KR20080043693A - Wide-angle lens and optical system having the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 넓은 화각을 갖고 소형화가 가능한 광학계 및 이에 구비되는 광각렌즈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이동통신단말기, PDA 등 소형 기기의 카메라 모듈에 탑재되거나 도어 감시용, 차량 후방 감시용 등 각종 감시 카메라 등에 이용가능한 촬상용 광학계, 또는 피사체의 움직임을 감지하는 센싱용 광학계 등을 구현할 수 있는, 광각렌즈를 구비하는 광학계 및 이에 구비되는 광각렌즈에 관한 것이다. The present invention relates to an optical system having a wide angle of view and to a miniaturization thereof, and more particularly, to a variety of surveillance devices, such as those mounted on a camera module of a small device such as a mobile communication terminal or a PDA, or for door monitoring or vehicle rear monitoring. The present invention relates to an optical system having a wide-angle lens and a wide-angle lens provided therein, which can implement an optical system for imaging that can be used in a camera or the like, or an optical system for sensing a motion of a subject.
이동통신단말기, PDA 등 소형 기기의 카메라 모듈에 탑재되거나 도어 감시용, 차량 후방 감시용 등 각종 감시 카메라 등에 이용가능한 촬상용 광학계는 소형인 동시에 근거리에서 촬영범위가 넓은 것이 바람직하다. The optical system for imaging mounted on a camera module of a small device such as a mobile communication terminal or a PDA, or used for various surveillance cameras such as door monitoring and vehicle rear monitoring is preferably small and has a wide photographing range at a short range.
이러한 요구를 충족시키기 위하여 다수의 렌즈를 조합시킨 구성이 사용되는 경우가 많았으나, 이는 고비용의 원인이 되거나 광학계의 소형화를 어렵게 하는 요인이 되어 왔다. In many cases, a combination of a plurality of lenses has been used to meet such demands, but this has been a cause of high cost and a difficulty in miniaturizing the optical system.
또한, 단 한장의 렌즈를 사용하고자 하는 시도가 있었으나, 화각이 작거나 왜곡, 구면수차 등 각종 수차 성능이 저하되는 문제가 있었다. In addition, there have been attempts to use only one lens, but there are problems in that various aberration performances such as a small angle of view, distortion, spherical aberration, and the like are deteriorated.
따라서, 단 1장의 렌즈를 이용하면서도 고화각을 실현할 수 있고, 수차 성능이 개선되고 아울러 적절한 해상도를 확보할 수 있는 촬상용 광학계가 요청되고 있다. Therefore, there has been a demand for an optical system for imaging that can realize a high angle of view while using only one lens, improve aberration performance, and secure an appropriate resolution.
이러한 요구는 촬상용 광학계 뿐만 아니라 물체(피사체)의 움직임을 감지하기 위한 센싱용 광학계에서도 요청되고 있다. Such a request is required not only for the optical system for imaging but also for the optical system for sensing for detecting the movement of an object (subject).
도 1은 피사체의 움직임을 감지하기 위하여 사용되는 종래의 광학식 포인팅 장치의 원리를 도시하는 개략도이다. 1 is a schematic diagram showing the principle of a conventional optical pointing device used for detecting a movement of a subject.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 광학식 포인팅 장치는 일반적으로 LED 등으로 이루어지며 빛을 조사하는 광원부(11)와, 상기 광원부(11)에서 조사된 빛에 의해 피사체(12)에서 반사된 빛을 집광하는 렌즈부(13)와, 상기 렌즈부(13)에 의해 집광된 이미지를 감지하여 상기 피사체(12)의 움직임을 검출하는 광센서(14)를 포함한다. As shown in FIG. 1, a conventional optical pointing device is generally made of an LED or the like, and includes a
이러한 피사체(12)는 일반적인 광학식 마우스의 경우 지면 또는 지면에 대응하는 패드로 이루어지게 되며, 이러한 마우스는 사용자가 마우스를 이동시킴에 따라 피사체(지면)의 상대적인 이동이 광센서(14)에 검출되어 포인팅(위치 설정) 작업이 수행된다. In the case of a general optical mouse, the
최근에는 이러한 광학식 포인팅 장치를 이동통신단말기와 같은 모바일 기기에 적용하고자 하는 시도가 있다. 대한민국 특허공보 제534397호에는 이동통신단말기에 광학식 포인팅 장치를 적용하는 기술이 개시되어 있다. Recently, there is an attempt to apply such an optical pointing device to a mobile device such as a mobile communication terminal. Korean Patent Publication No. 534397 discloses a technique of applying an optical pointing device to a mobile communication terminal.
이와 같이, 이동통신단말기에 적용되는 광학식 포인팅 장치는 피사체로서 손가락의 표면을 이용하며, 손가락의 움직임을 광센서(14)를 통하여 감지하여 포인팅 작업을 수행하게 된다. As such, the optical pointing device applied to the mobile communication terminal uses the surface of the finger as a subject, and detects the movement of the finger through the
그러나, 이동통신단말기 등의 모바일 기기에 광학식 포인팅 장치를 적용하기 위해서는 센싱용 광학계의 크기가 작아야 하며, 주변부 광량을 확보할 수 있고, 왜곡이 적고 넓은 화각을 가져야 한다는 제약이 있다. However, in order to apply an optical pointing device to a mobile device such as a mobile communication terminal, the size of the optical system for sensing should be small, the amount of peripheral light can be secured, the distortion must be small, and the view angle should be limited.
따라서, 전술한 문제점들 중 적어도 일부를 극복할 수 있는 광학계의 필요성이 대두되고 있다. Accordingly, there is a need for an optical system that can overcome at least some of the problems described above.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소형화가 가능하고 넓은 화각 및 적절한 해상도를 갖는 광각렌즈 및 이를 구비하는 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a wide-angle lens capable of miniaturization, a wide angle of view and an appropriate resolution, and an optical system having the same.
또한, 본 발명은 주변광량을 충분히 확보할 수 있으며, 저 비용으로 구현할 수 있는 광각렌즈 및 이를 구비하는 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a wide-angle lens that can ensure a sufficient amount of ambient light, and can be implemented at a low cost and an optical system having the same.
상기의 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서 본 발명은, 물체측 면이 물체측으로 볼록한 형상을 가지고, 상측 면이 광축상에서 상측으로 볼록한 형상을 가지며, 물체측 면과 상측 면 중 적어도 하나의 굴절면이 비구면으로 이루어지는 광각렌즈; 를 포함하며, 굴절 렌즈로서 상기 광각렌즈 1매만을 포함하는 광각렌즈를 구비하는 광학계를 제공한다. As one aspect for achieving the above object, the present invention, the object side surface has a convex shape toward the object side, the upper surface has a convex shape from the upper side on the optical axis, at least one refractive surface of the object side surface and the upper surface is an aspherical surface Wide-angle lens consisting of; It includes, and provides an optical system having a wide-angle lens including only one of the wide-angle lens as a refractive lens.
바람직하게, 상기 광각렌즈의 상측 면은 주변부에서 상측으로 오목하거나 볼록한 형상을 가질 수 있다. Preferably, the image side surface of the wide-angle lens may have a concave or convex shape from the peripheral portion to the image side.
더욱 바람직하게, 상기 광각렌즈의 물체측 면이 개구 조리개의 후방에 배치되고, 상기 광각렌즈의 상측 면이 결상면(結像面) 전방에 배치될 때, 광축방향의 치수에 관하여 다음의 조건식 1을 만족할 수 있다. More preferably, when the object-side surface of the wide-angle lens is disposed behind the aperture stop and the image-side surface of the wide-angle lens is disposed in front of the imaging surface, the following
[조건식 1] 1.0 < TL/f < 3.5
여기서, TL : 개구 조리개로부터 결상면(結像面)까지의 거리 TL: distance from the aperture stop to the image plane
f: 광학계의 초점거리 f: focal length of optical system
또한 바람직하게, 상기 광각렌즈의 물체측 면이 개구 조리개의 후방에 배치되고, 상기 광각렌즈의 상측 면이 결상면(結像面) 전방에 배치될 때, 대각 화각에 대하여 다음의 조건식 2를 만족할 수 있다. Also preferably, when the object-side surface of the wide-angle lens is disposed behind the aperture stop and the image-side surface of the wide-angle lens is disposed in front of the image forming surface, the following
[조건식 2] 30 < FOV/TL < 150
여기서, FOV : 대각 화각 Where: FOV: Diagonal Angle of View
TL : 개구 조리개로부터 결상면(結像面)까지의 거리 TL: distance from the aperture stop to the image plane
또한 바람직하게, 상기 광각렌즈의 굴절률에 관하여 다음의 조건식 3을 만족할 수 있다. Also preferably, the following
[조건식 3] 1.49 < N < 1.67 조건 1.49 <N <1.67
여기서, N : 광각렌즈의 굴절률 Where N is the refractive index of the wide-angle lens
한편, 상기 광각렌즈는 피사체에서 반사된 빛을 집광하여 센서에 이미지가 맺히게 하며, 상기 피사체는 광원부에서 조사된 빛을 반사할 수 있다. The wide angle lens collects light reflected from a subject to form an image on a sensor, and the subject may reflect light emitted from a light source unit.
이때, 상기 광각렌즈의 물체측 면이 개구 조리개의 후방에 배치되고, 상기 광각렌즈의 상측 면이 결상면(結像面) 전방에 배치될 때, 상기 광각렌즈의 굴절률에 관하여 다음의 조건식 3을 만족하거나, 광축방향의 치수에 관하여 다음의 조건식 4를 만족하거나, 대각 화각에 대하여 다음의 조건식 5를 만족할 수 있다. In this case, when the object-side surface of the wide-angle lens is disposed behind the aperture stop, and the image-side surface of the wide-angle lens is disposed in front of the image forming surface, the following
[조건식 3] 1.49 < N < 1.67 조건 1.49 <N <1.67
[조건식 4] 2.5 < TL/f < 3.5
[조건식 5] 80 < FOV/TL < 150 [Condition 5] # 80 <FOV / TL <150
여기서, N : 광각렌즈의 굴절률 Where N is the refractive index of the wide-angle lens
TL : 개구 조리개로부터 결상면까지의 거리 TL: distance from the aperture stop to the image plane
f: 광학계의 초점거리 f: focal length of optical system
FOV : 대각 화각 FOV: Diagonal Angle of View
다른 측면으로서 본 발명은, 물체측으로 볼록한 형상을 갖는 물체측 면과, 광축상에서 상측으로 볼록한 형상을 갖는 상측 면을 구비하며, 상기 물체측 면과 상측 면 중 적어도 하나의 굴절면이 비구면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광각렌즈를 제공한다. As another aspect, the present invention provides an object side surface having a convex shape on the object side, and an upper surface having a convex shape on the optical axis, wherein at least one of the refractive surface of the object side surface and the upper surface is an aspherical surface. A wide-angle lens is provided.
바람직하게, 상기 광각렌즈의 상측 면은 주변부에서 상측으로 오목하거나 볼록한 형상을 가질 수 있다. Preferably, the image side surface of the wide-angle lens may have a concave or convex shape from the peripheral portion to the image side.
더욱 바람직하게, 상기 광각렌즈의 물체측 면이 개구 조리개의 후방에 배치되고, 상기 광각렌즈의 상측 면이 결상면(結像面) 전방에 배치될 때, 광축방향의 치수에 관하여 다음의 조건식 1 또는 다음의 조건식 4를 만족하거나, 대각 화각에 대하여 다음의 조건식 2 또는 다음의 조건식 5를 만족하거나, 광각렌즈의 굴절률에 관하여 다음의 조건식 3을 만족할 수 있다. More preferably, when the object-side surface of the wide-angle lens is disposed behind the aperture stop and the image-side surface of the wide-angle lens is disposed in front of the imaging surface, the following
[조건식 1] 1.0 < TL/f < 3.5
[조건식 2] 30 < FOV/TL < 150
[조건식 3] 1.49 < N < 1.67 조건 1.49 <N <1.67
[조건식 4] 2.5 < TL/f < 3.5
[조건식 5] 80 < FOV/TL < 150 [Condition 5] # 80 <FOV / TL <150
여기서, TL : 개구 조리개로부터 결상면까지의 거리 TL: distance from the aperture stop to the image plane
f: 광학계의 초점거리 f: focal length of optical system
FOV : 대각 화각 FOV: Diagonal Angle of View
N : 광각렌즈의 굴절률 N: refractive index of wide angle lens
본 발명에 의하면, 광학계의 소형화 및 박형화가 가능하고 비교적 넓은 화각을 가지며 왜곡이 적고 화상을 표현할 수 있는 적절한 해상도를 가지므로 이동통신단말기, PDA 등 소형 기기의 카메라 모듈에 탑재되거나 도어 감시용, 차량 후방 감시용 등 각종 감시 카메라 등의 촬상용 광학계에 적용할 수 있다는 효과를 갖게 된다. According to the present invention, since the optical system can be miniaturized and thinned, has a relatively wide angle of view, has a low distortion, and has an appropriate resolution to represent an image, it is mounted on a camera module of a small device such as a mobile communication terminal, a PDA, or a door monitoring device. It has an effect that it can be applied to imaging optical systems such as various surveillance cameras such as rear surveillance.
또한 본 발명에 의하면, 광학계의 소형화 및 박형화가 가능하고 넓은 화각을 가지므로 피사체의 움직임을 감지할 수 있는 센싱용 광학계에서도 우수한 성능을 발휘할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다. In addition, according to the present invention, since the optical system can be miniaturized and thinned, and has a wide angle of view, an excellent performance can be obtained even in a sensing optical system capable of detecting a movement of a subject.
그리고. 본 발명에 의하면 주변부 광량을 충분히 확보하여 센서 주변부의 이미지가 명확하고, 센서의 주변부에서도 피사체의 움직임을 감지할 수 있다는 효과가 있게 된다. And. According to the present invention, the image of the peripheral part of the sensor is clear by sufficiently securing the peripheral light amount, and the peripheral part of the sensor can detect the movement of the subject.
또한, 플라스틱 재질의 렌즈를 사용함으로써 경량화를 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 제작이 용이하여 대량생산이 가능하고 제조비가 적게 든다는 효과를 얻을 수 있다. In addition, by using a plastic lens, not only can be reduced in weight, but also easy to manufacture, mass production is possible, and the manufacturing cost is low.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2 내지 도 5, 도 8은 본 발명의 여러 실시예에 의한 광각렌즈를 구비하는 광학계의 렌즈 구성도이다. 2 to 5 and 8 are lens configuration diagrams of an optical system having a wide-angle lens according to various embodiments of the present invention.
이하의 렌즈 구성도에서, 렌즈의 두께, 크기, 형상은 설명을 위해 다소 과장되게 도시될 수 있으며, 특히 렌즈 구성도에서 제시된 구면 또는 비구면의 형상은 일 예로 제시되었을 뿐 이 형상에 한정되지 않는다. In the lens configuration diagram below, the thickness, size, and shape of the lens may be somewhat exaggerated for description, and in particular, the shape of the spherical or aspherical surface shown in the lens configuration is merely an example and is not limited thereto.
또한, 본 발명에 의한 광각렌즈를 구비하는 광학계는, 이동통신단말기, PDA 등 소형 기기에 탑재되는 카메라 모듈, 또는 도어 감시용, 차량 후방 감시용 등 각종 감시 카메라 등에 사용되는 촬상용 광학계 뿐만 아니라 피사체의 움직임을 감지하는 센싱용 광학계에 사용될 수도 있다. The optical system having the wide-angle lens according to the present invention is not only a camera module mounted in a small device such as a mobile communication terminal or a PDA, but also an imaging system used for various surveillance cameras such as door monitoring and vehicle rear monitoring. It can also be used in the sensing optical system for detecting the movement of the.
도 2 내지 도 5, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 광학계는 물체측으로부터 순서대로, 불필요한 광을 차단하는 개구 조리개(AS), 광각렌즈(L), 결상면(結像面)(IP)이 위치한다. 이때, 본 발명에 의한 광학계는 곡면의 굴절면을 갖는 굴절 렌즈로서 광각렌즈(L) 1매 만이 사용된다. 2 to 5 and 8, the optical system according to an embodiment of the present invention is an aperture stop (AS), a wide-angle lens (L), an imaging surface (blocking the unnecessary light in order from the object side) IP is located. At this time, in the optical system according to the present invention, only one wide-angle lens L is used as a refractive lens having a curved refractive surface.
그리고, 상기 결상면(結像面)(IP)은 이미지 센서 또는 광센서에 대응하며, 이러한 센서는 광각렌즈(L)를 통과한 빛을 감지하여 전기적 신호로 변환시키도록 CCD(전하결합소자) 또는 CMOS(보상금속반도체) 등으로 이루어질 수 있다. In addition, the imaging surface IP corresponds to an image sensor or an optical sensor, and the sensor detects light passing through the wide-angle lens L and converts the light into an electrical signal. Or CMOS (Compensation Metal Semiconductor).
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 광학적 성능 개선을 위하여 광각렌즈(L)와 결상면(IP) 사이에는 적외선 필터, 커버 글래스(cover glass) 등에 대응하는 광학적 필터(OF)가 설치될 수 있으며, 이러한 광학적 필터(OF)는 본 발명에 의한 광학계의 광학적 특성에는 원칙적으로 영향을 미치지 않는 것으로 본다. Meanwhile, as shown in FIG. 8, an optical filter (OF) corresponding to an infrared filter, a cover glass, or the like may be installed between the wide-angle lens L and the imaging surface IP to improve optical performance. The optical filter OF is considered to have no influence on the optical characteristics of the optical system according to the present invention.
본 발명의 일 실시예에 의한 광각렌즈를 구비하는 광학계는 감시 카메라 등의 촬상 광학계나 센싱용 광학계 등에 적합하도록 넓은 촬영범위, 즉 큰 화각을 갖고, 소형화를 위해서 광축방향의 치수가 충분히 작을 필요가 있다. 즉, 휴대용 이동통신단말기, PDA 등의 모바일 기기나 감시 카메라 등에 탑재되기 위하여 본 발명에 의한 광학계는 큰 화각을 가짐과 동시에 초점거리가 짧을 필요가 있게 된다. An optical system having a wide-angle lens according to an embodiment of the present invention has a wide shooting range, that is, a large field of view, suitable for imaging optical systems such as surveillance cameras, sensing optical systems, and the like. have. That is, the optical system according to the present invention needs to have a large field of view and a short focal length in order to be mounted on a mobile device such as a portable mobile communication terminal, a PDA, or a surveillance camera.
이를 위하여, 본 발명에 의한 광학계는 도 2 내지 도 5, 도 8에 도시된 바와 같이, 물체측 면(2)이 물체측으로 볼록한 형상을 가지고, 상측 면(3)이 광축상에서 상측으로 볼록하고 주변부에서 상측으로 오목하거나 볼록한 형상을 갖는 광각렌즈(L)를 구비하게 된다. To this end, the optical system according to the present invention has a shape in which the
또한, 구면수차, 왜곡 등 각종 수차를 보정하고 적절한 해상도를 확보하기 위하여 상기 광각렌즈(L)의 물체측 면(2)과 상측 면(3) 중 적어도 하나의 굴절면은 비구면으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 광각렌즈(L)의 상측 면(3)이 비구 면으로 이루어질 수 있으나, 후술하는 제1 내지 제5 실시예에서와 같이 물체측 면(2)과 상측 면(3)이 모두 비구면으로 형성될 수도 있다. In addition, in order to correct various aberrations such as spherical aberration and distortion, and to ensure proper resolution, at least one of the refractive surfaces of the object-
그리고, 상기 광각렌즈(L)의 물체측 면(2)은 물체측에서 입사된 빛을 집광하여 짧은 초점거리를 갖도록 하고 상측 면(3)은 집광된 빛을 결상면(結像面)(IP)의 주변부까지 넓게 퍼뜨리게 된다. 이를 위하여, 상기 광각렌즈(L)의 상측 면(3)은 하나 이상의 변곡점을 가지는 것이 바람직하다. The object-
한편, 본 발명에 의한 광각렌즈를 구비하는 광학계는 촬상 광학계 뿐만 아니라, 피사체의 움직임을 감지하는 센싱용 광학계에 사용될 수도 있다. On the other hand, the optical system having a wide-angle lens according to the present invention can be used not only for the imaging optical system, but also for the sensing optical system for sensing the movement of the subject.
도 11을 참조하여 본 발명에 의한 광각렌즈를 구비하는 광학계가 센싱용 광학계의 일 예인 광학식 포인팅 장치에 적용된 예를 살펴본다. An example in which an optical system having a wide-angle lens according to the present invention is applied to an optical pointing device as an example of a sensing optical system will be described with reference to FIG. 11.
도 11에 도시된 바와 같이, 광학식 포인팅 장치는 빛을 조사하는 광원부(110)와, 상기 광원부(110)에서 조사된 빛에 의해 피사체(120)에서 반사된 빛을 집광하며 본 발명에 의한 광각렌즈를 구비하는 광학계가 적용되는 렌즈부(130)와, 상기 렌즈부(130)에 의해 집광된 이미지를 감지하여 피사체(120)의 움직임을 검출하는 광센서(이미지 센서)(140)[도 2의 상면(IP)에 대응]를 포함한다. As shown in FIG. 11, the optical pointing device collects the light reflected from the subject 120 by the
상기 광원부(110)는 고휘도의 발광 다이오드(LED)로 이루어질 수 있으나, 피사체(120)에 빛을 조사하여 반사된 빛이 광센서(140)에서 인식될 수 있다면 이에 한정되는 것은 아니다. 마찬가지로, 상기 광센서(140)도 빛의 감도를 읽어내어 피사체(120)의 움직임을 감지할 수 있다면 그 종류는 특별히 한정되지 않는다. The
그리고, 상기 피사체(120)는 일반적인 광학식 마우스와 같이 지면 또는 지면에 대응하는 패드 등으로 이루어질 수 있으며, 이 경우에는 포인팅 장치를 직접 움직여 피사체(120)의 상대 이동을 감지하도록 구성할 수 있다. In addition, the subject 120 may be formed of a pad or the like corresponding to the ground or the ground like a general optical mouse. In this case, the subject 120 may be directly moved to sense the relative movement of the subject 120.
그러나, 본 발명에 의한 광각렌즈를 구비하는 광학계는 특히 초소형이라는 점에서, 이동통신단말기 등의 모바일 기기에 탑재되는 광학식 포인팅 장치에도 적용될 수 있으며, 이러한 경우에는 손가락의 표면이 피사체(120)에 대응할 수 있다. 즉, 포인팅 장치가 고정된 상태에서 피사체(120)에 대응하는 손가락 표면의 움직임을 감지하여 포인팅(방향 설정) 작업을 수행하도록 구성할 수 있다. However, since the optical system having the wide-angle lens according to the present invention is particularly small, the optical system may be applied to an optical pointing device mounted on a mobile device such as a mobile communication terminal. In this case, the surface of the finger may correspond to the subject 120. Can be. That is, the pointing device may be configured to detect a movement of a finger surface corresponding to the subject 120 and perform a pointing (direction) operation while the pointing device is fixed.
한편, 상기 렌즈부(130)에는 본 발명에 의한 광각렌즈를 구비하는 광학계가 적용되며, 이를 통하여 포인팅 작업에 적합하도록 넓은 화각을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 포인팅 장치의 소형화가 가능하게 된다. On the other hand, the
즉, 상기 렌즈부(130)는 전술한 바와 같은 광각렌즈(L)를 포함하여 구성되며, 상기 광각렌즈(L)만이 굴절 렌즈의 기능을 수행하게 된다. 광각렌즈(L)의 구성은 전술한 바와 같으며, 중복을 피하기 위하여 상세한 설명은 생략한다. That is, the
이와 같은 전체적인 구성 하에서 다음의 조건식 1 내지 5의 작용효과에 대해 살펴본다. Look at the effect of the following
[조건식 1] 1.0 <
여기서, TL은 개구 조리개(AS)로부터 결상면(結像面)(IP)까지의 거리이고, f 는 광학계의 초점거리이다. Here, TL is the distance from the aperture stop AS to the imaging surface IP, and f is the focal length of the optical system.
조건식 1은 광학계의 광축방향의 치수에 관한 것으로, 본 발명에 의한 광학계의 소형화에 관한 조건이다.
조건식 1의 상한을 벗어나면 본 발명의 특징인 소형화에 반하게 되어 이동통신단말기, PDA 등 초소형 모바일 기기에 탑재되는 카메라 모듈, 또는 도어용, 차량 후방 감시용 등 각종 감시 카메라 등의 촬상용 광학계, 또는 피사체의 움직임을 감지하는 센싱용 광학계에 적용하기 어려워진다. If the deviation from the upper limit of the
반대로 조건식 1의 하한을 벗어나면 주변 광량비가 작아져서 이미지 센서(광센서)에서 이미지의 감지가 이루어지기 어렵고 제작성이 저하된다. On the contrary, if the condition is outside the lower limit of
[조건식 2] 30 <
여기서, FOV는 광학계의 대각 화각이고, TL은 개구 조리개(AS)로부터 결상면(結像面)(IP)까지의 거리이다. Here, FOV is a diagonal angle of view of the optical system, and TL is a distance from the aperture stop AS to the image plane IP.
조건식 2는 화각에 관한 조건식으로서, 조건식 2의 하한을 벗어나게 되면 피사체의 인식 거리가 멀어져서 광학계의 효율성이 떨어지고, 상한을 벗어나게 되면 주변광량이 적어져 이미지 센서(광센서)의 주변부의 이미지가 어두워진다.
[조건식 3] 1.49 < N < 1.67 조건 1.49 <N <1.67
여기서, N은 광각렌즈의 굴절률이다. Where N is the refractive index of the wide-angle lens.
조건식 3은 광각렌즈(L)의 굴절률에 관한 조건으로 재질과 관련된다.
즉, 조건식 3은 광각렌즈(L)를 플라스틱 재질로 형성하기 위한 것으로서, 광각렌즈(L)의 굴절면 중 적어도 하나가 비구면으로 형성된다는 점을 고려할 때 저비용과 높은 생산성으로 렌즈를 제작하기 위한 조건이다. That is,
만약, 조건식 3의 상한과 하한을 벗어나면 재료비가 증가하게 되어 저비용의 관점에 반하게 된다. If the upper and lower limits of
[조건식 4] 2.5 <
여기서, TL은 개구 조리개(AS)로부터 결상면(結像面)(IP)까지의 거리이고, f는 광학계의 초점거리이다. Here, TL is the distance from the aperture stop AS to the imaging surface IP, and f is the focal length of the optical system.
조건식 4는 조건식 1과 마찬가지로 광학계의 광축방향의 치수에 관한 것으로, 피사체의 움직임을 감지하는 센싱용 광학계에 사용되는 경우에 보다 적합한 소형화에 관한 조건이다.
조건식 4의 상한을 벗어나면 조건식 1과 마찬가지로 본 발명의 특징인 소형화에 반하게 되어 센싱용 광학계, 또는 초소형 모바일 기기의 카메라 모듈에 탑재되거나 각종 감시 카메라 등에 사용되는 촬상용 광학계에 적용하기 어려워진다. If it is out of the upper limit of
반대로 조건식 4의 하한을 벗어나면 주변 광량비가 작아져서 이미지 센서(광센서)에서 이미지의 감지가 이루어지기 어렵게 되어, 특히 센싱용 광학계에 적용이 어렵게 된다. On the contrary, if the condition is outside the lower limit of
[조건식 5] 80 <
여기서, FOV는 광학계의 대각 화각이고, TL은 개구 조리개(AS)로부터 결상면(結像面)(IP)까지의 거리이다. Here, FOV is a diagonal angle of view of the optical system, and TL is a distance from the aperture stop AS to the image plane IP.
조건식 5는 조건식 2와 마찬가지로 촬영 범위(화각)에 관한 조건식으로서, 피사체의 움직임을 감지하는 센싱용 광학계에 사용되는 경우에 보다 적합한 촬영범위에 관한 조건이다.
조건식 5의 하한을 벗어나게 되면 피사체의 인식 거리가 멀어져서 광학계의 효율성이 떨어지고, 상한을 벗어나게 되면 주변광량이 적어져 이미지 센서(광센서)의 주변부의 이미지가 어두워지게 되어 특히 센싱용 광학계에 적용이 어렵게 된다. If the deviation from the lower limit of
이하, 구체적인 수치 실시예를 통하여 광각렌즈(L)를 구비하는 광학계에 대해 살펴본다. Hereinafter, the optical system having the wide-angle lens L will be described through specific numerical examples.
이하의 실시예 1 내지 5의 광각렌즈(L)는 모두 전술한 바와 같이, 물체측 면(2)이 물체측으로 볼록한 형상을 갖고, 상측 면(3)이 광축상에서 상측으로 볼록하고 주변부에서 상측으로 오목한 형상을 갖는다. 특히, 물체측 면(2)과 상측 면(3) 중 적어도 하나의 굴절면은 비구면으로 이루어진다. As described above, all of the wide-angle lenses L of Examples 1 to 5 have a shape in which the
또한, 상기 광각렌즈(L)의 물체측 면(2)의 전방(물체측)에는 불필요한 광을 차단하는 개구 조리개(AS)가 설치되며, 상측 면(3)의 후방에는 결상면(結像面)(IP)이 위치한다. 이때, 상기 결상면(結像面)(IP)은 이미지 센서 또는 광센서에 대응하며, 이러한 센서는 광각렌즈(L)를 통과한 빛을 감지하여 전기적 신호로 변환시키도록 CCD(전하결합소자) 또는 CMOS(보상금속반도체) 등으로 이루어질 수 있다. In addition, an opening diaphragm AS is provided in front of the object-
그리고, 도 8에 도시된 바와 같이, 광각렌즈(L)와 결상면(IP) 사이에는 적외선 필터, 커버 글래스(cover glass) 등에 대응하는 광학적 필터(OF)가 설치될 수 있으며, 이러한 광학적 필터(OF)는 본 발명에 의한 광학계의 광학적 특성에는 원칙적으로 영향을 미치지 않는 것으로 본다. 8, an optical filter OF corresponding to an infrared filter, a cover glass, or the like may be provided between the wide-angle lens L and the imaging surface IP. OF) does not appear to affect the optical properties of the optical system according to the present invention in principle.
이하의 각 실시예에서 사용되는 비구면은 공지의 수학식 1로부터 얻어지며, 코닉(Conic) 상수(K) 및 비구면 계수(A,B,C,D,E)에 사용되는 'E 및 이에 이어지는 숫자'는 10의 거듭제곱을 나타낸다. 예를 들어, E21은 1021을, E-02는 10-2을 나타낸다. The aspherical surface used in each of the following examples is obtained from well-known
여기서, Z : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리 Where Z is the distance from the apex of the lens to the optical axis direction
Y : 광축에 수직인 방향으로의 거리 Y: distance in the direction perpendicular to the optical axis
c : 렌즈의 정점에서의 곡률 반경(r)의 역수 c: inverse of the radius of curvature r at the vertex of the lens
K : 코닉(Conic) 상수 K: Conic constant
A,B,C,D,E,F : 비구면 계수 A, B, C, D, E, F: Aspheric coefficient
[제1 [First 실시예Example ] ]
하기의 표 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광각렌즈를 구비하는 광학계의 수치예를 나타내고 있다. Table 1 below shows a numerical example of the optical system having a wide-angle lens according to the first embodiment of the present invention.
또한, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도이다. 2 is a lens configuration diagram showing the lens arrangement of the optical system according to the first embodiment of the present invention.
제1 실시예에서, 광학계의 전체 초점거리(f)는 0.309㎜이고, 대각화각(FOV)은 100°이며, 개구 조리개(AS)로부터 결상면(結像面)(IP)까지의 거리(total length)(TL)는 0.9㎜이다. In the first embodiment, the total focal length f of the optical system is 0.309 mm, the diagonal angle of view FOV is 100 °, and the distance from the aperture stop AS to the image plane IP is total. length (TL) is 0.9 mm.
표 1에서 *는 비구면을 나타내며, 수학식 1에 의한 코닉 상수(K) 및 비구면 계수(A,B,C,D,E)의 값은 다음의 표 2와 같다. 또한, 표 1에서 광각렌즈의 상측 면(3)과 결상면(4) 사이의 거리는 디포커싱량을 포함한 값이다. In Table 1, * represents an aspherical surface, and the values of the koenic constant (K) and the aspherical coefficients (A, B, C, D, and E) according to
[제2 [Second 실시예Example ] ]
하기의 표 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광각렌즈를 구비하는 광학계의 수치예를 나타내고 있다. Table 3 below shows a numerical example of the optical system including the wide-angle lens according to the second embodiment of the present invention.
또한, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도이다. 3 is a lens configuration diagram showing the lens arrangement of the optical system according to the second embodiment of the present invention.
제2 실시예에서, 광학계의 전체 초점거리(f)는 0.309㎜이고, 대각화각(FOV)은 100°이며, 개구 조리개(AS)로부터 결상면(IP)까지의 거리(TL)는 1.01㎜이다. In the second embodiment, the total focal length f of the optical system is 0.309 mm, the diagonal angle of view FOV is 100 °, and the distance TL from the aperture stop AS to the image plane IP is 1.01 mm. .
표 3에서 *는 비구면을 나타내며, 수학식 1에 의한 코닉 상수(K) 및 비구면 계수(A,B,C,D,E)의 값은 다음의 표 4와 같다. 또한, 표 3에서 광각렌즈의 상측 면(3)과 결상면(4) 사이의 거리는 디포커싱량을 포함한 값이다. In Table 3, * represents an aspherical surface, and the values of the koenic constant (K) and the aspherical coefficients (A, B, C, D, and E) according to
[제3 [Third 실시예Example ] ]
하기의 표 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광각렌즈를 구비하는 광학계의 수치예를 나타내고 있다. Table 5 below shows a numerical example of the optical system having a wide-angle lens according to the third embodiment of the present invention.
또한, 도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광각렌즈를 구비하는 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도이다. 4 is a lens configuration diagram showing a lens arrangement of an optical system having a wide-angle lens according to a third embodiment of the present invention.
제3 실시예에서, 광학계의 전체 초점거리(f)는 0.305㎜이고, 대각화각(FOV)은 100°이며, 개구 조리개(AS)로부터 결상면(IP)까지의 거리(TL)는 0.96㎜이다. In the third embodiment, the total focal length f of the optical system is 0.305 mm, the diagonal angle of view FOV is 100 °, and the distance TL from the aperture stop AS to the image plane IP is 0.96 mm. .
표 5에서 *는 비구면을 나타내며, 수학식 1에 의한 코닉 상수(K) 및 비구면 계수(A,B,C,D,E)의 값은 다음의 표 6과 같다. 또한, 표 5에서 광각렌즈의 상측 면(3)과 결상면(4) 사이의 거리는 디포커싱량을 포함한 값이다. In Table 5, * represents an aspherical surface, and the values of the koenic constant (K) and the aspherical coefficients (A, B, C, D, and E) according to
[제4 [4th 실시예Example ] ]
하기의 표 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 광각렌즈를 구비하는 광학계의 수치예를 나타내고 있다. Table 7 below shows a numerical example of the optical system having a wide-angle lens according to the fourth embodiment of the present invention.
또한, 도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광각렌즈를 구비하는 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도이고, 도 6은 도 5에 도시된 제4 실시예의 제 수차도를 도시한 것으로, (a)는 구면수차, (b)는 비점수차, (c)는 왜곡을 각각 나타내며, 도 7은 도 5에 도시된 제4 실시예의 MTF 특성을 도시한 그래프이다. 5 is a lens configuration diagram illustrating a lens arrangement of an optical system having a wide-angle lens according to a fourth exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a fourth aberration diagram of the fourth exemplary embodiment illustrated in FIG. 5. (a) shows spherical aberration, (b) shows astigmatism, and (c) shows distortion, and FIG. 7 is a graph showing MTF characteristics of the fourth embodiment shown in FIG.
여기서, MTF(Modulation Transfer Function)는 밀리미터당 사이클의 공간주파수에 의존하며, 광의 최대 강도(Max)와 최소 강도(Min) 사이에 다음의 수학식 2로 정의되는 값이다. Here, MTF (Modulation Transfer Function) depends on the spatial frequency of the cycle per millimeter, and is a value defined by the following equation (2) between the maximum intensity (Max) and the minimum intensity (Min) of light.
즉, MTF가 1인 경우 가장 이상적이며 MTF 값이 감소하면 해상도가 떨어진다. In other words, if the MTF is 1, it is most ideal. If the MTF value decreases, the resolution drops.
한편, 이하의 비점수차도면의 "S"는 새지털(sagittal), "T"는 탄젠셜(tangential)을 나타낸다. On the other hand, "S" in the astigmatism drawings below represents sagittal, and "T" represents tangential.
제4 실시예에서 광학계의 전체 초점거리(f)는 0.75㎜이고, 대각화각(FOV)은 66°이며, 개구 조리개(AS)로부터 결상면(IP)까지의 거리(TL)는 1.2373㎜이다. In the fourth embodiment, the total focal length f of the optical system is 0.75 mm, the diagonal angle of view FOV is 66 °, and the distance TL from the aperture stop AS to the image plane IP is 1.2373 mm.
표 7에서 *는 비구면을 나타내며, 수학식 1에 의한 코닉 상수(K) 및 비구면 계수(A,B,C,D,E,F)의 값은 다음의 표 8과 같다. In Table 7, * represents an aspherical surface, and the values of the conic constant K and the aspherical coefficients A, B, C, D, E, and F according to
[제5 [5th 실시예Example ] ]
하기의 표 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 광각렌즈를 구비하는 광학계의 수치예를 나타내고 있다. Table 9 below shows a numerical example of the optical system having a wide-angle lens according to the fifth embodiment of the present invention.
또한, 도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 광각렌즈를 구비하는 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도이고, 도 9는 도 8에 도시된 제5 실시예의 제 수차도를 도시한 것으로, (a)는 구면수차, (b)는 비점수차, (c)는 왜곡을 각각 나타내며, 도 10은 도 8에 도시된 제5 실시예의 MTF 그래프이다. 8 is a lens configuration diagram illustrating a lens arrangement of an optical system having a wide-angle lens according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a view illustrating a fifth aberration diagram of the fifth embodiment shown in FIG. 8. (a) shows spherical aberration, (b) shows astigmatism, and (c) shows distortion, and FIG. 10 is an MTF graph of the fifth embodiment shown in FIG.
제5 실시예에서, 광학계의 전체 초점거리(f)는 1.2818㎜이고, 대각화각(FOV)은 66°이며, 개구 조리개(AS)로부터 결상면(IP)까지의 거리(TL)는 1.939㎜이다. In the fifth embodiment, the total focal length f of the optical system is 1.2818 mm, the diagonal angle of view FOV is 66 °, and the distance TL from the aperture stop AS to the image plane IP is 1.939 mm. .
표 9에서 *는 비구면을 나타내며, 수학식 1에 의한 코닉 상수(K) 및 비구면 계수(A,B,C,D,E)의 값은 다음의 표 10과 같다. In Table 9, * represents an aspherical surface, and the values of the koenic constant (K) and the aspherical coefficients (A, B, C, D, and E) according to
상기의 제1 실시예 내지 제5 실시예에 대한 조건식 1 내지 5의 값은 다음의 표 11과 같다. The values of
상기의 표 11에서와 같이 본 발명의 제1 내지 제5 실시예는 조건식 1 내지 5를 만족하고 있고, 특히 본 발명에 의한 광각렌즈를 구비하는 광학계가 센싱용 광학계로 이용되는 실시예에 관한 제1 내지 제3 실시예는 조건식 3 내지 5를 만족하고 있음을 확인할 수 있다. As shown in Table 11 above, the first to fifth embodiments of the present invention satisfy
한편, 본 발명에 의한 광학계가 센싱용 광학계로 이용되는 경우에 적합한 실시예인 제1 내지 제3 실시예는 다음의 표 12와 같이, 광축상(0.0 필드)의 광량과 대비할 때 주변부(1.0 필드)에서의 광량이 50% 이상의 높은 수준을 유지하게 된다. 또한, 제4 및 제 5 실시예도 촬상용 광학계에 더욱 적합하지만 광축상(0.0 필드)의 광량과 대비할 때 주변부(1.0 필드)에서의 광량이 대략 50%(49% 이상)의 높은 수준을 유지하므로 센싱용 광학계로 충분히 사용할 수 있음을 확인할 수 있다.Meanwhile, the first to third embodiments, which are suitable embodiments when the optical system according to the present invention is used as the sensing optical system, are compared with the peripheral portion (1.0 field) when compared with the amount of light on the optical axis (0.0 field), as shown in Table 12 below. The amount of light at is maintained at a high level of more than 50%. Further, the fourth and fifth embodiments are also more suitable for the optical system for imaging, but the amount of light at the peripheral portion (1.0 field) is maintained at a high level of approximately 50% (49% or more) as compared with the light amount on the optical axis (0.0 field). It can be confirmed that the optical system for sensing can be used sufficiently.
따라서, 본 발명에 의한 광각렌즈를 구비하는 광학계는 광축 근방뿐만 아니라 유효경 근처의 주변부에서도 피사체의 움직임을 잘 감지할 수 있다는 것을 확인할 수 있으며, 센싱용 광학계에 효율적으로 사용할 수 있게 된다. Therefore, the optical system having the wide-angle lens according to the present invention can confirm that the movement of the subject can be well detected not only in the vicinity of the optical axis but also in the periphery near the effective mirror, and can be effectively used for the sensing optical system.
제1 내지 제3 실시예의 광학계는 센싱용 광학계에 특히 적합한 실시예이지만, 이러한 실시예를 제4 및 제5 실시예의 광학계와 마찬가지로 감시 카메라 등의 촬상용 광학계에 적용할 수 있음은 물론이다. The optical system of the first to third embodiments is a particularly suitable embodiment for the sensing optical system, but it is obvious that this embodiment can be applied to imaging optical systems such as surveillance cameras as in the optical systems of the fourth and fifth embodiments.
또한, 제4 및 제5 실시예의 경우, 도 6 및 도 9에 도시된 바와 같이 제 수차의 특성이 우수하고, 도 7 및 도 10에 도시된 바와 같이 해상도가 우수하므로 감시 카메라 등의 촬상용 광학계에 적합하다. 다만, 제4 및 제5 실시예의 광학계는 촬상용 광학계에 특히 적합한 실시예이지만, 이러한 실시예를 표 12에서 살펴본 바와 같이 센싱용 광학계에도 적용할 수 있음은 물론이다. In addition, in the fourth and fifth embodiments, since the characteristics of the aberration are excellent as shown in Figs. 6 and 9, and the resolution is excellent as shown in Figs. Suitable for However, although the optical system of the fourth and fifth embodiments is a particularly suitable embodiment for the optical system for imaging, such an embodiment can be applied to the optical system for sensing as described in Table 12.
본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다. While the invention has been shown and described with respect to particular embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. I want to make it clear.
도 1은 일반적인 광학식 포인팅 장치의 개략도. 1 is a schematic view of a typical optical pointing device.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 광각렌즈를 구비하는 광학계의 렌즈 구성도. 2 is a lens configuration diagram of an optical system having a wide-angle lens according to a first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 광각렌즈를 구비하는 광학계의 렌즈 구성도. 3 is a lens configuration diagram of an optical system having a wide-angle lens according to a second embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 의한 광각렌즈를 구비하는 광학계의 렌즈 구성도. 4 is a lens configuration diagram of an optical system including a wide-angle lens according to a third embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 의한 광각렌즈를 구비하는 광학계의 렌즈 구성도. 5 is a lens configuration of an optical system having a wide-angle lens according to a fourth embodiment of the present invention.
도 6은 도 5에 도시된 광학계의 각종 수차도로서, FIG. 6 is various aberration diagrams of the optical system illustrated in FIG. 5.
(a)는 구면수차, (b)는 비점수차, (c)는 왜곡을 도시하는 수차도. (a) is spherical aberration, (b) is astigmatism, and (c) is aberration diagram showing distortion.
도 7은 도 5에 도시된 광학계의 MTF 특성을 도시한 그래프. 7 is a graph showing the MTF characteristics of the optical system shown in FIG.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 의한 광각렌즈를 구비하는 광학계의 렌즈 구성도. 8 is a lens configuration diagram of an optical system including a wide-angle lens according to a fifth embodiment of the present invention.
도 9는 도 8에 도시된 광학계의 각종 수차도로서, FIG. 9 is a diagram of various aberrations of the optical system illustrated in FIG. 8;
(a)는 구면수차, (b)는 비점수차, (c)는 왜곡을 도시하는 수차도. (a) is spherical aberration, (b) is astigmatism, and (c) is aberration diagram showing distortion.
도 10은 도 8에 도시된 광학계의 MTF 특성을 도시한 그래프. 10 is a graph showing the MTF characteristics of the optical system shown in FIG.
도 11은 본 발명에 의한 광각렌즈를 구비하는 광학계가 사용되는 광학식 포인팅 장치의 개략도. 11 is a schematic view of an optical pointing device in which an optical system having a wide-angle lens according to the present invention is used.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings
110...광원부 120...피사체 110 ...
130...렌즈부 140...광센서 130 ...
L...광각렌즈 AS...개구 조리개 L ... wide-angle lens AS ... aperture aperture
IP...결상면(結像面) OF...광학적 필터 IP ... imaging plane OF ... optical filter
1,2,3,4,5,6...면 번호1,2,3,4,5,6 ... face number
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AMND | Amendment | ||
J201 | Request for trial against refusal decision | ||
B601 | Maintenance of original decision after re-examination before a trial | ||
J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20100520 Effective date: 20111027 |