KR101958899B1 - 소형 저가의 4mp 비열화 고정 초점 렌즈 - Google Patents

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전촨 류
쟌웨이 허
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Abstract

본 발명은 광학 장치 기술분야에 속하고, 특히 물체 측으로부터 상 측으로 순차적으로 배열된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제5 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈는 부의 굴절력을 갖는 양면 오목 플라스틱 비구면 렌즈이고, 상기 제2 렌즈는 정의 굴절력을 갖는 메니커스 플라스틱 비구면 렌즈이고, 상기 제3 렌즈는 정의 굴절력을 갖는 양면 볼록 유리 구면 렌즈이고, 상기 제4 렌즈는 부의 굴절력을 갖는 양면 오목 플라스틱 비구면 렌즈이고, 상기 제5 렌즈는 정의 굴절력을 갖는 양면 볼록 플라스틱 비구면 렌즈인 소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈에 관한 것이다. 선행기술과 비교했을 때, 본 발명은 1개의 유리 구면 렌즈와 4개의 플라스틱 비구면 렌즈인 유리-플라스틱 결합 광학구조를 사용하여, 유리 렌즈의 가공이 용이하고, 플라스틱 렌즈의 원가가 낮은 장점을 충분히 발휘했고, 4MP, 1/2.7인치의 칩을 결합하여, 가시광선 및 적외선 광 조건에서 모두 4MP의 해상도에 도달할 수 있도록 하여, 비용도 줄이고 성능도 보장했다.

Description

소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈{SMALL-SIZED LOW-COST 4MP NON-THERMAL FIXED-FOCUS LENS}
본 발명은 광학 장치 기술분야에 속하고, 특히 소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈에 관한 것이다.
데이터 전송 및 저장 기술이 발전함에 따라, 모니터링 영역에서, HD 또는 Full HD 픽셀을 갖춘 감시 카메라가 점차 시장을 점유하고 있고, HD카메라 칩은 1280*720 픽셀(즉 720p)을 가지며, Full HD카메라 칩은 1920*1080 픽셀(즉 1080p)을 가지며, 일부는 4MP 픽셀 요구를 만족시키는 것도 있고, 동시에 칩의 크기는 다양하며, 크기는 주로 1/3인치 또는 1/2.7 인치이다. 칩의 사양에 따라 렌즈의 설계 요구 사항이 결정되고, 4MP, 1/2.7인치의 칩으로 보다 이상적인 화질을 충분히 실현할 수 있으나, 현재 이러한 렌즈는 여전히 화질 불량 문제가 존재하여, 해상도가 향상되어야 하고, 해상도 향상 방법에는, 렌즈 수를 늘리거나, 또는 비교적 적은 렌즈를 사용하고 빛이 통과하는 구경을 축소시키는 방법이 있으나, 이로 인해 비용이 증가하거나 빛이 통과하는 양이 부족해지므로 성능과 비용의 균형을 맞추기가 어려운 문제가 존재한다.
이를 감안했을 때, 1G+4P(유리 렌즈 1개+플라스틱 렌즈 4개)의 유리-플라스틱 결합 광학구조를 사용하고, 4MP, 1/2.7인치의 칩을 결합하여, 가시광선과 적외선 광 조건에서 모두 4MP의 해상도에 도달할 수 있도록 하여, 비용도 줄이고 성능도 보장하는 소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈를 제공할 필요가 분명히 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점에 대해, 1G+4P(유리 렌즈 1개+플라스틱 렌즈 4개)의 유리-플라스틱 결합 광학구조를 사용하고, 4MP, 1/2.7인치의 칩을 결합하여, 가시광선과 적외선 광 조건에서 모두 4MP의 해상도에 도달할 수 있도록 하여, 비용도 줄이고 성능도 보장하는 소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈를 제공하는 것이다.
상기 목적에 도달하기 위해, 본 발명은 다음과 같은 기술방안을 사용했다:
소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈는, 물체 측으로부터 상 측으로 순서대로 배치된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제5 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈는 부의 굴절력을 갖는 양면 오목 플라스틱 비구면 렌즈이고, 상기 제2 렌즈는 정의 굴절력을 갖는 메니커스 플라스틱 비구면 렌즈이고, 상기 제3 렌즈는 정의 굴절력을 갖는 양면 볼록 유리 구면 렌즈이고, 상기 제4 렌즈는 부의 굴절력을 갖는 양면 오목 플라스틱 비구면 렌즈이고, 상기 제5 렌즈는 정의 굴절력을 갖는 양면 볼록 플라스틱 비구면 렌즈이고,
상기 제3 렌즈 및 상기 제5 렌즈의 초점거리와 전체 렌즈의 초점거리의 비는 하기 조건을 만족시키고,
1.94＜|f3/f|＜2.35
0.97＜|f5/f|＜1.53
여기서, f는 전체 렌즈의 초점거리이고, f3은 상기 제3 렌즈의 초점거리이고, f5는 상기 제5 렌즈의 초점거리이다.
본 발명의 소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈의 개선으로서, 상기 제1 렌즈 내지 상기 제5 렌즈의 초점거리, 굴절률 및 곡률반경은 하기 조건을 만족시킨다.
Figure 112017130645180-pat00001
상기 표에서, “f”는 초점거리이고, “n”은 굴절률이고, “R”은 곡률반경이고, 기호“-”는 음의 방향을 나타내고,
여기서, f1 내지 f5는 각각 상기 제1 렌즈 내지 상기 제5 렌즈의 초점거리에 대응하고, n1 내지 n5는 각각 상기 제1 렌즈 내지 상기 제5 렌즈의 굴절률에 대응하고, R1, R3, R5, R7 및 R9는 각각 상기 제1 렌즈 내지 상기 제5 렌즈의 물체 측에 가까운 일면의 곡률반경에 대응하고, R2, R4, R6, R8 및 R10은 각각 상기 제1 렌즈 내지 상기 제5 렌즈의 물체 측으로부터 먼 일면의 곡률반경에 대응한다.
본 발명의 소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈의 개선으로서, 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈, 상기 제4 렌즈 및 상기 제5 렌즈는 하기 식을 만족시키고,
Figure 112017130645180-pat00002
여기서, z는 상기 비구면 렌즈의 광축 방향을 따라 높이가 y인 위치에 있을 때, 상기 비구면 렌즈의 정점으로부터의 거리인 새그(sag)이고, c=1/R이고, R은 상기 비구면 렌즈의 면 형상 중심의 곡률반경을 나타내고, k는 원추계수를 나타내고, 매개변수 A, B, C, D, E, F는 고차 비구면 계수이다.
본 발명의 소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈의 개선으로서, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈는 soma를 통해 밀착 결합되고, soma는 차광시트이다.
본 발명의 소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈의 개선으로서, 상기 제2 렌즈와 상기 제3 렌즈는 스페이서링을 통해 밀착 결합된다.
본 발명의 소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈의 개선으로서, 상기 제3 렌즈와 상기 제4 렌즈는 스페이서링을 통해 밀착 결합된다.
본 발명의 소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈의 개선으로서, 상기 제4 렌즈와 상기 제5 렌즈는 soma를 통해 밀착 결합된다.
선행기술과 비교했을 때, 본 발명은 다음과 같은 장점이 있다：
첫째, 본 발명의 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제4 렌즈 및 제5 렌즈는 플라스틱 렌즈를 사용함으로써, 저가 및 고성능을 구현했고, 플라스틱 렌즈의 비용은 유리 구면 렌즈보다 훨씬 저렴하여, 비용을 절감했고, 또한 본 발명의 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제4 렌즈 및 제5 렌즈는 모두 비구면 렌즈를 사용했으므로, 종래의 구면 렌즈와 비교했을 때 성능이 향상되었다.
둘째, 본 발명은 1개의 유리 구면 렌즈 및 4개의 플라스틱 비구면 렌즈인 유리-플라스틱 결합 광학구조를 사용하여, 유리 렌즈의 가공이 용이하고, 플라스틱 렌즈의 원가가 낮은 장점을 충분히 발휘했고, 4MP, 1/2.7인치의 칩을 결합하여, 가시광선 및 적외선 광 조건에서 모두 4MP의 해상도에 도달할 수 있도록 하여, 비용도 줄이고 성능도 보장했다.
셋째, 본 발명의 가시광선은 수백만 픽셀에 도달할 수 있고, 유리 및 광학 플라스틱의 조합을 합리적으로 사용함으로써, 이미징 품질이 좋고, 가시광선 이미징이 선명한 상황에서 초점을 맞출 필요 없이 적외선 광에 대해서도 선명하게 이미징할 수 있고, 적외선 이미징도 수백만 픽셀에 도달할 수 있도록 하여, 야간 저조도에서도 선명하고 밝은 모니터링 화면을 구현할 수 있어, 낮과 밤의 공초점 기능을 실현했다. 동시에 온도 보상 기능 및 수동 비열화 기능을 가지므로, -30~+80℃의 환경에서 사용 시 초점이 맞지 않는 문제가 발생하지 않는다.
도 1은 본 발명의 광학구조의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 조립 구조도이다.
이하 구체적인 실시예를 결합하여 본 발명 및 본 발명의 유익한 효과에 대해 추가로 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 구체적인 실시방식은 이에 한정되지 않는다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제공한 소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈는, 물체 측으로부터 상 측으로 순차적으로 배열된 제1 렌즈(1), 제2 렌즈(2), 제3 렌즈(3), 제4 렌즈(4) 및 제5 렌즈(5)를 포함하고, 제1 렌즈(1)는 부의 굴절력을 갖는 양면 오목 플라스틱 비구면 렌즈이고, 제2 렌즈(2)는 정의 굴절력을 갖는 메니커스 플라스틱 비구면 렌즈이고, 제3 렌즈(3)는 정의 굴절력을 갖는 양면 볼록 유리 구면 렌즈이고, 제4 렌즈(4)는 부의 굴절력을 갖는 양면 오목 플라스틱 비구면 렌즈이고, 제5 렌즈(5)는 정의 굴절력을 갖는 양면 볼록 플라스틱 비구면 렌즈이고,
제3 렌즈(3) 및 제5 렌즈(5)의 초점거리와 전체 렌즈의 초점거리의 비는 하기 조건을 만족시키고,
1.94＜|f3/f|＜2.35
0.97＜|f5/f|＜1.53
여기서, f는 전체 렌즈의 초점거리이고, f3은 제3 렌즈(3)의 초점거리이고, f5는 제5 렌즈(5)의 초점거리로서, 소형화, 고성능의 목적에 도달했다.
제1 렌즈(1) 내지 제5 렌즈(5)의 초점거리, 굴절률 및 곡률반경은 하기 조건을 만족시킨다.
Figure 112017130645180-pat00003
상기 표에서, “f””는 초점거리이고, “n”은 굴절률이고, “R”은 곡률반경이고, 기호“-”는 음의 방향을 나타내고,
여기서, f1 내지 f5는 각각 제1 렌즈(1) 내지 제5 렌즈(5)의 초점거리에 대응하고, n1 내지 n5는 각각 제1 렌즈(1) 내지 제5 렌즈(5)의 굴절률에 대응하고, R1, R3, R5, R7 및 R9는 각각 제1 렌즈(1) 내지 제5 렌즈(5)의 물체 측에 가까운 일면의 곡률반경에 대응하고, R2, R4, R6, R8 및 R10은 각각 제1 렌즈(1) 내지 제5 렌즈(5)의 물체 측으로부터 먼 일면의 곡률반경에 대응한다.
제1 렌즈(1), 제2 렌즈(2), 제4 렌즈(4) 및 제5 렌즈(5)는 하기 식을 만족시키고,
Figure 112017130645180-pat00004
여기서, z는 상기 비구면 렌즈의 광축 방향을 따라 높이가 y인 위치에 있을 때, 상기 비구면 렌즈의 정점으로부터의 거리인 새그이고, c=1/R이고, R은 상기 비구면 렌즈의 면 형상 중심의 곡률반경을 나타내고, k는 원추계수를 나타내고, 매개변수 A, B, C, D, E, F는 고차 비구면 계수이다.
제1 렌즈(1)와 제2 렌즈(2)는 soma를 통해 밀착 결합된다.
제2 렌즈(2)와 제3 렌즈(3)는 스페이서링을 통해 밀착 결합된다.
제3 렌즈(3)와 제4 렌즈(4)는 스페이서링을 통해 밀착 결합된다.
제4 렌즈(4)와 제5 렌즈(5)는 soma를 통해 밀착 결합된다.
실시예 1
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 물체 측으로부터 상 측으로 순차적으로 배열된 제1 렌즈(1), 제2 렌즈(2), 제3 렌즈(3), 제4 렌즈(4) 및 제5 렌즈(5)를 포함하고, 제1 렌즈(1)는 부의 굴절력을 갖는 양면 오목 플라스틱 비구면 렌즈이고, 제2 렌즈(2)는 정의 굴절력을 갖는 메니커스 플라스틱 비구면 렌즈이고, 제3 렌즈(3)는 정의 굴절력을 갖는 양면 볼록 유리 구면 렌즈이고, 제4 렌즈(4)는 부의 굴절력을 갖는 양면 오목 플라스틱 비구면 렌즈이고, 제5 렌즈(5)는 정의 굴절력을 갖는 양면 볼록 플라스틱 비구면 렌즈이고, 제1 렌즈(1)와 제2 렌즈(2)는 soma를 통해 밀착 결합되고, 제2 렌즈(2)와 제3 렌즈(3)는 스페이서링을 통해 밀착 결합되고, 제3 렌즈(3)와 제4 렌즈(4)는 스페이서링을 통해 밀착 결합되고, 제4 렌즈(4)와 제5 렌즈(5)는 soma를 통해 밀착 결합되는, 소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈를 제공했다.
본 실시예에서, 각 렌즈의 면 형상, 곡률반경(R), 렌즈 두께, 렌즈 간격, 렌즈 굴절률(nd) 및 K값은 각각 하기 조건(표 1)을 만족시킨다.
[표 1]
Figure 112017130645180-pat00005
표 1에서, “R”은 곡률반경이고, 기호“-”는 음의 방향을 나타내고, “PL”은 평면을 나타내고, 상기 표의 동일한 면 번호에서 굴절률 데이터(nd)도 있고, 데이터(D)도 있는 경우, 데이터(D)는 상기 렌즈의 축선 부분의 두께를 나타내고, 동일한 면 번호에서 데이터(D)만 있고 굴절률 데이터(nd)가 없는 경우, 데이터(D)는 상기 렌즈에서 다음 렌즈 면까지의 간격을 나타낸다. 면 번호 1 및 면 번호 2는 각각 제1 렌즈(1)의 물체 측을 향한 면 및 상 측을 향한 면에 대응하고, 면 번호 3 및 면 번호 4는 각각 제2 렌즈(2)의 물체 측을 향한 면 및 상 측을 향한 면에 대응하고, 면 번호 5 및 면 번호 6은 각각 제3 렌즈(3)의 물체 측을 향한 면 및 상 측을 향한 면에 대응하고, 면 번호 7 및 면 번호 8은 각각 제4 렌즈(4)의 물체 측을 향한 면 및 상 측을 향한 면에 대응하고, 면 번호 9 및 면 번호 10은 각각 제5 렌즈(5)의 물체 측을 향한 면 및 상 측을 향한 면에 대응한다.
표 1에서 면 번호가 1, 2, 3, 4, 7, 8, 9 및 10인 면은 비구면이고, 비구면 렌즈는 하기 식을 만족시키고,
Figure 112017130645180-pat00006
여기서, z는 비구면 렌즈의 광축 방향을 따라 높이가 y인 위치에 있을 때, 비구면 렌즈의 정점으로부터의 거리인 새그이고, c=1/R이고, R은 비구면 렌즈의 면 형상 중심의 곡률반경을 나타내고, k는 원추계수를 나타내고, 매개변수 A, B, C, D, E, F는 고차 비구면 계수이다.
본 실시예에서 비구면 면 형상 매개변수는 표 2를 참조하기 바란다.
표 2: 제1, 2, 3, 4, 7, 8, 9 및 10의 표면의 비구면 매개변수이다.
Figure 112017130645180-pat00007
결론적으로, 본 발명은 다음과 같은 장점이 있다:
첫째, 본 발명의 제1 렌즈(1), 제2 렌즈(2), 제4 렌즈(4) 및 제5 렌즈(5)는 플라스틱 렌즈를 사용함으로써 저가 및 고성능을 구현했고, 플라스틱 렌즈의 비용은 유리 구면 렌즈보다 훨씬 저렴하여, 비용을 절감했고, 또한 본 발명의 제1 렌즈(1), 제2 렌즈(2), 제4 렌즈(4) 및 제5 렌즈(5)는 모두 비구면 렌즈를 사용했으므로, 종래의 구면 렌즈와 비교했을 때 성능이 향상되었다.
둘째, 본 발명은 1개의 유리 구면 렌즈와 4개의 플라스틱 비구면 렌즈인 유리-플라스틱 결합 광학구조를 사용하여, 유리 렌즈의 가공이 용이하고, 플라스틱 렌즈의 원가가 낮은 장점을 충분히 발휘했고, 4MP, 1/2.7인치의 칩을 결합하여, 가시광선 및 적외선 광 조건에서 모두 4MP의 해상도에 도달할 수 있도록 하여, 비용도 줄이고 성능도 보장했다.
셋째, 본 발명의 가시광선은 수백만 픽셀에 도달할 수 있고, 유리 및 광학 플라스틱의 조합을 합리적으로 사용함으로써, 이미징 품질이 좋고, 가시광선 이미징이 선명한 상황에서 초점을 맞출 필요 없이 적외선 광에 대해서도 선명하게 이미징할 수 있고, 적외선 이미징도 수백만 픽셀에 도달할 수 있도록 하여, 야간 저조도에서도 선명하고 밝은 모니터링 화면을 구현할 수 있어, 낮과 밤의 공초점 기능을 실현했다. 동시에 온도 보상 기능 및 수동 비열화 기능을 가지므로, -30~+80℃의 환경에서 사용 시 초점이 맞지 않는 문제가 발생하지 않는다.
상술한 설명서의 개시 및 교시에 따라, 당업자는 상술한 실시예를 적절하게 수정 및 변형할 수 있다. 따라서, 본 발명은 상술한 바와 같이 개시 및 설명한 구체적인 실시예에 의해 한정되지 않고, 본 발명에 대한 일부 수정 및 변형도 본 발명의 청구범위에 내에 포함되어야 한다. 또한, 본 설명서에서는 일부 특정 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 단지 설명의 편의를 위한 것이며, 본 발명은 이로 인해 제한되지 않는다.

Claims (7)

  1. 소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈에 있어서,
    물체 측으로부터 상 측으로 순차적으로 배열된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제5 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈는 부의 굴절력을 갖는 양면 오목 플라스틱 비구면 렌즈이고, 상기 제2 렌즈는 정의 굴절력을 갖는 메니커스 플라스틱 비구면 렌즈이고, 상기 제3 렌즈는 정의 굴절력을 갖는 양면 볼록 유리 구면 렌즈이고, 상기 제4 렌즈는 부의 굴절력을 갖는 양면 오목 플라스틱 비구면 렌즈이고, 상기 제5 렌즈는 정의 굴절력을 갖는 양면 볼록 플라스틱 비구면 렌즈이고,
    상기 제3 렌즈 및 상기 제5 렌즈의 초점거리와 전체 렌즈의 초점거리의 비는 하기 조건을 만족시키고,
    1.94＜|f3/f|＜2.35
    0.97＜|f5/f|＜1.53
    여기서, f는 전체 렌즈의 초점거리이고, f3은 상기 제3 렌즈의 초점거리이고, f5는 상기 제5 렌즈의 초점거리인,
    소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 내지 상기 제5 렌즈의 초점거리, 굴절률 및 곡률반경은 하기 조건을 만족시키고,
    Figure 112019501776448-pat00008

    상기 조건에서, "f"는 초점거리이고, "n"은 굴절률이고, "R"는 곡률반경이고, 기호 "-"는 음의 방향을 나타내고,
    여기서, f1 내지 f5는 각각 상기 제1 렌즈 내지 상기 제5 렌즈의 초점거리에 대응하고, n1 내지 n5는 각각 상기 제1 렌즈 내지 상기 제5 렌즈의 굴절률에 대응하고, R1, R3, R5, R7 및 R9는 각각 상기 제1 렌즈 내지 상기 제5 렌즈의 물체 측에 가까운 일면의 곡률반경에 대응하고, R2, R4, R6, R8 및 R10은 각각 상기 제1 렌즈 내지 상기 제5 렌즈의 물체 측으로부터 먼 일면의 곡률반경에 대응하는, 소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈, 상기 제4 렌즈 및 상기 제5 렌즈는 하기 식을 만족시키고,
    Figure 112017130645180-pat00009

    여기서, z는 상기 비구면 렌즈의 광축 방향을 따라 높이가 y인 위치에 있을 때, 상기 비구면 렌즈의 정점으로부터의 거리인 새그이고, c=1/R이고, R은 상기 비구면 렌즈의 면 형상 중심의 곡률반경을 나타내고, k는 원추계수를 나타내고, 매개변수 A, B, C, D, E, F는 고차 비구면 계수인, 소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈는 soma를 통해 밀착 결합되는, 소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 렌즈와 상기 제3 렌즈는 스페이서링을 통해 밀착 결합되는, 소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제3 렌즈와 상기 제4 렌즈는 스페이서링을 통해 밀착 결합되는, 소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제4 렌즈와 상기 제5 렌즈는 soma를 통해 밀착 결합되는, 소형 저가의 4MP 비열화 고정 초점 렌즈.
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