위한 개략도.Figure 3 is a schematic diagram for explaining the operation of the optical system for motion sensing according to the present invention.

도 4는 본 발명에 의한 움직임 센싱용 광학계의 작용을 설명하기 위한 참고도로서, 4 is a reference diagram for explaining the operation of the optical system for motion sensing according to the present invention;

(a)는 스크린 상에서 피사체의 이동을 도시한 개략도이고,    (a) is a schematic diagram showing the movement of the subject on the screen,

(b)는 이미지 센서 상에서 피사체의 이동을 도시한 개략도.   (b) is a schematic diagram showing the movement of a subject on an image sensor;

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 움직임 센싱용 광학계의 렌즈 구성도.5 is a lens configuration of the optical system for motion sensing according to the first embodiment of the present invention.

도 6은 도 5에 도시된 제1 실시예의 MTF 특성을 나타낸 그래프.6 is a graph showing the MTF characteristic of the first embodiment shown in FIG.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 의한 움직임 센싱용 광학계의 렌즈 구성도.7 is a lens configuration of the optical system for motion sensing according to a second embodiment of the present invention.

도 8은 도 7에 도시된 제2 실시예의 MTF 특성을 나타낸 그래프.8 is a graph showing the MTF characteristic of the second embodiment shown in FIG.

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

110...광원부 120...피사체110 ... light source 120 ... subject

130...렌즈부 140...광센서130 ... Lens section 140 ... Light sensor

L...광각렌즈 AS...개구 조리개L ... wide-angle lens AS ... aperture aperture

IS...상면(像面) 1,2,3,4...면 번호IS ... Top 1, 2, 3, 4 ...

본 발명은 광학식 포인팅 장치 등에 사용되는 움직임 센싱용 광학계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 넓은 화각을 가지며 소형화가 가능한 움직임 센싱용 광학계에 관한 것이다.The present invention relates to a motion sensing optical system used in an optical pointing device and the like, and more particularly, to a motion sensing optical system having a wide field of view and capable of miniaturization.

도 1은 일반적인 광학식 포인팅 장치의 원리를 도시하는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing the principle of a general optical pointing device.

도 1에 도시된 바와 같이, 광학식 포인팅 장치는 일반적으로 LED 등으로 이루어지며 빛을 조사하는 광원부(11)와, 상기 광원부(11)에서 조사된 빛에 의해 피사체(12)에서 반사된 빛을 집광하는 렌즈부(13)와, 상기 렌즈부(13)에 의해 집광된 이미지를 감지하여 피사체(12)의 움직임을 검출하는 이미지 센서 등의 광센서(14)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the optical pointing device is generally made of an LED or the like and condenses the light reflected from the subject 12 by light emitted from the light source 11 and light emitted from the light source 11. The lens unit 13 and an optical sensor 14 such as an image sensor which detects the movement of the subject 12 by sensing the image collected by the lens unit 13.

상기 피사체(12)는 일반적인 광학식 마우스의 경우 지면 또는 지면에 대응하는 패드로 이루어지게 되며, 사용자가 광학식 마우스를 이동시킴에 따라 피사체(지면)의 상대적인 이동이 광센서(14)에 검출되어 포인팅(위치 설정) 작업이 수행된 다.In the case of a general optical mouse, the subject 12 is formed of a pad corresponding to the ground or the ground. As the user moves the optical mouse, the relative movement of the subject (ground) is detected by the optical sensor 14 and is pointed to ( Position setting) operation is performed.

최근에는 이러한 광학식 포인팅 장치를 이동통신단말기와 같은 모바일 기기에 적용하고자 하는 시도가 있다. Recently, there is an attempt to apply such an optical pointing device to a mobile device such as a mobile communication terminal.

이와 같이, 이동통신단말기에 적용되는 광학식 포인팅 장치는 피사체로서 손가락의 표면을 이용하며, 손가락 또는 지문의 움직임을 광센서(14)를 통하여 감지하여 포인팅 작업을 수행하게 된다.As described above, the optical pointing device applied to the mobile communication terminal uses the surface of the finger as a subject, and detects the movement of the finger or the fingerprint through the optical sensor 14 to perform the pointing operation.

그러나, 이러한 종래의 광학식 포인팅 장치는 실제 사용할 경우 손가락 움직임을 크게 할 수 없어 일반적인 광학식 마우스에 익숙한 사용자들에게 큰 불편을 초래하게 된다.However, such a conventional optical pointing device is not able to increase the finger movement in actual use, causing a great inconvenience for users familiar with the general optical mouse.

이와 같이 이동통신단말기 등의 모바일 기기에 광학식 포인팅 장치를 적용하기 위해서는 센싱용 광학계의 크기가 작아야 하며, 주변부 광량을 확보할 수 있고, 손가락의 큰 움직임을 인지할 수 있도록 넓은 화각을 가져야 한다는 제약이 있다.As described above, in order to apply an optical pointing device to a mobile device such as a mobile communication terminal, the size of the sensing optical system must be small, the peripheral light quantity can be secured, and the wide angle of view to recognize the large movement of the finger is limited. have.

따라서, 이러한 제약을 극복할 수 있는 움직임 센싱용 광학계가 요구된다.Therefore, there is a need for an optical system for motion sensing that can overcome this limitation.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이동통신단말기 등의 모바일 기기에 적용가능하도록 적은 매수로도 해상력 확보가 가능하고 소형화가 가능하며, 넓은 화각을 갖는 움직임 센싱용 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, and to provide a motion sensing optical system having a wide field of view is possible to secure the resolution and downsized with a small number to be applicable to a mobile device such as a mobile communication terminal. The purpose.

또한, 본 발명은 주변광량을 충분히 확보할 수 있고, 제작과 조립이 용이하며, 저 비용으로 제작이 가능한 움직임 센싱용 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a motion sensing optical system that can ensure a sufficient amount of ambient light, easy to manufacture and assemble, and can be manufactured at low cost.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 피사체에서 반사된 빛을 집광하여 광센서에 이미지가 맺히게 하는 센싱용 광학계에 있어서, 물체측 면과 상측 면이 평면으로 이루어지는 제1 렌즈 요소와, 물체측 면이 상기 제1 렌즈 요소의 상측 면에 결합되고 상측 면이 곡면으로 이루어지는 제2 렌즈 요소를 갖는 광각렌즈; 를 포함하는 움직임 센싱용 광학계를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a sensing optical system that collects light reflected from a subject to form an image on an optical sensor, comprising: a first lens element having an object side surface and an image side surface in a plane; A wide-angle lens having a second lens element whose surface is coupled to the image side of the first lens element and whose image surface is curved; It provides a motion sensing optical system comprising a.

바람직하게는, 상기 제1 렌즈 요소의 물체측 면은 비구면으로 형성될 수 있다.Preferably, the object-side surface of the first lens element may be formed as an aspheric surface.

바람직하게는, 상기 광각 렌즈는 전체적으로 양의 굴절력을 가질 수 있다.Preferably, the wide-angle lens may have a positive refractive power as a whole.

또한 바람직하게는, 상기 제1 렌즈 요소와 상기 제2 렌즈 요소의 두께에 관한 다음의 조건식 1을 만족할 수 있다.Also preferably, the following Conditional Expression 1 regarding the thickness of the first lens element and the second lens element may be satisfied.

[조건식 1] 1 ≤ D1/D2 ≤ 5[Condition 1] 1 ≤ D1 / D2 ≤ 5

여기서, D1 : 제1 렌즈 요소의 광축상 두께Where D1: optical axis thickness of the first lens element

D2 : 제2 렌즈 요소의 광축상 두께        D2: optical axis thickness of the second lens element

또한 바람직하게는, 상기 제2 렌즈 요소는 상기 제1 렌즈 요소의 상측 면에 적층되거나 접합되어 형성될 수 있다.Also preferably, the second lens element may be formed by being laminated or bonded to an upper surface of the first lens element.

바람직하게는, 상기 제1 렌즈 요소와 상기 제2 렌즈 요소는 일체로 성형될 수 있다.Preferably, the first lens element and the second lens element may be integrally molded.

또한 바람직하게는, 상기 제1 렌즈 요소와 상기 제2 렌즈 요소는 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다.Also preferably, the first lens element and the second lens element may have different refractive indices.

한편, 상기 제1 렌즈 요소의 상측 면에 불필요한 광을 차단하는 개구 조리개가 설치되는 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable that an aperture stop is provided on the image side surface of the first lens element to block unnecessary light.

바람직하게는, 상기 피사체는 광원부에서 조사된 빛을 반사할 수 있다.Preferably, the subject may reflect light emitted from the light source unit.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 의한 움직임 센싱용 광학계의 개략도이고, 도 3은 본 발명에 의한 움직임 센싱용 광학계의 작용을 설명하기 위한 개략도이며, 도 4는 본 발명에 의한 움직임 센싱용 광학계의 작용을 설명하기 위한 참고도로서, (a)는 스크린 상에서 피사체의 이동을 도시한 개략도이고, (b)는 이미지 센서 상에서 피사체의 이동을 도시한 개략도이다. 또한, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 움직임 센싱용 광학계의 렌즈 구성도이다. 이하의 렌즈 구성도에서, 렌즈의 두께, 크기, 형상은 설명을 위해 다소 과장되게 도시되었으며, 특히 렌즈 구성도에서 제시된 구면 또는 비구면의 형상은 일 예로 제시되었을 뿐 이 형상에 한정되지 않는다.Figure 2 is a schematic diagram of the optical system for motion sensing according to the present invention, Figure 3 is a schematic diagram for explaining the operation of the optical system for motion sensing according to the present invention, Figure 4 illustrates the operation of the optical system for motion sensing according to the present invention. For reference, (a) is a schematic diagram showing the movement of the subject on the screen, and (b) is a schematic diagram showing the movement of the subject on the image sensor. 5 is a lens configuration of the optical system for motion sensing according to the first embodiment of the present invention. In the following lens configuration, the thickness, size, and shape of the lens have been somewhat exaggerated for explanation, and in particular, the shape of the spherical or aspherical surface shown in the lens configuration is merely an example and is not limited thereto.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 광학식 포인팅 장치는 빛을 조사 하는 광원부(110)와, 상기 광원부(110)에서 조사된 빛에 의해 피사체(120)에서 반사된 빛을 집광하는 렌즈부(130)와, 상기 렌즈부(130)에 의해 집광된 이미지를 감지하여 상기 피사체(120)의 움직임을 검출하는 광센서(140)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the optical pointing device according to the present invention includes a light source unit 110 for irradiating light and a lens unit for collecting light reflected from the subject 120 by light emitted from the light source unit 110. 130 and an optical sensor 140 that detects the image collected by the lens unit 130 and detects the movement of the subject 120.

상기 광원부(110)는 고휘도의 발광 다이오드(LED)로 이루어질 수 있으나, 피사체(120)에 빛을 조사하여 반사된 빛이 광센서(140)에서 인식될 수 있다면 이에 한정되는 것은 아니다. 마찬가지로, 상기 광센서(140)도 피사체(120)의 움직임을 감지할 수 있다면 그 종류는 특별히 한정되지 않는다.The light source unit 110 may be formed of a high brightness light emitting diode (LED). However, the light source unit 110 is not limited thereto as long as the reflected light is recognized by the light sensor 140. Similarly, the optical sensor 140 is not particularly limited as long as it can detect the movement of the subject 120.

다만, 광학계 외부의 빛과 상기 광원부(110)에서 조사되어 피사체(120)에서 반사된 빛을 구별할 수 있도록 상기 광원부(110)는 적외선 LED로 이루어지는 것이 바람직하며, 이 경우 상기 광센서(140)는 적외선에 민감한 센서인 것이 바람직하다.However, the light source unit 110 is preferably made of an infrared LED, so that the light from the outside of the optical system and the light emitted from the light source unit 110 reflected from the subject 120 may be formed, in this case, the light sensor 140. Is preferably a sensor sensitive to infrared rays.

그리고, 상기 피사체(120)는 일반적인 광학식 마우스와 같이 지면 또는 지면에 대응하는 패드 등으로 이루어질 수 있으며, 이 경우에는 광학계가 장착된 포인팅 장치를 직접 움직여 피사체(120)의 상대 이동을 감지하도록 구성할 수 있다. 그러나, 본 발명에 의한 움직임 센싱용 광학계는 특히 초소형이라는 점에서, 이동통신단말기 등의 모바일 기기에도 적용될 수 있으며, 이러한 경우에는 손가락의 표면이 피사체(120)에 대응할 수 있다. 즉, 포인팅 장치가 고정된 상태에서 피사체(120)에 대응하는 손가락 표면의 움직임을 감지하여 포인팅(방향 설정) 작업을 수행하도록 구성할 수 있다. 특히, 후술하는 바와 같이 본 발명에 의한 움직임 센싱용 광학계는 높은 해상력을 갖는다는 점에서, 손가락 표면(지문)의 움직임을 감 지하여 광학식 마우스와 유사한 기능을 수행하도록 구성할 수도 있다.In addition, the subject 120 may be formed of a pad corresponding to the ground or the ground, such as a general optical mouse. In this case, the subject 120 may be configured to directly detect a relative movement of the subject 120 by directly moving a pointing device equipped with an optical system. Can be. However, since the optical system for motion sensing according to the present invention is particularly small, it can be applied to a mobile device such as a mobile communication terminal. In this case, the surface of the finger may correspond to the subject 120. That is, the pointing device may be configured to detect a movement of a finger surface corresponding to the subject 120 and perform a pointing (direction) operation while the pointing device is fixed. In particular, as described below, the optical system for motion sensing according to the present invention has a high resolution, and may be configured to detect a movement of a finger surface (fingerprint) to perform a function similar to that of an optical mouse.

도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 의한 움직임 센싱용 광학계의 작용에 대해 살펴 본다.The operation of the optical system for motion sensing according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

도 3에 도시된 바와 같이, 피사체(120)의 위치(P1,P2,P3)에 따라 렌즈부(130)를 통과하여 이미지 센서 등의 광센서(140)에 맺히는 상의 위치가 달라진다. 즉, 피사체가 중앙 위치(P1)에 있을 때 상의 위치는 광센서(140)의 중앙부가 되며, 피사체가 중앙 위치에서 벗어날수록 상의 위치는 광센서(140)의 주변부로 이동하게 된다.As shown in FIG. 3, the position of the image passing through the lens unit 130 and formed on the optical sensor 140 such as an image sensor varies according to the positions P1, P2, and P3 of the subject 120. That is, when the subject is at the center position P1, the position of the image becomes the center portion of the optical sensor 140, and as the subject moves away from the center position, the image position moves to the periphery of the optical sensor 140.

예를 들어, 도 4(a)에서 피사체가 스크린 상의 우측 상부에서 좌측 하부로 움직일 때, 도 4(b)에 도시된 바와 같이 광센서에 맺히는 상의 위치가 피사체의 이동에 대응하여 이동하게 되므로 피사체의 움직임을 감지하여 각종 포인팅 작업 등을 수행할 수 있게 된다.For example, when the subject moves from the upper right side to the lower left side of the screen in FIG. 4 (a), the position of the image formed by the optical sensor is moved in response to the movement of the subject as shown in FIG. 4 (b). By detecting the movement of the various pointing operations can be performed.

한편, 상기 렌즈부(130)는 근거리에서 발생하는 피사체의 움직임을 감지할 수 있도록 넓은 화각을 가질 필요가 있으며, 포인팅 장치의 소형화를 위해서는 이에 구비되는 움직임 센싱용 광학계의 크기가 충분히 작을 필요가 있다.On the other hand, the lens unit 130 needs to have a wide angle of view so as to detect the movement of the subject occurring in a short distance, and the size of the motion sensing optical system provided therein needs to be small enough to reduce the size of the pointing device. .

즉, 휴대용 이동통신단말기 등의 모바일 기기에 적용되기 위해서는 상기 렌즈부(130)는 넓은 화각을 가짐과 동시에 초점거리가 짧을 필요가 있게 된다.That is, in order to be applied to a mobile device such as a portable mobile communication terminal, the lens unit 130 needs to have a wide field of view and a short focal length.

이를 위하여, 상기 렌즈부(130)는 도 5에 도시된 바와 같이 물체측 면(1)과 상측 면(2)이 평면으로 이루어지는 제1 렌즈 요소(LE1)와, 물체측 면(2)이 상기 제1 렌즈 요소(LE1)의 상측 면(2)에 결합되고 상측 면(3)이 곡면으로 이루어지는 제2 렌즈 요소(LE3)를 갖는 광각렌즈(L)를 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 렌즈부(130)는 후술하는 조건식 1을 만족하는 것이 바람직하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.To this end, as shown in FIG. 5, the lens unit 130 includes a first lens element LE1 having an object-side surface 1 and an image-side surface 2 as a plane, and an object-side surface 2 as described above. It is preferred to include a wide-angle lens L having a second lens element LE3 which is coupled to the image side 2 of the first lens element LE1 and whose image side 3 is curved. The lens unit 130 preferably satisfies Conditional Expression 1 described below, but the present invention is not limited thereto.

특히, 본 발명은 광각 렌즈(L)의 물체측 면(1)이 평면으로 이루어지므로 광선을 꺾어주는데 효율적이므로 화각을 크게 할 수 있다는 이점이 있게 된다.In particular, since the object-side surface 1 of the wide-angle lens (L) is made of a flat surface, the present invention has an advantage that the angle of view can be increased because it is efficient for bending the light beam.

또한, 상기 제2 렌즈 요소(LE2)의 상측 면(3)은 비축에 대한 결상력 확보와 피사체의 움직임을 식별할 수 있을 정도의 해상력 확보를 위해 비구면으로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the image side surface 3 of the second lens element LE2 is preferably formed as an aspherical surface in order to secure the image forming power to the stockpile and to secure the resolution enough to identify the movement of the subject.

그리고, 상기 제1 렌즈 요소(LE1)와 제2 렌즈 요소(LE2)로 구성되는 상기 광각 렌즈(L)는 전체적으로 양의 굴절력을 갖도록 형성되어 광학계의 전체 길이를 짧게 함과 동시에 이미지 센서 등의 광센서의 크기를 작게 할 수 있다.The wide-angle lens L including the first lens element LE1 and the second lens element LE2 is formed to have a positive refractive power as a whole to shorten the overall length of the optical system and simultaneously provide light such as an image sensor. The size of the sensor can be reduced.

또한, 제작을 용이하게 하기 위하여 상기 제2 렌즈 요소(LE2)는 상기 제1 렌즈 요소(LE1)의 상측 면(2)에 적층되거나 접합되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 양면이 평면으로 이루어진 제1 렌즈 요소(LE1)의 상측 면(2)에 제2 렌즈 요소(LE2)를 레플리카 방식으로 적층하여 대량생산을 용이하게 할 수 있으나, 상기 광각 렌즈(L)는 이러한 방법에 의해 제조된 렌즈로 한정되는 것은 아니다. 이와 같이, 제1 렌즈 요소(LE1)와 제2 렌즈 요소(LE2)가 별도로 형성되는 경우에는 제1 렌즈 요소(LE1)와 제2 렌즈 요소(LE2)를 굴절률이 서로 다른 물질로 형성하여 굴절면 증가 의 효과를 얻을 수 있게 된다. In addition, the second lens element LE2 may be formed by being laminated or bonded to the upper surface 2 of the first lens element LE1 in order to facilitate manufacturing. For example, the second lens element LE2 may be laminated on the image surface 2 of the first lens element LE1 having a planar surface on both sides in a replica manner to facilitate mass production, but the wide-angle lens L ) Is not limited to lenses produced by this method. As such, when the first lens element LE1 and the second lens element LE2 are separately formed, the first lens element LE1 and the second lens element LE2 are formed of materials having different refractive indices, thereby increasing the refractive surface. The effect of can be obtained.

전술한 바와 달리, 제1 렌즈 요소(LE1)와 제2 렌즈 요소(LE2)는 일체로 성형될 수 있다. 즉, 물체측 면(1)이 평면으로 이루어지고, 상측 면(3)이 곡면으로 이루어지도록 광각렌즈(L)를 형성할 수 있다.Unlike the above, the first lens element LE1 and the second lens element LE2 may be integrally molded. That is, the wide-angle lens L may be formed such that the object side surface 1 is made flat and the image side surface 3 is made curved.

한편, 개구 조리개(AS)의 설치 공간을 줄여 광학계의 크기를 작게 하고, 조립성을 개선하기 위하여, 개구 조리개(AS)는 제1 렌즈 요소(LE1)의 상측 면(2)에 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 개구 조리개(AS)는 제1 렌즈 요소(LE1)의 상측 면(2)에 광 차단 물질을 코팅하는 등 공지의 방법으로 설치될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 개구 조리개(AS)의 위치는 도 5 등에 도시된 예에 한정되는 것은 아니며, 광각 렌즈(L)의 전단에 설치될 수도 있다.On the other hand, in order to reduce the installation space of the aperture diaphragm AS to reduce the size of the optical system and improve the assemblability, it is preferable that the aperture diaphragm AS is provided on the upper surface 2 of the first lens element LE1. Do. The aperture stop AS may be installed by a known method such as coating a light blocking material on the upper surface 2 of the first lens element LE1. However, the position of the aperture stop AS according to the present invention is not limited to the example shown in FIG. 5 or the like, and may be provided at the front end of the wide-angle lens L. FIG.

그리고, 본 발명에 의한 광각 렌즈(L)는 제1 렌즈 요소(LE1)의 물체측 면(1)이 평면으로 형성됨으로써 제작이 용이하다는 이점이 있게 된다. 특히, 광각 렌즈(L)의 일 면이 평면이므로, 레플리카 공정으로 광각 렌즈(L)를 제작하는 경우 다이싱하기 유리하다는 이점이 있게 된다. 즉, 하나의 면(3) 만이 곡면으로 형성되므로 제조가 극히 용이하다는 이점이 있게 된다. In addition, the wide-angle lens L according to the present invention has the advantage that the object-side surface 1 of the first lens element LE1 is formed in a plane, so that manufacturing is easy. In particular, since one surface of the wide-angle lens (L) is flat, there is an advantage that the dicing is advantageous when manufacturing the wide-angle lens (L) by a replica process. That is, since only one surface 3 is formed as a curved surface, there is an advantage that the manufacturing is extremely easy.

또한, 제2 렌즈 요소(LE2)의 상측 면(3)이 곡면으로 형성되어 해상력을 극대화할 수 있다는 이점이 있게 된다. In addition, there is an advantage that the image side surface 3 of the second lens element LE2 is formed in a curved surface to maximize the resolution.

그리고, 본 발명에 의한 움직임 센싱용 광학계는 하나의 광각 렌즈(L)만을 사용하므로 광학계의 크기를 최소화할 수 있게 된다.In addition, since the optical system for motion sensing according to the present invention uses only one wide-angle lens L, the size of the optical system can be minimized.

이와 같은 전체적인 구성 하에서 다음의 조건식 1의 작용효과에 대해 살펴본다.Under this overall configuration, the effect of the following Conditional Expression 1 will be described.

[조건식 1] 1 ≤ [Condition 1] 1 ≤ D1D1 /Of D2D2 ≤ 5 ≤ 5

여기서, D1은 제1 렌즈 요소(LE1)의 광축상 두께이고, D2는 제2 렌즈 요소(LE2)의 광축상 두께이다.Here, D1 is an optical axis thickness of the first lens element LE1, and D2 is an optical axis thickness of the second lens element LE2.

조건식 1은 광각렌즈(L)를 구성하는 제1 렌즈 요소(LE1)와 제2 렌즈 요소(LE2)의 두께의 비에 관한 조건이다.Conditional Expression 1 is a condition regarding the ratio of the thicknesses of the first lens element LE1 and the second lens element LE2 constituting the wide-angle lens L. FIG.

조건식 1의 하한을 벗어나면 렌즈의 구경이 작아져서 렌즈 성형이 어렵고 해상력의 저하를 가져오게 된다. 반대로, 조건식 1의 상한을 벗어나면 광학계의 두께가 증가하게 된다. If the outside of the lower limit of Conditional Expression 1 is reduced, the lens diameter becomes smaller, which makes it difficult to form the lens and lowers the resolution. On the contrary, the thickness of the optical system increases when it is out of the upper limit of Conditional Expression 1.

이하, 구체적인 수치 실시예를 통하여 광각렌즈(L)를 포함하는 움직임 센싱용 광학계에 대해 살펴본다.Hereinafter, the optical system for motion sensing including the wide-angle lens L will be described through specific numerical examples.

이하의 실시예 1과 2의 광각렌즈(L)는 모두 전술한 바와 같이, 광원부(110)에서 조사된 빛에 의해 피사체(120)에서 반사된 빛을 집광하여 광센서(140)에 이미지가 맺히게 하는 움직임 센싱용 광학계에 사용된다.As described above, the wide-angle lenses L of Embodiments 1 and 2 condense the light reflected from the subject 120 by the light emitted from the light source unit 110 to form an image on the optical sensor 140. It is used in the optical system for motion sensing.

이때, 상기 광각렌즈(L)는 물체측 면(1)과 상측 면(2)이 평면으로 이루어지는 제1 렌즈 요소(LE1)와, 물체측 면(2)이 상기 제1 렌즈 요소(LE1)의 상측 면(2) 에 결합되고 상측 면(3)이 곡면으로 이루어지는 제2 렌즈 요소(LE3)를 갖는다. 또한, 광각 렌즈(L)의 상측 면(3)은 비구면으로 이루어진다.In this case, the wide-angle lens L has a first lens element LE1 having an object side surface 1 and an image side surface 2 in a plane, and an object side surface 2 of the first lens element LE1. It has a second lens element LE3 which is coupled to the image side 2 and whose image side 3 is curved. In addition, the image side surface 3 of the wide-angle lens L is composed of an aspherical surface.

그리고, 상기 광각렌즈(L)의 내부에는 불필요한 광을 차단하는 개구 조리개(AS)가 설치되며, 상측 면(3)의 후단에는 상면(像面)(IS)이 위치한다. 상기 상면(IS)은 도 2의 광센서(140)에 대응하여 피사체(120)에서 반사되어 렌즈부(130)에서 집광된 빛을 감지하게 된다.An aperture diaphragm AS is provided inside the wide-angle lens L to block unnecessary light, and an image plane IS is disposed at the rear end of the image-side surface 3. The upper surface IS is reflected from the subject 120 in response to the optical sensor 140 of FIG. 2 to sense the light collected by the lens unit 130.

이하의 각 실시예에서 사용되는 비구면은 공지의 수학식 1로부터 얻어진다.The aspherical surface used in each of the following examples is obtained from known equation (1).

Figure 112006098079306-pat00001
Figure 112006098079306-pat00001

여기서, Z : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리Where Z is the distance from the apex of the lens to the optical axis direction

Y : 광축에 수직인 방향으로의 거리        Y: distance in the direction perpendicular to the optical axis

c : 렌즈의 정점에서의 곡률 반경(r)의 역수        c: inverse of the radius of curvature r at the vertex of the lens

K : 코닉(Conic) 상수        K: Conic constant

A,B,C,D,E,F : 비구면 계수        A, B, C, D, E, F: Aspheric coefficient

[제1 [First 실시예Example ]]

하기의 표 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 수치예를 나타내고 있다.Table 1 below shows numerical examples according to the first embodiment of the present invention.

또한, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 움직임 센싱용 광학계의 렌즈 배 치를 나타내는 렌즈구성도이고, 도 6은 도 5에 도시된 제1 실시예의 MTF 특성을 나타낸 그래프이다.5 is a lens configuration diagram showing the lens arrangement of the optical system for motion sensing according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a graph showing the MTF characteristics of the first embodiment shown in FIG.

제1 실시예에서, 광학계의 전체 초점거리(f)는 0.344㎜이고, 화각(2ω)은 120°이며, F 넘버는 3.0이다.In the first embodiment, the total focal length f of the optical system is 0.344 mm, the angle of view 2ω is 120 °, and the F number is 3.0.

Figure 112006098079306-pat00002
Figure 112006098079306-pat00002

표 1에서 *는 비구면을 나타내며, 수학식 1에 의한 코닉 상수(K) 및 비구면 계수(A,B)의 값은 다음의 표 2와 같다. In Table 1, * represents an aspherical surface, and the values of the koenic constant (K) and the aspherical coefficients (A, B) according to Equation 1 are shown in Table 2 below.

Figure 112006098079306-pat00003
Figure 112006098079306-pat00003

[제2 [Second 실시예Example ]]

하기의 표 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 수치예를 나타내고 있다.Table 3 below shows a numerical example according to the second embodiment of the present invention.

또한, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 움직임 센싱용 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도이고, 도 8은 도 7에 도시된 제2 실시예의 MTF 특성을 나타낸 그래프이다.7 is a lens configuration diagram showing the lens arrangement of the optical system for motion sensing according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a graph showing the MTF characteristics of the second embodiment shown in FIG.

제2 실시예에서, 광학계의 전체 초점거리(f)는 0.278㎜이고, 화각(2ω)은 150°이며, F 넘버는 3.0이다.In the second embodiment, the total focal length f of the optical system is 0.278 mm, the angle of view 2ω is 150 °, and the F number is 3.0.

Figure 112006098079306-pat00004
Figure 112006098079306-pat00004

표 3에서 *는 비구면을 나타내며, 수학식 1에 의한 코닉 상수(K) 및 비구면 계수(A,B)의 값은 다음의 표 4와 같다. In Table 3, * represents an aspherical surface, and the values of the koenic constant (K) and the aspherical coefficients (A, B) according to Equation 1 are shown in Table 4 below.

Figure 112006098079306-pat00005
Figure 112006098079306-pat00005

한편, 도 6과 도 8의 MTF 그래프에 나타난 바와 같이, 0.3(30%)을 기준으로 할 때 50 cycle/mm 이상의 해상력을 확보할 수 있게 되어, 피사체의 움직임을 충분히 감지할 수 있게 된다.On the other hand, as shown in the MTF graph of Figures 6 and 8, based on 0.3 (30%) it is possible to ensure a resolution of 50 cycle / mm or more, it is possible to sufficiently detect the movement of the subject.

일 예로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 스크린을 9개의 영역으로 분할할 경우 각각의 영역을 다른 영역과 구분하여 감지하기 위해서는 이미지 센서(광센서)의 크기나 화소수에 따라 다소의 차이가 있으나 약 5cycle/mm의 해상력이 요구된다. 이러한 점을 감안할 때, 본 발명에 따른 실시예는 피사체의 움직임을 식별할 수 있는 해상력을 충분히 확보하고 있음을 확인할 수 있다.For example, as shown in FIG. 4, when the screen is divided into nine regions, in order to detect each region separately from other regions, there are some differences depending on the size of the image sensor (light sensor) or the number of pixels. However, resolution of about 5 cycles / mm is required. In view of this, it can be seen that the embodiment of the present invention sufficiently secures the resolution capable of identifying the movement of the subject.

특히, 50 cycle/mm 이상의 해상력을 구현할 수 있으므로, 손가락 표면(지문)을 이용한 움직임 센싱이 가능하여 광학식 마우스와 유사한 기능을 수행할 수 있다는 이점이 있게 된다.In particular, since resolution of 50 cycles / mm or more can be realized, motion sensing using a finger surface (fingerprint) can be performed, and thus an advantage similar to that of an optical mouse can be performed.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 하나의 광각 렌즈만을 사용하여 피사체의 움직임을 감지할 수 있으므로, 광학계의 소형화 및 박형화가 가능하여 이동통신단말 기 등의 모바일 기기에 적용할 수 있다는 효과가 있게 된다.As described above, according to the present invention, since only one wide-angle lens can detect the movement of the subject, the optical system can be miniaturized and thinned, which can be applied to a mobile device such as a mobile communication terminal.

특히, 120° 이상의 넓은 화각을 갖고 주변부 광량을 충분히 확보할 수 있어 광센서의 주변부에서도 피사체의 움직임을 충분히 감지할 수 있다는 효과가 있게 된다.In particular, it has a wide angle of view of more than 120 ° and can secure a sufficient amount of peripheral light, there is an effect that it is possible to sufficiently detect the movement of the subject in the peripheral portion of the optical sensor.

또한, 본 발명은 개구 조리개를 광각 렌즈의 내부에 위치시킴으로써 개구 조리개의 설치를 위한 별도의 공간이 필요하지 않고 개구 조리개의 설치 작업이 필요하지 않게 되어 조립성이 개선된다는 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to the present invention, since the aperture stop is located inside the wide-angle lens, a separate space for installing the aperture stop is not required and the installation work of the aperture stop is not required, thereby achieving an effect of improving assembly.

그리고, 본 발명은 광각 렌즈의 물체측 면이 평면으로 형성되어 광선을 꺾어주는데 효율적이므로 화각을 크게 할 수 있고, 상측 면이 곡면으로 형성되어 피사체의 움직임을 감지할 수 있는 해상력을 충분히 확보할 수 있다는 효과가 있게 된다. 특히, 광각렌즈의 굴절면 중 하나의 면만이 곡면으로 형성되므로 제조가 극히 용이하다는 이점이 있을 뿐만 아니라, 광각 렌즈 1매 만을 사용하므로 광학계의 크기를 최소화할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.In addition, since the object-side surface of the wide-angle lens is formed in a plane and efficient in bending the light beam, the angle of view can be increased, and the image-side surface is formed in a curved surface, thereby sufficiently securing the resolution capable of detecting the movement of the subject. It is effective. In particular, since only one surface of the refractive surface of the wide-angle lens is formed as a curved surface, there is an advantage that it is extremely easy to manufacture, and since only one wide-angle lens is used, the size of the optical system can be minimized.

본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.While the invention has been shown and described with respect to particular embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. I want to make it clear.

Claims (9)

광원부에서 조사되어 피사체에서 반사된 빛을 집광하여 광센서에 이미지가 맺히게 하는 움직임 센싱용 광학계에 있어서, In the optical system for motion sensing for condensing the light reflected from the subject from the light source to form an image on the light sensor, 물체측 면과 상측 면이 평면으로 이루어지는 제1 렌즈 요소와, 물체측 면이 상기 제1 렌즈 요소의 상측 면에 결합되고 상측 면이 상측으로 볼록한 곡면이며 비구면으로 이루어지는 제2 렌즈 요소를 갖는 광각렌즈; A wide-angle lens having a first lens element having an object side surface and an image side plane and a second lens element having an object side surface coupled to an image side surface of the first lens element and having an image side surface convex toward the image side and having an aspherical surface. ; 를 포함하는 움직임 센싱용 광학계.Optical system for motion sensing comprising a. 삭제delete 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 광각 렌즈는 전체적으로 양의 굴절력을 갖는 것을 특징으로 하는 움직임 센싱용 광학계.The optical lens for a motion sensing, characterized in that the wide-angle lens as a whole has a positive refractive power. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제1 렌즈 요소와 상기 제2 렌즈 요소의 두께에 관하여 다음의 조건식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 움직임 센싱용 광학계.And the following Conditional Expression 1 is satisfied with respect to the thickness of the first lens element and the second lens element. [조건식 1] 1 ≤ D1/D2 ≤ 5[Condition 1] 1 ≤ D1 / D2 ≤ 5 여기서, D1 : 제1 렌즈 요소의 광축상 두께Where D1: optical axis thickness of the first lens element D2 : 제2 렌즈 요소의 광축상 두께        D2: optical axis thickness of the second lens element 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1, 3 and 4, 상기 제2 렌즈 요소는 상기 제1 렌즈 요소의 상측 면에 적층되거나 접합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 움직임 센싱용 광학계.And the second lens element is formed by being laminated or bonded to an image surface of the first lens element. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1, 3 and 4, 상기 제1 렌즈 요소와 상기 제2 렌즈 요소는 일체로 성형되는 것을 특징으로 하는 움직임 센싱용 광학계.And the first lens element and the second lens element are integrally molded. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1, 3 and 4, 상기 제1 렌즈 요소와 상기 제2 렌즈 요소는 서로 다른 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 움직임 센싱용 광학계.And the first lens element and the second lens element have different refractive indices. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1, 3 and 4, 상기 제1 렌즈 요소의 상측 면에 불필요한 광을 차단하는 개구 조리개가 설치되는 것을 특징으로 하는 움직임 센싱용 광학계.An optical aperture for motion sensing, characterized in that an aperture diaphragm for blocking unnecessary light is provided on an image side surface of the first lens element. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1, 3 and 4, 상기 피사체는 상기 광원부에서 조사된 빛을 반사하는 것을 특징으로 하는 움직임 센싱용 광학계.And the subject reflects light emitted from the light source unit.
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