KR101468876B1 - 소형 광각 렌즈 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소형 렌즈 시스템에 관한 것으로 구체적으로는 로봇 청소기를 포함하는 소형의 전자 기기에 채용되는 소형 광각 렌즈 시스템에 관한 것으로,
물체측으로부터 이미지가 형성되는 촬상소자를 향해, 부의 파워를 가진 제1 렌즈, 정의 파워를 가진 제2 렌즈 및 조리개 스톱이 차례대로 배치된 소형 광각 렌즈 시스템에 있어서, 제1 렌즈는 부의 파워를 가지고, 물체측을 향해 오목한 제1 표면과 물체측을 향해 볼록한 제2 표면을 가지고, 상기 제1 렌즈의 제1 표면은 렌즈의 광축 중심에서 광축 주변으로 갈수록 부의 파워가 점차 강해지도록 형성되고, 제2 렌즈는 정의 파워를 가지고, 광축부에서 물체측을 향해 볼록하고, 광축의 주변부로갈수록 촬상소자측으로 볼록한 제1 표면을 가지며,제1 렌즈의 초점거리와 제2 렌즈의 초점거리의 비는 대략 -1.38를 가지는 것을 특징으로 하는 소형 광각 렌즈 시스템이 제공된다.

Description

소형 광각 렌즈 시스템{COMPACT TYPE WIDE ANGLE LENS SYSTEM}

본 발명은 소형 렌즈 시스템에 관한 것으로 구체적으로는 로봇 청소기를 포함하는 소형의 전자 기기에 채용되는 소형 광각 렌즈 시스템에 관한 것이다.

최근, 전자 기술의 발전으로 인해, 휴대폰, PDA 등의 개인 휴대기기가 급증하고 있으며, 또한 MP3, PMP, 카메라 등의 각종 기능을 구비한 휴대 기기가 출시되고 있으며, 또한 휴대 기기의 소형화로 인해 휴대 기기에 설치되는 카메라 역시 휴대 기기의 미관을 해치지 않도록 소형화가 진행되고 있다.

또한 최근에는 가정이나 사무실 내에서 사물을 인식하고 인식된 사물을 피해 자동으로 청소를 하는 로봇 청소기가 대중화되고 있다. 이러한 로봇 청소기를 포함한 소형화된 전자 기기 등에 설치되는 카메라용 렌즈를 설계하는데 있어서 중요한 것은 최소의 크기를 갖으면서 고성능의 기능을 구현해 내는 것이고, 또한, 경제성을 고려하여 저비용으로 제조되어야 한다.

이러한 촬상 렌즈로서 일본특허공개 2002-244031호, 일본특허공개 2005-227426호에는 4장 구성으로 이루어진 촬상 렌즈에 대해 개시하고 있다. 그러나 종래의 촬상 렌즈에서는 광각화를 도모하면 물체측의 렌즈 지름이 커지게 되는 문제점이 있었고, 더불어 가격도 상승되어 버린다.

또한 로봇 청소기의 경우 청소기의 구동시 사물 또는 장애물을 피해 청소기가 운행되기 위해서는 가급적이면 넓은 시야각을 확보하는 것이 유리하고 이를 위해 시야각이 수평화각이 90°이상인 광각 렌즈가 사용되는데, 이러한 광각 렌즈를 사용하는 렌즈 매수가 증가하고 또한 렌즈의 중앙부와 주변부에서의 배율차로 인하여 렌즈의 중심부에서는 사물의 크기가 크게 보이고 반대로 렌즈의 주변부(입구부,출구부)에서는 사물의 크기가 작아 보이는 문제로 인해 로봇 청소기의 정확한 주행 유도가 어려운 문제점이 있었다.

따라서 렌즈 매수를 줄여 가격은 저렴하면서도 수평화각 90° 이상의 광각 렌즈의 특성을 가지면서 비교적 광학적 성능이 우수한 로봇 청소기용 카메라 렌즈가 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 전술한 바와 같이 2장의 렌즈로 이루어져서 소형화 및 경량화가 가능하면서 광각 렌즈 특성을 가지는 한편 왜곡이 억제된 소형 광각 렌즈 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따르면 소형 광각 렌즈 시스템이 제공되는데, 즉 물체측으로부터 이미지가 형성되는 촬상소자를 향해, 부의 파워를 가진 제1 렌즈, 정의 파워를 가진 제2 렌즈 및 조리개 스톱이 차례대로 배치된 소형 광각 렌즈 시스템에 있어서, 제1 렌즈는 부의 파워를 가지고, 물체측을 향해 오목한 제1 표면과 물체측을 향해 볼록한 제2 표면을 가지고, 상기 제1 렌즈는 렌즈의 광축 중심에서 광축 주변으로 갈수록 부의 파워가 점차 강해지도록 형성되고, 제1 렌즈의 초점거리와 제2 렌즈의 초점거리의 비는 대략 -1.38를 가지는 것을 특징으로 한다.

실시예에서 제1 렌즈는 플라스틱 물질로 제조되고, 제1 렌즈의 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 한 면이 비구면 처리될 수 있다.

또한 실시예에서 상기 제2 렌즈는 플라스틱 물질로 제조되고, 제2 렌즈의 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 한 면이 비구면 처리될 수 있다.

또한 제2 렌즈의 제1 표면 및 제2 표면이 모두 비구면 처리되는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명에 따른 소형 광각 렌즈 시스템은, 98°수평 화각과, 70°수직 화각을 갖도록 설계된다.

본 발명에 따르면 2장의 렌즈로 이루어져서 소형화 및 경량화가 가능하면서 광각 렌즈 특성을 가지는 한편 왜곡이 억제된 소형 광각 렌즈 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소형 광각 렌즈 시스템을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템을 이용한 경우 이미지 센서 상의 위치에 따른 포커스 거리를 나타낸 그래프.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템(100)의 구성 및 광의 레이아웃을 개략적으로 나타낸 도면이다. 본 발명에 따른 광각 렌즈 시스템(100)은 수평 화각 90°이상, 바람직하게는 수평 화각이 98°인 렌즈로 설계된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템(100)은 총 2장의 렌즈로 이루어지며, 2장의 렌즈 모두 조리개 스톱(S) 전방에 배치된다.

이하에 각각의 렌즈에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 실시예에서 물체는 제1 렌즈(L1, 110)에 대향하여 위치하고 상이 형성되는 촬상소자(190)는 제2렌즈(L3, 120)에 대향하여 위치된 것으로 한다.

도 1에 도시한 바와 같이 렌즈군은 물체측으로부터 이미지측을 향해 순서대로 배치된 제1 렌즈(L1, 110) 및 제2 렌즈(L2, 120)로 이루어진다.

제1 렌즈는 부(-)의 파워를 가지며, 제2 렌즈는 정(+)의 파워를 가지며 형성된다.

제1 렌즈(L1)은 물체측을 향해 오목한 제1 표면(L1S1)과 물체측을 향해 볼록한 제2 표면(L1S2)을 가지며 플라스틱(glass) 물질로 제조된다. 제1 렌즈(L1)는 -2.9의 초점거리(파워)를 가지도록 형성되며 제1 렌즈(L1, 110)의 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 한 면은 비구면으로 형성된다..

또한 제1 렌즈(L1, 110)의 제1 표면(L1S1)의 반경은 -13.064mm이고, 제1 렌즈(L1)의 제2 표면(L1S2)의 반경은 1.8mm로 제조되며, 제1 렌즈(L1)의 제1 표면 및 제2 표면은 광축 근방에서 부의 파워가 약하고, 광축으로부터 주변부로 갈수록 부의 파워가 강해지도록 형성된다. 제1 렌즈(L1, 110)의 굴절율(Nd)은 1.53, 제1 렌즈의 분산계수(Vd)는 55.80를 가진다.

또한 광축상에서 제1 렌즈(L1)의 제1 표면(L1S1)으로부터 제2 표면(L1S2)까지의 거리(두께)는 0.60mm이다.

제2 렌즈(L2, 120)는, 정의 파워를 가지고, 그 제1 표면(L2S1)은 광축 근방에서 물체측을 향해 볼록하고, 광축의 주변부로갈수록 촬상소자측으로 볼록한 형상을 가지며 , 제2 표면(L2S2)은 촬상소자를 향해 볼록한 표면 형상을 가지도록 플라스틱 물질로 제조되고, 제1 표면(L2S1)과 제2 표면(L2S2) 중 적어도 한 면이 비구면으로 형성된다. 또한 제2 렌즈는 2.1의 초점거리(파워)를 가지도록 형성된다.

또한 제2 렌즈(L2)의 제1 표면(L2S1)의 반경은 6.076mm이고, 제2 렌즈(L2)의 제2 표면(L2S2)의 반경은 -1.527mm 이며, 제2 렌즈(L2,120)의 굴절율(Nd)은 1.632이고 제2 렌즈의 분산계수(Vd)는 23.6로 형성되었다.

광축상에서 제1 렌즈(L1, 110)의 제2 표면(L1S2)로부터 제2 렌즈(L2, 120)의 제1 표면(L2S1)까지의 거리는 3.472mm이다. 또한 광축상에서 제2 렌즈(L2, 120)의 제1 표면(L1S1)로부터 제2 렌즈(L2, 120)의 제2 표면(L2S2)까지의 거리(두께)는 1.736mm이며, 제2 렌즈(L2, 120)의 제2 표면(L2S2)은 조리개 스톱(S)까지 0.1mm 정도 이격되어 있다.

제1 렌즈(L1) 및 제2 렌즈(L2)의 총 2장으로 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 렌즈의 전체 초점 거리(F)는 1.16mm를 가지도록 형성되었다.

이와 같이 설계된 소형 광각 렌즈 시스템은 조리개 스톱(S) 전방에 배치된 총 2매의 렌즈로 이루어지면서 전체 초점거리가 1.16mm 이며, 렌즈 시스템의 총장은 8.69mm를 가져 소형화가 달성되고 또한 사용재료 역시 2장의 플라스틱 렌즈로 이루어져 경량화가 이루어질 수 있고, 제1 렌즈 및 제2 렌즈 각각의 적어도 한면이 비구면으로 형성됨에 따라 광각 렌즈 특유의 왜곡 역시 억제될 수 있어 광학적 성능이 향상된다.

다음의 표 1은 본 발명의 실시예에 따른 소형 광각 렌즈 시스템(100)의 세부 사양을 나타낸 표이다. 표에서 보여지듯이 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 시스템(100)은 수평화각이 98도, 수직화각 70도, 대각화각 132도를 가지며, 전체 초점거리가 1.16mm이고 밝기(Fno)가 2.9인 비교적 밝은 렌즈가 얻어졌으며 전장 길이(TTL) 역시 8.69mm로서 소형화되었음을 확인할 수 있었다.

상기 표 1에서 렌즈의 구성은 E, O, S로 표기되었으며, E는 플라스틱, O는 플라스틱재료를 나타내며, O와 E는 상이한 굴절율을 가진 플라스틱 재료임을 의미하며, 제1 렌즈의 초점거리와 제2 렌즈의 초점거리의 비는 대략 -1.38갖도록 형성되었다.

(표 1) 소형 광각 렌즈 시스템의 사양표

다음의 표 2는 본 발명의 실시예에 따른 소형 광각 렌즈 시스템의 설계치를 나타내는 표이다.

(표 2) 소형 광각 렌즈 시스템의 설계값

상기 표 2에서 알 수 있듯이 본 발명의 실시예에 따른 소형 광각 렌즈 시스템(100)은 플라스틱으로 제조된 제1 렌즈(110) 및 제2 렌즈(120)의 양면이 모두 비구면으로 제조되었다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 광각 렌즈 시스템(100)의 애스트리매틱 필드 그래프를 나타내는 도면으로, X축은 포커스 거리를 나타내고 Y축은 이미지 센서의 위치(원점은 이미지센서의 중앙부, y축을 따라 진행할수록 센서의 주변부로 정의됨)를 나타내며, 실선은 수평방향, 점선은 수직방향을 의미한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 애스트리매틱 필드 그래프의 경우 이상적인 경우 이미지 센서의 위치에 관계없이 포커스 포인트 0에 일치하는(즉 Y축상에 배치) 것이 바람직하지만 본 발명에서는 센서의 수직 방향 또는 수평 방향의 모든 지점에서 모두 포커스 포인트로부터 ±0.25mm의 범위 내에 근접하여 배치되어 왜곡이 억제되고 있는 것을 알 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 렌즈 시스템
110: 제1 렌즈
120: 제2 렌즈
190: 촬상소자

Claims (5)

1. 물체측으로부터 이미지가 형성되는 촬상소자를 향해, 부의 파워를 가진 제1 렌즈, 정의 파워를 가진 제2 렌즈 및 조리개 스톱이 차례대로 배치된 소형 광각 렌즈 시스템에 있어서,
   물체측에 가깝게 위치된 렌즈의 표면을 제1 표면, 촬상소자를 향해 가깝게 배치된 렌즈의 표면을 제2 표면이라고 할 때,
   상기 제1 렌즈는 부의 파워를 가지고, 물체측을 향해 오목하고 제1 표면과 물체측을 향해 볼록한 제2 표면을 가지고, 상기 제1 렌즈는 광축 중심에서 광축 주변으로 갈수록 부의 파워가 점차 강해지도록 형성되고,
   상기 제2 렌즈는 정의 파워를 가지고, 물체측을 향해 볼록한 제1 표면과 물체측을 향해 오목한 제2 표면을 가지며, 제2 렌즈의 제1 표면은 광축부에서 물체측을 향해 볼록하고, 광축의 주변부로갈수록 촬상소자측으로 볼록하며,
   상기 제1 렌즈의 초점거리와 제2 렌즈의 초점거리의 비는 -1.38를 가지는 것을 특징으로 하는 소형 광각 렌즈 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 렌즈는 플라스틱 물질로 제조되고, 제1 렌즈의 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 한 면이 비구면 처리된 것을 특징으로 하는 소형 광각 렌즈 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제2 렌즈는 플라스틱 물질로 제조되고, 제2 렌즈의 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 한 면이 비구면 처리된 것을 특징으로 하는 소형 광각 렌즈 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 렌즈의 제1 표면 및 제2 표면이 모두 비구면 처리되는 것을 특징으로 하는 소형 광각 렌즈 시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 소형 광각 렌즈 시스템은, 98°수평 화각과, 70°수직 화각을 갖는 것을 특징으로 하는 소형 광각 렌즈 시스템.
   

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