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복합렌즈계를 이용한 폰 카메라용 초소형 줌렌즈 설계
Ultra-Compact Zoom Lens Design for Phone Camera Using Hybrid Lens System 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.19 no.5, 2008년, pp.349 - 359  

박성찬 (단국대학교 첨단과학대학 전자물리학과) ,  유병택 (단국대학교 첨단과학대학 전자물리학과)

초록
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본 논문은 이너 포커싱 3군 줌렌즈에 대해 얇은 렌즈에서 두꺼운 렌즈로의 변환과정을 줌렌즈계 내에서 실행하는 복합렌즈계(얇은 렌즈+두꺼운 렌즈)의 개념을 적용하여 효과적이면서 신속한 초기설계 방법을 제안하였다. 즉, 복합렌즈계란 줌렌즈계의 전체 굴절능 및 줌렌즈계 내에 각 군의 굴절능, 군과 군사이의 주요면 간의 거리를 일정하게 유지하면서 하나 이상의 군들을 얇은 렌즈로 구성하고 다른 군을 얇은 렌즈에서 두꺼운 렌즈로 변환하는 과정을 갖는 반자동 최적화 설계방법이다. 순차적으로 얇은 렌즈로 구성된 다른 군들도 동일한 개념으로 두꺼운 렌즈로 변환이 가능하다. 결과적으로 본 개념을 적용하여 최적설계된 1/4" 5 M 이너 포커싱 3군 2배 줌렌즈는 폰 카메라용 줌렌즈로서 사양과 성능을 충분히 만족시켰다. 또한 렌즈를 비구면화하고, 렌즈의 형태에 따라 비구면 유리 및 플라스틱 재질을 적용하여 슬림화(전장 9.8 mm 이하) 및 고해상도 특성을 만족시키는 폰 카메라용 초소형 이너 포커싱 3군 2배 줌렌즈를 얻을 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

For an inner-focusing 3-groups zoom lens system, this study suggests a new initial design method which applies the process that changes thin lenses into thick ones effectively and quickly, using the hybrid lens system(thin lens+thick lens). In other words, the hybrid lens system is the semi-automati...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 1차량 설계를 통한 줌렌즈계의 구성도를 설정하는 초기설계 과정과 이로부터 수차보정을 행하는 최적화과정으로 분류된다.[2,3] 본 논문은 줌렌즈계의 내부에 위치한 렌즈군을 이동시켜서 초점을 조절하는 방식인 이너 포커싱(inner-focusing) 3군 구성의 줌렌즈에 대해 얇은 렌즈에서 두꺼운 렌즈로의 변환 과정을 줌렌즈계 내에서 진행하는 복합렌즈계(hybrid lens system)의 개념을 적용하여 효과적이면서 신속한 초기 설계방법을 제안하고자 한다. 즉, 복합렌즈계란 줌렌즈계의 전체 굴절능과 줌렌즈계 내에 각 군의 굴절능, 군과 군사이의 주요면 사이의 거리를 일정하게 유지하면서 하나 이상의 군들을 얇은 렌즈로 구성하고 다른 군을 얇은 렌즈에서 두꺼운 렌즈로 변환하는 과정을 갖는 반자동 설계방법이다.
  • 따라서 과정이 복잡하고 많은 시간이 필요하였다. 그러나 본 연구에서는 이너 포커싱 3군 줌렌즈에 대해 얇은 렌즈에서 두꺼운 렌즈로의 변환 과정을 줌광학계 내에서 실행하는 복합렌즈계의 개념을 적용하여 신속하면서 효과적인 설계방법을 제안하고자 한다. 즉, 복합렌즈계 개념을 이용한 설계란 줌렌즈계의 전체 굴절능와 줌렌즈계 내에 각 군의 굴절능, 이웃한 군 간의 주요면 사이의 거리를 일정하게 유지하면서 순차적으로 각 군을 얇은 렌즈에서 적절한 두꺼운 렌즈군으로 변환하는 설계방법이다.
  • 본 논문에서는 각 군의 파워를 결정하는 근축설계과정과 주어진 파워에 따라 군의 이동량을 결정하는 궤적해석과정을 이너 포커싱 3군 2배 줌렌즈 설계에 적용하여 줌 광학계의 초기설계과정에 대해 논의하였다. 이너 포커싱 3군 2배 줌렌즈에 대해 구현 가능한 파워구성과 궤적특성에 대해 심도 있게 분석하였다.
  • 특히 3군 줌렌즈의 궤적은 그림 2~4에 비해 그림 5에서와 같이 3 군 렌즈의 파워 부호에 따라 다른 특성을 갖는다. 본 논문에서는 표 1의 case 4에 해당되는 negative, negative, positive 파워구성의 retro-focus 형 근축설계 데이터를 이용하여 초기 설계과정에 대해 연구하고, 이 줌렌즈계를 최적화 설계하고자 한다. 이러한 파워구성은 광각화에 매우 유리하여 결과적으로 슬림형 폰 카메라용 줌렌즈에 적절하다.
  • 3군 줌렌즈계의 경우 초점보정방식 및 이동군의 위치에 따라 여러 형태로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 폰 카메라의 특징을 고려하여 2군과 3군이 이동하고 1군부터 상면까지의 거리가 모든 줌 위치에서 고정된 형태의 줌광학계를 선정하여 기초설계 및 궤적분석을 하려고 한다.[4] 그림 1은 1군이 고정된 이너 포커싱 3군 줌 광학계의 개략도이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
줌렌즈란? 줌렌즈란 어떤 수단에 의해서 상면을 안정적으로 유지한 채, 광축을 따라 일부의 렌즈군을 움직여서 광학계의 초점거리나 배율을 연속적으로 변화시킬 수 있는 광학계이다. 초기의 줌렌즈는 1차 세계대전 때 적기의 출현을 감지하기 위해 개발되었다.
줌렌즈는 무엇으로 나눌 수 있는가? 줌렌즈는 기구보정식, 광학보정식 및 전자보정식으로 나눌 수 있는데 고전적인 의미에서의 줌렌즈란 기구보정식을 의미한다. 이 기구보정식 줌렌즈는 다른 배율을 갖기 위해서 줌밍 렌즈군(zooming lenses)을 이동시키면 상면의 위치변화가 발생하는데, 이때 발생하는 상면의 위치변화를 렌즈계 내부의 또 다른 렌즈군의 위치를 변화시켜 보정할 수 있다.
줌렌즈 설계과정은 어떻게 나눌 수 있는가? 줌렌즈 설계는 일반적으로 두 개의 과정으로 나눌 수 있다. 1차량 설계를 통한 줌렌즈계의 구성도를 설정하는 초기설계 과정과 이로부터 수차보정을 행하는 최적화과정으로 분류된다.[2,3] 본 논문은 줌렌즈계의 내부에 위치한 렌즈군을 이동시켜서 초점을 조절하는 방식인 이너 포커싱(inner-focusing) 3군 구성의 줌렌즈에 대해 얇은 렌즈에서 두꺼운 렌즈로의 변환 과정을 줌렌즈계 내에서 진행하는 복합렌즈계(hybrid lens system)의 개념을 적용하여 효과적이면서 신속한 초기 설계방법을 제안하고자 한다.
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참고문헌 (11)

  1. 이상수 외 5명, "최적화 방법에 의한 렌즈설계와 회절광학을 이용한 상 평가", 한국과학기술원보고서, 1983 

  2. K. Tanaka, "Paraxial analysis of mechanically compensated zoom lenses.2: Generalization of Yamaji type V," Appl. Opt., vol. 21, no. 22, pp. 4045-4053, 1982 

  3. K. Yamaji, Progress in Optics VI ed. by E. Wolf (North-Holland, Amsterdam, 1967) pp. 105-170 

  4. 정진호, 줌렌즈계의 근축설계와 궤적해석(경남대학교, 박사학위논문, 1994), pp. 32-48 

  5. Rudolf Kingslake, Optical System Design (Academic Press, New York, 1983), pp. 77-80 

  6. Richard Ditteon, Modern Geometrical Optics (John Wiley&Sons Inc, New York, 1998), pp. 167-202 

  7. Optical Research Associates, CODE-V Reference Manuals ver. 9.80 (ORA, Pasadena, 2008), chap. 17 

  8. J. Choi, T. H. Kim, H. J. Kong, and J. U. Lee, J. Korean Phys. Soc., vol. 47, no. 4, pp. 631-635, 2005 

  9. S. C. Park and Y. S. Kim, J. Korean Phys. Soc., vol. 41, no. 2, pp. 205-211, 2002 

  10. Warren J. Smith, Modern Optical Engineering: The design of Optical Systems (McGraw-Hill, New York, 1990), pp. 365-402 

  11. Warren J. Smith, Modern Lens Design (McGraw-Hill, New York, 1992), pp. 63-86 

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