KR101356401B1 - 광각 렌즈 시스템 - Google Patents

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KR101356401B1 KR1020120042363A KR20120042363A KR101356401B1 KR 101356401 B1 KR101356401 B1 KR 101356401B1 KR 1020120042363 A KR1020120042363 A KR 1020120042363A KR 20120042363 A KR20120042363 A KR 20120042363A KR 101356401 B1 KR101356401 B1 KR 101356401B1
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Abstract

본 발명은 이동통신 단말기의 카메라, 컴퓨터 등에 장착된 카메라, 자동차용 카메라 등 소형 경량 고화질이면서도 주위의 영상 정보를 광범위하게 얻을 수 있는 광각 렌즈 시스템에 관한 것이다. 상기 광각 렌즈 시스템은, 물체측으로부터 순서대로 부의 굴절력을 가지며 물체 측으로 볼록한 매니스커스 타입의 제1 유리 렌즈; 정의 굴절력을 가지며 물체 측으로 오목하고 적어도 한면이 비구면인 매니스커스 타입의 제2 플라스틱 렌즈; 조리개; 정의 굴절력을 가지며 양면 볼록 형태의 제3 유리 렌즈; 부의 굴절력을 가지며 적어도 한면이 비구면인 제4 플라스틱 렌즈; 를 포함한다.
이러한 구성에 따르면, 렌즈의 매수를 줄이면서 유리 렌즈의 사용을 2매 이내로 제한하여 제작비용을 절감할 수 있고, 광각의 고해상도를 구현함과 동시에 폭넓은 온도 변화(-20℃~80℃)에서도 해상도를 보증할 수 있는 광각 렌즈 시스템을 제공할 수 있다.

Description

광각 렌즈 시스템 {Wide-angle lens system}
본 발명은 이동통신 단말기의 카메라, 컴퓨터 등에 장착된 카메라, 자동차용 카메라 등 소형 경량 고화질이면서도 주위의 영상 정보를 광범위하게 얻을 수 있는 광각 렌즈 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 이동통신 단말기나 컴퓨터, 노트북, 그리고 차량 등에는 주변의 영상 정보를 보여주거나 촬영 등을 할 수 있도록 카메라가 장착된다. 이동통신 단말기의 슬림화 경향이나 컴퓨터나 노트북 등의 소형화 경향에 따라 카메라도 소형 경량이면서 높은 화질을 갖는 것이 요구되고 있고, 차량 카메라 등에 있어서도 운전자의 시야를 가리지 않고 미관을 해치지 않도록 하기 위해 소형 경량이면서 고화질의 카메라가 요구되고 있다. 또한, 이러한 카메라는 큰 화각을 갖도록 하여 가능한 한 광범위한 영상 정보를 얻을 수 있어야 한다.
도 1은 종래의 광각 렌즈 시스템을 도시하는 도면이다.
이러한 광각 렌즈 시스템은 물체 측으로부터 순서대로 제1 렌즈(L1), 제2 렌즈(L2), 제3 렌즈(L3), 조리개(AS), 제4 렌즈(L4), 제5 렌즈(L5) 및 제6 렌즈(L6)가 배치된다. 제6 렌즈(6)와 결상면(IP) 사이에는 적외선 필터, 커버 글래스 등의 광학 필터(OF)가 배치된다.
제1 렌즈(L1) 및 제2 렌즈(L2)는 물체 측으로 볼록한 매니스커스(Meniscus) 형상을 갖고, 물체측 면(1, 3)의 곡률반경은 상측 면(2, 4)의 곡률반경보다 크다.
제3 렌즈(L3) 및 제4 렌즈(L4)는 물체측 면(5, 7)이 물체 측으로 볼록하고 상측 면(6, 8)이 상 측으로 볼록하게 형성된다.
제5 렌즈(L5)는 제4 렌즈(L4)와 접합되어 하나의 렌즈군을 형성한다. 제5 렌즈(L5)는 물체측 면(9)이 물체 측으로 오목하고 상측 면(10)이 상 측으로 오목하게 형성된다. 제6 렌즈(L6)는 물체측 면(11)이 물체 측으로 볼록하고 상측 면(12)이 상 측으로 볼록하게 형성된다.
이러한 종래의 광각 렌즈 시스템은 광각을 구현하기 위해 6매의 구면 유리 렌즈 및 비구면 유리 렌즈를 혼합하여 만들어진다. 혹서기에 차량 내부 및 외부의 가혹한 온도조건에서 동일한 해상도를 보증하기 위해서는 적어도 5 내지 6매의 유리 렌즈를 사용해야 한다.
이러한 광각 렌즈 시스템은 유리 재질의 특성으로 인해 해상도의 변화가 적은 장점이 있으나, 고해상도를 구현하기 위해서는 유리 렌즈의 매수를 증가시켜야 한다. 또한, 제작단가를 줄이기 위해서는 구면의 유리 렌즈로만 구성되어야 하는데, 이 경우 광각 렌즈 시스템의 해상도 증가에 한계가 발생한다.
해상도를 높이고 렌즈 수를 줄이기 위해 플라스틱 렌즈의 수를 늘릴 경우, 차량 및 외부 감시 환경의 가혹한 온도조건에서 플라스틱 재질의 온도변화에 따른 굴절률 변화로 인해 해상도의 변화가 발생하여 만족한 결과를 얻지 못하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 유리 렌즈의 사용을 2매 이내로 제한하여 제작비용을 절감하면서, 광각의 고해상도를 구현함과 동시에 폭넓은 온도 변화(-20℃~80℃)에서도 해상도를 보증할 수 있는 광각 렌즈 시스템을 제공하고자 함에 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 광각 렌즈 시스템은, 물체측으로부터 순서대로 부의 굴절력을 가지며 물체 측으로 볼록한 매니스커스 타입의 제1 유리 렌즈; 정의 굴절력을 가지며 물체 측으로 오목하고 적어도 한면이 비구면인 매니스커스 타입의 제2 플라스틱 렌즈; 조리개; 정의 굴절력을 가지며 양면 볼록 형태의 제3 유리 렌즈; 부의 굴절력을 가지며 적어도 한면이 비구면인 제4 플라스틱 렌즈; 를 포함한다.
또한, 상기 제1 유리 렌즈 및 상기 제3 유리 렌즈는 양면이 구면이다.
또한, 상기 제4 플라스틱 렌즈는 양면이 오목하다.
또한, 상기 제3 유리 렌즈는 아베수 50 이상의 재질로 형성된다.
또한, 상기 제4 플라스틱 렌즈는 굴절률이 1.6 이상의 재질로 형성된다.
또한, 상기 각 렌즈 중에서 상기 제3 유리 렌즈의 굴절능이 가장 높다.
또한, 상기 각 렌즈 중에서 상기 제2 플라스틱 렌즈의 굴절능이 가장 낮다.
또한, 상기 광각 렌즈 시스템은 다음의 조건을 만족한다.
0.1 <｜K1/Kt｜< 0.5
여기서, K1은 상기 제1 유리 렌즈의 굴절능이고, Kt는 전체 렌즈계의 굴절능이다.
또한, 상기 광각 렌즈 시스템은 다음의 조건을 만족한다.
0.1 <｜K2/Kt｜< 0.5
여기서, K2는 상기 제2 플라스틱 렌즈의 굴절능이고, Kt는 전체 렌즈계의 굴절능이다.
또한, 상기 광각 렌즈 시스템은 다음의 조건을 만족한다.
0.4 <｜K3/Kt｜< 1
여기서, K3는 상기 제3 유리 렌즈의 굴절능이고, Kt는 전체 렌즈계의 굴절능이다.
또한, 상기 광각 렌즈 시스템은 다음의 조건을 만족한다.
0.4 <｜K4/Kt｜< 1
여기서, K4는 상기 제4 플라스틱 렌즈의 굴절능이고, Kt는 전체 렌즈계의 굴절능이다.
본 발명에 따르면, 렌즈의 매수를 줄이면서 유리 렌즈의 사용을 2매 이내로 제한하여 제작비용을 절감할 수 있고, 광각의 고해상도를 구현함과 동시에 폭넓은 온도 변화(-20℃~80℃)에서도 해상도를 보증할 수 있는 광각 렌즈 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 광각 렌즈 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3b 내지 도 3d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 온도에 따른 해상도 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4b 내지 도 4d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 온도에 따른 해상도 그래프이다.
도 5a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5b 내지 도 5d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 온도에 따른 해상도 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 6b 내지 도 6d는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 온도에 따른 해상도 그래프이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
상기 광각 렌즈 시스템은 물체측으로부터 순서대로 제1 유리 렌즈(L1), 제2 플라스틱 렌즈(L2), 조리개(150), 제3 유리 렌즈(L3), 제4 플라스틱 렌즈(L4)를 포함한다. 제1 유리 렌즈(L1)와 제2 플라스틱 렌즈(L2)는 제1 렌즈군을 형성하고, 제3 유리 렌즈(L3)와 제4 플라스틱 렌즈(L4)는 제2 렌즈군을 형성한다.
제1 유리 렌즈(L1)는 물체 측에 가장 가까이 위치하는 렌즈이다. 제1 유리 렌즈(L1)는 부의 굴절력을 가지며 물체측으로 볼록한 매니스커스 타입으로 형성된다. 제1 유리 렌즈(L1)는 외부환경에 가장 가까이 위치하고, 외부 긁힘과 습도 등에 견디고 광각의 빛을 수렴하기 위해 유리 재질로 형성된다. 제1 유리 렌즈(L1)는 양면이 구면일 수 있고, 이때 물체측 면(111)의 곡률반경은 상측 면(112)의 곡률반경보다 크다.
제2 플라스틱 렌즈(L2)는 제1 유리 렌즈(L1)의 다음에 위치한다. 제2 플라스틱 렌즈(L2)는 물체 측으로 오목하고 적어도 한 면이 비구면인 매니스커스 타입의 렌즈로서 플라스틱 재질로 형성된다. 제2 플라스틱 렌즈(L2)는 제1 유리 렌즈(L1)에서 입사된 광의 각도를 줄여줘서 조리개(150) 다음에 구비된 렌즈에 용이하게 결상될 수 있도록 제1 유리 렌즈(L1)와 반대인 정의 굴절력을 갖는다. 또한, 제2 플라스틱 렌즈(L2)는 빛을 조리개에 수직화시켜 주어 고해상도를 구현할 수 있게 한다. 도면부호 121은 제2 플라스틱 렌즈(L2)의 물체측 면을 나타내고, 122는 제2 플라스틱 렌즈(L2)의 상측 면을 나타낸다.
제2 플라스틱 렌즈(L2)는 각 렌즈 중에서 굴절능이 가장 낮은 것이 바람직하다. 굴절능은 1/초점거리(f)로서 렌즈의 파워를 의미한다. 굴절능이 크다는 것은 빛을 꺾어주는 힘이 좋다는 것을 의미한다. 플라스틱 재질의 렌즈에 많은 파워를 줄 경우 온도 변화에 따라 초점거리 등이 달라질 수 있어 상대적으로 온도에 따른 많은 해상도 변화가 발생하게 된다. 따라서, 외부 환경에 비교적 가까이 위치하고 플라스틱 재질인 제2 플라스틱 렌즈(L2)에 가장 낮은 굴절능을 부여하여 온도에 따른 해상도 변화를 최소로 한다.
제2 플라스틱 렌즈(L2)의 다음에는 조리개(150)가 위치한다. 조리개(150)는 구멍의 크기를 조절하여 렌즈를 통과하는 빛의 양을 조절한다.
조리개(150)의 다음에는 제3 유리 렌즈(L3)가 위치한다. 제3 유리 렌즈(L3)는 정의 굴절력을 가지며 양면 볼록 형태의 유리 재질로 형성된다. 제3 유리 렌즈(L3)는 양면 구면인 렌즈로 제작되어, 제작 단가를 낮추고 조립을 용이하게 할 수 있다. 제3 유리 렌즈(L3)는 전체적인 파장별 색수차를 보정하기 위해 아베수(Abbe's number) 50 이상의 유리 렌즈로 제작되는 것이 바람직하다. 아베수는 광학유리의 빛의 분산에 관한 성질을 나타내는 수로, 아베수가 클수록 색분산이 적게 일어나서 선명한 화상을 얻을 수 있다. 도면부호 131은 제3 유리 렌즈(L3)의 물체측 면을 나타내고, 132는 제3 유리 렌즈(L3)의 상측 면을 나타낸다.
제3 유리 렌즈(L3)는 각 렌즈 중에서 굴절능이 가장 높은 것이 바람직하다. 유리 재질은 온도에 따른 변화율이 플라스틱의 수십분의 1로 온도 변화에 따른 신뢰성이 우수하다. 플라스틱 재질의 렌즈에 많은 파워를 줄 경우 온도 변화에 따라 초점거리 등이 달라질 수 있어 상대적으로 온도에 따른 많은 해상도 변화가 발생하게 된다. 따라서, 4개의 렌즈 중에서 유리 재질로 형성되는 제3 유리 렌즈(L3)에 가장 높은 굴절능을 부여하게 된다.
제4 플라스틱 렌즈(L4)는 제3 유리 렌즈(L3)의 다음에 위치한다. 제4 플라스틱 렌즈(L4)는 부의 굴절력을 가지며 적어도 한 면이 비구면인 플라스틱 재질로 형성된다. 제4 플라스틱 렌즈(L4)는 양면이 오목하게 형성될 수 있다. 제4 플라스틱 렌즈(L4)는 최종적으로 고해상도를 구현하기 위해 1.6 이상의 고굴절률을 갖는 플라스틱 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 도면부호 141은 제4 플라스틱 렌즈(L4)의 물체측 면을 나타내고, 142는 제4 플라스틱 렌즈(L4)의 상측 면을 나타낸다.
제4 플라스틱 렌즈(L4)와 결상면(170) 사이에는 광학 필터(160)가 위치될 수 있다. 광학 필터(160)는 적외선 필터, 커버 글래스 등이 사용될 수 있으며, 이러한 광학 필터(160)는 광학적 성능에 영향을 미치지 않는 것으로 본다.
본 발명의 광각 렌즈 시스템은 제1 유리 렌즈(L1)와 제3 유리 렌즈(L3)의 2매의 유리 렌즈만을 사용하고, 양면이 모두 구면으로 되어 제작 단가를 줄일 수 있다. 제1 유리 렌즈(L1)는 외부 환경과 직접 맞닿는 최외각에 위치하므로 상대적으로 내구성이 강한 유리를 사용하여 스크래치 및 습도 등에 대해 효율적으로 대응할 수 있다. 또한, 제3 유리 렌즈(L3)는 아베수 50 이상의 유리 렌즈로 제작되고, 가장 높은 굴절능을 가져서 온도 변화에 따른 해상도 변화를 최소화할 수 있다.
제2 플라스틱 렌즈(L2)와 제4 플라스틱 렌즈(L4)는 적어도 한 면이 비구면인 플라스틱 재질로 형성된다. 외부 환경과 비교적 가까이 위치하는 제2 플라스틱 렌즈(L2)는 가장 낮은 굴절능을 가져서 온도에 따른 해상도 변화를 최소로 한다. 외부 환경으로부터 가장 멀리 있으면서 결상면(170)과 가장 가까운 제4 플라스틱 렌즈(L4)는 1.6 이상의 고굴절률을 가져서 렌즈 시스템의 해상도를 높일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 광각 렌즈 시스템은 전체 4매의 렌즈로 구성되고 유리 렌즈의 사용을 2매 이내로 제한하여 제작비용을 절감하면서, 광각의 고해상도를 구현함과 동시에 폭넓은 온도 변화(-20℃~80℃)에서도 해상도를 보증할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는, 본 발명의 광각 렌즈 시스템의 제1 내지 제4 실시예를 설명하기로 한다.
제1 실시예
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 구성을 도시하는 도면이다. 도 3b 내지 도 3d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 온도에 따른 해상도 그래프이다.
다음은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 설계 데이터를 나타낸다.
렌즈 면 곡률반경 두께 굴절률 아베수 초점거리 굴절능
(|Kn/Kt|)
제1렌즈 제1면 55 1.07 1.48749 70.41 -6.52924 0.312165
제2면 2.989633 4
제2렌즈 제1면 -5.0353 3 1.5324 56.04 12.22798 0.166683
제2면 -3.42698 0.65
제3렌즈 제1면 3.236368 2.343606 1.62041 60.32 2.93113 0.695363
제2면 -3 0.05
제4렌즈 제1면 -7.97868 0.7 1.6328 23.35 -4.63709 0.439543
제2면 4.799115 1.600488
여기서, F넘버는 2.21, 전체 초점거리는 2.0382mm, 화각은 160°이다.
초점거리는 제2 플라스틱 렌즈(L2)가 가장 길고, 제3 유리 렌즈(L3)가 가장 짧다. 따라서, 제2 플라스틱 렌즈(L2)의 굴절능이 가장 낮고, 제3 유리 렌즈(L3)의 굴절능이 가장 높다. 굴절능은 초점거리의 역수이다. 제3 유리 렌즈(L3)의 굴절능에 비해 다른 렌즈의 굴절능이 높아지면 온도에 민감한 렌즈 시스템이 되어 바람직하지 않다.
｜Kn/Kt｜는 각각의 렌즈의 굴절능을 전체 렌즈의 굴절능으로 나눈 값에 절대값을 취한 것으로서, 전체 렌즈의 굴절능 대비 각각의 렌즈의 굴절능의 비를 나타낸다.
제1 유리 렌즈(L1)의 굴절능은 다음의 조건식 1을 만족한다.
0.1 <｜K1/Kt｜< 0.5 [조건식 1]
여기서, K1은 제1 유리 렌즈(L1)의 굴절능이고, Kt는 전체 렌즈계의 굴절능이다.
제2 플라스틱 렌즈(L2)의 굴절능은 다음의 조건식 2를 만족한다.
0.1 <｜K2/Kt｜< 0.5 [조건식 2]
여기서, K2는 제2 플라스틱 렌즈(L2)의 굴절능이고, Kt는 전체 렌즈계의 굴절능이다.
제3 유리 렌즈(L3)의 굴절능은 다음의 조건식 3을 만족한다.
0.4 <｜K3/Kt｜< 1 [조건식 3]
여기서, K3는 제3 유리 렌즈(L3)의 굴절능이고, Kt는 전체 렌즈계의 굴절능이다.
제4 플라스틱 렌즈(L4)의 굴절능은 다음의 조건식 4를 만족한다.
0.4 <｜K4/Kt｜< 1 [조건식 4]
여기서, K4는 제4 플라스틱 렌즈(L4)의 굴절능이고, Kt는 전체 렌즈계의 굴절능이다.
상기 조건식 1 내지 4로부터, 제1 유리 렌즈(L1)와 제2 플라스틱 렌즈(L2)의 굴절능은 전체 렌즈 시스템의 굴절능에서 낮은 비율을 차지함을 알 수 있다. 또한, 제3 유리 렌즈(L3)와 제4 플라스틱 렌즈(L4)의 굴절능은 전체 렌즈 시스템의 굴절능에서 높은 비율을 차지함을 알 수 있다. 이는 상대적으로 외부 환경에 근접한 제1 유리 렌즈(L1)와 제2 플라스틱 렌즈(L2)에 낮은 굴절능을 부여하여 온도 변화에 따른 해상도 변화를 줄이기 위함이다.
본 실시예에서 사용되는 비구면에 관한 사항은 다음의 수학식 1로부터 얻어진다.
[수학식 1]
Figure 112012032428512-pat00001
여기서, Z : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리,
Y : 광축에 수직인 방향으로의 거리,
c : 렌즈의 정점에서 곡률 반경(r)의 역수,
K : 코닉(Conic) 상수,
A,B,C,D,E,F : 비구면 계수
본 실시예에서 제2 플라스틱 렌즈(L2)와 제4 플라스틱 렌즈(L4)의 양면은 모두 비구면으로 형성된다. 제2 플라스틱 렌즈(L2)와 제4 플라스틱 렌즈(L4)의 코닉 상수와 비구면 계수는 다음과 같다.
구분
 제2렌즈 제4렌즈
제1면 제2면 제1면 제2면
K 0 0 0 5.061687
A -0.01027 0.000135 -0.03616 -0.02781
B -0.00255 0.000479 0.001232 0.003618
C 0.001318 0.000153 -0.00091 -0.00103
D -0.00044 -5.00E-05 0.000195 8.03E-05
도 3b, 도 3c 및 도 3d는 각각 20℃, 80℃, -20℃에서 렌즈 시스템의 해상도 그래프를 나타낸다.
그래프에서 가로축은 공간주파수(Spatial Frequency)를 나타내고, 값이 높을 수록 높은 해상도를 나타낸다. 예를 들어, 가로축의 가장 높은 값 160은 1mm 안에 블랙과 화이트의 화소쌍(1 cycle)이 160개 들어 있다는 의미이다.
세로축은 변조전달함수(Modulation Transfer Function; MTF)를 나타내고, 이는 화소쌍을 분해할 수 있는 정도를 나타낸다. 변조전달함수는 렌즈계가 공간주파수를 얼마나 잘 통과시켜 상 면으로 전달하는지를 나타내는 함수이다. 어떠한 화상(여러 종류의 공간주파수)이 렌즈계를 통과한 후, 상 면에서 같은 밝기로 재현되면 변조전달함수의 값은 "1"이 되고, 상 면에서 화상이 완전히 사라지면 "0"이 된다.
또한, 그래프에서 선의 색깔, 직선, 점선 등은 각각의 위치 마다의 해상도를 나타낸다. 예를 들어, 그래프에서 붉은색 실선은 렌즈의 중심으로 들어오는 빛의 해상도이고, 초록색은 20°(반각)로 들어오는 빛, 파란색은 50°(반각)로 들어오는 빛, 보라색은 80°(반각)로 들어오는 빛을 나타낸다. 이러한 선의 색깔은 대표적인 4개 지점(0°, 20°, 50°, 80°)에서 렌즈로 유입되는 빛을 나타낸다.
도 3b 내지 도 3d를 살펴보면, 20℃에서 광각 렌즈 시스템의 해상도가 80℃, -20℃에서도 비슷하게 유지됨을 확인할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 광각 렌즈 시스템은 전체 렌즈의 매수를 줄이면서 유리 렌즈의 사용을 2매로 제한하여 제작비용을 절감할 수 있다. 또한, 광각의 고해상도를 실현함과 동시에 폭넓은 온도 변화(-20℃~80℃)에서도 해상도를 보증할 수 있다.
제2 실시예
도 4a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 구성을 도시하는 도면이다. 도 4b 내지 도 4d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 온도에 따른 해상도 그래프이다.
다음은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 설계 데이터를 나타낸다.
렌즈 면 곡률반경 두께 굴절률 아베수 초점거리 굴절능
(|Kn/Kt|)
제1렌즈 제1면 72.7706 1.07 1.62041 60.32 -4.65296 0.437807
제2면 2.760969 4
제2렌즈 제1면 -13.5078 3 1.5324 56.04 10.28658 0.198035
제2면 -4.19738 1.466815
제3렌즈 제1면 3 2.414925 1.62041 60.32 2.85821 0.712719
제2면 -3 0.05
제4렌즈 제1면 -5.82325 0.65 1.6328 23.35 -3.88202 0.524753
제2면 4.432787 1.714851
여기서, F넘버는 2.37, 전체 초점거리는 2.037mm, 화각은 160°이다.
초점거리는 제2 플라스틱 렌즈(L2)가 가장 길고, 제3 유리 렌즈(L3)가 가장 짧다. 따라서, 제2 플라스틱 렌즈(L2)의 굴절능이 가장 낮고, 제3 유리 렌즈(L3)의 굴절능이 가장 높다. 또한, 각각의 렌즈의 굴절능은 상기 조건식 1 내지 4를 만족한다.
본 실시예에서 제2 플라스틱 렌즈(L2)와 제4 플라스틱 렌즈(L4)의 양면은 모두 비구면으로 형성된다. 제2 플라스틱 렌즈(L2)와 제4 플라스틱 렌즈(L4)의 코닉 상수와 비구면 계수는 다음과 같다.
구분
 제2렌즈 제4렌즈
제1면 제2면 제1면 제2면
K 0 0 0 0.727241
A -0.00515 -0.00326 -0.05354 -0.03896
B -0.00311 0.000504 0.007234 0.010076
C 0.001318 -3.39E-05 -0.00103 -0.00103
D -0.00044 -2.00E-05 0.000195 8.03E-05
도 4b, 도 4c 및 도 4d는 각각 20℃, 80℃, -20℃에서 렌즈 시스템의 해상도 그래프를 나타낸다.
도 4b 내지 도 4d를 살펴보면, 20℃에서 광각 렌즈 시스템의 해상도가 80℃, -20℃에서도 비슷하게 유지됨을 확인할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 광각 렌즈 시스템은 전체 렌즈의 매수를 줄이면서 유리 렌즈의 사용을 2매로 제한하여 제작비용을 절감할 수 있다. 또한, 광각의 고해상도를 실현함과 동시에 폭넓은 온도 변화(-20℃~80℃)에서도 해상도를 보증할 수 있다.
제3 실시예
도 5a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 구성을 도시하는 도면이다. 도 5b 내지 도 5d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 온도에 따른 해상도 그래프이다.
다음은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 설계 데이터를 나타낸다.
렌즈 면 곡률반경 두께 굴절률 아베수 초점거리 굴절능
(|Kn/Kt|)
제1렌즈 제1면 65 1.07 1.62041 60.32 -5.46116 0.374646
제2면 3.2 4.8
제2렌즈 제1면 -8.55308 3 1.5324 56.04 11.31571 0.180811
제2면 -3.96549 1.515
제3렌즈 제1면 3 2.33 1.62041 60.32 2.840015 0.720419
제2면 -3 0.05
제4렌즈 제1면 -5.21373 0.65 1.6328 23.35 -3.72049 0.549927
제2면 4.500203 1.775674
여기서, F넘버는 2.4, 전체 초점거리는 2.046mm, 화각은 160°이다.
초점거리는 제2 플라스틱 렌즈(L2)가 가장 길고, 제3 유리 렌즈(L3)가 가장 짧다. 따라서, 제2 플라스틱 렌즈(L2)의 굴절능이 가장 낮고, 제3 유리 렌즈(L3)의 굴절능이 가장 높다. 또한, 각각의 렌즈의 굴절능은 상기 조건식 1 내지 4를 만족한다.
본 실시예에서 제2 플라스틱 렌즈(L2)와 제4 플라스틱 렌즈(L4)의 양면은 모두 비구면으로 형성된다. 제2 플라스틱 렌즈(L2)와 제4 플라스틱 렌즈(L4)의 코닉 상수와 비구면 계수는 다음과 같다.
구분
 제2렌즈 제4렌즈
제1면 제2면 제1면 제2면
K 0 0 0 1.170893
A -0.00679 -0.00312 -0.04646 -0.0329
B -0.00312 0.000479 0.005921 0.008633
C 0.001318 5.75E-06 -0.00103 -0.00103
D -0.00044 -2.38E-05 0.000195 8.03E-05
도 5b, 도 5c 및 도 5d는 각각 20℃, 80℃, -20℃에서 렌즈 시스템의 해상도 그래프를 나타낸다.
도 5b 내지 도 5d를 살펴보면, 20℃에서 광각 렌즈 시스템의 해상도가 80℃, -20℃에서도 비슷하게 유지됨을 확인할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 광각 렌즈 시스템은 전체 렌즈의 매수를 줄이면서 유리 렌즈의 사용을 2매로 제한하여 제작비용을 절감할 수 있다. 또한, 광각의 고해상도를 실현함과 동시에 폭넓은 온도 변화(-20℃~80℃)에서도 해상도를 보증할 수 있다.
제4 실시예
도 6a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 구성을 도시하는 도면이다. 도 6b 내지 도 6d는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 온도에 따른 해상도 그래프이다.
다음은 본 발명의 제4 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템의 설계 데이터를 나타낸다.
렌즈 면 곡률반경 두께 굴절률 아베수 초점거리 굴절능
(|Kn/Kt|)
제1렌즈 제1면 65 1 1.62041 60.32 -5.51264 0.370947
제2면 3.23 4.8
제2렌즈 제1면 -10.1354 3.5 1.5324 56.04 10.40581 0.196515
제2면 -4.01184 1.16
제3렌즈 제1면 3.1 2.4 1.62041 60.32 2.933051 0.697192
제2면 -3.1 0.05
제4렌즈 제1면 -5.59292 0.6 1.6328 23.35 -3.71539 0.550386
제2면 4.224858 1.784822
여기서, F넘버는 2.03, 전체 초점거리는 2.045mm, 화각은 160°이다.
초점거리는 제2 플라스틱 렌즈(L2)가 가장 길고, 제3 유리 렌즈(L3)가 가장 짧다. 따라서, 제2 플라스틱 렌즈(L2)의 굴절능이 가장 낮고, 제3 유리 렌즈(L3)의 굴절능이 가장 높다. 또한, 각각의 렌즈의 굴절능은 상기 조건식 1 내지 4를 만족한다.
본 실시예에서 제2 플라스틱 렌즈(L2)와 제4 플라스틱 렌즈(L4)의 양면은 모두 비구면으로 형성된다. 제2 플라스틱 렌즈(L2)와 제4 플라스틱 렌즈(L4)의 코닉 상수와 비구면 계수는 다음과 같다.
구분
 제2렌즈 제4렌즈
제1면 제2면 제1면 제2면
K 0 0 0 -0.91356
A -0.00617 -0.00264 -0.04773 -0.03252
B -0.00311 0.000542 0.007419 0.009459
C 0.001318 -1.61E-05 -0.00117 -0.00103
D -0.00044 -2.10E-05 0.000195 8.03E-05
도 6b, 도 6c 및 도 6d는 각각 20℃, 80℃, -20℃에서 렌즈 시스템의 해상도 그래프를 나타낸다.
도 6b 내지 도 6d를 살펴보면, 20℃에서 광각 렌즈 시스템의 해상도가 80℃, -20℃에서도 비슷하게 유지됨을 확인할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 광각 렌즈 시스템은 전체 렌즈의 매수를 줄이면서 유리 렌즈의 사용을 2매로 제한하여 제작비용을 절감할 수 있다. 또한, 광각의 고해상도를 실현함과 동시에 폭넓은 온도 변화(-20℃~80℃)에서도 해상도를 보증할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
111, 121, 131, 141 : 물체측 면
112, 122, 132, 142 : 상측 면
150 : 조리개
160 : 광학 필터
170 : 결상면
L1 : 제1 유리 렌즈
L2 : 제2 플라스틱 렌즈
L3 : 제3 유리 렌즈
L4 : 제4 플라스틱 렌즈

Claims (11)

  1. 광각 렌즈 시스템에 있어서,
    물체측으로부터 순서대로 부의 굴절력을 가지며 물체 측으로 볼록한 매니스커스 타입의 제1 유리 렌즈;
    정의 굴절력을 가지며 물체 측으로 오목하고 적어도 한면이 비구면인 매니스커스 타입의 제2 플라스틱 렌즈;
    조리개;
    정의 굴절력을 가지며 양면 볼록 형태의 제3 유리 렌즈;
    상기 제3 유리 렌즈로부터 이격되고 부의 굴절력을 가지며 적어도 한면이 비구면이고 양면이 오목한 제4 플라스틱 렌즈;
    를 포함하고,
    상기 제3 유리 렌즈는 아베수 50 이상의 재질로 형성되고,
    상기 제4 플라스틱 렌즈는 굴절률이 1.6 이상의 재질로 형성되고,
    상기 각 렌즈 중에서 상기 제2 플라스틱 렌즈의 굴절능이 가장 낮고, 상기 제3 유리 렌즈의 굴절능이 가장 높은 광각 렌즈 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유리 렌즈 및 상기 제3 유리 렌즈는 양면이 구면인 광각 렌즈 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    다음의 조건을 만족하는 광각 렌즈 시스템.
    0.1 <｜K1/Kt｜< 0.5
    여기서, K1은 상기 제1 유리 렌즈의 굴절능이고, Kt는 전체 렌즈계의 굴절능이다.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    다음의 조건을 만족하는 광각 렌즈 시스템.
    0.1 <｜K2/Kt｜< 0.5
    여기서, K2는 상기 제2 플라스틱 렌즈의 굴절능이고, Kt는 전체 렌즈계의 굴절능이다.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    다음의 조건을 만족하는 광각 렌즈 시스템.
    0.4 <｜K3/Kt｜< 1
    여기서, K3는 상기 제3 유리 렌즈의 굴절능이고, Kt는 전체 렌즈계의 굴절능이다.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    다음의 조건을 만족하는 광각 렌즈 시스템.
    0.4 <｜K4/Kt｜< 1
    여기서, K4는 상기 제4 플라스틱 렌즈의 굴절능이고, Kt는 전체 렌즈계의 굴절능이다.
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