KR101136939B1 - 초광각 광학 렌즈 시스템 - Google Patents

초광각 광학 렌즈 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소형 경량이면서 각종 전자기기나 차량 등에 장착되는 카메라 등에서 목적하는 영상을 구현하기 위한 적당한 광화각을 갖도록 하여 상의 왜곡을 최소화 할 수 있는 초광각 광학 렌즈 시스템에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명의 일 실시예는, 광축을 기준으로 물체와 결상면 사이에 다수의 렌즈가 차례대로 배치된 초광각 광학계에 있어서, 부의 굴절력을 가지며 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상인 제 1렌즈; 부의 굴절력을 가지는 제 2렌즈; 부의 굴절력을 가지며 상측으로 볼록한 메니스커스 형상인 제 3렌즈; 정의 굴절력을 가지며 양면이 볼록 형상인 제 4렌즈; 부의 굴절력을 가지며 양면이 오목 형상인 제 5렌즈; 및 정의 굴절력을 가지며 양면이 볼록 형상인 제 6렌즈;를 포함하되,
각 렌즈는 다음의 수학식 0.30 < Y/(f × tanθd) < 0.60 (여기서, θd 는 광학계의 최대 반화각, Y는 최대 상고, f는 광학계 초점거리임)을 만족시키도록 구비된다.

Description

초광각 광학 렌즈 시스템{SUPER WIDE ANGLE OPTIC LENS SYSTEM}
본 발명은 초광각 광학 렌즈 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 6매의 렌즈를 광축 상에 배열하여 초광각을 구현하는 초광각 광학 렌즈 시스템에 관한 것이다.
최근에 차량의 후방 카메라, 퍼스널 컴퓨터(Personal Computer), 노트북(laptop computer), 휴대폰, PDA 등 다양한 전자기기에 디지털 카메라를 장착하여 화상 데이터의 저장 및 전송, 화상 채팅 등이 수행되고 있다. 이러한, 전자기기에 장착되어 사용되고 있는 디지털 카메라는 점차 소형 경량화되고 있으며 저비용화 되어 가고 있는 추세이다.
이에 따라 다수의 렌즈를 적절하게 배치하여 고화질의 카메라를 구현하려는 시도와 아울러, 광화각을 보다 광범위하게 넓히고 초점거리를 좁힘으로써 소형화를 추진하되, 보다 안정화된 광학성능을 발휘하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 소형 경량이면서 각종 전자기기나 차량 등에 장착되는 카메라 등에서 목적하는 영상을 구현하기 위한 적당한 광화각을 갖도록 하여 상의 왜곡을 최소화 할 수 있는 초광각 광학 렌즈 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 광축을 기준으로 물체와 결상면 사이에 다수의 렌즈가 차례대로 배치된 초광각 광학계에 있어서, 부의 굴절력을 가지며 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상인 제 1렌즈; 부의 굴절력을 가지는 제 2렌즈; 부의 굴절력을 가지며 상측으로 볼록한 메니스커스 형상인 제 3렌즈; 정의 굴절력을 가지며 양면이 볼록 형상인 제 4렌즈; 부의 굴절력을 가지며 양면이 오목 형상인 제 5렌즈; 및 정의 굴절력을 가지며 양면이 볼록 형상인 제 6렌즈;를 포함하되,
각 렌즈는 다음의 수학식
0.30 < Y/(f × tanθd) < 0.60
(여기서, θd 는 광학계의 최대 반화각, Y는 최대 상고, f는 광학계 초점거리임)
을 만족시키도록 구비된 것을 특징으로 하는 초광각 광학 렌즈 시스템을 제공함으로써 달성될 수 있다.
각 렌즈는 다음의 수학식
3.0 < θd/TL < 9.0
(여기서, θd 는 광학계의 최대 반화각, TL는 물체측에 가장 가까운 렌즈의 물체측 면으로부터 결상면까지의 거리임)
을 만족시키도록 구비되는 것이 바람직하다.
제 4렌즈 및 제 5렌즈는 서로 접합되거나 서로 일정 간격 이격 배치되어 하나의 렌즈군을 형성하는 것이 바람직하다.
제3렌즈와 제4렌즈 사이에 구비되어 빛의 양을 조절하는 조리개를 더 포함하는 것이 바람직하다.
제2렌즈는 양면 중 적어도 한 면이 비구면으로 이루진 것이 바람직하다.
제 6렌즈는 양면 중 적어도 한 면이 비구면으로 이루진 것이 바람직하다.
제 6렌즈와 결상면 사이에는 적외선 필터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
제 6렌즈와 결상면 사이에는 커버 글래스를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 초광각 광학계는 소형 경량의 고화질 광학 성능을 가지면서 넓은 광화각을 유지할 수 있는 효과와 함께, 상의 왜곡을 현저하게 감소시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 렌즈들의 배열 상태를 나타낸 렌즈 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 렌즈면의 렌즈 데이터를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비구면 렌즈면의 비구면 계수를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 대한 구면수차 그래프,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 대한 비점수차 그래프,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 대한 왜곡수차 그래프이다.
< 실시예 >
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 렌즈들의 배열 상태를 나타낸 렌즈 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명인 초광각 광학계의 일 실시예는 광축을 기준으로 물체와 결상면 사이에 다수의 렌즈, 즉 제 1렌즈(L1), 제 2렌즈(L2), 제 3렌즈(L3), 제 4렌즈(L4), 제 5렌즈(L5) 및 제 6렌즈(L6)를 포함한 6개의 렌즈가 차례대로 배치된 구성이다. 아울러, 제 6렌즈(L6)와 결상면(IP) 사이에는 적외선 필터(IF), 커버 글래스(CG)가 더 포함될 수 있다.
물체 측에서 본 발명의 일 실시예에 입사되는 빛은 제 1렌즈(L1), 제 2렌즈(L2), 제 3렌즈(L3), 제 4렌즈(L4), 제 5렌즈(L5) 및 제 6렌즈(L6)를 순서대로 굴절 및 통과하여 상 측에 위치한 결상면(IP)에 맺히게 된다.
제 1렌즈(L1)는 부의 굴절력을 가지며 물체 측으로 볼록한 메니스커스(meniscus) 형상을 가진다. 여기서, 제 1렌즈(L1)의 물체측 면(1) 곡률반경은 상측 면(2)의 곡률반경보다 더 크게 되도록 형성된다.
제 2렌즈(L2)는 부의 굴절력을 가지며, 양면(3, 4) 중 적어도 일면이 비구면으로 형성된다. 본 실시예에서는 제 2렌즈(L2) 양면(3, 4)이 모두 비구면으로 형성되었으며, 각각의 비구면 계수는 후술한다.
제 3렌즈(L3)는 부의 굴절력을 가지며 상측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가진다. 여기서, 제 3렌즈(L3)는 상측 면(4)의 곡률반경이 물체측 면(3)의 곡률반경보다 더 크게 형성된다.
제 4렌즈(L4)는 정의 굴절력을 가지며, 양면(7, 8)이 볼록 형상이다. 제 3렌즈(L3)와 제 4렌즈(L4) 사이에는 조리개(aperture stop)가 구비되어 결상면(IP)에 맺히는 상(image)의 광량이 조절되도록 한다.
제 5렌즈(L5)는 부의 굴절력을 가지며 양면(9, 10)이 오목 형상이다.
제 6렌즈(L6)는 정의 굴절력을 가지며 양면(11, 12)이 볼록 형상이다.
비구면으로 형성되는 렌즈(L2, L6)는 제작의 용이성을 위하여 플라스틱 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
각 렌즈(L1, L2, L3, L4, L5, L6)는 다음의 수학식 1
Figure 112010045698445-pat00001
(여기서, θd 는 광학계의 최대 반화각, Y는 최대 상고, f는 광학계 초점거리임)
을 만족시키도록 구비된다.
화각(Angle of View)은 촬상 가능한 범위가 렌즈 중심에 대해 이루는 각도를 의미하며, 반화각은 화각의 반으로써 렌즈의 중심을 지나는 근축과 이루는 각도를 의미하는데, θd의 단위는 도(degree)를 사용한다. 상고(Height of Image)는 상면에 맺힌 상의 높이를 의미하고, 단위는 mm이다. 그리고, 초점거리(f)는 mm의 단위를 사용하였다.
조건식 형태의 수학식 1에서 0.30 이하인 경우에는 광학계의 길이가 길어져서 광각에서의 성능 확보가 어려워지고, 수학식 1의 0.60 이상인 경우에는 광학계의 왜곡수차가 커져서 상의 왜곡이 심해진다.
또한, 각 렌즈(L1, L2, L3, L4, L5, L6)는 다음의 수학식 2
Figure 112010045698445-pat00002
(여기서, θd 는 광학계의 최대 반화각, TL는 물체측에 가장 가까운 렌즈의 물체측 면으로부터 결상면까지의 거리임)
을 만족시키도록 구비된다.
특히, 상술한 수학식 1 및 수학식 2를 만족하는 일예로서 본 실시예는, 초점거리 f가 1.53 mm이고, 최대 상고 Y가 2.24 mm이며, 물체측에 가장 가까운 렌즈의 물체측 면으로부터 상면까지의 거리 TL이 14.5 mm이고, 최대 반화각 θd가 70도이다.
<렌즈 데이터 및 비구면 계수>
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 렌즈면의 렌즈 데이터를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비구면 렌즈면의 비구면 계수를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 렌즈 데이터는, 각 렌즈면(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12)과 적외선 필터(IF)의 양면(13, 14)과 커버 글래스(CG)의 양면(15, 16) 및 결상면(IP)에 대한 데이터이다. 도 2에 나타낸 R은 각 면의 곡률반경을 의미하고, d는 렌즈의 두께 또는 각 렌즈 사이의 거리 또는 해당 렌즈와 상 및 물체와의 거리를 나타내며, N은 각 렌즈의 굴절률을 나타낸다. 그리고, * 표시는 비구면 렌즈를 의미한다.
도 3에 도시된 비구면 계수 데이터는, 제 2렌즈(L2)의 양면(3, 4) 및 제 6렌즈(L6)의 양면(11, 12)에 대한 데이터이며, * 표시는 비구면 렌즈를 의미한다. 도 3에 나타낸 비구면 계수(A, B, C, D)는 다음의 수학식 3
Figure 112010045698445-pat00003
(여기서, Z는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리, Y는 광축에 수직인 방향으로의 거리, c는 렌즈의 정점에서의 곡률 반경의 역수, k는 코닉(conic) 상수이며, A,B, C, D, E, F는 비구면 계수임)
에 의해 결정되는 비구면 계수 중 일부이다.
본 실시예에 의한 수차는 그래프로 나타낼 수 있는데, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 대한 구면수차 그래프, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 대한 비점수차 그래프, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 대한 왜곡수차 그래프이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
L1: 제 1렌즈
L2: 제 2렌즈
L3: 제 3렌즈
L4: 제 4렌즈
L5: 제 5렌즈
L6: 제 6렌즈
1: 제 1 렌즈의 물체측 면
2: 제 1 렌즈의 상측 면
3: 제 2 렌즈의 물체측 면
4: 제 2 렌즈의 상측 면
5: 제 3 렌즈의 물체측 면
6: 제 3 렌즈의 상측 면
7: 제 4 렌즈의 물체측 면
8: 제 4 렌즈의 상측 면
9: 제 5 렌즈의 물체측 면
10: 제 5 렌즈의 상측 면
11: 제 6 렌즈의 물체측 면
12: 제 6 렌즈의 상측 면
AS: 조리개
IF: 적외선 필터
CG: 커버 글래스
IP: 결상면

Claims (8)

  1. 광축을 기준으로 물체와 결상면 사이에 다수의 렌즈가 차례대로 배치된 초광각 광학계에 있어서,
    부의 굴절력을 가지며 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상인 제 1렌즈;
    부의 굴절력을 가지는 제 2렌즈;
    부의 굴절력을 가지며 상측으로 볼록한 메니스커스 형상인 제 3렌즈;
    정의 굴절력을 가지며 양면이 볼록 형상인 제 4렌즈;
    부의 굴절력을 가지며 양면이 오목 형상인 제 5렌즈; 및
    정의 굴절력을 가지며 양면이 볼록 형상인 제 6렌즈;를 포함하되,
    상기 각 렌즈는 다음의 수학식
    0.30 < Y/(f × tanθd) < 0.60
    (여기서, θd 는 광학계의 최대 반화각, Y는 최대 상고, f는 광학계 초점거리임)
    을 만족시키도록 구비된 것을 특징으로 하는 초광각 광학 렌즈 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 각 렌즈는 다음의 수학식
    3.0 < θd/TL < 9.0
    (여기서, θd 는 광학계의 최대 반화각, TL는 물체측에 가장 가까운 렌즈의 물체측 면으로부터 결상면까지의 거리임)
    을 만족시키도록 구비된 것을 특징으로 하는 초광각 광학 렌즈 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 4렌즈 및 상기 제 5렌즈는 서로 접합되거나 서로 일정 간격 이격 배치되어 하나의 렌즈군을 형성하는 것을 특징으로 하는 초광각 광학 렌즈 시스템.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제3렌즈와 상기 제4렌즈 사이에 구비되어 빛의 양을 조절하는 조리개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초광각 광학 렌즈 시스템.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제2렌즈는 양면 중 적어도 한 면이 비구면으로 이루진 것을 특징으로 하는 초광각 광학 렌즈 시스템.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 6렌즈는 양면 중 적어도 한 면이 비구면으로 이루진 것을 특징으로 하는 초광각 광학 렌즈 시스템.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 6렌즈와 상기 결상면 사이에는 적외선 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초광각 광학 렌즈 시스템.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 6렌즈와 상기 결상면 사이에는 커버 글래스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초광각 광학 렌즈 시스템.
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