KR100297880B1

KR100297880B1 - Ｃｍｏｓ/ｃｃｄ용 카메라 렌즈

Info

Publication number: KR100297880B1
Application number: KR1019990049398A
Authority: KR
Inventors: 이종진
Original assignee: 이종진; 주식회사 코렌; 박원희; 주식회사 세키노스코리아
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 1999-11-09
Publication date: 2001-11-02
Also published as: KR20000006868A

Abstract

본 발명은 CMOS/CCD용 카메라 렌즈에 관한 것이다. 조리개를 피사체측의 가장 앞 부분에 설치함으로써 렌즈들의 직경을 감소시켜서 제품 전체의 크기를 작게 할 수 있다. 따라서 감시용 카메라 등에 유용하게 적용할 수 있다. 종래의 CCD 렌즈에 비해 렌즈의 수가 작아서 가공 작업과 조립 공정이 용이하여 숙련자가 아니더라도 제품의 생산성을 높일 수 있다. 따라서 인건비 및 생산 원가를 절감할 수 있고 제품 경쟁력을 향상시킬 수 있다. 제4 렌즈에 직접 IR 차단 필터 물질을 코팅함으로써 제품 전체의 크기를 작게 할 수 있고, 제품의 제조 공정을 단순화 할 수 있다.

Description

ＣＭＯＳ/ＣＣＤ용 카메라 렌즈{CAMERA LENS USING THE CMOS/CCD SENSOR}

본 발명은 CMOS/CCD용 카메라 렌즈에 관한 것으로, 구체적으로는 렌즈 앞 부분의 노출 부위를 감소시킨 CMOS/CCD용 카메라 렌즈에 관한 것이다.

CMOS(complementary Metal Oxide Semiconductor, 씨모스) 카메라 렌즈는 피사체로부터 빛을 받아서 내부에서 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변화하여 디지탈 형태의 화상 신호를 출력하는 카메라 렌즈를 의미한다.

CCD (charge coupled device, 전하 결합 디바이스) 카메라 렌즈는 피사체로부터 빛을 받아서 아날로그 형태의 화상 신호를 출력하는 카메라 렌즈를 의미한다. 이 CCD 카메라 렌즈에는 별도의 아날로그-다지탈 변환 수단이 부착되어야 한다.

종래 CCD 카메라 렌즈로서는 예를 들면, 국내 특허 공보 특허 제126224호 (등록일자 1997년 10월 14일, 공보 발행일자 1997년 12월 26일)에 개시된 CCD 카메라 렌즈가 있다.

그런데, 상기 CCD 카메라 렌즈는 도 3에 도시된 바와 같이, 조리개(72)가 렌즈들(74, 76, 78, 80, 82)의 중간 부분에 위치함으로써 렌즈들의 크기가 커야 했었다. 또한, 피사체측의 렌즈들(74, 76, 78, 80, 82)의 노출 부분이 많아서 감시용 카메라 등에 사용할 경우 소비자들에게 불쾌감을 주는 문제점이 있었다.

또한 렌즈들(74, 76, 78, 80, 82)의 수가 5개로서 렌즈들의 수가 많아서 제품 전체의 길이가 컸었다. 따라서 제품의 소형화에 어려움이 있었다.

또한, 상기 종래의 카메라 렌즈는 선명한 영상을 촬영하지 못하고 이미지 센서에 화상을 집중시키는 초점의 오차인 수차가 큰 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서 본 발명의 목적은 렌즈 앞 부분의 노출 부위를 감소시킴으로써 사용이 편리하고 제품의 크기를 감소시킬 수 있으며 선명한 영상을 촬영할 수 있는 CMOS/CCD용 카메라 렌즈를제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 CMOS/CCD용 카메라 렌즈는 피사체로부터 들어온 빛을 하우징의 내측으로 굴절시키도록 상기 하우징 내에서 상기 피사체 쪽에 설치된 제1 렌즈와, 상기 제1 렌즈를 통과한 빛을 상기 제1 렌즈의 하우징의 외측으로 굴절시키도록 상기 제1 렌즈의 뒤에 설치된 제2 렌즈와, 상기 제2 렌즈를 통과한 빛을 상기 하우징의 내측으로 굴절시키도록 상기 제2 렌즈의 뒤에 설치된 제3 렌즈와, 상기 제3 렌즈를 통과한 빛을 상기 하우징의 내측으로 굴절시키도록 상기 제3 렌즈의 뒤에 설치된 제4 렌즈와, 피사체로부터 상기 제1 렌즈 내지 제4 렌즈로 들어 가는 빛의 양을 한정하도록 상기 제1 렌즈의 앞 쪽에 설치된 조리개로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 CMOS/CCD용 카메라 렌즈의 단면도,

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 CMOS/CCD용 카메라 렌즈의 단면도,

도 3은 종래 기술에 따른 CCD용 카메라 렌즈의 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2, 36: 하우징 4: 조리개

8, 28: 제1 렌즈 10, 30: 제2 렌즈

12, 32: 제3 렌즈 14, 34: 제4 렌즈

22: 간격 링 24: 이미지 센서

40: 제1 간격 링 42: 제2 간격 링

f: 초점 거리 Fr: 구경비

이하 본 발명의 제1 실시예를 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 카메라 렌즈의 적용 범위는 폐쇄회로(CCTV)에 사용되는 감시 카메라, 일반 가정의 방문객을 집의 내부에서 확인하는 도어 폰, 일반 전화기를 사용할 경우 송화자와 수화자의 이미지를 촬영하여 전송하는 비디오 폰, 피사체의 동영상을 촬영하는 비디오 카메라, 일반 카메라, 송화자와 수화자의 이미지를 전송하는 이미지폰으로서의 핸드폰, 화상 회의용 카메라, 스캐닝을 위한 PC(personal computer, 피씨) 카메라 등이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(2) 내에는 후술하는 제1 렌즈 내지 제4 렌즈로 들어 가는 빛의 양을 한정하도록 조리개(4)가 설치되어 있다. 제품의 구조를간단하게 하기 위해 상기 조리개(4)의 빛을 통과시키는 구멍(6)의 직경은 가변할 수 없도록 고정되어 있다. 상기 조리개(4)는 후술하는 제1 렌즈의 피사체 방향으로 노출된 부분의 면적을 감소시키도록 상기 제1 렌즈의 앞 쪽에 설치되어 있다.

제1 렌즈(8)는 피사체로부터 들어온 빛을 상기 하우징(2)의 내측으로 굴절시키도록 상기 하우징(2) 내에서 상기 피사체(도시 생략) 쪽에 설치되어 있다.

제2 렌즈(10)는 상기 제1 렌즈(8)를 통과한 빛을 상기 하우징(2)의 외측으로 굴절시키도록 상기 제1 렌즈(8)의 뒤에 설치되어 있다.

제3 렌즈(12)는 상기 제2 렌즈(10)를 통과한 빛을 상기 하우징(2)의 내측으로 굴절시키도록 상기 제2 렌즈(10)의 뒤에 설치되어 있다.

제4 렌즈(14)는 상기 제3 렌즈(12)를 통과한 빛을 상기 하우징(2)의 내측으로 굴절시키도록 상기 제3 렌즈(12)의 뒤에 설치되어 있다.

상기 제1 렌즈(8)는 양면이 볼록한 볼록 렌즈이고, 상기 제2 렌즈(10)는 양면이 오목한 오목 렌즈이며, 상기 제3 렌즈(12)는 상기 피사체 쪽에 오목한 면을 갖는 메니스커스형 렌즈이고, 상기 제4 렌즈(14)는 피사체 쪽에 볼록한 면을 갖는 메니스커스형 렌즈이다.

상기 메니스커스(meniscus) 렌즈는 렌즈의 앞 면과 뒷 면이 같은 방향으로 휘어진 렌즈를 의미한다.

상기 제4 렌즈(14)의 뒷 면에는 빛의 스펙트럼 중 붉은 색 계열의 스펙트럼의 통과를 제한하도록 IR(infrared) 차단용 필터 물질이 코팅되어 있다. 이것은 후술하는 이미지 센서에 형성된 이미지에 빛의 스펙트럼이 균일하게 분포되도록 하기위함이다.

상기 제1 렌즈(8) 내지 제4 렌즈(14)로 이루어진 제품 전체의 구경비, 초점거리, 후면 초점 거리 및 화각은 다음의 범위 내에 있다. 상기 제1 렌즈(8) 내지 제4 렌즈(14)로 이루어진 제품 전체는 카메라 렌즈를 의미한다.

구경비: 1.8 ~ 2.2

초점 거리: 6 ~ 8 mm

후면 초점 거리: 5 ± 1 mm

화각: 45 ~ 65。

상기 하우징(2)의 외측에는 상기 제4 렌즈(14)가 상기 하우징(2)으로부터 이탈하는 것을 방지하도록 고정 부재(16)가 설치되어 있다.

상기 하우징(2)의 앞부분(18)은 상기 조리개(4)와 상기 제1 렌즈(8)의 앞 부분을 상당부분 가리도록 ㄱ자 형상으로 형성되어 있다.

상기 제2 렌즈(10)와 제3 렌즈(12)의 외측에는 상기 하우징(2) 내에서 상기 제2 렌즈(10)와 제3 렌즈(12)를 고정하기 위해서 고정 링(20)이 설치되어 있다.

상기 제1 렌즈(8)와 제2 렌즈(10)는 상기 제1 렌즈(8) 내지 제4 렌즈(14)로 이루어지는 제품 전체의 길이를 짧게 하기 위하여 간격 링이 없이 직접 맞닿아 있다.

상기 제2 렌즈(10)와 제3 렌즈(12)는 상기 제1 렌즈(8) 내지 제4 렌즈(14)로 이루어지는 제품 전체의 길이를 짧게 하기 위하여 간격 링이 없이 직접 맞닿아 있다.

상기 제3 렌즈(12)와 상기 제4 렌즈(14) 사이에는 상기 제3 렌즈(12)와 제4 렌즈(14)의 간격을 제품 제조자에 의해 미리 설정된 값으로 일정하게 유지시키기 위해 간격 링(22)이 설치되어 있다.

상기 하우징(2)의 외측에는 상기 하우징(2) 내의 제1 렌즈(8) 내지 제4 렌즈(14)를 통과한 빛을 받도록 이미지 센서(24)가 설치되어 있다.

상기 이미지 센서(24)는 상술한 CMOS 카메라 렌즈용의 CMOS 센서와 CCD 카메라 렌즈용의 CCD 센서 중 하나이다.

상기 도1 에서 상기 제1 렌즈(8)내지 제4 렌즈(14)를 통과하여 상기 이미지 센서(24) 위에 집중되어 있는 실선(26)들은 피사체로부터 상기 제1 렌즈(8) 내지 제4 렌즈(14)로 들어온 빛(광선)을 의미한다.

상기 본 발명의 제1 실시예에 의한 카메라 렌즈에 있어서, 상기 제1 렌즈(8) 내지 제4 렌즈(14)의 구체적인 특성 값의 일예는 [표 1]과 같다.

<본 발명의 제1 실시예에 의한 카메라 렌즈의 특성값>

면 번호	렌즈 곡률 반경 (mm)	두께 및 간격	굴절률	분산 계수	비 고
1	4.70	1.40	1.804	39.64	양볼록렌즈
2	-76.08	0.53
3	-4.75	0.3	1.805	25.43
4	7.14	0.42
5	-14.89	1.2	1.773	49.64
6	-3.70	0.1
7	8.26	1.4	1.713	53.97	메니스커스
8	84.52	4.4

구경비: 1.8 ~ 2.2 (조리개 크기 조절로 변화 가능)

초점 거리: 6.2 mm

후면 초점 거리: 4.4 mm

화각: 60。

상기 [표 1]에서 면 번호 중 1 번과 2 번은 상기 제1 렌즈(8)의 앞 면과 뒷 면을 각각 가리킨다. 상기 면 번호 중 3 번과 4 번은 상기 제2 렌즈(10)의 앞 면과 뒷 면을 각각 가리킨다. 면 번호 중 5 번과 6 번은 상기 제3 렌즈(12)의 앞 면과 뒷 면을 각각 가리킨다. 면 번호 중 7 번과 8 번은 상기 제4 렌즈(14)의 앞 면과 뒷 면을 각각 가리킨다.

상기 [표 1]에서, 제1 렌즈(8)의 중심 부분의 두께는 면 번호 1번 란에 기록된 값(단위 mm)이고, 제1 렌즈(8)의 뒷 면의 중심과 제2 렌즈(10)의 앞 면의 중심과의 간격은 면 번호 2 번란에 기록된 값(단위 mm)이다. 이와 같이 홀 수 번의 면 번호의 두께 및 간격 란에 기록된 값은 두께를 의미하고, 짝 수 번의 면 번호의 두께 및 간격 란에 기록된 값은 간격을 의미한다.

상기 [표 1]에서 분산 계수는 빛의 스펙트럼을 넓게 분산시키는 특성을 나타낸 값으로서 분산 계수의 값이 작을 수록 빛을 넓게 퍼트리는 것을 의미한다.

상기 [표 1]의 아랫 부분에 기재된 특성 값 중 '화각'은 상기 제1 렌즈를 통하여 피사체를 촬영할 수 있는 범위를 의미한다. 화각이 크면 넓은 범위를 촬영할 수 있는 것이고, 화각이 작으면 작은 범위를 촬영할 수 있는 것이다.

'구경비' (Fr) 는 Fr = f/D 로서, 상기 f는 카메라 렌즈 전체의 초점 거리이고 D는 특정한 계산식에 의해서 산출된 상기 카메라 렌즈의 직경을 의미한다.

초점 거리(f)는 피사체에 형성된 초점과 상기 제1 렌즈(8)의 중심까지의 거리를 의미한다.

후면 초점 거리는 상기 이미지 센서(24)에 형성된 초점과 상기 제4 렌즈(14)의 중심까지의 거리를 의미한다.

다음에는 본 발명의 제2 실시예에 의한 CMOS/CCD용 카메라 렌즈의 구성을 도 2를 참조하여 설명한다.

도 1과 동일한 부분에 대해서는 동일한 번호를 부여하고 반복된 설명을 생략한다.

또한, 이하의 설명에서는 상술한 제1 실시예에서와 차이점이 있는 부분에 대해서만 설명한다.

제1 렌즈(28)는 피사체 쪽에 볼록한 면을 갖는 메니스커스형 렌즈이고, 제2 렌즈(30)는 양면이 오목한 오목 렌즈이며, 제3 렌즈(32)는 피사체 쪽에 오목한 면을 갖는 메니스커스형 렌즈이고, 제4 렌즈(34)는 양면이 볼록한 볼록 렌즈이다.

하우징(36)의 앞면에는 상기 제1 렌즈(28) 및 조리개(4)를 보호함과 동시에 피사체(도시 생략)로부터 상기 제1 렌즈(28)로 들어오는 빛을 안내하도록 계단 형상으로 렌즈 보호 및 빛 안내부(38)가 형성되어 있다.

상기 제1 렌즈(28)와 제2 렌즈(30) 사이에는 상기 제1 렌즈(28)와 제2 렌즈(30) 사이의 간격을 제품 제조자가 설정한 간격으로 유지시키도록 제1 간격 링(40)이 설치되어 있다.

상기 제2 렌즈(30)와 제3 렌즈(32)는 상기 제1 렌즈(28) 내지 제4 렌즈(34)로 이루어지는 제품 전체의 길이를 짧게 하기 위하여 간격 링이 없이 직접 맞닿아 있다.

상기 제3 렌즈(32)와 제4 렌즈(34) 사이에는 상기 제3 렌즈(32)와 제4 렌즈(34) 사이의 간격을 제품 제조자가 설정한 간격으로 유지시키도록 제2 간격 링(42)이 설치되어 있다.

상기 하우징(36)의 외측에는 상기 제4 렌즈(34)가 상기 하우징(36)으로부터 이탈하는 것을 방지하도록 링 형상의 고정 부재(44)가 설치되어 있다.

상기 고정 부재(44)의 외측에는 상기 고정 부재(44)를 상기 하우징(36)에 고정하도록 패킹(46)이 설치되어 있다.

상술한 본 발명의 제2 실시예에 의한 카메라 렌즈에 있어서, 상기 제1 렌즈(28) 내지 제4 렌즈(34)의 구체적인 특성 값의 일예는 [표 2]과 같다.

<본 발명의 제2 실시예에 의한 카메라 렌즈의 특성값>

면 번호	렌즈 곡률 반경 (mm)	두께 및 간격	굴절률	분산 계수	비 고
1	5.0	1.4	1.804	46.55	메니스커스
2	52.25	0.23
3	-6.12	0.3	1.805	25.33
4	6.12	0.56
5	-10.80	1.2	1.773	49.64
6	-4.47	0.1
7	7.62	1.5	1.713	53.97	양볼록 렌즈
8	-125.06	5.2

구경비: 1.8 ~ 2.2 (조리개 크기 조절로 변화 가능)

초점 거리: 7.6 mm

후면 초점 거리: 5.2 mm

화각: 53。

상기 [표 2]에서 면 번호 중 1 번과 2 번은 상기 제1 렌즈(28)의 앞 면과 뒷 면을 각각 가리킨다. 면 번호 중 3 번과 4 번은 상기 제2 렌즈(30)의 앞 면과 뒷 면을 각각 가리킨다. 면 번호 중 5 번과 6 번은 상기 제3 렌즈(32)의 앞 면과 뒷 면을 각각 가리킨다. 면 번호 중 7 번과 8 번은 상기 제4 렌즈(34)의 앞 면과 뒷 면을 각각 가리킨다.

상기 [표 2]에서 분산 계수는 빛의 스펙트럼을 넓게 분산시키는 특성을 나타낸 값으로서 분산 계수의 값이 작을 수록 빛을 넓게 퍼트리는 것을 의미한다.

상기 [표 2]의 아랫 부분에 기재된 특성 값 중 '화각'은 상기 제1 렌즈를 통하여 피사체를 촬영할 수 있는 범위를 의미한다. 화각이 크면 넓은 범위를 촬영할 수 있는 것이고, 화각이 작으면 작은 범위를 촬영할 수 있는 것이다.

초점 거리는 피사체에 형성된 초점과 상기 제1 렌즈(28)의 중심까지의 거리를 의미한다.

후면 초점 거리는 상기 이미지 센서(24)에 형성된 초점과 상기 제4 렌즈(34)의 중심까지의 거리를 의미한다.

한편, 상술한 본 발명의 제1 실시예와 제2 실시예에서는, 상기 조리개(4)를상기 제1 렌즈(8, 28)의 앞 쪽에 설치하였지만, 본 발명의 제3 실시예로서, 상기 조리개(4)를 상기 제1 렌즈(8, 28)의 뒤 쪽인 상기 제1 렌즈(8, 28)와 상기 제2 렌즈(10, 30)의 사이에 설치할 수도 있다.

이하 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 CMOS/CCD용 카메라 렌즈의 효과를 설명한다.

첫째로, 종래에는 붉은 색 계열의 스펙트럼을 차단하기 위한 필터가 렌즈들과 이미지 센서 사이에 별도로 설치되어 있었음에 반하여 본 발명에 따른 CMOS/CCD용 카메라 렌즈에서는 제4 렌즈에 직접 IR 차단용 필터 물질을 코팅함으로써 제품 전체의 크기를 작게 할 수 있고, 제품의 제조 공정을 단순화 할 수 있다.

두번째로, 조리개를 피사체측의 가장 앞 부분에 설치함으로써 렌즈들의 직경을 감소시켜서 제품 전체의 크기를 작게 할 수 있다. 따라서 감시용 카메라 등에 유용하게 적용할 수 있다.

세번째로 상기 조리개를 피사체측의 가장 앞 부분에 설치함으로써 상기 제1 렌즈의 노출 부분을 감소시킴으로써 감시용 카메라 등에 알맞게 적용할 수 있고, 상기 감시용 카메라 등에 의해 쵤영되는 일반 소비자들에게 느껴지는 불쾌감을 감소시킬 수 있다.

네번째로, 간격 링을 삭제하고 제2 렌즈와 제3 렌즈를 직접 접촉시킴으로써 제품 전체의 길이를 매우 짧게 할 수 있는 효과가 있다.

다섯번째로, 종래의 CCD 렌즈에 비해 렌즈의 수가 작아서 가공 작업과 조립공정이 용이하여 숙련자가 아니더라도 제품의 생산성을 높일 수 있다. 따라서 인건비 및 생산 원가를 절감할 수 있고 제품 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

여섯번째로, 본 발명의 카메라 렌즈의 구경 비와 초점 거리, 후면 초점 거리 및 화각의 특성값에 의해 제품을 제조할 경우, 카메라 렌즈로부터 선명한 영상을 얻을 수 있다.

Claims

피사체로부터 들어온 빛을 하우징의 내측으로 굴절시키도록 상기 하우징 내에서 상기 피사체 쪽에 설치된 제1 렌즈와, 상기 제1 렌즈를 통과한 빛을 상기 제1 렌즈의 하우징의 외측으로 굴절시키도록 상기 제1 렌즈의 뒤에 설치된 제2 렌즈와, 상기 제2 렌즈를 통과한 빛을 상기 하우징의 내측으로 굴절시키도록 상기 제2 렌즈의 뒤에 설치된 제3 렌즈와, 상기 제3 렌즈를 통과한 빛을 상기 하우징의 내측으로 굴절시키도록 상기 제3 렌즈의 뒤에 설치된 제4 렌즈와, 피사체로부터 상기 제1 렌즈 내지 제4 렌즈로 들어 가는 빛을 양을 한정하도록 상기 제1 렌즈의 앞 쪽에 설치된 조리개로 이루어진 CMOS/CCD용 카메라 렌즈에 있어서,

상기 제1 렌즈는 양면이 볼록한 볼록 렌즈와 메니스커스 렌즈 중 하나이고, 상기 제2 렌즈는 양면이 오목한 오목 렌즈이며, 상기 제3 렌즈는 피사체 쪽에 오목한 면을 갖는 메니스커스형 렌즈이고, 상기 제4 렌즈는 피사체 쪽에 볼록한 면을 갖는 메니스커스형 렌즈와 양면이 볼록한 볼록 렌즈 중 하나이며, 상기 제1 렌즈 내지 제4 렌즈로 이루어진 제품의 전체 길이를 감소시키도록 상기 제2 렌즈와 상기 제3 렌즈는 간격 링이 없이 직접 맞닿아 있으며, 상기 제1 렌즈 내지 제4 렌즈 중 하나의 렌즈의 한 면에는 빛의 스펙트럼 중 붉은 색 계열의 스펙트럼의 통과를 제한하도록 IR(infrared) 차단용 필터 물질이 코팅된 것인 것을 특징으로 하는 CMOS/CCD용 카메라 렌즈.
제2 항에 있어서, 상기 제1 렌즈 내지 제4 렌즈로 이루어진 제품의 구경비, 초점거리, 후면 초점 거리 및 화각은 다음의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 CMOS/CCD용 카메라 렌즈.

구경비: 1.8 ~ 2.2

초점 거리: 6 ~ 8 mm

후면 초점 거리: 5 ± 1 mm

화각: 45 ~ 65。