본 논문에서는 mobile phone camera용 3군 4× in line 줌 광학계의 설계 및 성능평가를 해보았다. 설계에 앞서 줌의 특성을 알아보았고 3군 줌의 역사적 고찰을 하였으며 Gaussian Bracket을 이용한 3군 줌 광학계의 궤적해석 및 K. Tanaka에 의한 3군 줌 광학계의 분류를 알 수 있었다. 또한, 줌 관련 특허자료 및 3군 3× 줌 광학계의 예를 조사한 후 대략적인 형태를 파악할 수 있었다. 이를 토대로 설계 목표를 세웠고, 줌 비가 1:2.6이며 N-P( -, + )형태인 2군 광학계를 초기 설계로 설정하였으며 설계의 ...
본 논문에서는 mobile phone camera용 3군 4× in line 줌 광학계의 설계 및 성능평가를 해보았다. 설계에 앞서 줌의 특성을 알아보았고 3군 줌의 역사적 고찰을 하였으며 Gaussian Bracket을 이용한 3군 줌 광학계의 궤적해석 및 K. Tanaka에 의한 3군 줌 광학계의 분류를 알 수 있었다. 또한, 줌 관련 특허자료 및 3군 3× 줌 광학계의 예를 조사한 후 대략적인 형태를 파악할 수 있었다. 이를 토대로 설계 목표를 세웠고, 줌 비가 1:2.6이며 N-P( -, + )형태인 2군 광학계를 초기 설계로 설정하였으며 설계의 최적화를 통하여 각 군의 굴절능을 결정하고 줌 비가 1:4인 3군 광학계를 설계하면서 1군과 2군의 충돌이 일어나는 현상을 발견하였다. 전체적인 배율이 4×가 되지 않아 wide-position에서 EFL을 초기 설계목표보다 작게 설계 진행하였으나 1군과 2군의 충돌이 발생하였고 반대로 tele-position에서 EFL을 늘려보았으나 광학전장의 제약으로 위와 같은 현상이 발생하였다. 그래서, 최종 설계는 4x에서 3.82×로 축소하였으며 설계 목표는 달성하였다. 본 논문의 최종 설계는 inner zoom 방식에서 in line 방식을 사용하였고 1군과 상면이 고정이고 2군과 3군이 이동하며 각 줌 위치에서 광학전장이 동일하다. 1/3.2“ CMOS image sensor를 사용하였고 초점거리가 wide-position에서 4.55mm, tele-position에서 17.39mm로 줌 비는 1:3.82이다. F/수는 wide-position에서 F/3.2, tele-position에서 F/5.5이고 wide-position에서 66.6˚의 넓은 시야각을 갖고 있다. 광학계 구성은 P-N-P( + , - , + )형태의 굴절능으로 구성되었고 IR-cut filter를 포함한 9매로 구성된 3군 zoom 렌즈계이며, 수차 보정, 성능 향상 및 광학전장의 compact화를 위해 3매의 플라스틱 비구면 렌즈를 사용하였고, 조리개는 3군에 위치해 있다. 궤적해석은 굴절능이 줄어듬에 따라 1군은 고정, 2군은 물체에서 상쪽으로, 상에서 물체쪽으로의 비선형적인 궤적형태를 나타내었으며, 3군은 상에서 물체쪽으로의 선형적인 궤적형태를 볼 수 있었다. 광학성능을 보면 유한광선수차에서 보았듯이 종 색수차가 wide에서 tele-position으로 갈수록 커짐을 알 수 있고, tele-position에서 종 색수차가 과보정 되었다(Δf = 0.25mm). 왜곡수차는 wide-position에서 optical distortion이 8%로 크게 발생하였으며 TV distortion은 2.9%이고 주변광량비는 wide-position에서 80.6%이다. MTF 및 spot diagram은 설계목표 사양에 만족하는 성능을 갖고 있음을 확인하였다. 현재 mobile phone에서 camera lens는 초 슬림화 추세이다. 본 논문에서 최종 설계된 in line방식의 3군 3.82× 줌 광학계는 광학전장이 28mm로 설계과정에서 가능한 이를 최소화하도록 노력하였으나 줌 비를 고배율화 할수록 광학전장이 길어지는 문제점이 있었다. Mobile phone camera의 슬림화 추세에 맞추어 광학전장을 최소화 할 수 있는 연구가 필요하다.
본 논문에서는 mobile phone camera용 3군 4× in line 줌 광학계의 설계 및 성능평가를 해보았다. 설계에 앞서 줌의 특성을 알아보았고 3군 줌의 역사적 고찰을 하였으며 Gaussian Bracket을 이용한 3군 줌 광학계의 궤적해석 및 K. Tanaka에 의한 3군 줌 광학계의 분류를 알 수 있었다. 또한, 줌 관련 특허자료 및 3군 3× 줌 광학계의 예를 조사한 후 대략적인 형태를 파악할 수 있었다. 이를 토대로 설계 목표를 세웠고, 줌 비가 1:2.6이며 N-P( -, + )형태인 2군 광학계를 초기 설계로 설정하였으며 설계의 최적화를 통하여 각 군의 굴절능을 결정하고 줌 비가 1:4인 3군 광학계를 설계하면서 1군과 2군의 충돌이 일어나는 현상을 발견하였다. 전체적인 배율이 4×가 되지 않아 wide-position에서 EFL을 초기 설계목표보다 작게 설계 진행하였으나 1군과 2군의 충돌이 발생하였고 반대로 tele-position에서 EFL을 늘려보았으나 광학전장의 제약으로 위와 같은 현상이 발생하였다. 그래서, 최종 설계는 4x에서 3.82×로 축소하였으며 설계 목표는 달성하였다. 본 논문의 최종 설계는 inner zoom 방식에서 in line 방식을 사용하였고 1군과 상면이 고정이고 2군과 3군이 이동하며 각 줌 위치에서 광학전장이 동일하다. 1/3.2“ CMOS image sensor를 사용하였고 초점거리가 wide-position에서 4.55mm, tele-position에서 17.39mm로 줌 비는 1:3.82이다. F/수는 wide-position에서 F/3.2, tele-position에서 F/5.5이고 wide-position에서 66.6˚의 넓은 시야각을 갖고 있다. 광학계 구성은 P-N-P( + , - , + )형태의 굴절능으로 구성되었고 IR-cut filter를 포함한 9매로 구성된 3군 zoom 렌즈계이며, 수차 보정, 성능 향상 및 광학전장의 compact화를 위해 3매의 플라스틱 비구면 렌즈를 사용하였고, 조리개는 3군에 위치해 있다. 궤적해석은 굴절능이 줄어듬에 따라 1군은 고정, 2군은 물체에서 상쪽으로, 상에서 물체쪽으로의 비선형적인 궤적형태를 나타내었으며, 3군은 상에서 물체쪽으로의 선형적인 궤적형태를 볼 수 있었다. 광학성능을 보면 유한광선수차에서 보았듯이 종 색수차가 wide에서 tele-position으로 갈수록 커짐을 알 수 있고, tele-position에서 종 색수차가 과보정 되었다(Δf = 0.25mm). 왜곡수차는 wide-position에서 optical distortion이 8%로 크게 발생하였으며 TV distortion은 2.9%이고 주변광량비는 wide-position에서 80.6%이다. MTF 및 spot diagram은 설계목표 사양에 만족하는 성능을 갖고 있음을 확인하였다. 현재 mobile phone에서 camera lens는 초 슬림화 추세이다. 본 논문에서 최종 설계된 in line방식의 3군 3.82× 줌 광학계는 광학전장이 28mm로 설계과정에서 가능한 이를 최소화하도록 노력하였으나 줌 비를 고배율화 할수록 광학전장이 길어지는 문제점이 있었다. Mobile phone camera의 슬림화 추세에 맞추어 광학전장을 최소화 할 수 있는 연구가 필요하다.
An in-line type, 4:1, and three component zoom lens was designed for mobile phone camera. The zoom lens had positive- negative-positive power configuration and the distance from the first lens to image plane was fixed. Initially, the basic paraxial parameters optical layout of the zoom lens were eva...
An in-line type, 4:1, and three component zoom lens was designed for mobile phone camera. The zoom lens had positive- negative-positive power configuration and the distance from the first lens to image plane was fixed. Initially, the basic paraxial parameters optical layout of the zoom lens were evaluated by Gaussian ray tracing and Gaussian bracket. The zooming locus was designed for 4:1 in zoom ratio. The over-all-length of the zoom lens was limited as small as possible to satisfy high demand for slim mobile phone. In the optimization process, there were some collision between lens groups, so that the zoom ratio was reduced to 3.82x. The focal length of the system could be varied from 4.55 mm to 17.39 mm. The FOV(field of view) of wide position was 66.6°. The MTF was 35% at 200 line-pairs/mm in central field, and 46% at 130 line-pairs/mm in 0.7 zonal field. For the case of middle position which had 10 mm in focal length, the FOV was 33.2°. The MTF was 59% at 100 line-pairs/mm in central field and 72% at 70 line-pairs/mm in 0.7 zonal field. In tele-position, the FOV was 19.4°. The MTF of central field and 0.7 zonal field were 75% at 50 line-pairs/mm and 80% at 35 line-pairs/mm respectively.
An in-line type, 4:1, and three component zoom lens was designed for mobile phone camera. The zoom lens had positive- negative-positive power configuration and the distance from the first lens to image plane was fixed. Initially, the basic paraxial parameters optical layout of the zoom lens were evaluated by Gaussian ray tracing and Gaussian bracket. The zooming locus was designed for 4:1 in zoom ratio. The over-all-length of the zoom lens was limited as small as possible to satisfy high demand for slim mobile phone. In the optimization process, there were some collision between lens groups, so that the zoom ratio was reduced to 3.82x. The focal length of the system could be varied from 4.55 mm to 17.39 mm. The FOV(field of view) of wide position was 66.6°. The MTF was 35% at 200 line-pairs/mm in central field, and 46% at 130 line-pairs/mm in 0.7 zonal field. For the case of middle position which had 10 mm in focal length, the FOV was 33.2°. The MTF was 59% at 100 line-pairs/mm in central field and 72% at 70 line-pairs/mm in 0.7 zonal field. In tele-position, the FOV was 19.4°. The MTF of central field and 0.7 zonal field were 75% at 50 line-pairs/mm and 80% at 35 line-pairs/mm respectively.
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