KR200426481Y1 - Optical system for broadband security camera with special lens arragement - Google Patents
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Abstract
본 고안은 특수한 렌즈배열을 이용한 광대역 감시카메라용 광학계에 관한 것으로, 물체측에 볼록면을 갖고 상측으로는 오목면을 갖는 음[(-)Power]의 배율렌즈인 제1렌즈와; 물체측에 볼록면을 갖고 상측으로는 오목 또는 볼록면을 갖는 양[(+)Power]의 배율렌즈이며, 초고굴절의 특수렌즈로 형성된 제2렌즈와; 물체측에 볼록 또는 오목면을 갖고 상측으로는 볼록면을 갖는 양[(+)Power]의 배율렌즈인 제3렌즈와; 물체측과 상측에 모두 볼록면을 갖는 양[(+)Power]의 배율렌즈인 제4렌즈와; 물체측에 오목면을 갖고 상측으로는 오목 또는 볼록면을 갖는 음[(-)Power]의 배율렌즈이며, 초고굴절의 특수렌즈로 형성된 제5렌즈와; 상기 제2렌즈로부터 입사되는 빛을 선택적으로 수렴하는 조리개와; 상기 제5렌즈의 상측 앞에 배열되는 메가급 칼라센서용 적외선필터를 포함하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.The present invention relates to an optical system for a wideband surveillance camera using a special lens array, comprising: a first lens which is a negative ((-) Power) magnification lens having a convex surface on an object side and a concave surface on an image side; A second lens having a positive [(+) Power] magnification lens having a convex surface on an object side and a concave or convex surface on an image side, and formed of an ultra-high refractive special lens; A third lens having a positive ((+) Power] magnification lens having a convex or concave surface on the object side and a convex surface on the image side; A fourth lens which is a positive [(+) Power] magnification lens having convex surfaces on both the object side and the image side; A fifth lens having a negative [(-) Power] magnification lens having a concave surface on the object side and a concave or convex surface on the object side, and formed of an ultra-high refractive special lens; An aperture for selectively converging light incident from the second lens; Technical features of the present invention include an infrared filter for a mega class color sensor arranged in front of the image side of the fifth lens.
본 고안에 의하면, 특수한 구면렌즈를 적절히 사용하고 배열함에 의해 광학계의 해상력을 월등하게 증가시킴과 동시에 파장에 관계없이 광대역 파장에 두루 쓰일 수 있는 광학계를 만족시키므로 주변의 환경변화(주/야간)에도 화질변화 없이 사용할 수 있으며, 구면만의 구성으로도 메가급의 고해상력 성능을 발휘되게 할 뿐만 아니라 광학전장이 짧아져 협소한 공간에도 용이한 장착을 가능하게 한다.According to the present invention, by using and arranging a special spherical lens properly, the resolution of the optical system is greatly increased, and at the same time, it satisfies the optical system that can be used for a wide range of wavelengths regardless of the wavelength. It can be used without any change in image quality, and its spherical configuration enables high resolution performance of mega class as well as shortening optical field, making it easy to install in narrow spaces.
Description
도 1은 본 고안에 따른 광대역 감시카메라용 광학계의 배열상태 중 60도의 화각을 특징으로 하는 광학계를 나타낸 도면.1 is a view showing an optical system characterized by an angle of view of 60 degrees of the arrangement of the optical system for a wideband surveillance camera according to the present invention.
도 2는 본 고안에 따른 광대역 감시카메라용 광학계의 배열상태 중 90도의 화각을 특징으로 하는 광학계를 나타낸 도면.2 is a view showing an optical system characterized by an angle of view of 90 degrees of the arrangement of the optical system for a wideband surveillance camera according to the present invention.
도 3은 본 고안에 따른 광대역 감시카메라용 광학계의 배열상태 중 110도의 화각을 특징으로 하는 광학계를 나타낸 도면.Figure 3 is a view showing an optical system characterized by an angle of view of 110 degrees of the arrangement of the optical system for a wideband surveillance camera according to the present invention.
도 4a 내지 도 4f는 도 1의 60도 화각을 형성하는 광학계의 수차특성을 나타낸 도면.4A to 4F are diagrams showing aberration characteristics of the optical system forming the 60 degree angle of view of FIG.
도 5a 내지 도 5f는 도 2의 90도 화각을 형성하는 광학계의 수차특성을 나타낸 도면.5A to 5F are diagrams showing aberration characteristics of the optical system forming the 90-degree field of view of FIG.
도 6a 내지 도 6f는 도 3의 110도 화각을 형성하는 광학계의 수차특성을 나타낸 도면.6A to 6F illustrate aberration characteristics of the optical system forming the 110-degree field of view of FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10: 제1렌즈 20: 제2렌즈10: first lens 20: second lens
30: 제3렌즈 40: 제4렌즈30: third lens 40: fourth lens
50: 제5렌즈 60: 조리개50: fifth lens 60: aperture
70: 적외선필터 80: 윈도우글라스70: infrared filter 80: window glass
90: 촬상소자90: imaging device
본 고안은 협소한 공간에 장착이 용이하고 주/야간 모두 사용 가능한 고화소의 감시카메라용 초소형 구면 광학계에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구면의 특수한 렌즈를 적절히 사용하고 배열함으로써 광대역 파장에 두루 쓰일 수 있도록 함과 더불어 주/야간의 환경변화에도 화질에 변화가 없도록 하며 고해상력의 메가픽셀(mega-pixel)급 성능을 발휘할 수 있도록 한 특수한 렌즈배열을 이용한 광대역 감시카메라용 광학계에 관한 것이다.The present invention relates to an ultra-small spherical optical system for a high-pixel surveillance camera that can be easily mounted in a narrow space and can be used both day and night. More specifically, the spherical special lens can be used appropriately and arranged to cover a wide range of wavelengths. In addition, the present invention relates to an optical system for wideband surveillance cameras using a special lens array that enables high resolution mega-pixel performance without changing the picture quality even when the environment changes day and night.
기존의 저가형 감시카메라는 주로 아파트의 주차장이나 엘리베이터 등의 폐쇄적인 공간이나 또는 공장 등의 사람이 직접 모니터링하기 부적합한 곳에 많이 사용되어 왔으나, 화질이 떨어짐에 의해 사건사고시 정확한 데이터의 확보가 힘든 문제점이 있었다.Existing low-cost surveillance cameras have been mainly used in closed spaces such as parking lots and elevators of apartments or in places where people such as factories are not suitable for direct monitoring, but it was difficult to secure accurate data in case of an accident due to poor image quality. .
특히, 주/야간의 환경변화에 해상력의 차이를 보임으로써 화질에 심한 변화가 발생되는 문제점이 있었다.In particular, there was a problem that a significant change in image quality occurs by showing a difference in resolution in the environmental changes between day and night.
또한, 감시카메라용으로 사용되는 기존의 구면렌즈는 상면만곡이나 왜곡이 크고 주변광량이 30% 내지 60% 미만까지 현저하게 저하됨으로써 광학성능을 저하시 키는 문제점이 있었으며, 특히 CMOS 카메라에는 주변광량이 70% 이상인 렌즈가 사용되어야 하는데 이에 기존의 광학계 적용이 어려웠을뿐더러 CMOS 카메라에 적합한 렌즈의 개발이 현재까지 이루어지지 않고 있다.In addition, the existing spherical lenses used for surveillance cameras have a problem of deteriorating optical performance because the image curvature or distortion is large and the amount of ambient light is significantly reduced to less than 30% to less than 60%. More than 70% of these lenses should be used, which makes it difficult to apply the existing optical system and development of a lens suitable for a CMOS camera has not been made until now.
나아가, 시장의 성장에 따라 응용분야가 다양해지고 있고 이미지 센서(image sensor) 기술의 향상과 더불어 더욱 우수한 광학성능 발휘는 물론 좀 더 작은 렌즈 개발을 시장에서 요구하고 있다.Furthermore, as the market grows, application fields are diversified and the market demands the development of smaller lenses as well as the improvement of image sensor technology and the superior optical performance.
본 고안은 상술한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 그 목적으로 하는 바는 구면의 특수한 렌즈를 광학계에 적절히 사용하고 배열하여 가시영역의 빛이나 적외선영역의 빛이나 후면초점거리에 변화가 발생하지 않도록 함으로써 광대역 파장에 두루 쓰일 수 있도록 하고 주변의 환경변화(주/야간)에도 화질변화 없이 사용할 수 있도록 하며, 구면만의 구성으로도 메가급의 고해상력 성능을 발휘할 수 있도록 한 특수한 렌즈배열을 이용한 광대역 감시카메라용 광학계를 제공하는데 있다.The present invention has been devised in view of the above problems, and its purpose is to use a spherical special lens in an optical system and arrange it properly so that a change in light in the visible region or light in the infrared region or the rear focal length occurs. It is designed to be used for broadband wavelengths, to be used without changing the image quality even when changing the surrounding environment (day / night), and to create a special lens array that can exhibit mega-resolution high resolution performance even with a spherical configuration. The present invention provides an optical system for a wideband surveillance camera.
또한, 본 고안의 다른 목적은 주변광량비가 90% 이상을 형성하도록 설계하고 렌즈의 중심과 주변의 밝기차이를 해소할 수 있어 CCD 및 CMOS 카메라에 두루 사용할 수 있도록 하는 특수한 렌즈배열을 이용한 광대역 감시카메라용 광학계를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is a broadband surveillance camera using a special lens array that is designed to form an ambient light ratio of 90% or more, and to resolve the difference in brightness between the center and the surroundings of the lens so that it can be used throughout CCD and CMOS cameras. It is to provide an optical system for.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 다수개의 구면렌즈가 배열 조립되 어 구성되는 감시카메라용 광학계에 있어서, 물체측에 볼록면을 갖고 상측으로는 오목면을 갖는 음[(-)Power]의 배율렌즈인 제1렌즈와; 물체측에 볼록면을 갖고 상측으로는 오목면 또는 볼록면을 갖는 양[(+)Power]의 배율렌즈이며, 초고굴절의 특수렌즈로 형성된 제2렌즈와; 물체측에 볼록면 또는 오목면을 갖고 상측으로는 볼록면을 갖는 양[(+)Power]의 배율렌즈인 제3렌즈와; 물체측과 상측에 모두 볼록면을 갖는 양[(+)Power]의 배율렌즈인 제4렌즈와; 물체측에 오목면을 갖고 상측으로는 오목면 또는 볼록면을 갖는 음[(-)Power]의 배율렌즈이며, 초고굴절의 특수렌즈로 형성된 제5렌즈와; 상기 제2렌즈로부터 입사되는 빛을 선택적으로 수렴하는 조리개와; 상기 제5렌즈의 상측 앞에 배열되는 메가급 칼라센서용 적외선필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, in the optical system for surveillance cameras composed of a plurality of spherical lenses are arranged and assembled, negative [(-) Power] having a convex surface on the object side and a concave surface on the image side A first lens which is a magnification lens of; A second lens having a positive [(+) Power] magnification lens having a convex surface on an object side and a concave surface or a convex surface on an image side, and formed of an ultra-high refractive special lens; A third lens having a positive ((+) Power] magnification lens having a convex surface or a concave surface on an object side and a convex surface on an image side; A fourth lens which is a positive [(+) Power] magnification lens having convex surfaces on both the object side and the image side; A fifth lens having a negative [(-) Power] magnification lens having a concave surface on the object side and a concave or convex surface on the object side, and formed of an ultra-high refractive special lens; An aperture for selectively converging light incident from the second lens; And an infrared filter for mega color sensors arranged in front of the image side of the fifth lens.
여기서, 상기 제2렌즈와 제5렌즈는 호야(hoya)사의 FDS1렌즈, 쇼트(schott)사의 SF58렌즈나 SF59렌즈, 오하라(ohara)사의 PBH21렌즈나 PBH71렌즈 및 PBH72렌즈 중에서 선택된 어느 하나로 구성되게 한다.Here, the second lens and the fifth lens are made of any one selected from Hoya's FDS1 lens, Schott's SF58 lens or SF59 lens, Ohara's PBH21 lens, PBH71 lens, and PBH72 lens. .
상기 제1렌즈에서 상까지의 거리인 초점 거리를 f, 상기 제5렌즈의 상측면에서 상까지의 거리인 후면 초점거리를 B라 할 때, 1.23 ≤ B/f ≤ 2.09인 조건을 만족하도록 구성한다.When the focal length, which is the distance from the first lens to the image, is f, and the rear focal length, which is the distance from the image side surface of the fifth lens to the image, is B, the condition that 1.23 ≦ B / f ≦ 2.09 is satisfied do.
상기 제1렌즈에서 제5렌즈까지의 거리인 광학전장을 T, 전체 렌즈계의 초점 거리를 f라 할 때, T/f ≤ 4.3인 조건을 만족하도록 구성한다.The optical field, which is the distance from the first lens to the fifth lens, is T and the focal length of the entire lens system is f, where T / f ≦ 4.3 is satisfied.
상기 제2렌즈와 제5렌즈는 각각 굴절률(n)이 1.90≤n≤1.95이고, 분산율(v)이 20≤v≤22인 조건을 만족하도록 구성한다.Each of the second lens and the fifth lens is configured to satisfy a condition that a refractive index n is 1.90 ≦ n ≦ 1.95 and a dispersion ratio v is 20 ≦ v ≦ 22.
이하, 첨부한 도면 및 도표를 참조하면서 본 고안의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and diagrams.
본 고안의 특수한 렌즈배열을 이용한 감시카메라용 광학계는 양과 음의 배율을 갖는 3매의 구면렌즈와 양과 음의 배율을 갖는 2매의 특수물성을 갖는 초고굴절 구면렌즈를 배열하여 광학계를 구성함으로써 파장대가 바뀌면 해상력의 변화가 발생하는 문제점과 기존의 구면렌즈에 의한 감시카메라로는 메가급의 해상력이 나오지 않는 문제점을 개선할 수 있도록 한 것이다.The optical system for surveillance camera using the special lens array of the present invention is composed of three spherical lenses with positive and negative magnification and ultra-high refractive spherical lenses with two special properties with positive and negative magnification. When the change of the resolution is a problem that occurs, and the conventional surveillance cameras by the spherical lens to solve the problem that does not come out of the mega-class resolution.
도 1 내지 도 3은 본 고안에 의한 특수한 렌즈배열을 이용한 광대역 감시카메라용 광학계의 화각특성에 따른 배열상태를 나타낸 도면으로서, 도 1은 60도의 화각특성을 갖는 배열상태이고, 도 2는 90도의 화각특성을 갖는 배열상태이며, 도 3은 110도의 화각특성을 갖는 배열상태를 보인 도면이다.1 to 3 is a view showing the arrangement according to the field of view characteristics of the optical system for a wideband surveillance camera using a special lens array according to the present invention, Figure 1 is an arrangement state having an angle of view of 60 degrees, Figure 2 3 is an arrangement state having an angle of view characteristic, and FIG. 3 is a view showing an arrangement state having an angle of view characteristic of 110 degrees.
도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 고안에 의한 특수한 렌즈배열을 이용한 광대역 감시카메라용 광학계는 5장의 구면렌즈(10)(20)(30)(40)(50)로 형성되는 렌즈계와, 조리개(60)와, 적외선필터(70)와, 윈도우글라스(80)와, 촬상소자(90)를 포함하는 구성으로 이루어진다.1 to 3, the optical system for a wideband surveillance camera using a special lens array according to the present invention is a lens system formed of five
상기 렌즈계는, 물체측에 볼록면(R1)을 갖고 상측으로는 오목면(R2)을 갖는 음[(-)Power]의 배율렌즈인 제1렌즈(10)와; 물체측에 볼록면(R3)을 갖고 상측으로는 오목면 또는 볼록면(R4)을 갖는 양[(+)Power]의 배율렌즈이며, 초고굴절의 특수렌즈로 형성된 제2렌즈(20)와; 물체측에 볼록면 또는 오목면(R5)을 갖고 상측으로 는 볼록면(R6)을 갖는 양[(+)Power]의 배율렌즈인 제3렌즈(30)와; 물체측과 상측에 모두 볼록면(R7)(R8)을 갖는 양[(+)Power]의 배율렌즈인 제4렌즈(40)와; 물체측에 오목면(R9)을 갖고 상측으로는 오목면 또는 볼록면(R10)을 갖는 음[(-)Power]의 배율렌즈이며, 초고굴절의 특수렌즈로 형성된 제5렌즈(50)가 순차 배열되는 구성으로 이루어진다.The lens system comprises: a first lens (10) which is a negative ((-) Power) magnification lens having a convex surface (R1) on an object side and a concave surface (R2) on an image side; A
이때, 상기 제2렌즈(20)와 제3렌즈(30)는 조리개(60)를 사이에 두고 일정간격 이격되어 배열되고, 상기 제4렌즈(40)와 제5렌즈(50)는 서로 면접촉되도록 맞닿게 접합 배열하여 접합부 색수차를 보정할 수 있도록 구성된다.In this case, the
상기 제2렌즈(20)의 상측면(R4)은 도 1 및 도 3에서와 같은 60도 및 110도의 화각 형성시에는 오목면을 갖도록 하고, 도 2에서와 같은 90도의 화각 형성시에는 볼록면을 갖도록 구성함이 바람직하다.The image side surface R4 of the
상기 제3렌즈(30)의 물체측면(R5)은 도 1 및 도 2에서와 같은 60도의 화각 형성시에는 오목면을 갖도록 하고, 도 3에서와 같은 110도의 화각 형성시에는 볼록면을 갖도록 구성함이 바람직하다.The object side surface R5 of the
상기 제5렌즈(50)의 상측면(R10)은 도 1 및 도 2에서와 같은 60도 및 90도의 화각 형성시에는 볼록면을 갖도록 하고, 도 3에서와 같은 110도의 화각 형성시에는 오목면을 갖도록 구성함이 바람직하다.The image side surface R10 of the
상기 제1렌즈(10) 내지 제5렌즈(50)는 모두 구면렌즈로 구성되며, 특히 상기 제2렌즈(20)와 제5렌즈(50)를 초고굴절의 물성특성을 갖는 특수구면렌즈로 구성함에 의해 광대역의 색수차를 제거하고 광대역 파장들의 색수차를 최저로 하는 배열 을 이루도록 하였으며, 이를 통해 사용파장에 관계없이 매우 뛰어난 해상력을 갖도록 구성하였다.The
여기서, 상기 제1렌즈(10)로는 외부 환경변화에 매우 강하도록 경도가 있는 구면렌즈를 사용하여 스크래치(scratch)나 렌즈 파손이 거의 없는 안전성을 확보하도록 구성하였다.Here, as the
상기 제3렌즈(30)와 제4렌즈(40)로는 일반적인 고굴절 구면렌즈를 사용하였으며, 렌즈계의 전반적인 배율(power)과 분산의 최적화를 만족할 수 있도록 구성하였다.As the
상기 제2렌즈(20)와 제5렌즈(50)로는 초고굴절의 물성특성을 지닌 특수구면렌즈를 사용하였으며, 이들은 각각 호야(hoya)사의 FDS1렌즈, 쇼트(schott)사의 SF58렌즈나 SF59렌즈, 오하라(ohara)사의 PBH21렌즈나 PBH71렌즈 및 PBH72렌즈 중에서 선택된 어느 하나로 구성되게 함이 바람직하다 할 것이다.As the
이때, 상기 제2렌즈(20)와 제5렌즈(50)는 색수차의 보정기능과 더불어 가장 콤팩트하고 얇은 렌즈의 특성을 지니고 있어 광학계의 전반적인 소형화 및 경량화의 구현을 가능하게 하며, 굴절율과 분산율을 고려한 렌즈 형상을 갖게 함으로써 상이 어두워지는 현상을 제거함은 물론 밝기의 증대효과를 발휘되게 구성하였다.In this case, the
상기 조리개(60)는 상기 제2렌즈(20)로부터 입사되는 빛을 선택적으로 수렴하는 기능을 수행하게 된다.The
상기 적외선필터(70)는 컬러 촬영에서 불필요한 적외선(IR)영역의 빛을 선택적으로 제거하도록 IR cut-off 필터로 구성하며, 특히 메가급 칼라센서용으로 구성 함이 바람직하다.The
상기 윈도우글라스(80)는 상기 적외선필터(70)와 촬상소자(90)의 사이에 설치되며 상기 촬상소자(90)의 보호 및 이물질 유입 등을 방지되게 한다.The
상기 촬상소자(90)는 CCD센서 또는 CMOS센서를 포함하는 구성이며, 빛을 전기적 신호로 전환시켜 영상정보를 입력하는 기능을 수행하게 된다.The
상술한 바와 같은 본 고안은 가시영역의 빛이나 적외선영역의 빛이나 후면 초점거리(back focal length)의 변화를 없게 한 고정초점 광학계의 구성으로서, 3매의 일반적인 구면렌즈(10)(30)(40)와 2매의 초고굴절 특수구면렌즈(20)(50)를 복합적으로 배열함과 더불어 적절한 배율로 분배함으로써 수차보정을 양호하게 하되 광대역 파장들의 색수차를 최저로 하는 배열을 이루게 함과 동시에 사용파장에 거의 관계가 없이 뛰어난 해상력을 갖도록 한 것이다.The present invention as described above is a configuration of a fixed-focus optical system that does not change the light in the visible region, the light in the infrared region, or the back focal length, and includes three general
또한, 본 고안에서는 광학계의 광학전장을 21mm로, 구경비는 F/2.0으로, 화각(시계각)은 임의로 60도와 90도 및 110도를 형성하도록 구성하였으며, 상기 제1렌즈(10) 내지 제5렌즈(40)는 다음의 조건 1,2,3을 만족하도록 설계하였다.In addition, in the present invention, the optical length of the optical system is 21mm, the aperture ratio is F / 2.0, and the angle of view (clock angle) is configured to form 60 degrees, 90 degrees, and 110 degrees, and the
[조건 1][Condition 1]
1.23 ≤ B/f ≤ 2.091.23 ≤ B / f ≤ 2.09
여기서, 상기 제1렌즈(10)에서 상까지의 거리인 초점거리를 f, 상기 제5렌즈(50)의 상측면에서 상까지의 거리인 후면초점거리(back focal length)를 B라 한다.The focal length f, which is the distance from the
[조건 2][Condition 2]
T/f ≤ 4.3T / f ≤ 4.3
여기서, 광학계의 첫 번째 제1렌즈(10)에서 마지막 제5렌즈(50)까지의 거리를 T라 하고, 전체 렌즈계의 초점거리를 f라 한다.Here, the distance from the first
[조건 3][Condition 3]
1.90≤n≤1.95, 20≤v≤22 [제2렌즈]1.90≤n≤1.95, 20≤v≤22 [second lens]
1.90≤n≤1.95, 20≤v≤22 [제5렌즈]1.90 ≦ n ≦ 1.95, 20 ≦ v ≦ 22 [Fifth Lens]
여기서, n은 렌즈의 굴절율이고, v는 렌즈의 분산율이다.Where n is the refractive index of the lens and v is the dispersion of the lens.
나아가, 다음의 표 1 내지 표 3은 상술한 구성 및 조건에 의해 구성되는 본 고안의 광학계에 대하여 곡률반경, 중심간격, 굴절율, 분산계수(분산율) 등을 분석한 결과를 나타낸 것으로서, 임의로 선정된 화각특성에 따른 각각의 광학계 데이터를 나타낸 것이다.Furthermore, Tables 1 to 3 below show the results of analyzing the radius of curvature, the center interval, the refractive index, the dispersion coefficient (dispersion ratio), and the like of the optical system of the present invention configured by the above-described configuration and conditions. Each optical system data according to the angle of view is shown.
[표 1] 본 고안의 60도 화각특성을 갖는 광학계 데이터[Table 1] Optical system data with 60-degree field of view
여기서, 상기 각 데이터는 유효초점거리(EFL; Effective Focal Length) 1.0mm으로 표준화(normalization)된 수치이다.Here, each of the data is a value normalized to 1.0 mm of effective focal length (EFL).
[표 2] 본 고안의 90도 화각특성을 갖는 광학계 데이터[Table 2] Optical system data having a 90 degree angle of view
여기서, 상기 각 데이터는 유효초점거리(EFL; Effective Focal Length) 1.0mm으로 표준화(normalization)된 수치이다.Here, each of the data is a value normalized to 1.0 mm of effective focal length (EFL).
[표 3] 본 고안의 110도 화각특성을 갖는 광학계 데이터[Table 3] Optical system data with 110 degree field of view
여기서, 상기 각 데이터는 유효초점거리(EFL; Effective Focal Length) 1.0mm으로 표준화(normalization)된 수치이다.Here, each of the data is a value normalized to 1.0 mm of effective focal length (EFL).
이러한 본 고안은 투영측정기(PROFILE PROJECTOR)를 통해 측정한 해상력 측 정치와 유효경, 구면계(SPHEROMETER)로 전체 렌즈계의 초점거리 측정치를 f, 후면 초점거리를 B, 광학계의 첫 번째 제1렌즈(10)에서 마지막 제5렌즈(50)까지의 거리를 T, 투영검사기에 의한 화각측정치 θ, 해상력 측정치의 중심(CR)과 주변(PR)이 구경비(f/dl = F/2.0)라 할 때, 본 고안에 의한 광학계의 렌즈 형상과 렌즈 배열이 상기한 바와 같은 조건 1, 2, 3을 모두 만족시키고 있음을 알 수 있다.The present invention has a focal length measurement of the entire lens system with a resolution measurement, an effective mirror, and a spherometer measured by a PROFILE PROJECTOR, f the rear focal length B, and the first
즉, [조건 1]That is, [condition 1]
1.23 ≤ B/f ≤ 2.09와,1.23 ≤ B / f ≤ 2.09,
[조건 2][Condition 2]
T/f ≤ 4.3과,With T / f ≤ 4.3,
[조건 3][Condition 3]
1.90≤n≤1.95, 20≤v≤22 [제2렌즈]1.90≤n≤1.95, 20≤v≤22 [second lens]
1.90≤n≤1.95, 20≤v≤22 [제5렌즈]를 만족시키고 있다.1.90? N? 1.95 and 20? V? 22 [Fifth Lens] are satisfied.
따라서, 본 고안에 의한 특수한 렌즈배열을 이용한 광대역 감시카메라용 광학계는 광학전장 21mm, 구경비 F/2.0 및 60도/90도/110도의 화각(시계각) 특성을 갖는 광학성능을 발휘하게 되는 것이다.Therefore, the optical system for a wideband surveillance camera using a special lens array according to the present invention exhibits optical performance having an optical field length of 21 mm, an aperture ratio F / 2.0 and an angle of view (view angle) of 60 degrees / 90 degrees / 110 degrees.
한편, 도 4a 내지 도 6f는 본 고안에 있어 60도와 90도 및 110도의 화각특성을 갖는 특수한 렌즈배열을 이용한 광대역 감시카메라용 광학계의 수차특성을 나타낸 분석 그래프이다.On the other hand, Figures 4a to 6f is an analysis graph showing the aberration characteristics of the optical system for a wideband surveillance camera using a special lens array having an angle of view of 60 degrees, 90 degrees and 110 degrees in the present invention.
여기서, 도 4a와 도 5a 및 도 6a는 자오상면 수차와 구결상면 수차를 각각 광축 상의 0, 0.7, 1.0 영역에서 나타낸 것이고, 도 4b와 도 5b 및 도 6b는 초점거 리에 따른 자오상면 만곡(T: Tangential Field Curvature) 및 구결상면 만곡(S: Sagittal Field Curvature)의 비점수차(Astigmatism)를 나타낸 것이고, 도 4c와 도 5c 및 도 6c는 백분왜곡(Distortion)을 나타낸 것이고, 도 4d와 도 5d 및 도 6d는 측면색수차(Lateral Color)를 나타낸 것이고, 도 4e와 도 5e 및 도 6e는 경선 구면수차(Longitudinal Spherical Average)를 나타낸 것이며, 도 4f와 도 5f 및 도 6f는 색수차 초점이동(Chromatic Focal Shift)관계를 나타낸 것이다.4A, 5A, and 6A show meridian aberrations and spherical aberrations at regions 0, 0.7, and 1.0 on the optical axis, respectively. : Astigmatism of Tangential Field Curvature) and Sagittal Field Curvature (S), FIG. 4C, FIG. 5C, and FIG. 6C show Distortion, and FIG. 4D, FIG. 5D, and FIG. FIG. 6D shows Lateral Color Aberration, FIGS. 4E and 5E and 6E show Longitudinal Spherical Average, and FIGS. 4F and 5F and 6F show Chromatic Focal Shift. The relationship is shown.
이러한 도 4a 내지 도 6f의 분석 그래프에서 보여주는 바와 같이, 본 고안에 따른 특수한 렌즈배열을 이용한 광대역 감시카메라용 광학계는 거의 모든 필드에서 상들의 값이 축에 인접하게 나타나고 있어 구면수차나 자오상면 수차, 백분왜곡, 색수차의 보정 상태가 양호함을 나타내고 있으며 밝기가 향상된 매우 효과적인 설계가 이루어졌음을 나타내고 있다.As shown in the analysis graphs of FIGS. 4A to 6F, the optical system for a wideband surveillance camera using a special lens array according to the present invention shows the values of images in almost all fields adjacent to the axis, such as spherical aberration or meridian aberration, It shows that the correction of the percentage distortion and chromatic aberration is good, and that the design is very effective with improved brightness.
특히, 광대역 파장에서 초점거리에 거의 변화가 없음을 나타내고 있어 파장에 관계없이 사용할 수 있음을 나타내고 있을 뿐만 아니라 고화소의 고정초점 광학계가 설계되었음을 나타내고 있으며, 낮이나 밤이나 자동초점시스템(auto focus system)의 부가적인 장치 없이 고정된 초점에서도 메가급 화질을 구현할 수 있음을 보여주고 있다In particular, it shows that there is almost no change in focal length at broadband wavelengths, which means that it can be used regardless of the wavelength, and that a high-pixel fixed-focus optical system is designed, and it is an auto focus system day or night. Mega-quality image quality can be achieved even at fixed focus without additional devices.
또한, 광학계에서 왜곡 수차는 상 거리와 물체 거리가 비슷할 때 최소가 되는 점을 감안하여 볼 때, 기존의 일반적인 광학계에서는 렌즈의 형상과 굴절능의 배치 및 조리개의 위치를 조정하여 왜곡 수차를 보정하는데, 본 고안에서는 초고굴절의 물성특성을 갖는 특수구면렌즈 2매를 적절히 배열함에 의해 구면수차 및 자오 상면 수차의 보정상태를 양호하게 하고 밝기를 향상시킬 수 있도록 한 것이다.In addition, in view of the fact that the distortion aberration in the optical system is minimized when the image distance and the object distance are similar, the conventional optical system corrects the distortion aberration by adjusting the shape of the lens, the arrangement of the refractive power, and the position of the aperture. In the present invention, by properly arranging two special spherical lenses having the properties of ultra-high refractive properties, it is possible to improve the correction state of spherical aberration and meridian aberration and improve brightness.
이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 특수한 렌즈배열을 이용한 광대역 감시카메라용 광학계에 의하면, 특수한 구면렌즈를 적절히 사용하고 배열함에 의해 광학계의 해상력을 월등하게 증가시킴과 동시에 파장에 관계없이 광대역 파장에 두루 쓰일 수 있는 광학계를 만족시키므로 주변의 환경변화(주/야간)에도 화질변화 없이 사용할 수 있으며, 구면만의 구성으로도 메가급의 고해상력 성능을 발휘되게 할 뿐만 아니라 광학전장이 짧아져 협소한 공간에도 용이한 장착을 가능하게 하므로 응용범위가 광범위해지는 유용함을 제공한다.As described above, according to the optical system for a wideband surveillance camera using a special lens array according to the present invention, by using and arranging a special spherical lens, the resolution of the optical system is greatly increased, As it satisfies the optical system that can be used, it can be used without changing the image quality even when changing the surrounding environment (day / night), and the spherical configuration not only shows mega-resolution high resolution performance but also the optical field is shortened and the space is narrow. Ease of installation is also possible, which provides usefulness for a wide range of applications.
또한, 본 고안은 광대역 파장에서도 색수차의 최소화를 이루므로 자동초점시스템의 부가적인 장치 없이 고정된 초점에서도 완벽한 메가급 화질의 구현을 가능하게 하며, 주변광량비가 90% 이상을 형성하므로 렌즈의 중심과 주변의 밝기차이를 해소할 수 있어 CCD 및 CMOS 카메라에 두루 사용할 수 있는 유용함을 제공한다.In addition, the present invention minimizes chromatic aberration even at a wide-band wavelength, enabling perfect mega-class image quality even at fixed focus without additional device of auto focus system, and the ambient light ratio forms more than 90%. The difference in brightness around them can be eliminated, making it useful for CCD and CMOS cameras.
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