KR20130029256A - 고정 초점 렌즈 시스템 - Google Patents

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Abstract

고정 초점 렌즈 시스템이 개시된다. 개시된 고정 초점 렌즈 시스템은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열된 것으로, 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배치된 것으로, 부의 굴절력을 가지는 제1렌즈, 부의 굴절력을 가지는 제2렌즈, 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈를 포함하며, 전체적으로 부의 굴절력을 가지는 제1렌즈군; 정의 굴절력을 가지는 제4렌즈, 부의 굴절력을 가지는 제5렌즈, 정의 굴절력을 가지는 제6렌즈를 포함하며, 전체적으로 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈군;을 포함한다.

Description

고정 초점 렌즈 시스템{Fixed focus lens system}
본 개시는 고정 초점 렌즈에 관한 것이다.
CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)와 같은 전자 촬상 소자의 개발과 디지털 저장 장치의 발전으로 메가 픽셀 수준의 고화소화가 가능해지고 있으며, 이에 대응할 수 있는 렌즈의 수요가 증가하고 있다.
예를 들어, CCTV등의 감시 카메라용 고정 초점 렌즈의 경우, 어두운 장소를 넓은 범위로 감시할 수 있도록 광각 대구경 렌즈로 특성화 되고 있으며, 또한, 피사체가 가지는 작은 특성 정보까지 확인이 가능하도록 주변부의 광학 수차를 양호하게 보정할 수 있을 것이 요구되고 있다. 또한, 주ㆍ야간 변환 시 빛이 가시광선에서 적외선으로 파장 변화가 일어남에 따라 발생하는 포커스 이동을 보정할 수 있어야 한다.
실시예들은 주ㆍ야간 광선의 파장 변화에 따른 포커스 틀어짐이 감소된 구조의 고정 초점 렌즈 시스템을 제공하고자 한다.
일 유형에 따른 고정 초점 렌즈 시스템은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배치된 것으로, 부의 굴절력을 가지는 제1렌즈, 부의 굴절력을 가지는 제2렌즈, 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈를 포함하며, 전체적으로 부의 굴절력을 가지는 제1렌즈군; 정의 굴절력을 가지는 제4렌즈, 부의 굴절력을 가지는 제5렌즈, 정의 굴절력을 가지는 제6렌즈를 포함하며, 전체적으로 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈군;을 포함한다.,
상기 제5렌즈와 제6렌즈는 접합렌즈를 이룰 수 있다.
상기 제4렌즈는 아베수가 80이상인 재질로 이루어질 수 있으며, 또한, 상기 제5렌즈는 아베수가 80이상인 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제1렌즈 내지 제6렌즈는 모두 구면렌즈일 수 있다.
상기 제1렌즈군의 초점거리 f1과 상기 제2렌즈군의 초점거리 f2가 다음 조건을 만족할 수 있다.
0.94< |f1/f2| <1.06
상기 제3렌즈의 아베수 v3와 상기 제4렌즈의 아베수 v4가 다음 조건을 만족할 수 있다.
0.25< v3 /v4 <0.33
상기 고정 초점 렌즈 시스템은 F수가 1.85 이하일 수 있다.
상기 고정 초점 렌즈군의 후초점거리 BFL과 전체초점거리 EFL이 다음 조건을 만족할 수 있다.
BFL/EFL > 2.5
또한, 일 유형에 따른 감시카메라는 상술한 고정 초점 렌즈 시스템; 상기 고정 초점 렌즈 시스템이 형성한 광학 상을 전기 신호로 변환하는 촬상 소자; 상기 고정 초점 렌즈 시스템과 상기 촬상 소자 사이에 마련된 주야간 필터 변환 장치;를 포함한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 고정 초점 렌즈 시스템의 광학적 배치를 보인다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정 초점 렌즈 시스템의 구면수차, 비점수차, 왜곡수차를 보인 수차도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 고정 초점 렌즈 시스템의 코마 수차를 보인 수차도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정 초점 렌즈 시스템의 가시광선에 대한 MTF 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정 초점 렌즈 시스템의 근적외선에 대한 MTF 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 고정 초점 렌즈 시스템의 광학적 배치를 보인다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 고정 초점 렌즈 시스템의 구면수차, 비점수차, 왜곡수차를 보인 수차도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 고정 초점 렌즈 시스템의 코마 수차를 보인 수차도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 고정 초점 렌즈 시스템의 가시광선에 대한 MTF 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 고정 초점 렌즈 시스템의 근적외선에 대한 MTF 그래프이다
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1 및 도 6은 각각 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 고정 초점 렌즈 시스템의 광학적 배치를 보이는 도면들이다.
도면들을 참조하면, 고정 초점 렌즈 시스템은 물체(OBJ)측에서 상면(IMG)측으로 순서대로 배치된, 부의 굴절력을 가지는 제1렌즈군(G1)과 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈군(G2)을 포함한다.
제1렌즈군(G1)은 물체(OBJ)측에서 상(IMG)측으로 순서대로 배치된, 부의 굴절력을 가지는 제1렌즈(110), 부의 굴절력을 가지는 제2렌즈(120), 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈(130)를 포함할 수 있다. 제1렌즈(110)는 도시된 바와 같이 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있으며, 제2렌즈(120)는 양오목한 형상을 가질 수 있으며, 제3렌즈(130)는 양볼록의 형상을 가질 수 있다. 다만, 도시된 형상에 제한되는 것은 아니다.
제2렌즈군(G2)은 물체(OBJ)측에서 상면(IMG)측으로 순서대로 배치된, 정의 굴절력을 가지는 제4렌즈(210), 정의 굴절력을 가지는 제5렌즈(220), 부의 굴절력을 가지는 제6렌즈(230)를 포함할 수 있다. 제5렌즈(220)와 제6렌즈(230)는 접합렌즈를 이룰 수 있다. 아베수가 상대적으로 큰 소재로 이루어지는 제5렌즈(220)와 아베수가 상대적으로 작은 소재로 이루어지는 제6렌즈(230)를 접합하여, 색수차의 보정을 도모하고 있다. 제4렌즈(210)는 양볼록의 형상을 가질 수 있고, 제5렌즈(220)는 양볼록의 형상을 가질 수 있으며, 제6렌즈(230)는 상측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 다만, 도시된 형상에 제한되는 것은 아니다.
실시예들에 따른 고정 초점 렌즈 시스템은 파장이 다른 광에 대한 초점 거리가 차이를 가능한 줄일 수 있도록, 예를 들어, 가시광선에 대한 초점거리와 적외선에 대한 초점 거리 차이를 줄일 수 있도록, 아베수가 큰 렌즈 재질을 사용하고 있다. 예를 들어, 제4렌즈(210) 및/또는 제5렌즈(220)는 아베수가 80이상인 재질로 이루어질 수 있다.
상면(IMG)은 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)와 같은 촬상 소자(미도시)의 촬상면을 의미한다.
부재(D)는 더미글래스(dummy glass)이며, 이 위치에는 예를 들어, 광학 로우 패스 필터(optical low pass filter; OLPF)가 배치될 수 있다. 또는, 고정 초점 렌즈시스템이 감시 카메라에 적용되기 위해, 상기 위치에 주야간 필터 전환 장치가 배치될 수 있다. 주야간 필터 전환 장치는 주간에는 OLPF가 작동하고, 야간에는 OLPF가 작동하지 않도록, 빛의 양에 따라 필터를 가동한다.
고정 초점 렌즈 시스템은 다음 조건을 만족하도록 제1렌즈군(G1)과 제2렌즈군(G2)을 이루는 렌즈들이 설계될 수 있다.
0.94 ≤ |f1/f2| ≤ 1.06 (1)
여기서, f1은 제1렌즈군(G1)의 초점 거리이고, f2는 제2렌즈군(G2)의 초점 거리이다.
상기 조건은 제1렌즈군(G1)과 제2렌즈군(G2)의 초점 거리의 비의 범위를 정하고 있으며, 이에 따라 제1렌즈군(G1)과 제2렌즈군(G2)의 굴절력을 적절히 배분하여 해상도의 향상을 도모하고 있다. 상기 조건의 상한을 벗어나는 범위에서 구면수차와 종색수차가 커져서 광학 성능이 저하된다. 또한, 하한을 벗어나는 범위에서는 비점수차와 코마수차가 커져서 광학 성능이 저하된다.
또한, 고정 초점 렌즈 시스템은 다음 조건을 더 만족할 수 있다.
2.5 < v3/v4 ≤ 3 (2)
여기서, v3, v4는 각각 제3렌즈(130)의 아베수, 제4렌즈(210)의 아베수이다.
상기 조건 범위를 벗어나는 경우, 가시광선 영역에서 근적외선 영역으로 파장이 변할 때 최적 포커스 위치가 이동하게 된다. 즉, 파장 변화에 따른 디포커스(defocus) 양이 커진다.
또한, 고정 초점 렌즈 시스템은 다음 조건을 더 만족할 수 있다.
Fno ≤ 1.85 (3)
여기서, Fno는 F수를 의미하며, 상기 조건은 고정 초점 렌즈 시스템의 밝기를 규정하고 있으며, 이에 따라, 예를 들어, 감시 카메라로 적용하기에 적합한 수준의 밝기를 갖게 된다.
또한, 고정 초점 렌즈 시스템은 다음 조건을 더 만족할 수 있다.
BFL/EFL > 2.5 (3)
여기서, BFL은 후초점거리이고, EFL은 전체 초점거리이다. 후초점거리는 고정 초점 렌즈의 최상측면에서 상면까지의 거리이며, 상기 조건은 이 위치에 예를 들어, 주야간 필터 전환 장치가 배치될 수 있도록 충분한 후초점거리를 확보하기 위한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 고정 초점 렌즈 시스템의 여러 가지 실시예들의 구체적인 렌즈 데이터들을 기술한다.
이하에서, EFL는 고정 초점 렌즈 시스템의 초점거리를, Fno는 F수, 2ω는 화각을 나타낸다.
<제1실시예>
도 1은 제1실시예에 따른 고정 초점 렌즈의 광학적 배치를 보인다. 도 2는 제1실시예에 따른 고정 렌즈 시스템의 종방향 구면 수차(longitudinal spherical aberration), 비점수차(astigmatic field curves), 왜곡 수차(distortion)를 나타낸 것이다. 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 고정 초점 렌즈 시스템의 코마 수차를 보인 수차도이다. 종방향 구면수차와 코마수차는 파장이 850.00(nm), 656.28(nm), 587.56(nm), 546.07(nm), 486.13(nm), 435.84(nm)인 광에 대해 각각 나타내었고, 비점수차는 파장 546.07(nm)인 광에 대해 자오상면 만곡(T: tangential field curvature)과 구결상면 만곡(S: sagittal field curvature)을 나타내며, 왜곡은 파장 546.07 (nm)인 광에 대해 나타내고 있다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정 초점 렌즈 시스템의 가시광선에 대한 MTF(Modulus Transfer Function) 그래프이다. 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 고정 초점 렌즈 시스템의 근적외선에 대한 MTF(Modulus Transfer Function) 그래프이다. MTF 그래프에서, 가로축은 공간주파수(spatial frequency)이고, 세로축은 optical transfer function의 modulation이며, 점선들은 자오상면, 실선은 구결상면을 나타낸다.
표 1, 표 2는 제1실시예의 렌즈데이터이다.
EFL 3.00
Fno 1.85
|f1/f2| 0.995
2ω 127.88°
면 곡률반경 두께 또는 거리 굴절률 아베수
1 17.09 1.00 1.744002 44.7200
2 6.00 5.00
3 -42.73 0.90 1.620409 60.3438
4 5.00 2.07
5 29.55 2.50 1.846663 23.7848
6 -23.30 7.52
7 19.96 2.00 1.496997 81.6084
8 -8.36 0.20
9 9.064 2.60 1.496997 81.6084
10 -5.60 0.70 1.846663 23.7848
11 -13.13 1.75
12 Infinity 3.75
13 Infinity 2.10 1.516800 64.1673
IMG Infinity 3.00
<제2실시예>
도 6은 제2실시예에 따른 고정 초점 렌즈 시스템의 광학적 배치를 보인다. 도 7은 제2실시예에 따른 고정 렌즈 시스템의 종방향 구면 수차(longitudinal spherical aberration), 비점수차(astigmatic field curves), 왜곡(distortion) 수차를 보인 수차도이고, 도 8은 제2실시예에 따른 고정 초점 렌즈 시스템의 코마 수차를 보인 수차도이다.
도 9는 제2실시예에 따른 고정 초점 렌즈 시스템의 가시광선에 대한 MTF 그래프이고 도 10은 제2실시예에 따른 고정 초점 렌즈 시스템의 근적외선에 대한 MTF 그래프이다.
표 3, 4는 제2실시예의 렌즈데이터이다.
EFL 3.00
Fno 1.83
|f1/f2| 1.056
2ω 127.64°
면 곡률반경 두께 또는 거리 굴절률 아베수
1 16.58 1.00 1.744002 44.7200
2 6.00 5.20
3 -63.99 0.90 1.620409 60.3438
4 5.00 2.39
5 23.71 2.48 1.846663 23.7848
6 -29.98 7.63
7 18.16 1.95 1.496997 81.6084
8 -8.43 0.20
9 8.60 2.21 1.496997 81.6084
10 -5.92 0.70 1.846663 23.7848
11 -15.48 1.75
12 Infinity 3.75
13 Infinity 2.10 1.516800 64.1673
IMG Infinity 3.00
이상, 설명한 실시예들은 상술한 렌즈 구성을 통해, 화각이 크고 밝은 고정 초점 렌즈 시스템을 구현하고 있다.
실시예들에 따른 고정 초점 렌즈 시스템은 고정 초점 렌즈 시스템이 형성한 광학 상을 전기 신호로 변환하는 촬상 소자와 함께 촬상 장치에 채용될 수 있다. 이러한 촬상 장치는 상술한 줌 렌즈 시스템의 파장 변화에 따른 디포커스가 작은 성능 및 밝은 성능에 따라, 주간 뿐 아니라 야간에도 넓은 영역에 분포하는 물체의 움직임을 감지할 수 있어, 예를 들어, 감시용 카메라로 적용될 수 있다.
이러한 본원 발명인 고정 초점 렌즈 시스템은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배치된 것으로,
    부의 굴절력을 가지는 제1렌즈, 부의 굴절력을 가지는 제2렌즈, 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈를 포함하며, 전체적으로 부의 굴절력을 가지는 제1렌즈군;
    정의 굴절력을 가지는 제4렌즈, 정의 굴절력을 가지는 제5렌즈, 부의 굴절력을 가지는 제6렌즈를 포함하며, 전체적으로 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈군;을 포함하는 고정 초점 렌즈 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제5렌즈와 제6렌즈는 접합렌즈를 이루는 고정 초점 렌즈 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제4렌즈는 아베수가 80이상인 재질로 이루어지는 고정 초점 렌즈 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제5렌즈는 아베수가 80이상인 재질로 이루어지는 고정 초점 렌즈 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제5렌즈는 아베수가 80이상인 재질로 이루어지는 고정 초점 렌즈 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1렌즈 내지 제6렌즈는 모두 구면렌즈인 고정 초점 렌즈 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    제1렌즈군의 초점거리 f1과 제2렌즈군의 초점거리 f2가 다음 조건을 만족하는 고정 초점 렌즈 시스템.
    0.94< |f1/f2| <1.06
  8. 제1항에 있어서,
    제3렌즈의 아베수 v3와 제4렌즈의 아베수 v4가 다음 조건을 만족하는 고정 초점 렌즈 시스템.
    0.25< v3 /v4 <0.33
  9. 제1항에 있어서,
    F수가 1.85 이하인 고정 초점 렌즈 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    후초점거리 BFL과 전체초점거리 EFL이 다음 조건을 만족하는 고정 초점 렌즈 시스템.
    BFL/EFL > 2.5
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 고정 초점 렌즈 시스템;
    상기 고정 초점 렌즈 시스템이 형성한 광학 상을 전기 신호로 변환하는 촬상 소자;
    상기 고정 초점 렌즈 시스템과 상기 촬상 소자 사이에 마련된 주야간 필터 변환 장치;를 포함하는 감시 카메라.
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