WO2018016664A1 - 렌즈 어셈블리와 이를 이용한 광학 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 렌즈 어셈블리와 이를 이용한 광학 장치가 개시된다. 본 발명의 렌즈 어셈브리는 물체측이 평평하고 상측이 오목한 평오목 렌즈로 배치되는 제1 렌즈, 제1 렌즈와 나란하게 배치되면서 제1 간격으로 이격되고, 양볼록 렌즈로 배치되는 제2 렌즈, 제2 렌즈와 나란하게 배치되면서 제2 간격으로 이격되고, 양볼록 렌즈로 배치되는 제3 렌즈, 제3 렌즈와 나란하게 배치되면서 양볼록 렌즈로 배치되는 제4 렌즈, 제4 렌즈와 접합되어 양볼록 렌즈로 배치되는 제5 렌즈 및 제2 렌즈와 제3 렌즈 사이에 배치되어 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈의 유효 직경을 변화시키는 조리개를 포함하고, 제1 렌즈 내지 제5 렌즈 중 적어도 하나 이상의 곡률 반경이 동일한 것을 포함한다. 본 발명에 의하면, 제작 비용을 낮추면서 상면만곡 수차와 횡색수차를 감소시킬 수 있다.

Description

렌즈 어셈블리와 이를 이용한 광학 장치
본 발명은 렌즈 어셈블리와 이를 이용한 광학 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 렌즈 전체를 저굴절 렌즈로 구성하는 동시에 적어도 하나 이상의 렌즈의 곡률 반경을 일치시킴으로써, 제작 비용을 낮추면서 상면만곡 수차와 횡색수차를 감소시킬 수 있는 렌즈 어셈블리와 이를 이용한 광학 장치에 관한 것이다.
최근 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)와 같은 고체 촬상 소자를 이용한 디지털 카메라 또는 디지털 캠코더와 같은 결상 광학기기가 급속히 확대 보급되고 있으며, 이에 따라, 고성능이며, 소형 경량화된 구조의 촬영 렌즈가 요구되고 있다.
고체 촬상소자를 사용하는 광학계에서 있어서 시장의 요구는 고해상력은 물론이고 고배율을 구현하면서 소형화되는 경향을 가지고 있다. 또한 카메라에 대한 소비자의 전문성이 지속적으로 높아져, 광각 렌즈, 망원 렌즈, 줌 렌즈 등 특정 기능에 중심을 두면서도 소형화, 고성능, 오토 포커싱 등의 요구를 만족하는 렌즈 설계 방안이 지속적으로 모색되고 있다.
한편, 렌즈 설계시 비구면 플라스틱렌즈를 사용할 경우 수차는 줄일 수 있지만, 공차 관리를 하는데 많은 어려움이 발생하여 일정한 성능을 유지하는데 많은 문제점이 발생하였다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 렌즈 전체를 유리 재질이면서 저굴절 렌즈로 구성하되, 적어도 하나 이상의 렌즈의 곡률 반경을 일치시킴으로써, 제작 비용을 낮추면서 상면만곡 수차와 횡색수차 감소시킬 수 있는 렌즈 어셈블리와 이를 이용한 광학 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 물체측이 평평하고 상측이 오목한 평오목 렌즈로 배치되는 제1 렌즈, 제1 렌즈와 나란하게 배치되면서 제1 간격으로 이격되고, 양볼록 렌즈로 배치되는 제2 렌즈, 제2 렌즈와 나란하게 배치되면서 제2 간격으로 이격되고, 양볼록 렌즈로 배치되는 제3 렌즈, 제3 렌즈와 나란하게 배치되면서 양볼록 렌즈로 배치되는 제4 렌즈, 제4 렌즈와 접합되어 양볼록 렌즈로 배치되는 제5 렌즈 및 제2 렌즈와 제3 렌즈 사이에 배치되어 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈의 유효 직경을 변화시키는 조리개를 포함하고, 제1 렌즈 내지 제5 렌즈 중 적어도 하나 이상이 곡률 반경이 동일한 것을 포함한다.
제1 렌즈 내지 상기 제5 렌즈 각각은 물체측을 향해 배치되는 제1 면과 상측을 향해 배치되는 제2 면을 포함하고, 상측을 향해 오목하게 배치되는 제1 렌즈의 제2 면은 상측을 향해 볼록하게 배치되는 제4 렌즈의 제2 면 또는 제5 렌즈의 제1 면과 동일한 곡률 반경을 가지는 것을 포함할 수 있다.
물체측을 향해 볼록하게 배치되는 제2 렌즈의 제1 면은 물체측을 향해 볼록하게 배치되는 제3 렌즈의 제1 면과 물체측을 향해 볼록하게 배치되는 제3 렌즈의 제2 면과 동일한 곡률 반경을 가지는 것을 포함할 수 있다.
제1 렌즈 내지 제5 렌즈 중 적어도 하나 이상은 서로 다른 광학 소재로 형성되는 것을 포함할 수 있다.
제2 렌즈와 제5 렌즈는 서로 동일한 제1 광학 소재로 형성되고, 제3 렌즈와 제4 렌즈는 제1 광학 소재와 다른 제2 광학 소재로 형성되는 것을 포함할 수 있다.
제4 렌즈와 제5 렌즈는 서로 접합된 접합렌즈인 것을 포함할 수 있다.
제1 렌즈 내지 제5 렌즈의 굴절률이 하기 수학식 1을 만족하는 것을 포함할 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2016007942-appb-I000001
n은 제1 렌즈 내지 제5 렌즈의 굴절률.
제1 간격과 제2 간격은 하기 수학식 2를 만족하는 것을 포함할 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2016007942-appb-I000002
l1 : 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 거리,
l2 : 제2 렌즈와 제3 렌즈 사이의 거리.
제1 렌즈 내지 제5 렌즈에 대한 전체 굴절능과 제1 렌즈 내지 제5 렌즈 중 하나의 굴절능은 하기 수학식 3을 만족하는 것을 포함할 수 있다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2016007942-appb-I000003
k: 전체 굴절능,
ki: i번 렌즈의 굴절능,
ni: i번 렌즈의 굴절률
제1 렌즈와 제2 렌즈는 하기 수학식 4를 만족하는 것을 포함할 수 있다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2016007942-appb-I000004
k12: 제1 렌즈와 제2 렌즈의 합산 굴절능,
n1: 제1 렌즈의 굴절률,
n2: 제2 렌즈의 굴절률,
R1: 제1렌즈의 제1 면의 곡률반경,
R4: 제 2렌즈의 제2 면의 곡률반경.
제4 렌즈와 제5 렌즈는 하기 수학식 5를 만족하는 것을 포함할 수 있다.
[수학식 5]
Figure PCTKR2016007942-appb-I000005
k4: 제4 렌즈의 d선 굴절능,
k5: 제5 렌즈의 d선 굴절능,
V4: 제4 렌즈의 분산,
V5: 제5 렌즈의 분산
제1 렌즈와 제2 렌즈는 하기 수학식 6을 만족하는 것을 포함할 수 있다.
[수학식 6]
Figure PCTKR2016007942-appb-I000006
k1: 제1 렌즈의 d선 굴절능,
k2: 제2 렌즈의 d선 굴절능,
V1:제1 렌즈의 분산,
V2: 제2 렌즈의 분산
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 측면에 따르면, 렌즈 어셈블리와 상기 렌즈 어셈블리가 형성한 광학 상을 전기 신호로 변환하는 광학 소자를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리와 이를 이용한 광학 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 제작 비용을 낮추면서 상면만곡 수차와 횡색수차를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리에서 제1 렌즈 내지 제5 렌즈에 대한 광로도를 보여준다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리에서 물체 위치에 대한 구면 수차, 비점 수차 및 왜곡을 나타낸 종수차도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리에서 제1 렌즈 내지 제5 렌즈에 대한 광로도를 보여준다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리에서 물체 위치에 대한 구면 수차, 비점 수차 및 왜곡을 나타낸 종수차도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리에서 제1 렌즈 내지 제5 렌즈에 대한 광로도를 보여준다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리에서 물체 위치에 대한 구면 수차, 비점 수차 및 왜곡을 나타낸 종수차도이다.
도 7은 본 발명이 수학식 1 내지 수학식 6들의 조건을 만족하는 것을 수치로 표현한 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 광학 장치가 다양하게 적용되는 예를 보여주는 도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수 개의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1, 도 3 및 도 5는 본 발명의 제1 실시 예 내지 제3 실시 예에 따른 광학 장치에 장착되는 렌즈 어셈블리에 대한 광학적 배치를 보여줄 수 있다.
실시 예들에 따른 렌즈 어셈블리는 제1 렌즈 내지 제5 렌즈를 포함할 수 있다. 제1 렌즈 내지 제5 렌즈는 물체(OBJ)측으로부터 상(IMG)측으로 광축을 따라 순차적으로 배열될 수 있다. 광선은 순차적으로 배치되는 제1 렌즈 내지 제5 렌즈를 차례로 통과할 수 있다. 제1 렌즈 내지 제5 렌즈는 양 또는 음의 굴절률을 가질 수 있다. 제1 렌즈 내지 제5 렌즈는 양 또는 음의 초점거리를 가질 수 있다. 제1 렌즈 내지 제5 렌즈 사이 중 한 지점에는 조리개가 배치될 수 있다. 조리개에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다. 상(IMG)측에는 필터, 커버글래스가 더 배치될 수 있다.
제1 렌즈 내지 제5 렌즈 중 적어도 하나는 비구면으로 형성될 수 있다. 제1 렌즈 내지 제5 렌즈 각각은 제1 면과 제2 면을 포함할 수 있다. 제1 면은 제1 방향을 향해 형성될 수 있다. 제1 방향은 렌즈를 중심으로 물체(OBJ)측을 향해 형성되는 수평방향이다. 제2 면은 제1 방향과 반대방향인 제2 방향을 향해 형성될 수 있다. 제2 방향은 렌즈를 중심으로 상(IMG)측을 향해 형성되는 수평방향으로 정의될 수 있다. 제1 면과 제2 면은 구면 또는 비구면으로 형성될 수 있다.
Figure PCTKR2016007942-appb-M000001
여기서 n는 본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리에서 물체측에 가장 가깝게 배치되는 제1 렌즈 내지 제5 렌즈 각각의 굴절률이다. 수학식 1에서 n은 1.8이하는 일반적으로 저굴절로 분류될 수 있는 값일 수 있다.
수학식 1에서 굴절률은 n=c/v로 정의되는 값이다. 이때 c는 진공에서의 빛의 속도이고, v는 그 매질에서의 빛의 속도일 수 있다. 따라서 진공에서의 굴절률은 1이 되고, 유리나 물에서는 빛이 더 느리게 진행하기 때문에 수학식 1의 n 값은 1보다 크게 되는 것이 바람직하다.
수학식 1은 본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리에서 제1 렌즈 내지 제5 렌즈들이 모두 저굴절 렌즈를 사용되는 조건을 나타낼 수 있다. 제1 렌즈 내지 제5 렌즈 모두가 수학식 1을 만족하면, 제1 렌즈 내지 제5 렌즈는 저굴절 렌즈일 수 있다. 이에 제1 렌즈 내지 제5 렌즈는 낮은 비용으로 제작이 가능하다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리의 제1 렌즈 내지 제5 렌즈는 유리 재질로 구성될 수 있다. 이에 제1 렌즈 내지 제5 렌즈의 굴절률은 1.5 이상 1.8 이하인 것이 바람직하다.
Figure PCTKR2016007942-appb-M000002
여기서 l1은 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 거리이고, l2은 제2 렌즈와 제3 렌즈 사이의 거리이다. 수학식 2는 입사동의 크기를 결정하여 렌즈의 밝기를 조절할 수 있다.
여기서 입사동은 렌즈에 입사하는 빛의 양을 제한하는 구경 조리개로 정의될 수 있다. 즉, 입사동은 물체측 공간에서 렌즈에 입사하는 광선속을 제한하는 실제 구경 조리개일 수 있다. 입사동은 구경 조리개의 크기에 따라 렌즈의 밝기를 조절할 수 있다.
이에 본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리는 수학식 2에 만족할 수 있는 0.7 이상 1.0 이하의 범위에 포함됨으로써, 렌즈의 밝기를 용이하게 조절할 수 있다.
Figure PCTKR2016007942-appb-M000003
여기서 k는 제1 렌즈 내지 제5 렌즈의 전체 굴절능이고, ki는 제i 렌즈의 굴절능, ni는 제i 렌즈의 굴절률이다.
Figure PCTKR2016007942-appb-M000004
여기서 k12은 제1 렌즈와 제2 렌즈의 굴절능을 합산한 값이고, n1은 제1 렌즈의 굴절률, n2은 제2 렌즈의 굴절률, R1은 제1렌즈의 제1 면의 곡률반경, R4은 제2 렌즈의 제2 면의 곡률반경이다.
본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리는 제1 렌즈 내지 제5 렌즈 간의 굴절능, 굴절률 및 곡률반경을 이용하여 상면만곡 수차를 줄일 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리는 수학식 3 및 수학식 4 중 적어도 하나를 만족하면, 상면만곡 수차를 줄일 수 있다. 바람직하게는 수학식 3 및 수학식 4를 모두 만족하는 것이다. 여기서 상면만곡은 평면 물체측(피사체)을 평면적인 상으로 초점을 맞추지 못하는 렌즈의 결함 현상이다. 상면만곡은 물체측(피사체)의 중심이 선명하게 초점이 맞으면, 물체측(피사체)의 주변이 초점이 맞지 않는다. 반대로 물체측(피사체)의 주변이 선명하게 초점이 맞으면 물체측(피사체)의 중심이 흐려져 보일 수 있다.
Figure PCTKR2016007942-appb-M000005
여기서 k4는 제4 렌즈의 D선 굴절능이고, k5는 제5 렌즈의 D선 굴절능이고, V4는 제4 렌즈의 분산이고, V5는 제5 렌즈의 분산이다.
Figure PCTKR2016007942-appb-M000006
여기서 k1은 제1 렌즈의 D 선 굴절능이고, k2는 제2 렌즈의 D 선 굴절능이고, V1은 제1 렌즈의 분산이고, V2는 제2 렌즈의 분산이다.
이때 D 선은 제1 파장의 굴절률을 가지며, 황색(587.56nm)으로 표현될 수 있다. F 선은 제2 파장의 굴절률을 가지며, 청색(435.84nm)으로 표현될 수 있고, C 선은 제3 파장의 굴절률을 가지며, 적색(656.28nm)으로 표현될 수 있다. 제1 파장의 굴절률이 기준일 경우, 제2 파장의 굴절률은 제1 파장의 굴절률보다 더 크고, 제3 파장의 굴절률은 제1 파장의 굴절률보다 작을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리는 제1 렌즈와 제2 렌즈 간의 굴절능과 분산을 이용하거나 제4 렌즈와 제5 렌즈 간의 굴절능과 분산을 이용하여 횡색수차를 줄일 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리는 수학식 4 및 수학식 5 중 적어도 어느 하나를 만족하면, 횡색수차를 줄일 수 있다. 횡색 수차는 빛의 파장이 다르기 때문에 렌즈로 들어온 빛이 렌즈로 인하여 굴절되어서 가시광선이 광축에 초점을 맺지 못하고 분산되어 가로 방향으로 위쪽에 초점을 맺어 화상의 선명도를 해치는 수차일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리는 조리개를 포함할 수 있다. 조리개가 물체측에 가깝게 위치하면, 조리개의 뒤쪽에 배치되는 렌즈의 직경이 커질 수 있다. 이와 반대로, 조리개가 상측에 가깝게 위치하면, 조리개의 앞쪽에 배치되는 렌즈의 직경이 커질 수 있다. 따라서 렌즈의 크기를 전체적으로 균등하게 하기 위해서는 조리개가 다수의 렌즈들의 중간에 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리는에 배치되는 조리개는 조리개를 중심으로 조리개의 앞쪽 렌즈의 매수와 조리개의 뒤쪽 렌즈의 매수를 동일하게 배치될 수 있다. 이와 같이 조리개를 중심으로 렌즈의 매수가 동일하면, 광학계의 대칭성이 생겨서 상의 왜곡을 줄일 수 있다. 본 발명에서는 제4 렌즈와 제5 렌즈가 접합렌즈이므로, 하나의 렌즈로 표현될 수 있다. 제4 렌즈의 제2 면과 제5 렌즈의 제1 면이 서로 맞닿아 접합될 수 있다. 제4 렌즈의 제2 면의 곡률 반경과 제5 렌즈의 제1 면의 곡률 반경은 실질적으로 동일할 수 있다.
이에 본 발명의 조리개는 제1 렌즈 내지 제5 렌즈 중 제2 렌즈와 제3 렌즈의 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 제1 렌즈와 제2 렌즈는 조리개를 중심으로 조리개의 앞쪽에 배치되고, 제3 렌즈 내지 제4 렌즈 및 제5 렌즈는 조리개를 중심으로 조리개의 뒤쪽에 배치될 수 있다.
본 발명의 제1 렌즈 내지 제5 렌즈는 유리로 형성된 광학 소재일 수 있다. 제1 렌즈 내지 제5 렌즈 중 적어도 하나 이상은 서로 다른 유리 재질로 형성될 수 있다. 즉, 제2 렌즈와 제5 렌즈는 제1 광학 소재로 형성될 수 있고, 제3 렌즈와 제4 렌즈는 제1 광학 소재과 다른 제2 광학 소재로 형성될 수 있다. 본 발명은 제2 렌즈와 제5 렌즈는 제1 광학 소재로 동일한 유리 재질로 설계하고, 제3 렌즈와 제4 렌즈는 제2 광학 소재로 동일한 유리 재질로 설계함으로써, 제작 비용을 감소시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 제1 렌즈 내지 제5 렌즈는 유리로 형성하되, 렌즈군에 따라 성분이 다른 유리재질을 사용함으로써, 수차를 효율적으로 줄이는 동시에 제작 비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리는 손 떨림 보정 렌즈를 포함할 수 있다. 제1 렌즈 내지 제5 렌즈 중 적어도 어느 하는 손 떨림 보정 렌즈를 포함할 수 있다. 손 떨림 보정은 사용자가 저속 촬영을 할 경우 미세한 손 떨림 등에 의해 화면을 흔들리는 것을 방지하기 위한 기능이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리는에 배치되는 제1 렌즈 내지 제5 렌즈에 대한 상세한 구성과 렌즈데이터들을 실시 예 별로 살펴보기로 한다.
EFL은 광학계의 유효초점거리(Effective Focal Length)이고, HFOV는 반화각(Half Field of View)로서, 촬상소자에 보이는 영역을 의미한다.
K는 코닉상수(conic constant), A, B, C, D는 비구면계수를 나타낼 수 있다.
ST는 조리개를, F/#은 F수, ω는 반화각을 나타낼 수 있다. Radius, Thickness, Index, Abbe Number는 각각 곡률반경, 렌즈 두께, 굴절률 및 아베 수를 나타낼 수 있다.
렌즈 데이터에서 거리의 단위는 mm이다. 도 2, 도 4 및 도 6은 각각 제1 내지 제3 실시 예에 대한 종수차도(longitudinal aberration)으로서, 광학계의 성능을 나타낼 수 있다. 여기서 점선은 접선(tangential) 방향의 비점 수차를 의미한다.
굴절능은 렌즈 표면에서 굴절시키는 능력을 의미하며, 초점거리의 역수로 표현될 수 있다. 즉, 굴절능은 렌즈 표면이 광선을 수렴하거나 발산시키는 정도를 나타내는 것이다.
<제1 실시 예>
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리에서 제1 렌즈 내지 제5 렌즈에 대한 광로도를 보여준다.
도 1을 살펴보면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리(100)는 제1 렌즈(L11) 내지 제5 렌즈(L15)를 포함할 수 있다. 제1 실시 예에서는 EFL이 4.3 mm 이고, F/#이 2.5이고, HFOV가 40.19˚을 기준으로 한다.
제1 렌즈(L11)는 물체측이 평평하고, 상측이 오목한 평오목 렌즈로 배치될 수 있다. 제1 렌즈(L11)는 제1 방향인 물체측(OBJ)을 향해 평평한 제1 면(1)과 제2 방향인 상(IMG)측을 향해 오목하되, 비구면으로 형성되는 제2 면(2)을 포함할 수 있다. 제1 렌즈(L11)는 제1 초점거리를 가질 수 있다. 이러한 제1 렌즈(L11)는 굴절률이 대략 1.744이고, 아베 수가 대략 44.90일 수 있다.
제2 렌즈(L12)는 제1 렌즈(L11)와 나란하게 배치되되 소정의 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 제2 렌즈(L12)는 물체측이 볼록하고, 상측이 볼록한 양볼록 렌즈로 배치될 수 있다. 제2 렌즈(L12)는 제1 방향인 물체측(OBJ)을 향해 볼록한 제1 면(3)과 제2 방향인 상(IMG)측을 향해 볼록한 제2 면(4)을 포함할 수 있다. 제2 렌즈(L12)의 제2 면(4)은 제1 면(3)보다 곡률반경을 크게 형성될 수 있으며, 실질적으로 평평한 면에 가까울 수 있다. 제2 렌즈(L12)는 제2 초점거리를 가질 수 있다. 이러한 제2 렌즈(L12)는 굴절률이 대략 1.755이고, 아베 수가 대략 27.55일 수 있다.
제3 렌즈(L13)는 제2 렌즈(L12)와 소정의 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 제3 렌즈(L13)는 물체측이 볼록하고, 상측이 볼록한 양볼록 렌즈로 배치될 수 있다. 제3 렌즈(L13)는 제1 방향인 물체측(OBJ)을 향해 볼록한 제1 면(6)과 제2 방향인 상(IMG)측을 향해 볼록한 제2 면(7)을 포함할 수 있다. 제3 렌즈(L13)의 제2 면(7)은 제1 면(6)과 실질적으로 동일한 곡률반경을 가질 수 있다. 제3 렌즈(L13)의 제1 면(6)은 양의 곡률반경을 가지고, 제3 렌즈(L13)의 제2 면(7)은 음의 곡률반경을 가질 수 있다. 이에 제3 렌즈(L13)의 제1 면(6)과 제2 면(7)은 극성을 달리하되, 곡률반경을 동일하게 제작될 수 있다.
또한, 제3 렌즈(L13)의 제1 면(6)은 제2 렌즈(L12)의 제1 면(3)과 동일한 곡률반경을 가질 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 제1 렌즈(L11) 내지 제5 렌즈(L15) 중 적어도 하나 이상이 동일한 곡률반경을 가지므로 렌즈의 제작비용을 낮출 수 있다.
제3 렌즈(L13)는 제3 초점거리를 가질 수 있다. 이러한 제3 렌즈(L13)는 굴절률이 대략 1.620이고, 아베 수가 대략 60.37일 수 있다.
제4 렌즈(L14)는 제3 렌즈(L13)와 나란하게 배치될 수 있다. 제4 렌즈(L14)는 물체측이 볼록하고, 상측이 볼록한 양볼록 렌즈로 배치될 수 있다. 제4 렌즈(L13)는 제1 방향인 물체측(OBJ)을 향해 볼록한 제1 면(8)과 제2 방향인 상(IMG)측을 향해 볼록한 제2 면(9)을 포함할 수 있다. 이러한 제4 렌즈(L14)는 굴절률이 대략 1.620이고, 아베 수가 대략 60.37일 수 있다.
또한, 제4 렌즈(L14)의 제2 면(9)은 제1 렌즈(L11)의 제2 면(2)과 실질적으로 동일한 곡률반경을 가질 수 있다. 제4 렌즈(L14)의 제2 면(9)은 음의 곡률반경을 가지고, 제1 렌즈(L11)의 제2 면(2)은 양의 곡률반경을 가질 수 있다. 이에 제4 렌즈(L14)의 제2 면(9)과 제1 렌즈(L21)의 제2 면(2)은 극성을 달리하되, 곡률반경을 동일하게 제작될 수 있다.
제5 렌즈(L15)는 제4 렌즈(L14)와 접합되어 배치될 수 있다. 제5 렌즈(L15)는 물체측이 오목하고, 상측이 볼록한 네가티브 메니스커스 렌즈로 형성될 수 있다. 제5 렌즈(L15)는 제1 방향인 물체측(OBJ)을 향해 오목한 제1 면(9)과 제2 방향인 상(IMG)측을 향해 볼록한 제2 면(10)을 포함할 수 있다. 제5 렌즈(L15)의 제1 면(9)은 제4 렌즈(L14)의 제2 면(9)과 맞닿아 배치될 수 있다. 제4 렌즈(L14)와 제5 렌즈(L15)는 접합되어 제4 초점거리를 가질 수 있다. 이러한 제5 렌즈(L15)는 굴절률이 대략 1.755이고, 아베 수가 대략 27.55일 수 있다.
도 1에는 도시되지 않았지만 제2 렌즈(L12)와 제3 렌즈(L13) 사이에 배치되어 제1 렌즈(L11)와 제2 렌즈(L11)의 유효 직경을 변화시키는 조리개(5)를 포함할 수 있다. 렌즈 데이터는 다음과 같다.
Figure PCTKR2016007942-appb-T000001
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리에서 물체 위치에 대한 구면 수차, 비점 수차 및 왜곡을 나타낸 종수차도이다.
도 2는 제1 실시 예에 대한 종수차도(longitudinal aberration)으로서, 광학계의 성능을 나타낼 수 있다. 여기서 점선은 접선(tangential) 방향의 비점 수차를 의미한다. R 선은 적색(656.2725nm)이고, G선은 녹색(587.5618nm)이고, B선은 청색(486.1327nm)이다.
<제2 실시 예>
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리에서 제1 렌즈 내지 제5 렌즈에 대한 광로도를 보여준다.
도 3을 살펴보면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리(200)는 제1 렌즈(L21) 내지 제5 렌즈(L25)를 포함할 수 있다. 제2 실시 예에서는 EFL이 4.3mm 이고, F/#이 2.5이고, HFOV가 40.13˚을 기준으로 한다.
제1 렌즈(L21)는 물체측이 평평하고, 상측이 오목한 평오목 렌즈로 배치될 수 있다. 제1 렌즈(L21)는 제1 방향인 물체측(OBJ)을 향해 평평한 제1 면(1)과 제2 방향인 상(IMG)측을 향해 오목하되, 비구면으로 형성되는 제2 면(2)을 포함할 수 있다. 제1 렌즈(L21)는 제1 초점거리를 가질 수 있다. 이러한 제1 렌즈(L21)는 굴절률이 대략 1.744이고, 아베 수가 대략 44.90일 수 있다.
제2 렌즈(L22)는 제1 렌즈(L21)와 나란하게 배치되되 소정의 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 제2 렌즈(L22)는 물체측이 볼록하고, 상측이 볼록한 양볼록 렌즈로 배치될 수 있다. 제2 렌즈(L22)는 제1 방향인 물체측(OBJ)을 향해 볼록한 제1 면(3)과 제2 방향인 상(IMG)측을 향해 볼록한 제2 면(4)을 포함할 수 있다. 제2 렌즈(L22)의 제2 면(4)은 제1 면(3)보다 곡률반경을 크게 형성될 수 있으며, 실질적으로 평평한 면에 가까울 수 있다. 제2 렌즈(L22)는 제2 초점거리를 가질 수 있다. 이러한 제2 렌즈(L22)는 굴절률이 대략 1.755이고, 아베 수가 대략 27.55일 수 있다.
제3 렌즈(L23)는 제2 렌즈(L22)와 소정의 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 제3 렌즈(L23)는 물체측이 볼록하고, 상측이 볼록한 양볼록 렌즈로 배치될 수 있다. 제3 렌즈(L23)는 제1 방향인 물체측(OBJ)을 향해 볼록한 제1 면(6)과 제2 방향인 상(IMG)측을 향해 볼록한 제2 면(7)을 포함할 수 있다. 제3 렌즈(L23)의 제2 면(7)은 제1 면(6)과 실질적으로 동일한 곡률반경을 가질 수 있다. 제3 렌즈(L23)의 제1 면(6)은 양의 곡률반경을 가지고, 제3 렌즈(L23)의 제2 면(7)은 음의 곡률반경을 가질 수 있다. 이에 제3 렌즈(L23)의 제1 면(6)과 제2 면(7)은 극성을 달리하되, 곡률반경을 동일하게 제작될 수 있다.
또한, 제3 렌즈(L23)의 제1 면(6)은 제2 렌즈(L22)의 제1 면(3)과 동일한 곡률반경을 가질 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 제1 렌즈(L21) 내지 제5 렌즈(L25) 중 적어도 하나 이상이 동일한 곡률반경을 가지므로 렌즈의 제작비용을 낮출 수 있다.
제3 렌즈(L23)는 제3 초점거리를 가질 수 있다. 이러한 제3 렌즈(L23)는 굴절률이 대략 1.620이고, 아베 수가 대략 60.37일 수 있다.
제4 렌즈(L24)는 제3 렌즈(L23)와 나란하게 배치될 수 있다. 제4 렌즈(L24)는 물체측이 볼록하고, 상(IMG)측이 볼록한 양볼록 렌즈로 배치될 수 있다. 제4 렌즈(L23)는 제1 방향인 물체측(OBJ)을 향해 볼록한 제1 면(8)과 제2 방향인 상(IMG)측을 향해 볼록한 제2 면(9)을 포함할 수 있다. 이러한 제4 렌즈(L24)는 굴절률이 대략 1.620이고, 아베 수가 대략 60.37일 수 있다.
또한, 제4 렌즈(L24)의 제2 면(9)은 제1 렌즈(L21)의 제2 면(2)과 실질적으로 동일한 곡률반경을 가질 수 있다. 제4 렌즈(L24)의 제2 면(9)은 음의 곡률반경을 가지고, 제1 렌즈(L21)의 제2 면(2)은 양의 곡률반경을 가질 수 있다. 이에 제4 렌즈(L24)의 제2 면(9)과 제1 렌즈(L21)의 제2 면(2)은 극성을 달리하되, 곡률반경을 동일하게 제작될 수 있다.
제5 렌즈(L25)는 제4 렌즈(L24)와 접합되어 배치될 수 있다. 제5 렌즈(L25)는 물체측이 오목하고, 상측이 볼록한 네가티브 메니스커스 렌즈로 형성될 수 있다. 제5 렌즈(L25)는 제1 방향인 물체측(OBJ)을 향해 오목한 제1 면(9)과 제2 방향인 상(IMG)측을 향해 볼록한 제2 면(10)을 포함할 수 있다. 제5 렌즈(L25)의 제1 면(9)은 제4 렌즈(L24)의 제2 면(9)과 맞닿아 배치될 수 있다. 제4 렌즈(L24)와 제5 렌즈(L25)는 접합되어 제4 초점거리를 가질 수 있다. 이러한 제5 렌즈(L25)는 굴절률이 대략 1.755이고, 아베 수가 대략 27.55일 수 있다.
도 3에는 도시되지 않았지만 제2 렌즈(L22)와 제3 렌즈(L23) 사이에 배치되어 제1 렌즈(L21)와 제2 렌즈(L21)의 유효 직경을 변화시키는 조리개(5)를 포함할 수 있다. 렌즈 데이터는 다음과 같다.
Figure PCTKR2016007942-appb-T000002
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리에서 물체 위치에 대한 구면 수차, 비점 수차 및 왜곡을 나타낸 종수차도이다.
도 4는 제2 실시 예에 대한 종수차도(longitudinal aberration)으로서, 광학계의 성능을 나타낼 수 있다. 여기서 점선은 접선(tangential) 방향의 비점 수차를 의미한다. R 선은 적색(656.2725nm)이고, G선은 녹색(587.5618nm)이고, B선은 청색(486.1327nm)이다.
<제3 실시 예>
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리에서 제1 렌즈 내지 제5 렌즈에 대한 광로도를 보여준다.
도 5를 살펴보면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리(300)는 제1 렌즈(L31) 내지 제5 렌즈(L35)를 포함할 수 있다. 제3 실시 예에서는 EFL이 4.3mm 이고, F/#이 2.5이고, HFOV가 40.44˚을 기준으로 한다.
제1 렌즈(L31)는 물체측이 평평하고, 상측이 오목한 평오목 렌즈로 배치될 수 있다. 제1 렌즈(L31)는 제1 방향인 물체측(OBJ)을 향해 평평한 제1 면(1)과 제2 방향인 상(IMG)측을 향해 오목하되, 비구면으로 형성되는 제2 면(2)을 포함할 수 있다. 제1 렌즈(L31)는 제1 초점거리를 가질 수 있다. 이러한 제1 렌즈(L31)는 굴절률이 대략 1.743이고, 아베 수가 대략 49.22일 수 있다.
제2 렌즈(L32)는 제1 렌즈(L31)와 나란하게 배치되되 소정의 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 제2 렌즈(L32)는 물체측이 볼록하고, 상측이 볼록한 양볼록 렌즈로 배치될 수 있다. 제2 렌즈(L32)는 제1 방향인 물체측(OBJ)을 향해 볼록한 제1 면(3)과 제2 방향인 상(IMG)측을 향해 볼록한 제2 면(4)을 포함할 수 있다. 제2 렌즈(L32)의 제2 면(4)은 제1 면(3)보다 곡률반경을 크게 형성될 수 있으며, 실질적으로 평평한 면에 가까울 수 있다. 제2 렌즈(L32)는 제2 초점거리를 가질 수 있다. 이러한 제2 렌즈(L32)는 굴절률이 대략 1.741이고, 아베 수가 대략 27.76일 수 있다.
제3 렌즈(L33)는 제2 렌즈(L32)와 소정의 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 제3 렌즈(L33)는 물체측이 볼록하고, 상측이 볼록한 양볼록 렌즈로 배치될 수 있다. 제3 렌즈(L33)는 제1 방향인 물체측(OBJ)을 향해 볼록한 제1 면(6)과 제2 방향인 상(IMG)측을 향해 볼록한 제2 면(7)을 포함할 수 있다. 제3 렌즈(L33)의 제2 면(7)은 제1 면(6)과 실질적으로 동일한 곡률반경을 가질 수 있다. 제3 렌즈(L33)의 제1 면(6)은 양의 곡률반경을 가지고, 제3 렌즈(L33)의 제2 면(7)은 음의 곡률반경을 가질 수 있다. 이에 제3 렌즈(L33)의 제1 면(6)과 제2 면(7)은 극성을 달리하되, 곡률반경을 동일하게 제작될 수 있다.
또한, 제3 렌즈(L33)의 제1 면(6)은 제2 렌즈(L32)의 제1 면(3)과 동일한 곡률반경을 가질 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 제1 렌즈(L31) 내지 제5 렌즈(L35) 중 적어도 하나 이상이 동일한 곡률반경을 가지므로 렌즈의 제작비용을 낮출 수 있다.
제3 렌즈(L33)는 제3 초점거리를 가질 수 있다. 이러한 제3 렌즈(L33)는 굴절률이 대략 1.620이고, 아베 수가 대략 60.37일 수 있다.
제4 렌즈(L34)는 제3 렌즈(L33)와 나란하게 배치될 수 있다. 제4 렌즈(L34)는 물체측이 볼록하고, 상(IMG)측이 볼록한 양볼록 렌즈로 배치될 수 있다. 제4 렌즈(L34)는 제1 방향인 물체측(OBJ)을 향해 볼록한 제1 면(8)과 제2 방향인 상(IMG)측을 향해 볼록한 제2 면(9)을 포함할 수 있다. 이러한 제4 렌즈(L34)는 굴절률이 대략 1.620이고, 아베 수가 대략 60.37일 수 있다.
또한, 제4 렌즈(L34)의 제2 면(9)은 제1 렌즈(L31)의 제2 면(2)과 실질적으로 동일한 곡률반경을 가질 수 있다. 제4 렌즈(L34)의 제2 면(9)은 음의 곡률반경을 가지고, 제1 렌즈(L31)의 제2 면(2)은 양의 곡률반경을 가질 수 있다. 이에 제4 렌즈(L34)의 제2 면(9)과 제1 렌즈(L31)의 제2 면(2)은 극성을 달리하되, 곡률반경을 동일하게 제작될 수 있다.
제5 렌즈(L35)는 제4 렌즈(L34)와 접합되어 배치될 수 있다. 제5 렌즈(L35)는 물체측이 오목하고, 상측이 볼록한 네가티브 메니스커스 렌즈로 형성될 수 있다. 제5 렌즈(L35)는 제1 방향인 물체측(OBJ)을 향해 오목한 제1 면(9)과 제2 방향인 상(IMG)측을 향해 볼록한 제2 면(10)을 포함할 수 있다. 제5 렌즈(L35)의 제1 면(9)은 제4 렌즈(L34)의 제2 면(9)과 맞닿아 배치될 수 있다. 제4 렌즈(L34)와 제5 렌즈(L35)는 접합되어 제4 초점거리를 가질 수 있다. 이러한 제5 렌즈(L35)는 굴절률이 대략 1.741이고, 아베 수가 대략 27.76일 수 있다.
도 5에는 도시되지 않았지만 제2 렌즈(L32)와 제3 렌즈(L33) 사이에 배치되어 제1 렌즈(L31)와 제2 렌즈(L31)의 유효 직경을 변화시키는 조리개(5)를 포함할 수 있다. 렌즈 데이터는 다음과 같다.
Figure PCTKR2016007942-appb-T000003
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리에서 물체 위치에 대한 구면 수차, 비점 수차 및 왜곡을 나타낸 종수차도이다.
도 6은 제3 실시 예에 대한 종수차도(longitudinal aberration)으로서, 광학계의 성능을 나타낼 수 있다. 여기서 점선은 접선(tangential) 방향의 비점 수차를 의미한다. R 선은 적색(656.2725nm)이고, G선은 녹색(587.5618nm)이고, B선은 청색(486.1327nm)이다.
도 7은 본 발명이 수학식 1 내지 수학식 6들의 조건을 만족하는 것을 수치로 표현한 도면이다.
도 7을 살펴보면, 본 발명의 제1 실시 예 내지 제3 실시 예에서 실측된 값들은 다음과 같다.
제1 실시 예에서 제1 렌즈 내지 제5 렌즈들은 다음과 같은 값들을 가질 수 있다. 제1 렌즈와 제2 렌즈의 간격인 l1은 5.13mm 이고, 제2 렌즈와 제3 렌즈의 간격인 l2는 5.97mm이다. 제1 렌즈 내지 제5 렌즈의 전체 굴절능인 1/K는 4.3이고, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 합산 굴절능인 1/K12는 -15.24이다. 제1 렌즈의 제1 면의 곡률반경인 R1은 무한대이고, 제2 렌즈의 제2 면의 곡률반경인 R4는 89.289이다. 제1 렌즈의 굴절능인 K1은 0.744이고, 제2 렌즈의 굴절능인 K2는 0.755이고, 제4 렌즈의 굴절능인 K4는 0.620이고, 제5 렌즈의 굴절능인 K5는 0.755이다. 제1 렌즈의 분산인 V1은 44.90이고, 제2 렌즈의 분산인 V2는 27.55이고, 제4 렌즈의 분산인 V4는 60.37이고, 제5 렌즈의 분산인 V5는 27.55이다.
제1 렌즈의 굴절률인 n1은 1.744이고, 제2 렌즈의 굴절률인 n2는 1.755이고, 제3 렌즈의 굴절률인 n3은 1.620이고, 제4 렌즈의 굴절률인 n4는 1.620이고, 제5 렌즈의 굴절률인 n5는 1.744이다. 이와 같이 제1 렌즈 내지 제5 렌즈 각각은 수학식 1의 범위 내에 포함됨으로써, 수학식 1을 만족할 수 있다. 이에 본 발명의 제1 렌즈 내지 제5 렌즈는 저굴절 렌즈를 사용할 수 있기 때문에 렌즈의 수가 증가하더라도 전체적인 제작 비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시 예는 제1 렌즈와 제2 렌즈의 간격인 l1은 5.13mm 이고, 제2 렌즈와 제3 렌즈의 간격인 l2는 5.97mm 일 수 있다. 이를 수학식 2에 적용하면, 본 발명의 제1 실시 예는 수학식 2의 기설정된 범위에 내에 포함됨을 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제1 실시 예는 렌즈의 밝기를 조절할 수 있는 입사동의 크기를 용이하게 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시 예는 제1 렌즈 내지 제5 렌즈의 전체 굴절능인 1/K이 4.3이고, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 합산 굴절능인 1/K12가 -15.24이다. 제1 렌즈의 제1 면의 곡률반경인 R1은 무한대이고, 제2 렌즈의 제2 면의 곡률반경인 R4는 89.289이다. 이를 수학식 3과 수학식 4에 적용하면, 본 발명의 제1 실시 예는 수학식 3과 수학식 4의 기설정된 범위에 내에 포함됨을 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제1 실시 예는 상면만곡 수차를 현저하게 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시 예는 제1 렌즈의 굴절능인 K1이 0.744이고, 제2 렌즈의 굴절능인 K2가 0.755이고, 제4 렌즈의 굴절능인 K4가 0.620이고, 제5 렌즈의 굴절능인 K5가 0.755이다. 제1 렌즈의 분산인 V1은 44.90이고, 제2 렌즈의 분산인 V2는 27.55이고, 제4 렌즈의 분산인 V4는 60.37이고, 제5 렌즈의 분산인 V5는 27.55이다. 이를 수학식 5과 수학식 6에 적용하면, 본 발명의 제1 실시 예는 수학식 5과 수학식 6의 기설정된 범위에 내에 포함됨을 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제1 실시 예는 색수차 중 횡색수차를 현저하게 줄일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예를 적용하듯이 제2 실시 예와 제3 실시 예를 용이하게 적용할 수 있으므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이상 설명한 실시 예들에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리는 다수의 저굴절 렌즈를 이용하여 물체의 특징을 검사하거나 다양한 코드(code), 문자, 수사 등을 읽을 수 있다. 또는 목적물의 위치 또는 방향에 대한 정보를 추출하거나 목적물의 실제 치수를 측정할 수 있다. 이에 본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리는 광학 장치에 장착되어 여러 방면으로 구현될 수 있다. 실시 예들의 광학 장치는 렌즈 어셈블리가 형성한 광학 상(image)을 전기 신호로 변환하는 광학 소자 또는 촬상 소자와 함께 다양한 종류에 적용될 수 있다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 광학 장치가 다양하게 적용되는 예를 보여주는 도이다.
도 8의 (a)는 제1 실시 예 내지 제3 실시 예 중 적어도 어느 하나의 렌즈 어셈블리가 장착된 광학 장치를 나타낸 것이다.
광학 장치(1000)는 생산 공정 라인 곳곳에 배치되어 조립되는 과정 또는 완성된 제품 등을 렌즈 어셈블리(100, 도 1 참조)를 이용하여 촬영하고, 모니터링할 수 있다.
광학 장치(1000)는 조립되는 과정 또는 완성된 제품을 촬영하는 렌즈 어셈블리(100, 도 1 참조), 렌즈 어셈블리(100, 도 1 참조)로부터 촬영된 영상을 저장하거나 이를 분석하고, 렌즈 어셈블리(100, 도 1 참조)의 위치를 제어하는 본체부(미도시) 및 본체부가 분석된 영상을 디스플레이하거나 렌즈 어셈블리의 위치를 실시간으로 체크할 수 있는 디스플레이(미도시)를 포함할 수 있다.
도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 광학 장치(1000)는 렌즈 어셈블리(100, 도 1 참조)를 이용하여 회로기판(1100)에 장착되는 반도체칩(1110)을 검사할 수 있다. 광학 장치(1000)는 회로기판(1100)에 장착된 반도체칩(1110)을 촬영함으로써, 반도체칩(1110)이 회로기판(1100)의 정확한 위치에 배열되었는지를 용이하게 체크할 수 있다. 도 8에서는 도시되지 않았지만, 광학 장치는 픽셀 패러널(Pixel-Parallel) 기술 기반의 초고속 CIS(CMOS Image Sensor), FPGA(Field-Programmable　Gate　Array)기반의 초고속 ISP(Image Signal Processor) 및 High MTF, High Resolution 렌즈(Lens)를 포함할 수 있다. 광학 장치는 이를 통해 영상획득 및 영상신호처리 센서를 처리할 수 있다.
도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 광학장치(1000)는 반도체칩(1110)이 회로기판(1100)에 부정확한 위치에 배열되면, “FAIL”이라고 디스플레이에 표시되고, 회로기판(1100)에 정확한 위치에 배열되면, “PASS”라고 디스플레이에 표시될 수 있다.
이에 관리자는 디스플레이를 통해 제품의 불량을 용이하게 체크할 수 있다. 여기서 디스플레이는 “FAIL”이라고 표시되는 동시에 알림 기능을 더 포함할 수 있다.
이때 광학 장치(1000)는 촬영되는 부품의 크기에 대한 왜곡을 없애기 위해 렌즈 어셈블리(100, 도 1 참조)의 렌즈 간의 간격을 일정하게 고정한 상태에서 전체의 광학 장치(1000)를 상하좌우로 움직이면서 물체의 초점을 맞출 수 있다.
또한, 광학 장치(1000)는 촬영되는 제품을 정밀하게 촬영하는 정도에 따라 렌즈 어셈블리(100, 도 1 참조)를 교환하는 교환방식일 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에서 제시한 렌즈는 4.3 mm 렌즈이면서 화각(FOV; Field of view)이 대략 80˚(도)인 것이다. 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예에 따른 광학 장치(1000)는 제품의 크기 또는 정밀도 등을 고려하여 4.3 mm, 6 mm, 8 mm, 16 mm, 25mm 중 어느 하나의 렌즈를 교환하는 교환방식으로 사용하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 광학 장치(1000)는 반도체칩(1110)이 정확하게 배열되었는지를 검사하는 것에 한정되는 것은 아니며, 병에 정확한 라벨이 붙어 있는지, 조립 과정에서 나사가 정확하게 체결되었는지, 박스 안에 과자나 초코렛 등이 제대로 들어가 있는지 등을 검사할 수 있다.
도 9의 (a)는 제1 실시 예 내지 제3 실시 예 중 적어도 어느 하나의 렌즈 어셈블리가 장착된 광학 장치(1000)가 자동차(1200)의 차량 번호(1210)를 인식하는 것을 나타낸 것이다.
광학 장치(1000)는 건물의 출입구, 주차장의 출입구, 고속도로의 톨게이트 등에 배치되어 자동차(1200)의 차량 번호(1210)를 렌즈 어셈블리(100, 도 1 참조)를 이용하여 촬영하고, 모니터링할 수 있다.
도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 광학 장치(1000)는 자동차(1200)에 장착된 차량 번호(1210)를 다수의 저굴절 렌즈가 배치되는 렌즈 어셈블리를 이용하여 촬영함으로써, 차량 번호(1210)를 정확하게 인식할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 광학 장치(1000)는 자동차(1200)에 장착된 차량 번호(1210)를 인식하는 것에 한정되는 것은 아니며, 제품에 있는 바코드(Bar Code), 큐알 코드(QR Code), 식품 포장의 유통기한, 옷의 라벨 등에 있는 다양한 코드, 문자 및 숫자를 정확하게 인식할 수 있다.
도 10의 (a)는 제1 실시 예 내지 제3 실시 예 중 적어도 어느 하나의 렌즈 어셈블리가 장착된 광학 장치(1000)가 스마트기기(1300)의 치수를 측정하는 것을 나타낸 것이다.
도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 광학 장치(1000)는 다수의 저굴절 렌즈가 배치되는 렌즈 어셈블리를 이용하여 스마트기기(1300)를 촬영함으로써, 스마트기기(1300)에 대한 가로길이(d2), 세로길이(d1), 두께 등을 정확하게 측정할 수 있다. 광학 장치(1000)는 목적물인 스마트기기(1300) 간의 거리와 위치를 정확하게 체크한 후 이를 기준으로 하여 스마트기기(1300)의 주변을 촬영할 수 있다. 이에 광학 장치(1000)는 부품들 간의 간격, 스마트기기(1300)의 전체 길이, 스마트기기(1300)의 굴곡(휘어짐 정도), 스마트기기(1300)의 면적, 스마트기기(1300)의 높이, 스마트기기(1300)의 부피를 측정할 수 있다.
광학 장치(1000)는 촬영되는 목적물을 보다 정확하게 측정하기 위해 렌즈 어셈블리(100, 도 1 참조)의 렌즈 간의 간격을 일정하게 고정한 상태에서 전체의 광학 장치(1000)를 상하좌우로 움직이면서 목적물의 초점을 맞출 수 있다. 즉, 광학 장치(1000)는 목적물과의 거리를 체크하면서 목적물의 초점을 맞추기 위해 전체가 움직임으로써, 보다 정확하게 목적물의 실제 치수를 측정할 수 있다.
또한, 도 10에서는 정지된 목적물을 측정하는 광학 장치를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예에 따른 광학 장치는 움직이는 목적물을 다수의 저굴절 렌즈가 배치되는 렌즈 어셈블리를 이용하여 촬영함으로써, 목적물에 대한 위치 또는 방향에 대한 정보를 정확하게 추출할 수도 있다. 광학 장치는 포장 또는 조립하는 로봇을 촬영하여 이들에 대한 기준 좌표를 추출하고, 이를 기준으로 로봇의 중심축, 이동 경로, 회전 반경 등에 대한 정보를 획득할 수 있다. 이에 관리자는 광학 장치를 통해 로봇이 활동하는 활동범위를 정확하게 예측할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리가 장착된 광학 장치는 다수의 저굴절 렌즈를 이용하여 물체를 검사하거나 다양한 코드(code), 문자, 수사 등을 인식할 수 있다. 또는 본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 어셈블리가 장착된 광학 장치는 목적물의 위치 또는 방향에 대한 정보를 추출하거나 목적물의 실제 치수를 보다 정확하게 측정할 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시 예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 다양한 다른 실시 예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.

Claims (13)

  1. 물체측이 평평하고 상측이 오목한 평오목 렌즈로 배치되는 제1 렌즈;
    상기 제1 렌즈와 나란하게 배치되면서 제1 간격으로 이격되고, 양볼록 렌즈로 배치되는 제2 렌즈;
    상기 제2 렌즈와 나란하게 배치되면서 제2 간격으로 이격되고, 양볼록 렌즈로 배치되는 제3 렌즈;
    상기 제3 렌즈와 나란하게 배치되면서 양볼록 렌즈로 배치되는 제4 렌즈;
    상기 제4 렌즈와 접합되어 양볼록 렌즈로 배치되는 제5 렌즈; 및
    상기 제3 렌즈와 상기 제4 렌즈 사이에 배치되어 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈의 유효 직경을 변화시키는 조리개;를 포함하고,
    상기 제1 렌즈 내지 상기 제5 렌즈 중 적어도 하나 이상의 곡률 반경이 동일한 렌즈 어셈블리.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 내지 상기 제5 렌즈 각각은,
    상기 물체측을 향해 배치되는 제1 면과 상기 상측을 향해 배치되는 제2 면을 포함하고,
    상기 상측을 향해 오목하게 배치되는 상기 제1 렌즈의 제2 면은 상기 상측을 향해 볼록하게 배치되는 상기 제4 렌즈의 제2 면 또는 상기 제5 렌즈의 제1 면과 동일한 곡률 반경을 가지는 렌즈 어셈블리.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 물체측을 향해 볼록하게 배치되는 상기 제2 렌즈의 제1 면은,
    상기 물체측을 향해 볼록하게 배치되는 상기 제3 렌즈의 제1 면과 상기 물체측을 향해 볼록하게 배치되는 상기 제3 렌즈의 제2 면과 동일한 곡률 반경을 가지는 렌즈 어셈블리.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 내지 상기 제5 렌즈 중 적어도 하나 이상은, 서로 다른 광학 소재로 형성되는 렌즈 어셈블리.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 렌즈와 제5 렌즈는 서로 동일한 제1 광학 소재로 형성되고, 상기 제3 렌즈와 상기 제4 렌즈는 상기 제1 광학 소재와 다른 제2 광학 소재로 형성되는 렌즈 어셈블리.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제4 렌즈와 상기 제5 렌즈는 서로 접합된 접합렌즈인 것을 포함하는 렌즈 어셈블리.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 내지 상기 제5 렌즈의 굴절률이 하기 수학식 1을 만족하는 렌즈 어셈블리.
    [수학식 1]
    Figure PCTKR2016007942-appb-I000007
    n은 제1 렌즈 내지 제5 렌즈의 굴절률.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 간격과 상기 제2 간격은 하기 수학식 2를 만족하는 렌즈 어셈블리.
    [수학식 2]
    Figure PCTKR2016007942-appb-I000008
    l1 : 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 거리,
    l2 : 제2 렌즈와 제3 렌즈 사이의 거리.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 내지 상기 제5 렌즈에 대한 전체 굴절능과 상기 제1 렌즈 내지 상기 제5 렌즈 중 하나의 굴절능은 하기 수학식 3을 만족하는 렌즈 어셈블리.
    [수학식 3]
    Figure PCTKR2016007942-appb-I000009
    k: 전체 굴절능,
    ki: i번 렌즈의 굴절능,
    ni: i번 렌즈의 굴절률
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈는 하기 수학식 4를 만족하는 렌즈 어셈블리.
    [수학식 4]
    Figure PCTKR2016007942-appb-I000010
    k12: 제1 렌즈와 제2 렌즈의 합산 굴절능,
    n1: 제1 렌즈의 굴절률,
    n2: 제2 렌즈의 굴절률,
    R1: 제1렌즈의 제1 면의 곡률반경,
    R4: 제 2렌즈의 제2 면의 곡률반경.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제4 렌즈와 상기 제5 렌즈는 하기 수학식 5를 만족하는 렌즈 어셈블리.
    [수학식 5]
    Figure PCTKR2016007942-appb-I000011
    k4: 제4 렌즈의 d선 굴절능,
    k5: 제5 렌즈의 d선 굴절능,
    V4: 제4 렌즈의 분산,
    V5: 제5 렌즈의 분산
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈는 하기 수학식 6을 만족하는 렌즈 어셈블리.
    [수학식 6]
    Figure PCTKR2016007942-appb-I000012
    k1: 제1 렌즈의 d선 굴절능,
    k2: 제2 렌즈의 d선 굴절능,
    V1:제1 렌즈의 분산,
    V2: 제2 렌즈의 분산
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항의 렌즈 어셈블리;와
    상기 렌즈 어셈블리가 형성한 광학 상을 전기 신호로 변환하는 광학 소자;포함하는 광학 장치.
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