KR20240029129A - Optical system for TOF camera - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3D 센싱이 가능한 TOF(Time of Flight) 카메라에 사용되는 광학계를 제공한다. 본 발명에 따른 광학계는, 정의 굴절력을 가지는 제1 렌즈; 부의 굴절력을 가지는 제2 렌즈; 부의 굴절력을 가지는 제3 렌즈; 정의 굴절력을 가지는 제4 렌즈를 포함하고, 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈 및 제4 렌즈는 물체 측에서부터 상 측으로 순서대로 배열되며, 조건식 2.0 < FOV/TTL < 3.0 (FOV: 광학계의 화각(°), TTL: 광학계의 전체 길이(mm))을 만족한다.
본 발명에 따르면 운전자 상태 모니터링을 위한 차량 탑재형 TOF 카메라에 최적화된 광학계를 제공할 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, F-no 1.5 이하의 매우 밝은 광학계를 구현하여 TOF 카메라의 반사광 수집 효율을 향상시킴으로써 차량 내부에서 운전자의 영상을 보다 선명하게 촬영할 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 운전자의 얼굴을 집중적으로 촬영할 수 있는 37~38도 정도의 화각을 구현함으로써 운전자 모니터링 시스템에 적합한 광학계를 제공할 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 광학계 전장(TTL)을 16mm 내외로 구현함으로써 차량 탑재형 TOF 카메라의 크기를 최소화할 수 있다.The present invention provides an optical system used in a TOF (Time of Flight) camera capable of 3D sensing. An optical system according to the present invention includes a first lens having positive refractive power; a second lens having negative refractive power; a third lens having negative refractive power; It includes a fourth lens having positive refractive power, and the first lens, second lens, third lens, and fourth lens are arranged in order from the object side to the image side, and the conditional expression 2.0 < FOV/TTL < 3.0 (FOV: of the optical system) Satisfies the angle of view (°), TTL: total length of the optical system (mm)).
According to the present invention, an optical system optimized for a vehicle-mounted TOF camera for driver condition monitoring can be provided. In addition, according to the present invention, the reflected light collection efficiency of the TOF camera is improved by implementing a very bright optical system with F-no 1.5 or less, so that the driver's image can be captured more clearly inside the vehicle. In addition, according to the present invention, an optical system suitable for a driver monitoring system can be provided by implementing a field of view of about 37 to 38 degrees that can intensively photograph the driver's face. Additionally, according to the present invention, the size of a vehicle-mounted TOF camera can be minimized by implementing a total optical length (TTL) of around 16 mm.
Description
본 발명은 3D 센싱이 가능한 TOF(Time of Flight) 카메라용 광학계에 관한 것으로서, 구체적으로는 차량에 탑재되어 운전자의 상태를 모니터링하는 용도에 적합한 적외선 TOF 카메라용 광학계에 관한 것이다.The present invention relates to an optical system for a Time of Flight (TOF) camera capable of 3D sensing, and specifically to an optical system for an infrared TOF camera suitable for use in monitoring the driver's condition when mounted on a vehicle.
TOF(Time of Flight) 카메라는 광원에서 출사된 빛이 물체에 반사되어 되돌아오기까지 걸리는 시간을 이미지센서의 픽셀 단위로 계산하여 물체 표면의 심도를 매우 정확하게 감지할 수 있는 카메라이다.A TOF (Time of Flight) camera is a camera that can very accurately detect the depth of an object's surface by calculating the time it takes for light emitted from a light source to reflect on an object and return in units of pixels of the image sensor.
이러한 TOF 카메라는 자율주행, 가상현실(VR), 증강현실(AR), 모션인식기반 컨트롤러 등의 분야에서 영상 내 개별 물체와의 거리를 검출하거나 물체의 표면 굴곡을 3차원적으로 검출하는 용도로 사용될 수 있다.These TOF cameras are used to detect the distance to individual objects in an image or to detect the surface curvature of an object in three dimensions in fields such as autonomous driving, virtual reality (VR), augmented reality (AR), and motion recognition-based controllers. can be used
특히, 최근에는 차량 내에 설치되는 운전자 모니터링 시스템 분야에서도 TOF 카메라에 대한 관심이 커지고 있다.In particular, recently, interest in TOF cameras has been growing in the field of driver monitoring systems installed in vehicles.
운전자 모니터링 시스템은 운전자의 졸음, 부주의, 의식불명 등의 비상상황을 신속하게 파악하고 경고, 제동 등의 적절한 조치를 취함으로써 사고를 방지할 수 있는 시스템이며, 최근 자동차 제조사 간의 경쟁이 치열해지면서 실제 적용되는 사례가 늘어나고 있다.The driver monitoring system is a system that can prevent accidents by quickly identifying emergency situations such as driver drowsiness, inattention, or unconsciousness and taking appropriate measures such as warnings and braking. Recently, as competition among automobile manufacturers has intensified, The number of applied cases is increasing.
운전자 모니터링 시스템에서 운전자의 상태를 판단하는 방법에는, 예를 들어, 운전자의 맥박, 호흡, 뇌파 등의 생체신호를 검출 및 분석하여 판단하는 방법, 운전자의 얼굴이나 안구의 영상을 분석하여 판단하는 방법 등이 있으며, 운전자의 신체에 센서를 부착하거나 근접시켜야 하는 생체신호 활용법 보다는 카메라 기반의 모니터링 시스템이 더 선호되는 것으로 알려져 있다.Methods for determining the driver's condition in the driver monitoring system include, for example, a method for determining the driver's condition by detecting and analyzing biosignals such as the driver's pulse, breathing, and brain waves, and a method for determining the driver's face or eye images. It is known that camera-based monitoring systems are preferred over biometric signal utilization methods that require sensors to be attached to or close to the driver's body.
카메라 영상으로 운전자의 상태를 정확히 판단하기 위해서는 운전자의 굴곡진 얼굴에서 특징점의 2차원적 또는 3차원적 위치 변화를 정확하게 검출할 수 있어야 하며, 이로 인해 운전자 모니터링 시스템에 3차원 센싱 기능이 우수한 TOF 카메라가 많이 사용되고 있다.In order to accurately determine the driver's condition using camera images, it is necessary to accurately detect 2-dimensional or 3-dimensional changes in the position of feature points on the driver's curved face. This requires a TOF camera with excellent 3-dimensional sensing capabilities in the driver monitoring system. is widely used.
한편, TOF 카메라가 안정적인 성능을 발휘하기 위해서는, 광원의 종류, 광의 방사범위(Field of illumination, FOI), 3D 인식 알고리즘 등을 최적으로 설계해야 하는 것은 물론이고, 광학적 성능이 우수하고 반사광 수집효율이 높은 최적의 광학계를 설계할 필요가 있다.Meanwhile, in order for a TOF camera to demonstrate stable performance, the type of light source, field of illumination (FOI), and 3D recognition algorithm must be optimally designed, as well as excellent optical performance and reflected light collection efficiency. There is a need to design a highly optimal optical system.
본 발명은 이러한 배경에서 고안된 것으로서, 운전자 상태 모니터링을 위한 차량 탑재형 TOF 카메라에 적합한 최적의 광학계를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention was conceived against this background, and its purpose is to provide an optimal optical system suitable for a vehicle-mounted TOF camera for monitoring driver status.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상은, 정의 굴절력을 가지는 제1 렌즈; 부의 굴절력을 가지는 제2 렌즈; 부의 굴절력을 가지는 제3 렌즈; 정의 굴절력을 가지는 제4 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈 및 제4 렌즈는 물체 측에서부터 상 측으로 순서대로 배열되며, 조건식 2.0 < FOV/TTL < 3.0 (FOV: 광학계의 화각(°), TTL: 광학계의 전체 길이(mm)) 을 만족하는 광학계를 제공한다.To achieve this object, one aspect of the present invention includes: a first lens having positive refractive power; a second lens having negative refractive power; a third lens having negative refractive power; It includes a fourth lens having positive refractive power, and the first lens, second lens, third lens, and fourth lens are arranged in order from the object side to the image side, and the conditional expression 2.0 < FOV/TTL < 3.0 (FOV: optical system Provides an optical system that satisfies the angle of view (°), TTL: total length of the optical system (mm)).
본 발명의 일 양상에 따른 광학계는, 조건식 0.5 < f /f1 < 1.5 (f: 광학계 전체의 초점거리(mm), f1: 제1 렌즈(L1)의 초점거리(mm))을 더 만족할 수 있다.The optical system according to an aspect of the present invention may further satisfy the conditional expression 0.5 < f /f1 < 1.5 (f: focal length of the entire optical system (mm), f1: focal length of the first lens L1 (mm)) .
또한 본 발명의 일 양상에 따른 광학계는, 조건식 1.0 < TTL / f < 2.0 (TTL: 광학계의 전체 길이(mm), f: 광학계 전체의 초점거리(mm))을 더 만족할 수 있다.Additionally, the optical system according to one aspect of the present invention may further satisfy the conditional equation 1.0 < TTL / f < 2.0 (TTL: total length of the optical system (mm), f: focal length of the entire optical system (mm)).
또한 본 발명의 일 양상에 따른 광학계는, 조건식 0.5 < f/f34 < 2.0 (f: 광학계 전체의 초점거리(mm), f34: 제3 렌즈(L3)와 제4 렌즈(L4)의 합성 초점거리(mm))을 더 만족할 수 있다.In addition, the optical system according to one aspect of the present invention has the conditional expression 0.5 < f/f34 < 2.0 (f: focal length of the entire optical system (mm), f34: composite focal length of the third lens (L3) and the fourth lens (L4) (mm)) can be more satisfied.
또한 본 발명의 일 양상에 따른 광학계의 F넘버는 1.5 이하일 수 있다.Additionally, the F number of the optical system according to one aspect of the present invention may be 1.5 or less.
또한 본 발명의 일 양상에 따른 광학계에서, 제1 렌즈는 물체측면은 볼록하고 상측면은 오목한 렌즈이고, 제2 렌즈는 물체측면은 볼록하고 상측면은 오목한 렌즈이고, 제3 렌즈는 물체측면은 오목하고 상측면은 볼록한 렌즈이고, 제4 렌즈는 물체측면은 볼록하고 상측면은 오목하거나 평면인 렌즈일 수 있다.Additionally, in the optical system according to one aspect of the present invention, the first lens is a lens whose object side is convex and the image side is concave, the second lens is a lens whose object side is convex and the image side is concave, and the third lens is a lens whose object side is concave. The lens may be concave and the image side may be convex, and the fourth lens may be a lens whose object side is convex and the image side may be concave or flat.
또한 본 발명의 일 양상에 따른 광학계에서, 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제4 렌즈는 각각 양면이 모두 구면인 유리 렌즈이고, 제3 렌즈는 양면이 모두 비구면인 유리 렌즈일 수 있다.Additionally, in the optical system according to one aspect of the present invention, the first lens, the second lens, and the fourth lens may each be a glass lens whose both sides are spherical, and the third lens may be a glass lens whose both sides are aspherical.
또한 본 발명의 일 양상에 따른 광학계에서, 제1 렌즈의 굴절율(Nd)은 제2 렌즈의 굴절율(Nd)보다는 작고 제4 렌즈의 굴절율(Nd)보다는 클 수 있다.Additionally, in the optical system according to one aspect of the present invention, the refractive index (Nd) of the first lens may be smaller than the refractive index (Nd) of the second lens and greater than the refractive index (Nd) of the fourth lens.
본 발명에 따르면 운전자 상태 모니터링을 위한 차량 탑재형 TOF 카메라에 최적화된 광학계를 제공할 수 있다. According to the present invention, an optical system optimized for a vehicle-mounted TOF camera for driver condition monitoring can be provided.
또한 본 발명에 따르면, F-no 1.5 이하의 매우 밝은 광학계를 구현하여 TOF 카메라의 반사광 수집 효율을 향상시킴으로써 차량 내부에서 운전자의 영상을 보다 선명하게 촬영할 수 있다. In addition, according to the present invention, the reflected light collection efficiency of the TOF camera is improved by implementing a very bright optical system with F-no 1.5 or less, so that the driver's image can be captured more clearly inside the vehicle.
또한 본 발명에 따르면, 운전자의 얼굴을 집중적으로 촬영할 수 있는 37~38도 정도의 화각을 구현함으로써 운전자 모니터링 시스템에 적합한 광학계를 제공할 수 있다.In addition, according to the present invention, an optical system suitable for a driver monitoring system can be provided by implementing a field of view of about 37 to 38 degrees that can intensively photograph the driver's face.
또한 본 발명에 따르면, 광학계 전장(TTL)을 16mm 내외로 구현함으로써 차량 탑재형 TOF 카메라의 크기를 최소화할 수 있다.Additionally, according to the present invention, the size of a vehicle-mounted TOF camera can be minimized by implementing a total optical length (TTL) of around 16 mm.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계의 구성도
도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계의 수차도
도 2a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계의 구성도
도 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계의 수차도1A is a configuration diagram of an optical system according to a first embodiment of the present invention.
1B is an aberration diagram of an optical system according to the first embodiment of the present invention.
Figure 2a is a configuration diagram of an optical system according to a second embodiment of the present invention.
Figure 2b is an aberration diagram of an optical system according to a second embodiment of the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
먼저 도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계의 구성도 및 수차도를 나타낸 것이고, 도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계의 구성도 및 수차도를 나타낸 것이다.First, Figures 1A and 1B respectively show the configuration and aberration diagram of the optical system according to the first embodiment of the present invention, and Figures 2A and 2B respectively show the configuration and number of the optical system according to the second embodiment of the present invention. It shows the path to recovery.
본 발명의 실시예에 따른 광학계는 도 1a 및 도 2a에 나타낸 바와 같이, 물체 측에서부터 상 측으로 순서대로 배열된 제1 렌즈(L1) 내지 제4 렌즈(L4)를 포함한다.The optical system according to an embodiment of the present invention includes first lenses L1 to fourth lenses L4 arranged in order from the object side to the image side, as shown in FIGS. 1A and 2A.
구체적으로 살펴보면, 제1 렌즈(L1)는 정의 굴절력을 가지며, 물체측면은 볼록하고 상측면은 오목한 렌즈일 수 있다.Specifically, the first lens L1 may have positive refractive power, and may be a lens with a convex object side and a concave image side.
제2 렌즈(L2)는 부의 굴절력을 가지며, 물체측면은 볼록하고 상측면은 오목한 렌즈일 수 있다.The second lens L2 may have negative refractive power, and may be a lens in which the object side is convex and the image side is concave.
제3 렌즈(L3)는 부의 굴절력을 가지며, 물체측면은 오목하고 상측면은 볼록한 렌즈일 수 있다.The third lens L3 may have negative refractive power and may be a lens in which the object side is concave and the image side is convex.
제4 렌즈(L4)는 정의 굴절력을 가지며, 물체측면은 볼록하고 상측면은 오목하거나 평면인 렌즈일 수 있다.The fourth lens L4 has positive refractive power and may be a lens with a convex object side and a concave or flat image side.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 광학계에서는, 제1 렌즈(L1), 제2 렌즈(L2) 및 제4 렌즈(L4)는 양면이 모두 구면이고, 제3 렌즈(L3)는 양면이 모두 비구면인 것이 바람직하다. Meanwhile, in the optical system according to the embodiment of the present invention, both surfaces of the first lens (L1), second lens (L2), and fourth lens (L4) are spherical, and both surfaces of the third lens (L3) are aspherical. It is desirable to be
또한 제1 렌즈(L1), 제2 렌즈(L2), 제3 렌즈(L3) 및 제4 렌즈(L4)는 모두 유리 재질이고 서로 다른 굴절율(Nd)을 가질 수 있다. 이 경우, 제1 렌즈(L1)의 굴절율(Nd)은 제2 렌즈(L2)의 굴절율(Nd)보다는 작고, 제4 렌즈(L4)의 굴절율(Nd)보다는 큰 것이 바람직하다.Additionally, the first lens (L1), the second lens (L2), the third lens (L3), and the fourth lens (L4) are all made of glass and may have different refractive indices (Nd). In this case, the refractive index (Nd) of the first lens (L1) is preferably smaller than the refractive index (Nd) of the second lens (L2) and larger than the refractive index (Nd) of the fourth lens (L4).
조리개(STOP)는 제1 렌즈(L1)의 앞쪽 또는 주변에 배치될 수 있다. 또한 제4렌즈(L4)와 이미지센서의 사이에는 커버글래스(CG)가 배치될 수 있다.The aperture STOP may be placed in front of or around the first lens L1. Additionally, a cover glass (CG) may be disposed between the fourth lens (L4) and the image sensor.
또한 본 발명의 실시예에 따른 광학계에서는 일반적인 촬상 광학계에서 사용되는 적외선 필터가 생략될 수 있다. 차량 탑재형 TOF 카메라에는 태양광의 간섭이 적은 920~960nm 대역의 근적외선 영역의 광원이 주로 사용되므로 적외선 필터를 설치할 경우 적외선 반사광이 이미지센서까지 도달하지 못할 수 있기 때문이다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니므로, 적외선 필터를 대신하여 특정 파장대의 빛을 통과시키는 대역통과필터(BPF)를 커버글래스(CG)의 내측에 설치할 수도 있다.Additionally, in the optical system according to an embodiment of the present invention, the infrared filter used in a general imaging optical system may be omitted. This is because vehicle-mounted TOF cameras mainly use light sources in the 920-960 nm band of near-infrared light, which has little interference from sunlight, so if an infrared filter is installed, infrared reflected light may not reach the image sensor. However, it is not necessarily limited to this, and instead of an infrared filter, a band-pass filter (BPF) that passes light in a specific wavelength range may be installed inside the cover glass (CG).
한편 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 광학계는 TOF 카메라에 적합한 밝은 F넘버를 구현하면서도 우수한 성능을 확보하고 전장을 최소화하기 위하여 다음의 조건식 1 내지 4를 만족하도록 설계되는 것이 바람직하다.Meanwhile, the optical system according to the first and second embodiments of the present invention is preferably designed to satisfy the following conditional equations 1 to 4 in order to secure excellent performance and minimize the overall length while implementing a bright F number suitable for a TOF camera.
<조건식 1><Conditional expression 1>
0.5 < f /f1 < 1.50.5 < f /f1 < 1.5
f: 광학계 전체의 초점거리(mm)f: Focal length of the entire optical system (mm)
f1: 제1 렌즈(L1)의 초점거리(mm)f1: Focal length of the first lens (L1) (mm)
위 조건식 1은 광학계 전체의 초점거리와 제1 렌즈(L1)의 초점거리에 관한 것으로서, f /f1 값이 상한보다 크면 짧은 전장을 확보하기 어려워지고, 하한보다 작으면 다수의 렌즈로 광학계를 구성하는 것이 어려워진다.Conditional expression 1 above relates to the focal length of the entire optical system and the focal length of the first lens (L1). If the f /f1 value is larger than the upper limit, it becomes difficult to secure a short overall length, and if it is smaller than the lower limit, the optical system is composed of multiple lenses. It becomes difficult to do.
<조건식 2><Conditional expression 2>
1.0 < TTL / f < 2.01.0 < TTL / f < 2.0
TTL: 광학계의 전체 길이(mm)TTL: Total length of optical system (mm)
f: 광학계 전체의 초점거리(mm) f: Focal length of the entire optical system (mm)
위 조건식 2는 광학계 전체의 길이와 초점거리에 관한 것으로서, TTL/f 값이 상한보다 크면 전장이 지나치게 길어져 광학계의 소형화가 어려워지고, 하한보다 작으면 렌즈의 굴절력이 부족하여 광학적인 성능 확보가 어려워진다.Conditional equation 2 above relates to the overall length and focal length of the optical system. If the TTL/f value is greater than the upper limit, the total length becomes too long, making miniaturization of the optical system difficult, and if it is less than the lower limit, the refractive power of the lens is insufficient, making it difficult to secure optical performance. Lose.
<조건식 3><Conditional expression 3>
0.5 < f/f34 < 2.00.5 < f/f34 < 2.0
f: 광학계 전체의 초점거리(mm)f: Focal length of the entire optical system (mm)
f34: 제3 렌즈(L3)와 제4 렌즈(L4)의 합성 초점거리(mm)f34: Composite focal length of the third lens (L3) and fourth lens (L4) (mm)
위 조건식 3은 광학계 전체의 초점거리와 제3 렌즈(L3)와 제4 렌즈(L4)의 합성 초점거리에 관한 것으로서, f/f34 값이 상한보다 크면 짧은 전장을 확보하기 어려워지고, 하한보다 작으면 밝은 광학계를 구성 하기 어려워진다.Conditional expression 3 above relates to the focal length of the entire optical system and the combined focal length of the third lens (L3) and fourth lens (L4). If the f/f34 value is larger than the upper limit, it becomes difficult to secure a short overall length, and if the f/f34 value is larger than the upper limit, it becomes difficult to secure a short overall length. If so, it becomes difficult to construct a bright optical system.
<조건식 4><Conditional expression 4>
2.0 < FOV/TTL < 3.02.0 < FOV/TTL < 3.0
FOV: 광학계의 화각(°)FOV: angle of view of optical system (°)
TTL: 광학계의 전체 길이(mm)TTL: Total length of optical system (mm)
위 조건식 4는 광학계의 화각과 전체 길이에 관한 것으로서, FOV/TTL 값이 상한보다 크면 적절한 시야각을 확보하기 어려워지고, 하한보다 작으면 렌즈의 굴절력이 부족하여 광학적인 성능 확보가 어려워진다.Conditional equation 4 above relates to the angle of view and total length of the optical system. If the FOV/TTL value is larger than the upper limit, it becomes difficult to secure an appropriate viewing angle, and if it is smaller than the lower limit, the refractive power of the lens is insufficient, making it difficult to secure optical performance.
아래의 표 1은 전술한 조건식 1 내지 조건식 4를 모두 만족하는 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 광학계의 구체적인 설계 스펙을 예시한 것이다.Table 1 below illustrates specific design specifications of the optical system according to the first and second embodiments that satisfy all of the above-described conditional expressions 1 to 4.
[표 1] [Table 1]
표 1의 값을 산출하는데 제공된 각 실시예 별 데이터는 다음과 같으며, 제1 실시예 및 제2 실시예의 광학계 구성은 각각 도 1a 및 도 2a에 도시된 바와 같다. The data for each example provided to calculate the values in Table 1 are as follows, and the optical system configurations of the first and second examples are as shown in FIGS. 1A and 2A, respectively.
아래의 표 2는 제1 실시예에 따른 광학계의 설계 스펙 - 각 렌즈의 렌즈면 형상과 곡률반경(mm), 두께(mm), 렌즈간격(mm), 굴절률(Nd), 아베 수(Vd) 등 -을 나타낸 것이고, 표 3은 제1 실시예에 따른 광학계의 제3 렌즈(L3)의 각 렌즈면에 적용되는 비구면 계수를 나타낸 것이다.Table 2 below shows the design specifications of the optical system according to the first embodiment - the lens surface shape, radius of curvature (mm), thickness (mm), lens spacing (mm), refractive index (Nd), and Abbe number (Vd) of each lens. etc., and Table 3 shows the aspherical coefficients applied to each lens surface of the third lens L3 of the optical system according to the first embodiment.
[표 2] 제1 실시예의 설계 스펙[Table 2] Design specifications of the first embodiment
[표 3] 제1 실시예의 비구면계수[Table 3] Aspherical coefficient of the first example
또한 아래의 표 4는 제2 실시예에 따른 광학계의 설계 스펙을 나타낸 것이고, 표 5는 제2 실시예에 따른 광학계의 제3 렌즈(L3)의 각 렌즈면에 적용되는 비구면 계수를 나타낸 것이다.Additionally, Table 4 below shows the design specifications of the optical system according to the second embodiment, and Table 5 shows the aspherical coefficients applied to each lens surface of the third lens L3 of the optical system according to the second embodiment.
[표 4] 제2 실시예의 설계 스펙[Table 4] Design specifications of the second embodiment
[표 5] 제2 실시예의 비구면 계수[Table 5] Aspherical coefficient of the second embodiment
한편 각 실시예에서 비구면 렌즈의 형상은 아래의 수학식을 통해 산출될 수 있다.Meanwhile, the shape of the aspherical lens in each embodiment can be calculated through the equation below.
[수학식] [Equation]
위 수학식에서, Z는 렌즈의 정점부터 광축 방향으로의 거리이고, h는 광축에 수직방향으로의 거리이며, c는 렌즈의 정점에 있어서의 곡률반경의 역수이며, K는 Conic 상수이며, A4, A6, A8, A10, A12, A14, A16,,,, 은 각각 비구면 계수로서 표 3 및 표 5에 예시한 바와 같다. In the above equation, Z is the distance from the vertex of the lens in the optical axis direction, h is the distance perpendicular to the optical axis, c is the reciprocal of the radius of curvature at the vertex of the lens, K is the Conic constant, A4, A6, A8, A10, A12, A14, A16,,,, are aspheric coefficients, as shown in Tables 3 and 5, respectively.
한편 도 1b 및 도 2b는 각각 제1 및 제2 실시예에 따른 광학계의 수차도를 나타낸 것으로서, 이를 통해 각 실시예에서 비점수차 및 왜곡수차가 양호한 것을 확인할 수 있다.Meanwhile, Figures 1b and 2b show aberration diagrams of optical systems according to the first and second embodiments, respectively, through which it can be seen that astigmatism and distortion are good in each embodiment.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, F넘버 1.5 이하의 매우 밝은 광학계를 구현함으로써 TOF 카메라의 반사광 수집효율을 크게 향상시킬 수 있고, 37~38 정도의 화각을 구현함으로써 차량 내에서 운전자의 얼굴을 보다 선명하게 촬영할 수 있다. 또한 16mm 내외의 짧은 전장(TTL)을 구현함으로써 차량 탑재용 소형 TOF 카메라에 적합한 광학계를 제공할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the reflected light collection efficiency of the TOF camera can be greatly improved by implementing a very bright optical system with an F number of 1.5 or less, and by implementing a viewing angle of about 37 to 38, it is possible to see the driver's face in the vehicle. You can take pictures clearly. Additionally, by implementing a short overall length (TTL) of around 16mm, it is possible to provide an optical system suitable for small TOF cameras mounted on vehicles.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형 또는 수정되어 실시될 수 있으며, 변형 또는 수정된 실시예도 후술하는 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상을 포함한다면 본 발명의 권리범위에 속함은 당연하다 할 것이다. Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be implemented in various forms by modification or modification. Modified or modified embodiments of the present invention are also disclosed in the claims described later. If the technical idea is included, it is natural that it falls within the scope of the rights of the present invention.
L1: 제1 렌즈
L2: 제2 렌즈
L3: 제3 렌즈
L4: 제 4렌즈
STOP: 조리개
CG: 커버글래스L1: 1st lens L2: 2nd lens L3: 3rd lens
L4: 4th lens STOP: Aperture CG: Cover glass
Claims (8)
부의 굴절력을 가지는 제2 렌즈;
부의 굴절력을 가지는 제3 렌즈;
정의 굴절력을 가지는 제4 렌즈;
를 포함하고, 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 및 제4 렌즈는 물체 측에서부터 상 측으로 순서대로 배열되며, 다음의 조건식을 만족하는 광학계.
2.0 < FOV/TTL < 3.0
(FOV: 광학계의 화각(°), TTL: 광학계의 전체 길이(mm))a first lens having positive refractive power;
a second lens having negative refractive power;
a third lens having negative refractive power;
a fourth lens having positive refractive power;
An optical system comprising: a first lens, a second lens, a third lens, and a fourth lens are arranged in order from the object side to the image side, and satisfies the following conditional expression.
2.0 < FOV/TTL < 3.0
(FOV: angle of view of the optical system (°), TTL: total length of the optical system (mm))
다음의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학계.
0.5 < f /f1 < 1.5
(f: 광학계 전체의 초점거리(mm), f1: 제1 렌즈(L1)의 초점거리(mm))According to paragraph 1,
An optical system characterized by satisfying the following conditional expression.
0.5 < f /f1 < 1.5
(f: focal length of the entire optical system (mm), f1: focal length of the first lens (L1) (mm))
다음의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학계.
1.0 < TTL / f < 2.0
(TTL: 광학계의 전체 길이(mm), f: 광학계 전체의 초점거리(mm))According to paragraph 1,
An optical system characterized by satisfying the following conditional expression.
1.0 < TTL / f < 2.0
(TTL: total length of the optical system (mm), f: focal length of the entire optical system (mm))
다음의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학계.
0.5 < f/f34 < 2.0
(f: 광학계 전체의 초점거리(mm), f34: 제3 렌즈(L3)와 제4 렌즈(L4)의 합성 초점거리(mm))According to paragraph 1,
An optical system characterized by satisfying the following conditional expression.
0.5 < f/f34 < 2.0
(f: focal length of the entire optical system (mm), f34: composite focal length of the third lens (L3) and fourth lens (L4) (mm))
F넘버가 1.5 이하인 것을 특징으로 하는 광학계According to any one of claims 1 to 4,
An optical system characterized by an F number of 1.5 or less
제1 렌즈는, 물체측면은 볼록하고 상측면은 오목한 렌즈이고,
제2 렌즈는, 물체측면은 볼록하고 상측면은 오목한 렌즈이고,
제3 렌즈는, 물체측면은 오목하고 상측면은 볼록한 렌즈이고,
제4 렌즈는, 물체측면은 볼록하고 상측면은 오목하거나 평면인 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학계According to any one of claims 1 to 4,
The first lens is a lens whose object side is convex and the image side is concave,
The second lens is a lens whose object side is convex and the image side is concave,
The third lens is a lens whose object side is concave and the image side is convex,
The fourth lens is an optical system characterized in that the object side is convex and the image side is concave or flat.
제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제4 렌즈는 각각 양면이 모두 구면인 유리 렌즈이고, 제3 렌즈는 양면이 모두 비구면인 유리 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학계According to clause 6,
The first lens, the second lens, and the fourth lens are glass lenses whose both sides are spherical, and the third lens is a glass lens whose both sides are aspherical.
제1 렌즈의 굴절율(Nd)은, 제2 렌즈의 굴절율(Nd)보다는 작고 제4 렌즈의 굴절율(Nd)보다는 큰 것을 특징으로 하는 광학계In clause 7,
The refractive index (Nd) of the first lens is smaller than the refractive index (Nd) of the second lens and greater than the refractive index (Nd) of the fourth lens.
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