KR20190081932A - 렌즈 모듈의 성능을 평가하는 장치 및 방법과 이에 적용될 수 있는 릴레이 렌즈계 - Google Patents

렌즈 모듈의 성능을 평가하는 장치 및 방법과 이에 적용될 수 있는 릴레이 렌즈계 Download PDF

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Abstract

렌즈 모듈의 성능을 평가하는 장치 및 방법과 이에 적용될 수 있는 렌즈계(릴레이 렌즈계)에 관해 개시되어 있다. 개시된 장치는 렌즈 성능을 평가하기 위한 것으로, 복수의 렌즈 모듈, 상기 복수의 렌즈 모듈에 대향하도록 배치된 성능 평가용 차트 및 상기 복수의 렌즈 모듈과 상기 차트 사이에 배치된 릴레이 렌즈계(relay lens system)를 포함할 수 있다. 상기 하나의 차트와 상기 하나의 릴레이 렌즈계를 이용해서 상기 복수의 렌즈 모듈의 성능을 평가할 수 있다. 상기 릴레이 렌즈계의 중심축과 상기 복수의 렌즈 모듈 중 어느 하나의 중심축 사이의 간격은 약 3 mm 이상 약 30 mm 이하일 수 있다. 상기 복수의 렌즈 모듈 중 인접한 두 개의 렌즈 모듈의 중심축 사이의 간격은 약 6 mm 이상 약 60 mm 이하일 수 있다.

Description

렌즈 모듈의 성능을 평가하는 장치 및 방법과 이에 적용될 수 있는 릴레이 렌즈계{Apparatus and method for evaluating performance of lens module and relay lens system applicable thereto}
본 발명은 광학 요소 및 광학 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 렌즈 모듈의 성능을 평가하기 위한 장치 및 방법과 이에 적용될 수 있는 렌즈계(릴레이 렌즈계)에 관한 것이다.
최근, 씨모스 이미지센서(complementary metal oxide semiconductor image sensor)(CMOS 이미지센서) 및 전하 결합 소자(charge coupled device)(CCD)와 같은 고체 촬상 소자를 이용한 카메라의 보급 및 사용 분야가 급속도로 확대되고 있다. 카메라의 해상도를 높이기 위해 고체 촬상 소자의 화소 집적도는 높아지고 있다. 이와 함께 카메라에 내장되는 렌즈 광학계의 성능 개선을 통해 상기 카메라의 소형화 및 경량화도 진행되고 있다.
카메라에 내장되는 렌즈 모듈에 대해, 근거리 및 원거리 모두에서 소정의 요구 성능을 만족하는지 평가할 필요가 있다. 특히, 원거리 성능 평가를 위해서는, 큰 사이즈의 차트(chart)와 넓은 평가 공간(즉, 평가 부스)이 요구된다. 이는 제조/생산 라인에서 평가 공간의 확보에 불리하게 작용할 수 있다. 또한, 원거리 성능 평가와 별도로 근거리 성능 평가를 수행해야 하기 때문에, 성능 평가에 많은 시간이 소요되고, 리드 타임(lead time)이 늘어나게 된다. 카메라 렌즈 모듈의 성능을 평가함에 있어서, 성능 평가를 보다 간단하고 빠르게 진행할 수 있는 광학적 장치 및 방법을 개발할 필요가 있다. 다시 말해, 렌즈 모듈의 성능을 효율적으로 평가할 수 있는 장치 및 방법이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 렌즈 모듈의 성능 및 수차를 효율적으로 평가할 수 있는 장치/시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 성능 평가 장치/시스템 및 방법에 적용될 수 있는 렌즈계(릴레이 렌즈계)를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예는 렌즈 성능을 평가하기 위한 장치에 있어서, 복수의 렌즈 모듈(lens module); 상기 복수의 렌즈 모듈에 대향하도록 배치된 성능 평가용 차트(chart); 및 상기 복수의 렌즈 모듈과 상기 차트 사이에 배치된 릴레이 렌즈계(relay lens system);를 포함하고, 상기 하나의 차트와 상기 하나의 릴레이 렌즈계를 이용해서 상기 복수의 렌즈 모듈의 성능을 평가하는 장치를 제공한다.
상기 릴레이 렌즈계의 중심축과 상기 복수의 렌즈 모듈 중 어느 하나의 중심축 사이의 간격은 약 3 mm 이상 약 30 mm 이하일 수 있다.
상기 복수의 렌즈 모듈 중 인접한 두 개의 렌즈 모듈의 중심축 사이의 간격은 약 6 mm 이상 약 60 mm 이하일 수 있다.
상기 복수의 렌즈 모듈은 2개 혹은 4개의 렌즈 모듈을 포함할 수 있다.
상기 복수의 렌즈 모듈은 4개 이상의 렌즈 모듈을 포함할 수 있다.
상기 복수의 렌즈 모듈은 동일한 종류의 렌즈 모듈을 포함할 수 있다.
상기 복수의 렌즈 모듈은 서로 다른 종류의 렌즈 모듈을 포함할 수 있다.
상기 서로 다른 종류의 렌즈 모듈은 서로 다른 화각을 가질 수 있다.
상기 릴레이 렌즈계는 5매 렌즈이거나 5매 이상의 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 릴레이 렌즈계는 상기 차트와 상기 복수의 렌즈 모듈 사이에 상기 차트 측으로부터 순차로 배열된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제5 렌즈를 구비할 수 있다.
상기 제1 렌즈는 부(-)의 굴절력을 가질 수 있고 상기 렌즈 모듈에 대하여 오목한 출사면을 가질 수 있다.
상기 제2 렌즈는 정(+)의 굴절력을 가질 수 있고 상기 차트 측으로 볼록한 입사면을 가질 수 있다.
상기 제3 렌즈는 부(-)의 굴절력을 가질 수 있다.
상기 제4 렌즈는 정(+)의 굴절력을 가질 수 있다.
상기 제5 렌즈는 부(-)의 굴절력을 가질 수 있고 상기 렌즈 모듈 측으로 볼록한 출사면을 가질 수 있다.
상기 제4 렌즈와 제5 렌즈는, 선택적으로(optionally), 상호 접합하여 하나의 접합 렌즈를 구성할 수 있다.
상기한 릴레이 렌즈계는 하기의 조건식(1) 내지 조건식(5) 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.
조건식(1) : 70°≤ FOV ≤ 110°
여기서, FOV는 상기 릴레이 렌즈계의 화각이다.
조건식(2) : 0 ≤ TL4L5 / (R51/R42) ≤ 1.5
여기서, TL4L5 (단위:mm)는 상기 제4 렌즈와 제5 렌즈 사이의 거리를 나타내고, R42는 상기 제4 렌즈의 출사면의 곡률반경을 나타내고, R51은 상기 제5 렌즈의 입사면의 곡률반경을 나타낸다.
조건식(3) : 0.3 ≤ (f2/f) - (f1/f) ≤ 0.9
여기서, f는 상기 릴레이 렌즈계의 초점거리를 나타내고, f1은 상기 제1 렌즈의 초점거리를 나타내고, f2는 상기 제2 렌즈의 초점거리를 나타낸다.
조건식(4) : 0.8 ≤ Nd2 / Nd3 ≤ 1.1
여기서, Nd2는 상기 제2 렌즈의 굴절률을 나타내고, Nd3은 상기 제3 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
조건식(5) : 1.4 ≤ Abv2 / Abv3 ≤ 3.0
여기서, Abv2는 상기 제2 렌즈의 아베수(Abbe number)를 나타내고, Abv3은 상기 제3 렌즈의 아베수를 나타낸다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 피사체와 상기 피사체의 상이 맺히는 이미지센서 사이에 피사체 측으로부터 순차로 배열된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제5 렌즈를 구비하되, 상기 제1 렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖고 상기 이미지센서에 대하여 오목한 출사면을 가지며, 상기 제2 렌즈는 정(+)의 굴절력을 갖고 상기 피사체 측으로 볼록한 입사면을 가지며, 상기 제3 렌즈는 부(-)의 굴절력을 가지며, 상기 제4 렌즈는 정(+)의 굴절력을 가지며, 상기 제5 렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖고 상기 이미지센서 측으로 볼록한 출사면을 갖는 렌즈계가 제공된다.
상기 제4 렌즈와 제5 렌즈는 상호 접합하여 하나의 접합 렌즈를 구성하거나, 상기 제4 렌즈와 제5 렌즈 사이의 간격은 약 1 mm 보다 작을 수 있다.
상기 렌즈계는 하기의 조건식(1) 내지 조건식(5) 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.
조건식(1) : 70°≤ FOV ≤ 110°
여기서, FOV는 상기 렌즈계의 화각이다.
조건식(2) : 0 ≤ TL4L5 / (R51/R42) ≤ 1.5
여기서, TL4L5 (단위:mm)는 상기 제4 렌즈와 제5 렌즈 사이의 거리를 나타내고, R42는 상기 제4 렌즈의 출사면의 곡률반경을 나타내고, R51은 상기 제5 렌즈의 입사면의 곡률반경을 나타낸다.
조건식(3) : 0.3 ≤ (f2/f) - (f1/f) ≤ 0.9
여기서, f는 상기 렌즈계의 초점거리를 나타내고, f1은 상기 제1 렌즈의 초점거리를 나타내고, f2는 상기 제2 렌즈의 초점거리를 나타낸다.
조건식(4) : 0.8 ≤ Nd2 / Nd3 ≤ 1.1
여기서, Nd2는 상기 제2 렌즈의 굴절률을 나타내고, Nd3은 상기 제3 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
조건식(5) : 1.4 ≤ Abv2 / Abv3 ≤ 3.0
여기서, Abv2는 상기 제2 렌즈의 아베수(Abbe number)를 나타내고, Abv3은 상기 제3 렌즈의 아베수를 나타낸다.
상기 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제3 렌즈 각각은 상기 피사체 측으로 볼록할 수 있다.
상기 제4 렌즈 및 제5 렌즈 각각은 상기 이미지센서 측으로 볼록할 수 있다.
상기 제1 내지 제5 렌즈 중 상기 제1 렌즈가 가장 큰 외경을 가질 수 있다.
상기 렌즈계의 초점거리는 약 100 mm 이상일 수 있다.
상기 렌즈계는 렌즈 모듈의 성능 평가를 위한 릴레이 렌즈계(relay lens system)로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서와 같이 릴레이 렌즈계를 사용하고 하나의 차트에 대하여 복수의 렌즈 모듈의 성능을 평가하면, 성능 평가 효율을 높일 수 있고, 다양한 측면에서 여러 효과를 얻을 수 있다. 릴레이 렌즈계를 사용함으로써, 원거리 평가를 근거리에서 수행할 수 있고, 차트의 사이즈를 줄일 수 있다. 따라서, 성능 평가 공간의 확보가 용이해지고, 성능 평가 공정 시간이 단축되며, 성능 평가 공정이 단순화될 수 있다. 성능 평가 공정 시간은 2배 이상 단축될 수 있다.
또한, 실시예에서와 같이, 넓은 화각을 갖는 릴레이 렌즈계를 사용하면, 평가 가능한 렌즈 모듈의 화각 범위가 넓어질 수 있다. 따라서, 신규 렌즈 모듈을 개발할 때마다 그에 맞는 릴레이 렌즈계를 개발할 필요가 없고, 렌즈계 개발 부담이 줄어들 수 있다. 대량 평가 및 가격 경쟁력 측면에서 유리할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 렌즈계는 피사체에서 이미지센서 방향으로 순차적으로 배열된 부(-), 정(+), 부(-), 정(+), 부(-)의 굴절력을 갖는 제1 내지 제5 렌즈를 포함하고, 상기한 조건식(1) 내지 조건식(5) 중 적어도 어느 하나를 만족할 수 있다. 이러한 렌즈계는 넓은 화각을 가질 수 있고, 각종 수차를 용이하게(양호하게) 보정할 수 있다. 따라서, 넓은 화각을 가지면서 고성능 및 고해상도를 갖는 렌즈계를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 렌즈 모듈의 성능을 평가하기 위한 장치/시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 렌즈 모듈의 성능을 평가하기 위한 장치의 요소간 배치 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예들에 따른 것으로, 복수의 렌즈 모듈의 성능 평가시 이들의 어레이(array) 구조를 예시적으로 보여주는 평면도이다.
도 4는 비교예에 따른 렌즈 성능 평가 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 렌즈계의 주요 구성요소의 배치를 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 렌즈계의 주요 구성요소의 배치를 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 렌즈계의 주요 구성요소의 배치를 보여주는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 렌즈계의 주요 구성요소의 배치를 보여주는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 렌즈계의 주요 구성요소의 배치를 보여주는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 렌즈계의 주요 구성요소의 배치를 보여주는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 렌즈계의 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 렌즈계의 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 렌즈계의 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 렌즈계의 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 렌즈계의 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 16은 본 발명의 제6 실시예에 따른 렌즈계의 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 것으로, 렌즈 모듈의 성능을 평가하기 위한 장치 및 방법과 이에 적용될 수 있는 렌즈계(릴레이 렌즈계)를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 구성요소나 영역들의 크기 및 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한(혹은, 유사한) 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 렌즈 모듈의 성능을 평가하기 위한 장치/시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 복수의 렌즈 모듈(lens module)(LM10)이 서로 인접하여 배치될 수 있다. 복수의 렌즈 모듈(LM10)은, 예컨대, 제1 렌즈 모듈(LM1) 및 제2 렌즈 모듈(LM2)을 포함할 수 있다. 복수의 렌즈 모듈(LM10)은 소정의 평면 상에 이차원적으로 배열될 수 있다.
복수의 렌즈 모듈(LM10)에 대향하는 성능 평가용 차트(chart)(CT10)가 구비될 수 있다. 차트(CT10)는 복수의 렌즈 모듈(LM10)의 해상도를 포함한 다양한 성능을 평가하기 위한 여러 가지 문양 및 패턴을 포함할 수 있다. 여기서는, 편의상, 차트(CT10)의 문양 및 패턴이 보이도록 도시하였지만, 실제로, 차트(CT10)의 문양 및 패턴이 형성된 면은 렌즈 모듈(LM10)을 향하도록 배치될 수 있다. 다시 말해, 차트(CT10)는 문양 및 패턴이 렌즈 모듈(LM10)을 향하도록 지면(도면)에 수직하게 배치될 수 있다. 렌즈 모듈(LM10)은 차트(CT10)에 평행하게 배치될 수 있다.
복수의 렌즈 모듈(LM10)과 차트(CT10) 사이에 릴레이 렌즈계(relay lens system)(RL10)가 배치될 수 있다. 릴레이 렌즈계(RL10)는 복수의 렌즈 모듈(LM10)과 차트(CT10)를 광학적으로 중계하는 역할을 할 수 있다. 릴레이 렌즈계(RL10)는 전체적으로 정(+)(positive)의 굴절력을 가질 수 있고, 차트(CT10)의 이미지를 복수의 렌즈 모듈(LM10) 쪽으로 모아주는 역할을 할 수 있다. 따라서, 릴레이 렌즈계(RL10)를 사용함으로써, 복수의 렌즈 모듈(LM10)의 성능 평가시, 복수의 렌즈 모듈(LM10)과 차트(CT10) 사이의 간격이 상당히 줄어들 수 있다. 릴레이 렌즈계(RL10)를 사용함으로써, 복수의 렌즈 모듈(LM10)에 대한 원거리 성능 평가를 근거리에서 수행할 수 있다. 릴레이 렌즈계(RL10)는 일종의 "콜리메이터(collimator) 렌즈계" 또는 "클로즈업(close-up) 렌즈계"라고 할 수도 있다.
본 발명의 실시예에서는 하나의 차트(CT10)와 하나의 릴레이 렌즈계(RL10)를 이용해서 복수의 렌즈 모듈(LM10)의 성능을 평가할 수 있다. 하나의 차트(CT10)에 대하여 하나의 렌즈 모듈을 배치하고, 상기 하나의 렌즈 모듈의 성능을 평가하는 것이 아니라, 하나의 차트(CT10)에 대해 복수의 렌즈 모듈(LM10)을 배치하고, 복수의 렌즈 모듈(LM10)의 성능을 평가할 수 있다. 따라서, 복수의 렌즈 모듈(LM10)의 개수 만큼 성능 평가 효율이 배가될 수 있다. 예컨대, 복수의 렌즈 모듈(LM10)이 두 개의 렌즈 모듈을 포함한다면, 성능 평가 효율은 두 배가 될 수 있고, 복수의 렌즈 모듈(LM10)이 네 개의 렌즈 모듈을 포함한다면, 성능 평가 효율은 네 배가 될 수 있다.
릴레이 렌즈계(RL10)는 복수의 렌즈 요소로 구성된 복합 렌즈(즉, 다매 렌즈)일 수 있다. 예컨대, 릴레이 렌즈계(RL10)는 5매 렌즈이거나 5매 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 릴레이 렌즈계(RL10)는 6매 렌즈, 7매 렌즈 또는 8매 렌즈이거나, 8매 이상의 렌즈를 포함할 수도 있다. 릴레이 렌즈계(RL10)는 비교적 큰 구경을 가질 수 있다. 또한, 릴레이 렌즈계(RL10)는 70°이상의 비교적 큰 화각을 가질 수 있다. 예컨대, 릴레이 렌즈계(RL10)의 화각은 70°보다 크거나 같고 110°보다 작거나 같을 수 있다. 릴레이 렌즈계(RL10)의 화각은 90°보다 크거나 같고 110°보다 작거나 같을 수 있다. 이러한 릴레이 렌즈계(RL10)를 사용함으로써, 복수의 렌즈 모듈(LM10)에 대한 성능 평가를 용이하게 수행할 수 있다. 릴레이 렌즈계(RL10)의 센터(중심축)와 복수의 렌즈 모듈(LM10) 각각의 센터(중심축) 사이에 어느 정도의 디센터(decenter) 현상이 존재할 수 있는데, 이러한 디센터(decenter)로 인한 측정 오차는 무시할 수 있을 정도로 작을 수 있다. 다시 말해, 우수한 성능 및 비교적 큰 구경과 화각을 갖는 릴레이 렌즈계(RL10)를 사용함으로써, 상기 디센터(decenter)로 인한 측정 오차를 무시할 수 있을 정도로 줄일 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 디센터(decenter)로 인한 측정 오차를 소정의 방법으로 보상 또는 보정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 렌즈 모듈의 성능을 평가하기 위한 장치의 요소간 배치 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 복수의 렌즈 모듈(LM10)과 차트(CT10)가 상호 대향하도록 배치되고, 이들 사이에 릴레이 렌즈계(RL10)가 배치될 수 있다. 복수의 렌즈 모듈(LM10)과 차트(CT10) 및 릴레이 렌즈계(RL10)는 각각 도 1에서 설명한 바와 동일할 수 있다.
릴레이 렌즈계(RL10)의 중심축과 복수의 렌즈 모듈(LM10) 중 어느 하나의 중심축 사이의 간격(제1 간격)(d1)은 약 3 mm 보다 크거나 같고 약 30 mm 보다 작거나 같을 수 있다. 릴레이 렌즈계(RL10)의 중심축과 복수의 렌즈 모듈(LM10) 각각의 중심축 사이의 간격이 약 3 mm 보다 크거나 같고 약 30 mm 보다 작거나 같을 수 있다. 릴레이 렌즈계(RL10)의 중심축과 제1 렌즈 모듈(LM1)의 중심축 사이의 간격과 릴레이 렌즈계(RL10)의 중심축과 제2 렌즈 모듈(LM2)의 중심축 사이의 간격은 실질적으로 동일하거나 유사할 수 있다. 제1 간격(d1)은 앞서 언급한 디센터(decenter)의 정도를 의미할 수 있다. 제1 간격(d1)은 렌즈 모듈(LM1, LM2) 각각의 사이즈(폭) 및 이들 사이의 간격과 관련될 수 있다.
복수의 렌즈 모듈(LM10) 중 인접한 두 개의 렌즈 모듈(즉, LM1, LM2)의 중심축 사이의 간격(제2 간격)(d2)은 약 6 mm 보다 크거나 같고 약 60 mm 보다 작거나 같을 수 있다. 이때, 복수의 렌즈 모듈(LM10) 사이의 간격은 0 mm 보다 크거나 같고 약 54 mm 보다 작거나 같을 수 있다. 복수의 렌즈 모듈(LM10) 사이의 자기적 간섭 효과를 줄이기 위해서는, 이들 사이의 간격을 0 보다 크게 하는 것이 유리할 수 있지만, 경우에 따라서는, 렌즈 모듈(LM10) 사이의 간격이 0 일 수도 있다.
릴레이 렌즈계(RL10)가 도 5 내지 도 10에 도시된 바와 같은 5매 렌즈인 경우, 제1 간격(d1)은 약 3 mm 보다 크거나 같고 약 15 mm 보다 작거나 같을 수 있다. 또한, 릴레이 렌즈계(RL10)가 도 5 내지 도 10에 도시된 바와 같은 5매 렌즈인 경우, 제2 간격(d2)은 약 6 mm 보다 크거나 같고 약 30 mm 보다 작거나 같을 수 있다. 그러나 릴레이 렌즈계(RL10)를 구성하는 렌즈의 매수는 5매로 한정되지 않고 다양하게 변화될 수 있다. 릴레이 렌즈계(RL10)를 구성하는 렌즈의 매수가 증가할수록, 제1 간격(d1) 및 제2 간격(d2) 중 적어도 하나는 커질 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예들에 따른 것으로, 복수의 렌즈 모듈의 성능 평가시 이들의 어레이(array) 구조를 예시적으로 보여주는 평면도이다.
도 3a를 참조하면, 복수의 렌즈 모듈(LM11)은 서로 인접하게 배치된 한 쌍의 렌즈 모듈을 포함할 수 있다. 렌즈 모듈 각각의 내부에 표시된 점은 해당 렌즈 모듈의 중심축 위치를 의미한다. 한 쌍의 렌즈 모듈 사이에 표시된 점은 릴레이 렌즈계(미도시)(도 1∼2의 RL10)의 중심축 위치를 의미한다. 상기 릴레이 렌즈계의 중심축을 기준으로 그 양측에 렌즈 모듈이 배치될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 복수의 렌즈 모듈(LM12)은 릴레이 렌즈계의 중심축을 중심으로 배치된 4개의 렌즈 모듈을 포함할 수 있다. 4개의 렌즈 모듈은 전체적으로 사격형 모양을 이루도록 배열될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 복수의 렌즈 모듈(LM13)은 릴레이 렌즈계의 중심축을 중심으로 배치된 8개의 렌즈 모듈을 포함할 수 있다. 8개의 렌즈 모듈은 전체적으로 사각형 모양을 이룰 수 있다.
도 3d를 참조하면, 복수의 렌즈 모듈(LM14)은 8개의 렌즈 모듈을 포함할 수 있고, 8개의 렌즈 모듈은 전체적으로 원형이나 그와 유사한 형태를 이루도록 배열될 수 있다.
도 3a 내지 도 3d를 참조하여 설명한 복수의 렌즈 모듈(LM11∼LM14)의 어레이 구조는 예시적인 것이고, 이는 다양하게 변화될 수 있다. 복수의 렌즈 모듈에 포함된 렌즈 모듈의 개수도 다양하게 변화될 수 있다. 또한, 도 3a 내지 도 3d 각각에서 복수의 렌즈 모듈(LM11∼LM14)은 동일한 종류의 렌즈 모듈들을 포함할 수 있다. 즉, 동일 종류의 렌즈 모듈들에 대하여 동시에 성능 평가 및 왜곡/수차 평가를 수행할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 복수의 렌즈 모듈은 서로 다른 종류의 렌즈 모듈들을 포함할 수 있고, 이들에 대하여 동시에 성능 평가 및 왜곡/수차 평가를 진행할 수 있다. 그 일례가 도 3e에 도시되어 있다.
도 3e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 것으로, 복수의 렌즈 모듈의 성능 평가시 이들의 어레이 구조를 예시적으로 보여주는 평면도이다.
도 3e를 참조하면, 복수의 렌즈 모듈(LM15)은 서로 다른 종류의 렌즈 모듈들을 포함할 수 있다. 복수의 렌즈 모듈(LM15)은 제1 렌즈 모듈(L10) 및 제2 렌즈 모듈(L20)을 포함할 수 있다. 제1 렌즈 모듈(L10)과 제2 렌즈 모듈(L20)은 서로 다른 종류일 수 있다. 제1 렌즈 모듈(L10)과 제2 렌즈 모듈(L20)은 서로 다른 화각을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 렌즈 모듈(L10)은 상대적으로 큰 화각을 가질 수 있고, 제2 렌즈 모듈(L20)은 상대적으로 작은 화각을 가질 수 있다. 일례로, 제1 렌즈 모듈(L10)의 화각은 70 ∼ 80° 정도일 수 있고, 제2 렌즈 모듈(L20)의 화각은 30 ∼ 40° 정도일 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것이고, 화각의 범위는 달라질 수 있다. 제1 렌즈 모듈(L10)과 제2 렌즈 모듈(L20)을 동시에 성능 평가하면서, 이들의 왜곡 및 수차를 평가할 수 있다. 도 3e와 같은 배열은 도 3b 내지 도 3d 등과 같이 변형될 수 있다.
카메라에 내장되는 렌즈 모듈에 대해, 근거리 및 원거리 모두에서 소정의 요구 성능을 만족하는지 평가할 필요가 있다. 원거리 성능 평가를 위해서는, 큰 사이즈의 차트(chart)와 넓은 평가 공간(즉, 평가 부스)이 요구된다. 이는 제조/생산 라인에서 평가 공간의 확보에 불리하게 작용할 수 있다. 원거리 성능 평가와 별도로 근거리 성능 평가를 수행해야 하기 때문에, 성능 평가에 많은 시간이 소요되고, 리드 타임(lead time)이 늘어나게 된다.
그러나 본 발명의 실시예에서와 같이, 릴레이 렌즈계(RL10)를 사용하고 하나의 차트(CT10)에 대하여 복수의 렌즈 모듈(LM10)의 성능을 동시에 평가하면, 성능 평가 효율을 높일 수 있고, 다양한 측면에서 여러 효과를 얻을 수 있다. 릴레이 렌즈계(RL10)를 사용함으로써, 원거리 평가를 근거리에서 수행할 수 있고, 차트(CT10)의 사이즈를 줄일 수 있다. 또한, 실제 근거리 평가는 릴레이 렌즈계(RL10) 없이 수행할 수 있다. 즉, 원거리 평가와 근거리 평가 사이의 전환이 용이할 수 있다. 따라서, 성능 평가 공간의 확보가 용이해지고, 성능 평가 공정 시간이 단축되며, 성능 평가 공정이 단순화될 수 있다.
도 4는 비교예에 따른 렌즈 성능 평가 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 비교예에 따른 렌즈 성능 평가 장치는 하나의 렌즈 모듈(L1)과 이에 대향하는 하나의 성능 평가용 차트(C1) 및 이들(L1, C1) 사이에 배치된 릴레이 렌즈계(R1)를 포함한다. 이러한 비교예에 따른 렌즈 성능 평가 장치는 하나의 차트(C1)에 대하여 하나의 렌즈 모듈(L1)의 성능을 평가한다.
도 4와 같은 비교예에서는 하나의 차트(C1)에 대하여 하나의 렌즈 모듈(L1)의 성능을 평가하기 때문에, 성능 평가 효율이 떨어질 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 하나의 차트(CT10)에 대하여 복수의 렌즈 모듈(LM10)의 성능을 평가할 수 있기 때문에, 성능 평가 공정시간이 2배 이상 단축될 수 있다. 따라서, 성능 평가 효율이 획기적으로 개선될 수 있다.
부가해서, 본 발명의 실시예에서와 같이, 넓은 화각을 갖는 릴레이 렌즈계(RL10)를 사용하면, 평가 가능한 렌즈 모듈의 화각 범위도 넓어질 수 있다. 예컨대, 릴레이 렌즈계(RL10)의 화각이 110° 정도이면, 110° 이하의 화각(즉, 0° 보다 크고 110° 보다 작거나 같은 화각)을 갖는 모든 렌즈 모듈의 성능을 평가할 수 있다. 따라서, 릴레이 렌즈계(RL10)는 기존 70°∼ 80° 정도의 화각을 갖는 렌즈 모듈의 평가뿐 아니라, 새로 개발되는 약 90° 이상의 화각을 갖는 렌즈 모듈의 평가에까지 모두 사용될 수 있다. 따라서, 신규 렌즈 모듈을 개발할 때마다 그에 맞는 릴레이 렌즈계를 개발할 필요가 없고, 렌즈계 개발 부담이 크게 줄어들 수 있다. 결과적으로, 대량 평가 및 가격 경쟁력 측면에서 유리할 수 있다.
도 5 내지 도 10은 각각 본 발명의 제1 내지 제6 실시예에 따른 렌즈계를 보여준다. 도 5 내지 도 10의 렌즈계는 도 1 내지 도 3e를 참조하여 설명한 광학적 장치(시스템)의 릴레이 렌즈계(RL10)에 적용될 수 있다. 특히, 도 8 내지 도 10의 렌즈계는 도 3e와 같이 서로 다른 종류의 렌즈 모듈들을 적용한 광학적 장치(시스템)의 릴레이 렌즈계(RL10)로 적용될 수 있다.
도 5 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈계는 피사체(미도시)와 상기 피사체의 상이 맺히는 이미지센서(미도시) 사이에 상기 피사체 측으로부터 순차로 배열된 제1 렌즈(I), 제2 렌즈(Ⅱ), 제3 렌즈(Ⅲ), 제4 렌즈(Ⅳ) 및 제5 렌즈(Ⅴ)를 구비한다.
제1 렌즈(I)는 부(-)(negative)의 굴절력을 가질 수 있다. 제1 렌즈(I)의 입사면(1)은 상기 피사체 측으로 볼록할 수 있고, 제1 렌즈(I)의 출사면(2)은 상기 이미지센서에 대하여 오목할 수 있다. 제1 렌즈(I)는 상기 피사체 측으로 볼록한 형상을 가질 수 있다. 제1 렌즈(I)의 입사면(1)의 곡률반경은 출사면(2)의 곡률반경보다 클 수 있다. 제2 렌즈(Ⅱ)는 정(+)(positive)의 굴절력을 가질 수 있다. 제2 렌즈(Ⅱ)의 입사면(3)은 상기 피사체 측으로 볼록할 수 있다. 제2 렌즈(Ⅱ)의 출사면(4)은 상기 이미지센서에 대하여 오목할 수 있다. 제2 렌즈(Ⅱ)는 피사체 측으로 볼록한 메니스커스(meniscus) 렌즈일 수 있다. 제2 렌즈(Ⅱ)의 입사면(3)의 곡률반경은 출사면(4)의 곡률반경보다 작을 수 있다. 제3 렌즈(Ⅲ)는 부(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제3 렌즈(Ⅲ)의 입사면(5) 및 출사면(6)은 상기 피사체 측으로 볼록할 수 있다. 제3 렌즈(Ⅲ)의 입사면(5)의 곡률반경은 출사면(6)의 곡률반경보다 클 수 있다.
제4 렌즈(Ⅳ)는 정(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 제4 렌즈(Ⅳ)의 입사면(7) 및 출사면(8)은 상기 이미지센서 측으로 볼록할 수 있다. 제4 렌즈(Ⅳ)의 입사면(7)의 곡률반경의 절대값은 출사면(8)의 곡률반경의 절대값보다 클 수 있다. 제5 렌즈(Ⅴ)는 부(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제5 렌즈(Ⅴ)의 입사면(9) 및 출사면(10)은 상기 이미지센서 측으로 볼록할 수 있다. 제5 렌즈(Ⅴ)의 입사면(9)의 곡률반경의 절대값은 출사면(10)의 곡률반경의 절대값보다 작을 수 있다.
제4 렌즈(Ⅳ)와 제5 렌즈(Ⅴ)는 상호 접합하여 하나의 접합 렌즈를 구성할 수 있다. 제4 렌즈(Ⅳ)와 제5 렌즈(Ⅴ) 사이의 간격은 0 이거나 0 에 가까울 수 있다. 예컨대, 제4 렌즈(Ⅳ)의 출사면(8)과 제5 렌즈(Ⅴ)의 입사면(9) 사이의 거리(중심 거리)는 0 이거나 약 1 mm 이하일 수 있다. 제4 렌즈(Ⅳ)의 출사면(8)과 제5 렌즈(Ⅴ)의 입사면(9)은 실질적으로 동일한 면(접합면)이거나 상호 근접한 면일 수 있다. 도 5 및 도 7의 실시예에서는 제4 렌즈(Ⅳ)의 출사면(8)의 중앙부와 제5 렌즈(Ⅴ)의 입사면(9)의 중앙부가 약간 이격되어 있고, 도 6의 실시예에서는 제4 렌즈(Ⅳ)의 출사면(8)과 제5 렌즈(Ⅴ)의 입사면(9)이 상호 접합되어 있다. 도 8 내지 도 10의 실시예에서는 제4 렌즈(Ⅳ)의 출사면(8)의 중앙부와 제5 렌즈(Ⅴ)의 입사면(9)의 중앙부가 약간 이격되어 있다.
제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ) 중 적어도 하나는 구면 렌즈일 수 있다. 다시 말해, 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ) 중 적어도 어느 한 렌즈의 입사면(1, 3, 5, 7, 9)과 출사면(2, 4, 6, 8, 10)은 구면일 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ) 각각의 입사면(1, 3, 5, 7, 9)과 출사면(2, 4, 6, 8, 10)은 모두 구면일 수 있다. 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ) 중 적어도 하나는 글라스 렌즈일 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ)는 모두 글라스 렌즈일 수 있다. 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ) 각각은 적어도 하나의 구면을 가질 수 있으므로, 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ)는 "구면 글라스 렌즈"일 수 있다. 그러나 경우에 따라서는, 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ) 중 적어도 하나는 글라스 이외에 다른 물질, 예컨대, 플라스틱으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ) 중 적어도 하나는 비구면 렌즈일 수도 있다.
제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ) 중에서 제1 렌즈(I)의 외경이 가장 클 수 있다. 제4 렌즈(Ⅳ) 및 제5 렌즈(Ⅴ)의 외경은 제1 내지 제3 렌즈(I∼Ⅲ) 각각의 외경보다 작을 수 있다. 제1 렌즈(I)에서 제2 렌즈(Ⅱ), 제3 렌즈(Ⅲ), 제4 렌즈(Ⅳ)로 갈수록 외경이 작아질 수 있다. 제4 렌즈(Ⅳ) 및 제5 렌즈(Ⅴ)의 외경은 동일하거나 유사할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 상기 피사체와 상기 이미지센서 사이에 조리개 및 적외선 차단 수단이 더 구비될 수 있다. 상기 조리개는 제5 렌즈(Ⅴ)와 상기 이미지센서 사이에 구비될 수 있다. 또한, 상기 적외선 차단 수단도 제5 렌즈(Ⅴ)와 상기 이미지센서 사이에 구비될 수 있다. 상기 적외선 차단 수단은 적외선 차단 필터일 수 있다. 그러나, 상기 조리개와 적외선 차단 수단의 위치 및 구성은 달라질 수 있다.
도 5 내지 도 10의 렌즈계를 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 성능 평가 장치에 릴레이 렌즈계(RL10)로 적용할 수 있다. 이 경우, 상기 피사체는 도 1 및 도 2의 차트(CT10)에 해당될 수 있다. 상기 이미지센서는 렌즈 모듈(LM10)에 포함된 이미지센서에 해당될 수 있다. 상기 조리개는 렌즈 모듈(LM10)에 포함된 조리개에 해당될 수 있다.
상기한 구성을 가지는 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈계는 다음의 조건식(1) 내지 조건식(5) 중 적어도 하나를 만족하는 것이 바람직하다.
조건식(1) : 70°≤ FOV ≤ 110°
여기서, FOV는 상기 렌즈계의 화각(angle of view)이다. 상기 화각은 상기 렌즈계의 대각 화각(diagonal field of view)일 수 있다. 조건식(1)에서 FOV는 90°≤ FOV ≤ 110° 또는 100°≤ FOV ≤ 110°를 만족할 수 있다.
조건식(1)은 상기 렌즈계의 화각을 한정한 것으로, 렌즈계가 비교적 큰 화각을 갖는다는 것을 의미한다. 이러한 렌즈계를 릴레이 렌즈계로 사용하면, 평가 가능한 렌즈 모듈의 화각 범위가 넓어질 수 있다. 예컨대, 110° 이하의 화각(즉, 0° 보다 크고 110° 보다 작거나 같은 화각)을 갖는 모든 렌즈 모듈의 성능을 평가할 수 있다. 따라서, 상기 렌즈계는 기존 70°∼ 80° 정도의 화각을 갖는 렌즈 모듈의 평가뿐 아니라, 새로 개발되는 약 90° 이상의 화각을 갖는 렌즈 모듈의 평가에까지 모두 사용될 수 있다.
조건식(2) : 0 ≤ TL4L5 / (R51/R42) ≤ 1.5
여기서, TL4L5 (단위:mm)는 제4 렌즈(Ⅳ)와 제5 렌즈(Ⅴ) 사이의 거리를 나타내고, R42는 제4 렌즈(Ⅳ)의 출사면(8)의 곡률반경을 나타내고, R51은 제5 렌즈(Ⅴ)의 입사면(9)의 곡률반경을 나타낸다. 상기 TL4L5는 광축을 따라 측정된 거리이다. 다시 말해, TL4L5는 제4 렌즈(Ⅳ)의 출사면(8)의 중앙부에서 제5 렌즈(Ⅴ)의 입사면(9)의 중앙부까지의 직선거리일 수 있다.
조건식(2)는 제4 렌즈(Ⅳ)와 제5 렌즈(Ⅴ) 사이의 간격 및 곡률과 관련된다. 상기 렌즈계의 수차를 최소화하기 위해, 제4 렌즈(Ⅳ)와 제5 렌즈(Ⅴ)를 접합하거나 근접시킬 수 있고, 제4 렌즈(Ⅳ)의 출사면(8)의 곡률반경(R42) 및 제5 렌즈(Ⅴ)의 입사면(9)의 곡률반경(R51)을 적절히 조절할 수 있다.
조건식(3) : 0.3 ≤ (f2/f) - (f1/f) ≤ 0.9
여기서, f는 상기 렌즈계 전체의 초점거리를 나타내고, f1은 제1 렌즈(I)의 초점거리를 나타내고, f2는 제2 렌즈(Ⅱ)의 초점거리를 나타낸다. 여기서, 초점거리는 EFL(effective focal length)이다.
조건식(3)은 상기 렌즈계의 초점거리와 제1 및 제2 렌즈(I, Ⅱ)의 초점거리 사이의 관계를 한정한 것이다. 렌즈계의 넓은 화각을 확보하고 복수의 렌즈 모듈의 평가를 가능하게 하기 위해서는, 제1 및 제2 렌즈(I, Ⅱ)의 초점거리와 렌즈계 전체의 초점거리를 적절히 조절하는 것이 유리할 수 있다.
조건식(4) : 0.8 ≤ Nd2 / Nd3 ≤ 1.1
여기서, Nd2는 제2 렌즈(Ⅱ)의 굴절률을 나타내고, Nd3은 제3 렌즈(Ⅲ)의 굴절률을 나타낸다. Nd2 및 Nd3은 d선(d-line)을 이용하여 측정한 것이다.
조건식(4)는 제2 렌즈(Ⅱ) 및 제3 렌즈(Ⅲ)의 소재에 대한 조건을 표현한 것이다. 제2 렌즈(Ⅱ) 대비 제3 렌즈(Ⅲ)에 고굴절 렌즈를 사용할 수 있다. 즉, 제3 렌즈(Ⅲ)의 굴절률이 제2 렌즈(Ⅱ)의 굴절률보다 상대적으로 클 수 있다. 조건식(4)를 만족할 때, 렌즈계의 화각을 넓히는데 유리할 수 있다. 또한, 조건식(4)를 만족함으로써, 제2 및 제3 렌즈(Ⅱ, Ⅲ)의 굴절률 제어를 통해 코마수차 및 비점수차 등의 문제를 적절히 제어할 수 있다.
조건식(5) : 1.4 ≤ Abv2 / Abv3 ≤ 3.0
여기서, Abv2는 제2 렌즈(Ⅱ)의 아베수(Abbe number)를 나타내고, Abv3은 제3 렌즈(Ⅲ)의 아베수를 나타낸다. Abv2 및 Abv3은 d선(d-line)을 이용하여 측정한 것이다.
조건식(5)는 제2 렌즈(Ⅱ) 및 제3 렌즈(Ⅲ)의 아베수 조건을 한정한 것으로, 제2 렌즈(Ⅱ)에 상대적으로 높은 아베수를 갖는 재료를 적용하고, 제3 렌즈(Ⅲ)에 상대적으로 낮은 아베수를 갖는 재료를 적용할 수 있다. 조건식(5)는 렌즈계의 색수차(chromatic aberration)를 줄이기 위한 조건일 수 있다. 조건식(5)를 만족함으로써, 렌즈계에서 발생할 수 있는 색수차를 최소화할 수 있고, 우수한 성능을 용이하게 확보할 수 있다.
상기한 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 있어서, 조건식(1) 내지 조건식(5)의 값들은 아래의 표 1에 나타낸 바와 같다. 표 1에서 FOV(화각)의 단위는 °이다. 한편, 표 2는 표 1을 얻는데 필요한 변수들의 값을 정리한 것이다. 표 2에서 TL4L5, R42, R51, f, f1 및 f2 값들의 단위는 ㎜이다.
구분 수식 제1
실시예		 제2
실시예		 제3
실시예		 제4
실시예		 제5
실시예		 제6
실시예
조건식(1) FOV 102.35 103.67 100.20 88.60 93.20 92.30
조건식(2) TL4L5/(R51/R42) 0.66 0.00 0.68 0.54 0.54 0.54
조건식(3) (f2/f) - (f1/f) 0.53 0.51 0.70 0.82 0.58 0.43
조건식(4) Nd2 / Nd3 0.93 0.93 0.91 1.00 1.00 1.00
조건식(5) Abv2 / Abv3 2.01 2.01 2.18 1.60 1.60 1.60
제1 실시예 제2 실시예 제3 실시예 제4 실시예 제5 실시예 제6 실시예
TL4L5 0.59744 0.00000 0.59744 0.50000 0.50000 0.50000
R42 -125.000 -100.00000 -130.12130 -126.86950 -126.86950 -126.86950
R51 -112.61295 -100.00000 -113.64646 -117.80780 -117.80780 -117.80780
f 649.21 677.79 524.32 446.32 593.37 786.75
f1 -207.195 -207.195 -229.475 -235.370 -214.196 -204.576
f2 139.939 139.939 136.864 132.002 132.002 132.002
Nd2 1.639 1.639 1.639 1.806 1.806 1.806
Nd3 1.755 1.755 1.805 1.805 1.805 1.805
Abv2 55.449 55.449 55.449 40.734 40.734 40.734
Abv3 27.530 27.530 25.456 25.456 25.456 25.456
표 1 및 표 2를 참조하면, 상기 제1 내지 제6 실시예의 렌즈계는 조건식(1) 내지 조건식(5)를 만족하는 것을 알 수 있다.
상기 렌즈계의 초점거리(f)는 약 100 mm 이상 또는 약 300 mm 이상 또는 약 500 mm 이상일 수 있다. 이러한 렌즈계는 렌즈 모듈의 성능 평가를 위한 릴레이 렌즈계(relay lens system)로 사용될 수 있다. 즉, 상기 렌즈계는 도 1 및 도 2의 릴레이 렌즈계(RL10)로 적용될 수 있다.
상기한 구성을 가지는 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈 광학계에서 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ) 중 적어도 하나는 글라스(glass) 소재로 제조할 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ)는 모두 글라스 소재로 제조할 수 있다. 이 경우, 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ)는 모두 글라스 렌즈일 수 있다. 그러나 본원에서 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ)의 재질이 글라스로 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라서는, 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ) 중 적어도 하나를 플라스틱으로 제조할 수도 있다.
이하, 렌즈 데이터 및 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 제1 내지 제6 실시예에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.
아래의 표 3 내지 표 8은 각각 도 5 내지 도 10의 렌즈계를 구성하는 각 렌즈에 대한 곡률반경, 렌즈 두께 또는 렌즈 사이의 거리, 굴절률 및 아베수 등을 나타낸다. 표 3 내지 표 8에서 R은 곡률반경, D는 렌즈 두께 또는 렌즈 간격 또는 인접한 구성요소 간의 간격, Nd는 d선(d-line)을 이용하여 측정한 렌즈의 굴절률, Vd는 d선(d-line)에 대한 렌즈의 아베수를 나타낸 것이다. R 값과 D 값의 단위는 ㎜이다.
제1 실시예 면 R D Nd Vd
I 1 267.84142 5.00000 1.51680 64.19733
2 76.21006 21.05492
Ⅱ 3 75.63171 20.00000 1.63854 55.44878
4 431.33573 6.32911
Ⅲ 5 335.07714 4.00000 1.75520 27.52977
6 181.21961 7.18707
Ⅳ 7 -180.32653 12.00000 1.56384 60.82920
8 -125.00000 0.59744
Ⅴ 9 -112.61295 5.61445 1.72342 37.99348
10 -132.58660 15.00000
Stop Infinity 2.62777
Image Infinity
제2 실시예 면 R D Nd Vd
I 1 267.84142 5.00000 1.51680 64.19733
2 76.21006 21.05492
Ⅱ 3 75.63171 20.00000 1.63854 55.44878
4 431.33573 6.32911
Ⅲ 5 335.07714 4.00000 1.75520 27.52977
6 181.21961 7.18707
Ⅳ 7 -160.00000 12.00000 1.56384 60.82920
8 -100.00000 0.00000
Ⅴ 9 -100.00000 5.61445 1.72342 37.99348
10 -132.58660 15.00000
Stop Infinity 2.62813
Image Infinity
제3 실시예 면 R D Nd Vd
I 1 261.04142 4.90000 1.48749 70.44016
2 78.01006 21.05492
Ⅱ 3 73.83171 15.00000 1.63854 55.44878
4 428.03275 6.32911
Ⅲ 5 333.04514 3.50000 1.80518 25.45598
6 179.26450 7.18707
Ⅳ 7 -181.50647 11.00000 1.56384 60.82920
8 -130.12130 0.59744
Ⅴ 9 -113.64646 5.61445 1.72342 37.99348
10 -131.50455 15.00000
Stop Infinity 2.62563
Image Infinity
제4 실시예 면 R D Nd Vd
I 1 234.05596 5.00000 1.60342 38.01000
2 88.01665 29.13967
Ⅱ 3 90.46877 20.37821 1.80611 40.73371
4 525.74900 5.67992
Ⅲ 5 542.04707 5.00000 1.80518 25.45598
6 201.95099 8.85749
Ⅳ 7 -206.12268 9.63772 1.48749 70.44016
8 -126.86950 0.50000
Ⅴ 9 -117.80780 17.90187 1.71300 53.93805
10 -141.36947 20.00000
Stop Infinity 4.00701
Image Infinity
제5 실시예 면 R D Nd Vd
I 1 206.86562 5.00000 1.70154 41.14828
2 86.45770 21.42309
Ⅱ 3 90.46877 20.37821 1.80611 40.73371
4 525.74900 5.67992
Ⅲ 5 542.04707 5.00000 1.80518 25.45598
6 201.95099 8.85749
Ⅳ 7 -206.12268 9.63772 1.48749 70.44016
8 -126.86950 0.50000
Ⅴ 9 -117.80780 17.90187 1.71300 53.93805
10 -141.36947 20.00000
Stop Infinity 4.01506
Image Infinity
제6 실시예 면 R D Nd Vd
I 1 190.58942 9.01999 1.80611 40.73371
2 86.80746 15.55925
Ⅱ 3 90.46877 20.37821 1.80611 40.73371
4 525.74900 5.67992
Ⅲ 5 542.04707 5.00000 1.80518 25.45598
6 201.95099 8.85749
Ⅳ 7 -206.12268 9.63772 1.48749 70.44016
8 -126.86950 0.50000
Ⅴ 9 -117.80780 17.90187 1.71300 53.93805
10 -141.36947 20.00000
Stop Infinity 4.02198
Image Infinity
한편, 도 5 내지 도 10에 각각 대응하는 본 발명의 제1 내지 제6 실시예에 따른 렌즈계의 화각(FOV), 화각의 절반(θd) 및 θd의 tan 값을 정리하면 아래의 표 9와 같다.
구 분 화각(FOV) [°] 화각의 절반(θd) [°] tan(θd)
제1 실시예 102.35 51.18 1.243
제2 실시예 103.67 51.84 1.272
제3 실시예 100.20 50.10 1.196
제4 실시예 88.60 44.30 0.976
제5 실시예 93.20 46.60 1.057
제6 실시예 92.30 46.15 1.041
도 11은 본 발명의 제1 실시예(도 5)에 따른 렌즈계, 즉, 표 3의 수치를 갖는 렌즈계의 상면만곡(astigmatic field curvature) 및 왜곡(distortion)을 보여주는 수차도이다.
도 11의 (a)는 렌즈계의 상면만곡, 즉 자오상면만곡(tangential field curvature)(T)과 구결상면만곡(sagittal field curvature)(S)을 나타내고, (b)는 렌즈계의 왜곡 데이터를 보여준다. (a) 및 (b) 데이터를 얻기 위해 사용한 광의 파장은 546.0740nm 이었다. 이는 도 12 내지 도 16에서도 마찬가지이다.
도 12의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 제2 실시예(도 6)에 따른 렌즈계, 즉, 표 4의 수치를 갖는 렌즈계의 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 13의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 제3 실시예(도 7)에 따른 렌즈계, 즉, 표 5의 수치를 갖는 렌즈계의 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 14의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 제4 실시예(도 8)에 따른 렌즈계, 즉, 표 5의 수치를 갖는 렌즈계의 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 15의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 제5 실시예(도 9)에 따른 렌즈계, 즉, 표 5의 수치를 갖는 렌즈계의 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 16의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 제6 실시예(도 10)에 따른 렌즈계, 즉, 표 5의 수치를 갖는 렌즈계의 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈계는 피사체에서 이미지센서 방향으로 순차적으로 배열된 부(-), 정(+), 부(-), 정(+), 부(-)의 굴절력을 갖는 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ)를 포함하고, 상기한 조건식(1) 내지 조건식(5) 중 적어도 어느 하나를 만족할 수 있다. 이러한 렌즈계는 넓은 화각을 가질 수 있고, 각종 수차를 용이하게(양호하게) 보정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 넓은 화각(광각)을 갖고 고성능 및 고해상도를 얻을 수 있는 렌즈계를 구현할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예들에 따른 렌즈계는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같은 렌즈 성능 평가 장치/시스템의 릴레이 렌즈계(RL10)로 적용될 수 있다. 이 경우, 복수의 렌즈 모듈에 대한 성능 평가 및 수차/왜곡 평가를 동시에 진행할 수 있고, 그에 따른 다양한 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈계는 전술한 분야(즉, 렌즈 성능 평가 분야의 릴레이 렌즈계) 이외에 다른 분야에도 다양하게 적용될 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈계에서 렌즈 요소들의 형상이 다소 변형되더라도 상기한 조건식(1) 내지 조건식(5) 중 적어도 하나를 만족하는 경우, 앞서 설명한 바와 같은 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 조건식(1) 내지 조건식(5) 중 적어도 일부를 만족하지 않더라도, 렌즈 요소들의 파워 배치, 형상 조건 및 기타 조건들을 만족할 때, 앞서 설명한 바와 같은 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있을 것이다. 부가적으로, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈계는 렌즈 성능 평가 분야의 릴레이 렌즈계에 적용될 수 있고, 그 밖에 다른 분야에도 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 아울러, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 렌즈 성능 평가 장치/시스템의 구성도 다양하게 변화될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
CT10 : 차트 LM1 : 제1 렌즈 모듈
LM2 : 제2 렌즈 모듈 LM10 : 복수의 렌즈 모듈
RL10 : 릴레이 렌즈계 I : 제1 렌즈
Ⅱ : 제2 렌즈 Ⅲ : 제3 렌즈
Ⅳ : 제4 렌즈 Ⅴ : 제5 렌즈

Claims (23)

  1. 렌즈 성능을 평가하기 위한 장치에 있어서,
    복수의 렌즈 모듈(lens module);
    상기 복수의 렌즈 모듈에 대향하도록 배치된 성능 평가용 차트(chart); 및
    상기 복수의 렌즈 모듈과 상기 차트 사이에 배치된 릴레이 렌즈계(relay lens system);를 포함하고,
    상기 하나의 차트와 상기 하나의 릴레이 렌즈계를 이용해서 상기 복수의 렌즈 모듈의 성능을 평가하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 릴레이 렌즈계의 중심축과 상기 복수의 렌즈 모듈 중 어느 하나의 중심축 사이의 간격은 3 mm 이상 30 mm 이하인 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈 모듈 중 인접한 두 개의 렌즈 모듈의 중심축 사이의 간격은 6 mm 이상 60 mm 이하인 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈 모듈은 2개 혹은 4개의 렌즈 모듈을 포함하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈 모듈은 동일한 종류의 렌즈 모듈을 포함하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈 모듈은 서로 다른 종류의 렌즈 모듈을 포함하고,
    상기 서로 다른 종류의 렌즈 모듈은 서로 다른 화각을 갖는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 릴레이 렌즈계는 5매 렌즈이거나 5매 이상의 렌즈를 포함하는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 릴레이 렌즈계는 상기 차트와 상기 복수의 렌즈 모듈 사이에 상기 차트 측으로부터 순차로 배열된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제5 렌즈를 구비하되,
    상기 제1 렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖고 상기 렌즈 모듈에 대하여 오목한 출사면을 가지며,
    상기 제2 렌즈는 정(+)의 굴절력을 갖고 상기 차트 측으로 볼록한 입사면을 가지며,
    상기 제3 렌즈는 부(-)의 굴절력을 가지며,
    상기 제4 렌즈는 정(+)의 굴절력을 가지며,
    상기 제5 렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖고 상기 렌즈 모듈 측으로 볼록한 출사면을 가지며,
    선택적으로(optionally), 상기 제4 렌즈와 제5 렌즈는 상호 접합하여 하나의 접합 렌즈를 구성하는 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 릴레이 렌즈계는 다음의 조건식을 만족하는 장치.
    조건식(1) : 70°≤ FOV ≤ 110°
    여기서, FOV는 상기 릴레이 렌즈계의 화각이다.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 릴레이 렌즈계는 다음의 조건식을 만족하는 장치.
    조건식(2) : 0 ≤ TL4L5 / (R51/R42) ≤ 1.5
    여기서, TL4L5 (단위:mm)는 상기 제4 렌즈와 제5 렌즈 사이의 거리를 나타내고, R42는 상기 제4 렌즈의 출사면의 곡률반경을 나타내고, R51은 상기 제5 렌즈의 입사면의 곡률반경을 나타낸다.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 릴레이 렌즈계는 다음의 조건식을 만족하는 장치.
    조건식(3) : 0.3 ≤ (f2/f) - (f1/f) ≤ 0.9
    여기서, f는 상기 릴레이 렌즈계의 초점거리를 나타내고, f1은 상기 제1 렌즈의 초점거리를 나타내고, f2는 상기 제2 렌즈의 초점거리를 나타낸다.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 릴레이 렌즈계는 다음의 조건식을 만족하는 장치.
    조건식(4) : 0.8 ≤ Nd2 / Nd3 ≤ 1.1
    여기서, Nd2는 상기 제2 렌즈의 굴절률을 나타내고, Nd3은 상기 제3 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 릴레이 렌즈계는 다음의 조건식을 만족하는 장치.
    조건식(5) : 1.4 ≤ Abv2 / Abv3 ≤ 3.0
    여기서, Abv2는 상기 제2 렌즈의 아베수(Abbe number)를 나타내고, Abv3은 상기 제3 렌즈의 아베수를 나타낸다.
  14. 피사체와 상기 피사체의 상이 맺히는 이미지센서 사이에 피사체 측으로부터 순차로 배열된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제5 렌즈를 구비하되,
    상기 제1 렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖고 상기 이미지센서에 대하여 오목한 출사면을 가지며,
    상기 제2 렌즈는 정(+)의 굴절력을 갖고 상기 피사체 측으로 볼록한 입사면을 가지며,
    상기 제3 렌즈는 부(-)의 굴절력을 가지며,
    상기 제4 렌즈는 정(+)의 굴절력을 가지며,
    상기 제5 렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖고 상기 이미지센서 측으로 볼록한 출사면을 갖는 렌즈계.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제4 렌즈와 제5 렌즈는 상호 접합하여 하나의 접합 렌즈를 구성하거나,
    상기 제4 렌즈와 제5 렌즈 사이의 간격은 1 mm 보다 작은 렌즈계.
  16. 제 14 항에 있어서,
    다음의 조건식을 만족하는 렌즈계.
    조건식(1) : 70°≤ FOV ≤ 110°
    여기서, FOV는 상기 렌즈계의 화각이다.
  17. 제 14 항에 있어서,
    다음의 조건식을 만족하는 렌즈계.
    조건식(2) : 0 ≤ TL4L5 / (R51/R42) ≤ 1.5
    여기서, TL4L5 (단위:mm)는 상기 제4 렌즈와 제5 렌즈 사이의 거리를 나타내고, R42는 상기 제4 렌즈의 출사면의 곡률반경을 나타내고, R51은 상기 제5 렌즈의 입사면의 곡률반경을 나타낸다.
  18. 제 14 항에 있어서,
    다음의 조건식을 만족하는 렌즈계.
    조건식(3) : 0.3 ≤ (f2/f) - (f1/f) ≤ 0.9
    여기서, f는 상기 렌즈계의 초점거리를 나타내고, f1은 상기 제1 렌즈의 초점거리를 나타내고, f2는 상기 제2 렌즈의 초점거리를 나타낸다.
  19. 제 14 항에 있어서,
    다음의 조건식을 만족하는 렌즈계.
    조건식(4) : 0.8 ≤ Nd2 / Nd3 ≤ 1.1
    여기서, Nd2는 상기 제2 렌즈의 굴절률을 나타내고, Nd3은 상기 제3 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
  20. 제 14 항에 있어서,
    다음의 조건식을 만족하는 렌즈계.
    조건식(5) : 1.4 ≤ Abv2 / Abv3 ≤ 3.0
    여기서, Abv2는 상기 제2 렌즈의 아베수(Abbe number)를 나타내고, Abv3은 상기 제3 렌즈의 아베수를 나타낸다.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제3 렌즈 각각은 상기 피사체 측으로 볼록하고,
    상기 제4 렌즈 및 제5 렌즈 각각은 상기 이미지센서 측으로 볼록하며,
    상기 제1 내지 제5 렌즈 중 상기 제1 렌즈가 가장 큰 외경을 갖는 렌즈계.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 렌즈계의 초점거리는 100 mm 이상인 렌즈계.
  23. 제 14 항에 있어서,
    상기 렌즈계는 렌즈 모듈의 성능 평가를 위한 릴레이 렌즈계(relay lens system)인 렌즈계.
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