KR19990009760A - Color Charge Coupled Imaging Optical System - Google Patents
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Abstract
이 발명은 물체측으로부터, 부의 굴절력을 가지고 메니스커스 형상인 1매의 제1 렌즈군과, 입사되는 광량을 제어하기 위해 고정된 조리개 경을 가지는 고정 조리개와, 정의 굴절력을 가진 1매의 제2 렌즈군과, 피사체 주변 휘도 상태에 따라 조리개 경의 크기가 가변되는 가변 조리개와, 물체측으로부터, 부의 굴절력을 가진 제1 렌즈와 정의 굴절력을 가진 제2 및 제3 렌즈로 구성되어 전체적으로 정의 굴절력을 가진 제3 렌즈군을 포함하여 이루어지며, 상기 제1 렌즈군과 상기 제2 렌즈군 사이에 고정 조리개를 설치하여 수차 보정이 좋도록 하고, 상기 제3 렌즈군에 높은 굴절력을 가진 오목 렌즈를 배치시켜 텔레센트릭이 가능하도록 하여 칼라 전하 결합 소자 결상 광학계에 적용이 가능하며, 구성이 간단하여 원가가 절감될 수 있는 효과가 있다.The present invention provides a single lens group having a negative meniscus shape having a negative refractive power, a fixed aperture having a fixed diaphragm diameter to control the amount of incident light, and a single positive material having positive refractive power from the object side. It consists of two lens groups, a variable aperture whose aperture diameter varies according to the luminance of surrounding subjects, a first lens having negative refractive power and second and third lenses having positive refractive power from the object side. It comprises a third lens group having an excitation, a fixed aperture is provided between the first lens group and the second lens group to correct aberrations, and a concave lens having a high refractive power is disposed in the third lens group. It can be applied to the color charge coupling device imaging optical system by enabling telecentric, and the cost can be reduced because the configuration is simple.
Description
이 발명은 칼라(color)형 전하 결합 소자(Charge Coupled Device) 결상 광학계에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면, 전하 결합 소자를 촬상 소자로 이용하는 광학 렌즈의 후 초점 거리가 길고 구성이 간단하며 제수차 보정이 최대이고 고해상도를 가지도록 한 칼라형 전하 결합 소자 결상 광학계에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a color charge coupled device imaging optical system. More specifically, an optical lens using a charge coupled device as an imaging device has a long post focal length, a simple configuration, and correction of aberration. This invention relates to a color charge coupling device imaging optical system having a maximum and high resolution.
일반적으로 전하 결합 소자를 촬상 소자로 이용하는 전하 결합 소자 결상 광학계 다시말해, 전하 결합 소자로 입력되는 광을 결상시키기 위한 렌즈 광학계는 결상한 상이 전하 결합 소자에 의해 전기적인 신호로 변환하기 때문에 구경이 큰 밝은 렌즈를 구성 촬영 렌즈로 사용하고 렌즈와 촬상 소자 사이에 광학적인 필터가 삽입된다.In general, a charge coupling device imaging optical system using a charge coupling device as an imaging device. In other words, a lens optical system for imaging light input to a charge coupling device has a large aperture because the phase difference is converted into an electrical signal by the charge coupling device. A bright lens is used as the constituent photographing lens, and an optical filter is inserted between the lens and the imaging device.
특히, 칼라 전하 결합 소자인 경우, RGB(Red, Green, Blue) 삼원색의 각각의 화상은 각각의 촬상 소자에 결상되므로 색분해 프리즘 등의 광학 소자가 사용된다.In particular, in the case of a color charge coupling element, each image of the RGB (Red, Green, Blue) three primary colors is formed in each image pickup element, and thus an optical element such as a color separation prism is used.
상기와 같은 이유로 인하여, 종래의 전하 결합 소자 결상 광학계는 초점 거리에 비해 긴 후 초점 거리가 요구되고, 주변상에서 입사되는 광속의 주광선이 촬상 소자에 직각으로 입사되는 텔레센트릭(telecentric)계가 되어야 한다.For this reason, the conventional charge coupling device imaging optical system requires a long focal length after the focal length, and a telecentric system in which the main beam of the light beam incident from the surroundings is incident at right angles to the imaging device. .
상기와 같은 형태를 가진 광학계에 대해서는 다음의 특허들이 공개되어 있다.The following patents are disclosed for an optical system having such a form.
1) 미국 특허 출원 4,203,653호1) U.S. Patent Application 4,203,653
2) 일본 특허 출원 평6-34879호2) Japanese Patent Application No. Hei 6-34879
상기 특허 1)과 2)에서, 상기 1)은 가공이 어렵고, 잔존 수차량이 크며, 텔레센트릭이 아니여서 칼라형 전하 결합 소자 결상 광학계에 적용하기 어려운 문제점이 있다.In the patents 1) and 2), 1) is difficult to process, has a large amount of residual aberration, and is not telecentric, which makes it difficult to apply to a color type charge coupling device imaging optical system.
그리고, 상기 2)는 3매의 렌즈로 구성되어 있어서 경제적이고 가공 측면도 고려한 훌륭한 설계이나, 구성된 3매의 렌즈가 갖는 수차 보정에 한계가 드러나서 고해상력을 가지는 것이 어려운 문제점이 있다.In addition, since 2) is composed of three lenses, there is a problem in that it is difficult to have high resolution because of limitations in aberration correction of the three lenses, which are economical and considerate in terms of processing and economical consideration.
따라서, 이 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 비교적 간단한 구성으로 긴 후 초점 거리를 가지고 제수차의 보정을 최대한으로 하며 고해상력을 가질 수 있는 칼라형 전하 결합 소자 결상 광학계를 제공한다.Accordingly, the present invention is to solve the conventional problems, to provide a color-type charge coupled device imaging optical system that can have a high resolution and maximal correction of the aberration with a long after focal length in a relatively simple configuration.
도 1은 이 발명의 실시예에 따른 칼라형 전하 결합 소자 결상 광학계의 렌즈 구성도이고,1 is a lens configuration diagram of a color charge coupling device imaging optical system according to an embodiment of the present invention;
도 2의 (a) ∼ (c)는 이 발명의 실시예에 따른 칼라형 전하 결합 소자 결상 광학계의 수차도이다.2 (a) to 2 (c) are aberration diagrams of the color charge coupling element imaging optical system according to the embodiment of the present invention.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서의 이 발명은The present invention as a means for solving the above technical problem
물체측으로부터, 부의 굴절력을 가지고 메니스커스 형상인 1매의 제1 렌즈군과;A first lens group having a negative refractive power and meniscus shape from the object side;
입사되는 광량을 제어하기 위해 고정된 조리개 경을 가지는 고정 조리개와;A fixed aperture having a fixed aperture diameter for controlling the amount of incident light;
정의 굴절력을 가진 1매의 제2 렌즈군과;One second lens group having positive refractive power;
피사체 주변 휘도 상태에 따라 조리개의 작동 상태가 가변되는 가변 조리개와;A variable aperture in which an operation state of the aperture is changed according to a luminance state around the subject;
물체측으로부터, 부의 굴절력을 가진 제1 렌즈와 정의 굴절력을 가진 제2 및 제3 렌즈로 구성되어 전체적으로 정의 굴절력을 가진 제3 렌즈군을 포함하여 이루어지며, 다음의 수학식을 만족한다.From the object side, it comprises a first lens group having a negative refractive power and a third lens group having a second and third lenses having a positive refractive power as a whole, and satisfies the following equation.
상기 수학식에 있어서, D1은 제1 렌즈군과 고정 조리개 사이의 거리,In the above equation, D1 is the distance between the first lens group and the fixed aperture,
D2는 고정 조리개와 제2 렌즈군 사이의 거리,D2 is the distance between the fixed aperture and the second lens group,
f는 전체 초점 거리,f is the overall focal length,
은 제1 렌즈군의 초점 거리, Is the focal length of the first lens group,
는 제3 렌즈군의 초점 거리, Is the focal length of the third lens group,
은 제3 렌즈군의 첫 번째 렌즈의 초점 거리이다. Is the focal length of the first lens of the third lens group.
상기한 구성에 의하여 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.The above-described configuration will be described in detail with reference to the accompanying drawings the most preferred embodiment that can be easily implemented by those skilled in the art to which the present invention pertains.
도 1은 이 발명의 실시예에 따른 칼라형 전하 결합 소자 결상 광학계의 렌즈 구성도이고,1 is a lens configuration diagram of a color charge coupling device imaging optical system according to an embodiment of the present invention;
도 2의 (a) ∼ (c)는 이 발명의 실시예에 따른 칼라형 전하 결합 소자 결상 광학계의 수차도이다.2 (a) to 2 (c) are aberration diagrams of the color charge coupling element imaging optical system according to the embodiment of the present invention.
첨부한 도 1에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 칼라형 전하 결합 소자 결상 광학계는As shown in FIG. 1, a color charge coupling device imaging optical system according to an exemplary embodiment of the present invention
물체측으로부터, 1매의 렌즈로 구성되어 있으며, 메니스커스 형상으로 부의 굴절력을 가진 제1 렌즈군(1)과;A first lens group 1 composed of one lens from an object side and having negative refractive power in a meniscus shape;
입사되는 광량을 제어하기 위해 고정된 조리개 경을 가지는 고정 조리개(2)와;A fixed diaphragm 2 having a fixed diaphragm diameter for controlling the amount of incident light;
1매의 렌즈로 구성되어 있으며, 정의 굴절력을 가진 제2 렌즈군(3)과;A second lens group 3 composed of one lens and having positive refractive power;
피사체 주변 휘도 상태에 따라 자동으로 조리개의 작동 상태가 가변되는 가변 조리개(4)와;A variable aperture 4 in which the operation state of the aperture is automatically changed according to the luminance state around the subject;
3매의 렌즈로 구성되어 있으며, 정의 굴절력을 가진 제3 렌즈군(5)을 포함하여 이루어진다.It consists of three lenses, and consists of the 3rd lens group 5 which has positive refractive power.
상기에서 제3 렌즈군(5)은 물체측으로부터, 부의 굴절력을 가진 제1 렌즈(51)와, 정의 굴절력을 가진 제2 렌즈(52)와, 정의 굴절력을 가진 제3 렌즈(53)로 구성되어 있으며, 상기 제3 렌즈군(5)의 상측 방향에 필터(6)가 위치하고 있다.The third lens group 5 is composed of a first lens 51 having negative refractive power, a second lens 52 having positive refractive power, and a third lens 53 having positive refractive power from the object side. The filter 6 is positioned in the image-direction of the third lens group 5.
첨부한 도 2에 도시되어 있듯이, 도 2의 (a)는 이 발명의 실시예에 따른 칼라형 전하 결합 소자 결상 광학계에 발생하는 구면 수차도이고, (b)는 비점 수차도이고, (c)는 왜곡 수차도이다.As shown in FIG. 2, FIG. 2 (a) is a spherical aberration diagram generated in the color charge coupling device imaging optical system according to the embodiment of the present invention, (b) is astigmatism diagram, and (c) Is a distortion aberration diagram.
첨부한 도 1과 도 2를 참조로 하여, 이 발명의 실시예에 따른 칼라형 전하 결합 소자 결상 광학계를 설명한다.1 and 2, a color charge coupling device imaging optical system according to an embodiment of the present invention will be described.
이 발명의 제1 렌즈군(1)으로 광이 입사하면, 입사되는 광은 1매로 이루어진 상기 제1 렌즈군(1)을 통과하여 부의 방향으로 굴절한다.When light enters the first lens group 1 of the present invention, the incident light passes through the first lens group 1 composed of one sheet and is refracted in the negative direction.
상기 제1 렌즈군(1)을 통과한 광은 고정 조리개(2)를 통과한다.The light passing through the first lens group 1 passes through the fixed aperture 2.
상기 고정 조리개(1)는 입사되는 광의 일정 광량만을 통과시키기 위해 해당하는 크기의 조리개 경을 가지므로 항상 일정 광량만을 통과시킨다.The fixed diaphragm 1 has a diaphragm diameter of a corresponding size in order to pass only a predetermined amount of incident light, and thus only passes a predetermined amount of light.
그러므로, 상기 고정 조리개(2)는 불필요한 광량에 의해 발생하는 수차를 방지하므로써 수차 보정이 좋아지도록 한다.Therefore, the fixed diaphragm 2 improves aberration correction by preventing aberration caused by unnecessary light quantity.
상기 고정 조리개(2)를 통과한 광은 1매의 정의 굴절력을 가진 제2 렌즈군(3)을 통과하여 정의 방향으로 굴절한다.The light passing through the fixed aperture 2 passes through the second lens group 3 having one positive refractive power and refracts in the positive direction.
상기 제2 렌즈군(3)을 통과한 광은 가변 조리개(4)를 통과하는데, 상기 가변 조리개(4)는 입사되는 광의 휘도에 따라 조리개 경의 크기가 가변된다.The light passing through the second lens group 3 passes through the variable diaphragm 4, and the variable diaphragm 4 varies in size depending on the luminance of the incident light.
그러므로, 상기 제2 렌즈군(3)을 통과한 광은 해당 크기의 조리개를 통과하여 3매로 이루어진 제3 렌즈군(5)으로 입사한다.Therefore, the light passing through the second lens group 3 enters the third lens group 5 composed of three pieces through the aperture of the corresponding size.
상기 제3 렌즈군(5)은 부의 굴절력을 가진 제1 렌즈(51)와, 정의 굴절력을 가진 제2 및 제3 렌즈(52, 53)로 이루어져 있어서 입사되는 광을 정의 방향으로 굴절시킨다.The third lens group 5 includes a first lens 51 having negative refractive power, and second and third lenses 52 and 53 having positive refractive power, thereby refracting incident light in the positive direction.
상기 제3 렌즈군(5)을 통과한 광은 필터(6)를 통과하여 도시하지 않은 전하 결합 소자로 입사한다.Light passing through the third lens group 5 passes through the filter 6 and enters a charge coupling device (not shown).
상기에서 제3 렌즈군(5)은 종래 구성에서의 제3 렌즈군에 비해 높은 굴절력을 가진 제1 렌즈(51)를 포함하므로 충분히 긴 후 초점 거리와 결상 매체 사용에 문제되는 텔레센트릭이 가능하도록 한다.Since the third lens group 5 includes the first lens 51 having a higher refractive power than the third lens group in the conventional configuration, it is possible to have a telecentric problem that is sufficiently long after the focal length and the use of an imaging medium. Do it.
그리고, 상기 제3 렌즈군(5)은 전체적인 굴절력이 상기 제1 렌즈군(1)과 제2 렌즈군(3)에 비해 작으므로써 도 2에 도시된 바와 같이 광학계가 가지는 구면 수차 등의 제수차가 용이하도록 한다.In addition, since the overall refractive power of the third lens group 5 is smaller than that of the first lens group 1 and the second lens group 3, as shown in FIG. 2, the aberration such as spherical aberration of the optical system is reduced. Make it easy.
이 발명의 광학계는 물상 거리의 이동에 의해 발생하는 상면 이동을 전체가 물체측으로 이동하면서 초점 조절을 함으로써 보정하며, 이때의 이동량이 최소화되도록 한다.The optical system of the present invention corrects the image plane movement caused by the movement of the distance of the object by adjusting the focus while moving to the object side as a whole, thereby minimizing the movement amount at this time.
그리고, 상기와 같은 구성을 가진 이 발명의 구성은 다음의 수학식을 만족한다.Then, the configuration of the present invention having the configuration as described above satisfies the following equation.
수학식와,는 고정 조리개(2)가 장착되기 위해 필요로 하는 공간과 위치를 제한하기 위한 조건식으로서, 각 수학식의 변수 값이 상한값과 하한값을 초과하면, 불필요한 상광선이 입사되어 수차가 커지게 되거나 상광선을 필요 이상으로 제한하여 주변 광량이 감소하게 된다.Equation Wow, Is a conditional expression for limiting the space and position required for the fixed aperture 2 to be mounted. When the variable value of each equation exceeds the upper limit value and the lower limit value, unnecessary image light is incident to increase aberration or the image light ray. The amount of ambient light is reduced by restricting the amount to more than necessary.
그리고, 수학식와,는 상기 제1 렌즈군(1)과 제3 렌즈군(5)의 굴절력을 제어하기 위한 조건식으로서, 각 수학식의 변수값이 상한값과 하한값을 초과하면, 후 초점 거리가 변화하여 이 발명에 필요한 커버 글라스(cover glass)의 삽입이 어려워지거나 제수차의 보정이 어려워진다.And, equation Wow, Is a conditional expression for controlling the refractive power of the first lens group 1 and the third lens group 5, and when the variable value of each equation exceeds the upper limit value and the lower limit value, the post focal length is changed to be necessary for the present invention. Insertion of the cover glass becomes difficult or correction of the aberration becomes difficult.
수학식는 상기 제3 렌즈군(5)을 구성하는 제1 렌즈(51)의 초점 거리를 제한하는 조건식으로, 변수값이 상한값을 초과하면 구면 수차등 제수차의 보정이 어려워지고, 텔레센트릭이 깨지게 되며, 하한값을 초과하면 충분한 후 초점 거리의 보장이 어려워진다.Equation Is a conditional expression for limiting the focal length of the first lens 51 constituting the third lens group 5, and when the variable value exceeds the upper limit, it is difficult to correct the spherical aberration such as spherical aberration and break the telecentric. If the lower limit value is exceeded, sufficient post focal length is difficult to guarantee.
상기 수학식을 만족한, 이 발명의 실시예에 따른 칼라형 전하 결합 소자 결상 광학계의 실시예 데이터는 다음의 표 1과 같다.Example data of the color type charge coupled device imaging optical system according to the embodiment of the present invention, which satisfies the above equation, is shown in Table 1 below.
상기 표 1에 있어서, 화각은 58.81。이고, 초점 거리는 5.9063이고, R은 굴절면의 곡률 반경, D는 렌즈의 두께 및 렌즈간의 거리, ND는 렌즈의 d-라인(line) 굴절률, V는 렌즈의 아베수이다.In Table 1, the angle of view is 58.81 °, the focal length is 5.9063, R is the radius of curvature of the refractive surface, D is the thickness and distance between the lenses, ND is the d-line refractive index of the lens, V is the lens Abbe's number.
이 발명은 제1 렌즈군과 제2 렌즈군 사이에 고정 조리개를 설치하여 수차 보정이 좋도록 하고, 제3 렌즈군에 높은 굴절력을 가진 오목 렌즈를 배치시켜 텔레센트릭이 가능하도록 하여 칼라 전하 결합 소자 결상 광학계에 적용이 가능하며, 구성이 간단하여 원가가 절감될 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, a fixed diaphragm is provided between the first lens group and the second lens group so that aberration correction can be improved. Applicable to the device imaging optical system, the simple configuration has the effect of reducing the cost.
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