KR102626112B1 - Chromatic aberration corrected optical system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 색수차가 보정된 광학계에 관한 것이다.The present invention relates to an optical system in which chromatic aberration is corrected.
색수차는 빛의 파장, 곧 빛의 색에 따라 렌즈의 초점이 달라지고, 이로 인해, 렌즈를 통과한 상의 전후 위치가 달라지는 현상이다.Chromatic aberration is a phenomenon in which the focus of a lens changes depending on the wavelength of light, that is, the color of light, and as a result, the front and rear positions of the image passing through the lens change.
렌즈의 굴절률은 빛의 파장에 따라 다르므로, 렌즈가 형성하는 물체의 상은 빛의 파장에 따라 다른 위치에 형성된다.Since the refractive index of a lens varies depending on the wavelength of light, the image of the object formed by the lens is formed in different positions depending on the wavelength of light.
렌즈의 굴절율은 파장이 짧을수록 크기 때문에, 가령 광축에 나란한 무한 광원의 보라색 상은 렌즈에 가까운 곳에 형성되고, 적색 상은 렌즈에서 먼 곳에 형성된다.Since the refractive index of a lens increases as the wavelength becomes shorter, for example, a purple image of an infinite light source parallel to the optical axis is formed closer to the lens, and a red image is formed farther from the lens.
색수차로 인해 다색광 영상은 뚜렷하지 않게 보인다.Due to chromatic aberration, multicolor light images appear unclear.
색수차는 대부분의 광학 장치에서 나타나는 현상으로 영상 획득 장치 혹은 렌즈를 사용하는 디스플레이 장치에서 나타난다.Chromatic aberration is a phenomenon that occurs in most optical devices and appears in image acquisition devices or display devices that use lenses.
특히, 디지털 카메라와 같은 영상 획득 장치에서 최근 CCD 촬상 소자의 소형화와 화소수의 증대로 인하여 색수차는 더욱 부각되어 관찰되고 있다.In particular, in image acquisition devices such as digital cameras, chromatic aberration has become more prominent due to recent miniaturization of CCD imaging devices and an increase in the number of pixels.
상기 색수차는 크게 축상(axial) 색수차와, 배율(Lateral) 색수차로 나뉠 수 있다.The chromatic aberration can be broadly divided into axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration.
상기 축상 색수차는 렌즈의 광축과 평행하게 입사한 빛이 빛의 파장에 따라 각기 다른 상면을 만드는 것으로, 흐릿한 영상의 원인이 된다.The axial chromatic aberration occurs when light incident parallel to the optical axis of the lens creates different image surfaces depending on the wavelength of the light, causing a blurry image.
상기 배율 색수차는 렌즈의 광축에 비스듬하게 입사한 빛이 빛의 파장에 따라 상면에 크기가 다른 상을 맺게 하는 것이다.The magnification chromatic aberration causes light incident at an angle to the optical axis of the lens to form images of different sizes on the image surface depending on the wavelength of the light.
이로 인해, 광학계가 설치되는 머신 비전이나, 정밀 측정 장비, 또는 단속 장비에서는 보다 선명한 촬영 영상을 얻기 위해 색수차가 보정된 광학계가 필요한 실정이다.Due to this, machine vision, precision measurement equipment, or control equipment where optical systems are installed require optical systems with chromatic aberration corrected to obtain clearer captured images.
한편, 본 발명의 선행 기술로는 출원번호 "10-2017-7011048"호의 "고 개구수 대물 렌즈 시스템"이 출원되어 공개되었는데, 상기 고 개구수 대물 렌즈 시스템은 제1 렌즈 그룹과, 제2 렌즈 그룹, 제3 렌즈 그룹을 포함한다.Meanwhile, as a prior art of the present invention, a "high numerical aperture objective lens system" under application number "10-2017-7011048" has been applied for and disclosed. The high numerical aperture objective lens system includes a first lens group and a second lens. group, including a third lens group.
상기 제1 렌즈 그룹은 대물 렌즈 시스템의 광축을 따라 서로 거리를 두고 위치된 제1 및 제2 포지티브 메니스커스 렌즈들을 포함한다.The first lens group includes first and second positive meniscus lenses positioned at a distance from each other along the optical axis of the objective lens system.
상기 제2 렌즈 그룹은 제1 및 제2 메니스커스 렌즈들 및 양면-볼록 렌즈를 포함한다.The second lens group includes first and second meniscus lenses and a bi-convex lens.
상기 제3 렌즈 그룹은 양면-오목 렌즈 및 이중 렌즈를 포함한다.The third lens group includes bi-concave lenses and double lenses.
하지만, 상기 고 개구수 대물 렌즈 시스템은 본 발명과 렌즈 배열 방식, 렌즈 종류, 렌즈 갯수 등에서 차이가 있다.However, the high numerical aperture objective lens system differs from the present invention in lens arrangement method, lens type, number of lenses, etc.
이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하고자, 산업 현장이나, 일상 생활에서 광학계를 이용한 촬영 영상 획득시 보다 선명한 촬영 영상을 획득할 수 있게 한 색수차가 보정된 광학계를 제공하는 것이다.Accordingly, in order to solve the above problems, the present invention provides an optical system in which chromatic aberration is corrected, which enables obtaining clearer captured images when acquiring captured images using an optical system in industrial sites or in daily life.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 색수차가 보정된 광학계는 렌즈 설치구(200)가 관통된 경통(100)과; 상기 렌즈 설치구(200)에 설치되어 상기 렌즈 설치구(200)로 들어오는 빛의 양을 조절하는 조리개(AS); 및 2개 이상의 렌즈가 상기 렌즈 설치구(200)에 일렬 배치되고 빛의 파장에 따라 굴절률을 조정하여 색수차를 보정하는 렌즈 어레이(LA)를 포함한다. 상기 렌즈 어레이(LA)는 빛의 파장에 따라 굴절률을 조정하는 2개 이상의 렌즈부가 일렬 배치되고 후면이 촬상면(FP)을 마주보는 제2 렌즈군(400)과, 상기 제2 렌즈군(400)의 전방에 배치되어 피사체(S)로부터 발생된 빛을 제2 렌즈군(400)으로 전달하고 전면이 피사체(S)를 마주보며 음(-)의 굴절력을 가진 렌즈부와 양(+)의 굴절력을 가진 렌즈부가 렌즈 설치구(200)의 전방에서 후방으로 순차적으로 배치되어 상기 제2 렌즈군(400)이 단독으로 사용되었을 때 발생되는 2차 스펙트럼(Secondary spectrum)을 보정하는 제1 렌즈군(300)을 포함하여, 일렬 배치된 상기 제1 렌즈군(300)과, 제2 렌즈군(400)은 색수차를 보정하여 아포크로맷(Apochromat) 렌즈를 형성한다. 상기 제1 렌즈군(300)은 음(-)의 굴절력을 가진 제1 렌즈부(310)와, 양(+)의 굴절력을 가진 제2 렌즈부(320)를 포함하고, 상기 제1 렌즈부(310)는 1개의 렌즈 또는 2개 이상의 렌즈를 조합하여 음(-)의 굴절력을 발생하며, 상기 제2 렌즈부(320)는 1개의 렌즈, 또는 2개 이상의 렌즈를 조합하여 양(+)의 굴절력을 발생한다. 상기 제2 렌즈군(400)은 상기 제1 렌즈군(300)의 후방에 설치되되 양(+)의 굴절력을 가진 제3 렌즈부(410)와, 상기 제3 렌즈부(410)의 후방에 설치되되 양(+)의 굴절력을 가진 제4 렌즈부(420), 상기 제4 렌즈부(420)의 후방에 설치되되 음(-)의 굴절력을 가진 제5 렌즈부(430), 상기 제5 렌즈부(430)의 후방에 설치되되 양(+)의 굴절력을 가진 제6 렌즈부(440), 및 상기 제6 렌즈부(440)의 후방에 설치되되 양(+)의 굴절력을 가지고 후면이 촬상면(FP)을 마주보는 제7 렌즈부(450)를 포함한다. 상기 제6 렌즈부(440)는 1개의 렌즈로 구성되되 전면과 후면이 볼록하게 돌출된 비대칭 양면 볼록 렌즈를 이용한다. 상기 제3 렌즈부(410)와, 제4 렌즈부(420), 제5 렌즈부(430), 제7 렌즈부(450)는 2개의 렌즈가 접합된 더블렛 렌즈(Doublet Lens)이거나, 3개의 렌즈가 접합된 트리플 렌즈(Triple Lens)를 이용한다.An optical system in which chromatic aberration is corrected according to the present invention to achieve the above object includes a lens barrel 100 through which a lens installation hole 200 is inserted; An aperture (AS) installed in the lens installation opening 200 to control the amount of light entering the lens installation opening 200; And a lens array (LA) in which two or more lenses are arranged in a row in the lens installation port 200 and corrects chromatic aberration by adjusting the refractive index according to the wavelength of light. The lens array (LA) includes a second lens group 400 in which two or more lens units that adjust the refractive index according to the wavelength of light are arranged in a row and the rear side faces the imaging surface (FP), and the second lens group 400 It is placed in front of the object (S) and transmits the light generated from the subject (S) to the second lens group (400), and the front side faces the subject (S), and the lens unit has a negative (-) refractive power and a positive (+) refractive power. A first lens group (which corrects the secondary spectrum generated when the second lens group 400 is used alone) is arranged sequentially from the front to the rear of the lens installation port 200. The first lens group 300 and the second lens group 400, including 300), arranged in a row, form an apochromat lens by correcting chromatic aberration. The first lens group 300 includes a first lens unit 310 with negative (-) refractive power and a second lens unit 320 with positive (+) refractive power. 310 generates negative (-) refractive power by combining one lens or two or more lenses, and the second lens unit 320 generates positive (+) refractive power by combining one lens or two or more lenses. generates a refractive power of The second lens group 400 is installed behind the first lens group 300, and includes a third lens unit 410 with positive refractive power, and a third lens unit 410 at the rear of the third lens unit 410. A fourth lens unit 420 is installed and has positive (+) refractive power, a fifth lens unit 430 is installed behind the fourth lens unit 420 and has negative (-) refractive power, and the fifth lens unit 430 is installed behind the fourth lens unit 420 and has negative (-) refractive power. A sixth lens unit 440 installed behind the lens unit 430 and having a positive (+) refractive power, and a sixth lens unit 440 installed behind the sixth lens unit 440 and having a positive (+) refractive power at the rear. It includes a seventh lens unit 450 facing the imaging surface FP. The sixth lens unit 440 is composed of one lens and uses an asymmetric biconvex lens with the front and back surfaces convexly protruding. The third lens unit 410, fourth lens unit 420, fifth lens unit 430, and seventh lens unit 450 are doublet lenses in which two lenses are bonded, or 3 It uses a triple lens with two lenses joined together.
이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 색수차가 보정된 광학계를 제공함으로써 산업 현장이나, 일상 생활에서 광학계를 이용한 촬영 영상 획득시 보다 선명한 촬영 영상을 획득할 수 있게 한다.The present invention, consisting of this configuration, provides an optical system in which chromatic aberration is corrected, thereby enabling the acquisition of clearer captured images when acquiring captured images using an optical system in industrial settings or daily life.
도면 1은 본 발명의 사시도,
도면 2는 본 발명의 단면도,
도면 3은 렌즈 어레이를 도시한 도면,
도면 4는 본 광학계의 빛의 파장별 포커스 쉬프트(Focus Shift)를 그래프로 도시한 도면.Figure 1 is a perspective view of the present invention,
Figure 2 is a cross-sectional view of the present invention,
Figure 3 is a diagram showing a lens array,
Figure 4 is a graph showing focus shift by wavelength of light in this optical system.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
본 발명에 따른 색수차가 보정된 광학계는 도면 1 내지 도면 2에 도시한 바와 같이, 렌즈 설치구(200)가 관통된 경통(100)과; 상기 렌즈 설치구(200)에 설치되어 상기 렌즈 설치구(200)로 들어오는 빛의 양을 조절하는 조리개(AS); 및 2개 이상의 렌즈가 상기 렌즈 설치구(200)에 일렬 배치되고 빛의 파장에 따라 굴절률을 조정하여 색수차를 보정하는 렌즈 어레이(LA)를 포함한다.As shown in Figures 1 and 2, the optical system in which chromatic aberration is corrected according to the present invention includes a lens barrel 100 through which a lens installation hole 200 is inserted; An aperture (AS) installed in the lens installation opening 200 to control the amount of light entering the lens installation opening 200; And a lens array (LA) in which two or more lenses are arranged in a row in the lens installation port 200 and corrects chromatic aberration by adjusting the refractive index according to the wavelength of light.
상기 경통(100)은 도면 2에 도시한 바와 같이, 렌즈 설치구(200)가 관통되되 렌즈 어레이(LA)가 내부 설치되고 선단이 피사체(S)를 마주보는 제1 경통(110)과, 렌즈 설치구(200)가 관통되되 내경이 상기 제1 경통(110)의 내경보다 크고 후단이 촬상면(FP)을 마주보는 제2 경통(120), 및 렌즈 설치구(200)가 관통되고 선단이 상기 제1 경통(110)의 후단에 연결되고 후단이 상기 제2 경통(120)의 선단에 연결되며 선단에서 후단으로 갈수록 내경과 외경이 점차 넓어지는 제3 경통(130)을 포함한다.As shown in FIG. 2, the lens barrel 100 includes a first barrel 110 through which the lens installation hole 200 penetrates, the lens array LA installed inside, and the tip facing the subject S, and a lens The installation port 200 passes through the second barrel 120, the inner diameter of which is larger than the inner diameter of the first barrel 110, and the rear end faces the imaging surface FP, and the lens installation port 200 passes through the front end. It is connected to the rear end of the first barrel 110, the rear end is connected to the front end of the second barrel 120, and includes a third barrel 130 whose inner and outer diameters gradually widen from the front end to the rear end.
상기 렌즈 어레이(LA)는 도면 3에 도시한 바와 같이, 빛의 파장에 따라 굴절률을 조정하는 2개 이상의 렌즈부가 일렬 배치되고 후면이 촬상면(FP)을 마주보는 제2 렌즈군(400)과, 상기 제2 렌즈군(400)의 전방에 배치되어 피사체(S)로부터 발생된 빛을 제2 렌즈군(400)으로 전달하고 전면이 피사체(S)를 마주보며 음(-)의 굴절력을 가진 렌즈부와 양(+)의 굴절력을 가진 렌즈부가 렌즈 설치구(200)의 전방에서 후방으로 순차적으로 배치되어 상기 제2 렌즈군(400)이 단독으로 사용되었을 때 발생되는 2차 스펙트럼(Secondary spectrum)을 보정하는 제1 렌즈군(300)을 포함하여, 일렬 배치된 상기 제1 렌즈군(300)과, 제2 렌즈군(400)은 색수차를 보정하여 아포크로맷(Apochromat) 렌즈를 형성한다. As shown in FIG. 3, the lens array (LA) includes a second lens group (400) in which two or more lens units that adjust the refractive index according to the wavelength of light are arranged in a row and the rear side faces the imaging surface (FP), A lens disposed in front of the second lens group 400, transmits light generated from the subject S to the second lens group 400, and has a negative refractive power with the front facing the subject S. Secondary spectrum generated when lens units with negative and positive refractive power are sequentially arranged from the front to the rear of the lens installation port 200 and the second lens group 400 is used alone. The first lens group 300 and the second lens group 400 arranged in a row, including a first lens group 300 that corrects chromatic aberration, form an apochromat lens.
상기 렌즈 어레이(LA)는 도면 3에 도시한 바와 같이, 피사체(S)와 제1 렌즈군(300) 사이에 설치된 평면 렌즈(500)를 더 포함한다.As shown in FIG. 3, the lens array LA further includes a flat lens 500 installed between the subject S and the first lens group 300.
상기 제1 렌즈군(300)은 도면 2 내지 도면 3에 도시한 바와 같이, 음(-)의 굴절력을 가진 제1 렌즈부(310)와, 양(+)의 굴절력을 가진 제2 렌즈부(320)를 포함하고, 상기 제1 렌즈부(310)는 1개의 렌즈 또는 2개 이상의 렌즈를 조합하여 음(-)의 굴절력을 발생하며, 상기 제2 렌즈부(320)는 1개의 렌즈 또는 2개 이상의 렌즈를 조합하여 양(+)의 굴절력을 발생한다.As shown in Figures 2 and 3, the first lens group 300 includes a first lens unit 310 with negative (-) refractive power, and a second lens unit (+) with positive (+) refractive power. 320), wherein the first lens unit 310 generates negative refractive power by combining one lens or two or more lenses, and the second lens unit 320 includes one lens or two lenses. Positive (+) refractive power is generated by combining more than one lens.
상기 제1 렌즈부(310)가 단렌즈 즉, 1개의 렌즈로 구성될 경우 상기 제1 렌즈부(310)는 도면 2 내지 도면 3에 도시한 바와 같이, 피사체(S)를 마주보는 전면이 오목하게 가공되고 후면이 볼록하게 돌출된 네거티브 메니스커스 렌즈를 사용한다.When the first lens unit 310 is composed of a single lens, that is, a single lens, the front surface of the first lens unit 310 facing the subject S is concave, as shown in Figures 2 and 3. It uses a negative meniscus lens that is well processed and has a convex rear surface.
상기 메니스커스 렌즈에 대하여 제1 렌즈부(310)를 예로 들어 설명하면 다음과 같다.The meniscus lens will be described using the first lens unit 310 as an example as follows.
상기 제1 렌즈부(310)의 전면은 피사체(S) 쪽에서 바라보았을 때 오목면의 형상을 가지며, 상기 제1 렌즈부(310)의 후면은 촬상면(FP)쪽에서 바라보았을 때 볼록면의 형상을 가진다.The front of the first lens unit 310 has a concave shape when viewed from the subject S, and the rear of the first lens unit 310 has a convex shape when viewed from the imaging surface FP. have
또한, 상기 제1 렌즈부(310)의 전면과 곡률 반지름이 동일하되 제1 렌즈부(310)의 전면을 공유하는 첫번째 가상의 원을 제1 렌즈부(310)의 좌측에 그렸을 때 첫번째 가상의 원의 중심은 제1 렌즈부(310)의 좌측에 위치한다.In addition, when a first virtual circle having the same radius of curvature as the front surface of the first lens unit 310 but sharing the front surface of the first lens unit 310 is drawn on the left side of the first lens unit 310, the first virtual circle is drawn on the left side of the first lens unit 310. The center of the circle is located on the left side of the first lens unit 310.
따라서, 첫번째 가상의 원 중심에서 제1 렌즈부(310)의 정점(제1 렌즈부(310)의 전면과 광축(Optical axis)과의 교점(intersection point))을 향하는 방향 즉, 제1 렌즈부(310)의 전면 방향 벡터는 피사체(S)로부터 촬상면(FP)을 향하는 방향이다.Therefore, the direction from the center of the first virtual circle to the vertex of the first lens unit 310 (intersection point between the front surface of the first lens unit 310 and the optical axis), that is, the first lens unit 310 The front direction vector of 310 is a direction from the subject S toward the imaging surface FP.
또, 상기 제1 렌즈부(310)의 후면과 곡률 반지름이 동일하되 제1 렌즈부(310)의 후면을 공유하는 두번째 가상의 원을 제1 렌즈부(310)의 좌측에 그렸을 때 두번째 가상의 원의 중심은 제1 렌즈부(310)의 좌측에 위치한다.In addition, when a second virtual circle having the same radius of curvature as the rear surface of the first lens unit 310 but sharing the rear surface of the first lens unit 310 is drawn on the left side of the first lens unit 310, the second virtual circle is drawn on the left side of the first lens unit 310. The center of the circle is located on the left side of the first lens unit 310.
따라서, 상기 제1 렌즈부(310)의 후면 방향 벡터도 피사체(S)로부터 촬상면(FP)을 향하는 방향이다.Accordingly, the rear direction vector of the first lens unit 310 is also in a direction from the subject S to the imaging surface FP.
이와 같이, 전면 방향 벡터와 후면 방향 벡터가 일치하는 렌즈를 메니스커스 렌즈라고 지칭한다.In this way, a lens whose front direction vector and back direction vector match is called a meniscus lens.
상기 제2 렌즈부(320)는 1개의 렌즈로 구성될 경우 양의 굴절력을 발생할 수 있는 렌즈 즉, 양면이 볼록하게 가공된 양볼록 렌즈(Double-convex lens)나, 한쪽 면이 평평하게 가공되고 다른 한쪽 면이 볼록하게 가공된 평 볼록(Plano-convex lens) 렌즈, 또는 피사체(S)를 마주보는 전면이 볼록하게 가공되고 후면이 오목하게 가공된 파지티브 메니스커스 렌즈(Positive meniscus lens)로 구성될 수 있다.The second lens unit 320 is a lens capable of generating positive refractive power when composed of one lens, that is, a double-convex lens with both sides processed to be convex, or a double-convex lens with one side processed to be flat. A plano-convex lens with one side made convex, or a positive meniscus lens with the front side facing the subject (S) made convex and the back side made concave. It can be configured.
상기 제2 렌즈부(320)가 2개 이상의 렌즈로 구성될 경우 최고 말단에 배치되는 렌즈는 양의 굴절력을 갖는다.When the second lens unit 320 is composed of two or more lenses, the lens disposed at the uppermost end has positive refractive power.
또한, 상기 제1 렌즈부(310)와, 제2 렌즈부(320)가 접합될 경우 일체로 접합된 제1 렌즈부(310)와, 제2 렌즈부(320)는 양(+)의 굴절력을 갖는다.In addition, when the first lens unit 310 and the second lens unit 320 are joined, the integrally joined first lens unit 310 and the second lens unit 320 have positive (+) refractive power. has
한편, 상기 제2 렌즈군(400)은 도면 2 내지 도면 3에 도시한 바와 같이, 상기 제1 렌즈군(300)의 후방에 설치되되 양(+)의 굴절력을 가진 제3 렌즈부(410)와, 상기 제3 렌즈부(410)의 후방에 설치되되 양(+)의 굴절력을 가진 제4 렌즈부(420), 상기 제4 렌즈부(420)의 후방에 설치되되 음(-)의 굴절력을 가진 제5 렌즈부(430), 상기 제5 렌즈부(430)의 후방에 설치되되 양(+)의 굴절력을 가진 제6 렌즈부(440), 및 상기 제6 렌즈부(440)의 후방에 설치되되 양(+)의 굴절력을 가지고 후면이 촬상면(FP)을 마주보는 제7 렌즈부(450)를 포함한다.Meanwhile, as shown in Figures 2 and 3, the second lens group 400 is installed behind the first lens group 300 and includes a third lens unit 410 having positive refractive power. and a fourth lens unit 420 installed behind the third lens unit 410 and having positive (+) refractive power, and a fourth lens unit 420 installed behind the fourth lens unit 420 and having negative (-) refractive power. a fifth lens unit 430 with a sixth lens unit 440 installed behind the fifth lens unit 430 and having positive refractive power, and a rear of the sixth lens unit 440 It is installed in and includes a seventh lens unit 450 that has positive refractive power and whose rear face faces the imaging surface (FP).
상기 제6 렌즈부(440)는 도면 3에 도시한 바와 같이, 1개의 렌즈로 구성되되 전면과 후면이 볼록하게 돌출된 비대칭 양면 볼록 렌즈를 이용한다.As shown in FIG. 3, the sixth lens unit 440 is composed of one lens and uses an asymmetrical biconvex lens with the front and back surfaces convexly protruding.
상기 조리개(AS)는 도면 2에 도시한 바와 같이, 상기 경통(100) 중 제1 경통(110)에 설치되고, 제4 렌즈부(420)와 제5 렌즈부(430) 사이에 설치된다.As shown in FIG. 2, the aperture AS is installed on the first lens barrel 110 of the lens barrels 100 and between the fourth lens unit 420 and the fifth lens unit 430.
상기 제3 렌즈부(410)와, 제4 렌즈부(420), 제5 렌즈부(430), 제7 렌즈부(450)는 2개의 렌즈가 접합된 더블렛 렌즈(Doublet Lens)이거나, 3개의 렌즈가 접합된 트리플 렌즈(Triple Lens)를 이용할 수 있다.The third lens unit 410, fourth lens unit 420, fifth lens unit 430, and seventh lens unit 450 are doublet lenses in which two lenses are bonded, or 3 A triple lens consisting of two lenses can be used.
상기 제3 렌즈부(410)와, 제4 렌즈부(420), 제5 렌즈부(430), 제7 렌즈부(450)가 더블렛 렌즈(Doublet Lens)일 경우 상기 제3 렌즈부(410)는 도면 3에 도시한 바와 같이, 상기 제2 렌즈부(320)를 마주보는 전면이 볼록하게 돌출되고 후면이 볼록하게 돌출되어 양(+)의 굴절력을 갖는 제3-1 렌즈(411)와, 오목하게 가공된 전면이 상기 제3-1 렌즈(411)의 후면과 마주 접하고 후면이 볼록하게 돌출되어 음(-)의 굴절력을 갖는 제3-2 렌즈(412)를 포함한다.When the third lens unit 410, fourth lens unit 420, fifth lens unit 430, and seventh lens unit 450 are doublet lenses, the third lens unit 410 ), as shown in Figure 3, is a 3-1 lens 411 having a positive (+) refractive power by having a front surface facing the second lens unit 320 that protrudes convexly and a rear surface that protrudes convexly. , the concave front surface faces the rear surface of the 3-1 lens 411, and the rear surface protrudes convexly to include a 3-2 lens 412 having negative refractive power.
또한, 상기 제4 렌즈부(420)는 도면 3에 도시한 바와 같이, 상기 제3 렌즈부(410)를 마주보는 전면이 볼록하게 돌출되고 후면이 볼록하게 돌출되어 양(+)의 굴절력을 갖는 제4-1 렌즈(421)와, 오목하게 가공된 전면이 상기 제4-1 렌즈(421)의 후면과 마주 접하고 후면이 오목하게 가공되어 음(-)의 굴절력을 갖는 제4-2 렌즈(422)를 포함한다.In addition, as shown in FIG. 3, the fourth lens unit 420 has a front surface facing the third lens unit 410 that protrudes convexly and a rear surface that faces the third lens unit 410 that protrudes convexly to have positive (+) refractive power. A 4-1 lens 421, and a 4-2 lens ( 422).
상기 제5 렌즈부(430)는 도면 3에 도시한 바와 같이, 상기 제4 렌즈부(420)를 마주보는 전면이 오목하게 가공되고 후면이 오목하게 가공되어 음(-)의 굴절력을 갖는 제5-1 렌즈(431)와, 볼록하게 돌출된 전면이 상기 제5-1 렌즈(431)의 후면과 마주 접하고 후면이 볼록하게 가공되어 양(+)의 굴절력을 갖는 제5-2 렌즈(432)를 포함한다. As shown in FIG. 3, the fifth lens unit 430 is processed to have a concave front surface facing the fourth lens unit 420 and a concave rear surface to have a negative refractive power. -1 lens 431, and a 5-2 lens 432 whose convexly protruding front face faces the back of the 5-1 lens 431 and whose rear is processed to be convex to have positive (+) refractive power. Includes.
상기 제7 렌즈부(450)는 도면 3에 도시한 바와 같이, 상기 제6 렌즈부(440)를 마주보는 전면이 볼록하게 돌출되고 후면이 볼록하게 돌출되어 양(+)의 굴절력을 갖는 제7-1 렌즈(451)와, 오목하게 가공된 전면이 상기 제7-1 렌즈(451)의 후면과 마주 접하고 후면이 오목하게 가공되어 음(-)의 굴절력을 갖는 제7-2 렌즈(452)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the seventh lens unit 450 has a convex front surface facing the sixth lens unit 440 and a convex rear surface to have positive refractive power. -1 lens 451, and a 7-2 lens 452 with a concave front surface facing the rear of the 7-1 lens 451 and a concave rear surface to have negative refractive power. Includes.
상기 제2 렌즈부(320)와, 제3-1 렌즈(411), 제4-1 렌즈(421), 제5-2 렌즈(432)는 극저분산 렌즈인 ED 렌즈를 사용한다.The second lens unit 320, the 3-1 lens 411, the 4-1 lens 421, and the 5-2 lens 432 use ED lenses, which are ultra-low dispersion lenses.
상기 제3-1 렌즈(411)의 후면 곡률과, 제3-2 렌즈(412)의 전면 곡률은 동일하고, 상기 제3-1 렌즈(411)의 후면과 제3-2 렌즈(412)의 전면은 광학 접착제로 접착된다.The rear curvature of the 3-1 lens 411 and the front curvature of the 3-2 lens 412 are the same, and the rear curvature of the 3-1 lens 411 and the front curvature of the 3-2 lens 412 are the same. The front side is glued with optical adhesive.
또한, 상기 제4-1 렌즈(421)의 후면 곡률과, 제4-2 렌즈(422)의 전면 곡률은 동일하고, 상기 제4-1 렌즈(421)의 후면과 제4-2 렌즈(422)의 전면은 광학 접착제로 접착된다.In addition, the rear curvature of the 4-1 lens 421 and the front curvature of the 4-2 lens 422 are the same, and the rear surface of the 4-1 lens 421 and the front curvature of the 4-2 lens 422 are the same. ) The front side is glued with optical adhesive.
또, 상기 제5-1 렌즈(431)의 후면 곡률과, 제5-2 렌즈(432)의 전면 곡률은 동일하고, 상기 제5-1 렌즈(431)의 후면과 제5-2 렌즈(432)의 전면은 광학 접착제로 접착된다.In addition, the rear curvature of the 5-1 lens 431 and the front curvature of the 5-2 lens 432 are the same, and the rear surface of the 5-1 lens 431 and the front curvature of the 5-2 lens 432 are the same. ) The front side is glued with optical adhesive.
또, 상기 제7-1 렌즈(451)의 후면 곡률과, 제7-2 렌즈(452)의 전면 곡률은 동일하고, 상기 제7-1 렌즈(451)의 후면과 제7-2 렌즈(452)의 전면은 광학 접착제로 접착된다.In addition, the rear curvature of the 7-1 lens 451 and the front curvature of the 7-2 lens 452 are the same, and the rear surface of the 7-1 lens 451 and the front curvature of the 7-2 lens 452 are the same. ) The front side is glued with optical adhesive.
상기 제3-1 렌즈(411)는 대칭 양면 볼록 렌즈(Symmetrical double convex lens)를 사용하고, 상기 제3-2 렌즈(412)는 네거티브 메니스커스 렌즈(Negative Meniscus Lens)를 사용한다.The 3-1 lens 411 uses a symmetrical double convex lens, and the 3-2 lens 412 uses a negative meniscus lens.
또한, 상기 제4-1 렌즈(421)는 비대칭 양면 볼록 렌즈(Asymmetrical double-convex lens)를 사용하고, 상기 제4-2 렌즈(422)는 비대칭 양면 오목 렌즈(Asymmetrical biconcave lens)를 사용한다.Additionally, the 4-1 lens 421 uses an asymmetrical double-convex lens, and the 4-2 lens 422 uses an asymmetrical biconcave lens.
또, 상기 제5-1 렌즈(431)는 비대칭 양면 오목 렌즈를 사용하고, 상기 제5-2 렌즈(432)는 비대칭 양면 볼록 렌즈를 사용한다.Additionally, the 5-1st lens 431 uses an asymmetrical biconcave lens, and the 5-2nd lens 432 uses an asymmetrical biconvex lens.
또, 상기 제6 렌즈부(440)는 1개의 렌즈로 구성되되 전면과 후면이 볼록하게 돌출된 비대칭 양면 볼록 렌즈를 사용한다.In addition, the sixth lens unit 440 is composed of one lens and uses an asymmetrical biconvex lens with the front and back surfaces convexly protruding.
또, 상기 제7-1 렌즈(451)는 비대칭 양면 볼록 렌즈를 사용하고, 상기 제7-2 렌즈(452)는 비대칭 양면 오목 렌즈를 사용한다.Additionally, the 7-1 lens 451 uses an asymmetric biconvex lens, and the 7-2 lens 452 uses an asymmetric biconcave lens.
하기 표 1은 도면 3에 도시한 바와 같이, 제1 렌즈부(310)와, 제2 렌즈부(320)를 단렌즈로 구성하고, 제3 렌즈부(410)와, 제4 렌즈부(420), 제5 렌즈부(430), 제7 렌즈부(450)를 더블렛 렌즈로 구성하였을 경우 각 렌즈들의 스펙을 정리한 표이다.Table 1 below shows that, as shown in Figure 3, the first lens unit 310 and the second lens unit 320 are composed of single lenses, the third lens unit 410, and the fourth lens unit 420. ), this table summarizes the specifications of each lens when the fifth lens unit 430 and the seventh lens unit 450 are configured as doublet lenses.
25mm
7mm
10mm
14mm
6mm
12mm
7.5mm
2.5mm
14mm
10mm
14mm
2mm
상기 렌즈 어레이(LA)에 구비된 각각의 렌즈에 대한 제작 공차는 거의 공통된다.Manufacturing tolerances for each lens provided in the lens array LA are almost common.
예를 들어, 두께 공차(Thickness Tolerance)는 20um이고, 렌즈면의 반지름 제작 공차는 뉴튼링(Newtonring) 3 Fringe 등이다.For example, the thickness tolerance is 20um, and the manufacturing tolerance for the radius of the lens surface is Newtonring 3 Fringe, etc.
이와 같이 일반적인 제작 공차로 제작하여도 성능의 저하가 크지 않으면 렌즈를 저렴한 비용으로 생산할 수 있다.In this way, lenses can be produced at low cost if there is no significant decrease in performance even when manufactured with general manufacturing tolerances.
그러나, 성능 저하 또는 불량률을 줄이기 위하여 일반적인 제작 공차보다 작은 제작 공차로 생산하려고 하면, 제작이 어렵거나 불가능할 수 있으며, 가능하다 하더라도 제작비가 많이 소요될 뿐만 아니라 대량 생산이 어려울 수 있다.However, if you try to produce with a manufacturing tolerance smaller than the general manufacturing tolerance in order to reduce performance degradation or defect rate, manufacturing may be difficult or impossible, and even if possible, not only will the manufacturing cost be high, but mass production may be difficult.
본 발명은 일반적인 제작 공차로 제작하더라도 불량률이 일반적인 수준으로 유지될 만큼 양호한 디자인이다.The present invention is a design so good that the defect rate is maintained at a general level even when manufactured with general manufacturing tolerances.
이와 같은 제작 공차는 공차 분석(Tolerance analysis)이라고 부르는 과정을 통해서 확인할 수 있으며, 표 1과 같은 완전한 렌즈의 설계도가 있다면 Zemax와 같은 렌즈 설계 전문 프로그램을 이용하여 용이하게 확인할 수 있다.Such manufacturing tolerances can be confirmed through a process called tolerance analysis, and if there is a complete lens blueprint as shown in Table 1, it can be easily confirmed using a specialized lens design program such as Zemax.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은 도면 4에 도시한 빛의 파장별 포커스 쉬프트(Focus Shift)와 같이, 색수차가 보정되었음을 알 수 있다.It can be seen that, in the present invention configured as described above, chromatic aberration is corrected, as in the focus shift for each wavelength of light shown in Figure 4.
이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 색수차가 보정된 광학계를 제공함으로써 산업 현장이나, 일상 생활에서 광학계를 이용한 촬영 영상 획득시 보다 선명한 촬영 영상을 획득할 수 있게 한다.The present invention, consisting of this configuration, provides an optical system in which chromatic aberration is corrected, thereby enabling the acquisition of clearer captured images when acquiring captured images using an optical system in industrial settings or daily life.
100. 경통 110. 제1 경통
120. 제2 경통 130. 제3 경통
200. 렌즈 설치구 AS. 조리개
LA. 렌즈 어레이 300. 제1 렌즈군
310. 제1 렌즈부 320. 제2 렌즈부
400. 제2 렌즈군 410. 제3 렌즈부
411. 제3-1 렌즈 412. 제3-2 렌즈
420. 제4 렌즈부 421. 제4-1 렌즈
422. 제4-2 렌즈 430. 제5 렌즈부
431. 제5-1 렌즈 432. 제5-2 렌즈
440. 제6 렌즈부 450. 제7 렌즈부
451. 제7-1 렌즈 452. 제7-2 렌즈
500. 평면 렌즈 S. 피사체
FP. 촬상면100. Tube 110. 1st Tube
120. Second barrel 130. Third barrel
200. Lens installation AS. iris
L.A. Lens array 300. First lens group
310. First lens unit 320. Second lens unit
400. Second lens group 410. Third lens unit
411. Lens 3-1 412. Lens 3-2
420. 4th lens unit 421. 4-1 lens
422. Lens 4-2 430. Lens 5
431. Lens 5-1 432. Lens 5-2
440. 6th lens unit 450. 7th lens unit
451. Lens 7-1 452. Lens 7-2
500. Plane Lens S. Subject
FP. Imaging surface
Claims (6)
상기 렌즈 설치구(200)에 설치되어 상기 렌즈 설치구(200)로 들어오는 빛의 양을 조절하는 조리개(AS);
및 2개 이상의 렌즈가 상기 렌즈 설치구(200)에 일렬 배치되고 빛의 파장에 따라 굴절률을 조정하여 색수차를 보정하는 렌즈 어레이(LA)를 포함하고,
상기 렌즈 어레이(LA)는 빛의 파장에 따라 굴절률을 조정하는 2개 이상의 렌즈부가 일렬 배치되고 후면이 촬상면(FP)을 마주보는 제2 렌즈군(400)과,
상기 제2 렌즈군(400)의 전방에 배치되어 피사체(S)로부터 발생된 빛을 제2 렌즈군(400)으로 전달하고 전면이 피사체(S)를 마주보며 음(-)의 굴절력을 가진 렌즈부와 양(+)의 굴절력을 가진 렌즈부가 렌즈 설치구(200)의 전방에서 후방으로 순차적으로 배치되어 상기 제2 렌즈군(400)이 단독으로 사용되었을 때 발생되는 2차 스펙트럼(Secondary spectrum)을 보정하는 제1 렌즈군(300)을 포함하여,
일렬 배치된 상기 제1 렌즈군(300)과, 제2 렌즈군(400)은 색수차를 보정하여 아포크로맷(Apochromat) 렌즈를 형성하며,
상기 제1 렌즈군(300)은 음(-)의 굴절력을 가진 제1 렌즈부(310)와,
양(+)의 굴절력을 가진 제2 렌즈부(320)를 포함하고,
상기 제1 렌즈부(310)는 1개의 렌즈 또는 2개 이상의 렌즈를 조합하여 음(-)의 굴절력을 발생하며,
상기 제2 렌즈부(320)는 1개의 렌즈 또는 2개 이상의 렌즈를 조합하여 양(+) 의 굴절력을 발생하고,
상기 제2 렌즈군(400)은 상기 제1 렌즈군(300)의 후방에 설치되되 양(+)의 굴절력을 가진 제3 렌즈부(410)와,
상기 제3 렌즈부(410)의 후방에 설치되되 양(+)의 굴절력을 가진 제4 렌즈부(420),
상기 제4 렌즈부(420)의 후방에 설치되되 음(-)의 굴절력을 가진 제5 렌즈부(430),
상기 제5 렌즈부(430)의 후방에 설치되되 양(+)의 굴절력을 가진 제6 렌즈부(440),
및 상기 제6 렌즈부(440)의 후방에 설치되되 양(+)의 굴절력을 가지고 후면이 촬상면(FP)을 마주보는 제7 렌즈부(450)를 포함하며,
상기 제6 렌즈부(440)는 1개의 렌즈로 구성되되 전면과 후면이 볼록하게 돌출된 비대칭 양면 볼록 렌즈이고,
상기 제1 렌즈부(310)는 피사체(S)를 마주보는 전면이 오목하게 가공되고 후면이 볼록하게 돌출된 네거티브 메니스커스 렌즈를 사용하며,
상기 제3 렌즈부(410)는 상기 제2 렌즈부(320)를 마주보는 전면이 볼록하게 돌출되고 후면이 볼록하게 돌출되어 양(+)의 굴절력을 갖는 제3-1 렌즈(411)와,
오목하게 가공된 전면이 상기 제3-1 렌즈(411)의 후면과 마주 접하고 후면이 볼록하게 돌출되어 음(-)의 굴절력을 갖는 제3-2 렌즈(412)를 포함하고,
상기 제4 렌즈부(420)는 상기 제3 렌즈부(410)를 마주보는 전면이 볼록하게 돌출되고 후면이 볼록하게 돌출되어 양(+)의 굴절력을 갖는 제4-1 렌즈(421)와,
오목하게 가공된 전면이 상기 제4-1 렌즈(421)의 후면과 마주 접하고 후면이 오목하게 가공되어 음(-)의 굴절력을 갖는 제4-2 렌즈(422)를 포함하며,
상기 제5 렌즈부(430)는 상기 제4 렌즈부(420)를 마주보는 전면이 오목하게 가공되고 후면이 오목하게 가공되어 음(-)의 굴절력을 갖는 제5-1 렌즈(431)와,
볼록하게 돌출된 전면이 상기 제5-1 렌즈(431)의 후면과 마주 접하고 후면이 볼록하게 가공되어 양(+)의 굴절력을 갖는 제5-2 렌즈(432)를 포함하고,
상기 제7 렌즈부(450)는 상기 제6 렌즈부(440)를 마주보는 전면이 볼록하게 돌출되고 후면이 볼록하게 돌출되어 양(+)의 굴절력을 갖는 제7-1 렌즈(451)와,
오목하게 가공된 전면이 상기 제7-1 렌즈(451)의 후면과 마주 접하고 후면이 오목하게 가공되어 음(-)의 굴절력을 갖는 제7-2 렌즈(452)를 포함하는 것을 특징으로 하는 색수차가 보정된 광학계.
a lens barrel (100) through which a lens installation hole (200) is penetrated;
An aperture (AS) installed in the lens installation opening 200 to control the amount of light entering the lens installation opening 200;
And a lens array (LA) in which two or more lenses are arranged in a row in the lens installation port 200 and corrects chromatic aberration by adjusting the refractive index according to the wavelength of light,
The lens array (LA) includes a second lens group (400) in which two or more lens units that adjust the refractive index according to the wavelength of light are arranged in a row and the rear side faces the imaging surface (FP),
A lens disposed in front of the second lens group 400, transmits light generated from the subject S to the second lens group 400, and has a negative refractive power with the front facing the subject S. Secondary spectrum generated when lens units with negative and positive refractive power are sequentially arranged from the front to the rear of the lens installation port 200 and the second lens group 400 is used alone. Including a first lens group 300 that corrects,
The first lens group 300 and the second lens group 400 arranged in a row correct chromatic aberration to form an apochromat lens,
The first lens group 300 includes a first lens unit 310 having negative refractive power,
Includes a second lens unit 320 with positive (+) refractive power,
The first lens unit 310 generates negative refractive power by combining one lens or two or more lenses,
The second lens unit 320 generates positive refractive power by combining one lens or two or more lenses,
The second lens group 400 includes a third lens unit 410 installed behind the first lens group 300 and having positive refractive power,
A fourth lens unit 420 installed behind the third lens unit 410 and having positive refractive power,
A fifth lens unit 430 installed behind the fourth lens unit 420 and having negative (-) refractive power,
A sixth lens unit 440 installed behind the fifth lens unit 430 and having positive (+) refractive power,
and a seventh lens unit 450 installed behind the sixth lens unit 440, with a positive refractive power and a rear surface facing the imaging surface FP,
The sixth lens unit 440 is an asymmetrical biconvex lens composed of one lens with the front and back sides convexly protruding,
The first lens unit 310 uses a negative meniscus lens whose front side facing the subject S is processed to be concave and whose back side is convexly protruded,
The third lens unit 410 includes a 3-1 lens 411 having a convexly protruding front surface facing the second lens unit 320 and a convex rear protruding power, and a positive refractive power;
A 3-2 lens 412 whose concave front surface faces the rear surface of the 3-1 lens 411 and whose rear surface protrudes convexly has a negative refractive power,
The fourth lens unit 420 includes a 4-1 lens 421 having a convexly protruding front surface facing the third lens unit 410 and a convex rear surface having a positive refractive power;
A 4-2 lens 422 whose front surface is processed to be concave faces the rear surface of the 4-1 lens 421 and whose rear surface is processed to be concave and has a negative refractive power,
The fifth lens unit 430 includes a 5-1 lens 431 having a concave front surface facing the fourth lens unit 420 and a concave rear surface to have a negative refractive power;
It includes a 5-2 lens 432 whose convexly protruding front face faces the rear of the 5-1 lens 431 and whose rear is processed to be convex and has positive refractive power,
The seventh lens unit 450 includes a 7-1 lens 451 having a convexly protruding front face and a convex rear face facing the sixth lens unit 440 and having a positive (+) refractive power;
Chromatic aberration, characterized in that it includes a 7-2 lens 452 whose front surface is processed to be concave and faces the rear surface of the 7-1 lens 451 and whose rear surface is processed to be concave and has negative (-) refractive power. Calibrated optical system.
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2023
- 2023-09-07 KR KR1020230118761A patent/KR102626112B1/en active Active
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