KR200393933Y1 - 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 렌즈 - Google Patents

가시광선 및 근적외선용 감시카메라 렌즈 Download PDF

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KR200393933Y1
KR200393933Y1 KR20-2005-0009084U KR20050009084U KR200393933Y1 KR 200393933 Y1 KR200393933 Y1 KR 200393933Y1 KR 20050009084 U KR20050009084 U KR 20050009084U KR 200393933 Y1 KR200393933 Y1 KR 200393933Y1
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Abstract

본 고안은 가시광선 파장대역에서는 물론 근적외선 파장대역에서도 우수한 해상성능을 가지는 가시광선 및 근적외선 파장 대역 감시카메라용 렌즈에 관한 것으로서, 물체측에 대하여 볼록면을 갖는 메니스커스형의 음의 배율 렌즈인 제1렌즈(L1)와, 물체측과 상측에 대하여 볼록면을 갖는 양의 배율렌즈인 제 2 렌즈(L2)와, 물체측과 상측에 대하여 볼록면을 갖는 양의 배율렌즈인 제 3 렌즈(L3)와, 물체측에 대하여 오목면을 갖는 메니스커스형의 음의 배율렌즈인 제4렌즈(L4)와, 상기 제 1 렌즈(L1)와 상기 제 2 렌즈(L2) 사이에 배치되는 고정조리개로 구성된 감시카메라용 렌즈에 있어서, 상기 제 1 렌즈, 제 2 렌즈, 제 3 렌즈 및 제 4 렌즈의 굴절율 및 분산계수를 소정 값으로 구성함으로써, 렌즈 해상 성능의 평가항목인 MTF값이 기존 렌즈들의 MTF값에 비해 월등히 좋아졌으며, 또한 가시광선과 근적외선 파장대역에서의 MTF값도 큰 차이가 없어 상기 대역에서 변함없는 해상성능을 유지할 수 있도록 향상시킨 것이다.

Description

가시광선 및 근적외선용 감시카메라 렌즈{SURVEILLANCE CAMERA LENS FOR VISIBLE AND NEAR INFRARED WAVELENGTH}
본 고안은 카메라용 렌즈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가시광선 파장대역에서는 물론 근적외선 파장대역에서도 우수한 해상성능을 가지는 가시광선 및 근적외선 파장 대역 감시카메라용 렌즈에 관한 것이다.
일반적으로 감시카메라용 렌즈는 음과 양의 배율을 갖는 다군다매의 렌즈로 구성되어, 주간에는 가시광선 파장대역을 이용하고 야간에는 가로등 등의 별도의 조명장치를 이용하여 피사체를 촬영한다.
그러나, 야간에 가로등이 설치된 곳에 감시카메라를 사용하는 경우 불쾌감을 자아낼 수 있으므로 별도의 조명없이도 피사체의 촬상이 가능한 적외선 카메라를 사용하여 왔다. 최근에는 밝은 곳 뿐만 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 관찰할 수 있게 되었으며 이에 대한 수요가 증가하고 있는 실정이다.
하지만, 이러한 적외선 카메라의 경우, 주간에는 자연광이 풍부하기 때문에 가시광선 파장대역에서 무리없이 사용할 수 있으나, 자연광이 부족한 야간에는 근적외선 파장대역에서 해상도가 현저히 떨어지는 문제가 있었다.
본 고안은 이러한 사용파장(400nm ~ 900nm)의 광대역화에 따라 종래의 렌즈에서 발생되는 근적외선 대역에서의 해상도 저하의 문제점을 해결하여 가시광선 파장대역 및 근적외선 파장대역에서도 최상의 해상력을 제공할 수 있는 감시카메라용 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에 의한 감시카메라용 렌즈는, 물체측에 대하여 볼록면을 갖는 메니스커스형의 음의 배율 렌즈인 제1렌즈(L1)와, 물체측과 상측에 대하여 볼록면을 갖는 양의 배율렌즈인 제 2 렌즈(L2)와, 물체측과 상측에 대하여 볼록면을 갖는 양의 배율렌즈인 제 3 렌즈(L3)와, 물체측에 대하여 오목면을 갖는 메니스커스형의 음의 배율렌즈인 제4렌즈(L4)와, 상기 제 1 렌즈(L1)와 상기 제 2 렌즈(L2) 사이에 배치되는 고정조리개로 구성된 감시카메라용 렌즈에 있어서,
상기 제 1 렌즈의 굴절율(Nd1) 및 분산계수(Vd1), 제 2 렌즈의 굴절율(Nd2) 및 분산계수(Vd2), 제 3 렌즈의 굴절율(Nd3) 및 분산계수(Vd3) 및 제 4 렌즈의 굴절율(Nd4) 및 분산계수(Vd4)가 다음 범위인 것을 특징으로 한다.
Nd1 = 1.603, Vd1 = 60.7,
Nd2 = 1.652, Vd2 = 58.4,
Nd3 = 1.713, Vd3 = 53.9,
Nd4 = 1.847, Vd4 = 23.8
또한, 본 고안에 의한 감시카메라 렌즈에 있어서, 곡률반경의 부호를 그 중심이 왼쪽에 있을 때를 음(-)으로, 오른쪽에 있을 때를 양(+)으로 나타내면, 제 1 렌즈(L1)의 물체측면(1)의 곡률반경(R1)은 9.418mm, 상측면(2)의 곡률반경(R2)은 2.765mm이고, 제 2 렌즈(L2)의 물체측면(3)의 곡률반경(R4)은 53.358mm, 상측면(4)의 곡률반경(R5)은 -6.058mm이며, 제 3 렌즈(L3)의 물체측면(5)의 곡률반경(R6)은 7.555mm, 상측면(6)의 곡률반경(R7)은 -4.221mm이며, 제 4 렌즈(L4)의 물체측면(7)의 곡률반경(R8)은 -4.211mm, 상측면(8)의 곡률반경(R9)은 -171.477mm이며,
상기 제 1 렌즈(L1)의 물체측면(1)의 유효경은 8.8mm, 상측면(2)의 유효경은 5.1mm이고, 상기 제 2 렌즈(L2)의 물체측면(3)의 유효경은 5.8mm, 상측면(4)의 유효경은 5.8mm이며, 상기 제 3 렌즈(L3)의 물체측면(5)의 유효경은 5.8mm, 상측면(6)의 유효경은 5.8mm이고, 상기 제 4 렌즈(L4)의 물체측면(7)의 유효경은 4.9mm, 상측면(8)의 유효경은 5.8mm이며,
상기 각 렌즈(L1, L2, L3, L4)의 곡률반경의 범위는, 상기 유효경을 기준으로 뉴턴링(Newton's ring)의 수가 -6링 내지 +6링의 범위내인 것이고, 간격(D)은 -0.1mm 내지 +0.1mm의 범위내이며, 렌즈의 밝기 fno가 2.0 내지 6.0의 범위내인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 고안에 의한 감시카메라 렌즈에 있어서, 상기 곡률반경(R)과 유효경과 거리(D)에 n배한 곡률반경과 유효경과 거리를 가지며, 상기 n은 0.5 내지 1.5의 범위 내인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 의한 렌즈를 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 고안에 의한 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 렌즈의 배열상태를 나타내는 도면이다.
본 고안에 의한 렌즈는 시계각이 102°로 넓고, 구경비가 F2.2를 갖도록 구성된다. 또한, 본 고안에 의한 감시카메라용 렌즈는, 주간에는 태양빛 등 자연광에 의해 물체를 촬상하고 야간에는 도시하지 않은 적외선 조명장치에서 발광된 적외선에 의해 피사체를 촬상하는 가시광선 및 근적외선용 감시카메라용 렌즈이다.
일반적으로 렌즈가 가시광선 파장대역 및 근적외선 파장대역에서 양호한 해상도를 발휘하기 위해서는 렌즈의 배열상태, 렌즈의 형태는 물론 렌즈의 곡률반경, 굴절률 및 분산계수가 중요한 요인으로써 작용한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 고안에 의한 감시카메라용 렌즈는 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 렌즈와 제 2 렌즈 사이에는 제 1 렌즈를 투과한 빛을 선택적으로 수렴하는 조리개(S)가 배치되어 있다.
상기 제 1 렌즈(L1)는 물체측으로부터 넓은 시야각을 확보하고 충분한 후초점거리를 확보하기 위하여 물체측으로 볼록면을 가지며 상측으로는 오목면을 가지는 음(-)의 배율의 메니스커스(meniscus)형 렌즈로 구성된다. 또한, 상기 제 2 렌즈(L2)는 제 1 렌즈(L1)로부터 발산되는 광빔을 수렴하기 위하여 물체측과 상측에 대하여 볼록면을 갖는 양(+)의 배율렌즈로 구성된다. 또한, 제 3 렌즈(L3)는 제 1 렌즈와 제 2 렌즈에 의해 발생하는 상면만곡수차를 보정하기 위하여 물체측과 상측에 대하여 볼록면을 갖는 양(+)의 배율렌즈이고, 제4렌즈(L4)는 물체측에 대하여 오목면을 갖는 메니스커스형의 음(-)의 배율렌즈이다.
상기 제 4 렌즈(L4) 이후에는 필터(L5)와 커버글래스(L6)가 배치되며, 그 이후에는 이미지센서면이 배치된다.
상기 제 1 렌즈, 제 2 렌즈 및 제 3 렌즈는 소정 간격 이격되어 배치되어 있으며, 제 3 렌즈와 제 4 렌즈는 미세하게 이격되어 배치되어 있다.
본 고안자는 다수의 실험에 의해, 상기와 같은 배열상태를 가지는 렌즈로써,
상기 제 1 렌즈의 굴절율(Nd1) 및 분산계수(Vd1), 제 2 렌즈의 굴절율(Nd2) 및 분산계수(Vd2), 제 3 렌즈의 굴절율(Nd3) 및 분산계수(Vd3) 및 제 4 렌즈의 굴절율(Nd4) 및 분산계수(Vd4)가 다음의 값으로 구성하고,
Nd1 = 1.603, Vd1 = 60.7,
Nd2 = 1.652, Vd2 = 58.4,
Nd3 = 1.713, Vd3 = 53.9,
Nd4 = 1.847, Vd4 = 23.8
곡률반경의 부호를 그 중심이 왼쪽에 있을 때를 음(-)으로, 오른쪽에 있을 때를 양(+)으로 나타내면,제 1 렌즈(L1)의 물체측면(1)의 곡률반경(R1)은 9.418mm, 상측면(2)의 곡률반경(R2)은 2.765mm이고, 제 2 렌즈(L2)의 물체측면(3)의 곡률반경(R4)은 53.358mm, 상측면(4)의 곡률반경(R5)은 -6.058mm이며, 제 3 렌즈(L3)의 물체측면(5)의 곡률반경(R6)은 7.555mm, 상측면(6)의 곡률반경(R7)은 -4.221mm이며, 제 4 렌즈(L4)의 물체측면(7)의 곡률반경(R8)은 -4.211mm, 상측면(8)의 곡률반경(R9)은 -171.477mm이며,
상기 제 1 렌즈(L1)의 물체측면(1)의 유효경은 8.8mm, 상측면(2)의 유효경은 5.1mm이고, 상기 제 2 렌즈(L2)의 물체측면(3)의 유효경은 5.8mm, 상측면(4)의 유효경은 5.8mm이며, 상기 제 3 렌즈(L3)의 물체측면(5)의 유효경은 5.8mm, 상측면(6)의 유효경은 5.8mm이고, 상기 제 4 렌즈(L4)의 물체측면(7)의 유효경은 4.9mm, 상측면(8)의 유효경은 5.8mm이면 400nm ~ 900nm의 광대역에서 높은 해상력을 가질 수 있음을 알아내었다.
이를 하기의 표에 정리한다.
면의 순서 곡률반경(R) 두께 또는 간격(D) 굴절율(Nd) 분산계수(Vd) 유효경(Φ)
1 9.418 0.57 1.603 60.7 8.8
2 2.765 5.163 5.1
3 ∞ 2.196
4 53.358 1.91 1.652 58.4 5.8
5 -6.058 0.842 5.8
6 7.555 2.42 1.713 53.9 5.8
7 -4.221 0.003247 5.8
8 -4.211 0.82 1.847 23.8 4.9
9 -171.477 5.8
또한, 상기 각 렌즈(L1, L2, L3, L4)의 곡률반경의 범위는, 상기 유효경을 기준으로 뉴턴링의 수가 -6링 내지 +6링의 범위내인 것이고, 간격(D)은 -0.1mm 내지 +0.1mm의 범위내이며, 렌즈의 밝기 fno가 2.0 내지 6.0의 범위내인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 곡률반경(R)과 거리(D)에 n배한 곡률반경과 거리를 가지며, 상기 n은 0.5 내지 1.5의 범위 내로 하여도 좋다.
상기와 같은 조건을 가지는 감시카메라용 렌즈의 광학성능을 도 3을 참조하여 설명한다.
도 2는, 종래의 렌즈의 MTF그래프로서, 도 2(a)는 가시광선 파장대역에서의 MTF그래프이고, 도 2(b)는 근적외선 파장대역에서의 MTF그래프이다. 도 3은 본 고안렌즈의 MTF그래프로서, 도 3(a)는 가시광선 파장대역에서의 MTF그래프이고, 도 3(b)는 근적외선 파장대역에서의 MTF그래프이다.
MTF(Modulation Transfer Function)그래프는 물체의 두 지점에서 시작한 빛이 렌즈를 통과하여 촬상면에 맺힐 때에 겹치는 정도를 수치로 나타낸 곡선으로서, 상기 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 고안에 의한 렌즈에 의하면 MTF값이 가시광선 파장대역에서는 물론 특히 근적외선 파장대역에서 모두 우수한 값을 나타냄을 알 수 있다.
또한, 도 4는 본 고안렌즈의 가시광선 파장대역에서의 여러 가지 수차곡선으로서, 도 4(a)는 비점수차곡선, 도 4(b)는 종구면수차곡선, 도 4(c)는 색상(파장)에 따른 초점이동그래프, 도 4(d)는 왜곡수차곡선, 도 4(e)는 횡색수차곡선을 나타내는 도면이다. 도 5는 본 고안렌즈의 근적외선 파장대역에서의 여러 가지 수차곡선으로서, 도 5(a)는 비점수차곡선, 도 5(b)는 종구면수차곡선, 도 5(c)는 색상(파장)에 따른 초점이동그래프, 도 5(d)는 왜곡수차곡선, 도 5(e)는 횡색수차곡선을 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기와 같은 조건을 가지는 본 고안에 의한 감시카메라용 렌즈는 수차의 보정상태가 양호하고 중앙부분 뿐만 아니라 주변부의 해상도도 적합함을 알 수 있다.
본 고안에 의한 감시카메라용 렌즈에 의하면, 렌즈 해상 성능의 평가항목인 MTF값이 기존 렌즈들의 MTF값에 비해 월등히 좋아졌으며, 또한 가시광선과 근적외선 파장대역에서의 MTF값도 큰 차이가 없어 상기 대역에서 변함없는 해상성능을 유지할 수 있도록 향상되어, 종래의 렌즈에서 발생되는 근적외선 대역에서의 해상도 저하의 문제점을 해결하여 가시광선 파장대역 및 근적외선 파장대역에서도 최상의 해상력을 제공할 수 있다.
도 1은 본 고안에 의한 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 렌즈의 배열상태를 나타내는 도면이다.
도 2는, 종래의 렌즈의 MTF그래프로서, 도 2(a)는 가시광선 파장대역에서의 MTF그래프이고, 도 2(b)는 근적외선 파장대역에서의 MTF그래프이다.
도 3은 본 고안렌즈의 MTF그래프로서, 도 3(a)는 가시광선 파장대역에서의 MTF그래프이고, 도 3(b)는 근적외선 파장대역에서의 MTF그래프이다.
도 4는 본 고안렌즈의 가시광선 파장대역에서의 여러 가지 수차곡선으로서, 도 4(a)는 비점수차곡선, 도 4(b)는 종구면수차곡선, 도 4(c)는 색상(파장)에 따른 초점이동그래프, 도 4(d)는 왜곡수차곡선, 도 4(e)는 횡색수차곡선을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 고안렌즈의 근적외선 파장대역에서의 여러 가지 수차곡선으로서, 도 5(a)는 비점수차곡선, 도 5(b)는 종구면수차곡선, 도 5(c)는 색상(파장)에 따른 초점이동그래프, 도 5(d)는 왜곡수차곡선, 도 5(e)는 횡색수차곡선을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
L1 : 제 1 렌즈
L2 : 제 2 렌즈
L3 : 제 3 렌즈
L4 : 제 4 렌즈
S : 조리개

Claims (3)

  1. 물체측에 대하여 볼록면을 갖는 메니스커스형의 음의 배율 렌즈인 제1렌즈(L1)와, 물체측과 상측에 대하여 볼록면을 갖는 양의 배율렌즈인 제 2 렌즈(L2)와, 물체측과 상측에 대하여 볼록면을 갖는 양의 배율렌즈인 제 3 렌즈(L3)와, 물체측에 대하여 오목면을 갖는 메니스커스형의 음의 배율렌즈인 제4렌즈(L4)와, 상기 제 1 렌즈(L1)와 상기 제 2 렌즈(L2) 사이에 배치되는 고정조리개로 구성된 감시카메라용 렌즈에 있어서,
    상기 제 1 렌즈의 굴절율(Nd1) 및 분산계수(Vd1), 제 2 렌즈의 굴절율(Nd2) 및 분산계수(Vd2), 제 3 렌즈의 굴절율(Nd3) 및 분산계수(Vd3) 및 제 4 렌즈의 굴절율(Nd4) 및 분산계수(Vd4)가 다음 범위인 것을 특징으로 하는 가시광선 및 근적외선 용 감시카메라 렌즈.
    Nd1 = 1.603, Vd1 = 60.7,
    Nd2 = 1.652, Vd2 = 58.4,
    Nd3 = 1.713, Vd3 = 53.9,
    Nd4 = 1.847, Vd4 = 23.8
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1렌즈(L1)의 경우, 물체측면(1)의 유효경은 8.8mm이며 곡률반경(R1)은 9.418mm를 기준으로 뉴턴링의 개수가 -6 내지 +6이 되는 범위 내에 있고, 상측면(2)의 유효경은 5.1mm이며 곡률반경(R2)은 2.765mm을 기준으로 뉴턴링의 개수가 -6 내지 +6이 되는 범위 내에 있고,
    상기 제2렌즈(L2)의 경우, 물체측면(3)의 유효경은 5.8mm이며 곡률반경(R4)은 53.358mm를 기준으로 뉴턴링의 개수가 -6 내지 +6이 되는 범위 내에 있고, 상측면(4)의 유효경은 5.8mm이며 곡률반경(R5)은 -6.058mm를 기준으로 뉴턴링의 개수가 -6 내지 +6이 되는 범위 내에 있고,
    상기 제3렌즈(L3)의 경우, 물체측면(5)의 유효경은 5.8mm이며 곡률반경(R6)은 7.555mm를 기준으로 뉴턴링의 개수가 -6 내지 +6이 되는 범위 내에 있으며, 상측면(6)의 유효경은 5.8mm이며 곡률반경(R7)은 -4.221mm를 기준으로 뉴턴링의 개수가 -6 내지 +6이 되는 범위 내에 있고,
    상기 제4렌즈(L4)의 경우 물체측면(7)의 유효경은 4.9mm이며 곡률반경(R8)은 -4.211mm를 기준으로 뉴턴링의 개수가 -6 내지 +6이 되는 범위 내에 있으며, 상측면(8)의 유효경은 5.8mm이며 곡률반경(R9)은 -171.477mm를 기준으로 뉴턴링의 개수가 -6 내지 +6이 되는 범위 내에 있고,
    상기 제1렌즈(L1), 상기 제2렌즈(L2), 상기 제3렌즈(L3) 및 상기 제4렌즈(L4)에 있어서,
    간격(D) 및 두께(D)는 -0.1mm 내지 +0.1mm의 범위 내에 있으며, 렌즈의 밝기 fno는 2.0 내지 6.0의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 렌즈.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 곡률반경(R)과 유효경과 거리(D)에 n배한 곡률반경과 유효경과 거리를 가지며, 상기 n은 0.5 내지 1.5의 범위 내인 것을 특징으로 하는 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 렌즈.
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KR20-2005-0009084U KR200393933Y1 (ko) 2005-04-01 2005-04-01 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 렌즈

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100845874B1 (ko) * 2006-05-18 2008-07-14 박청원 감시카메라용 광학계
CN111999867A (zh) * 2020-08-21 2020-11-27 苏州赛源光学科技有限公司 一种紫外双波段曝光镜头

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