KR102182268B1 - 광각 렌즈 시스템 및 이를 포함하는 광학 장치 - Google Patents

광각 렌즈 시스템 및 이를 포함하는 광학 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광각 렌즈 시스템과 이를 포함하는 광학 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 본 발명은 넓은 화각을 가짐과 동시에 소형화가 가능하며, 이동통신단말기, 전자 스틸 카메라 및 디지털 비디오 카메라 등과 같은 다양한 촬상용 광학 장치뿐만 아니라 센싱용 광학 장치에 적합한 광각 렌즈 시스템에 관한 것이다.

Description

광각 렌즈 시스템 및 이를 포함하는 광학 장치{WIDE ANGLE LENS SYSTEM AND OPTICAL APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 광각 렌즈 시스템과 이를 포함하는 광학 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 본 발명은 넓은 화각을 가짐과 동시에 소형화가 가능하며, 이동통신단말기, 전자 스틸 카메라 및 디지털 비디오 카메라 등과 같은 다양한 촬상용 광학 장치뿐만 아니라 센싱용 광학 장치에 적합한 광각 렌즈 시스템에 관한 것이다.
이동통신단말기, 컴퓨터, 전자 스틸 카메라 및 디지털 비디오 카메라뿐만 아니라, 비디오폰, 도어폰, 감시카메라, 자동차에 장착된 카메라 등과 같은 수많은 디지털 입력 장치에는 근거리에서도 촬영 범위가 넓은 광각 렌즈 시스템이 사용되고 있다.
도 1은 광각 렌즈 시스템이 구비된 센싱용 광학 장치의 예로서, 광학식 포인팅 장치가 피사체의 움직임을 감지하는 원리를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 광학식 포인팅 장치(10)는 일반적으로 LED 등으로 구성된, 빛(15)을 조사하는 광원부(11), 광원부(11)에서 조사된 빛에 의해 피사체(12)에서 반사된 빛을 집광하는 렌즈부(13), 렌즈부(13)에 의해 집광된 이미지를 감지하여 피사체(12)의 움직임을 검출하는 광센서(14)를 포함한다.
피사체(12)는 일반적인 광학식 마우스의 경우 지면 또는 지면에 대응하는 패드로 이루어지게 되며, 마우스는 사용자가 마우스를 이동시킴에 따라 피사체(지면)의 상대적인 이동이 광센서(14)에 검출되어 포인팅(위치 설정) 작업이 수행된다.
최근들어 이러한 광학식 포인팅 장치를 이동통신단말기와 같은 모바일 기기 또는 지문인식장치에 적용하고자 하는 시도가 있으며, 이동통신단말기, 컴퓨터, USB 등과 같은 장치에 지문인식 기능이 부가적으로 탑재되는 경우도 많다.
이동통신단말기, 지문인식장치 또는 지문인식장치가 부가된 이동통신단말기 등의 경우, 피사체로서 손가락의 표면을 사용하며, 손가락의 움직임을 광센서(14)를 통하여 감지하여 포인팅 작업을 수행하게 된다.
특히, 이동통신단말기 또는 지문인식장치 등과 같은 소형 장치에 광학식 포인팅 장치가 내재되기 위해서는 센싱용 광학 시스템의 크기가 작아야 하며, 왜곡이 적고 넓은 화각을 가져야 한다는 제약이 있다.
다만, 일반적으로 센싱용 광학 시스템으로서 사용되는 광각 렌즈 시스템은 프리즘과 다수(일반적으로, 8개 이상; 일본특허공개공보 제2004-102162호)의 렌즈을 조합시켜 사용하고 있기 때문에 물리적 크기의 소형화가 어려울 뿐만 아니라 무게 또는 비용적인 측면에서 제약이 많은 실정이다.
또한, 하나의 렌즈만을 이용하여 광각 렌즈 시스템을 구현하고자 하는 시도가 있었으나, 화각이 좁거나 왜곡 또는 구면 수차가 발생하는 등의 문제점이 보고되고 있다.
상술한 기술적 배경 하에서, 본 발명은 3개의 렌즈 부재만으로 광각을 구현하고, 왜곡이 적은 광각 렌즈 시스템과 이를 포함하는 촬상장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 종래 광각 렌즈 시스템에 비해 적은 수의 렌즈 부재만으로 광각을 구현함에 따라 소형화 및 경량화가 가능할 뿐만 아니라 저비용의 광각 렌즈 시스템과 이를 포함하는 촬상장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 광축을 따라 물체측으로부터 상(像)측으로 순차적으로 배열된 것으로, 부의 굴절능을 가지는 제1 렌즈 부재, 정의 굴절능을 가지는 제2 렌즈 부재 및 정의 굴절능을 가지는 제3 렌즈 부재를 포함하는 광각 렌즈 시스템이 제공될 수 있다.
여기서, 상기 제1 렌즈 부재는 물체측 면이 광축 상에서 물체측으로 오목하며, 광축에서 주변부로 갈수록 볼록한 형상을 가지며, 상기 제2 렌즈 부재는 물체측 면이 볼록한 형상을 가지며, 상기 제3 렌즈 부재는 상측 면이 볼록한 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 렌즈 부재 및 상기 제2 렌즈 부재는 양면이 비구면일 수 있다.
상기 제1 렌즈 부재는 상측 면이 오목한 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 제2 렌즈 부재는 상측 면이 볼록한 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 제3 렌즈 부재는 물체측 면이 오목한 형상을 가질 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템은 다음의 조건식 1을 만족할 수 있다.
[조건식 1]
0.25 < |K1/Kt| < 0.4
여기서, K1은 상기 제1 렌즈 부재의 굴절능이고, Kt는 광각 렌즈 시스템의 굴절능이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템은 다음의 조건식 2를 만족할 수 있다.
[조건식 2]
0.15 < |K2/Kt| < 0.4
여기서, K2는 상기 제2 렌즈 부재의 굴절능이고, Kt는 광각 렌즈 시스템의 굴절능이다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템은 다음의 조건식 3을 만족할 수 있다.
[조건식 3]
0.25 < |K3/Kt| < 0.5
여기서, K3은 상기 제3 렌즈 부재의 굴절능이고, Kt는 광각 렌즈 시스템의 굴절능이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템에 사용되는 상기 제1 렌즈 부재, 상기 제2 렌즈 부재 및 상기 제3 렌즈 부재는 바람직하게는 동일한 소재로 제조된 플라스틱 렌즈일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 광각 렌즈 시스템을 구비하며, 상기 광각 렌즈 시스템을 통해 촬상소자에 이미지를 형성하는 촬상용 광학장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상술한 광각 렌즈 시스템을 구비하며, 상기 광각 렌즈 시스템을 통해 피사체를 감지하는 센싱용 광학 장치가 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래 광각 렌즈 시스템에 비해 상대적으로 적은 수의 렌즈만으로 광각 구현이 가능하다는 점에서 광각 렌즈 시스템의 소형화 및 박형화가 가능하다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 종래 광각 렌즈 시스템에 비해 상대적으로 적은 수의 렌즈를 사용함에도 불구하고 넓은 화각을 가지며, 왜곡이 적을 뿐만 아니라 화상을 표현할 수 있는 적절한 해상도를 가지므로 다양한 촬상용 광학 장치에 적용이 가능하다는 이점이 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 광각 렌즈 시스템의 경량화가 가능할 뿐만 아니라 저비용으로 구현이 가능하다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 광각 렌즈 시스템 주변의 광량을 충분히 확보하여 광각 렌즈 시스템 주변의 이미지가 명확하기 때문에 광각 렌즈 시스템 주변에서도 피사체의 움직임을 감지할 수 있다는 점에서 촬상용 광학 장치뿐만 아니라 피사체를 감지하기 위한 센싱용 광학 장치에도 용이하게 적용될 수 있다.
도 1은 광각 렌즈 시스템이 구비된 센싱용 광학 장치의 예로서, 광학식 포인팅 장치가 피사체의 움직임을 감지하는 원리를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 광각 렌즈 시스템의 렌즈 구성도를 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1에 따른 광각 렌즈 시스템의 비점수차 및 왜곡을 나타내는 수차도이다.
도 4는 실시예 1에 따른 광각 렌즈 시스템의 MTF 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 광각 렌즈 시스템의 렌즈 구성도를 나타낸 것이다.
도 6은 실시예 2에 따른 광각 렌즈 시스템의 비점수차 및 왜곡을 나타내는 수차도이다.
도 7은 실시예 2에 따른 광각 렌즈 시스템의 MTF 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 광각 렌즈 시스템의 렌즈 구성도를 나타낸 것이다.
도 9는 실시예 3에 따른 광각 렌즈 시스템의 비점수차 및 왜곡을 나타내는 수차도이다.
도 10은 실시예 3에 따른 광각 렌즈 시스템의 MTF 특성을 나타낸 그래프이다.
본 발명을 더 쉽게 이해하기 위해 편의상 특정 용어를 본원에 정의한다. 본원에서 달리 정의하지 않는 한, 본 발명에 사용된 과학 용어 및 기술 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 가질 것이다. 또한, 문맥상 특별히 지정하지 않는 한, 단수 형태의 용어는 그것의 복수 형태도 포함하는 것이며, 복수 형태의 용어는 그것의 단수 형태도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 다양한 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템과 이를 포함하는 광학 장치에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
참고로, 첨부된 도면에 도시된 광각 렌즈 시스템의 렌즈 구성도에서 렌즈의 두께, 크기 및 형상 등을 용이한 설명을 위해 다소 과장되게 도시될 수 있으며, 특히 렌즈 구성도에 도시된 렌즈 부재의 구면 또는 비구면의 형상은 구면 또는 비구면을 나타내기 위한 일 예로 도시된 것으로서, 렌즈 부재의 구면 또는 비구면의 형상이 반드시 렌즈 구성도에 도시된 구면 또는 비구면의 형상에 한정되지 않는다 할 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 3개의 렌즈 부재를 포함하는 광각 렌즈 시스템이 제공될 수 있다.
바람직하게, 본 발명에 따른 광각 렌즈 시스템에 적용되는 렌즈 부재들은 동일한 소재로 제조된 것일 수 있으며, 보다 바람직하게는 3개의 렌즈 부재 모두 동일한 소재로 제조된 플라스틱 렌즈일 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 광각 렌즈 시스템은 보다 저비용으로 구현될 수 있으며, 유리 소재의 렌즈 부재가 적용되는 경우보다 생산성이 향상될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 광각 렌즈 시스템은 광축을 따라 물체측으로부터 상(像)측으로 순차적으로 배열된 것으로, 부의 굴절능을 가지는 제1 렌즈 부재, 정의 굴절능을 가지는 제2 렌즈 부재 및 정의 굴절능을 가지는 제3 렌즈 부재를 포함한다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 광각 렌즈 시스템의 렌즈 구성도를 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 광각 렌즈 시스템은 촬상용 광학 장치뿐만 아니라 센싱용 광학 장치에 적합하도록 넓은 화각을 가지고, 소형화를 위해 광축 방향의 치수가 충분히 작을 필요가 있다.
즉, 넓은 화각을 가지고, 짧은 초점거리를 가지는 광각 렌즈 시스템의 구현을 위해, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 렌즈 부재(100)는 물체측 면(100a)이 광축(AX) 상에서 물체(OBJ)측으로 오목하며, 광축(AX)에서 주변부로 갈수록 볼록한 형상을 가진다.
또한, 제2 렌즈 부재(200)는 물체측 면(200a)이 볼록한 형상을 가지며, 제3 렌즈 부재(300)는 상측 면(300b)이 볼록한 형상을 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 렌즈 부재(100)는 물체측 면(100a)이 광축(AX) 상에서 물체(OBJ)측으로 오목하며, 광축(AX)에서 주변부로 갈수록 볼록한 형상을 가짐과 동시에 제2 렌즈 부재(200)와 제3 렌즈 부재(300)의 물체측 면(200a, 300a) 및 상측 면(200b, 300b) 중 적어도 하나의 면이 비구면으로 형성됨으로써 구면수차, 왜곡 등 각종 수차를 보정하고, 적절한 해상도를 확보할 수 있다.
특히, 제1 렌즈 부재(100)의 물체측 면에서 오목한 광축(AX)에서 주변부로 갈 때 적어도 하나의 변곡점이 형성됨에 따라, 주변부의 광량을 충분히 확보할 수 있어 광각 렌즈 시스템 주변의 이미지가 명확해지므로, 광각 렌즈 시스템 주변에서의 왜곡이 적을 뿐만 아니라 짧은 초점거리를 갖도록 하는 것이 가능하다.
또한, 광각 렌즈 시스템 주변에서도 피사체의 움직임을 감지할 수 있다는 점에서 촬상용 광학 장치뿐만 아니라 피사체를 감지하기 위한 센싱용 광학 장치에도 용이하게 적용될 수 있다.
추가적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 광학적 성능 개선을 위해 제3 렌즈 부재(300)와 결상면(結像面) (IP) 사이에는 광학 저대역통과 필터, 적외선 필터, 커버 글래스 등에 대응하는 광학적 필터(OF)가 구비될 수 있다. 광학적 필터(OF)는 결상면(IP)에 평행한 평판 형상을 가질 수 있다.
여기서, 광학적 필터(OF)의 구비 여부는 본 발명에 따른 광각 렌즈 시스템의 광학적 특성에는 원칙적으로 영향을 미치지 않는 것으로 본다.
결상면(IP)에는 피사체 영상에 대응하는 광 신호를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서가 구비될 수 있으며, 예를 들어, CCD 또는 CMOS 센서가 구비될 수 있다.
아울러, 제1 렌즈 부재(100)와 제2 렌즈 부재(200)는 양면이 비구면일 수 있다.
구체적으로, 제1 렌즈 부재(100)는 상측 면(100b)이 오목한 형상을 가질 수 있다.
제1 렌즈 부재(100)는 상측 면(100b)이 오목한 형상을 가짐에 따라, 제1 렌즈 부재(100)에 광축(AX)을 벗어난 각도로 입사하는 광을 정의 굴절능을 가지는 제2 렌즈 부재(200)를 향해 효과적으로 유도함으로써 각종 수차를 보정할 수 있다.
또한, 제1 렌즈 부재(100)에 의해 완벽히 보정되지 않은 수차는 정의 굴절능을 가지는 제2 렌즈 부재(200) 및 제3 렌즈 부재(300)에 의해 추가적으로 보정될 수 있다.
본 발명의 실시예 2에 따른 광각 렌즈 시스템의 렌즈 구성도를 나타낸 도 5를 참조하면, 제3 렌즈 부재(300)는 물체측 면(300a)이 오목하며, 상측 면(300b)이 볼록한 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예 3에 따른 광각 렌즈 시스템의 렌즈 구성도를 나타낸 도 8을 참조하면, 제2 렌즈 부재(200)는 물체측 면(200a)과 상측 면(200b)이 볼록한 형상을 가지며, 제3 렌즈 부재(300)는 물체측 면(300a)이 오목하며, 상측 면(300b)이 볼록한 형상을 가질 수 있다.
상술한 형상을 가지는 제3 렌즈 부재(300)를 사용함에 따라 결상면(IP)을 향하는 광과 광축(AX) 사이의 각도 차이가 작게 할 수 있으며, 텔레센트릭 특성을 확보함과 동시에 각종 수차를 보정함으로써, 쉐이딩 현상을 방지할 수 있다.
또한, 제3 렌즈 부재(300)의 상측 면(300b)은 집광된 빛을 결상면(IP)의 주변부까지 넓게 퍼트림으로써 결상면(IP)의 주변부에 결상된 이미지도 명확해질 수 있다.
상술한 특징들은 특히, 센싱용 촬상 장치로 적용하기 위해 광각 렌즈 시스템이 가져야 할 특징이라고 할 수 있다.
추가적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템은 후술할 조건식을 만족시키는 것이 바람직하다. 광각 렌즈 시스템은 후술한 조건식을 렌즈 구성에 따라 각각 단독으로 만족시키더라도 상응하는 효과를 달성할 수 있다. 다만, 전체적인 광각 렌즈 시스템의 광학 특성 등을 종합적으로 고려했을 때, 후술할 조건식을 가능한 많이 만족시키는 것이 바람직하다.
우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템에 적용되는 제1 렌즈 부재(100)는 다음의 조건식 1을 만족시키는 것이 바람직하다.
[조건식 1]
0.25 < |K1/Kt| < 0.4
여기서, K1은 제1 렌즈 부재(100)의 굴절능이고, Kt는 광각 렌즈 시스템의 굴절능이다.
조건식(1)은 제1 렌즈 부재(100)의 굴절능의 범위를 정의하는 것으로서, 전체 광각 렌즈 시스템의 굴절능 대비 제1 렌즈 부재(100)의 굴절능이 상술한 범위 내에 존재함으로써 제1 렌즈 부재(100)로 입사되는 광을 뒤에 위치하는 제2 렌즈 부재(200)로 효과적으로 유도할 수 있다.
아울러, 상술한 범위는 전체 광각 렌즈 시스템의 굴절능을 고려하여 각종 수차의 보정이 가능한 제1 렌즈 부재(100)의 굴절능의 범위를 제시하는 것이다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템에 적용되는 제2 렌즈 부재(200)는 다음의 조건식 2를 만족할 수 있다.
[조건식 2]
0.15 < |K2/Kt| < 0.4
여기서, K2는 제2 렌즈 부재(200)의 굴절능이고, Kt는 광각 렌즈 시스템의 굴절능이다.
조건식(2)는 제2 렌즈 부재(200)의 굴절능의 범위를 정의하는 것으로서, 전체 광각 렌즈 시스템의 굴절능 대비 제2 렌즈 부재(200)의 굴절능이 상술한 범위 내에 존재함으로써 제2 렌즈 부재(200)에 집광된 광을 뒤에 위치하는 제3 렌즈 부재(300)로 효과적으로 유도할 수 있다.
또한, 상술한 범위는 전체 광각 렌즈 시스템의 굴절능을 고려하여 제1 렌즈 부재(100)에 의해 완벽히 보정되지 않은 수차의 보정이 가능한 제2 렌즈 부재(200)의 굴절능의 범위를 제시하는 것이다.
추가적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 광각 렌즈 시스템에 적용되는 제3 렌즈 부재(300)는 다음의 조건식 3을 만족할 수 있다.
[조건식 3]
0.25 < |K3/Kt| < 0.5
여기서, K3은 상기 제3 렌즈 부재의 굴절능이고, Kt는 광각 렌즈 시스템의 굴절능이다.
조건식(3)은 제2 렌즈 부재(300)의 굴절능의 범위를 정의하는 것으로서, 전체 광각 렌즈 시스템의 굴절능 대비 제3 렌즈 부재(300)의 굴절능이 상술한 범위 내에 존재함으로써 제3 렌즈 부재(200)에 집광된 광을 뒤에 위치하는 결상면(IP)으로 입사시키는 광과 광축(AX) 사이의 각도 차이를 줄일 수 있다.
또한, 텔레센트릭 특성을 확보함과 동시에 제1 렌즈 부재(100) 및 제2 렌즈 부재(200)에 의해 완벽히 보정되지 않은 각종 수차를 보정함으로써, 쉐이딩 현상을 방지할 수 있다.
또한, 제3 렌즈 부재(300)의 상측 면(300b)은 집광된 빛을 결상면(IP)의 주변부까지 넓게 퍼트림으로써 결상면(IP)의 주변부에 결상된 이미지도 명확해질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 광각 렌즈 시스템을 구비하며, 상기 광각 렌즈 시스템을 통해 촬상소자에 이미지를 형성하는 촬상용 광학장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상술한 광각 렌즈 시스템을 구비하며, 상기 광각 렌즈 시스템을 통해 피사체를 감지하는 센싱용 광학 장치가 제공될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
각 실시예에서 사용되는 렌즈 부재의 비구면 계수는 하기의 수학식 1을 통해 정의되는 값이다.
[수학식 1]
Figure 112015120780671-pat00001
Z : 렌즈 부재의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리
c : 렌즈 부재의 정점에서의 곡률 반경의 역수(렌즈 부재의 기본 곡률)
Y : 광축에 수직인 방향으로의 거리
K : 코닉 상수(Conic constant)
A, B, C, D, E … : 비구면 계수
실시예 1
실시예 1은 도 2에 도시된 광각 렌즈 시스템의 렌즈 배치 구조를 가지며, 하기의 표 1 및 표 2에 기재된 설계치대로 설계되었다.
렌즈 면 곡률반경 두께 굴절률 아베수 초점거리 굴절능
(|Kn/Kt|)
제1 렌즈 부재 물체측 -2.62688 0.32000 1.55555 56.09 -1.2052 0.28016
상측 0.93770 1.41955
제2 렌즈 부재 물체측 0.99933 0.30000 1.55555 56.09 2.0318 0.16618
상측 7.77923 0.04606
제3 렌즈 부재 물체측 57.08664 0.46100 1.55555 56.09 0.7593 0.44472
상측 -0.42372 0.01058
구분 제1 렌즈 부재 제2 렌즈 부재 제3 렌즈 부재
물체측 면 상측 면 물체측 면 상측 면 물체측 면 상측 면
K 0 0 0 0 -0.0000002 -0.9563012
A 3.6665E-01 3.1035E-01 -4.4826E-01 3.1282E-01 -3.1425E-01 5.8538E-01
B -2.2300E-01 1.3628E-01 -8.4844E-03 -4.7501E-04 3.9510E-03 -1.2163E-02
C 8.1563E-02 8.3487E-02 -1.5240E-04 -3.6389E-04 7.6143E-04 -6.6031E-03
D -1.2347E-02 4.9399E-02 -2.6712E-06 -2.5629E-05 5.8164E-05 -1.1668E-03
표 1 및 표 2에 따라 설계된 실시예 1에 따른 광각 렌즈 시스템의 전체 초점거리(f)는 0.34mm이고, 화각은 114°이다. 또한, 실시예 1에 따른 광각 렌즈 시스템의 F넘버는 2.89이다.
도 3은 실시예 1에 따른 광각 렌즈 시스템의 수차도를 나타낸 것이다.
여기서, astigmatic field curves는 비점수차도를 나타내며, distortion은 왜곡수차도를 나타낸다. 비점수차도에서 실선(x)은 구결면(sagittal surface)에서의 만곡을 나타내며, 점선(y)은 자오면(tangential surface)에서의 만곡을 나타낸다.
도 4는 실시예 1에 따른 MTF (modulation transfer funtion) 특성을 나타낸 그래프이다.
MTF는 밀리미터당 사이클의 공간 주파수에 의존하며, 광의 최대 강도(Max)와 최소 강도(Min) 사이에서 하기의 수학식 2를 통해 정의되는 값이다.
[수학식 2]
Figure 112015120780671-pat00002
여기서, MTF가 1인 경우 가장 이상적이며, MTF 값이 감소하면 해상도가 떨어진다.
실시예 2
실시예 2는 도 5에 도시된 광각 렌즈 시스템의 렌즈 배치 구조를 가지며, 하기의 표 3 및 표 4에 기재된 설계치대로 설계되었다.
렌즈 면 곡률반경 두께 굴절률 아베수 초점거리 굴절능
(|Kn/Kt|)
제1 렌즈 부재 물체측 -4.31853 0.40000 1.55555 56.09 -1.1282 0.33057
상측 0.75746 1.28021 　 　 　 　
제2 렌즈 부재 물체측 1.23639 0.38000 1.55555 56.09 0.9756 0.38228
상측 -0.85917 0.08000 　 　 　 　
제3 렌즈 부재 물체측 -0.74691 0.44200 1.55555 56.09 1.1686 0.31916
상측 -0.42073 0.01001 　 　 　 　
구분 제1 렌즈 부재 제2 렌즈 부재 제3 렌즈 부재
물체측 면 상측 면 물체측 면 상측 면 물체측 면 상측 면
K 0 0 0 0 0.0986303 -0.7766807
A 2.3704E-01 4.2954E-02 -4.7536E-01 4.3984E-01 -3.8513E-01 5.2847E-01
B -1.2672E-01 3.2315E-01 -5.8492E-03 -2.1844E-02 1.9421E-02 -4.0710E-02
C 4.4435E-02 2.3330E-01 5.0728E-05 -4.0051E-03 3.9984E-03 -7.3672E-03
D -6.9239E-03 1.3739E-01 7.6854E-06 -4.2582E-04 4.9689E-04 -1.1578E-03
표 3 및 표 4에 따라 설계된 실시예 2에 따른 광각 렌즈 시스템의 전체 초점거리(f)는 0.37mm이고, 화각은 114°이다. 또한, 실시예 2에 따른 광각 렌즈 시스템의 F넘버는 2.7이다.
도 6은 실시예 2에 따른 광각 렌즈 시스템의 수차도를 나타낸 것이며, 도 7은 실시예 2에 따른 MTF (modulation transfer funtion) 특성을 나타낸 그래프이다.
실시예 3
실시예 3은 도 8에 도시된 광각 렌즈 시스템의 렌즈 배치 구조를 가지며, 하기의 표 5 및 표 6에 기재된 설계치대로 설계되었다.
렌즈 면 곡률반경 두께 굴절률 아베수 초점거리 굴절능
(|Kn/Kt|)
제1 렌즈 부재 물체측 -4.30000 0.40000 1.55555 56.09 -1.0016 0.35946
상측 0.66036 1.29720 　 　 　 　
제2 렌즈 부재 물체측 1.21560 0.38000 1.55555 56.09 0.9402 0.38293
상측 -0.81358 0.12842 　 　 　 　
제3 렌즈 부재 물체측 -0.74939 0.45400 1.55555 56.09 1.2190 0.29533
상측 -0.43272 0.01000 　 　 　 　
구분 제1 렌즈 부재 제2 렌즈 부재 제3 렌즈 부재
물체측 면 상측 면 물체측 면 상측 면 물체측 면 상측 면
K 0 0 0 0 0.0817667 -0.7692422
A 2.6709E-01 7.0317E-02 -4.2355E-01 5.6866E-01 -3.7083E-01 5.2989E-01
B -1.4839E-01 1.9836E-01 4.1869E-03 -2.4713E-02 2.6981E-02 -1.1952E-01
C 5.1301E-02 1.4456E-01 8.3922E-04 -6.4471E-03 5.3955E-03 -2.4430E-02
D -7.4123E-03 8.1970E-02 5.6827E-05 -8.4474E-04 8.2725E-04 -3.0747E-03
표 5 및 표 6에 따라 설계된 실시예 2에 따른 광각 렌즈 시스템의 전체 초점거리(f)는 0.36mm이고, 화각은 116°이다. 또한, 실시예 2에 따른 광각 렌즈 시스템의 F넘버는 2.4이다.
도 9는 실시예 3에 따른 광각 렌즈 시스템의 수차도를 나타낸 것이며, 도 10은 실시예 3에 따른 MTF (modulation transfer funtion) 특성을 나타낸 그래프이다.
실시예 1 내지 실시예 3에 따른 광각 렌즈 시스템의 경우, 110°이상의 화각을 가짐과 동시에 전체 광각 렌즈 시스템의 초점거리는 0.40mm 이하로서, 넓은 화각과 짧은 초점거리를 가짐으로써 소형화가 가능한 광각 렌즈 시스템의 구현이 가능함을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 광각 렌즈 시스템의 경우, 도 3, 도 6 및 도 9에 도시된 바와 같이, 각종 수차 특성이 우수하고, 도 4, 도 7 및 도 10에 도시된 바와 같이, 해상도 특성이 우수한 것으로 확인되는 바, 촬상용 광학 장치 및 센싱용 광학 장치용에 적용되는 광각 렌즈 시스템으로서 적합하다는 것을 확인할 수 있다.
이상, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 몸체된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 광축을 따라 물체측으로부터 상(像)측으로 순차적으로 배열된 것으로,
    부의 굴절능을 가지는 제1 렌즈 부재;
    정의 굴절능을 가지는 제2 렌즈 부재; 및
    정의 굴절능을 가지는 제3 렌즈 부재;
    를 포함하되,
    상기 제1 렌즈 부재는 물체측 면이 광축 상에서 물체측으로 오목하며, 광축에서 주변부로 갈수록 볼록한 형상을 가지며,
    상기 제2 렌즈 부재는 물체측 면이 볼록한 형상을 가지며,
    상기 제3 렌즈 부재는 상측 면이 볼록한 형상을 가지고,
    다음의 조건식 2 또는 조건식 3을 만족하는 광각 렌즈 시스템.
    [조건식 2]
    0.15 < |K2/Kt| < 0.4
    여기서, K2는 상기 제2 렌즈 부재의 굴절능이고, Kt는 광각 렌즈 시스템의 굴절능
    [조건식 3]
    0.25 < |K3/Kt| < 0.5
    여기서, K3은 상기 제3 렌즈 부재의 굴절능이고, Kt는 광각 렌즈 시스템의 굴절능
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 부재 및 상기 제2 렌즈 부재는 양면이 비구면인,
    광각 렌즈 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 부재는 상측 면이 오목한 형상을 가지는,
    광각 렌즈 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 렌즈 부재는 상측 면이 볼록한 형상을 가지는,
    광각 렌즈 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3 렌즈 부재는 물체측 면이 오목한 형상을 가지는,
    광각 렌즈 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 부재, 상기 제2 렌즈 부재 및 상기 제3 렌즈 부재는 동일한 소재로 제조된 플라스틱 렌즈인,
    광각 렌즈 시스템.
  10. 제1항 내지 제5항 및 제9항 중 어느 한 항에 따른 광각 렌즈 시스템을 구비하며,
    상기 광각 렌즈 시스템을 통해 촬상소자에 이미지를 형성하는,
    촬상용 광학 장치.
  11. 제1항 내지 제5항 및 제9항 중 어느 한 항에 따른 광각 렌즈 시스템을 구비하며,
    상기 광각 렌즈 시스템을 통해 피사체를 감지하는,
    센싱용 광학 장치.
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