KR101834551B1 - 초광각 렌즈 및 이를 포함한 촬상 장치 - Google Patents

초광각 렌즈 및 이를 포함한 촬상 장치 Download PDF

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Abstract

초광각 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치에 대하여 개시한다. 초광각 렌즈는 물체측으로부터 상면측으로 순차로 배열된 부, 정, 정, 부, 정, 부의 굴절력을 갖는 제1 렌즈 내지 제6 렌즈를 포함한다. 초광각 렌즈는 100도 이상의 화각을 가질 수 있다.

Description

초광각 렌즈 및 이를 포함한 촬상 장치 {Super wide angle lens and photographing lens having the same}
본 개시는 초광각 렌즈 및 이를 포함한 촬상 장치에 관한 것이다.
CCD(Charge-Coupled Devices)형 이미지 센서 혹은 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)형 이미지 센서 등의 고체 촬영 소자를 이용한 촬상 장치가 많이 사용되고 있다. 디지털 카메라, 교환 렌즈계, 비디오 카메라 등 고체 촬상 소자를 사용하는 촬상 장치에 있어서, 사용자들은 고해상도와 고품질에 대한 요구를 가지고 있다. 고체 촬상 소자를 이용한 촬상 장치는 소형화에 적합하므로 최근에는 휴대 전화를 비롯한 소형의 정보 단말기 등에도 적용되고 있다.
카메라에 대한 보급이 증가하면서 망원 렌즈나 광각 렌즈와 같은 단초점 렌즈(single focus lens)에 대한 수요도 증가하고 있다. 또한, 화각이 180° 정도로 매우 큰 초광각 렌즈가 최근 고급 카메라 사용자들 사이에서 예술적인 표현을 얻기 위한 수단으로 널리 사용되고 있다.
초광각 렌즈는 디지털 카메라의 고화소화에 어울리는 우수한 해상력을 가져야 함과 동시에 휴대가 용이하기 위하여 컴팩트한 크기에 대한 요구도 크다.
본 개시는 소형의 초광각 렌즈를 제공하며, 소형의 초광각 렌즈를 포함한 촬상 장치를 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 초광각 렌즈는, 물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열된 것으로, 부의 굴절력을 가지는 제1 렌즈; 정의 굴절력을 가지는 제2 렌즈; 정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈; 부의 굴절력을 가지는 제4 렌즈; 정의 굴절력을 가지는 제5 렌즈; 및 부의 굴절력을 가지는 제6 렌즈;를 포함하고, 다음의 식을 모두 만족한다.
조건식(1) : 100 < FOV < 160
조건식(2) : 0.7 < TTL/IH < 1.0
여기서, FOV(단위:°)는 상기 초광각 렌즈의 화각을 나타내고, TTL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심에서 상면까지의 거리를 나타내며, IH(단위:mm)는 상면에서의 이미지 높이를 나타낸다.
다른 실시예에 따른 초광각 렌즈는 다음의 조건을 만족할 수 있다.
조건식(3) : 0.7 < Ind3/Ind4 < 1.5
여기서, Ind3, Ind4 및 Ind6은 각각 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제6 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
또 다른 실시예에 따른 초광각 렌즈는 다음의 조건을 만족할 수 있다.
조건식(4) : DiaL3 < DiaL1 < DiaL6
여기서, DiaL1, DiaL3, 및 DiaL6은 각각 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 제6 렌즈의 유효경의 크기를 나타낸다.
또 다른 실시예에 따른 초광각 렌즈는 다음의 조건을 만족할 수 있다.
조건식(5) : 0.3 < (L1toL2)/OAL < 0.45
여기서, L1toL2(단위:mm)는 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제2 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, OAL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제6 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타낸다.
상기 제2 렌즈와 상기 제3 렌즈 사이에 조리개가 될 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 초광각 렌즈는 다음의 조건 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.
조건식(6) : 1.5 < Abv3/Abv4 < 3.0
조건식(7) : 0.7 < Ind3/Ind6 < 1.5
조건식(8) : 1.5 < Abv3/Abv6 < 3.0
여기서, Abv3, Abv4, 및 Abv6은 각각 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제6 렌즈의 아베수를 나타내며, Ind3, Ind4 및 Ind6은 각각 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제6 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
상기 제1 렌즈 내지 제6 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈는 비구면 렌즈 일 수 있다.
상기 제1 렌즈 내지 제6 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈는 플라스틱 렌즈일 수 있다.
상기 제1 렌즈의 출사면은 상면측으로 오목할 수 있다.
상기 제6 렌즈의 입사면, 출사면 중 적어도 하나에 적어도 하나의 변곡점을 가질 수 있다.
상기 제6 렌즈의 입사면, 출사면 중 적어도 하나의 렌즈 면의 중앙부는 상기 상면측에 대하여 오목하고 가장자리로 가면서 볼록해 질 수 있다.
상기 제1 렌즈의 입사면이 물체측을 향해 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 초광각 렌즈는, 물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열되는 전군, 조리개 및 후군을 포함하고, 상기 전군은 상면측을 향해 오목한 출사면을 가지는 제1 렌즈 및 물체측을 향해 볼록한 입사면을 가지는 제2 렌즈를 포함하고, 상기 후군은 가장 물체측에 마련되는 상면측이 볼록한 출사면을 가지는 제3 렌즈 및 가장 상면측에 마련되는 부의 굴절력을 가지는 상면렌즈를 포함하고,
다음의 식을 모두 만족한다.
조건식(1') : 100 < Fov < 160
조건식(2') : 0.7 < Ind3/Ind4 < 1.5
여기서, FOV(단위:°)는 상기 초광각 렌즈의 화각을 나타내며, Ind3, Ind4 는 각각 제3 렌즈, 제4 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
또 다른 실시예에 따른 초광각 렌즈는 다음의 조건을 만족할 수 있다.
조건식(3') : DiaL3 < DiaL1 < DiaL6
조건식(4') : 0.7 < TTL/IH < 1.0
여기서, DiaL1, Dial3, 및 Dial6은 각각 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 상면렌즈의 유효경의 크기를 나타내며, TTL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심에서 상면까지의 거리를 나타내며, IH(단위:mm)는 상면에서의 이미지 높이를 나타낸다.
또 다른 실시예에 따른 초광각 렌즈는 다음의 조건을 만족할 수 있다.
조건식(5') : 0.3 < (L1toL2)/OAL < 0.45
여기서, L1toL2(단위:mm)는 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제2 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, OAL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제6 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타낸다.
상기 후군은,
상기 제3 렌즈 및 상면렌즈 사이에 마련되고, 물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열되는 부의 굴절력 갖는 제4 렌즈, 정의 굴절력을 갖는 제5 렌즈를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 초광각 렌즈는 다음의 조건 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.
조건식(6') : 1.5 < Abv3/Abv4 < 3.0
조건식(7') : 0.7 < Ind3/Ind6 < 1.5
조건식(8') : 1.5 < Abv3/Abv6 < 3.0
여기서, Abv3, Abv4, 및 Abv6은 각각 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 상면렌즈의 아베수를 나타내며, Ind3, Ind4 및 Ind6은 각각 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 상면렌즈의 굴절률을 나타낸다.
상기 상면렌즈의 입사면, 출사면 중 적어도 하나의 렌즈 면은, 중앙부에서 가장자리로 가면서 적어도 하나의 변곡점을 가질 수 있다.
상기 전군 및 상기 후군을 구성하는 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈는 비구면 렌즈일 수 있다.
일 실시예에 따른 촬상 장치는 상술한 실시예에 따른 초광각 렌즈와, 상기 초광각 렌즈에 의해 결상된 상을 촬상하는 고체 촬상 소자를 포함할 수 있다.
본 개시에 따른 초광각 렌즈는 넓은 화각을 가지고 소형화될 수 있다. 본 개시에 따른 초광각 렌즈는 광학 파워를 분산하여 높은 성능을 가지면서도 민감도가 낮은 설계를 구현할 수 있다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 초광각 렌즈의 주요 구성요소의 배치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 초광각 렌즈의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수치도이다.
도 3은 제 2 실시예에 따른 초광각 렌즈의 주요 구성요소의 배치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 4는 제 2 실시예에 따른 초광각 렌즈의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수치도이다.
도 5는 제 3 실시예에 따른 초광각 렌즈의 주요 구성요소의 배치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 6은 제 3 실시예에 따른 초광각 렌즈의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수치도이다.
도 7은 본 발명에 따른 초광각 렌즈를 포함하는 촬상 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
이하, 이하, 본 발명의 실시예에 따른 초광각 렌즈 및 촬상장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한(혹은, 유사한) 구성요소들을 나타낸다.
이하의 설명에서, “상면(image plane)(IP)”이라고 기재된 표현은 초광각 렌즈를 지나 상이 맺히는 면을 나타내는 것으로, “상면측(image plane side)”은 이미지 센서 등의 촬상 소자등이 위치하는 방향을 나타낼 수 있다. 초광각 렌즈를 기준으로 “물체측(object side)”과 “상면측”은 서로 반대 방향을 의미할 수 있다. 또한, 렌즈의 두 양면 중 물체측에 있는 면을 입사면이라고 하고, 상면측에 있는 면을 출사면이라고 할 수 있다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 초광각 렌즈의 주요 구성요소의 배치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
상기 초광각 렌즈는 물체(OBJ) 측으로부터 상면(IP)측으로 순서대로 배열되는, 전군(front lens group), 조리개(ST), 후군(rear lens group)을 포함한다. 전군과 후군은 조리개(ST)를 기준으로 나눌 수 있으며, 조리개가 없는 경우 광선을 제어하는 고정 조리개 면을 기준으로 나누어도 무방하다.
상기 전군은 예를 들어, 부의 굴절력을 가지는 제1 렌즈(I) 및 정의 굴절력을 가지는 제2 렌즈(Ⅱ)를 포함할 수 있다.
제1 렌즈(I)는 예를 들어, 상면(IP)측을 향해 오목한 출사면(2*)을 포함할 수 있다. 제1 렌즈(I)는 예를 들어, 물체(OBJ)측을 향해 볼록한 입사면(1*)을 포함할 수 있다. 제1 렌즈(I)는 예를 들어, 물체(OBJ)측으로 볼록한 매니스커스 형상을 가질 수 있다.
제2 렌즈(Ⅱ)는 예를 들어, 상면(IP)측을 향해 볼록한 출사면(4*)을 포함할 수 있다. 제2 렌즈(Ⅱ)는 예를 들어, 물체(OBJ)측을 향해 볼록한 입사면(3*)을 포함할 수 있다. 제2 렌즈(Ⅱ)는 예를 들어, 양볼록 형상을 가질 수 있다.
상기 후군은 예를 들어, 정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈(Ⅲ), 부의 굴절력을 가지는 제4 렌즈(Ⅳ), 정의 굴절력을 가지는 제5 렌즈(Ⅴ) 및 부의 굴절력을 가지는 제6 렌즈(Ⅵ)를 포함할 수 있다.
상기와 같이 전군과 후군의 굴절력 배치를 함으로써 색수차 제어를 용이하게 구현할 수 있다. 또한, 조리개(ST)가 전군과 후군의 사이에 마련됨으로써, 본 실시예에 따른 초광각 렌즈가 초광각에서 충분한 성능을 가지도록 광학 파워를 분배할 수 있다.
제3 렌즈(Ⅲ)는 예를 들어, 상면(IP)측이 볼록한 출사면(7*)을 가질 수 있다. 제3 렌즈(Ⅲ)는 예를 들어, 상면(IP)측이 볼록한 메니스커스 형상을 가지거나, 또는 양볼록 형상을 가질 수 있다. 제3 렌즈(Ⅲ)가 메니스커스 형상을 가질때는 비점 수차를 효과적으로 보정할 수 있다.
제4 렌즈(Ⅳ)는 예를 들어, 상면(IP)측이 오목한 출사면(9*)을 포함할 수 있다.
제5 렌즈(Ⅴ)는 예를 들어, 상면(IP)측이 볼록한 출사면(11*)을 포함할 수 있다. 제5 렌즈(Ⅴ)는 예를 들어, 상면(IP)측이 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.
제6 렌즈(Ⅵ)는 예를 들어, 제6 렌즈(Ⅵ)의 입사면(12*)과 출사면(13*) 중 적어도 하나가 적어도 하나의 변곡점(inflection point)을 가질 수 있다. 변곡점은 곡률 반경의 부호가 (+)에서 (-)로 변하거나 (-)에서 (+)로 변하는 점을 나타낼 수 있다. 또는, 변곡점은 렌즈의 형상이 볼록에서 오목으로 변하거나 오목에서 볼록으로 변하는 점을 나타낼 수 있다. 제6 렌즈(Ⅵ)는 예를 들어, 렌즈 면의 중심부(광축으로부터 소정 반경 내) 에서 물체(OBJ)측을 향해 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제6 렌즈(Ⅵ)의 출사면(13*)은 광축 근처에서 상면(IP)을 향해 오목한 형상을 가지고, 광축으로부터 주변부로 갈수록 볼록한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제6 렌즈(Ⅵ)의 입사면(12*)은 광축 근처에서 물체측(OBJ)을 향해 볼록한 형상을 가지고, 광축으로부터 주변부로 갈수록 오목한 형상을 가질 수 있다.
제6 렌즈(Ⅵ)와 상면(IP) 사이에 적어도 하나의 광학 필터(Ⅶ)가 구비될 수 있다. 광학 필터(Ⅶ)는 예를 들어 저역 통과 필터(Low pass Filter), 적외선 차단 필터(IR-Cut Filter), 커버 글라스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 필터(Ⅶ)로서 적외선 차단 필터가 구비되는 경우, 가시광선은 투과되고, 적외선은 외부로 방출되도록 하여, 적외선이 상면에 전달되지 않도록 할 수 있다. 하지만, 광학 필터(Ⅶ) 없이 촬영 렌즈를 구성하는 것도 가능하다.
상기 전군과 후군은 적어도 하나의 비구면 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ) 중 적어도 하나는 비구면 렌즈일 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ)는 모두 비구면 렌즈일 수 있다.
한편, 상기한 구성을 가지는 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈 광학계에서 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ) 중 적어도 하나는 플라스틱(plastic) 소재로 제조할 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ)는 모두 플라스틱 소재로 제조할 수 있다. 이러한 플라스틱 렌즈를 사용할 경우, 글라스를 사용하는 경우보다 가볍고 양산에 유리할 수 있다. 그러나 본원에서 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ)의 재질이 플라스틱으로 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라서는, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ) 중 적어도 하나를 글라스로 제조할 수도 있다. 글라스 렌즈를 사용할 경우, 플라스틱을 사용하는 경우보다 고신뢰성을 확보할 수 있다. 예를 들어, 글라스 렌즈에 비구면을 적용할 수 있기 때문에, 비구면에 의한 다양한 효과, 예를 들어, 전장 축소, 컴팩트화, 수차 보정, 고성능화 등의 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ) 중 일부는 플라스틱 렌즈를 사용하고, 나머지 일부는 글라스 렌즈를 사용할 수도 있다.
본 실시예에 따른 초광각 렌즈는 넓은 화각, 예를 들어 100 도 이상의 화각을 가지고, 양호한 성능을 가질 수 있다. 본 실시예에 따른 초광각 렌즈는 광각 성능을 가지면서도 휴대폰에 탑재가능할 정도로 전장이 작을 수 있다.
본 실시예에 따른 초광각 렌즈는 다음 식을 만족할 수 있다.
조건식(1) : 100 < FOV < 160
여기서, FOV(단위:°)는 상기 초광각 렌즈의 화각을 나타낸다.
본 실시예에 따른 초광각 렌즈는 다음 식을 만족할 수 있다.
조건식(2) : 0.7 < TTL/IH < 1.0
여기서, TTL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심에서 상면까지의 거리를 나타내며, IH(단위:mm)는 상면에서의 이미지 높이를 나타낸다.
조건식(2)를 만족하는 초광각 렌즈는 상면(IP)의 크기 대비 렌즈의 전장을 줄일 수 있어, 광각렌즈이면서도 휴대폰에 탑재가능할 만큼 충분히 작은 전장을 가질 수 있다.
본 실시예에 따른 초광각 렌즈는 다음 식을 만족할 수 있다.
조건식(3) : DiaL3 < DiaL1 < DiaL6
여기서, DiaL1, DiaL3, 및 DiaL6은 각각 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 제6 렌즈의 유효경의 크기를 나타낸다.
조건식(3)은 광각 성능을 유지하면서도, 초광각 렌즈의 고성능을 유지하기 위한 것으로, 제 1렌즈의 유효경이 제3 렌즈의 유효경 보다는 크고, 제6 렌즈의 유효경 보다는 작을 수 있다.
본 실시예에 따른 초광각 렌즈는 다음 식을 만족할 수 있다.
조건식(4) : 0.3 < (L1toL2)/OAL < 0.45
여기서, L1toL2(단위:mm)는 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제2 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, OAL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제6 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타낸다.
조건식(4)은 광각 성능을 유지하면서도, 초광각 렌즈의 고성능을 유지하기 위한 것으로, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 두께가 렌즈군 전체의 두께에 비해서 일정 비율로 한정될 수 있다.
본 실시예에 따른 초광각 렌즈는 다음 식 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.
조건식(5) : 0.7 < Ind3/Ind4 < 1.5
조건식(6) : 1.5 < Abv3/Abv4 < 3.0
조건식(7) : 0.7 < Ind3/Ind6 < 1.5
조건식(8) : 1.5 < Abv3/Abv6 < 3.0
여기서, Abv3, Abv4, 및 Abv6은 각각 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제6 렌즈의 아베수를 나타내며, Ind3, Ind4 및 Ind6은 각각 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제6 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
조건식(5)을 만족하는 초광각 렌즈는 제3 렌즈에 저굴절 렌즈를 배치하고, 제4 렌즈에 고굴절 렌즈를 배치하여 색수차를 감소시킬 수 있다. 조건식(6)을 만족하는 초광각 렌즈는 제3 렌즈가 높은 아베수를 가지고, 제4 렌즈가 낮은 아베수를 가져 색수차를 감소시킬 수 있다. 조건식(7)을 만족하는 초광각 렌즈는 제3 렌즈에 저굴절 렌즈를 배치하고, 제6 렌즈에 고굴절 렌즈를 배치하여 색수차를 감소시킬 수 있다. 조건식(8)을 만족하는 초광각 렌즈는 제3 렌즈가 높은 아베수를 가지고, 제6 렌즈가 낮은 아베수를 가져 색수차를 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 초광각 렌즈에 사용되는 비구면의 정의를 나타내면 다음과 같다.
비구면 형상은 광축 방향을 x축으로 하고, 광축 방향에 대해 수직한 방향을 y축으로 할 때, 광선의 진행 방향을 정으로 하여 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다. 여기서, x는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리를, y는 광축에 대해 수직한 방향으로의 거리를, K는 코닉 상수(conic constant)를, A, B, C, D, E 및 F는 비구면 계수를, c는 렌즈의 정점에 있어서의 곡률 반경의 역수(1/R)를 각각 나타낸다.
< 비구면 방정식 >
Figure 112016026413142-pat00001
본 발명에서는 다음과 같이 다양한 설계에 따른 수치 실시예를 통해 초광각 렌즈를 구현할 수 있다.
각 수치 실시예에서 렌즈면 번호(1,2,3..n; n은 자연수)는 물체 (OBJ)측으로부터 상면(IP)측으로 순차적으로 나열되며, 도면에는 렌즈 면의 부호를 도시한다. 그리고, OBJ는 물체를, EFL은 각 렌즈의 초점 거리를, F-no는 F 넘버를, FOV는 화각을, R은 곡률 반경을, Dn은 렌즈의 두께 또는 렌즈와 렌즈 사이의 공기 간격을, Nd는 굴절률을, Vd는 아베수를 나타낸다. ST는 조리개를, *는 비구면을 나타낸다.
<제1 수치 실시예>
도 1은 제1 수치 실시예에 따른 초광각 렌즈를 도시한 것이며, 다음은 제1 수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다.
면 R D Nd Vd
I 1* 1.64189 0.20000 1.54410 56.09278
2* 0.61065 0.54600 　 　
Ⅱ 3* 1.87426 0.56110 1.54410 56.09278
4* -4.89243 0.02000 　 　
ST Infinity 0.04404 　 　
Ⅲ 6* -28.90314 0.40037 1.54410 56.09278
7* -1.20836 0.07496 　 　
Ⅳ 8* 8.74404 0.20000 1.65041 21.47439
9* 1.68274 0.21960 　 　
Ⅴ 10* -16.69326 0.70659 1.54410 56.09278
11* -0.75830 0.03000 　 　
Ⅵ 12* 0.90135 0.24000 1.63916 23.51650
13* 0.52299 0.40000 　 　
Ⅶ 14 Infinity 0.11000 1.51680 64.19733
15 Infinity 0.71734 　 　
IP Infinity 0.00000 　 　
다음은 제1 수치 실시예의 비구면 계수를 나타낸다.
면 K A B C D E F
1* 0.00000 0.06236 -0.16012 0.03034 0.02030 -0.01082 0.00000
2* -0.48768 0.15481 0.94333 -7.37311 24.55379 -44.90545 26.46483
3* -11.28293 0.08343 -0.20916 -1.22051 2.21642 -2.90389 2.25426
4* 0.00000 -0.36569 -0.83363 9.09693 -31.08353 38.55340 0.00000
6* 0.00000 -0.42095 -2.48131 16.09019 -59.54827 0.00000 0.00000
7* 3.13008 -0.62064 2.38985 -11.73569 30.43838 -35.58902 3.40389
8* 0.00000 -1.31076 3.57725 -13.73857 25.43772 -16.78123 -16.14668
9* -0.18484 -0.81683 2.16519 -5.16297 8.00748 -7.05515 2.58206
10* 0.00000 -0.02492 -0.40123 1.45599 -2.27052 1.82566 -0.62743
11* -0.76253 0.49069 -0.93055 1.43682 -1.49741 1.00358 -0.27971
12* -7.31604 -0.22392 0.04466 0.00939 -0.00250 0.00000 0.00000
13* -3.92497 -0.21088 0.12101 -0.05773 0.01777 -0.00312 0.00024
도 2는 제1 수치 실시예에 따른 초광각 렌즈의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curves), 왜곡수차(distortion)를 나타낸 것이다. 상면만곡으로는 자오상면 만곡(T: tangential field curvature)과 구결상면 만곡(S: sagittal field curvature)을 보여준다.
<제2 수치 실시예>
도 3은 제2 수치 실시예에 따른 초광각 렌즈를 도시한 것이며, 다음은 제2 수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다.
면 R D Nd Vd
I 1* 1.54302 0.20000 1.54410 56.09278
2* 0.59356 0.66010 　 　
Ⅱ 3* 1.38790 0.40001 1.54410 56.09278
4* -126.87409 0.06516 　 　
ST Infinity 0.07981 　 　
Ⅲ 6* 8.74369 0.47406 1.54410 56.09278
7* -1.23214 0.03000 　 　
Ⅳ 8* 24.29459 0.20000 1.65041 21.47439
9* 1.82952 0.24540 　 　
Ⅴ 10* -7.42444 0.63984 1.54410 56.09278
11* -0.77156 0.03000 　 　
Ⅵ 12* 1.07683 0.24000 1.63916 23.51650
13* 0.61217 0.50000 　 　
Ⅶ 14 Infinity 0.11000 1.51680 64.19733
15 Infinity 0.59562 　 　
IP Infinity 0.00030 　 　
다음은 제2 수치 실시예의 비구면 계수를 나타낸다.
면 K A B C D E F
1* 0.00000 0.37841 -0.83009 0.65483 -0.26987 0.04343 0.00000
2* -0.34970 0.58418 0.46744 -7.89904 22.35092 -34.90484 26.46525
3* 0.53507 0.08155 0.05494 -0.11027 2.96055 -2.90389 2.25426
4* 0.00000 -0.10382 -0.37884 1.62342 4.37274 -44.53743 73.52403
6* 36.27983 -0.19192 -2.86927 28.59727 -243.01383 968.75271 -1707.2486
7* 2.71370 -0.53851 3.90381 -19.34227 40.29529 -35.58902 3.40389
8* 0.00000 -1.08415 3.40658 -12.04401 17.18862 -10.00595 0.00000
9* 0.49359 -0.63026 1.31102 -2.61440 3.33185 -2.44353 0.78394
10* 0.00000 -0.06584 0.49803 -1.39824 1.82690 -1.20479 0.31858
11* -0.82325 0.37766 -0.10231 0.18354 -0.46038 0.37055 -0.09554
12* -13.31294 -0.08820 0.02147 -0.00249 0.00024 0.00000 0.00000
13* -4.64147 -0.13826 0.07725 -0.03790 0.01237 -0.00235 0.00019
도 4는 제2 수치 실시예에 따른 초광각 렌즈의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curves), 왜곡수차(distortion)를 나타낸 것이다.
<제3 수치 실시예>
도 5는 제3 수치 실시예에 따른 초광각 렌즈를 도시한 것이며, 다음은 제3 수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다.
면 R D Nd Vd
I 1* 2.06469 0.22756 1.53175 55.85588
2* 0.70606 0.53807 　 　
Ⅱ 3* 4.30203 0.52697 1.53175 55.85588
4* -4.41575 0.04000 　 　
ST Infinity -0.00994 　 　
Ⅲ 6* 1.80965 0.51593 1.53175 55.85588
7* -1.33637 0.13112 　 　
Ⅳ 8* 15.50065 0.20400 1.65041 21.47439
9* 1.65713 0.41656 　 　
Ⅴ 10* -3.65019 0.72385 1.54410 56.09278
11* -0.72467 0.03000 　 　
Ⅵ 12* 1.03955 0.30000 1.63916 23.51650
13* 0.55121 0.35000 　 　
Ⅶ 14 Infinity 0.11000 1.51680 64.19733
15 Infinity 0.36088 　 　
IP Infinity 0.00500 　 　
다음은 제3 수치 실시예의 비구면 계수를 나타낸다.
면 K A B C D E F
1* 0.00000 0.25124 -0.52511 0.18448 0.04787 -0.02709 0.00000
2* -0.15450 0.43521 0.48091 -7.16396 22.16145 -40.56551 26.46525
3* 30.90326 0.05741 0.10987 -0.38028 0.84589 -2.90389 2.25426
4* 0.00000 -0.56872 4.80136 -28.81584 110.64849 -234.29303 195.36103
6* -7.64547 -0.56657 5.52584 -44.06239 209.46689 -591.95284 711.94970
7* 2.55527 -0.45050 2.26504 -7.94367 16.28500 -21.78641 12.91080
8* 0.00000 -1.17945 3.22261 -3.73959 -9.73117 32.84894 -26.27671
9* 1.67724 -0.79199 2.23504 -3.90951 3.17544 -0.32600 -0.77171
10* 10.82727 0.19166 -0.65829 1.24740 -1.30376 0.78688 -0.20992
11* -0.82551 0.47806 -0.51946 0.37794 -0.14927 0.08590 -0.03255
12* -10.44873 -0.16635 -0.12514 0.17437 -0.07213 0.01339 -0.00096
13* -4.20005 -0.21646 0.13381 -0.06312 0.01804 -0.00265 0.00015
도 6은 제3 수치 실시예에 따른 초광각 렌즈의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curves), 왜곡수차(distortion)를 나타낸 것이다.
한편, 본 발명의 제1 내지 제3 수치실시예에 따른 초광각 렌즈의 F-넘버(Fno), 초점거리(f) 및 화각(FOV)을 정리하면 아래의 표 7과 같다.
구 분 F-넘버(Fno) 초점거리(f) [mm] 화각(FOV) [°]
제1 실시예 2.40 1.46 143.90
제2 실시예 2.38 1.46 144.49
제3 실시예 2.48 1.46 145.66
다음은 제1 내지 제3 수치 실시예에 따른 초광각 렌즈가 조건식 1 내지 식 8를 만족함을 보인 것이다. 표 8에서 FOV(화각)의 단위는 °이다.
구분 수식 제1 실시예 제2 실시예 제3 실시예
조건식(1) 100 < Fov < 160
 143.90 144.49 145.66
조건식(2) 0.7 < TTL/IH < 1.0 0.92 0.92 0.92
조건식(3) DiaL3 < DiaL1 <
DiaL6		 - - -
조건식(4) 0.3 < (L1toL2)/OAL < 0.45 0.40 0.39 0.35
조건식(5) 0.7 < Ind3/Ind4 < 1.5 0.94 0.94 0.93
조건식(6) 1.5 < Abv3/Abv4 < 3.0 2.61 2.61 2.60
조건식(7) 0.7 < Ind3/Ind6 < 1.5 0.94 0.94 0.93
조건식(8) 1.5 < Abv3/Abv6 < 3.0 2.39 2.39 2.38
표 9는 표 8을 얻는데 필요한 변수들의 값을 정리한 것이다. 표 2에서 TTL, IH, DiaL1, DiaL2, DiaL3, L1toL2 및 OAL 값들의 단위는 ㎜이다.
구분 제1 실시예 제2 실시예 제3 실시예
TTL 4.47 4.47 4.47
IH 4.85 4.85 4.85
DiaL3 1.120 1.250 1.141
DiaL1 2.342 2.377 2.171
DiaL6 3.779 3.986 4.119
L1toL2 1.307 1.260 1.293
OAL 3.24 3.26 3.64
Ind3 1.544 1.544 1.532
Ind4 1.650 1.650 1.650
Ind6 1.639 1.639 1.639
Abv3 56.093 56.093 55.856
Abv4 21.474 21.474 21.474
Abv6 23.517 23.517 23.517
도 7은 예시적인 실시예에 따른 초광각 렌즈를 구비한 촬상 장치(200)의 일 예를 도시한 것이다. 촬상 장치(200)는 초광각 렌즈(100)와, 상기 초광각 렌즈(100)에 의해 결상된 상(image)를 수광하여 전기적인 화상 신호로 변환하는 이미지 센서(110)를 포함한다. 상기 초광각 렌즈(100)로는 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 초광각 렌즈가 채용될 수 있다. 예시적인 실시예에 따른 초광각 렌즈를 소형의 디지털 카메라, 모바일 폰용 카메라, 자동차용 카메라 등의 촬상 장치에 적용함으로써 광각으로, 고성능으로 촬영이 가능한 촬상 장치를 구현할 수 있다.
도 7에 도시된 촬상 장치는 일반적인 예일 뿐이며 보다 다양한 광학 기기에 적용 가능하다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 초광각 렌즈는 차량용 카메라의 렌즈 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 초광각 렌즈는 가상 현실 장치, 증강 현실 장치 등에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 가상 현실 장치에는 상술한 실시예에 따른 초광각 렌즈가 서로 반대방향을 향하도록 마련될 수 있다. 예컨대, 블랙박스, AVM(around view monitoring) 시스템 또는 후방 카메라 등 다양한 차량용 장치에 본 발명의 실시예에 따른 초광각 렌즈를 적용할 수 있다. 또한, 상기 초광각 렌즈는 드론이나 레저 스포츠용 캠코더와 같은 다양한 액션캠(action cam)에 적용될 수 있다. 그 밖에도, 상기 초광각 렌즈는 다양한 감시용 카메라에 적용될 수 있다.
또한, 상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 실시예에 따른 초광각 렌즈에서 렌즈들의 형상이 다소 변형되더라도 상기한 조건식(1) 내지 조건식(8) 중 적어도 하나를 만족하는 경우, 앞서 설명한 바와 같은 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 조건식(1) 내지 조건식(8) 중 적어도 일부를 만족하지 않더라도, 렌즈들의 파워 배치, 형상 조건 및 기타 조건들을 만족할 때, 앞서 설명한 바와 같은 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그 밖에도 다양한 변형예가 가능함을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
I : 제1 렌즈 Ⅱ : 제2 렌즈
Ⅲ : 제3 렌즈 Ⅳ : 제4 렌즈
Ⅴ : 제5 렌즈 Ⅵ : 제6 렌즈
Ⅶ : 광학 필터
OBJ : 물체 ST : 조리개
IP : 상면

Claims (20)

  1. 물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열된 것으로,
    부의 굴절력을 가지는 제1 렌즈;
    정의 굴절력을 가지는 제2 렌즈;
    정의 굴절력을 가지는 제3 렌즈;
    부의 굴절력을 가지는 제4 렌즈;
    정의 굴절력을 가지는 제5 렌즈; 및
    부의 굴절력을 가지는 제6 렌즈;를 포함하고, 다음의 식을 모두 만족하는 초광각 렌즈.
    조건식(1) : 100 < FOV < 160
    조건식(2) : 0.7 < TTL/IH < 1.0
    조건식(3) : 0.3 < (L1toL2)/OAL < 0.45
    여기서, FOV(단위:°)는 상기 초광각 렌즈의 화각을 나타내고, TTL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심에서 상면까지의 거리를 나타내며, IH(단위:mm)는 상면에서의 이미지 높이를를 나타내고, L1toL2(단위:mm)는 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제2 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, OAL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제6 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타낸다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    다음의 조건을 만족하는 초광각 렌즈.
    조건식(4) : 0.7 < Ind3/Ind4 < 1.5
    여기서, Ind3, Ind4는 각각 제3 렌즈, 제4 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
  3. 제 1 항에 있어서,
    다음의 조건을 만족하는 초광각 렌즈.
    조건식(5) : DiaL3 < DiaL1 < DiaL6
    여기서, DiaL1, DiaL3, 및 DiaL6은 각각 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 제6 렌즈의 유효경의 크기를 나타낸다.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 렌즈와 상기 제3 렌즈 사이에 조리개가 구비된 초광각 렌즈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    다음의 조건 중 적어도 하나를 만족하는 초광각 렌즈.
    조건식(6) : 1.5 < Abv3/Abv4 < 3.0
    조건식(7) : 0.7 < Ind3/Ind6 < 1.5
    조건식(8) : 1.5 < Abv3/Abv6 < 3.0
    여기서, Abv3, Abv4, 및 Abv6은 각각 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제6 렌즈의 아베수를 나타내며, Ind3, Ind4 및 Ind6은 각각 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제6 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 내지 제6 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈는 비구면 렌즈인 초광각 렌즈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 내지 제6 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈는 플라스틱 렌즈인 초광각 렌즈.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 출사면은 상면측으로 오목한 초광각 렌즈.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제6 렌즈의 입사면, 출사면 중 적어도 하나에 적어도 하나의 변곡점을 가지는 초광각 렌즈.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제6 렌즈의 입사면, 출사면 중 적어도 하나의 렌즈 면의 중앙부는 상기 상면측에 대하여 오목하고 가장자리로 가면서 볼록해지는 초광각 렌즈.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 입사면이 물체측을 향해 볼록한 메니스커스 형상을 가지는 초광각 렌즈.
  13. 물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열되는 전군, 조리개 및 후군을 포함하고,
    상기 전군은 상면측을 향해 오목한 출사면을 가지는 제1 렌즈 및 물체측을 향해 볼록한 입사면을 가지는 제2 렌즈를 포함하고,
    상기 후군은 가장 물체측에 마련되는 상면측이 볼록한 출사면을 가지는 제3 렌즈 및 가장 상면측에 마련되는 부의 굴절력을 가지는 상면렌즈를 포함하고,
    다음의 식을 모두 만족하는 초광각 렌즈.
    조건식(1') : 100 < Fov < 160
    조건식(2') : 0.7 < Ind3/Ind4 < 1.5
    조건식(3') : 0.3 < (L1toL2)/OAL < 0.45
    여기서, L1toL2(단위:mm)는 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제2 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, OAL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제6 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, FOV(단위:°)는 상기 초광각 렌즈의 화각을 나타내며, Ind3, Ind4 는 각각 제3 렌즈, 제4 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
  14. 제 13항에 있어서,
    다음의 조건을 모두 만족하는 초광각 렌즈.
    조건식(4') : DiaL3 < DiaL1 < DiaL6
    조건식(5') : 0.7 < TTL/IH < 1.0
    여기서, DiaL1, Dial3, 및 Dial6은 각각 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 상면렌즈의 유효경의 크기를 나타내며, TTL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심에서 상면까지의 거리를 나타내며, IH(단위:mm)는 상면에서의 이미지 높이를 나타낸다.
  15. 삭제
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 후군은,
    상기 제3 렌즈 및 상면렌즈 사이에 마련되고, 물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열되는 부의 굴절력 갖는 제4 렌즈, 정의 굴절력을 갖는 제5 렌즈를 포함하는 초광각 렌즈.
  17. 제 16항에 있어서,
    다음의 조건 중 적어도 하나를 만족하는 초광각 렌즈.
    조건식(6') : 1.5 < Abv3/Abv4 < 3.0
    조건식(7') : 0.7 < Ind3/Ind6 < 1.5
    조건식(8') : 1.5 < Abv3/Abv6 < 3.0
    여기서, Abv3, Abv4, 및 Abv6은 각각 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 상면렌즈의 아베수를 나타내며, Ind3, Ind4 및 Ind6은 각각 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 상면렌즈의 굴절률을 나타낸다.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 상면렌즈의 입사면, 출사면 중 적어도 하나의 렌즈 면은,
    중앙부에서 가장자리로 가면서 적어도 하나의 변곡점을 가지는 초광각 렌즈.
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 전군 및 상기 후군을 구성하는 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈는 비구면 렌즈인 초광각 렌즈.
  20. 제 1항 내지 제 3항, 제 5항 내지 제 14항 및 제 16항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 따른 초광각 렌즈와,
    상기 초광각 렌즈에 의해 결상된 상을 촬상하는 고체 촬상 소자를 포함하는 촬상 장치.
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