KR20070043622A - 광각 촬상 렌즈 - Google Patents

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KR20070043622A
KR20070043622A KR1020060101341A KR20060101341A KR20070043622A KR 20070043622 A KR20070043622 A KR 20070043622A KR 1020060101341 A KR1020060101341 A KR 1020060101341A KR 20060101341 A KR20060101341 A KR 20060101341A KR 20070043622 A KR20070043622 A KR 20070043622A
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후지논 가부시키가이샤
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Abstract

양호한 광학성능을 유지하면서, 소형이며 경량인 광각렌즈계를 저렴하게 실현할 수 있다.
물체측으로부터 순차적으로, 물체측으로 볼록면을 향한 네거티브의 메니스커스 렌즈인 제1렌즈(L1)와, 적어도 한쪽의 면이 비구면인 제2렌즈(L2)와, 상측의 면이 상측으로 볼록형상이며, 적어도 한쪽의 면이 비구면인 포지티브의 제3렌즈(L3)를 구비하고 있다. 제1렌즈(L1)는 아베수가 40 이상의 재질, 제3렌즈(L3)는 아베수가 50 이상의 재질로 이루어진다. 개구 조리개(St)는 제2렌즈(L2)와 제3렌즈(L3) 사이에 배치되어 있다. 제1렌즈(L1)는 유리의 구면 렌즈, 제2렌즈(L2) 및 제3렌즈(L3)는 각각, 양면이 비구면의 플라스틱 렌즈인 것이 바람직하다.

Description

광각 촬상 렌즈{WIDE-ANGLE IMAGING LENS}
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 광각 촬상 렌즈의 일구성예를 나타내는 광학계 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예1에 따른 광각 촬상 렌즈에 대응하는 렌즈 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예2에 따른 광각 촬상 렌즈에 대응하는 렌즈 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예3에 따른 광각 촬상 렌즈에 대응하는 렌즈 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예4에 따른 광각 촬상 렌즈에 대응하는 렌즈 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예5에 따른 광각 촬상 렌즈에 대응하는 렌즈 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예6에 따른 광각 촬상 렌즈에 대응하는 렌즈 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예7에 따른 광각 촬상 렌즈에 대응하는 렌즈 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예8에 따른 광각 촬상 렌즈에 대응하는 렌즈 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예9에 따른 광각 촬상 렌즈에 대응하는 렌즈 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예10에 따른 광각 촬상 렌즈에 대응하는 렌즈 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예11에 따른 광각 촬상 렌즈에 대응하는 렌즈 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시예12에 따른 광각 촬상 렌즈에 대응하는 렌즈 단면도이다.
도 14는 본 발명의 실시예1에 따른 광각 촬상 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예1에 따른 광각 촬상 렌즈의 비구면 및 조건식에 관한 데이터를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예2에 따른 광각 촬상 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시예2에 따른 광각 촬상 렌즈의 비구면 및 조건식에 관한 데이터를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시예3에 따른 광각 촬상 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시예3에 따른 광각 촬상 렌즈의 비구면 및 조건식에 관한 데이터를 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시예4에 따른 광각 촬상 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시예4에 따른 광각 촬상 렌즈의 비구면 및 조건식에 관한 데이터를 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명의 실시예5에 따른 광각 촬상 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타내는 도면이다.
도 23은 본 발명의 실시예5에 따른 광각 촬상 렌즈의 비구면 및 조건식에 관한 데이터를 나타내는 도면이다.
도 24는 본 발명의 실시예6에 따른 광각 촬상 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타내는 도면이다.
도 25는 본 발명의 실시예6에 따른 광각 촬상 렌즈의 비구면 및 조건식에 관한 데이터를 나타내는 도면이다.
도 26은 본 발명의 실시예7에 따른 광각 촬상 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타내는 도면이다.
도 27은 본 발명의 실시예7에 따른 광각 촬상 렌즈의 비구면 및 조건식에 관한 데이터를 나타내는 도면이다.
도 28은 본 발명의 실시예8에 따른 광각 촬상 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타내는 도면이다.
도 29는 본 발명의 실시예8에 따른 광각 촬상 렌즈의 비구면 및 조건식에 관한 데이터를 나타내는 도면이다.
도 30은 본 발명의 실시예9에 따른 광각 촬상 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타내는 도면이다.
도 31은 본 발명의 실시예9에 따른 광각 촬상 렌즈의 비구면 및 조건식에 관한 데이터를 나타내는 도면이다.
도 32는 본 발명의 실시예10에 따른 광각 촬상 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타내는 도면이다.
도 33은 본 발명의 실시예10에 따른 광각 촬상 렌즈의 비구면 및 조건식에 관한 데이터를 나타내는 도면이다.
도 34는 본 발명의 실시예11에 따른 광각 촬상 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타내는 도면이다.
도 35는 본 발명의 실시예11에 따른 광각 촬상 렌즈의 비구면 및 조건식에 관한 데이터를 나타내는 도면이다.
도 36은 본 발명의 실시예12에 따른 광각 촬상 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타내는 도면이다.
도 37은 본 발명의 실시예12에 따른 광각 촬상 렌즈의 비구면 및 조건식에 관한 데이터를 나타내는 도면이다.
도 38은 본 발명의 실시예1에 따른 광각 촬상 렌즈의 모든 수차를 나타내는 수차도이며, (A)는 구면수차, (B)는 비점수차, (C)는 디스토션, (D)는 배율색수차 를 나타낸다.
도 39는 본 발명의 실시예2에 따른 광각 촬상 렌즈의 모든 수차를 나타내는 수차도이며, (A)는 구면수차, (B)는 비점수차, (C)는 디스토션, (D)는 배율색수차를 나타낸다.
도 40은 본 발명의 실시예3에 따른 광각 촬상 렌즈의 모든 수차를 나타내는 수차도이며, (A)는 구면수차, (B)는 비점수차, (C)는 디스토션, (D)는 배율색수차를 나타낸다.
도 41은 본 발명의 실시예4에 따른 광각 촬상 렌즈의 모든 수차를 나타내는 수차도이며, (A)는 구면수차, (B)는 비점수차, (C)는 디스토션, (D)는 배율색수차를 나타낸다.
도 42는 본 발명의 실시예5에 따른 광각 촬상 렌즈의 모든 수차를 나타내는 수차도이며, (A)는 구면수차, (B)는 비점수차, (C)는 디스토션, (D)는 배율색수차를 나타낸다.
도 43은 본 발명의 실시예6에 따른 광각 촬상 렌즈의 모든 수차를 나타내는 수차도이며, (A)는 구면수차, (B)는 비점수차, (C)는 디스토션, (D)는 배율색수차를 나타낸다.
도 44는 본 발명의 실시예7에 따른 광각 촬상 렌즈의 모든 수차를 나타내는 수차도이며, (A)는 구면수차, (B)는 비점수차, (C)는 디스토션, (D)는 배율색수차를 나타낸다.
도 45는 본 발명의 실시예8에 따른 광각 촬상 렌즈의 모든 수차를 나타내는 수차도이며, (A)는 구면수차, (B)는 비점수차, (C)는 디스토션, (D)는 배율색수차를 나타낸다.
도 46은 본 발명의 실시예9에 따른 광각 촬상 렌즈의 모든 수차를 나타내는 수차도이며, (A)는 구면수차, (B)는 비점수차, (C)는 디스토션, (D)는 배율색수차를 나타낸다.
도 47은 본 발명의 실시예10에 따른 광각 촬상 렌즈의 모든 수차를 나타내는 수차도이며, (A) 은 구면수차, (B)는 비점수차, (C)는 디스토션, (D)는 배율색수차를 나타낸다.
도 48은 본 발명의 실시예11에 따른 광각 촬상 렌즈의 모든 수차를 나타내는 수차도이며, (A)는 구면수차, (B)는 비점수차, (C)는 디스토션, (D)는 배율색수차를 나타낸다.
도 49는 본 발명의 실시예12에 따른 광각 촬상 렌즈의 모든 수차를 나타내는 수차도이며, (A)는 구면수차, (B)는 비점수차, (C)는 디스토션, (D)는 배율색수차를 나타낸다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1 … 차광수단 2 … 광학부재
3 … 촬상소자 4 … 최외 광선
L1 … 제1렌즈 L2 … 제2렌즈
L3 … 제3렌즈 St … 조리개
Ri … 물체측으로부터 제i번째의 렌즈면의 곡률반경
Di … 물체측으로부터 제i번째와 제i+1번째의 렌즈면의 면간격
Z1 … 광축
본 발명은, CCD(Charge Coupled Device: 전하결합소자)나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등의 촬상소자를 이용한 차량탑재용 카메라, 휴대전화용 카메라, 감시 카메라 등에 이용되는 촬상렌즈에 관한 것으로서, 주로 자동차의 전방, 측방, 후방 등의 영상을 촬영하기 위한 차량탑재용 카메라 등에 이용되는 광각의 촬상렌즈에 관한 것이다.
CCD나 CMOS 등의 촬상소자는 최근, 매우 소형화 및 고화소화가 진행되고 있다. 그 때문에, 촬상기기 본체, 및 그것에 탑재되는 렌즈에도, 소형, 경량화가 요구되고 있다. 한편, 차량탑재용 카메라 등에서는, 예컨대 대각으로 140° 이상의 넓은 화각을 갖는 광각렌즈가 요구되고 있다.
종래, 비교적 렌즈 개수가 적은 광각의 촬상렌즈로서는, 이하의 특허문헌에 기재된 것이 있다. 특허문헌1에는, CCD 카메라용 3개 구성의 광각렌즈가 기재되어 있다. 특허문헌2에는, 3개의 비구면 렌즈로 이루어지는 광각렌즈가 기재되어 있다. 특허문헌3에는, 제1군과 제2군으로 이루어지고, 전체적으로 4개의 렌즈로 이루어지는 광각렌즈가 기재되어 있다.
[특허문헌1] 일본 특허공개 평7-72382호 공보
[특허문헌2] 일본 특허공개 2001-337268호 공보
[특허문헌3] 일본 특허공개 2002-244031호 공보
그러나, 특허문헌1에 기재된 광각렌즈는, 소형화와 광각화가 충분하다고는 말할 수 없다. 또한 특허문헌2에 기재된 광각렌즈에서는, 제1렌즈로서 플라스틱 비구면 렌즈를 이용하고 있지만, 예컨대 차량 탑재 카메라와 같은 높은 내후성이 요구되는 환경하에서는 제1렌즈의 재료로서 유리를 이용하는 것이 바람직하다. 특허문헌2에 기재된 광각렌즈에서는 비구면을 이용하고 있기 때문에, 제1렌즈를 유리에 의해 성형하려고 하면 비용이 비싸게 되어 버린다. 또한 특허문헌3에 기재된 광각렌즈는, 4개의 렌즈를 이용하고 있어, 성능의 점에서는 유리하지만, 비용과 경량화의 점에서는 불리하게 된다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 양호한 광학성능을 유지하면서, 소형이고 경량인 광각렌즈계를 저렴하게 실현할 수 있도록 한 광각 촬상 렌즈를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의한 광각 촬상 렌즈는, 물체측으로부터 순차적으로, 물체측으로 볼록면을 향한 네거티브의 메니스커스 렌즈인 제1렌즈와, 적어도 한쪽의 면이 비구면인 제2렌즈와, 상측의 면이 상측으로 볼록형상이고, 적어도 한쪽의 면이 비구면인 포지티브의 제3렌즈를 구비하고 있다. 제1렌즈는 아베수가 40 이상의 재질, 제3렌즈는 아베수가 50 이상의 재질로 이루어진다. 개구 조리개는 제2렌즈와 제3렌즈 사이에 배치되어 있다.
본 발명에 의한 광각 촬상 렌즈에서는, 3개라는 적은 렌즈 개수로 비구면이나 렌즈의 재질 등의 최적화를 도모함으로써, 양호한 광학성능을 유지하면서, 소형, 경량의 광각렌즈계가 저렴하게 실현된다.
그리고 또한, 요구되는 사양 등에 따라 다음의 바람직한 구성을 적절히 채용하여 만족함으로써, 보다 바람직한 성능이 얻어진다.
본 발명에 의한 광각 촬상 렌즈에 있어서, 제2렌즈 및 제3렌즈는 각각, 양면이 비구면인 것이 바람직하다. 화각은 대각으로 140° 이상의 광각인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 의한 광각 촬상 렌즈에 있어서, 제2렌즈 및 제3렌즈의 재질은 플라스틱인 것이 바람직하다. 또한, 제2렌즈 및 제3렌즈의 재질의 흡수율이 0.3% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 제3렌즈가 폴리올레핀계의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
제2렌즈의 물체측의 면은, 광축 근방에서 물체측으로 오목형상이며, 광축으로부터 멀어짐에 따라 그 네거티브의 파워가 약해지는 형상으로 되어 있는 것이 바람직하다.
이 경우에 있어서, 제2렌즈의 물체측의 면이, 광축으로부터 멀어짐에 따라 주변부에서 물체측으로 오목형상에서 볼록형상으로 변화되는 형상으로 되어 있어도 된다.
제2렌즈의 상측의 면은 예컨대, 광축 근방의 형상이 상측으로 오목하고, 광 축으로부터 멀어짐에 따라 그 네거티브의 파워가 강해지는 형상으로 되어 있는 것이 바람직하다.
제2렌즈의 상측의 면은 또한, 광축 근방의 형상이 상측으로 볼록하고, 광축으로부터 멀어짐에 따라 그 포지티브의 파워가 약해지는 형상으로 되어 있어도 된다. 이 경우에 있어서, 제2렌즈의 상측의 면이, 광축으로부터 멀어짐에 따라 주변부에서 상측으로 볼록형상에서 오목형상으로 변화되는 형상으로 되어 있어도 된다.
또한, 제1렌즈의 물체측의 면의 정점에서 촬상소자면까지의 거리를 L, 제3렌즈의 상측의 면의 정점에서 촬상소자면까지의 거리를 BF로 할 때,
3 < L/BF < 7 …… (1)
을 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 렌즈계 전체의 초점거리를 f, 제1렌즈의 초점거리를 f1로 할 때,
2 <｜f1/f｜< 11 …… (2)
를 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 제1렌즈의 물체측의 면의 정점에서 촬상소자면까지의 거리를 L, 최대 상 높이를 x, 대각 화각을 2ω(radian)으로 할 때,
L / (2ωx) < 2.3 …… (3)
을 만족하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일실시형태에 따른 광각 촬상 렌즈의 일구성예를 나타내고 있다. 이 구성예는, 후술의 제1의 수치 실시예의 렌즈 구성에 대응하고 있다.
이 광각 촬상 렌즈는, CCD나 CMOS 등의 촬상소자를 이용한 각종 카메라, 예컨대 자동차의 전방, 측방, 후방 등의 영상을 촬영하기 위한 차량탑재용 카메라에 이용하기에 바람직한 것이다. 이 광각 촬상 렌즈는, 광축(Z1)을 따라 물체측으로부터 순차적으로, 제1렌즈(L1)와, 제2렌즈(L2)와, 제3렌즈(L3)를 구비하고 있다. 개구 조리개(St)는, 광축(Z1) 상에 있어서 제2렌즈(L2)와 제3렌즈(L3) 사이에 배치되어 있다. 화각은 예컨대 대각으로 140° 이상의 광각으로 되어 있다.
이 광각 촬상 렌즈의 결상면에는, CCD 등의 촬상소자(3)가 배치된다. 제3렌즈(L3)와 촬상소자(3) 사이에는, 렌즈를 장착하는 카메라측의 구성에 따라, 여러가지의 광학부재(2)가 배치되어 있다. 예컨대 촬상면 보호용 커버 유리나 적외선 차단 필터 등의 평판형상의 광학부재가 배치된다.
이 광각 촬상 렌즈에 있어서, 제1렌즈(L1)와 제2렌즈(L2) 사이의 유효지름 외측을 통과하는 광속(光束)은, 미광으로 되어 상면에 도달하여, 고스트로 될 우려가 있다. 또한, 도 1에 있어서, 광속(4)은, 최대 화각으로 입사하는 광선을 나타낸다. 이보다 외측을 통과하는 광속이 미광으로 될 우려가 있다. 이 경우에는, 제1렌즈(L1)와 제2렌즈(L2) 사이에, 차광수단(1)을 설치하여 미광을 차단하는 것이 바람직하다. 이 차광수단(1)은, 예컨대 불투명한 판재로 구성된다. 또는, 제1렌즈(L1)의 제2렌즈(L2)측의 유효지름 외측에, 불투명한 도료를 실시하도록 해도 된다.
제1렌즈(L1)는, 물체측으로 볼록면을 향한 네거티브의 메니스커스 렌즈로 되어 있다. 제1렌즈(L1)는 유리의 구면 렌즈인 것이 바람직하다. 제2렌즈(L2)는, 비교적 파워가 약하고, 적어도 한쪽의 면이 비구면인 포지티브 또는 네거티브 렌즈로 되어 있다. 제3렌즈(L3)는, 상측의 면이 상측으로 볼록형상이고, 적어도 한쪽의 면이 비구면인 포지티브 렌즈로 되어 있다. 색수차를 양호하게 보정하기 위해서, 제1렌즈(L1)는 아베수가 40 이상의 재질, 제3렌즈(L3)는 아베수가 50 이상의 재질로 이루어진다.
제2렌즈(L2) 및 제3렌즈(L3)는 각각, 양면이 비구면인 것이 바람직하다. 또한, 제2렌즈(L2) 및 제3렌즈(L3)의 재질은 플라스틱인 것이 바람직하다. 또한, 제2렌즈(L2) 및 제3렌즈(L3)의 재질의 흡수율이 0.3% 이하인 것이 바람직하다. 구체적으로는 제3렌즈(L3)가 폴리올레핀계의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 제2렌즈(L2)도 폴리올레핀계의 재질로 이루어지는 것이 보다 바람직하다.
제2렌즈(L2)의 물체측의 면은, 광축 근방에서 물체측으로 오목형상이며, 광축(Z1)으로부터 멀어짐에 따라 그 네거티브의 파워가 약해지는 형상으로 되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, 제2렌즈(L2)의 물체측의 면이 유효지름 내에 있어서 곡률의 변곡점을 갖고, 광축(Z1)으로부터 멀어짐에 따라 주변부에서 물체측으로 오목형상에서 볼록형상으로 변화되는 형상으로 되어 있어도 된다.
또한, 제2렌즈(L2)의 상측의 면은, 광축 근방의 형상이 상측으로 오목하고, 광축(Z1)으로부터 멀어짐에 따라 점점 그 네거티브의 파워가 강하게 되어 가는 형상으로 되어 있는 것이 바람직하다.
제2렌즈(L2)의 상측의 면은 또한, 광축 근방의 형상이 상측으로 볼록하고, 광축(Z1)으로부터 멀어짐에 따라 그 포지티브의 파워가 약해지는 형상으로 되어 있어도 된다. 이 경우에 있어서, 제2렌즈(L2)의 상측의 면이 유효지름 내에 있어서 곡률의 변곡점을 갖고, 광축(Z1)으로부터 멀어짐에 따라 주변부에서 상측으로 볼록형상에서 오목형상으로 변화되는 형상으로 되어 있어도 된다.
이 광각 촬상 렌즈는, 도 1에 나타낸 바와 같이 제1렌즈(L1)의 물체측의 면의 정점에서 촬상소자면까지의 거리를 L, 제3렌즈(L3)의 상측의 면의 정점에서 촬상소자면까지의 거리를 BF로 할 때,
3 < L/BF < 7 …… (1)
을 만족하는 것이 바람직하다. 또한, L,BF에 대해서는, 커버 유리 등의 광학부재(2)의 두께를 공기환산(air convert)한 값으로 한다.
이 광각 촬상 렌즈는 또한, 렌즈계 전체의 초점거리를 f, 제1렌즈(L1)의 초점거리를 f1로 할 때,
2 <｜f1/f｜< 11 …… (2)
를 만족하는 것이 바람직하다.
이 광각 촬상 렌즈는 또한, 제1렌즈(L1)의 물체측의 면의 정점에서 촬상소자면까지의 거리를 L, 최대 상 높이를 x, 대각 화각을 2ω(radian)으로 할 때,
L / (2ωx) < 2.3 …… (3)
을 만족하는 것이 바람직하다.
다음에, 이상과 같이 구성된 광각 촬상 렌즈의 작용 및 효과를 설명한다.
이 광각 촬상 렌즈에서는, 개구 조리개(St)를 제2렌즈(L2)와 제3렌즈(L3) 사이에 배치함으로써, 촬상소자(3)에 대한 입사각도의 텔렉센트릭성(telecentricity)을 확보하면서, 광각화를 실현하고 있다. 또한, 제2렌즈(L2) 및 제3렌즈(L3)를 비 구면 렌즈로 함으로써, 짧은 전체 길이에서 양호한 해상성을 얻고 있다. 그리고, 제2렌즈(L2) 및 제3렌즈(L3)의 재질을 플라스틱으로 함으로써, 비구면형상을 고정밀도로 실현할 수 있고, 또한, 경량, 저비용의 렌즈계를 가능하게 하고 있다. 특히, 제2렌즈(L2) 및 제3렌즈(L3)를 흡수성이 작은(흡수율 0.3% 이하) 플라스틱재료로 성형함으로써, 흡수에 의한 성능 열화를 억제할 수 있다. 또한, 흡수에 의한 성능 열화를 최소한까지 억제하기 위해서는 제2렌즈(L2) 및 제3렌즈(L3)의 흡수율을 0.1% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 구체적으로는 제3렌즈(L3)를 폴리올레핀계의 재질로 함으로써 흡수에 의한 성능 열화를 억제할 수 있다. 보다 바람직하게는 제2렌즈(L2)도 폴리올레핀계의 재질로 함으로써, 흡수에 의한 성능 열화를 더욱 억제할 수 있다. 또한, 제1렌즈(L1)를 유리의 구면 렌즈로 함으로써, 예컨대 차량 탑재 카메라와 같은 높은 내후성이 요구되는 환경하에 있어서도 사용가능한 렌즈계를, 저렴하게 제공할 수 있다.
상술의 조건식(1)의 상한을 넘으면, 수차는 양호하게 보정가능하지만, 촬상소자(3)에 지나치게 근접하여 렌즈계의 배치가 어렵게 되거나, 혹은 렌즈계 전체가 지나치게 커져서, 소형화의 목적을 달성할 수 없게 된다. 조건식(1)의 하한을 넘으면 수차를 양호하게 보정하는 것이 어렵게 된다.
조건식(2)의 상한을 넘으면 제1렌즈(L1)의 파워가 약해지고, 소형 또한 광각화를 달성하는 것이 곤란하게 된다. 조건식(2)의 하한을 넘으면 색수차의 보정이 곤란하게 되어 양호한 화상을 얻을 수 없다.
조건식(3)은 렌즈계가 소형 또한 광각인 것을 나타내는 식이다. 촬상소자(3) 의 사이즈가 크고, 렌즈계가 소형 또한 광각일수록 조건식(3)의 값은 작아진다. 이 광각 촬상 렌즈에서는, 촬상소자(3)로서 예컨대 1/4인치 사이즈의 것(대각 상 높이 2.25㎜)에 대하여, 조건식(3)의 조건을 만족하고 있고 소형 또한 광각화를 달성하고 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 광각 촬상 렌즈에 의하면, 3개라는 적은 렌즈 개수로 비구면이나 렌즈의 재질 등의 최적화를 도모하도록 했으므로, 양호한 광학성능을 유지하면서, 소형이며 경량인 광각렌즈계를 저렴하게 실현할 수 있다.
[실시예]
다음에, 본 실시형태에 따른 광각 촬상 렌즈의 구체적인 수치 실시예에 대해서 설명한다. 이하에서는, 제1~제12의 수치 실시예를 통합해서 설명한다.
도 2는, 실시예1에 따른 광각 촬상 렌즈의 렌즈 단면도를 나타내고 있다. 도 14 및 도 15(A), 도 15(B)는, 실시예1에 따른 광각 촬상 렌즈의 수치 데이터를 나타내고 있다. 특히 도 14에는 그 기본적인 렌즈 데이터를 나타내고, 도 15(A)에는 비구면에 관한 데이터를 나타낸다. 도 15(B)는, 상술의 조건식에 관한 데이터를 나타낸다. 또한, 커버 유리 등의 광학부재(2)에 관한 데이터는 수치 데이터에서는 생략하고 있다.
도 2에 있어서, 부호 Ri는, 가장 물체측의 구성요소의 면을 1번째로 하여, 상측(결상측)을 향함에 따라 순차적으로 증가하게 하여 부호를 붙인 i번째(i=1~6)의 면의 곡률반경을 나타낸다. 부호 Di는, i번째의 면과 i+1번째의 면의 광축(Z1) 상의 면간격을 나타낸다. 또한, 도 14에 나타낸 렌즈 데이터에 있어서의 면 번호(Si)의 란에는, 가장 물체측의 구성요소의 면을 1번째로 하여, 상측을 향함에 따라 순차적으로 증가하게 하여 부호를 붙인 i번째의 면의 번호를 나타내고 있다. 곡률반경(Ri)의 란에는, 도 2에 있어서 붙인 부호 Ri에 대응시켜, 물체측으로부터 i번째의 면의 곡률반경의 값을 나타낸다. 면간격(Di)의 란에 대해서도, 마찬가지로 물체측으로부터 i번째의 면(Si)과 i+1번째의 면(Si+1)의 광축상의 간격을 나타낸다. 곡률반경(Ri) 및 면간격(Di)의 값의 단위는 밀리미터(㎜)이다. Ndj, νdj의 란에는, 각각, 물체측으로부터 j번째(j=1~3)의 광학요소의 d선(파장 587.6㎚)에 대한 굴절률 및 아베수의 값을 나타낸다.
실시예1에 따른 광각 촬상 렌즈는, 제2렌즈(L2) 및 제3렌즈(L3)의 양면이 모두 비구면형상으로 되어 있다. 도 14의 기본 렌즈 데이터에는, 이들 비구면의 곡률반경으로서, 광축 근방의 곡률반경의 수치를 나타내고 있다. 도 15(A)에 비구면 데이터로서 나타낸 수치에 있어서, 기호 "E"는, 그 다음에 계속되는 수치가 10을 베이스로 한 "누승 지수"인 것을 나타내고, 그 10을 베이스로 한 지수함수로 나타내어지는 수치가 "E" 앞의 수치에 승산되는 것을 나타낸다. 예컨대, 「1.0E-02」이면, 「1.0×10-2」인 것을 나타낸다.
비구면 데이터로서는, 이하의 식(A)에 의해 나타내어지는 비구면형상의 식에 있어서의 각 계수(Bi,KA)의 값을 기재한다. Z는, 보다 상세하게는, 광축으로부터 높이(h)의 위치에 있는 비구면상의 점으로부터, 비구면의 정점의 접평면(광축에 수직 인 평면)에 내린 수직선의 길이(㎜)를 나타낸다. 실시예1에 따른 광각 촬상 렌즈는, 각 비구면이 비구면계수(Bi)로서 제3차~제6차의 계수(B3~B6)를 유효하게 이용하여 나타내어져 있다.
Z=Cㆍh2/{1+(1-KAㆍC2ㆍh2)1/2}+ΣBiㆍhi …… (A)
(i=3~n, n: 3 이상의 정수)
단,
Z: 비구면의 깊이(㎜)
h: 광축으로부터 렌즈면까지의 거리(높이)(㎜)
K: 원추정수
C: 근축곡률=1/R
(R: 근축곡률반경)
Bi: 제i차의 비구면계수
도 15(B)에는, 상술의 각 조건식에 관한 값을 나타낸다. 또한, 도 15(B)에 있어서, f는 전체 계의 근축초점거리(㎜), f1은 제1렌즈(L1)의 초점거리(㎜), 2ω은 대각 화각, L,BF는 도 1에 나타낸 거리(커버 유리 등의 광학부재(2)의 두께는 공기환산한 값으로 한다.)를 나타낸다. 도 15(B)로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예1에 따른 광각 촬상 렌즈는 각 조건식의 수치범위 내로 되어 있다.
이상의 실시예1에 따른 광각 촬상 렌즈와 마찬가지로 하여, 실시예2~실시예12에 따른 광각 촬상 렌즈의 렌즈 단면도를 도 3~도 13에 나타낸다. 또한 마찬가지 로, 실시예2~실시예12에 따른 광각 촬상 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 도 16,도 18,도 20,도 22,도 24,도 26,도 28,도 30,도 32,도 34,도 36에 나타낸다. 또한 마찬가지로, 실시예2~실시예12에 따른 광각 촬상 렌즈의 비구면에 관한 데이터를, 도 17(A),도 19(A),도 21(A),도 23(A),도 25(A),도 27(A),도 29(A),도 31(A),도 33(A),도 35(A),도 37(A)에 나타낸다. 또한 마찬가지로, 실시예2~실시예12에 따른 광각 촬상 렌즈에 대해서 상술의 각 조건식에 관한 데이터를, 도 17(B),도 19(B),도 21(B),도 23(B),도 25(B),도 27(B),도 29(B),도 31(B),도 33(B),도 35(B),도 37(B)에 나타낸다. 실시예2~실시예12에 따른 각 광각 촬상 렌즈는 각각, 상술의 각 조건식의 수치범위 내로 되어 있다.
실시예2~실시예12에 따른 광각 촬상 렌즈의 어느 것에 대해서나, 실시예1에 따른 광각 촬상 렌즈와 마찬가지로 제2렌즈(L2) 및 제3렌즈(L3)의 양면이 전부 비구면형상으로 되어 있다.
여기서, 실시예1~실시예12에 따른 광각 촬상 렌즈의 어느 것에 대해서나, 제2렌즈(L2)의 물체측의 면은, 광축 근방에서 물체측으로 오목형상이며, 광축(Z1)으로부터 멀어짐에 따라 그 네거티브의 파워가 약해지는 형상으로 되어 있다. 특히, 실시예1, 실시예2, 실시예4, 실시예6, 실시예8, 실시예9, 실시예10, 실시예11, 및 실시예12(실시예3,5,7 이외)에 따른 광각 촬상 렌즈는, 제2렌즈(L2)의 물체측의 면이 주변부에서 물체측으로 오목형상에서 볼록형상으로 변화되는 형상으로 되어 있다.
제2렌즈(L2)의 상측의 면은, 실시예1, 실시예2, 실시예10, 실시예11 및 실시 예12에 대해서는, 광축 근방의 형상이 상측으로 오목하고, 광축(Z1)으로부터 멀어짐에 따라 점점 그 네거티브의 파워가 강해져 가는 형상으로 되어 있다.
그 밖의 실시예(실시예3, 실시예4, 실시예5, 실시예6, 실시예7, 실시예8, 및 실시예9)에 대해서는, 광축 근방의 형상이 상측으로 볼록하고, 광축(Z1)으로부터 멀어짐에 따라 그 포지티브의 파워가 약해지는 형상으로 되어 있다. 특히, 실시예8 및 실시예9에 따른 광각 촬상 렌즈는, 제2렌즈(L2)의 상측의 면이 주변부에서 상측으로 볼록형상에서 오목형상으로 변화되는 형상으로 되어 있다.
또한, 실시예1~실시예12에 따른 광각 촬상 렌즈의 어느 것에 대해서나, 제3렌즈(L3)가, 저렴하고 입수성이 좋고, 흡수율이 0.01% 정도의 폴리올레핀계의 재질로 되어 있다. 제2렌즈(L2)는, 실시예1~실시예11에 대해서는 폴리올레핀계의 재질, 실시예12에 대해서는 폴리카보네이트계의 재질로 되어 있다.
도 38(A)~도 38(D)는 각각, 실시예1에 따른 광각 촬상 렌즈에 있어서의 구면수차, 비점수차, 디스토션(왜곡 수차), 및 배율색수차를 나타내고 있다. 각 수차도에는, e선(파장 546.07㎚)을 기준파장으로 한 수차를 나타내지만, 구면수차도 및 배율색수차도에는, C선(파장 656.27㎚), F선(파장 486.13㎚)에 대한 수차도 나타낸다. 비점수차도에 있어서, 실선은 사지탈(sagittal) 방향, 파선은 탄젠셜(tangential) 방향의 수차를 나타낸다. ω은 반화각을 나타낸다.
마찬가지로 하여, 실시예2에 따른 광각 촬상 렌즈에 관한 모든 수차를 도39(A)~도39(D)에, 실시예3에 따른 광각 촬상 렌즈에 관한 모든 수차를 도40(A)~도40(D)에, 실시예4에 따른 광각 촬상 렌즈에 관한 모든 수차를 도41(A)~도41(D)에, 실시예5에 따른 광각 촬상 렌즈에 관한 모든 수차를 도42(A)~도42(D)에, 실시예6에 따른 광각 촬상 렌즈에 관한 모든 수차를 도43(A)~도43(D)에, 실시예7에 따른 광각 촬상 렌즈에 관한 모든 수차를 도44(A)~도44(D)에, 실시예8에 따른 광각 촬상 렌즈에 관한 모든 수차를 도45(A)~도45(D)에, 실시예9에 따른 광각 촬상 렌즈에 관한 모든 수차를 도46(A)~도46(D)에, 실시예10에 따른 광각 촬상 렌즈에 관한 모든 수차를 도47(A)~도47(D)에, 실시예11에 따른 광각 촬상 렌즈에 대한 모든 수차를 도48(A)~도48(D)에, 실시예l2에 따른 광각 촬상 렌즈에 관한 모든 수차를 도49(A)~도49(D)에 나타낸다.
이상의 각 수치 데이터 및 각 수차도로부터 알 수 있는 바와 같이, 각 실시예에 대해서, 3개라는 적은 렌즈 개수로 비구면이나 렌즈의 재질 등의 최적화를 도모함으로써, 양호한 광학성능을 유지하면서, 소형이고 경량인 광각렌즈계를 저렴하게 실현할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 실시형태 및 각 실시예에 한정되지 않고 여러가지의 변형 실시가 가능하다. 예컨대, 각 렌즈 성분의 곡률반경, 면간격 및 굴절률의 값 등은, 상기 각 수치 실시예에서 나타낸 값에 한정되지 않고, 다른 값을 취할 수 있다.
본 발명의 광각 촬상 렌즈에 의하면, 물체측으로부터 순차적으로, 물체측으로 볼록면을 향한 네거티브의 메니스커스 렌즈인 제1렌즈와, 적어도 한쪽의 면이 비구면인 제2렌즈와, 상측의 면이 상측으로 볼록형상이고, 적어도 한쪽의 면이 비 구면인 포지티브의 제3렌즈를 구비하고, 비구면이나 렌즈의 재질 등의 최적화를 도모하도록 했으므로, 양호한 광학성능을 유지하면서, 소형이며 경량인 광각렌즈계를 저렴하게 실현할 수 있다.

Claims (17)

  1. 물체측으로부터 순차적으로, 물체측으로 볼록면을 향한 네거티브의 메니스커스 렌즈인 제1렌즈와, 적어도 한쪽의 면이 비구면인 제2렌즈와, 상측의 면이 상측으로 볼록형상이며, 적어도 한쪽의 면이 비구면인 포지티브의 제3렌즈를 구비하고,
    상기 제1렌즈는 아베수가 40 이상의 재질, 상기 제3렌즈는 아베수가 50 이상의 재질로 이루어지고, 개구 조리개가 상기 제2렌즈와 상기 제3렌즈 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 렌즈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2렌즈 및 상기 제3렌즈는 각각, 양면이 비구면인 것을 특징으로 하는 광각 촬상 렌즈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2렌즈 및 상기 제3렌즈의 재질이 플라스틱인 것을 특징으로 하는 광각 촬상 렌즈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2렌즈 및 상기 제3렌즈의 재질의 흡수율이 0.3% 이하인 것을 특징으로 하는 광각 촬상 렌즈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제3렌즈는 폴리올레핀계의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 렌즈.
  6. 제1항에 있어서, 화각이 대각으로 140° 이상의 광각인 것을 특징으로 하는 광각 촬상 렌즈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2렌즈의 물체측의 면이, 광축 근방에서 물체측으로 오목형상이며, 광축으로부터 멀어짐에 따라 그 네거티브의 파워가 약해지는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 렌즈.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2렌즈의 물체측의 면이, 광축으로부터 멀어짐에 따라 주변부에서 물체측으로 오목형상에서 볼록형상으로 변화되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 렌즈.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제2렌즈의 상측의 면이, 광축 근방의 형상이 상측으로 오목하고, 광축으로부터 멀어짐에 따라 그 네거티브의 파워가 강해지는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 렌즈.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제2렌즈의 상측의 면이, 광축 근방의 형상이 상측으로 볼록하고, 광축으로부터 멀어짐에 따라 그 포지티브의 파워가 약해지는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 렌즈.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제2렌즈의 상측의 면이, 광축 근방의 형상이 상측으로 오목하고, 광축으로부터 멀어짐에 따라 그 네거티브의 파워가 강해지는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 렌즈.
  12. 제8항에 있어서, 상기 제2렌즈의 상측의 면이, 광축 근방의 형상이 상측으로 볼록하고, 광축으로부터 멀어짐에 따라 그 포지티브의 파워가 강해지는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 렌즈.
  13. 제10항에 있어서, 상기 제2렌즈의 상측의 면이, 광축으로부터 멀어짐에 따라 주변부에서 상측으로 볼록형상에서 오목형상으로 변화되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 렌즈.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제2렌즈의 상측의 면이, 광축으로부터 멀어짐에 따라 주변부에서 상측으로 볼록형상에서 오목형상으로 변화되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 렌즈.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1렌즈의 물체측의 면의 정점에서 촬상소자면까지의 거리를 L, 상기 제3렌즈의 상측의 면의 정점에서 촬상소자면까지의 거리를 BF로 할 때,
    3 < L/BF < 7 …… (1)
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 렌즈.
  16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 렌즈계 전체의 초점거리를 f, 상기 제1렌즈의 초점거리를 f1로 할 때,
    2 <｜f1/f｜< 11 …… (2)
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 렌즈.
  17. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1렌즈의 물체측의 면의 정점에서 촬상소자면까지의 거리를 L, 최대 상 높이를 x, 대각 화각을 2ω(radian)으로 할 때,
    L / (2ωx) < 2.3 …… (3)
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 렌즈.
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