KR100773922B1 - 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템 - Google Patents

카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템은, 피사체를 향하게 되는 면은 볼록하고 타면은 오목한 제1 메니스커스 렌즈; 상기 제1 메니스커스 렌즈의 후방에 배치되고, 이미지면을 향하는 면은 볼록하고 타면은 오목한 제2 메니스커스 렌즈; 상기 제2 메니스커스 렌즈의 후방에 배치되고, 이미지면을 향하는 면은 볼록하고 타면은 오목한 제3 메니스커스 렌즈; 상기 제3 메니스커스 렌즈의 후방에 배치되고, 이미지면을 향하는 면은 오목하고 타면은 볼록한 제4 메니스커스 렌즈; 및 상기 제1 메니스커스 렌즈, 제2 메니스커스 렌즈, 제3 메니스커스 렌즈 및 제4 메니스커스 렌즈가 순차적으로 수용되고, 상기 제1 메니스커스 렌즈의 가장자리를 잡아주는 캡이 체결되는 경통;을 포함한다.
메니스커스 렌즈, 비구면 렌즈, 적외선 필터, 분산계수, 단차, 아베수

Description

카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템{Wide angle slim lens system for camera}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템의 해상력 특성을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템의 구면수차 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템의 상면만곡 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템의 왜곡 특성을 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
10...경통 11...캡
12...링부재 13...제1 메니스커스 렌즈
14a...제2 메니스커스 렌즈 14b...제3 메니스커스 렌즈
14c...제4 메니스커스 렌즈 15a,15b,15c...스페이서
16...적외선 필터
본 발명은 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구면수차, 색수차 및 왜곡을 보정할 수 있는 렌즈 조합과, 차량의 후방 감시용 카메라로 활용이 가능하도록 방수 구조를 구비한 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 후방에는 사각지대가 존재하여 후진시나 주차시에 각별한 주의가 요구되는 바, 근래에는 운전자가 소정의 모니터를 보면서 안전하게 운전할 수 있도록 차량의 후미에 감시 카메라를 장착하는 기술(실용신안등록 제377604호, 제259919호 등)이 선보이고 있다.
그런데, 종래의 차량용 감시 카메라들은 기존에 사용되던 렌즈계를 그대로 채용하고 차체에 대한 장착 구조나 감시를 위한 각도 조절수단만을 개선한 경우가 대부분으로서, 구조가 복잡할 뿐만 아니라 카메라의 화질이나 화각이 취약한 문제가 있었다.
즉, 종래의 차량용 감시 카메라는 차량 장착시의 미관을 고려하여 렌즈계가 보다 간단한 구조로 개선되어야 하며, 방수 성능이 강화되어야 하고, 광각 렌즈의 수차나 왜곡 등을 보정할 수 있는 구조가 구비되어야 한다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창안된 것으로서, 슬림(Slim) 타입으로 제작될 수 있으며, 구면수차, 상면만곡 등을 보정할 수 있는 광각 렌즈 조합을 가진 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 방수 기능이 강화된 구조를 가진 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 비구면 플라스틱 렌즈를 사용함에 따라 발생하는 색수차를 보정할 수 있는 구조를 가진 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템은, 피사체를 향하게 되는 면은 볼록하고 타면은 오목한 제1 메니스커스 렌즈; 상기 제1 메니스커스 렌즈의 후방에 배치되고, 이미지면을 향하는 면은 볼록하고 타면은 오목한 제2 메니스커스 렌즈; 상기 제2 메니스커스 렌즈의 후방에 배치되고, 이미지면을 향하는 면은 볼록하고 타면은 오목한 제3 메니스커스 렌즈; 상기 제3 메니스커스 렌즈의 후방에 배치되고, 이미지면을 향하는 면은 오목하고 타면은 볼록한 제4 메니스커스 렌즈; 및 상기 제1 메니스커스 렌즈, 제2 메니스커스 렌즈, 제3 메니스커스 렌즈 및 제4 메니스커스 렌즈가 순차적으로 수용되고, 상기 제1 메니스커스 렌즈의 가장자리를 잡아주는 캡이 체결되는 경통;을 포함한다.
상기 제1 메니스커스 렌즈의 전면 가장자리와 상기 캡 사이에는 방수용 링부재;가 개재될 수 있다. 이때, 메니스커스 렌즈의 전면 가장자리는 단차 가공되고, 상기 단차 부분에 상기 링부재가 배치되는 것이 바람직하다.
바람직하게, 제2 메니스커스 렌즈, 제3 메니스커스 렌즈 및 제4 메니스커스 렌즈의 일면 혹은 양면은 비구면으로 구성될 수 있다.
제2 메니스커스 렌즈, 제3 메니스커스 렌즈 및 제4 메니스커스 렌즈 중 어느 하나는 나머지와 상이한 분산계수값을 갖는 것이 바람직하다.
대안으로, 상기 제2 메니스커스 렌즈, 제3 메니스커스 렌즈 및 제4 메니스커스 렌즈는 상호 다른 분산계수값을 갖도록 구성될 수 있다.
각 렌즈의 초점거리를 전체 초점거리로 나눈 값 f는, 상기 제1 메니스커스 렌즈는 -3.56 < f < -2.49, 상기 제2 메니스커스 렌즈는 2.22 < f < 3.29, 상기 제3 메니스커스 렌즈는 -19.13 < f < -18.06, 상기 제4 메니스커스 렌즈는 1.54 < f < 2.61 의 조건식을 만족하는 것이 바람직하다.
상기 제4 메니스커스 렌즈의 후방에는 적외선 필터가 배치될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카메라용 광각 슬림 렌 즈 시스템은 이미지면(Image plane) 방향으로 가면서 순차적으로 경통(10) 내에 배치된 제1 메니스커스 렌즈(Meniscus lens)(13), 제2 메니스커스 렌즈(14a), 제3 메니스커스 렌즈(14b), 제4 메니스커스 렌즈(14c) 및 적외선 필터(IR cut-off filter)(16)와, 경통(10)의 앞부분에 체결되어 제1 메니스커스 렌즈(13)의 가장자리를 고정하는 캡(Cap)(11)과, 메니스커스 렌즈(13)와 캡(11) 사이에 개재된 링부재(12)를 포함한다.
제1 메니스커스 렌즈(13)는 사용시 피사체를 향하게 되는 면은 볼록하고 타면은 오목한 형태로 구성되어 광각의 굴절기능을 제공한다.
제2 메니스커스 렌즈(14a), 제3 메니스커스 렌즈(14b) 및 제4 메니스커스 렌즈(14c)로는 그 일면 혹은 양면이 비구면 가공된 비구면 플라스틱 렌즈(Aspheric plastic lens)가 채용됨으로써 구면수차의 보정을 구현한다.
상기 제2 메니스커스 렌즈(14a)와 제3 메니스커스 렌즈(14b)는 이미지면을 향하는 면이 볼록하고 타면은 오목한 형태를 가지며, 제4 메니스커스 렌즈(14c)는 이미지면을 향하는 면이 오목하고 타면은 볼록한 형태를 갖는다.
색수차 보정을 위해, 제2 메니스커스 렌즈(14a), 제3 메니스커스 렌즈(14b) 및 제4 메니스커스 렌즈(14c) 중 어느 하나는 나머지와 상이한 분산계수값을 갖는 것이 바람직하다.
대안으로, 상기 제2 메니스커스 렌즈(14a), 제3 메니스커스 렌즈(14b) 및 제4 메니스커스 렌즈(14c)는 상호 다른 분산계수값을 갖는 것도 가능하다.
상기 메니스커스 렌즈들(13,14a,14b,14c)에 있어서, 각 렌즈의 초점거리를 렌즈계 전체의 초점거리로 나눈 값 f(= fN/f0)는, 제1 메니스커스 렌즈(13)는 -3.56 < f < -2.49, 제2 메니스커스 렌즈(14a)는 2.22 < f < 3.29, 제3 메니스커스 렌즈는 -19.13 < f < -18.06, 제4 메니스커스 렌즈는 1.54 < f < 2.61 의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 조건을 만족하는 경우, 광학계 전체 길이가 11 ~ 12㎜, 전체 초점거리가 1.5 ~ 2.5㎜, 후 초점거리가 2.5 ~ 3.5㎜, 4:3 비율의 화면에서의 수평 화각이 100 ~ 110°인 슬림 타입의 광각 렌즈 시스템을 제작할 수 있다.
상기 메니스커스 렌즈들(13,14a,14b,14c) 사이에는 렌즈 간격을 유지하도록 소정 두께의 스페이서(Spacer)(15a,15b,15c)가 배치된다.
적외선 필터(16)는 메니스커스 렌즈들(13,14a,14b,14c)을 투과하여 입사되는 광에서 적외선 성분을 선택적으로 제거하는 기능을 제공한다. 바람직하게, 적외선 필터(16)의 후방에는 커버 글라스(Cover glass)(미도시)가 배치될 수 있다.
캡(11)은 경통(10) 앞부분의 외주에 나사체결되는 스크류와, 체결시 메니스커스 렌즈들(13,14a,14b,14c)이 경통(10)의 외부로 이탈하는 것을 방지하도록 제1 메니스커스 렌즈(13)의 가장자리를 잡아줄 수 있는 개구부 테두리단을 구비한 구조를 갖는다.
링부재(12)는 제1 메니스커스 렌즈(13)의 전면(Front surface) 가장자리와 캡(11) 사이에 개재되어 물기나 이물질이 경통(10) 내로 침투하는 것을 방지하는 동시에 제1 메니스커스 렌즈(13)가 유동되어 기울어지는 현상을 방지한다. 이러한 링부재(12)로는 고무 등의 연성 재질로 이루어진 O-링이 채용되는 것이 바람직하다.
링부재(12)가 배치되는 제1 메니스커스 렌즈(13)의 전면쪽 가장자리는 2단의 두께를 갖도록 단차 가공된다. 링부재(12)는 단차 부분의 코너부에 배치되어 캡(11)의 내측에 밀착됨으로써 제1 메니스커스 렌즈(13)와 캡(11) 사이에서 유동되는 것이 방지된다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카메라용 광각 렌즈 시스템의 해상력 특성을 MTF(Modulation Transfer Function)로 나타낸 그래프이다. 그래프에서 수직축은 상의 선명도인 해상력을 나타내고, 수평축은 피사체의 미세 정도와 연관있는 공간 주파수(Spatial frequency)를 나타낸다. 그래프를 참조하면, 1/4“ CCD 센서에서 고해상력인 400 TV line의 경우 74 cycles/㎜ 정도에서 MTF가 0.3 이상이고, 양호한 정도의 해상력인 200 TV line의 경우 37 cycles/㎜에서 MTF가 0.3 이상인 것에 비해, 본 발명은 중심부가 80 cycles/㎜, 주변부가 37 cycles/㎜ 정도의 공간주파수에서 MTF가 0.3 이상이므로 양호한 해상력을 가짐을 확인할 수 있다.
도 3에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카메라용 광각 렌즈 시스템의 구면 수차 특성이 나타나 있다. 그래프를 참조하면, 구면 수차(Spherical aberration)는 파장 별로 비슷한 값을 가지는데 가시광의 중심 정도의 파장인 546nm 에서 0.014㎜ 이내로서 양호한 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
도 4에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카메라용 광각 렌즈 시스템의 상면만곡(Field curves) 특성이 나타나 있다. 그래프를 참조하면, 상면만곡은 수직 과 수평에 편차가 적고 그 값은 0.1 ㎜ 이내로서 양호한 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
도 5에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카메라용 광각 렌즈 시스템의 왜곡(Distortion) 특성이 나타나 있다. 그래프를 참조하면, 왜곡 정도는 -44 %인데 TV Distortion으로 환산하면 -13% 이내로서 양호한 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
이상의 설명과 같이 본 발명에 따르면 메니스커스 렌즈들(13,14a,14b,14c)의 조합에 의해 구면수차, 색수차, 상면만곡, 왜곡 등이 보정된 광각 렌즈 시스템이 구현되며, 제1 메니스커스 렌즈(13)의 전면 가장자리 단차 부분에 배치된 링부재(12)에 의해 메니스커스 렌즈들(13,14a,14b,14c)이 안정적으로 고정되고 뛰어난 방수 효과가 제공된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따르면 메니스커스 렌즈들의 조합에 의해 11 ~ 12mm 정도 길이의 슬림형으로 설계되고, 수차와 왜곡이 보정된 광각 렌즈 시스템이 제공되므로 차량의 후방 감시용으로 적합한 소형의 카메라를 제작할 수 있는 장점이 있다.
특히, 분산계수가 다른 비구면 플라스틱 렌즈를 채용함으로써 색수차를 보정할 수 있으며, 고무링이 메니스커스 렌즈의 전면 가장자리에 배치되므로 방수 효과를 강화할 수 있고 렌즈가 기울어지는 현상을 방지할 수 있다.

Claims (8)

  1. 부(-)의 굴절능을 가지며, 피사체를 향하게 되는 면은 볼록하고 타면은 오목한 제1 메니스커스 렌즈;
    상기 제1 메니스커스 렌즈의 후방에 배치되고, 이미지면을 향하는 면은 볼록하고 타면은 오목한 제2 메니스커스 렌즈;
    상기 제2 메니스커스 렌즈의 후방에 배치되고, 이미지면을 향하는 면은 볼록하고 타면은 오목한 제3 메니스커스 렌즈;
    상기 제3 메니스커스 렌즈의 후방에 배치되고, 이미지면을 향하는 면은 오목하고 타면은 볼록한 제4 메니스커스 렌즈; 및
    상기 제1 메니스커스 렌즈, 제2 메니스커스 렌즈, 제3 메니스커스 렌즈 및 제4 메니스커스 렌즈가 순차적으로 수용되고, 상기 제1 메니스커스 렌즈의 가장자리를 잡아주는 캡이 체결되는 경통;을 포함하는 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 메니스커스 렌즈의 전면 가장자리와 상기 캡 사이에 개재된 방수용 링부재;를 더 포함하는 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 메니스커스 렌즈의 가장자리가 단차 가공되고, 상기 단차 부분에 상기 링부재가 배치된 것을 특징으로 하는 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 메니스커스 렌즈, 제3 메니스커스 렌즈 및 제4 메니스커스 렌즈의 일면 혹은 양면이 비구면인 것을 특징으로 하는 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 메니스커스 렌즈, 제3 메니스커스 렌즈 및 제4 메니스커스 렌즈 중 어느 하나가 나머지와 상이한 분산계수값을 갖는 것을 특징으로 하는 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 메니스커스 렌즈, 제3 메니스커스 렌즈 및 제4 메니스커스 렌즈는 상호 다른 분산계수값을 갖는 것을 특징으로 하는 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 렌즈의 초점거리를 전체 초점거리로 나눈 값 f의 조건식이,
    상기 제1 메니스커스 렌즈는 -3.56 < f < -2.49, 상기 제2 메니스커스 렌즈는 2.22 < f < 3.29, 상기 제3 메니스커스 렌즈는 -19.13 < f < -18.06, 상기 제4 메니스커스 렌즈는 1.54 < f < 2.61 인 것을 특징으로 하는 카메라용 광각 슬림 렌 즈 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제4 메니스커스 렌즈의 후방에 배치된 적외선 필터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라용 광각 슬림 렌즈 시스템.
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