WO2010077050A2 - 어안 렌즈 - Google Patents

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WO2010077050A2
WO2010077050A2 PCT/KR2009/007857 KR2009007857W WO2010077050A2 WO 2010077050 A2 WO2010077050 A2 WO 2010077050A2 KR 2009007857 W KR2009007857 W KR 2009007857W WO 2010077050 A2 WO2010077050 A2 WO 2010077050A2
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WO
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lens
lens element
abbe number
group
refractive index
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French (fr)
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WO2010077050A3 (ko
Inventor
권경일
Original Assignee
주식회사 나노포토닉스
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/06—Panoramic objectives; So-called "sky lenses" including panoramic objectives having reflecting surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/04—Reversed telephoto objectives
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/64—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having more than six components

Definitions

  • the present invention relates to a fisheye lens, and more particularly, to a fisheye lens having an angle of view of 180 ° or more, high resolution, and generally following an equidistant projection method.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a real projection scheme of a general imaging lens 112.
  • the Z-axis of the world coordinate describing the object captured by the imaging lens coincides with the optical axis 101 of the imaging lens 112.
  • Incident light 105 having a zenith angle ⁇ with respect to this Z-axis is refracted by the imaging lens 112 and then reflected on the focal plane 132 as refracted ray 106.
  • the distance from the nodal point N of the lens to the focal plane approximately coincides with the effective focal length f of the lens.
  • the portion where the actual shop is formed in the focal plane is the image plane.
  • the image plane and the image sensor plane 113 inside the camera body 114 must match.
  • the focal plane and the image sensor plane are perpendicular to the optical axis.
  • the distance from the intersection O between the optical axis 101 and the sensor surface 113 to the shop P is the image height r.
  • the image size r in a general wide angle lens is given by Equation 1.
  • the unit of the incident angle ⁇ is radians
  • the function r ( ⁇ ) is a monotonically increasing function for the ceiling angle ⁇ of the incident light.
  • the actual projection method of such a lens can be measured experimentally with a real lens, or can be calculated with a lens design program such as Code V or Zemax with a complete lens design.
  • a lens design program such as Code V or Zemax with a complete lens design.
  • the REAY operator in Zemax allows you to calculate the y-axis coordinate y on the focal plane of incident light with a given horizontal and vertical angle of incidence, where the x coordinate in the x-axis direction is similar to the REAX operator. Can be calculated using.
  • a fisheye lens generally refers to a lens having an angle of view of 160 ° or more and having a generally proportional angle between an incident angle of incident light and an image size. In the true sense, however, a fisheye lens has a field of view of more than 180 ° and is generally proportional to the incident angle of the incident light and the image size. Many applications, such as security, surveillance and entertainment, require fisheye lenses with an angle of view greater than 180 °. However, a fisheye lens according to the prior art may have a number of lens elements of 10 or more in order to achieve an angle of view of 180 ° or more, or may be very difficult to manufacture because some lens surfaces of the lens element are close to hemispheres.
  • some lenses use a relatively small number of lens elements, such as six to eight, but may not have sufficient resolution to provide a clear image because of poor modulation transfer function characteristics.
  • the manufacturing cost may be increased by using a high refractive index lens glass to keep the lens elements small.
  • a preferred projection method of the fisheye lens is an equidistance projection scheme.
  • the incident angle ⁇ of incident light, the effective focal length f of the fisheye lens, and the image size r ed on the image surface satisfy a proportional relationship as shown in Equation (2).
  • the actual projection method of the lens shows some error with the ideal projection method given by Equation 2. If the image size on the image plane of the actual lens is r rp , an error between the actual projection method of the lens and the ideal equidistant projection method may be calculated as in Equation 3.
  • Distortion of the fisheye lens is generally measured by f- ⁇ distortion given by Equation 3, and the advanced fisheye lens relatively faithfully implements the equidistant projection method given by Equation 2.
  • Equation 3 Distortion of the fisheye lens is generally measured by f- ⁇ distortion given by Equation 3, and the advanced fisheye lens relatively faithfully implements the equidistant projection method given by Equation 2.
  • the calibrated distortion of the virtual focal length f c in which the f- ⁇ distortion given by Equation 3 is kept relatively small over the entire range of the angle of incidence, is also used as an indicator of the lens performance.
  • the virtual focal length f c is given as an optimal fitting constant by a least square error method regardless of the actual effective focal length of the lens. That is, the correction distortion indicates how close the incident angle of incident light and the image size on the sensor surface are to the linear function passing through the origin given by Equation (2).
  • the image sensor 213 is a conceptual diagram for understanding a field of view (FOV) of a fisheye lens.
  • the image sensor 213 generally has a rectangular shape, and the ratio of the length W of the horizontal side to the length H of the vertical side is usually 4: 3, but an image sensor of 1: 1 or 16: 9 is also found.
  • the side length is 4.8mm and the length of the length is 3.6mm.
  • the diameter 2r 2 of the image plane is smaller than the length W of the horizontal side of the image sensor plane.
  • an image plane with the identification number 233 is obtained. Therefore, an image obtained by such an image plane has a maximum angle of view in the horizontal direction and a smaller angle of view in the vertical direction.
  • an image plane with identification number 234 is obtained.
  • an image plane such as the identification number 234 is obtained, a fisheye image having the same angle of view in all directions about the optical axis may be obtained.
  • Another consideration in the design of fisheye lenses is to keep the overall length of the lens itself small while ensuring sufficient back focal length.
  • reference 1 shows a fisheye lens with an angle of view of 262 °.
  • the F-number is a dark lens with 14.94, it is difficult to use it unless it is a bright place.
  • a fisheye lens having an angle of view of 170.8 ° is presented, which is also dark with an F number of 7.98, and has a structure that is difficult for mass production because the shape of the second lens surface of the first lens element is close to the hemisphere.
  • Reference 3 shows fisheye lenses with angles of view of 220 ° and 270 °, with a relatively dark F number of 5.6, the shape of the second lens surface of the first lens element close to the hemisphere, and the modulation transfer function characteristic Insufficient to obtain Reference 4 presents a fisheye lens with an F number of 2.8 and an angle of view of 180 °. This lens has a relatively good resolution but has a severe distortion with correction distortion of more than 15%.
  • Reference 5 shows a fisheye lens with a F number of 2.8 and an angle of view of 220 °, but likewise the shape of the second lens surface of the first lens element is close to the hemisphere and the modulation transfer function characteristics are not sufficient.
  • Reference 6 presents a fisheye lens for projection with an F number of 2.4 and an angle of view of 163 °, with a low ambient light ratio of 60% at the maximum angle of incidence.
  • Reference 7 shows a breakthrough infrared fisheye lens with a F number of 0.7 and an angle of view of 270 °, but only four lenses. This surprising property is partly due to the very high refractive index of Germanium, which is used as a lens material in the infrared region. However, even in this lens, the second lens surface of the first lens element has a hyper-hemispherical shape, which is very difficult for mass production.
  • Reference 8 clearly shows the characteristics of various commercial fisheye lenses.
  • Reference 9 shows a promising fisheye lens with an F number of 2.0, an angle of view of 180 ° and using only six lens elements. However, since the fisheye lens uses ultra high refractive index glass having a refractive index of 1.91, production costs are high. In addition, the modulation transfer function characteristic is not sufficient.
  • Reference 10 presents a fisheye lens that satisfies the projection given by a special function relationship and has a F number of 2.8 and an angle of view of 182 °. However, since the fisheye lens uses 11 lens elements, the structure is complicated and the production cost is high. In addition, the modulation transfer function characteristic is not sufficient.
  • Reference 11 shows a fisheye lens with an F number of 2.8 and an angle of view of 180 °.
  • This lens also uses only six lens elements, but production costs are high because of the use of aspherical lens elements.
  • the modulation transfer function characteristic is not sufficient, and the ambient light ratio at the maximum incident angle is relatively low, such as 70%.
  • reference 12 is an embodiment of a variety of wide-angle lens that satisfies the useful projection method that can be implemented by the wide-angle lens
  • reference 13 to 15 is a horizontal angle of view of 190 ° in the 1 / 3-inch image sensor
  • F number is 2.8
  • fisheye lens with good modulation transfer function characteristics, good ambient light ratio and fabrication tolerance is presented.
  • the present invention has a relatively small number of lens elements and has an angle of view of 180 ° or more in place of a conventional fisheye lens having a mechanical structure that is difficult to manufacture or a manufacturing tolerance that is too small to be commercially produced in large quantities.
  • the object of the present invention is to provide various embodiments of a fisheye lens having a mechanical structure suitable for mass production at a low cost and not having a large error.
  • the lens element has 8 to 10 sheets, and provides a specific embodiment having both desirable optical and mechanical properties.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a projection method of a general imaging lens.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing the size of an image plane of a preferred fisheye lens with respect to the image sensor plane.
  • FIG 3 is a view showing the optical structure and the path of the light beam of the fisheye lens of the first embodiment of the present invention.
  • 5 is a graph showing the ambient light ratio of the fisheye lens of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing image curvature and correction distortion of a fisheye lens of a first embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a view showing the optical structure and the path of the light beam of the fisheye lens of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a graph showing the ambient light ratio of the fisheye lens of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a graph showing image curvature and correction distortion of a fisheye lens of a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view showing an optical structure and a path of a light beam of a fisheye lens of a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a graph showing an ambient light ratio of a fisheye lens of a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a graph showing image curvature and correction distortion of a fisheye lens of a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a view showing an optical structure and a path of a light beam of a fisheye lens according to a fourth embodiment of the present invention.
  • 16 is a modulation transfer function characteristic of a fisheye lens according to a fourth embodiment of the present invention.
  • Fig. 17 is a graph showing the ambient light ratio of the fisheye lens of the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a graph showing image curvature and correction distortion of a fisheye lens according to a fourth embodiment of the present invention.
  • 19 is a view showing an optical structure and a path of a light beam of a fisheye lens of a fifth embodiment of the present invention.
  • 20 is a modulation transfer function characteristic of a fisheye lens of a fifth embodiment of the present invention.
  • 21 is a graph showing the ambient light ratio of the fisheye lens of the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a graph showing image curvature and correction distortion of a fisheye lens according to a fifth exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a view showing an optical structure and a path of a light beam of a fisheye lens of a sixth embodiment of the present invention.
  • 25 is a graph showing the ambient light quantity ratio of the fisheye lens of the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 26 is a graph showing image curvature and correction distortion of a fisheye lens according to a sixth exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a view showing an optical structure and a path of a light beam of a fisheye lens of a seventh embodiment of the present invention.
  • 29 is a graph showing the ambient light ratio of the fisheye lens of the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 30 is a graph showing image curvature and correction distortion of a fisheye lens of a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 31 is a view showing an optical structure and a path of a light beam of a fisheye lens of an eighth embodiment of the present invention.
  • 33 is a graph showing the ambient light ratio of the fisheye lens of the eighth embodiment of the present invention.
  • Fig. 34 is a graph showing image surface curvature and correction distortion of the fisheye lens of the eighth embodiment of the present invention.
  • 35 is a view showing the optical structure and the path of the light beam of the fisheye lens of the ninth embodiment of the present invention.
  • 36 is a modulation transfer function characteristic of a fisheye lens of the ninth embodiment of the present invention.
  • Fig. 37 is a graph showing the ambient light ratio of the fisheye lens of the ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 39 is a view showing the optical structure of the fisheye lens and the path of the light beam of the tenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 41 is a graph showing an ambient light ratio of a fisheye lens of a tenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 42 is a graph showing image curvature and correction distortion of a fisheye lens of a tenth embodiment of the present invention.
  • Figure 3 shows the shape of the fisheye lens and the path of the light ray of the first embodiment of the present invention.
  • the F number of this lens is 2.8, the angle of view is 190 °, and it is assumed that a 1 / 3-inch CCD sensor is used.
  • the image size corresponding to the incident angle of 95 ° is given as 2.351 mm so that the horizontal angle of view of the image captured by the camera using such an image sensor is 190 °.
  • This lens consists of a first group G 1 and a second group G 2 , a stop S and a third group G 3 .
  • the first group consists of the first lens element E 1 and the second lens element E 2 from the object side
  • the second group consists of the third lens element E 3 and the fourth lens element E 4
  • the third group consists of the first 5 to 8 lens elements E 5 to E 8 .
  • the first to eighth lens elements E 1 to E 8 are all refractive lens elements that are double-sided spherical, and the aperture S is located between the fourth lens element E 4 and the fifth lens element E 5 .
  • the optical low pass filter F located between the eighth lens element E 8 and the sensor plane I, is not a component of the lens, but some of the components of the camera body covered over the image sensor plane I of the camera. to be. The role of the optical low pass filter is to remove the moire effect from the image. 3 shows that the lens is designed considering this optical low pass filter.
  • the first to eighth lens elements are all refractive lens elements and have two lens surfaces.
  • the first lens element has a first lens surface R 1 on the object side and a second lens surface R 2 on the image side
  • the second lens element E 2 is a third lens on the object side. It has a surface R 3 and an upper fourth lens surface R 4
  • the remaining lens elements also have fifth lens surfaces R 5 to 15th lens surface R 15 .
  • the incident light originating from an object point toward the object enters the first lens surface R 1 , which is the refractive surface of the first lens element E 1 , and then sequentially passes through the first to eighth lens elements and the optical low pass filter F. Converges to sensor plane I.
  • Table 1 shows the complete optical design for the fisheye lens of the first embodiment.
  • the units of radius and thicknesses are millimeters.
  • the radius here is exactly the radius of curvature. Since there is no confusion, the radius of curvature is hereinafter referred to as radius for convenience.
  • the first lens element E 1 of the fisheye lens of the first embodiment of the present invention is a negative meniscus lens element with a convex surface facing towards the object.
  • the first lens surface R 1 which is the lens surface of the object side of the first lens element, has a convex shape when viewed from the object side
  • the second lens surface R 2 which is the upper lens surface, is viewed from the upper side. It has the shape of a concave surface.
  • the radius of curvature of the first lens surface is 26.603 mm
  • the center of the circle coinciding with the first lens surface is located on the right side (ie, image side) with respect to the first lens surface.
  • the direction from the center of the circle toward the vertex on the first lens surface is the direction from the image toward the object.
  • the vertex means an intersection point between the lens surface and the optical axis.
  • the radius of curvature of the second lens surface is 7.310 mm, and the center of the circle coinciding with the second lens surface is also located to the right with respect to the second lens surface. Therefore, the direction vector of the second lens surface also faces toward the object from the upper side.
  • a lens element is referred to as a Meniscus lens element when the direction vector of the lens surface on the object side of an lens element coincides with the direction vector of the upper lens surface.
  • the thickness of the lens element measured parallel to the optical axis of the first lens element is thicker at the edge than the center.
  • the first lens element is therefore a lens element with negative refractive power.
  • the first lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing towards the object.
  • the second lens element having a third lens surface and a fourth lens surface is also a negative meniscus lens element whose convex surface faces toward the object.
  • the third lens element E 3 and the fourth lens element E 4 form a cemented doublet.
  • the third lens element is the fifth lens surface R 5 and sangjjok sixth lens surface has a R 6
  • the fourth lens element has an object side of the sixth lens surface R 6 and sangjjok seventh lens surface R 7 of the object side
  • the third lens element and the fourth lens element share a sixth lens surface R 6 due to the nature of the bonded lens.
  • the upper lens surface of the third lens element and the object-side lens surface of the fourth lens element are processed to have the same curvature and then bonded using optical cement.
  • the fifth lens surface of the third lens element is a convex surface facing toward the object, and the sixth lens surface is a convex surface facing upward.
  • Such lenses are referred to as bi-convex lens elements.
  • the biconvex lens element always has a positive refractive power since the center portion is thicker than the edges.
  • the fourth lens element has a sixth lens surface R 6 and a seventh lens surface R 7 , the sixth lens surface is a concave surface facing toward the object, and the seventh lens surface is a convex surface facing upward. Since both the direction vector of the sixth lens surface and the direction vector of the seventh lens surface point upward from the object side, this lens element is a meniscus lens element with the convex surface facing upward.
  • the radius of curvature of the sixth lens surface is -4.400 mm
  • the radius of curvature of the seventh lens surface is -6.634 mm.
  • the fourth lens element is thus a negative meniscus lens element whose edge is thicker than the central portion. In total, the fourth lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing upwards.
  • the aperture S is positioned between the fourth lens element E 4 and the fifth lens element E 5 .
  • the aperture is regarded as the eighth lens surface R 8 having a radius of curvature infinity ( ⁇ ).
  • the fifth lens element E 5 and the sixth lens element E 6 constitute a joint lens.
  • the fifth lens element has a ninth lens surface R 9 and a tenth lens surface R 10 , the ninth lens surface is a convex surface facing toward the object, and the tenth lens surface is a convex surface facing upward.
  • the fifth lens element is thus a biconvex lens element.
  • the sixth lens element has a tenth lens surface R 10 and an eleventh lens surface R 11 , the tenth lens surface is a concave surface facing toward the object, and the eleventh lens surface is a concave surface facing upward. Therefore, the direction vector of the tenth lens surface and the direction vector of the eleventh lens surface face each other.
  • Such lens elements are referred to as bi-concave lens elements. Amphipathic lens elements always have negative refractive power.
  • the seventh lens element E 7 and the eighth lens element E 8 are biconvex lens elements.
  • Lens configurations such as glass composition and thickness of the spherical lens elements are given in Table 1, and all optical glasses were selected from Hikari glass.
  • the first lens element E 1 is a high refractive glass having a refractive index of 1.7724 and an Abbe number of 49.61.
  • Hikari's product which has the refractive index and the optical characteristic closest to Abbe's number, has the trade name E-LASF016. It is assumed that all of the second to eighth lens elements use optical glass manufactured by Hikari. However, these designs can easily be adapted to the characteristics of other companies' products, such as Schott and Hoya.
  • both the first lens element and the second lens element belonging to the first group G 1 have negative refractive power, the refractive index is 1.7 or more, and the Abbe number is 40 or more.
  • Such high refractive index is necessary to obtain a sufficient angle of view without the shape of the lens surface close to the hemisphere, and a relatively high Abbe number is necessary to reduce the variation according to the wavelength.
  • the first lens element and the second lens element are also negative meniscus lens elements with convex surfaces facing towards the object. Lens elements belonging to the first group are mainly introduced for the purpose of converting the incident angle of incident light, and a high refractive index is required to greatly change the incident angle, and a relatively high Abbe number is required to reduce the variation with wavelength.
  • the lens elements belonging to the first group have the purpose of converting the incident angle of incident light, all of them have negative refractive power.
  • the first lens element since the first lens element must convert the incident angle of incident light having an incident angle of 90 ° or more to 90 ° or less, it is inevitably implemented as a negative meniscus lens having a convex surface facing toward the object.
  • the second lens element since the second lens element has the purpose of converting light rays having an angle of incidence of 90 ° or less into light rays having a smaller angle of incidence, it is not necessarily implemented as a negative meniscus lens. Therefore, it may be implemented in any lens form having negative refractive power, such as a plano-concave lens element or a biconcave lens element.
  • the third to fourth lens elements belonging to the second group G 2 have a main role to compensate for the difference in refractive power according to the wavelength of the lens elements of the first group, and preferably include one or more joint lenses, Lens elements having an Abbe number of 30 or less and lens elements having an Abbe number of 40 or more are used together.
  • the third lens element has a refractive index of 1.7 or more and an Abbe number of 30 or less.
  • the fourth lens element has a refractive index of 1.7 or more and an Abbe number of 40 or more.
  • the third to fourth lens elements constituting the second group of this embodiment have the following features.
  • the third lens element has positive refractive power, has a refractive index of at least 1.7, and an Abbe number of at most 30.
  • the fourth lens element has negative refractive power, has a refractive index of at least 1.7, and an Abbe number of at least 40.
  • the fourth lens element is a negative meniscus lens element with a convex surface facing upwards.
  • the third lens element and the fourth lens element constitute a junction lens.
  • Lens elements belonging to the second group G 2 and lens elements belonging to the third group G 3 are distinguished by an aperture. Lens elements belonging to the third group are necessary to form a clear real image on the image sensor surface and have a positive refractive power as a whole.
  • the third group is composed of fifth to eighth lens elements.
  • the fifth lens element E 5 closest to the third group of objects and the eighth lens element E 8 closest to the image have positive refractive power, and the Abbe number has a value of 40 or more.
  • FIG. 4 shows the modulation transfer function characteristic in the visible light region of the fisheye lens of FIG. 3, and it can be seen that it has a resolution of 0.3 or more at 100 line pairs / millimeter.
  • Fig. 5 shows that the ambient light quantity ratio of this fisheye lens is almost 0.9 or more. In general, if the ambient light ratio is 0.6 or more, it is considered to be good, so the ambient light ratio of this fisheye lens is very excellent.
  • the left graph of FIG. 6 shows a field curvature of the fisheye lens of the first embodiment, and the right graph shows a calibrated distortion. From this graph, it can be seen that the maximum correction distortion is 5% or less. In other words, this lens implements an equidistant projection method fairly faithfully.
  • the main characteristic of another lens i.e. the distance from the apex of the first lens plane to the image plane I is 37.624 mm, which makes the fisheye lens of this embodiment relatively small. In addition, it has a sufficient back focal length, so there is no inconvenience in industrial use.
  • the lens of this embodiment has eight lens elements, and there are a total of 15 lens surfaces.
  • a number of spacers, retainers and barrels are used to keep these lens elements precisely spaced as defined in Table 1. Since such lens elements and spacers must be mechanically processed, it is impossible to manufacture them accurately and without errors as designed. That is, there is some error.
  • Table 1 is a design that is optimized to have a given characteristic, if the design and the error has a degree of degradation occurs.
  • the range of processing error causing a certain amount of performance degradation is different. Good design results in relatively small degradation in performance even with large machining errors.
  • the manufacturing tolerances possible with current production techniques vary among lens makers, but general manufacturing tolerances are almost common.
  • the thickness tolerance is 20 ⁇ m and the manufacturing tolerance of the radius of the lens surface is Newton ring 3 fringe.
  • the manufacturing tolerance is 20 ⁇ m and the manufacturing tolerance of the radius of the lens surface is Newton ring 3 fringe.
  • the first embodiment of the present invention is a design that is good enough to maintain the failure rate at a general level even if fabricated with a general manufacturing tolerance. Such manufacturing tolerances can be identified through a process called tolerance analysis. If you have a complete lens design as shown in Table 1, you can easily check using a lens design program such as Zemax.
  • Figure 7 shows the shape of the fisheye lens and the path of the light ray of the second embodiment of the present invention.
  • the F number of this lens is 2.8, the angle of view is 190 °, and it is assumed that a 1 / 3-inch CCD sensor is used.
  • the image size corresponding to the incident angle of 95 ° is given as 2.350 mm so that the horizontal angle of view of the image captured by the camera using the image sensor is 190 °.
  • the most important difference that the fisheye lens of the second embodiment differs from the fisheye lens of the first embodiment is that the thickness of the diaphragm surface is set to 1.5 mm so that an auto iris can be used.
  • the fisheye lens of the second embodiment of the present invention also comprises a first group G 1 , a second group G 2 , an aperture S, and a third group G 3 .
  • the first group consists of the first lens element E 1 and the second lens element E 2 from the object side
  • the second group consists of the third lens element E 3 and the fourth lens element E 4 .
  • the third group consists of fifth to eighth lens elements E 5 to E 8 .
  • the first to eighth lens elements E 1 to E 8 are all refractive lens elements that are double-sided spherical surfaces
  • the aperture S is located between the fourth lens element E 4 and the fifth lens element E 5
  • An optical low pass filter F is located between 8 and sensor plane I.
  • Incident light originating from an object point on the object side is incident on the first lens surface R 1 , which is the refractive surface of the first lens element E 1 , and sequentially passes through the first to eighth lens elements and the optical low pass filter F to the sensor surface I. Converge.
  • Table 2 shows the complete optical schematic for the fisheye lens of the second embodiment of the present invention.
  • the first lens element E 1 of the fisheye lens of the second embodiment of the present invention is a negative meniscus lens element whose convex surface faces the object, and the second lens element E 2 is the object side.
  • the third lens surface R 3, which is the lens surface of, is a plano-concave lens element
  • the fourth lens surface R 4, which is the plane and the upper lens surface is a concave surface facing upward. Pseudo lens elements always have negative refractive power.
  • the third lens element E 3 and the fourth lens element E 4 form a joint lens.
  • the third lens element is a biconvex lens element.
  • the fourth lens element has a sixth lens surface R 6 on the object side and a seventh lens surface R 7 on the image side.
  • the radius of curvature of the sixth lens surface is -8.428 mm
  • the radius of curvature of the seventh lens surface is -8.432 mm. Therefore, strictly speaking, the fourth lens element is a negative meniscus lens element whose convex surface faces upward. However, the refractive power of the fourth lens element is negligibly small.
  • the aperture S is positioned between the fourth lens element E 4 and the fifth lens element E 5 , and the fifth lens element E 5 and the sixth lens element E 6 constitute a junction lens.
  • the fifth lens element is a biconvex lens element and the sixth lens element is a bilateral lens element.
  • the seventh lens element E 7 is a positive meniscus lens element whose convex surface faces upward
  • the eighth lens element E 8 is a biconvex lens element.
  • Lens configurations such as glass composition and thickness of the spherical lens elements are given in Table 2, and all optical glasses were selected from Hikari glass.
  • both the first lens element and the second lens element belonging to the first group G 1 have negative refractive power, the refractive index is 1.7 or more, and the Abbe number is 40 or more.
  • the first lens element is also a negative meniscus lens element with a convex surface facing towards the object.
  • the second lens element is a polox lens element.
  • the third to fourth lens elements belonging to the second group G 2 have a main role to compensate for the difference in refractive power according to the wavelength of the lens elements of the first group, and preferably include one or more joint lenses, Lens elements having an Abbe number of 30 or less and lens elements having an Abbe number of 40 or more are used together.
  • the third to fourth lens elements constituting the second group of this embodiment have the following features.
  • the third lens element has positive refractive power, has a refractive index of at least 1.7, and an Abbe number of at most 30.
  • the fourth lens element has negative refractive power, has a refractive index of at least 1.7, and an Abbe number of at least 40.
  • the fourth lens element is a negative meniscus lens element with a convex surface facing upwards.
  • the third lens element and the fourth lens element constitute a junction lens.
  • Lens elements belonging to the second group G 2 and lens elements belonging to the third group G 3 are distinguished by an aperture. Lens elements belonging to the third group are necessary to form a clear image on the image sensor surface and have a positive refractive power as a whole.
  • the third group is composed of fifth to eighth lens elements.
  • the fifth lens element E 5 closest to the third group of objects and the eighth lens element E 8 closest to the image have positive refractive power, and the Abbe number has a value of 40 or more.
  • FIG. 8 shows the modulation transfer function characteristic in the visible light region of the fisheye lens of FIG. 7 and has a resolution of 0.4 or more at 100 line pairs / millimeter.
  • Fig. 9 shows that the ambient light quantity ratio of this fisheye lens is 0.9 or more. In general, if the ambient light ratio is 0.6 or more, it is considered to be good, so the ambient light ratio of this fisheye lens is very excellent.
  • the left graph of FIG. 10 shows the curvature of the top surface of the fisheye lens of the second embodiment, and the right graph shows the correction distortion. From this graph, it can be seen that the maximum correction distortion is 6% or less. In other words, this lens implements an equidistant projection method fairly faithfully.
  • the main characteristic of another lens that is, the distance from the vertex of the first lens surface to the image surface I is 40.591 mm, and the fisheye lens of this embodiment is relatively small. In addition, it has a sufficient rear focal length, so there is no inconvenience in industrial use.
  • the manufacturing tolerances are good.
  • the manufacturing tolerance of the fisheye lens of the present embodiment is larger than the manufacturing tolerance of the fisheye lens of the first embodiment, which is advantageous for mass production.
  • FIG. 11 is a view illustrating a shape of a fisheye lens and a light path of a third embodiment of the present invention.
  • the number of F of this lens is 2.8, the angle of view is 210 °, and it is assumed that a 1 / 3-inch CCD sensor is used.
  • An image size corresponding to an incident angle of 105 ° is given as 1.736 mm so that an angle of view in all directions of an image captured by a camera using such an image sensor is 210 °.
  • This lens also comprises a first group G 1 , a second group G 2 , an aperture S, and a third group G 3 .
  • the first group consists of the first lens element E 1 and the second lens element E 2 from the object side
  • the second group consists of the third lens element E 3 and the fourth lens element E 4
  • the third group consists of the first 5 to 8 lens elements E 5 to E 8 .
  • the first to eighth lens elements E 1 to E 8 are all refractive lens elements that are double-sided spherical, and the aperture S is located between the fourth lens element E 4 and the fifth lens element E 5 , and the eighth lens element E 8 And an optical low pass filter F located between and the sensor plane I.
  • Table 3 shows the complete optical design for the fisheye lens of the third embodiment.
  • the first lens element E 1 and the second lens element E 2 of the third embodiment of the present invention are negative meniscus lens elements with the convex surface facing toward the object
  • the third lens element E 3 is a positive meniscus lens element with the convex surface facing upwards
  • a fourth lens element E 4 is a negative meniscus lens element with the convex surface facing upwards.
  • the third lens element and the fourth lens element constitute a bonding lens.
  • the aperture S is positioned between the fourth lens element E 4 and the fifth lens element E 5 .
  • the fifth lens element E 5 closest to the object side is a biconvex lens element having positive refractive power.
  • the sixth lens element E 6 is a biconvex lens element
  • the seventh lens element E 9 and the eighth lens element E 8 are biconvex lens elements.
  • both the first lens element and the second lens element belonging to the first group G 1 have negative refractive power, the refractive index is 1.7 or more, and the Abbe number is 40 or more.
  • Such high refractive index is necessary to obtain a sufficient angle of view without the shape of the lens surface close to the hemisphere, and a relatively high Abbe number is necessary to reduce the variation according to the wavelength.
  • the first lens element and the second lens element are also negative meniscus lens elements with convex surfaces facing towards the object. Lens elements belonging to the first group are mainly introduced for the purpose of converting the incident angle of incident light, and a high refractive index is required to greatly change the incident angle, and a relatively high Abbe number is required to reduce the variation with wavelength.
  • the third to fourth lens elements belonging to the second group G 2 are mainly used to compensate for the difference in refractive power according to the wavelength of the lens elements of the first group.
  • a number of lens elements are used together to construct the junction lens.
  • the third to fourth lens elements configuring the second group of the present embodiment have the following features.
  • the third lens element has positive refractive power, has a refractive index of at least 1.7, and an Abbe number of at most 30.
  • the fourth lens element has negative refractive power, has a refractive index of at least 1.7, and an Abbe number of at least 40.
  • Lens elements belonging to the second group and lens elements belonging to the third group G 3 are distinguished by an aperture. Lens elements belonging to the third group are necessary to form a clear image on the image sensor surface and have a positive refractive power as a whole.
  • the third group is composed of fifth to eighth lens elements.
  • both the fifth lens element E 5 closest to the third group of objects and the eighth lens element E 8 closest to the image have positive refractive power.
  • the fifth lens element has an Abbe number between 30 and 40
  • the eighth lens element has an Abbe number of 40 or more.
  • FIG. 12 shows the modulation transfer function characteristic in the visible light region of the fisheye lens of FIG. 11 and has a resolution of 0.4 or more at 100 line pairs / millimeter.
  • FIG. 13 shows the peripheral light quantity ratio of the fisheye lens is very excellent, 0.9 or more.
  • the left graph of FIG. 14 shows the image surface curvature of the fisheye lens of the third embodiment, the right graph shows the correction distortion. From this graph, it can be seen that the maximum correction distortion is 6% or less. In other words, this lens implements an equidistant projection method fairly faithfully.
  • Another key feature of the lens is 35.07 mm in total length, so the fisheye lens of this embodiment is relatively small. In addition, it has a sufficient rear focal length so that there is no inconvenience in industrial use. Finally, the design of the fisheye lens of the third embodiment of the present invention is good enough to maintain the failure rate at a general level even when fabricated with a general manufacturing tolerance.
  • 15 is a view illustrating a shape of a fisheye lens and a path of a light ray according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
  • the F number of this lens is 2.8, the angle of view is 220 °, and it is assumed that a 1 / 3-inch CCD sensor is used.
  • the image size corresponding to the incident angle of 110 ° is given as 1.747 mm so that the angle of view in all directions of the image captured by the camera using the image sensor is 220 °.
  • This lens also comprises a first group G 1 , a second group G 2 , an aperture S, and a third group G 3 .
  • the first group consists of the first lens element E 1 and the second lens element E 2 from the object side, and the second group consists of the third lens element E 3 and the fourth lens element E 4 and the fifth lens element E 5 .
  • the third group consists of sixth to ninth lens elements E 6 to E 9 .
  • the first to ninth lens elements E 1 to E 9 are all refractive lens elements which are double-sided spherical surfaces, and the aperture S is located between the fifth lens element E 5 and the sixth lens element E 6 , and the ninth lens element E An optical low pass filter F is located between 9 and sensor plane I.
  • the first through ninth lens elements are all refractive lens elements, and have two lens surfaces. Incident light originating from an object point on the object side is incident on the first lens surface R 1 , which is the refractive surface of the first lens element E 1 , and subsequently passes through the first to ninth lens elements and the optical low pass filter F to the sensor surface I. Converge.
  • Table 4 shows the complete optical schematic for the lens of the fourth embodiment.
  • the first lens element E 1 and the second lens element E 2 of the fourth embodiment of the present invention are negative meniscus lens elements whose convex surfaces face toward the object.
  • the third lens element E 3 and the fourth lens element E 4 form a bonded lens.
  • the third lens element E 3 is a positive meniscus lens element with the convex surface facing upwards
  • the fourth lens element E 4 is a biconvex lens element
  • the fifth lens element E 5 is a biconvex lens element.
  • the aperture S is positioned between the fifth lens element E 5 and the sixth lens element E 6 .
  • the sixth lens element E 6 is a biconvex lens element
  • the seventh lens element E 7 is a biconvex lens element
  • the eighth lens element E 8 and a ninth lens element E 9 are biconvex lens elements.
  • both the first lens element and the second lens element belonging to the first group G 1 have negative refractive power, the refractive index is 1.7 or more, and the Abbe number is 40 or more.
  • Such high refractive index is necessary to obtain a sufficient angle of view without the shape of the lens surface close to the hemisphere, and a relatively high Abbe number is necessary to reduce the variation according to the wavelength.
  • the first lens element and the second lens element are also negative meniscus lens elements with convex surfaces facing towards the object. Lens elements belonging to the first group are mainly introduced for the purpose of converting the incident angle of incident light, and a high refractive index is required to greatly change the incident angle, and a relatively high Abbe number is required to reduce the variation with wavelength.
  • the third to fifth lens elements belonging to the second group G 2 are mainly used to compensate for the difference in refractive power according to the wavelength of the lens elements of the first group.
  • a number of lens elements are used together to construct the junction lens.
  • the third to fifth lens elements constituting the second group of the present embodiment have the following features.
  • the third lens element has a refractive index of 1.7 or more and an Abbe number of 30 or less.
  • the fourth lens element has a refractive index of 1.7 or more and an Abbe number of 40 or more.
  • the fifth lens element is a lens element introduced for further chromatic aberration correction and is a biconvex lens element having an Abbe number between 30 and 40.
  • Lens elements belonging to the second group and lens elements belonging to the third group G 3 are distinguished by an aperture. Lens elements belonging to the third group are necessary to form a clear image on the image sensor surface and have a positive refractive power as a whole.
  • the third group consists of sixth to ninth lens elements.
  • the sixth lens element E 6 closest to the third group of objects and the ninth lens element E 9 closest to the image have positive refractive power, and the Abbe number has a value of 40 or more.
  • FIG. 16 shows modulation transfer function characteristics in the visible light region of the fisheye lens of FIG. 15, and it can be seen that the resolution has a resolution of 0.3 or more at 100 line pairs / millimeter.
  • Fig. 17 shows that the peripheral light ratio of this fisheye lens is close to one.
  • the left graph of FIG. 18 shows the top surface curvature of the fisheye lens of the fourth embodiment, and the right graph shows the correction distortion. From this graph, it can be seen that the maximum correction distortion is 5% or less. In other words, this lens implements an equidistant projection method fairly faithfully.
  • Another key feature of the lens is 45.56 mm in length, and the fisheye lens of this embodiment is relatively small. In addition, it has a sufficient rear focal length, so there is no inconvenience in industrial use, and the manufacturing tolerance is also good.
  • FIG. 19 is a view illustrating a shape of a fisheye lens and a path of a light ray according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the F number of this lens is 2.8, the angle of view is 240 °, and it is assumed that a 1 / 3-inch CCD sensor is used.
  • An image size corresponding to an incident angle of 120 ° is given as 1.746 mm so that an angle of view in all directions of an image captured by a camera using such an image sensor is 240 °.
  • This lens also comprises a first group G 1 , a second group G 2 , an aperture S, and a third group G 3 .
  • the first group consists of the first lens element E 1 and the second lens element E 2 from the object side, and the second group consists of the third lens element E 3 and the fourth lens element E 4 and the fifth lens element E 5 .
  • the third group consists of sixth to ninth lens elements E 6 to E 9 .
  • the first to ninth lens elements E 1 to E 9 are all refractive lens elements which are double-sided spherical surfaces, and the aperture S is located between the fifth lens element E 5 and the sixth lens element E 6 , and the ninth lens element E An optical low pass filter F is located between 9 and sensor plane I.
  • the first through ninth lens elements are all refractive lens elements, and have two lens surfaces. Incident light originating from an object point on the object side is incident on the first lens surface R 1 , which is the refractive surface of the first lens element E 1 , and subsequently passes through the first to ninth lens elements and the optical low pass filter F to the sensor surface I. Converge.
  • Table 5 shows the complete optical schematic for the lens of the fifth embodiment.
  • the first lens element E 1 and the second lens element E 2 of the fifth embodiment of the present invention are negative meniscus lens elements with convex surfaces facing toward the object.
  • the third lens element E 3 and the fourth lens element E 4 form a bonded lens.
  • the third lens element E 3 is a positive meniscus lens element with the convex surface facing upwards
  • the fourth lens element E 4 is a biconcave lens element
  • the fifth lens element E 5 is a positive with the convex surface facing upwards. Meniscus lens element.
  • the aperture S is positioned between the fifth lens element E 5 and the sixth lens element E 6 .
  • the sixth lens element E 6 is a biconvex lens element
  • the seventh lens element E 7 is a biconvex lens element
  • the eighth lens element E 8 and a ninth lens element E 9 are biconvex lens elements.
  • both the first lens element and the second lens element belonging to the first group G 1 have negative refractive power, the refractive index is 1.7 or more, and the Abbe number is 40 or more.
  • the first lens element and the second lens element are negative meniscus lens elements with convex surfaces facing towards the object.
  • Lens elements belonging to the first group are mainly introduced for the purpose of converting the incident angle of incident light, and a high refractive index is required to greatly change the incident angle, and a relatively high Abbe number is required to reduce the variation with wavelength.
  • the third to fifth lens elements belonging to the second group G 2 are mainly used to compensate for the difference in refractive power according to the wavelength of the lens elements of the first group.
  • a number of lens elements are used together to construct the junction lens.
  • the third to fifth lens elements constituting the second group of the present embodiment have the following features.
  • the third lens element has a refractive index of 1.7 or more and an Abbe number of 30 or less.
  • the fourth lens element has a refractive index of 1.7 or more and an Abbe number of 40 or more.
  • the fifth lens element is a lens element introduced for further chromatic aberration correction and is a positive meniscus lens element having an Abbe number between 30 and 40.
  • Lens elements belonging to the second group and lens elements belonging to the third group G 3 are distinguished by an aperture. Lens elements belonging to the third group are necessary to form a clear image on the image sensor surface and have a positive refractive power as a whole.
  • the third group consists of sixth to ninth lens elements.
  • the sixth lens element E 6 closest to the third group of objects and the ninth lens element E 9 closest to the image have positive refractive power, and the Abbe number has a value of 40 or more.
  • the fisheye lens of the fifth embodiment of the present invention has almost the same shape as the fisheye lens of the fourth embodiment, and the angle of view is increased by 20 ° while the optical performance is somewhat reduced.
  • Another key feature of the lens is 49.66 mm in total length, so the fisheye lens of this embodiment is relatively small. In addition, it has a sufficient rear focal length, so there is no inconvenience in industrial use, and the manufacturing tolerance is also good.
  • Figure 23 shows the shape of the fisheye lens and the path of the light ray of the sixth embodiment of the present invention.
  • the F number of this lens is 2.8, the angle of view is 220 °, and it is assumed that a 1 / 3-inch CCD sensor is used.
  • An image size corresponding to an incident angle of 110 ° is given as 1.722 mm so that an angle of view in all directions of an image captured by a camera using such an image sensor is 220 °.
  • This lens also comprises a first group G 1 , a second group G 2 , an aperture S, and a third group G 3 .
  • the first group consists of the first lens element E 1 and the second lens element E 2 from the object side, and the second group consists of the third lens element E 3 and the fourth lens element E 4 and the fifth lens element E 5 .
  • the third group consists of sixth to tenth lens elements E 6 to E 10 .
  • the first to tenth lens elements E 1 to E 10 are all refractive lens elements that are double-sided spherical, and the aperture S is located between the fifth lens element E 5 and the sixth lens element E 6 , and the tenth lens element E An optical low pass filter F is located between 10 and sensor plane I.
  • Table 6 shows the complete optical design for the fisheye lens of the sixth embodiment.
  • the first lens element E 1 and the second lens element E 2 of the sixth embodiment of the present invention are negative meniscus lens elements with convex surfaces facing the object
  • third lens element E 3 is a positive meniscus lens element with the convex surface facing upwards
  • fourth lens element E 4 is a diorama lens element
  • a fifth lens element E 5 is a positive meniscus lens element with the convex surface facing upwards to be.
  • the aperture S is positioned between the fifth lens element E 5 and the sixth lens element E 6 .
  • the sixth lens element E 6 closest to the object side is a biconvex lens element having positive refractive power.
  • the seventh lens element E 7 is a positive meniscus lens element with the convex surface facing upwards
  • the eighth lens element E 8 is a biconvex lens element
  • both the first lens element and the second lens element belonging to the first group G 1 have negative refractive power, the refractive index is 1.7 or more, and the Abbe number is 40 or more.
  • Such high refractive index is necessary to obtain a sufficient angle of view without the shape of the lens surface close to the hemisphere, and a relatively high Abbe number is necessary to reduce the variation according to the wavelength.
  • the first lens element and the second lens element are also negative meniscus lens elements with convex surfaces facing towards the object. Lens elements belonging to the first group are mainly introduced for the purpose of converting the incident angle of incident light, and a high refractive index is required to greatly change the incident angle, and a relatively high Abbe number is required to reduce the variation with wavelength.
  • the third to fifth lens elements belonging to the second group G 2 have a main role of compensating for the difference in refractive power according to the wavelength of the lens elements of the first group, and preferably include one or more joint lenses, Lens elements having an Abbe number of 30 or less and lens elements having an Abbe number of 40 or more are used together.
  • the third to fifth lens elements forming the second group of this embodiment have the following features.
  • the third lens element and the fourth lens element constitute a bonding lens.
  • the third lens element has positive refractive power, has a refractive index of at least 1.7, and an Abbe number of at most 30.
  • the fourth lens element has negative refractive power, has a refractive index of at least 1.7, and an Abbe number of at least 40.
  • the fifth lens element is a positive meniscus lens element having positive refractive power and having an Abbe number between 30 and 40.
  • Lens elements belonging to the second group and lens elements belonging to the third group are distinguished by an aperture. Lens elements belonging to the third group are necessary to form a clear image on the image sensor surface and have a positive refractive power as a whole.
  • the third group consists of sixth to tenth lens elements.
  • the sixth lens element E 6 closest to the object of the third group and the tenth lens element E 10 closest to the image have positive refractive power, and the Abbe number has a value of 30 or more.
  • FIG. 24 shows modulation transfer function characteristics in the visible light region of the fisheye lens of FIG. 23, and it can be seen that the resolution has a resolution of 0.4 or more at 100 line pairs / millimeter.
  • Fig. 25 shows that the ambient light quantity ratio of this fisheye lens is 0.9 or more.
  • the left graph of FIG. 26 shows the top surface curvature of the fisheye lens of the sixth embodiment, and the right graph shows the calibration distortion. From this graph, it can be seen that the maximum correction distortion is 5% or less. In other words, this lens implements an equidistant projection method fairly faithfully.
  • Another key feature of the lens is 41.53 mm in length, and the fisheye lens of this embodiment is relatively small. In addition, it has a sufficient rear focal length so that there is no inconvenience in industrial use. Lastly, the design of the fisheye lens of the sixth embodiment of the present invention is good enough to maintain the failure rate at a general level even when fabricated with general manufacturing tolerances.
  • FIG. 27 is a view illustrating a shape of a fisheye lens and a path of a light ray according to a seventh exemplary embodiment of the present invention.
  • the F number of this lens is 2.0, the angle of view is 200 °, and it is assumed that a 1 / 3-inch CCD sensor is used.
  • An image size corresponding to an incident angle of 100 ° is given as 2.342 mm so that the horizontal angle of view of the image captured by the camera using such an image sensor is 200 °.
  • the difference between the fisheye lens of the seventh embodiment and the fisheye lens of the other embodiment is that the first lens element is used as the E-BK7 glass.
  • E-BK7 glass has the advantages of low cost and good processability.
  • the number of lenses could be further reduced by increasing the number of lenses.
  • the first group is composed of the first lens elements E 1 to the third lens element E 3 from the object side
  • the second group is composed of the fourth lens element E 4 and the fifth lens element E 5
  • the third group consists of sixth to ninth lens elements E 6 to E 9 .
  • the first to ninth lens elements E 1 to E 9 are all refractive lens elements that are double-sided spherical, and the aperture S is located between the fifth lens element E 5 and the sixth lens element E 6 , and the ninth lens element E An optical low pass filter is located between 9 and sensor plane I.
  • Incident light originating from an object point on the object side is incident on the first lens surface R 1 , which is the refractive surface of the first lens element E 1 , and subsequently passes through the first to ninth lens elements and the optical low pass filter F to the sensor surface I. Converge.
  • Table 7 shows the complete optical schematic for the fisheye lens of the seventh embodiment of the present invention.
  • the first lens element and the second lens element of the fisheye lens of the seventh embodiment of the present invention are negative meniscus lens elements whose convex faces are toward the object, and the third lens element E 3 Is a calico lens element.
  • the fourth lens element E 4 and the fifth lens element E 5 form a bonded lens.
  • the fourth lens element is a positive convex lens element and the fifth lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing upwards.
  • the refractive power of the fifth lens element is negligibly small.
  • the aperture S is positioned between the fifth lens element E 5 and the sixth lens element E 6 , and the sixth lens element E 6 and the seventh lens element E 7 constitute a bonded lens.
  • the sixth lens element is a biconvex lens element and the seventh lens element is a biconvex lens element.
  • the eighth lens element E 8 and the ninth lens element E 9 are biconvex lens elements.
  • Lens configurations such as glass composition and thickness of the spherical lens elements are given in Table 7, and all optical glasses were selected from Hikari glass.
  • all of the first to third lens elements belonging to the first group G 1 have negative refractive power.
  • the second lens element and the third lens element have a refractive index of 1.7 or more and an Abbe number of 40 or more.
  • the fourth to fifth lens elements belonging to the second group G 2 have a main role to compensate for the difference in refractive power according to the wavelength of the lens elements of the first group, and preferably include at least one joint lens, Lens elements having an Abbe number of 30 or less and lens elements having an Abbe number of 40 or more are used together.
  • the fourth to fifth lens elements constituting the second group of the present embodiment have the following features.
  • the fourth lens element has positive refractive power, has a refractive index of at least 1.7, and an Abbe number of at most 30.
  • the fifth lens element has negative refractive power, has a refractive index of 1.7 or less and an Abbe number of 40 or more.
  • the fifth lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing upwards.
  • Lens elements belonging to the second group G 2 and lens elements belonging to the third group G 3 are distinguished by an aperture. Lens elements belonging to the third group are necessary to form a clear image on the image sensor surface and have a positive refractive power as a whole.
  • the third group consists of sixth to ninth lens elements.
  • the sixth lens element E 6 closest to the third group of objects and the ninth lens element E 9 closest to the image have positive refractive power, and the Abbe number has a value of 40 or more.
  • FIG. 28 shows modulation transfer function characteristics in the visible light region of the fisheye lens of FIG. 27 and has a resolution of 0.3 or more at 100 line pairs / millimeter.
  • FIG. 29 shows that the ambient light quantity ratio of this fisheye lens is 0.9 or more. In general, if the ambient light ratio is 0.6 or more, it is considered to be good, so the ambient light ratio of this fisheye lens is very excellent.
  • the left graph of FIG. 30 shows the top surface curvature of the fisheye lens of the seventh embodiment, and the right graph shows the calibration distortion. From this graph, it can be seen that the maximum correction distortion is 5% or less. In other words, this lens implements an equidistant projection method fairly faithfully.
  • the lens is the full length, i.e. the distance from the apex of the first lens surface to the image surface I is 46.92 mm, which makes the fisheye lens of this embodiment relatively small. In addition, it has a sufficient rear focal length, so there is no inconvenience in industrial use. Last but not least, the manufacturing tolerances are good. In particular, the manufacturing tolerance of the fisheye lens of the present embodiment is larger than the manufacturing tolerance of the fisheye lens of the other embodiments, which is advantageous for mass production.
  • Figure 31 shows the shape of the fisheye lens and the path of the light ray of the eighth embodiment of the present invention.
  • the F number of this lens is 2.8, the angle of view is 240 °, and it is assumed that a 1 / 3-inch CCD sensor is used.
  • An image size corresponding to an incident angle of 120 ° is given as 1.800 mm so that an angle of view in all directions of an image captured by a camera using such an image sensor is 240 °.
  • the first group consists of the first lens elements E 1 to 3 lens elements E 3 from the object side, and the second group consists of the fourth lens elements E 4 to 6 lens elements E 6 .
  • the third group consists of seventh to tenth lens elements E 7 to E 10 .
  • the first to tenth lens elements E 1 to E 10 are all refractive lens elements that are double-sided spherical, and the aperture S is located between the sixth lens element E 6 and the seventh lens element E 7 , and the tenth lens element E
  • An optical low pass filter F is located between 10 and sensor plane I.
  • the incident light originating from an object point on the object side is incident on the first lens surface R 1 , which is the refractive surface of the first lens element E 1 , and then sequentially passes through the first to tenth lens elements and the optical low pass filter F to the sensor surface I. Converge.
  • Table 8 shows the complete optical schematic for the fisheye lens of the eighth embodiment of the present invention.
  • all of the first to third lens elements of the fisheye lens of the eighth embodiment of the present invention are negative meniscus lens elements whose convex surfaces are directed toward the object.
  • the fourth lens element E 4 and the fifth lens element E 5 form a bonded lens.
  • the fourth lens element is a positive meniscus lens element with the convex surface facing upwards
  • the fifth lens element is a biconvex lens element
  • the sixth lens element is a biconvex lens element.
  • the aperture S is positioned between the sixth lens element E 6 and the seventh lens element E 7 , and the seventh lens element E 7 and the eighth lens element E 8 constitute a junction lens, and the ninth lens element.
  • E 9 and the tenth lens element E 10 also constitute a junction lens.
  • the seventh lens element is a positive convex lens element
  • the eighth lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing upwards.
  • the ninth lens element is a negative meniscus lens element whose convex surface is directed toward the object
  • the tenth lens element is a positive convex lens element.
  • Lens configurations such as glass composition and thickness of the spherical lens elements are given in Table 8, and all optical glasses were selected from Hikari glass.
  • all of the first to third lens elements belonging to the first group G 1 have negative refractive power.
  • the first to third lens elements have a refractive index of 1.7 or more and an Abbe number of 40 or more.
  • the fourth to sixth lens elements belonging to the second group G 2 have a main role to compensate for the difference in refractive power according to the wavelength of the lens elements of the first group, and preferably include at least one bonding lens, Lens elements having an Abbe number of 30 or less and lens elements having an Abbe number of 40 or more are used together.
  • the fourth to sixth lens elements constituting the second group of the present embodiment have the following features.
  • the fourth lens element has positive refractive power, has a refractive index of at least 1.7, and an Abbe number of at most 30.
  • the fifth lens element has negative refractive power, has a refractive index of 1.7 or less and an Abbe number of 40 or more.
  • the sixth lens element has a refractive index of 1.7 or more, an Abbe number of 30 or less, and has a positive refractive power.
  • Lens elements belonging to the second group G 2 and lens elements belonging to the third group G 3 are distinguished by an aperture. Lens elements belonging to the third group are necessary to form a clear image on the image sensor surface and have a positive refractive power as a whole.
  • the third group consists of seventh to tenth lens elements.
  • the seventh and eighth lens elements constitute a cemented lens and have a positive refractive power as a whole.
  • the Abbe number of the seventh lens element is 40 or more, and the Abbe number of the eighth lens element is 30 or less.
  • the ninth lens element and the tenth lens element constitute a bonded lens, and have a positive refractive power as a whole.
  • the Abbe number of the ninth lens element is 30 or less, and the Abbe number of the tenth lens element is 40 or more.
  • a lens element having a positive refractive power among the seventh lens element and the eighth lens element constituting the bonded lens is a seventh lens element having an Abbe number of 40 or more, and a lens element having a negative refractive power is an eighth element having an Abbe number of 30 or less Lens element.
  • the lens element having a positive refractive power is a tenth lens element having an Abbe number of 40 or more, and the lens element having a negative refractive power is a ninth lens having an Abbe number of 30 or less Element.
  • the seventh lens element E 7 closest to the third group of objects and the tenth lens element E 10 closest to the image have positive refractive power.
  • FIG. 32 shows modulation transfer function characteristics in the visible light region of the fisheye lens of FIG. 31, and it can be seen that it has a resolution of 0.4 or more at 100 line pairs / millimeter.
  • 33 shows that the ambient light quantity ratio of this fisheye lens is 0.9 or more. In general, if the ambient light ratio is 0.6 or more, it is considered to be good, so the ambient light ratio of this fisheye lens is very excellent.
  • the left graph of Figure 34 shows the image surface curvature of the fisheye lens of the eighth embodiment, the right graph shows the correction distortion. From this graph, it can be seen that the maximum correction distortion is 5% or less. In other words, this lens implements an equidistant projection method fairly faithfully.
  • Another key feature of the lens is 56.06 mm in total length, so the fisheye lens of this embodiment is relatively compact. In addition, it has a sufficient rear focal length, so there is no inconvenience in industrial use, and the manufacturing tolerance is also good.
  • 35 is a view illustrating a shape and a path of a light beam of the fisheye lens of the ninth embodiment of the present invention.
  • the F number of this lens is 2.8, the angle of view is 240 °, and it is assumed that a 1 / 3-inch CCD sensor is used.
  • An image size corresponding to an incident angle of 120 ° is given as 1.765 mm so that an angle of view in all directions of an image captured by a camera using such an image sensor is 240 °.
  • This lens also comprises a first group G 1 , a second group G 2 , an aperture S, and a third group G 3 .
  • the first group consists of the first lens element E 1 and the second lens element E 2 and the third lens element E 3 from the object side
  • the second group consists of the fourth lens element E 4 and the fifth lens element E 5 and the first. It consists of six lens elements E 6
  • the third group consists of seventh to tenth lens elements E 7 to E 10 .
  • the first to tenth lens elements E 1 to E 10 are all refractive lens elements that are double-sided spherical surfaces, and the aperture S is located between the sixth lens element E 6 and the seventh lens element E 7 , and the tenth lens element E An optical low pass filter F is located between 10 and sensor plane I.
  • Table 9 shows the complete optical design for the lens of the ninth embodiment.
  • the first lens element E 1 and the second lens element E 2 of the ninth embodiment of the present invention are negative meniscus lens elements whose convex surfaces face toward the object.
  • the third lens element is a biconvex lens element.
  • the fourth lens element is a biconvex lens element
  • the fifth lens element is a biconvex lens element
  • the sixth lens element is a biconvex lens element.
  • the fourth lens element and the fifth lens element constitute a junction lens
  • an aperture S is positioned between the sixth lens element and the seventh lens element.
  • all of the first to third lens elements have negative refractive power, the refractive index is 1.7 or more, and the Abbe number is 40 or more.
  • the first lens element and the second lens element are also negative meniscus lens elements with convex surfaces facing towards the object, and the third lens element is a biconcave lens element.
  • the fourth lens element has an Abbe number of 30 or less while having a refractive index of 1.7 or more
  • the fifth lens element has an Abbe number of 40 or more while having a refractive index of 1.7 or more
  • the sixth lens element has an Abbe number of 30 or less .
  • Lens elements belonging to the second group and lens elements belonging to the third group are distinguished by an aperture. Lens elements belonging to the third group are necessary to form a clear image on the image sensor surface and have a positive refractive power as a whole.
  • the third group consists of seventh to tenth lens elements.
  • the seventh lens element E 7 closest to the third group of objects and the tenth lens element E 10 closest to the image have positive refractive power, and the Abbe number has a value of 40 or more.
  • the seventh lens element and the eighth lens element constitute a bonded lens
  • the ninth lens element and the tenth lens element also constitute a bonded lens.
  • FIG. 36 shows modulation transfer function characteristics in the visible light region of the fisheye lens of FIG. 35 and has a resolution of 0.5 or more at 100 line pairs / millimeter.
  • Fig. 37 shows that the peripheral light quantity ratio of this fisheye lens is very good, which is 0.9 or more.
  • 38 shows the top surface curvature of the fisheye lens of the ninth embodiment, and the right graph shows the correction distortion. From this graph, it can be seen that the maximum correction distortion is 6% or less. In other words, this lens implements an equidistant projection method fairly faithfully.
  • Another key feature of the lens is 55.84 mm in length, and the fisheye lens of this embodiment is relatively small. In addition, it has a sufficient rear focal length so that there is no inconvenience in industrial use. Finally, the design of the fisheye lens of the ninth embodiment of the present invention is good enough that the failure rate can be maintained at a general level even when fabricated with general manufacturing tolerances.
  • the fisheye lens of Example 8 and the fisheye lens of Example 9 are very similar but have some differences.
  • the third lens element is a negative meniscus lens element in which the convex surface faces toward the object in embodiment 8, but in the ninth embodiment it is a amphipathic lens element.
  • the fourth lens element is a positive meniscus lens element with the convex surface facing upwards in the eighth embodiment, but is a biconvex lens element in the ninth embodiment. That is, in the eighth and ninth embodiments, the third lens element has a negative refractive power, a refractive index of 1.7 or more and an Abbe number of 40 or more, but the shape of the lens is negative and that of a negative meniscus lens. Different from each other with concave lens elements.
  • the fourth lens element has a positive refractive power in both Examples 8 and 9, the refractive index is 1.7 or more and the Abbe number is 30 or less, but the shape of the lens is the same as that of the positive meniscus lens element. Biconvex lens elements are different.
  • the modulation transfer function characteristic is slightly better for the lens of Example 9 and the distortion characteristic is slightly better for the lens of Example 8, but no big difference is seen.
  • 39 is a view illustrating a shape of a fisheye lens and a path of a light ray according to a tenth embodiment of the present invention.
  • the F number of this lens is 2.8, the angle of view is 220 °, and it is assumed that a 1 / 3-inch CCD sensor is used.
  • An image size corresponding to an incident angle of 110 ° is given as 1.750 mm so that an angle of view in all directions of an image captured by a camera using such an image sensor is 220 °.
  • This lens also comprises a first group G 1 , a second group G 2 , an aperture S, and a third group G 3 .
  • the first group consists of the first lens element E 1 and the second lens element E 2 from the object side
  • the second group consists of the third lens element E 3 to the sixth lens element E 6
  • the third group 7 to 10 th lens elements E 7 to E 10 .
  • the iris S is located between the sixth lens element E 6 and the seventh lens element E 7
  • an optical low pass filter F is located between the tenth lens element E 10 and the sensor surface I.
  • the second to tenth lens elements E 2 to E 10 are all two-sided spherical refractive lens elements, while the first lens element E 1 is a two-sided aspheric lens element.
  • the shape of the rotationally symmetric lens plane with respect to the optical axis is conveniently in a cylindrical coordinate system where the vertex of the lens plane is the origin and the rotation symmetry axis of the lens plane is the z-axis. It can be described, and can be expressed as a set of points ( ⁇ , h) constituting the lens surface. Where ⁇ is the axial radius measured perpendicular to the optical axis, and h ( ⁇ ) is the sag of the lens surface at the axial radius ⁇ .
  • R is a radius of curvature
  • k is a conic constant
  • C i is an aspheric deformation coefficient.
  • the elliptical surface is -1 ⁇ k ⁇ 0 and the oblate elliptical surface is k> 0.
  • Conic curves refer to curves that the shape of the cross-section can have when the cone is cut at an arbitrary angle.
  • the cross-sectional shape becomes a circle, and when it is cut at an angle of ⁇ with respect to the axis of rotation symmetry, it becomes a parabola. It becomes a hyperbola or ellipse.
  • the cone curve is rotated about the axis of symmetry of the cone curve, the trajectory of the cone curve is a cone surface.
  • the design parameters of the first lens surface of the tenth embodiment of the present invention are given as shown in Table 10 using the superior aspherical equation, and the design parameters of the second lens surface are given as shown in Table 11 below.
  • the second to tenth lens elements are double-sided spherical lens elements, which are presented in Table 12.
  • the shape of the first lens element and Table 12 given in Tables 10 and 11 constitute the complete schematic of the fisheye lens of the tenth embodiment of the present invention.
  • the first lens element E 1 and the second lens element E 2 of the tenth embodiment of the present invention are negative meniscus lens elements whose convex surface faces toward the object, and the third lens.
  • Element E 3 is a positive meniscus lens element with convex faces facing upwards
  • fourth lens element E 4 and fifth lens element E 5 are negative meniscus lens elements with convex faces facing upwards
  • sixth Lens element E 6 is a biconvex lens element.
  • the third lens element and the fourth lens element constitute a bonding lens.
  • the aperture S is positioned between the sixth lens element E 6 and the seventh lens element E 7 .
  • the seventh lens element E 7 closest to the object side is a biconvex lens element having positive refractive power.
  • the eighth lens element E 8 is a biconvex lens element
  • the ninth lens element E 9 and the tenth lens element E 10 are biconvex lens elements.
  • the first lens element closest to the object side among the lens elements belonging to the first group G 1 is designed not of optical glass but of optical plastic called PC (polycarbornate).
  • the refractive index of PC is 1.5855 and Abbe's number is 29.91.
  • the first lens element may be made of an optical plastic to easily produce a double-sided aspherical surface.
  • the Abbe number of the first lens element is also high, but the Abbe number of the optical plastic is not very high. Therefore, it is not intended that the Abbe number of the first lens element be 30 or less, since there is no other selectable option. Nevertheless, it does not change that the shape of the first lens element is a negative meniscus lens element whose convex surface faces toward the object.
  • the second lens element belonging to the first group is a negative meniscus lens element having a refractive index of at least 1.7, an Abbe number of at least 40, and a convex surface facing toward the object.
  • the third to sixth lens elements belonging to the second group G 2 have a main role to compensate for the difference in refractive power according to the wavelength of the lens elements of the first group, and preferably include one or more joint lenses, Lens elements having an Abbe number of 30 or less and lens elements having an Abbe number of 40 or more are used together.
  • the third lens element has a refractive index of 1.7 or more and an Abbe number of 30 or less.
  • the fourth lens element has a refractive index of 1.7 or less and an Abbe number of 40 or more.
  • the fifth lens element and the sixth lens element are lens elements introduced for further chromatic aberration correction, and the fifth lens element is a negative meniscus lens element having a refractive index of 1.7 or less and an Abbe's number of 40 or more, and the sixth lens element. Is a biconvex lens element having a refractive index of at least 1.7 and an Abbe number of at most 30.
  • the third lens element and the fourth lens element constitute a bonding lens.
  • Lens elements belonging to the second group and lens elements belonging to the third group are distinguished by an aperture. Lens elements belonging to the third group are necessary to form a clear image on the image sensor surface and have a positive refractive power as a whole.
  • the third group consists of seventh to tenth lens elements.
  • the seventh lens element E 7 closest to the third group of objects and the tenth lens element E 10 closest to the image have positive refractive power, and the Abbe number has a value of 40 or more.
  • FIG. 40 shows the modulation transfer function characteristic in the visible light region of the fisheye lens of FIG. 39 and has a resolution of 0.4 or more at 100 line pairs / millimeter.
  • Fig. 41 shows that the ambient light quantity ratio of this fisheye lens is 0.9 or more. In general, if the ambient light ratio is 0.6 or more, it is considered to be good, so the ambient light ratio of this fisheye lens is very excellent.
  • the left graph of FIG. 42 shows the curvature of the top surface of the fisheye lens of the tenth embodiment, and the right graph shows the correction distortion. From this graph, it can be seen that the maximum correction distortion is 5% or less. In other words, this lens implements an equidistant projection method fairly faithfully.
  • Another key feature of the lens is 34.59 mm in length, and the fisheye lens of this embodiment is relatively small. In addition, it has a sufficient rear focal length so that there is no inconvenience in industrial use.
  • FIG. 43 is a view summarizing the characteristics of the fisheye lenses of the first to fifth embodiments of the present invention
  • FIG. 44 is a diagram summarizing the characteristics of the fisheye lenses of the sixth to tenth embodiments of the present invention.
  • 43 to 44 simplifies the shape of the lens, and when the refractive index is 1.7 or more, the outline of the lens element is represented by a thick solid line, and when it is 1.7 or less, the outline of the lens element is represented by a thin chain line.
  • the Abbe number is 40 or more
  • hatching was performed by the horizontal line inside the lens element, and when the number is 30 to 40, the dot pattern is displayed, and when the Abbe number is 30 or less, no pattern is displayed.
  • the fisheye lens of the first embodiment of the present invention has eight lens elements.
  • the first group consists of first to second lens elements, wherein the first lens element and the second lens element are negative meniscus lens elements with convex faces towards the object, with a refractive index of at least 1.7, The number is over 40.
  • the second group is composed of third to fourth lens elements, wherein the third and fourth lens elements constitute a cemented lens.
  • the third lens element is a biconvex lens element, the refractive index is at least 1.7, the Abbe number is at most 30, the fourth lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing upwards, the refractive index is at least 1.7, Abbe's number is over 40.
  • An aperture is located between the fourth lens element and the third group.
  • the third group is composed of four lens elements, wherein the first lens element from the object side of the lens elements constituting the third group, that is, the fifth lens element is a biconvex lens element, and has an Abbe number of 40 or more. And the second positioned lens element, i.e., the sixth lens element, is a bilateral lens element, and the Abbe number is 30 or less.
  • the third lens element that is, the seventh lens element, has a positive refractive power, and the Abbe number is 40 or more
  • the fourth lens element, that is, the eighth lens element is a biconvex lens element, Is over 40.
  • the first and second lens elements in the third group constitute the junction lens.
  • the refractive index of the first positioned lens element is 1.7 or less, and the refractive index of the second positioned lens element is 1.7 or more.
  • the third lens element is a positive meniscus lens element with the convex surface facing upward, with a refractive index of 1.7 or less, and the fourth lens element with a refractive index of 1.7 or more.
  • the fisheye lens of the second embodiment also has eight lens elements.
  • the shape of the second lens element is a negative meniscus lens element whose convex surface faces the object in the first embodiment, whereas the second embodiment Is the negative meniscus lens element whose plane is towards the object.
  • the refractive index of the lens element located fourth from the object side that is, the eighth lens element closest to the image, is 1.7 or more in the first embodiment, but 1.7 or less in the second embodiment. , And others are the same.
  • the lens elements of the third group located after the iris can be compatible with each other regardless of the lens elements of the first group and the second group.
  • a satisfactory fisheye lens can be constructed by using the first group and the second group of the fisheye lens of Example 1 and the third group of the aperture and the fisheye lens of Example 8.
  • the third group of nine embodiments includes all four lens elements, and the overall shape thereof is rearranged into two types.
  • the third group of fisheye lens of Example 4 shows a representative shape of the first form.
  • the first lens element located from the object side is a biconvex lens element
  • the Abbe number is 40 or more
  • the second lens element is a binocular lens element.
  • the third positioned lens element has positive refractive power
  • the fourth positioned lens element is a biconvex lens element, and an Abbe number of 40 or more.
  • the third group of fisheye lens of Example 8 shows a representative shape of the second form.
  • the lens element firstly positioned from the object side and the lens element secondly positioned among the lens elements of the third group constitute a bonded lens.
  • the first positioned lens element is a biconvex lens element, has a refractive index of 1.7 or less, and an Abbe number of 40 or more.
  • the second positioned lens element is a negative meniscus lens element whose convex surface faces upward, with a refractive index of 1.7 or more and an Abbe number of 30 or less.
  • the third positioned lens element and the fourth positioned lens element constitute a bonded lens.
  • the third lens element is a negative meniscus lens element whose convex surface faces the object, the refractive index is 1.7 or more, and the Abbe number is 30 or less.
  • the fourth lens element is a biconvex lens element, has a refractive index of 1.7 or less, and an Abbe number of 40 or more.
  • the fisheye lens of the embodiment of the present invention is composed of eight to ten lens elements.
  • the fisheye lens is composed of lens elements forming a first group, lens elements forming a second group, lens elements forming an aperture, and a third group from an object side upward.
  • the first group is composed of two to three lens elements, wherein the lens elements belonging to the first group all have negative refractive power, and the first lens element closest to the object side among the lens elements belonging to the first group Is a negative meniscus lens element with the convex surface facing toward the object, and the remaining lens elements except the first lens element have a refractive index of 1.7 or more and an Abbe number of 40 or more.
  • the second group is composed of two to four lens elements, wherein the lens elements located first and second from the object side of the lens elements constituting the second group constitute a bonded lens.
  • the first lens element positioned from the object side has positive refractive power, has a refractive index of 1.7 or more, an Abbe number of 30 or less, and the second lens element has a negative refractive power. Take it, Abbe's number is over 40.
  • the third group is composed of four to five lens elements, wherein the first lens element of the third group from the object side has positive refractive power, has an Abbe number of 30 or more, and The lens element closest to the side has a positive refractive power and an Abbe number of 40 or more.
  • the fisheye lens of the embodiment of the present invention has excellent optical properties and mechanical structure, but is also suitable for mass production at low cost due to large manufacturing tolerances.

Abstract

본 발명의 실시 예의 어안 렌즈는 8매 내지 10매의 렌즈 요소들로 구성된다. 상기 어안 렌즈는 물체쪽에서부터 상쪽으로 제 1 그룹을 이루는 렌즈 요소들과 제 2 그룹을 이루는 렌즈 요소들과 조리개 및 제 3 그룹을 이루는 렌즈 요소들로 구성된다. 제 1 그룹은 2매 내지 3매의 렌즈 요소들로 구성되되, 제 1 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 모두 음의 굴절능을 가진다. 제 1 그룹에 속하는 렌즈 요소들 중 물체쪽에 가장 가까운 제 1 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이고, 나머지 렌즈 요소들은 굴절률이 1.7 이상이며, 아베수가 40 이상이다. 제 2 그룹은 2매 내지 4매의 렌즈 요소들로 구성되되, 제 2 그룹을 이루는 렌즈 요소들 중 물체쪽에서부터 첫번째와 두번째로 위치하는 렌즈 요소들은 접합 렌즈를 구성한다. 제 2 그룹을 이루는 렌즈 요소들 중 물체쪽에부터 첫번째로 위치하는 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이고, 제 2 그룹을 이루는 렌즈 요소들 중 물체쪽에서부터 두번째로 위치하는 렌즈 요소는 음의 굴절능을 가지며, 아베수가 40 이상이다. 제 3 그룹은 4매 내지 5매의 렌즈 요소들로 구성되되, 제 3 그룹을 이루는 렌즈 요소들 중 물체쪽에서부터 첫번째로 위치하는 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지며, 아베수가 30 이상이고, 제 3 그룹을 이루는 렌즈 요소들 중 상쪽에 가장 가까운 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지고, 아베수가 40 이상이다.

Description

어안 렌즈
본 발명은 어안 렌즈(fisheye lens)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화각이 180°이상이며, 높은 해상도를 지니고, 대체적으로 등거리 투사 방식을 따르는 어안 렌즈에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 결상 렌즈(imaging lens: 112)의 실제 투사 방식(real projection scheme)의 개념도이다. 결상 렌즈에 의하여 포착되는 피사체(object)를 기술하는 세계 좌표계(world coordinate)의 Z-축은 결상 렌즈(112)의 광축(optical axis: 101)과 일치한다. 이 Z-축에 대하여 천정각(zenith angle) θ를 가지는 입사광(incident ray: 105)은 결상 렌즈(112)에 의하여 굴절된 후 굴절광(refracted ray: 106)으로서 초점면(focal plane: 132) 상의 한 상점(image point) P로 수렴한다. 상기 렌즈의 마디점(nodal point) N에서 상기 초점면까지의 거리는 대략 렌즈의 유효 초점 거리(effective focal length) f와 일치한다. 상기 초점면에서 실제 상점이 형성된 부분이 영상면(image plane)이다.
선명한 영상을 얻기 위하여 상기 영상면과 카메라 몸체(114) 내부의 이미지 센서면(113)이 일치하여야 한다. 상기 초점면과 상기 이미지 센서면은 광축에 수직하다. 이 광축(101)과 센서면(113)과의 교점 Ｏ에서부터 상기 상점 P까지의 거리가 상 크기(image height) r이다. 일반적인 광각 렌즈에서의 상 크기 r은 수학식 1과 같이 주어진다.
수학식 1
Figure PCTKR2009007857-appb-M000001
여기서 입사각 θ의 단위는 라디안(radian)이며, 상기 함수 r(θ)는 입사광의 천정각 θ에 대한 단조 증가 함수(monotonically increasing function)이다.
이와 같은 렌즈의 실제 투사 방식은 실제 렌즈를 가지고 실험적으로 측정할 수도 있으며, 아니면 완전한 렌즈의 설계도를 가지고 Code V나 Zemax 등의 렌즈 설계 프로그램으로 계산할 수 있다. 예를 들어 Zemax에서 REAY 연산자를 사용하면 주어진 수평 방향 및 수직 방향의 입사각을 가지는 입사광의 초점면상에서의 y-축 방향의 좌표 y를 계산할 수 있으며, x-축 방향의 좌표 x는 유사하게 REAX 연산자를 사용하여 계산할 수 있다.
어안 렌즈(fisheye lens)는 대개 화각이 160°이상이며, 입사광의 입사각과 상 크기가 대체로 비례하는 렌즈를 지칭한다. 그러나 진정한 의미에서의 어안 렌즈는 화각이 180°이상이며, 입사광의 입사각과 상 크기가 대체로 비례하는 렌즈이다. 보안·감시나 엔터테인먼트 등 많은 응용 예에서 화각이 180°이상인 어안 렌즈를 필요로 한다. 그런데 종래 기술에 의한 어안 렌즈는 화각 180°이상을 구현하기 위하여 렌즈 요소의 매수가 10매 이상으로 많거나, 렌즈 요소의 일부 렌즈면이 반구(hemisphere)에 가까워서 제작이 매우 곤란한 경우도 있다. 또한, 일부 렌즈는 6매에서 8매 정도로 비교적 적은 숫자의 렌즈 요소를 사용하지만 변조 전달 함수(modulation transfer function) 특성이 좋지 않아 선명한 영상을 제공하기 위한 충분한 해상도를 가지지 않는 경우도 있다. 또한, 렌즈 요소를 적게 유지하기 위하여 고굴절률의 렌즈 유리를 사용함으로써 제작비가 상승되기도 한다.
또 다른 고려 요인은 투사 방식에 관한 것이다. 어안 렌즈의 바람직한 투사 방식으로는 등거리 투사 방식(equidistance projection scheme)이 있다. 등거리 투사 방식에서는 입사광의 입사각(incidence angle) θ와 어안 렌즈의 유효 초점 거리 f, 그리고 상면에서의 상 크기 red가 수학식 2와 같은 비례 관계를 만족한다.
수학식 2
Figure PCTKR2009007857-appb-M000002
실제 렌즈의 투사 방식은 수학식 2로 주어지는 이상적인 투사 방식과 어느 정도의 오차를 보이게 마련이다. 실제 렌즈의 영상면에서의 상 크기를 rrp라고 한다면, 렌즈의 실제 투사 방식과 이상적인 등거리 투사 방식과의 오차는 수학식 3과 같이 계산될 수 있다.
수학식 3
Figure PCTKR2009007857-appb-M000003
어안 렌즈의 왜곡(distortion)은 수학식 3으로 주어지는 f-θ 왜곡(f-θ distortion)으로 측정하는 것이 일반적이며, 고급형의 어안 렌즈는 수학식 2로 주어지는 등거리 투사 방식을 비교적 충실하게 구현한다. 단순히 화각 180°이상을 가지는 어안 렌즈를 설계하는 것은 비교적 용이하지만, 화각 180°이상을 가지면서도 등거리 투사 방식과의 오차가 10% 이내로 작은 렌즈를 설계하는 것은 상당히 곤란하다.
그런데 어안 렌즈의 산업적 이용에 있어서 중요한 사실은 입사광의 입사각과 영상면에서의 상 크기가 비례한다는 사실이며, 그 비례 상수가 반드시 유효 초점 거리이어야 할 필요는 없다. 따라서 수학식 3으로 주어지는 f-θ 왜곡이 입사각의 전 범위에 걸쳐서 상대적으로 적게 유지되는 가상의 초점 거리 fc에 대한 교정 왜곡(calibrated distortion)을 렌즈의 성능 지표로 사용하기도 한다. 이때 가상의 초점 거리 fc는 렌즈의 실제 유효 초점 거리와 상관없이 최소 자승 오차법(least square error method)에 의한 최적의 근사 상수(fitting constant)로 주어진다. 즉, 교정 왜곡은 입사광의 입사각과 센서면에서의 상 크기가 수학식 2로 주어지는 원점을 지나는 1차 함수에 얼마나 가까운지를 표시한다.
도 2는 어안 렌즈의 화각(FOV: Field of View)을 이해하기 위한 개념도이다. 이미지 센서(213)는 대개 직사각형의 모양을 가지며, 가로변의 길이 W와 세로변의 길이 H의 비율은 대개 4:3으로 제작되지만, 1:1 혹은 16:9의 이미지 센서도 발견된다. 예를 들어 가장 흔하게 발견되는 1/3-inch CCD 센서의 경우에 가로변의 길이는 4.8mm이고, 세로변의 길이는 3.6mm로 주어진다. 어안 렌즈에 의하여 결상되는 입사광의 최대 입사각을 θ2라고 하고, 대응하는 상 크기를 r2 = r(θ2)라고 한다면, 영상면의 직경 2r2가 이미지 센서면의 가로변의 길이 W보다는 작고, 세로변의 길이 H보다는 클 때, 식별번호 233과 같은 영상면이 얻어진다. 따라서 이와 같은 영상면으로 얻어지는 영상은 가로 방향으로 최대의 화각을 가지며, 세로 방향으로는 이보다 작은 화각을 가진다. 한편, 영상면의 직경 2r2가 이미지 센서면의 세로변의 길이 H보다도 작을 때, 식별번호 234와 같은 영상면이 얻어진다. 식별번호 234와 같은 영상면이 얻어질 때 광축을 중심으로 모든 방향에 대하여 동일한 화각을 갖는 어안 영상을 얻을 수 있다.
어안 렌즈의 설계에 있어서 또 다른 고려 요인으로는 충분한 후방 초점 거리(back focal length)를 확보하면서도 렌즈 자체의 총 길이(overall length)를 작게 유지하는 것이다. 또한, 상면의 중심과 가장자리에서의 광량비, 즉 주변 광량비(relative illumination)가 너무 작지 않도록 하는 것이 또 다른 어려움이다. 주변 광량비가 너무 작으면 영상에서 중심부와 가장자리의 밝기가 심하게 차이가 나게 된다.
이와 같은 요건들을 모두 만족한다고 하더라도 과도한 제작상의 어려움이나 비용이 소요되지 않도록 제작 공차(manufacturing tolerance)가 충분한 설계를 하는 것이 어렵다.
구체적인 예를 들면 참고 문헌 1에는 화각 262°의 어안 렌즈가 제시되어 있다. 그런데 F수(F-number)가 14.94로 어두운 렌즈이므로 주변이 밝은 장소가 아니면 사용하기 곤란하다. 참고 문헌 2에는 화각 170.8°의 어안 렌즈가 제시되어 있는데, 역시 F수가 7.98로 어두우며, 제1 렌즈 요소의 제 2 렌즈면의 모양이 반구에 가까워서 대량 생산을 하기에 곤란한 구조를 가지고 있다. 참고 문헌 3에는 화각 220°및 270°의 어안 렌즈가 제시되어 있는데, F수가 5.6으로 비교적 어두우며, 제 1 렌즈 요소의 제 2 렌즈면의 모양이 반구에 가깝고, 변조 전달 함수 특성이 고해상도 이미지를 얻기에 불충분하다. 참고 문헌 4에는 F수가 2.8이고 화각이 180°인 어안 렌즈가 제시되어 있다. 이 렌즈는 비교적 우수한 해상도를 가지고 있으나 교정 왜곡이 15% 이상으로 왜곡이 심한 특성을 가지고 있다. 참고 문헌 5에는 F수가 2.8이고 화각이 220°인 어안 렌즈가 제시되어 있으나, 마찬가지로 제 1 렌즈 요소의 제 2 렌즈면의 모양이 반구에 가깝고, 변조 전달 함수 특성이 충분하지 않다. 참고 문헌 6에는 F수가 2.4이고 화각이 163°인 프로젝션용 어안 렌즈가 제시되어 있는데, 최대 입사각에서 주변 광량비가 60% 정도로 낮다. 참고 문헌 7에는 F수가 0.7이고 화각이 270°인데도 렌즈 매수가 4매에 불과한 획기적인 적외선 어안 렌즈가 제시되어 있다. 이와 같은 놀라운 특성은 부분적으로 적외선 영역에서 렌즈 재질로 사용되는 저마니움(Germanium)의 굴절률이 매우 높은 것에 기인한다. 그런데 이 렌즈에서도 제 1 렌즈 요소의 제 2 렌즈면은 반구를 초과하는(hyper-hemispherical) 모양을 가지고 있으므로 대량 생산을 하기에 매우 곤란하다. 참고 문헌 8에는 다양한 상용 어안 렌즈의 특성들이 일목요연하게 제시되어 있다. 그런데 대부분의 어안 렌즈에서 최대 입사각에서의 주변 광량비가 60% 이하이며, 교정왜곡은 10% 이상으로 높은 것을 알 수 있다. 참고 문헌 9에는 F수가 2.0이고 화각이 180°이며, 단 6매의 렌즈 요소만을 사용하는 획기적인 어안 렌즈가 제시되어 있다. 그런데 이 어안 렌즈는 굴절률 1.91인 초고굴절률 유리를 사용하므로 생산비가 많이 소요된다. 또한, 변조 전달 함수 특성이 충분하지 못하다. 참고 문헌 10에는 특별한 함수 관계로 주어지는 투사 방식을 만족하며, F수가 2.8이고 화각이 182°인 어안 렌즈가 제시되어 있다. 그런데 이 어안 렌즈는 11매의 렌즈 요소를 사용하므로 구조가 복잡하고 생산비가 많이 소요된다. 또한, 변조 전달 함수 특성이 충분하지 못하다. 참고 문헌 11에는 F수가 2.8이고 화각이 180°인 어안 렌즈가 제시되어 있다. 이 렌즈도 단 6매의 렌즈 요소를 사용하고 있으나, 비구면 렌즈 요소를 사용하므로 생산비가 많이 소요된다. 또한, 변조 전달 함수 특성이 충분하지 못하며, 최대 입사각에서의 주변 광량비가 70% 정도로 비교적 낮은 편이다. 한편, 참고 문헌 12에는 광각 렌즈가 구현할 수 있는 유용한 투사 방식을 만족하는 다양한 광각 렌즈의 실시 예가 제시되어 있으며, 참고 문헌 13 내지 15에는 1/3-inch 이미지 센서에서 가로 방향의 화각이 190°이며, F수는 2.8이고, 변조 전달 함수 특성과 주변 광량비, 제작 공차가 모두 양호한 어안 렌즈가 제시되어 있다.
[참고문헌 1] A. C. S. van Heel, G. J. Beernink, and H. J. Raterink, "Wide-angle objective lens", 미국 특허 제2,947,219호(등록번호), 등록일 1960년 8월 2일.
[참고문헌 2] K. Miyamoto, "Fish eye lens", J. Opt. Soc. Am., vol. 54, pp. 1060-1061 (1964).
[참고문헌 3] M. Isshiki and K. Matsuki, "Achromatic super wide-angle lens", 미국 특허 제3,524,697호(등록번호), 등록일 1970년 8월 18일.
[참고문헌 4] T. Ogura, "Wide-angle lens system with corrected lateral aberration", 미국 특허 제3,589,798호(등록번호), 등록일 1971년 6월 29일.
[참고문헌 5] Y. Shimizu, "Wide-angle fisheye lens", 미국 특허 제3,737,214호(등록번호), 등록일 1971년 9월 29일.
[참고문헌 6] R. Doshi, "Fisheye projection lens for large format film", Proc. SPIE, vol. 2000, pp. 53-61 (1993).
[참고문헌 7] J. B. Caldwell, "Fast IR fisheye lens with hyper-hemispherical field of view", Optics & Photonics News, p. 47 (July, 1999).
[참고문헌 8] J. J. Kumler and M. Bauer, "Fisheye lens designs and their relative performance", Proc. SPIE, vol. 4093, pp. 360-369 (2000).
[참고문헌 9] A. Ning, "Compact fisheye objective lens", 미국 특허 제7,023,628호(등록번호), 등록일 2006년 4월 4일.
[참고문헌 10] K. Yasuhiro and Y. Kazuyoshi, "Fisheye lens and photographing apparatus with the same", 일본 특허 제2006-098942호(공개번호), 공개일 2006년 4월 13일.
[참고문헌 11] M. Kawada, "Fisheye lens unit", 미국 특허 제7,283,312호(등록번호), 등록일 2007년 10월 16일.
[참고문헌 12] 권경일, 밀턴 라이킨, "광각 렌즈", 대한민국 특허 제10-0826571호(등록번호), 등록일 2008년 4월 24일.
[참고문헌 13] 권경일, 밀턴 라이킨, "어안 렌즈", 대한민국 특허 제10-0888922호(등록번호), 등록일 2009년 3월 10일.
[참고문헌 14] M. Laikin, G. Kweon and Y. Choi, "Day and night security camera", Proc. SPIE, vol. 7060, pp.706009-1 - 706009-5 (2008).
[참고문헌 15] G. Kweon, Y. Choi and M. Laikin, "Fisheye lens for image processing applications", J. Opt. Soc. Korea, vol. 12, no. 2, pp.79-87 (2008).
본 발명은 제작을 하기에 곤란한 기계적 구조를 가지거나 제작 공차가 너무 작아서 상업적으로 대량 생산을 하기에 곤란한 종래의 어안 렌즈를 대신하여 렌즈 요소의 수가 비교적 적으면서도 화각 180°이상을 가지고 등거리 투사 방식과의 오차가 크지 않으며, 저렴한 비용으로 대량 생산을 하기에 적합한 기계적 구조를 가지는 어안 렌즈의 다양한 실시 예를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 렌즈 요소가 8매 내지 10매이며 바람직한 광학적 특성과 기계적 특성을 동시에 가지는 구체적인 실시 예를 제공한다.
바람직한 광학적 특성과 기계적 특성을 모두 가지는 어안 렌즈를 제공함으로써 보안·감시나 엔터테인먼트 등 다양한 응용 예에서 널리 사용될 수 있다.
도 1은 일반적인 결상 렌즈의 투사 방식의 개념도.
도 2는 이미지 센서면에 대한 바람직한 어안 렌즈의 영상면의 크기를 보여주는 개념도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예의 어안 렌즈의 광학적 구조 및 광선의 경로를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 예의 어안 렌즈의 변조 전달 함수 특성.
도 5는 본 발명의 제 1 실시 예의 어안 렌즈의 주변 광량비를 보여주는 그래프.
도 6은 본 발명의 제 1 실시 예의 어안 렌즈의 상면 만곡과 교정 왜곡을 보여주는 그래프.
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예의 어안 렌즈의 광학적 구조 및 광선의 경로를 보여주는 도면.
도 8은 본 발명의 제 2 실시 예의 어안 렌즈의 변조 전달 함수 특성.
도 9는 본 발명의 제 2 실시 예의 어안 렌즈의 주변 광량비를 보여주는 그래프.
도 10은 본 발명의 제 2 실시 예의 어안 렌즈의 상면 만곡과 교정 왜곡을 보여주는 그래프.
도 11은 본 발명의 제 3 실시 예의 어안 렌즈의 광학적 구조 및 광선의 경로를 보여주는 도면.
도 12는 본 발명의 제 3 실시 예의 어안 렌즈의 변조 전달 함수 특성.
도 13은 본 발명의 제 3 실시 예의 어안 렌즈의 주변 광량비를 보여주는 그래프.
도 14는 본 발명의 제 3 실시 예의 어안 렌즈의 상면 만곡과 교정 왜곡을 보여주는 그래프.
도 15는 본 발명의 제 4 실시 예의 어안 렌즈의 광학적 구조 및 광선의 경로를 보여주는 도면.
도 16은 본 발명의 제 4 실시 예의 어안 렌즈의 변조 전달 함수 특성.
도 17은 본 발명의 제 4 실시 예의 어안 렌즈의 주변 광량비를 보여주는 그래프.
도 18은 본 발명의 제 4 실시 예의 어안 렌즈의 상면 만곡과 교정 왜곡을 보여주는 그래프.
도 19는 본 발명의 제 5 실시 예의 어안 렌즈의 광학적 구조 및 광선의 경로를 보여주는 도면.
도 20은 본 발명의 제 5 실시 예의 어안 렌즈의 변조 전달 함수 특성.
도 21은 본 발명의 제 5 실시 예의 어안 렌즈의 주변 광량비를 보여주는 그래프.
도 22는 본 발명의 제 5 실시 예의 어안 렌즈의 상면 만곡과 교정 왜곡을 보여주는 그래프.
도 23은 본 발명의 제 6 실시 예의 어안 렌즈의 광학적 구조 및 광선의 경로를 보여주는 도면.
도 24는 본 발명의 제 6 실시 예의 어안 렌즈의 변조 전달 함수 특성.
도 25는 본 발명의 제 6 실시 예의 어안 렌즈의 주변 광량비를 보여주는 그래프.
도 26은 본 발명의 제 6 실시 예의 어안 렌즈의 상면 만곡과 교정 왜곡을 보여주는 그래프.
도 27은 본 발명의 제 7 실시 예의 어안 렌즈의 광학적 구조 및 광선의 경로를 보여주는 도면.
도 28은 본 발명의 제 7 실시 예의 어안 렌즈의 변조 전달 함수 특성.
도 29는 본 발명의 제 7 실시 예의 어안 렌즈의 주변 광량비를 보여주는 그래프.
도 30은 본 발명의 제 7 실시 예의 어안 렌즈의 상면 만곡과 교정 왜곡을 보여주는 그래프.
도 31은 본 발명의 제 8 실시 예의 어안 렌즈의 광학적 구조 및 광선의 경로를 보여주는 도면.
도 32는 본 발명의 제 8 실시 예의 어안 렌즈의 변조 전달 함수 특성.
도 33은 본 발명의 제 8 실시 예의 어안 렌즈의 주변 광량비를 보여주는 그래프.
도 34는 본 발명의 제 8 실시 예의 어안 렌즈의 상면 만곡과 교정 왜곡을 보여주는 그래프.
도 35는 본 발명의 제 9 실시 예의 어안 렌즈의 광학적 구조 및 광선의 경로를 보여주는 도면.
도 36은 본 발명의 제 9 실시 예의 어안 렌즈의 변조 전달 함수 특성.
도 37은 본 발명의 제 9 실시 예의 어안 렌즈의 주변 광량비를 보여주는 그래프.
도 38은 본 발명의 제 9 실시 예의 어안 렌즈의 상면 만곡과 교정 왜곡을 보여주는 그래프.
도 39는 본 발명의 제 10 실시 예의 어안 렌즈의 광학적 구조 및 광선의 경로를 보여주는 도면.
도 40은 본 발명의 제 10 실시 예의 어안 렌즈의 변조 전달 함수 특성.
도 41은 본 발명의 제 10 실시 예의 어안 렌즈의 주변 광량비를 보여주는 그래프.
도 42는 본 발명의 제 10 실시 예의 어안 렌즈의 상면 만곡과 교정 왜곡을 보여주는 그래프.
도 43은 본 발명의 제 1 내지 제 5 실시 예의 어안 렌즈의 특징을 요약한 도면.
도 44는 본 발명의 제 6 내지 제 10 실시 예의 어안 렌즈의 특징을 요약한 도면.
이하 도 1 내지 도 44를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
(제 1 실시 예)
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예의 어안 렌즈의 형상과 광선의 경로를 보여준다. 이 렌즈의 F수는 2.8이고, 화각은 190°이며, 1/3-inch CCD 센서를 사용하는 것으로 가정하였다. 이와 같은 이미지 센서를 사용하는 카메라에서 포착된 영상의 가로 방향의 화각이 190°가 되도록 입사각 95°에 대응하는 상 크기가 2.351mm로 주어진다.
이 렌즈는 제 1 그룹 G1과 제 2 그룹 G2과 조리개(stop) S 및 제 3 그룹 G3으로 구성된다. 제 1 그룹은 물체쪽에서부터 제 1 렌즈 요소 E1와 제 2 렌즈 요소 E2로 구성되며, 제 2 그룹은 제 3 렌즈 요소 E3와 제 4 렌즈 요소 E4로 구성되고, 제 3 그룹은 제 5 내지 제 8 렌즈 요소(E5 ~ E8)로 구성된다.
제 1 내지 제 8 렌즈 요소(E1 ~ E8)는 모두 양면 구면인 굴절 렌즈 요소이고, 조리개 S는 제 4 렌즈 요소 E4와 제 5 렌즈 요소 E5 사이에 위치한다. 제 8 렌즈 요소 E8와 센서면 I 사이에 위치하는 광학적 저대역 통과 필터(optical low pass filter) F는 렌즈의 구성 요소가 아니며, 카메라의 이미지 센서면 I 위에 덮여진 카메라 몸체의 구성 요소 중 일부이다. 광학적 저대역 통과 필터의 역할은 영상에서 무아레(moire) 효과를 제거하는 것이다. 도 3은 이 광학적 저대역 통과 필터를 고려하여 렌즈가 설계되었음을 보여준다.
전술한 바와 같이 제 1 내지 제 8 렌즈 요소는 모두 굴절 렌즈 요소이며 두 개의 렌즈면을 가지고 있다. 예를 들어 제 1 렌즈 요소는 물체쪽(object side)의 제 1 렌즈면 R1과 상쪽(image side)의 제 2 렌즈면 R2을 가지며, 제 2 렌즈 요소 E2는 물체쪽의 제 3 렌즈면 R3과 상쪽의 제 4 렌즈면 R4을 가지고, 나머지 렌즈 요소들도 제 5 렌즈면 R5 내지 제 15 렌즈면 R15을 가진다.
물체쪽의 한 물점(object point)에서 비롯된 입사광은 제 1 렌즈 요소 E1의 굴절면인 제 1 렌즈면 R1으로 입사하여 제 1 내지 제 8 렌즈 요소와 광학적 저대역 통과 필터 F를 순차적으로 지난 뒤 센서면 I로 수렴한다.
표 1에는 제 1 실시 예의 어안 렌즈에 대한 완전한 광학적 설계도가 제시되어 있다. 표 1에서 반지름(radius)과 면 두께(thickenss)의 단위는 millimeter이다. 여기서 반지름이란 정확하게는 곡률 반경(radius of curvature)을 의미한다. 혼동의 여지가 없으므로 이하에서는 편의상 곡률 반경을 반지름이라고 지칭한다.
표 1
surface number group element surface radius thickness index Abbe number glass
object infinity infinity
1 G1 E1 R1 26.603 3.330 1.7724 49.61 E-LASF016
2 R2 7.310 4.600
3 E2 R3 100.641 4.000 1.7724 49.61 E-LASF016
4 R4 3.331 4.660
5 G2 E3 R5 40.216 3.000 1.7616 26.56 E-SF14
6 E4 R6 -4.400 3.020 1.7724 49.61 E-LASF016
7 R7 -6.634 1.550
8 S S R8 infinity 0.240
9 G3 E5 R9 11.859 2.050 1.5890 61.16 E-SK5
10 E6 R10 -2.421 0.970 1.8049 25.43 E-SF6
11 R11 24.074 0.200
12 E7 R12 -17.711 2.030 1.6203 60.29 E-SK16
13 R13 -4.360 0.160
14 E8 R14 17.085 1.850 1.7290 54.66 E-LAK18
15 R15 -17.085 1.964
16 F F R16 infinity 3.000 1.5167 64.10 E-BK7
17 R17 infinity 1.000
18 I I R18 infinity
도 3과 표 1을 참조하면 본 발명의 제 1 실시 예의 어안 렌즈의 제 1 렌즈 요소 E1은 볼록면(convex surface)이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소(negative meniscus lens element)이다. 부연하면, 제 1 렌즈 요소의 물체쪽의 렌즈면인 제 1 렌즈면 R1은 물체쪽에서 바라보았을 때 볼록면의 형상을 가지며, 상쪽의 렌즈면인 제 2 렌즈면 R2은 상쪽에서 바라보았을 때 오목면(concave surface)의 형상을 가진다. 또한, 제 1 렌즈면의 곡률 반경은 26.603mm이며, 제 1 렌즈면과 일치하는 원의 중심은 제 1 렌즈면에 대하여 오른쪽(즉, 상쪽)에 위치한다. 따라서 이 원의 중심에서 제 1 렌즈면 상의 정점(vertex)을 향하는 방향 - 이하 제 1 렌즈면의 방향 벡터라고 지칭함 - 은 상쪽에서 물체쪽을 향하는 방향이다. 여기서 정점이란 렌즈면과 광축(optical axis)과의 교점(intersection point)을 의미한다. 또한, 제 2 렌즈면의 곡률 반경은 7.310mm이며, 제 2 렌즈면과 일치하는 원의 중심도 제 2 렌즈면에 대하여 오른쪽에 위치한다. 따라서 제 2 렌즈면의 방향 벡터도 상쪽에서 물체쪽을 향한다. 어느 렌즈 요소의 물체쪽의 렌즈면의 방향 벡터와 상쪽의 렌즈면의 방향 벡터가 일치할 때 이와 같은 렌즈 요소를 메니스커스(Meniscus) 렌즈 요소라고 지칭한다.
한편, 제 1 렌즈면의 곡률 반경은 26.603mm이며 제 2 렌즈면의 곡률 반경은 7.310mm이므로, 제 1 렌즈 요소는 광축에 평행하게 측정한 렌즈 요소의 두께가 중심보다 가장 자리에서 더 두껍다. 그러므로 제 1 렌즈 요소는 음의 굴절능(negative refractive power)를 갖는 렌즈 요소이다. 이러한 사실들을 종합하면 제 1 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 마찬가지로 제 3 렌즈면과 제 4 렌즈면을 가지는 제 2 렌즈 요소도 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다.
한편 제 3 렌즈 요소 E3와 제 4 렌즈 요소 E4는 접합 렌즈(cemented doublet)를 형성한다. 제 3 렌즈 요소는 물체쪽의 제 5 렌즈면 R5과 상쪽의 제 6 렌즈면 R6을 가지며, 제 4 렌즈 요소는 물체쪽의 제 6 렌즈면 R6과 상쪽의 제 7 렌즈면 R7을 가진다. 접합 렌즈의 특성상 제 3 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소는 제 6 렌즈면 R6을 공유한다. 물리적으로는 제 3 렌즈 요소의 상쪽 렌즈면과 제 4 렌즈 요소의 물체쪽 렌즈면이 동일한 곡률을 갖도록 가공된 후 광학 접착제(optical cement)를 사용하여 접착된 것이다.
제 3 렌즈 요소의 제 5 렌즈면은 물체쪽을 향하는 볼록면이며, 제 6 렌즈면은 상쪽을 향하는 볼록면이다. 이와 같은 렌즈를 양볼록(bi-convex) 렌즈 요소라고 지칭한다. 양볼록 렌즈 요소는 중심 부위가 가장자리보다 더 두꺼우므로 항상 양의 굴절능을 갖는다.
한편, 제 4 렌즈 요소는 제 6 렌즈면 R6과 제 7 렌즈면 R7을 가지며, 제 6 렌즈면은 물체쪽을 향하는 오목면이고, 제 7 렌즈면은 상쪽을 향하는 볼록면이다. 제 6 렌즈면의 방향 벡터와 제 7 렌즈면의 방향 벡터는 모두 물체쪽에서 상쪽을 가르키므로 이 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 메니스커스 렌즈 요소이다. 한편, 제 6 렌즈면의 곡률 반경은 -4.400mm이며, 제 7 렌즈면의 곡률 반경은 -6.634mm이다. 따라서 제 4 렌즈 요소는 가장자리가 중심 부위보다 더 두꺼운 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 종합하면 제 4 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다.
전술한 바와 같이 제 4 렌즈 요소 E4와 제 5 렌즈 요소 E5의 사이에 조리개 S가 위치한다. 조리개는 곡률 반경이 무한대(∞)인 제 8 렌즈면 R8으로 간주된다.
제 5 렌즈 요소 E5와 제 6 렌즈 요소 E6는 접합 렌즈를 구성한다. 제 5 렌즈 요소는 제 9 렌즈면 R9과 제 10 렌즈면 R10을 가지며, 제 9 렌즈면은 물체쪽을 향하는 볼록면이고, 제 10 렌즈면은 상쪽을 향하는 볼록면이다. 따라서 제 5 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이다. 한편, 제 6 렌즈 요소는 제 10 렌즈면 R10과 제 11 렌즈면 R11을 가지며, 제 10 렌즈면은 물체쪽을 향하는 오목면이고, 제 11 렌즈면은 상쪽을 향하는 오목면이다. 따라서 제 10 렌즈면의 방향 벡터와 제 11 렌즈면의 방향 벡터는 서로 마주본다. 이와 같은 렌즈 요소를 양오목(bi-concave) 렌즈 요소라고 지칭한다. 양오목 렌즈 요소는 항상 음의 굴절능을 갖는다. 한편, 제 7 렌즈 요소 E7 및 제 8 렌즈 요소 E8는 양볼록 렌즈 요소이다.
구면 렌즈 요소들의 유리 조성이나 두께 등의 렌즈 구성은 표 1에 주어져 있으며, 모든 광학 유리는 Hikari glass 중에서 선택되었다. 예를 들어 제 1 렌즈 요소 E1은 굴절률이 1.7724이고, 아베수(Abbe number)가 49.61인 고굴절 유리이다. 이와 같은 굴절률과 아베수에 가장 근접한 광학적 특성을 갖는 Hikari사의 제품은 E-LASF016이라는 상품명을 가지고 있다. 제 2 렌즈 요소 내지 제 8 렌즈 요소도 모두 Hikari 사의 광학 유리를 사용하는 것으로 가정하였다. 그러나 이와 같은 디자인은 Schott사나 Hoya사 등 다른 회사의 제품의 특성에 맞게 용이하게 변경될 수 있다.
본 실시 예에서 제 1 그룹 G1에 속하는 제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 모두 음의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이다. 이와 같은 고굴절률은 렌즈면의 모양이 반구에 가깝게 되지 않으면서도 충분한 화각을 얻기 위하여 필요하며, 비교적 높은 아베수는 파장에 따른 편차를 줄이기 위하여 필요하다. 또한 제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 제 1 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 주로 입사광의 입사각을 변환시키는 목적으로 도입된 것이며, 입사각을 크게 변화시키기 위하여 높은 굴절률이 필요하고, 파장에 따른 편차를 줄이기 위해서는 비교적 높은 아베수를 필요로 한다.
제 1 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 입사광의 입사각을 변환시키는 목적을 가지고 있으므로 모두 음의 굴절능을 갖는 것을 특징으로 한다. 특히 제 1 렌즈 요소는 입사각 90°이상을 갖는 입사광의 입사각을 90°이하로 변환시켜야 하므로 필연적으로 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈로 구현된다. 하지만, 제 2 렌즈 요소는 90°이하의 입사각을 갖는 광선을 더 작은 입사각을 갖는 광선으로 변환시키는 목적을 가지므로 반드시 음의 메니스커스 렌즈로 구현할 필요가 없다. 따라서 평오목 렌즈 요소(plano-concave lens element) 혹은 양오목 렌즈 요소(biconcave lens element) 등 음의 굴절능을 가지는 임의의 렌즈 형태로 구현될 수 있다.
제 2 그룹 G2에 속하는 제 3 내지 제 4 렌즈 요소는 제 1 그룹의 렌즈 요소들의 파장에 따른 굴절능의 차이를 보상하는 것이 주된 역할이며, 바람직하게 하나 이상의 접합 렌즈를 포함하며, 접합 렌즈에서 30 이하의 아베수를 갖는 렌즈 요소와 40 이상의 아베수를 갖는 렌즈 요소가 같이 사용된다. 본 실시 예에서 제 3 렌즈 요소는 굴절률이 1.7 이상이면서 아베수는 30 이하이다. 한편, 제 4 렌즈 요소는 굴절률이 1.7 이상이면서 아베수는 40 이상이다.
본 실시 예의 제 2 그룹을 구성하는 제 3 내지 제 4 렌즈 요소는 다음과 같은 특징을 가지고 있다. 제 3 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수가 30 이하이다. 제 4 렌즈 요소는 음의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수가 40 이상이다. 특히, 제 4 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 전술한 바와 같이 제 3 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성한다.
제 2 그룹 G2에 속하는 렌즈 요소들과 제 3 그룹 G3에 속하는 렌즈 요소들은 조리개에 의하여 구분된다. 제 3 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 이미지 센서면 상에 선명한 실상(real image)을 형성하기 위하여 필요하며, 전체적으로 양의 굴절능을 갖는다. 본 실시 예에서 제 3 그룹은 제 5 내지 제 8 렌즈 요소로 구성된다. 특히 제 3 그룹의 물체쪽에 가장 가까운 제 5 렌즈 요소 E5와 상쪽에 가장 가까운 제 8 렌즈 요소 E8는 모두 양의 굴절능을 가지며, 아베수는 40 이상의 값을 가진다.
도 4는 도 3의 어안 렌즈의 가시 광선 영역에서의 변조 전달 함수 특성을 보여주며, 100 line pairs/millimeter에서 0.3 이상의 해상도를 가지는 것을 알 수 있다. 한편, 도 5는 이 어안 렌즈의 주변 광량비가 거의 0.9 이상인 것을 보여준다. 일반적으로 주변 광량비가 0.6 이상이면 양호한 것으로 간주하므로 이 어안 렌즈의 주변 광량비는 매우 우수하다. 한편, 도 6의 왼쪽 그래프는 제 1 실시 예의 어안 렌즈의 상면 만곡(field curvature)을 보여주며, 오른쪽 그래프는 교정 왜곡(calibrated distortion)을 보여준다. 이 그래프로부터 최대 교정 왜곡이 5% 이하인 것을 알 수 있다. 즉, 이 렌즈는 등거리 투사 방식을 상당히 충실하게 구현하고 있다.
또 다른 렌즈의 주요 특성인 전장(overall length), 즉 제 1 렌즈면의 정점에서 영상면 I까지의 거리는 37.624mm로 이 실시 예의 어안 렌즈는 비교적 소형이다. 또한, 충분한 후방 초점 거리(back focal length)를 가지고 있어, 산업적으로 이용함에 있어서 전혀 불편이 없다.
마지막으로 가장 중요한 특성으로 제작 공차(manufacturing tolerance)가 양호하다는 점이다. 본 실시 예의 렌즈는 8매의 렌즈 요소를 가지며, 총 15개의 렌즈면이 있다. 또한, 이 렌즈 요소들이 표 1에 정해진 바와 같이 정확한 간격을 유지하기 위하여 다수의 스페이서(spacer)와 리테이너(retainer) 및 경통(barrel)이 사용된다. 이와 같은 렌즈 요소 및 스페이서 등은 기계적으로 가공이 되어야 하므로 설계된 대로 오차 없이 정확하게 제작한다는 것은 불가능하다. 즉, 얼마간의 오차가 있게 마련이다. 그런데 표 1이 주어진 특성을 갖도록 최적화된 설계도이므로, 이 설계도와 오차를 갖게 되면 특성의 저하가 일어나게 된다. 그런데 렌즈 디자인에 따라서 일정한 양만큼의 성능의 저하를 초래하는 가공 오차의 범위가 차이가 나게 된다. 훌륭한 디자인은 가공 오차가 크더라도 성능의 저하가 비교적 작게 일어난다.
현재의 생산 기술로 가능한 제작 공차는 렌즈 제작자에 따라서 차이는 있지만 일반적인 제작 공차는 거의 공통되고 있다. 예를 들어 두께 공차(thickness tolerance)는 20㎛, 렌즈면의 반지름의 제작 공차는 뉴튼링(Newton ring) 3 fringe 등이다. 이와 같이 일반적인 제작 공차로 제작하여도 성능의 저하가 크지 않으면 저렴한 비용으로 생산할 수 있다. 그러나 성능 저하 또는 불량률을 줄이기 위하여 일반적인 제작 공차보다 작은 제작 공차로 생산을 하려고 하면, 제작이 어렵거나 불가능할 수 있으며, 가능하다고 하더라도 제작비가 많이 소요되고, 대량 생산이 어려울 수 있다. 따라서 바람직한 모든 광학적 및 기계적 특성을 만족한다고 하더라고 제작 공차가 충분하지 않은 디자인은 좋은 디자인이라고 할 수 없다.
본 발명의 제 1 실시 예는 일반적인 제작 공차로 제작을 하더라도 불량률이 일반적인 수준으로 유지할 수 있을 만큼 양호한 디자인이다. 이와 같은 제작 공차는 공차 분석(tolerance analysis)이라고 부르는 과정을 통해서 확인할 수 있으며, 표 1과 같은 완전한 렌즈의 설계도가 있다면 Zemax와 같은 렌즈 설계 전문 프로그램을 사용하여 용이하게 확인할 수 있다.
(제 2 실시 예)
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예의 어안 렌즈의 형상과 광선의 경로를 보여준다. 이 렌즈의 F수는 2.8이고, 화각은 190°이며, 1/3-inch CCD 센서를 사용하는 것으로 가정하였다. 이와 같은 이미지 센서를 사용하는 카메라에서 포착된 영상의 가로 방향의 화각이 190°가 되도록 입사각 95°에 대응하는 상 크기가 2.350mm로 주어진다. 제 2 실시 예의 어안 렌즈가 제 1 실시 예의 어안 렌즈와 다른 가장 중요한 차이점은 자동 조리개(auto iris)를 사용할 수 있도록 조리개 면의 두께를 1.5mm로 설정한 것이다.
본 발명의 제 2 실시 예의 어안 렌즈도 제 1 그룹 G1과 제 2 그룹 G2과 조리개 S 및 제 3 그룹 G3으로 구성된다. 본 실시 예의 어안 렌즈에서 제 1 그룹은 물체쪽에서부터 제 1 렌즈 요소 E1와 제 2 렌즈 요소 E2로 구성되며, 제 2 그룹은 제 3 렌즈 요소 E3와 제 4 렌즈 요소 E4로 구성되고, 제 3 그룹은 제 5 내지 제 8 렌즈 요소(E5 ~ E8)로 구성된다. 제 1 내지 제 8 렌즈 요소(E1 ~ E8)는 모두 양면 구면인 굴절 렌즈 요소이고, 조리개 S는 제 4 렌즈 요소 E4와 제 5 렌즈 요소 E5 사이에 위치하며, 제 8 렌즈 요소 E8와 센서면 I 사이에 광학적 저대역 통과 필터 F가 위치한다. 물체쪽의 한 물점에서 비롯된 입사광은 제 1 렌즈 요소 E1의 굴절면인 제 1 렌즈면 R1으로 입사하여 제 1 내지 제 8 렌즈 요소와 광학적 저대역 통과 필터 F를 순차적으로 지난 뒤 센서면 I로 수렴한다.
표 2에는 본 발명의 제 2 실시 예의 어안 렌즈에 대한 완전한 광학적 설계도가 제시되어 있다.
표 2
surface number group element surface radius thickness index Abbe number glass
object infinity infinity
1 G1 E1 R1 23.840 2.500 1.7724 49.61 E-LASF016
2 R2 6.793 4.730
3 E2 R3 infinity 3.120 1.7724 49.61 E-LASF016
4 R4 3.936 6.000
5 G2 E3 R5 126.109 3.000 1.7616 26.56 E-SF14
6 E4 R6 -8.428 3.020 1.7724 49.61 E-LASF016
7 R7 -8.432 3.290
8 S S R8 infinity 1.500
9 G3 E5 R9 10.426 2.080 1.5890 61.16 E-SK5
10 E6 R10 -4.112 0.990 1.8049 25.43 E-SF6
11 R11 16.980 0.200
12 E7 R12 -195.639 2.030 1.6399 60.09 E-LAK01
13 R13 -6.385 0.170
14 E8 R14 10.585 2.000 1.6399 60.09 E-LAK01
15 R15 -28.853 1.961
16 F F R16 infinity 3.000 1.5167 64.10 E-BK7
17 R17 infinity 1.000
18 I I R18 infinity
도 7과 표 2를 참조하면 본 발명의 제 2 실시 예의 어안 렌즈의 제 1 렌즈 요소 E1은 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 제 2 렌즈 요소 E2는 물체쪽의 렌즈면인 제 3 렌즈면 R3이 평면이고 상쪽의 렌즈면인 제 4 렌즈면 R4이 상쪽을 향하는 오목면인 평오목 (plano-concave) 렌즈 요소이다. 평오목 렌즈 요소는 항상 음의 굴절능을 갖는다.
한편 제 3 렌즈 요소 E3와 제 4 렌즈 요소 E4는 접합 렌즈를 형성한다. 제 3 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이다. 제 4 렌즈 요소는 물체쪽의 제 6 렌즈면 R6과 상쪽의 제 7 렌즈면 R7을 가진다. 제 6 렌즈면의 곡률 반경은 -8.428mm이고, 제 7 렌즈면의 곡률 반경은 -8.432mm이다. 따라서 엄밀하게 말하면 제 4 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 그러나, 제 4 렌즈 요소의 굴절능은 무시할 만큼 작다.
전술한 바와 같이 제 4 렌즈 요소 E4와 제 5 렌즈 요소 E5의 사이에 조리개 S가 위치하며, 제 5 렌즈 요소 E5와 제 6 렌즈 요소 E6는 접합 렌즈를 구성한다. 제 5 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이고, 제 6 렌즈 요소는 양오목 렌즈 요소이다. 한편, 제 7 렌즈 요소 E7는 볼록면이 상쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이며, 제 8 렌즈 요소 E8는 양볼록 렌즈 요소이다.
구면 렌즈 요소들의 유리 조성이나 두께 등의 렌즈 구성은 표 2에 주어져 있으며, 모든 광학 유리는 Hikari glass 중에서 선택되었다. 본 실시 예에서 제 1 그룹 G1에 속하는 제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 모두 음의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이다. 또한 제 1 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 하지만, 제 2 렌즈 요소는 평오목 렌즈 요소이다.
제 2 그룹 G2에 속하는 제 3 내지 제 4 렌즈 요소는 제 1 그룹의 렌즈 요소들의 파장에 따른 굴절능의 차이를 보상하는 것이 주된 역할이며, 바람직하게 하나 이상의 접합 렌즈를 포함하며, 접합 렌즈에서 30 이하의 아베수를 갖는 렌즈 요소와 40 이상의 아베수를 갖는 렌즈 요소가 같이 사용된다.
본 실시 예의 제 2 그룹을 구성하는 제 3 내지 제 4 렌즈 요소는 다음과 같은 특징을 가지고 있다. 제 3 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수가 30 이하이다. 제 4 렌즈 요소는 음의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수가 40 이상이다. 특히, 제 4 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 전술한 바와 같이 제 3 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성한다.
제 2 그룹 G2에 속하는 렌즈 요소들과 제 3 그룹 G3에 속하는 렌즈 요소들은 조리개에 의하여 구분된다. 제 3 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 이미지 센서면 상에 선명한 실상을 형성하기 위하여 필요하며, 전체적으로 양의 굴절능을 갖는다. 본 실시 예에서 제 3 그룹은 제 5 내지 제 8 렌즈 요소로 구성된다. 특히 제 3 그룹의 물체쪽에 가장 가까운 제 5 렌즈 요소 E5와 상쪽에 가장 가까운 제 8 렌즈 요소 E8는 모두 양의 굴절능을 가지며, 아베수는 40 이상의 값을 가진다.
도 8은 도 7의 어안 렌즈의 가시 광선 영역에서의 변조 전달 함수 특성을 보여주며, 100 line pairs/millimeter에서 0.4 이상의 해상도를 가지는 것을 알 수 있다. 한편, 도 9는 이 어안 렌즈의 주변 광량비가 0.9 이상인 것을 보여준다. 일반적으로 주변 광량비가 0.6 이상이면 양호한 것으로 간주하므로 이 어안 렌즈의 주변 광량비는 매우 우수하다. 한편, 도 10의 왼쪽 그래프는 제 2 실시 예의 어안 렌즈의 상면 만곡을 보여주며, 오른쪽 그래프는 교정 왜곡을 보여준다. 이 그래프로부터 최대 교정 왜곡이 6% 이하인 것을 알 수 있다. 즉, 이 렌즈는 등거리 투사 방식을 상당히 충실하게 구현하고 있다.
또 다른 렌즈의 주요 특성인 전장, 즉 제 1 렌즈면의 정점에서 영상면 I까지의 거리는 40.591mm로 이 실시 예의 어안 렌즈는 비교적 소형이다. 또한, 충분한 후방 초점 거리를 가지고 있어, 산업적으로 이용함에 있어서 전혀 불편이 없다.
마지막으로 가장 중요한 특성으로 제작 공차가 양호하다는 점이다. 특히, 본 실시 예의 어안 렌즈의 제작 공차는 제 1 실시 예의 어안 렌즈의 제작 공차보다도 크므로 대량 생산을 하기에 유리하다.
(제 3 실시 예)
도 11은 본 발명의 제 3 실시 예의 어안 렌즈의 형상과 광선의 경로를 보여준다. 이 렌즈의 F수는 2.8이고, 화각은 210°이며, 1/3-inch CCD 센서를 사용하는 것으로 가정하였다. 이와 같은 이미지 센서를 사용하는 카메라에서 포착된 영상의 모든 방향의 화각이 210°가 되도록 입사각 105°에 대응하는 상 크기가 1.736mm로 주어진다.
이 렌즈도 제 1 그룹 G1과 제 2 그룹 G2과 조리개 S 및 제 3 그룹 G3으로 구성된다. 제 1 그룹은 물체쪽에서부터 제 1 렌즈 요소 E1와 제 2 렌즈 요소 E2로 구성되며, 제 2 그룹은 제 3 렌즈 요소 E3와 제 4 렌즈 요소 E4로 구성되고, 제 3 그룹은 제 5 내지 제 8 렌즈 요소(E5 ~ E8)로 구성된다.
제 1 내지 제 8 렌즈 요소(E1 ~ E8)는 모두 양면 구면인 굴절 렌즈 요소이고, 조리개 S는 제 4 렌즈 요소 E4와 제 5 렌즈 요소 E5 사이에 위치하고, 제 8 렌즈 요소 E8와 센서면 I 사이에 위치하는 광학적 저대역 통과 필터 F가 위치한다.
표 3에는 제 3 실시 예의 어안 렌즈에 대한 완전한 광학적 설계도가 제시되어 있다.
표 3
surface number group element surface radius thickness index Abbe number glass
object infinity infinity
1 G1 E1 R1 21.223 1.700 1.7724 49.61 E-LASF016
2 R2 6.369 3.920
3 E2 R3 32.988 2.060 1.7724 49.61 E-LASF016
4 R4 3.515 2.530
5 G2 E3 R5 -10.102 4.090 1.7616 26.56 E-SF14
6 E4 R6 -3.918 1.780 1.6967 55.53 E-LAK14
7 R7 -9.990 6.790
8 S S R8 infinity 0.200
9 G3 E5 R9 7.064 1.330 1.6199 36.26 E-F2
10 R10 -3.113 0.260
11 E6 R11 -2.480 0.990 1.8049 25.43 E-SF6
12 R12 7.168 0.200
13 E7 R13 10.417 1.750 1.6399 60.09 E-LAK01
14 R14 -3.733 0.170
15 E8 R15 12.232 1.350 1.6203 60.29 E-SK16
16 R16 -12.232 1.945
17 F F R17 infinity 3.000 1.5167 64.10 E-BK7
18 R18 infinity 1.000
19 I I R19 infinity
도 11과 표 3을 참조하면 본 발명의 제 3 실시 예의 제 1 렌즈 요소 E1 및 제 2 렌즈 요소 E2는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이고, 제 3 렌즈 요소 E3는 볼록면이 상쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이고, 제 4 렌즈 요소 E4는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 제 3 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성한다.
전술한 바와 같이 제 4 렌즈 요소 E4와 제 5 렌즈 요소 E5의 사이에 조리개 S가 위치한다. 제 3 그룹에는 4개의 렌즈 요소가 있으며, 제 3 그룹을 구성하는 렌즈 요소 중에서 물체쪽에 가장 가까운 제 5 렌즈 요소 E5는 양의 굴절능을 가지는 양볼록 렌즈 요소이다. 한편, 제 6 렌즈 요소 E6는 양오목 렌즈 요소이며, 제 7 렌즈 요소 E9와 제 8 렌즈 요소 E8는 양볼록 렌즈 요소이다.
본 실시 예에서 제 1 그룹 G1에 속하는 제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 모두 음의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이다. 이와 같은 고굴절률은 렌즈면의 모양이 반구에 가깝게 되지 않으면서도 충분한 화각을 얻기 위하여 필요하며, 비교적 높은 아베수는 파장에 따른 편차를 줄이기 위하여 필요하다. 또한 제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 제 1 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 주로 입사광의 입사각을 변환시키는 목적으로 도입된 것이며, 입사각을 크게 변화시키기 위하여 높은 굴절률이 필요하고, 파장에 따른 편차를 줄이기 위해서는 비교적 높은 아베수를 필요로 한다.
제 2 그룹 G2에 속하는 제 3 내지 제 4 렌즈 요소는 제 1 그룹의 렌즈 요소들의 파장에 따른 굴절능의 차이를 보상하는 것이 주된 역할이며, 30 이하의 아베수를 갖는 렌즈 요소와 40 이상의 아베수를 갖는 렌즈 요소가 같이 사용되어 접합 렌즈를 구성한다. 구체적으로 본 실시 예의 제 2 그룹을 구성하는 제 3 내지 제 4 렌즈 요소는 다음과 같은 특징을 가지고 있다. 제 3 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수가 30 이하이다. 제 4 렌즈 요소는 음의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수가 40 이상이다.
제 2 그룹에 속하는 렌즈 요소들과 제 3 그룹 G3에 속하는 렌즈 요소들은 조리개에 의하여 구분된다. 제 3 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 이미지 센서면 상에 선명한 실상을 형성하기 위하여 필요하며, 전체적으로 양의 굴절능을 갖는다. 본 실시 예에서 제 3 그룹은 제 5 내지 제 8 렌즈 요소로 구성된다. 특히 제 3 그룹의 물체쪽에 가장 가까운 제 5 렌즈 요소 E5와 상쪽에 가장 가까운 제 8 렌즈 요소 E8는 모두 양의 굴절능을 갖는다. 또한, 제 5 렌즈 요소는 30에서 40 사이의 아베수를 가지며, 제 8 렌즈 요소는 40 이상의 아베수를 가진다.
도 12는 도 11의 어안 렌즈의 가시 광선 영역에서의 변조 전달 함수 특성을 보여주며, 100 line pairs/millimeter에서 0.4 이상의 해상도를 가지는 것을 알 수 있다. 한편, 도 13으로부터 이 어안 렌즈의 주변 광량비가 0.9 이상으로 매우 우수한 것을 알 수 있다. 한편, 도 14의 왼쪽 그래프는 제 3 실시 예의 어안 렌즈의 상면 만곡을 보여주며, 오른쪽 그래프는 교정 왜곡을 보여준다. 이 그래프로부터 최대 교정 왜곡이 6% 이하인 것을 알 수 있다. 즉, 이 렌즈는 등거리 투사 방식을 상당히 충실하게 구현하고 있다.
또 다른 렌즈의 주요 특성인 전장은 35.07mm로 이 실시 예의 어안 렌즈는 비교적 소형이다. 또한, 충분한 후방 초점 거리를 가지고 있어 산업적으로 이용함에 있어서 전혀 불편이 없다. 마지막으로 본 발명의 제 3 실시 예의 어안 렌즈의 디자인은 일반적인 제작 공차로 제작을 하더라도 불량률이 일반적인 수준으로 유지할 수 있을 만큼 양호하다.
(제 4 실시 예)
도 15는 본 발명의 제 4 실시 예의 어안 렌즈의 형상과 광선의 경로를 보여준다. 이 렌즈의 F수는 2.8이고, 화각은 220°이며, 1/3-inch CCD 센서를 사용하는 것으로 가정하였다. 이와 같은 이미지 센서를 사용하는 카메라에서 포착된 영상의 모든 방향의 화각이 220°가 되도록 입사각 110°에 대응하는 상 크기가 1.747mm로 주어진다.
이 렌즈도 제 1 그룹 G1과 제 2 그룹 G2과 조리개 S 및 제 3 그룹 G3으로 구성된다. 제 1 그룹은 물체쪽에서부터 제 1 렌즈 요소 E1와 제 2 렌즈 요소 E2로 구성되며, 제 2 그룹은 제 3 렌즈 요소 E3와 제 4 렌즈 요소 E4 및 제 5 렌즈 요소 E5로 구성되고, 제 3 그룹은 제 6 내지 제 9 렌즈 요소(E6 ~ E9)로 구성된다.
제 1 내지 제 9 렌즈 요소(E1 ~ E9)는 모두 양면 구면인 굴절 렌즈 요소이고, 조리개 S는 제 5 렌즈 요소 E5와 제 6 렌즈 요소 E6 사이에 위치하며, 제 9 렌즈 요소 E9와 센서면 I 사이에 광학적 저대역 통과 필터 F가 위치한다.
전술한 바와 같이 제 1 내지 제 9 렌즈 요소는 모두 굴절 렌즈 요소이며, 두 개의 렌즈면을 가지고 있다. 물체쪽의 한 물점에서 비롯된 입사광은 제 1 렌즈 요소 E1의 굴절면인 제 1 렌즈면 R1으로 입사하여 제 1 내지 제 9 렌즈 요소와 광학적 저대역 통과 필터 F를 순차적으로 지난 뒤 센서면 I로 수렴한다.
표 4에는 제 4 실시 예의 렌즈에 대한 완전한 광학적 설계도가 제시되어 있다.
표 4
surface number group element surface radius thickness index Abbe number glass
object infinity infinity
1 G1 E1 R1 27.923 2.500 1.7724 49.61 E-LASF016
2 R2 9.133 5.440
3 E2 R3 33.308 1.500 1.7724 49.61 E-LASF016
4 R4 4.970 3.770
5 G2 E3 R5 -16.290 3.310 1.7845 25.68 E-SF11
6 E4 R6 -5.432 1.040 1.7199 50.23 E-LAK10
7 R7 8.737 1.690
8 E5 R8 58.371 3.100 1.6199 36.26 E-F2
9 R9 -8.317 9.170
10 S S R10 infinity 1.540
11 G3 E6 R11 10.421 1.550 1.7014 41.17 E-BASF7
12 R12 -4.820 0.290
13 E7 R13 -3.826 0.980 1.8049 25.43 E-SF6
14 R14 14.210 0.240
15 E8 R15 65.775 1.660 1.6203 60.29 E-SK16
16 R16 -5.030 0.180
17 E9 R17 7.778 1.620 1.6030 60.67 E-SK14
18 R18 -27.888 1.982
19 F F R19 infinity 3.000 1.5167 64.10 E-BK7
20 R20 infinity 1.000
21 I I R21 infinity
도 15와 표 4를 참조하면 본 발명의 제 4 실시 예의 제 1 렌즈 요소 E1와 제 2 렌즈 요소 E2는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 한편, 제 3 렌즈 요소 E3와 제 4 렌즈 요소 E4는 접합 렌즈를 형성한다. 제 3 렌즈 요소 E3는 볼록면이 상쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이며, 제 4 렌즈 요소 E4는 양오목 렌즈 요소이고, 제 5 렌즈 요소 E5는 양볼록 렌즈 요소이다.
전술한 바와 같이 제 5 렌즈 요소 E5와 제 6 렌즈 요소 E6의 사이에 조리개 S가 위치한다. 제 6 렌즈 요소 E6는 양볼록 렌즈 요소이며, 제 7 렌즈 요소 E7은 양오목 렌즈 요소이고, 제 8 렌즈 요소 E8 및 제 9 렌즈 요소 E9는 양볼록 렌즈 요소이다.
본 실시 예에서 제 1 그룹 G1에 속하는 제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 모두 음의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이다. 이와 같은 고굴절률은 렌즈면의 모양이 반구에 가깝게 되지 않으면서도 충분한 화각을 얻기 위하여 필요하며, 비교적 높은 아베수는 파장에 따른 편차를 줄이기 위하여 필요하다. 또한 제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 제 1 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 주로 입사광의 입사각을 변환시키는 목적으로 도입된 것이며, 입사각을 크게 변화시키기 위하여 높은 굴절률이 필요하고, 파장에 따른 편차를 줄이기 위해서는 비교적 높은 아베수를 필요로 한다.
제 2 그룹 G2에 속하는 제 3 내지 제 5 렌즈 요소는 제 1 그룹의 렌즈 요소들의 파장에 따른 굴절능의 차이를 보상하는 것이 주된 역할이며, 30 이하의 아베수를 갖는 렌즈 요소와 40 이상의 아베수를 갖는 렌즈 요소가 같이 사용되어 접합 렌즈를 구성한다. 구체적으로 본 실시 예의 제 2 그룹을 구성하는 제 3 내지 제 5 렌즈 요소는 다음과 같은 특징을 가지고 있다. 본 실시 예에서 제 3 렌즈 요소는 굴절률이 1.7 이상이면서 아베수는 30 이하이다. 한편, 제 4 렌즈 요소는 굴절률이 1.7 이상이면서 아베수는 40 이상이다. 제 5 렌즈 요소는 추가적인 색수차 보정을 위하여 도입된 렌즈 요소이며, 30에서 40 사이의 아베수를 가지는 양볼록 렌즈 요소이다.
제 2 그룹에 속하는 렌즈 요소들과 제 3 그룹 G3에 속하는 렌즈 요소들은 조리개에 의하여 구분된다. 제 3 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 이미지 센서면 상에 선명한 실상을 형성하기 위하여 필요하며, 전체적으로 양의 굴절능을 갖는다. 본 실시 예에서 제 3 그룹은 제 6 내지 제 9 렌즈 요소로 구성된다. 특히 제 3 그룹의 물체쪽에 가장 가까운 제 6 렌즈 요소 E6와 상쪽에 가장 가까운 제 9 렌즈 요소 E9는 모두 양의 굴절능을 가지며, 아베수는 40 이상의 값을 가진다.
도 16은 도 15의 어안 렌즈의 가시 광선 영역에서의 변조 전달 함수 특성을 보여주며, 100 line pairs/millimeter에서 0.3 이상의 해상도를 가지는 것을 알 수 있다. 한편, 도 17은 이 어안 렌즈의 주변 광량비가 거의 1에 가까움을 보여준다. 도 18의 왼쪽 그래프는 제 4 실시 예의 어안 렌즈의 상면 만곡을 보여주며, 오른쪽 그래프는 교정 왜곡을 보여준다. 이 그래프로부터 최대 교정 왜곡이 5% 이하인 것을 알 수 있다. 즉, 이 렌즈는 등거리 투사 방식을 상당히 충실하게 구현하고 있다.
또 다른 렌즈의 주요 특성인 전장은 45.56mm로 이 실시 예의 어안 렌즈는 비교적 소형이다. 또한, 충분한 후방 초점 거리를 가지고 있어 산업적으로 이용함에 있어서 전혀 불편이 없으며, 제작 공차도 양호하다.
(제 5 실시 예)
도 19는 본 발명의 제 5 실시 예의 어안 렌즈의 형상과 광선의 경로를 보여준다. 이 렌즈의 F수는 2.8이고, 화각은 240°이며, 1/3-inch CCD 센서를 사용하는 것으로 가정하였다. 이와 같은 이미지 센서를 사용하는 카메라에서 포착된 영상의 모든 방향의 화각이 240°가 되도록 입사각 120°에 대응하는 상 크기가 1.746mm로 주어진다.
이 렌즈도 제 1 그룹 G1과 제 2 그룹 G2과 조리개 S 및 제 3 그룹 G3으로 구성된다. 제 1 그룹은 물체쪽에서부터 제 1 렌즈 요소 E1와 제 2 렌즈 요소 E2로 구성되며, 제 2 그룹은 제 3 렌즈 요소 E3와 제 4 렌즈 요소 E4 및 제 5 렌즈 요소 E5로 구성되고, 제 3 그룹은 제 6 내지 제 9 렌즈 요소(E6 ~ E9)로 구성된다.
제 1 내지 제 9 렌즈 요소(E1 ~ E9)는 모두 양면 구면인 굴절 렌즈 요소이고, 조리개 S는 제 5 렌즈 요소 E5와 제 6 렌즈 요소 E6 사이에 위치하며, 제 9 렌즈 요소 E9와 센서면 I 사이에 광학적 저대역 통과 필터 F가 위치한다.
전술한 바와 같이 제 1 내지 제 9 렌즈 요소는 모두 굴절 렌즈 요소이며, 두 개의 렌즈면을 가지고 있다. 물체쪽의 한 물점에서 비롯된 입사광은 제 1 렌즈 요소 E1의 굴절면인 제 1 렌즈면 R1으로 입사하여 제 1 내지 제 9 렌즈 요소와 광학적 저대역 통과 필터 F를 순차적으로 지난 뒤 센서면 I로 수렴한다.
표 5에는 제 5 실시 예의 렌즈에 대한 완전한 광학적 설계도가 제시되어 있다.
표 5
surface number group element surface radius thickness index Abbe number glass
object infinity infinity
1 G1 E1 R1 29.901 2.690 1.7724 49.61 E-LASF016
2 R2 10.669 6.230
3 E2 R3 33.255 1.490 1.7724 49.61 E-LASF016
4 R4 5.072 4.350
5 G2 E3 R5 -16.511 4.140 1.7845 25.68 E-SF11
6 E4 R6 -5.754 1.080 1.7199 50.23 E-LAK10
7 R7 9.090 1.940
8 E5 R8 -185.184 3.000 1.6199 36.26 E-F2
9 R9 -7.886 9.390
10 S S R10 infinity 1.560
11 G3 E6 R11 10.180 1.950 1.7014 41.17 E-BASF7
12 R12 -5.125 0.270
13 E7 R13 -4.107 0.980 1.8049 25.43 E-SF6
14 R14 10.730 0.170
15 E8 R15 38.840 2.170 1.6203 60.29 E-SK16
16 R16 -5.094 0.200
17 E9 R17 8.228 2.070 1.6030 60.67 E-SK14
18 R18 -24.347 1.976
19 F F R19 infinity 3.000 1.5167 64.10 E-BK7
20 R20 infinity 1.000
21 I I R21 infinity
도 19와 표 5를 참조하면 본 발명의 제 5 실시 예의 제 1 렌즈 요소 E1와 제 2 렌즈 요소 E2는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 한편, 제 3 렌즈 요소 E3와 제 4 렌즈 요소 E4는 접합 렌즈를 형성한다. 제 3 렌즈 요소 E3는 볼록면이 상쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이며, 제 4 렌즈 요소 E4는 양오목 렌즈 요소이고, 제 5 렌즈 요소 E5는 볼록면이 상쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이다.
전술한 바와 같이 제 5 렌즈 요소 E5와 제 6 렌즈 요소 E6의 사이에 조리개 S가 위치한다. 제 6 렌즈 요소 E6는 양볼록 렌즈 요소이며, 제 7 렌즈 요소 E7는 양오목 렌즈 요소이고, 제 8 렌즈 요소 E8 및 제 9 렌즈 요소 E9는 양볼록 렌즈 요소이다.
본 실시 예에서 제 1 그룹 G1에 속하는 제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 모두 음의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이다. 또한, 제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 제 1 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 주로 입사광의 입사각을 변환시키는 목적으로 도입된 것이며, 입사각을 크게 변화시키기 위하여 높은 굴절률이 필요하고, 파장에 따른 편차를 줄이기 위해서는 비교적 높은 아베수를 필요로 한다.
제 2 그룹 G2에 속하는 제 3 내지 제 5 렌즈 요소는 제 1 그룹의 렌즈 요소들의 파장에 따른 굴절능의 차이를 보상하는 것이 주된 역할이며, 30 이하의 아베수를 갖는 렌즈 요소와 40 이상의 아베수를 갖는 렌즈 요소가 같이 사용되어 접합 렌즈를 구성한다. 구체적으로 본 실시 예의 제 2 그룹을 구성하는 제 3 내지 제 5 렌즈 요소는 다음과 같은 특징을 가지고 있다. 본 실시 예에서 제 3 렌즈 요소는 굴절률이 1.7 이상이면서 아베수는 30 이하이다. 한편, 제 4 렌즈 요소는 굴절률이 1.7 이상이면서 아베수는 40 이상이다. 제 5 렌즈 요소는 추가적인 색수차 보정을 위하여 도입된 렌즈 요소이며, 30에서 40 사이의 아베수를 가지는 양의 메니스커스 렌즈 요소이다.
제 2 그룹에 속하는 렌즈 요소들과 제 3 그룹 G3에 속하는 렌즈 요소들은 조리개에 의하여 구분된다. 제 3 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 이미지 센서면 상에 선명한 실상을 형성하기 위하여 필요하며, 전체적으로 양의 굴절능을 갖는다. 본 실시 예에서 제 3 그룹은 제 6 내지 제 9 렌즈 요소로 구성된다. 특히 제 3 그룹의 물체쪽에 가장 가까운 제 6 렌즈 요소 E6와 상쪽에 가장 가까운 제 9 렌즈 요소 E9는 모두 양의 굴절능을 가지며, 아베수는 40 이상의 값을 가진다.
도 20은 도 19의 어안 렌즈의 가시 광선 영역에서의 변조 전달 함수 특성을 보여주며, 100 line pairs/millimeter에서 0.2 이상의 해상도를 가지는 것을 알 수 있다. 한편, 도 21로부터 이 어안 렌즈의 주변 광량비가 0.9 이상인 것을 알 수 있다. 도 22의 왼쪽 그래프는 제 5 실시 예의 어안 렌즈의 상면 만곡을 보여주며, 오른쪽 그래프는 교정 왜곡을 보여준다. 이 그래프로부터 최대 교정 왜곡이 6% 이하인 것을 알 수 있다. 즉, 이 렌즈는 등거리 투사 방식을 상당히 충실하게 구현하고 있다. 본 발명의 제 5 실시 예의 어안 렌즈는 제 4 실시 예의 어안 렌즈와 거의 동일한 형상을 가지고 있으며, 화각이 20°커진 반면에 광학적 성능은 다소 저하된 것을 알 수 있다.
또 다른 렌즈의 주요 특성인 전장은 49.66mm로 이 실시 예의 어안 렌즈는 비교적 소형이다. 또한, 충분한 후방 초점 거리를 가지고 있어 산업적으로 이용함에 있어서 전혀 불편이 없으며, 제작 공차도 양호하다.
(제 6 실시 예)
도 23은 본 발명의 제 6 실시 예의 어안 렌즈의 형상과 광선의 경로를 보여준다. 이 렌즈의 F수는 2.8이고, 화각은 220°이며, 1/3-inch CCD 센서를 사용하는 것으로 가정하였다. 이와 같은 이미지 센서를 사용하는 카메라에서 포착된 영상의 모든 방향의 화각이 220°가 되도록 입사각 110°에 대응하는 상 크기가 1.722mm로 주어진다.
이 렌즈도 제 1 그룹 G1과 제 2 그룹 G2과 조리개 S 및 제 3 그룹 G3으로 구성된다. 제 1 그룹은 물체쪽에서부터 제 1 렌즈 요소 E1와 제 2 렌즈 요소 E2로 구성되며, 제 2 그룹은 제 3 렌즈 요소 E3와 제 4 렌즈 요소 E4 및 제 5 렌즈 요소 E5로 구성되고, 제 3 그룹은 제 6 내지 제 10 렌즈 요소(E6 ~ E10)로 구성된다.
제 1 내지 제 10 렌즈 요소(E1 ~ E10)는 모두 양면 구면인 굴절 렌즈 요소이고, 조리개 S는 제 5 렌즈 요소 E5와 제 6 렌즈 요소 E6 사이에 위치하며, 제 10 렌즈 요소 E10와 센서면 I 사이에 광학적 저대역 통과 필터 F가 위치한다.
표 6에는 제 6 실시 예의 어안 렌즈에 대한 완전한 광학적 설계도가 제시되어 있다.
표 6
surface number group element surface radius thickness index Abbe number glass
object infinity infinity
1 G1 E1 R1 25.632 2.900 1.7724 49.61 E-LASF016
2 R2 8.069 4.330
3 E2 R3 35.062 1.540 1.7724 49.61 E-LASF016
4 R4 4.485 3.150
5 G2 E3 R5 -19.211 3.000 1.7845 25.68 E-SF11
6 E4 R6 -4.993 1.790 1.7199 50.23 E-LAK10
7 R7 8.461 0.890
8 E5 R8 -42.308 2.330 1.6396 34.56 E-SF7
9 R9 -7.231 7.230
10 S S R10 infinity 0.680
11 G3 E6 R11 8.749 1.230 1.6199 36.26 E-F2
12 R12 -6.178 0.210
13 E7 R13 -6.340 1.190 1.6384 55.48 E-SK18
14 R14 -4.003 0.280
15 E8 R15 -3.251 0.990 1.8049 25.43 E-SF6
16 R16 8.761 0.220
17 E9 R17 15.028 1.790 1.6399 60.09 E-LAK01
18 R18 -4.701 0.180
19 E10 R19 9.066 1.630 1.6399 60.09 E-LAK01
20 R20 -13.036 1.972
21 F F R21 infinity 3.000 1.5167 64.10 E-BK7
22 R22 infinity 1.000
23 I I R23 infinity
도 23과 표 6을 참조하면 본 발명의 제 6 실시 예의 제 1 렌즈 요소 E1 및 제 2 렌즈 요소 E2는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이고, 제 3 렌즈 요소 E3는 볼록면이 상쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이고, 제 4 렌즈 요소 E4는 양오목 렌즈 요소이며, 제 5 렌즈 요소 E5는 볼록면이 상쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이다.
전술한 바와 같이 제 5 렌즈 요소 E5와 제 6 렌즈 요소 E6의 사이에 조리개 S가 위치한다. 제 3 그룹에는 5개의 렌즈 요소가 있으며, 제 3 그룹을 구성하는 렌즈 요소 중에서 물체쪽에 가장 가까운 제 6 렌즈 요소 E6는 양의 굴절능을 가지는 양볼록 렌즈 요소이다. 한편, 제 7 렌즈 요소 E7는 볼록면이 상쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이고, 제 8 렌즈 요소 E8는 양오목 렌즈 요소이며, 제 9 렌즈 요소 E9와 제 10 렌즈 요소 E10는 양볼록 렌즈 요소이다.
본 실시 예에서 제 1 그룹 G1에 속하는 제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 모두 음의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이다. 이와 같은 고굴절률은 렌즈면의 모양이 반구에 가깝게 되지 않으면서도 충분한 화각을 얻기 위하여 필요하며, 비교적 높은 아베수는 파장에 따른 편차를 줄이기 위하여 필요하다. 또한 제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 제 1 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 주로 입사광의 입사각을 변환시키는 목적으로 도입된 것이며, 입사각을 크게 변화시키기 위하여 높은 굴절률이 필요하고, 파장에 따른 편차를 줄이기 위해서는 비교적 높은 아베수를 필요로 한다.
제 2 그룹 G2에 속하는 제 3 내지 제 5 렌즈 요소는 제 1 그룹의 렌즈 요소들의 파장에 따른 굴절능의 차이를 보상하는 것이 주된 역할이며, 바람직하게 하나 이상의 접합 렌즈를 포함하며, 접합 렌즈에서 30 이하의 아베수를 갖는 렌즈 요소와 40 이상의 아베수를 갖는 렌즈 요소가 같이 사용된다. 본 실시 예의 제 2 그룹을 구성하는 제 3 내지 제 5 렌즈 요소는 다음과 같은 특징을 가지고 있다. 제 3 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성한다. 제 3 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수가 30 이하이다. 제 4 렌즈 요소는 음의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수가 40 이상이다. 그리고, 제 5 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지며, 30에서 40 사이의 아베수를 가지는 양의 메니스커스 렌즈 요소이다.
제 2 그룹에 속하는 렌즈 요소들과 제 3 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 조리개에 의하여 구분된다. 제 3 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 이미지 센서면 상에 선명한 실상을 형성하기 위하여 필요하며, 전체적으로 양의 굴절능을 갖는다. 본 실시 예에서 제 3 그룹은 제 6 내지 제 10 렌즈 요소로 구성된다. 특히 제 3 그룹의 물체쪽에 가장 가까운 제 6 렌즈 요소 E6와 상쪽에 가장 가까운 제 10 렌즈 요소 E10는 모두 양의 굴절능을 가지며, 아베수는 30 이상의 값을 가진다.
도 24는 도 23의 어안 렌즈의 가시 광선 영역에서의 변조 전달 함수 특성을 보여주며, 100 line pairs/millimeter에서 0.4 이상의 해상도를 가지는 것을 알 수 있다. 한편, 도 25는 이 어안 렌즈의 주변 광량비가 0.9 이상인 것을 보여준다. 한편, 도 26의 왼쪽 그래프는 제 6 실시 예의 어안 렌즈의 상면 만곡을 보여주며, 오른쪽 그래프는 교정 왜곡을 보여준다. 이 그래프로부터 최대 교정 왜곡이 5% 이하인 것을 알 수 있다. 즉, 이 렌즈는 등거리 투사 방식을 상당히 충실하게 구현하고 있다.
또 다른 렌즈의 주요 특성인 전장은 41.53mm로 이 실시 예의 어안 렌즈는 비교적 소형이다. 또한, 충분한 후방 초점 거리를 가지고 있어 산업적으로 이용함에 있어서 전혀 불편이 없다. 마지막으로 본 발명의 제 6 실시 예의 어안 렌즈의 디자인은 일반적인 제작 공차로 제작을 하더라도 불량률이 일반적인 수준으로 유지할 수 있을 만큼 양호하다.
(제 7 실시 예)
도 27은 본 발명의 제 7 실시 예의 어안 렌즈의 형상과 광선의 경로를 보여준다. 이 렌즈의 F수는 2.0이고, 화각은 200°이며, 1/3-inch CCD 센서를 사용하는 것으로 가정하였다. 이와 같은 이미지 센서를 사용하는 카메라에서 포착된 영상의 가로 방향의 화각이 200°가 되도록 입사각 100°에 대응하는 상 크기가 2.342mm로 주어진다. 제 7 실시 예의 어안 렌즈가 다른 실시 예의 어안 렌즈와 다른 점은 제 1 렌즈 요소를 E-BK7 유리로 사용하였다는 점이다. E-BK7 유리는 가격이 저렴할 뿐만 아니라 가공성이 좋은 장점이 있다. 또한 렌즈의 매수를 1매 더 늘려서 F수를 더 낮출 수 있었다.
본 실시 예의 어안 렌즈에서 제 1 그룹은 물체쪽에서부터 제 1 렌즈 요소 E1 내지 제 3 렌즈 요소 E3로 구성되며, 제 2 그룹은 제 4 렌즈 요소 E4와 제 5 렌즈 요소 E5로 구성되고, 제 3 그룹은 제 6 내지 제 9 렌즈 요소(E6 ~ E9)로 구성된다. 제 1 내지 제 9 렌즈 요소(E1 ~ E9)는 모두 양면 구면인 굴절 렌즈 요소이고, 조리개 S는 제 5 렌즈 요소 E5와 제 6 렌즈 요소 E6 사이에 위치하며, 제 9 렌즈 요소 E9와 센서면 I 사이에 광학적 저대역 통과 필터가 위치한다. 물체쪽의 한 물점에서 비롯된 입사광은 제 1 렌즈 요소 E1의 굴절면인 제 1 렌즈면 R1으로 입사하여 제 1 내지 제 9 렌즈 요소와 광학적 저대역 통과 필터 F를 순차적으로 지난 뒤 센서면 I로 수렴한다.
표 7에는 본 발명의 제 7 실시 예의 어안 렌즈에 대한 완전한 광학적 설계도가 제시되어 있다.
표 7
surface number group element surface radius thickness index Abbe number glass
object infinity infinity
1 G1 E1 R1 36.359 2.480 1.5167 64.10 E-BK7
2 R2 13.890 4.160
3 E2 R3 15.369 1.980 1.7724 49.61 E-LASF016
4 R4 6.361 4.750
5 E3 R5 -152.628 1.490 1.7724 49.61 E-LASF016
6 R6 4.616 7.440
7 G2 E4 R7 40.650 3.000 1.7616 26.56 E-SF14
8 E5 R8 -9.081 3.030 1.6967 55.53 E-LAK14
9 R9 -10.829 3.180
10 S S R10 infinity 1.370
11 G3 E6 R11 11.022 2.390 1.6030 60.67 E-SK14
12 E7 R12 -4.051 0.970 1.8049 25.43 E-SF6
13 R13 18.664 0.200
14 E8 R14 78.857 2.190 1.6399 60.09 E-LAK01
15 R15 -7.487 0.190
16 E9 R16 9.896 2.180 1.6399 60.09 E-LAK01
17 R17 -34.932 1.921
18 F F R18 infinity 3.000 1.5167 64.10 E-BK7
19 R19 infinity 1.000
20 I I R20 infinity
도 27과 표 7을 참조하면 본 발명의 제 7 실시 예의 어안 렌즈의 제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 제 3 렌즈 요소 E3는 양오목 렌즈 요소이다. 한편 제 4 렌즈 요소 E4와 제 5 렌즈 요소 E5는 접합 렌즈를 형성한다. 제 4 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이며, 제 5 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 그러나, 제 5 렌즈 요소의 굴절능은 무시할 만큼 작다.
전술한 바와 같이 제 5 렌즈 요소 E5와 제 6 렌즈 요소 E6의 사이에 조리개 S가 위치하며, 제 6 렌즈 요소 E6와 제 7 렌즈 요소 E7는 접합 렌즈를 구성한다. 제 6 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이고, 제 7 렌즈 요소는 양오목 렌즈 요소이다. 한편, 제 8 렌즈 요소 E8와 제 9 렌즈 요소 E9는 양볼록 렌즈 요소이다.
구면 렌즈 요소들의 유리 조성이나 두께 등의 렌즈 구성은 표 7에 주어져 있으며, 모든 광학 유리는 Hikari glass 중에서 선택되었다. 본 실시 예에서 제 1 그룹 G1에 속하는 제 1 렌즈 요소 내지 제 3 렌즈 요소는 모두 음의 굴절능을 가진다. 또한 제 2 렌즈 요소와 제 3 렌즈 요소는 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이다.
제 2 그룹 G2에 속하는 제 4 내지 제 5 렌즈 요소는 제 1 그룹의 렌즈 요소들의 파장에 따른 굴절능의 차이를 보상하는 것이 주된 역할이며, 바람직하게 하나 이상의 접합 렌즈를 포함하며, 접합 렌즈에서 30 이하의 아베수를 갖는 렌즈 요소와 40 이상의 아베수를 갖는 렌즈 요소가 같이 사용된다.
구체적으로 본 실시 예의 제 2 그룹을 구성하는 제 4 내지 제 5 렌즈 요소는 다음과 같은 특징을 가지고 있다. 제 4 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수가 30 이하이다. 제 5 렌즈 요소는 음의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이하이고, 아베수가 40 이상이다. 특히, 제 5 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다.
제 2 그룹 G2에 속하는 렌즈 요소들과 제 3 그룹 G3에 속하는 렌즈 요소들은 조리개에 의하여 구분된다. 제 3 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 이미지 센서면 상에 선명한 실상을 형성하기 위하여 필요하며, 전체적으로 양의 굴절능을 갖는다. 본 실시 예에서 제 3 그룹은 제 6 내지 제 9 렌즈 요소로 구성된다. 특히 제 3 그룹의 물체쪽에 가장 가까운 제 6 렌즈 요소 E6와 상쪽에 가장 가까운 제 9 렌즈 요소 E9는 모두 양의 굴절능을 가지며, 아베수는 40 이상의 값을 가진다.
도 28은 도 27의 어안 렌즈의 가시 광선 영역에서의 변조 전달 함수 특성을 보여주며, 100 line pairs/millimeter에서 0.3 이상의 해상도를 가지는 것을 알 수 있다. 한편, 도 29는 이 어안 렌즈의 주변 광량비가 0.9 이상인 것을 보여준다. 일반적으로 주변 광량비가 0.6 이상이면 양호한 것으로 간주하므로 이 어안 렌즈의 주변 광량비는 매우 우수하다. 한편, 도 30의 왼쪽 그래프는 제 7 실시 예의 어안 렌즈의 상면 만곡을 보여주며, 오른쪽 그래프는 교정 왜곡을 보여준다. 이 그래프로부터 최대 교정 왜곡이 5% 이하인 것을 알 수 있다. 즉, 이 렌즈는 등거리 투사 방식을 상당히 충실하게 구현하고 있다.
또 다른 렌즈의 주요 특성인 전장, 즉 제 1 렌즈면의 정점에서 영상면 I까지의 거리는 46.92mm로 이 실시 예의 어안 렌즈는 비교적 소형이다. 또한, 충분한 후방 초점 거리를 가지고 있어, 산업적으로 이용함에 있어서 전혀 불편이 없다. 마지막으로 가장 중요한 특성으로 제작 공차가 양호하다는 점이다. 특히, 본 실시 예의 어안 렌즈의 제작 공차는 다른 실시 예의 어안 렌즈의 제작 공차보다도 크므로 대량 생산을 하기에 유리하다.
(제 8 실시 예)
도 31은 본 발명의 제 8 실시 예의 어안 렌즈의 형상과 광선의 경로를 보여준다. 이 렌즈의 F수는 2.8이고, 화각은 240°이며, 1/3-inch CCD 센서를 사용하는 것으로 가정하였다. 이와 같은 이미지 센서를 사용하는 카메라에서 포착된 영상의 모든 방향의 화각이 240°가 되도록 입사각 120°에 대응하는 상 크기가 1.800mm로 주어진다.
본 실시 예의 어안 렌즈에서 제 1 그룹은 물체쪽에서부터 제 1 렌즈 요소 E1 내지 제 3 렌즈 요소 E3로 구성되며, 제 2 그룹은 제 4 렌즈 요소 E4 내지 제 6 렌즈 요소 E6으로 구성되고, 제 3 그룹은 제 7 내지 제 10 렌즈 요소(E7 ~ E10)로 구성된다. 제 1 내지 제 10 렌즈 요소(E1 ~ E10)는 모두 양면 구면인 굴절 렌즈 요소이고, 조리개 S는 제 6 렌즈 요소 E6와 제 7 렌즈 요소 E7 사이에 위치하며, 제 10 렌즈 요소 E10와 센서면 I 사이에 광학적 저대역 통과 필터 F가 위치한다. 물체쪽의 한 물점에서 비롯된 입사광은 제 1 렌즈 요소 E1의 굴절면인 제 1 렌즈면 R1으로 입사하여 제 1 내지 제 10 렌즈 요소와 광학적 저대역 통과 필터 F를 순차적으로 지난 뒤 센서면 I로 수렴한다.
표 8에는 본 발명의 제 8 실시 예의 어안 렌즈에 대한 완전한 광학적 설계도가 제시되어 있다.
표 8
surface number group element surface radius thickness index Abbe number glass
object infinity infinity
1 G1 E1 R1 39.334 3.500 1.7724 49.61 E-LASF016
2 R2 17.898 5.330
3 E2 R3 20.457 2.500 1.7724 49.61 E-LASF016
4 R4 8.463 5.230
5 E3 R5 78.231 1.500 1.7724 49.61 E-LASF016
6 R6 5.925 7.080
7 G2 E4 R7 -43.054 2.070 1.7845 25.68 E-SF11
8 E5 R8 -6.018 1.020 1.7014 41.17 E-BASF7
9 R9 6.018 4.280
10 E6 R10 35.763 1.820 1.7172 29.52 E-SF1
11 R11 -9.479 6.470
12 S S R12 infinity 1.590
13 G3 E7 R13 30.143 1.720 1.5167 64.10 E-BK7
14 E8 R14 -3.261 1.820 1.8049 25.43 E-SF6
15 R15 -6.421 0.190
16 E9 R16 9.946 0.990 1.7845 25.68 E-SF11
17 E10 R17 4.189 2.000 1.5638 60.68 E-SK11
18 R18 -9.707 2.954
19 F F R19 infinity 3.000 1.5167 64.10 E-BK7
20 R20 infinity 1.000
21 I I R21 infinity
도 31과 표 8을 참조하면 본 발명의 제 8 실시 예의 어안 렌즈의 제 1 렌즈 요소 내지 제 3 렌즈 요소는 모두 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 한편, 제 4 렌즈 요소 E4와 제 5 렌즈 요소 E5는 접합 렌즈를 형성한다. 제 4 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이며, 제 5 렌즈 요소는 양오목 렌즈 요소이고, 제 6 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이다.
전술한 바와 같이 제 6 렌즈 요소 E6와 제 7 렌즈 요소 E7의 사이에 조리개 S가 위치하며, 제 7 렌즈 요소 E7와 제 8 렌즈 요소 E8는 접합 렌즈를 구성하고, 제 9 렌즈 요소 E9와 제 10 렌즈 요소 E10도 접합 렌즈를 구성한다. 제 7 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이고, 제 8 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 한편, 제 9 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이고, 제 10 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이다.
구면 렌즈 요소들의 유리 조성이나 두께 등의 렌즈 구성은 표 8에 주어져 있으며, 모든 광학 유리는 Hikari glass 중에서 선택되었다. 본 실시 예에서 제 1 그룹 G1에 속하는 제 1 렌즈 요소 내지 제 3 렌즈 요소는 모두 음의 굴절능을 가진다. 구체적으로 제 1 렌즈 요소 내지 제 3 렌즈 요소는 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이다.
제 2 그룹 G2에 속하는 제 4 내지 제 6 렌즈 요소는 제 1 그룹의 렌즈 요소들의 파장에 따른 굴절능의 차이를 보상하는 것이 주된 역할이며, 바람직하게 하나 이상의 접합 렌즈를 포함하며, 접합 렌즈에서 30 이하의 아베수를 갖는 렌즈 요소와 40 이상의 아베수를 갖는 렌즈 요소가 같이 사용된다.
본 실시 예의 제 2 그룹을 구성하는 제 4 내지 제 6 렌즈 요소는 다음과 같은 특징을 가지고 있다. 제 4 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수가 30 이하이다. 제 5 렌즈 요소는 음의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이하이고, 아베수는 40 이상이다. 한편, 제 6 렌즈 요소는 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이며, 양의 굴절능을 가진다.
제 2 그룹 G2에 속하는 렌즈 요소들과 제 3 그룹 G3에 속하는 렌즈 요소들은 조리개에 의하여 구분된다. 제 3 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 이미지 센서면 상에 선명한 실상을 형성하기 위하여 필요하며, 전체적으로 양의 굴절능을 갖는다. 본 실시 예에서 제 3 그룹은 제 7 내지 제 10 렌즈 요소로 구성된다. 특히, 제 7 렌즈 요소와 제 8 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하며, 전체적으로 양의 굴절능을 갖는다. 또한, 제 7 렌즈 요소의 아베수는 40 이상이고, 제 8 렌즈 요소의 아베수는 30 이하이다. 마찬가지로, 제 9 렌즈 요소와 제 10 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하며, 전체적으로 양의 굴절능을 갖는다. 제 9 렌즈 요소의 아베수는 30 이하이며, 제 10 렌즈 요소의 아베수는 40 이상이다. 또한 접합 렌즈를 구성하는 제 7 렌즈 요소와 제 8 렌즈 요소 중 양의 굴절능을 갖는 렌즈 요소는 아베수가 40 이상인 제 7 렌즈 요소이며, 음의 굴절능을 갖는 렌즈 요소는 아베수가 30 이하인 제 8 렌즈 요소이다. 마찬가지로, 접합 렌즈를 구성하는 제 9 내지 제 10 렌즈 요소 중 양의 굴절능을 갖는 렌즈 요소는 아베수가 40 이상인 제 10 렌즈 요소이며, 음의 굴절능을 갖는 렌즈 요소는 아베수가 30 이하인 제 9 렌즈 요소이다. 특히, 제 3 그룹의 물체쪽에 가장 가까운 제 7 렌즈 요소 E7와 상쪽에 가장 가까운 제 10 렌즈 요소 E10는 모두 양의 굴절능을 갖는다.
도 32는 도 31의 어안 렌즈의 가시 광선 영역에서의 변조 전달 함수 특성을 보여주며, 100 line pairs/millimeter에서 0.4 이상의 해상도를 가지는 것을 알 수 있다. 한편, 도 33은 이 어안 렌즈의 주변 광량비가 0.9 이상인 것을 보여준다. 일반적으로 주변 광량비가 0.6 이상이면 양호한 것으로 간주하므로 이 어안 렌즈의 주변 광량비는 매우 우수하다. 한편, 도 34의 왼쪽 그래프는 제 8 실시 예의 어안 렌즈의 상면 만곡을 보여주며, 오른쪽 그래프는 교정 왜곡을 보여준다. 이 그래프로부터 최대 교정 왜곡이 5% 이하인 것을 알 수 있다. 즉, 이 렌즈는 등거리 투사 방식을 상당히 충실하게 구현하고 있다.
또 다른 렌즈의 주요 특성인 전장은 56.06mm로 이 실시 예의 어안 렌즈는 비교적 소형이다. 또한, 충분한 후방 초점 거리를 가지고 있어 산업적으로 이용함에 있어서 전혀 불편이 없으며, 제작 공차도 양호하다.
(제 9 실시 예)
도 35는 본 발명의 제 9 실시 예의 어안 렌즈의 형상과 광선의 경로를 보여준다. 이 렌즈의 F수는 2.8이고, 화각은 240°이며, 1/3-inch CCD 센서를 사용하는 것으로 가정하였다. 이와 같은 이미지 센서를 사용하는 카메라에서 포착된 영상의 모든 방향의 화각이 240°가 되도록 입사각 120°에 대응하는 상 크기가 1.765mm로 주어진다.
이 렌즈도 제 1 그룹 G1과 제 2 그룹 G2과 조리개 S 및 제 3 그룹 G3으로 구성된다. 제 1 그룹은 물체쪽에서부터 제 1 렌즈 요소 E1와 제 2 렌즈 요소 E2 및 제 3 렌즈 요소 E3로 구성되며, 제 2 그룹은 제 4 렌즈 요소 E4와 제 5 렌즈 요소 E5 및 제 6 렌즈 요소 E6로 구성되고, 제 3 그룹은 제 7 내지 제 10 렌즈 요소(E7 ~ E10)로 구성된다. 제 1 내지 제 10 렌즈 요소(E1 ~ E10)는 모두 양면 구면인 굴절 렌즈 요소이고, 조리개 S는 제 6 렌즈 요소 E6와 제 7 렌즈 요소 E7의 사이에 위치하고, 제 10 렌즈 요소 E10와 센서면 I 사이에 광학적 저대역 통과 필터 F가 위치한다.
표 9에는 제 9 실시 예의 렌즈에 대한 완전한 광학적 설계도가 제시되어 있다.
표 9
surface number group element surface radius thickness index Abbe number glass
object infinity infinity
1 G1 E1 R1 39.880 3.500 1.7724 49.61 E-LASF016
2 R2 17.523 7.680
3 E2 R3 23.648 2.500 1.7724 49.61 E-LASF016
4 R4 8.085 5.380
5 E3 R5 -149.152 1.500 1.7724 49.61 E-LASF016
6 R6 6.154 5.330
7 G2 E4 R7 518.492 2.000 1.7845 25.68 E-SF11
8 E5 R8 -6.591 1.000 1.7014 41.17 E-BASF7
9 R9 5.643 4.320
10 E6 R10 28.781 1.800 1.7172 29.52 E-SF1
11 R11 -9.881 5.530
12 S S R12 infinity 1.950
13 G3 E7 R13 25.722 1.780 1.5167 64.10 E-BK7
14 E8 R14 -3.345 1.440 1.8049 25.43 E-SF6
15 R15 -6.520 0.190
16 E9 R16 10.256 0.990 1.7845 25.68 E-SF11
17 E10 R17 4.274 1.990 1.5638 60.68 E-SK11
18 R18 -9.779 2.959
19 F F R19 infinity 3.000 1.5167 64.10 E-BK7
20 R20 infinity 1.000
21 I I R21 infinity
도 35와 표 9를 참조하면 본 발명의 제 9 실시 예의 제 1 렌즈 요소 E1와 제 2 렌즈 요소 E2는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 한편, 제 3 렌즈 요소는 양오목 렌즈 요소이다.
한편, 제 4 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이며, 제 5 렌즈 요소는 양오목 렌즈 요소이고, 제 6 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이다. 제 4 렌즈 요소와 제 5 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하며, 제 6 렌즈 요소와 제 7 렌즈 요소 사이에 조리개 S가 위치한다.
본 실시 예의 렌즈에서 제 1 렌즈 요소 내지 제 3 렌즈 요소는 모두 음의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이다. 또한 제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이고, 제 3 렌즈 요소는 양오목 렌즈 요소이다.
한편, 제 4 렌즈 요소는 굴절률이 1.7 이상이면서 아베수는 30 이하이고, 제 5 렌즈 요소는 굴절률이 1.7 이상이면서 아베수가 40 이상이며, 제 6 렌즈 요소는 굴절률이 1.7 이하이면서 아베수가 30 이하이다.
제 2 그룹에 속하는 렌즈 요소들과 제 3 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 조리개에 의하여 구분된다. 제 3 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 이미지 센서면 상에 선명한 실상을 형성하기 위하여 필요하며, 전체적으로 양의 굴절능을 갖는다. 본 실시 예에서 제 3 그룹은 제 7 내지 제 10 렌즈 요소로 구성된다. 특히 제 3 그룹의 물체쪽에 가장 가까운 제 7 렌즈 요소 E7와 상쪽에 가장 가까운 제 10 렌즈 요소 E10는 모두 양의 굴절능을 가지며, 아베수는 40 이상의 값을 가진다. 본 실시 예에서 제 7 렌즈 요소와 제 8 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하며, 제 9 렌즈 요소와 제 10 렌즈 요소도 접합 렌즈를 구성한다.
도 36은 도 35의 어안 렌즈의 가시 광선 영역에서의 변조 전달 함수 특성을 보여주며, 100 line pairs/millimeter에서 0.5 이상의 해상도를 가지는 것을 알 수 있다. 한편, 도 37은 이 어안 렌즈의 주변 광량비가 0.9 이상으로 매우 우수한 것을 보여준다. 한편, 도 38의 왼쪽 그래프는 제 9 실시 예의 어안 렌즈의 상면 만곡을 보여주며, 오른쪽 그래프는 교정 왜곡을 보여준다. 이 그래프로부터 최대 교정 왜곡이 6% 이하인 것을 알 수 있다. 즉, 이 렌즈는 등거리 투사 방식을 상당히 충실하게 구현하고 있다.
또 다른 렌즈의 주요 특성인 전장은 55.84mm로 이 실시 예의 어안 렌즈는 비교적 소형이다. 또한, 충분한 후방 초점 거리를 가지고 있어 산업적으로 이용함에 있어서 전혀 불편이 없다. 마지막으로 본 발명의 제 9 실시 예의 어안 렌즈의 디자인은 일반적인 제작 공차로 제작을 하더라도 불량률이 일반적인 수준으로 유지할 수 있을 만큼 양호하다.
실시 예 8의 어안 렌즈와 실시 예 9의 어안 렌즈는 매우 유사하지만, 약간의 차이를 가진다. 제 3 렌즈 요소는 실시 예 8에서 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이지만, 실시 예 9에서는 양오목 렌즈 요소이다. 또, 제 4 렌즈 요소는 실시 예 8에서 볼록면이 상쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이지만, 실시 예 9에서는 양볼록 렌즈 요소이다. 즉, 제 3 렌즈 요소는 실시 예 8과 실시 예 9에서 모두 음의 굴절능을 가지고, 굴절률은 1.7 이상, 아베수는 40 이상의 값을 가지지만, 렌즈의 형상은 음의 메니스커스 렌즈와 양오목 렌즈 요소로 서로 다르다. 마찬가지로 제 4 렌즈 요소는 실시 예 8과 실시 예 9에서 모두 양의 굴절능을 가지고, 굴절률은 1.7 이상, 아베수는 30 이하의 값을 가지지만, 렌즈의 형상은 양의 메니스커스 렌즈 요소와 양볼록 렌즈 요소로 서로 다르다.
한편, 렌즈 성능에 있어서 변조 전달 함수 특성은 실시 예 9의 렌즈가 약간 더 우수하며, 왜곡 특성은 실시 예 8의 렌즈가 약간 더 우수하지만, 큰 차이는 보이지 않는다.
(제 10 실시 예)
도 39는 본 발명의 제 10 실시 예의 어안 렌즈의 형상과 광선의 경로를 보여준다. 이 렌즈의 F수는 2.8이고, 화각은 220°이며, 1/3-inch CCD 센서를 사용하는 것으로 가정하였다. 이와 같은 이미지 센서를 사용하는 카메라에서 포착된 영상의 모든 방향의 화각이 220°가 되도록 입사각 110°에 대응하는 상 크기가 1.750mm로 주어진다.
이 렌즈도 제 1 그룹 G1과 제 2 그룹 G2과 조리개 S 및 제 3 그룹 G3으로 구성된다. 제 1 그룹은 물체쪽에서부터 제 1 렌즈 요소 E1와 제 2 렌즈 요소 E2로 구성되며, 제 2 그룹은 제 3 렌즈 요소 E3 내지 제 6 렌즈 요소 E6로 구성되고, 제 3 그룹은 제 7 내지 제 10 렌즈 요소(E7 ~ E10)로 구성된다. 조리개 S는 제 6 렌즈 요소 E6와 제 7 렌즈 요소 E7 사이에 위치하고, 제 10 렌즈 요소 E10와 센서면 I 사이에 광학적 저대역 통과 필터 F가 위치한다.
제 2 내지 제 10 렌즈 요소(E2 ~ E10)는 모두 양면 구면인 굴절 렌즈 요소이지만, 제 1 렌즈 요소 E1는 양면 비구면 렌즈 요소이다. 광축을 기준으로 회전 대칭인(rotationally symmetric) 렌즈면의 형상은 렌즈면의 정점(vertex)을 원점(origin)으로 하고 렌즈면의 회전 대칭축을 z-축으로 하는 원통형 좌표계(cylindrical coordinate)에서 편리하게 기술될 수 있으며, 렌즈면을 이루는 점들 (ρ, h)의 집합(set)으로 표현할 수 있다. 여기서 ρ는 광축에 수직하게 측정한 축상 반경(axial radius)이며, h(ρ)는 축상 반경 ρ에서의 렌즈면의 단차(sag)이다. 렌즈면의 단차는 렌즈의 정점(vertex)을 높이가 0인 기준면으로 하여 광축 방향으로 측정한 높이를 의미한다. 더욱 편리하게, 축상 반경 ρ를 독립 변수(independent variable)로 하고, 단차 h를 종속 변수(dependent variable)로 하는 함수(즉, h = h(ρ))로써 렌즈면의 형상을 표현할 수 있다. 함수 h = h(ρ)를 사용하면 비구면인 제 1 렌즈면과 제 2 렌즈면의 형상은 수학식 4로 주어지는 우수 비구면 방정식(even aspheric lens formula)으로 표현된다.
수학식 4
Figure PCTKR2009007857-appb-M000004
수학식 4로 주어지는 우수 비구면 렌즈면에 있어서 R은 정점의 곡률 반경(radius of curvature)이며, k는 원추 곡면 계수(conic constant)이고, Ci는 비구면 변형 계수이다. 구면(spherical surface)은 원추 곡면 계수가 0인 경우이며(즉, k = 0), 포물면(parabolic surface)은 k = -1, 쌍곡면(hyperbolic surface)은 k < -1, 긴 타원체면(prolate elliptical surface)은 -1 < k < 0이고, 납작한 타원체면(oblate elliptical surface)은 k > 0이다. 원추 곡선(conic curve)이란 원추(圓錐, cone)를 임의의 각도로 절개하였을 때 그 절개면(cross-section)의 형상이 가질 수 있는 곡선들을 가리킨다. 예를 들어 정점의 편각(vertex half angle)이 θ인 원추를 회전 대칭축에 수직하게 절개하면 그 단면의 형상이 원이 되고, 회전 대칭축에 대하여 θ의 각도로 절개하면 포물선이 되며, 그 외의 각도에서는 쌍곡선이나 타원이 된다. 또한, 이러한 원추 곡선을 원추 곡선의 대칭축을 중심으로 회전시키면 그 원추 곡선의 궤적이 바로 원추 곡면이 된다. 본 발명의 제 10 실시 예의 제 1 렌즈면의 설계 변수는 우수 비구면 방정식을 사용하여 표 10과 같이 주어지며, 제 2 렌즈면의 설계 변수는 표 11과 같이 주어진다.
표 10
variable value
R 61.512
k 12.18759
C1 3.74088e-05
C2 1.05705e-07
C3 -6.54469e-10
C4 1.08975e-12
표 11
variable value
R 5.623
k -0.07005
C1 -6.78270e-04
C2 -2.44896e-06
C3 3.49391e-07
C4 -1.64235e-08
한편, 제 2 렌즈 요소 내지 제 10 렌즈 요소는 양면 구면 렌즈 요소이며, 표 12에 제시되어 있다. 표 10과 11로 주어지는 제 1 렌즈 요소의 형상과 표 12는 본 발명의 제 10 실시 예의 어안 렌즈의 완전한 설계도를 구성한다.
표 12
surface number group element surface radius thickness index Abbe number glass
object infinity infinity
1 G1 E1 R1 61.512 1.790 1.5855 29.91 PC
2 R2 5.623 3.810
3 E2 R3 246.805 1.000 1.7724 49.61 E-LASF016
4 R4 3.686 2.390
5 G2 E3 R5 -15.120 2.640 1.8049 25.43 E-SF6
6 E4 R6 -3.896 1.480 1.6699 57.34 E-LAK02
7 R7 -19.216 0.350
8 E5 R8 -10.715 1.100 1.6203 60.29 E-SK16
9 R9 -148.668 1.320
10 E6 R10 23.299 2.410 1.8049 25.43 E-SF6
11 R11 -23.299 3.800
12 S S R12 infinity 0.200
13 G3 E7 R13 7.195 1.310 1.5813 40.74 E-LF5
14 R14 -3.332 0.240
15 E8 R15 -2.749 1.140 1.8049 25.43 E-SF6
16 R16 6.307 0.200
17 E9 R17 9.052 1.780 1.6203 60.29 E-SK16
18 R18 -3.891 0.190
19 E10 R19 10.859 1.470 1.6203 60.29 E-SK16
20 R20 -10.859 1.972
21 F F R21 infinity 3.000 1.5167 64.10 E-BK7
22 R22 infinity 1.000
23 I I R23 infinity
도 39와 표 10 내지 12를 참조하면 본 발명의 제 10 실시 예의 제 1 렌즈 요소 E1 및 제 2 렌즈 요소 E2는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이고, 제 3 렌즈 요소 E3는 볼록면이 상쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이며, 제 4 렌즈 요소 E4와 제 5 렌즈 요소 E5는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이고, 제 6 렌즈 요소 E6는 양볼록 렌즈 요소이다. 제 3 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성한다.
전술한 바와 같이 제 6 렌즈 요소 E6와 제 7 렌즈 요소 E7의 사이에 조리개 S가 위치한다. 제 3 그룹에는 4개의 렌즈 요소가 있으며, 제 3 그룹을 구성하는 렌즈 요소 중에서 물체쪽에 가장 가까운 제 7 렌즈 요소 E7는 양의 굴절능을 가지는 양볼록 렌즈 요소이다. 한편, 제 8 렌즈 요소 E8는 양오목 렌즈 요소이며, 제 9 렌즈 요소 E9와 제 10 렌즈 요소 E10는 양볼록 렌즈 요소이다.
본 실시 예에서 제 1 그룹 G1에 속하는 렌즈 요소 중 물체쪽에 가장 가까운 제 1 렌즈 요소는 광학 유리가 아니라 PC(polycarbornate)라고 불리는 광학 플라스틱으로 설계되었다. PC의 굴절률은 1.5855이며, 아베수는 29.91이다. 제 1 렌즈 요소를 광학 플라스틱으로 하여 용이하게 양면 비구면으로 제작할 수 있다. 제 1 렌즈 요소의 아베수도 높으면 이상적이지만, 광학 플라스틱의 아베수는 그다지 높지 않다. 따라서 제 1 렌즈 요소의 아베수가 30 이하인 것은 의도된 것이 아니며, 다른 선택가능한 옵션이 없기 때문이다. 그럼에도 불구하고 제 1 렌즈 요소의 형상이 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소인 것은 변함이 없다. 한편 제 1 그룹에 속하는 제 2 렌즈 요소는 굴절률이 1.7 이상이며, 아베수는 40 이상이고, 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다.
제 2 그룹 G2에 속하는 제 3 내지 제 6 렌즈 요소는 제 1 그룹의 렌즈 요소들의 파장에 따른 굴절능의 차이를 보상하는 것이 주된 역할이며, 바람직하게 하나 이상의 접합 렌즈를 포함하며, 접합 렌즈에서 30 이하의 아베수를 갖는 렌즈 요소와 40 이상의 아베수를 갖는 렌즈 요소가 같이 사용된다. 본 실시 예에서 제 3 렌즈 요소는 굴절률이 1.7 이상이면서 아베수는 30 이하이다. 한편, 제 4 렌즈 요소는 굴절률이 1.7 이하이면서 아베수는 40 이상이다. 제 5 렌즈 요소와 제 6 렌즈 요소는 추가적인 색수차 보정을 위하여 도입된 렌즈 요소이며, 제 5 렌즈 요소는 1.7 이하의 굴절률과 40 이상의 아베수를 가지는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 제 6 렌즈 요소는 1.7 이상의 굴절률과 30 이하의 아베수를 가지는 양볼록 렌즈 요소이다. 제 3 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성한다.
제 2 그룹에 속하는 렌즈 요소들과 제 3 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 조리개에 의하여 구분된다. 제 3 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 이미지 센서면 상에 선명한 실상을 형성하기 위하여 필요하며, 전체적으로 양의 굴절능을 갖는다. 본 실시 예에서 제 3 그룹은 제 7 내지 제 10 렌즈 요소로 구성된다. 특히 제 3 그룹의 물체쪽에 가장 가까운 제 7 렌즈 요소 E7와 상쪽에 가장 가까운 제 10 렌즈 요소 E10는 모두 양의 굴절능을 가지며, 아베수는 40 이상의 값을 가진다.
도 40은 도 39의 어안 렌즈의 가시 광선 영역에서의 변조 전달 함수 특성을 보여주며, 100 line pairs/millimeter에서 0.4 이상의 해상도를 가지는 것을 알 수 있다. 한편, 도 41은 이 어안 렌즈의 주변 광량비가 0.9 이상인 것을 보여준다. 일반적으로 주변 광량비가 0.6 이상이면 양호한 것으로 간주하므로 이 어안 렌즈의 주변 광량비는 매우 우수하다. 한편, 도 42의 왼쪽 그래프는 제 10 실시 예의 어안 렌즈의 상면 만곡을 보여주며, 오른쪽 그래프는 교정 왜곡을 보여준다. 이 그래프로부터 최대 교정 왜곡이 5% 이하인 것을 알 수 있다. 즉, 이 렌즈는 등거리 투사 방식을 상당히 충실하게 구현하고 있다.
또 다른 렌즈의 주요 특성인 전장은 34.59mm로 이 실시 예의 어안 렌즈는 비교적 소형이다. 또한, 충분한 후방 초점 거리를 가지고 있어 산업적으로 이용함에 있어서 전혀 불편이 없다.
도 43은 본 발명의 제 1 내지 제 5 실시 예의 어안 렌즈의 특성을 요약한 도면이며, 도 44는 본 발명의 제 6 내지 제 10 실시 예의 어안 렌즈의 특성을 요약한 도면이다. 도 43 내지 도 44에서 렌즈의 형상을 단순화하여 도시하였으며, 굴절률이 1.7 이상인 경우에는 렌즈 요소의 외곽선을 두꺼운 실선으로 표시하였으며, 1.7 이하인 경우에는 렌즈 요소의 외곽선을 가는 쇄선으로 표시하였다. 또한, 아베수가 40 이상인 경우에는 렌즈 요소의 내부에 가로선으로 해칭(hatching)을 하였으며, 30에서 40 사이인 경우에는 점 무늬로 표시하였고, 아베수가 30 이하인 경우에는 아무런 무늬도 표시하지 않았다.
도 43을 참조하면 본 발명의 제 1 실시 예의 어안 렌즈는 8매의 렌즈 요소를 가진다. 제 1 그룹은 제 1 렌즈 요소 내지 제 2 렌즈 요소로 구성되되, 제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이다. 제 2 그룹은 제 3 렌즈 요소 내지 제 4 렌즈 요소로 구성되되, 제 3 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성한다. 제 3 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이며, 제 4 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률은 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이다. 제 4 렌즈 요소와 제 3 그룹 사이에 조리개가 위치한다.
제 3 그룹은 4매의 렌즈 요소들로 구성되되, 상기 제 3 그룹을 이루는 렌즈 요소들 중 물체쪽에서부터 첫번째로 위치하는 렌즈 요소, 즉 제 5 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이며, 아베수가 40 이상이고, 두번째로 위치하는 렌즈 요소, 즉 제 6 렌즈 요소는 양오목 렌즈 요소이며, 아베수는 30 이하이다. 한편, 세번째로 위치하는 렌즈 요소, 즉 제 7 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지며, 아베수는 40 이상이며, 네번째로 위치하는 렌즈 요소, 즉 제 8 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이고, 아베수는 40 이상이다.
제 3 그룹에서 첫번째로 위치하는 렌즈 요소와 두번째로 위치하는 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성한다. 첫번째로 위치하는 렌즈 요소의 굴절률은 1.7 이하이고, 두번째로 위치하는 렌즈 요소의 굴절률은 1.7이상이다. 세번째로 위치하는 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이하이고, 네번째로 위치하는 렌즈 요소는 굴절률이 1.7 이상이다.
한편, 제 2 실시 예의 어안 렌즈도 8매의 렌즈 요소를 가진다. 제 2 실시 예의 어안 렌즈와 제 1 실시 예의 어안 렌즈를 비교하면, 제 2 렌즈 요소의 형상이 제 1 실시 예에서는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소인데 반하여, 제 2 실시 예에서는 평면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 한편, 제 3 그룹을 이루는 렌즈 요소들 중 물체쪽에서부터 네번째로 위치하는 렌즈 요소, 즉 상쪽에 가장 가까운 제 8 렌즈 요소의 굴절률이 제 1 실시 예에서는 1.7 이상이지만, 제 2 실시 예에서는 1.7 이하이며, 그 외의 사항은 동일하다.
이와 같은 방식으로 제 3 실시 예 내지 제 10 실시 예의 어안 렌즈의 특징을 모두 이해할 수 있다. 그런데, 조리개 이후에 위치하는 제 3 그룹의 렌즈 요소들은 제 1 그룹과 제 2 그룹의 렌즈 요소들에 큰 상관없이 서로 호환될 수 있다. 예를 들어 실시 예 1의 어안 렌즈의 제 1 그룹과 제 2 그룹과 조리개 및 실시 예 8의 어안 렌즈의 제 3 그룹을 사용하여 만족스러운 어안 렌즈를 구성할 수 있다.
또한, 실시 예 6의 제 3 그룹을 제외하면 총 9개의 실시 예의 제 3 그룹은 모두 4개의 렌즈 요소들로 구성되며, 그 전반적인 형상은 다시 두가지 형태로 정리된다. 실시 예 4의 어안 렌즈의 제 3 그룹은 제 1 형태의 대표적인 형상을 보여준다. 제 1 형태에서는 상기 제 3 그룹을 이루는 렌즈 요소들 중 물체쪽에서부터 첫번째로 위치하는 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이고, 아베수가 40 이상이며, 두번째로 위치하는 렌즈 요소는 양오목 렌즈 요소이고, 아베수가 30 이하이며, 세번째로 위치하는 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지고, 아베수가 40 이상이며, 네번째로 위치하는 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이고, 아베수가 40 이상이다.
한편, 실시 예 8의 어안 렌즈의 제 3 그룹은 제 2 형태의 대표적인 형상을 보여준다. 제 2 형태에서는 상기 제 3 그룹을 이루는 렌즈 요소들 중 물체쪽에부터 첫번째로 위치하는 렌즈 요소와 두번째로 위치하는 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성한다. 첫번째로 위치하는 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이고, 굴절률이 1.7 이하이며, 아베수는 40 이상이다. 두번째로 위치하는 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이다. 세번째로 위치하는 렌즈 요소와 네번째로 위치하는 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성한다. 세번째로 위치하는 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이고, 굴절률이 1.7 이상이며, 아베수는 30 이하이다. 그리고, 네번째로 위치하는 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이고, 굴절률이 1.7 이하이며, 아베수는 40 이상이다.
이와 같은 제 1 내지 제 10 실시 예의 어안 렌즈의 공통적인 특징은 다음과 같이 요약될 수 있다. 본 발명의 실시 예의 어안 렌즈는 8매 내지 10매의 렌즈 요소들로 구성된다. 상기 어안 렌즈는 물체쪽에서부터 상쪽으로 제 1 그룹을 이루는 렌즈 요소들과 제 2 그룹을 이루는 렌즈 요소들과 조리개 및 제 3 그룹을 이루는 렌즈 요소들로 구성된다. 제 1 그룹은 2매 내지 3매의 렌즈 요소들로 구성되되, 제 1 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 모두 음의 굴절능을 가지며, 제 1 그룹에 속하는 렌즈 요소들 중 물체쪽에 가장 가까운 제 1 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이고, 상기 제 1 렌즈 요소를 제외한 나머지 렌즈 요소들은 굴절률이 1.7 이상이며, 아베수가 40 이상이다. 제 2 그룹은 2매 내지 4매의 렌즈 요소들로 구성되되, 제 2 그룹을 이루는 렌즈 요소들 중 물체쪽에서부터 첫번째와 두번째로 위치하는 렌즈 요소들은 접합 렌즈를 구성한다. 제 2 그룹을 이루는 렌즈 요소들 중 물체쪽에부터 첫번째로 위치하는 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이며, 두번째로 위치하는 렌즈 요소는 음의 굴절능을 가지고, 아베수가 40 이상이다. 제 3 그룹은 4매 내지 5매의 렌즈 요소들로 구성되되, 제 3 그룹을 이루는 렌즈 요소들 중 물체쪽에서부터 첫번째로 위치하는 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지며, 아베수가 30 이상이고, 상쪽에 가장 가까운 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지고, 아베수가 40 이상이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 상세히 기술하였다. 하지만, 상세한 설명 및 본 발명의 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서도 다양한 변화 및 수정이 가능함은 그 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
본 발명의 실시 예의 어안 렌즈는 우수한 광학적 특성과 기계적 구조를 가지면서도 제작 공차가 커서 저렴한 비용으로 대량 생산을 하기에 적합하다.

Claims (14)

  1. 8매 내지 10매의 렌즈 요소들로 구성되는 어안 렌즈에 있어서,
    상기 어안 렌즈는 물체쪽에서부터 상쪽으로 제 1 그룹을 이루는 렌즈 요소들과 제 2 그룹을 이루는 렌즈 요소들과 조리개 및 제 3 그룹을 이루는 렌즈 요소들로 구성되고,
    제 1 그룹은 2매 내지 3매의 렌즈 요소들로 구성되되,
    제 1 그룹에 속하는 렌즈 요소들은 모두 음의 굴절능을 가지며,
    제 1 그룹에 속하는 렌즈 요소들 중 물체쪽에 가장 가까운 제 1 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이고,
    제 1 그룹에 속하는 렌즈 요소들 중 상기 제 1 렌즈 요소를 제외한 나머지 렌즈 요소들은 굴절률이 1.7 이상이며, 아베수가 40 이상이고,
    제 2 그룹은 2매 내지 4매의 렌즈 요소들로 구성되되,
    제 2 그룹을 이루는 렌즈 요소들 중 물체쪽에서부터 첫번째와 두번째로 위치하는 렌즈 요소들은 접합 렌즈를 구성하며,
    제 2 그룹을 이루는 렌즈 요소들 중 물체쪽에부터 첫번째로 위치하는 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이고,
    두번째로 위치하는 렌즈 요소는 음의 굴절능을 가지며, 아베수가 40 이상이고,
    제 3 그룹은 4매 내지 5매의 렌즈 요소들로 구성되되,
    제 3 그룹을 이루는 렌즈 요소들 중 물체쪽에서부터 첫번째로 위치하는 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지며, 아베수가 30 이상이고,
    제 3 그룹을 이루는 렌즈 요소들 중 상쪽에 가장 가까운 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지고, 아베수가 40 이상인 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
  2. 제 1항에 있어서,
    제 1 그룹은 제 1 렌즈 요소 내지 제 2 렌즈 요소로 구성되되,
    제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이며,
    제 2 그룹은 제 3 렌즈 요소 내지 제 4 렌즈 요소로 구성되되,
    제 3 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하고,
    제 3 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이며,
    제 4 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률은 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이며,
    제 4 렌즈 요소와 제 3 그룹 사이에 조리개가 위치하는 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
  3. 제 1항에 있어서,
    제 1 그룹은 제 1 렌즈 요소 내지 제 2 렌즈 요소로 구성되되,
    제 1 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이며,
    제 2 렌즈 요소는 평면이 물체쪽을 향하는 평오목 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이며,
    제 2 그룹은 제 3 렌즈 요소 내지 제 4 렌즈 요소로 구성되되,
    제 3 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하고,
    제 3 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이며,
    제 4 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률은 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이며,
    제 4 렌즈 요소와 제 3 그룹 사이에 조리개가 위치하는 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
  4. 제 1항에 있어서,
    제 1 그룹은 제 1 렌즈 요소 내지 제 2 렌즈 요소로 구성되되,
    제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이며,
    제 2 그룹은 제 3 렌즈 요소 내지 제 4 렌즈 요소로 구성되되,
    제 3 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하고,
    제 3 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이며,
    제 4 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이고, 굴절률이 1.7 이하이며, 아베수는 40 이상이고,
    제 4 렌즈 요소와 제 3 그룹 사이에 조리개가 위치하는 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
  5. 제 1항에 있어서,
    제 1 그룹은 제 1 렌즈 요소 내지 제 2 렌즈 요소로 구성되되,
    제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이며,
    제 2 그룹은 제 3 렌즈 요소 내지 제 5 렌즈 요소로 구성되되,
    제 3 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하고,
    제 3 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이며,
    제 4 렌즈 요소는 양오목 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이며,
    제 5 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이고, 굴절률이 1.7 이하이며, 아베수는 30에서 40 사이의 값을 가지고,
    제 5 렌즈 요소와 제 3 그룹 사이에 조리개가 위치하는 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
  6. 제 1항에 있어서,
    제 1 그룹은 제 1 렌즈 요소 내지 제 2 렌즈 요소로 구성되되,
    제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이며,
    제 2 그룹은 제 3 렌즈 요소 내지 제 5 렌즈 요소로 구성되되,
    제 3 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하고,
    제 3 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이며,
    제 4 렌즈 요소는 양오목 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이며,
    제 5 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이고, 굴절률이 1.7 이하이며, 아베수는 30에서 40 사이의 값을 가지고,
    제 5 렌즈 요소와 제 3 그룹 사이에 조리개가 위치하는 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
  7. 제 1항에 있어서,
    제 1 그룹은 제 1 렌즈 요소 내지 제 2 렌즈 요소로 구성되되,
    제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이며,
    제 2 그룹은 제 3 렌즈 요소 내지 제 5 렌즈 요소로 구성되되,
    제 3 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하고,
    제 3 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이며,
    제 4 렌즈 요소는 양오목 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이며,
    제 5 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이고, 굴절률이 1.7 이하이며, 아베수는 30에서 40 사이의 값을 가지고,
    제 5 렌즈 요소와 제 3 그룹 사이에 조리개가 위치하는 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
  8. 제 1항에 있어서,
    제 1 그룹은 제 1 렌즈 요소 내지 제 3 렌즈 요소로 구성되되,
    제 1 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이하이고, 아베수는 40 이상이며,
    제 2 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이고, 굴절률이 1.7 이상이며, 아베수는 40 이상이고,
    제 3 렌즈 요소는 양오목 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이며,
    제 2 그룹은 제 4 렌즈 요소 내지 제 5 렌즈 요소로 구성되되,
    제 4 렌즈 요소와 제 5 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하며,
    제 4 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이고, 굴절률이 1.7 이상이며, 아베수는 30 이하이고,
    제 5 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이하이고, 아베수는 40 이상이며,
    제 5 렌즈 요소와 제 3 그룹 사이에 조리개가 위치하는 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
  9. 제 1항에 있어서,
    제 1 그룹은 제 1 렌즈 요소 내지 제 3 렌즈 요소로 구성되되,
    제 1 렌즈 요소 내지 제 3 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이며,
    제 2 그룹은 제 4 렌즈 요소 내지 제 6 렌즈 요소로 구성되되,
    제 4 렌즈 요소와 제 5 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하며,
    제 4 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이고, 굴절률이 1.7 이상이며, 아베수는 30 이하이고,
    제 5 렌즈 요소는 양오목 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이며,
    제 6 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이고, 굴절률은 1.7 이상이며, 아베수는 30 이하이고,
    제 6 렌즈 요소와 제 3 그룹 사이에 조리개가 위치하는 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
  10. 제 1항에 있어서,
    제 1 그룹은 제 1 렌즈 요소 내지 제 3 렌즈 요소로 구성되되,
    제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이며,
    제 3 렌즈 요소는 양오목 렌즈 요소이고, 굴절률이 1.7 이상이며, 아베수는 40 이상이고,
    제 2 그룹은 제 4 렌즈 요소 내지 제 6 렌즈 요소로 구성되되,
    제 4 렌즈 요소와 제 5 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하고,
    제 4 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이며,
    제 5 렌즈 요소는 양오목 렌즈 요소이고, 굴절률이 1.7 이상이며, 아베수는 40 이상이고,
    제 6 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이며, 굴절률은 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이며,
    제 6 렌즈 요소와 제 3 그룹 사이에 조리개가 위치하는 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
  11. 제 1항에 있어서,
    제 1 그룹은 제 1 렌즈 요소 내지 제 2 렌즈 요소로 구성되되,
    제 1 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이하이고, 아베수는 30 이하이며,
    제 2 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이고, 굴절률이 1.7 이상이며, 아베수는 40 이상이고,
    제 2 그룹은 제 3 렌즈 요소 내지 제 6 렌즈 요소로 구성되되,
    제 3 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하고,
    제 3 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이며,
    제 4 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이하이고, 아베수는 40 이상이며,
    제 5 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이하이고, 아베수는 40 이상이며,
    제 6 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이고, 굴절률은 1.7 이상이며, 아베수는 30 이하이고,
    제 6 렌즈 요소와 제 3 그룹 사이에 조리개가 위치하는 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
  12. 제 2항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 3 그룹은 4매의 렌즈 요소들로 구성되되,
    상기 제 3 그룹을 이루는 렌즈 요소들 중 물체쪽에서부터 첫번째로 위치하는 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이며, 아베수가 40 이상이고,
    두번째로 위치하는 렌즈 요소는 양오목 렌즈 요소이며, 아베수는 30 이하이며,
    세번째로 위치하는 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지며, 아베수는 40 이상이며,
    네번째로 위치하는 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이고, 아베수는 40 이상인 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 3 그룹을 이루는 렌즈 요소들 중 물체쪽에부터 첫번째로 위치하는 렌즈 요소와 두번째로 위치하는 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하는 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
  14. 제 2항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 그룹은 4매의 렌즈 요소들로 구성되되,
    상기 제 3 그룹을 이루는 렌즈 요소들 중 물체쪽에부터 첫번째로 위치하는 렌즈 요소와 두번째로 위치하는 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하며,
    첫번째로 위치하는 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이고, 굴절률이 1.7 이하이며, 아베수가 40 이상이고,
    두번째로 위치하는 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이며,
    세번째로 위치하는 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이고, 굴절률이 1.7 이상이며, 아베수는 30 이하이고,
    네번째로 위치하는 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이며, 굴절률이 1.7 이하이고, 아베수는 40 이상인 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
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