KR20090026713A - 원적외선 카메라용 렌즈, 렌즈 유닛 및 촬상 장치 - Google Patents

원적외선 카메라용 렌즈, 렌즈 유닛 및 촬상 장치 Download PDF

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KR20090026713A
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다츠야 이즈미
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스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
에스이아이 하이브리드 가부시키가이샤
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Abstract

ZnS의 3장의 렌즈가 조합되어 사용된다. 제 1 렌즈는 물체측에서 볼록한 중앙부를 갖는 메니스커스이다. 제 2 렌즈는 물체측에서 오목하고 양의 굴절력을 가지는 메니스커스인 중앙부와, 물체측에서 볼록한 주변부를 갖는다. 제 1, 2 렌즈는 조합해서 양의 굴절력을 가진다. 제 3 렌즈는 제 2 렌즈와 1mm 이내로 근접하여 마련되고, 물체측에서 볼록한 메니스커스인 중앙부와, 물체측에서 오목한 주변부를 갖는다. 렌즈의 모든 표면에는 회절면이 형성되어 있다.

Description

원적외선 카메라용 렌즈, 렌즈 유닛 및 촬상 장치{FAR-INFRARED CAMERA LENS, LENS UNIT, AND IMAGING APPARATUS}
본 발명은 광각의 원적외선 카메라용 렌즈 및 이것을 이용한 렌즈 유닛 및 촬상 장치에 관한 것이다. 원적외선이라는 것은 8㎛~12㎛의 파장대의 광으로서 인간이 내는 적외선의 파장대를 포함한다. 광통신의 파장대보다 훨씬 길다. 원적외선 카메라라는 것은 야간에, 인간이나 동물이 발생하는 적외선을 감지하여 촬상할 수 있는 카메라이다. 자동차의 야간에서의 주행을 보다 안전하게 하기 위해서, 전방에 존재하는 인간이나 동물을 조속하고 또한 정확하게 인식할 수 있는 것이 바람직하다.
현재의 자동차는 헤드 램프에 의해서 전방을 비추고, 반사광으로 운전자가 전방의 도로, 차량, 인물, 물체 등의 이미지를 인식한다. 이것은 가시 반사광에 의한 전방 인식이다. 그러나, 가시 반사광에 의한 수법은, 램프가 닿지 않는 먼거리쪽이나 측면쪽은 보이지 않는다. 이것을 보완하는 것이 원적외선 카메라이다.
인간이나 동물의 체온은 310K 정도로, 흑체복사(black-body radiation)의 310K에서의 피크 파장이 8~12㎛ 정도이다. 따라서, 인간·동물이 내는 원적외선을 원적외선 카메라로 포착하도록 하면 인간의 존재를 알 수 있다. 램프의 반사광이 아니므로, 램프의 조사 범위외의 원거리 위치도 보인다. 자동차에 원적외선 카메라와 화상 처리 장치를 조합시킨 장치를 구비해 두면, 멀리 존재하는 인간이나 동물을 조기에 인식할 수 있다. 이로써, 자동차의 야간 주행의 안전성이 고양되는 것이다.
자동차에 야간 관찰용 원적외선 카메라를 구비하도록 하면 좋다. 야간 관찰용 원적외선 카메라는 일부 자동차에 채용되고는 있지만 널리 보급되고 있지는 않다. 이를 가능하게 하기 위해서는 아직도 해결해야 할 여러 가지의 난점이 있다. 하나는 원적외선 카메라가 지극히 고가라고 하는 것이다. 다른 하나는 아직 해상력이 불충분하다는 것이다. 이와 같이 광학계가 불비하다는 문제가 있다. 또한 저렴하고 적당한 수광 소자가 없다.
원적외선은 에너지가 낮기 때문에, 밴드갭이 넓은 Si, GaAs, InP 등으로 이루어진 기판을 사용하는 포토다이오드로는 검출할 수 없다. 원적외광은 에너지가 낮기 때문에, 밴드갭이 좁은 반도체로 PN 접합을 만들면, 수광할 수 있다. 그러나, 원적외선의 에너지는 실온 정도이므로, 수광 소자가 실온인 때에는 검출할 수 없다. 따라서, 수광 소자를 크게 냉각해 두어야 하므로, 차량 탑재용으로는 쓰기 어렵다.
그래서, 원적외선 카메라의 촬상 소자로서는 8~12㎛의 감도를 가지는 예컨대, 보로메터(bolometer), 서모파일 검출기(a thermopile detector), SOI(Silicon On Insulator) 다이오드 등을 이용한다. 이들은 PN 접합을 가지는 수광 소자가 아니고, 열을 전기로 변환하는 소자이므로, 비냉각형 촬상 소자이다. 현재 160× 120, 혹은 320×240이라는 화소수의 촬상 소자가 이용되고 있다.
여기서는 광학계로 논의의 촛점을 맞춘다. 원적외광을 집광하기 위한 렌즈 재료에 한가지 문제가 있다. 적외광을 잘 통과시키는 재료로서 게르마늄(Ge)이 있다. 게르마늄은 적외광을 잘 통과시켜, 굴절율(원적외의 경우 4 정도)도 높기 때문에, 우수한 적외 재료이다. 파장 10㎛인 원적외의 Ge의 투과율은 40~45% 정도다. 그러나, 적절한 반사 방지 코팅을 실시한 경우, 90%~98% 정도이다.
그러나, Ge는 산출량이 적은 희소광물이다. 한정된 천연자원으로 매우 비싸다. 또한 Ge는 지극히 단단하다. 렌즈를 만들기 위해서는, 우선 큰 Ge 덩어리를 절삭하여 렌즈의 형태를 만들고, 다음으로 연마하여 평활면을 만들 필요가 있다. 이것은 정밀한 설비를 사용하여 장시간 걸리는 작업이 된다. Ge가 단단하기 때문에 공구도 특별한 것이 된다. Ge 렌즈를 사용하면 아무리 해도 비싸게 된다. 비싼 원적외선 카메라라면 거의 보급되지 않는다.
적외용 렌즈의 재료로서 칼코게나이드 글라스(chalcogenide glass)도 알려져 있다. 칼코게나이드 글라스는 염소(chlorine), 취소(bromide), 옥소(iodine) 등의 칼코겐과, 게르마늄을 포함하는 유리이다. 칼코게나이드 글라스에서는 적외광의 흡수가 적기 때문에, 적외광용 렌즈로서 사용 가능하다. 가열하여 액상으로 할 수 있기 때문에, 몰드의 형상에 따라 성형할 수 있다. 그러나, 이것도 게르마늄을 주성분으로서 포함하기 때문에 재료비가 증가한다.
Ge를 포함하지 않는 재료로서 ZnSe가 있다. ZnSe는 CVD 법으로 다결정을 만들고, 그것을 깎아서 렌즈로 할 수 있다. Ge와 같이 절삭, 연마에 가공 비용이 든 다.
원적외선 카메라를 자동차에 널리 탑재시키기 위해서는 원적외선 카메라를 저렴하게 제조해야 한다. 이를 위해, 8㎛~12㎛의 원적외선을 효율적으로 감지할 수 있는 센서를 개발함과 아울러, 렌즈 광학계를 저렴하게 제조하도록 해야 한다. 상술한 바와 같이, 원적외선에 대하여 가장 좋은 재료는 게르마늄이다. 그러나 이것은 비싼 재료이다. 따라서, Ge를 사용하고 있는 한 저렴한 원적외선 카메라는 불가능하다. 다음으로, 칼코게나이드 글라스도 후보이지만, 이것도 게르마늄을 대량으로 포함하기 때문에, 비용을 삭감할 수 없다. ZnSe도 적외광용으로서 후보에 들 수 있지만, 이는 원적외선의 흡수가 커서 카메라 렌즈로서는 적당하지 않다.
다음으로, ZnS(황화아연)이 후보로서 생각된다. 이것은 저렴한 재료이다. 게르마늄보다 원적외선의 투과율이 낮고, 흡수가 크다. 10㎛ 파장에서 투과율은 70%~75% 정도이다. 적절한 반사 방지 코팅을 실시한 경우에는 85%~90% 정도이다. 굴절율은 게르마늄보다 낮다. 이런 이유로, 렌즈로서의 특성면에서 게르마늄에 뒤떨어진다. 또한, ZnS도 가공이 어렵다. 현재 시점에서 CVD 법으로 ZnS의 다결정을 만들고, 이것을 절삭 가공하여 원통형 볼록 형상, 또는 원통형 오목 형상으로 하고, 더 연마하여 표면을 평활하게 마무리하는 것이 가능하다. 그러나, 이것도 단단한 재료이므로, 절삭, 연마의 가공 코스트가 든다. 이와 같은 의미에서 지금까지는 ZnS 렌즈를 사용해서 적외광학계를 실현한 것은 없다.
그러나 ZnS 렌즈에 의한 원적외 렌즈의 제안은 몇 가지가 있다. 특허 문헌 1은 ZnS 렌즈를 소결법에 의해서 제작하는 방법을 제안하고 있으며, 렌즈 형상의 몰드를 이용하여, ZnS 분말을 가열 압축하여 성형하는 것이다.
특허 문헌 2는 900℃~1000℃의 온도 범위에서, 150~800kg/cm2의 압력하에서 가열 압축 성형하여, 다결정 ZnS 소결체로서 렌즈를 제작하는 방법을 제안하고 있다.
특허 문헌 1 : WO2003/055826
특허 문헌 2 : 일본국 특허 공개 평성 11-295501
원적외선 카메라의 유용한 응용예 중 하나는 자동차의 운전자의 보행자 인지를 보조하는 나이트 비젼 시스템이다. 이는 원적외선 카메라에 의한 야간의 보행자 검지 시스템이다. 인간이나 동물은 꽤 높은 체온을 가지기 때문에 8㎛~12㎛의 적외광을 낸다. 그 파장대의 적외광을 감지하는 카메라에 의해서 야간에 있어서의 도로상의 인간이나 동물의 존재를 검출할 수 있다. 반사광을 검출하는 것이 아니니까, 램프의 광이 도달하지 않는 멀거나 기울어진 부분에 존재하는 인간이나 동물도 검지할 수 있다. 빠른 속도로 달리는 자동차로부터 헤드 램프의 반사광으로서는 충분히 보이지 않는 시야의 한 구석의 인간이나 동물의 존재를 검지하는 것이 기대된다. 따라서, 광각인 것이 매우 바람직하다. 또한 인간인지 물체인지를 식별할 수 있기 위해서는 높은 해상도가 요구된다. 또한 차량 탑재용인 경우에는 공간의 여유가 없기 때문에, 소형인 것이 필수적이다. 또한 차량 탑재용이기 때문에 저비용이라는 것으로도 필수적이다. 많은 수의 렌즈를 조합시키면, 광각의 카메라 렌즈를 구성할 수 있다. 원적외광의 경우, 흡수가 적은 Ge 렌즈를 다수 조합하는 것은 가능하다. 그러나 이것은 비싼 재료를 대량으로 사용하기 때문에 지극히 비싸게 된다. 비용 절감을 위해서, Ge 이외의 원적외 재료로 이루어진 렌즈를 소수 사용한다.
ZnS를 재료로 해서, 넓은 시야이며, 소형이고, 저비용인 적외선 카메라용 렌즈를 제공하는 것이 본 발명의 제 1 목적이다. 보다 자세하게는 시야각이 50°~70 °인 광각의 적외선 카메라용 렌즈를 제공하는 것이 목적이다.
저비용, 소형이라는 조건하에서 렌즈를 광각화하기 위해서, 본 발명은 3개의 ZnS 렌즈을 이용하여 광학계를 구성한다. 원적외선에 대하여 ZnS는 흡수가 크기 때문에, 여러장 포개면 투과광량이 줄어 버린다. 1장, 2장인 경우에는 수차가 억제된다. 따라서 1장, 2장으로는 광각 렌즈는 불가능하다. 이 때문에 본원 발명에서는 3장에 한한다.
본 발명의 적외광 렌즈는 ZnS로 이루어지며, 중앙부에서 물체측으로 볼록하고, 이미지면측으로 오목하며, 주변부에서는 물체측으로 오목하고, 이미지면측으로 볼록한 제 1 렌즈와; 중앙부에서 물체측으로 오목하고, 이미지면측으로 볼록하며 양의 굴절력을 가지고, 주변부에서는 물체측으로 오목한 제 2 렌즈와, 중앙부에서 물체측으로 볼록하고, 이미지면측으로 오목하며, 주변부에서 물체측으로 오목하고, 이미지면측으로 볼록한 제 3 렌즈를 포함한다. 몇 개의 렌즈는 비구면으로 하고, 적어도 하나의 표면은 회절면으로 한다. 제 2, 제 3 렌즈는 중앙부가 1mm 이내로 근접하여 마련된다. 비구면이나 회절면은 여러가지의 수차를 억제하기 위해 제공된다.
이들 렌즈의 조합에 의해 렌즈 유닛으로 하는 것이 가능하다. 또한, 이 렌즈 유닛과 이들 렌즈로써 결상한 이미지를 촬상하는 촬상부를 구비한 촬상 장치(적외광 카메라)로 하는 것도 가능하다.
광각이라는 것은 넓은 입사각을 가지는 광선도, 내측으로 굴절시킨다는 것이다. 따라서, 제 2 렌즈의 유효 직경이, 제 1 렌즈의 유효 직경보다 넓다. 제 1, 2 렌즈의 굴절력이 충분히 큰 경우에는 제 3 렌즈의 굴절력은 어느 정도 작아도 된다. 경우에 따라서는 제 3 렌즈의 굴절력은 약간 음인 것도 가능하다. 제 1, 2 렌즈의 굴절력이 작은 경우에는 제 3 렌즈의 굴절력이 커야 한다. 렌즈의 직경이 크면 촛점 거리를 길게 할 수 있어서, 해상도를 높이는 것도 용이하다. 그러나, 차량 탑재의 적외광 카메라인 경우에는 치수가 한정된다. 장착 장소가 한정되고 또한, 저비용이 요구되기 때문이다.
렌즈의 직경, 센서의 직경은 조금씩 다르지만, 대게 같은 정도의 치수가 된다. 센서 위에 결상하기 때문에, 센서의 유효 직경 D가 문제가 된다. 렌즈의 전체의 촛점 거리를 f라고 한다. 비구면을 쓰기 때문에, 촛점 거리라고 해도 엄밀하게는 정의할 수 없다. 근축 광선에 의해서만 정의되는 촛점 거리이다. 센서에 결상 가능한 광선의 최대의 입사각을 Θ라고 한다. 시야각 Y라고 하는 것은 그 2배이다. 그러면, 센서의 유효 치수 D와 시야각의 사이에는 D=2ftanΘ이라는 근사적인 관계가 있다. 광각이라고 하는 것은 Θ가 크다는 것이다. 시야각 Y=50°~70°으로 하면, 최대 입사각 Θ=25°~35° 정도가 된다. 이것이 전체 촛점 거리 f가 취할 수 있는 범위를 한정한다. f=D/2tanΘ라는 관계가 기준이 된다.
해상도를 정하는 것은 센서의 화소수이다. 화소 피치는 원적외 센서의 제조기술에 의하지만 현재 시점에서 25㎛ 사각형의 화소를 만들 수 있다. 센서의 직경 D를 크게 할 수 있으면 해상도를 높일 수 있지만, 상술한 바와 같이 카메라 전체의 직경(렌즈 직경+통의 두께)을 너무 크게 할 수 없다. 예컨대, 센서의 직경 D는 9mm 정도로 한다. 최대 입사각을 25°라고 하면, f=10mm 정도가 된다. 최대 입사각 Θ를 35°로 하면, f=6mm 정도가 된다. 센서의 직경을 D=10mm라고 하면, 최대 입사각 Θ=25°에 대하여 f=11mm정도, Θ=35°에 대하여 f=7mm 정도가 된다. 따라서, 센서의 치수가 9~10mm이라고 하면, 입사각 25°~35°(시야각 50°~70°)에 대하여 전체 촛점 거리가 f=6mm~11mm 정도가 된다. 카메라의 치수를 더 크게 취할 수 있으면, 그에 따라서 f도 크게 할 수 있다.
광각의 카메라를 목표로 하기 때문에, 제 1, 2 렌즈의 합성 촛점 거리 f12도 매우 작아야 한다. 큰 입사각의 광선을, 제 1, 2 렌즈에 의해서 내측을 향해 구부릴 필요가 있기 때문이다. 제 1 렌즈는 물체측으로 볼록한 메니스커스 렌즈이다. 표면(S1)은 중앙부에서 볼록하지만, 광각으로 하기 때문에 주변부에서는 일부 오목면을 형성할 필요가 있다. 이것은 주변부 입사의 광입사각의 광선을 확산시킬 필요가 있기 때문이다. 제 2 렌즈에서는 전면(前面)(S3)은 중앙부에서는 오목으로 광선을 확산하지만, 주변부에서는 확산하는 광선을 모을 필요가 있기 때문에 일부가 볼록면으로 된다.
f12는 전체 촛점 거리 f와 거의 같은 정도의 값을 취한다. 그러나, f보다 조금 짧은 것도 가능하고, f보다 긴 것도 가능하다. 제 3 렌즈의 촛점 거리 f3는 f12에 따라 다르다. 전술한 바와 같이 D=9~10mm이면, 전체 촛점 거리 f의 범위가 6~11mm가 되도록 결정된다. 제 3 렌즈는 안쪽을 향해 굴절력을 충분히 발휘하기 위해서, 제 2 렌즈와 거의 접촉하도록 근접하여 배치하는 것이 좋다. 이 경우, 제 3 렌즈의 굴절력 1/f3가 상당히 작아도 광선을 집속시킬 수 있다. 1/f12가 충분히 클 때는 1/f3이 약간 음이여도 된다. 또한, f12/f의 하한은 0.9 정도로 한다. 이것은 제 1, 2 렌즈가 양의 굴절력을 가지고, 서로 근접해 있는 경우이다. 이 경우, 1/f3는 음인 경우도 있을 수 있다. 제 3 렌즈는 확산하는 광선을 이미지면에 집속시키기 때문에, 물체측으로 볼록한 메니스커스 렌즈로 한다. 1/f12가 작은 경우에는 1/f3을 양으로 크게 해야 한다. 그렇게 함으로써 전체 굴절력 1/f가 커진다. f12/f의 상한은 1.6정도이다. 따라서, 0.9≤f12/f≤1.6이라는 한정이 있다. 광각에서 D가 작으니까, f도 f12도 작은 값을 취한다. f12는 5mm~18mm 정도이다.
광각으로 하기 위해서는 굴절력 1/f나 1/f12를 특히 크게 할 필요가 있다. 이 때문에 구면만으로는 어렵다. 또한, 같은 렌즈라도 중심광과 주변광에 대한 작용이 다르기 때문에, 구면만으로는 실현할 수 없다. 그래서 제 1, 2, 3 렌즈 중 적어도 한 표면을 비구면으로 한다. 광각으로 하면 구면수차, 비점수차가 강하게 나타난다. 구면만으로 하면 구면수차, 비점수차의 보정이 곤란하기 때문에, 비구면으로 할 필요가 있다. ZnS의 경우에, 색수차가 크기 때문에 보정해야만 한다. 본 발명은 렌즈의 어느 한 표면이 회절면으로 이용된다. 회절면에 의해서, 색수차를 양호하게 보정할 수 있게 된다. 또한 회절면은 구면수차의 보정에도 유용하다.
ZnS제의 제 1~제 3 렌즈는 몰드 성형에 의해서 제작된다. 따라서, 절삭에 의해서 제조하는 경우에 비해서 가공 코스트를 저감할 수 있다.
또한, 본 발명은 렌즈 형상의 몰드를 이용하여, 고온 고압하에서 ZnS 원료 분말을 가열 압축 성형함으로써 ZnS 렌즈를 만든다. 이 때문에 렌즈의 형상에도, 어떤 제한이 더해진다. 고온 고압하에서 충분한 성형성(기계 강도, 가공 정밀도)을 확보하기 위해서는 렌즈 두께가 어느 정도 큰 쪽이 좋다. 그러나 그 반면, 너무 두꺼우면 흡수가 커지므로 바람직하지 못하다. ZnS는 Ge보다 8~12㎛에서의 흡수가 크기 때문에, 렌즈의 두께는 8mm이하로 하는 것이 좋다. 렌즈 표면은 요철이 있기 때문에, 렌즈의 두께는 부위에 따라 다르지만, 중심 두께와 주변부 두께(이것을 엣지 두께라고 한다)로 두께의 제한을 표현한다. 중간부는 그 중간의 값을 취하기 때문에, 이것으로 두께의 범위를 표현할 수 있다.
성형성과 투명성을 감안하여, 예컨대 화소 피치가 25㎛인 촬상 소자를 타겟으로 한 고해상도 렌즈계의 경우, 본 발명의 ZnS 렌즈는 다음과 같은 조건을 만족한다.
1.5mm<중심 두께<8.0mm
1.0mm<엣지 두께<8.0mm
고온 고압하에서의 성형에 있어서 성형성(기계 강도, 가공 정밀도)을 확보하기 위해서는 렌즈의 곡율은 작은 쪽이 좋다. 렌즈의 곡율 반경 R의 역수가 곡율이지만 구경이 작고 촛점 거리가 짧기 때문에, 구면 렌즈라면 아무리 해도 곡율이 커진다. 중심과 끝에서의 렌즈면의 높이의 차를 새그(sag)량이라고 한다. 새그량이 크면 고온 고압을 이용한 몰드 성형으로는 제조가 어렵게 된다. 본 발명에서는 ZnS 렌즈의 새그량을 5mm(새그량<5mm)미만으로 한다.
즉, 본 발명의 원적외 렌즈는 제 1~제 3 렌즈가 다음과 같은 조건을 만족하도록 한다.
제 1 렌즈: 중앙부에서 물체측으로 볼록하고, 주변부에서 물체측으로 오목한 메니스커스 렌즈
제 2 렌즈: 중앙부에서 물체측으로 오목하고, 주변부에서 물체측으로 볼록한 메니스커스 렌즈
제 3 렌즈: 중앙부에서 물체측으로 볼록하고, 주변부에서 물체측으로 오목한 메니스커스 렌즈
비구면, 회절면을 마련하여 구면수차, 비점수차를 억제한다.
6mm≤f≤11mm
5mm≤f12≤18mm
0.9≤f12/f≤1.6
1.5mm<중심 두께<8.0mm
1.0mm<엣지 두께<8.0mm
새그량<5mm
제 1, 2 렌즈의 합성 촛점 거리 f12도 짧아야 한다. 이것이 짧으면, 제 3 렌즈의 굴절력 1/f3이 작아도 된다. 약간 음인 것으로도 가능하다. 그러나 제 3 렌즈는 확산하는 광선을 이미지면에 집속시키는 것이므로 너무 큰 음의 굴절력을 가지는 것은 불가능하다. 그래서 f12/f의 하한은 0.9로 한다. f12가 긴 경우, 즉 제 1, 2 렌즈의 굴절력이 충분하지 않은 경우에는 제 3 렌즈로 광선을 집속시킬 필요가 있다. 이 경우, 제 3 렌즈는 큰 굴절력을 가지는 렌즈가 된다. 그래서 f12/f의 상한은 1.6으로 한다. 원래 전체 촛점 거리 f가 짧기 때문에 f12도 짧다. 렌즈 혹은 센서 직경 D가 9~10mm인 경우, f12는 5mm~18mm 정도이다.
렌즈 1, 2, 3은 중앙(근축 광선) 부근을 지나는 광선과 주변을 지나는 광선에 대한 굴절력이 다르다. 이 때문에 광각이 되는 것이다. 렌즈의 주변과 중앙에서의 요철의 관계가 변화된다. 이것은 구면 렌즈로서는 실현할 수 없기 때문에 비구면으로 한다. 비구면은 절삭 가공으로 만들면 고비용이 든다. 그러나, 본 발명은 렌즈형상의 몰드를 이용하여 몰드 성형한다. 따라서, 비구면이여도 비용은 상승하지 않는다.
ZnS는 Ge보다 파장 분산이 크다. 통상 ZnS 렌즈는 색수차가 발생하여, 성능이 열화한다. 따라서, 본 발명에서는 회절면을 이용함으로써 색수차를 저감한다. 또한 회절면은 구면수차의 보정에도 크게 기여한다.
본 발명의 원적외선 카메라용 렌즈는 시야각이 50°~70°인 광각의 것으로 할 수 있다. F값은 0.8~1.2 정도인 것을 이용한다. 비싼 Ge가 아니고, 저렴한 ZnS으로 만들기 때문에 재료비를 삭감할 수 있다. 그러나 ZnS이더라도 절삭 가공으로 제조하면, 시간과 비용이 든다. 이 경우 저비용이 되지 않는다. 본 발명에서는, 렌즈 형상의 몰드를 이용하여, ZnS 원료 분말을 가열 압축 성형(몰드 성형)함으로 써 제작한 ZnS 렌즈로 하여, 저비용화를 실현하고 있다. ZnS는 흡수가 있기 때문에, 렌즈의 밝기는 F값만으로는 논할 수 없다. 흡수를 줄이기 위해서 렌즈의 합계 두께를 작게 해야 한다. 본 발명은 직경이 작고 두께도 얇은 3장의 렌즈를 사용하므로 흡수도 작다.
본 발명에서는, 일본국 특허 공개 평성 제 11-295501에 기재된 몰드 성형시의 압력 및 온도 조건에 적합한 형상(최대 직경, 렌즈 두께)을 만족하도록 설계함으로써, 저비용 광학계를 실현할 수 있다.
고온 고압 하에서의 성형에 있어서, 성형성(기계 강도, 가공 정밀도)을 확보하기 위해서는 렌즈 두께가 어느 정도 큰 쪽이 좋다. 단, ZnS는 흡수가 크기 때문에 렌즈 두께가 커지면 렌즈의 투과율이 저하한다. 성형성과 투과율의 트레이드 오프를 고려하여 두께를 결정해야 한다.
예컨대, 화소 피치 25㎛인 촬상 소자를 타겟으로 한 고해상도 렌즈계의 경우, 본 발명은 1.5mm<중심 두께<8.0mm, 1.0mm<엣지 두께<8.0mm, 새그량<5mm인 조건을 만족하도록 설계한다. 이로써 성형성과 투과율 양쪽을 만족시킨다.
본 발명의 ZnS 렌즈를 이용한 원적외선 카메라의 응용예의 하나로서 나이트 비젼 시스템을 들 수 있다. 이것은 자동차에 탑재하는 야간의 보행자 검지 시스템이다. 사람의 체온에 의해서 발생하는 원적외광를 검지하여 도로상의 보행자를 검출한다. 차량용 원적외선 카메라 렌즈에는 화상 인식의 정밀도 향상, 차로의 카메라의 탑재 용이성 등의 요구로부터, 고해상도이고 소형인 것이 강하게 요구된다.
통상, 전방 그릴이나 범퍼 주변 등 풍우가 닿고, 주행중의 날아오는 물건이 충돌하는 가혹한 환경 하에 원적외선 카메라가 설치되기 때문에, 렌즈의 흠집 대책이나 오염 대책 등의 내(耐)환경 대책이 중요하다.
적외센서로서는 냉각형, 비냉각형의 것이 있다. 본 발명의 원적외선 카메라에는 8~12㎛ 파장대에 감도를 가지는, 보로메터, 서모파일, SOI 다이오드 등의 비냉각 써멀 촬상 소자(non-cooled-type thermal imaging device)를 센서로서 이용할 수 있다.
비냉각 써멀 촬상 소자는 통상 160×120 혹은 320×240의 화소수의 촬상 소자가 이용되고 있다. 써멀 센서이므로 화소의 사이즈를 너무 작게 할 수 없다. 그러나 현재에도 예컨대 25㎛ 피치의 화소를 제조하는 것은 가능하다. 25㎛×25㎛의 화소를 쓰면, 상술의 화소수의 센서의 유효 면적은 각각 4mm×3mm, 8mm×6mm 가 된다. 그 결과 화상면을 작게 할 수 있다. 화상면이 작으면 렌즈 직경을 작게 할 수 있다. 렌즈 직경이 작으면 카메라의 전체를 보다 소형화할 수 있다.
렌즈 매수, 렌즈 사이즈를 늘리는 일없이, 렌즈의 어느 하나의 표면에 비구면이나 회절면을 형성함으로써, 광학 성능(밝기, 주파수 분해능, 온도 분해능)이 우수한 고해상도 렌즈를 제조할 수 있다. 이것에 의해서 화상 인식 처리로의 적용이 용이하게 된다. 렌즈로서는 시야각 50°~70°, F값이 0.8~1.2 정도인 것을 사용한다.
렌즈 형상의 몰드를 이용하여, ZnS 원료 분말을 가열 압축 성형(몰드 성형)함으로써, 원적외 렌즈를 제조하기 때문에 재료비, 가공비를 저감할 수 있다. 그 결과 저비용으로 렌즈를 제조할 수 있다.
빗물, 가스, 오염 등에 노출되는 렌즈의 최외면은(제 1 렌즈의 물체면측) DLC 코트 등의 초경질막으로 피복하는 것이 좋다. 이로써, 표면 강도가 증강되어, 내환경성도 고양한다.
본 발명은 차량용 원적외선 카메라 대상의 렌즈 등의 차량 탑재 용도에 지극히 유용하다. 이에 더해서, 차량 탑재 용도 이외에도 유용하다. 외부 환경에 노출되는 최외의 렌즈면에 DLC 코트 처리를 함으로써, 렌즈에 상처가 나지 않고, 오염을 제거하기 쉽게 한다. 따라서, 유지 보수가 어려운 장소에 설치되는 감시 카메라용 렌즈로서도 유효하다.
인간과 같은 원적외의 발열체의 검지에 적합하기 때문에, 구조 활동의 유효한 수단으로 할 수 있다. 또한, 산간부나 해상등 가혹한 환경하에서, 조난자의 탐색에 이용하는 카메라 렌즈로서도 유용하다.
가시광이 아닌 원적외를 검지하기 때문에, 연기가 충만하여 시야 불량인 화재 현장에서, 실내에 남겨진 인간의 소재를 정확하게 탐지할 수 있기 때문에, 구조 활동에 도움을 줄 수 있다. 또한, 화재 현장에서 벽이나 지붕 속의 핫 스폿(열원)을 찾음으로써, 신속 정확하게 소화 활동을 할 수 있다. 본 발명은 또한 잔불 처리 등의 열 화상 분석 등에도 이용할 수 있다.
자동차의 야간 주행의 안전성을 높이기 위한 적외선 카메라용 렌즈의 경우에, 저비용, 소형, 광각의 것이 요구된다. 본 발명은 비용을 저감하기 위해서 ZnS 렌즈를 사용한다. ZnS은 단단해서, 절삭 가공하면 고비용이 되어 버린다. 그러나, 렌즈형의 몰드에 재료 분말을 넣고 고온 고압으로 압축 성형하면, 저비용으로 ZnS 렌즈를 제조할 수 있다. 몰드를 사용해서 렌즈를 제조하므로 비구면이나 회절면의 형성도 용이하다. 그러나 ZnS는 흡수가 크기 때문에, 전체의 렌즈의 두께를 될 수 있는 한 작게 해야만 한다. 직경이 큰 렌즈를 몇장으로 포개면 광각으로 할 수 있다. 그러나, 렌즈의 직경이 크면 두께도 커진다. 두께 합계가 크면, ZnS의 경우에는 흡수가 늘어나 렌즈계로서 기능하지 않게 된다.
이런 이유로, ZnS 렌즈의 경우 직경을 너무 크게 할 수 없다. 또한 매수도 적은 쪽이 좋다. 그래서 본 발명은 3장 렌즈계로 한다. 광각이라고 해도 여러가지의 것이 있지만, 여기서는 50°~70°의 시야각을 목표로 한다. 렌즈/센서의 유효 직경이 9mm~10mm 정도라고 하면, 전체의 촛점 거리 f는 6mm~11mm 정도가 된다.
본 발명은 3장의 ZnS 렌즈가 조합되어 사용된다. 3장의 ZnS 렌즈는; 중앙부에서 물체측으로 볼록하고 이미지면측으로 오목한 메니스커스이고, 주변부에서 물체측으로 오목하고 이미지면측으로 볼록한 제 1 렌즈와, 중앙부에서 물체측으로 오목한 양의 메니즈커스로, 주변부에서 물체측으로 볼록한 제 2 렌즈와, 중앙부에서 물체측으로 볼록한 메니스커스로, 주변부에서 오목한 제 3 렌즈이다. 제 1 렌즈는 양, 음의 굴절력을 가질 수 있다. 제 1, 2 렌즈의 합성 굴절력은 양이다. 렌즈 주변부에 들어오는 크게 경사진 광선을, 제 2 렌즈가 중앙측으로 굴절시킨다. 제 1 렌즈보다 제 2 렌즈의 유효 직경이 크다. 제 3 렌즈는 중앙부에서 물체측으로 볼록한 메니스커스 렌즈이지만, 제 2 렌즈의 볼록면과 거의 접촉하도록 마련한다. 제 3 렌즈의 굴절력을 유효하게 이용하기 위해서이다.
실시예 1
[실시예 1(도 1, 도 2)]
ZnS, 3장 세트 렌즈(G1, G2, G3)
f12/f=1.23
f=8.48mm
f12=10.46mm
F값 : 0.94
최대 직경 : 9mm
왜곡 : -5.13%
시야각 : 64.2°
실시예 1에서, 시야각은 64.2°이고, f12/f는 1.23이다. f12는 G1, G2의 합성 촛점 거리, f는 전체 촛점 거리이다. 이미 몇번 설명했지만, 비구면 렌즈이기 때문에 촛점 거리 f는 전체에 대하여 정의할 수 없다. 중심축에 가까운 궤적을 지나는 광선에 대하여 정의되는 값이다. f12도 동일하다. 렌즈의 F값은 촛점 거리 f를 유효 직경 D으로 나눈 f/D이다.
도 1에 실시예 1에 따른 렌즈계의 단면을 나타낸다. 이것은 3장 렌즈로 이 루어진다. 3장 렌즈를 물체측부터 G1, G2, G3이라고 한다. 모두 ZnS제이다. 렌즈 형상의 몰드에 ZnS의 분말 재료를 넣어 고온 고압으로 몰드 성형한다. 4장째의 평탄한 부재는 센서의 창(W)이다. 센서창(W)은 센서에 부수되는 것으로 Ge제이다. 마지막의 렌즈(G3)와 창(W) 사이에는 셔터(도시 생략)가 마련된다. 센서창(W)의 배후에는 센서면(이미지면;결상면)(J)이 있다.
대물 렌즈인 제 1 렌즈(G1)는 양의 굴절력을 가지고, 중앙부에서 물체측으로 볼록하고, 이미지면측으로 오목한 메니스커스 렌즈이다. 비구면으로서 똑같은 곡율이 아니고, 주변부에서 물체측으로 오목하고, 이미지면측으로 볼록하게 되어있다. 제 2 (중간) 렌즈(G2)는 중앙부는 물체측이 오목, 이미지면측이 볼록하다. 제 2 렌즈(G2)는 비구면으로 복잡하고 물체측의 주변부는 볼록으로 되어 있다. 제 3 렌즈(G3)는 중앙부에서 물체측이 볼록하고, 이미지면측이 오목하다. 제 3 렌즈(G3)도 곡율이 균일하지 않고, 주변부에서 물체측으로 오목한 부분이 있고 이미지면측으로 볼록한 부분이 있다. 표 1에 렌즈의 특성의 개요를 나타낸다.
Figure 112008022886334-PAT00001
표면 번호는 무한으로 멀리 있는 물체를 0으로 해서 렌즈의 양면에 번호를 순서대로 붙인 것이다. G1의 표면이 표면(S1), 표면(S2), G2의 표면이 표면(S3), 표면(S4), G3의 표면이 표면(S5), 표면(S6)이다. 센서창(W)의 표면은 평탄면으로, 각각 표면(S7), 표면(S8)이다. 이미지면(J)은 표면(S9)이다. 몇개의 입사각이 다른 광선속의 궤적을 3개 세트로 하여 나타내고 있다. G1 렌즈의 최상부를 지나는 광선, G1 렌즈 중앙을 지나는 광선, G1 렌즈의 하방을 지나는 광선의 3개의 광선이다.
가장 상향의 입사각을 가지는 광선(A)를 실선으로 나타낸다. 2번째의 입사각의 광선(B)를 1점쇄선으로 나타낸다. 3번째로 큰 입사각의 광선(C)를 2점쇄선으로 나타낸다. 4번째의 입사각의 광선(D)를 파선에 의해서 나타낸다. 같은 입사각의 평행 광선이 무수히 G1을 지나는 것이지만, 이미지면(J)에서는 한 점으로 수렴한다. 따라서, 3개의 광선으로 대표시킬 수 있다.
표면 갭이라고 하는 것은 렌즈의 두께와 렌즈간의 중심의 간격을 의미한다. 물체와 제 1 렌즈(G1)의 거리는 무한대이다. 제 1 렌즈(G1)의 중심 두께는 2.8000mm이다. G1과 G2의 대향면의 중심간 거리는 1.8382mm이다. 제 2 렌즈(G2)의 중심 두께는 3.7000mm이다. G2와 G3의 대향면의 중심간 거리는 0.1000mm이다. 제 3 렌즈(G3)의 중심 두께가 3.4000mm이다. G3와 창의 대향면의 거리는 2.6264mm이다. 센서창(W)의 두께는 1.0000mm이다. 센서창과 센서면의 거리는 1.6400mm이다.
본 발명의 목적은 광각의 렌즈를 제공하는 것이다. 차량용으로 헤드 램프 반사광에 의한 가시광의 신호를 보완하는 것이니까, 헤드 램프의 광이 미치지 않는 경사 방향의 도로의 모양도 검지할 수 있는 것이 요구된다. 따라서, 광각이라고 하는 것은 원적외선 카메라에 강하게 요구된다. 렌즈면의 요철은 반경 좌표 r을 이용하여, 다음과 같이 표현한다.
Figure 112008022886334-PAT00002
(1)
Figure 112008022886334-PAT00003
(2)
Z(r)은 반경 좌표가 r인 점에서의 렌즈면의 높이를 나타낸다. 물체측으로 돌출하는 경우가 음, 이미지면측으로 돌출하는 경우를 양이라고 약속한다. R은 구면 렌즈인 경우의 곡율 반경에 대응하는 양이다. 중심이 물체측에 있고 원호가 이미지면측에 있는 곡면의 곡율 반경을 음으로, 중심이 이미지면측에 있고 원호가 물체측에 있는 곡면의 곡율 반경을 양으로 해서 표현한다. R의 양 또는 음은 렌즈 전면과 후면으로 요철이 서로 반대가 되도록 대응한다.
K는 이심율이다.
A2, A4, A6…은 2차, 4차, 6차…의 비구면 계수이다. 이 항은 간단히 Σ A2ir2i라고 약기할 수도 있다. 구면 렌즈를 이용하는 경우, 비구면 계수는 0이다. 비구면 렌즈를 사용할 때는 비구면 계수는 0이 아닌 값을 가진다. 비구면을 채용하는 것은 비점수차, 구면수차, 이미지면 만곡(curvature) 등의 수차를 보정하기 위해서이다. 본 발명은 시야각이 넓은 렌즈를 제공하는 것이 목적이다. 비구면 계수의 선택은 시야각의 대소에 크게 관계가 없기 때문에 자세하게는 설명하지 않는다.
Ø(r)라고 하는 것은 회절면을 결정하는 함수이다.
Cj는 j차의 회절 계수이다. mod(p, q)라고 하는 것은 p을 q으로 나눈 나머지 값을 나타낸다. 즉 p가 q만큼 증가할 때 마다 q를 빼나간다는 것이다. 반경 r이 증가함으로써 곡면이 증가하면 q만큼 뺌으로써 높이가 q인 동심원 구조를 가지는 회절 격자를 만들게 된다. 여기서는 파장 λ과, 높이의 함수 C1r+C2r2+C3r3+C4r4…=ΣCjrj를 비교하여, 파장 λ를 뺄 수 있는 만큼 빼고, 나머지(0<나머지<λ)를 구한다. 따라서 동심의 회절 격자의 높이를 반경 r의 함수로서 정한다. 회절 높이 ΣCjrj가 양인 경우에는 +λ와 비교하고, 회절 높이 ΣCjrj가 음인 경우에는 -λ와 비교한다. ZnS는 색수차가 크다. 굴절율과 회절의 파장 의존성은 상반된다. 회절면은 색수차의 억제를 위해 이용한다.
(G1의 물체측면 : 표면(S1))
제 1 렌즈(G1)의 표면(S1)은 중앙부에서 물체측으로 볼록하고, 이미지면측으로 오목한 형상의 비구면이다. 요철은 균일하지 않고, 주변부에서는 물체측으로 오목, 이미지면측으로 볼록하게 되어 있다. 주변부로 광각으로 입사한 광선을 확산시키기 위해서 이와 같은 형상으로 되어 있다. 표면(S1)의 개구 반경은 4.5000mm이다. 유효 직경은 9mm이다.
곡율 반경 R=11.1585mm
이심율 K=-1.1697
비구면 계수는
Figure 112008022886334-PAT00004
이다.
Figure 112008022886334-PAT00005
이다.
즉, 표면(S1)에는 회절작용이 없다. G1의 렌즈 두께는 2.8000mm이다.
(G1의 이미지면측면 : 표면(S2))
제 1 렌즈(G1)의 표면(S2)은 오목한 비구면이다. 개구 반경은 5.6494mm이다. 유효 직경은 11.2988mm이다. 바깥 경사 입사의 광선이 표면(S1)의 주변부에 입사한 경우, 이것이 누설되어 버려서는 안되기 때문에, 표면(S2)의 개구 반경쪽이 표면(S1)보다 넓다. 표면(S2)의 곡율 반경은 R=9.9381mm이다. 중심이 오른쪽으로, 렌즈면이 왼쪽으로 있는 경우에 R이 양으로 정의되어 있으므로, 표면(S2)은 오목면이다. 이심율은 K=1.0541이다. 비구면 계수는
Figure 112008022886334-PAT00006
이다.
이로부터 고차의 비구면 계수는 0이다. 회절 계수는 다음과 같다.
Figure 112008022886334-PAT00007
제 1 렌즈(G1)는 중앙부 부근에서 물체측으로 볼록하고, 이미지면측으로 오목한 메니스커스 렌즈이다. 주변부에서 물체측으로 오목하고, 이미지면측으로 볼록하다. 물체측으로 볼록한 것은 광각에 대응하는 것이다. 넓은 입사각의 범위에서 광선이 렌즈(G1)에 양호하게 입사하기 위해서는 볼록면인 것이 필요하다. G2가 이격되어 있기 때문에, G1에서 크게 집속시키면 G2로 확산하는 것이 어렵다. 따라서, G1은 약한 굴절력이여도 된다. 여기서는 약간 음의 굴절력으로 되어 있다.
(G2의 물체측면 : 표면(S3))
제 2 렌즈의 물체측면인 표면(S3)은 오목한 비구면이다. 개구 반경은 6.5345mm이다. 유효 직경은 13.069mm이다. 표면(S2)의 외향으로 데이터 주변광도 받아야 하기 때문에, 표면(S3)의 개구 반경은 표면(S2)보다 넓다. 곡율 반경은 R=-21.4570mm이다. 표면(S3)은 음이고, 렌즈의 전면이기 때문에 오목면이다. 표면(S3)은 제 2 렌즈(G2)의 중앙부로 입사한 광선을 확산하는 기능이 있다. 이것은 중앙부에만 적용된다. 주변부로 경사 외향으로 입사한 광선은 제 2 렌즈(G2)로부터 누설되서는 안되기 때문에 주변부는 볼록면으로 된다. 이 볼록면으로 인해서, 윗쪽으로 광선 A, B, C가 경사 상향 입사하고 굴절하여 수평 방향으로 된다. 볼록면에 의해서 광선을 확산할 수 있다. 이심율은 K=-9.5654×10이다. 비구면 계수는 다음과 같다.
Figure 112008022886334-PAT00008
A4가 양이기 때문에 주변부 일부가 볼록이 된다. A6, A8이 음이기 때문에 또한 먼 주변부에서 곡율이 변화되므로, 주변부 일부는 오목형으로 되어있다. 이보다 고차인 비구면 계수는 0이다. 회절 계수는 0이다. 제 2 렌즈의 두께는 3.700mm이다.
(G2의 이미지면측면: 표면(S4))
제 2 렌즈(G2)의 이미지면측면인 표면(S4)은 볼록면의 비구면이다. 회절면이 형성되어 있다. 개구 반경은 6.5345mm이다. 유효 직경은 13.069mm이다. 곡율 반경은 R=-19.2228mm이다. 상당히 강한 볼록면으로 되어 있다. 주변부를 지나는 광선은 크게 내향으로 굴절한다. 입사각이 크기 때문에 크게 구부러지지 않으면 렌즈로부터 빗나가 버려서, 이미지면(J)까지 도달할 수 없다. 제 2 렌즈(G2)가 두꺼운(3.7000mm) 것은 중앙부 부근에 들어가서 경사져서 전파하고 있는 광선이 표면(S4)을 나와서 충분히 확산하기 위해서이다. 제 1 렌즈(G1)와 제 2 렌즈(G2)는 상당히 거리가 있기 때문에 합성된 굴절력은 강하지 않다. 이것은 제 3 렌즈(G3)가 큰 굴절력을 가질 것을 요구한다. 전체 굴절력 1/f는 전술한 바와 같이, 센서의 유효 직경 D와 (최대)시야각 Y과, 1/f=tan(Y/2)/D라는 관계로 결부된다. 단, 전체 촛점 거리 f라고 해도, 근축 광선에 대해서만 정의되는 것으로 엄밀한 촛점 거리가 아니다. 위의 관계도 엄밀식은 아니다. 어떤 경우든, 센서의 유효 치수 D와 시야각 Y이 결정되면, 전체 굴절력 1/f는 대개 정해져 버린다. 만일 1/f12가 작으면, 제 3 렌즈(G3)의 굴절력 1/f3으로 보충하면 된다. 그러나 제 3 렌즈(G3)를 너무 볼록하게 하면 수차가 커지므로, 1/f3를 크게 하는데도 한계가 있다. f12/f=1.6이라는 상한은 그와 같은 조건으로부터 나온다. 실시예 1에서는 f12/f=1.2이므로 중간값이다. 이것은 제 1 렌즈(G1)와 제 2 렌즈(G2) 사이 거리가 중간값이며, f12의 값이 중간값이라는 것이다. 이심율은 K= 5.6553이다. 비구면 계수는 다음과 같다.
Figure 112008022886334-PAT00009
회절 계수는 다음과 같다.
Figure 112008022886334-PAT00010
제 2, 제 3 렌즈(G2, G3)의 간격은 지극히 좁은 0.1000mm이다.
(G3의 물체측면: 표면(S5))
제 3 렌즈(G3)의 물체측면인 표면(S5)은 볼록면의 비구면이다. 개구 반경은 5.2652mm이다. G2에 의해서 내향으로 굴절하기 때문에, 개구 반경은 표면(S5)쪽이 표면(S4)보다 좁으면 된다. 곡율 반경은 R=7.4743mm이다.
이와 같이, 표면(S5)의 곡율 반경이 작고, 굴절력이 크다는 것은 중요하다. 표면(S4)의 볼록면과 표면(S5)의 볼록면이 광선을 강하게 내측로 구부리기 때문에, 큰 입사각의 광선도 내측로 인입해서, 이미지면(J)에서 결상할 수 있도록 한다. 이것은 렌즈계가 광각이기 위한 조건이 된다. 이것은 제 1, 2 렌즈(G1, G2)의 합성 굴절력이 작은 경우(합성 촛점 거리 f12가 긴 경우)에 특히 필요하게 된다. f12가 길다고 해도 한도가 있다.
렌즈계의 직경이 작고, 더구나 광각이라고 하면, 제 1, 제 2 렌즈는 매우 강한 굴절력을 가질 필요가 있다. 이것은 f12가 어느 정도 짧다는 것을 의미한다. 이미지면(센서면)의 직경을 D라고 한다. 입사각이 θ이고, 무한에 위치한 상은 이미지면에서 ftanθ의 높이로 결상할 것이다. 광각 렌즈의 최대 입사각을 Θ라고 한다. 이것이 센서의 끝에 실제 이미지를 만드는 것이라고 하면, 2ftanΘ=D라는 조건이 성립한다. 이것은 전체의 촛점 거리 f의 상한을 정하게 된다. 단, 이것은 조건을 단순화시키고 있다. 구성 요소의 렌즈가 비구면을 가지기 때문에, 합성 촛점 거리 f라고 하는 것은 근축 광선에 대하여 정의될 뿐이다. 주변광에 대해서는 촛점 거리 f가 정의될 수 없다. 그래서 근축 광선 밖에 정의할 수 없는 촛점 거리 f의 개념을 확대하여, 2ftanΘ=D라는 대강의 평가식을 이용하여 개략의 논의를 진행시키기로 한다.
렌즈의 최대 시야각 Y는 최대 입사각의 2배이므로 2Θ이다(Y=2Θ). 전체 촛점 거리 f는 f=D/2tanΘ=D/2tan(Y/2)이 된다.
시야각 Y가 예컨대 50°라고 하면, Θ=25°이므로, f=1.07D이다.
시야각 Y가 예컨대 60°라고 하면, Θ=30°이므로, f=0.87D이다.
시야각 Y가 예컨대 70°라고 하면, Θ=35°이므로, f=0.71D이다. 본 발명은 시야각을 50°~70°정도로 한다. 따라서, 이 경우 0.71D≤f≤107D이다. 예컨대 센서의 개구 반경을 5mm라고 하면, 센서의 직경은 D=10mm이 된다. 이 경우 7.1mm≤f≤10.7mm이 된다. 위에 설명한 바와 같이 f, f12는 근축 광선 밖에 정의할 수 없기 때문에, 이것은 근사적인 식이다.
렌즈의 실효 중심이 어디에 있는 것인가 하는 것은 렌즈계를 구성하는 각각의 렌즈에 의한다. 렌즈(G1, G2)는 실제 이미지를 맺지 않고 G3만이 실제 이미지를 만는다는 점에서, 렌즈의 실효 중심은 렌즈계(G1, G2, G3)가 존재하는 부근에 있다.
제 1, 2 렌즈의 합성 굴절력이 큰 경우(f12가 짧다)에는 광선이 충분히 내향으로 집중되어 있다. 따라서, 표면(S5)의 곡율 반경을 짧게 할 필요는 줄어든다. 반대로 제 1, 2 렌즈의 합성 굴절력이 작은(f12가 길다) 경우에는 광선이 충분히 집중되어 있지 않다. 따라서, 표면(S5)의 볼록면의 곡율을 크게 하지 않으면 안된다.
다음 표면(S5)에서 강하게 빔을 내측으로 굴절시키기 위해서는 표면(S4)과 표면(S5)의 거리가 가까운 쪽이 보다 유효하다. 표면(S4), 표면(S5)이 이격되면, 표면(S4), 표면(S5)의 곡율을 더 늘릴 필요가 있다. 그렇다면 수차가 쓸데없이 증가해서 수차의 보정이 어렵게 된다. 이와 같은 난점을 피하기 위해서, 표면(S4)과 표면(S5)의 거리는 짧게 한다. 여기서는 표면(S4)과 표면(S5)의 거리를 0.1mm로 설정하고 있지만, 표면(S4)과 표면(S5)은 거의 접촉해 있는 것이다. 표면(S4), 표면(S5)의 거리는 1mm이하인 것이 좋다. 이심율은 K=-4.0605이다. 비구면 계수는 다음과 같다.
Figure 112008022886334-PAT00011
이다. A6, A8가 음이기 때문에, 주변부의 형태가 오목형이 된다. 이것은 주변부 광을 확산시키는 역활을 한다. 각각의 회절 계수는 0이다. 제 3 렌즈(G3)의 두께는 3.4000mm이다.
(G3의 이미지면측면: 표면(S6))
제 3 렌즈(G3)의 이미지면측면인 표면(S6)은 오목면(오목 렌즈)의 비구면이다. 개구 반경은 4.9976mm이다. 곡율 반경은 R=8.8298mm이다. 이심율은 K=+6.5860×10-1이다. 비구면 계수는 다음과 같다.
Figure 112008022886334-PAT00012
각각의 회절 계수는 0이다. 표면(S6)은 중앙부에서는 오목면이다. 표면(S6)은 표면(S5)에 의해 강하게 중앙으로 집속시킨 광선을 확산하는 역할을 한다. 전체적으로 G3의 촛점 거리 f3는 양으로, 양의 굴절력(1/f3)을 가진다. 그러나, 이것은 중간 정도의 굴절력이다. f12가 긴(G1, G2의 굴절력이 약하다) 경우에는 제 3 렌즈(G3)는 상당한 양의 굴절력을 분담해야만 한다. 그러나 f12가 짧을 때는 제 3 렌즈(G3)에는 강한 굴절력(1/f3)은 필요하지 않다.
제 3 렌즈(G3)는, 입사각 θ가 작은 축상의 광선은 거의 집속시키지 않고, θ가 큰 주변광을 확산해서, 센서의 단부로 잘 결상시키는 역할을 한다. 제 3 렌즈(G3)의 외주부에서, 표면(S5)이 오목면이고, 표면(S6)이 볼록면이 되는 것은 이 때문이다. 제 3 렌즈(G3)는 외주 근방에서는 음의 굴절력을 가지는 것이다. G3의 굴절력이 강하지 않고, 약하지도 않기 때문에, 제 3 렌즈(G3)가 더해져서 전체 촛점 거리가 약간 줄어든다. f12= 10.46mm이고, f=8.48mm이므로, 제 3 렌즈(G3)로 인해 2mm정도 촛점 거리가 줄어든다. 왜냐하면, 제 3 렌즈(G3)는 중앙부에서는 양의 굴절력을 가지기 때문이다.
제 3 렌즈(G3)의 후면(S6)과 센서창(W)의 전면(S7)의 거리는 2.6264mm이다. 이것과 창두께, 창-센서간 거리를 더한 값은 약 5.3mm이다. 이것을 백 포커스라고 하지만, 좁은 백 포커스이다. 창-센서 사이가 짧기(1.64mm) 때문에, 좁은 백 포커스라도 창과 제 3 렌즈(G3) 사이에 셔터를 넣는 것은 가능하다.
(창의 물체면측면 : 표면(S7))
센서창(W)은 센서와 일체로 된 것으로, ZnS가 아닌, Ge제이다. 물체측면(S7)은 평탄하다. 곡율 반경은 무한대이고, 비구면 계수는 0이다. 센서창(W)의 두께는 1.000mm이다. 개구 반경은 4.9487mm이다. 유효 직경은 9.894mm이다.
(창의 이미지면측면: 표면(S8))
창의 이미지면측면(S8)도 평탄하다. 곡율 반경은 무한대이고, 비구면 계수는 0이다. 창의 후면(S8)와 센서면(S9)과의 거리는 1.6400mm이다. 개구 반경은 4.9411mm이다. 유효 직경은 9.8822mm이다.
(센서면: 표면(S9))
이것은 화소가 종횡으로 나열되는 센서면이다. 개구 반경은 5.0000mm이다. 유효 직경은 10mm이다. 50㎛ 사각형의 화소라면, 200×200의 화소군을 종횡으로 마련할 수 있다. 25㎛ 사각형의 화소라면, 400×400의 화소를 종횡으로 마련할 수 있다.
도 2에 실시예 1의 렌즈의 MTF 커브를 나타낸다. 가로축은 공간 주파수(Spatial Frequency; 단위 lp/mm)이다. 세로축은 비율이다. 입사 각도를 0°(축상), 19.84°, 26.07°, 32.10°로 하고 있다. 각각의 각도의 입사광에 대한 새지털(Sagittal) 성분과 탄젠셜(Tangential) 성분을 나타낸다. 탄젠셜 성분이라는 것은 입사각의 경사의 접선 방향에서의 값이고, 새지털라고 하는 것은 이것과 직교하는 방향의 값이다.
a : 회절 한계
b : 축상 광선(0°)
c : 19.84° 탄젠셜 성분
d : 19.84° 새지털 성분
e : 26.07° 탄젠셜 성분
f : 26.07° 새지털 성분
g : 32.10° 탄젠셜 성분
h : 32.10° 새지털 성분
경험상, 이 렌즈계가 이미지면에 있는 센서 상에 해상도가 높은 이미지를 형성하기 위해서는 센서의 화소 피치 p의 2배(2p)의 역수(1/2p)인 나이퀴스트 주파수에 있어서 MTF가 0.2이상이라는 것이 조건이 된다. 화소 피치가 25㎛인 경우, 나이퀴스트 주파수는 20lp/mm이다.
이 그래프에 의하면, f의 26.07° 입사의 새지털 성분의 MTF가, 공간 주파수 20lp/mm에서 0.42로, 24lp/mm에서 0.33으로, 28lp/mm에서 0.26으로 저하되어 있다.
b의 0° 입사(축상)의 MTF가, 공간 주파수 20lp/mm에서 0.49로, 24lp/mm에서 0.38로, 28lp/mm에서 0.30로 저하되어 있다.
그러나, 어느 것도 공간 주파수 20lp/mm에서 MTF가 0.2이상이라는 조건을 만족한다. MTF의 그래프는 전체는 알기 쉽지만, 어떤 특정한 공간 주파수에서의 값은 알기 어렵다.
Figure 112008022886334-PAT00013
표 2는 실시예 1의 렌즈의 입사각이 0°, 19.84°, 26.07°, 32.10°이고, 공간 주파수가 20lp/mm에서의 MTF의 새지털, 탄젠셜 성분의 값을 나타내는 표이다. 20lp/mm이라고 하는 것은 화소 피치를 25㎛으로 했을 때의 나이퀴스트 주파수이다. 그래프, 표로 나타낸 각도 범위로 새지털, 탄젠셜 성분 모두 나이퀴스트 주파수가 20lp/mm일 때, MTF가 0.2보다 크다.
화소 피치 25㎛, 화소 사이즈 320×240인 촬상 소자(8mm×6mm)를 조합할 때에 요구되는 고해상도를 실현할 수 있다. 이 경우, 화소 피치가 p=0.025mm이기 때문에 나이퀴스트 주파수는 1/2p=20lp/mm이다. 입사 각도가 26.07°이고, 나이퀴스트 주파수 20lp/mm에서의 새지털 성분의 MTF가 0.422, 탄젠셜 성분의 MTF가 0.553이다. 입사 각도가 32.10°이더라도, 새지털 성분의 MTF는 0.534이고, 탄젠셜 성분의 MTF는 0.522이다. 입사각이 법선과 빔 사이의 각도이므로, 시야각은 최대 입사각의 2배가 된다. 입사각이 0°~32.10° 사이인 경우, 20lp/mm에서의 MTF가 어느 것도 0.2 이상이므로, 화소 피치 25㎛의 촬상 소자와 조합하여 해상도가 높은 카메라를 구성할 수 있다.
또한 비구면을 사용함으로써, 렌즈계 전체에서의 렌즈 두께를 작게 억제할 수 있어, 밝은 렌즈계를 실현할 수 있다. 각 렌즈의 최대 직경, 곡율, 중심 두께(15mm~8mm), 엣지 두께(주변 두께 : 1~8mm), 새그량(5mm 미만)이 전술한 조건을 만족하고 있다. 이 때문에, 몰드 성형에 의한 제조가 가능하다.
이하에 실시예 1의 새그량, 엣지 두께의 수치를 열거한다.
새그량
G1 렌즈 : (물체측) 0.4876mm, (이미지면측) 0.2289mm
G2 렌즈 : (물체측) 0.5816mm, (이미지면측) 0.8210mm
G3 렌즈 : (물체측) 1.2329mm, (이미지면측) 1.0266mm
엣지 두께
G1 렌즈 : 2.5413mm
G2 렌즈 : 2.2974mm
G3 렌즈 : 3.1937mm
실시예 2
[실시예 2(도 3, 도 4)]
ZnS, 3장 세트 렌즈(G4, G5, G6)
f12/f=1.59
f=8.49mm
f12=13.5mm
F값 : 0.94
최대 직경 : 9mm
왜곡 : -4.38%
시야각 : 64.22°
실시예 2는 시야각이 64.22°로 충분히 광각이다. 광각으로 하기 위해서 f가 짧은 8.49mm이다. 위의 식 D=2ftan(Y/2)로부터 계산하면 D=10.65mm로 되지만, 센서 직경은 10mm이기 때문에 약간 부족하다. 그러나 MTF로부터 보면, 32.11°의 입사각의 광선도 MTF가 0.2 이상이 된다. 따라서, 시야각 64.22°는 충분하다.
도 3에 실시예 2에 관한 렌즈계의 단면을 나타낸다. 이것도 3장 렌즈(G4, G5, G6)로 이루어지며, ZnS제이다. 4장째의 평탄한 부재는 센서의 창(W)이다. 센서창은 센서에 부수되는 것으로 Ge제이다. 마지막의 렌즈(G6)와 창(W) 사이에는 셔터(도시 생략)가 마련된다. 창(W)의 배후에는 센서면(이미지면; 결상면)(J)이 있다.
대물 렌즈인 제 1 렌즈(G4)의 물체측면(S1)은 비구면의 볼록면이다. 높은 입사각으로 주변에 입사한 광선을 지나치게 크게 내측으로 구부리지 않기 위해서, 표면(S1)의 주변부는 오목면으로 되어 있다. 이미지면측면(S2)도 비구면으로, 중앙이 오목이지만, 주변부는 볼록 주위면으로 되어 있다. 고입사각 주변광이 표면(S1)의 오목면을 지나고, 구부러짐이 충분하지 않기 때문에, 표면(S2)은 볼록 주위면을 가진다. 제 2 (중간) 렌즈(G5)는 두꺼운 렌즈이다. 경사 입사각이 주변부에 입사해도 이를 집광해야 하므로, 유효 직경이 제 1 렌즈(G4)보다 넓게 되어 있다. 제 2 렌즈(G5)의 물체측면(S3)은 중앙이 오목하고, 주변이 원형으로 볼록하게 된다. 또한 비구면이기 때문에 회절면이 형성된다. 입사광의 주변부는 제 1 렌즈(G4)에 의한 구부러짐이 충분하지 않기 때문에, 제 2 렌즈(G5)의 볼록 환형으로 인해서 내측으로 굴절된다. 제 2 렌즈(G5)의 이미지면측면(S4)은 볼록하게 되어 있다. 표면(S2), 표면(S4)은 회절면을 가진다. 제 2 렌즈(G5)와 제 3 렌즈(G6)는 매우 가까워서 거의 간격이 없다. 제 3 렌즈(G6)의 물체측면(S5)은 비구면이다. 표면(S5)의 중앙이 강한 볼록이고 주변에서는 오목면이 된다. 제 3 렌즈(G6)의 이미지면측면(S6)은 중앙에서 강한 오목이다. 이것도 균일 곡율이 아니고, 주변부에서 곡율이 완화된다.
도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 1, 제 2 렌즈(G5, G6)의 굴절력(1/f12)은 약해서 f12=13.5mm이다. 이것은 긴 합성 촛점 거리이다. 제 3 렌즈(G6)가 강한 양의 굴절력을 가지고 있다. 이것이 f12의 약한 굴절력을 보충하고 있다. f12=13.5mm이라고 하는 것은 지나치게 길지만, 제 3 렌즈(G6)의 강한 굴절력으로 보충되서, 전체적으로 f=8.49mm이 된다. f12/f=1.59이기 때문에, 본 발명이 요구하는 0.9~1.6라는 범위에 들어 있다. 한계값 1.6은 f12의 상한(G4, G5의 굴절력의 하한)을 주는 것이다. F값이 0.94이기 때문에 충분히 밝은 렌즈이다.
도 4에 실시예 2의 렌즈의 MTF 커브를 나타낸다. 가로축은 공간 주파수(Spatial Frequency; 단위 lp/mm)이다. 세로축은 비율이다. 입사 각도를 0°(축상), 19.81°, 26,04°, 32.11°로 하고 있다. 각각의 각도의 입사광에 대한 새지털 성분과 탄젠셜 성분을 나타낸다.
a : 회절 한계
b : 축상 광선(0°)
c : 19.81° 탄젠셜 성분
d : 19.81° 새지털 성분
e : 26.04° 탄젠셜 성분
f : 26.04° 새지털 성분
g : 32.11° 탄젠셜 성분
h : 32.11° 새지털 성분
이 그래프에 의하면, b의 축상 광선(입사각 0°)의 MTF의 공간 주파수에 의한 저하가 현저하다. 입사각 0°인 광선은 공간 주파수가 20lp/mm이면, MTF가 0.20으로, 24lp/mm이면 MTF가 0.10으로 저하한다. f의 26.04°의 입사각의 새지털 성분도 MTF의 감소가 눈에 띈다. 26.04° 새지털 성분은 20lp/mm에서 MTF가 0.22, 24lp/mm에서 0.14이다.
그러나, 어느 것도 공간 주파수 20lp/mm에서 0.2 이상이라는 조건을 만족한다. 다수의 화소로 이루어지는 센서와 조합하기 위해서는 화소 사이즈에 따른 나이퀴스트 주파수에 있어서, MTF가 0.2 이상으로 되어야 한다. 이것은 32.11° 이내의 전체 입사각에 대하여 공간 주파수가 20lp/mm이고, MTF가 0.2 이상이라는 조건을 만족한다. 따라서, 시야각은 64.22°이상이다.
Figure 112008022886334-PAT00014
표 3은 실시예 2의 렌즈의 입사각이 0°, 19,81°, 26.04°, 32.11°이고, 공간 주파수가 20lp/mm에서의 MTF의 새지털, 탄젠셜 성분의 값을 나타내는 표이다. 위에 설명한 바와 같이, 20lp/mm이라고 하는 것은 화소 피치를 25㎛으로 했을 때의 나이퀴스트 주파수다. 화소 피치를 더 작게 하면, 더 큰 공간 주파수에서의 MTF가 문제가 된다. 위에 설명한 바와 같이, 축상 광선(입사각 0°)의 MTF의 감소가 현저하다. 0°입사에서, 새지털 성분의 MTF가 0.205, 탄젠셜 성분의 MTF가 0.205이다. 26.04° 입사의 새지털 성분은 MTF가 0.224이다. 그 이외의 값은 이들보다 크다. 즉 그래프, 표에 나타낸 각도 범위에서 20lp/mm일 때, MTF가 0.2보다 큰 유효한 입사각의 2배가 시야각이므로, 이 렌즈계에서는 시야각은 64.22°이다. Θ=32.11°에서 아직 여유가 있다. 따라서, 실제로는 더 넓다.
이하에 실시예 2의 새그량, 중심 두께, 엣지 두께의 수치를 열거한다.
새그량
G1 렌즈 : (물체측) 0.6600mm, (이미지면측) 0.1119mm
G2 렌즈 : (물체측) 0.0055mm, (이미지면측) 0.3700mm
G3 렌즈 : (물체측) 1.3000mm, (이미지면측) 0.7682mm
중심 두께
G1 렌즈 : 2.8mm
G2 렌즈 : 3.7mm
G3 렌즈 : 3.4mm
엣지 두께
G1 렌즈 : 2.2519mm
G2 렌즈 : 3.3245mm
G3 렌즈: 2.8682mm
실시예 3
[실시예 3(도 5, 도 6)]
ZnS, 3장 세트 렌즈(G7, G8, G9)
f12/f=0.91
f=7.68mm
f12=7mm
F값 : 1.06
최대 직경 : 7.2mm
왜곡 : -5.8%
시야각 : 68.90°
실시예 3은 시야각이 68.90°로 충분히 광각이다. 광각으로 하기 위해서 f12가 짧은 7mm로 되어 있다. f도 짧은 7.68mm이다. f12/f=0.91이기 때문에, 본 발명이 요구하는 0.9~1.6라는 범위에 들어있다. F값이 1.06이기 때문에 충분히 밝은 렌즈이다. 이전의 D=2ftan(T/2)이라는 식을 검토하면, 2ftan34.45°=10.5mm가 된다. 센서의 유효 치수 D는 10mm이지만, 주변광에 대하여 실효적인 f는 7.68mm보다 짧기 때문에 Θ=34.45인 광을 양호하게 이미지면의 끝에 결상할 수 있다.
도 5에 실시예 3에 관한 렌즈계의 단면을 나타낸다. 이것도 3장 렌즈(G7, G8, G9)로 이루어지며, ZnS제이다. 4장째의 평탄한 부재는 센서의 창(W)이다. 센서창(W)은 센서에 부수하는 것으로 Ge제이다. 마지막 렌즈(G3)와 창(W) 사이에는 셔터(도시 생략)가 마련되는 경우도 있다. 창(W)의 배후에는 센서면(이미지면; 결이미지면)(J)이 있다.
대물 렌즈인 제 1 렌즈(G7)는 물체측으로 볼록한 양의 굴절력을 가지는 렌즈이다. 제 1 표면(S1) 중앙은 볼록면이다. 제 2 표면(S2) 중앙은 오목면이다. 표면(S1)의 주변부는 오목 주위면, 표면(S2)의 주변부는 볼록 주위면이다. 이것은 주변부에 광각으로 입사한 빔을 너무나 강하게 구부리면 큰 수차가 나오기 때문에, 큰 입사각 주변광의 구부림을 완화하기 위해서이다. 제 2 (중간) 렌즈(G8)는 물체측면(S3)은 중앙이 오목, 주변부가 볼록 형상이다. 제 2 렌즈(G8)의 이미지면측면(S4)은 볼록으로, 강한 볼록 만곡을 이루고 있다. 이것은 주변 입사광을 강하게 내측으로 구부리기 위해서다. 넓은 시야각을 실현하기 위해서, 제 2 렌즈는 주변광을 강하게 굴절시킨다. 또한, 제 2 렌즈(G8)는 제 1 렌즈(G7)보다 유효 직경이 크다.
제 3 렌즈(G9)는 물체측면(S5)이 볼록면이다. 이미지면측면(S6)은 오목면이다. 물체측으로 볼록한 메니스커스 렌즈로 되어 있다. 표면(S4), 표면(S5)의 볼록면은 특히 중요하다. 표면(S4)의 볼록면과 표면(S5)의 볼록면에 의해서 큰 입사각으로 입사한 광선을 강하게 중앙쪽으로 굴절시킨다. 이 점은 실시예 1, 2와 같다.
실시예 1, 2와 다른 점은 제 1 렌즈(G7)와 제 2 렌즈(G8)의 거리가 짧다는 것과, 메니스커스 렌즈(G9)의 굴절력이 약하다는 점이다. 이것은 다음과 같은 것을 의미한다.
양쪽 모두 볼록 렌즈인 G7과 G8이 접근(0.7mm 정도)해 있어서, 합성 굴절력이 커지므로, 합성 촛점 거리 f12가 줄어든다. f1과 f2의 합성 촛점 거리는 1/f12= 1/f1+1/f2-u/f1f2에 의해 주어진다. u는 렌즈간 거리이다. 실시예 3에서는 u가 짧다. 따라서, 굴절력이 강해서, 촛점 거리 f12가 줄어든다. 실시예 3에서는, 제 1 렌즈(G7), 제 2 렌즈(G8)에 의해 필요한 전체 굴절력의 대부분을 만들어낼 수 있다. 합성 굴절력 1/f=1/7.68mm=0.130mm-1과, 렌즈(G7, G8)에 의한 굴절력 1/f12=1/7mm=0.143mm-1을 비교하면, 1/f12쪽이 크다. 제 1 렌즈(G7)와 제 2 렌즈(G8)는 근접하고 있으며, 그 거리는 0.1mm 정도이다. 그러므로 제 3 렌즈(G9)의 굴절력 1/f3은 음이다. 음의 메니스커스 렌즈로서 G9가 있다. 이것은 f12/f=0.91이 된다. 제 1 및 제 2 렌즈(G7, G8)의 굴절력이 강하면 제 3 렌즈(G9)가 음의 메니스커스 렌즈가 될 수 있다는 예이다. 이것은 0.9≤f12/f≤1.6의 하한 근처의 실시예이다.
도 6에 실시예 3의 렌즈의 MTF 커브를 나타낸다. 가로축은 공간 주파수(단위 : lp/mm)이다. 세로축은 비율이다. 입사 각도를 0°(축상), 21.47°, 28.06°, 34.45°로 하고 있다. 각각의 각도의 입사광에 대한 새지털 성분과 탄젠셜 성분을 나타낸다.
a : 회절 한계
b : 축상 광선(0°)
c : 21.47° 탄젠셜 성분
d : 21.47° 새지털 성분
e : 28.06° 탄젠셜 성분
f : 28.06° 새지털 성분
g : 34.45° 탄젠셜 성분
h : 34.45° 새지털 성분
고해상도를 얻기 위해서는 전체 화각(angle of view)에 있어서 화소 사이즈에 따른 나이퀴스트 주파수에 있어서, MTF가 0.2이상이 되어야 한다. 센서의 화소 치수에 의해서 나이퀴스트 주파수가 달라진다. 위에 설명한 바와 같이 25㎛ 사각형의 화소를 가지는 센서의 경우는 나이퀴스트 주파수가 20lp/mm이다. 위의 각도의 범위에서, 공간 주파수 20lp/mm에서 MTF가 0.2이상이다.
이 그래프에 의하면, f의 28.06° 입사의 새지털 성분이, 공간 주파수 28lp/mm에서 0.07로, 24lp/mm에서 0.13으로, 20lp/mm에서 0.23으로 저하되어 있다. d의 21.47° 입사의 새지털 성분에 대해서, 24lp/mm에서 0.29로, 20lp/mm에서 0.37로 저하되어 있다. 그러나, 어떤 것도 공간 주파수 20lp/mm에서 0.2 이상이라는 조건을 만족한다.
Figure 112008022886334-PAT00015
표 4는 실시예 2의 렌즈의 입사각이 0°, 21.47°, 28.06°, 34.45°이고, 공간 주파수가 20lp/mm에서의 MTF의 새지털, 탄젠셜 성분의 값을 나타내는 표이다. 20lp/mm이라는 것은 화소 피치를 25㎛으로 했을 때의 나이퀴스트 주파수다. 화소 피치를 더 작게 한 것이면, 더 큰 공간 주파수에서의 MTF가 문제가 된다.
28.06°의 새지털 성분의 MTF가 0.227로, 표 4 중에서는 최소값이다. 34.45° 입사의 빔으로 탄젠셜 성분의 MTF가 0.438, 새지털 성분의 MTF가 0.515이다. 즉, 그래프, 표에 나타낸 각도 범위에서 20lp/mm일 때 MTF가 어떤 경우에도 0.2보다 크다. 유효한 입사각의 2배가 유효 시야각이므로, 이 렌즈계에서는 유효한 시야각은 68.9°이다. 입사각 34.45°이고, 아직 0.2까지 MTF에 여유가 있다. 따라서 실제로는 시야각은 더 크다.
이하에 실시예 3의 새그량, 중심 두께, 엣지 두께의 수치를 열거한다.
새그량
G1 렌즈 : (물체측) 0.4411mm, (이미지면측) 0.1307mm
G2 렌즈 : (물체측) 0.4388mm, (이미지면측) 0.7163mm
G3 렌즈 : (물체측) 0.2742mm, (이미지면측) 0.4604mm
중심 두께
G1 렌즈 : 2.8mm
G2 렌즈 : 3.7mm
G3 렌즈 : 3.4mm
엣지 두께
G1 렌즈 : 2.4896mm
G2 렌즈 : 2.5449mm
G3 렌즈 : 3.5862mm
실시예 4
[실시예 4:3장 렌즈로 이루어지는 렌즈 유닛(도 7, 8, 9)]
실시예 1의 원적외 렌즈의 세트를 사용해서 렌즈 유닛으로 했다. 렌즈 유닛 전체의 측면도를 도 7에 나타낸다. 사시도를 도 8에 나타낸다. 종단면도를 도 9에 나타낸다.
금속제 원통형의 경통(60)은 외주면의 중간 위치에 수나사 스트립(62), 내주면 전방으로 암나사부(63)를 갖는다. 경통(60)의 내주면은 중간부 및 후방부에서 평활한 내측 통형상면(66)으로 되어 있다. 내주면의 최후방은 내측으로 융기한 멈춤 돌출부(74)가 된다. 외주의 중간부의 수나사 스트립(62)의 전방은 직경이 큰 평활면부이다. 수나사 스트립(62)의 후방에는 보다 직경이 작은 평활부(73)가 있다.
금속제 링형상의 렌즈 가압부(64)는 외주에 수나사부(65)를 가진다. 수나사부(65)는 경통(60)의 암나사부(63)와 나사 맞춤할 수 있다. 렌즈 가압부(64)의 전방에는 직경 방향으로 나열된 절결부(notch)(72)가 있다. 고정물을 절결부(72)에 넣고 렌즈 가압부(64)를 중심축 주위로 회전해서, 렌즈 가압부(64)를 경통(60)에 대해서 착탈하도록 되어 있다. 경통(60), 렌즈 가압부(64)는 예컨대 알루미늄으로 만들 수 있다.
경통(60)의 내측 통형상면(66)을 따라서, 제 3 렌즈(G3), 제 2 스페이서(68), 제 2 렌즈(G2), 제 1 스페이서(67), 제 1 렌즈(G1)가 안에서부터 순서대로 삽입되어 있다. 제 3 렌즈(G3)는 최후단의 멈춤 돌출부(74)로 후면이 눌려진다. 제 3 렌즈(G3)의 축 방향의 위치가 결정된다. 제 2 스페이서(68)는 거의 원통형이지만 제 3 렌즈(G3)와 제 2 렌즈(G2) 사이에 삽입되어, 제 2, 3 렌즈(G2, G3)의 상대적인 위치를 결정한다. 제 1 스페이서(67)가 제 2 렌즈(G2)와 제 1 렌즈(G1) 사이에있어서 제 1, 2 렌즈(G1, G2)의 상대 위치를 결정한다. 렌즈 가압부(64)의 수나사부(65)는 경통(60) 앞의 암나사부(63)에 나사맞춤하여 제 1 렌즈(G1)의 전방부를 가압한다. 절결부(72)에 고정물을 넣고 오른쪽으로 돌리면, 렌즈 가압부(64)를 경통(60)에 나사 맞춤 고정할 수 있다. 고정물을 왼쪽으로 돌리면 렌즈 가압부(64)를 경통(60)으로부터 뺄 수 있다.
스페이서(67, 68)의 작용에 의해서, 제 1 렌즈와 제 2 렌즈(G1, G2) 사이가 1.8382mm으로, 제 2 렌즈와 제 3 렌즈(G2, G3) 사이가 0.1000mm으로 정해진다. 스페이서(67, 68)는 알루미늄, 세라믹, 플라스틱 등을 링 형상으로 형성함으로써 만들어진다.
실시예 5
[실시예 5 : 3장 렌즈로 이루어지는 렌즈 유닛(도 10)]
실시예 2의 원적외 렌즈의 세트를 사용하여 렌즈 유닛으로 했다. 렌즈 유닛의 측면도, 사시도는 도 7, 도 8에 나타내는 것과 거의 동일하다. 종단면도를 도 10에 나타낸다. 금속제 원통형의 경통(60)은 외주면의 중간 위치에 수나사 스트립(62), 내주면 전방으로 암나사부(63)를 갖는다. 경통(60)의 내주면은 중간부 및 후방부에서 평활한 내측 통형상면(66)으로 되어있다. 내주면의 최후방은 내측으로 융기한 멈춤 돌출부(74)가 된다. 외주의 중간부의 수나사 스트립(62)의 전방은 직경이 큰 평활면부이다. 수나사 스트립(62)의 후방에는 보다 직경이 작은 평활부(73)가 있다.
금속제 링형상의 렌즈 가압부(64)는 외주에 수나사부(65)를 가진다 ． 수나사부(65)는 경통(60)의 암나사부(63)와 나사맞춤할 수 있다. 렌즈 가압부(64)의 전방에는 직경 방향으로 나열된 절결부(72)가 있다. 고정물을 절결부(72)에 넣고 렌즈 가압부(64)를 중심축 주위로 회전해서, 렌즈 가압부(64)를 경통(60)에 대하여 착탈하도록 되어 있다. 경통(60), 렌즈 가압부(64)는 예컨대 알루미늄으로 만들 수 있다.
경통(60)의 내측 통형상면(66)을 따라서, 제 3 렌즈(G6), 제 2 스페이서(68), 제 2 렌즈(G5), 제 1 스페이서(67), 제 1 렌즈(G4)가 안에서부터 순서대로 삽입되어 있다. 제 3 렌즈(G6)는 최후단의 멈춤 돌출부(74)로 후면이 눌려진다. 제 3 렌즈(G6)의 축 방향의 위치가 결정된다. 제 2 스페이서(68)는 거의 원통형이지만 제 3 렌즈(G6)와 제 2 렌즈(G5) 사이에 삽입되어, 제 2, 3 렌즈(G5, G6)의 상대적인 위치를 결정한다. 제 1 스페이서(67)가 제 2 렌즈(G5)와 제 1 렌즈(G4) 사이에 있어서 제 1, 2 렌즈(G4, G5)의 상대 위치를 결정한다. 렌즈 가압부(64)의 수나사부(65)는 경통(60) 앞의 암나사부(63)에 나사맞춤하여 제 1 렌즈(G4)의 전방부를 가압한다. 절결부(72)에 고정물을 넣어 오른쪽으로 돌리면, 렌즈 가압부(64)를 경통(60)에 나사맞춤 고정할 수 있다. 왼쪽으로 돌리면 렌즈 가압부(64)를 경통(60)으로부터 뺄 수 있다.
스페이서(67, 68)는 알루미늄, 세라믹, 플라스틱 등을 링 형상으로 형성함으로써 만들어진다.
실시예 6
[실시예 6 : 3장 렌즈로 이루어지는 렌즈 유닛(도 11)]
실시예 3의 원적외 렌즈의 세트를 사용해서 렌즈 유닛으로 했다. 렌즈 유닛의 측면도, 사시도는 도 7, 도 8에 나타내는 것과 거의 동일하다. 종단면도를 도 11에 나타낸다.
금속제 원통형의 경통(60)은 외주면의 중간 위치에 수나사 스트립(62), 내주면 전방에 암나사부(63)를 갖는다. 경통(60)의 내주면은 중간부 및 후방부에서 평활한 내측 통형상면(66)으로 되어있다. 내주면의 최후방은 내측으로 융기한 멈춤 돌출부(74)가 된다. 외주의 중간부의 수나사 스트립(62)의 전방은 직경이 큰 평활면부이다. 수나사 스트립(62)의 후방에는 보다 직경이 작은 평활부(73)가 있다.
금속제 링형상의 렌즈 가압부(64)는 외주에 수나사부(65)를 가진다. 수나사부(65)는 경통(60)의 암나사부(63)와 나사맞춤할 수 있다. 렌즈 가압부(64)의 전방에는 직경 방향으로 나열된 절결부(72)가 있다. 고정물을 절결부(72)에 넣고 렌즈 가압부(64)를 중심축 주위로 회전하여, 렌즈 가압부(64)를 경통(60)에 대하여 착탈하도록 되어 있다. 경통(60), 렌즈 가압부(64)는 예컨대 알루미늄으로 만들 수 있다.
경통(60)의 내측 통형상면(66)을 따라서, 제 3 렌즈(G9), 제 2 스페이서(68), 제 2 렌즈(G8), 제 1 스페이서(67), 제 1 렌즈(G7)가 안에서부터 순서대로 삽입되어 있다. 제 3 렌즈(G9)는 최후단의 멈춤 돌출부(74)로 후면이 눌려진다. 제 3 렌즈(G9)의 축 방향의 위치가 결정된다. 제 2 스페이서(68)는 거의 원통형이지만 제 3 렌즈(G9)와 제 2 렌즈(G8) 사이에 삽입되어, 제 2, 3 렌즈(G8, G9)가 상대적인 위치를 결정한다. 제 1 스페이서(67)는 제 2 렌즈(G8)와 제 1 렌즈(G7) 사이에 있어서 제 1, 2 렌즈(G7, G8)의 상대 위치를 결정한다. 렌즈 가압부(64)의 수나사부(65)는 경통(60) 앞의 암나사부(63)에 나사맞춤하여 제 1 렌즈(G1)의 전방부를 가압한다. 절결부(72)에 고정물을 넣어 오른쪽으로 돌리면, 렌즈 가압부(64)를 경통(60)에 나사맞춤 고정할 수 있다. 왼쪽으로 돌리면 렌즈 가압부(64)를 경통(60)으로부터 뺄 수 있다.
스페이서(67, 68)는 알루미늄, 세라믹, 플라스틱 등을 링형상으로 형성함으로써 만들어진다.
실시예 7
[실시예 7 : 3장 렌즈로 이루어지는 렌즈 유닛에 촬상 소자를 결합한 촬상 장치(도 12)]
실시예 7은 실시예 4의 원적외 렌즈 유닛에 촬상 소자를 결합하여 촬상 장치로 한 것이다. 실시예 7의 촬상 장치의 전체의 종단면도를 도 12에 나타낸다.
금속제 원통형의 경통(60)은 외주면의 중간 위치에 수나사 스트립(62), 내주면 전방에 암나사부(63)를 갖는다. 경통(60)의 내주면은 중간부 및 후방부에서 평활한 내측 통형상면(66)으로 되어있다. 내주면의 최후방은 내측으로 융기한 멈춤 돌출부(74)가 된다. 외주의 중간부의 수나사 스트립(62)의 전방은 직경이 큰 평활면부이다. 수나사 스트립(62)의 후방에는 보다 직경이 작은 평활부(73)가 있다.
금속제 링형상의 렌즈 가압부(64)는 외주에 수나사부(65)를 가진다 ． 수나사부(65)는 경통(60)의 암나사부(63)와 나사맞춤할 수 있다. 렌즈 가압부(64)의 전방에는 직경 방향으로 나열된 절결부(72)가 있다. 고정물을 절결부(72)에 넣고 렌즈 가압부(64)를 중심축 주위로 회전하여, 렌즈 가압부(64)를 경통(60)에 대하여 착탈하도록 되어 있다. 경통(60), 렌즈 가압부(64)는 예컨대 알루미늄으로 만들 수 있다.
경통(60)의 내측 통형상면(66)을 따라서, 제 3 렌즈(G3), 제 2 스페이서(68), 제 2 렌즈(G2), 제 1 스페이서(67), 제 1 렌즈(G1)가 안에서부터 순서대로 삽입되어 있다. 제 3 렌즈(G3)는 최후단의 멈춤 돌출부(74)로 후면이 눌려진다. 제 3 렌즈(G3)의 축 방향의 위치가 결정된다. 제 2 스페이서(68)는 거의 원통형이지만 제 3 렌즈(G3)와 제 2 렌즈(G2) 사이에 삽입되어, 제 2, 3 렌즈(G2, G3)의 상대적인 위치를 결정한다. 제 1 스페이서(67)는 제 2 렌즈(G2)와 제 1 렌즈(G1) 사이에 있어서 제 1, 2 렌즈(G1, G2)의 상대 위치를 결정한다. 렌즈 가압부(64)의 수나사부(65)는 경통(60) 앞의 암나사부(63)에 나사맞춤하여 제 1 렌즈(G1)의 전방부를 가압한다. 절결부(72)에 고정물을 넣어 오른쪽으로 돌리면, 렌즈 가압부(64)를 경통(60)에 나사맞춤 고정할 수 있다. 왼쪽으로 돌리면 렌즈 가압부(64)를 경통(60)으로부터 뺄 수 있다.
스페이서(67, 68)의 작용에 의해서, 제 1 렌즈와 제 2 렌즈(G1, G2) 사이가 1.8382mm으로, 제 2 렌즈와 제 3 렌즈(G2, G3) 사이가 0.1000mm으로 정해진다. 스페이서(67, 68)는 알루미늄, 세라믹, 플라스틱 등을 링형상으로 형성함으로써 만들어진다.
바닥이 있는 원통형의 촬상 소자 홀더(80)는 후방에 바닥판(82)을, 앞의 개구부(83)의 내측면에 암나사부(85)를 갖는다. 바닥판(82)에는 개구부를 가지는 원통형의 창 홀더(84)가 원심상 내측으로 형성된다. 창 홀더(84)의 개구부에는 창(W)이 고정된다. 바닥판(82)에는 촬상 소자 칩(86)이 중앙으로 고정되어 있다. 촬상 소자 칩(86)의 전면이 이미지면(J)이다. 암나사부(85)를, 경통(60)의 외주 중간 위치에 있는 수나사 스트립(62)에 나사맞춤한다. 이로써, 촬상 소자와 렌즈 유닛이 일체화하여 촬상 장치가 된다.
실시예 8
[실시예 8:3장 렌즈로 이루어지는 렌즈 유닛에 촬상 소자를 결합한 촬상 장치(도 13)]
실시예 8은 실시예 5의 원적외 렌즈 유닛에 촬상 소자를 결합하여 촬상 장치로 한 것이다. 실시예 8의 촬상 장치의 전체의 종단면도를 도 13에 나타낸다.
금속제 원통형의 경통(60)은 외주면의 중간 위치에 수나사 스트립(62), 내주면 전방에 암나사부(63)를 갖는다. 경통(60)의 내주면은 중간부 및 후방부에서 평활한 내측 통형상면(66)으로 되어 있다. 내주면의 최후방은 내측으로 융기한 멈춤 돌출부(74)가 된다. 외주의 중간부의 수나사 스트립(62)의 전방은 직경이 큰 평활면부이다. 수나사 스트립(62)의 후방에는 보다 직경이 작은 평활부(73)가 있다.
금속제 링형상의 렌즈 가압부(64)는 외주에 수나사부(65)를 가진다 ． 수나사부(65)는 경통(60)의 암나사부(63)와 나사맞춤할 수 있다. 렌즈 가압부(64)의 전방에는 직경 방향으로 나열된 절결부(72)가 있다. 고정물을 절결부(72)에 넣고 렌즈 가압부(64)를 중심축 주위로 회전하여, 렌즈 가압부(64)를 경통(60)에 대하여 착탈하도록 되고 있다. 경통(60), 렌즈 가압부(64)는 예컨대 알루미늄으로 만들 수 있다.
경통(60)의 내측 통형상면(66)을 따라서, 제 3 렌즈(G6), 제 2 스페이서(68), 제 2 렌즈(G5), 제 1 스페이서(67), 제 1 렌즈(G4)가 안에서부터 순서대로 삽입되어 있다. 제 3 렌즈(G6)는 최후단의 멈춤 돌출부(74)로 후면이 눌려진다. 제 3 렌즈(G6)의 축 방향의 위치가 결정된다. 제 2 스페이서(68)는 거의 원통형이지만 제 3 렌즈(G6)와 제 2 렌즈(G5) 사이에 삽입되어, 제 2, 3 렌즈(G5, G6)의 상대적인 위치를 결정한다. 제 1 스페이서(67)는 제 2 렌즈(G5)와 제 1 렌즈(G4) 사이에 있어서 제 1, 2 렌즈(G4, G5)의 상대 위치를 정한다. 렌즈 가압부(64)의 수나사부(65)는 경통(60) 앞의 암나사부(63)에 나사맞춤하여 제 1 렌즈(G4)의 전방부를 가압한다. 절결부(72)에 고정물을 넣어 오른쪽으로 돌리면, 렌즈 가압부(64)를 경통(60)에 나사맞춤 고정할 수 있다. 왼쪽으로 돌리면 렌즈 가압부(64)를 경통(60)으로부터 뺄 수 있다.
스페이서(67, 68)는 알루미늄, 세라믹, 플라스틱 등을 링 형상으로 형성함으로써 만들어진다.
바닥이 있는 원통형의 촬상 소자 홀더(80)는 후방에 바닥판(82)을, 앞의 개구부(83)의 내측면에 암나사부(85)를 갖는다. 바닥판(82)에는 개구부를 가지는 원통형의 창 홀더(84)가 동심상 내측으로 형성된다. 창 홀더(84)의 개구부에는 창(W)이 고정된다. 바닥판(82)에는 촬상 소자 칩(86)이 중앙에 고정되어 있다. 촬상 소자 칩(86)의 전면이 이미지면(J)이다. 암나사부(85)를, 경통(60)의 외주 중간 위치에 있는 수나사 스트립(62)에 나사맞춤한다. 이로써, 촬상 소자와 렌즈 유닛이 일체화하여 촬상 장치가 된다.
실시예 9
[실시예 9:3장 렌즈로 이루어지는 렌즈 유닛에 촬상 소자를 결합한 촬상 장치(도(14))]
실시예 9에서는, 실시예 6의 원적외 렌즈 유닛에 촬상 소자를 결합하여 촬상 장치가 형성된다. 실시예 9의 촬상 장치의 전체의 종단면도를 도 14에 나타낸다.
금속제 원통형의 경통(60)은 외주면의 중간 위치에 수나사 스트립(62), 내주면 전방에 암나사부(63)를 갖는다. 경통(60)의 내주면은 중간부 및 후방부에서 평활한 내측 통형상면(66)으로 되어 있다. 내주면의 최후방은 내측으로 융기한 멈춤 돌출부(74)가 된다. 외주의 중간부의 수나사 스트립(62)의 전방은 직경이 큰 평활면부이다. 수나사 스트립(62)의 후방에는 보다 직경이 작은 평활부(73)가 있다.
금속제 링형상의 렌즈 가압부(64)는 외주에 수나사부(65)를 가진다. 수나사부(65)는 경통(60)의 암나사부(63)와 나사맞춤할 수 있다. 렌즈 가압부(64)의 전방에는 직경 방향으로 나열된 절결부(72)가 있다. 고정물을 절결부(72)에 넣고 렌즈 가압부(64)를 중심축 주위로 회전하여, 렌즈 가압부(64)를 경통(60)에 대하여 착탈하도록 되어 있다. 경통(60), 렌즈 가압부(64)는 예컨대 알루미늄으로 만들 수 있다.
경통(60)의 내측 통형상면(66)을 따라서, 제 3 렌즈(G9), 제 2 스페이서(68), 제 2 렌즈(G8), 제 1 스페이서(67), 제 1 렌즈(G7)가 안에서부터 순서대로 삽입되어 있다. 제 3 렌즈(G9)는 최후단의 멈춤 돌출부(74)로 후면이 눌려진다. 제 3 렌즈(G9)의 축 방향의 위치가 결정된다. 제 2 스페이서(68)는 거의 원통형이지만 제 3 렌즈(G9)와 제 2 렌즈(G8) 사이에 삽입되어, 제 2, 3 렌즈(G8, G9)의 상대적인 위치를 결정한다. 제 1 스페이서(67)는 제 2 렌즈(G8)와 제 1 렌즈(G7) 사이에 있어서 제 1, 2 렌즈(G7, G8)의 상대 위치를 결정한다. 렌즈 가압부(64)의 수나사부(65)는 경통(60) 앞의 암나사부(63)에 나사맞춤하여 제 1 렌즈(G7)의 전방부를 가압한다. 절결부(72)에 고정물을 넣어 오른쪽으로 돌리면, 렌즈 가압부(64)를 경통(60)에 나사맞춤 고정할 수 있다. 왼쪽으로 돌리면 렌즈 가압부(64)를 경통(60)으로부터 뺄 수 있다.
스페이서(67, 68)는 알루미늄, 세라믹, 플라스틱 등을 링형상으로 형성함으로써 만들어진다.
바닥이 있는 원통형의 촬상 소자 홀더(80)는 후방에 바닥판(82)을, 앞의 개구부(83)의 내측면에 암나사부(85)를 갖는다. 바닥판(82)에는 개구부를 가지는 원통형의 창 홀더(84)가 동심상 내측으로 형성된다. 창 홀더(84)의 개구부에는 창(W)이 고정된다. 바닥판(82)에는 촬상 소자 칩(86)이 중앙에 고정되어 있다. 촬상 소자 칩(86)의 전면이 이미지면(J)이다. 암나사부(85)를 경통(60)의 외주 중간 위치에 있는 수나사 스트립(62)에 나사맞춤한다. 이로써, 촬상 소자와 렌즈 유닛이 일체화하여 촬상 장치가 된다.
위에 개시된 실시예는 모든 점에서 예시로, 제한적인 것이 아니라고 생각해야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시예가 아니라, 특허 청구의 범위에 의해서 나타나며, 특허 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다는 것이 의도된다.
도 1은 중앙부에서 물체측으로 볼록하고 이미지면측으로 오목하며, 주변부에서 물체측으로 오목하고 이미지면측으로 볼록한 제 1 렌즈(G1), 중앙부에서 물체측으로 오목하고 이미지면측으로 볼록하며, 주변부에서 물체측으로 볼록하고 양의 굴절력인 제 2 렌즈(G2), 중앙부에서 물체측으로 볼록하고, 이미지면측으로 오목하며, 주변부에서 물체측으로 오목하고 이미지면측으로 볼록한 제 3 렌즈(G3)의 3장 렌즈로 이루어지는 본 발명의 실시예 1에 관한 원적외선 카메라용 렌즈의 단면도,
도 2는 실시예 1의 원적외선 카메라용 렌즈의 공간 주파수를 가로축, 비율을 세로축으로 하고, 입사각을 파라미터로 한 MTF 곡선 그래프,
도 3은 중앙부에서 물체측으로 볼록하고 이미지면측으로 오목하며, 주변부에서 물체측으로 오목하고 이미지면측으로 볼록한 제 1 렌즈(G4), 중앙부에서 물체측으로 오목하고 이미지면측으로 볼록하며, 주변부에서 물체측으로 볼록하고 양의 굴절력인 제 2 렌즈(G5), 중앙부에서 물체측으로 볼록하고 이미지면측으로 오목하며, 주변부에서 물체측으로 오목하고 이미지면측으로 볼록한 제 3 렌즈(G6)의 3장 렌즈로 이루어지는 본 발명의 실시예 2에 관한 원적외선 카메라용 렌즈의 단면도,
도 4는 실시예 2의 원적외선 카메라용 렌즈의 공간 주파수를 가로축, 비율을 세로축으로 하고, 입사각을 파라미터로 한 MTF 곡선 그래프,
도 5는 중앙부에서 물체측으로 볼록하고 이미지면측으로 오목하며, 주변부에서 물체측으로 오목하고 이미지면측으로 볼록한 제 1 렌즈(G7), 중앙부에서 물체측으로 오목하고 이미지면측으로 볼록하며, 주변부에서 물체측으로 볼록하고 양의 굴 절력인 제 2 렌즈(G8), 중앙부에서 물체측으로 볼록하고 이미지면측으로 오목하며, 주변부에서 물체측으로 오목하고 이미지면측으로 볼록한 제 3 렌즈(G9)의 3장 렌즈로 이루어지는 본 발명의 실시예 3에 관한 원적외선 카메라용 렌즈의 단면도,
도 6은 실시예 3의 원적외선 카메라용 렌즈의 공간 주파수를 가로축, 비율을 세로축으로 하고, 입사각을 파라미터로 한 MTF 곡선 그래프,
도 7은 실시예 1의 원적외 렌즈와 스페이서를 경통에 조립하고, 렌즈 가압부를 경통에 고정한 본 발명의 실시예 4에 관한 렌즈 유닛의 측면도,
도 8은 실시예 1의 원적외 렌즈와 스페이서를 경통에 조립하고, 렌즈 가압부를 경통에 고정한 본 발명의 실시예 4에 관한 렌즈 유닛의 사시도,
도 9는 실시예 1의 원적외 렌즈와 스페이서를 경통에 조립하고, 렌즈 가압부를 경통에 고정한 본 발명의 실시예 4에 관한 렌즈 유닛의 종단면도,
도 10은 실시예 2의 원적외 렌즈와 스페이서를 경통에 조립하고, 렌즈 가압부를 경통에 고정한 본 발명의 실시예 5에 관한 렌즈 유닛의 종단면도,
도 11은 실시예 3의 원적외 렌즈와 스페이서를 경통에 조립하고, 렌즈 가압부를 경통에 고정한 본 발명의 실시예 6에 관한 렌즈 유닛의 종단면도,
도 12는 실시예 4의 렌즈 유닛에 촬상 소자를 결합한 본 발명의 실시예 7에 관한 촬상 장치의 종단면도,
도 13은 실시예 5의 렌즈 유닛에 촬상 소자를 결합한 본 발명의 실시예 8에 관한 촬상 장치의 종단면도,
도 14는 실시예 6의 렌즈 유닛에 촬상 소자를 결합한 본 발명의 실시예 9에 관한 촬상 장치의 종단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
G1, G4, G7 : 제 1 렌즈 G2, G5, G8 : 제 2 렌즈
G3, G6, G9 : 제 3 렌즈 S1~S6 : 렌즈면
S7, S8 : 센서창면 S9 : 이미지면(센서면)
J : 이미지면(센서면) 60 : 경통
62 : 수나사 스트립 63 : 암나사부
64 : 렌즈 가압부 65 : 수나사부
66 : 내통면 67 : 제 1 스페이서
68 : 제 2 스페이서 72 : 절결부
73 : 평활부 74 : 멈춤 돌출부
80 : 촬상 소자 홀더 82 : 바닥판
83 : 앞의 개구부 84 : 창 홀더
85 : 암나사부 86 : 촬상 소자 칩

Claims (8)

  1. ZnS로 만들어지며, 물체측에서 볼록하고 이미지면측에서 오목한 메니스커스인 중앙부와, 상기 물체측에서 오목하고 상기 이미지면측에서 볼록한 주변부를 갖는 제 1 렌즈와,
    ZnS로 만들어지며, 물체측에서 오목하고 양의 굴절력을 가지는 메니스커스인 중앙부와, 상기 물체측에서 볼록한 주변부를 갖는 제 2 렌즈와,
    ZnS로 만들어지며, 상기 제 2 렌즈와 근접하여 마련되고, 물체측에서 볼록한 메니스커스 형상인 중앙부와, 상기 물체측에서 오목한 주변부를 갖는 제 3 렌즈
    를 포함하는 원적외선 카메라용 렌즈로서,
    상기 모든 렌즈면에 회절면이 형성되고,
    시야각은 50°~70°인 것
    을 특징으로 하는 원적외선 카메라용 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 렌즈는 상기 제 2 렌즈와 1mm 이내로 근접하여 마련되는 것을 특징으로 하는 원적외선 카메라용 렌즈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    전체 촛점 거리 f는 6mm~11mm이고,
    상기 제 1, 제 2 렌즈만의 촛점 거리 f12는 5mm~18mm인 것
    을 특징으로 하는 원적외선 카메라용 렌즈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 3장의 렌즈 전체의 촛점 거리를 f, 제 1 및 제 2 렌즈만의 촛점 거리를 f12라고 하면, 0.9≤f12/f≤1.6인 것을 특징으로 하는 원적외선 카메라용 렌즈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    ZnS로 만들어진 상기 제 1 렌즈, 제 2 렌즈, 제 3 렌즈는 렌즈 형상의 몰드를 이용하여 ZnS 원료 분말을 가열 압축 성형함으로써 제작되어 있는 것을 특징으로 하는 원적외선 카메라용 렌즈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈, 제 2 렌즈, 제 3 렌즈는 모두,
    새그량<5mm,
    1.5mm<중심 두께<8mm,
    1mm<엣지 두께<8mm
    인 것을 특징으로 하는 원적외선 카메라용 렌즈.
  7. 청구항 1에 기재된 렌즈를 이용한 것을 특징으로 하는 렌즈 유닛.
  8. 청구항 7에 기재된 렌즈 유닛과,
    상기 렌즈 유닛에 결상한 이미지를 촬상하는 촬상부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
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