KR101354852B1 - 촬상 렌즈 - Google Patents

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KR101354852B1 KR1020110142662A KR20110142662A KR101354852B1 KR 101354852 B1 KR101354852 B1 KR 101354852B1 KR 1020110142662 A KR1020110142662 A KR 1020110142662A KR 20110142662 A KR20110142662 A KR 20110142662A KR 101354852 B1 KR101354852 B1 KR 101354852B1
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Abstract

본 발명은 촬상 렌즈에 관한 것으로, 본 발명에 따른 촬상 렌즈는, 양(+)의 파워를 갖고, 양측이 볼록하게 형성된 제1 렌즈와, 음(-)의 파워를 갖고, 상면측으로 오목한 형태로 형성된 제2 렌즈와, 양(+)의 파워를 갖고, 양측이 볼록하게 형성된 제3 렌즈와, 양(+)의 파워를 갖고, 상기 상면측으로 볼록한 형태로 형성된 제4 렌즈 및 음(-)의 파워를 갖고, 상기 상면측으로 오목한 형태로 형성된 제5 렌즈를 포함하되, 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈, 상기 제3 렌즈, 상기 제4 렌즈 및 상기 제5렌즈는 물체측으로부터 순서대로 배치된다.

Description

촬상 렌즈{IMAGING LENS}
본 발명은 촬상 렌즈에 관한 것이다.
최근 자동차 분야에서 운전자 시야 확보를 위한 보조 수단으로 카메라 사용이 늘고 있으며, 장착 위치에 따라 다양한 형태의 카메라가 사용되고 있다.
또한, 사용 위치에 따라 전방과 후방으로 나뉘고 있으며, 사용 목적에 따라 시인용 카메라와 센싱용 카메라로 나뉘고 있다.
아울러, 카메라의 렌즈는 전방 감시 또는 영상 출력을 위해서는 망원 화각(대각 화각 기준 50도 이하) 을 가지며, 후방 감시 또는 영상 출력을 목적으로 하는 경우는 광각(대각 화각 기준으로 90도 이상) 을 갖는다.
그리고, 최근 카메라의 성능 향상과 기능의 복합화로 인해 전방뿐만 아니라 후방에서도 감시 및 센싱에 대한 기능 추가가 이루어지고 있으며, 디스플레이(display) 의 발달은 렌즈의 고해상도를 필요로 하고 있다.
이로 인해, 고해상도와 가격적인 경쟁력을 가지기 위해 플라스틱(Plastic) 소재의 사용은 필연적이라 할 수 있지만, 플라스틱이 가지는 온도에 따른 성능 저하의 문제점으로 인해 센싱 기능 구현시 성능 열화에 의한 문제점이 제기되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 광학적 특성이 우수한 촬상 렌즈를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 글래스 렌즈와 플라스틱 렌즈를 포함하여 구성된 촬상 렌즈를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 촬상 렌즈는, 음(-)의 파워를 갖는 제1 렌즈, 음(-)의 파워를 갖는 제2 렌즈, 양(+)의 파워를 갖고, 양측이 볼록하게 형성된 제3 렌즈 및 양(+)의 파워를 갖고, 양측이 볼록하게 형성된 제4 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈, 상기 제3 렌즈 및 상기 제4 렌즈는 물체측으로부터 순서대로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈의 재질은 글래스로 이루어지고, 상기 제2 렌즈, 상기 제3 렌즈 및 상기 제4 렌즈의 재질은 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 촬상 렌즈는 조리개를 더 포함하되, 상기 조리개는 상기 제3 렌즈 및 상기 제 4 렌즈 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈의 초점 거리를 f1, 상기 제1 렌즈의 굴절률을 n이라 할 때, │f1/(n-1)│ < 10 의 조건식을 만족할 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경을 R1, 상기 제1 렌즈의 상면측 면의 곡률 반경을 R2라 할 때, R1/R2 > 5 의 조건식을 만족할 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈 부터 상기 제3 렌즈까지의 합성 초점거리를 Fa 상기 제4 렌즈의 초점거리를 Fb이라 할때, Fa / Fb > 4 의 조건식을 만족할 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈는 물체측으로 볼록하고, 상면측으로 오목하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 렌즈는 물체측으로 볼록하고, 상면측으로 오목하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈, 상기 제3 렌즈 및 상기 제4 렌즈는 비구면으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 렌즈는 메니커스 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르면, 광학적 특성이 우수하여 민감도 및 열화 수준이 좋을 수 있다. 또한, 주변부의 해상도가 좋와지고, 온도보상이 유리할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 글래스 렌즈와 플라스틱 렌즈를 포함하여 구성되어, 제조원가가 낮아질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촬상 렌즈를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 촬상 렌즈의 온도별 초점 변화를 측정한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 촬상 렌즈의 조건식을 벗어난 범위에서 온도별 초점 변화를 측정한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 촬상 렌즈의 MTF를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 촬상 렌즈의 초점심도를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촬상 렌즈를 나타낸 개념도.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 촬상 렌즈(100)는 물체측으로부터 순서대로 배치되는 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130) 및 제4 렌즈(150)를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 촬상 렌즈(100)는 제3 렌즈(130) 및 제4 렌즈(150) 사이에 배치되는 조리개(140)를 더 포함할 수 있다.
아울러, 물체(피사체)의 영상을 획득하기 위하여 물체의 영상 정보에 해당되는 광은 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130), 조리개(140), 제4 렌즈(150) 및 필터(160)를 순서대로 통과하여 수광 소자(170)에 입사된다.
먼저, 제1 렌즈(110)는 음(-)의 파워(power)를 갖고, 재질은 글래스(glass)로 이루어진다. 이때, 제1 렌즈(110)는 물체측으로 볼록하고 상면측으로 오목하게 형성되되, 메니스커스(meniscus) 형태로 형성될 수 있다.
또한, 제2 렌즈(120)는 음(-)의 파워를 갖고, 재질은 플라스틱(plastic)으로 이루어진다. 이때, 제2 렌즈(120)는 물체측으로 볼록하고, 상면측으로 오목하게 형성된다.
아울러, 제3 렌즈(130)는 양(+)의 파워를 갖고, 양측이 볼록하게 형성된다. 이에 따라, 고해상도를 가지면서 슬림(slim)하게 구현 가능하다. 이때, 제3 렌즈(130)는 플라스틱으로 이루어진다.
또한, 제4 렌즈(150)는 양(+)의 파워를 갖고, 양측이 볼록하게 형성된다. 이때, 제4 렌즈(150)는 플라스틱으로 이루어진다.
여기서, 제4 렌즈(150)는 물체측 및 상면측의 내부면에 각각 변곡점을 갖도록 형성되어, 제4 렌즈(150)의 CRA(Chief Ray Angle, 주광선 입사각)와 수광소자인 이미지 센서(Image sensor)의 CRA(주광선 입사각)가 매칭될 수 있다. 이에 따라, 주변 광량비가 좋와지고, 상품성이 떨어지게 되는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130) 및 제4 렌즈(150)는 각각 비구면이 적어도 한면 이상으로 형성된다.
그리고, 조리개(140)는 제3 렌즈(130) 및 제4 렌즈(150)의 사이에 위치되고, 입사광으로 부터 입사되는 빛을 선택적으로 수렴하여 초점거리를 조절한다. 여기서, 조리개(140)가 제3 렌즈(130) 및 제4 렌즈(150)의 사이에 위치됨으로써, 왜곡 및 수차 보정이 용이할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 촬상 렌즈(100)는 예를 들어 초점거리(F)가 2.8mm 이하로 형성되고, 수평화각이 130°로 형성될 수 있지만, 본 발명의 실시예에 따른 촬상 렌즈(100)의 초점거리 및 수평화각이 여기에 한정되는 것은 아니다.
또한, 필터(160)는 적외선 차단 필터(IR cut filter)로 이루어질 수 있지만, 본 발명의 실시예에 따른 필터(160)의 종류가 여기에 한정되는 것은 아니다.
이때, 적외선 차단 필터는 외부 빛으로부터 방출되는 복사열이 상기 수광소자(70)에 전달되지 않도록 차단시키는 기능을 한다.
즉, 적외선 차단 필터는 가시광선은 투과시키고, 적외선은 반사시켜 외부로 유출되도록하는 구조를 가진다.
그리고, 상(像)이 맺히는 면을 포함하는 수광 소자(170)는 피사체 영상에 대응하는 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서로 이루어질 수 있다. 이때, 이미지 센서는 예를 들어 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서로 이루어질 수 있지만, 본 발명의 수광소자가 여기에 반드시 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 촬상 렌즈(100)는 다음의 표 1과 같은 광학적 특성을 가진다.
렌즈 표면 번호 곡률
반경(mm)		 두께(mm) 굴절률 아베수 비고
S1 27.90000 0.910000 1.744 44.8 L1
S2 4.21000 1.475000
S3 1.97274 0.900000 1.536 55.7 L2
S4 0.73223 1.307000
S5 2.52828 2.470000 1.619 26.26 L3
S6 -6.26217 1.068000
S7 infinite 0 - - Stop
S8 12.87772 1.640000 1.536 55.7 L4
S9 -1.64731 0.601144
S10 infinite 0.850000 1.525 54.5 필터
S11 infinite 1.338314
S12 infinite 0.010545 - - 이미지
센서
상기 표 1에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 촬상 렌즈(100)의 상기 제2 렌즈(120, L2), 상기 제3 렌즈(130, L3) 및 상기 제4 렌즈(150, L4)는 각각 적어도 하나 이상의 비구면을 갖는다. 한편, 상기 제1 렌즈(110, L1)은 구면을 갖는다.
그리고, 상기 표 1에 기재된 "-" 값은 정의되지 않은 값을 의미한다.
아울러, 상기 S7은 본 발명의 실시예에 있어서 촬상 렌즈(100)의 광량을 결정짓는 면을 의미하는 것이며, 상기 S7의 비고란에 기재된 Stop은 빛의 양을 조절하기 위해 이용되는 상기 구경 조리개(140, S7)를 의미하는 것이다.
여기서, 조리개(140)는 제3 렌즈(130) 및 제4 렌즈(150) 사이에 배치했지만, 본 발명의 실시예에 따른 조리개(140)의 위치는 여기에 반드시 한정되지 않는다.
아래의 표 2는 본 발명의 실시예에 따른 비구면 렌즈에 대한 비구면 계수 값이다.
K A B C D
S3 -0.940884 -.264927E-01 0.143829E-02 -.509728E-04 0.986584E-06
S4 -1.125297 -.181781E-01 -.728154E-03 -.294635E-04 0.117043E-04
S5 -2.998560 0.130787E-01 0.214898E-02 -.790005E-03 0.659276E-04
S6 1.000000 0.106743E-01 -.168781E-02 0.456514E-03 -.245977E-04
S8 -.380779E-01 0.132749E-01 -.123300E-01 0.405497E-02 -0.00164
S9 -1.260545 -.433703E-02 -.120150E-02 -.173584E-02 0.269375E-03
상기 표 1 및 표 2에 기재된 바와 같이, S7은 빛의 양을 조절하기 위해 이용되는 구경 조리개(140, S7)로서 평면(flat)이기 때문에 비구면 계수 값은 없다.
또한, S10 및 S11은 필터(160)이고, S12는 수광 소자(170)인 이미지 센서로서 평면(flat)이기 때문에 비구면 계수 값은 없다.
아울러, S1 및 S2는 구면이기 때문에 비구면 계수 값이 없다.
그리고 본 발명의 실시예에 대한 비구면 계수 값은 다음의 수학식 1로부터 구할 수 있다.
Figure 112011103538185-pat00001
Z: 렌즈의 정점에서부터 광축 방향으로의 거리
c: 렌즈의 기본 곡률
h: 광축에 수직인 방향으로의 거리
K; 코닉 상수(Conic Constant)
A, B, C, D: 비구면 계수(Aspheric Constant)
그리고 본 발명의 실시예에 따른 상기 촬상 렌즈(100)의 전체 초점거리를 F, 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130) 및 제4 렌즈(150)의 초점거리를 각각 F1, F2, F3 및 F4 할 때, 각각의 값은 다음의 표 3과 같다.
항목
촬상 렌즈의 전체 초점거리(F) 1.3
제1 렌즈의 초점거리(F1) -6.739859
제2 렌즈의 초점거리(F2) -2.800730
제3 렌즈의 초점거리(F3) 3.181706
제4 렌즈의 초점거리(F4) 2.847011
본 발명의 실시예에 따라 제1 렌즈(110)의 초점 거리를 f1, 제1 렌즈(110)의 굴절률을 n 이라 할 때, 다음의 조건식을 만족시킬 수 있다.
│f1/(n-1)│ < 10 (1)
상기의 조건식(1)은 본 발명의 실시예에 따른 제1 렌즈(110)의 굴절률에 대한 특성을 나타낸 것으로, 조건식(1) 보다 큰 값으로 제1 렌즈(110)가 설계되면, 전체적인 파워(power)에 대한 밸런스(balance)가 좋지 않게 되어 주변부 성능 열화가 심해지게 된다.
따라서, 상기의 조건식(1)을 만족함으로써, 파워에 대한 밸런스가 좋게되어 열화수준이 좋게 된다.
그리고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 촬상 렌즈의 온도별 초점 변화를 측정한 그래프이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 촬상 렌즈의 조건식을 벗어난 범위에서 온도별 초점 변화를 측정한 그래프이다.
이때, 도 2는 조건식(1)을 만족하는 범위에서 측정한 촬상 렌즈(100)의 온도별 초점 변화를 나타낸 것으로서, 온도별 초점 그래프가 서로 인접하여 나타난 것으로 부터 온도별 초점 변화가 크지 않은 것을 알 수 있다.
하지만, 도 3은 상기의 조건식(1)을 벗어난 범위에서 측정한 촬상 렌즈(100)의 온도별 초점변화를 나타낸 것으로서, 온도별 초점 그래프가 서로 인접되지 않고 많이 이격되어 나타난 것으로 부터 온도별 초점 변화가 큰 것을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 제1 렌즈(110)의 물체측 면의 곡률 반경을 R1, 제1 렌즈(110)의 상면측 면의 곡률 반경을 R2라 할 때, 다음의 조건식을 만족시킬 수 있다.
R1/R2 > 5 (2)
상기의 조건식(2)은 본 발명의 실시예에 따른 제1 렌즈(110)의 곡률 반경에 대한 특성을 나타낸 것으로, 조건식(2) 보다 작은 값으로 제1 렌즈(110)가 설계되면, 렌즈의 크기를 줄일 수는 있지만 민감도가 높게 되어 주변 광량비 감소와 주변부 민감도 증가된다.
이로 인해, 제작성이 좋지 않게 되어 주변 온도 변화시 주변부 성능 열화가 심하게 된다.
또한 최외곽 광선과 중심 광선의 optical path(광경로) 차이가 발생하게 되어 주변부 성능 열화가 심하게 발생하게 된다.
그리고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 촬상 렌즈(100)의 MTF를 나타낸 그래프이다.
여기서, 도 4는 조건식(2)를 만족하는 범위에서 측정한 탄젠셜(T,Tangential)과 새지털(S,Sagittal) 그래프가 서로 인접되어 있다. 이로 인해, 광경로 차이가 적게 발생되어 주변부 성능 열화가 적은 것을 알 수 있다.
한편, 도 4에서, 조건식(2)를 벗어난 범위에서 측정한 탄젠셜(T+A)과 새지털(S+A) 그래프가 서로 많이 이격되어 나타난 것을 알 수 있다. 이로 인해, 광경로 차이가 많이 발생되어 주변부 성능 열화가 많은 것을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 제1 렌즈(110) 부터 제3 렌즈(130)까지의 합성 초점거리를 Fa, 제4 렌즈(150)의 초점거리를 Fb라 할때, 다음의 조건식을 만족시킬 수 있다.
Fa / Fb > 4 (3)
상기의 조건식(3)은 본 발명의 실시예에 따른 촬상 렌즈(100)의 초점거리에 대한 특성을 나타낸 것으로, 조건식(3) 보다 큰 값으로 촬상 렌즈(100)의 초점거리가 설계되면, 초점 심도가 극대화되지 못하게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 촬상 렌즈의 초점심도를 나타낸 그래프이다. 여기서, 도 5는 조건식(3)을 만족하는 범위에서 측정한 촬상 렌즈(100)의 초점심도를 나타낸 그래프로서, 도 5에서 나타난 그래프들이 서로 인접되어 위치된 것을 알 수 있다. 이로 인해, 초점심도가 극대화될 수 있음을 알 수 있고, 온도보상이 유리함을 알 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 촬상 렌즈는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
또한, 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100: 촬상 렌즈 110: 제1 렌즈
120: 제2 렌즈 130: 제3 렌즈
140: 조리개 150: 제4 렌즈
160: 필터 170: 수광 소자

Claims (10)

  1. 음(-)의 파워를 갖는 제1 렌즈;
    음(-)의 파워를 갖는 제2 렌즈;
    양(+)의 파워를 갖고, 양측이 볼록하게 형성된 제3 렌즈; 및
    양(+)의 파워를 갖고, 양측이 볼록하게 형성된 제4 렌즈;를 포함하고,
    상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈, 상기 제3 렌즈 및 상기 제4 렌즈는 물체측으로부터 순서대로 배치되며,
    상기 제1 렌즈의 초점 거리를 f1, 상기 제1 렌즈의 굴절률을 n이라 할 때, │f1/(n-1)│ < 10 의 조건식을 만족하고,
    상기 제4 렌즈는 물체측 및 상면측의 내부면에 각각 변곡점을 갖도록 형성되는 촬상 렌즈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 재질은 글래스로 이루어지고, 상기 제2 렌즈, 상기 제3 렌즈 및 상기 제4 렌즈의 재질은 플라스틱으로 이루어지는 촬상 렌즈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 촬상 렌즈는 조리개를 더 포함하되,
    상기 조리개는 상기 제3 렌즈 및 상기 제 4 렌즈 사이에 배치되는 촬상 렌즈.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경을 R1, 상기 제1 렌즈의 상면측 면의 곡률 반경을 R2라 할 때,
    R1/R2 > 5
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 렌즈 부터 상기 제3 렌즈까지의 합성 초점거리를 Fa, 상기 제4 렌즈의 초점거리를 Fb이라 할때,
    Fa / Fb > 4
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 물체측으로 볼록하고, 상면측으로 오목하게 형성되는 촬상 렌즈.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 렌즈는 물체측으로 볼록하고, 상면측으로 오목하게 형성되는 촬상 렌즈.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 렌즈, 상기 제3 렌즈 및 상기 제4 렌즈는 각각 비구면이 적어도 한면 이상으로 형성되는 촬상 렌즈.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 메니커스 형태로 형성되는 촬상 렌즈.
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