KR102290303B1 - 광각 이미징 렌즈 - Google Patents

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Abstract

물체 방향으로부터 이미지 방향으로 광축을 따라 차례로 배열된 제1 렌즈 소자, 조리개, 제2 렌즈 소자, 제3 렌즈 소자, 제4 렌즈 소자, 제5 렌즈 소자를 포함하는 광각 이미징 렌즈가 제공된다. 제1 내지 제5 렌즈 소자들의 굴절 능력은 음, 양, 양, 음이다.

Description

광각 이미징 렌즈 {WIDE-ANGLE IMAGING LENS}
본 발명은 광각 이미징 렌즈, 구체적으로는 광각 이미징 렌즈에 관한 것이다.
최근들어, 모바일 폰과 디지털 카메라의 인기가 사진기 모듈의 폭발을 가져왔으며, 이미지와 비디오를 캡춰하는 광각 이미징 렌즈에 대해서는, 가볍고 짧은 설계가 희망되고 있다. 그러나, 현재 단계의 광각 이미지 렌즈에서는 통상 총 추적 거리(total track length, TTL)를 가지며, 따라서 렌즈의 박판화가 쉽지 않다. 문제를 감안할 때, 어떻게 높은 이미징 품질, 상대적으로 작은 TTL과 넓은 시야각을 가진 이미징 렌즈를 설계할지가 항상 당업계의 노력이 투입된 방향이었다.
본 발명은 넓은 시야각, 짧은 렌즈 길이 및 좋은 광학 품질을 가진 광각 이미징 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광축을 따라 물체 방향으로부터 이미지 방향으로, 제1 렌즈 소자, 제2 렌즈 소자, 조리개(aperture), 제3 렌즈 소자, 제4 렌즈 소자 및 제5 렌즈 소자를 순서대로 포함하는 광각 이미징 렌즈가 제공된다. 제1 렌즈 소자 내지 제5 렌즈 소자 각각은 상기 물체 방향에 면하고 이미징 광선이 통과해 지나가도록 하는 물체-방향 표면(object-side surface) 및 상기 이미지 방향에 면하고 이미징 광선이 통과해 지나가도록 하는 이미지-방향 표면(image-side surface)을 포함하고, 상기 5개 렌즈 소자들만이 굴절 능력을 가진 렌즈 소자들이다. 상기 제1 렌즈 소자는 음의 굴절 능력을 가지고, 상기 제1 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 상기 광축 근처에 오목 표면을 가지고, 상기 제1 렌즈 소자의 상기 이미지-방향 표면은 오목 표면이다. 상기 제2 렌즈 소자는 양의 굴절 능력을 가지고, 상기 제2 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 볼록 표면이다. 상기 제3 렌즈 소자는 양의 굴절 능력을 가지고, 상기 제3 렌즈 소자의 상기 물체 방향 표면은 볼록 표면이고, 상기 제3 렌즈 소자의 상기 이미지-방향 표면은 볼록 표면이다. 상기 제4 렌즈 소자는 음의 굴절 능력을 가지고, 상기 제4 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 오목 표면이고, 상기 제4 렌즈 소자의 상기 이미지-방향 표면은 상기 광축 근처의 오목한 부분을 포함한다. 상기 제5 렌즈 소자는 양의 굴절 능력을 가지고, 상기 제5 렌즈 소자의 상기 이미지-방향 표면은 볼록 표면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광각 이미징 렌즈는: -0.8 ≤ EFL/R1 < 0을 만족하고, 상기 EFL은 상기 광각 이미징 렌즈의 유효 초점 거리(effective focal length)이고, R1은 상기 제1 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면의 곡률 반경이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광각 이미징 렌즈는: 0.8 ≤ |EFL/f1| < 1.2를 만족하고, EFL은 상기 광각 이미징 렌즈의 유효 초점 거리이고, f1은 상기 제1 렌즈 소자의 초점 거리이며, |EFL/f1|은 EFL/f1의 절대값이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광각 이미징 렌즈는: -3.0 ≤ (R3+R4)/(R3-R4) ≤ 0.9를 만족하고, R3는 상기 제2 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면의 곡률 반경이고, R4는 상기 제2 렌즈 소자의 상기 이미지-방향 표면의 곡률 반경이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광각 이미징 렌즈의 시야각(field angle)은 130도 내지 150도 사이의 범위이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 렌즈 소자, 상기 제2 렌즈 소자, 상기 제3 렌즈 소자, 상기 제4 렌즈 소자, 상기 제5 렌즈 소자는 굴절 능력을 가지고, 상기 제2 렌즈 소자의 굴절율은 굴절 능력을 가진 상기 다른 렌즈 소자들의 굴절율 이상이며, 상기 제2 렌즈 소자의 아베 수(Abbe number)는 굴절 능력을 가진 상기 다른 렌즈 소자들의 아베 수 이하이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 오목 표면이고, 주변부 근처에 위치된 오목한 부분을 포함하고, 상기 제2 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 볼록 표면이고, 상기 제4 렌즈 소자의 상기 이미지-방향 표면은 상기 광축 근처에 위치된 오목한 부분과 주변부 근처에 위치된 볼록한 부분을 포함하고, 상기 제5 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 상기 광축 근처에 위치된 볼록한 부분과 주변부 근처에 위치된 오목한 부분을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 주변부 근처에 위치된 볼록한 부분을 포함하고, 상기 제2 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 볼록 표면이고, 상기 제4 렌즈 소자의 상기 이미지-방향 표면은 상기 광축 근처에 위치된 오목한 부분과 주변부 근처에 위치된 볼록한 부분을 포함하고, 상기 제5 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 상기 광축 근처에 위치된 볼록한 부분과 주변부 근처에 위치된 오목한 부분을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 볼록 표면이고, 주변부 근처에 위치된 오목한 부분을 포함하고, 상기 제2 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 볼록 표면이고, 상기 제4 렌즈 소자의 상기 이미지-방향 표면은 오목 표면이고, 주변부 근처에 위치된 오목한 부분을 포함하고, 상기 제5 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 볼록 표면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 오목 표면이고, 주변부 근처에 위치된 오목한 부분을 포함하고, 상기 제2 렌즈 소자의 상기 이미지-방향 표면은 오목 표면이고, 상기 제4 렌즈 소자의 상기 이미지-방향 표면은 상기 광축 근처에 위치된 오목한 부분과 주변부 근처에 위치된 볼록한 부분을 포함하고, 상기 제5 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 오목 표면이다.
위 내용에 기초한 본 발명의 실시예들에 따른 광각 이미징 렌즈의 좋은 효과는: 렌즈 소자들의 물체-방향 표면들 및 이미지-방향 표면들의 오목 및 볼록 형상의 설계 및 배치와 그 렌즈 요소들의 굴절 능력의 조합으로 인해, 광각 이미징 렌즈는 넓은 화각, 짧은 렌즈 길이 및 좋은 광학 품질을 가진다.
전술한 본 발명의 특징 및 장점들을 이해할 수 있도록 하기 위하여, 첨부된 도면과 함께 실시예들이 이하에서 자세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광각 이미징 렌즈의 개념적인 다이어그램을 도시한 것이다.
도 2의 (a) 내지 (d)는 제1 실시예에 따른 종방향 구면 수차 및 각 구면 수차의 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광각 이미징 렌즈의 개념적인 다이어그램을 도시한 것이다.
도 4의 (a) 내지 (d)는 제2 실시예에 따른 종방향 구면 수차 및 각 구면 수차의 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광각 이미징 렌즈의 개념적인 다이어그램을 도시한 것이다.
도 6의 (a) 내지 (d)는 제3 실시예에 따른 종방향 구면 수차 및 각 구면 수차의 다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 광각 이미징 렌즈의 개념적인 다이어그램을 도시한 것이다.
도 8의 (a) 내지 (d)는 제4 실시예에 따른 종방향 구면 수차 및 각 구면 수차의 다이어그램이다.
<관련 출원에의 상호 참조>
본 발명은 2018년 8월 31일 출원된 대만 출원 제107130462호의 우선권을 주장한다. 위 출원은 그 전체로서 본 명세서에서 참조로서 통합되고 본 명세서의 일부를 이룬다.
<실시예의 설명>
본 명세서에서, 렌즈가 양의 굴절 능력(또는 음의 굴절 능력)을 가졌다는 것은, 가우시안 광학의 이론에 기초하여 계산된 렌즈 소자의 광축 상에서의 굴절 능력이 양(또는 음)임을 지칭한다. 이미징 렌즈 셋트에서, 각 렌즈 소자는 반경방향으로 광축을 대칭축으로 하여 대칭이다. 각 렌즈 소자는 물체-방향 표면과 물체-방향 표면에 반대인 이미지-방향 표면을 포함한다. 물체-방향 표면과 이미지 방향 표면은그 표면을 통과하여 이미징 광선이 지니가는 표면으로서 정의된다. 여기서, 이미징 광선은 주광선(cheif ray)과 주변광선(marginal ray)를 포함한다. 물체-방향 표면(또는 이미지-방향 표면)은 광축 주변의 부분 및 광축의 주변에 있는 부분을 둘러싸고 연결하는 렌즈 소자의 주변부 근처의 부분을 포함한다. 광축 주변의 부분은 이미지 광선이 광축 상에서 통과해 지나가는 부분이다. 주변 근처의 부분은 주변광선들이 통과해 지나가는 부분이다.
렌즈 소자의 표면(물체-방향 표면 또는 이미지 방향)이 광축 주변에서 (또는 주변 부근의 부분에서) 볼록 표면 또는 오목 표면인 것은 그 영역을 평행하게 통과해 지나가는 광선(또는 광선 연장선)과 광축의 교차점이 이미지 쪽에 있느냐 또는 물체 쪽에 있느냐에 따라 결정될 수 있다(광선 초점 결정법). 예컨대, 광선이 그 영역을 통과해 지나간 후에 그리고 만약 광선이 이미지 방향에 초점이 맞춰지고 광축과의 교차점이 이미지 방향 쪽에 있다면, 그 영역은 볼록한 부분이다. 반면, 광선이 영역을 통과해 지나가고 광선이 발산할 경우, 광선의 연장선과 광축의 교차점은 물체 쪽에 있다. 광축 근처에서 표면의 표면 형상은 당업자에게 알려진 판단 방식을 따라 판단되랴 수 있는데, 즉 표면은 양 또는 음의 R(근축 곡률 반경) 값을 따라 볼록 또는 오목으로 판단된다. 물체-방향 표면에 대하여, R 값이 양수이면, 물체-방향 표면이 광축 근처에서 볼록 표면(convex surface)인 것으로 판단되는데, 즉, 물체-방향 표면이 광축의 근처에서 볼록인 부분을 포함한다는 것이다; 그리고 R 값이 음수이면, 물체-방향 표면이 광축 근처에서 오목 표면인 것으로 판단되는데, 즉, 물체-방향 표면이 광축 근처에서 오목인 부분을 포함하는 것이다. 이미지-방향 표면에 대하여, R 값이 양수이면, 물체-방향 표면이 광축 근처에서 오목 표면인 것으로 판단되는데, 즉, 물체-방향 표면이 광축 근처에서 오목한 부분을 포함하는 것이다; 이미지-방향 표면에 대하여, R 값이 음수이면, 이미지-방향 표면이 광축 근처의 부분에서 볼록 표면인 것으로 판단되는데, 즉, 이미지-방향 표면이 광축 근처의 부분에서 볼록한 부분을 포함하는 것이다.
렌즈 소자의 표면(물체-방향 표면 또는 이미지-방향 표면)은 하나 또는 그 이상의 볼록한 부분, 하나 또는 그 이상의 오목한 부분 또는 양자의 조합을 포함할 수 있다. 표면이 볼록한 부분과 오목한 부분을 포함할 때, 표면은 변곡점을 포함한다. 변곡점은 볼록한 부분과 오목한 부분 사이의 전환점이다. 즉, 표면은 변곡점에서 볼록에서 오목으로 전환하거나 오목에서 볼록으로 전환한다. 다른 측면에서, 표면이 오로지 볼록한 부분 또는 오목한 부분만을 포함하면, 표면은 변곡점을 가지지 않는다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광각 이미징 렌즈(10)는 물체 쪽으로부터 이미지 쪽으로 광축 I를 따라, 순서대로 제1 렌즈 소자(1), 제2 렌즈 소자(2), 조리개(0), 제3 렌즈 소자(3), 제4 렌즈 소자(4), 제5 렌즈 소자(5) 및 광학 필터(9)를 포함한다. 물체 방향은 촬영될 물체를 면하는 쪽이며, 이미지 방향은 이미지 면(100)을 면하는 쪽이다. 촬영될 물체에 의해 방출된 광선은, 광각 이미징 렌즈(10)에 진입한 후에, 차례로 제1 렌즈 소자(1), 제2 렌즈 소자(2), 조리개(0), 제3 렌즈 소자(3), 제4 렌즈 소자(4), 제5 렌즈 소자(5) 및 광학 필터(9)를 통과한 후에 이미지 면(100) 상의 이미지를 형성한다. 광학 필터 (9)는, 예컨대, 적외선(infrared ray, IR) 차단 필터이고, 이미지 면(100)을 향하는 광선에서의 부분적인 파장 밴드의 적외선의 전송 때문에 야기되는 이미지 품질의 영향을 방지하도록 구성된다. 그러나, 본 발명은 그것에만 한정되지 않는다.
제1 렌즈 소자(1), 제2 렌즈 소자(2), 제3 렌즈 소자(3), 제4 렌즈 소자(4), 제5 렌즈 소자(5) 및 광학 필터(9)는 각각 물체 방향으로 면해 있고 이미지 광선이 통과하도록 허용하는 물체-방향 표면들(11, 21, 31, 41, 51, 91)과 이미지 방향을 면해 있고 이미징 광선들이 통과하도록 허용하는 이미지-방향 표면들(12, 22, 32, 42, 52, 92)를 포함한다.
제1 렌즈 소자(1)는 음의 굴절 능력을 가진다. 제1 렌즈 소자(1)의 물체-방향 표면(11)은 오목 표면이며, 광축 I의 근처에 위치된 오목한 부분(112)을 포함하고 주변부의 근처에 위치된 오목한 부분(114)을 포함한다. 제1 렌즈 소자(1)의 이미지-방향 표면(12)은 오목한 평면이며, 광축 I의 근처에 위치된 오목한 부분(122)을 포함하고 주변부 근처에 위치된 오목한 부분(124)을 포함한다.
제2 렌즈 소자(2)는 양의 굴절 능력을 가진다. 제2 렌즈 소자(2)의 물체-방향 표면(21)은 볼록 표면이고, 광축 I 부근에 위치된 볼록한 부분(211)을 포함하고 주변부 근처에 위치된 볼록한 부분(213)을 포함한다. 제2 렌즈 소자(2)의 이미지-방향 표면(22)은 볼록 표면이고, 광축 I의 근처에 위치된 볼록한 부분(221)을 포함하고 주변부 근처에 위치된 볼록한 부분(223)을 포함한다.
조리개(0)는 제2 렌즈 소자(2)와 제3 렌즈 소자(3) 사이에 배치된다.
제3 렌즈 소자(3)은 양의 굴절 능력을 가진다. 제3 렌즈 소자(3)의 물체-방향 표면(31)은 볼록 표면이며, 광축 I의 부근에 위치된 볼록한 부분(311)을 포함하고 주변부 근처에 위치된 볼록한 부분(313)을 포함한다. 제3 렌즈 소자(3)의 이미지-방향 표면(32)은 볼록한 표면이며, 광축 I의 근처에 위치된 볼록한 부분(321)을 포함하고 주변 근처에 위치된 볼록한 부분(323)을 포함한다.
제4 렌즈 소자(4)는 음의 굴절 능력을 가진다. 제4 렌즈 소자(4)의 물체-방향 표면(41)은 오목 표면이며, 광축 부근에 위치된 오목한 부분(412)을 포함하고 주변부 근처에 위치된 오목한 부분(414)을 포함한다. 제4 렌즈 소자(4)의 이미지-방향 표면(42)은 광축 I의 근처에 위치된 오목한 부분(422)을 포함하고 주변주 근처에 위치된 볼록한 부분(423)을 포함한다.
제5 렌즈 소자(5)는 양의 굴절 능력을 가진다. 제5 렌즈(5)의 물체-방향 표면(51)은 광축 I의 부근에 위치된 볼록한 부분(511)을 포함하고 주변부 근처의 오목한 부분(514)을 포함한다. 제5 렌즈 소자(5)의 이미지-방향 표면(52)은 볼록한 표면이며 광축 I의 근처의 볼록한 부분(521)을 포함하고 주변주 근처의 볼록한 부분(523)을 포함한다.
현재 실시예에 따른 광각 이미징 렌즈(10)에서, 굴절 능력을 가진 렌즈 소자는 오직 5개의 전술한 렌즈 소자 뿐이다. 게다가, 현재 실시예에서, 제1 렌즈 소자(1)부터 제5 렌즈 소자(5)는, 경량화 조건을 만족시키기 위하여 플라스틱 물질로 만들어질 수 있으나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 제1 렌즈 소자(1) 내지 제5 렌즈 소자(5)는 유리 물질로 만들어질 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 렌즈 소자(1)부터 제5 렌즈 소자(5) 중의 적어도 하나는 유리 물질로부터 만들어질 수 있는 반면, 다른 렌즈 소자들은 플라스틱 물질로부터 만들어질 수 있다.
제1 실시예의 다른 자세한 광학 데이터는 표 1에 보여진다. 표 1에서, 제1 렌즈 소자(1)의 물체-방향 표면(11)에 대응하는 간격(mm)은 0.200이고 제1 렌즈 소자(1)의 물체-방향 표면(11)과 광축 I 상의 제1 렌즈 소자(1)의 이미지-방향 표면(12) 사이의 거리(즉, 광축 I 상의 제1 렌즈 소자(1)의 두께)가 0.200mm인 것을 나타낸다. 제1 렌즈 소자(1)의 이미지-방향 표면(12)에 대응하는 간격(mm)은 0.193이고 제1 렌즈 소자(1)의 이미지-방향 표면(12)과 제2 렌즈 소자(2)의 물체-방향 표면(21) 사이의 거리가 0.193mm인 것을 나타낸다. 거리(mm)에 관한 다른 항목들도 동일한 방식으로 합리화될 수 있으며 이하에서 반복되지 않을 것이다.
Figure 112019076836510-pat00001
< 표 1 >
본 실시예에서, 제1 렌즈 소자(1), 제2 렌즈 소자(2), 제3 렌즈 소자(3), 제4 렌즈 소자(4), 제5 렌즈 소자(5)의 물체-방향 표면들(11, 21, 31, 41, 51)과 이미지-방향 표면들(12, 22, 32, 42, 52)의 총 10개 표면들은 모두 비구면(aspherical, 非球面) 표면들이며, 이 비구면 표면들은 아래 식 (1)에 따라 정의된다:
Figure 112019076836510-pat00002
식 (1)
식 (1)에서, Y는 비구면 곡선 상의 지점과 광축 I 사이의 거리이다. Z는 비구면 표면의 깊이(depth)이다. R은 광축 I 근처에서, 렌즈 소자의 표면의 지점에서의 곡률 반경이다. K는 원뿔 상수이다. Ai는 i차 비구면 계수이다.
식 (1)에서 제5 렌즈 소자(5)의 이미지-방향 표면(52)에 대한 제1 렌즈 소자(1)의 물체-방향 표면(11)의 각각의 비구면 계수가 표 2에 보여진다. 표 2에서 필드 값 11은 제1 렌즈 소자(1)의 물체-방향 표면(11)의 비구면 계수들을 나타내며, 다른 필드들은 동일한 방식으로 이해될 수 있다.
Figure 112019076836510-pat00003
< 표 2 >
제1 실시예에 따른 광각 이미징 렌즈(10)에서 중요한 파라메터들 사이의 관계가 표 3에 보여진다.
Figure 112019076836510-pat00004
< 표 3 >
제1 실시예에 따른 광각 이미징 렌즈(10)의 EFL은 0.40mm이다. HFOV는 71.0도이다. TTL은 제1 렌즈 소자(1)의 물체-방향 표면(11)과 광축 I 상의 이미지 면(100) 사이의 거리이며, 2.328mm이다. f-수는 5.00이다. |EFL/Rl|은 -0.08인데, Rl은 제1 렌즈 소자(1)의 물체-방향 표면(11)의 곡률 반경이고, |EFL/fl|은 0.88인데, fl은 제1 렌즈 소자(1)의 초점 거리이다. (R3+R4)/(R3-R4)는 0.82인데, R3는 제2 렌즈 소자(2)의 물체-방향 표면(21)의 곡률 반경이고, R4는 제2 렌즈 소자(2)의 이미지-방향 표면(22)의 곡률 반경이다.
도 2의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 도 2의 (a)는 제1 실시예에 따른 656 나노미터, 587 나노미터 및 486 나노미터 파장의 경우에 이미지 면(100) 상의 종방향 구면 수차(longitudinal spherical aberrations)를 그래픽으로 도시한 것이다. 도 2의 (b) 및 도 2의 (c)는 각각 제1 실시예에 따른 587 나노미터의 파장의 경우에 이미지 면9100) 상의 시상 방향(sagittal direction)에서 필드 곡률 수차(field curvature aberration) 및 접선 방향(tangential direction)에서 필드 곡률 수차를 그래픽으로 도시한 것이다. 도 2d는 제1 실시예에 따른 587 나노미터 파장의 경우에 이미지 면(100) 상의 비틀림 수차(distortion aberration)를 그래픽으로 도시한 것이다.
도 2의 (a)를 다시 참조하면, 각각의 파장의 곡선들은 서로 간에 꽤 가깝고 중심에 가까워지며, 상이한 높이들에서의 각 파장의 축외 광선들(off-axis rays)이 이미지 지점 근처에 초점됨을 의미한다. 각 파장의 곡선들의 편향 강도(deflection amplitude)로부터, 상이한 높이들에서의 축외 광선의 이미징 지점 편차들이 ±0.01mm의 범위 내에서 통제되고 있음을 볼 수 있다. 그러므로, 동일한 파장의 구면 수차는 제1 실시예에서 실제로 명백하게 개선된다. 게다가, 대표적인 3개 파장들 사이의 거리 또한 꽤 가까워서, 상이한 파장들의 광선들의 이미징 위치들이 꽤 집중되어, 색수차(chromatic aberration)들도 명백하게 개선되었음을 나타내고 있다.
도 2의 (b) 및 (c)의 2개의 필드 곡률 수차 다이어그램들에서, 전체 시야에서 대표적인 587 나노미터 파장의 초점 길이 변동은 ±0.01mm의 범위 내에 들어가며, 제1 실시예에서 수차들이 효율적으로 제거되었음을 의미한다. 도 2d의 왜곡 수차 다이어그램은 제1 실시예에서의 왜곡 수차(distortion aberration)가 ±50% 범위 내로 유지되고, 제1 실시예에서의 왜곡 수차가 광학 시스템에서의 이미지 품질 상의 요구사항을 충족시켰음을 나타내고 있다. 그러므로, 기존의 광학 렌즈와 비교하여, 심지어 렌즈의 TTL이 약 2.328mm로 감소된 조건 하에서도, 여전히 높은 이미징 품질이 제1 실시에에서 달성되었음을 볼 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광각 이미징 렌즈들의 개념적 다이어그램이다. 도 4의 (a) 내지 (d)는 제2 실시예에 따른 종방향 구면 수차의 다이어그램들과 각각의 수차이다. 도 3을 먼저 참조하면, 본 발명의 광각 이미징 렌즈(10)의 제2 실시예는 실질적으로 제1 실시예와 유사하나, 그들 간의 차이는 다음과 같다: 각각의 광학 데이터, 비구면 계수 및 이 렌즈 소자들 1, 2, 3, 4, 5 사이의 파라미터는 약간씩 다르다. 게다가, 제1 렌즈 소자(1)의 물체-방향 표면(11)은 광축 I의 근처의 오목 부분(112)과 주변부 근처의 볼록 부분(113)을 포함한다. 다이어그램을 명료하게 표현하기 위하여, 두 실시예들에서 오목한 부분들과 볼록한 부분들의 동일한 참조 번호들은 도 3에서 생략되었음을 주목해야 한다.
제2 실시예의 다른 상세한 광학적 데이터는 표 4에 보여진다. 식 (1)에서 제2 실시예에서 제1 렌즈 소자(1)의 물체-방향 표면(11)의 제5 렌즈 소자(5)의 이미지-방향 표면(52)에 대한 각각의 비구면 계수는 표 5에 보여진다.
Figure 112019076836510-pat00005
< 표 4 >
Figure 112019076836510-pat00006
< 표 5 >
제2 실시예에 따른 광각 이미징 렌즈(10)의 중요한 파라메터들 간의 관계는 표 6에 보여진다.
Figure 112019076836510-pat00007
< 표 6 >
제2 실시예의 종방향 구면 수차 다이어그램 도 4의 (a)에서, 상이한 높이들에서의 축외 광선들의 이미징 지점 편차들이 ±0.025mm 범위 내로 제어되고 있다. 도 4의 (b) 및 (c)의 2개의 필드 곡률 수차 다이어그램에서, 전체 시야에서 대표적인 3개 파장들의 초점 길이 편차들은 ±0.025mm의 범위 내에 들어간다. 도 4의 (d)의 왜곡 수차 다이어그램은 제2 실시예에서의 왜곡 수차가 ±40% 범위 내로 유지되고 있음을 보여준다. 따라서, 제2 실시예에 따른 광각 이미징 렌즈(10)는 TTL이 약 2.650mm로 감소된 조건 하에서도 높은 광학 이미지 품질이 가능함을 볼 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광각 이미징 렌즈의 개념적 다이어그램이다. 도 6의 (a) 내지 (d)는 제3 실시예에 따른 종방향 구면 수차와 각 수차의 다이어그램이다. 도 5를 먼저 참조하면, 본 발명의 광각 이미징 렌즈(10)의 제3 실시예는 실질적으로 제1 실시예와 유사하고, 그들 간의 차이는 다음과 같다: 각각의 광학 데이터, 비구면 계수 및 이 렌즈 소자들 1, 2, 3, 4, 5 사이의 파라미터는 약간씩 다르다. 게다가, 제4 렌즈 소자(1)의 이미지-방향 표면(42)은 오목 표면이고, 광축 I의 근처에 위치된 오목 부분(422)과 주변부 근처에 위치된 오목 부분(424)을 포함한다. 제5 렌즈 소자(5)의 물체-방향 표면(51)은 볼록 표면이며, 광축 I의 근처에 위치된 볼록한 부분(511)과 주변부 근처에 위치된 볼록한 부분(513)을 포함한다. 다이어그램을 명료하게 표현하기 위하여, 두 실시예들에서 오목한 부분들과 볼록한 부분들의 동일한 참조 번호들은 도 5에서 생략되었음을 주목해야 한다.
제3 실시예의 다른 상세한 광학적 데이터는 표 7에 보여진다. 식 (1)에서 제2 실시예에서 제1 렌즈 소자(1)의 물체-방향 표면(11)의 제5 렌즈 소자(5)의 이미지-방향 표면(52)에 대한 각각의 비구면 계수는 표 8에 보여진다.
Figure 112019076836510-pat00008
< 표 7 >
Figure 112019076836510-pat00009
< 표 8 >
제3 실시예에 따른 광각 이미징 렌즈(10)에서 중요한 파라메터들 간의 관계는 표 9에 보여진다.
Figure 112019076836510-pat00010
< 표 9 >
도 6의 (a)에 보여진 제3 실시예의 종방향 구면 수차 다이어그램에서, 상이한 높이들에서의 축외 광선들의 이미징 지점 편차들이 ±0.01mm 범위 내로 제어되고 있다. 도 6의 (b) 및 (c)의 2개의 필드 곡률 수차 다이어그램에서, 전체 시야에서 대표적인 3개 파장들의 초점 길이 편차들은 ±0.01mm의 범위 내에 들어간다. 도 6의 (d)의 왜곡 수차 다이어그램은 제3 실시예에서의 왜곡 수차가 ±50% 범위 내로 유지되고 있음을 보여준다. 따라서, 제3 실시예에 따른 광각 이미징 렌즈(10)는 TTL이 약 2.483mm로 감소된 조건 하에서도 높은 광학 이미지 품질이 가능함을 볼 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 광각 이미징 렌즈의 개념적 다이어그램이다. 도 8의 (a) 내지 (d)는 제4 실시예에 따른 종방향 구면 수차와 각 수차의 다이어그램이다. 도 7를 먼저 참조하면, 본 발명의 광각 이미징 렌즈(10)의 제4 실시예는 실질적으로 제1 실시예와 유사하고, 그들 간의 차이는 다음과 같다: 각각의 광학 데이터, 비구면 계수 및 이 렌즈 소자들 1, 2, 3, 4, 5 사이의 파라미터는 약간씩 다르다. 게다가, 제2 렌즈 소자(2)의 이미지-방향 표면(22)은 오목한 표면이며, 광축 I 근처에 위치된 오목한 부분(222)과 주변부 근처에 위치된 오목한 부분(224)을 포함한다. 제5 렌즈 소자(5)의 물체-방향 표면(51)은 오목 표면이고, 광축 I 근처에 위치된 오목한 부분(512)과 주변부 근처에 위치된 오목한 부분(514)을 포함한다. 다이어그램을 명료하게 표현하기 위하여, 두 실시예들에서 오목한 부분들과 볼록한 부분들의 동일한 참조 번호들은 도 7에서 생략되었음을 주목해야 한다.
제4 실시예의 다른 상세한 광학적 데이터는 표 10에 보여진다. 식 (1)에서 제4 실시예에서 제1 렌즈 소자(1)의 물체-방향 표면(11)의 제5 렌즈 소자(5)의 이미지-방향 표면(52)에 대한 각각의 비구면 계수는 표 11에 보여진다.
Figure 112019076836510-pat00011
< 표 10 >
Figure 112019076836510-pat00012
< 표 11 >
제4 실시예에 따른 광각 이미징 렌즈(10)의 중요 파라미터들의 관계는 표 12에 보여진다.
Figure 112019076836510-pat00013
< 표 12 >
도 8의 (a)에 보여진 제4 실시예의 종방향 구면 수차 다이어그램에서, 상이한 높이들에서의 축외 광선들의 이미징 지점 편차들이 ±0.025mm 범위 내로 제어되고 있다. 도 8의 (b) 및 (c)의 2개의 필드 곡률 수차 다이어그램에서, 전체 시야에서 대표적인 3개 파장들의 초점 길이 편차들은 ±0.04mm의 범위 내에 들어간다. 도 8의 (d)의 왜곡 수차 다이어그램은 제4 실시예에서의 왜곡 수차가 ±45% 범위 내로 유지되고 있음을 보여준다. 따라서, 제4 실시예에 따른 광각 이미징 렌즈(10)는 TTL이 약 2.650mm로 감소된 조건 하에서도 높은 광학 이미지 품질이 가능함을 볼 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 광각 이미징 렌즈(10)는 이하의 효과들을 얻을 수 있으며:
제1 렌즈 소자(1)는 예컨대, 빛을 집광하는데 사용되며, 제1 렌즈 소자(1)의 곡률은 큰 각도를 수용하는데 사용되는 빛에 대해 음이 되도록 설계된다.
제2 렌즈 소자(2)의 굴절률은 굴절 능력을 가진 다른 렌즈들(즉, 제1 렌즈 소자(1), 제3 렌즈 소자(3), 제4 렌즈 소자(4) 및 제5 렌즈 소자(5)) 보다 큰 굴절율을 가지며, 제2 렌즈 소자(2)의 아베 수는 굴절 능력을 가진 다른 렌즈 소자들의 굴절률 보다 작은데, 이것은 효과적으로 색수차를 교정할 수 있다.
제3 렌즈 소자(3)는 이미지된 이미징 빔의 초점을 모으고 그것을 음의 굴절 능력을 가진 제4 렌즈 소자(4) 및 양의 굴절 능력을 가진 제5 렌즈 소자(5)와 조합하여 효과적으로 구면 수차, 색수차 및 렌즈 굴곡(curvature of field)을 교정할 수 있다.
게다가, 광학 시스템 설계의 예측불가능성을 고려할 때, 본 발명의 아키텍쳐 하에서 적어도 하나의 이하의 조건적 표현들을 만족하는 광각 이미징 렌즈는 시스템의 이미징 품질을 향상시킬 수 있고 따라서 선행기술의 단점을 개선시킬 수 있다.
전술한 실시예들에서, 광각 이미징 렌즈(10)는 다음 조건을 만족한다: 2.1 ≤ |EFL/Fl| ≤ 2.4이고, 여기서 |EFL/Fl|은 EFL/Fl의 절대값이다. 만약 |EFL/Fl|가 하한값 2.1 미만이라면, 제1 렌즈 소자(1)의 전체 광각 이미징 렌즈(10)에서의 굴절 능력의 영향이 작아질 수 있고, TTL의 저감에 바람직하지 않다. 만약 |EFL/Fl|이 상한값 2.4보다 크다면, 제1 렌즈 소자(1)의 전체 광각 이미징 렌즈(10)에서의 굴절 능력의 영향은 더 커질 수 있고, 허용 민감도 문제를 불러온다. 만약 |EFL/Fl|가 전술한 범위 내에 있다면, 이 문제들이 광각 이미징 렌즈(10)에 대하여 회피된다.
전술한 실시예들에서, 광학 이미지 렌즈(10)는 아래 조건을 만족한다: 30 ≤ V3 ≤ 60. 이 범위 내에서, 색수차는 제3 렌즈 소자(3)에 대하여 효율적으로 감소된다.
전술한 실시예들에서, 광각 이미징 렌즈(10)는 아래 조건을 만족한다: -0.8 ≤ EFL/R1 < 0. 제1 렌즈 소자(1)가 굴절 능력을 가진 다른 렌즈 소자(즉, 제2 렌즈 소자(2), 제3 렌즈 소자(3), 제4 렌즈 소자(4) 및 제5 렌즈 소자(5)) 보다 이 범위에서 큰 어그리브드 폴드(aggrieved fold)를 요구하기 때문에, 제1 렌즈 소자(1)의 물체-방향 표면(11)은 Efl의 광학 유효 부분의 외측 에지와 Ei의 광학 유효 부분의 외측 에지의 중심 두께에 대한 비율을 감소시킬 수 있고, 효과적으로 각도 θ의 크기를 줄일 수 있다. 여기서, 제1 렌즈 소자(1)의 중심 두께(central thickness)란 광축 I 상의 제1 렌즈 소자(1)의 물체-방향 표면(11)으로부터 이미지-방향 표면(12)까지의 거리를 지칭한다.기준 평면(RP1)은 이미지-방향 표면(12)의 광학 유효 부분의 외측 에지 Ef2를 통과해 지나가는 평면이며, 기준 평면(RP2)은 이미지-방향 표면(12)에 가까운 광학 비유효 부분 Pn의 확장된 표면이다. 각도 θ는 기준 평면(RP1)과 기준 평면(RP2) 사이의 거리이다.
전술한 실시예들에서, 광각 이미징 렌즈(10)는 아래 조건을 만족한다: 0.8 ≤ |EFL/f1| < 1.2이고, |EFL/f1|은 EFL/f1의 절대값이다. 만약 |EFL/f1|이 하한인 0.8 미만이면, 넓은 각도에 대한 불충분한 광량의 문제를 야기할 것이고, |EFL/f1|가 상한인 1.2 이상 이면, 전체 광각 이미징 렌즈(10)의 광 굴곡력(light flexural force) 상의 효과가 커져서, 공차 감도(tolerance sensitivity)의 문제로 이어질 것이다. |EFL/f1|가 전술한 범위 내에 있으면, 광각 이미징 렌즈(10)는 위 문제들을 회피할 수 있다.
전술한 실시예들에서, 광각 이미징 렌즈(10)는 다음 조건들을 만족한다: -3.0 ≤ (R3+R4)/(R3-R4) ≤ 0.8. 이 범위에서, 제2 렌즈 소자(2)의 제조 공차(manufacturing sensitivity)가 덜 민감해진다.
전술한 실시예들에서, 광각 이미징 렌즈(10)의 시야각은 130 내지 150도의 범위 내에 있으며, 광각 시야의 장점을 가진다.
위 설명에 기초하여, 본 발명의 실시예들의 광각 이미징 렌즈는 다음과 같은 좋은 효과를 가진다: 볼록 및 오목 형상 설계와 렌즈 소자들의 물체-방향 표면들 또는 이미지-방향 표면들의 배치 그리고 렌즈 소자들의 굴절 능력의 조합에 의하여, 좁은 시야각 효과, 상대적으로 작은 TTL, 높은 이미지 품질 및 이미징 렌즈의 광각의 장점이 달성될 수 있다.
본 발명은 실시예에 의하여 위와 같이 설명되었지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 특정 변경 및 추가를 만들어 낼 수 있다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 청구 범위에 의해 정의되어야 한다.

Claims (10)

  1. 광각 이미징 렌즈로서, 광축을 따라 물체 방향으로부터 이미지 방향으로, 제1 렌즈 소자, 제2 렌즈 소자, 조리개(aperture), 제3 렌즈 소자, 제4 렌즈 소자 및 제5 렌즈 소자를 순서대로 포함하고, 상기 제1 렌즈 소자 내지 제5 렌즈 소자 각각은 상기 물체 방향에 면하고 이미징 광선들이 통과해 지나가도록 하는 물체-방향 표면(object-side surface)과 상기 이미지 방향에 면하고 이미징 광선들이 통과해 지나가도록 하는 이미지-방향 표면(image-side surface)을 포함하고, 상기 5개 렌즈 소자들만이 굴절 능력을 가진 렌즈 소자들이며;
    상기 제1 렌즈 소자는 음의 굴절 능력을 가지고, 상기 제1 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 상기 광축 근처에 오목 표면을 가지고, 상기 제1 렌즈 소자의 상기 이미지-방향 표면은 오목 표면이고;
    상기 제2 렌즈 소자는 양의 굴절 능력을 가지고, 상기 제2 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 볼록 표면이고;
    상기 제3 렌즈 소자는 양의 굴절 능력을 가지고, 상기 제3 렌즈 소자의 상기 물체 방향 표면은 볼록 표면이고, 상기 제3 렌즈 소자의 상기 이미지-방향 표면은 볼록 표면이고;
    상기 제4 렌즈 소자는 음의 굴절 능력을 가지고, 상기 제4 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 오목 표면이고, 상기 제4 렌즈 소자의 상기 이미지-방향 표면은 상기 광축 근처의 오목한 부분을 포함하고;
    상기 제5 렌즈 소자는 양의 굴절 능력을 가지고, 상기 제5 렌즈 소자의 상기 이미지-방향 표면은 볼록 표면이고; 그리고
    상기 제1 렌즈 소자, 상기 제2 렌즈 소자, 상기 제3 렌즈 소자, 상기 제4 렌즈 소자, 상기 제5 렌즈 소자는 굴절 능력을 가지고, 상기 제2 렌즈 소자의 굴절율(refractive index)은 굴절 능력을 가진 상기 다른 렌즈 소자들의 굴절율 이상이며, 상기 제2 렌즈 소자의 아베 수(Abbe number)는 굴절 능력을 가진 상기 다른 렌즈 소자들의 아베 수 이하인, 광각 이미징 렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광각 이미징 렌즈는: -0.8 ≤ EFL/R1 < 0을 만족하고, 상기 EFL은 상기 광각 이미징 렌즈의 유효 초점 거리(effective focal length)이고, R1은 상기 제1 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면의 곡률 반경인, 광각 이미징 렌즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광각 이미징 렌즈는: 0.8 ≤ |EFL/f1| < 1.2를 만족하고, 상기 EFL은 상기 광각 이미징 렌즈의 유효 초점 거리이고, f1은 상기 제1 렌즈 소자의 초점 거리이며, |EFL/f1|은 EFL/f1의 절대값인, 광각 이미징 렌즈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광각 이미징 렌즈는: -3.0 ≤ (R3+R4)/(R3-R4) ≤ 0.9를 만족하고, R3는 상기 제2 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면의 곡률 반경이고, R4는 상기 제2 렌즈 소자의 상기 이미지-방향 표면의 곡률 반경인, 광각 이미징 렌즈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광각 이미징 렌즈의 시야각(field angle)은 130도 내지 150도 사이의 범위인, 광각 이미징 렌즈.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 오목 표면이고, 주변부 근처에 위치된 오목한 부분을 포함하고,
    상기 제2 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 볼록 표면이고,
    상기 제4 렌즈 소자의 상기 이미지-방향 표면은 상기 광축 근처에 위치된 오목한 부분과 주변부 근처에 위치된 볼록한 부분을 포함하고,
    상기 제5 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 상기 광축 근처에 위치된 볼록한 부분과 주변부 근처에 위치된 오목한 부분을 포함하는, 광각 이미징 렌즈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 주변부 근처에 위치된 볼록한 부분을 포함하고,
    상기 제2 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 볼록 표면이고,
    상기 제4 렌즈 소자의 상기 이미지-방향 표면은 상기 광축 근처에 위치된 오목한 부분과 주변부 근처에 위치된 볼록한 부분을 포함하고,
    상기 제5 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 상기 광축 근처에 위치된 볼록한 부분과 주변부 근처에 위치된 오목한 부분을 포함하는, 광각 이미징 렌즈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 오목 표면이고, 주변부 근처에 위치된 오목한 부분을 포함하고,
    상기 제2 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 볼록 표면이고,
    상기 제4 렌즈 소자의 상기 이미지-방향 표면은 오목 표면이고, 주변부 근처에 위치된 오목한 부분을 포함하고,
    상기 제5 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 볼록 표면인, 광각 이미징 렌즈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 오목 표면이고, 주변부 근처에 위치된 오목한 부분을 포함하고,
    상기 제2 렌즈 소자의 상기 이미지-방향 표면은 오목 표면이고,
    상기 제4 렌즈 소자의 상기 이미지-방향 표면은 상기 광축 근처에 위치된 오목한 부분과 주변부 근처에 위치된 볼록한 부분을 포함하고,
    상기 제5 렌즈 소자의 상기 물체-방향 표면은 오목 표면인, 광각 이미징 렌즈.

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