KR100859103B1

KR100859103B1 - 초소형 광각카메라 모듈용 광학계

Info

Publication number: KR100859103B1
Application number: KR1020070041772A
Authority: KR
Inventors: 노명재
Original assignee: 노명재
Priority date: 2007-04-30
Filing date: 2007-04-30
Publication date: 2008-09-18

Abstract

본 발명은 초소형 광각카메라 모듈용 광학계에 관한 것으로서, 물체측에 볼록면이나 평면 또는 오목면 중에서 하나의 형태를 갖고 상측으로는 오목면을 갖는 음의 배율렌즈이며 고굴절렌즈인 제1렌즈와; 물체측에 비구면의 오목면을 갖고 상측으로는 비구면의 볼록면을 갖는 양의 배율렌즈인 제2렌즈와; 물체측과 상측 모두에 볼록면을 갖는 양의 배율렌즈인 제3렌즈와; 물체측과 상측 모두에 오목면을 갖는 음의 배율렌즈이며, 초고굴절의 특수렌즈인 제4렌즈와; 물체측에 볼록면을 갖고 상측으로는 볼록면이나 평면 또는 오목면 중에서 하나의 형태를 갖는 양의 배율렌즈인 제5렌즈와; 제1렌즈와 제2렌즈의 사이에 배치시키되 제2렌즈측에 밀착 배열하고 입사되는 빛을 선택적으로 수렴하는 조리개를 포함하여 이루어지며; 상기 제3렌즈와 제4렌즈 및 제5렌즈를 트리플릿형태로 구성하는 기술구성이 개시된다.

본 발명에 의하면, 외부 환경변화에 안정적인 광학계를 구현할 수 있고, 선두경이 커지지 않는 특성으로 초소형 모듈형 카메라에 적용이 용이하며, 비구면렌즈의 사용과 특수렌즈를 포함하는 트리플릿(triplet) 형태의 렌즈배열로 색수차와 구면수차 및 비축수차까지 개선할 수 있어 메가급 성능발휘가 가능할 뿐더러 대량양산에 적합하며 시장에서 요구하는 광각 모듈로 확장 가능한 유용함을 제공한다.

Description

초소형 광각카메라 모듈용 광학계{OPTICAL SYSTEM FOR MODULE TYPE WIDE ANGLE CAMERA}

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 광각카메라 모듈용 광학계의 배열상태를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 의한 광각카메라 모듈용 광학계의 배열상태를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 제3실시예에 의한 광각카메라 모듈용 광학계의 배열상태를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 제4실시예에 의한 광각카메라 모듈용 광학계의 배열상태를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 제5실시예에 의한 광각카메라 모듈용 광학계의 배열상태를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 제6실시예에 의한 광각카메라 모듈용 광학계의 배열상태를 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 제7실시예에 의한 광각카메라 모듈용 광학계의 배열상태를 나타낸 도면.

도 8은 본 발명의 제8실시예에 의한 광각카메라 모듈용 광학계의 배열상태를 나타낸 도면.

도 9 내지 도 16은 도 1 내지 도 8에 의한 광각카메라 모듈용 광학계의 수차특성을 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 제1렌즈 20: 제2렌즈

30: 제3렌즈 40: 제4렌즈

50: 제5렌즈 60: 조리개

70: 광학특수필터 80: 윈도우글라스

90: 촬상소자

본 발명은 초소형 광각카메라용 광학계에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초소형 핀홀광학계의 개념에 광각 개념을 접목하여 초소형의 모듈타입 광각카메라를 구현할 수 있도록 하며, 특수한 물성특성을 갖는 구면의 특수렌즈와 비구면과의 조화를 통해 기존의 광학계에서 이루지못한 메가급 광학성능을 발휘되게 하고 대량양산을 가능하게 하는 초소형 광각카메라 모듈용 광학계에 관한 것이다.

일반적으로 광각카메라(wide angle camera)는 화각이 85도가 넘는 렌즈를 사 용하여 넓은 범위의 촬영에 적합하도록 구성되는 카메라로서 통상 화각을 유지하고 화질 향상에 주안점을 갖는 광학계가 적용되며, CCD(Charge Coupled Device)를 이용한 CCD 카메라 및 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 이용한 CMOS 카메라를 그 예로 들 수 있다.

하지만, 상술한 광각카메라에 사용되는 기존의 광각렌즈는 특성상 선두경이 크고 이에 의해 렌즈의 형태가 일정크기 이하로 줄어들지 못하는 문제점으로 카메라 모듈의 크기를 줄이거나 작게 하지 못하는 요인으로 작용하고 있다.

한편, 상술한 문제점을 해결하기 위하여 개선된 안이 시장의 요구에 의하여 안출되고는 있으나 렌즈의 구성과 형태가 대단히 복잡하여 여전히 대량생산에는 큰 문제점으로 대두되고 있다.

특히, CMOS 카메라에는 그 광학성능을 위해 주변광량이 70% 이상인 렌즈가 사용되어야 하는데, 이의 적용이 어려웠을 뿐더러 CMOS 카메라에 적합하고 광학성능은 유지하면서 대량양산체제를 갖출 수 있게 하는 렌즈의 개발이 현재까지 이루어지지 않고 있는 실정이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적으로 하는 바는 초소형 핀홀광학계의 개념에 광각 개념을 접목하여 초소형의 모듈타입 광각카메라를 구현할 수 있도록 하며, 특수한 물성특성을 갖는 구면의 특수렌즈와 비구면과의 조화를 통해 기존의 광학계에서 이루지못한 메가급 광학성능 을 구현함과 아울러 전장을 최소화시킬 수 있도록 하고 광학계의 구성 및 형태를 보다 단순화시켜 대량양산에 적합하도록 한 초소형 광각카메라 모듈용 광학계를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 외부의 환경변화에 강하도록 구성하여 안정적인 광학계를 구현할 수 있도록 하고, 트리플릿(triplet) 개념을 적용하여 메가급 성능을 위해 우선시되는 색수차를 개선할 수 있도록 한 초소형 광각카메라 모듈용 광학계를 제공하는데 있다.

나아가, 본 발명은 주변광량비가 90% 이상을 갖도록 하여 렌즈의 중심과 주변의 밝기차이를 해소할 수 있도록 함으로써 CCD나 CMOS 카메라에 사용할 수 있으며 적용범위를 넓힐 수 있도록 한 초소형 광각카메라 모듈용 광학계를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 물체측에 볼록면이나 평면 또는 오목면 중에서 어느 하나의 형태를 갖고 상측으로는 오목면을 갖는 음의 배율렌즈이며 고굴절의 특수렌즈로 형성되는 제1렌즈와; 물체측에 비구면의 오목면을 갖고 상측으로는 비구면의 볼록면을 갖는 양의 배율렌즈인 제2렌즈와; 물체측과 상측 모두에 볼록면을 갖는 양의 배율렌즈인 제3렌즈와; 물체측과 상측 모두에 오목면을 갖는 음의 배율렌즈이며, 초고굴절의 특수렌즈로 형성되는 제4렌즈와; 물체측에 볼록면을 갖고 상측으로는 볼록면이나 평면 또는 오목면 중에서 어느 하나의 형태를 갖 는 양의 배율렌즈인 제5렌즈와; 제1렌즈와 제2렌즈의 사이에 배치시키되 제2렌즈측에 밀착 배열하고 제1렌즈로부터 입사되는 빛을 선택적으로 수렴하는 조리개를 포함하여 이루어지며; 상기 제3렌즈와 제4렌즈 및 제5렌즈를 트리플릿형태로 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1렌즈와 제2렌즈와의 사이에 위치하되 제2렌즈측에 밀착 배치된 조리개의 앞에 칼라보정필터를 배열하여 제1렌즈로부터 입사되는 빛을 사용용도에 따라 파장대별로 구분하여 투과시키는 기능을 수행하도록 구성함이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면 및 도표를 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 광각카메라 모듈용 광학계의 배열상태를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 제2실시예에 의한 광각카메라 모듈용 광학계의 배열상태를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 제3실시예에 의한 광각카메라 모듈용 광학계의 배열상태를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 제4실시예에 의한 광각카메라 모듈용 광학계의 배열상태를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 제5실시예에 의한 광각카메라 모듈용 광학계의 배열상태를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 제6실시예에 의한 광각카메라 모듈용 광학계의 배열상태를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 제7실시예에 의한 광각카메라 모듈용 광학계의 배열상태를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 제8실시예에 의한 광각카메라 모듈용 광학계의 배열상태를 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 초소형 광각카메라 모듈용 광학계는 4매의 구면렌즈(10)(30)(40)(50)와 1매의 비구면렌즈(20)로 형성되는 렌즈계와, 조리개(60)와, 윈도우글라스(80)와, 촬상소자(90)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

상기 렌즈계는 물체측에 볼록면(R1)을 갖고 상측으로는 오목면(R2)을 갖는 음의 배율렌즈이며 환경변화에 강한 고굴절 렌즈로 형성되는 제1렌즈(10)와, 물체측에 비구면의 오목면(R3)을 갖고 상측으로는 비구면의 볼록면(R4)을 갖는 양의 배율렌즈인 제2렌즈(20)와, 물체측과 상측 모두에 볼록면(R5)(R6)을 갖는 양의 배율렌즈인 제3렌즈(30)와, 물체측과 상측 모두에 오목면(R7)(R8)을 갖는 음의 배율렌즈이며 초고굴절의 특수렌즈로 형성되는 제4렌즈(40)와, 물체측과 상측 모두에 볼록면(R9)(R10)을 갖는 양의 배율렌즈인 제5렌즈(50)가 물체측으로부터 상측으로 순차 배열되는 구성으로 이루어지되 상기 제3렌즈(30)와 제4렌즈(40) 및 제5렌즈(50)를 트리플릿(triplet)형태로 구성되게 한다.

이때, 상기 제1렌즈(10)는 호야(HOYA)사의 BaFD7렌즈나 BaFD8렌즈, 쇼트(SCHOTT)사의 BaSF렌즈 중에서 선택 사용할 수 있으며, 특히 화학물질과의 반응이 거의 없어 화학적으로 안정적일 뿐만 아니라 강도가 강해 스크래치에 의한 렌즈의 손상을 방지할 수 있어 외부환경변화에 대단히 안정적인 광학계를 구현할 수 있게 된다.

상기 제4렌즈(40)는 호야사의 FDS1렌즈, 쇼트사의 SFS렌즈 중에서 선택 사용 할 수 있으며, 통상적으로 상기한 제4렌즈의 초고굴절 렌즈는 두께와 비례하여 투과율이 떨어지는 문제점이 있어 기존 광학계에서는 사용에 제한이 있는 렌즈이나 본 발명에서는 초소형이고 위치상 얇은 렌즈여야 본 발명이 특징으로 하는 성능발휘가 가능하기 때문에 투과율문제에 상관없이 사용하여 색수차를 보정하는데 사용함과 동시에 광학전장을 짧게 할 수 있고, 이에 상응하여 선두렌즈의 크기까지 줄일 수 있게 된다.

상기 조리개(60)는 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20)의 사이에 배치시키되 제2렌즈(20)측에 최대한 밀착되도록 배열하며, 상기 제1렌즈(10)로부터 입사되는 빛을 선택적으로 수렴할 수 있게 한다.

상기 윈도우글라스(80)는 상기 제5렌즈(50)와 촬상소자(80)와의 사이에 설치되며 상기 촬상소자의 보호 및 이물질 유입 등을 방지되게 한다.

상기 촬상소자(80)는 CCD센서 또는 CMOS센서를 포함하는 구성이며, 빛을 전기적 신호로 전환시켜 영상정보를 입력하는 기능을 수행하게 된다.

또한, 상기 렌즈계에는 도 2 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 상술한 도 1 및 도 3의 구성요소에 광학특수필터(70)를 더 추가하여 구성할 수 있는데, 상기 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20)와의 사이에 설치되되 조리개(60)의 앞에 배열되며 제1렌즈(10)로부터 입사되는 빛을 사용용도에 따라 파장대별로 구분하여 투과시키는 기능을 수행하도록 구성된다.

이때, 상기 광학특수필터(70)는 일정거리 이격된 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20)의 사이에 배치하므로 별도의 삽입공간을 확보하지 않고서도 추가 삽입이 용이하 며, 광학적 길이를 짧게 유지할 수 있게 하면서도 광학성능을 향상시킬 수 있는 유용성을 갖는다.

여기서, 상기 광학특수필터(70)로는 센서의 칼라에 대한 감도 차이에 따라 부족한 부분이나 많은 부분의 색을 보정하여 실제 물체(object)의 상에 가까운 색을 만들어주는 기능을 수행하도록 칼라보정필터(color compensation filter)를 사용함이 바람직하다.

상기 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20)는 일정간격으로 이격되어 배열되게 하고, 상기 제2렌즈(20)와 트리플릿 구성을 갖는 제3렌즈(30) 내지 제5렌즈(50)는 상호간에 밀착된 배열을 이루도록 하며, 상기 제3렌즈(30) 내지 제5렌즈(50)는 세 개의 렌즈가 접합된 트리플릿 접합구조를 이루도록 구성된다.

한편, 본 발명에 의한 초소형 광각카메라 모듈용 광학계를 구성함에 있어 도 5에서는 상술한 도 1 및 도 3의 구성요소와 동일한 구성을 이루되 각 구성요소에 대한 곡률반경(R)을 조정하여 조합함으로써 구성의 변화를 주어 광학성능을 개선할 수 있도록 구성한 것이다.

그리고, 도 6에서는 도 5의 구성요소에 상술한 기능을 수행하는 광학필터를 더 추가하여 구성한 것이다.

또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 초소형 광각카메라 모듈용 광학계는 상술한 도 1 및 도 3의 구성요소와 동일한 구성을 이루되 각 구성요소에 대한 곡률반경(R)을 조정하여 조합함으로써 구성의 변화를 주어 광학성능을 개선할 수 있도록 구성한 것으로, 제1렌즈(10)의 제1면(R1)을 평면으로 구성한 것이다.

그리고, 도 8에서는 도 7의 구성요소에 상술한 기능을 수행하는 광학필터를 더 추가하여 구성한 것이다.

나아가, 도시하지는 않았으나, 제1렌즈(10)의 제1면(R1)은 상술한 실시예에서와 같은 볼록면이나 평면이 아닌 오목면의 형태로 구성될 수도 있으며, 제5렌즈(50)의 제2면(R10)은 주로 볼록면의 구성으로 설명하였으나 평면 또는 오목면의 형태로도 구성될 수 있다.

한편, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 상술한 바와 같은 구성의 일 실시예 및 다른 실시예를 갖는 본 발명의 초소형 광각카메라 모듈용 광학계는 선두렌즈인 제1렌즈(10)를 환경변화에 강한 고굴절렌즈로 사용하여 추가적인 보호장치 없이 외부의 영향으로부터 안정성을 갖도록 하고, 강한 배율을 가지는 초고굴절의 특수구면렌즈인 제4렌즈(40)를 조합 배열함에 의해 상기 제1렌즈(10)의 색수차를 보정할 수 있도록 한 것이며, 상기 제1렌즈(10)와 제4렌즈(40)의 조합 배열에 의해 조리개(60)가 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20)의 사이에 위치하여도 선두경이 커지지 않도록 하는 효과를 얻도록 한 것이다.

또한, 비구면렌즈인 제2렌즈(20)와, 초고굴절의 특수구면렌즈인 제4렌즈(40)를 렌즈의 전반적인 배율을 맞추기 위한 배율렌즈인 제3렌즈(30) 및 제5렌즈(50)와 함께 트리플릿(triplet) 형태로 구성하고 적절한 곡률반경(R)으로 조합함에 의해 구면수차와 색수차 및 비축수차를 보다 효율적이면서 우수하게 개선시키는 효과를 얻도록 한 것이다.

그리고, 본 발명에 의한 광학계는 특수구면렌즈를 포함하는 4매의 구면렌즈(10)(30)(40)(50)를 적절하게 배율 분배하고 생산성 있는 곡률반경(R)으로 구성함에 의해 양산성을 만족시킬 수 있도록 구성하였고, 광학전장 11.10~14.70mm, 구경비는 F/2.0~2.5, 화각(시계각)은 150도~220도 사이로 선정하여서 구성하였으며, 다음의 조건 1,2,3을 만족하도록 설계하였다.

[조건 1]

1.0 ≤ B/f ≤ 1.8

여기서, 상기 전체 렌즈계의 초점거리를 f라 하고, 제5렌즈의 제10면(R10)에서 초점까지의 후면 초점거리(back focal length)를 B라 한다.

[조건 2]

T/f ≤ 4.6

여기서, 광학계의 첫 번째 제1렌즈(10)에서 마지막 제5렌즈(50)까지의 거리를 광학전장 T라 하고, 전체 렌즈계의 초점거리를 f라 한다.

[조건 3]

1.48≤n≤1.80, 25≤v≤65 [제2렌즈]

1.80≤n≤2.01, 18≤v≤30 [제4렌즈]

여기서, n은 렌즈의 굴절률이고, v는 렌즈의 분산률이다.

한편, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 초소형 광각카메라 모듈용 광학계의 작용을 설명하면 다음과 같다.

다음의 표 1 내지 표 8은 상술한 구성 및 조건에 의해 구성되는 본 발명의 제1실시예 내지 제8실시예에 따른 광학계에 대해서 렌즈의 곡률반경, 중심 간격, 렌즈의 굴절률 및 렌즈의 분산률 등을 분석한 결과를 나타낸 것이다.

[표 1] 본 발명의 제1실시예에 의한 광학계의 분석데이터

렌즈면	곡률반경(R)	간격(d)	굴절률(n)	분산률(v)	비고
제1면(R1)	4.6668	0.2074	1.7234	37.99
제2면(R2)	1.0370	1.2445
	-	0.0830			조리개
제3면(R3)	-1.3808	0.8296	1.5330	45.48	비구면
제4면(R4)	-0.7918	0.0259			비구면
제5면(R5)	2.5408	1.0889	1.7725	49.62
제6면(R6)	-2.5408	-
제7면(R7)	-2.5408	0.2074	1.9229	20.88
제8면(R8)	2.5408	-
제9면(R9)	2.5408	0.8815	1.6968	55.46
제10면(R10)	-5.1853	0.2178
	-	0.3889	1.5168	64.20	윈도우글라스
-	-	0.6222			촬상소자

여기서, 상기 각 데이터는 유효초점거리(EFL; Effective Focal Length) 1.0mm으로 표준화(normalization)된 수치이다.

제3면(R3)의 K = 0.0, AD = -0.826873E-00, AE = 0.17693E+01, AF = -0.155441E+02, AG = 0.000000E-00이며;

제4면(R4)의 K = 0.0, AD = 0.73702E-00, AE = -0.149449E-00, AF = 0.264867E-00, AG = 0.000000E-00이다.

[표 2] 본 발명의 제2실시예에 의한 광학계의 분석데이터

렌즈면	곡률반경(R)	간격(d)	굴절률(n)	분산률(v)	비고
제1면(R1)	4.6668	0.2074	1.7234	37.99
제2면(R2)	1.0370	1.2445
	-	0.2909	1.5618	64.20	칼라보정필터
	-	0.0830			조리개
제3면(R3)	-1.3808	0.8296	1.5330	45.48	비구면
제4면(R4)	-0.7918	0.0259			비구면
제5면(R5)	2.5408	1.0889	1.7725	49.62
제6면(R6)	-2.5408	-
제7면(R7)	-2.5408	0.2074	1.9229	20.88
제8면(R8)	2.5408	-
제9면(R9)	2.5408	0.8815	1.6968	55.46
제10면(R10)	-5.1853	0.2178
	-	0.3889	1.5168	64.20	윈도우글라스
-	-	0.6222			촬상소자

여기서, 상기 각 데이터는 유효초점거리(EFL) 1.0mm으로 표준화(normalization)된 수치이다.

[표 3] 본 발명의 제3실시예에 의한 광학계의 분석데이터

렌즈면	곡률반경(R)	간격(d)	굴절률(n)	분산률(v)	비고
제1면(R1)	3.6965	0.1945	1.7234	37.99
제2면(R2)	1.0111	1.1861
	-	0.0778			조리개
제3면(R3)	-1.6462	0.9528	1.5330	45.48	비구면
제4면(R4)	-0.8377	0.0194			비구면
제5면(R5)	2.4695	0.9334	1.7725	49.62
제6면(R6)	-2.4695	0.0166
제7면(R7)	-2.3334	0.1556	1.9229	20.88
제8면(R8)	2.3334	-
제9면(R9)	2.3334	0.7778	1.6968	55.46
제10면(R10)	-4.8612	0.5211
	-	0.2917	1.5168	64.20	윈도우글라스
-	-	0.4667			촬상소자

제3면(R3)의 K = 0.0, AD = 0.607534E-00, AE = 0.247914E+01, AF = -0.18173E+02, AG = 0.000000E-00이며;

제4면(R4)의 K = 0.0, AD = 0.7799835E-01, AE = -0.152429E-00, AF = 0.259681E-00, AG = 0.000000E-00이다.

[표 4] 본 발명의 제4실시예에 의한 광학계의 분석데이터

렌즈면	곡률반경(R)	간격(d)	굴절률(n)	분산률(v)	비고
제1면(R1)	3.6965	0.1945	1.7234	37.99
제2면(R2)	1.0111	1.1861
	-	0.2727	1.5168	64.20	칼라보정필터
	-	0.0778			조리개
제3면(R3)	-1.6462	0.9528	1.5330	45.48	비구면
제4면(R4)	-0.8377	0.0194			비구면
제5면(R5)	2.4695	0.9334	1.7725	49.62
제6면(R6)	-2.4695	0.0166
제7면(R7)	-2.3334	0.1556	1.9229	20.88
제8면(R8)	2.3334	-
제9면(R9)	2.3334	0.7778	1.6968	55.46
제10면(R10)	-4.8612	0.5211
	-	0.2917	1.5168	64.20	윈도우글라스
-	-	0.4667			촬상소자

[표 5] 본 발명의 제5실시예에 의한 광학계의 분석데이터

렌즈면	곡률반경(R)	간격(d)	굴절률(n)	분산률(v)	비고
제1면(R1)	14.049	0.2341	1.7234	37.99
제2면(R2)	1.1707	1.0302
	-	0.0937			조리개
제3면(R3)	-1.7120	0.9834	1.5330	45.48	비구면
제4면(R4)	-0.8235	0.0234			비구면
제5면(R5)	2.3059	1.9834	1.7725	49.62
제6면(R6)	-2.3059	0.0410
제7면(R7)	-2.0371	0.1873	1.9229	20.88
제8면(R8)	2.0371	-
제9면(R9)	2.0371	0.7961	1.6968	55.46
제10면(R10)	-5.8536	0.2716
	-	0.3512	1.5168	64.20	윈도우글라스
-	-	0.5619			촬상소자

제3면(R3)의 K = 0.0, AD = -0.452903E-00, AE = 0.84216E-01, AF = -0.145042E+02, AG = 0.000000E-00이며;

제4면(R4)의 K = 0.0, AD = 0.64453E-01, AE = -0.133267E-00, AF = 0.196826E-00, AG = 0.000000E-00이다.

[표 6] 본 발명의 제6실시예에 의한 광학계의 분석데이터

렌즈면	곡률반경(R)	간격(d)	굴절률(n)	분산률(v)	비고
제1면(R1)	14.049	0.2341	1.7234	37.99
제2면(R2)	1.1707	1.0302
	-	0.3253	1.5168	64.20	칼라보정필터
	-	0.0937			조리개
제3면(R3)	-1.7120	0.9834	1.5330	45.48	비구면
제4면(R4)	-0.8235	0.0234			비구면
제5면(R5)	2.3059	1.9834	1.7725	49.62
제6면(R6)	-2.3059	0.0410
제7면(R7)	-2.0371	0.1873	1.9229	20.88
제8면(R8)	2.0371	-
제9면(R9)	2.0371	0.7961	1.6968	55.46
제10면(R10)	-5.8536	0.2716
	-	0.3512	1.5168	64.20	윈도우글라스
-	-	0.5619			촬상소자

[표 7] 본 발명의 제7실시예에 의한 광학계의 분석데이터

렌즈면	곡률반경(R)	간격(d)	굴절률(n)	분산률(v)	비고
제1면(R1)	-	0.2146	1.7234	37.99
제2면(R2)	1.1922	1.3925
	-	0.0477			조리개
제3면(R3)	11.712	1.3353	1.5330	45.48	비구면
제4면(R4)	-1.0162	0.0238			비구면
제5면(R5)	2.5037	0.8107	1.7725	49.62
제6면(R6)	-2.5037	0.0708
제7면(R7)	-1.9076	0.1908	1.9229	20.88
제8면(R8)	1.9076	-
제9면(R9)	1.9076	0.6676	1.6968	55.46
제10면(R10)	35.767	0.2098
	-	0.3577	1.5168	64.20	윈도우글라스
-	-	0.5723			촬상소자

제3면(R3)의 K = 0.0, AD = 0.256596E-00, AE = -0.241555E+01, AF = -0.252879E+02, AG = 0.000000E-00이며;

제4면(R4)의 K = 0.0, AD = 0.45899E-01, AE = -0.140012E-01, AF = 0.222884E-01, AG = 0.000000E-00이다.

[표 8] 본 발명의 제8실시예에 의한 광학계의 분석데이터

렌즈면	곡률반경(R)	간격(d)	굴절률(n)	분산률(v)	비고
제1면(R1)	-	0.2146	1.7234	37.99
제2면(R2)	1.1922	1.3925
		0.2480	1.5168	64.20	칼라보정필터
	-	0.0477			조리개
제3면(R3)	11.712	1.3353	1.5330	45.48	비구면
제4면(R4)	-1.0162	0.0238			비구면
제5면(R5)	2.5037	0.8107	1.7725	49.62
제6면(R6)	-2.5037	0.0708
제7면(R7)	-1.9076	0.1908	1.9229	20.88
제8면(R8)	1.9076	-
제9면(R9)	1.9076	0.6676	1.6968	55.46
제10면(R10)	35.767	0.2098
	-	0.3577	1.5168	64.20	윈도우글라스
-	-	0.5723			촬상소자

이러한 본 발명은 내경을 투영측정기(PROFELE PROJECTOR)에서 측정한 유효경(dl:mm), 구면계(SPHEROMETER)로 전체 렌즈계의 초점거리 측정치를 f, 후면 초점거리를 B, 광학계의 첫 번째 제1렌즈(10)에서 마지막 제5렌즈(50)까지의 거리를 T, 투영검사기에 의한 화각측정치 θ, 해상력측정치의 중심(CR)과 주변(PR)의 구경비(f/dl=F/2.5)라 할 때, 본 발명에 의한 광학계의 렌즈 형상과 렌즈 배열 등이 상 기한 바와 같은 조건 1, 2, 3을 모두 만족시키고 있음을 알 수 있다.

즉, [조건 1]

1.0 ≤ B/f ≤ 1.8과,

[조건 2]

T/f ≤ 4.6와,

[조건 3]

1.48≤n≤1.80, 25≤v≤65 [제2렌즈]

1.80≤n≤2.01, 18≤v≤30 [제4렌즈]를 만족시키고 있다.

이에 따라, 본 발명에 의한 초소형 광각카메라 모듈용 광학계는 광학전장 11.10~14.70mm와 구경비 F/2.0~2.5 및 화각(시계각) 150도~220도의 특성을 갖는 광학성능을 발휘하게 되며, 기존 광각 광학계에서 이루지 못한 고해상력의 메가급 성능을 얻을 수 있게 되는 것이다.

이때, 상기한 광학계의 광학전장은 CCD 센서에 기준한 것이므로 CMOS 센서를 기준으로 한다면 좀 더 짧아질 수 있다 할 것이다.

또한, 본 발명에서 제3실시예 및 제4실시예의 광학계는 화각이 200도를 넘는 특성을 발휘하는 것으로 어안렌즈(Fish-eye)의 초광각 특성을 지니게 되며 아주 넓은 시야를 확보할 수 있게 된다.

한편, 도 9 내지 도 16은 본 발명의 제1실시예 내지 제8실시예에 의한 초소형 광각카메라 모듈용 광학계의 수차특성을 나타낸 분석 그래프로서, 각 도면 상의 좌측에 위치한 그래프는 자오상면 수차와 구결상면 수차를 각각 광축 상의 0, 0.7, 1.0 영역에서 나타낸 것이고, 각 도면 상의 우측 상단에 위치한 그래프는 초점거리에 따른 자오상면 만곡(T: Tangential Field Curvature) 및 구결상면 만곡(S: Sagittal Field Curvature)의 비점수차(Astigmatism)를 나타낸 것이고, 각 도면 상의 우측 중간에 위치한 그래프는 백분왜곡(Distortion)을 나타낸 것이며, 각 도면 상의 우측 하단에 위치한 그래프는 측면색수차(Lateral Color)를 나타낸 것이다.

이러한 도 9 내지 도 16의 분석 그래프에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 초소형 광각카메라 모듈용 광학계는 거의 모든 필드에서 상들의 값이 축에 인접하게 나타나고 있어 구면수차나 자오상면 수차, 백분왜곡, 색수차의 보정 상태가 양호함을 나타내고 있으며 중심뿐만 아니라 주변의 밝기를 향상시킬 수 있는 매우 효과적인 설계가 이루어졌음을 나타내고 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 초소형 광각카메라 모듈용 광학계에 의하면, 선두렌즈로 환경변화에 강한 고굴절 렌즈를 구성함에 의해 외부로 노출되어도 안정적인 광학계를 구현할 수 있고, 또한 선두렌즈의 색수차 보정을 위해 초고굴절의 물성특성을 가지면서도 중심두께가 얇은 특수렌즈를 조합하여 배열함에 의해 제1렌즈와 제2렌즈와의 사이에 조리개가 위치하여도 선두경이 커지지 않는 특성발휘를 하므로 초소형 모듈형 카메라에 적용이 용이하며, 조리개의 앞쪽에 내부 여유공간이 있어 성능향상을 위한 광학특수필터의 삽입이 용이하면서 광학특수필터의 삽입시에도 광학계의 광학전장에 지장이 없고 적용범위의 다양성을 추구할 수 있는 유용함이 있다.

본 발명은 파워가 큰 비구면렌즈인 제2렌즈 이후 후속렌즈의 배열을, 즉 중심두께가 얇은 초고굴절 특성의 제4렌즈를 포함하여 제3렌즈 및 제5렌즈를 트리플릿(triplet) 형태로 구성함에 의해 메가급 이상의 성능을 위해 가장 우선시되는 색수차의 개선은 물론 구면수차와 비축수차까지 개선할 수 있어 기존의 초소형 광각렌즈에서 불가능했던 메가급 성능발휘가 가능할 뿐더러 광학전장이 짧은 광학계를 구현할 수 있는 유용함을 제공한다.

본 발명은 주변 광량비가 90% 이상으로 렌즈의 중심과 주변의 밝기 차이를 해소할 수 있어 CCD 및 CMOS 카메라에 두루 사용할 수 있으며, 선두렌즈의 크기가 작아져 생산단가가 저하되는 이점과 렌즈의 구성형태가 단순화되고 매수가 줄어들어 대량양산에 적합하며 메가급의 광각 모듈로 확장 가능한 이점이 있다.

본 발명은 기존에 비해 광학계의 해상력을 향상시킴과 동시에 광학전장을 축소시키므로 협소한 공간에 장착이 용이하고 적용범위를 넓힐 수 있는 유용함을 제공할 수 있다.

Claims

물체측에 볼록면이나 평면 또는 오목면 중에서 어느 하나의 형태를 갖고 상측으로는 오목면을 갖는 음의 배율렌즈이며, 고굴절의 렌즈로 형성되는 제1렌즈와;

물체측에 비구면의 오목면을 갖고 상측으로는 비구면의 볼록면을 갖는 양의 배율렌즈인 제2렌즈와;

물체측과 상측 모두에 볼록면을 갖는 양의 배율렌즈인 제3렌즈와;

물체측과 상측 모두에 오목면을 갖는 음의 배율렌즈이며, 초고굴절의 특수렌즈로 형성되는 제4렌즈와;

물체측에 볼록면을 갖고 상측으로는 볼록면이나 평면 또는 오목면 중에서 어느 하나의 형태를 갖는 양의 배율렌즈인 제5렌즈와;

제1렌즈와 제2렌즈의 사이에 배치시키되 제2렌즈측에 밀착 배열하고 제1렌즈로부터 입사되는 빛을 선택적으로 수렴하는 조리개를 포함하여 이루어지며;

상기 제3렌즈와 제4렌즈 및 제5렌즈를 트리플릿형태로 배열하며;

상기 제2렌즈는 1.48≤n≤1.80 범위의 굴절률(n) 조건과 25≤v≤65 범위의 분산률(v) 조건을 만족하고, 상기 제4렌즈는 1.80≤n≤2.01 범위의 굴절률(n) 조건과 18≤v≤30 범위의 분산률(v) 조건을 만족하며;

전체 렌즈계의 초점 거리를 f, 후면 초점 거리를 B, 첫 번째 제1렌즈의 물체측면에서 마지막 제5렌즈의 상측면까지의 거리를 T라 하면,

1.0 ≤ B/f ≤ 1.8의 조건과 T/f ≤ 4.6의 조건을 만족하도록 구성한 것을 특징으로 하는 초소형 광각카메라 모듈용 광학계.
제 1항에 있어서,

상기 제1렌즈와 제2렌즈와의 사이에 위치하되 제2렌즈측에 밀착 배치된 조리개의 앞에 칼라보정필터를 배열하여 제1렌즈로부터 입사되는 빛을 사용용도에 따라 파장대별로 구분하여 투과시키는 기능을 수행하도록 구성한 것을 특징으로 하는 초 소형 광각카메라 모듈용 광학계.
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