KR20170053408A - 초광각렌즈 모듈 - Google Patents

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KR20170053408A
KR20170053408A KR1020150155874A KR20150155874A KR20170053408A KR 20170053408 A KR20170053408 A KR 20170053408A KR 1020150155874 A KR1020150155874 A KR 1020150155874A KR 20150155874 A KR20150155874 A KR 20150155874A KR 20170053408 A KR20170053408 A KR 20170053408A
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Abstract

본 발명은 입사되는 빛의 경로를 변경하고 집중시켜 출사하는 제1렌즈부, 제1렌즈부에서 출사된 빛의 색수차를 보정하여 출사하는 제2렌즈부, 제1렌즈부와 상기 제2렌즈부 사이에 배치되는 조리개, 및 제2렌즈부에서 출사되는 빛의 경로를 변경시켜 상에 대한 수평방향화각과 수직방향화각 중 어느 하나의 화각을 더 넓게 하는 제3렌즈부를 포함하는 초광각렌즈모듈 및 그를 이용한 카메라를 제공하는 것이다.

Description

초광각렌즈 모듈{ULTRA WIDE ANGLE LENS MODULE}
본 발명은 초광각렌즈 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 이동통신단말기, 컴퓨터, 노트북 등의 소형 기기의 카메라 모듈에 탑재되거나 CCTV, 차량의 후방 감지 등의 각종 감시 카메라 등에 이용 가능한 렌즈는 소형인 동시에 촬영범위가 넓은 것이 바람직하다. 또한, 주변 온도 변화에 영향을 받지 않아 카메라 모듈에서 촬영되는 영상이 왜곡되는 것을 방지하여야 한다.
상기의 요구를 충족시키기 위해 초광각렌즈모듈에 관한 선행기술1이 제안되었다. 선행기술1은 적은 수의 렌즈를 이용하여 넓은 화각(180도 이상)을 구현하고, 왜곡 현상을 방지하며 비네팅 현상을 방지하도록 한다. 하지만, 보다 더 넓은 화각을 지원하여야 할 필요가 있으며, 복수의 구면렌즈를 이용하기 때문에 렌즈의 제조가 어렵고 비용이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 고해상도를 갖는 가시광선 및 근적외선용 감시카메라 핀홀렌즈에 관한 선행기술 2가 제안되었다. 선행기술2는 구면렌즈와 비구면렌즈를 적절히 조합하여 고해상도를 갖도록 하지만, 비구면렌즈의 개수가 증가하면 렌즈의 제조비용이 증가하게 되는 문제점이 있다. 또한, 감시카메라에 사용하기 위해서는 보다 넓은 화각을 갖는 렌즈의 개발을 해야 할 필요가 있다.
(선행기술 1)한국특허공개 10-2013-0056574호(2013.05.30. 공개) (선행기술 2)한국특허등록 10-1123776호(2012.02.28. 등록)
본 발명의 목적은, 제조가 쉽고 비용이 저렴하며 넓은 화각을 갖는 초광각렌즈 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1실시형태는, 입사되는 빛의 경로를 변경하고 집중시켜 출사하는 제1렌즈부, 제1렌즈부에서 출사된 빛의 색수차를 보정하여 출사하는 제2렌즈부, 제1렌즈부와 제2렌즈부 사이에 배치되는 조리개 및, 제2렌즈부에서 출사되는 빛의 경로를 변경시켜 상에 대한 수평방향화각과 수직방향화각 중 어느 하나의 화각을 더 넓게 하는 제3렌즈부를 포함하는 초광각렌즈모듈을 제공하는 것이다.
부가적으로, 상기 제1렌즈부는 부(-)의 굴절율을 가지며 피사체측으로 볼록한 매니스커스 타입의 제1렌즈, 제1렌즈에서 출사되는 빛의 경로를 변경시키며 상측으로 오목한 제2렌즈 및 제2렌즈에서 출사되는 빛의 경로를 변경시키며 피사체측과 상측 중 적어도 하나의 면이 블록한 제3렌즈를 포함한다.
부가적으로, 상기 제2렌즈부는 정(+)의 굴절율을 가지며 상측의 면의 곡률반경보다 피사체측의 곡률반경이 더 큰 제4렌즈와 부(-)의 굴절율을 가지며 피사체측의 곡율반경보다 상측의 곡률반경이 더 작은 제5렌즈를 포함하며, 제4렌즈와 제5렌즈는 접합된다.
부가적으로, 상기 제4렌즈는 상기 제5렌즈보다 낮은 굴절율을 갖고 높은 아베수를 갖도록 한다.
부가적으로, 상기 제3렌즈부는 비구면을 갖고 정(+)의 굴절율을 갖는 제6렌즈를 포함하고, 상기 제6렌즈에 의해 상에 대한 수평방향화각과 수직방향화각 중 상기 어느 하나의 화각을 더 넓게 한다.
본 발명에 따른 초광각렌즈 모듈 및 그를 이용한 카메라에 의하면, 210도 이상의 화각을 지원하고 제조비용이 저렴하다. 또한, 열에 의한 변형이 적기 때문에 다양한 환경에서 사용될 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 초광각렌즈 모듈을 채용한 카메라의 일 실시예를 나타내는 구조도이다.
도 2는 도 1에 도시된 초광각렌즈 모듈의 구조의 일 실시예를 나타내는 구조도이다.
도 3은 도 1에 도시된 초광각렌즈 모듈의 구조의 다른 실시예를 나타내는 구조도이다.
도 4는 도 1에 도시된 제3렌즈부에서 수평화각과 수직화각을 센서에 맺힌 상을 나타내는 도면이다.
도 5a는 본 발명에 따른 초광각렌즈에 의해 센서에 맺힌 상을 나타내는 도면이다.
도 5b는 본 발명과의 비교예에서 센서에 맺힌 상을 나타내는 도면이다.
도 6a는 본 발명에 따른 초광각렌즈모듈을 채용한 카메라가 후면에 설치된 자동차를 나타내는 도면이다.
도 6b는 본 발명에 따른 초광각렌즈모듈을 채용한 카메라가 전면과 후면에 설치된 자동차를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 초광각렌즈 모듈의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 초광각렌즈 모듈을 채용한 카메라의 일 실시예를 나타내는 구조도이고, 도 2는 도 1에 도시된 초광각렌즈 모듈의 구조의 일 실시예를 나타내는 구조도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 초광각렌즈모듈(100)는 입사되는 빛의 경로를 변경하고 집중시켜 출사하는 제1렌즈부(110), 제1렌즈부(110)에서 출사된 빛의 색수차를 보정하여 출사하는 제2렌즈부(130), 제1렌즈부(110)와 제2렌즈부(130) 사이에 배치되는 조리개(120), 및 제2렌즈부(130)에서 출사되는 빛의 경로를 변경시켜 상에 대한 수평방향화각과 수직방향화각 중 어느 하나의 화각을 더 넓게 하는 제3렌즈부(140)를 포함한다. 또한, 초광각렌즈모듈(100)은 초광각렌즈 모듈의 제3렌즈부(140)를 통과한 빛을 수광하는 센서부(150)를 더 포함할 수 있다.
제1렌즈부(110)는 입사되는 빛의 경로를 변경하고 집중시켜 해상도의 저하가 발생하지 않고 넓은 화각을 갖도록 할 수 있다. 또한, 제1렌즈부(110)는 빛의 경로를 변경시키는 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30)를 포함할 수 있다.
제1렌즈(10)는 유리재질이며, 피사체측에 가장 가깝게 배치된다. 또한, 제1렌즈(10)는 렌즈의 가장자리에서 광축으로 갈수록 얇아지는 단면 형상을 가질 수 있다. 제1렌즈(10)는 제2렌즈(20), 제3렌즈(30) 보다 상대적으로 큰 크기를 가질 수 있다. 또한, 제1렌즈(10)는 피사체측면인 제1면(1)의 곡률반경이 상측면인 제2면(2)의 곡률반경보다 더 크게 설정될 수 있다. 이로 인해 제1렌즈(10)의 제1면(1)과 제2면(2)을 통해 입사되는 빛의 경로를 변경시켜 제1렌즈(10)를 통과한 모든 빛이 제2렌즈(20)의 제1면(3)으로 입사되게 할 수 있다. 또한, 제1렌즈(10)는 입사각이 최대 210도가 되는 빛을 수광할 수 있고 빛의 경로를 변경시켜 제2렌즈(20)로 입사되는 빛의 입사각을 최대 132도로 변경시킬 수 있다. 따라서, 제1렌즈(10)로 인해 초광각렌즈모듈(100)은 넓은 화각을 보장할 수 있다. 또한, 제1렌즈(10)는 부(-)의 굴절율을 가지며, 제1면(1)과 제2면(2)은 구면일 수 있다. 또한, 제1렌즈(10)는 피사체측으로 볼록한 매니스커스 형상을 가질 수 있다. 또한, 제1렌즈(10)는 굴절율이 1.773이고 아베수(abbe number)는 49.6일 수 있다. 또한, 제1렌즈(10)의 초점거리는 -5.21mm일 수 있다.
제2렌즈(20)는 유리재질이며, 제1렌즈(10) 보다 상측에 가깝게 배치된다. 제2렌즈(20)는 제1렌즈(10)를 통과한 빛의 경로를 변경시켜 제2렌즈(20)를 통과한 모든 빛이 제3렌즈(30)로 전달되도록 할 수 있다. 따라서, 해상도가 저하되지 않게 된다. 또한, 제2렌즈(20)는 상측면인 제2면(4)이 구면이고 오목하게 될 수 있다. 또한, 제2렌즈(20)는 피사체측면인 제1면(3)이 구면이고 오목하게 될 수 있다. 이때, 제2렌즈(20)의 제1면(3)의 곡률반경은 제2면(4) 보다 더 크게 구현될 수 있다. 제2렌즈(20)는 제1렌즈(10)를 통과한 빛을 굴절시켜 제3렌즈(30)로 입사되는 빛의 최대 입사각이 69도가 되도록 할 수 있다. 또한, 제2렌즈(20)는 굴절율이 1.755이고 아베수는 52.3일 수 있다. 또한, 제2렌즈(20)의 초점거리는 -2.74mm일 수 있다.
제3렌즈(30)는 유리재질이며, 제2렌즈(20) 보다 상측에 가깝게 배치된다. 제3렌즈(30)는 제2렌즈(20)를 통과한 빛의 경로를 변경하고 조리개(120)를 통과시켜 해상도가 저하되지 않도록 한다. 제3렌즈(30)는 피사체측면인 제1면(5)과 상측면인 제2면(6) 모두 구면이고 볼록하게 할 수 있다. 또한, 제3렌즈(30)의 제1면(5)과 제2면(6)의 곡률반경을 일정하게 할 수 있다. 이렇게 제1면(5)과 제2면(6)의 곡률반경이 일정하게 되면, 제3렌즈(30)의 피사체측면과 상측면을 구별할 필요가 없어 제조 시에 보다 편리하게 조립할 수 있어 공정시간을 단축할 수 있다. 또한, 제3렌즈(30)는 제2렌즈(20)를 통과한 빛을 굴절시키고 조리개(120)를 통과시켜 제4렌즈(40)로 입사되는 빛의 최대 입사각이 74도가 되도록 할 수 있다. 제3렌즈(30)는 굴절율이 1.911이고 아베수는 35.3일 수 있다. 또한, 제3렌즈(30)의 초점거리는 3.27mm일 수 있다.
제2렌즈부(130)는 색수차를 보정할 수 있다. 제2렌즈부(130)는 제4렌즈(40)와 제5렌즈(50)를 포함할 수 있고, 제4렌즈(40)와 제5렌즈(50)는 서로 접함으로써 색수차를 보정할 수 있다.
제4렌즈(40)는 유리재질이며 제3렌즈(30)보다 상측에 가깝게 배치된다. 또한, 제4렌즈(40)는 정(+)의 굴절율을 가지며 피사체측면인 제1면(8)과 제5렌즈(50)과 접하는 상측면인 제2면(9) 모두 볼록하게 될 수 있다. 또한, 제4렌즈(40)는 제1면(8)의 곡률반경이 제2면(9)의 곡률반경 보다 더 크게 구현될 수 있다. 제4렌즈(40)는 제3렌즈(30)를 통과하여 입사되는 빛을 굴절시켜 제5렌즈(50)로 입사되는 빛의 최대 입사각이 57.4도가 되도록 할 수 있다.
제5렌즈(50)는 유리재질이며 제4렌즈(40)보다 상측에 가깝게 배치된다. 또한, 제5렌즈(50)는 부(-)의 굴절율을 가지며 제4렌즈(40)와 접하는 피사체측면인 제1면(9)과 상측면인 제2면(10) 모두 오목하게 될 수 있다. 또한, 제5렌즈(50)는 제1면(9)의 곡률반경 보다 제2면(10)의 곡귤반경이 더 크게 구현될 수 있다. 제5렌즈(50)는 제4렌즈(40)를 통과하여 입사되는 빛을 굴절시켜 제6렌즈(60)로 입사되는 빛의 최대 입사각이 135도가 되도록 할 수 있다.
그리고, 제4렌즈(40)는 제5렌즈(50)보다 낮은 굴절율을 갖고 높은 아베수를 가질 수 있다. 제4렌즈(40)는 굴절율이 1.804이고 아베수는 46.5일 수 있고 제5렌즈(50)는 굴절율이 1.923이고 아베수는 20.9일 수 있다. 또한 제4렌즈(40)와 제5렌즈(50)는 접합하여 초점거리가 -321.83mm가 될 수 있다.
조리개(120)는 제1렌즈부(110)와 제2렌즈부(130) 사이에 배치되어 제1렌즈부(110)를 통해 입사되는 광량을 조절할 수 있다. 즉, 조리개(120)는 제1렌즈부(110)를 통과한 빛의 세기에 대응하여 조절되어 광량을 조절한다.
제3렌즈부(140)는 수평방향화각과 수직방향화각 중 상기 어느 하나의 화각을 더 넓게 할 수 있다. 제3렌즈부(140)는 피사체측면인 제1면(11)과 상측면인 제2면(12)이 모두 비구면을 갖고 정(+)의 굴절율을 갖는 제6렌즈(60)를 포함할 수 있다. 제6렌즈(60)는 유리재질로 구현될 수 있으며, 상에 대한 수평방향화각과 수직방향화각 중 상기 어느 하나의 화각을 더 넓게 할 수 있다. 이때, 센서부(150)는 수평방향화각이 수직방향화각보다 더 넓기 때문에 수직방향의 화각을 더 넓게 할 수 있다. 따라서, 대각선 방향으로 화각이 증가할 수 있도록 할 수 있다. 제6렌즈(60)는 굴절율이 1.515이고 아베수는 63.4일 수 있다. 또한, 제6렌즈(6))는 초점거리가 2.88mm일 수 있다.
상기와 같이 구현된 초광각렌즈모듈(100)은 조리개(120)를 중심으로 피사체에 가까운 렌즈를 1군의 렌즈로 칭하고 조리개(120)를 중심으로 상측에 가까운 렌즈를 2군의 렌즈로 칭할 수 있다. 즉, 제1군의 렌즈는 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30)이고 제2군의 렌즈는 제4렌즈(40), 제5렌즈(50), 제6렌즈(60)일 수 있다. 이때, 제1군의 렌즈에 의해 초점거리가 -3.69mm이고 제2군의 렌즈에 의해 초점거리가 3.19mm일 수 있다.
또한, 초광각렌즈모듈(100)은 구면렌즈와 비구면렌즈를 각각 1군의 렌즈와 2군의 렌즈로 칭할 수 있다. 즉, 제1내지 제5렌즈(10 내지 50)를 1군의 렌즈라고 칭하고 제6렌즈(60)를 2군의 렌즈라고 칭할 수 있다. 이때, 1군의 렌즈에 의한 초점거리는 5.29mm이고 제2군의 렌즈에 의한 초점거리는 2.88mm일 수 있다.
하기의 표 1은 각 렌즈의 곡률, 두께, 직경을 나타낸다.
면번호 곡률 두께(mm) 재질(nd/vd) 직경(mm)
1 9.201 1.12 1.773/49.6 ф 12.36
2 2.650 1.98 ф 5.12
3 -145.088 0.50 1.755/52.3 ф 7.20
4 2.100 1.83 ф 3.58
5 5.692 1.06 1.911/35.3 ф 3.50
6 -5.692 0.38 ф 3.50
7 Stop 1.20 Ф 1.33
8 8.049 1.41 1.804/46.5 ф 3.50
9 -2.300 0.50 1.923/20.9 ф 3.50
10 15.115 0.10 ф 5.50
11 3.117 1.92 1.515/63.4 ф 5.50
12 -2.232 0.10 ф 5.50
13 Infinity 0.30 1.523/54.4 Ф 5.50
상기 표 1에서 면번호는 피사체에서 상쪽의 순서로 각 렌즈의 면에 증가하는 번호를 설정한 것이며, 1은 제1렌즈(10)의 피사체측 면의 면번호를 의미하고, 2는 제1렌즈(10)의 상측면의 면번호를 의미한다. 7은 조리개에 해당되고 13은 센서부 또는 필터부재의 면을 의미한다.
또한, 제6렌즈(60)의 피사체측면과 상측면은 하기의 수학식 1을 만족한다.
Figure pat00001
여기서, Z는 특정위치에서 새그(sag)를 의미한다. 또한, c는 곡률(1/r), k는 코닉상수(Conic constant), r은 곡률 반지름을 의미한다. 그리고, A~E는 순서대로 비구면 계수를 의미한다.
하기의 표 2는 제6렌즈(60)의 특성을 나타낸다.
제6 비구면 유리 렌즈 R1(피사체측면) R2(상측면)
곡률(r) 3.117 -2.232
코닉상수 (K) 0 0
A -3.213E-02 2.313E-02
B 1.586E-02 5.791E-03
C -5.198E-03 -8.443E-04
D 1.018E-03 2.291E-04
E -8.266E-05 7.963E-06
초광각렌즈모듈(100)은 제1렌즈 내지 제6렌즈(10 내지 60)와 필터부재(80)를 모두 유리재질로 제작할 수 있고, 유리재질은 열에 의한 변형이 작기 때문에 가혹한 온도 조건에서 사용이 가능할 수 있어 초광각렌즈는 열에 의한 변형이 적어 -40~85의 온도변화 범위에서도 해상도 변화가 발생하지 않아 다양한 환경에서 해상도를 보증할 수 있다.
그리고, 구면렌즈 보다 비구면렌즈의 제조비용이 비싸기 때문에, 초광각렌즈모듈(100)은 제1렌즈 내지 제6렌즈(10 내지 60) 중 제6렌즈(60)만이 비구면렌즈로 구성되도록 함으로써 제조단가를 낮출 수 있다.
또한, 초광각렌즈모듈(100)은 제3렌즈부(140)에서 조사되는 빛에 의해 생성되는 상을 감지하는 센서부(150)를 포함할 수 있다. 또한, 센서부(150)는 빛을 수광하는 센서(70)와, 센서(70)을 보호하는 커버글라스(80)와, 센서(70)에 조사되는 빛을 필터링하는 필터부재(90)가 배치될 수 있다. 센서부(150)는 도 1에 도시된 전원부(160)로부터 전원을 공급받아 동작하며 제1렌즈부 내지 제3렌즈부(140)를 통해 입사된 광을 통해 피사체의 상이 투영될 수 있으며, CCD, CMOS가 사용될 수 있다. 또한, 필터부재(90)는 적외선을 차단하는 적외선 차단(IR Cut-off) 필터 일 수 있다. 또한, 필터부재(90)는 적외선을 투과시킬 수 있는 적외선 투과(IR-pass)필터일 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 필터부재(90)는 유리재질일 수 있다. 여기서, 필터부재(90)는 센서부(150)에 인접하도록 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 센서부(150)와 일체로 형성될 수 있다. 또한, 필터부재(90)는 제3렌즈부(140)와 일체로 형성될 수 있다. 또한, 필터부재(90)는 렌즈의 사용 목적에 따라 생략할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 초광각렌즈 모듈의 구조의 다른 실시예를 나타내는 구조도이다.
도 3을 참조하면, 초광각렌즈모듈(100)의 제1렌즈(10a)는 유리재질이며, 피사체측에 가장 가깝게 배치된다. 또한, 제1렌즈(10a)는 렌즈의 가장자리에서 광축으로 갈수록 얇아지는 단면 형상을 가질 수 있다. 제1렌즈(10a)는 제2렌즈(20a), 제3렌즈(30a) 보다 상대적으로 큰 크기를 가질 수 있다. 또한, 제1렌즈(10a)는 피사체측면인 제1면(1a)의 곡률반경이 상측면인 제2면(2a)의 곡률반경보다 더 크게 설정될 수 있다. 이로 인해 제1렌즈(10a)의 제1면(1a)과 제2면(2a)을 통해 입사되는 빛의 경로를 변경시켜 제1렌즈(10a)를 통과한 모든 빛이 제2렌즈(20a)의 제1면(3a)으로 입사되게 할 수 있다. 또한, 제1렌즈(10a)는 입사각이 최대 210도가 되는 빛을 수광할 수 있고 빛의 경로를 변경시켜 제2렌즈(20a)로 입사되는 빛의 입사각을 최대 135도로 변경시킬 수 있다. 따라서, 제1렌즈(10a)로 인해 초광각렌즈모듈(100)은 넓은 화각을 보장할 수 있다. 또한, 제1렌즈(10a)는 부(-)의 굴절율을 가지며, 제1면(1a)과 제2면(2a)은 구면일 수 있다. 또한, 제1렌즈(10a)는 피사체측으로 볼록한 매니스커스 형상을 가질 수 있다. 또한, 제1렌즈(10a)는 굴절율이 1.603이고 아베수(abbe number)는 65.5일 수 있다. 또한, 제1렌즈(10a)의 초점거리는 -7.87mm일 수 있다.
제2렌즈(20a)는 유리재질이며, 제1렌즈(10a) 보다 상측에 가깝게 배치된다. 제2렌즈(20a)는 제1렌즈(10a)를 통과한 빛의 경로를 변경시켜 제2렌즈(20a)를 통과한 모든 빛이 제3렌즈(30a)로 전달되도록 할 수 있다. 따라서, 해상도가 저하되지 않게 된다. 또한, 제2렌즈(20a)는 상측면인 제2면(4a)이 구면이고 오목하게 될 수 있다. 또한, 제2렌즈(20a)는 피사체측면인 제1면(3a)이 구면이고 볼록하게 될 수 있다. 이때, 제2렌즈(20a)의 제1면(3a)의 곡률반경은 제2면(4a) 보다 더 크게 구현될 수 있다. 제2렌즈(20a)는 제1렌즈(10a)를 통과한 빛을 굴절시켜 제3렌즈(30a)로 입사되는 빛의 최대 입사각이 70.7도가 되도록 할 수 있다. 또한, 제2렌즈(20a)는 굴절율이 1.603이고 아베수는 65.5일 수 있다. 또한, 제2렌즈(20a)의 초점거리는 -3.52mm일 수 있다.
제3렌즈(30a)는 유리재질이며, 제2렌즈(20a) 보다 상측에 가깝게 배치된다. 제3렌즈(30a)는 제2렌즈(20a)를 통과한 빛의 경로를 변경하고 조리개(120)를 통과시켜 해상도가 저하되지 않도록 한다. 제3렌즈(30a)는 피사체측면인 제1면(5a)은 구면이고 오목할 수 있다. 또한 제1면(5a)은 곡률반경이 매우 커 오목하지 않게 판단될 수도 있다. 그리고, 제3렌즈(30a)의 상측면인 제2면(6a)은 구면이고 볼록하게 할 수 있다. 여기서, 제3렌즈(30a)의 피사체측면인 제1면(5a)와 상측면인 제2면(6a) 중 제2면(6a)이 볼록한 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 제1면(5a)와 상측면인 제2면(6a) 중 제1면(5a)이 볼록한 것도 가능하다.
또한, 제3렌즈(30a)는 제2렌즈(20a)를 통과한 빛을 굴절시키고 조리개(120a)를 통과시켜 제4렌즈(40a)로 입사되는 빛의 최대 입사각이 79.2도가 되도록 할 수 있다. 제3렌즈(30a)는 굴절율이 2.000 이고 아베수는 25.4일 수 있다. 또한, 제3렌즈(30a)의 초점거리는 5.22mm일 수 있다.
제2렌즈부(130)는 색수차를 보정할 수 있다. 제2렌즈부(130)는 제4렌즈(40a)와 제5렌즈(50a)를 포함할 수 있고, 제4렌즈(40a)와 제5렌즈(50a)는 서로 접함으로써 색수차를 보정할 수 있다.
제4렌즈(40a)는 유리재질이며 제3렌즈(30a)보다 상측에 가깝게 배치된다. 또한, 제4렌즈(40a)는 정(+)의 굴절율을 가지며 피사체측면인 제1면(8a)과 제5렌즈(50a)과 접하는 상측면인 제2면(9a) 모두 볼록하게 될 수 있다. 또한, 제4렌즈(40a)는 제1면(8a)의 곡률반경이 제2면(9a)의 곡률반경 보다 더 크게 구현될 수 있다. 제4렌즈(40a)는 제3렌즈(30a)를 통과하여 입사되는 빛을 굴절시켜 제5렌즈(50a)로 입사되는 빛의 최대 입사각이 30.1도가 되도록 할 수 있다.
제5렌즈(50a)는 유리재질이며 제4렌즈(40a)보다 상측에 가깝게 배치된다. 또한, 제5렌즈(50a)는 부(-)의 굴절율을 가지며 제4렌즈(40a)와 접하는 피사체측면인 제1면(9a)은 오목하게 될 수 있고 상측면인 제2면(10a)은 볼록하게 될 수 있다. 또한, 제5렌즈(50a)는 제1면(9a)의 곡률반경 보다 제2면(10a)의 곡귤반경이 더 크게 구현될 수 있다. 제5렌즈(50a)는 제4렌즈(40a)를 통과하여 입사되는 빛을 굴절시켜 제6렌즈(60a)로 입사되는 빛의 최대 입사각이 136.0도가 되도록 할 수 있다.
그리고, 제4렌즈(40a)는 제5렌즈(50a)보다 낮은 굴절율을 갖고 높은 아베수를 가질 수 있다. 제4렌즈(40a)는 굴절율이 1.804이고 아베수는 46.5일 수 있고 제5렌즈(50a)는 굴절율이 1.923이고 아베수는 20.9일 수 있다. 또한 제4렌즈(40a)와 제5렌즈(50a)는 접합하여 초점거리가 17.54mm가 될 수 있다.
조리개(120)는 제1렌즈부(110)와 제2렌즈부(130) 사이에 배치되어 제1렌즈부(110)를 통해 입사되는 광량을 조절할 수 있다. 즉, 조리개(120)는 제1렌즈부(110)를 통과한 빛의 세기에 대응하여 조절되어 광량을 조절한다.
제3렌즈부(140)는 수평방향화각과 수직방향화각 중 상기 어느 하나의 화각을 더 넓게 할 수 있다. 제3렌즈부(140)는 피사체측면인 제1면(11a)과 상측면인 제2면(12a)이 모두 비구면을 갖고 정(+)의 굴절율을 갖는 제6렌즈(60a)를 포함할 수 있다. 제6렌즈(60a)는 유리재질로 구현될 수 있으며, 상에 대한 수평방향화각과 수직방향화각 중 상기 어느 하나의 화각을 더 넓게 할 수 있다. 이때, 센서부(150)는 수평방향화각이 수직방향화각보다 더 넓기 때문에 수직방향의 화각을 더 넓게 할 수 있다. 따라서, 대각선 방향으로 화각이 증가할 수 있도록 할 수 있다. 제6렌즈(60a)는 굴절율이 1.515이고 아베수는 63.4일 수 있다. 또한, 제6렌즈(6))는 초점거리가 2.97mm일 수 있다.
상기와 같이 구현된 초광각렌즈모듈(100)은 조리개(120)를 중심으로 피사체에 가까운 렌즈를 1군의 렌즈로 칭하고 조리개(120a)를 중심으로 상측에 가까운 렌즈를 2군의 렌즈로 칭할 수 있다. 즉, 제1군의 렌즈는 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈이고 제2군의 렌즈는 제4렌즈, 제5렌즈, 제6렌즈일 수 있다. 이때, 제1군의 렌즈에 의해 초점거리가 -86.24mm이고 제2군의 렌즈에 의해 초점거리가 2.93mm일 수 있다.
또한, 초광각렌즈모듈(100)은 구면렌즈와 비구면렌즈를 각각 1군의 렌즈와 2군의 렌즈로 칭할 수 있다. 즉, 제1내지 제5렌즈(10a 내지 50a)를 1군의 렌즈라고 칭하고 제6렌즈(60a)를 2군의 렌즈라고 칭할 수 있다. 이때, 1군의 렌즈에 의한 초점거리는 7.51mm이고 제2군의 렌즈에 의한 초점거리는 2.97mm일 수 있다.
하기의 표 3은 각 렌즈의 곡률, 두께, 직경을 나타낸다.
면번호 곡률 두께(mm) 재질(nd/vd) 직경(mm)
1a 11.449 0.8 1.603/65.5 ф 12.5
2a 3.266 2.28 ф 6.2
3a 198.169 0.50 1.603/65.5 ф 5.8
4a 2.100 1.98 ф 3.62
5a -150.000 0.97 2.000/25.4 ф 2.92
6a -5.065 0.62 ф 2.68
7a Stop 0.42 Ф 1.22
8a 8.049 1.41 1.804/46.5 ф 3.50
9a -2.300 0.50 1.923/20.9 ф 3.50
10a -179.365 0.10 ф 2.72
11a 4.755 1.96 1.515/63.4 ф 3.32
12a -1.940 ф 3.30
13a Infinity 0.30 1.523/54.4 ф 5.50
하기의 표 4는 제6렌즈(60a)의 특성을 나타낸다.
제6 비구면 유리 렌즈 R1(피사체측면) R2(상측면)
곡률(r) 4.755 -1.940
코닉상수 (K) 0 0
A -1.040E-02 6.060E-02
B 1.370E-02 -3.420E-02
C -9.300E-04 3.320E-02
D -4.100E-04 -1.200E-02
E 7.680E-05 2.000E-03
도 4는 도 1에 도시된 제3렌즈부에서 수평화각과 수직화각을 센서에 맺힌 상을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 초광각렌즈모듈(100)의 제1렌즈부(110) 및 제2렌즈부(130)를 통과한 빛은 원형으로 나타나고 센서부(150)는 가로 세로의 비가 일정한 직사각형의 형태를 갖는다. 따라서, 센서부(150)는 제1렌즈부(110)와 제2렌즈부(130)를 통과한 빛 중 센서부(150)에 해당하는 직사각형 부분에 조사되는 빛을 수광할 수 있다. 센서부(150)는 도 1에 도시된 전원부(160)로부터 전원을 공급받아 동작할 수 있다. 이때, 센서부(150)는 수평방향과 수직방향이 소정의 비를 갖는데, 제3렌즈부(140)에 의해 제1렌즈부(110) 및 제2렌즈부(130)를 통과한 빛이 굴절되어 제3렌즈부(140)가 없으면 센서부(150) 밖의 A과 B에 위치 하는 상이 제3렌즈부(140)에 의해 각각 센서부(150) 내의 A`와 B`에 표시되도록 함으로써 수직 방향의 화각이 더 넓어지도록 한다. 수직방향의 화각이 더 넓어짐으로써 대각선 방향의 화각이 센서부(150)가 일정하더라도 더 넓어지도록 할 수 있다. 따라서, 수평방향의 화각인 경우 190도 인 겨우 대각선 방향의 화각이 210도가 되도록 할 수 있다.
도 5a는 본 발명에 따른 초광각렌즈모듈에 의해 센서에 맺힌 상을 나타내는 도면이고, 도 5b는 본 발명과의 비교예에서 센서에 맺힌 상을 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 수직방향의 화각이 넓어 도 4a의 A점에 있는 상은 도 5b에는 나타나지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 주변 광량이 부족하지 않아 비네팅 현상도 크게 나타나지 않는 것을 알 수 있다.
도 6a는 본 발명에 따른 초광각렌즈모듈을 채용한 카메라가 후면에 설치된 자동차를 나타내는 도면이고, 도 6b는 본 발명에 따른 초광각렌즈모듈을 채용한 카메라가 전면과 후면에 설치된 자동차를 나타내는 도면이다.
도 6a를 참조하면, 자동차(600)의 후면의 중앙에 도 1에 도시된 초광각렌즈모듈을 장착한 카메라(200)가 배치되어 자동차(600)의 후면을 감시하여 사용자가 인식하기 어려운 위치에 있는 사물을 인식할 수 있도록 함으로써 자동차(600)의 충돌 사고를 예방할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 도 5b에 도시되어 있는 것과 같이 카메라(200)가 자동차의 후면뿐만 아니라 전면에도 설치되어 자동차의 후면과 전면을 모두 감시할 수 있게 한다. 자동차 후면과 전면에 배치된 카메라(200)는 화각이 넓어 자동차(600)의 측면부 역시 감시할 수 있어 후면과 전면에 배치된 카메라(200)만으로 자동차(600)의 주위를 모두 감시할 수 있다. 이때, 자동차(500)에는 자동차의 후면과 전면에 각각 설치된 카메라(200)로부터 전달받은 영상을 처리하는 영상처리부(미도시)와 영상처리부에서 처리된 영상을 디스플레이하는 디스플레이부(미도시)를 더 포함하고, 영상처리부에서 자동차의 후면과 전면에 설치된 카메라로부터 전달받은 영상을 처리하여 자동차의 주위를 모두 표시할 수 있는 영상을 생성하여 디스플레이부에 표시되도록 함으로써, 자동차 운전자가 디스플레이부에 표시되는 영상을 통해 자동차의 주위의 환경을 파악할 수 있도록 할 수 있다.
여기서, 카메라(200)가 자동차(600)의 후면 및/또는 전면에 배치되어 있는 것으로 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 자동차(600)의 좌우 측면에도 카메라가 배치되어 영상처리부에서 후면, 전면 및 좌우 측면의 카메라에서 촬영된 영상을 처리하여 자동차(600)의 주위를 보다 완벽하게 감시할 수 있도록 하는 영상을 생성하는 것도 가능하다.
본 발명의 도면들에 도시된 다양한 요소들의 기능들은 적절한 소프트웨어와 관련되어 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어뿐만 아니라 전용 하드웨어의 이용을 통해 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 이런 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서, 또는 일부가 공유될 수 있는 복수의 개별 프로세서에 의해 제공될 수 있다.
본 명세서의 청구항들에서, 특정 기능을 수행하기 위한 수단으로서 표현된 요소는 특정 기능을 수행하는 임의의 방식을 포괄하고, 이러한 요소는 특정 기능을 수행하는 회로 요소들의 조합, 또는 특정 기능을 수행하기 위한 소프트웨어를 수행하기 위해 적합한 회로와 결합된, 펌웨어, 마이크로코드 등을 포함하는 임의의 형태의 소프트 웨어를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 본 발명의 원리들의 '일 실시예' 등과 이런 표현의 다양한 변형들의 지칭은 이 실시예와 관련되어 특정 특징, 구조, 특성 등이 본 발명의 원리의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 표현 '일 실시예에서'와, 본 명세서 전체를 통해 개시된 임의의 다른 변형례들은 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다.
본 명세서에서 '연결된다' 또는 '연결하는'등과 이런 표현의 다양한 변형들의 지칭은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 또한 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 아울러 본 명세서에서 사용되는 '포함한다' 또는 '포함하는'으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.
100: 초광각 카메라모듈 110: 제1렌즈부
120: 조리개 130: 제2렌즈부
140: 제3렌즈부 150: 센서부
160: 전원부

Claims (5)

  1. 입사되는 빛의 경로를 변경하고 집중시켜 출사하는 제1렌즈부(110);
    상기 제1렌즈부(110)에서 출사된 빛의 색수차를 보정하여 출사하는 제2렌즈부(130);
    상기 제1렌즈부(110)와 상기 제2렌즈부(130) 사이에 배치되는 조리개(120); 및
    상기 제2렌즈부(130)에서 출사되는 빛의 경로를 변경시켜 상에 대한 수평방향화각과 수직방향화각 중 어느 하나의 화각을 더 넓게 하는 제3렌즈부(140)를 포함하는 초광각렌즈모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1렌즈부(110)는 부(-)의 굴절율을 가지며 피사체측으로 볼록한 매니스커스 타입의 제1렌즈(10,10a), 상기 제1렌즈(10,10a)에서 출사되는 빛의 경로를 변경시키며 상측으로 오목한 제2렌즈(20,20a) 및 상기 제2렌즈(20,20a)에서 출사되는 빛의 경로를 변경시키며 피사체측과 상측 중 적어도 하나의 면이 볼록한 제3렌즈(30,30a)를 포함하는 초광각렌즈모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2렌즈부(130)는 정(+)의 굴절율을 가지며 상측의 면의 곡률반경보다 피사체측의 곡률반경이 더 큰 제4렌즈(40,40a)와, 부(-)의 굴절율을 가지며 피사체측의 곡률반경보다 상측의 곡율반경이 더 작은 제5렌즈(50,50a)를 포함하며, 상기 제4렌즈(40,40a)와 상기 제5렌즈(50,50a)는 접합되는 초광각렌즈모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제4렌즈(40,40a)는 상기 제5렌즈(50,50a)보다 낮은 굴절율을 갖고 높은 아베수를 갖는 초광각렌즈모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3렌즈부(140)는 비구면을 갖고 정(+)의 굴절율을 갖는 제6렌즈(60,60a)를 포함하고, 상기 제6렌즈(60,60a)에 의해 상에 대한 수평방향화각과 수직방향화각 중 상기 어느 하나의 화각을 더 넓게 하는 초광각렌즈모듈.
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