KR101123776B1 - 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈 - Google Patents

가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구면 렌즈와 비구면 렌즈를 적절히 조합하여 배열함으로써 기존 핀홀렌즈에서는 구현하지 못한 고해상력의 메가픽셀(megapixel)급 성능을 발휘할 수 있도록 한 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈에 관한 것이다.
본 발명에 따른 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈는 물체(피사체)측으로부터 상(像)측으로 순차로 배열되며; 물체측에 대하여 오목면을 갖으며, 중심부가 메니스커스형인 음의 배율 양면 비구면 렌즈인 제 1 렌즈(L1)와; 물체측에 대하여 오목면을 갖는 메니스커스형의 음의 배율 렌즈인 제 2 렌즈(L2)와; 물체측에 대하여 오목면을 갖는 메니스커스형의 양의 배율 렌즈인 제 3 렌즈(L3)와; 물체측에 대하여 오목면을 갖는 메니스커스형의 양의 배율 렌즈인 제 4 렌즈(L4)와; 물체측과 상측에 대하여 볼록면을 갖는 양볼록형의 양의 배율 렌즈인 제 5 렌즈(L5); 물체측과 상측에 대하여 오목면을 갖는 양오목형의 음의 배율 렌즈인 제 6 렌즈(L6); 및 상기 제 1 렌즈(L1)의 앞에 배치되어 입사되는 빛을 선택적으로 수렴하는 고정조리개(S)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈는 상면만곡이나 왜곡이 작으며, 6매의 렌즈로 설계되어 핀홀렌즈의 해상도가 기존의 4매의 렌즈로 설계된 핀홀렌즈에 비해 4배 이상 좋아졌으며, 또한 가시광선과 근적외선 파장대역에서의 MTF값도 큰 차이가 없어, 상기 가시광선과 근적외선 파장대역에서 메가픽셀급의 우수한 해상성능을 제공할 수 있다. 또한, 기존의 1/4" 및 1/3" 이미지 센서 뿐만아니라 1/2.8" 및 1/2.7" 이미지 센서도 사용이 가능할 수 있다.

Description

가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈{SURVEILLANCE CAMERA PINHOLE LENS FOR VISIBLE AND NEAR INFRARED WAVELENGTH}
본 발명은 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구면 렌즈와 비구면 렌즈를 적절히 조합하여 배열함으로써 기존 핀홀렌즈에서는 구현하지 못한 고해상력의 메가픽셀(megapixel)급 성능을 발휘할 수 있도록 한 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈에 관한 것이다.
일반적인 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈는 음과 양의 배율을 갖는 다군 다매의 렌즈로 구성되어, 주간에는 가시광선 파장대역을 이용하고 야간에는 가로등과 같은 별도의 조명장치를 이용하여 피사체를 촬영한다.
그러나, 야간에 가로등이 설치된 곳에서 감시카메라를 사용하는 경우 카메라가 노출됨으로써 효용성이 떨어지고 전력 소비면에서도 경제적이지 못한 상태로 감시 카메라를 사용하여 왔다. 최근에는 밝은 곳뿐만 아니라 어두운 곳에서도 감시가 가능한 카메라 기술의 발달로 사람의 눈에 잘 띄지 않는 근적외선 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode, 파장대역: 830nm ~ 900nm)로 조명된 사물을 관찰하고 있으며, 대다수의 감시 카메라가 이 방법을 사용하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 종래의 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈의 배열상태를 참조하면, 물체(피사체)측으로부터 상(像)측으로 순차로 제 1 렌즈(L1'), 제 2 렌즈(L2'), 제 3 렌즈(L3') 및 제 4 렌즈(L4')가 배치되어 있고, 상기 제 1 렌즈(L1')의 앞쪽에 빛을 선택적으로 수렴하는 고정조리개(S')가 배치되어 있다.
상기 제 1 렌즈(L1')는 물체측에 대하여 오목면을 갖고, 상측에 대하여 볼록형 비구면을 갖는 메니스커스(meniscus)형의 음(-)의 배율렌즈이며, 상기 제 2 렌즈(L2')는 물체측에 대하여 오목면을 갖는 메니스커스형의 양(+)의 배율렌즈이며, 제 3 렌즈(L3')는 물체측과 상측에 대하여 볼록면을 갖는 양볼록형의 양(+)의 배율렌즈이고, 제 4 렌즈(L4')는 물체측과 상측에 대하여 오목면을 갖는 양오목형의 음(-)의 배율렌즈이다. 상기 제 4 렌즈(L4') 이후에는 필터(도시되지 않음)와 커버글래스(도시되지 않음)가 배치되며, 그 이후에는 이미지센서 면이 배치된다.
또한, 상기 제 1 렌즈(L1')의 굴절율(Nd1')과 분산계수(Vd1'), 제 2 렌즈(L2')의 굴절율(Nd2')과 분산계수(Vd2'), 제 3 렌즈(L3')의 굴절율(Nd3')과 분산계수(Vd3') 및, 제 4 렌즈(L4')의 굴절율(Nd4')과 분산계수(Vd4')가 다음의 값으로 구성된다.
Nd1' = 1.49, Vd1' = 57.9
Nd2' = 1.697, Vd2' = 55.5
Nd3' = 1.773, Vd3' = 49.6
Nd4' = 1.847, Vd4' = 23.8
또한, 곡률반경의 부호를 그 중심이 왼쪽에 있을 때를 음(-)으로, 오른쪽에 있을 때를 양(+)으로 나타내면, 제 1 렌즈(L1')의 물체측 면(1')의 곡률반경(R1')은 -2.547mm이고 상측 면(2')의 곡률반경(R2')은 -4.059mm이며, 제 2 렌즈(L2')의 물체측 면(3')의 곡률반경(R3')은 -13.225mm이고 상측 면(4')의 곡률반경(R4')은 -4.5mm이며, 제 3 렌즈(L3')의 물체측 면(5')의 곡률반경(R5')은 5.5mm이고 상측 면(6')의 곡률반경(R6')은 -5.5mm이며, 제 4 렌즈(L4')의 물체측 면(7')의 곡률반경(R7')은 -5.32mm이고 상측 면(8')의 곡률반경(R8')은 35.5mm이다.
또한, 상기 제 1 렌즈(L1')의 물체측 면(1')의 유효경은 2.00mm이고 상측 면(2')의 유효경은 4.00mm이며, 상기 제 2 렌즈(L2')의 물체측 면(3')의 유효경은 5.00mm이고 상측 면(4')의 유효경은 6.00mm이며, 상기 제 3 렌즈(L3')의 물체측 면(5')의 유효경은 5.20m이고 상측 면(6')의 유효경은 6.00mm이며, 상기 제 4 렌즈(L4')의 물체측 면(7')의 유효경은 5.60mm이고 상측 면(8')의 유효경은 6.00mm이다.
이를 하기의 표에 정리하면, 다음과 같다.
면의 순서 곡률반경(R)
(㎜)		 간격(D)
(㎜)		 굴절률(Nd) 분산(Vd)
(㎜)		 유효경(Φ)
(㎜)		 비고
1' -2.547 1.48 1.49 57.9 2.00
2' -4.059 0.1 4.00 비구면
3' -13.225 1.5 1.697 55.5 5.00
4' -4.5 0.05 6.00
5' 5.5 2.7 1.773 49.6 5.20
6' -5.5 0.03 6.00
7' -5.32 0.5 1.847 23.8 5.60
8' 35.5 3.4 6.00
비구면계수: k=0, AD=0.2922894E-2, AE=-0.9386028E-3, AF=0, AG=0
이러한 종래의 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈는 가시광선 파장대역에서의 MTF(Modulation Transfer Function)는 도 2a에 도시된 그래프와 같고, 근적외선 파장대역에서의 MTF는 도 2b에 도시된 그래프와 같다.
또한, 이러한 종래의 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈는 도 3에 도시된 바와 같은 광선수차를 나타내며, 도 4a 내지 도 4e에 도시된 바와 같은 비점수차, 종구면수차, 색상(파장)에 따른 초점이동, 왜곡수차 및 횡색수차를 나타낸다.
38만 화소급에 사용되는 4매의 렌즈로 구성된 종래의 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈는 상면만곡이나 왜곡이 크며, 광학적 균형이 깨져 광학성능이 일정한 성능 이상을 발휘할 수 없어 메가픽셀급의 우수한 해상성능을 제공할 수 없다는 문제점이 있었다.
또한, 가시광선 파장대역과 근적외선 파장대역에서의 MTF값이 큰 차이가 있다는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 비구면 렌즈와 구면의 특수한 렌즈를 적절히 사용하여 배열함으로써, 기존의 핀홀렌즈에서 불가능하였던 메가픽셀(mega-pixel)급 성능을 발휘할 수 있도록 하며, 화면굴곡을 월등히 개선시킬 수 있으며, 가시광선 파장대역과 근적외선 파장대역에서의 MTF값도 큰 차이가 없는 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈를 제공하고자는 하는 것이다.
본 발명에 따른 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈는 물체(피사체)측으로부터 상(像)측으로 순차로 배열되며; 물체측에 대하여 오목면을 갖으며, 중심부가 메니스커스형인 음의 배율 양면 비구면 렌즈인 제 1 렌즈(L1)와; 물체측에 대하여 오목면을 갖는 메니스커스형의 음의 배율 렌즈인 제 2 렌즈(L2)와; 물체측에 대하여 오목면을 갖는 메니스커스형의 양의 배율 렌즈인 제 3 렌즈(L3)와; 물체측에 대하여 오목면을 갖는 메니스커스형의 양의 배율 렌즈인 제 4 렌즈(L4)와; 물체측과 상측에 대하여 볼록면을 갖는 양볼록형의 양의 배율 렌즈인 제 5 렌즈(L5); 물체측과 상측에 대하여 오목면을 갖는 양오목형의 음의 배율 렌즈인 제 6 렌즈(L6); 및 상기 제 1 렌즈(L1)의 앞에 배치되어 입사되는 빛을 선택적으로 수렴하는 고정조리개(S)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈는 상면만곡이나 왜곡이 작으며, 6매의 렌즈로 설계되어 렌즈의 해상도가 4배 이상 좋아졌으며, 또한 가시광선과 근적외선 파장대역에서의 MTF값도 큰 차이가 없어, 상기 가시광선과 근적외선 파장대역에서 메가픽셀급의 우수한 해상성능을 제공할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 기존의 1/4" 및 1/3" 이미지 센서 뿐만아니라 1/2.8" 및 1/2.7" 이미지 센서도 사용이 가능할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 종래의 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈의 배열상태를 도시한 도면이다.
도 2a는 도 1의 핀홀렌즈의 가시광선 파장대역에서의 MTF 그래프.
도 2b는 도 1의 핀홀렌즈의 근적외선 파장대역에서의 MTF 그래프.
도 3은 도 1의 핀홀렌즈의 광선수차 그래프.
도 4a는 도 1의 핀홀렌즈의 비점수차 그래프.
도 4b는 도 1의 핀홀렌즈의 종구면수차 그래프.
도 4c는 도 1의 핀홀렌즈의 색상(파장)에 따른 초점이동 그래프.
도 4d는 도 1의 핀홀렌즈의 왜곡수차 그래프.
도 4e는 도 1의 핀홀렌즈의 횡색수차 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈의 배열상태를 도시한 도면이다.
도 6a는 도 5의 핀홀렌즈의 가시광선 파장대역에서의 MTF 그래프.
도 6b는 도 5의 핀홀렌즈의 근적외선 파장대역에서의 MTF 그래프.
도 7은 도 5의 핀홀렌즈의 광선수차 그래프.
도 8a는 도 5의 핀홀렌즈의 비점수차 그래프.
도 8b는 도 5의 핀홀렌즈의 종구면수차 그래프.
도 8c는 도 5의 핀홀렌즈의 색상(파장)에 따른 초점이동 그래프.
도 8d는 도 5의 핀홀렌즈의 왜곡수차 그래프.
도 8e는 도 5의 핀홀렌즈의 횡색수차 그래프.
이하, 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통하여 본 발명에 따른 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈를 보다 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면 전체에 걸쳐 같은 참조번호는 같은 구성 요소를 가리킨다.
도 5는 본 발명에 따른 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈의 배열상태를 도시한 도면이며, 도 6a는 도 5의 핀홀렌즈의 가시광선 파장대역에서의 MTF 그래프이며, 도 6b는 도 5의 핀홀렌즈의 근적외선 파장대역에서의 MTF 그래프이며, 도 7은 도 5의 핀홀렌즈의 광선수차 그래프이며, 도 8a는 도 5의 핀홀렌즈의 비점수차 그래프이며, 도 8b는 도 5의 핀홀렌즈의 종구면수차 그래프이며, 도 8c는 도 5의 핀홀렌즈의 색상(파장)에 따른 초점이동 그래프이며, 도 8d는 도 5의 핀홀렌즈의 왜곡수차 그래프이며, 도 8e는 도 5의 핀홀렌즈의 횡색수차 그래프이다.
일반적으로 렌즈가 가시광선 파장대역 및 근적외선 파장대역에서 양호한 해상도를 발휘하기 위해서는 렌즈의 배열상태, 렌즈의 형태는 물론 렌즈의 곡률반경, 굴절률 및 분산계수가 중요한 요인으로써 작용한다.
본 발명에 따른 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈는 주간에는 태양빛 등 자연광에 의해 물체를 촬상하고 야간에는 도시하지 않은 적외선 조명장치에서 발광된 적외선에 의해 피사체를 촬상하는 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈는 물체(피사체)측으로부터 상(像)측으로 순차로 제 1 렌즈(L1), 제 2 렌즈(L2), 제 3 렌즈(L3), 제 4 렌즈(L4), 제 5 렌즈(L5) 및 제 6 렌즈(L6)가 배치된 6매의 렌즈로 구성되며, 상기 제 1 렌즈(L1)의 앞쪽에는 빛을 선택적으로 수렴하는 고정조리개(S)가 배치되어 있다.
여기서, 상기 제 1 렌즈(L1)는 물체측에 대하여 오목면을 갖으며, 중심부가 메니스커스형인 음(-)의 배율 양면 비구면 렌즈이다. 또한, 상기 제 2 렌즈(L2)는 물체측에 대하여 오목면을 갖는 메니스커스형의 음(-)의 배율 렌즈이다. 또한, 제 3 렌즈(L3)는 물체측에 대하여 오목면을 갖는 메니스커스형의 양(+)의 배율 렌즈이다. 또한, 제 4 렌즈(L4)는 물체측에 대하여 오목면을 갖는 메니스커스형의 양(+)의 배율 렌즈이다. 또한, 제 5 렌즈(L5)는 물체측과 상측에 대하여 볼록면 갖는 양볼록형의 양(+)의 배율 렌즈이다. 또한, 제 6 렌즈(L6)는 물체측과 상측에 대하여 오목면을 갖는 양오목형의 음(-)의 배율 렌즈이다.
또한, 상기 제 1 렌즈(L1)의 앞쪽에는 입사되는 빛을 선택적으로 수렴하기 위한 고정조리개(S)가 배치되며, 상기 제 6 렌즈(L6) 이후에는 필터(L7)와 커버글래스(L8)가 배치되며, 그 이후에는 이미지센서 면(L9)이 배치된다.
여기서, 상기 제 1 렌즈(L1)의 굴절율(Nd1)과 분산계수(Vd1), 제 2 렌즈(L2)의 굴절율(Nd2)과 분산계수(Vd2), 제 3 렌즈(L3)의 굴절율(Nd3)과 분산계수(Vd3), 제 4 렌즈(L4)의 굴절율(Nd4)과 분산계수(Vd4), 제 5 렌즈(L5)의 굴절율(Nd5)과 분산계수(Vd5), 제 6 렌즈(L6)의 굴절율(Nd6)과 분산계수(Vd6), 필터(L7)의 굴절율(Nd7)과 분산계수(Vd7), 커버글래스(L8)의 굴절율(Nd8)과 분산계수(Vd8)는 하기의 값으로 구성된다.
Nd1 = 1.53113, Vd1 = 56.0
Nd2 = 1.67270, Vd2 = 32.2
Nd3 = 1.80420, Vd3 = 46.5
Nd4 = 1.75500, Vd4 = 52.3
Nd5 = 1.64000, Vd5 = 60.2
Nd6 = 1.92286, Vd6 = 20.9
Nd7 = 1.544316, Vd7 = 64.09
Nd8 = 1.51823, Vd8 = 59.0
이제, 상기 제 1 렌즈 내지 제 6 렌즈의 곡률반경을 살펴보고자 한다.
여기서, 곡률반경의 부호를 그 중심이 왼쪽에 있을 때를 음(-)으로, 오른쪽에 있을 때를 양(+)으로 나타내면,제 1 렌즈(L1)의 물체측 면(1)의 곡률반경(R1)은 -6.19603mm, 상측 면(2)의 곡률반경(R2)은 -12.85160mm이고, 제 2 렌즈(L2)의 물체측 면(3)의 곡률반경(R3)은 -4.431mm, 상측 면(4)의 곡률반경(R4)은 -7.840mm이며, 제 3 렌즈(L3)의 물체측 면(5)의 곡률반경(R5)은 -7.549mm, 상측 면(6)의 곡률반경(R6)은 -4.906mm이며, 제 4 렌즈(L4)의 물체측 면(7)의 곡률반경(R7)은 -15.754mm, 상측 면(8)의 곡률반경(R8)은 -4.200mm이며, 제 5 렌즈(L5)의 물체측 면(9)의 곡률반경(R9)은 5.992mm, 상측 면(10)의 곡률반경(R10)은 -12.810mm이며, 제 6 렌즈(L6)의 상측 면(11)의 곡률반경(R11)은 6.994mm이다.
또한, 상기 제 1 렌즈(L1)의 물체측 면(1)의 유효경은 1.66mm, 상측 면(2)의 유효경은 1.90mm이고, 상기 제 2 렌즈(L2)의 물체측 면(3)의 유효경은 1.792mm, 상측 면(4)의 유효경은 2.618mm이며, 상기 제 3 렌즈(L3)의 물체측 면(5)의 유효경은 3.10mm, 상측 면(6)의 유효경은 4.17mm이며, 상기 제 4 렌즈(L4)의 물체측 면(7)의 유효경은 4.90mm, 상측 면(8)의 유효경은 5.412mm이고, 상기 제 5 렌즈(L5)의 물체측 면(9)의 유효경은 5.90mm, 상측 면(10)의 유효경은 5.662mm이고, 상기 제 6 렌즈(L6)의 상측 면(11)의 유효경은 5.306mm이고, 필터(L7)의 물체측 면(12)의 유효경은 5.638mm, 상측 면(13)의 유효경은 5.988mm이고, 커버글래스(L8)의 물체측 면(14)의 유효경은 6.04mm, 상측 면(15)의 유효경은 6.288mm이고, 이미지센서(L9)의 물체측 면(16)의 유효경은 6.826mm이다.
또한, 상기 제 1 렌즈(L1)의 중심두께는 0.50mm이며, 상기 제 2 렌즈(L2)의 중심두께는 1.05mm이며, 상기 제 3 렌즈(L3)의 중심두께는 1.30mm이며, 상기 제 4 렌즈(L4)의 중심두께는 1.78mm이며, 상기 제 5 렌즈(L5)의 중심두께는 2.00mm이며, 상기 제 6 렌즈(L6)의 중심두께는 1.52mm이다.
또한, 상기 제 1 렌즈(L1)와 상기 제 2 렌즈(L2) 간의 중심간격은 0.18mm이며, 상기 제 2 렌즈(L2)와 상기 제 3 렌즈(L3) 간의 중심간격은 0.36mm이며, 상기 제 3 렌즈(L3)와 상기 제 4 렌즈(L4) 간의 중심간격은 0.10mm이며, 상기 제 4 렌즈(L4)와 상기 제 5 렌즈(L5) 간의 중심간격은 0.10mm이며, 상기 제 6 렌즈(L5)와 필터(L6) 간의 중심간격은 1.17mm이다,
또한, 상기 고정조리개(S)와 상기 제 1 렌즈(L1) 간의 중심간격은 0.10㎜이다.
이를 하기의 표에 정리하면 다음과 같다.
면의 순서 곡률반경(R)
(㎜)		 간격(D)
(㎜)		 굴절률(Nd) 분산(Vd)
(㎜)		 유효경(Φ)
(㎜)		 비고
조리개 S.A. 0.10 1.66
1 -6.19603 0.50 1.53113 56.0 1.66 비구면
2 -12.85160 0.18 1.90 비구면
3 -4.431 1.05 1.67270 32.2 1.792
4 -7.840 0.36 2.618
5 -7.549 1.30 1.80420 46.5 3.10
6 -4.906 0.10 4.17
7 -15.754 1.78 1.75500 52.3 4.90
8 -4.200 0.10 5.412
9 5.992 2.00 1.64000 60.2 5.90
10 -12.810 1.52 1.92286 20.9 5.662
11 6.994 1.17 5.306
12 ∞ 1.08 1.544316 64.09 5.638
13 ∞ 0.10 5.988
14 ∞ 0.75 1.51823 59.0 6.04
15 ∞ 1.00 6.288
16 IMAGE 6.826
그런데, 양면 비구면 렌즈인 상기 제 1 렌즈(L1)는 다음과 같은 비구면 방정식에서 각 항의 계수값을 조절함으로써 다양한 형태의 면으로 구현될 수 있다.
Figure 112011102432053-pat00001
Figure 112011102432053-pat00002
여기서, K=conic constant.
이러한 양면 비구면 렌즈인 상기 제 1 렌즈(L1)의 계수값을 하기의 표에 정리하면, 다음과 같다.
제 1 렌즈의 물체측 면 제 1 렌즈의 상측 면
R -6.19603 -12.8516
K 8.236121 -59.421592
A 3.43336E-02 4.09168E-02
B -2.39264E-03 -3.69009E-03
C 5.78932E-03 1.79599E-02
D -5.52808E-03 -2.02269E-02
E 6.97603E-03
또한, 상기 제 1 렌즈(L1) 내지 제 6 렌즈(L6)의 각각의 곡률반경의 허용범위는 뉴턴링(Newton's ring)의 수로 ±6링 범위 내로 하고, 상기 제 1 렌즈(L1) 내지 제 6 렌즈(L6)의 중심두께의 허용범위는 ±0.1mm 내로 하고, 상기 제 1 렌즈(L1) 내지 제 6 렌즈(L6)의 중심간격(D)의 허용범위는 ±0.1mm 내로 하고, 상기 제 1 렌즈(L1) 내지 제 6 렌즈(L6)의 밝기 fno가 2.0 내지 6.0의 범위 내로 한다.
또한, 상기 제 1 렌즈(L1) 내지 제 6 렌즈(L6)는 곡률반경, 유효경 및 간격에 n배한 곡률반경, 유효경 및 중심간격을 가지며, 상기 n은 0.5 내지 1.5의 범위 내로 한다.
상기와 같은 조건을 가지는 본 발명에 따른 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈의 광학성능을 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한다.
도 6a는 가시광선 파장대역에서의 MTF 그래프이고, 도 6b는 근적외선 파장대역에서의 MTF 그래프이다.
여기서, MTF(Modulation Transfer Function)그래프는 물체의 두 지점에서 시작한 빛이 렌즈를 통과하여 촬상면에 맺힐 때에 겹치는 정도를 수치로 나타낸 곡선으로서, 상기 도 6a 및 도 6b에 나타낸 바와 같은 본 발명에 따른 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈의 MTF 값은 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같은 종래의 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈의 MTF 값에 비해 가시광선 파장대역에서는 물론 특히 근적외선 파장대역에서 모두 우수한 값을 나타냄을 알 수 있다.
또한, 광선수차를 도시한 도 7과, 비점수차, 종구면수차, 색상(파장)에 따른 초점이동, 왜곡수차, 횡색수차를 각각 도시한 도 8a 내지 도 8e를 참조하면, 본 발명에 따른 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈는 수차의 보정상태가 양호하고 중앙부분 뿐만 아니라 주변부의 해상도도 적합함을 알 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈의 MTF가 보다 확실히 수렴됨을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈는 상면만곡이나 왜곡이 작으며, 6매의 렌즈로 설계되어 핀홀렌즈의 해상도가 기존의 4매의 렌즈로 설계된 핀홀렌즈에 비해 4배 이상 좋아졌으며, 또한 가시광선과 근적외선 파장대역에서의 MTF값도 큰 차이가 없어, 상기 가시광선과 근적외선 파장대역에서 메가픽셀급의 우수한 해상성능을 제공할 수 있다.
또한, 기존의 1/4" 및 1/3" 이미지 센서 뿐만아니라 1/2.8" 및 1/2.7" 이미지 센서도 사용이 가능할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 양호한 실시 예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 본 발명의 기술적 사상의 요지에 속하는 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
L1', L1:제 1 렌즈 L2', L2: 제 2 렌즈
L3', L3: 제 3 렌즈 L4', L4: 제 4 렌즈
L5: 제 5렌즈 L6: 제 6 렌즈
S', S: 고정조리개 L7: 필터
L8: 커버글래스 L9: 이미지 센서

Claims (6)

  1. 물체(피사체)측으로부터 상(像)측으로 순차로 배열되며;
    물체측에 대하여 오목면을 갖으며, 중심부가 메니스커스형인 음의 배율 양면 비구면 렌즈인 제 1 렌즈(L1)와;
    물체측에 대하여 오목면을 갖는 메니스커스형의 음의 배율 렌즈인 제 2 렌즈(L2)와;
    물체측에 대하여 오목면을 갖는 메니스커스형의 양의 배율 렌즈인 제 3 렌즈(L3)와;
    물체측에 대하여 오목면을 갖는 메니스커스형의 양의 배율 렌즈인 제 4 렌즈(L4)와;
    물체측과 상측에 대하여 볼록면을 갖는 양볼록형의 양의 배율 렌즈인 제 5 렌즈(L5);
    물체측과 상측에 대하여 오목면을 갖는 양오목형의 음의 배율 렌즈인 제 6 렌즈(L6); 및
    상기 제 1 렌즈(L1)의 앞에 배치되어 입사되는 빛을 선택적으로 수렴하는 고정조리개(S)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양면 비구면 렌즈인 제 1 렌즈(L1)는 다음과 같은 비구면 방정식에서 각 항의 계수값을 조절함으로써 다양한 형태의 면으로 구현되는데,
    Figure 112011102432053-pat00003

    Figure 112011102432053-pat00004

    여기서, K=conic constant이며,
    상기 제 1 렌즈(L1)의 물체측 면에서, R=-6.19603, K=8.236121, A=3.43336E-02, B=-2.39264E-03, C=5.78932E-03, D=-5.52808E-03이며,
    상기 제 1 렌즈(L1)의 상측 면에서, R=-12.8516, K=-59.421592, A=4.09168E-02, B=-3.69009E-03, C=1.79599E-02, D=-2.02269E-02, E=6.97603E-03인 것을 특징으로 하는 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈(L1)의 굴절율(Nd1)은 1.53113이고 분산계수(Vd1)는 56.0이며, 제 2 렌즈(L2)의 굴절율(Nd2)은 1.67270이고 분산계수(Vd2)는 32.2이며, 제 3 렌즈(L3)의 굴절율(Nd3)은 1.80420이고 분산계수(Vd3)는 46.5이며, 제 4 렌즈(L4)의 굴절율(Nd4)은 1.75500이고 분산계수(Vd4)는 52.3이며, 제 5 렌즈(L5)의 굴절율(Nd5)은 1.64000이고 분산계수(Vd5)는 60.2이며, 제 6 렌즈(L6)의 굴절율(Nd6)은 1.92286이고 분산계수(Vd6)는 20.9인 것을 특징으로 하는 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈(L1)의 물체측 면(1)의 유효경은 1.66mm, 상측 면(2)의 유효경은 1.90mm이며, 상기 제 2 렌즈(L2)의 물체측 면(3)의 유효경은 1.792mm, 상측 면(4)의 유효경은 2.618mm이며, 상기 제 3 렌즈(L3)의 물체측 면(5)의 유효경은 3.10mm, 상측 면(6)의 유효경은 4.17mm이며, 상기 제 4 렌즈(L4)의 물체측 면(7)의 유효경은 4.90mm, 상측 면(8)의 유효경은 5.412mm이고, 상기 제 5 렌즈(L5)의 물체측 면(9)의 유효경은 5.90mm, 상측 면(10)의 유효경은 5.662mm이고, 상기 제 6 렌즈(L6)의 상측 면(11)의 유효경은 5.306mm인 것을 특징으로 하는 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈(L1) 내지 제 6 렌즈(L6)의 각각의 곡률반경의 허용범위는 뉴턴링(Newton's ring)의 수로 ±6링 범위 내로 하고, 상기 제 1 렌즈(L1) 내지 제 6 렌즈(L6)의 중심두께의 허용범위는 ±0.1mm 내로 하고, 상기 제 1 렌즈(L1) 내지 제 6 렌즈(L6)의 중심간격의 허용범위는 ±0.1mm 내로 하고, 상기 제 1 렌즈(L1) 내지 제 6 렌즈(L6)의 밝기 fno가 2.0 내지 6.0의 범위 내로 하는 것을 특징으로 하는 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈(L1) 내지 제 6 렌즈(L6)는 곡률반경, 유효경 및 중심간격에 n배한 곡률반경, 유효경 및 중심간격을 가지며, 상기 n은 0.5 내지 1.5의 범위 내인 것을 특징으로 하는 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈.
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