WO2024080800A1 - 수신 광학계, 송신 광학계, 센서 시스템 및 라이다 장치 - Google Patents

수신 광학계, 송신 광학계, 센서 시스템 및 라이다 장치 Download PDF

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WO2024080800A1
WO2024080800A1 PCT/KR2023/015767 KR2023015767W WO2024080800A1 WO 2024080800 A1 WO2024080800 A1 WO 2024080800A1 KR 2023015767 W KR2023015767 W KR 2023015767W WO 2024080800 A1 WO2024080800 A1 WO 2024080800A1
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lens
lenses
optical system
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optical axis
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PCT/KR2023/015767
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김진영
이창혁
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엘지이노텍 주식회사
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    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
    • G—PHYSICS
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    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/02—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the intensity of light
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters

Definitions

  • the embodiment relates to a receiving optical system and a sensor system having the same.
  • the embodiment relates to a transmission optical system and a sensor system having the same.
  • Embodiments relate to a receiving optical system for LIDAR (light detection and ranging), a transmitting optical system, and a device having the same.
  • Embodiments of the invention relate to a moving object having a receiving optical system, a transmitting optical system, and a lidar system.
  • ADAS Advanced Driving Assistance System
  • ADAS Advanced Driving Assistance System
  • ADAS sensor devices detect vehicles in front and recognize lanes. Afterwards, when the target lane, target speed, and target ahead are determined, the vehicle's ESC (Electrical Stability Control), EMS (Engine Management System), and MDPS (Motor Driven Power Steering) are controlled.
  • ESC Electronic Stability Control
  • EMS Engine Management System
  • MDPS Microtor Driven Power Steering
  • ADAS can be implemented as an automatic parking system, a low-speed city driving assistance system, and a blind spot warning system.
  • LIDAR Light Detection And Ranging
  • Ultra-small and ultra-light lidar technology is not only used as a sensor for unmanned mobile devices, but can also be used in satellite and aerospace fields for earth topography and environmental observation, unmanned cars, transporters, cranes, and robots used in factories and shipyards.
  • the embodiment seeks to provide a receiving optical system with improved optical characteristics and a sensor system having the same.
  • the embodiment seeks to provide a wide-angle receiving optical system and a sensor system having the same.
  • the embodiment seeks to provide a receiving optical system, sensor system, and lidar device with improved heat compensation characteristics.
  • the embodiment seeks to provide a transmission optical system with improved optical characteristics and a sensor system having the same.
  • the embodiment seeks to provide a wide-angle transmission optical system and a sensor system having the same.
  • the embodiment seeks to provide a transmission optical system, sensor system, and lidar device with improved heat compensation characteristics.
  • a receiving optical system includes a first lens closest to an object; The nth lens closest to the image sensor (n is less than or equal to 6); a plurality of lenses disposed between the first lens and the nth lens and aligned with an optical axis; and an optical filter disposed in one of the areas between the plurality of lenses, wherein the optical axis distance from the optical filter to the surface of the image sensor is D1, and the sensor side of the nth lens closest to the image sensor.
  • the optical axis distance from to the surface of the image sensor is BFL, and can satisfy the equation: BFL ⁇ D1.
  • it is disposed between a lens disposed on an object side of the optical filter and the optical filter, and includes an aperture disposed around the lens disposed on an object side of the optical filter, and SD is the It is the optical axis distance from the aperture to the surface of the image sensor, and can satisfy the equation: 1 ⁇ SD/D1 ⁇ 1.2.
  • CT n is the central thickness of the nth lens
  • CT n-1 is the central thickness of the n-1th lens disposed on the object side of the nth lens
  • TTL is the central thickness of the first lens. It is the optical axis distance from the center of the object side to the surface of the image sensor, and can satisfy the equation: (CT n + CT n-1 ) ⁇ D1 ⁇ TTL/2.
  • the optical filter may be a band-pass filter that passes through a range of 890 nm to 960 nm.
  • the first lens may include a convex object-side surface and a concave sensor-side surface at the optical axis.
  • the second lens spaced apart from the first lens toward the sensor may have a flat object-side surface and a concave sensor-side surface.
  • the third lens spaced apart from the optical filter toward the object may have a shape where both sides are convex on the optical axis, and the fourth lens spaced away from the optical filter toward the sensor may have a shape where both sides are convex on the optical axis.
  • the n-th lens may have a convex object-side surface and a convex sensor-side surface at the optical axis.
  • the first lens has negative refractive power
  • the nth lens has positive refractive power
  • the number of lenses with positive refractive power among the plurality of lenses is the number of lenses with negative refractive power among the plurality of lenses.
  • the object-side surface of the first lens has the maximum effective diameter among the lenses of the optical system
  • the sensor-side surface of the second lens disposed on the sensor side of the first lens has the minimum effective diameter among the lenses of the optical system
  • the first lens has a minimum effective diameter among the lenses of the optical system.
  • the lens is a spherical lens
  • the nth lens is a fifth lens and may be an aspherical lens.
  • a transmission optical system includes a first lens closest to an object; nth lens closest to the light source (n is less than or equal to 6); and a plurality of lenses disposed between the first lens and the n-th lens and aligned with the optical axis, wherein the first lens has a meniscus shape convex toward the object, and the n-th lens has both sides convex at the optical axis.
  • the n-1th lens from the nth lens to the object side has a shape in which both sides are convex on the optical axis, and the first lens is made of glass, and the object side and the light source side of the optical axis have a spherical shape,
  • the n-th lens is made of glass, and the object-side surface and the light source-side surface of the optical axis may be aspherical.
  • the second lens disposed on the light source side of the first lens may have a flat object-side surface and a concave light source-side surface on the optical axis.
  • the third lens disposed on the light source side of the second lens has a shape that is biconvex on the optical axis
  • the fourth lens disposed on the light source side of the third lens has a shape that is biconvex on the optical axis.
  • the third lens may have a spherical shape on both sides of the optical axis
  • the fourth lens may have an aspherical shape on both sides of the optical axis.
  • the first lens has negative refractive power
  • the nth lens is the fifth lens and has positive refractive power
  • the plurality of lenses have a negative refractive power. It may be more than the number of lenses you have.
  • a LiDAR device includes a receiving optical system having an image sensor and first to fifth lenses aligned with a first optical axis from an object toward the image sensor;
  • a transmission optical system comprising a light source and sixth to tenth lenses aligned with a second optical axis toward the light source from the object, wherein the first to fifth lenses include a spherical lens and an aspherical lens, and the sixth to tenth lenses include a spherical lens and an aspherical lens.
  • the tenth lens includes a spherical lens and an aspherical lens
  • the receiving optical system includes an optical filter disposed between the spherical lens and the aspherical lens
  • each of the first lens and the sixth lens has a meniscus convex toward the object side. It has a cursive shape
  • the object-side surface and the sensor-side surface of the fifth lens have a convex shape and an aspherical shape on the first optical axis
  • the tenth lens has an object-side surface and a light source-side surface that have a convex shape on the second optical axis.
  • the light source generates light in the range of 890 nm to 960 nm
  • the optical filter can transmit light in the range of 890 nm to 960 nm.
  • the receiving optical system may have improved optical properties.
  • the angle of incidence of light incident on the filter can be minimized by positioning the bandpass filter near the aperture (stop). Accordingly, the transmittance area of the bandpass filter can be widely utilized depending on the light incident angle of the bandpass filter.
  • the LiDAR receiving optical system of the invention can maximize the effect of receiving light emitted from the transmitting optical system.
  • the lidar receiving optical system of the invention can have good optical performance in a temperature range from low to high temperatures.
  • a plurality of lenses included in the receiving optical system may have set materials, refractive powers, and refractive indices. Accordingly, when the refractive index of each lens changes due to temperature change and the focal length of each lens changes due to this, mutual compensation can be made by the glass mold lens and the glass lens. That is, the receiving optical system can effectively distribute refractive power in a temperature range from low to high temperatures, and prevent or minimize changes in optical properties in the temperature range from low to high temperatures. Therefore, the optical system and sensor system according to the embodiment can maintain improved optical properties in various temperature ranges.
  • the lenses may have a set thickness, refractive power, and distance from adjacent lenses. Accordingly, the optical system and sensor system according to the embodiment can have improved MTF characteristics, aberration control characteristics, resolution characteristics, etc. in a set angle of view range, and can have good optical performance in the periphery of the angle of view.
  • the receiving optical system and sensor system according to the embodiment can satisfy the angle of view set through a mixture of a glass mold lens and a glass lens and implement excellent optical characteristics. Because of this, the optical system can provide a slimmer sensor system for vehicles. Accordingly, the optical system and sensor system can be provided for various applications and devices, and can have excellent optical properties even in harsh temperature environments, for example, when exposed to the exterior of a vehicle or inside a vehicle at high temperatures in the summer.
  • the LiDAR transmission optical system of the invention can maximize the extraction efficiency of light emitted from the transmission optical system.
  • the lidar transmission optical system of the invention can have good optical performance in a temperature range from low to high temperatures.
  • a plurality of lenses included in the transmission optical system may have set materials, refractive powers, and refractive indices. Accordingly, when the refractive index of each lens changes due to temperature change and the focal length of each lens changes due to this, mutual compensation can be made by the glass mold lens and the glass lens. That is, the transmission optical system can effectively distribute refractive power in a temperature range from low to high temperatures, and prevent or minimize changes in optical properties in the temperature range from low to high temperatures. Therefore, the optical system and sensor system according to the embodiment can maintain improved optical properties in various temperature ranges.
  • the lenses may have a set thickness, refractive power, and distance from adjacent lenses. Accordingly, the optical system and sensor system according to the embodiment may have improved MTF characteristics, aberration control characteristics, resolution characteristics, etc. in a set angle of view range, and may have good optical performance in the periphery of the angle of view.
  • the transmission optical system and sensor system according to the embodiment can satisfy the angle of view set through a mixture of a glass mold lens and a glass lens and implement excellent optical characteristics. Because of this, the optical system can provide a slimmer sensor system for vehicles. Accordingly, the optical system and sensor system can be provided for various applications and devices, and can have excellent optical properties even in harsh temperature environments, for example, when exposed to the exterior of a vehicle or inside a vehicle at high temperatures in the summer.
  • FIG. 1 is a side cross-sectional view of a LiDAR receiving optical system according to an embodiment.
  • Figure 2 is a table showing the lens characteristics of the receiving optical system of Figure 1.
  • FIG. 3 is a table showing aspheric coefficients of lenses in the receiving optical system of FIG. 1.
  • Figure 4 is a table comparing the change in refractive index of each lens according to temperature in the receiving optical system of Figure 1.
  • FIG. 5 is a graph showing data of diffraction MTF (Modulation Transfer Function) according to low temperature, room temperature, and high temperature in the receiving optical system of FIG. 1.
  • MTF Modulation Transfer Function
  • FIG. 6 is a graph showing data on aberration characteristics of the receiving optical system of FIG. 1 at low temperature.
  • FIG. 7 is a graph showing data on aberration characteristics of the receiving optical system of FIG. 1 at room temperature.
  • FIG. 8 is a graph showing data on aberration characteristics of the receiving optical system of FIG. 1 at high temperature.
  • Figure 9 is a graph comparing transmittance curves when the incident angle of the main beam measured by automatic optical inspection (AOI) equipment using a filter according to an embodiment of the invention is 0 degrees, 20 degrees, and 40 degrees.
  • AOI automatic optical inspection
  • Figure 10 is a side cross-sectional view of a LiDAR transmission optical system according to an embodiment.
  • FIG. 11 is a table showing lens characteristics of the transmission optical system of FIG. 10.
  • FIG. 12 is a table showing aspheric coefficients of lenses in the transmission optical system of FIG. 10.
  • Figure 13 is a table comparing the change in refractive index of each lens according to temperature in the transmission optical system of Figure 10.
  • FIG. 14 is a graph showing data of diffraction MTF according to low temperature, room temperature, and high temperature in the transmission optical system of FIG. 10.
  • FIG. 15 is a graph showing data on aberration characteristics of the transmission optical system of FIG. 10 at low temperature.
  • FIG. 16 is a graph showing data on aberration characteristics of the transmission optical system of FIG. 10 at room temperature.
  • FIG. 17 is a graph showing data on aberration characteristics of the transmission optical system of FIG. 10 at high temperature.
  • FIG. 18 is a block diagram showing a sensor system having the transmission optical system of FIG. 10.
  • Figure 19 is a diagram showing an example of measuring an object in a vehicle with the sensor system of the invention.
  • Figure 20 is a diagram showing an example of surrounding surveillance in a vehicle with the sensor system of the invention.
  • a component when a component is described as being 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is not only directly connected, coupled or connected to the other component, but also is connected to the other component. It may also include cases where other components are 'connected', 'coupled', or 'connected' by another component between them.
  • “above” or “below” when described as being formed or disposed “above” or “below” each component, “above” or “below” refers not only to cases where two components are in direct contact with each other, but also to one This also includes cases where another component described above is formed or placed between two components.
  • top (above) or bottom (bottom) it can include not only the upward direction but also the downward direction based on one component.
  • object side may mean the side of the lens facing the object side based on the optical axis
  • sensor side may mean the side of the lens facing the imaging surface (image sensor) based on the optical axis. It can mean. That one side of the lens is convex may mean a convex shape in the optical axis or paraxial region, and that one side of the lens is concave may mean a concave shape in the optical axis or paraxial region.
  • the radius of curvature, center thickness, and optical axis spacing between lenses listed in the table for lens data may refer to values (unit, mm) at the optical axis.
  • the vertical direction may mean a direction perpendicular to the optical axis, and the end of the lens or lens surface may mean the end of the effective area of the lens through which incident light passes.
  • the size of the effective diameter of the lens surface may have a measurement error of up to ⁇ 0.4 mm depending on the measurement method.
  • the paraxial area refers to a very narrow area near the optical axis, and is an area where the distance at which light rays fall from the optical axis is almost 0.
  • the meaning of optical axis may include the center of each lens or a very narrow area near the optical axis.
  • FIG. 1 is a side cross-sectional view showing a receiving optical system according to an embodiment of the invention.
  • the receiving optical system 100 and a sensor system having the same may be mounted inside or outside a vehicle to monitor the driver or sense external objects or lanes.
  • the materials of the lenses may be glass or plastic, and the coefficient of linear expansion of glass is smaller than that of plastic.
  • a lens made of glass is used to prevent changes in the focal imaging position due to temperature changes.
  • the receiving optical system 100 in an embodiment of the invention may include a spherical lens and an aspherical lens.
  • the spherical lens is a lens in which at least one or both of the object-side surface and the sensor-side surface of the lens are spherical.
  • the aspherical lens is a lens in which at least one or both of the object-side surface and the sensor-side surface of the lens are aspherical.
  • the receiving optical system 100 may include a spherical glass lens and an aspherical glass lens. Additionally, by employing an aspherical lens, the overall length (TTL) of the optical system 100 can be reduced, and good correction for various aberrations such as spherical aberration and chromatic aberration can be possible due to the aspherical lens. Additionally, aspherical lenses can minimize distortion in the peripheral area.
  • the optical system 100 may include n lenses, where the n-th lens may be the last lens adjacent to the image sensor 151, and the n-1-th lens may be the lens closest to the last lens.
  • the n is an integer of 4 or more, for example, may be in the range of 4 to 7 or 4 to 6.
  • the ratio of the spherical lens to the aspherical lens in the n lenses may be any one of 3:1, 4:1, 3:2, 2:3, 3:3, 5:2, or 4:2.
  • the first lens 101 of the receiving optical system 100 may be made of glass.
  • the glass material has a small amount of change in expansion and contraction due to changes in external temperature, and its surface is less likely to be scratched, preventing surface damage.
  • the object-side lenses may be spherical lenses, and the sensor-side lens(s) may be arranged as aspherical lenses.
  • At least one lens adjacent to the image sensor 151 in the optical system 100 may be an aspherical lens.
  • at least two lenses adjacent to the image sensor 151 may be aspherical lenses, and preferably, the two lenses adjacent to the image sensor 151 may be aspherical lenses. That is, since the n-th and n-1-th lenses in the optical system 100 are arranged as aspherical lenses, various aberrations of light on the incident side of the image sensor 151 can be corrected.
  • At least two lenses adjacent to the object in the optical system 100 may be made of glass.
  • Two or more lenses adjacent to the object, for example, two to four lenses, may be made of glass. Since the change rate of contraction and expansion of the glass lenses according to temperature changes is smaller than that of plastic lenses, the glass lenses can be placed in an area adjacent to the outside of the lens barrel.
  • at least two lenses adjacent to the image sensor may be made of a glass mold material.
  • the glass mold is made of the same material as the glass and may have an aspherical surface. Since the change rate of contraction and expansion of the glass mold lenses according to temperature changes is smaller than that of plastic materials, lenses made of glass can be placed in an area adjacent to the outside of the lens barrel.
  • Each lens 101-105 of the optical system 100 may have an object-side surface and a sensor-side surface.
  • the lenses 101-105 may include a spherical lens on the object side and a spherical surface on the sensor side, and a lens with an aspherical surface on the object side and an aspherical surface on the sensor side.
  • the number of aspherical lenses may be smaller than the number of spherical lenses. Since the optical system 100 arranges aspherical lenses adjacent to the image sensor 151, various aberrations can be corrected.
  • the spherical lenses may be made of glass, and the aspherical lenses may be made of glass mold.
  • the lens with the maximum refractive index may be a spherical lens, and the lens with the maximum Abbe number may be a spherical lens. Accordingly, since the lens with the maximum refractive index is placed on the object side, it is easy to change the radius of curvature of the second and subsequent lenses and increase the center thickness.
  • the lens with the maximum effective diameter within the optical system 100 is located closest to the object, is made of glass, and may be a spherical lens.
  • the lens having the minimum effective diameter within the optical system 100 is located between the aperture and the first lens 101 and may be a glass lens.
  • the average effective diameter of the aspherical lenses may be smaller than the average effective diameter of the spherical lenses.
  • the effective diameter of the lens is the average value of the effective diameter of the object-side surface and the effective diameter of the sensor-side surface of each lens.
  • the effective area may be defined as an effective area or effective diameter in which the incident light is refracted to realize optical characteristics.
  • the non-effective area may be arranged around the effective area.
  • the non-effective area may be an area where effective light does not enter the plurality of lenses. That is, the non-effective area may be an area unrelated to the optical characteristics. Additionally, the end of the non-effective area may be an area fixed to a lens barrel (not shown) that accommodates the lens.
  • the lens with the maximum center thickness may be an aspherical lens
  • the lens with the maximum edge thickness may be an aspherical lens. Accordingly, various aberrations can be corrected and optical performance can be improved even in the peripheral area.
  • the central thickness of the aspherical lenses may be greater than the central thickness of the spherical lenses.
  • TTL Total top length or Total track length
  • the TTL is the distance on the optical axis (OA) from the center of the object-side surface of the first lens 101 to the image surface of the image sensor 151.
  • the ImgH is the distance from the center of the image sensor 151 to the diagonal end or 1/2 of the maximum diagonal length of the image sensor 151.
  • the effective diameter of each lens within the optical system 100 may be larger than the diagonal length of the image sensor 151.
  • the effective focal length (EFL) is 10 mm or less and the angle of view (FOV) is 60 degrees or more, so that it can be provided as a standard receiving optical system in a vehicle sensor system.
  • the receiving optical system and sensor system according to the embodiment may be applied to a sensing device for ADAS (Advanced Driving Assistance System) installed indoors or outdoors in a vehicle.
  • ADAS Advanced Driving Assistance System
  • the optical system 100 satisfies the condition: 5 ⁇ TTL/(2*ImgH), for example, 5 ⁇ TTL/(2*ImgH) ⁇ 15. Accordingly, the central thickness of each lens along the optical axis OA can be increased and the size of the image sensor 151 can be reduced, thereby providing a lens optical system for a vehicle.
  • temperature compensation must be applied in the temperature range that is the standard for evaluating the temperature reliability of automotive electrical components, that is, -40°C to +120°C. In other words, the lens must be constructed so that the focus of the lens remains within the set range even when the lens expands or contracts due to changes in temperature.
  • the total effective focal length (EFL) is 10 mm or less, for example, in the range of 1 mm to 10 mm or 1 mm to 6 mm, and can be composed of lenses made of glass capable of temperature correction as described above. By shortening the effective focal length of the optical system, a wide angle can be realized.
  • the number of lenses with positive (+) refractive power within the optical system 100 may be equal to or greater than the number of lenses with negative (-) refractive power.
  • the number of lenses with positive refractive power may be 50% or more than the total number of lenses.
  • the average refractive index of the lenses having the negative refractive power may be greater than the average of the lenses having the positive refractive power. Accordingly, the dispersion value of lenses with positive refractive power may be greater than that of lenses with negative refractive power. Since this optical system 100 is a mixture of spherical lenses and aspherical lenses made of glass, various aberrations can be corrected and optical performance degradation can be prevented.
  • the effective diameter of the first lens 101 may be larger than the effective diameter of the last lens 105. Accordingly, the brightness of the optical system can be controlled.
  • the optical system 100 can control incident light to compensate for deterioration in resolution and optical characteristics due to temperature changes, and improve chromatic aberration control characteristics. , the vignetting characteristics of the optical system 100 can be improved.
  • the optical system 100 may include first to fifth lenses 101 to 105 aligned along the optical axis OA from the object toward the image sensor.
  • the first to fifth lenses 101-105 can be defined as lens units.
  • the optical system 100 may include an optical filter 155, and the optical filter 155 may be disposed within the lens unit.
  • the optical filter 155 may transmit the laser beam emitted from the transmission optical system (see 110 in FIG. 10) and block beams of other wavelengths.
  • the transmitted laser beam may be in the range of 890 nm to 960 nm or 940 nm ⁇ 10 nm.
  • the optical filter 155 may be disposed between two different lenses.
  • the fourth lens 104 is disposed on the sensor side of the optical filter 155, has a refractive index less than that of the first lens 101, and has a center thickness greater than the center thickness of the first lens 101.
  • the third lens 103 is disposed on the object side of the optical filter 155 and may have a central thickness greater than that of the first lens 101.
  • the center distance CG3 between the third lens 103 and the fourth lens 104 may be greater than the thickness of the optical filter 155 .
  • the center distance between the third lens 103 and the fourth lens 104 may be the smallest among the center distances between two adjacent lenses in the optical system 100.
  • the lens surface having the minimum radius of curvature with respect to the optical axis OA in the optical system 100 may be the sensor-side surface of the first or second lenses 101 and 102 among spherical surfaces. Accordingly, the center distance between the first lens 101 and the second lens 102 or the center distance between the second lens 102 and the third lens 103 can be spaced apart.
  • the lens surface having the maximum radius of curvature within the optical system 100 may be the object-side surface of the second lens 102 among spherical surfaces.
  • the optical system 100 or sensor system may include an image sensor 151.
  • the image sensor 151 can detect light and convert it into an electrical signal.
  • the image sensor 151 can detect light that sequentially passes through the lenses.
  • the image sensor 151 may include an element capable of detecting incident light, such as a charge coupled device (CCD) or complementary metal oxide semiconductor (CMOS).
  • CCD charge coupled device
  • CMOS complementary metal oxide semiconductor
  • the length of the image sensor 151 is the maximum length in the diagonal direction orthogonal to the optical axis OA, and the number of lenses having an effective diameter larger than the length of the image sensor 151 is 4 to 6. , there may be no number of lenses having an effective diameter smaller than the length of the image sensor 151.
  • At least two lenses may be disposed between the optical filter 155 and the image sensor 151.
  • the fourth and fifth lenses 104 and 105 may be disposed between the optical filter 155 and the image sensor 151.
  • the lens(s) disposed between the optical filter 155 and the image sensor 151 may be an aspherical lens.
  • the optical filter 155 may be disposed between the spherical third lens 103 and the aspherical fourth lens 104.
  • the optical filter 155 may be disposed between the sensor-side spherical surface of the third lens 103 and the object-side aspherical surface of the fourth lens 104.
  • the optical filter 155 may be a band pass filter that passes a laser beam in the range of 890 nm to 960 nm or 940 nm ⁇ 10 nm.
  • the optical filter 155 may pass light of a wavelength corresponding to the laser beam transmitted from the transmission optical system of the LiDAR device and block light corresponding to the remaining ambient light.
  • the cover glass 153 is disposed between the sensor-side lens of the optical filter 155 and the image sensor 151, protects the upper part of the image sensor 151 and prevents the reliability of the image sensor 151 from deteriorating. can do.
  • the cover glass 153 can be removed.
  • the cover glass 153 may be a protective glass.
  • the optical system 100 may include an aperture (ST: Stop).
  • the aperture ST can control the amount of light incident on the optical system 100.
  • the aperture ST may be disposed between the third lens 103 and the fourth lens 104.
  • the aperture ST may be disposed between the spherical third lens 103 and the aspherical fourth lens 104.
  • the aperture ST may be disposed between the sensor-side spherical surface of the third lens 103 and the object-side aspherical surface of the fourth lens 104.
  • the aperture ST may be disposed between the third lens 103 and the optical filter 155. In lenses disposed between an object and the aperture (ST), the effective diameter of the lens surface tends to increase from the second lens 102 to the aperture (ST).
  • the effective diameter of the lens surfaces tends to decrease from the aperture ST toward the image sensor 151.
  • the fact that the effective diameter of the lens surfaces tends to increase or decrease does not mean only when the effective diameter of the lens surfaces increases or decreases. For example, this includes cases where the effective diameter of the lens surfaces increases and then decreases as it moves from the aperture ST toward the sensor.
  • the lens surface on which the aperture ST is disposed is intended to more efficiently control and guide the amount of light of the optical system 100.
  • the aperture ST may be placed on the sensor side of the third lens 103.
  • the aperture ST may be disposed around the object-side surface or sensor-side surface of the second lens 102.
  • at least one lens selected from among the plurality of lenses, for example, the object-side surface or the sensor-side surface of the third lens 103, may function as an aperture.
  • the sum of the refractive indices of the lenses may be 8.0 or more, for example, in the range of 8.0 to 12.0, and the average of the refractive indices may be in the range of 1.70 to 1.80.
  • the sum of the Abbe numbers of each of the lenses may be 200 or less, for example, in the range of 130 to 200, and the average of the Abbe numbers may be 50 or less, for example, in the range of 25 to 50.
  • the sum of the center thicknesses of all lenses may be 15 mm or more, for example, in the range of 15 mm to 25 mm, and the average of the center thicknesses may be 4.9 mm or less, for example, in the range of 2.9 mm to 4.9 mm.
  • the sum of the center spacings between the lenses at the optical axis (OA) may be greater than 15 mm, for example in the range of 15 mm to 30 mm, and greater than the sum of the center thicknesses of the lenses.
  • the average value of the effective diameter of each lens surface of the optical system 100 may be 20 mm or less, for example, in the range of 9 mm to 20 mm.
  • the angle of view may be in the range of more than 100 degrees, for example, 110 degrees or more, for example, 120 ⁇ 10 degrees.
  • the F number of the optical system or camera module may be 1.2 or less, for example, in the range of 0.7 to 1.2 or 0.7 to 0.9.
  • the diagonal length of the image sensor 151 may be 6.041 mm ⁇ 0.5 mm and may be greater than the height of the sensor in the vertical direction.
  • the invention can suppress changes in the focal imaging position due to temperature changes by stacking glass lenses, and can provide an automotive LiDAR device that corrects various aberrations by providing an aspherical lens.
  • the first lens 101 may be made of glass. This has the advantage that glass material is more resistant to scratches than plastic material and is not sensitive to external temperature. In order to more effectively prevent scratches placed inside the vehicle or caused by foreign substances, a glass lens is used as the first lens 101, and the object-side surface of the first lens 101 may have a convex shape to prevent external foreign substances from accumulating. .
  • the LiDAR device can detect the distance, direction, speed, temperature, material distribution, and concentration characteristics of an object when driving a vehicle. These LiDAR devices can be used for advanced driver assistance systems (ADAS).
  • the optical system 100 according to the embodiment may further include a reflective member (not shown) for changing the path of light.
  • the reflective member may be implemented as a prism that reflects incident light in the direction of the lenses.
  • the first to fifth lenses 101 - 105 of the receiving optical system 100 may transmit light reflected by an object to the image sensor 151 .
  • the optical filter 155 is located closer to the object than the fifth lens 105, which is the last lens, and passes a required wavelength band and blocks other wavelength bands.
  • the aperture ST may be disposed around the sensor side of the third lens 103.
  • the first lens 101 may have positive (+) or negative (-) refractive power at the optical axis (OA).
  • the first lens 101 may have negative (-) refractive power.
  • the first lens 101 may include a plastic material or a glass material, for example, a glass material.
  • the first lens 101 made of glass can reduce changes in the center position and radius of curvature due to temperature changes depending on the surrounding environment, and can protect the entrance side of the optical system 100.
  • the first lens 101 is made of glass that is not injection molded.
  • the object-side first surface S1 of the first lens 101 may be convex, and the sensor-side second surface S2 may be concave.
  • the first surface (S1) and the second surface (S2) may have a spherical surface.
  • the first lens 101 may have a meniscus shape that is convex toward the object.
  • the first surface S1 may have a concave shape
  • the second surface S2 may have a convex shape. Since the first surface (S1) is convex and the second surface (S2) is concave, incident light can be refracted in a direction close to the optical axis (OA), and the gap between the first and second lenses (101 and 102) can be reduced, and the effective diameter of the second lens 102 can be reduced.
  • the effective diameter of the sensor-side surface of the second lens 102 can be designed to be smaller than the effective diameter of the object-side surface.
  • the first surface S1 of the first lens 101 may be provided without a critical point from the optical axis OA to the end of the effective area, that is, the edge.
  • the second surface S2 of the first lens 101 may be provided without a critical point.
  • the refractive index of the first lens 101 is n1
  • the condition of 1.7 ⁇ n1 or 1.75 ⁇ n1 ⁇ 2.1 may be satisfied. Since the refractive index (n1) of the first lens 101 is higher than that of other lenses, the radius of curvature of the first surface (S1) of the first lens 101 can be increased, and the lens can be easily manufactured.
  • the lens surface must be sharply concave or convex to increase the refractive power of the first and second lenses 101 and 102. In this case, the lens surface must be sharply concave or convex. It is not easy to manufacture, and the rate of lens defects increases, which may cause a decrease in yield.
  • the second lens 102 may be disposed between the first lens 101 and the third lens 103.
  • the second lens 102 may have positive (+) or negative (-) refractive power at the optical axis (OA).
  • the second lens 102 may have negative refractive power.
  • the second lens 102 may include plastic or glass, for example, may be made of glass.
  • the second lens 102 is made of glass that is not injection molded.
  • the object-side third surface S3 of the second lens 102 may be flat, and the sensor-side fourth surface S4 may be concave.
  • the fourth surface S4 may be spherical.
  • the fourth surface S4 may be provided without a critical point from the optical axis OA to the end of the effective area.
  • the third surface S3 may be convex and the fourth surface S4 may be concave.
  • the second lens 102 may have a concave shape on both sides.
  • the refractive index of the second lens 102 is n2
  • the condition of 1.7 ⁇ n2 or 1.75 ⁇ n2 ⁇ 2.1 may be satisfied. Since the refractive index (n2) of the second lens 102 is higher than that of other lenses, the radius of curvature of the third surface S3 of the second lens 102 can be increased, and manufacturing the lens can be easy.
  • the center distance between the second lens 102 and the third lens 103 may be spaced apart. Additionally, when the radius of curvature of the third surface S3 of the second lens 102 is L2R1 and the radius of curvature of the fourth surface S4 is L2R2, the condition L2R1 > L2R2 may be satisfied. If this condition is satisfied, light can be efficiently refracted by the fourth surface S4, thereby guiding the effective diameters of the third to fifth lenses 103 to 105 not to increase, and reducing the TTL. You can.
  • the condition is L2R1 ⁇ L2R2
  • a lot of aberrations may occur on the object side of the second lens 102
  • the refractive efficiency of light may decrease on the sensor side
  • the effective diameter of the rear lenses may increase
  • the TTL may also increase. there is.
  • the third lens 103 may have positive (+) or negative (-) refractive power at the optical axis (OA).
  • the third lens 103 may have positive (+) refractive power.
  • the third lens 103 may include plastic or glass, for example, glass.
  • the third lens 103 is made of glass that is not injection molded.
  • the object-side fifth surface S5 of the third lens 103 may be convex
  • the sensor-side sixth surface S6 may be convex.
  • the third lens 103 may have a shape in which both sides are convex at the optical axis OA. At least one or both of the fifth surface S5 and the sixth surface S6 may be spherical.
  • At least one or both of the fifth surface S5 and the sixth surface S6 may be provided without a critical point from the optical axis OA to the end of the effective area.
  • the third lens 103 may have a meniscus shape that is convex toward the object or sensor side.
  • the third lens 103 may have a concave shape on both sides of the optical axis.
  • the aperture ST may be disposed around the sixth surface S6 on the sensor side of the third lens 103. Since the third lens 103 adjacent to the object side of the aperture ST has positive refractive power (F3 > 0), the third lens 103 can refract incident light in the optical axis direction. , it is possible to suppress an increase in the effective diameter of the sensors or rear lenses of the third lens 103. Accordingly, the third lens 103 can prevent a decrease in the yield by weight of the optical system and improve production efficiency.
  • the focal lengths of the fourth and fifth lenses 104 and 105 disposed on the sensor side of the aperture ST may have a positive value, and the TTL may be reduced within the angle of view range.
  • the effective diameter of the optical filter 155 disposed on the sensor side of the third lens 103 is the third lens 103. It may be larger than the effective diameter of the sixth surface (S6) of (103).
  • the optical filter 155 transmits the laser beam emitted from the transmission optical system of the LiDAR device and blocks beams of other wavelengths.
  • the fourth lens 104 may have positive (+) or negative (-) refractive power at the optical axis (OA).
  • the fourth lens 104 may have positive (+) refractive power.
  • the fourth lens 104 may include plastic or glass, and may be provided as a glass material.
  • the fourth lens 104 may be injection molded.
  • the object-side seventh surface S7 of the fourth lens 104 may be convex
  • the sensor-side eighth surface S8 may be convex.
  • the fourth lens 104 may have both sides convex. At least one or both of the seventh surface S7 and the eighth surface S8 may be aspherical.
  • the aspheric coefficients of the seventh and eighth surfaces S7 and S8 may be provided as S1 and S2 of L4 in FIG. 3.
  • the seventh surface S7 may have a critical point from the optical axis OA to the end of the effective area.
  • the eighth surface S8 may be provided without a critical point from the optical axis OA to the end of the effective area. Both the seventh surface S7 and the eighth surface S8 may have no critical points or may have critical points.
  • the critical point is a point where the sign of the optical axis OA and the slope value with respect to the direction perpendicular to the optical axis OA changes from positive (+) to negative (-) or from negative (-) to positive (+). , may mean a point where the slope value is 0.
  • the critical point may be a point where the slope value of a tangent line passing through the lens surface increases and then decreases, or a point where it decreases and then increases.
  • the fourth lens 104 may have a meniscus shape that is convex toward the object or sensor side. Differently, the fourth lens 104 may have a concave shape on both sides of the optical axis OA.
  • the fifth lens 105 may have positive (+) or negative (-) refractive power at the optical axis (OA).
  • the fifth lens 105 may have positive (+) refractive power.
  • the fifth lens 105 may include plastic or glass, and may be provided as a glass material.
  • the fifth lens 105 may be injection molded.
  • the object-side ninth surface S9 of the fifth lens 105 may be convex
  • the sensor-side tenth surface S10 may be convex.
  • the fifth lens 105 may be convex on both sides. Differently, the fifth lens 105 may have a concave shape on both sides of the optical axis OA. At least one or both of the ninth surface S9 and the tenth surface S10 may be aspherical.
  • the aspheric coefficients of the 9th and 10th surfaces may be provided as L1 and L2 of L5 in FIG. 3. Both the ninth surface S9 and the tenth surface S10 may have no critical point. Alternatively, at least one or both of the ninth and tenth surfaces S9 and S10 may have a critical point from the optical axis OA to the end of the effective area.
  • the effective diameter of the fifth lens 105 may be smaller than the effective diameter of the fourth lens 104.
  • the fifth lens 105 may have a lower refractive index than the refractive index of the first and second lenses 101 and 102, and may have an Abbe number lower than the Abbe numbers of the first and second lenses 101 and 102.
  • the third lens 103, the fourth lens 104, and the fifth lens 105 may have convex shapes on both sides, and may all have positive refractive power.
  • the third lens 103, the fourth lens 104, and the fifth lens 105 have a lower refractive index than the first and second lenses 101 and 102, and the first and second lenses 101 and 102 ) can have an Abbe number lower than the Abbe number of ).
  • At least one of the object-side surface and the sensor-side surface of the fourth and fifth lenses 104 and 105 may have a free curved surface, that is, a non-rotationally symmetric curved surface.
  • the fifth lens 105 may be an aspherical lens closest to the image sensor 151.
  • aberrations such as spherical aberration and chromatic aberration can be improved by the lens surface having an aspherical surface, and the influence on resolution can be controlled.
  • Optical performance can be improved by the aspherical lens surfaces of the lenses adjacent to the image sensor 151, for example, aberration characteristics can be improved and resolution deterioration can be prevented.
  • the aperture ST and the optical filter 155 may be disposed within the second lens group.
  • the aperture (ST) and the optical filter 155 are located between a first lens group in which at least one of the object-side surface and the sensor-side surface is spherical, and a second lens group in which at least one of the object-side surface and the sensor-side surface is aspherical. can be placed in
  • the aperture ST and the optical filter 155 may be disposed between a first lens group having non-injection molded lenses and a second lens group having injection molded lenses.
  • the aperture ST and the optical filter 155 include a first lens group having lenses disposed on the object side of the aperture ST and a second lens group having lenses disposed on the sensor side of the optical filter 155. It can be placed between lens groups.
  • FIG. 2 is an example of lens data of the optical system of the embodiment of FIG. 1.
  • the radius of curvature (Radius) at the optical axis (OA) of the first to fifth lenses (101, 102, 103, 104, 105), the center thickness (CT) of the lens, and the center between the lenses You can set the center gap or center distance (CG), refractive index at d-line, Abbe Number, and effective radius size.
  • the center thickness of the first to fifth lenses 101 to 105 is indicated by CT1 to CT5, the edge thickness at the end of the effective area of each lens is indicated by ET1 to ET5, and the two adjacent lenses
  • the center spacing is indicated as CG1 to CG4.
  • the first to fifth lenses 101 to 105 may satisfy the following conditions.
  • Condition 1 CT2 ⁇ CT1 ⁇ CT3
  • Condition 2 CT4 ⁇ CT5 ⁇ (CT3+CT4)
  • Condition 3 CT3-CT4 ⁇ CT2
  • Condition 4 ET3 ⁇ ET2 ⁇ ET1
  • Condition 5 ET4 ⁇ ET3 ⁇ ET5 ⁇ CT5
  • Condition 6 CT2 ⁇ CT1 ⁇ ET2 ⁇ ET1
  • Condition 7 CG1 ⁇ CT4 ⁇ CT5 ⁇ CG2
  • the central thickness (CT5) of the fifth lens 105 is the largest among the lenses, and the central thickness (CT2) of the second lens 102 is the smallest among the lenses.
  • the maximum center thickness may be more than twice the minimum center thickness, and the difference between the maximum center thickness and the minimum center thickness may be more than 4 mm. That is, even if the lenses made of spherical material have a thin center thickness, optical performance may not deteriorate and the sensor system may be provided with a slim thickness. By adjusting the thickness of these lenses, thermal compensation can be made for temperatures that vary from low to high temperatures.
  • the center spacing (CG2) between the second lens 102 and the third lens 103 is the maximum, and the center spacing between the first and second lenses 101 and 102 is the maximum. It is larger than (CG1).
  • the center spacing between the third and fourth lenses 103 and 104 may be minimal.
  • the difference between the maximum center spacing and the minimum center spacing may be 5 mm or more, for example, in the range of 5 mm to 8 mm.
  • the maximum center spacing between lenses is provided greater than the minimum center thickness of each lens, allowing control of the light path.
  • the lens with the maximum effective diameter may be the first lens 101 that is closest to the object.
  • the lens having the maximum effective diameter may be a spherical lens made of glass.
  • the lens surface having the maximum effective diameter may be the first surface S1 of the first lens 101.
  • the lens having the minimum effective diameter may be the second lens 102 adjacent to the first lens 101.
  • the lens surface having the minimum effective diameter may be the fourth surface S4 of the second lens 102 and may be less than 70% of the first surface S1.
  • the effective diameter of each of the first to fifth lenses 101 - 105 may be larger than the diagonal length of the image sensor 151 .
  • the sum of the central thicknesses of the first to third lenses 101 to 103 may be smaller than the sum of the central thicknesses of the fourth and fifth lenses 104 and 105.
  • the average effective diameter of the first to third lenses 101-103 may be greater than the average effective diameter of the fourth and fifth lenses 104 and 105.
  • the fourth and fifth lenses 104 and 105 have an aspherical surface and can guide light incident through the spherical lens to the image sensor 151.
  • the focal length of the fourth lens 104 is the largest among lenses and may be 20 mm or more and 40 mm or less. Accordingly, it is possible to have improved MTF characteristics, aberration control characteristics, resolution characteristics, etc. in the field of view range set in the optical system, and good optical performance in the periphery of the field of view.
  • the lens surfaces of the fourth and fifth lenses 104 and 105 may include an aspherical surface with an aspheric coefficient of the 12th order or higher, for example, the 30th order. That is, the object-side surface and the sensor-side surface of the fourth and fifth lenses 104 and 105 may be lens surfaces having a 12th order aspheric coefficient.
  • Y is the radius of curvature and K is the Conic constant.
  • Aspheres with at least 12th order aspherical coefficients (A, B, C, D, E) (a number other than “0”) can significantly change the aspherical shape of the peripheral area, thus improving the optical performance of the peripheral area of the field of view (FOV). It can be corrected well.
  • the focal lengths (F1, F2) of the first and second lenses (101, 102) have negative refractive power
  • the focal lengths (F3, F4, F5) of the third, fourth, and fifth lenses (103, 104, 105) have positive refractive power. You can have it.
  • the second lens 102 and the third lens 103 which are lenses disposed adjacently, may satisfy the following conditions.
  • the second lens 102 has a negative refractive power
  • the third lens 103 has a positive refractive power, so according to the conditions 1 and 2, the refractive index of the third lens is equal to the second lens. It is greater than the refractive index of the lens, and the dispersion value of the third lens is smaller than the dispersion value of the second lens. Chromatic aberration occurring in a spherical lens can be corrected with a spherical lens.
  • the refractive index difference between the second lens 102 and the third lens 103 which are continuously arranged spherical lenses, satisfies 0.1 or more and 0.15 or less, and the Abbe number difference satisfies 10 or more and 20 or less, resulting in a spherical lens.
  • Chromatic aberration can be compensated for with a spherical lens.
  • the optical system generates chromatic aberration, and aspheric lenses arranged in succession are used to correct the chromatic aberration.
  • the lens repeats contraction and expansion. Since lenses made of the same material have the same amount of change in lens characteristics due to temperature changes, it is effective to correct chromatic aberration between lenses made of the same material even if the temperature changes. For example, as shown in Figure 4, when the temperature of the lens barrel or the receiving optical system changes from -40 degrees to 90 degrees, it can be seen that the refractive index of the first to fourth lenses in the d-line hardly changes. Therefore, in an embodiment of the invention, the fourth lens 104 and the fifth lens 105 can correct chromatic aberration occurring in a spherical lens made of glass.
  • FIG. 5 is a graph showing diffraction MTF at low temperature, room temperature, and high temperature in the optical system of FIG. 1, and is a graph showing luminance ratio (modulation) according to spatial frequency.
  • the deviation of MTF from low or high temperature based on room temperature may be less than 10%, that is, 7% or less.
  • each MTF curve was measured in 0.302mm increments from 0.000 mm to 3.020 mm.
  • Figures 6 to 9 are graphs showing aberration characteristics at low temperature, room temperature, and high temperature in the optical system of Figure 1.
  • 6 to 9 are graphs measuring spherical aberration, astigmatic field curves, and distortion from left to right. 6 to 9, the X-axis may represent focal length (mm) and distortion (%), and the Y-axis may represent the height of the image. Additionally, the graph for spherical aberration is a graph for light in a wavelength band of about 930 nm, about 940 nm, and about 950 nm, and the graph for astigmatism and distortion is a graph for light in a wavelength band of about 940 nm. In the aberration diagrams of FIGS.
  • the optical system 100 has improved resolution and can have good optical performance even in the center and periphery of the field of view (FOV).
  • the low temperature is -20 degrees or lower, for example, in the range of -20 to -50 degrees
  • the room temperature is in the range of 22 degrees ⁇ 5 degrees or 18 to 27 degrees
  • the high temperature is 85 degrees or higher, for example, in the range of 85 to 120 degrees. It can be. Accordingly, it can be seen that the decrease in luminance ratio (modulation) from the low temperature to the high temperature in FIGS. 6 to 9 is less than 10%, for example, 5% or less, or is almost unchanged.
  • the MTF deviation according to temperature is shown in Table 1.
  • Table 2 compares changes in optical characteristics such as EFL, BFL, F number (F#), TTL, and angle of view (FOV) at room temperature, low temperature, and high temperature in the receiving optical system according to the embodiment, and the optical characteristics at low temperature based on room temperature. It can be seen that the rate of change in properties is 5% or less, for example, 3% or less or 2% or less, and the rate of change in optical properties at high temperatures based on room temperature is 5% or less, for example, 3% or less or 2% or less. there is.
  • the change in optical properties according to the temperature change from low to high temperature for example, the rate of change in effective focal length (EFL), TTL, BFL, F number, and angle of view (FOV) is 10% or less, that is, It can be seen that it is in the range of 5% or less, for example, 0 to 5%.
  • temperature compensation for the aspherical lenses is designed to prevent deterioration in the reliability of optical characteristics.
  • the optical system of the embodiment disclosed above can effectively control aberration characteristics such as chromatic aberration and distortion aberration, and can have good optical performance even in the center and periphery of the field of view (FOV).
  • the receiving optical system can prevent degradation of optical performance from low to high temperatures by considering the characteristics of the vehicle optical system. For example, after designing a lens at room temperature, the value of dn/dt, which is the coefficient of change of the refractive index for each temperature, is assembled considering the power combination of each lens, and the value of the temperature coefficient (dn/dt) according to the refractive index of the lens and low temperature, Depending on room temperature and high temperature, the defocus for the thickness variable can be set to 5 ⁇ m or less.
  • the first to third lenses 101, 102, and 103 are made of spherical glass
  • the fourth and fifth lenses 104, 105 are made of aspherical glass. Conventional filters are placed between the image sensor and the last lens.
  • the optical filter 155 may be placed close to the aperture ST, that is, between the aperture ST and the fourth lens 104. Accordingly, the angle of incidence of light incident on the optical filter 155 can be minimized. That is, the angle of incidence of the main beam incident on the optical filter 155 may be less than a maximum of 20 degrees, that is, less than 18 degrees.
  • the filter transmittance range is shifted depending on the angle of incidence incident on the optical filter 155.
  • the angle of incidence of the main beam incident on the filter is about 45 degrees, but the optical filter 155 of the invention is disposed around the aperture ST, The angle of incidence of the beam is reduced to less than 20 degrees, for example, less than 18 degrees.
  • the filter can be filtered from 0 degrees to a maximum angle of less than 20 degrees. This has the effect of allowing wider use of the area.
  • Figure 9 is a graph showing a curve of transmittance (%) when the incident angle of the main beam incident on the filter of the invention is 0 degrees, 20 degrees, and 40 degrees.
  • the angle of incidence of the main beam on the incident surface of the optical filter 155 is shown in Table 3.
  • the angle of incidence (AOI) data in Table 3 the angle of incidence in different directions ( ⁇ Y direction, ⁇ X direction) with the chief ray incident on the filter from 0 field to 1.05 field It can be seen that the incident occurs from 0 degrees to a maximum of 17.55 degrees. Accordingly, the problem of the angle of incidence (AOI) of the main beam shifting at low and high temperatures compared to room temperature can be minimized.
  • the optical system 100 according to the embodiment disclosed above may satisfy at least one or two of the equations described below. Accordingly, the optical system 100 according to the embodiment may have improved optical characteristics. For example, when the optical system 100 satisfies at least one mathematical equation, the optical system 100 can effectively control aberration characteristics such as chromatic aberration and distortion aberration, and has good aberration properties even in the center and periphery of the field of view (FOV). It can have optical performance. Additionally, the optical system 100 may have improved resolution.
  • the meaning of the thickness of the lens at the optical axis (OA) and the distance between the adjacent lenses at the optical axis (OA) described in the equations may refer to the embodiment disclosed above.
  • Equation 1 may satisfy 1 ⁇ CT1 / CT2 ⁇ 3.
  • CA11 is the effective diameter of the object-side surface S1 of the first lens 101.
  • the central thickness (CT1) of the first lens 101 and the effective diameter (CA11) of the object side surface (S1) of the first lens 101 can be set. If these are satisfied, the lens made of glass Deterioration of strength and optical properties can be prevented. If it is lower than the range of Equation 1, the lens may be damaged or the incident efficiency may be reduced, and if it is larger than the above range, the TTL may increase and the weight of the optical system may become heavy.
  • Equation 2 may satisfy 7 ⁇ CA11/CT1 ⁇ 12.
  • Equation 3 the center thickness (CT5) of the fifth lens 105 and the center thickness (CT4) of the fourth lens 104 can be set, so heat compensation can be optimized according to temperature changes from low to high temperatures. , deterioration of optical performance can be prevented.
  • Equation 3 may satisfy 1 ⁇ CT5/CT4 ⁇ 2.
  • Equation 3-1 may satisfy 1 ⁇ CT5/CT3 ⁇ 2.
  • CT5 center thickness
  • the fifth lens 105 which is closest to the image sensor 151, has a thicker center thickness (CT5) and does not significantly increase the effective diameter, but directs the light refracted through the object-side lenses to the entire area of the image sensor 151. It can be refracted.
  • the central thickness (CT5) of the fifth lens 105 is set larger than the sum of the central thicknesses (CT1, CT2) of the first and second lenses (101, 102), so that the light refracted from the object-side lens is transmitted to the image sensor. (151) can guide you.
  • Equation 4 may satisfy 1 ⁇ CT5/(CT1+CT2) ⁇ 2. Accordingly, the fifth lens 105 closest to the image sensor 151 may have a thicker center thickness (CT5) and may not significantly increase the effective diameter.
  • the center distance (CG2) between the second and third lenses (102, 103) is set larger than the center thickness (CT5) of the fifth lens (105), so that the second lens (102) has a concave sensor side and It can be set to a lens with the minimum effective diameter. Additionally, the effective diameter of the third lens 103 can be increased than the effective diameter of the second lens 102. Preferably, 0.5 ⁇ CT5 / CG2 ⁇ 1 may be satisfied.
  • Equation 6 the center spacing (CG1) between the first and second lenses (101 and 102) and the center spacing (CG4) between the fourth and fifth lenses (104 and 105) are set, so that the center spacing between the spherical lenses and the aspherical lenses are You can set the center spacing.
  • 0.5 ⁇ CG4 / CG1 ⁇ 1 may be satisfied.
  • the center spacing (CG2) between the second and third lenses (102, 103) is set larger than the center spacing (CG4) of the fourth and fifth lenses (104, 105), so that the center spacing between the spherical lenses on the object side is This can reduce the center spacing between aspherical lenses on the sensor side.
  • 0.3 ⁇ CG4 / CG2 ⁇ 0.8 may be satisfied.
  • FT is the thickness of the optical filter 155.
  • the center gap CG3 between the third and fourth lenses 103 and 104 is made larger than the thickness of the optical filter 155, so that the optical filter ( 155) can be secured to place space.
  • 3 ⁇ CG3 / FT ⁇ 5 may be satisfied.
  • the center distance CG2 between the second and third lenses 102 and 103 can be set larger than the optical axis distance between the object side of the first lens 101 and the sensor side of the second lens 102.
  • the effective diameter of the object-side surface of the first lens 101 can be set to the maximum
  • the second lens 102 can be set to a lens having a concave sensor-side surface and a minimum effective diameter.
  • 1 ⁇ CG2 / (CT1 + CG1 + CT2) ⁇ 1.5 may be satisfied.
  • n1 is the refractive index at the d-line of the first lens 101.
  • Equation 10 may preferably satisfy 1.75 ⁇ n1 ⁇ 2.1. If it is designed lower than the lower limit of Equation 10, the performance can be achieved by reducing aberration, but the refractive power of the first lens is weakened and the light cannot be collected efficiently, which may deteriorate the performance of the optical system. If it is designed higher than the upper limit of Equation 10, there is a disadvantage in that it becomes difficult to obtain materials. Additionally, when the refractive index of the first lens 101 is designed to be lower than the lower limit of Equation 10, the radius of curvature of the first and second lenses may be increased to increase the refractive power of the first and second lenses.
  • Aver(n1:n5) is the average of the refractive index values in the d-line of the first to fifth lenses. If Equation 10-1 is satisfied, the optical system 100 can set the resolution and suppress the influence on TTL.
  • GLn_Aver is the average of refractive index values in the d-line of spherical glass lenses
  • GMn_Aver is the average of refractive index values in the d-line of aspherical glass lenses that are glass molds.
  • the spherical lens is a lens made of glass that is not injection molded
  • the aspherical lens is a lens made of glass that is injection molded.
  • Spherical lenses with a high refractive index can be placed on the object side of the aspherical lens to increase color dispersion.
  • Equation 11 are the refractive indices at the d-line of the first and third lenses 101 and 103.
  • Equation 11 the difference in the refractive index of the first lens 101 and the third lens 103 is reduced, thereby preventing a decrease in color dispersion caused by lenses made of glass.
  • Equation 11 may satisfy 1 ⁇ n1/n3 ⁇ 1.3.
  • n3 and n4 are the refractive indices at the d-line of the third and fourth lenses 103 and 104.
  • the refractive index of the third lens 103 is set higher than the refractive index of the fourth lens 104, so that color dispersion by spherical lenses and color dispersion by aspherical lenses can be adjusted.
  • Equation 12 may satisfy 1 ⁇ n3/n4 ⁇ 1.2.
  • n1 and n4 are the refractive indices at the d-line of the first and fourth lenses 101 and 104
  • v1 and v4 are the Abbe numbers of the first and fourth lenses.
  • the product of the refractive index of the first lens 101 and the Abbe number is set larger than the product of the refractive index of the fourth lens 104 and the Abbe number, so that color dispersion by lenses made of spherical material and aspherical lenses are reduced. Color dispersion can be adjusted.
  • BFL is the optical axis distance from the surface of the image sensor 151 to the center of the sensor side of the last lens, that is, the fifth lens
  • D1 is the distance from the surface of the image sensor 151 to the surface of the optical filter 155. It is the optical axis distance.
  • the optical filter 155 can be placed in an area adjacent to the aperture ST, or placed around a lens closer to the object than the last lens.
  • the optical filter 155 is adjacent to the aperture ST and may be disposed closer to the image sensor 151 than the aperture ST.
  • CT n is the central thickness of the nth lens adjacent to the image sensor 151
  • CT n-1 represents the central thickness of the n-1th lens
  • D1 is the optical filter 155 on the surface of the image sensor 151.
  • the optical axis distance between the optical filter 155 and the image sensor 151 can be set to be greater than the sum of the center thicknesses of the nth lens and the n-1th lens adjacent to the image sensor 151.
  • the nth lens may be a fifth lens
  • the n-1th lens may be a fourth lens. Accordingly, the angle of incidence of the main beam incident on the optical filter 155 can be reduced to less than 20 degrees, and the problem of the angle of incidence shifting at low and high temperatures compared to room temperature can be minimized.
  • TTL is the optical axis distance from the center of the object side surface of the first lens 101 to the surface of the image sensor 151.
  • the optical axis distance between the optical filter 155 and the image sensor 151 can be set to less than 1/2 of the total optical axis length (TTL). Accordingly, the angle of incidence of the main beam incident on the optical filter 155 can be reduced to less than 20 degrees, and the problem of the angle of incidence shifting at low and high temperatures compared to room temperature can be minimized.
  • D1 satisfies 18 mm ⁇ D1 ⁇ 25mm.
  • D1 is the optical axis distance from the surface of the image sensor 151 to the optical filter 155
  • D2 is the distance from the center of the object-side surface of the first lens 101 to the object-side surface of the optical filter 155. It is the optical axis distance.
  • the optical filter 155 may be placed between the lenses or may be placed adjacent to the aperture ST between the third and fourth lenses. Accordingly, the angle of incidence of the main beam incident on the optical filter 155 can be reduced to less than 20 degrees, and the problem of the angle of incidence shifting at low and high temperatures compared to room temperature can be minimized.
  • the filter can be placed between the third and fourth lenses. Additionally, 0 ⁇ FT ⁇ EG3 may be satisfied, where EG3 is the edge spacing between the third and fourth lenses. Additionally, 0 ⁇ FT ⁇ CG_Min may be satisfied, where CG_Min represents the minimum center distance between two adjacent lenses.
  • CA21 refers to the effective diameter of the third surface S3 of the second lens 102.
  • the optical system 100 can control incident light and set factors affecting aberration.
  • 1 ⁇ CA11 / CA21 ⁇ 2.5 can be satisfied.
  • CA22 refers to the effective diameter of the fourth surface (S4) of the second lens 102
  • CA31 refers to the effective diameter of the fifth surface (S5) of the third lens 103.
  • Equation 19 the optical system 100 can control the incident light path and set the sensor side of the second lens 102 to have a concave shape.
  • Equation 19 may satisfy 0.5 ⁇ CA22 / CA31 ⁇ 1.
  • CA42 refers to the effective diameter of the eighth surface (S8) of the fourth lens 104
  • CA51 refers to the effective diameter of the ninth surface (S9) of the fifth lens 105. If Equation 20 is satisfied, the optical system 100 can set a light path incident on the image sensor 151 through the fourth lens 104 and the fifth lens 105. Equation 20 may preferably satisfy 1 ⁇ CA42 / CA51 ⁇ 1.5.
  • Equation 21 preferably satisfies 1 ⁇ CA11 / CA51 ⁇ 2.5.
  • the concave radius of curvature of the sensor side of the second lens 102 can be set, and the optical path between the second and third lenses 102 and 103 can be set.
  • 1 ⁇ CG2 / (CT2 + CT3) ⁇ 2 may be satisfied.
  • Equation 23 the radius of curvature of the sensor side surface of the fourth lens 104 can be reduced, and an optical path can be set according to the center distance between the fourth and fifth lenses 104 and 105.
  • 0 ⁇ CG4 / (CT4 + CT5) ⁇ 0.7 may be satisfied.
  • CG_Max refers to the maximum center spacing between lenses in the optical system.
  • the maximum center spacing between lenses is located on the object side than the center spacing between the fourth lens 104 and the fifth lens 105, so that the fourth lens 104 Increase in size can be suppressed.
  • 1.5 ⁇ CG_Max / CG4 ⁇ 3 may be satisfied.
  • CT5 is the center thickness of the fifth lens
  • BFL is the optical axis distance from the center of the sensor side of the last lens to the image sensor 151. That is, BFL is the optical axis distance from the center of the sensor side surface of the fifth lens 105 to the surface of the image sensor 151. If Equation 25 is satisfied, the incident light can be stably transmitted to the entire area of the image sensor 151 by the fifth lens 105. Preferably, 1 ⁇ CT5 / BFL ⁇ 3 may be satisfied.
  • CT5 is the maximum central thickness of the lenses.
  • the effective diameter of the fifth lens 105 can be adjusted.
  • 0.1 ⁇ CG3 / CT5 ⁇ 1 may be satisfied.
  • the effective diameter of the fifth lens 105 can be adjusted and the aberration characteristics in the center and periphery of the image sensor 151 can be improved.
  • 0.3 ⁇ CG4 / CT5 ⁇ 1 may be satisfied.
  • L5R2 is the radius of curvature of the sensor side surface of the fifth lens. If Equation 28 is satisfied, the refractive power of the fifth lens 105 can be controlled and optical performance can be improved.
  • L5R1 is the radius of curvature of the object-side surface of the fifth lens. If Equation 29 is satisfied, the refractive power of the fifth lens 105 can be controlled and optical performance can be improved.
  • L1R1 is the radius of curvature of the object-side surface of the first lens
  • L1R2 is the radius of curvature of the sensor-side surface of the first lens
  • L2R1 is the radius of curvature of the object-side surface of the second lens
  • L2R2 is the radius of curvature of the sensor-side surface of the second lens. If Equation 31 is satisfied, the refractive power of the second lens 102 can be controlled to improve optical performance, and the effective diameter of the sensor-side lenses of the second lens 102 can be adjusted. When the object-side surface of the second lens 112 is flat, lens processing can be facilitated.
  • Equation 32 the maximum center thickness (CT_Max) of the lenses and the maximum spacing (CT_Max) between adjacent lenses can be set. If Equation 32 is satisfied, the optical system can have good optical performance at the focal length of the set angle of view and can reduce TTL. Preferably, 0 ⁇ CT_Max / CG_Max ⁇ 1 may be satisfied.
  • ⁇ CT is the sum of the central thicknesses of the lenses
  • ⁇ CG is the sum of the spacing between adjacent lenses. If Equation 33 is satisfied, the optical system can have good optical performance at the focal distance at the set angle of view and can reduce TTL. Preferably, 0 ⁇ ⁇ CT / ⁇ CG ⁇ 1 may be satisfied.
  • ⁇ Index means the sum of the refractive indices at the d-line of each of the plurality of lenses. If Equation 34 is satisfied, TTL can be controlled in the optical system 100 in which an aspherical lens and a spherical lens are mixed, and improved resolution can be achieved. Additionally, if the number of lenses made of spherical material is greater than the number of lenses made of aspherical material, the sum of TTL and refractive index can be set. Equation 34 may preferably satisfy 7 ⁇ ⁇ Index ⁇ 13.
  • ⁇ Abbe means the sum of the Abbe numbers of each of the plurality of lenses.
  • the optical system 100 can have improved aberration characteristics and resolution.
  • optical characteristics can be controlled, and preferably 10 ⁇ ⁇ Abb / ⁇ Index ⁇ 30.
  • ⁇ CT is the sum of the center thicknesses of a plurality of lenses, and n is the number of lenses in the optical system. If Equation 36 is satisfied, TTL can be controlled. Preferably, 70 ⁇ ⁇ CT*n ⁇ 120 may be satisfied.
  • Equation 37 is the sum of the center thicknesses of the lenses, and ⁇ ET is the end of the effective area of the lenses, that is, the sum of the edge thicknesses. If Equation 37 is satisfied, the optical system can have good optical performance at the focal distance at the set angle of view and can reduce TTL. Equation 37 may preferably satisfy 0.5 ⁇ ⁇ CT / ⁇ ET ⁇ 1.5.
  • CA11 is the effective diameter of the object-side first surface (S1) of the first lens, and CA_Min represents the minimum effective diameter among the object-side surfaces and sensor-side surfaces of the lenses. If Equation 38 is satisfied, the optical system can control incident light, maintain optical performance, and provide a slimmer module. Equation 38 may preferably satisfy 1 ⁇ CA11 / CA_Min ⁇ 3.
  • CA11 may be the maximum effective diameter
  • the sensor side of the second lens 102 may be the minimum effective diameter.
  • CA_Max represents the maximum effective diameter among the object-side and sensor-side surfaces of the lenses. If Equation 39 is satisfied, the optical system can maintain optical performance and set the size for a slim and compact structure. Equation 39 may preferably satisfy 1 ⁇ CA_Max / CA_Min ⁇ 3.
  • Equation 39 is the center distance between the second and third lenses, and CA12 is the effective diameter of the sensor side of the first lens. If Equation 39 is satisfied, the incident light of the spherical lenses can be adjusted. Equation 39 may preferably satisfy 0.5 ⁇ CG2 / CA12 ⁇ 1.
  • CA_Aver represents the average of the effective diameters of the object-side surfaces and sensor-side surfaces of the lenses. If Equation 40 is satisfied, the optical system can maintain optical performance and set up a slim and compact sensor device. Equation 40 may preferably satisfy 1 ⁇ CA_Max / CA_Aver ⁇ 2.
  • Equation 41 may preferably satisfy 0.5 ⁇ CA_Min / CA_Aver ⁇ 1.
  • Equation 42 can be set to the maximum effective diameter (CA_Max) and the diagonal length of the image sensor (2*ImgH). If this is satisfied, the optical system can maintain good optical performance and a slim and compact sensor device can be set up. Equation 42 may preferably satisfy 3 ⁇ CA_Max / (2*ImgH) ⁇ 4.5.
  • TD is the optical axis distance from the center of the object side of the first lens to the center of the sensor side of the last lens. If Equation 42-1 is satisfied, the total optical axis distance and maximum effective diameter of the lenses can be set, and the size for good optical performance can be set. Equation 42-1 preferably satisfies 1 ⁇ TD / CA_Max ⁇ 3.
  • the SD is the optical axis distance from the position of the aperture to the surface of the image sensor.
  • the condition of 1.5 ⁇ TD/SD ⁇ 2.5 can be satisfied.
  • Equation 43 preferably states that 0 ⁇ F /
  • Equation 44 may preferably satisfy 0 ⁇ F / L1R1 ⁇ 0.5.
  • EPD refers to the size (mm) of the entrance pupil of the optical system 100
  • L5R2 refers to the radius of curvature of the sensor side surface of the fifth lens.
  • the optical system 100 can control incident light.
  • The condition of ⁇ 0.5 can be satisfied.
  • the size of the entrance pupil of the optical system 100 and the radius of curvature of the object-side surface of the first lens can be set, and if these are satisfied, the optical system 100 can control the incident light.
  • the condition 0 ⁇ EPD / L1R1 ⁇ 0.5 may be satisfied.
  • F1 is the focal length of the first lens
  • F2 is the focal length of the second lens. If Equation 47 is satisfied, resolution can be improved by controlling the refractive power of the first and second lenses, and TTL and effective focal length (EFL) can be affected. Preferably, 0 ⁇
  • the focal length of the first lens and the effective focal length of the optical system can be set, and the refractive power of the first lens can be controlled to improve resolution.
  • the focal lengths of the first and fifth lenses can be set, and the refractive power of the first and fifth lenses can be controlled to improve resolution.
  • ⁇ 5 may be satisfied.
  • F1, F2, F3, F4, and F5 are the focal lengths of the first to fifth lenses, and the effective distance of the aspherical lens is adjusted by adjusting the focal distance of the last aspherical lens from the focal distance of the spherical lens.
  • Light can be guided to an area.
  • F1 is -10 mm or less, for example, in the range of -10 mm to -30 mm.
  • F2 is -5 mm or less, for example, in the range of -5 mm to -20 mm.
  • F3 is 15 mm or more, for example in the range of 15 mm to 30 mm.
  • F4 is 16mm or more, for example, in the range of 16mm to 34mm.
  • F5 is greater than 5 mm, for example in the range of 5 mm to 17 mm.
  • the balance of the respective focal lengths of each lens can suppress differences in focus positions due to temperature changes. Accordingly, the optical properties of imaging lenses can be prevented from being deteriorated due to temperature changes.
  • the aperture ST is disposed on the sensor side of the third lens 103.
  • the focal length of the lens placed on the sensor side than the aperture (ST) and closest to the aperture (ST) is greater than 0.
  • F3 the focal length of the third lens 103, must be designed to be greater than 0.
  • the third lens 103 collects light to prevent the effective diameter of the fourth to fifth lenses, which are lenses disposed closer to the sensor than the third lens 103, from increasing, and the TTL By preventing lengthening, miniaturization of the receiving optical system is possible.
  • a wide-angle optical system can be provided with a field of view (FOV) exceeding 100 degrees, for example, in the range of 110 degrees to 130 degrees.
  • Po2 is the refractive power value of the second lens
  • Po3 is the refractive power value of the third lens. That is, the refractive powers of the second and third lenses are opposite to each other, so aberrations can be improved and light can be effectively guided to the aspherical lens. In the case of Po2 * Po3 > 0, the effect of improving chromatic aberration in the two lenses is not significant.
  • Total track length (TTL) refers to the distance (mm) on the optical axis OA from the center of the first surface S1 of the first lens 101 to the upper surface of the image sensor 151.
  • TTL Total track length
  • Equation 51 preferably satisfies the condition of 30mm ⁇ TTL ⁇ 55mm or TD ⁇ TTL.
  • Equation 52 can set the diagonal size of the image sensor 151 and provide an optical system having a sensor size for a vehicle. Equation 52 preferably satisfies 2mm ⁇ ImgH ⁇ 5mm.
  • Equation 53 the back focal length (BFL) is set to be greater than 1.5 mm and less than 7 mm, so that the installation space for the cover glass 153 can be secured and the component through the gap between the image sensor 151 and the last lens. It is possible to improve the assembling of the components and improve the joint reliability. Equation 53 preferably satisfies 4mm ⁇ BFL ⁇ 7mm. If the BFL is less than the range of Equation 53, some of the light traveling to the image sensor may not be transmitted to the image sensor, which may cause resolution deterioration. If the BFL exceeds the range of Equation 53, stray light may enter and the aberration characteristics of the optical system may deteriorate.
  • Equation 54 can set the overall focal length (F) to suit the vehicle optical system. Equation 54 can satisfy 1 ⁇ F ⁇ 5.
  • FOV Field of view
  • Degree the angle of view of the optical system 100
  • F0V field of view
  • the FOV may preferably satisfy 110 degrees ⁇ FOV ⁇ 130 degrees.
  • the range of the vehicle optical system can be set by the angle of view.
  • the horizontal sensor length is based on 6.041mm ⁇ 0.5mm.
  • the rate of change of the effective focal distance and the change rate of the angle of view can be set to 5% or less, for example, 0 to 5%.
  • CA_Max refers to the largest effective diameter (mm) among the object side and sensor side of the plurality of lenses
  • TTL refers to the maximum effective diameter (mm) of the image sensor 151 from the vertex of the first surface (S1) of the first lens.
  • ) means the distance (mm) from the optical axis (OA) to the upper surface of Equation 56 sets the relationship between the total optical axis length of the optical system and the maximum effective diameter, thereby providing an improved optical system for vehicles.
  • Equation 56 may preferably satisfy 1 ⁇ TTL / CA_Max ⁇ 3.
  • Equation 57 can set the total optical axis length (TTL) of the optical system and the diagonal length (ImgH) of the optical axis of the image sensor 151.
  • TTL total optical axis length
  • ImgH diagonal length
  • Equation 57 may preferably satisfy 10 ⁇ TTL / ImgH ⁇ 20.
  • Equation 58 can set the optical axis spacing between the image sensor 151 and the last lens and the diagonal length from the optical axis of the image sensor 151.
  • the optical system 100 can secure the BFL to apply the size of the vehicle image sensor 151, and the space between the last lens and the image sensor 151
  • the interval can be set and good optical characteristics can be achieved in the center and periphery of the field of view (FOV).
  • Equation 58 may preferably satisfy 1.5 ⁇ BFL / ImgH ⁇ 2.5.
  • BFL is the optical axis distance from the sensor side of the nth lens or the fifth lens 105 to the image sensor 151, and is greater than the value (ImgH), which is 1/2 of the diagonal length of the image sensor 151. It may be smaller than the optical axis distance from the optical filter 155 to the surface of the image sensor 151.
  • Equation 59 can set the total optical axis length (TTL) of the optical system and the optical axis spacing (BFL) between the image sensor 151 and the last lens.
  • TTL total optical axis length
  • BFL optical axis spacing
  • Equation 59 may preferably satisfy 5 ⁇ TTL / BFL ⁇ 12.
  • Equation 60 can set the total focal length (F) and total optical axis length (TTL) of the optical system 100. Accordingly, an optical system for a driver assistance system can be provided. Equation 60 may preferably satisfy 10 ⁇ TTL/F ⁇ 25 or 12 ⁇ TTL/F ⁇ 20. When the optical system 100 according to the embodiment satisfies Equation 60, the optical system 100 can have an appropriate focal distance in the set TTL range, maintains the appropriate focal distance even when the temperature changes from low to high, and forms an image. Provides an optical system that can be used.
  • Equation 60 If it is less than the lower limit of Equation 60, it is necessary to increase the refractive power of the lenses, making correction of spherical aberration or distortion aberration difficult, and if it is more than the upper limit of Equation 60, the effective diameter or TTL of the lenses becomes longer, making it difficult to capture images. A problem may arise where the lens system becomes larger.
  • Equation 61 can set the overall focal length (F) of the optical system 100 and the optical axis spacing (BFL) between the image sensor 151 and the last lens.
  • the optical system 100 can have a set angle of view and an appropriate focal distance, and can provide an optical system for a vehicle. Additionally, the optical system 100 can minimize the gap between the last lens and the image sensor 151 and thus have good optical characteristics at the periphery of the field of view (FOV).
  • Equation 61 may preferably satisfy 0 ⁇ F / BFL ⁇ 1.
  • Equation 62 can set the total focal length (F) of the optical system 100 and the diagonal length (ImgH) at the optical axis of the image sensor 151.
  • This optical system 100 may have improved aberration characteristics in the size of the vehicle image sensor 151.
  • Equation 62 may preferably satisfy 0.7 ⁇ F / ImgH ⁇ 1.
  • Equation 63 can set the total focal length (F) and entrance pupil size of the optical system 100. Accordingly, the overall brightness of the optical system can be controlled. Equation 63 may preferably satisfy 0.5 ⁇ F / EPD ⁇ 1.
  • Equation 64 can establish the relationship between the entrance pupil size (EPD), the length of half the maximum diagonal length of the image sensor (ImgH), and the angle of view. Accordingly, the overall size and brightness of the optical system can be controlled. Equation 64 may preferably satisfy 0 ⁇ EPD/ImgH/FOV ⁇ 0.1.
  • Equation 65 can establish the relationship between the angle of view of the optical system and the F number (F#). Equation 65 preferably satisfies 120 ⁇ FOV / F # ⁇ 170.
  • F# can be set to 1.2 or less to provide a bright image.
  • Equation 67 can satisfy the condition of 1000 ⁇ (FOV*TTL)/n ⁇ 1500, depending on the angle of view and the number of lenses (n).
  • 5 ⁇ (TD/CA_Max)*n ⁇ 15 may be satisfied.
  • n is the total number of lenses, and depending on the total number of lenses, the maximum center thickness of the lens (CT_Max), maximum center spacing (CG_Max), FOV, TTL, optical axis distance (TD) of the lenses, and the fifth lens
  • CT_Max maximum center thickness of the lens
  • CG_Max maximum center spacing
  • FOV maximum center spacing
  • TTL optical axis distance
  • CA52 effective diameter of the sensor side surface
  • CA52 effective diameter
  • Z is Sag and can mean the distance in the optical axis direction from any position on the aspherical surface to the vertex of the aspherical surface.
  • the Y may refer to the distance from any location on the aspherical surface to the optical axis in a direction perpendicular to the optical axis.
  • the c may refer to the curvature of the lens, and K may refer to the Conic constant. Additionally, A, B, C, D, E, and F may mean aspheric constants.
  • the optical system 100 may satisfy at least one or two or more of Equations 1 to 70.
  • the optical system 100 may have improved optical characteristics.
  • the optical system 100 satisfies at least one of Equations 1 to 35 and/or at least one of Equations 36 to 70, the optical system 100 has improved resolution and improved aberration and distortion characteristics. can do.
  • the optical system 100 can secure a BFL for applying the vehicle image sensor 151, compensate for the deterioration of optical characteristics due to temperature changes, and reduce the gap between the last lens and the image sensor 151. It can be minimized to have good optical performance in the center and periphery of the field of view (FOV).
  • FOV field of view
  • Table 4 shows the items of the above-described mathematical equations in the optical system 100 of the embodiment, including TTL (mm), BFL, effective focal length (F), ImgH, effective diameter (CA), and each lens of the optical system 100.
  • Table 5 shows the result values for Equations 1 to 35 described above in the optical system 100 of the embodiment. Referring to Table 5, it can be seen that the optical system 100 satisfies at least one, two, or three of Equations 1 to 50. In detail, it can be seen that the optical system 100 according to the embodiment satisfies all of Equations 1 to 50 above. Accordingly, the optical system 100 can have good optical performance in the center and periphery of the field of view (FOV) and can have excellent optical characteristics.
  • FOV field of view
  • Table 6 shows the result values for Equations 36 to 70 described above in the optical system 100 of the embodiment. Referring to Table 6, it can be seen that the optical system 100 satisfies at least one, two, or three of Equations 36 to 70. In detail, it can be seen that the optical system 100 according to the embodiment satisfies all of Equations 1 to 70 above. Accordingly, the optical system 100 can have good optical performance in the center and periphery of the field of view (FOV) and can have excellent optical characteristics.
  • FOV field of view
  • Figure 10 is a side cross-sectional view showing the transmission optical system of the invention.
  • the transmission optical system 110 and a sensor system having the same are mounted inside or outside the vehicle and can transmit a laser beam for driver monitoring or toward an external object or lane.
  • the receiving optical system can sense the reflected laser beam.
  • the materials of the lenses in the transmission optical system 110 may be glass or plastic.
  • a lens made of glass may be selected to prevent changes in the focal imaging position due to temperature changes.
  • most glass lenses are spherical, but when an optical system is constructed with spherical glass lenses, there are limits to reducing the number of lenses, and there are limits to size reduction and weight reduction.
  • the transmission optical system 110 in an embodiment of the invention may include a spherical lens and an aspherical lens.
  • the transmission optical system 110 may include a spherical glass lens and an aspherical glass lens. Additionally, by employing an aspherical lens, the overall length (TTL) of the optical system 110 can be reduced, and good correction for various aberrations such as spherical aberration and chromatic aberration can be possible due to the aspherical lens. Additionally, aspherical lenses can minimize distortion in the peripheral area.
  • the transmission optical system 110 may include n lenses, where the n-th lens may be the last lens adjacent to the light source 116, and the n-1-th lens may be the lens closest to the last lens.
  • the n is an integer of 4 or more, for example, may be in the range of 4 to 7 or 4 to 6.
  • the ratio of the spherical lens to the aspherical lens in the n lenses may be any one of 3:1, 4:1, 3:2, 2:3, 3:3, 5:2, or 4:2.
  • the first lens 111 of the transmission optical system 110 may be made of glass.
  • the glass material has a small amount of change in expansion and contraction due to changes in external temperature, and its surface is less likely to be scratched, preventing surface damage.
  • the object-side lenses may be spherical lenses, and the light source-side lens(s) may be arranged as aspherical lenses.
  • At least one lens adjacent to the light source 116 within the optical system 110 may be an aspherical lens.
  • at least two lenses adjacent to the light source 116 may be aspherical lenses, and preferably, at least two lenses adjacent to the light source 116 may be aspherical lenses. That is, since the n-th and n-1-th lenses in the optical system 110 are arranged as aspherical lenses, light on the exit side of the light source 116 can be emitted through various paths.
  • At least two lenses adjacent to the object in the transmission optical system 110 may be made of glass. Two or more lenses adjacent to the object, for example, two to four lenses, may be made of glass. Since the change rate of contraction and expansion of the glass lenses according to temperature changes is smaller than that of plastic lenses, the glass lenses can be placed in an area adjacent to the outside of the lens barrel.
  • Each lens may have an object side and a light source side.
  • the lenses may include a lens with a spherical surface on the object side and a spherical surface on the light source side, and a lens with an aspherical surface on the object side and an aspherical surface on the light source side.
  • the number of aspherical lenses may be smaller than the number of spherical lenses. Since the transmission optical system 110 arranges aspherical lenses adjacent to the light source 116, it can provide variously refracted light.
  • the spherical lenses may be made of glass, and the aspherical lenses may be made of glass mold.
  • the lens with the maximum refractive index may be a spherical lens, and the lens with the maximum Abbe number may be a spherical lens. Accordingly, since the lens with the maximum refractive index is placed on the object side, it is easy to change the radius of curvature of the second and subsequent lenses and increase the center thickness.
  • the lens with the maximum effective diameter within the optical system 110 is located closest to the object, is made of glass, and may be a spherical lens.
  • the lens having the minimum effective diameter within the optical system 110 is located between the aperture ST and the first lens 111 and may be a glass lens.
  • the average effective diameter of the aspherical lenses may be smaller than the average effective diameter of the spherical lenses.
  • the effective diameter of the lens is the average value of the effective diameter of the object-side surface and the effective diameter of the light source-side surface of each lens.
  • Each of the lenses 111-115 may include an effective area and an unactive area.
  • the lens with the maximum center thickness may be an aspherical lens
  • the lens with the maximum edge thickness may be an aspherical lens. Accordingly, various refractive surfaces can be provided and optical performance can be improved even in the peripheral area.
  • the central thickness of the aspherical lenses may be greater than the central thickness of the spherical lenses.
  • TTL may be 10 times greater than LsH, for example, 10 times greater than 20 times greater than LsH.
  • the TTL is the distance on the optical axis Lz from the center of the object-side surface of the first lens 111 to the image surface of the light source 116.
  • the LsH is the distance from the center of the light source 116 to the diagonal end or 1/2 of the maximum diagonal length of the light source 116.
  • the effective diameter of each lens within the optical system 110 may be larger than the diagonal length of the light source 116.
  • the effective focal length (EFL) is 10 mm or less and the angle of view (FOV) is greater than 100 degrees or 120 ⁇ 10 degrees, so that it can be provided as a standard transmission optical system in a vehicle sensor system.
  • the transmission optical system and sensor system according to the embodiment may be applied to a sensing device for an Advanced Driving Assistance System (ADAS) installed inside or outside a vehicle.
  • ADAS Advanced Driving Assistance System
  • the TTL of the receiving optical system in FIG. 1 can be defined as the first TTL
  • the TTL of the transmitting optical system can be defined as the second TTL.
  • the optical axis of the receiving optical system may be a first optical axis
  • the optical axis (Lz) of the receiving optical system may be a second optical axis.
  • the optical system 110 may have a TTL/(2*LsH) condition of 5 or more, for example, in the range of 5 to 10. Accordingly, the central thickness of each lens along the optical axis Lz can be increased and the size of the light source 116 can be reduced, thereby providing a lens optical system for a vehicle.
  • temperature compensation must be applied in the temperature range that is the standard for evaluating the temperature reliability of automotive electrical components, that is, -40°C to +120°C.
  • the lens must be constructed so that the focus of the lens remains within the set range even when the lens expands or contracts due to changes in temperature.
  • the total effective focal length (EFL) is 10 mm or less, for example, in the range of 1 mm to 10 mm or 1 mm to 5 mm, and can be composed of lenses made of glass capable of temperature correction as described above.
  • the optical system 110 can implement a wide angle by shortening the effective focal length.
  • the number of lenses with positive (+) refractive power within the optical system 110 may be equal to or greater than the number of lenses with negative (-) refractive power.
  • the number of lenses with positive refractive power may be 50% or more than the total number of lenses.
  • the average refractive index of the lenses having the negative refractive power may be greater than the average of the lenses having the positive refractive power. Accordingly, the dispersion value of lenses with positive refractive power may be greater than that of lenses with negative refractive power. Since this optical system 110 includes a mixture of spherical lenses and aspherical lenses made of glass, it is possible to prevent degradation of optical performance.
  • the effective diameter of the lens closest to the object within the optical system 110 may be larger than the effective diameter of the lens closest to the light source 116.
  • the brightness of the optical system can be controlled.
  • the optical system 110 can control incident light to compensate for deterioration in resolution and optical characteristics due to temperature changes, and improve chromatic aberration control characteristics.
  • the optical system 110 can be miniaturized.
  • the transmission optical system 110 may include first to fifth lenses 111 to 115 aligned along the optical axis Lz from the object side to the light source side.
  • the first to fifth lenses 111, 112, 113, 114, and 115 may be defined as lens units.
  • Light source 116 generates a laser beam, which may range from 890 nm to 960 nm or 940 nm ⁇ 10 nm.
  • the first lens 111 of the transmission optical system 110 may correspond to the shape of the first lens 101 of the reception optical system 100 of FIG. 1.
  • the second lens 112 of the transmission optical system 110 may correspond to the shape of the second lens 102 of the reception optical system 100 of FIG. 1.
  • the third lens 113 of the transmission optical system 110 may correspond to the shape of the third lens 103 of the reception optical system 100 of FIG. 1.
  • the fourth lens 114 of the transmission optical system 110 may correspond to the shape of the fourth lens 104 or the first aspherical lens of the reception optical system 100 of FIG. 1.
  • the fifth lens 115 of the transmission optical system 110 may correspond to the shape of the first lens 105 or the second aspherical lens of the reception optical system 100 of FIG. 1.
  • the lens surface having the minimum radius of curvature with respect to the optical axis (Lz) within the optical system 110 may be the surface on the light source side of the first or second lenses 111 and 112 among the spherical surfaces. Accordingly, the center distance between the first lens 111 and the second lens 112 or the center distance between the second lens 112 and the third lens 113 can be spaced apart.
  • the lens surface having the maximum radius of curvature within the optical system 110 may be the object-side surface of the second lens 114 among spherical surfaces.
  • the CRA Choef ray angle
  • the asymmetry of the divergence angle increases with respect to the center of the light source 116 of the transmission optical system 110, which may reduce transmission efficiency.
  • the transmission optical system 110 or sensor system may include a light source 116.
  • the light source 116 generates a wavelength of laser light, which may be in the range of 890 nm to 960 nm or 940 nm ⁇ 10 nm.
  • the light source 116 may be implemented as an InGaAs/GaAs-based semiconductor diode laser and may emit high power laser light.
  • the light source 116 may include a single emitter and/or multiple emitters.
  • the light source 116 generates laser light in the form of a line light source or a point light source.
  • the length of the light source 116 is the maximum length in the diagonal direction orthogonal to the optical axis Lz, and here, the number of lenses having an effective diameter larger than the length of the light source 116 is 4 to 6, and the number of lenses is 4 to 6. There may be no number of lenses with an effective diameter smaller than the length of the light source 116.
  • the transmission optical system 110 may include an aperture (ST: Stop).
  • the aperture ST can control the amount of light emitted from the transmission optical system 110.
  • the aperture ST may be disposed around the perimeter between the third lens 113 and the fourth lens 114.
  • the aperture ST may be disposed between the spherical third lens 113 and the aspherical fourth lens 114.
  • the aperture ST may be disposed between a spherical surface on the light source side of the third lens 113 and an aspherical surface on the object side of the fourth lens 114.
  • the aperture of the receiving optical system 100 may be defined as a first aperture
  • the aperture of the transmitting optical system 110 may be defined as a second aperture.
  • At least two lenses may be disposed between the aperture ST and the light source 116.
  • the fourth and fifth lenses 114 and 115 may be disposed between the aperture ST and the light source 116.
  • An aspherical lens may be disposed between the aperture ST and the light source 116.
  • the aperture ST may be disposed between a spherical surface on the light source side of the third lens 113 and an aspherical surface on the object side of the fourth lens 114.
  • the effective diameter of the lens surface tends to increase from the second lens 112 to the aperture (ST).
  • the effective diameter of the lens surfaces tends to decrease from the aperture ST toward the light source 116.
  • the fact that the effective diameter of the lens surfaces tends to increase or decrease does not mean only when the effective diameter of the lens surfaces increases or decreases. For example, this includes cases where the effective diameter of the lens surfaces increases and then decreases from the aperture ST toward the light source.
  • the lens surface on which the aperture ST is disposed is intended to more efficiently control and guide the amount of light of the optical system 110.
  • the aperture ST may be disposed on the light source side of the third lens 113.
  • the aperture ST may be disposed around the object-side surface or the light source-side surface of the second lens 112.
  • at least one lens selected from among the plurality of lenses, for example, the object-side surface or the light source-side surface of the third lens 113 may function as an aperture.
  • the aperture ST may be removed within the transmission optical system 110.
  • the sum of the refractive indices of the lenses of the lens unit may be 8 or more, for example, in the range of 8 to 12, and the average of the refractive indices may be in the range of 1.70 to 1.80.
  • the sum of the Abbe numbers of each of the lenses may be 200 or less, for example, in the range of 130 to 200, and the average of the Abbe numbers may be 50 or less, for example, in the range of 25 to 50.
  • the sum of the central thicknesses of all lenses may be 15 mm or more, for example, in the range of 15 mm to 25 mm, and the average of the central thicknesses may be 3.9 mm or less, for example, in the range of 2.9 mm to 3.9 mm.
  • the sum of the center spacings between the lenses at the optical axis Lz may be greater than 15 mm, for example in the range of 15 mm to 30 mm, and may be greater than the sum of the center thicknesses of the lenses.
  • the average value of the effective diameter of each lens surface of the optical system 110 may be 20 mm or less, for example, in the range of 10 mm to 20 mm.
  • the optical system 110 can adjust the thickness of the lenses to prevent degradation of optical performance due to temperature changes from -45 degrees to 120 degrees and optimize thermal compensation.
  • the angle of view may be greater than 100 degrees, for example, in the range of 110 degrees to 130 degrees.
  • the F number of the optical system or camera module may be 1.2 or less, for example, in the range of 0.7 to 1.2 or 0.7 to 0.9.
  • the diagonal length of the light source 116 may be 6.80 mm ⁇ 0.5 mm and may be greater than the height of the sensor in the vertical direction.
  • the invention can suppress changes in the focal imaging position due to temperature changes by stacking glass lenses, and can provide an automotive LiDAR device that corrects various aberrations by providing an aspherical lens.
  • the first lens 111 may be made of glass. This has the advantage that glass material is more resistant to scratches than plastic material and is not sensitive to external temperature. In order to more effectively prevent scratches placed inside the vehicle or caused by foreign substances, a glass lens is used as the first lens 111, and the object-side surface of the first lens 111 may have a convex shape to prevent external foreign substances from accumulating. .
  • the LiDAR device can detect the distance, direction, speed, temperature, material distribution, and concentration characteristics of an object when driving a vehicle. These LiDAR devices can be used for advanced driver assistance systems (ADAS).
  • the transmission optical system 110 may further include a reflection member (not shown) to change the path of light.
  • the reflective member may be implemented as a prism that reflects emitted light in the direction of the lenses.
  • a transmission optical system according to an embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. 10 to 17.
  • the optical system 110 may include first to fifth lenses 111 to 115 .
  • the first to fifth lenses 111 - 115 may be sequentially arranged along the optical axis Lz of the optical system 110 .
  • the laser beam generated from the light source 116 may be emitted through the fifth lens 115, fourth lens 114, third lens 113, second lens 112, and first lens 111. there is.
  • the aperture ST may be disposed around the surface of the third lens 113 on the light source side.
  • the lenses of the transmission optical system are described as the first to fifth lenses for convenience of explanation, but when applied to a LiDAR device having the lenses of the reception optical system, they can be defined as the sixth to tenth lenses.
  • the first lens 111 may have positive (+) or negative (-) refractive power at the optical axis (Lz).
  • the first lens 111 may have negative (-) refractive power.
  • the first lens 111 may include a plastic material or a glass material, for example, a glass material.
  • the first lens 111 made of glass can reduce changes in the center position and radius of curvature due to temperature changes in the surrounding environment, and can protect the emission side of the optical system 110.
  • the first surface S1 on the object side of the first lens 111 may be convex, and the second surface S2 on the light source side may be concave.
  • the first surface (S1) and the second surface (S2) may have a spherical surface.
  • the first lens 111 may have a meniscus shape that is convex toward the object.
  • the first surface S1 may have a concave shape
  • the second surface S2 may have a convex shape. Since the first surface (S1) is convex and the second surface (S2) is concave, the emitted light can be refracted in a direction away from the optical axis (Lz), and the gap between the first and second lenses (111 and 112) can be reduced, and the effective diameter of the second lens 112 can be reduced.
  • the effective diameter of the light source side surface of the second lens 112 can be designed to be smaller than the effective diameter of the object side surface.
  • the first surface S1 of the first lens 111 may be provided without a critical point from the optical axis Lz to the end of the effective area, that is, the edge.
  • the second surface S2 of the first lens 111 may be provided without a critical point.
  • the refractive index of the first lens 111 is n1
  • the condition of n1>1.7 or 2.0>n1>1.75 can be satisfied. Since the refractive index (n1) of the first lens 111 is higher than that of other lenses, the radius of curvature of the first surface (S1) of the first lens 111 can be increased, and the lens can be easily manufactured. If the refractive index (n1) of the first lens 111 is smaller than the above condition, the lens surface must be sharply concave or convex to increase the refractive power of the first and second lenses 111 and 112. In this case, the lens surface must be sharply concave or convex. It is not easy to manufacture, and the rate of lens defects increases, which may cause a decrease in yield.
  • the second lens 112 may be disposed between the first lens 111 and the third lens 113.
  • the second lens 112 may have positive (+) or negative (-) refractive power at the optical axis (Lz).
  • the second lens 112 may have negative (-) refractive power.
  • the second lens 112 may include plastic or glass, for example, may be made of glass.
  • the object-side third surface S3 of the second lens 112 may be flat, and the light source-side fourth surface S4 may be concave.
  • the fourth surface S4 may be spherical.
  • the fourth surface S4 may be provided without a critical point from the optical axis Lz to the end of the effective area.
  • the third surface S3 may be convex and the fourth surface S4 may be concave.
  • the second lens 112 may have a concave shape on both sides.
  • the refractive index of the second lens 112 is n2
  • the condition of n2>1.7 or 2.0>n2>1.75 can be satisfied.
  • the refractive index (n2) of the second lens 112 is higher than that of other lenses, the radius of curvature of the third surface S3 of the second lens 112 can be increased, and manufacturing the lens can be easy.
  • the fourth surface S4 on the light source side of the second lens 112 is concave and has a small radius of curvature, the center distance between the second lens 112 and the third lens 113 may be spaced apart.
  • the condition L2R1 > L2R2 may be satisfied. If this condition is satisfied, the light emitted by the third and fourth surfaces S3 and S4 can be efficiently refracted, thereby preventing the effective diameter of the third to fifth lenses 114 to 115 from increasing, TTL can be reduced. If the condition is L2R1 ⁇ L2R2, a lot of aberrations may occur on the object side of the second lens 112, the refractive efficiency of light may decrease on the light source side, the effective diameter of the rear lenses may increase, and the TTL may also increase. there is.
  • the third lens 113 may have positive (+) or negative (-) refractive power at the optical axis (Lz).
  • the third lens 113 may have positive (+) refractive power.
  • the third lens 113 may include plastic or glass, for example, glass.
  • the object-side fifth surface S5 of the third lens 113 may be convex
  • the light source-side sixth surface S6 may be convex.
  • the third lens 113 may have a shape in which both sides are convex at the optical axis Lz. At least one or both of the fifth surface S5 and the sixth surface S6 may be spherical.
  • At least one or both of the fifth surface S5 and the sixth surface S6 may be provided without a critical point from the optical axis Lz to the end of the effective area.
  • the third lens 113 may have a meniscus shape that is convex toward the object or light source.
  • the third lens 113 may have a concave shape on both sides of the optical axis.
  • the aperture ST may be disposed around the sixth surface S6 on the light source side of the third lens 113. Since the third lens 113 adjacent to the object side of the aperture ST has positive refractive power (F3 > 0), the third lens 113 can refract the emitted light in the optical axis direction. , it is possible to suppress an increase in the effective diameter of the light source side or rear side lenses of the third lens 113. Accordingly, the third lens 113 can prevent a decrease in the yield by weight of the optical system and improve production efficiency.
  • the focal lengths of the fourth and fifth lenses 114 and 115 disposed on the light source side of the aperture ST may have a positive value, and the TTL may be reduced within the angle of view range.
  • the effective diameter of the optical filter 155 disposed on the light source side of the third lens 113 is the third lens ( It may be larger than the effective diameter of the sixth surface (S6) of 113).
  • the fourth lens 114 may have positive (+) or negative (-) refractive power at the optical axis (Lz).
  • the fourth lens 114 may have positive (+) refractive power.
  • the fourth lens 114 may include plastic or glass, and may be provided as a glass material.
  • the fourth lens 114 may be an injection molded glass mold.
  • the object-side seventh surface S7 of the fourth lens 114 may be convex
  • the light source-side eighth surface S8 may be convex.
  • the fourth lens 114 may have both sides convex. At least one or both of the seventh surface S7 and the eighth surface S8 may be aspherical.
  • the aspheric coefficients of the seventh and eighth surfaces S7 and S8 may be provided as S1 and S2 of L4 in FIG.
  • the seventh surface S7 may have a critical point from the optical axis Lz to the end of the effective area.
  • the eighth surface S8 may be provided without a critical point from the optical axis Lz to the end of the effective area. Both the seventh surface S7 and the eighth surface S8 may have no critical points or may have critical points.
  • the critical point is a point at which the sign of the optical axis Lz and the slope value with respect to the direction perpendicular to the optical axis Lz changes from positive (+) to negative (-) or from negative (-) to positive (+). , may mean a point where the slope value is 0.
  • the critical point may be a point where the slope value of a tangent line passing through the lens surface increases and then decreases, or a point where it decreases and then increases.
  • the fourth lens 114 may have a meniscus shape that is convex toward the object or the light source.
  • the fourth lens 114 may have a concave shape on both sides of the optical axis Lz.
  • the fifth lens 115 may have positive (+) or negative (-) refractive power at the optical axis (Lz).
  • the fifth lens 115 may have positive (+) refractive power.
  • the fifth lens 115 may include plastic or glass, and may be provided as a glass material.
  • the fifth lens 115 may be an injection molded glass mold.
  • the object-side ninth surface S9 of the fifth lens 115 may be convex, and the light source-side tenth surface S10 may be convex.
  • the fifth lens 115 may be convex on both sides.
  • At least one or both of the ninth surface S9 and the tenth surface S10 may be aspherical.
  • the aspheric coefficients of the 9th and 10th surfaces (S9 and S10) may be provided as L1 and L2 of L5 in FIG. 12.
  • At least one of the ninth and tenth surfaces S9 and S10 may have a critical point from the optical axis Lz to the end of the effective area. Both the ninth surface S9 and the tenth surface S10 may have no critical point.
  • the fifth lens 115 may have a meniscus shape that is convex toward the object or light source. Differently, the fifth lens 115 may have a concave shape on both sides of the optical axis Lz. The effective diameter of the fifth lens 115 may be smaller than the effective diameter of the fourth lens 114.
  • the fifth lens 115 may have a lower refractive index than the refractive index of the first and second lenses 111 and 112, and may have an Abbe number lower than the Abbe numbers of the first and second lenses 111 and 112.
  • the third lens 113, the fourth lens 114, and the fifth lens 115 may have convex shapes on both sides, and may all have positive refractive power.
  • the third lens 113, the fourth lens 114, and the fifth lens 115 have a lower refractive index than the first and second lenses 111 and 112, and the first and second lenses 111 and 112 ) can have an Abbe number lower than the Abbe number of ).
  • At least one of the object-side surface and the light source-side surface of the fourth and fifth lenses 114 and 115 may have a free curved surface, that is, a non-rotationally symmetric curved surface.
  • the fifth lens 115 may be an aspherical lens closest to the light source 116.
  • the fifth lens 115 may be an aspherical lens closest to the light source 116.
  • the aperture ST may be disposed within the second lens group.
  • the aperture ST may be disposed between a first lens group in which at least one of the object-side surface and the light source-side surface is spherical, and a second lens group in which at least one of the object-side surface and the light source-side surface is aspherical.
  • the aperture ST may be disposed between a first lens group having non-injection molded lenses and a second lens group having injection molded lenses.
  • the aperture ST may be disposed between a first lens group having lenses disposed on the object side of the aperture ST and a second lens group having lenses disposed on the light source side of the optical filter 155. there is.
  • the center thickness of the first to fifth lenses 111 to 115 is represented by CT1 to CT5, the edge thickness at the end of the effective area of each lens is represented by ET1 to ET5, and the two adjacent lenses
  • the center spacing is indicated as CG1 to CG4.
  • the first to fifth lenses 111 to 115 may satisfy the following conditions.
  • Condition 1 CT2 ⁇ CT1 ⁇ CT3
  • Condition 2 CT4 ⁇ CT5 ⁇ (CT3+CT4)
  • Condition 3 CT4-CT3 ⁇ CT2
  • Condition 4 ET3 ⁇ ET2 ⁇ ET1
  • Condition 5 ET4 ⁇ ET3 ⁇ ET5 ⁇ CT5
  • Condition 6 CT2 ⁇ CT1 ⁇ ET2 ⁇ ET1
  • Condition 7 CG1 ⁇ CT4 ⁇ CT5 ⁇ CG2
  • Condition 8 CG3 ⁇ CT1 ⁇ CG4 ⁇ CG1
  • the central thickness (CT5) of the fifth lens 115 is the largest among the lenses, and the central thickness (CT2) of the second lens 112 is the smallest among the lenses.
  • the maximum center thickness may be at least twice the minimum center thickness, for example, at least three times, and the difference between the maximum center thickness and the minimum center thickness may be at least 4 mm. That is, even if the lenses made of spherical material have a thin center thickness, optical performance may not deteriorate and the sensor system may be provided with a slim thickness.
  • the center spacing (CG2) between the second lens 112 and the third lens 113 is the maximum, and the center spacing between the first and second lenses 111 and 112 is the maximum. It is larger than (CG1).
  • the center distance CG3 between the third and fourth lenses 113 and 114 may be the minimum among the distances between the lenses.
  • the difference between the maximum center spacing and the minimum center spacing may be 5 mm or more, for example, in the range of 5 mm to 8 mm.
  • the maximum center spacing between lenses is provided greater than the minimum center thickness of each lens, allowing control of the light path.
  • the lens with the maximum effective diameter may be the first lens 111 that is closest to the object.
  • the lens having the maximum effective diameter may be a spherical lens made of glass.
  • the lens surface having the maximum effective diameter may be the first surface S1 of the first lens 111.
  • the lens having the minimum effective diameter may be the second lens 112 adjacent to the first lens 111.
  • the lens surface having the minimum effective diameter may be the fourth surface S4 of the second lens 112 and may be less than 70% of the first surface S1.
  • the effective diameter of each of the first to fifth lenses 111-115 may be larger than the diagonal length of the light source 116.
  • the sum of the central thicknesses of the first to third lenses 111 to 113 may be smaller than the sum of the central thicknesses of the fourth and fifth lenses 114 and 115.
  • the average effective diameter of the first to third lenses 111-113 may be larger than the average effective diameter of the fourth and fifth lenses 114 and 115.
  • the fourth and fifth lenses 114 and 115 have an aspherical surface and can guide incident light to a spherical lens.
  • FIG. 11 is an example of lens data of the optical system of the embodiment of FIG. 10. As shown in Figure 11, the radius of curvature at the optical axis (Lz) of the first to fifth lenses (111, 112, 113, 114, and 115), the central thickness of the lens (CT), the center distance between the lenses (CG), d- You can set the size of the refractive index, Abbe Number, and effective radius in the line.
  • Lz optical axis
  • CT central thickness of the lens
  • CG center distance between the lenses
  • d- You can set the size of the refractive index, Abbe Number, and effective radius in the line.
  • the lens surfaces of the fourth and fifth lenses 114 and 115 among the lenses of the embodiment may include an aspheric surface with aspherical coefficients (A, B, C, D, E) of order 12 or higher, and Y is the curvature. is the radius, and K is the Conic constant.
  • the object-side surface and the light source-side surface of the fourth and fifth lenses 114 and 115 may be lens surfaces having an aspherical coefficient of the 12th order or higher, for example, the 30th order.
  • the focal lengths (F1, F2) of the first and second lenses (111, 112) have negative refractive power
  • the focal lengths (F3, F4, F5) of the third, fourth, and fifth lenses (113, 114, 115) have positive refractive power. You can have it.
  • the second lens 112 and the third lens 113 which are lenses disposed adjacent to each other, may satisfy the following conditions.
  • the second lens 112 has a negative refractive power
  • the third lens 113 has a positive refractive power
  • the refractive index of the third lens is equal to the second lens. It is smaller than the refractive index of the lens, and the dispersion value of the third lens is greater than the dispersion value of the second lens.
  • Chromatic aberration occurring in a spherical lens can be corrected with a spherical lens.
  • the refractive index difference between the second lens 112 and the third lens 113 which are spherical lenses disposed in succession, may be 0.1 or more and 0.15 or less, and the Abbe number difference may be 10 or more and 20 or less.
  • the lens repeats contraction and expansion. Since lenses made of the same material have the same amount of change in lens characteristics due to temperature changes, it is effective to correct chromatic aberration between lenses made of the same material even if the temperature changes. For example, as shown in Figure 13, when the temperature of the lens barrel or the transmission optical system changes from -40 degrees to 90 degrees, it can be seen that the refractive index of the first to fourth lenses in the d-line hardly changes. Therefore, in an embodiment of the invention, the fourth lens 114 and the fifth lens 115 can correct chromatic aberration occurring in a spherical lens made of glass.
  • the focal length of the fourth lens 114 is the largest among lenses and may be 20 or more and 40 or less. Accordingly, it is possible to have improved MTF characteristics, aberration control characteristics, etc. in the field of view range set in the optical system, and good optical performance.
  • FIG. 14 is a graph showing diffraction MTF at low temperature, room temperature, and high temperature in the optical system of FIG. 10, and is a graph showing luminance ratio (modulation) according to spatial frequency.
  • the deviation of MTF from low or high temperature based on room temperature may be less than 10%, that is, 7% or less.
  • each MTF curve was measured in 0.340mm increments from 0.000 mm to 3.550 mm.
  • Figures 15 to 17 are graphs showing aberration characteristics at low temperature, room temperature, and high temperature in the optical system of Figure 10.
  • 15 to 17 are graphs measuring spherical aberration, astigmatic field curves, and distortion from left to right.
  • the X-axis may represent focal length (mm) and distortion (%)
  • the Y-axis may represent the height of the image.
  • the graph for spherical aberration is a graph for light in a wavelength band of about 930 nm, about 940 nm, and about 950 nm
  • the graph for astigmatism and distortion is a graph for light in a wavelength band of about 940 nm.
  • the low temperature is -20 degrees or lower, for example, in the range of -20 to -50 degrees
  • the room temperature is in the range of 22 degrees ⁇ 5 degrees or 18 to 27 degrees
  • the high temperature is 85 degrees or higher, for example, in the range of 85 to 120 degrees. It can be. Accordingly, it can be seen that the decrease in luminance ratio (modulation) from the low temperature to the high temperature in FIGS. 15 to 17 is less than 10%, for example, 5% or less, or is almost unchanged.
  • the MTF deviation according to temperature is shown in Table 7.
  • Table 8 compares changes in optical characteristics such as EFL, BFL, F number (F#), TTL, and angle of view (FOV) at room temperature, low temperature, and high temperature in the transmission optical system according to the embodiment, and the optical characteristics at low temperature based on room temperature. It can be seen that the rate of change in properties is 5% or less, for example, 3% or less or 2% or less, and the change rate of optical properties at low temperatures based on room temperature is 5% or less, for example, 3% or less or 2% or less. there is.
  • the change in optical properties according to the temperature change from low to high temperature for example, the rate of change in effective focal length (EFL), TTL, BFL, F number (F#), and angle of view (FOV) is 10%. It can be seen that it is below, that is, below 5%, for example, in the range of 0 to 5%. Even if at least one or two aspherical lenses are used, temperature compensation for the aspherical lenses is designed to prevent deterioration in the reliability of optical characteristics.
  • the optical system of the embodiment disclosed above can effectively control aberration characteristics such as chromatic aberration and distortion aberration, and can have good optical performance even in the center and periphery of the field of view (FOV).
  • the transmission optical system can prevent degradation of optical performance from low to high temperatures by considering the characteristics of the vehicle optical system. For example, after designing a lens at room temperature, the value of dn/dt, which is the coefficient of change of the refractive index for each temperature, is assembled considering the power combination of each lens, and the value of the temperature coefficient (dn/dt) according to the refractive index of the lens and low temperature, Depending on room temperature and high temperature, the defocus for the thickness variable can be set to 5 ⁇ m or less.
  • the first to third lenses 111, 112, and 113 are made of spherical glass
  • the fourth and fifth lenses 114, 115 are made of aspherical glass.
  • the optical system 110 according to the embodiment disclosed above may satisfy at least one or two of the equations described below. Accordingly, the optical system 110 according to the embodiment may have improved optical characteristics. For example, when the optical system 110 satisfies at least one mathematical equation, the optical system 110 can effectively control aberration characteristics such as chromatic aberration and distortion aberration, and has good aberration properties even in the center and periphery of the field of view (FOV). It can have optical performance. Additionally, the receiving optical system 110 may have improved resolution.
  • the meaning of the thickness of the lens at the optical axis (Lz) and the distance between the adjacent lenses at the optical axis (Lz) described in the equations may refer to the embodiment disclosed above.
  • Equation 1 may satisfy 1 ⁇ CT1 / CT2 ⁇ 3.
  • CA11 is the effective diameter of the object-side surface (S1) of the first lens 111.
  • the central thickness (CT1) of the first lens 111 and the effective diameter (CA11) of the object side surface (S1) of the first lens 111 can be set. If these are satisfied, the lens made of glass Deterioration of strength and optical properties can be prevented. If it is lower than the range of Equation 1, the lens may be damaged or emission efficiency may be reduced, and if it is larger than the above range, the TTL may increase and the weight of the optical system may become heavy.
  • Equation 2 may satisfy 7 ⁇ CA11/CT1 ⁇ 12.
  • Equation 3 the center thickness (CT5) of the fifth lens 115 and the center thickness (CT4) of the fourth lens 114 can be set, so heat compensation can be optimized according to temperature changes from low to high temperatures. , deterioration of optical performance can be prevented.
  • Equation 3 may satisfy 1 ⁇ CT5/CT4 ⁇ 2.
  • Equation 3-1 may satisfy 1 ⁇ CT5/CT3 ⁇ 2. Accordingly, the fifth lens 115, which is closest to the light source 116, has a thicker center thickness (CT5) and can refract light into the object-side lenses without significantly increasing the effective diameter.
  • the central thickness (CT5) of the fifth lens 115 is set larger than the sum of the central thicknesses (CT1, CT2) of the first and second lenses (111, 112) to guide the light refracted through the object-side lens. I can do it for you.
  • Equation 4 may satisfy 1 ⁇ CT5/(CT1+CT2) ⁇ 2.5. Accordingly, the fifth lens 115 closest to the light source 116 may have a thicker center thickness (CT5) and may not significantly increase the effective diameter.
  • the center distance (CG2) between the second and third lenses (112, 113) is set larger than the center thickness (CT5) of the fifth lens (115), so that the second lens (112) has a concave light source side and It can be set to a lens with the minimum effective diameter. Additionally, the effective diameter of the third lens 113 can be increased than the effective diameter of the second lens 112.
  • Equation 6 the center spacing (CG1) between the first and second lenses (111 and 112) and the center spacing (CG4) between the fourth and fifth lenses (114 and 115) are set, so that the center spacing between the spherical lenses and the aspherical lenses are You can set the center spacing.
  • 0.5 ⁇ CG1 / CG4 ⁇ 1 may be satisfied.
  • the center spacing (CG2) between the second and third lenses (112 and 113) is set larger than the center spacing (CG4) between the fourth and fifth lenses (114 and 115), so that the center spacing between the spherical lenses on the object side
  • the center spacing between aspherical lenses on the light source side can be reduced.
  • 0.2 ⁇ CG2 / CG4 ⁇ 0.8 may be satisfied.
  • the center distance CG2 between the second and third lenses 112 and 113 can be set larger than the optical axis distance between the object side surface of the first lens 111 and the light source side surface of the second lens 112. there is. Accordingly, the effective diameter of the object-side surface of the first lens 111 can be set to the maximum, and the second lens 112 can be set to a lens having a concave light source-side surface and a minimum effective diameter. Preferably, 1 ⁇ CG2 / (CT1 + CG1 + CT2) ⁇ 1.5 may be satisfied.
  • n1 is the refractive index at the d-line of the first lens 111.
  • Equation 10 may preferably satisfy 1.75 ⁇ n1 ⁇ 2.1. If it is designed lower than the lower limit of Equation 10, the performance can be achieved by reducing aberration, but the refractive power of the first lens is weakened and the light cannot be collected efficiently, which may deteriorate the performance of the optical system. If it is designed higher than the upper limit of Equation 10, there is a disadvantage in that it becomes difficult to obtain materials.
  • the refractive index of the first lens 111 is designed to be lower than the lower limit of Equation 4
  • the radius of curvature of the first and second lenses may be increased to increase the refractive power of the first and second lenses.
  • Aver(n1:n5) is the average of the refractive index values in the d-line of the first to fifth lenses. If Equation 10-1 is satisfied, the optical system 110 can suppress the influence of TTL.
  • GLn_Aver is the average of the refractive index values in the d-line of the spherical glass lenses
  • GMn_Aver is the average of the refractive index values in the d-line of the aspherical glass lenses.
  • the spherical lens is a lens made of glass that is not injection molded
  • the aspherical lens is a lens made of glass in a glass mold.
  • Spherical lenses with a high refractive index are located on the object side of the aspherical lens, which can increase color dispersion.
  • Equation 11 are the refractive indices at the d-line of the first and third lenses 111 and 113.
  • Equation 11 the difference in the refractive index of the first lens 111 and the third lens 113 is reduced, thereby preventing a decrease in color dispersion caused by lenses made of glass.
  • Equation 11 may satisfy 1 ⁇ n1/n3 ⁇ 1.3.
  • n3 and n4 are the refractive indices at the d-line of the third and fourth lenses 113 and 114.
  • the refractive index of the third lens 113 is set higher than the refractive index of the fourth lens 114, so that color dispersion by spherical lenses and color dispersion by aspherical lenses can be adjusted.
  • Equation 12 may satisfy 1 ⁇ n3/n4 ⁇ 1.2.
  • n1 and n4 are the refractive indices at the d-line of the first and fourth lenses 111 and 114
  • v1 and v4 are the Abbe numbers of the first and fourth lenses.
  • the product of the refractive index and Abbe number of the first and fourth lenses 111 and 114 is set larger than the product of the refractive index and Abbe number of the fourth lens 114, so that color dispersion and Color dispersion by aspherical lenses can be adjusted.
  • SD is the optical axis distance from the aperture (ST) to the surface of the light source 116
  • TD is the optical axis distance from the object side surface of the first lens 111 to the sensor side surface of the fifth lens 115.
  • the aperture (ST) can be positioned between two different lenses.
  • CT n is the central thickness of the nth lens adjacent to the light source 116
  • CT n-1 represents the central thickness of the n-1th lens
  • CA11 is the effective diameter of the first lens.
  • the emitted light path can be adjusted by setting the sum of the thicknesses of the nth lens adjacent to the light source 116 and the n-1th center thickness.
  • the nth lens may be a fifth lens
  • the n-1th lens may be a fourth lens.
  • TTL is the optical axis distance from the center of the object side surface of the first lens 111 to the surface of the light source 116.
  • the optical axis distance between the optical filter 155 and the light source 116 can be set to less than 1/3 of the total optical axis length (TTL). Accordingly, the problem of the emission angle shifting at low and high temperatures compared to room temperature can be minimized.
  • 10 mm ⁇ (CT n + CT n-1 ) ⁇ TTL/3 can be satisfied.
  • CAn2 is the effective diameter on the light source side of the n lens
  • CTn is the central thickness of the nth lens. If Equation 15 is satisfied, the effective diameter of the nth lens can be set so that it is not large compared to the center thickness of the nth lens.
  • CA52 is the effective diameter of the light source side of the fifth lens
  • CG2 is the center distance between the second and third lenses
  • CA11 is the effective diameter of the object side of the first lens. If Equation 16 is satisfied, the center distance between the second and third lenses can be increased and the effective diameter of the fifth lens can be set not to increase.
  • Equation 17 the effective diameter of the object side of the first lens, the center distance between the first and second lenses, and the center distance between the second and third lenses can be set. If this is satisfied, the number of lenses of the spherical lenses can be set. It can be reduced.
  • CA21 refers to the effective diameter of the third surface S3 of the second lens 112.
  • the optical system 110 can control emitted light and set factors affecting aberration.
  • 1 ⁇ CA11 / CA21 ⁇ 2.5 can be satisfied.
  • CA22 refers to the effective diameter of the fourth surface (S4) of the second lens 112
  • CA31 refers to the effective diameter of the fifth surface (S5) of the third lens 113. If Equation 19 is satisfied, the optical system 110 can control the emitted light path and set the light source side surface of the second lens 112 to have a concave shape. Preferably, Equation 19 may satisfy 0.5 ⁇ CA22 / CA31 ⁇ 1.
  • CA42 refers to the effective diameter of the eighth surface (S8) of the fourth lens 114
  • CA51 refers to the effective diameter of the ninth surface (S9) of the fifth lens 115. If Equation 20 is satisfied, the optical system 110 can set a light path emitted through the fourth lens 114 and the fifth lens 115. Equation 20 may preferably satisfy 1 ⁇ CA42 / CA51 ⁇ 1.5.
  • Equation 21 preferably satisfies 1 ⁇ CA11 / CA51 ⁇ 2.5.
  • the concave radius of curvature of the light source side of the second lens 112 can be set, and the optical path between the second and third lenses 112 and 113 can be set.
  • 1 ⁇ CG2 / (CT2 + CT3) ⁇ 2 may be satisfied.
  • CG4 is the center spacing between the 4th and 5th lenses
  • CT4 and CT5 are the center thicknesses of the 4th and 5th lenses. If Equation 23 is satisfied, the radius of curvature of the surface on the light source side of the fourth lens 114 can be reduced, and an optical path can be set according to the center distance between the fourth and fifth lenses 114 and 115. Preferably, 0 ⁇ CG4 / (CT4 + CT5) ⁇ 0.7 may be satisfied.
  • CG_Max refers to the maximum center spacing between lenses in the optical system.
  • the maximum center spacing between lenses is located on the object side than the center spacing between the fourth lens 114 and the fifth lens 115, so that the fourth lens 114 Increase in size can be suppressed.
  • 1.5 ⁇ CG_Max / CG4 ⁇ 3 may be satisfied.
  • BFL is the optical axis distance from the center of the light source side of the last lens to the light source 116. That is, BFL is the optical axis distance from the center of the light source side surface of the fifth lens 115 to the light source 116. If Equation 25 is satisfied, the emitted light can be transmitted to the entire area of the fourth lens 104 by the fifth lens 115. Preferably, 1 ⁇ CT5 / BFL ⁇ 2 may be satisfied.
  • the effective diameter of the fifth lens 115 can be adjusted.
  • 0.1 ⁇ CG3 / CT5 ⁇ 0.6 may be satisfied.
  • the effective diameter of the fifth lens 115 can be adjusted and the aberration characteristics of traveling light can be improved.
  • 0.2 ⁇ CG4 / CT5 ⁇ 0.7 may be satisfied.
  • L5R2 is the radius of curvature of the light source side surface of the fifth lens. If Equation 28 is satisfied, the refractive power of the fifth lens 115 can be controlled and optical performance can be improved.
  • L5R1 is the radius of curvature of the object-side surface of the fifth lens. If Equation 29 is satisfied, the refractive power of the fifth lens 115 can be controlled and optical performance can be improved.
  • L1R1 is the radius of curvature of the object-side surface of the first lens
  • L1R2 is the radius of curvature of the light source-side surface of the first lens. If Equation 30 is satisfied, the refractive power of the first lens 111 can be controlled and optical performance can be improved.
  • L2R1 is the radius of curvature of the object-side surface of the second lens
  • L2R2 is the radius of curvature of the light source-side surface of the second lens. If Equation 31 is satisfied, the refractive power of the second lens 112 can be controlled to improve optical performance, and the effective diameter of the light source side lenses of the second lens 112 can be adjusted. When the object-side surface of the second lens 112 is flat, lens processing can be facilitated.
  • Equation 32 the maximum center thickness (CT_Max) of the lenses and the maximum spacing (CT_Max) between adjacent lenses can be set. If Equation 32 is satisfied, the optical system can have good optical performance at the focal length of the set angle of view and can reduce TTL. Preferably, 0 ⁇ CT_Max / CG_Max ⁇ 1 may be satisfied.
  • ⁇ CT is the sum of the central thicknesses of the lenses
  • ⁇ CG is the sum of the spacing between adjacent lenses. If Equation 33 is satisfied, the optical system can have good optical performance at the focal distance at the set angle of view and can reduce TTL. Preferably, 1 ⁇ ⁇ CT / ⁇ CG ⁇ 1.5 may be satisfied.
  • ⁇ Index means the sum of the refractive indices at the d-line of each of the plurality of lenses. If Equation 34 is satisfied, TTL can be controlled in the optical system 110 in which an aspherical lens and a spherical lens are mixed. Additionally, if the number of lenses made of spherical material is greater than the number of lenses made of aspherical material, the sum of TTL and refractive index can be set. Equation 34 may preferably satisfy 5 ⁇ ⁇ Index ⁇ 10.
  • ⁇ Abbe means the sum of the Abbe numbers of each of the plurality of lenses.
  • the optical system 110 can have improved aberration characteristics and resolution.
  • optical characteristics can be controlled, and preferably 10 ⁇ ⁇ Abb / ⁇ Index ⁇ 30.
  • ⁇ CT is the sum of the center thicknesses of a plurality of lenses, and n is the number of lenses in the optical system. If Equation 36 is satisfied, TTL can be controlled. Preferably, 80 ⁇ ⁇ CT*n ⁇ 130 may be satisfied.
  • Equation 37 is the sum of the edge thicknesses of the effective areas of the lenses. If Equation 37 is satisfied, the optical system can have good optical performance at the focal distance at the set angle of view and can reduce TTL. Equation 37 may preferably satisfy 0.5 ⁇ ⁇ CT / ⁇ ET ⁇ 1.5.
  • CA_Min represents the minimum effective diameter among the object-side and light source-side surfaces of the lenses. If Equation 38 is satisfied, the optical system can control incident light, maintain optical performance, and provide a slimmer module. Equation 38 may preferably satisfy 1 ⁇ CA11 / CA_Min ⁇ 3.
  • CA11 may be the maximum effective diameter
  • the light source side surface of the second lens 112 may be the minimum effective diameter.
  • CA_Max represents the maximum effective diameter among the object-side and light source-side surfaces of the lenses. If Equation 39 is satisfied, the optical system can maintain optical performance and set the size for a slim and compact structure. Equation 39 may preferably satisfy 1 ⁇ CA_Max / CA_Min ⁇ 3.
  • Equation 39 is the center distance between the second and third lenses, and CA12 is the effective diameter of the light source side of the first lens. If Equation 39 is satisfied, the incident light of the spherical lenses can be adjusted. Equation 39 may preferably satisfy 0 ⁇ CG2 / CA12 ⁇ 1.
  • CA_Aver represents the average of the effective diameters of the object-side surfaces and light source-side surfaces of the lenses. If Equation 40 is satisfied, the optical system can maintain optical performance and set up a slim and compact sensor device. Equation 40 may preferably satisfy 1 ⁇ CA_Max / CA_Aver ⁇ 2.
  • Equation 41 may preferably satisfy 0.5 ⁇ CA_Min / CA_Aver ⁇ 1.
  • Equation 42 can be set to the maximum effective diameter (CA_Max) and the diagonal length of the light source (2*LsH). If these are satisfied, the optical system can maintain good optical performance and a slim and compact sensor device can be set up. Equation 42 may preferably satisfy 3 ⁇ CA_Max / (2*LsH) ⁇ 4.5.
  • TD is the optical axis distance from the center of the object-side surface of the first lens to the center of the light source-side surface of the last lens. If Equation 42-1 is satisfied, the total optical axis distance and maximum effective diameter of the lenses can be set, and the size for good optical performance can be set. Equation 42-1 preferably satisfies 1 ⁇ TD / CA_Max ⁇ 3.
  • Equation 43 preferably states that 0 ⁇ F /
  • Equation 44 by setting the effective focal length of the optical system and the radius of curvature of the object-side surface of the first lens, the influence on the emitted light and TTL can be adjusted. Equation 44 may preferably satisfy 0 ⁇ F / L1R1 ⁇ 0.5.
  • EPD refers to the size (mm) of the entrance pupil of the optical system 110
  • L5R2 refers to the radius of curvature of the light source side surface of the fifth lens.
  • the optical system 110 can control incident light.
  • The condition of ⁇ 0.5 can be satisfied.
  • the size of the entrance pupil of the optical system 110 and the radius of curvature of the object-side surface of the first lens can be set, and if these are satisfied, the optical system 110 can control the emitted light.
  • the condition 0 ⁇ EPD / L1R1 ⁇ 0.5 may be satisfied.
  • F1 is the focal length of the first lens
  • F2 is the focal length of the second lens. If Equation 47 is satisfied, the refractive power of the first and second lenses can be controlled and TTL and effective focal length (EFL) can be affected. Preferably, 0 ⁇
  • the focal length of the first lens and the effective focal length of the optical system can be set, and the refractive power of the first lens can be controlled.
  • the focal lengths of the first and fifth lenses can be set, and the refractive power of the first and fifth lenses can be controlled.
  • ⁇ 5 may be satisfied.
  • F1, F2, F3, F4, and F5 are the focal lengths of the first to fifth lenses, and the effective distance of the aspherical lens is adjusted by adjusting the focal distance of the last aspherical lens from the focal distance of the spherical lens. Light can be guided to an area.
  • F1 is -10 mm or less, for example, in the range of -10 mm to -30 mm.
  • F2 is -5 mm or less, for example, in the range of -5 mm to -20 mm.
  • F3 is 15 mm or more, for example in the range of 15 mm to 30 mm.
  • F4 is 16mm or more, for example, in the range of 16mm to 40mm.
  • F5 is greater than 5 mm, for example in the range of 5 mm to 17 mm.
  • the balance of the respective focal lengths of each lens can suppress differences in focus positions due to temperature changes. Accordingly, the optical properties of the lenses can be prevented from being deteriorated due to temperature changes.
  • the aperture ST is disposed on the object-side surface of the third lens 113.
  • the focal length of the lens disposed on the light source side than the aperture (ST) and closest to the aperture (ST) is greater than 0.
  • F3 the focal length of the third lens 113
  • the third lens 113 collects light to prevent the effective diameter of the fourth to fifth lenses, which are lenses disposed closer to the light source than the third lens 113, from increasing, and the TTL is By preventing lengthening, miniaturization of the transmission optical system is possible.
  • a wide-angle optical system can be provided with a field of view (FOV) exceeding 100 degrees, for example, 110 to 130 degrees.
  • Po2 is the refractive power value of the second lens
  • Po3 is the refractive power value of the third lens. That is, the refractive powers of the second and third lenses are opposite to each other, so aberrations can be improved and light can be effectively guided to the aspherical lens. In the case of Po2 * Po3 > 0, the effect of improving chromatic aberration in the two lenses is not significant.
  • TTL refers to the distance (mm) from the center of the first surface (S1) of the first lens 111 to the upper surface of the light source 116 on the optical axis (Lz).
  • Equation 52 can set the diagonal size (2*LsH) of the light source 116 and provide an optical system having a sensor size for a vehicle. Equation 52 preferably satisfies 2mm ⁇ LsH ⁇ 5mm.
  • Equation 53 BFL is set to more than 1.5 mm and less than 7 mm, so that the installation space for the cover glass 153 can be secured, and the assembling of the components is improved and combined through the gap between the light source 116 and the last lens. Reliability can be improved. Equation 53 preferably satisfies 5mm ⁇ BFL ⁇ 7mm. If the BFL is less than the range of Equation 53, some of the light emitted from the light source may not be emitted, which may cause resolution deterioration. If the BFL exceeds the range of Equation 53, stray light may be emitted and the aberration characteristics of the optical system may deteriorate.
  • Equation 54 can set the overall focal length (F) to suit the vehicle optical system. Equation 54 can satisfy 1mm ⁇ F ⁇ 5mm.
  • FOV Field of view
  • Degree the angle of view of the optical system 110
  • F0V field of view
  • the FOV may preferably satisfy 110 degrees ⁇ FOV ⁇ 130 degrees.
  • the range of the vehicle optical system can be set by the angle of view.
  • the length of the light source in the horizontal direction is based on 6.80mm ⁇ 0.5mm.
  • the rate of change of the effective focal distance and the change rate of the angle of view can be set to 5% or less, for example, 0 to 5%.
  • even if two or more aspherical lenses are mixed with spherical lenses in the optical system 110 degradation of optical characteristics can be prevented through temperature compensation and aberration correction by the aspherical lenses made of glass.
  • CA_Max refers to the largest effective diameter (mm) among the object-side surface and the light source-side surface of the plurality of lenses
  • TTL refers to the light source 116 from the vertex of the first surface (S1) of the first lens. It means the distance (mm) from the optical axis (Lz) to the upper surface of .
  • Equation 56 sets the relationship between the total optical axis length of the optical system and the maximum effective diameter, thereby providing an improved optical system for vehicles. Equation 56 may preferably satisfy 1 ⁇ TTL / CA_Max ⁇ 3.
  • Equation 57 can set the total optical axis length (TTL) of the optical system and the diagonal length (LsH) of the optical axis of the light source 116.
  • TTL total optical axis length
  • LsH diagonal length
  • Equation 57 may preferably satisfy 10 ⁇ TTL / LsH ⁇ 20.
  • Equation 58 can set the optical axis spacing between the light source 116 and the last lens and the diagonal length from the optical axis of the light source 116. If the optical system 110 according to the embodiment satisfies Equation 58, the optical system 110 can secure the BFL to apply the size of the vehicle light source 116, and the gap between the last lens and the light source 116 can be set and can have good optical characteristics in the field of view (FOV). Equation 58 may preferably satisfy 1 ⁇ BFL / LsH ⁇ 2.
  • Equation 59 can set the total optical axis length (TTL) of the optical system and the optical axis spacing (BFL) between the light source 116 and the last lens.
  • TTL total optical axis length
  • BFL optical axis spacing
  • Equation 59 may preferably satisfy 3 ⁇ TTL / BFL ⁇ 13.
  • Equation 60 can set the total focal length (F) and total optical axis length (TTL) of the optical system 110. Accordingly, an optical system for a driver assistance system can be provided. Equation 60 may preferably satisfy 10 ⁇ TTL/F ⁇ 25 or 12 ⁇ TTL/F ⁇ 20. When the optical system 110 according to the embodiment satisfies Equation 60, the optical system 110 can have an appropriate focal distance in the set TTL range, maintains the appropriate focal distance even when the temperature changes from low to high, and forms an image. Provides an optical system that can be used.
  • Equation 60 If it is less than the lower limit of Equation 60, it is necessary to increase the refractive power of the lenses, making correction of spherical aberration or distortion aberration difficult, and if it is more than the upper limit of Equation 60, the effective diameter or TTL of the lenses becomes longer, making it difficult to capture images. A problem may arise where the lens system becomes larger.
  • Equation 61 can set the overall focal length (F) of the optical system 110 and the optical axis spacing (BFL) between the light source 116 and the last lens.
  • the optical system 110 can have a set angle of view and an appropriate focal distance, and can provide an optical system for a vehicle.
  • the optical system 110 can minimize the gap between the last lens and the light source 116, so it can have good optical characteristics in the field of view (FOV).
  • Equation 61 may preferably satisfy 0 ⁇ F / BFL ⁇ 1.
  • Equation 62 can set the total focal length (F, mm) of the optical system 110 and the diagonal length (LsH) at the optical axis of the light source 116.
  • This optical system 110 may have improved aberration characteristics in the size of the vehicle light source 116.
  • Equation 62 may preferably satisfy 0.7 ⁇ F / LsH ⁇ 1.
  • Equation 63 can set the total focal length (F) and entrance pupil size of the optical system 110. Accordingly, the overall brightness of the optical system can be controlled. Equation 63 may preferably satisfy 0.5 ⁇ F / EPD ⁇ 1.
  • Equation 64 can establish the relationship between the entrance pupil size (EPD), the length of half the maximum diagonal length of the image sensor (LsH), and the angle of view. Accordingly, the overall size and brightness of the optical system can be controlled. Equation 64 may preferably satisfy 0 ⁇ EPD/LsH/FOV ⁇ 0.1.
  • Equation 65 can establish the relationship between the angle of view of the optical system and the F number (F#). Equation 65 preferably satisfies 120 ⁇ FOV / F # ⁇ 170.
  • F# can be set to 1.2 or less to provide a bright image.
  • Equation 67 can satisfy the condition of 1000 ⁇ (FOV*TTL)/n ⁇ 1500, depending on the angle of view and the number of lenses (n).
  • n is the total number of lenses, and depending on the total number of lenses, the maximum center thickness of the lens (CT_Max), maximum center spacing (CG_Max), FOV, TTL, optical axis distance (TD) of the lenses, and the fifth lens
  • CT_Max maximum center thickness of the lens
  • CG_Max maximum center spacing
  • FOV maximum center spacing
  • TTL optical axis distance
  • CA52 effective diameter of the light source side surface
  • CA52 the effective diameter of the object side surface of the first lens
  • TD optical axis distance
  • the optical system 110 may satisfy at least one or two or more of Equations 1 to 70.
  • the optical system 110 may have improved optical characteristics.
  • the transmission optical system 110 can secure BFL for applying the vehicle light source 116, compensate for the decrease in optical characteristics due to temperature changes, and minimize the gap between the last lens and the light source 116. It is possible to have good optical performance within the field of view (FOV).
  • the BFL can be defined as a first BFL for the receiving optical system and a second BFL for the transmitting optical system.
  • Table 9 shows the items of the above-described equations in the transmission optical system 110 of the embodiment, including TTL (mm), BFL, effective focal length (F), LsH, effective diameter (CA), and angle of the transmission optical system 110.
  • TTL mm
  • BFL effective focal length
  • F effective focal length
  • CA effective diameter
  • Table 10 shows the result values for Equations 1 to 35 described above in the transmission optical system 110 of the embodiment. Referring to Table 10, it can be seen that the transmission optical system 110 satisfies at least one, two, or three of Equations 1 to 35. Accordingly, the transmission optical system 110 can have good optical performance within the field of view (FOV) and have excellent optical characteristics.
  • FOV field of view
  • Table 11 shows the result values for Equations 36 to 70 described above in the optical system 110 of the embodiment. Referring to Table 11, it can be seen that the optical system 110 satisfies at least one, two, or three of Equations 36 to 70. Accordingly, the optical system 110 can have good optical performance within the field of view (FOV) and can have excellent optical characteristics.
  • FOV field of view
  • FIG. 18 is a block diagram of a sensor system having a transmission optical system according to an embodiment of the invention.
  • the sensor device includes a control unit 10, a light source driver 20, a transmission optical system 30, a reception optical system 50 and a signal processing unit 60 disclosed above.
  • the control unit 10 controls the transmission and reception of signals, and provides communications such as autonomous driving modules, artificial intelligence modules, drones, robots, augmented reality devices, virtual phenomenon devices, and 5G and 6G based on the transmitted and received signals. It can be linked to devices related to the service.
  • the light source driver 20 supplies power to the light source included in the transmission optical system 30 to drive it.
  • the light source generates laser light in the form of a line light source or a point light source.
  • the light source driver 20 can adjust or vary the driving current supplied to the light source according to driving environment information.
  • the driving environment information may include topographic information of the driving section, traffic congestion information, weather, etc.
  • the wavelength of the laser light generated from the light source may be in the range of 890 nm to 960 nm or 940 nm ⁇ 10 nm.
  • the laser light source can be implemented as an InGaAs/GaAs-based semiconductor diode laser and can emit high power laser light.
  • the light source may include a single emitter and/or multiple emitters.
  • the transmission optical system 30 transmits the laser light generated from the light source to the object 40, and the light reflected from the object 40 is received by the reception optical system 50.
  • the receiving optical system 50 may be composed of a plurality of optical sensors, and the optical sensor converts the received light into an electrical signal using a photodiode. That is, the image sensor is arranged in a matrix type and converts light received from an object scanned in each of the horizontal and vertical directions into electric current.
  • the signal processing unit 60 converts the output of the receiving optical system 50 into a voltage, amplifies it, and then converts the amplified signal into a digital signal using an analog-to-digital converter.
  • the signal processing unit 60 analyzes digital data using a time of flight (TOF) algorithm or a phase-shift algorithm to detect the distance to the object 40 and the shape of the object.
  • TOF time of flight
  • the control unit 10 may receive vehicle speed information and road surface condition information through a control unit (ECU) or a network.
  • the control unit 10 may receive driving environment information through a network.
  • Driving environment information may include topography information of the driving section, traffic congestion information, weather, etc.
  • the control unit 10 can adjust the gain based on one or more of the speed of the vehicle, the road surface condition of the road on which the vehicle travels, and driving environment information, and freely receives sensor data including the distance to the object and shape information of the object. It can be provided to the driving device.
  • FIG. 19 is a diagram showing an example of measuring an object in a vehicle having the sensor system of the invention
  • FIG. 20 is a diagram showing an example of surrounding monitoring in a vehicle having the sensor system of the invention.
  • a vehicle 202 having a sensor system includes a transmission optical system that projects laser light 201 generated by a light source toward a target scene, and light reflected from the target or object 210. It includes a receiving optical system that receives (203).
  • the sensor system also includes a LiDAR system, which typically includes a controller that computes distance information for an object 106 from reflected light, and a light sensor that can be a static pattern within a desired range and field of view (FOV). It also includes devices that can scan or provide specific patterns. Transmitting and receiving optics are used to convert the received signal light into measurements that represent a point-by-point three-dimensional map of the surrounding environment within the LIDAR system range and FOV.
  • the receiving optical system and signal processing unit for LIDAR calculate range information based on time-of-flight measurements of light pulses emitted from a light source. Additionally, to illuminate the scene on a target plane relative to a specific range, information known about the light beam profile based on the source and the specific design of the projector system can be used to determine positional information about the reflecting surface to produce a complete x,y, z, or creates a three-dimensional picture of the scene. In other words, a point-by-point 3D map of the surrounding environment represents a collection of measurement data representing positional information from all surfaces within the LIDAR system's field of view that reflect light from the source to the receiver. In this way, a 3D representation of the object in the LIDAR system's field of view is obtained.
  • an adaptive cruise control function may require a field of view and range 204 that have a narrow field of view compared to the side viewing “surround view” field of view and range 206, but have long distance range requirements.
  • a car's sensor functions can be enabled by a combination of LIDAR, radar, cameras, and ultrasonic sensors.
  • sensor fusion The combination of these sensor data to generate information about the surrounding environment is often referred to as “sensor fusion.”
  • LIDAR LIDAR systems in the context of automobiles, where LIDAR is widely used for autonomous, self-driving, or driver-assisted vehicles, it should be understood that the embodiments may be applied to any vehicle.
  • Other types of vehicles may include robots, tractors, trucks, airplanes, drones, boats, ships, etc.

Abstract

발명의 실시예에 개시된 수신 광학계는 물체 측에 가장 인접한 제1 렌즈; 이미지 센서에 가장 인접한 n번째 렌즈(n은 6 이하이다); 상기 제1 렌즈와 상기 n번째 렌즈 사이에 배치되며 광축으로 정렬된 복수의 렌즈; 및 상기 복수의 렌즈 사이의 영역들 중 어느 하나에 배치된 광학 필터를 포함하며, 상기 광학 필터로부터 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리는 D1이며, 상기 이미지 센서에 가장 인접한 상기 n번째 렌즈의 센서측 면으로부터 상기 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리는 BFL이며, 수학식: BFL < D1을 만족할 수 있다.

Description

수신 광학계, 송신 광학계, 센서 시스템 및 라이다 장치
실시예는 수신 광학계 및 이를 갖는 센서 시스템에 대한 것이다. 실시예는 송신 광학계 및 이를 갖는 센서 시스템에 대한 것이다. 실시예는 라이다(LIDAR: Light detection and ranging)용 수신 광학계, 송신 광학계 및 이를 갖는 장치에 대한 것이다. 발명의 실시 예는 라이다용 수신 광학계, 송신 광학계 및 시스템을 갖는 이동체에 관한 것이다.
ADAS(Advanced Driving Assistance System)란 운전자를 운전을 보조하기 위한 첨단 운전자 보조 시스템으로서, 전방의 상황을 센싱하고, 센싱된 결과에 기초하여 상황을 판단하고, 상황 판단에 기초하여 차량의 거동을 제어하는 것으로 구성된다. 예를 들어, ADAS 센서 장치는 전방의 차량을 감지하고, 차선을 인식한다. 이후 목표 차 선이나 목표 속도 및 전방의 타겟이 판단되면, 차량의 ESC(Electrical Stability Control), EMS(Engine Management System), MDPS(Motor Driven Power Steering) 등이 제어된다. 대표적으로, ADAS는 자동 주차 시스템, 저속 시내 주행 보조 시스템, 사각 지대 경고 시스템 등으로 구현될 수 있다.
최근 자율 주행 자동차에 대한 관심이 증대됨에 따라 그 핵심 부품인 라이다(LIDAR: Light Detection And Ranging) 센서에 대한 수요가 커지고 있다. 현재 라이다는 고사양의 고가 차량용으로만 사용되고 있지만 제조비용의 절감으로 일반 차량용으로도 적용될 것으로 예상된다. 초소형 및 초경량 라이다 기술은 무인 이동기기의 센서로서 사용될 뿐만 아니라 지구지형 및 환경관측 등을 위한 위성 및 우주항공 분야, 무인자동차, 공장 및 조선소 등에서 활용되는 트랜스포터, 크레인, 로봇 등에 활용이 가능하고, 육상과 항공 및 해양 산업 분야의 통합적 접근을 통해 이동기기간 복합 또는 협력 운용 형태로도 등장할 전망이므로, 초소형 및 초경량 라이다를 구현하기 위한 초소형 및 초경량 라이다용 광학계의 개발이 시급한 상황이다.
실시예는 광학 특성이 향상된 수신 광학계 및 이를 갖는 센서 시스템을 제공하고자 한다. 실시예는 광각의 수신 광학계 및 이를 갖는 센서 시스템을 제공하고자 한다. 실시예는 열 보상 특성이 향상된 수신 광학계, 센서 시스템 및 라이다 장치를 제공하고자 한다.
실시예는 광학 특성이 향상된 송신 광학계 및 이를 갖는 센서 시스템을 제공하고자 한다. 실시예는 광각의 송신 광학계 및 이를 갖는 센서 시스템을 제공하고자 한다. 실시예는 열 보상 특성이 향상된 송신 광학계, 센서 시스템 및 라이다 장치를 제공하고자 한다.
발명의 실시예에 따른 수신 광학계는 물체에 가장 인접한 제1 렌즈; 이미지 센서에 가장 인접한 n번째 렌즈(n은 6 이하이다); 상기 제1 렌즈와 상기 n번째 렌즈 사이에 배치되며 광축으로 정렬된 복수의 렌즈; 및 상기 복수의 렌즈 사이의 영역들 중 어느 하나에 배치된 광학 필터를 포함하며, 상기 광학 필터로부터 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리는 D1이며, 상기 이미지 센서에 가장 인접한 상기 n번째 렌즈의 센서측 면으로부터 상기 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리는 BFL이며, 수학식: BFL < D1을 만족할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 광학 필터의 물체 측에 배치된 렌즈와 상기 광학 필터 사이에 배치되고, 상기 광학 필터의 물체 측에 배치된 상기 렌즈의 둘레에 배치된 조리개를 포함하며, SD는 상기 조리개로부터 상기 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리이며, 수학식: 1 < SD/D1 < 1.2을 만족할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, CTn는 상기 n 번째 렌즈의 중심 두께이며, CTn-1는 상기 n번째 렌즈의 물체 측에 배치된 n-1번째 렌즈의 중심 두께이며, TTL은 상기 제1 렌즈의 물체측 면의 중심으로부터 상기 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리이며, 수학식: (CTn+CTn-1) < D1 < TTL/2을 만족할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 광학 필터는 890nm 내지 960nm 범위를 통과시키는 밴드패스필터일 수 있다.
상기 제1 렌즈는 상기 광축에서 볼록한 물체측 면과 오목한 센서측 면을 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈로부터 센서측으로 이격된 제2 렌즈는 플랫한 물체측 면과 오목한 센서측 면을 가질 수 있다. 상기 광학 필터로부터 물체 측으로 이격된 제3 렌즈는 광축에서 양면이 볼록한 형상을 가지며, 상기 광학 필터로부터 센서 측으로 이격된 제4 렌즈는 광축에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 n번째 렌즈는 상기 광축에서 볼록한 물체측 면과 볼록한 센서측 면을 가질 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈는 음의 굴절력을 갖고, 상기 n번째 렌즈는 양의 굴절력을 갖고, 상기 복수의 렌즈 중 양의 굴절력을 갖는 렌즈 매수는 상기 복수의 렌즈 중 음의 굴절력을 갖는 렌즈 매수보다 많을 수 있다. 상기 제1 렌즈의 물체측 면은 광학계의 렌즈들 중 최대 유효경을 가지며, 상기 제1 렌즈의 센서측에 배치된 제2 렌즈의 센서측 면은 광학계의 렌즈들 중 최소 유효경을 가지며, 상기 제1 렌즈는 구면 렌즈이며, 상기 n번째 렌즈는 제5 렌즈이며, 비구면 렌즈일 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 송신 광학계는 물체에 가장 인접한 제1 렌즈; 광원에 가장 인접한 n번째 렌즈(n은 6 이하이다); 및 상기 제1 렌즈와 상기 n번째 렌즈 사이에 배치되며 광축으로 정렬된 복수의 렌즈를 포함하며, 상기 제1 렌즈는 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지며, 상기 n번째 렌즈는 광축에서 양면이 볼록한 형상을 가지며, 상기 n번째 렌즈로부터 물체측으로 n-1번째 렌즈는 광축에서 양면이 볼록한 형상을 가지며, 상기 제1 렌즈는 유리 재질이며, 상기 광축에서 물체측 면과 광원측 면이 구면 형상이며, 상기 n번째 렌즈는 유리 재질이며, 상기 광축에서 물체측 면과 광원측 면이 비구면 형상일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈의 광원 측에 배치된 제2 렌즈는 광축에서 플랫한 물체측 면과 오목한 형상의 광원측 면을 가질 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제2 렌즈의 광원측에 배치된 제3 렌즈는 광축에서 양면이 볼록한 형상을 가지며, 상기 제3 렌즈의 광원측에 배치된 제4 렌즈는 광축에서 양면이 볼록한 형상을 가지며, 상기 제3 렌즈는 상기 광축에서 양면이 구면 형상을 가지며, 상기 제4 렌즈는 상기 광축에서 양면이 비구면 형상을 가질 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈는 음의 굴절력을 갖고, 상기 n번째 렌즈는 제 5렌즈이며 양의 굴절력을 갖고, 상기 복수의 렌즈는 양의 굴절력을 갖는 렌즈 매수가 음의 굴절력을 갖는 렌즈 매수보다 많을 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 라이다 장치는 이미지 센서와, 물체에서 이미지 센서를 향해 제1 광축으로 정렬된 제1 내지 제5 렌즈를 갖는 수신 광학계; 광원과, 물체에서 광원 측을 향해 제2 광축으로 정렬된 제6 내지 제10 렌즈를 갖는 송신 광학계를 포함하며, 상기 제1 내지 제5 렌즈는 구면 렌즈와 비구면 렌즈를 포함하며, 상기 제6 내지 제10 렌즈는 구면 렌즈와 비구면 렌즈를 포함하며, 상기 수신 광학계는 구면 렌즈와 비구면 렌즈 사이에 배치된 광학 필터를 포함하며, 상기 제1 렌즈와 상기 제6 렌즈 각각은 물체측을 향해 볼록한 메니스커스 형상을 가지며, 상기 제5 렌즈는 물체측 면과 센서측 면이 제1 광축 상에서 볼록한 형상 및 비구면 형상을 갖고, 상기 제10 렌즈는 물체측 면과 광원측 면이 제2 광축 상에서 볼록한 형상 및 비구면 형상을 가지며, 상기 광원은 890nm 내지 960nm 범위의 광을 발생시키며, 상기 광학 필터는 상기 890nm 내지 960nm 범위의 광을 투과시킬 수 있다.
실시예에 의하면, 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 실시예에 따른 수신 광학계에서 밴드패스 필터의 위치를 조리개(stop) 근처에 위치시켜 필터로 입사되는 빛의 입사각을 최소화할 수 있다. 이에 따라 밴드패스 필터의 광 입사각에 따라 밴드패스 필터의 투과율 영역을 넓게 활용할 수 있다. 발명의 라이다 수신 광학계는 송신 광학계로부터 방출된 빛을 수광하는 효과를 극대화할 수 있다.
발명의 라이다 수신 광학계는 저온 내지 고온의 온도 범위에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 수신 광학계에 포함된 복수의 렌즈들은 설정된 재질, 굴절력, 및 굴절률을 가질 수 있다. 이에 따라, 온도 변화에 따른 각 렌즈의 굴절률이 변화되고, 이로 인해 각 렌즈의 초점 거리가 변화할 경우, 글라스 몰드 렌즈와 글라스 렌즈에 의해 상호 보상할 수 있다. 즉, 상기 수신 광학계는 저온 내지 고온의 온도 범위에서 굴절력에 대한 배분을 효과적으로 수행할 수 있고, 저온 내지 고온의 온도 범위에서 광학 특성이 변화하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 광학계 및 센서 시스템은 다양한 온도 범위에서 향상된 광학 특성을 유지할 수 있다.
발명의 라이다 수신 광학계는 렌즈들은 설정된 두께, 굴절력 및 인접한 렌즈와의 간격을 가질 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 광학계 및 센서 시스템은 설정된 화각 범위에서 향상된 MTF 특성, 수차 제어 특성, 해상도 특성 등을 가질 수 있고, 화각의 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
실시예에 따른 수신 광학계 및 센서 시스템은 글라스 몰드 렌즈와 글라스 렌즈의 혼합을 통해 설정된 화각을 만족하며 우수한 광학 특성을 구현할 수 있다. 이로 인해 상기 광학계는 보다 슬림한 차량용 센서 시스템을 제공할 있다. 따라서, 상기 광학계 및 센서 시스템은 다양한 어플리케이션 및 장치 등에 제공될 수 있고, 가혹한 온도 환경, 예를 들어 차량의 외부에 노출되거나 또는 여름철 고온의 차량 내부에서도 우수한 광학 특성을 가질 수 있다.
발명의 라이다 송신 광학계는 송신 광학계로부터 방출된 광의 추출 효율을 극대화할 수 있다. 발명의 라이다 송신 광학계는 저온 내지 고온의 온도 범위에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 송신 광학계에 포함된 복수의 렌즈들은 설정된 재질, 굴절력, 및 굴절률을 가질 수 있다. 이에 따라, 온도 변화에 따른 각 렌즈의 굴절률이 변화되고, 이로 인해 각 렌즈의 초점 거리가 변화할 경우, 글라스 몰드 렌즈와 글라스 렌즈에 의해 상호 보상할 수 있다. 즉, 상기 송신 광학계는 저온 내지 고온의 온도 범위에서 굴절력에 대한 배분을 효과적으로 수행할 수 있고, 저온 내지 고온의 온도 범위에서 광학 특성이 변화하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 광학계 및 센서 시스템은 다양한 온도 범위에서 향상된 광학 특성을 유지할 수 있다.
발명의 라이다 송신 광학계는 렌즈들은 설정된 두께, 굴절력 및 인접한 렌즈와의 간격을 가질 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 광학계 및 센서 시스템은 설정된 화각 범위에서 향상된 MTF 특성, 수차 제어 특성, 해상도 특성 등을 가질 수 있고, 화각의 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 실시예에 따른 송신 광학계 및 센서 시스템은 글라스 몰드 렌즈와 유리 렌즈의 혼합을 통해 설정된 화각을 만족하며 우수한 광학 특성을 구현할 수 있다. 이로 인해 상기 광학계는 보다 슬림한 차량용 센서 시스템을 제공할 있다. 따라서, 상기 광학계 및 센서 시스템은 다양한 어플리케이션 및 장치 등에 제공될 수 있고, 가혹한 온도 환경, 예를 들어 차량의 외부에 노출되거나 또는 여름철 고온의 차량 내부에서도 우수한 광학 특성을 가질 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 라이다의 수신 광학계의 측 단면도이다.
도 2는 도 1의 수신 광학계의 렌즈 특성을 나타낸 표이다.
도 3은 도 1의 수신 광학계에서 렌즈들의 비구면 계수를 나타낸 표이다.
도 4는 도 1의 수신 광학계에서 온도에 따른 각 렌즈의 굴절률 변화를 비교한 표이다.
도 5은 도 1의 수신 광학계에서 저온, 상온 및 고온의 온도에 따른 회절 MTF(Modulation Transfer Function)의 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 1의 수신 광학계의 저온에서의 수차 특성에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 1의 수신 광학계의 상온에서의 수차 특성에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 1의 수신 광학계의 고온에서의 수차 특성에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 9는 발명의 실시 예에 따른 필터에 의해 자동 광학 검사(AOI) 장비에 의해 측정된 주 빔의 입사각이 0도, 20도, 40도일 때의 투과율을 곡선을 비교한 그래프이다.
도 10은 실시예에 따른 라이다의 송신 광학계의 측 단면도이다.
도 11는 도 10의 송신 광학계의 렌즈 특성을 나타낸 표이다.
도 12은 도 10의 송신 광학계에서 렌즈들의 비구면 계수를 나타낸 표이다.
도 13는 도 10의 송신 광학계에서 온도에 따른 각 렌즈의 굴절률 변화를 비교한 표이다.
도 14은 도 10의 송신 광학계에서 저온, 상온 및 고온의 온도에 따른 회절 MTF의 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 15은 도 10의 송신 광학계의 저온에서의 수차 특성에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 16은 도 10의 송신 광학계의 상온에서의 수차 특성에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 17은 도 10의 송신 광학계의 고온에서의 수차 특성에 대한 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 18는 도 10의 송신 광학계를 갖는 센서 시스템을 나타낸 블록 구성도이다.
도 19은 발명의 센서 시스템을 갖는 차량에서 물체를 측정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 20는 발명의 센서 시스템을 갖는 차량에서의 주변 감시 예를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
발명의 설명에 있어서, "물체 측 면"은 광축을 기준으로 물체 측을 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있고, "센서 측 면"은 광축을 기준으로 촬상 면(이미지 센서)을 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있다. 상기 렌즈의 일면이 볼록하다는 것은 광축 또는 근축 영역(Paraxial region)에서 볼록한 형상을 의미할 수 있고, 렌즈의 일면이 오목하다는 것은 광축 또는 근축 영역에서의 오목한 형상을 의미할 수 있다. 렌즈 데이터에 대한 표에 기재된 곡률 반경, 중심 두께, 렌즈 사이의 광축 간격은 광축에서의 값(단위, mm)을 의미할 수 있다. 수직 방향은 광축과 수직인 방향을 의미할 수 있고, 렌즈 또는 렌즈면의 끝단은 입사된 광이 통과하는 렌즈의 유효 영역의 끝단을 의미할 수 있다. 렌즈면의 유효경의 크기는 측정 방법 등에 따라 최대 ±0.4 mm 정도의 측정 오차를 가질 수 있다. 상기 근축 영역이라 함은 광축 근처의 매우 좁은 영역을 의미하며, 광축으로부터 광선이 떨어지는 거리가 거의 0인 영역이다. 이하, 광축이라는 의미는 각 렌즈의 중심이거나 광축 근처의 매우 좁은 영역을 포함할 수 있다.
도 1은 발명의 실시 예에 따른 수신 광학계를 나타낸 측 단면도이다.
도 1을 참조하면, 수신 광학계(100) 및 이를 갖는 센서 시스템은 차량 내부 또는 외부에 장착되어, 운전자 감시 또는 외부 물체나 차선을 센싱할 수 있다. 상기 렌즈들의 재질은 유리 또는 플라스틱이 선택될 수 있으며, 선팽창 계수는 유리 재질이 플라스틱 재질보다 작다. 온도 변화에 따라 초점 결상 위치가 변화되는 것을 억제하기 위해 유리 재질의 렌즈를 채용하고 있다. 그러나, 구면의 유리 렌즈들로 광학계를 구성할 경우, 렌즈 매수를 줄이는 데 한계가 있고, 사이즈 감소 및 중량 경감에 한계가 있다. 발명의 실시 예의 수신 광학계(100)는 구면 렌즈와 비구면 렌즈를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 구면 렌즈는 렌즈의 물체측 면과 센서측 면 중 적어도 하나 또는 모두가 구면인 렌즈이다. 상기 비구면 렌즈는 렌즈의 물체측 면과 센서측 면 중 적어도 하나 또는 모두가 비구면인 렌즈이다. 상기 수신 광학계(100)는 구면의 유리 렌즈와 비 구면의 유리 렌즈를 포함할 수 있다. 또한 비구면 렌즈를 채용하므로, 광학계(100)는 전체 길이(TTL)이 줄어들 수 있고, 비구면 렌즈로 인해 구면 수차, 색 수차와 같은 다양한 수차에 대해 양호한 보정이 가능할 수 있다. 또한 비구면 렌즈들은 주변부의 왜곡 부분을 최소화시켜 줄 수 있다.
상기 광학계(100)는 n개의 렌즈를 포함할 수 있으며, n 번째 렌즈는 이미지 센서(151)에 인접한 마지막 렌즈이며, n-1번째 렌즈는 마지막 렌즈에 가장 인접한 렌즈일 수 있다. 상기 n은 4 이상의 정수이며, 예컨대 4 내지 7 범위이거나 4내지 6 범위일 수 있다. 상기 n개의 렌즈에서 구면 렌즈와 비구면 렌즈의 비율은 3:1, 4:1, 3:2, 2:3, 3:3, 5:2, 또는 4:2 중 어느 하나일 수 있다.
상기 수신 광학계(100)는 제1 렌즈(101)가 유리 재질로 이루어질 수 있다. 상기 유리 재질은 외부 온도 변화에 따른 팽창과 수축 변화량이 적고, 표면이 잘 긁히지 않아 표면 손상을 방지할 수 있다. 이에 따라 광학계(100)에서 물체측 렌즈들은 구면 렌즈이고, 센서측 렌즈(들)은 비구면 렌즈로 배치할 수 있다. 상기 광학계(100) 내에서 이미지 센서(151)에 인접한 적어도 하나의 렌즈는 비구면 렌즈일 수 있다. 예컨대, 이미지 센서(151)에 인접한 적어도 두 매의 렌즈는 비구면 렌즈일 수 있으며, 바람직하게 상기 이미지 센서(151)에 인접한 2매의 렌즈는 비구면 렌즈일 수 있다. 즉, 광학계(100)에서 n번째와 n-1 번째 렌즈들은 비구면 렌즈로 배치되므로, 이미지 센서(151)의 입사측 광들에 대해 다양한 수차를 보정할 수 있다.
상기 광학계(100) 내에서 물체에 인접한 적어도 두 매의 렌즈는 유리 재질일 수 있다. 상기 물체에 인접한 2매 이상의 렌즈 예컨대, 2매 내지 4매의 렌즈는 유리 재질일 수 있다. 상기 유리 재질의 렌즈들이 온도 변화에 따른 수축과 팽창의 변화율이 플라스틱 재질보다 작으므로, 상기 렌즈 배럴 내에서 외부에 인접한 영역에 유리 재질의 렌즈들을 배치할 수 있다. 상기 광학계(100)는 이미지 센서에 인접한 적어도 두 매의 렌즈는 글라스 몰드 재질일 수 있다. 상기 글라스 몰드는 상기 유리 재질과 동일한 재질이며, 비구면을 가질 수 있다. 상기 글라스 몰드 렌즈들이 온도 변화에 따른 수축과 팽창의 변화율이 플라스틱 재질보다 작으므로, 상기 렌즈 배럴 내에서 외부에 인접한 영역에 유리 재질의 렌즈들을 배치할 수 있다.
상기 광학계(100)의 각 렌즈(101-105)는 물체측 면과 센서측 면을 가질 수 있다. 상기 렌즈(101-105)들은 물체측 구면과 센서측 구면의 렌즈와, 물체측 비구면과 센서측 비구면의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 광학계는 비구면의 렌즈 매수는 구면 렌즈 매수보다 작을 수 있다. 상기 광학계(100)는 비구면의 렌즈들을 이미지 센서(151)에 인접하게 배치하므로, 다양한 수차를 보정할 수 있다. 상기 구면 렌즈들은 유리 재질이며, 비구면 렌즈들은 글라스 몰드 재질일 수 있다. 상기 광학계(100)의 렌즈들 중에서 최대 굴절률을 갖는 렌즈는 구면 렌즈일 수 있으며, 최대 아베수를 갖는 렌즈는 구면 렌즈일 수 있다. 이에 따라 최대 굴절률을 갖는 렌즈가 물체 측에 배치되므로, 두 번째 이후의 렌즈의 곡률 반경의 변경이 용이하고 중심 두께를 증가시켜 줄 수 있다.
상기 광학계(100) 내에서 최대 유효경을 갖는 렌즈는 물체에 가장 가깝게 위치하며, 유리 재질이며 구면 렌즈일 수 있다. 상기 광학계(100) 내에서 최소 유효경을 갖는 렌즈는 조리개와 상기 제1 렌즈(101) 사이에 위치하며, 유리 렌즈일 수 있다. 또한 상기 비구면 렌즈들의 유효경 평균은 상기 구면 렌즈들의 유효경 평균보다 작을 수 있다. 여기서, 상기 렌즈의 유효경은 각 렌즈의 물체측 면의 유효경과 센서측 면의 유효경의 평균 값이다. 상기 각 렌즈들의 유효경을 조절하여, 상기 광학계(100)를 소형화할 수 있다. 상기 렌즈들(101-105) 각각은 유효 영역 및 비유효 영역을 포함할 수 있다. 상기 유효 영역은 상기 렌즈들 각각에 입사된 광이 통과하는 영역일 수 있다. 즉, 상기 유효 영역은 입사된 광이 굴절되어 광학 특성을 구현하는 유효한 영역 또는 유효경으로 정의될 수 있다. 상기 비유효 영역은 상기 유효 영역의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 비유효 영역은 상기 복수의 렌즈들에서 유효한 광이 입사되지 않는 영역일 수 있다. 즉, 상기 비유효 영역은 상기 광학 특성과 무관한 영역일 수 있다. 또한, 상기 비유효 영역의 단부는 상기 렌즈를 수용하는 렌즈 배럴(미도시) 등에 고정되는 영역일 수 있다.
상기 광학계(100)의 렌즈(101-105)들 중에서 최대 중심 두께를 갖는 렌즈는 비구면 렌즈일 수 있고, 최대 에지 두께를 갖는 렌즈는 비구면 렌즈일 수 있다. 이에 따라 다양한 수차를 보정할 수 있고, 주변부까지 광학 성능을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 비구면 렌즈들의 중심 두께는 상기 구면 렌즈들의 중심 두께보다 클 수 있다. 이러한 비구면 렌즈들이 상기 이미지 센서(151)에 인접하게 배치되어, 입사된 광들을 이미지 센서(151)의 전 영역까지 굴절시켜 줄 수 있다.
상기 광학계(100) 내에서 TTL(Total top length or Total track length)는 ImgH 보다 10배 초과 예컨대, 10배 초과 및 20배 이하일 수 있다. 상기 TTL은 상기 제1 렌즈(101)의 물체측 면의 중심으로부터 이미지 센서(151)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리이다. 상기 ImgH는 상기 이미지 센서(151)의 중심에서 대각선 끝단까지의 거리이거나 상기 이미지 센서(151)의 최대 대각 길이의 1/2이다. 또한 상기 광학계(100) 내에서 각각의 렌즈의 유효경은 상기 이미지 센서(151)의 대각선 길이보다 클 수 있다. 상기 광학계(100) 내에서 유효 초점 거리(EFL)는 10mm 이하 및 화각(FOV)은 60도 이상으로 제공하여, 차량용 센서 시스템에서 표준 수신 광학계로 제공할 수 있다. 예컨대, 실시 예에 따른 수신 광학계 및 센서 시스템은 차량 실내 또는 실외에 구비되는 ADAS(Advanced Driving Assistance System)용 센싱 장치에 적용될 수 있다.
상기 광학계(100)는 조건: 5 < TTL/(2*ImgH)을 만족하며, 예컨대, 5 < TTL/(2*ImgH) < 15를 만족할 수 있다. 이에 따라 광축(OA)을 따라 각 렌즈의 중심 두께는 증가시키고 상기 이미지 센서(151)의 사이즈는 줄여줄 수 있어, 차량용 렌즈 광학계를 제공할 수 있다. 또한 차량용 카메라에 사용되기 위해 자동차용 전장부품의 온도 신뢰성 평가기준이 되는 온도 범위 즉, -40℃ 내지 +120℃에서 온도 보정이 적용되어야 한다. 즉, 온도의 변화에 따라 렌즈가 팽창하거나 수축할 때에도 렌즈의 초점이 설정 범위 이내를 유지하도록 렌즈를 구성하여야 한다. 전체 유효 초점거리(EFL)가 10 mm 이하 예컨대, 1 mm 내지 10 mm 범위 또는 1 mm 내지 6 mm 범위가 되고 전술한 온도 보정이 가능한 유리 재질의 렌즈들로 구성할 수 있다. 광학계의 유효 초점 거리를 짧게 하여, 광각을 구현할 수 있다.
상기 광학계(100) 내에서 양(+)의 굴절력을 갖는 렌즈 매수는 음(-)의 굴절력을 갖는 렌즈 매수와 같거나 많을 수 있다. 양(+)의 굴절력을 갖는 렌즈 매수는 전체 렌즈 매수에 비해 50% 이상일 수 있다. 상기 음의 굴절력을 갖는 렌즈들의 굴절률 평균은 상기 양의 굴절력을 갖는 렌즈들의 평균 보다 클 수 있다. 이에 따라 양의 굴절력를 갖는 렌즈들의 분산 값은 음의 굴절력을 갖는 렌즈들의 분산 값보다 클 수 있다. 이러한 광학계(100)는 유리 재질의 구면 렌즈와 비구면 렌즈가 혼합되므로, 각종 수차를 보정할 수 있어, 광학 성능 저하를 방지할 수 있다.
상기 제1 렌즈(101)의 유효경은 마지막 렌즈(105)의 유효경 보다 클 수 있다. 이에 따라 광학계의 밝기를 제어할 수 있다. 상기 각 렌즈(101-105)들의 유효경 크기를 제어함으로써, 상기 광학계(100)는 입사하는 광을 제어하여 해상력, 온도 변화에 따른 광학 특성 저하를 보상할 수 있으며, 색수차 제어 특성을 개선시킬 수 있고, 상기 광학계(100)의 비네팅(vignetting) 특성을 개선할 수 있다.
상기 광학계(100)는 광축(OA)을 따라 물체에서 이미지 센서를 향해 정렬된, 제1렌즈(101) 내지 제5 렌즈(105)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제5 렌즈(101-105)는 렌즈부로 정의할 수 있다. 상기 광학계(100)는 광학 필터(155)을 포함할 수 있으며, 상기 광학 필터(155)은 상기 렌즈부 내에 배치될 수 있다. 상기 광학 필터(155)는 송신 광학계(도 10의 110 참조)로부터 방출된 레이저 빔을 투과시키고 다른 파장의 빔은 차단할 수 있다. 상기 투과되는 레이저 빔은 890nm 내지 960nm 범위 또는 940nm ±10nm일 수 있다.
상기 광학 필터(155)는 상기 렌즈들 중 서로 다른 두 렌즈 사이에 배치될 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)는 상기 광학 필터(155)의 센서측에 배치되며, 상기 제1 렌즈(101)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖고, 상기 제1 렌즈(101)의 중심 두께보다 큰 중심 두께를 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)는 상기 광학 필터(155)의 물체측에 배치되며, 상기 제1 렌즈(101)의 중심 두께보다 큰 중심 두께를 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)과 상기 제4 렌즈(104) 사이의 중심 간격(CG3)은 상기 광학 필터(155)의 두께보다 클 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)과 상기 제4 렌즈(104) 사이의 중심 간격은 상기 광학계(100) 내에서 인접한 두 렌즈들 사이의 중심 간격 중 가장 작을 수 있다.
곡률 반경을 절대 값으로 설명하면, 상기 광학계(100) 내에서 광축(OA)을 기준으로 최소 곡률 반경을 갖는 렌즈 면은 구면들 중 제1 또는 제2 렌즈(101,102)의 센서측 면일 수 있다. 이에 따라 제1 렌즈(101)와 제2 렌즈(102) 사이의 중심 간격 또는 제2 렌즈(102)와 제3 렌즈(103) 사이의 중심 간격을 이격시켜 줄 수 있다. 상기 광학계(100) 내에서 최대 곡률 반경을 갖는 렌즈 면은 구면들 중 제2 렌즈(102)의 물체측 면일 수 있다. 상기 렌즈들의 곡률 반경을 조절할 경우, 인접한 렌즈 면과 렌즈 면 사이의 난 반사를 방지하여 렌즈 고스트를 저감시켜 줄 수 있고, 또한 렌즈 고스트에 의한 (MPI: Multi-path interference)를 방지할 수 있다.
상기 광학계(100) 또는 센서 시스템은 이미지 센서(151)를 포함할 수 있다. 상기 이미지 센서(151)는 광을 감지하고 전기적 신호로 변환할 수 있다. 상기 이미지 센서(151)는 상기 렌즈들을 순차적으로 통과한 광을 감지할 수 있다. 상기 이미지 센서(151)는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등 입사되는 광을 감지할 수 있는 소자를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 이미지 센서(151)의 길이는 상기 광축(OA)에 직교하는 대각선 방향의 최대 길이이며, 여기서, 상기 이미지 센서(151)의 길이보다 큰 유효경을 갖는 렌즈 매수는 4매 내지 6매이며, 상기 이미지 센서(151)의 길이보다 작은 유효경을 갖는 렌즈 매수는 없을 수 있다.
상기 광학 필터(155)와 상기 이미지 센서(151) 사이에는 적어도 2매의 렌즈가 배치될 수 있다. 상기 제4,5 렌즈(104,105)는 상기 광학 필터(155)와 상기 이미지 센서(151) 사이에 배치될 수 있다. 상기 광학 필터(155)와 상기 이미지 센서(151) 사이에 배치된 렌즈(들)는 비구면 렌즈일 수 있다. 상기 광학 필터(155)는 구면의 제3 렌즈(103)와 비구면의 제4 렌즈(104) 사이에 배치될 수 있다. 상기 광학 필터(155)는 상기 제3 렌즈(103)의 센서측 구면과 제4 렌즈(104)의 물체측 비구면 사이에 배치될 수 있다. 상기 광학 필터(155)는 890nm 내지 960nm 범위 또는 940nm ±10nm의 레이저 빔을 통과시키는 밴드 패스 필터일 수 있다. 상기 광학 필터(155)는 라이다 장치의 송신 광학계에서 송신한 레이저 빔에 대응하는 파장의 빛은 통과시키고, 나머지 주변광에 해당하는 빛은 차단시킬 수 있다.
커버 글라스(153)는 상기 광학 필터(155)의 센서측 렌즈와 상기 이미지 센서(151) 사이에 배치되며, 상기 이미지 센서(151)의 상부를 보호하며 상기 이미지 센서(151)의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다. 상기 커버 글라스(153)는 제거될 수 있다. 상기 커버 글라스(153)는 보호 글라스일 수 있다.
상기 광학계(100)는 조리개(ST: Stop)를 포함할 수 있다. 상기 조리개(ST)는 상기 광학계(100)에 입사되는 광량을 조절할 수 있다. 상기 조리개(ST)는 상기 제3 렌즈(103)와 상기 제4 렌즈(104) 사이에 배치될 수 있다. 상기 조리개(ST)는 구면의 제3 렌즈(103)와 비구면의 제4 렌즈(104) 사이에 배치될 수 있다. 상기 조리개(ST)는 제3 렌즈(103)의 센서측 구면과 상기 제4 렌즈(104)의 물체측 비구면 사이에 배치될 수 있다. 상기 조리개(ST)는 상기 제3 렌즈(103)와 상기 광학 필터(155) 사이에 배치될 수 있다. 물체와 상기 조리개(ST) 사이에 배치되는 렌즈들에 있어서, 상기 제2 렌즈(102)에서 상기 조리개(ST)로 갈수록 렌즈 면의 유효경이 증가하는 경향이 있다. 상기 조리개(ST)와 상기 이미지 센서(151) 사이에 배치되는 렌즈 면들에 있어서, 상기 조리개(ST)에서 이미지 센서(151)을 향해 상기 렌즈 면들의 유효경이 감소하는 경향이 있다. 상기 렌즈 면들의 유효경이 증가하거나 감소하는 경향이 있다는 의미는 상기 렌즈 면들의 유효경이 증가하거나 감소하는 경우만 의미하지는 않는다. 예컨대, 상기 조리개(ST)에서 상기 센서 측으로 가면서 상기 렌즈 면들의 유효경이 증가하다가 감소하는 경우도 포함한다.
상기 조리개(ST)가 배치된 렌즈 면은 상기 광학계(100)의 광량을 보다 효율적으로 조절하고 가이드하기 위함이다. 실시예와 같이 상기 조리개(ST)가 제3 렌즈(103)의 센서측 면에 배치될 수 있다. 이와 다르게, 상기 조리개(ST)는 상기 제2 렌즈(102)의 물체측 면 또는 센서측 면의 둘레에 배치될 수 있다. 이와 다르게, 상기 복수의 렌즈들 중 선택되는 적어도 하나의 렌즈 예컨대, 제3 렌즈(103)의 물체측 면 또는 센서측 면이 조리개 역할을 수행할 수 있다.
실시예의 광학계(100)에서 렌즈들의 굴절률 합은 8.0 이상 예컨대, 8.0 내지 12.0 범위이며, 상기 굴절률 평균은 1.70 내지 1.80 범위일 수 있다. 상기 렌즈들 각각의 아베수 합은 200 이하 예컨대, 130 내지 200 범위이며, 아베수의 평균은 50 이하 예컨대, 25 내지 50 범위일 수 있다. 상기 광학계(100) 내에서 상기 렌즈들의 굴절률을 조절하여, -45 내지 120도까지의 온도 변화에 대한 광학 성능의 저하를 방지하며 열 보상을 최적화할 수 있다. 또한 상기 아베수를 조절하여, 입사 광의 스팟(spot) 사이즈의 편차를 최소화 즉, 스팟 다이아그램 사이즈를 최소화할 수 있다. 전체 렌즈의 중심 두께 합은 15mm 이상 예컨대, 15mm 내지 25mm 범위이며 중심 두께들의 평균은 4.9mm 이하 예컨대, 2.9mm 내지 4.9mm 범위일 수 있다. 광축(OA)에서의 렌즈들 사이의 중심 간격들의 합은 15 mm 이상 예컨대, 15 mm 내지 30 mm 범위이고 상기 렌즈의 중심 두께 합보다 클 수 있다. 또한 광학계(100)의 각 렌즈 면들의 유효 경의 평균 값은 20mm 이하 예컨대, 9mm 내지 20mm 범위로 제공할 수 있다. 상기 광학계(100) 내에서 각 렌즈들의 두께를 조절하여, -45 내지 120도까지의 온도 변화에 대한 광학 성능의 저하를 방지하며 열 보상을 최적화할 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 광학계에서 화각은 100도 초과 예컨대, 110도 이상 예컨대, 120±10도의 범위일 수 있다. 광학계 또는 카메라 모듈의 F 넘버는 1.2 이하, 예컨대, 0.7 내지 1.2 범위 또는 0.7 내지 0.9 범위일 수 있다. 상기 이미지 센서(151)의 대각선 길이는 6.041mm±0.5mm일 수 있으며, 수직 방향의 센서 높이보다 클 수 있다. 발명은 유리 렌즈들을 적층하여 온도 변화에 따라 초점 결상 위치가 변화하는 것을 억제할 수 있고, 비구면 렌즈를 제공하여 다양한 수차를 보정하는 차량용 라이다 장치로 제공할 수 있다.
실시예는 라이다 장치에 적용되는 광학계이므로, 상기 제1 렌즈(101)가 유리 재질로 제공할 수 있다. 이는 유리 재질이 플라스틱 재질 대비 스크래치에 강하고 외부 온도에 민감하지 않은 장점을 갖고 있다. 차량 내부에 배치되거나 이물질에 의한 스크래치를 보다 효과적으로 방지하기 위해 유리 렌즈를 제1 렌즈(101)로 사용하고, 외부 이물질이 쌓이지 않도록 제1 렌즈(101)의 물체측 면은 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 라이다 장치는 차량 운행 시 물체까지의 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성을 감지할 수 있다. 이러한 라이다 장치는 첨단운전자 지원시스템(ADAS)용으로 사용될 수 있다. 실시 예에 따른 광학계(100)는 광의 경로를 변경하기 위한 반사 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 반사부재는 입사 광을 렌즈들 방향으로 반사하는 프리즘으로 구현될 수 있다. 이하, 실시 예에 따른 광학계를 상세하게 설명하기로 한다.
발명의 실시 예에 따른 수신 광학계는 도 1 내지 도 8을 참조하기로 한다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 수신 광학계(100)의 제1 내지 제5 렌즈들(101-105)는 물체에 의해 반사된 광을 이미지 센서(151)로 전달할 수 있다. 광학 필터(155)는 상기 마지막 렌즈인 제5 렌즈(105)보다 물체 측에 위치하여 필요한 파장 대역을 통과시키고 다른 파장 대역은 차단하게 된다. 상기 조리개(ST)는 상기 제3 렌즈(103)의 센서측 면의 둘레에 배치될 수 있다.
상기 제1 렌즈(101)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)는 음(-)의 굴절력일 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)는 플라스틱 재질 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 예컨대 유리 재질일 수 있다. 상기 유리 재질의 제1 렌즈(101)는 주변 환경에 따른 온도 변화에 따른 중심 위치와 곡률 반경 등의 변화를 줄여줄 수 있으며, 광학계(100)의 입사측 면을 보호할 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)는 사출 성형되지 않는 유리 재질이다. 광축 상에서 상기 제1 렌즈(101)의 물체측 제1 면(S1)은 볼록하며, 센서측 제2 면(S2)은 오목할 수 있다. 상기 제1 면(S1)과 상기 제2 면(S2)는 구면을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 광축(OA)에서 상기 제1 면(S1)은 오목한 형상을 가질 수 있고, 상기 제2 면(S2)은 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 면(S1)이 볼록하고 상기 제2 면(S2)은 오목하므로, 입사되는 광을 광축(OA)과 가까운 방향으로 굴절시켜 줄 수 있으며, 제1,2렌즈(101,102) 사이의 간격을 줄여줄 수 있고, 상기 제2렌즈(102)의 유효경을 줄여줄 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)의 렌즈 면의 형상에 의해 제2 렌즈(102)의 센서측 면의 유효경을 물체측 면의 유효경보다 작게 설계할 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)의 제1 면(S1)은 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단 즉, 에지까지 임계점(Critical point) 없이 제공될 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)의 제2 면(S2)은 임계점 없이 제공될 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)의 굴절률이 n1인 경우, 1.7 < n1 또는 1.75 < n1 < 2.1의 조건을 만족할 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)의 굴절률(n1)이 다른 렌즈들에 비해 높으므로, 제1렌즈(101)의 제1 면(S1)의 곡률 반경의 커질 수 있으며, 렌즈 제작이 용이할 수 있다. 상기 제1 렌즈(101)의 굴절률(n1)이 상기 조건보다 작은 경우, 제1,2 렌즈(101,102)의 굴절력을 증가시켜 주기 위해 렌즈 면을 급격하게 오목하거나 볼록하게 형성해야 하며, 이 경우 렌즈 제작이 용이하지 않고 렌즈 불량률도 높아지고 수율 저하의 원인이 될 수 있다.
상기 제2 렌즈(102)는 상기 제1 렌즈(101)와 상기 제3 렌즈(103) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 렌즈(102)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(102)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(102)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 유리 재질로 제공될 수 있다. 상기 제2 렌즈(102)는 사출 성형되지 않는 유리 재질이다. 광축(OA) 상에서 제2 렌즈(102)의 물체 측 제3 면(S3)은 플랫하며, 센서 측 제4 면(S4)은 오목할 수 있다. 상기 제4 면(S4)은 구면일 수 있다. 상기 제4 면(S4)는 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 이와 다르게, 상기 제3 면(S3)은 볼록하고, 상기 제4 면(S4)는 오목한 형상일 수 있다. 이와 다르게, 제2 렌즈(102)는 양면이 오목한 형상일 수 있다. 상기 제2 렌즈(102)의 굴절률이 n2인 경우, 1.7 < n2 또는 1.75 < n2 < 2.1의 조건을 만족할 수 있다. 상기 제2 렌즈(102)의 굴절률(n2)이 다른 렌즈들에 비해 높으므로, 제2 렌즈(102)의 제3 면(S3)의 곡률 반경의 커질 수 있으며, 렌즈 제작이 용이할 수 있다.
상기 제2 렌즈(102)의 센서측 제4 면(S4)이 오목하고 곡률 반경이 작으므로, 상기 제2 렌즈(102)와 상기 제3 렌즈(103) 사이의 중심 간격이 이격될 수 있다. 또한 상기 제2 렌즈(102)의 제3 면(S3)의 곡률 반경이 L2R1이고, 제4 면(S4)의 곡률 반경이 L2R2인 경우, L2R1 > L2R2의 조건을 만족할 수 있다. 이 조건을 만족할 경우, 제4 면(S4)에 의해 광을 효율적으로 굴절시켜 주어, 상기 제3 내지 제5 렌즈(103~105)의 유효경이 증가되지 않도록 가이드할 수 있고, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 만약, L2R1 < L2R2의 조건인 경우, 제2 렌즈(102)의 물체측 면에서 수차가 많이 발생하고 센서측 면에서 광의 굴절 효율이 저하될 수 있고, 후방 렌즈들의 유효경이 증가되고 TTL도 커질 수 있다.
상기 제3 렌즈(103)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)는 양(+)의 굴절력일 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 유리 재질일 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)는 사출 성형되지 않는 유리 재질이다. 광축 상에서 상기 제3 렌즈(103)의 물체 측 제5 면(S5)은 볼록하고, 센서 측 제6 면(S6)은 볼록할 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)는 광축(OA)에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제5 면(S5) 및 상기 제6 면(S6) 중 적어도 하나 또는 모두는 구면일 수 있다. 상기 제5 면(S5) 및 상기 제6 면(S6) 중 적어도 하나 또는 모두는 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 이와 다르게, 상기 제3 렌즈(103)은 물체 측 또는 센서 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 또는 상기 제3 렌즈(103)는 광축에서 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)의 굴절률이 n3인 경우, n3 < n1, n3 < n2의 조건을 만족할 수 있다. 상기 제3 렌즈(103)의 아베수가 v3인 경우, v3 < v1, v3 < v2의 조건을 만족할 수 있다.
조리개(ST)는 상기 제3 렌즈(103)의 센서측 제6 면(S6)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 조리개(ST)의 물체측에 인접한 상기 제3 렌즈(103)가 양의 굴절력(F3 > 0)을 가지므로, 상기 제3 렌즈(103)는 입사되는 광을 광축 방향으로 굴절시켜 줄 수 있고, 상기 제3 렌즈(103)의 센서측 또는 후방측 렌즈들의 유효경이 증가되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라 제3 렌즈(103)에 의해 광학계의 중량별 수율(yield by weight)의 저하를 방지하고 생산 효율의 향상을 도모할 수 있다. 여기서, 상기 조리개(ST)의 센서측에 배치된 제4,5 렌즈(104,105)의 초점 거리는 양의 값을 가질 수 있으며, 화각 범위 내에서 TTL을 줄여줄 수 있다.
상기 제3 렌즈(103)의 센서측 제6 면(S6)이 볼록한 형상을 가지므로, 상기 제3 렌즈(103)의 센서측에 배치된 상기 광학 필터(155)의 유효 직경은 상기 제3 렌즈(103)의 제6 면(S6)의 유효경보다 클 수 있다. 상기 광학 필터(155)는 라이다 장치의 송신 광학계에서 방출되는 레이저 빔을 투과시키고, 다른 파장의 빔은 차단하게 된다.
상기 제4 렌즈(104)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 유리 재질로 제공될 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)는 사출 성형될 수 있다. 광축 상에서 상기 제4 렌즈(104)의 물체 측 제7 면(S7)은 볼록하며, 센서측 제8 면(S8)은 볼록할 수 있다. 상기 제4 렌즈(104)는 양면이 볼록할 수 있다. 상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면(S8) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제7,8 면(S7,S8)의 비구면 계수는 도 3의 L4의 S1 및 S2로 제공될 수 있다. 상기 제7 면(S7)은 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점을 가질 수 있다. 상기 제8 면(S8)은 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 상기 제7 면(S7)과 상기 제8 면(S8)은 모두 임계점이 없거나 임계점을 가질 수 있다. 여기서, 상기 임계점은 광축(OA) 및 상기 광축(OA)의 수직인 방향에 대한 기울기 값의 부호가 양(+)에서 음(-)으로 또는 음(-)에서 양(+)으로 변하는 지점으로, 기울기 값이 0인 지점을 의미할 수 있다. 또한 상기 임계점은 렌즈 면을 지나는 접선의 기울기 값이 커지다고 작아지는 지점 또는 작아지다가 커지는 지점일 수 있다. 이와 다르게, 상기 제4 렌즈(104)는 물체 측 또는 센서 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 광축(OA)에서 상기 제4 렌즈(104)는 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다.
상기 제5 렌즈(105)는 광축(OA)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(105)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(105)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 유리 재질로 제공될 수 있다. 상기 제5 렌즈(105)는 사출 성형될 수 있다. 광축 상에서 상기 제5 렌즈(105)의 물체 측 제9 면(S9)은 볼록하며, 센서측 제10 면(S10)은 볼록할 수 있다. 상기 제5 렌즈(105)는 양면이 볼록할 수 있다. 이와 다르게, 광축(OA)에서 상기 제5 렌즈(105)는 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제9,10 면(S9,S10)의 비구면 계수는 도 3의 L5의 L1 및 L2로 제공될 수 있다. 상기 제9 면(S9)과 상기 제10 면(S10)은 모두 임계점이 없을 수 있다. 이와 다르게, 상기 제9,10 면(S9,S10) 중 적어도 하나 또는 모두는 광축(OA)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점을 가질 수 있다.
상기 제5 렌즈(105)의 유효경은 상기 제4 렌즈(104)의 유효경보다 작을 수 있다. 상기 제5 렌즈(105)는 상기 제1,2 렌즈(101,102)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지며, 상기 제1,2렌즈(101,102)의 아베수보다 낮은 아베수를 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(103), 상기 제4 렌즈(104) 및 상기 제5 렌즈(105)는 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있으며, 모두 양의 굴절력을 가질 수 있다. 또한 상기 제3 렌즈(103), 상기 제4 렌즈(104) 및 상기 제5 렌즈(105)는 상기 제1,2 렌즈(101,102)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지며, 상기 제1,2렌즈(101,102)의 아베수보다 낮은 아베수를 가질 수 있다. 상기 제4,5 렌즈(104,105)의 물체측 면과 센서측 면 중 적어도 하나는 자유 곡면 즉, 비회전 대칭 곡면을 가질 수 있다.
상기 제5 렌즈(105)는 이미지 센서(151)에 가장 인접한 비구면 렌즈일 수 있다. 2매 이상의 비구면 렌즈가 이미지 센서(151)에 인접하게 배치함으로써, 비구면을 갖는 렌즈 면에 의해 구면 수차와 색 수차 등의 수차를 개선할 수 있고, 해상도에 영향을 제어할 수 있다. 상기 이미지 센서(151)에 인접한 렌즈들의 비구면 렌즈 면에 의해 광학 성능을 개선시켜 줄 수 있으며, 예컨대 수차 특성 개선 및 해상도 저하를 방지할 수 있다.
음의 굴절력을 갖는 렌즈들은 제1 렌즈 그룹이며, 양의 굴절력을 갖는 렌즈들은 제2 렌즈 그룹일 경우, 상기 조리개(ST)와 상기 광학 필터(155)는 상기 제2 렌즈 그룹 내에 배치될 수 있다. 상기 조리개(ST)와 상기 광학 필터(155)는 물체측 면과 센서측 면 중 적어도 하나가 구면인 제1 렌즈 그룹과, 물체측 면과 센서측 면 중 적어도 하나가 비구면인 제2 렌즈 그룹 사이에 배치될 수 있다. 상기 조리개(ST)와 상기 광학 필터(155)는 사출 성형되지 않는 렌즈들을 갖는 제1 렌즈 그룹과, 사출 성형된 렌즈들을 갖는 제2 렌즈 그룹 사이에 배치될 수 있다. 상기 조리개(ST)와 상기 광학 필터(155)는 상기 조리개(ST)의 물체측에 배치된 렌즈들을 갖는 제1 렌즈 그룹과, 상기 광학 필터(155)의 센서측에 배치된 렌즈들을 갖는 제2 렌즈 그룹 사이에 배치될 수 있다.
도 2는 도 1의 실시 예의 광학계의 렌즈 데이터의 예이다. 도 2와 같이, 제1 내지 제5 렌즈 들(101,102,103,104,105)의 광축(OA)에서의 곡률 반경(Radius of Curvature)(Radius), 렌즈의 중심 두께(Center thickness)(CT), 렌즈들 사이의 중심 간격(Center gap or Center distance)(CG), d-line에서의 굴절률(Refractive index), 아베수(Abbe Number) 및 유효반경의 크기를 설정할 수 있다.
도 1 및 도 2와 같이, 상기 제1 내지 제5 렌즈 (101~105)의 중심 두께는 CT1~CT5으로 나타내며, 각 렌즈의 유효 영역의 끝단인 에지 두께는 ET1~ET5으로 나타내며, 인접한 두 렌즈 사이의 중심 간격은 CG1~CG4으로 나타낸다.
상기 제1 내지 제5 렌즈 (101~105)는 하기 조건을 만족할 수 있다.
조건 1: CT2 < CT1 < CT3 조건2: CT4 < CT5 < (CT3+CT4)
조건3: CT3-CT4 < CT2 조건4: ET3 < ET2 < ET1
조건5: ET4 < ET3 < ET5 <CT5 조건6: CT2 < CT1 < ET2 < ET1
조건7: CG1 < CT4 < CT5 < CG2 조건: CT1 < CG3 < CG4 < CG1
상기 제5 렌즈(105)의 중심 두께(CT5)는 렌즈들 중에서 최대이며, 제2 렌즈(102)의 중심 두께(CT2)는 렌즈들 중에서 최소이다. 최대 중심 두께는 최소 중심 두께의 2배 이상일 수 있으며, 최대 중심 두께와 최소 중심 두께의 차이는 4 mm 이상일 수 있다. 즉, 구면 재질의 렌즈들은 중심 두께를 얇게 제공하더라도, 광학 성능의 저하가 발생되지 않을 수 있고, 센서 시스템의 두께를 슬림하게 제공할 수 있다. 이러한 렌즈들의 두께를 조절하여, 저온에서 고온까지 변화되는 온도에 대해 열 보상할 수 있다.
인접한 렌즈들 사이의 중심 간격(CG)를 설명하면, 상기 제2렌즈(102) 및 제3 렌즈(103) 사이의 중심 간격(CG2)은 최대이며 제1,2 렌즈(101,102) 사이의 중심 간격(CG1)보다 크다. 제3,4 렌즈(103,104) 사이의 중심 간격은 최소일 수 있다. 여기서, 최대 중심 간격과 최소 중심 간격의 차이는 5mm 이상 예컨대, 5mm 내지 8mm 범위일 수 있다. 또한 렌즈들 사이의 최대 중심 간격이 각 렌즈의 최대 중심 두께보다 크게 제공해 줌으로써, 비구면 렌즈들 사이의 중심 간격이 증가하지 않는 수신 광학계를 제공할 수 있다. 또한 렌즈들 사이의 최대 중심 간격이 각 렌즈의 최소 중심 두께보다 크게 제공되므로, 광 경로를 제어할 수 있다.
유효경에 대해 설명하면, 최대 유효경을 갖는 렌즈는 물체에 가장 가까운 제1 렌즈(101)일 수 있다. 최대 유효경을 갖는 렌즈는 유리 재질의 구면 렌즈일 수 있다. 최대 유효경을 갖는 렌즈 면은 제1 렌즈(101)의 제1 면(S1)일 수 있다. 최소 유효경을 갖는 렌즈는 상기 제1 렌즈(101)에 인접한 제2 렌즈(102)일 수 있다. 최소 유효경을 갖는 렌즈 면은 상기 제2 렌즈(102)의 제4 면(S4)일 수 있으며, 상기 제1 면(S1)의 70% 미만일 수 있다. 상기 제1 내지 제5 렌즈(101-105) 각각의 유효경은 상기 이미지 센서(151)의 대각 길이보다 클 수 있다. 여기서, 상기 제1 내지 제3 렌즈 (101~103)의 중심 두께의 합은 상기 제4,5 렌즈(104,105)의 중심 두께의 합보다 작을 수 있다. 상기 제1 내지 제3 렌즈 (101-103)의 유효경 평균은 상기 제4,5 렌즈(104,105)의 유효경 평균보다 클 수 있다. 상기 제4,5 렌즈(104,105)는 비구면을 갖고, 구면 렌즈를 통해 입사된 광을 이미지 센서(151)로 가이드할 수 있다.
초점 거리를 절대 값으로 비교하면, 상기 제4 렌즈(104)의 초점 거리는 렌즈들 중에서 최대이며, 20mm 이상 및 40mm 이하일 수 있다. 이에 따라 광학계에서 설정된 화각 범위에서 향상된 MTF 특성, 수차 제어 특성, 해상도 특성 등을 가질 수 있고, 화각의 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
도 3과 같이, 제4,5 렌즈(104,105)의 렌즈면은 12차 이상 예컨대, 30차 비구면 계수를 가진 비구면을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제4,5 렌즈(104,105)의 물체측 면과 센서측 면은 12차 비구면 계수를 가지는 렌즈 면일 수 있다. 도 3에서, Y는 곡률 반경이며, K는 코닉 상수이다. 적어도 12차 비구면 계수(A,B,C,D,E)를 가진 비구면은(“0”이 아닌 수치) 주변부의 비구면 형상을 특히 크게 변화시킬 수 있기 때문에 화각(FOV)의 주변부의 광학 성능을 양호하게 보정할 수 있다.
상기 제1,2 렌즈(101,102)의 초점 거리(F1,F2)는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제3,4,5 렌즈(103,104,105)의 초점 거리(F3,F4,F5)는 양의 굴절력을 가질 수 있다. 또한 인접하여 배치되는 렌즈인 상기 제2 렌즈(102)와 상기 제3 렌즈(103)은 하기 조건을 만족할 수 있다.
조건 1: 양의 굴절력을 가진 렌즈의 굴절률 < 음의 굴절력을 가진 렌즈의 굴절률
조건 2: 양의 굴절력을 가진 렌즈의 분산값 > 음의 굴절력을 가진 렌즈의 분산값
여기서, 렌즈들 중에서 제2 렌즈(102)는 음의 굴절력을 갖고, 제3 렌즈(103)는 양의 굴절력을 가짐에 따라, 상기 조건 1,2에 의하면 상기 제3 렌즈의 굴절률이 상기 제2 렌즈의 굴절률보다 크고, 상기 제3 렌즈의 분산값이 상기 제2 렌즈의 분산값보다 작다. 구면 렌즈에서 발생되는 색수차는 구면 렌즈로 보정할 수 있다. 또한, 연속해서 배치되는 구면 렌즈인 상기 제2 렌즈(102)와 상기 제3 렌즈(103) 사이의 굴절률 차이가 0.1 이상 0.15 이하, 아베수 차이가 10 이상 20 이하를 만족시킴으로써, 구면 렌즈에서 발생하는 색 수차를 구면 렌즈로 보상할 수 있다.
광학계는 색 수차가 발생하며, 연속하여 배치된 비구면 렌즈들을 사용하여 색수차를 보정한다. 저온에서 고온까지의 온도가 변화함에 따라 렌즈가 수축 및 팽창을 반복한다. 같은 소재의 렌즈들은 온도 변화에 따른 렌즈 특성 변화량이 동일하므로, 온도가 변화하더라도 같은 소재의 렌즈끼리 색 수차를 보정하는 것이 효과적이다. 예컨대, 도 4와 같이, 렌즈 배럴 또는 수신 광학계의 온도가 -40도에서 90도까지 변화할 경우, d-line에서의 제1 내지 제4 렌즈의 굴절률은 거의 변화가 없음을 알 수 있다. 따라서, 발명의 실시예에서 상기 제4 렌즈(104) 및 상기 제5 렌즈(105)는 유리 소재의 구면 렌즈에서 발생하는 색 수차를 보정할 수 있다.
도 5는 도 1의 광학계에서 저온, 상온 및 고온에서의 회절(Diffraction) MTF를 나타낸 그래프로서, 공간 주파수(spatial frequency)에 따른 휘도 비(modulation)를 나타낸 그래프이다. 도 5와 같이, 발명의 실시 예에서 상온을 기준으로 저온 또는 고온과의 MTF의 편차는 10% 미만 즉, 7% 이하일 수 있다. 여기서, 각각의 MTF 곡선은 0.000 mm에서 3.020mm까지 0.302mm 단위로 측정하였다.
도 6 내지 9는 도 1의 광학계에서 저온, 상온 및 고온에서의 수차 특성을 나타낸 그래프다. 도 6 내지 도 9의 수차 그래프에서 좌측에서 우측 방향으로 구면 수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점 수차(Astigmatic Field Curves), 왜곡 수차(Distortion)를 측정한 그래프이다. 도 6 내지 도 9에서 X축은 초점 거리(mm) 및 왜곡도(%)를 나타낼 수 있고, Y축은 이미지의 높이(height)를 의미할 수 있다. 또한, 구면 수차에 대한 그래프는 약 930nm, 약 940nm, 약 950nm 파장 대역의 광에 대한 그래프이며, 비점 수차 및 왜곡 수차에 대한 그래프는 약 940nm 파장 대역의 광에 대한 그래프이다. 도 6 내지 도 9의 수차도에서는 저온, 상온 및 고온에서의 각 곡선들이 Y축에 근접할 수록 수차 보정 기능이 좋은 것으로 해석할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 광학계(100)는 향상된 해상력을 가지며 화각(FOV)의 중심부와 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 여기서, 저온은 -20도 이하의 예컨대, -20 내지 -50도 범위이며, 상온은 22도±5도 범위 또는 18도 내지 27도 범위이며, 고온은 85도 이상 예컨대, 85도 내지 120도의 범위일 수 있다. 이에 따라 도 6 내지 도 9의 저온에서 고온까지 휘도 비(modulation)의 저하가 10% 미만 예컨대, 5% 이하이거나, 거의 변경되지 않음을 알 수 있다. 온도에 따른 MTF 편차는 표 1과 같다.
온도 MTF 편차
-45 76.300
22 80.700
90 81.100
표 2은 실시예에 따른 수신 광학계에서 상온, 저온 및 고온에서의 EFL, BFL, F넘버(F#), TTL 및 화각(FOV)와 같은 광학 특성의 변화를 비교하였으며, 상온을 기준으로 저온의 광학 특성의 변화율 5% 이하 예컨대, 3%이하 또는 2% 이하로 나타남을 알 수 있으며, 상온을 기준으로 고온의 광학 특성의 변화율이 5% 이하 예컨대, 3% 이하 또는 2% 이하로 나타남을 알 수 있다.
상온 저온 고온 저온/상온 고온/상온
EFL(F) 2.821 2.822 2.820 100.05% 99.96%
BFL 5.790 5.781 5.798 99.85% 100.15%
F# 0.802 0.802 0.802 99.93% 99.96%
TTL 46.900 46.846 46.946 99.89% 100.10%
FOV 62.603 62.575 62.625 99.95% 100.03%
따라서, 표 2와 같이, 저온에서 고온까지의 온도 변화에 따른 광학 특성의 변화 예컨대, 유효초점거리(EFL)의 변화율, TTL, BFL, F 넘버, 화각(FOV)의 변화율이 10% 이하 즉, 5% 이하 예컨대, 0 ~ 5% 범위임을 알 수 있다. 이는 적어도 한 매 또는 두 매 이상의 비구면 렌즈를 사용하더라도, 비구면 렌즈에 대한 온도보상이 가능하게 설계하여, 광학 특성의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다. 상기에 개시된 실시 예의 광학계는 색수차, 왜곡 수차 등의 수차 특성을 효과적으로 제어할 수 있고, 화각(FOV)의 중심부와 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
수신 광학계는 차량용 광학계의 특성을 고려하여 저온에서 고온까지 광학 성능의 저하를 방지할 수 있다. 예컨대, 상온에서 렌즈를 설계한 다음 각 렌즈의 파워 조합을 고려하여 온도별 굴절률 변화계수인 dn/dt의 값을 조립하고, 상기 렌즈의 굴절률에 따른 온도계수(dn/dt)의 값과 저온, 상온 및 고온에 따라 두께 변수에 대한 디포커스(defocus)를 5㎛ 이하로 설정할 수 있다. 이를 위해, 상기 제1 내지 제3 렌즈(101,102,103)은 구면의 유리 재질이며, 상기 제4,5 렌즈(104,105)는 비구면의 유리 재질이다. 기존 필터는 이미지 센서와 마지막 렌즈 사이에 배치된다. 발명의 실시 예는 광학 필터(155)를 상기 조리개(ST)에 가깝게 위치 즉, 상기 조리개(ST)와 제4 렌즈(104) 사이에 배치시켜 줄 수 있다. 이에 따라 상기 광학 필터(155)로 입사되는 빛의 입사각을 최소화시켜 줄 수 있다. 즉, 상기 광학 필터(155)에 입사되는 주 빔의 입사각이 최대 20도 미만 즉, 18도 이하일 수 있다.
상기 광학 필터(155)에 입사되는 입사각에 따라 필터 투과율의 영역대가 시프트되는 물질적인 한계를 극복할 수 있다. 예컨대, 기존 필터가 이미지 센서와 마지막 렌즈 사이에 배치된 경우, 상기 필터에 입사되는 주 빔의 입사각은 45도 정도이지만, 발명의 광학 필터(155)는 조리개(ST)에 주변에 배치되어, 주 빔의 입사각은 20도 미만 예컨대, 18도 이하로 줄어들게 된다. 상기 광학 필터(155)에 주 빔이 0도 입사각일 때의 투과율 곡선과 20도, 40도 일 때의 투과율을 곡선을 고려할 때, 주 빔의 입사각이 0도에서 최대 20도 미만의 각도까지 필터 영역을 더 넓게 활용할 수 있는 효과가 있다. 도 9는 발명의 필터에 입사되는 주 빔의 입사각이 0도, 20도, 40도일 때의 투과율(%)의 곡선을 나타낸 그래프이다. 상기 광학 필터(155)의 입사 면에서의 주 빔의 입사각은 표 3과 같다. 표 3의 입사각(AOI: Angle of incidence)의 데이터와 같이, 0필드에서 1.05필드까지 상기 필터에 입사되는 주 빔(chief ray)과 서로 다른 방향(±Y 방향, ±X 방향) 에서의 입사각이 0도에서 최대 17.55도까지 입사됨을 알 수 있다. 이에 따라 상기 주 빔의 입사각(AOI)이 상온대비 저온 및 고온에서의 시프트되는 문제를 최소화할 수 있다.
　 AOI
Field Chief ray +Y -Y +X -X
0.0F 0.00 4.25 4.25 4.25 4.25
0.1F 1.66 5.28 3.23 4.49 4.49
0.2F 3.33 6.33 2.2 5.14 5.14
0.3F 4.99 7.40 1.17 6.07 6.07
0.4F 6.66 8.47 0.15 7.18 7.18
0.5F 8.33 9.55 0.89 8.38 8.38
0.6F 10.00 10.72 1.93 9.65 9.65
0.7F 11.67 12.03 2.99 10.97 10.97
0.8F 13.35 13.38 4.06 12.32 12.32
0.9F 16.05 15.60 5.8 14.52 14.52
1.0F 16.71 16.17 6.24 15.07 15.07
1.05F 17.55 16.88 6.8 15.76 15.76
Max 17.55
상기에 개시된 실시 예에 따른 광학계(100)는 이하에서 설명되는 수학식들 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 만족할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 광학계(100)는 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 광학계(100)가 적어도 하나의 수학식을 만족할 경우, 상기 광학계(100)는 색수차, 왜곡 수차 등의 수차 특성을 효과적으로 제어할 수 있고, 화각(FOV)의 중심부와 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 또한, 상기 광학계(100)는 향상된 해상력을 가질 수 있다. 또한, 수학식들에 기재된 렌즈의 광축(OA)에서의 두께, 인접한 렌즈들의 광축(OA)에서의 간격이 의미하는 것은 상기에 개시된 실시 예를 참조할 수 있다.
[수학식 1] 0 < CT1 / CT2 < 3
수학식 1에서 상기 제1 렌즈(101)의 중심 두께(CT1)와 상기 제2 렌즈(102)의 중심 두께(CT2)를 설정해 주어, 제1 렌즈(101)의 강성 저하를 방지할 수 있고, 수차에 영향을 주는 요소를 제어할 수 있다. 바람직하게, 수학식 1은 1 < CT1 / CT2 < 3을 만족할 수 있다.
[수학식 2] 5 < CA11/CT1 < 15
CA11는 상기 제1 렌즈(101)의 물체측 면(S1)의 유효경이다. 수학식 2에서 상기 제1 렌즈(101)의 중심 두께(CT1)과 제1 렌즈(101)의 물체측 면(S1)의 유효경(CA11)을 설정해 줄 수 있으며, 이를 만족할 경우, 유리 재질의 렌즈의 강도 및 광학적 특성 저하를 방지할 수 있다. 만약, 수학식 1의 범위보다 낮은 경우, 렌즈가 파손되거나 입사 효율이 저하될 수 있고, 상기 범위보다 큰 경우 TTL이 증가하게 되고 광학계의 중량이 무거워질 수 있다. 바람직하게, 수학식 2는 7 < CA11/CT1 < 12를 만족할 수 있다.
[수학식 3] 0 < CT5 / CT4 < 3
수학식 3에서 제5 렌즈(105)의 중심 두께(CT5)와 제4 렌즈(104)의 중심 두께(CT4)를 설정해 줄 수 있어, 저온에서 고온까지 온도 변화에 따라 열 보상을 최적화할 수 있고, 광학 성능의 저하를 방지할 수 있다. 바람직하게, 수학식 3는 1 < CT5/CT4 < 2를 만족할 수 있다.
[수학식 3-1] 0 < CT5 / CT3 < 3
수학식 3-1에서 제3,5 렌즈(103,105)의 중심 두께(CT3,CT5)를 설정해 주어, 물체측 렌즈들로부터 굴절된 광을 이미지 센서(151)로 가이드해 줄 수 있다. 바람직하게, 수학식 3-1는 1 < CT5/CT3 < 2를 만족할 수 있다. 이에 따라 이미지 센서(151)에 가장 인접한 제5 렌즈(105)는 중심 두께(CT5)를 두껍게 하고 유효경을 크게 증가하지 않고, 물체측 렌즈들을 통해 굴절되는 광을 이미지 센서(151)의 전 영역으로 굴절시켜 줄 수 있다.
[수학식 4] 0 < CT5 / (CT1+CT2) < 3
수학식 4에서 제5 렌즈(105)의 중심 두께(CT5)를 제1,2 렌즈(101,102)의 중심 두께(CT1,CT2)의 합보다 크게 설정해 주어, 물체측 렌즈로부터 굴절된 광을 이미지 센서(151)로 가이드해 줄 수 있다. 바람직하게, 수학식 4는 1 < CT5/(CT1+CT2) < 2를 만족할 수 있다. 이에 따라 이미지 센서(151)에 가장 인접한 제5 렌즈(105)는 중심 두께(CT5)를 두껍게 하고 유효경을 크게 증가하지 않을 수 있다.
[수학식 5] 0 < CT5 / CG2 < 1.5
수학식 5에서 제2,3 렌즈(102,103) 사이의 중심 간격(CG2)을 제5 렌즈(105)의 중심 두께(CT5)보다 크게 설정해 주어, 상기 제2 렌즈(102)는 오목한 센서측 면과 최소 유효경을 갖는 렌즈로 설정할 수 있다. 또한 상기 제3 렌즈(103)의 유효경을 상기 제2 렌즈(102)의 유효경보다 증가시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 0.5 < CT5 / CG2 < 1를 만족할 수 있다.
[수학식 6] 0 < CG4 / CG1 < 1.5
수학식 6에서 제1,2 렌즈(101,102) 사이의 중심 간격(CG1)과 제4,5 렌즈(104,105)의 중심 간격(CG4)을 설정해 주어, 구면 렌즈들 사이의 중심 간격과 비구면 렌즈들 사이의 중심 간격을 설정해 줄 수 있다. 바람직하게, 0.5 < CG4 / CG1 < 1을 만족할 수 있다.
[수학식 6-1] 0 < CG4 / CG2 < 1
수학식 6-1에서 제2,3 렌즈(102,103) 사이의 중심 간격(CG2)을 제4,5 렌즈(104,105)의 중심 간격(CG4)보다 크게 설정해 주어, 물체측 구면 렌즈들 사이의 중심 간격에 의해 센서측 비구면 렌즈들 사이의 중심 간격을 줄여줄 수 있다. 바람직하게, 0.3 < CG4 / CG2 < 0.8을 만족할 수 있다.
[수학식 7] 1 < CG3 / FT < 7
FT는 광학 필터(155)의 두께이다. 수학식 7에서 제3,4 렌즈(103,104) 사이의 중심 간격(CG3)이 상기 광학 필터(155)의 두께보다 크게 해 줌으로써, 상기 제3,4 렌즈(103,104) 사이의 영역에 상기 광학 필터(155)가 배치될 수 있는 공간을 확보할 수 있다. 바람직하게, 3 < CG3 / FT < 5을 만족할 수 있다.
[수학식 8] 0.5 < CG2 / (CT1+CG1+CT2) < 1.5
수학식 8에서 제2,3 렌즈(102,103) 사이의 중심 간격(CG2)을 제1 렌즈(101)의 물체측 면에서 상기 제2 렌즈(102)의 센서측 면 사이의 광축 거리보다 크게 설정할 수 있다. 이에 따라 상기 제1렌즈(101)의 물체측 면의 유효경은 최대로 설정하고 상기 제2 렌즈(102)는 오목한 센서측 면과 최소 유효경을 갖는 렌즈로 설정할 수 있다. 바람직하게, 1 < CG2 / (CT1+CG1+CT2) < 1.5를 만족할 수 있다.
[수학식 10] 1.70 < n1
n1는 제1 렌즈(101)의 d-line에서의 굴절률이다. 수학식 10에서 제1 렌즈(101)의 굴절률을 높게 설정해 주어, 광학계의 3차 수차(자이델 수차) 감소에 영향을 주는 요소를 조절할 수 있으며, TTL이 다소 길어지면서 발생할 수 있는 수차를 감소할 수 있다. 수학식 10은 바람직하게, 1.75 < n1 < 2.1 를 만족할 수 있다. 수학식 10의 하한치보다 낮게 설계될 경우, 수차를 감소시켜 시키는 성능을 얻을 수 있고, 상기 제1 렌즈의 굴절력이 약해져서 빛을 효율적으로 모으지 못하여 광학계의 성능이 떨어질 수 있다. 수학식 10의 상한치보다 높게 설계될 경우, 재료를 구하기 힘들어지는 단점이 있다. 또한 제1 렌즈(101)의 굴절률이 수학식 10의 하한치보다 낮게 설계될 경우, 제1,2렌즈의 굴절력을 증가하기 위해, 제1,2 렌즈의 곡률 반경을 증가될 수 있다.
[수학식 10-1] 1.7 < Aver(n1:n5) < 1.8
Aver(n1:n5)는 제1 내지 제5 렌즈의 d-line에서의 굴절률 값들의 평균이다. 수학식 10-1를 만족할 경우, 광학계(100)는 해상력을 설정할 수 있고 TTL에 영향을 억제할 수 있다.
[수학식 10-2] GMn_Aver < GLn_Aver
GLn_Aver은 구면 유리 렌즈들의 d-line에서의 굴절률 값들의 평균이며, GMn_Aver는 글라스 몰드(Glass mold)인 비구면 유리 렌즈들의 d-line에서의 굴절률 값들의 평균이다. 상기 구면 렌즈는 사출 성형하지 않는 유리 재질의 렌즈이며, 상기 비구면 렌즈는 사출 성형된 유리 재질의 렌즈이다. 굴절률이 높은 구면 렌즈들이 비구면 렌즈의 물체 측에 위치하여, 색 분산을 증가시켜 줄 수 있다.
[수학식 11] 0 < n1/n3 < 1.5
n1,n3는 제1,3 렌즈(101,103)의 d-line에서의 굴절률이다. 수학식 11에서 상기 제1 렌즈(101)의 굴절률을 상기 제3 렌즈(103)의 굴절률 차이를 줄여주어, 유리 재질의 렌즈들에 의한 색 분산의 저하를 방지할 수 있다. 바람직하게, 수학식 11은 1 < n1/n3 < 1.3를 만족할 수 있다.
[수학식 12] 0 < n3/n4 < 1.5
n3,n4는 제3,4 렌즈(103,104)의 d-line에서의 굴절률이다. 수학식 12에서 상기 제3 렌즈(103)의 굴절률을 상기 제4 렌즈(104)의 굴절률보다 높게 설정해 주어, 구면 재질의 렌즈들에 의한 색 분산과 비구면 렌즈들에 의한 색 분산을 조절할 수 있다. 바람직하게, 수학식 12는 1 < n3/n4 < 1.2를 만족할 수 있다.
[수학식 13] (v4*n4) < (v1*n1)
n1,n4는 제1,4 렌즈(101,104)의 d-line에서의 굴절률이며, v1,v4는 제1,4 렌즈의 아베수이다. 수학식 13에서 상기 제1 렌즈(101)의 굴절률과 아베수의 곱을 상기 제4 렌즈(104)의 굴절률과 아베수의 곱보다 높게 크게 설정해 주어, 구면 재질의 렌즈들에 의한 색 분산과 비구면 렌즈들에 의한 색 분산을 조절할 수 있다.
[수학식 14] BFL < D1
BFL은 이미지 센서(151)의 표면에서 마지막 렌즈 즉, 제5 렌즈의 센서측 면의 중심까지의 광축 거리이며, D1은 상기 이미지 센서(151)의 표면에서 상기 광학 필터(155)의 표면까지의 광축 거리이다. 수학식 14를 만족함으로써, 광학 필터(155)를 조리개(ST)에 인접한 영역에 배치하거나, 마지막 렌즈보다 물체 측에 가까운 렌즈 주변에 위치시켜 줄 수 있다.
[수학식 14-1] 1 < SD/D1 < 1.2
SD는 상기 조리개(ST)에서 이미지 센서(151)의 표면까지의 광축 방향의 거리이다. 수학식 14-1를 만족할 경우, 광학 필터(155)는 조리개(ST)에 인접하며 상기 조리개(ST) 보다 이미지 센서(151)에 더 가깝게 배치될 수 있다.
[수학식 15] (CTn+CTn-1) < D1
CTn는 이미지 센서(151)에 인접한 n 번째 렌즈의 중심 두께이며, CTn-1는 n-1번째 렌즈의 중심 두께를 나타내며, D1은 상기 이미지 센서(151)의 표면에서 상기 광학 필터(155)까지의 광축 거리이다. 수학식 15에서 상기 광학 필터(155)와 상기 이미지 센서(151) 사이의 광축 거리를 이미지 센서(151)에 인접한 n번째 렌즈와 n-1번째의 중심 두께의 합보다 크게 설정해 줄 수 있다. 상기 n번째 렌즈는 제5 렌즈이며, 상기 n-1번째 렌즈는 제4 렌즈일 수 있다. 이에 따라 상기 광학 필터(155)로 입사되는 주 빔의 입사각을 20도 미만으로 줄여줄 수 있고, 상온대비 저온 및 고온에서의 입사각이 시프트되는 문제를 최소화할 수 있다.
[수학식 15-1] (CTn+CTn-1) < D1 < TTL/2
TTL은 상기 제1 렌즈(101)의 물체측 면의 중심에서 이미지 센서(151)의 표면까지의 광축 거리이다. 수학식 15-1에서 상기 광학 필터(155)와 상기 이미지 센서(151) 사이의 광축 거리를 전체 광축 길이(TTL)의 1/2 미만으로 설정해 줄 수 있다. 이에 따라 상기 광학 필터(155)로 입사되는 주 빔의 입사각을 20도 미만으로 줄여줄 수 있고, 상온대비 저온 및 고온에서의 입사각이 시프트되는 문제를 최소화할 수 있다. 바람직하게, D1은 18 mm < D1 < 25mm를 만족한다.
[수학식 16] D1 < D2
D1은 상기 이미지 센서(151)의 표면에서 상기 광학 필터(155)까지의 광축 거리이며, D2는 상기 제1 렌즈(101)의 물체측 면 중심에서 상기 광학 필터(155)의 물체측 면까지의 광축 거리이다. 수학식 16를 만족할 경우, 상기 광학 필터(155)는 상기 렌즈들 사이에 배치되거나, 제3,4 렌즈 사이의 조리개(ST)에 인접한 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라 상기 광학 필터(155)로 입사되는 주 빔의 입사각을 20도 미만으로 줄여줄 수 있고, 상온대비 저온 및 고온에서의 입사각이 시프트되는 문제를 최소화할 수 있다.
[수학식 17] 0 < FT < CG3
수학식 17를 만족할 경우, 필터를 제3,4렌즈 사이에 배치할 수 있다. 또한 0 < FT < EG3을 만족할 수 있으며, 상기 EG3은 상기 제3,4 렌즈 사이의 에지 간격이다. 또한 0 < FT < CG_Min을 만족할 수 있으며, 상기 CG_Min은 인접한 두 렌즈들 사이의 중심 간격 중 최소 간격을 나타낸다.
[수학식 18] 1 < CA11 / CA21 < 5
CA21은 상기 제2 렌즈(102)의 제3 면(S3)의 유효경을 의미한다. 수학식 18을 만족할 경우, 상기 광학계(100)는 입사되는 광을 제어할 수 있으며 수차에 영향을 주는 요소를 설정할 수 있으며, 바람직하게, 1 < CA11 / CA21 < 2.5를 만족할 수 있다.
[수학식 19] 0 < CA22 / CA31 < 1.5
CA22는 상기 제2 렌즈(102)의 제4 면(S4)의 유효경을 의미하고, CA31는 상기 제3 렌즈(103)의 제5 면(S5)의 유효경을 의미한다. 수학식 19를 만족할 경우, 상기 광학계(100)는 입사되는 광 경로를 제어할 수 있고, 상기 제2 렌즈(102)의 센서측 면을 오목한 형상으로 설정할 수 있다. 바람직하게, 수학식 19는 0.5 < CA22 / CA31 < 1를 만족할 수 있다.
[수학식 20] 0.5 < CA42 / CA51 < 2
CA42는 상기 제4 렌즈(104)의 제8 면(S8)의 유효경을 의미하고, CA51는 상기 제5 렌즈(105)의 제9 면(S9)의 유효경을 의미한다. 수학식 20을 만족할 경우, 상기 광학계(100)는 상기 제4 렌즈(104) 및 제5 렌즈(105)를 통해 이미지 센서(151)로 입사되는 광 경로를 설정할 수 있다. 수학식 20은 바람직하게, 1 < CA42 / CA51 < 1.5를 만족할 수 있다.
[수학식 21] 1 < CA11 / CA51 < 5
광학계(100)가 수학식 21을 만족할 경우, 첫 번째 렌즈인 구면 렌즈의 입사량을 증가시켜 주고 마지막 렌즈인 비구면 렌즈를 통해 이미지 센서를 향한 광의 경로를 설정할 수 있다. 수학식 21은 바람직하게, 1 < CA11 / CA51 < 2.5를 만족할 수 있다.
[수학식 22] 1 < CG2 / (CT2+CT3) < 3
수학식 22을 만족할 경우, 상기 제2 렌즈(102)의 센서측 면의 오목한 곡률 반경을 설정할 수 있고, 제2,3렌즈(102,103) 사이의 광 경로를 설정할 수 있다. 바람직하게, 1 < CG2 / (CT2+CT3) < 2를 만족할 수 있다.
[수학식 23] 0 < CG4 / (CT4+CT5) < 1
수학식 23을 만족할 경우, 상기 제4 렌즈(104)의 센서측 면의 곡률 반경을 줄이고, 제4,5렌즈(104,105) 사이의 중심 간격에 따른 광 경로를 설정할 수 있다. 바람직하게, 0 < CG4 / (CT4+CT5) < 0.7를 만족할 수 있다.
[수학식 24] 1 < CG_Max / CG4 < 4
CG_Max는 광학계 내의 렌즈들 사이의 중심 간격 중 최대를 의미한다. 수학식 24를 만족할 경우, 렌즈들 사이의 최대 중심 간격이 상기 제4 렌즈(104)와 상기 제5 렌즈(105) 사이의 중심 간격 보다 물체 측에 위치시켜 주어, 상기 제4 렌즈(104)의 크기가 증가되는 것을 억제할 수 있다. 바람직하게, 1.5 < CG_Max / CG4 < 3를 만족할 수 있다.
[수학식 25] 0 < CT5 / BFL < 4
CT5는 제5 렌즈의 중심 두께이고, BFL은 마지막 렌즈의 센서측 면의 중심에서 이미지 센서(151)까지의 광축 거리이다. 즉, BFL은 제5 렌즈(105)의 센서측 면의 중심에서 이미지 센서(151)의 표면까지의 광축 거리이다. 수학식 25를 만족할 경우, 입사된 광은 제5 렌즈(105)에 의해 안정적으로 이미지 센서(151)의 전 영역으로 전달될 수 있다. 바람직하게, 1 < CT5 / BFL < 3를 만족할 수 있다. 여기서, CT5는 렌즈들의 중심 두께 중 최대이다.
[수학식 26] 0 < CG3 / CT5 < 1.5
수학식 26을 만족할 경우, 제5 렌즈(105)의 유효경을 조절할 수 있다. 바람직하게, 0.1 < CG3 / CT5 < 1를 만족할 수 있다.
[수학식 27] 0 < CG4 / CT5 < 1
수학식 27을 만족할 경우, 제5 렌즈(105)의 유효경을 조절할 수 있고 이미지 센서(151)의 중심부 및 주변부에 수차 특성을 개선시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 0.3 < CG4 / CT5 < 1를 만족할 수 있다.
[수학식 28] 0 < |L5R2| / CT5 < 5
L5R2는 제5 렌즈의 센서측 면의 곡률 반경이다. 수학식 28을 만족할 경우, 제5 렌즈(105)의 굴절력을 제어하며 광학 성능을 개선시켜 줄 수 있다.
[수학식 29] 0 < |L5R2| / L5R1 < 5
L5R1는 제5 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경이다. 수학식 29을 만족할 경우, 제5 렌즈(105)의 굴절력을 제어하며 광학 성능을 개선시켜 줄 수 있다.
[수학식 30] 0 < L1R1 / L1R2 < 5
L1R1는 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경이며, L1R2는 제1 렌즈의 센서측 면의 곡률 반경이다. 수학식 30을 만족할 경우, 제1 렌즈(101)의 굴절력을 제어하며 광학 성능을 개선시켜 줄 수 있다.
[수학식 31] 500 < |L2R1| / L2R2
L2R1는 제2 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경이며, L2R2는 제2 렌즈의 센서측 면의 곡률 반경이다. 수학식 31을 만족할 경우, 제2 렌즈(102)의 굴절력을 제어하며 광학 성능을 개선시켜 줄 수 있으며, 상기 제2 렌즈(102)의 센서측 렌즈들의 유효경을 조절할 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)의 물체측 면을 플랫하게 할 경우, 렌즈 가공이 용이할 수 있다.
[수학식 32] 0 < CT_Max / CG_Max < 2
수학식 32에서 렌즈들 중 최대 중심 두께(CT_Max)와 인접한 렌즈들 사이의 최대 간격(CT_Max)를 설정해 줄 수 있다. 수학식 32를 만족할 경우, 광학계는 설정된 화각의 초점거리에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 0 < CT_Max / CG_Max < 1를 만족할 수 있다.
[수학식 33] 0 < ΣCT / ΣCG < 2
ΣCT는 렌즈들의 중심 두께의 합이며, ΣCG는 인접한 렌즈들 사이의 간격들의 합이다. 수학식 33을 만족할 경우, 광학계는 설정된 화각에서 초점거리에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 0 < ΣCT / ΣCG < 1를 만족할 수 있다.
[수학식 34] 5 < ΣIndex < 15
ΣIndex는 복수의 렌즈 각각의 d-line에서의 굴절률들의 합을 의미한다. 수학식 34를 만족할 경우, 비구면 렌즈와 구면 재질의 렌즈가 혼합된 광학계(100)에서 TTL을 제어할 수 있고, 향상된 해상력을 가질 수 있다. 또한 구면 재질의 렌즈 매수가 비구면 재질의 렌즈 매수보다 많은 경우, TTL과 굴절률의 합을 설정할 수 있다. 수학식 34는 바람직하게, 7 < ΣIndex < 13를 만족할 수 있다.
[수학식 35] 10 < ΣAbbe / ΣIndex < 50
ΣAbbe는 상기 복수의 렌즈 각각의 아베수의 합을 의미한다. 수학식 35을 만족할 경우, 상기 광학계(100)는 향상된 수차 특성 및 해상력을 가질 수 있다. 수학식 35를 렌즈들의 아베수 합과 굴절률의 합을 설정해 주어, 광학 특성을 제어할 수 있으며, 바람직하게 10 < ΣAbb / ΣIndex < 30를 만족할 수 있다.
[수학식 36] 50 < ΣCT*n < 150
ΣCT는 복수의 렌즈의 중심 두께의 합이며, n은 광학계의 렌즈 매수이다. 수학식 36을 만족할 경우, TTL를 제어할 수 있다. 바람직하게, 70 < ΣCT*n < 120를 만족할 수 있다.
[수학식 37] 0 < ΣCT / ΣET < 2
ΣCT는 렌즈들의 중심 두께의 합이며, ΣET는 렌즈들의 유효 영역의 끝단 즉, 에지 두께들의 합이다. 수학식 37을 만족할 경우, 광학계는 설정된 화각에서 초점거리에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 수학식 37은 바람직하게, 0.5 < ΣCT / ΣET < 1.5를 만족할 수 있다.
[수학식 38] 1 < CA11 / CA_Min < 5
CA11는 제1 렌즈의 물체측 제1 면(S1)의 유효경이며, CA_Min은 렌즈들의 물체측 면들과 센서측 면들 중 최소 유효경을 나타낸다. 수학식 38을 만족할 경우, 광학계는 입사광 제어, 광학 성능 유지하며 보다 슬림한 모듈을 제공할 수 있다. 수학식 38은 바람직하게, 1 < CA11 / CA_Min < 3를 만족할 수 있다. 여기서, CA11는 최대 유효경일 수 있으며, 상기 제2 렌즈(102)의 센서측 면은 최소 유효경일 수 있다.
[수학식 38-1] 1 < CA_Max / CA_Min < 5
CA_Max는 렌즈들의 물체측 면들과 센서측 면들 중 최대 유효경을 나타낸다. 수학식 39를 만족할 경우, 광학계는 광학 성능을 유지하며 슬림하고 컴팩트한 구조를 위한 크기를 설정할 수 있다. 수학식 39는 바람직하게, 1 < CA_Max / CA_Min < 3를 만족할 수 있다.
[수학식 39] 0 < CG2 / CA12 < 2
CG2는 제2,3렌즈 사이의 중심 간격이며, CA12는 제1 렌즈의 센서측 면의 유효경이다. 수학식 39를 만족할 경우, 구면 렌즈들의 입사 광을 조절할 수 있다. 수학식 39는 바람직하게, 0.5 < CG2 / CA12 < 1를 만족할 수 있다.
[수학식 40] 1 < CA_Max / CA_Aver < 3
CA_Aver는 렌즈들의 물체측 면들과 센서측 면들의 유효경의 평균을 나타낸다. 수학식 40을 만족할 경우, 광학계는 광학 성능을 유지하며 슬림하고 컴팩트한 센서 장치를 설정할 수 있다. 수학식 40은 바람직하게, 1 < CA_Max / CA_Aver < 2를 만족할 수 있다.
[수학식 41] 0.1 < CA_Min / CA_Aver < 2
수학식 41를 만족할 경우, 광학계는 광학 성능을 유지하며 슬림하고 컴팩트한 센서 장치를 설정할 수 있다. 수학식 41은 바람직하게, 0.5 < CA_Min / CA_Aver < 1를 만족할 수 있다.
[수학식 42] 1 < CA_Max / (2*ImgH) < 6
수학식 42는 최대 유효경(CA_Max)과 이미지 센서의 대각선 길이(2*ImgH)로 설정할 수 있으며, 이를 만족할 경우, 광학계는 양호한 광학 성능을 유지할 수 있으며 슬림하고 컴팩트한 센서 장치를 설정할 수 있다. 수학식 42는 바람직하게, 3 < CA_Max / (2*ImgH) < 4.5를 만족할 수 있다.
[수학식 42-1] 1 < TD / CA_Max < 4
TD는 제1 렌즈의 물체측 면의 중심에서 마지막 렌즈의 센서측 면의 중심까지의 광축 거리이다. 수학식 42-1을 만족할 경우, 렌즈들의 전체 광축 거리와 최대 유효경을 설정할 수 있어, 양호한 광학 성능을 위한 크기를 설정할 수 있다. 수학식 42-1은 바람직하게, 1 < TD / CA_Max < 3를 만족할 수 있다.
[수학식 42-2] SD < TD
상기 SD는 조리개의 위치에서 상기 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리이다. 바람직하게, 1.5 < TD/SD < 2.5의 조건을 만족할 수 있다.
[수학식 43] 0 < F / |L5R2| < 1
F는 광학계의 유효 초점 거리이며, L5S2는 제5 렌즈의 센서측 면의 곡률 반경이다. 수학식 43를 만족할 경우, 유효 초점 거리와 마지막 비구면 렌즈의 센서측 면의 곡률 반경을 설정해 주어, 광학계 축소, 예컨대 TTL에 대한 영향을 조절할 수 있다. 수학식 43는 바람직하게, 0 < F / |L5R2| < 0.5를 만족할 수 있다.
[수학식 44] 0 < F / L1R1 < 1
수학식 44에서 광학계의 유효 초점 거리와 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경을 설정해 주어, 입사 광과 TTL에 대한 영향을 조절할 수 있다. 수학식 44는 바람직하게, 0 < F / L1R1 < 0.5를 만족할 수 있다.
[수학식 45] 0 < EPD / |L5R2| < 1
EPD는 상기 광학계(100)의 입사동(Entrance Pupil)의 크기(mm)를 의미하고, L5R2는 상기 제5 렌즈의 센서측 면의 곡률 반경을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(100)가 수학식 45를 만족할 경우, 상기 광학계(100)는 입사광을 제어할 수 있다. 바람직하게, 0 < EPD / |L5R2| < 0.5의 조건을 만족할 수 있다.
[수학식 46] 0 < EPD / L1R1 < 1
수학식 46에서 광학계(100)의 입사동의 크기와 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경을 설정해 줄 수 있고, 이를 만족할 경우, 상기 광학계(100)는 입사광을 제어할 수 있다. 바람직하게, 0 < EPD / L1R1 < 0.5의 조건을 만족할 수 있다.
[수학식 47] 0 < ｜F1 / F2｜ < 10
F1은 제1 렌즈의 초점 거리이며, F2은 제2 렌즈의 초점 거리이다. 수학식 47을 만족할 경우, 제1,2 렌즈의 굴절력을 제어하여 해상력을 개선시켜 줄 수 있으며, TTL 및 유효초점거리(EFL)에 영향을 줄 수 있다. 바람직하게, 0 < ｜F1 / F2｜ < 2를 만족할 수 있다.
[수학식 48] 0 < ｜F1｜ / F < 10
수학식 48에서 제1 렌즈의 초점 거리와 광학계의 유효 초점 거리를 설정할 수 있으며, 제1 렌즈의 굴절력을 제어하여 해상력을 개선시켜 줄 수 있다.
[수학식 49] 0 < ｜F1/F5｜ < 10
수학식 49에서 제1,5 렌즈의 초점 거리를 설정할 수 있으며, 제1,5 렌즈의 굴절력을 제어하여 해상력을 개선시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 0 < ｜F1/F5｜ < 5를 만족할 수 있다.
[수학식 49-1] ｜F1｜< F4
[수학식 49-2] F3 < F4
[수학식 49-3] 2*｜F2｜ < F4
수학식 49-1 내지 49-3에서 F1,F2,F3,F4,F5는 제1 내지 제5 렌즈의 초점 거리이며, 구면 렌즈의 초점 거리부터 마지막 비구면 렌즈의 초점 거리를 조절하여 비구면 렌즈의 유효 영역으로 광을 가이드할 수 있다. 여기서, F1은 -10mm 이하 예컨대, -10mm 내지 -30mm 범위이다. F2는 -5mm 이하 예컨대, -5mm 내지 -20mm 범위이다. F3은 15mm 이상 예컨대, 15mm 내지 30mm 범위이다. F4는 16mm 이상 예컨대, 16mm 내지 34mm 범위이다. F5는 5mm 이상 예컨대, 5mm 내지 17mm 범위이다. 상기 각 렌즈들의 각 초점 거리의 밸런스는 온도 변화에 의하는 핀트 위치의 차이를 억제할 수 있다. 이에 따라 촬상 렌즈들의 광학 특성이 온도 변화에 의해 저하되는 것을 억제할 수 있다. 상기 조리개(ST)는 제3 렌즈(103)의 센서측 면에 배치된다. 조리개(ST)보다 센서측 면에 배치되고 조리개(ST)와 가장 인접하게 배치되는 렌즈의 초점거리는 0보다 크다. 본 발명의 실시예에서 상기 제3 렌즈(103)의 초점거리인 F3가 0보다 크게 설계되어야 한다. 이 경우, 상기 제3 렌즈(103)가 빛을 모아주어 상기 제3 렌즈(103)보다 더 센서와 가깝게 배치되는 렌즈들인 제 4 렌즈 내지 제5 렌즈의 유효경이 커지는 것을 방지할 수 있고, TTL이 길어지는 것을 방지할 수 있어 수신 광학계의 소형화가 가능하다. 이 경우, 화각(FOV) 100도 초과 예컨대, 110도 내지 130도 범위에서 광각의 광학계를 제공할 할 수 있다.
[수학식 50] Po2 * Po3 < 0
Po2는 제2 렌즈의 굴절력 값이며, Po3는 제3 렌즈의 굴절력 값이다. 즉, 제2,3렌즈의 굴절력은 서로 반대되는 굴절력을 갖고 있어, 수차를 개선할 수 있으며, 비구면 렌즈로 광을 효과적으로 가이드할 수 있다. Po2 * Po3 > 0의 조건인 경우, 두 렌즈에서의 색수차의 개선 효과가 크게 나타나지 않는다.
[수학식 51] 20mm < TTL < 60mm
TTL(Total track length)은 상기 제1 렌즈(101)의 제1 면(S1)의 중심에서 상기 이미지 센서(151)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다. 수학식 51에서 TTL을 20mm 초과 및 60mm 미만이 되도록 설정하여, 차량용 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 51는 바람직하게, 30mm < TTL < 55mm를 만족하거나 TD < TTL의 조건을 만족할 수 있다.
[수학식 52]
2mm < ImgH < 20mm
수학식 52는 이미지 센서(151)의 대각 크기를 설정할 수 있으며, 차량용 센서 사이즈를 갖는 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 52는 바람직하게, 2mm < ImgH < 5mm를 만족할 수 있다.
[수학식 53] 1.5mm < BFL < 7mm
수학식 53에서 BFL(Back focal length)은 1.5 mm 초과 및 7 mm미만으로 설정하여, 커버 글라스(153)의 설치 공간을 확보할 수 있고 이미지 센서(151)와 마지막 렌즈 사이의 간격을 통해 구성 요소들의 조립성을 개선하며 결합 신뢰성을 개선할 수 있다. 수학식 53는 바람직하게, 4mm < BFL < 7mm를 만족할 수 있다. 상기 BFL이 수학식 53의 범위 미만인 경우 이미지 센서로 진행되는 일부 광이 이미지 센서로 전달되지 못하여 해상도 저하의 원이 될 수 있다. 상기 BFL이 수학식 53의 범위를 초과하는 경우 잡광이 유입되어 광학계의 수차 특성이 저하될 수 있다.
[수학식 54] 1mm < F < 10mm
수학식 54는 전체 초점 거리(F)를 차량용 광학계에 맞게 설정할 수 있다. 수학식 54는 1 < F < 5를 만족할 수 있다.
[수학식 55] 100도 < FOV
수학식 55에서 FOV(Field of view)는 상기 광학계(100)의 화각(Degree)을 의미하며, 100도 초과의 화각(F0V)을 갖는 차량용 광학계를 제공할 수 있다. 상기 FOV는 바람직하게, 110도 ≤ FOV ≤ 130도를 만족할 수 있다. 수학식 55에서 화각에 의해 차량용 광학계의 범위를 설정할 수 있다. 수평 방향의 센서 길이는 6.041mm±0.5mm를 기준으로 한다. 또한 수학식 55를 만족할 경우, 상온 대비 고온으로 온도가 변화할 때 유효초점 거리의 변화율과 화각의 변화율은 5% 이하 예컨대, 0 내지 5%로 설정해 줄 수 있다. 또한 광학계(100) 내에 비구면 렌즈를 2매 이상을 구면 렌즈와 혼합하여 사용하더라도, 유리 재질의 비구면 렌즈에 의해 온도 보상과 수차 보정을 통해 광학 특성의 저하를 방지할 수 있다.
[수학식 56] 1 < TTL / CA_Max < 7
수학식 56에서 CA_Max는 상기 복수의 렌즈들의 물체 측 면 및 센서 측 면 중 가장 큰 유효경(mm)를 의미하며, TTL은 상기 제1 렌즈의 제1 면(S1)의 정점으로부터 상기 이미지 센서(151)의 상면까지의 광축(OA)에서의 거리(mm)를 의미한다. 수학식 56는 광학계의 전체 광축 길이와 최대 유효 경의 관계를 설정하여, 개선된 차량용 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 56는 바람직하게, 1 < TTL / CA_Max < 3를 만족할 수 있다.
[수학식 57] 10 < TTL / ImgH < 30
수학식 57는 광학계의 전체 광축 길이(TTL)와 이미지 센서(151)의 광축에서 대각 방향의 길이(ImgH)를 설정할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(100)가 수학식 57를 만족할 경우, 상기 광학계(100)는 차량용 이미지 센서(151)의 적용을 위한 TTL을 가질 수 있어, 보다 개선된 화질을 제공할 수 있다. 수학식 57는 바람직하게, 10 < TTL / ImgH < 20를 만족할 수 있다.
[수학식 58] 0 < BFL / ImgH < 3
수학식 58은 이미지 센서(151)와 마지막 렌즈 간의 광축 간격과 이미지 센서(151)의 광축에서 대각 방향의 길이를 설정할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(100)가 수학식 58을 만족할 경우, 상기 광학계(100)는 차량용 이미지 센서(151)의 크기를 적용하기 위한 BFL을 확보할 수 있고, 마지막 렌즈와 이미지 센서(151) 사이의 간격을 설정할 수 있고, 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서 양호한 광학 특성을 가질 수 있다. 수학식 58은 바람직하게, 1.5 < BFL / ImgH < 2.5를 만족할 수 있다.
[수학식 58-1] ImgH < BFL < D1
BFL은 상기 n 번째 렌즈 또는 제5 렌즈(105)의 센서측 면에서 이미지 센서(151)까지의 광축 거리이며, 상기 이미지 센서(151)의 대각 길이의 1/2인 값(ImgH)보다 크고 상기 광학 필터(155)에서 이미지 센서(151)의 표면까지의 광축 거리보다 작을 수 있다.
[수학식 59] 5 < TTL / BFL < 20
수학식 59는 광학계의 전체 광축 길이(TTL), 및 상기 이미지 센서(151)와 마지막 렌즈 사이의 광축 간격(BFL)를 설정할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(100)가 수학식 59을 만족할 경우, 상기 광학계(100)는 BFL을 확보할 수 있다. 수학식 59는 바람직하게, 5 < TTL / BFL < 12를 만족할 수 있다.
[수학식 60] 10 < TTL/F < 30
수학식 60는 광학계(100)의 전체 초점 거리(F)와 전체 광축 길이(TTL)를 설정할 수 있다. 이에 따라 운전자 지원시스템용 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 60는 바람직하게, 10 ≤ TTL/F < 25 또는 12 < TTL/F < 20를 만족할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(100)가 수학식 60을 만족할 경우, 상기 광학계(100)는 설정된 TTL 범위에서 적절한 초점 거리를 가질 수 있고, 저온에서 고온으로 온도가 변화함에도 적절한 초점 거리를 유지하며 결상이 될 수 있는 광학계를 제공한다. 수학식 60의 하한치 미만인 경우, 렌즈들의 굴절력을 증가시켜야 할 필요가 있어, 구면수차 또는 왜곡 수차의 보정이 어려워지며, 수학식 60의 상한치 초과인 경우, 렌즈들이 유효경이나 TTL이 길어지게 되어, 촬상 렌즈계가 대형화되는 문제가 발생될 수 있다.
[수학식 61] 0 < F / BFL < 3
수학식 61은 광학계(100)의 전체 초점 거리(F), 상기 이미지 센서(151)와 마지막 렌즈 사이의 광축 간격(BFL)를 설정할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(100)가 수학식 61을 만족할 경우, 상기 광학계(100)는 설정된 화각을 가지며 적절한 초점 거리를 가질 수 있고, 차량용 광학계를 제공될 수 있다. 또한, 상기 광학계(100)는 마지막 렌즈와 이미지 센서(151) 사이의 간격을 최소화할 수 있어 화각(FOV)의 주변부에서 양호한 광학 특성을 가질 수 있다. 수학식 61은 바람직하게, 0 < F / BFL < 1를 만족할 수 있다.
[수학식 62] 0.5 < F / ImgH < 1.5
수학식 62은 상기 광학계(100)의 전체 초점 거리(F)와 상기 이미지 센서(151)의 광축에서 대각선 길이(ImgH)를 설정할 수 있다. 이러한 광학계(100)는 차량용 이미지 센서(151)의 크기에서 향상된 수차 특성을 가질 수 있다. 수학식 62은 바람직하게, 0.7 < F / ImgH < 1를 만족할 수 있다.
[수학식 63] 0.5 < F / EPD < 1.5
수학식 63은 상기 광학계(100)의 전체 초점 거리(F)와 입사동 크기를 설정할 수 있다. 이에 따라 광학계의 전체 밝기를 제어할 수 있다. 수학식 63은 바람직하게, 0.5 < F / EPD < 1를 만족할 수 있다.
[수학식 64] 0 < EPD/ImgH/FOV < 0.2
수학식 64은 입사동 크기(EPD), 이미지 센서의 최대 대각선 길이의 1/2의 길이(ImgH), 및 화각의 관계를 설정할 수 있다. 이에 따라 광학계의 전체 크기 및 밝기를 제어할 수 있다. 수학식 64은 바람직하게, 0 < EPD/ImgH/FOV < 0.1를 만족할 수 있다.
[수학식 65] 100 < FOV / F# < 200
수학식 65은 광학계의 화각과 F 넘버(F#)의 관계를 설정할 수 있다. 수학식 65은 바람직하게, 120 < FOV / F# < 170를 만족할 수 있다. 여기서, F#는 1.2 이하로 제공하여, 밝은 화상을 제공할 수 있다.
[수학식 66] 50 < (CT_Max+CG_Max)*n < 150
[수학식 67] 800 < (FOV*TTL)/n
바람직하게, 수학식 67은 화각과 렌즈 매수(n)에 따라, 1000 < (FOV*TTL)/n < 1500의 조건을 만족할 수 있다.
[수학식 68] FOV < (TTL*n)
[수학식 69] 1 < (TD/CA_Max)*n < 20
바람직하게, 5 < (TD/CA_Max)*n < 15를 만족할 수 있다.
[수학식 70] 0 < (CA52/CA22)/(CA11/CA22) < 1
수학식 66 내지 70에서 n은 전체 렌즈 매수이며, 전체 렌즈 매수에 따라 렌즈의 최대 중심 두께(CT_Max), 최대 중심 간격(CG_Max), FOV, TTL, 렌즈들의 광축 거리(TD), 제5 렌즈의 센서측 면의 유효경(CA52), 제1 렌즈의 물체측 면의 유효경, 제2 렌즈의 센서측 면의 유효경 등과의 관계를 설정할 수 있다. 이에 따라 6매 이하의 렌즈를 갖는 광학계의 색 수차, 해상력, 크기 등을 제어할 수 있다.
[수학식 71]
Figure PCTKR2023015767-appb-img-000001
수학식 71에서 Z는 Sag로 비구면 상의 임의의 위치로부터 상기 비구면의 정점까지의 광축 방향의 거리를 의미할 수 있다. 상기 Y는 비구면 상의 임의의 위치로부터 광축까지의 광축에 수직인 방향으로의 거리를 의미할 수 있다. 상기 c는 렌즈의 곡률을 의미할 수 있고, K는 코닉 상수를 의미할 수 있다. 또한, A, B, C, D, E,F는 비구면 계수(Aspheric constant)를 의미할 수 있다.
실시예에 따른 광학계(100)는 수학식 1 내지 수학식 70 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 수학식을 만족할 수 있다. 이 경우, 상기 광학계(100)는 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 광학계(100)가 수학식 1 내지 수학식 35 중 적어도 하나 또는/및 수학식 36 내지 70 중 적어도 하나를 만족할 경우, 상기 광학계(100)는 향상된 해상력을 가지며, 수차 및 왜곡 특성을 개선할 수 있다. 또한, 상기 광학계(100)는 차량용 이미지 센서(151)를 적용하기 위한 BFL을 확보할 수 있고, 온도 변화에 따른 광학 특성 저하를 보상할 수 있으며, 마지막 렌즈와 이미지 센서(151) 사이의 간격을 최소화할 수 있어 화각(FOV)의 중심부 및 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
표 4는 실시 예의 광학계(100)에서 상술한 수학식들의 항목에 대한 것으로, 상기 광학계(100)의 TTL(mm), BFL, 유효초점 거리(F), ImgH, 유효경(CA), 각 렌즈들의 중심 두께들의 합, 인접한 렌즈들 간의 중심 간격들의 합, TTL(mm), 아베수의 합, 굴절률의 합, 제1 면(S1)에서 제10 면(S10)까지의 광축 거리인 TD(mm), 상기 제1 내지 제5 렌즈 들 각각의 초점 거리(F1,F2,F3,F4,F5), 화각(FOV), 에지 두께(ET), F 넘버 등에 대한 것이다.
항목 값 항목 값
F(EFL) 2.821 ET1 3.846
F1 -15.190 ET2 3.552
F2 -9.483 ET3 3.005
F3 23.518 ET4 2.499
F4 27.316 ET5 4.639
F5 11.409 FOV 125.206
ΣIndex 8.854 EPD 3.516
ΣAbbe 159.800 BFL 5.790
ΣCT 19.891 TD 41.111
ΣCG 21.219 ImgH 3.021
TTL 46.900 SD 23.782
F-number 0.802
표 5는 실시 예의 광학계(100)에서 상술한 수학식 1 내지 수학식 35에 대한 결과 값에 대한 것이다. 표 5를 참조하면, 광학계(100)는 수학식 1 내지 수학식 50 중 적어도 하나, 두 개 이상 또는 세 개 이상을 만족하는 것을 알 수 있다. 자세하게, 실시예에 따른 광학계(100)는 상기 수학식 1 내지 수학식 50을 모두 만족하는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 광학계(100)는 화각(FOV)의 중심부와 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고 우수한 광학 특성을 가질 수 있다.
수학식 값
1 0 < CT1 / CT2 < 3 1.668
2 5 < CA11/CT1 < 15 9.591
3 0 < CT5 / CT4 < 3 1.561
4 0 < CT5 / (CT1+CT2) < 3 1.952
5 0 < CT5 / CG2 < 1.5 0.725
6 0 < CG4 / CG1 < 1.5 0.852
7 1 < CG3 / FT < 7 4.007
8 0.5 < CG2 / (CT1+CG1+CT2) < 1.5 1.125
9 5 < TTL/CT_AVER < 25 11.789
10 1.7 < n1 1.808
11 0 < n1/n3 <1.5 1.014
12 0 < n3/n4 <1.5 1.071
13 (v4*n4) < (v1*n1) 만족
14 BFL < D1 만족
15 (CTn+CTn-1) < D1 만족
16 D1 < D2 만족
17 0 < FT < CG3 만족
18 1 < CA11 / CA21 < 5 1.698
19 0 < CA22 / CA31 < 1.5 0.724
20 0.5 < CA42 / CA51 < 2 1.201
21 1 < CA11/CA52 < 5 1.693
22 1 < CG2 / (CT2+CT3) < 3 1.649
23 0 < CG4 /(CT4+CT5) < 1 0.371
24 1 < CG_Max / CG4 < 4 2.268
25 0 < CT5 / BFL < 4 1.228
26 0 < CG3 / CT5 < 1.5 0.282
27 0 < CG4 / CT5 < 1 0.608
28 0 < |L5R2| / CT5 < 5 2.752
29 0 < |L5R2| / L5R1 < 5 1.852
30 0 < L1R1/L1R2 < 5 3.029
31 500 < |L2R1| / L2R2 만족
32 0 < CT_Max / CG_Max < 2 0.725
33 0 < ∑CT / ∑CG < 2 0.937
34 5 < ∑Index <15 8.854
35 10 < ∑Abbe / ∑Index <50 18.048
표 6은 실시 예의 광학계(100)에서 상술한 수학식 36 내지 수학식 70에 대한 결과 값에 대한 것이다. 표 6을 참조하면, 광학계(100)는 수학식 36 내지 수학식 70 중 적어도 하나, 두 개 이상 또는 세 개 이상을 만족하는 것을 알 수 있다. 자세하게, 실시예에 따른 광학계(100)는 상기 수학식 1 내지 수학식 70을 모두 만족하는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 광학계(100)는 화각(FOV)의 중심부와 주변부에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고 우수한 광학 특성을 가질 수 있다.
수학식 값
36 50 < ∑CT*n < 150 99.457
37 0 < ΣCT / ΣET < 2 1.134
38 1 < CA11 / CA_Min < 5 2.029
39 0 < CG2 / CA12 < 2 0.709
40 1 < CA_Max / CA_Aver < 3 1.489
41 0.1 < CA_Min / CA_Aver < 2 0.734
42 1 < CA_Max / (2*ImgH) < 6 3.614
43 0 < F / |L5R2| < 1 0.144
44 0 < F / L1R1 < 1 0.120
45 0 < EPD / |L5R2|< 1 0.180
46 0 < EPD / L1R1 < 1 0.150
47 0 < ｜F1 / F2｜ < 10 1.602
48 1 <｜ F1｜ / F < 10 5.385
49 0 < |F1 / F5| < 10 1.331
50 Po2 * Po3 < 0 -0.556
51 20 < TTL <60 46.900
52 2 < ImgH <20 3.021
53 1.5 < BFL < 7 5.790
54 1 < F < 10 2.821
55 100 < FOV 125.206
56 1 < TTL / CA_Max < 7 2.147
57 10 < TTL / ImgH < 30 15.523
58 0 < BFL / ImgH < 3 1.916
59 5< TTL / BFL < 20 8.101
60 10 < TTL / F < 30 16.625
61 0 < F / BFL < 3 0.487
62 0.5 < F / ImgH < 1.5 0.934
63 0.5 < F / EPD < 1.5 0.802
64 0 < EPD/Imgh/FOV < 0.2 0.009
65 100 < FOV / F# <200 156.062
66 50 < (CT_Max+CG_Max)*n < 150 84.601
67 800 < (FOV*TTL)/n 1174.446
68 FOV < (TTL*n) 만족
69 1 < (TD / CA_Max) *n < 20 9.412
70 0 < (CA52/CA22) / (CA11/CA21) < 1 0.706
도 10은 발명의 송신 광학계를 나타낸 측 단면도이다.
도 10을 참조하면, 송신 광학계(110) 및 이를 갖는 센서 시스템은 차량 내부 또는 외부에 장착되며, 운전자 감시 또는 외부 물체나 차선을 향해 레이저 빔을 송신할 수 있다. 수신 광학계는 반사된 레이저 빔을 센싱할 수 있다. 상기 송신 광학계(110) 내의 렌즈들의 재질은 유리 또는 플라스틱이 선택될 수 있다. 예컨대, 온도 변화에 따라 초점 결상 위치가 변화되는 것을 억제하기 위해 유리 재질의 렌즈를 선택할 수 있다. 그러나, 대부분의 유리 렌즈들은 구면으로 제공되지만, 구면의 유리 렌즈들로 광학계를 구성할 경우, 렌즈 매수를 줄이는 데 한계가 있고, 사이즈 감소 및 중량 경감에 한계가 있다.
발명의 실시 예의 송신 광학계(110)는 구면 렌즈와 비구면 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 송신 광학계(110)는 구면의 유리 렌즈와 비 구면의 유리 렌즈를 포함할 수 있다. 또한 비구면 렌즈를 채용하므로, 광학계(110)는 전체 길이(TTL)이 줄어들 수 있고, 비구면 렌즈로 인해 구면 수차, 색 수차와 같은 다양한 수차에 대해 양호한 보정이 가능할 수 있다. 또한 비구면 렌즈들은 주변부의 왜곡 부분을 최소화시켜 줄 수 있다. 상기 송신 광학계(110)는 n개의 렌즈를 포함할 수 있으며, n 번째 렌즈는 광원(116)에 인접한 마지막 렌즈이며, n-1번째 렌즈는 마지막 렌즈에 가장 인접한 렌즈일 수 있다. 상기 n은 4 이상의 정수이며, 예컨대 4 내지 7 범위이거나 4내지 6 범위일 수 있다. 상기 n개의 렌즈에서 구면 렌즈와 비구면 렌즈의 비율은 3:1, 4:1, 3:2, 2:3, 3:3, 5:2, 또는 4:2 중 어느 하나일 수 있다.
상기 송신 광학계(110)는 제1 렌즈(111)가 유리 재질의 렌즈들로 이루어질 수 있다. 상기 유리 재질은 외부 온도 변화에 따른 팽창과 수축 변화량이 적고, 표면이 잘 긁히지 않아 표면 손상을 방지할 수 있다. 이에 따라 광학계(110)에서 물체측 렌즈들은 구면 렌즈이고, 광원측 렌즈(들)은 비구면 렌즈로 배치할 수 있다.
상기 광학계(110) 내에서 상기 광원(116)에 인접한 적어도 하나의 렌즈는 비구면 렌즈일 수 있다. 예컨대, 상기 광원(116)에 인접한 적어도 두 매의 렌즈는 비구면 렌즈일 수 있으며, 바람직하게 상기 광원(116)에 인접한 적어도 2매의 렌즈는 비구면 렌즈일 수 있다. 즉, 광학계(110)에서 n번째와 n-1 번째 렌즈들은 비구면 렌즈로 배치되므로, 광원(116)의 출사측 광들에 대해 다양한 경로로 방출할 수 있다. 상기 송신 광학계(110) 내에서 물체에 인접한 적어도 두 매의 렌즈는 유리 재질일 수 있다. 상기 물체에 인접한 2매 이상의 렌즈 예컨대, 2매 내지 4매의 렌즈는 유리 재질일 수 있다. 상기 유리 재질의 렌즈들이 온도 변화에 따른 수축과 팽창의 변화율이 플라스틱 재질보다 작으므로, 상기 렌즈 배럴 내에서 외부에 인접한 영역에 유리 재질의 렌즈들을 배치할 수 있다.
상기 각 렌즈는 물체측(object side) 면과 광원측(light source side) 면을 가질 수 있다. 상기 렌즈들은 물체측 구면과 광원측 구면의 렌즈와, 물체측 비구면과 광원측 비구면의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 광학계는 비구면의 렌즈 매수는 구면 렌즈 매수보다 작을 수 있다. 상기 송신 광학계(110)는 비구면의 렌즈들을 광원(116)에 인접하게 배치하므로, 다양하게 굴절된 광을 제공할 수 있다. 상기 구면 렌즈들은 유리 재질이며, 비구면 렌즈들은 글라스 몰드 재질일 수 있다.
상기 광학계(110)의 렌즈들 중에서 최대 굴절률을 갖는 렌즈는 구면 렌즈일 수 있으며, 최대 아베수를 갖는 렌즈는 구면 렌즈일 수 있다. 이에 따라 최대 굴절률을 갖는 렌즈가 물체측에 배치되므로, 두 번째 이후의 렌즈의 곡률 반경의 변경이 용이하고 중심 두께를 증가시켜 줄 수 있다.
상기 광학계(110) 내에서 최대 유효경을 갖는 렌즈는 물체에 가장 가깝게 위치하며, 유리 재질이며 구면 렌즈일 수 있다. 상기 광학계(110) 내에서 최소 유효경을 갖는 렌즈는 조리개(ST)와 상기 제1 렌즈(111) 사이에 위치하며, 유리 렌즈일 수 있다. 또한 상기 비구면 렌즈들의 유효경 평균은 상기 구면 렌즈들의 유효경 평균보다 작을 수 있다. 여기서, 상기 렌즈의 유효경은 각 렌즈의 물체측 면의 유효경과 광원측 면의 유효경의 평균 값이다. 상기 렌즈들(111-115) 각각은 유효 영역 및 비유효 영역을 포함할 수 있다.
상기 광학계(110)의 렌즈들 중에서 최대 중심 두께를 갖는 렌즈는 비구면 렌즈일 수 있고, 최대 에지 두께를 갖는 렌즈는 비구면 렌즈일 수 있다. 이에 따라 다양한 굴절면을 제공할 수 있고, 주변부까지 광학 성능을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 비구면 렌즈들의 중심 두께는 상기 구면 렌즈들의 중심 두께보다 클 수 있다. 이러한 비구면 렌즈들이 상기 광원(116)에 인접하게 배치되어, 레이저 광을 물체측 렌즈들의 전 영역까지 굴절시켜 줄 수 있다.
상기 광학계(110) 내에서 TTL는 LsH 보다 10배 초과 예컨대, 10배 초과 및 20배 이하일 수 있다. 상기 TTL은 상기 제1 렌즈(111)의 물체측 면의 중심으로부터 광원(116)의 상면까지의 광축(Lz)에서의 거리이다. 상기 LsH는 상기 광원(116)의 중심에서 대각선 끝단까지의 거리이거나 상기 광원(116)의 최대 대각 길이의 1/2이다. 또한 상기 광학계(110) 내에서 각각의 렌즈의 유효경은 상기 광원(116)의 대각선 길이보다 클 수 있다. 상기 광학계(110) 내에서 유효 초점 거리(EFL)는 10mm 이하 및 화각(FOV)은 100도 초과 또는 120±10도로 제공하여, 차량용 센서 시스템에서 표준 송신 광학계로 제공할 수 있다. 예컨대, 실시 예에 따른 송신 광학계 및 센서 시스템은 차량 실내 또는 실외에 구비되는 ADAS(Advanced Driving Assistance System)용 센싱 장치에 적용될 수 있다. 여기서, 도 1의 수신 광학계의 TTL은 제1 TTL, 송신 광학계의 TTL은 제2 TTL로 정의할 수 있다. 또한 수신 광학계의 광축은 제1 광축, 및 수신 광학계의 광축(Lz)은 제2 광축일 수 있다.
상기 광학계(110)는 TTL/(2*LsH)의 조건이 5 이상 예컨대, 5 내지 10 범위일 수 있다. 이에 따라 광축(Lz)을 따라 각 렌즈의 중심 두께는 증가시키고 상기 광원(116)의 사이즈는 줄여줄 수 있어, 차량용 렌즈 광학계를 제공할 수 있다. 또한 차량용 카메라에 사용되기 위해 자동차용 전장부품의 온도 신뢰성 평가기준이 되는 온도 범위 즉, -40℃ 내지 +120℃에서 온도 보정이 적용되어야 한다. 즉, 온도의 변화에 따라 렌즈가 팽창하거나 수축할 때에도 렌즈의 초점이 설정 범위 이내를 유지하도록 렌즈를 구성하여야 한다. 전체 유효 초점거리(EFL)가 10 mm 이하 예컨대, 1 mm 내지 10 mm 범위 또는 1 mm 내지 5 mm 범위가 되고 전술한 온도 보정이 가능한 유리 재질의 렌즈들로 구성할 수 있다. 상기 광학계(110)는 유효 초점거리를 짧게 하여 광각을 구현할 수 있다.
상기 광학계(110) 내에서 양(+)의 굴절력을 갖는 렌즈 매수는 음(-)의 굴절력을 갖는 렌즈 매수와 같거나 많을 수 있다. 양(+)의 굴절력을 갖는 렌즈 매수는 전체 렌즈 매수에 비해 50% 이상일 수 있다. 상기 음의 굴절력을 갖는 렌즈들의 굴절률 평균은 상기 양의 굴절력을 갖는 렌즈들의 평균 보다 클 수 있다. 이에 따라 양의 굴절력를 갖는 렌즈들의 분산 값은 음의 굴절력을 갖는 렌즈들의 분산 값보다 클 수 있다. 이러한 광학계(110)는 유리 재질의 구면 렌즈와 비구면 렌즈가 혼합되므로, 광학 성능 저하를 방지할 수 있다. 상기 광학계(110) 내에서 물체에 가장 가까운 렌즈의 유효경은 상기 광원(116)에 가장 가까운 렌즈의 유효경 보다 클 수 있다. 이에 따라 광학계의 밝기를 제어할 수 있다. 상기 각 렌즈들의 유효경 크기를 제어함으로써, 상기 광학계(110)는 입사하는 광을 제어하여 해상력, 온도 변화에 따른 광학 특성 저하를 보상할 수 있으며, 색수차 제어 특성을 개선시킬 수 있다. 상기 렌즈들의 유효경을 조절함으로써, 상기 광학계(110)의 소형화가 가능한 효과가 있다.
상기 송신 광학계(110)는 광축(Lz)을 따라 물체 측에서 광원 측을 향해 정렬된, 제1 렌즈(111) 내지 제5 렌즈(115)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제5 렌즈(111,112,113,114,115)는 렌즈부로 정의할 수 있다. 광원(116)은 레이저 빔을 발생시키고, 상기 레이저 빔은 890nm 내지 960nm 범위 또는 940nm ±10nm일 수 있다. 상기 송신 광학계(110)의 제1 렌즈(111)은 도 1의 수신 광학계(100)의 제1 렌즈(101)의 형상과 대응될 수 있다. 상기 송신 광학계(110)의 제2 렌즈(112)은 도 1의 수신 광학계(100)의 제2 렌즈(102)의 형상과 대응될 수 있다. 상기 송신 광학계(110)의 제3 렌즈(113)은 도 1의 수신 광학계(100)의 제3 렌즈(103)의 형상과 대응될 수 있다. 상기 송신 광학계(110)의 제4 렌즈(114)은 도 1의 수신 광학계(100)의 제4 렌즈(104) 또는 제1 비구면 렌즈의 형상과 대응될 수 있다. 상기 송신 광학계(110)의 제5 렌즈(115)은 도 1의 수신 광학계(100)의 제1 렌즈(105) 또는 제2 비구면 렌즈의 형상과 대응될 수 있다.
곡률 반경을 절대 값으로 설명하면, 상기 광학계(110) 내에서 광축(Lz)을 기준으로 최소 곡률 반경을 갖는 렌즈 면은 구면들 중 제1 또는 제2 렌즈(111,112)의 광원측 면일 수 있다. 이에 따라 제1 렌즈(111)와 제2 렌즈(112) 사이의 중심 간격 또는 제2 렌즈(112)와 제3 렌즈(113) 사이의 중심 간격을 이격시켜 줄 수 있다. 상기 광학계(110) 내에서 최대 곡률 반경을 갖는 렌즈 면은 구면들 중 제2 렌즈(114)의 물체측 면일 수 있다. 상기 각 렌즈들의 곡률 반경을 조절하여, 광축에서 유효 영역의 끝단까지 즉, 전 필드에서 CRA(Chief ray angle)를 0.5도 이하로 최소화하여 송신 효율을 극대화시켜 줄 수 있다. 여기서, 상기 CRA가 클수록 송신 광학계(110)의 광원(116)의 중심을 기준으로 발산 각(Divergence angel)의 비대칭이 증가하게 되고, 이로 인해 송신 효율이 저감될 수 있다.
상기 송신 광학계(110) 또는 센서 시스템은 광원(116)을 포함할 수 있다. 상기 광원(116)은 레이저 광의 파장을 발생하며, 상기 레이저 광은 890nm 내지 960nm 범위 또는 940nm ±10nm 범위일 수 있다. 상기 광원(116)은 InGaAs/GaAs 기반의 반도체 다이오드 레이저(Semiconductor diode laser)로 구현될 수 있고, 고출력(high power)의 레이저 광을 방출할 수 있다. 상기 광원(116)은 단일 이미터 및/또는 다중 이미터를 포함할 수 있다. 상기 광원(116)은 선광원 또는 점광원 형태로 레이저 광을 발생하게 된다. 여기서, 상기 광원(116)의 길이는 상기 광축(Lz)에 직교하는 대각선 방향의 최대 길이이며, 여기서, 상기 광원(116)의 길이보다 큰 유효경을 갖는 렌즈 매수는 4매 내지 6매이며, 상기 광원(116)의 길이보다 작은 유효경을 갖는 렌즈 매수는 없을 수 있다.
상기 송신 광학계(110)는 조리개(ST: Stop)를 포함할 수 있다. 상기 조리개(ST)는 상기 송신 광학계(110)에서 출사되는 광량을 조절할 수 있다. 상기 조리개(ST)는 제3 렌즈(113)와 제4 렌즈(114) 사이의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 조리개(ST)는 구면의 제3 렌즈(113)와 비구면의 제4 렌즈(114) 사이에 배치될 수 있다. 상기 조리개(ST)는 제3 렌즈(113)의 광원측 구면과 상기 제4 렌즈(114)의 물체측 비구면 사이에 배치될 수 있다. 여기서, 도면에서 언급된, 상기 수신 광학계(100)의 조리개는 제1 조리개, 및 송신 광학계(110)의 조리개는 제2 조리개로 정의할 수 있다.
상기 조리개(ST)와 상기 광원(116) 사이에는 적어도 2매의 렌즈가 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 제4,5 렌즈(114,115)는 상기 조리개(ST) 와 상기 광원(116) 사이에 배치될 수 있다. 상기 조리개(ST)와 상기 광원(116) 사이에는 비구면 렌즈가 배치될 수 있다. 상기 조리개(ST)는 상기 제3 렌즈(113)의 광원측 구면과 제4 렌즈(114)의 물체측 비구면 사이에 배치될 수 있다.
물체와 상기 조리개(ST) 사이에 배치되는 렌즈들에 있어서, 상기 제2 렌즈(112)에서 상기 조리개(ST)로 갈수록 렌즈 면의 유효경이 증가하는 경향이 있다. 상기 조리개(ST)와 상기 광원(116) 사이에 배치되는 렌즈 면들에 있어서, 상기 조리개(ST)에서 광원(116)을 향해 상기 렌즈 면들의 유효경이 감소하는 경향이 있다. 상기 렌즈 면들의 유효경이 증가하거나 감소하는 경향이 있다는 의미는 상기 렌즈 면들의 유효경이 증가하거나 감소하는 경우만 의미하지는 않는다. 예컨대, 상기 조리개(ST)에서 상기 광원측을 향해 상기 렌즈 면들의 유효경이 증가하다가 감소하는 경우도 포함한다.
상기 조리개(ST)가 배치된 렌즈 면은 상기 광학계(110)의 광량을 보다 효율적으로 조절하고 가이드하기 위함이다. 실시예와 같이 상기 조리개(ST)가 제3 렌즈(113)의 광원측 면에 배치될 수 있다. 이와 다르게, 상기 조리개(ST)는 상기 제2 렌즈(112)의 물체측 면 또는 광원측 면의 둘레에 배치될 수 있다. 이와 다르게, 상기 복수의 렌즈들 중 선택되는 적어도 하나의 렌즈 예컨대, 제3 렌즈(113)의 물체측 면 또는 광원측 면이 조리개 역할을 수행할 수 있다. 상기 조리개(ST)는 송신 광학계(110) 내에서 제거될 수 있다.
실시예의 광학계(110)에서 렌즈부의 렌즈들의 굴절률 합은 8 이상 예컨대, 8 내지 12 범위이며, 상기 굴절률 평균은 1.70 내지 1.80 범위일 수 있다. 상기 렌즈들 각각의 아베수 합은 200 이하 예컨대, 130 내지 200 범위이며, 아베수의 평균은 50 이하 예컨대, 25 내지 50 범위일 수 있다. 상기 광학계(100) 내에서 상기 렌즈들의 굴절률을 조절하여, -45 내지 120도까지의 온도 변화에 대한 송신 효율의 저하를 방지하며 열 보상을 최적화할 수 있다. 또한 상기 렌즈들의 아베수를 조절하여, 파장에 따른 송신 효율의 편차를 최소화할 수 있다.
전체 렌즈의 중심 두께 합은 15mm 이상 예컨대, 15mm 내지 25mm 범위이며 중심 두께들의 평균은 3.9mm 이하 예컨대, 2.9mm 내지 3.9mm 범위일 수 있다. 광축(Lz)에서의 렌즈들 사이의 중심 간격들의 합은 15 mm 이상 예컨대, 15 mm 내지 30 mm 범위이고 상기 렌즈의 중심 두께 합보다 클 수 있다. 또한 광학계(110)의 각 렌즈 면들의 유효 경의 평균 값은 20mm 이하 예컨대, 10mm 내지 20mm 범위로 제공할 수 있다. 상기 광학계(110)는 상기 렌즈들의 두께를 조절하여, -45도 내지 120도까지의 온도 변화에 대한 광학 성능의 저하를 방지하며 열 보상을 최적화할 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 광학계에서 화각은 100도 초과 예컨대, 110도 내지 130도의 범위일 수 있다. 광학계 또는 카메라 모듈의 F 넘버는 1.2 이하, 예컨대, 0.7 내지 1.2 범위 또는 0.7 내지 0.9 범위일 수 있다. 상기 광원(116)의 대각선 길이는 6.80mm±0.5mm일 수 있으며, 수직 방향의 센서 높이보다 클 수 있다. 발명은 유리 렌즈들을 적층하여 온도 변화에 따라 초점 결상 위치가 변화하는 것을 억제할 수 있고, 비구면 렌즈를 제공하여 다양한 수차를 보정하는 차량용 라이다 장치로 제공할 수 있다.
실시예는 라이다 장치에 적용되는 송신 광학계이므로, 상기 제1 렌즈(111)가 유리 재질로 제공할 수 있다. 이는 유리 재질이 플라스틱 재질 대비 스크래치에 강하고 외부 온도에 민감하지 않은 장점을 갖고 있다. 차량 내부에 배치되거나 이물질에 의한 스크래치를 보다 효과적으로 방지하기 위해 유리 렌즈를 제1 렌즈(111)로 사용하고, 외부 이물질이 쌓이지 않도록 제1 렌즈(111)의 물체측 면은 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 라이다 장치는 차량 운행 시 물체까지의 거리, 방향, 속도, 온도, 물질 분포 및 농도 특성을 감지할 수 있다. 이러한 라이다 장치는 첨단운전자 지원시스템(ADAS)용으로 사용될 수 있다. 실시 예에 따른 송신 광학계(110)는 광의 경로를 변경하기 위한 반사 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 반사부재는 출사 광을 렌즈들 방향으로 반사하는 프리즘으로 구현될 수 있다. 이하, 실시 예에 따른 광학계를 상세하게 설명하기로 한다.
발명의 실시 예에 따른 송신 광학계는 도 10 내지 도 17을 참조하기로 한다.
도 10 내지 도 13를 참조하면, 상기 광학계(110)는 제1 렌즈(111) 내지 제5 렌즈(115)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제5 렌즈들(111-115)은 상기 광학계(110)의 광축(Lz)을 따라 순차적으로 배치될 수 있다. 상기 광원(116)에서 발생된 레이저 빔은 제5 렌즈(115), 제4 렌즈(114), 제3 렌즈(113), 제2 렌즈(112) 및 제1 렌즈(111)를 통해 출사될 수 있다. 상기 조리개(ST)는 상기 제3 렌즈(113)의 광원측 면의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 송신 광학계의 렌즈들은 설명의 편의를 위해 제 1내지 제5 렌즈로 설명하고 있으나, 수신 광학계의 렌즈들을 갖는 라이다 장치에 적용할 경우, 제6 내지 제10 렌즈로 정의할 수 있다.
상기 제1 렌즈(111)는 광축(Lz)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 음(-)의 굴절력일 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 플라스틱 재질 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 예컨대 유리 재질일 수 있다. 상기 유리 재질의 제1 렌즈(111)는 주변 환경에 따른 온도 변화에 따른 중심 위치와 곡률 반경 등의 변화를 줄여줄 수 있으며, 광학계(110)의 출사측 면을 보호할 수 있다. 광축 상에서 상기 제1 렌즈(111)의 물체측 제1 면(S1)은 볼록하며, 광원측 제2 면(S2)은 오목할 수 있다. 상기 제1 면(S1)과 상기 제2 면(S2)은 구면을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 광축(Lz)에서 상기 제1 면(S1)은 오목한 형상을 가질 수 있고, 상기 제2 면(S2)은 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 면(S1)이 볼록하고 상기 제2 면(S2)은 오목하므로, 출사되는 광을 광축(Lz)과 멀어지는 방향으로 굴절시켜 줄 수 있으며, 제1,2렌즈(111,112) 사이의 간격을 줄여줄 수 있고, 상기 제2렌즈(112)의 유효경을 줄여줄 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 렌즈 면의 형상에 의해 제2 렌즈(112)의 광원측 면의 유효경을 물체측 면의 유효경보다 작게 설계할 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 제1 면(S1)은 광축(Lz)에서 유효 영역의 끝단 즉, 에지까지 임계점(Critical point) 없이 제공될 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 제2 면(S2)은 임계점 없이 제공될 수 있다.
상기 제1 렌즈(111)의 굴절률이 n1인 경우, n1> 1.7 또는 2.0 >n1> 1.75의 조건을 만족할 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 굴절률(n1)이 다른 렌즈들에 비해 높으므로, 제1렌즈(111)의 제1 면(S1)의 곡률 반경의 커질 수 있으며, 렌즈 제작이 용이할 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 굴절률(n1)이 상기 조건보다 작은 경우, 제1,2 렌즈(111,112)의 굴절력을 증가시켜 주기 위해 렌즈 면을 급격하게 오목하거나 볼록하게 형성해야 하며, 이 경우 렌즈 제작이 용이하지 않고 렌즈 불량률도 높아지고 수율 저하의 원인이 될 수 있다.
상기 제2 렌즈(112)는 상기 제1 렌즈(111)와 상기 제3 렌즈(113) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)는 광축(Lz)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 유리 재질로 제공될 수 있다. 광축(Lz) 상에서 상기 제2 렌즈(112)의 물체측 제3 면(S3)은 플랫하며, 광원측 제4 면(S4)은 오목할 수 있다. 상기 제4 면(S4)은 구면일 수 있다. 상기 제4 면(S4)는 광축(Lz)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 이와 다르게, 상기 제3 면(S3)은 볼록하고, 상기 제4 면(S4)는 오목한 형상일 수 있다. 이와 다르게, 제2 렌즈(112)는 양면이 오목한 형상일 수 있다.
상기 제2 렌즈(112)의 굴절률이 n2인 경우, n2> 1.7 또는 2.0 >n2> 1.75의 조건을 만족할 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)의 굴절률(n2)이 다른 렌즈들에 비해 높으므로, 제2 렌즈(112)의 제3 면(S3)의 곡률 반경의 커질 수 있으며, 렌즈 제작이 용이할 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)의 광원측 제4 면(S4)이 오목하고 곡률 반경이 작으므로, 상기 제2 렌즈(112)와 상기 제3 렌즈(113) 사이의 중심 간격이 이격될 수 있다. 또한 상기 제2 렌즈(112)의 제3 면(S3)의 곡률 반경이 L2R1이고, 제4 면(S4)의 곡률 반경이 L2R2인 경우, L2R1 > L2R2의 조건을 만족할 수 있다. 이 조건을 만족할 경우, 제3,4 면(S3,S4)에 의해 출사되는 광을 효율적으로 굴절시켜 주어, 상기 제3 내지 제5 렌즈(114~115)의 유효경이 증가되지 않도록 할 수 있고, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 만약, L2R1 < L2R2의 조건인 경우, 제2 렌즈(112)의 물체측 면에서 수차가 많이 발생하고 광원측 면에서 광의 굴절 효율이 저하될 수 있고, 후방 렌즈들의 유효경이 증가되고 TTL도 커질 수 있다.
상기 제3 렌즈(113)는 광축(Lz)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)는 양(+)의 굴절력일 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 유리 재질일 수 있다. 광축 상에서 상기 제3 렌즈(113)의 물체측 제5 면(S5)은 볼록하고, 광원측 제6 면(S6)은 볼록할 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)는 광축(Lz)에서 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있다. 상기 제5 면(S5) 및 상기 제6 면(S6) 중 적어도 하나 또는 모두는 구면일 수 있다. 상기 제5 면(S5) 및 상기 제6 면(S6) 중 적어도 하나 또는 모두는 광축(Lz)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 이와 다르게, 상기 제3 렌즈(113)은 물체측 또는 광원측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 또는 상기 제3 렌즈(113)는 광축에서 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)의 굴절률이 n3인 경우, n3 < n1, n3 < n2의 조건을 만족할 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)의 아베수가 v3인 경우, v3 < v1, v3 < v2의 조건을 만족할 수 있다.
조리개(ST)는 상기 제3 렌즈(113)의 광원측 제6 면(S6)의 둘레에 배치될 수 있다. 상기 조리개(ST)의 물체측에 인접한 상기 제3 렌즈(113)가 양의 굴절력(F3 > 0)을 가지므로, 상기 제3 렌즈(113)는 출사되는 광을 광축 방향으로 굴절시켜 줄 수 있고, 상기 제3 렌즈(113)의 광원측 또는 후방측 렌즈들의 유효경이 증가되는 것을 억제할 수 있다. 이에 따라 제3 렌즈(113)에 의해 광학계의 중량별 수율(yield by weight)의 저하를 방지하고 생산 효율의 향상을 도모할 수 있다. 여기서, 상기 조리개(ST)의 광원측에 배치된 제4,5 렌즈(114,115)의 초점 거리는 양의 값을 가질 수 있으며, 화각 범위 내에서 TTL을 줄여줄 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)의 광원측 제6 면(S6)이 볼록한 형상을 가지므로, 상기 제3 렌즈(113)의 광원측에 배치된 상기 광학 필터(155)의 유효경은 상기 제3 렌즈(113)의 제6 면(S6)의 유효경보다 클 수 있다.
상기 제4 렌즈(114)는 광축(Lz)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(114)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(114)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 유리 재질로 제공될 수 있다. 상기 제4 렌즈(114)는 사출 성형된 글라스 몰드일 수 있다. 광축 상에서 상기 제4 렌즈(114)의 물체측 제7 면(S7)은 볼록하며, 광원측 제8 면(S8)은 볼록할 수 있다. 상기 제4 렌즈(114)는 양면이 볼록할 수 있다. 상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면(S8) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제7,8 면(S7,S8)의 비구면 계수는 도 12의 L4의 S1 및 S2로 제공될 수 있다. 상기 제7 면(S7)은 광축(Lz)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점을 가질 수 있다. 상기 제8 면(S8)은 광축(Lz)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점 없이 제공될 수 있다. 상기 제7 면(S7)과 상기 제8 면(S8)은 모두 임계점이 없거나 임계점을 가질 수 있다. 여기서, 상기 임계점은 광축(Lz) 및 상기 광축(Lz)의 수직인 방향에 대한 기울기 값의 부호가 양(+)에서 음(-)으로 또는 음(-)에서 양(+)으로 변하는 지점으로, 기울기 값이 0인 지점을 의미할 수 있다. 또한 상기 임계점은 렌즈 면을 지나는 접선의 기울기 값이 커지다고 작아지는 지점 또는 작아지다가 커지는 지점일 수 있다. 이와 다르게, 상기 제4 렌즈(114)는 물체측 또는 광원측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 광축(Lz)에서 상기 제4 렌즈(114)는 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다.
상기 제5 렌즈(115)는 광축(Lz)에서 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(115)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(115)는 플라스틱 또는 유리(glass) 재질을 포함할 수 있으며, 유리 재질로 제공될 수 있다. 상기 제5 렌즈(115)는 사출 성형된 글라스 몰드일 수 있다.
광축 상에서 상기 제5 렌즈(115)의 물체측 제9 면(S9)은 볼록하며, 광원측 제10 면(S10)은 볼록할 수 있다. 상기 제5 렌즈(115)는 양면이 볼록할 수 있다. 상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제9,10 면(S9,S10)의 비구면 계수는 도 12의 L5의 L1 및 L2로 제공될 수 있다. 상기 제9,10 면(S9,S10) 중 적어도 하나는 광축(Lz)에서 유효 영역의 끝단까지 임계점을 가질 수 있다. 상기 제9 면(S9)과 상기 제10 면(S10)은 모두 임계점이 없을 수 있다. 이와 다르게, 상기 제5 렌즈(115)는 물체측 또는 광원측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 광축(Lz)에서 상기 제5 렌즈(115)는 양면이 오목한 형상을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(115)의 유효경은 상기 제4 렌즈(114)의 유효경보다 작을 수 있다. 상기 제5 렌즈(115)는 상기 제1,2 렌즈(111,112)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지며, 상기 제1,2렌즈(111,112)의 아베수보다 낮은 아베수를 가질 수 있다.
상기 제3 렌즈(113), 상기 제4 렌즈(114) 및 상기 제5 렌즈(115)는 양면이 볼록한 형상을 가질 수 있으며, 모두 양의 굴절력을 가질 수 있다. 또한 상기 제3 렌즈(113), 상기 제4 렌즈(114) 및 상기 제5 렌즈(115)는 상기 제1,2 렌즈(111,112)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지며, 상기 제1,2렌즈(111,112)의 아베수보다 낮은 아베수를 가질 수 있다. 상기 제4,5 렌즈(114,115)의 물체측 면과 광원측 면 중 적어도 하나는 자유 곡면 즉, 비회전 대칭 곡면을 가질 수 있다.
상기 제5 렌즈(115)는 광원(116)에 가장 인접한 비구면 렌즈일 수 있다. 2매 이상의 비구면 렌즈가 광원(116)에 인접하게 배치함으로써, 비구면을 갖는 렌즈 면에 의해 구면 수차와 색 수차 등의 수차를 개선할 수 있다.
음의 굴절력을 갖는 렌즈들은 제1 렌즈 그룹이며, 양의 굴절력을 갖는 렌즈들은 제2 렌즈 그룹일 경우, 상기 조리개(ST)는 상기 제2 렌즈 그룹 내에 배치될 수 있다. 상기 조리개(ST)는 물체측 면과 광원측 면 중 적어도 하나가 구면인 제1 렌즈 그룹과, 물체측 면과 광원측 면 중 적어도 하나가 비구면인 제2 렌즈 그룹 사이에 배치될 수 있다. 상기 조리개(ST)는 사출 성형되지 않는 렌즈들을 갖는 제1 렌즈 그룹과, 사출 성형된 렌즈들을 갖는 제2 렌즈 그룹 사이에 배치될 수 있다. 상기 조리개(ST)는 상기 조리개(ST)의 물체측에 배치된 렌즈들을 갖는 제1 렌즈 그룹과, 상기 광학 필터(155)의 광원측에 배치된 렌즈들을 갖는 제2 렌즈 그룹 사이에 배치될 수 있다.
도 10 및 도 11와 같이, 상기 제1 내지 제5 렌즈 (111~115)의 중심 두께는 CT1~CT5으로 나타내며, 각 렌즈의 유효 영역의 끝단인 에지 두께는 ET1~ET5으로 나타내며, 인접한 두 렌즈 사이의 중심 간격은 CG1~CG4으로 나타낸다.
상기 제1 내지 제5 렌즈 (111~115)는 하기 조건을 만족할 수 있다.
조건1: CT2 < CT1 < CT3 조건2: CT4 < CT5 < (CT3+CT4)
조건3: CT4-CT3 < CT2 조건4: ET3 < ET2 < ET1
조건5: ET4 < ET3 < ET5 < CT5 조건6: CT2 < CT1 < ET2 < ET1
조건7: CG1 < CT4 < CT5 < CG2 조건8: CG3 < CT1 < CG4 < CG1
상기 제5 렌즈(115)의 중심 두께(CT5)는 렌즈들 중에서 최대이며, 제2 렌즈(112)의 중심 두께(CT2)는 렌즈들 중에서 최소이다. 최대 중심 두께는 최소 중심 두께의 2배 이상 예컨대, 3배 이상일 수 있으며, 최대 중심 두께와 최소 중심 두께의 차이는 4 mm 이상일 수 있다. 즉, 구면 재질의 렌즈들은 중심 두께를 얇게 제공하더라도, 광학 성능의 저하가 발생되지 않을 수 있고, 센서 시스템의 두께를 슬림하게 제공할 수 있다.
인접한 렌즈들 사이의 중심 간격(CG)를 설명하면, 상기 제2렌즈(112) 및 제3 렌즈(113) 사이의 중심 간격(CG2)은 최대이며 제1,2 렌즈(111,112) 사이의 중심 간격(CG1)보다 크다. 제3,4 렌즈(113,114) 사이의 중심 간격(CG3)은 상기 렌즈들 간격 중에서 최소일 수 있다. 여기서, 최대 중심 간격과 최소 중심 간격의 차이는 5mm 이상 예컨대, 5mm 내지 8mm 범위일 수 있다. 또한 렌즈들 사이의 최대 중심 간격이 각 렌즈의 최대 중심 두께보다 크게 제공해 줌으로써, 비구면 렌즈들 사이의 중심 간격을 증가하지 않는 송신 광학계를 제공할 수 있다. 또한 렌즈들 사이의 최대 중심 간격이 각 렌즈의 최소 중심 두께보다 크게 제공되므로, 광 경로를 제어할 수 있다.
유효경에 대해 설명하면, 최대 유효경을 갖는 렌즈는 물체에 가장 가까운 제1 렌즈(111)일 수 있다. 최대 유효경을 갖는 렌즈는 유리 재질의 구면 렌즈일 수 있다. 최대 유효경을 갖는 렌즈 면은 제1 렌즈(111)의 제1 면(S1)일 수 있다. 최소 유효경을 갖는 렌즈는 상기 제1 렌즈(111)에 인접한 제2 렌즈(112)일 수 있다. 최소 유효경을 갖는 렌즈 면은 상기 제2 렌즈(112)의 제4 면(S4)일 수 있으며, 상기 제1 면(S1)의 70% 미만일 수 있다. 상기 제1 내지 제5 렌즈(111-115) 각각의 유효경은 상기 광원(116)의 대각 길이보다 클 수 있다. 여기서, 상기 제1 내지 제3 렌즈 (111~113)의 중심 두께의 합은 상기 제4,5 렌즈(114,115)의 중심 두께의 합보다 작을 수 있다. 상기 제1 내지 제3 렌즈 (111-113)의 유효경 평균은 상기 제4,5 렌즈(114,115)의 유효경 평균보다 클 수 있다. 상기 제4,5 렌즈(114,115)는 비구면을 갖고, 입사된 광을 구면 렌즈로 가이드할 수 있다.
도 11는 도 10의 실시 예의 광학계의 렌즈 데이터의 예이다. 도 11와 같이, 제1 내지 제5 렌즈 들(111,112,113,114,115)의 광축(Lz)에서의 곡률 반경(Radius of Curvature), 렌즈의 중심 두께(CT), 렌즈들 사이의 중심 간격(CG), d-line에서의 굴절률(Refractive index), 아베수(Abbe Number) 및 유효반경의 크기를 설정할 수 있다.
도 12과 같이, 실시예의 렌즈들 중 제4,5 렌즈(114,115)의 렌즈면은 12차 이상의 비구면 계수(A,B,C,D,E)를 가진 비구면을 포함할 수 있으며, Y는 곡률 반경이며, K는 코닉 상수이다. 예를 들어, 상기 제4,5 렌즈(114,115)의 물체측 면과 광원측 면은 12차 이상 예컨대, 30차 비구면 계수를 가지는 렌즈면일 수 있다.
상기 제1,2 렌즈(111,112)의 초점 거리(F1,F2)는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제3,4,5 렌즈(113,114,115)의 초점 거리(F3,F4,F5)는 양의 굴절력을 가질 수 있다. 또한 인접하여 배치되는 렌즈인 상기 제2 렌즈(112)와 상기 제3 렌즈(113)는 하기 조건을 만족할 수 있다.
조건 1: 양의 굴절력을 가진 렌즈의 굴절률 < 음의 굴절력을 가진 렌즈의 굴절률
조건 2: 양의 굴절력을 가진 렌즈의 분산값 > 음의 굴절력을 가진 렌즈의 분산값
여기서, 렌즈들 중에서 제2 렌즈(112)는 음의 굴절력을 갖고, 제3 렌즈(113)는 양의 굴절력을 가짐에 따라, 상기 조건 1,2에 의하면 상기 제3 렌즈의 굴절률이 상기 제2 렌즈의 굴절률보다 작고, 상기 제3 렌즈의 분산값이 상기 제2 렌즈의 분산값보다 크다. 구면 렌즈에서 발생되는 색수차는 구면 렌즈로 보정할 수 있다. 또한, 연속해서 배치되는 구면 렌즈인 상기 제2 렌즈(112)와 상기 제3 렌즈(113) 사이의 굴절률 차이가 0.1 이상 0.15 이하, 아베수 차이가 10 이상 20 이하를 만족할 수 있다.
저온에서 고온까지의 온도가 변화함에 따라 렌즈가 수축 및 팽창을 반복한다. 같은 소재의 렌즈들은 온도 변화에 따른 렌즈 특성 변화량이 동일하므로, 온도가 변화하더라도 같은 소재의 렌즈끼리 색 수차를 보정하는 것이 효과적이다. 예컨대, 도 13와 같이, 렌즈 배럴 또는 송신 광학계의 온도가 -40도에서 90도까지 변화할 경우, d-line에서의 제1 내지 제4 렌즈의 굴절률은 거의 변화가 없음을 알 수 있다. 따라서, 발명의 실시예에서 상기 제4 렌즈(114) 및 상기 제5 렌즈(115)는 유리 소재의 구면 렌즈에서 발생하는 색 수차를 보정할 수 있다.
초점 거리를 절대 값으로 비교하면, 상기 제4 렌즈(114)의 초점 거리는 렌즈들 중에서 최대이며, 20 이상 및 40 이하일 수 있다. 이에 따라 광학계에서 설정된 화각 범위에서 향상된 MTF 특성, 수차 제어 특성 등을 가질 수 있고, 양호한 광학 성능을 가질 수 있다.
도 14는 도 10의 광학계에서 저온, 상온 및 고온에서의 회절(Diffraction) MTF를 나타낸 그래프로서, 공간 주파수(spatial frequency)에 따른 휘도 비(modulation)를 나타낸 그래프이다. 도 14와 같이, 발명의 실시 예에서 상온을 기준으로 저온 또는 고온과의 MTF의 편차는 10% 미만 즉, 7% 이하일 수 있다. 여기서, 각각의 MTF 곡선은 0.000 mm에서 3.550mm까지 0.340mm 단위로 측정하였다.
도 15 내지 도 17은 도 10의 광학계에서 저온, 상온 및 고온에서의 수차 특성을 나타낸 그래프다. 도 15 내지 도 17의 수차 그래프에서 좌측에서 우측 방향으로 구면 수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점 수차(Astigmatic Field Curves), 왜곡 수차(Distortion)를 측정한 그래프이다. 도 15 내지 도 17에서 X축은 초점 거리(mm) 및 왜곡도(%)를 나타낼 수 있고, Y축은 이미지의 높이(height)를 의미할 수 있다. 또한, 구면 수차에 대한 그래프는 약 930nm, 약 940nm, 약 950nm 파장 대역의 광에 대한 그래프이며, 비점 수차 및 왜곡 수차에 대한 그래프는 약 940nm 파장 대역의 광에 대한 그래프이다. 도 15 내지 도 17의 수차도에서는 저온, 상온 및 고온에서의 각 곡선들이 Y축에 근접할 수록 수차 보정 기능이 좋은 것으로 해석할 수 있다. 여기서, 저온은 -20도 이하의 예컨대, -20 내지 -50도 범위이며, 상온은 22도±5도 범위 또는 18도 내지 27도 범위이며, 고온은 85도 이상 예컨대, 85도 내지 120도의 범위일 수 있다. 이에 따라 도 15 내지 도 17의 저온에서 고온까지 휘도 비(modulation)의 저하가 10% 미만 예컨대, 5% 이하이거나, 거의 변경되지 않음을 알 수 있다. 온도에 따른 MTF 편차는 표 7과 같다.
온도 MTF 편차
-45 87.500
22 88.300
90 87.700
표 8은 실시 예에 따른 송신 광학계에서 상온, 저온 및 고온에서의 EFL, BFL, F넘버(F#), TTL 및 화각(FOV)와 같은 광학 특성의 변화를 비교하였으며, 상온을 기준으로 저온의 광학 특성의 변화율 5% 이하 예컨대, 3%이하 또는 2% 이하로 나타남을 알 수 있으며, 상온을 기준으로 저온의 광학 특성의 변화율이 5% 이하 예컨대, 3% 이하 또는 2% 이하로 나타남을 알 수 있다.
상온 저온 고온 저온/상온 고온/상온
EFL(F) 3.173 3.171 3.171 100.06% 100.00%
BFL 6.120 6.125 6.135 99.92% 100.16%
F# 0.802 0.802 0.803 100.00% 100.12%
TTL 50.970 51.028 51.087 99.89% 100.12%
FOV 62.658 62.687 62.708 99.95% 100.03%
따라서, 표 8와 같이, 저온에서 고온까지의 온도 변화에 따른 광학 특성의 변화 예컨대, 유효초점거리(EFL)의 변화율, TTL, BFL, F 넘버(F#), 화각(FOV)의 변화율이 10% 이하 즉, 5% 이하 예컨대, 0 ~ 5% 범위임을 알 수 있다. 이는 적어도 한 매 또는 두 매 이상의 비구면 렌즈를 사용하더라도, 비구면 렌즈에 대한 온도보상이 가능하게 설계하여, 광학 특성의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다. 상기에 개시된 실시 예의 광학계는 색수차, 왜곡 수차 등의 수차 특성을 효과적으로 제어할 수 있고, 화각(FOV)의 중심부와 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 또한 송신 광학계는 차량용 광학계의 특성을 고려하여 저온에서 고온까지 광학 성능의 저하를 방지할 수 있다. 예컨대, 상온에서 렌즈를 설계한 다음 각 렌즈의 파워 조합을 고려하여 온도별 굴절률 변화계수인 dn/dt의 값을 조립하고, 상기 렌즈의 굴절률에 따른 온도계수(dn/dt)의 값과 저온, 상온 및 고온에 따라 두께 변수에 대한 디포커스(defocus)를 5㎛ 이하로 설정할 수 있다. 이를 위해, 상기 제1 내지 제3 렌즈(111,112,113)은 구면의 유리 재질이며, 상기 제4,5 렌즈(114,115)는 비구면의 유리 재질이다.
상기에 개시된 실시 예에 따른 광학계(110)는 이하에서 설명되는 수학식들 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 만족할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 광학계(110)는 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 광학계(110)가 적어도 하나의 수학식을 만족할 경우, 상기 광학계(110)는 색수차, 왜곡 수차 등의 수차 특성을 효과적으로 제어할 수 있고, 화각(FOV)의 중심부와 주변부에서도 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 또한, 상기 수신 광학계(110)는 향상된 해상력을 가질 수 있다. 또한, 수학식들에 기재된 렌즈의 광축(Lz)에서의 두께, 인접한 렌즈들의 광축(Lz)에서의 간격이 의미하는 것은 상기에 개시된 실시 예를 참조할 수 있다.
[수학식 1] 0 < CT1 / CT2 < 3
수학식 1에서 상기 제1 렌즈(111)의 중심 두께(CT1)와 상기 제2 렌즈(112)의 중심 두께(CT2)를 설정해 주어, 제1 렌즈(111)의 강성 저하를 방지할 수 있고, 수차에 영향을 주는 요소를 제어할 수 있다. 바람직하게, 수학식 1은 1 < CT1 / CT2 < 3을 만족할 수 있다.
[수학식 2] 5 < CA11/CT1 < 15
CA11는 상기 제1 렌즈(111)의 물체측 면(S1)의 유효경이다. 수학식 2에서 상기 제1 렌즈(111)의 중심 두께(CT1)과 제1 렌즈(111)의 물체측 면(S1)의 유효경(CA11)을 설정해 줄 수 있으며, 이를 만족할 경우, 유리 재질의 렌즈의 강도 및 광학적 특성 저하를 방지할 수 있다. 만약, 수학식 1의 범위보다 낮은 경우, 렌즈가 파손되거나 출사 효율이 저하될 수 있고, 상기 범위보다 큰 경우 TTL이 증가하게 되고 광학계의 중량이 무거워질 수 있다. 바람직하게, 수학식 2는 7 < CA11/CT1 < 12를 만족할 수 있다.
[수학식 3] 0 < CT5 / CT4 < 3
수학식 3에서 제5 렌즈(115)의 중심 두께(CT5)와 제4 렌즈(114)의 중심 두께(CT4)를 설정해 줄 수 있어, 저온에서 고온까지 온도 변화에 따라 열 보상을 최적화할 수 있고, 광학 성능의 저하를 방지할 수 있다. 바람직하게, 수학식 3는 1 < CT5/CT4 < 2를 만족할 수 있다.
[수학식 3-1] 0 < CT5 / CT3 < 3
수학식 3-1에서 제3,5 렌즈(113,115)의 중심 두께(CT3,CT5)를 설정해 주어, 광원측 렌즈들로부터 굴절된 광을 물체를 향해 가이드해 줄 수 있다. 바람직하게, 수학식 3-1는 1 < CT5/CT3 < 2를 만족할 수 있다. 이에 따라 광원(116)에 가장 인접한 제5 렌즈(115)는 중심 두께(CT5)를 두껍게 하고 유효경을 크게 증가하지 않고, 물체측 렌즈들로 광을 굴절시켜 줄 수 있다.
[수학식 4] 0 < CT5 / (CT1+CT2) < 3
수학식 4에서 제5 렌즈(115)의 중심 두께(CT5)를 제1,2 렌즈(111,112)의 중심 두께(CT1,CT2)의 합보다 크게 설정해 주어, 물체측 렌즈를 통해 굴절된 광을 가이드해 줄 수 있다. 바람직하게, 수학식 4는 1 < CT5/(CT1+CT2) < 2.5를 만족할 수 있다. 이에 따라 광원(116)에 가장 인접한 제5 렌즈(115)는 중심 두께(CT5)를 두껍게 하고 유효경을 크게 증가하지 않을 수 있다.
[수학식 5] 0 < CT5 / CG2 < 1
수학식 5에서 제2,3 렌즈(112,113) 사이의 중심 간격(CG2)을 제5 렌즈(115)의 중심 두께(CT5)보다 크게 설정해 주어, 상기 제2 렌즈(112)는 오목한 광원측 면과 최소 유효경을 갖는 렌즈로 설정할 수 있다. 또한 상기 제3 렌즈(113)의 유효경을 상기 제2 렌즈(112)의 유효경보다 증가시켜 줄 수 있다.
[수학식 6] 0 < CG1 / CG4 < 1.5
수학식 6에서 제1,2 렌즈(111,112) 사이의 중심 간격(CG1)과 제4,5 렌즈(114,115)의 중심 간격(CG4)을 설정해 주어, 구면 렌즈들 사이의 중심 간격과 비구면 렌즈들 사이의 중심 간격을 설정해 줄 수 있다. 바람직하게, 0.5 < CG1 / CG4 < 1을 만족할 수 있다.
[수학식 7] 0 < CG2 / CG4 < 1
수학식 7에서 제2,3 렌즈(112,113) 사이의 중심 간격(CG2)을 제4,5 렌즈(114,115)의 중심 간격(CG4)보다 크게 설정해 주어, 물체측 구면 렌즈들 사이의 중심 간격에 의해 광원측 비구면 렌즈들 사이의 중심 간격을 줄여줄 수 있다. 바람직하게, 0.2 < CG2 / CG4 < 0.8을 만족할 수 있다.
[수학식 8] 0.5 < CG2 / (CT1+CG1+CT2) < 1.5
수학식 8에서 제2,3 렌즈(112,113) 사이의 중심 간격(CG2)을 제1 렌즈(111)의 물체측 면에서 상기 제2 렌즈(112)의 광원측 면 사이의 광축 거리보다 크게 설정할 수 있다. 이에 따라 상기 제1렌즈(111)의 물체측 면의 유효경은 최대로 설정하고 상기 제2 렌즈(112)는 오목한 광원측 면과 최소 유효경을 갖는 렌즈로 설정할 수 있다. 바람직하게, 1 < CG2 / (CT1+CG1+CT2) < 1.5를 만족할 수 있다.
[수학식 10] 1.70 < n1
n1는 제1 렌즈(111)의 d-line에서의 굴절률이다. 수학식 10에서 제1 렌즈(111)의 굴절률을 높게 설정해 주어, 광학계의 3차 수차(자이델 수차) 감소에 영향을 주는 요소를 조절할 수 있으며, TTL이 다소 길어지면서 발생할 수 있는 수차를 감소할 수 있다. 수학식 10은 바람직하게, 1.75 < n1 < 2.1 를 만족할 수 있다. 수학식 10의 하한치보다 낮게 설계될 경우, 수차를 감소시켜 시키는 성능을 얻을 수 있고, 상기 제1 렌즈의 굴절력이 약해져서 빛을 효율적으로 모으지 못하여 광학계의 성능이 떨어질 수 있다. 수학식 10의 상한치보다 높게 설계될 경우, 재료를 구하기 힘들어지는 단점이 있다. 또한 제1 렌즈(111)의 굴절률이 수학식 4의 하한치보다 낮게 설계될 경우, 제1,2렌즈의 굴절력을 증가하기 위해, 제1,2 렌즈의 곡률 반경을 증가될 수 있다.
[수학식 10-1] 1.7 < Aver(n1:n5) < 1.8
Aver(n1:n5)는 제1 내지 제5 렌즈의 d-line에서의 굴절률 값들의 평균이다. 수학식 10-1를 만족할 경우, 광학계(110)는 TTL의 영향을 억제할 수 있다.
[수학식 10-2] GMn_Aver < GLn_Aver
GLn_Aver은 구면 유리 렌즈들의 d-line에서의 굴절률 값들의 평균이며, GMn_Aver는 비구면 유리 렌즈들의 d-line에서의 굴절률 값들의 평균이다. 상기 구면 렌즈는 사출 성형하지 않는 유리 재질의 렌즈이며, 상기 비구면 렌즈는 글라스 몰드의 유리 재질의 렌즈이다. 굴절률이 높은 구면 렌즈들이 비구면 렌즈의 물체측에 위치하여, 색 분산을 증가시켜 줄 수 있다.
[수학식 11] 0 < n1/n3 < 1.5
n1,n3는 제1,3 렌즈(111,113)의 d-line에서의 굴절률이다. 수학식 11에서 상기 제1 렌즈(111)의 굴절률을 상기 제3 렌즈(113)의 굴절률 차이를 줄여주어, 유리 재질의 렌즈들에 의한 색 분산의 저하를 방지할 수 있다. 바람직하게, 수학식 11은 1 < n1/n3 < 1.3를 만족할 수 있다.
[수학식 12] 1 < n3/n4 < 1.5
n3,n4는 제3,4 렌즈(113,114)의 d-line에서의 굴절률이다. 수학식 12에서 상기 제3 렌즈(113)의 굴절률을 상기 제4 렌즈(114)의 굴절률보다 높게 설정해 주어, 구면 재질의 렌즈들에 의한 색 분산과 비구면 렌즈들에 의한 색 분산을 조절할 수 있다. 바람직하게, 수학식 12는 1 < n3/n4 < 1.2를 만족할 수 있다.
[수학식 13] (v4*n4) < (v1*n1)
n1,n4는 제1,4 렌즈(111,114)의 d-line에서의 굴절률이며, v1,v4는 제1,4 렌즈의 아베수이다. 수학식 13에서 상기 제1,4 렌즈(111,114)의 굴절률과 아베수의 곱을 상기 제4 렌즈(114)의 굴절률과 아베수의 곱보다 높게 크게 설정해 주어, 구면 재질의 렌즈들에 의한 색 분산과 비구면 렌즈들에 의한 색 분산을 조절할 수 있다.
[수학식 14] SD < TD
SD는 조리개(ST)에서 상기 광원(116)의 표면까지의 광축 거리이며, TD는 상기 제1 렌즈(111)의 물체측 면에서 상기 제5 렌즈(115)의 센서측 면까지의 광축 거리이다. 광학계가 수학식 14를 만족할 경우, 조리개(ST)를 서로 다른 두 렌즈 사이에 위치시켜 줄 수 있다.
[수학식 14-1] CA11/2 < (CTn+CTn-1) < CA11
CTn는 광원(116)에 인접한 n 번째 렌즈의 중심 두께이며, CTn-1는 n-1번째 렌즈의 중심 두께를 나타내며, CA11은 상기 제1 렌즈의 유효경이다. 수학식 14-1에서 광원(116)에 인접한 n번째 렌즈와 n-1번째의 중심 두께의 합을 설정해 주어, 출사된 광 경로를 조절할 수 있다. 상기 n번째 렌즈는 제5 렌즈이며, 상기 n-1번째 렌즈는 제4 렌즈일 수 있다.
[수학식 14-2] 10 mm < (CTn+CTn-1) < TTL/3
TTL은 상기 제1 렌즈(111)의 물체측 면의 중심에서 광원(116)의 표면까지의 광축 거리이다. 수학식 14-2에서 상기 광학 필터(155)와 상기 광원(116) 사이의 광축 거리를 전체 광축 길이(TTL)의 1/3 미만으로 설정해 줄 수 있다. 이에 따라 상온대비 저온 및 고온에서의 출사각이 시프트되는 문제를 최소화할 수 있다. 바람직하게, 10 mm < (CTn+CTn-1) < TTL/3를 만족할 수 있다.
[수학식 15] CAn2/2 < CTn
CAn2는 n 렌즈의 광원측 유효경이며, CTn는 n번째 렌즈의 중심 두께이다. 수학식 15를 만족할 경우, n번째 렌즈의 유효경이 n번째 렌즈의 중심 두께와 대비하여 크지 않도록 설정할 수 있다.
[수학식 16] CA52/2 < CG2 < CA11
CA52는 제5 렌즈의 광원측 유효경이며, CG2는 제2 렌즈와 제3 렌즈 사이의 중심 간격이며, CA11는 제1 렌즈의 물체측 면의 유효경이다. 수학식 16을 만족할 경우, 제2,3 렌즈 사이의 중심 간격을 증가시키고 제5 렌즈의 유효경이 증가되지 않도록 설정할 수 있다.
[수학식 17] CA11/2 < CG1+CG2
수학식 17에서 제1 렌즈의 물체측 면의 유효경과 제1,2 렌즈 사이의 중심 간격, 및 제2,3렌즈 사이의 중심 간격을 설정해 줄 수 있으며, 이를 만족할 경우, 구면 렌즈들의 렌즈 매수를 줄여줄 수 있다.
[수학식 18] 1 < CA11 / CA21 < 5
CA21은 상기 제2 렌즈(112)의 제3 면(S3)의 유효경을 의미한다. 수학식 18을 만족할 경우, 상기 광학계(110)는 출사되는 광을 제어할 수 있으며 수차에 영향을 주는 요소를 설정할 수 있으며, 바람직하게, 1 < CA11 / CA21 < 2.5를 만족할 수 있다.
[수학식 19] 0 < CA22 / CA31 < 1.5
CA22는 상기 제2 렌즈(112)의 제4 면(S4)의 유효경을 의미하고, CA31는 상기 제3 렌즈(113)의 제5 면(S5)의 유효경을 의미한다. 수학식 19를 만족할 경우, 상기 광학계(110)는 출사되는 광 경로를 제어할 수 있고, 상기 제2 렌즈(112)의 광원측 면을 오목한 형상으로 설정할 수 있다. 바람직하게, 수학식 19는 0.5 < CA22 / CA31 < 1를 만족할 수 있다.
[수학식 20] 0.5 < CA42 / CA51 < 2
CA42는 상기 제4 렌즈(114)의 제8 면(S8)의 유효경을 의미하고, CA51는 상기 제5 렌즈(115)의 제9 면(S9)의 유효경을 의미한다. 수학식 20을 만족할 경우, 상기 광학계(110)는 상기 제4 렌즈(114) 및 제5 렌즈(115)를 통해 출사되는 광 경로를 설정할 수 있다. 수학식 20은 바람직하게, 1 < CA42 / CA51 < 1.5를 만족할 수 있다.
[수학식 21] 1 < CA11 / CA51 < 5
광학계(110)가 수학식 21을 만족할 경우, 첫 번째 렌즈인 구면 렌즈의 출사량을 증가시켜 주고 마지막 렌즈인 비구면 렌즈에서의 광의 경로를 설정할 할 수 있다. 수학식 21은 바람직하게, 1 < CA11 / CA51 < 2.5를 만족할 수 있다.
[수학식 22] 1 < CG2 / (CT2+CT3) < 3
수학식 22을 만족할 경우, 상기 제2 렌즈(112)의 광원측 면의 오목한 곡률 반경을 설정할 수 있고, 제2,3렌즈(112,113) 사이의 광 경로를 설정할 수 있다. 바람직하게, 1 < CG2 / (CT2+CT3) < 2를 만족할 수 있다.
[수학식 23] 0 < CG4 / (CT4+CT5) < 1
CG4는 제4,5 렌즈 사이의 중심 간격이며, CT4,CT5은 제4,5렌즈의 중심 두께이다. 수학식 23을 만족할 경우, 상기 제4 렌즈(114)의 광원측 면의 곡률 반경을 줄이고, 제4,5렌즈(114,115) 사이의 중심 간격에 따른 광 경로를 설정할 수 있다. 바람직하게, 0 < CG4 / (CT4+CT5) < 0.7를 만족할 수 있다.
[수학식 24] 1 < CG_Max / CG4 < 4
CG_Max는 광학계 내의 렌즈들 사이의 중심 간격 중 최대를 의미한다. 수학식 24를 만족할 경우, 렌즈들 사이의 최대 중심 간격이 상기 제4 렌즈(114)와 상기 제5 렌즈(115) 사이의 중심 간격 보다 물체측에 위치시켜 주어, 상기 제4 렌즈(114)의 크기가 증가되는 것을 억제할 수 있다. 바람직하게, 1.5 < CG_Max / CG4 < 3를 만족할 수 있다.
[수학식 25] 1 < CT5 / BFL < 4
BFL은 마지막 렌즈의 광원측 면의 중심에서 광원(116)까지의 광축 거리이다. 즉, BFL은 제5 렌즈(115)의 광원측 면의 중심에서 광원(116)까지의 광축 거리이다. 수학식 25를 만족할 경우, 출사된 광은 제5 렌즈(115)에 의해 제4 렌즈(104)의 전 영역으로 전달될 수 있다. 바람직하게, 1 < CT5 / BFL < 2를 만족할 수 있다.
[수학식 26] 0 < CG3 / CT5 < 1.5
수학식 26을 만족할 경우, 제5 렌즈(115)의 유효경을 조절할 수 있다. 바람직하게, 0.1 < CG3 / CT5 < 0.6를 만족할 수 있다.
[수학식 27] 0 < CG4 / CT5 < 1
수학식 27을 만족할 경우, 제5 렌즈(115)의 유효경을 조절할 수 있고 진행하는 광의 수차 특성을 개선시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 0.2 < CG4 / CT5 < 0.7를 만족할 수 있다.
[수학식 28] 0 < |L5R2| / CT5 < 5
L5R2는 제5 렌즈의 광원측 면의 곡률 반경이다. 수학식 28을 만족할 경우, 제5 렌즈(115)의 굴절력을 제어하며 광학 성능을 개선시켜 줄 수 있다.
[수학식 29] 0 < |L5R2| / L5R1 < 5
L5R1는 제5 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경이다. 수학식 29을 만족할 경우, 제5 렌즈(115)의 굴절력을 제어하며 광학 성능을 개선시켜 줄 수 있다.
[수학식 30] 0 < L1R1 / L1R2 < 5
L1R1는 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경이며, L1R2는 제1 렌즈의 광원측 면의 곡률 반경이다. 수학식 30을 만족할 경우, 제1 렌즈(111)의 굴절력을 제어하며 광학 성능을 개선시켜 줄 수 있다.
[수학식 31] 500 < |L2R1| / L2R2
L2R1는 제2 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경이며, L2R2는 제2 렌즈의 광원측 면의 곡률 반경이다. 수학식 31을 만족할 경우, 제2 렌즈(112)의 굴절력을 제어하며 광학 성능을 개선시켜 줄 수 있으며, 상기 제2 렌즈(112)의 광원측 렌즈들의 유효경을 조절할 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)의 물체측 면을 플랫하게 할 경우, 렌즈 가공이 용이할 수 있다.
[수학식 32] 0 < CT_Max / CG_Max < 2
수학식 32에서 렌즈들 중 최대 중심 두께(CT_Max)와 인접한 렌즈들 사이의 최대 간격(CT_Max)을 설정해 줄 수 있다. 수학식 32를 만족할 경우, 광학계는 설정된 화각의 초점거리에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 0 < CT_Max / CG_Max < 1를 만족할 수 있다.
[수학식 33] 0 < ΣCT / ΣCG < 2
ΣCT는 렌즈들의 중심 두께의 합이며, ΣCG는 인접한 렌즈들 사이의 간격들의 합이다. 수학식 33을 만족할 경우, 광학계는 설정된 화각에서 초점거리에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 바람직하게, 1 < ΣCT / ΣCG < 1.5를 만족할 수 있다.
[수학식 34] 5 < ΣIndex < 15
ΣIndex는 복수의 렌즈 각각의 d-line에서의 굴절률들의 합을 의미한다. 수학식 34를 만족할 경우, 비구면 렌즈와 구면 재질의 렌즈가 혼합된 광학계(110)에서 TTL을 제어할 수 있다. 또한 구면 재질의 렌즈 매수가 비구면 재질의 렌즈 매수보다 많은 경우, TTL과 굴절률의 합을 설정할 수 있다. 수학식 34는 바람직하게, 5 < ΣIndex < 10를 만족할 수 있다.
[수학식 35] 10 < ΣAbbe / ΣIndex < 50
ΣAbbe는 상기 복수의 렌즈 각각의 아베수의 합을 의미한다. 수학식 35을 만족할 경우, 상기 광학계(110)는 향상된 수차 특성 및 해상력을 가질 수 있다. 수학식 35를 렌즈들의 아베스 합과 굴절률의 합을 설정해 주어, 광학 특성을 제어할 수 있으며, 바람직하게 10 < ΣAbb / ΣIndex < 30를 만족할 수 있다.
[수학식 36] 50 < ΣCT*n < 150
ΣCT는 복수의 렌즈의 중심 두께의 합이며, n은 광학계의 렌즈 매수이다. 수학식 36을 만족할 경우, TTL를 제어할 수 있다. 바람직하게, 80 < ΣCT*n < 130를 만족할 수 있다.
[수학식 37] 0 < ΣCT / ΣET < 2
ΣET는 렌즈들의 유효 영역의 끝단 즉, 에지 두께들의 합이다. 수학식 37을 만족할 경우, 광학계는 설정된 화각에서 초점거리에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고, TTL을 축소시켜 줄 수 있다. 수학식 37은 바람직하게, 0.5 < ΣCT / ΣET < 1.5를 만족할 수 있다.
[수학식 38] 1 < CA11 / CA_Min < 5
CA_Min은 렌즈들의 물체측 면들과 광원측 면들 중 최소 유효경을 나타낸다. 수학식 38을 만족할 경우, 광학계는 입사광 제어, 광학 성능 유지하며 보다 슬림한 모듈을 제공할 수 있다. 수학식 38은 바람직하게, 1 < CA11 / CA_Min < 3를 만족할 수 있다. 여기서, CA11는 최대 유효경일 수 있으며, 상기 제2 렌즈(112)의 광원측 면은 최소 유효경일 수 있다.
[수학식 38-1] 1 < CA_Max / CA_Min < 5
CA_Max는 렌즈들의 물체측 면들과 광원측 면들 중 최대 유효경을 나타낸다. 수학식 39를 만족할 경우, 광학계는 광학 성능을 유지하며 슬림하고 컴팩트한 구조를 위한 크기를 설정할 수 있다. 수학식 39는 바람직하게, 1 < CA_Max / CA_Min < 3를 만족할 수 있다.
[수학식 39] 0 < CG2 / CA12 < 2
CG2는 제2,3렌즈 사이의 중심 간격이며, CA12는 제1 렌즈의 광원측 면의 유효경이다. 수학식 39를 만족할 경우, 구면 렌즈들의 입사 광을 조절할 수 있다. 수학식 39는 바람직하게, 0 < CG2 / CA12 < 1를 만족할 수 있다.
[수학식 40] 1 < CA_Max / CA_Aver < 3
CA_Aver는 렌즈들의 물체측 면들과 광원측 면들의 유효경의 평균을 나타낸다. 수학식 40을 만족할 경우, 광학계는 광학 성능을 유지하며 슬림하고 컴팩트한 센서 장치를 설정할 수 있다. 수학식 40은 바람직하게, 1 < CA_Max / CA_Aver < 2를 만족할 수 있다.
[수학식 41] 0.1 < CA_Min / CA_Aver < 2
수학식 41를 만족할 경우, 광학계는 광학 성능을 유지하며 슬림하고 컴팩트한 센서 장치를 설정할 수 있다. 수학식 41은 바람직하게, 0.5 < CA_Min / CA_Aver < 1를 만족할 수 있다.
[수학식 42] 1 < CA_Max / (2*LsH) < 6
수학식 42는 최대 유효경(CA_Max)과 광원의 대각선 길이(2*LsH)로 설정할 수 있으며, 이를 만족할 경우, 광학계는 양호한 광학 성능을 유지할 수 있으며 슬림하고 컴팩트한 센서 장치를 설정할 수 있다. 수학식 42는 바람직하게, 3 < CA_Max / (2*LsH) < 4.5를 만족할 수 있다.
[수학식 42-1] 1 < TD / CA_Max < 4
TD는 제1 렌즈의 물체측 면의 중심에서 마지막 렌즈의 광원측 면의 중심까지의 광축 거리이다. 수학식 42-1을 만족할 경우, 렌즈들의 전체 광축 거리와 최대 유효경을 설정할 수 있어, 양호한 광학 성능을 위한 크기를 설정할 수 있다. 수학식 42-1은 바람직하게, 1 < TD / CA_Max < 3를 만족할 수 있다.
[수학식 43] 0 < F / |L5R2| < 1
F는 광학계의 유효 초점 거리이며, L5S2는 제5 렌즈의 광원측 면의 곡률 반경이다. 수학식 43를 만족할 경우, 유효 초점 거리와 마지막 비구면 렌즈의 광원측 면의 곡률 반경을 설정해 주어, 광학계 축소, 예컨대 TTL에 대한 영향을 조절할 수 있다. 수학식 43는 바람직하게, 0 < F / |L5R2| < 0.5를 만족할 수 있다.
[수학식 44] 0 < F / L1R1 < 1
수학식 44에서 광학계의 유효 초점 거리와 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경을 설정해 주어, 출사 광과 TTL에 대한 영향을 조절할 수 있다. 수학식 44는 바람직하게, 0 < F / L1R1 < 0.5를 만족할 수 있다.
[수학식 45] 0 < EPD / |L5R2| < 1
EPD는 상기 광학계(110)의 입사동의 크기(mm)를 의미하고, L5R2는 상기 제5 렌즈의 광원측 면의 곡률 반경을 의미한다. 실시예에 따른 광학계(110)가 수학식 45를 만족할 경우, 상기 광학계(110)는 입사광을 제어할 수 있다. 바람직하게, 0 < EPD / |L5R2| < 0.5의 조건을 만족할 수 있다.
[수학식 46] 0 < EPD / L1R1 < 1
수학식 46에서 광학계(110)의 입사동의 크기와 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률 반경을 설정해 줄 수 있고, 이를 만족할 경우, 상기 광학계(110)는 출사광을 제어할 수 있다. 바람직하게, 0 < EPD / L1R1 < 0.5의 조건을 만족할 수 있다.
[수학식 47] 0 < ｜F1 / F2｜ < 10
F1은 제1 렌즈의 초점 거리이며, F2은 제2 렌즈의 초점 거리이다. 수학식 47을 만족할 경우, 제1,2 렌즈의 굴절력을 제어할 수 있으며, TTL 및 유효초점거리(EFL)에 영향을 줄 수 있다. 바람직하게, 0 < ｜F1 / F2｜ < 2를 만족할 수 있다.
[수학식 48] 0 < ｜F1｜ / F < 10
수학식 48에서 제1 렌즈의 초점 거리와 광학계의 유효 초점 거리를 설정할 수 있으며, 제1 렌즈의 굴절력을 제어할 수 있다.
[수학식 49] 0 < ｜F1/F5｜ < 10
수학식 49에서 제1,5 렌즈의 초점 거리를 설정할 수 있으며, 제1,5 렌즈의 굴절력을 제어할 수 있다. 바람직하게, 0 < ｜F1/F5｜ < 5를 만족할 수 있다.
[수학식 49-1] F5 <｜F1｜ < F3
[수학식 49-2] F3 < F4
[수학식 49-3] 2*｜F2｜ < F4
수학식 49-1 내지 49-3에서 F1,F2,F3,F4,F5는 제1 내지 제5 렌즈의 초점 거리이며, 구면 렌즈의 초점 거리부터 마지막 비구면 렌즈의 초점 거리를 조절하여 비구면 렌즈의 유효 영역으로 광을 가이드할 수 있다.
여기서, F1은 -10mm 이하 예컨대, -10mm 내지 -30mm 범위이다. F2는 -5mm 이하 예컨대, -5mm 내지 -20mm 범위이다. F3은 15mm 이상 예컨대, 15mm 내지 30mm 범위이다. F4는 16mm 이상 예컨대, 16mm 내지 40mm 범위이다. F5는 5mm 이상 예컨대, 5mm 내지 17mm 범위이다. 상기 각 렌즈들의 각 초점 거리의 밸런스는 온도 변화에 의하는 핀트 위치의 차이를 억제할 수 있다. 이에 따라 렌즈들의 광학 특성이 온도 변화에 의해 저하되는 것을 억제할 수 있다. 상기 조리개(ST)는 제3 렌즈(113)의 물체측 면에 배치된다. 조리개(ST)보다 광원측 면에 배치되고 조리개(ST)와 가장 인접하게 배치되는 렌즈의 초점거리는 0보다 크다. 본 발명의 실시예에서 상기 제3 렌즈(113)의 초점거리인 F3가 0보다 크게 설계되어야 한다. 이 경우, 상기 제3 렌즈(113)가 빛을 모아주어 상기 제3 렌즈(113)보다 더 광원과 가깝게 배치되는 렌즈들인 제 4 렌즈 내지 제5 렌즈의 유효경이 커지는 것을 방지할 수 있고, TTL이 길어지는 것을 방지할 수 있어 송신 광학계의 소형화가 가능하다. 이 경우, 화각(FOV) 100도 초과 예컨대, 110도 내지 130도에서 광각의 광학계를 제공할 할 수 있다.
[수학식 50] Po2 * Po3 < 0
Po2는 제2 렌즈의 굴절력 값이며, Po3는 제3 렌즈의 굴절력 값이다. 즉, 제2,3렌즈의 굴절력은 서로 반대되는 굴절력을 갖고 있어, 수차를 개선할 수 있으며, 비구면 렌즈로 광을 효과적으로 가이드할 수 있다. Po2 * Po3 > 0의 조건인 경우, 두 렌즈에서의 색수차의 개선 효과가 크게 나타나지 않는다.
[수학식 51] 20mm < TTL < 60mm
TTL은 상기 제1 렌즈(111)의 제1 면(S1)의 중심에서 상기 광원(116)의 상면까지의 광축(Lz)에서의 거리(mm)를 의미한다. 수학식 51에서 TTL을 20 mm 초과 및 60 mm 미만이 되도록 설정하여, 차량용 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 51는 바람직하게, 30mm < TTL < 55mm 를 만족하거나 TD < TTL의 조건을 만족할 수 있다.
[수학식 52] 2mm < LsH < 20mm
수학식 52는 광원(116)의 대각 크기(2*LsH)를 설정할 수 있으며, 차량용 센서 사이즈를 갖는 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 52는 바람직하게, 2mm < LsH < 5mm 를 만족할 수 있다.
[수학식 53] 1.5mm < BFL < 7mm
수학식 53에서 BFL은 1.5 mm 초과 및 7mm 미만으로 설정하여, 커버 글라스(153)의 설치 공간을 확보할 수 있고 광원(116)과 마지막 렌즈 사이의 간격을 통해 구성 요소들의 조립성을 개선하며 결합 신뢰성을 개선할 수 있다. 수학식 53는 바람직하게, 5mm < BFL < 7mm 를 만족할 수 있다. 상기 BFL이 수학식 53의 범위 미만인 경우, 광원에서 출사된 일부 광이 출사되지 못하여 해상도 저하의 원이 될 수 있다. 상기 BFL이 수학식 53의 범위를 초과하는 경우 잡광이 출사되어 광학계의 수차 특성이 저하될 수 있다.
[수학식 54] 1mm < F < 10mm
수학식 54는 전체 초점 거리(F)를 차량용 광학계에 맞게 설정할 수 있다. 수학식 54는 1mm < F < 5mm를 만족할 수 있다.
[수학식 55] 100도 < FOV
수학식 55에서 FOV(Field of view)는 상기 광학계(110)의 화각(Degree)을 의미하며, 100도 초과의 화각(F0V)을 갖는 차량용 광학계를 제공할 수 있다. 상기 FOV는 바람직하게, 110도 ≤ FOV ≤ 130도를 만족할 수 있다. 수학식 55에서 화각에 의해 차량용 광학계의 범위를 설정할 수 있다. 수평 방향의 광원 길이는 6.80mm±0.5mm를 기준으로 한다. 또한 수학식 55를 만족할 경우, 상온 대비 고온으로 온도가 변화할 때 유효초점 거리의 변화율과 화각의 변화율은 5% 이하 예컨대, 0 내지 5%로 설정해 줄 수 있다. 또한 광학계(110) 내에 비구면 렌즈를 2매 이상을 구면 렌즈와 혼합하여 사용하더라도, 유리 재질의 비구면 렌즈에 의해 온도 보상과 수차 보정을 통해 광학 특성의 저하를 방지할 수 있다.
[수학식 56] 1 < TTL / CA_Max < 7
수학식 56에서 CA_Max는 상기 복수의 렌즈들의 물체측 면 및 광원측 면 중 가장 큰 유효경(mm)를 의미하며, TTL은 상기 제1 렌즈의 제1 면(S1)의 정점으로부터 상기 광원(116)의 상면까지의 광축(Lz)에서의 거리(mm)를 의미한다. 수학식 56는 광학계의 전체 광축 길이와 최대 유효 경의 관계를 설정하여, 개선된 차량용 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 56는 바람직하게, 1 < TTL / CA_Max < 3를 만족할 수 있다.
[수학식 57] 10 < TTL / LsH < 30
수학식 57는 광학계의 전체 광축 길이(TTL)와 광원(116)의 광축에서 대각 방향의 길이(LsH)를 설정할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(110)가 수학식 57를 만족할 경우, 상기 광학계(110)는 차량용 광원(116)의 적용을 위한 TTL을 가질 수 있어, 보다 개선된 화질을 제공할 수 있다. 수학식 57는 바람직하게, 10 < TTL / LsH < 20를 만족할 수 있다.
[수학식 58] 0 < BFL / LsH < 3
수학식 58은 광원(116)와 마지막 렌즈 간의 광축 간격과 광원(116)의 광축에서 대각 방향의 길이를 설정할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(110)가 수학식 58을 만족할 경우, 상기 광학계(110)는 차량용 광원(116)의 크기를 적용하기 위한 BFL을 확보할 수 있고, 마지막 렌즈와 광원(116) 사이의 간격을 설정할 수 있고, 화각(FOV)에서 양호한 광학 특성을 가질 수 있다. 수학식 58은 바람직하게, 1 < BFL / LsH < 2를 만족할 수 있다.
[수학식 59] 1 < TTL / BFL < 15
수학식 59는 광학계의 전체 광축 길이(TTL), 및 상기 광원(116)와 마지막 렌즈 사이의 광축 간격(BFL)를 설정할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(110)가 수학식 59을 만족할 경우, 상기 광학계(110)는 BFL을 확보할 수 있다. 수학식 59는 바람직하게, 3 < TTL / BFL < 13를 만족할 수 있다.
[수학식 60] 10 < TTL/F < 30
수학식 60는 광학계(110)의 전체 초점 거리(F)와 전체 광축 길이(TTL)를 설정할 수 있다. 이에 따라 운전자 지원시스템용 광학계를 제공할 수 있다. 수학식 60는 바람직하게, 10 ≤ TTL/F < 25 또는 12 < TTL/F < 20를 만족할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(110)가 수학식 60을 만족할 경우, 상기 광학계(110)는 설정된 TTL 범위에서 적절한 초점 거리를 가질 수 있고, 저온에서 고온으로 온도가 변화함에도 적절한 초점 거리를 유지하며 결상이 될 수 있는 광학계를 제공한다. 수학식 60의 하한치 미만인 경우, 렌즈들의 굴절력을 증가시켜야 할 필요가 있어, 구면수차 또는 왜곡 수차의 보정이 어려워지며, 수학식 60의 상한치 초과인 경우, 렌즈들이 유효경이나 TTL이 길어지게 되어, 촬상 렌즈계가 대형화되는 문제가 발생될 수 있다.
[수학식 61] 0 < F / BFL < 3
수학식 61은 광학계(110)의 전체 초점 거리(F), 상기 광원(116)와 마지막 렌즈 사이의 광축 간격(BFL)를 설정할 수 있다. 실시예에 따른 광학계(110)가 수학식 61을 만족할 경우, 상기 광학계(110)는 설정된 화각을 가지며 적절한 초점 거리를 가질 수 있고, 차량용 광학계를 제공될 수 있다. 또한, 상기 광학계(110)는 마지막 렌즈와 광원(116) 사이의 간격을 최소화할 수 있어 화각(FOV)에서 양호한 광학 특성을 가질 수 있다. 수학식 61은 바람직하게, 0 < F / BFL < 1를 만족할 수 있다.
[수학식 62] 0.5 < F / LsH < 1.5
수학식 62은 상기 광학계(110)의 전체 초점 거리(F,mm)와 상기 광원(116)의 광축에서 대각선 길이(LsH)를 설정할 수 있다. 이러한 광학계(110)는 차량용 광원(116)의 크기에서 향상된 수차 특성을 가질 수 있다. 수학식 62은 바람직하게, 0.7 < F / LsH < 1를 만족할 수 있다.
[수학식 63] 0.5 < F / EPD < 1.5
수학식 63은 상기 광학계(110)의 전체 초점 거리(F)와 입사동 크기를 설정할 수 있다. 이에 따라 광학계의 전체 밝기를 제어할 수 있다. 수학식 63은 바람직하게, 0.5 < F / EPD < 1를 만족할 수 있다.
[수학식 64] 0 < EPD/LsH/FOV < 0.2
수학식 64은 입사동 크기(EPD), 이미지 센서의 최대 대각선 길이의 1/2의 길이(LsH), 및 화각의 관계를 설정할 수 있다. 이에 따라 광학계의 전체 크기 및 밝기를 제어할 수 있다. 수학식 64은 바람직하게, 0 < EPD/LsH/FOV < 0.1를 만족할 수 있다.
[수학식 65] 100 < FOV / F# < 200
수학식 65은 광학계의 화각과 F 넘버(F#)의 관계를 설정할 수 있다. 수학식 65은 바람직하게, 120 < FOV / F# < 170를 만족할 수 있다. 여기서, F#는 1.2 이하로 제공하여, 밝은 화상을 제공할 수 있다.
[수학식 66] 50 < (CT_Max+CG_Max)*n < 150
[수학식 67] 800 < (FOV*TTL)/n
바람직하게, 수학식 67은 화각과 렌즈 매수(n)에 따라, 1000 < (FOV*TTL)/n < 1500의 조건을 만족할 수 있다.
[수학식 68] FOV < (TTL*n)
[수학식 69] 1 < (TD/CA_Max)*n < 20
[수학식 70] 0 < (CA52/CA22)/(CA11/CA22) < 1
수학식 66 내지 70에서 n은 전체 렌즈 매수이며, 전체 렌즈 매수에 따라 렌즈의 최대 중심 두께(CT_Max), 최대 중심 간격(CG_Max), FOV, TTL, 렌즈들의 광축 거리(TD), 제5 렌즈의 광원측 면의 유효경(CA52), 제1 렌즈의 물체측 면의 유효경, 제2 렌즈의 광원측 면의 유효경 등과의 관계를 설정할 수 있다. 이에 따라 6매 이하의 렌즈를 갖는 광학계의 색 수차, 해상력, 크기 등을 제어할 수 있다.
실시예에 따른 광학계(110)는 수학식 1 내지 수학식 70 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 수학식을 만족할 수 있다. 이 경우, 상기 광학계(110)는 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 광학계(110)가 수학식 1 내지 수학식 35 중 적어도 하나 또는/및 수학식 36 내지 70 중 적어도 하나를 만족할 경우, 상기 광학계(110)는 향상된 해상력을 가지며, 수차 및 왜곡 특성을 개선할 수 있다. 또한, 상기 송신 광학계(110)는 차량용 광원(116)를 적용하기 위한 BFL을 확보할 수 있고, 온도 변화에 따른 광학 특성 저하를 보상할 수 있으며, 마지막 렌즈와 광원(116) 사이의 간격을 최소화할 수 있어 화각(FOV) 내에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있다. 상기 BFL은 수신 광학계는 제1 BFL, 송신 광학계는 제2 BFL로 정의할 수 있다.
표 9는 실시 예의 송신 광학계(110)에서 상술한 수학식들의 항목에 대한 것으로, 상기 송신 광학계(110)의 TTL(mm), BFL, 유효초점 거리(F), LsH, 유효경(CA), 각 렌즈들의 중심 두께들의 합, 인접한 렌즈들 간의 중심 간격들의 합, TTL(mm), 아베수의 합, 굴절률의 합, 제1 면(S1)에서 제10 면(S10)까지의 광축 거리인 TD(mm), 상기 제1 내지 제5 렌즈 들 각각의 초점 거리(F1,F2,F3,F4,F5), 화각(FOV), 에지 두께(ET), F 넘버 등에 대한 것이다.
항목 값 항목 값
F 3.172 ET1 4.3714
F1 -16.259 ET2 3.9290
F2 -10.471 ET3 3.0256
F3 25.649 ET4 3.6363
F4 28.358 ET5 5.6766
F5 12.631 FOV 125.374
ΣIndex 8.854 EPD 3.952
ΣAbbe 159.800 BFL 6.125
ΣCT 23.302 TD 44.903
ΣCG 21.601 LsH 3.400
TTL 51.028 SD 26.844
F-number 0.803
표 10은 실시 예의 송신 광학계(110)에서 상술한 수학식 1 내지 수학식 35에 대한 결과 값에 대한 것이다. 표 10을 참조하면, 송신 광학계(110)는 수학식 1 내지 수학식 35 중 적어도 하나, 두 개 이상 또는 세 개 이상을 만족하는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 송신 광학계(110)는 화각(FOV) 내에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고 우수한 광학 특성을 가질 수 있다.
수학식 값
1 0 < CT1 / CT2 < 3 1.731
2 5 < CA11/CT1 < 15 9.269
3 0 < CT5 / CT4 < 3 1.323
4 0 < CT5 / (CT1+CT2) < 3 1.999
5 0 < CT5 / CG2 < 1 0.837
6 0 < CG1 / CG4 < 1.5 0.710
7 0 < CG2 / CG4 < 1 0.397
8 0.5 < CG2 / (CT1+CG1+CT2) < 1.5 1.023
9 5 < TTL/CT_AVER < 25 10.949
10 1.70 < n1 1.808
11 0 < n1/n3 <1.5 1.014
12 0 < n3/n4 <1.5 1.071
13 (v3*n3) < (v1*n1) 만족
14 SD < TD 만족
15 CAn2/2 < CTn 만족
16 CA5/2 < CG2 < CA11 만족
17 CA11/2 < CG1+CG2 만족
18 1 < CA11 / CA21 < 5 1.702
19 0 < CA22 / CA31 < 1.5 0.726
20 0.5 < CA42 / CA51 < 2 1.235
21 1 < CA11/CA52 < 5 1.746
22 1 < CG2 / (CT2+CT3) < 3 1.555
23 0 < CG4 /(CT4+CT5) < 1 0.270
24 1 < CG_Max / CG4 < 4 2.520
25 1 < CT5 / BFL < 4 1.339
26 0 < CG3 / CT5 < 1.5 0.296
27 0 < CG4 / CT5 < 1 0.474
28 0 < |L5R2| / CT5 < 5 2.567
29 0 < |L5R2| / L5R1 < 5 1.789
30 0 < L1R1/L1R2 < 3 3.136
31 500 < |L2R1| / L2R2 만족
32 0 < CT_Max / CG_Max < 2 0.837
33 0 < ∑CT / ∑CG < 2 1.079
34 5 < ∑Index <15 8.854
35 10 < ∑Abbe / ∑Index <50 18.048
표 11은 실시 예의 광학계(110)에서 상술한 수학식 36 내지 수학식 70에 대한 결과 값에 대한 것이다. 표 11을 참조하면, 광학계(110)는 수학식 36 내지 수학식 70 중 적어도 하나, 두 개 이상 또는 세 개 이상을 만족하는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 광학계(110)는 화각(FOV) 내에서 양호한 광학 성능을 가질 수 있고 우수한 광학 특성을 가질 수 있다.
수학식 값
36 50 < ∑CT*n < 159 116.511
37 0 < ΣCT / ΣET < 2 1.129
38 1 < CA11 / CA_Min < 5 2.024
39 1 < CG2 / CA12 < 5 0.649
40 1 < CA_Max / CA_Aver < 3 1.497
41 0.1 < CA_Min / CA_Aver < 2 0.747
42 1 < CA_Max / (2*LsH) < 6 3.544
43 0 < F / |L5R2| < 1 0.151
44 0 < F / L1R1 < 1 0.120
45 0 < EPD / |L5R2|< 1 0.188
46 0 < EPD / L1R1 < 1 0.150
47 0 < ｜F1 / F2｜ < 10 1.553
48 1 <｜ F1｜ / F < 10 5.126
49 0 < |F1 / F5| < 10 1.287
50 Po2 * Po3 < 0 0.573
51 20 < TTL <60 51.028
52 2 < LsH <20 3.400
53 1.5 < BFL < 7 6.125
54 1 < F < 10 3.172
55 100 < FOV 125.374
56 1 < TTL / CA_Max < 7 2.117
57 10 < TTL / LsH < 30 15.008
58 0 < BFL / LsH < 3 1.801
59 1 < TTL / BFL < 15 8.331
60 10 < TTL / F < 30 16.087
61 0 < F / BFL < 3 0.518
62 0.5 < F / LsH < 1.5 0.933
63 0.5 < F / EPD < 1.5 0.803
64 0 < EPD/LsH/FOV < 0.2 0.009
65 100 < FOV / F# <200 156.216
66 50 < (CT_Max+CG_Max)*n < 150 90.009
67 800 < (FOV*TTL)/n 1279.508
68 FOV < (TTL*n) 만족
69 1 < (TD / CA_Max) *n < 20 9.316
70 0 < (CA52/CA22) / (CA11/CA21) < 1 0.681
도 18은 발명의 실시 예에 따른 송신 광학계를 갖는 센서 시스템의 블록 구성도이다. 도 18를 참조하면, 센서 장치는 제어부(10), 광원 구동부(20), 송신 광학계(30), 상기에 개시된 수신 광학계(50) 및 신호 처리부(60)를 포함한다. 상기 제어부(10)는 신호의 송신 및 수신 신호를 제어하며, 송/수신된 신호를 기초로 자율 주행 모듈, 인공 지능 모듈, 드론, 로봇, 증강 현실 장치, 가상 현상 장치, 5G와 6G 등의 통신 서비스와 관련된 장치와 연계할 수 있다.
상기 광원 구동부(20)는 송신 광학계(30) 내에 포함된 광원에 전원을 공급하여 구동시켜 준다. 상기 광원은 선광원 또는 점광원 형태로 레이저 광을 발생하게 된다. 상기 광원 구동부(20)는 주행 환경 정보에 따라 상기 광원에 공급되는 구동 전류를 조절하거나 가변시켜 줄 수 있다. 상기 주행 환경 정보는 주행 구간의 지형 정보, 교통 혼잡 정보, 날씨 등을 포함할 수 있다. 상기 광원으로부터 발생되는 레이저 광의 파장은 890nm 내지 960nm 범위 또는 940nm ±10nm 범위일 수 있다. 레이저 광원은 InGaAs/GaAs 기반의 반도체 다이오드 레이저(Semiconductor diode laser)로 구현될 수 있고, 고출력(high power)의 레이저 광을 방출할 수 있다. 상기 광원은 단일 이미터 및/또는 다중 이미터를 포함할 수 있다.
상기 송신 광학계(30)은 광원으로부터 발생된 레이저 광을 오브젝트(40)로 송신하게 되며, 상기 오브젝트(40)에서 반사된 광은 수신 광학계(50)로 수신된다. 상기 수신 광학계(50)는 다수의 광 센서들로 구성될 수 있으며, 상기 광 센서는 포토다이오드를 이용하여 수신된 광을 전기적인 신호로 변환하게 된다. 즉, 이미지 센서는 매트릭스 타입으로 배열되어 수평 방향과 수직 방향 각각에서 스캐닝된 오브젝트로부터 수신된 광을 전류로 변환하게 된다. 신호 처리부(60)는 상기 수신 광학계(50)의 출력을 전압으로 변환하여 증폭한 다음, 상기 증폭된 신호를 아날로그-디지털 변환기를 이용하여 디지털 신호로 변환하게 된다. 상기 신호 처리부(60)는 디지털 데이터를 TOF(Time of flight) 알고리즘 또는 위상 시프트(phase-shift) 알고리즘으로 분석하여 오브젝트(40)과의 거리, 오브젝트 형상을 감지하게 된다.
상기 제어부(10)는 제어유닛(ECU) 또는 네트워크를 통해 차량의 속도 정보와 노면 상태 정보를 수신할 수 있다. 제어부(10)는 네트워크를 통해 주행 환경 정보를 수신할 수 있다. 주행 환경 정보는 주행 구간의지형 정보, 교통 혼잡 정보, 날씨 등을 포함할 수 있다. 제어부(10)는 차량의 속도, 차량이 주행하는 도로의 노면 상태, 및 주행 환경 정보 중 하나 이상에 기초하여 게인을 조정할 수 있고, 오브젝트와의 거리, 오브젝트의 형상 정보를 포함하는 센서 데이터를 자유 주행 장치에 제공할 수 있다.
도 19은 발명의 센서 시스템을 갖는 차량에서 물체를 측정하는 예를 나타낸 도면이며, 도 20는 발명의 센서 시스템을 갖는 차량에서의 주변 감시 예를 나타낸 도면이다.
도 19 및 도 20를 참조하면, 센서 시스템을 갖는 차량(202)은 광원에 의해 생성된 레이저 광(201)을 타겟 장면을 향하여 투영하는 송신 광학계, 및 그 타겟 또는 대상(210)으로부터 반사된 광(203)을 수신하는 수신 광학계를 포함한다. 또한, 센서 시스템은 라이다 시스템을 포함하며, 상기 라이다 시스템은 전형적으로, 반사광으로부터 대상(106)에 대한 거리 정보를 연산하는 제어기, 및 원하는 범위와 시야(FOV) 내의 정적 패턴일 수 있는 광의 특정 패턴을 스캐닝하거나 제공할 수 있는 소자도 포함한다. 송수신 광학계는 수신된 신호 광을 라이다 시스템 범위와 FOV 내에 있는 주변 환경의 지점별 3차원 지도를 나타내는 측정값으로 변환하는 데 사용된다.
LIDAR용 수신 광학계 및 신호 처리부는 광원으로부터 방출되는 광 펄스의 비행시간 측정값에 기초하여 범위 정보를 계산한다. 또한, 특정 범위에 연관된 타겟 면에 장면을 조명하고 소스와 및 프로젝터 시스템의 특정 설계에 기초하는 광 빔 프로파일에 관하여 알려져 있는 정보가 반사면에 관한 위치 정보를 결정하는 데 사용되어 완전한 x,y,z, 또는 장면의 3차원 픽처를 생성하게 된다. 다시 말하면, 주변 환경의 지점별 3D 맵은 LIDAR 시스템의 시야 내에서 소스에서 수신기까지의 조명을 반사하는 모든 표면으로부터의 위치 정보를 나타내는 측정 데이터의 모음을 나타낸다. 이러한 방식으로, LIDAR 시스템의 시야에서 물체의 3D 표현을 취득한다.
또한 자동차(202)에 대한 전형적인 주변 감지 LIDAR 시스템(200)의 2차원 시야와 범위 요건을 나타내는 개략도를 도시한다. 예를 들어, 적응형 순항 제어 기능은 "서라운드 뷰" 시야와 범위(206)를 보는 측면에 비해 좁은 시야를 갖지만, 긴 거리 범위 요건을 갖는 시야와 범위(204)를 요구할 수 있다. 일반적으로, 자동차의 센서 기능들은 LIDAR, 레이더, 카메라, 및 초음파 센서의 조합에 의해 가능해질 수 있다. 주변 환경에 대한 정보를 생성하는 이들 센서 데이터의 조합을 종종 "센서 융합"이라고 한다. 본 발명은 자율 주행 또는 자가 운전, 또는 운전자 보조형 차량에 대해 LIDAR이 널리 사용되는 자동차의 맥락에서 LIDAR 시스템을 설명하고 있지만, 실시예들이 임의의 차량에 적용될 수 있다는 점을 이해해야 한다. 다른 유형의 차량에는, 로봇, 트랙터, 트럭, 비행기, 무인 항공기, 보트, 선박 등이 포함될 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 물체에 가장 인접한 제1 렌즈;
    이미지 센서에 가장 인접한 n번째 렌즈(n은 6 이하이다);
    상기 제1 렌즈와 상기 n번째 렌즈 사이에 배치되며 광축으로 정렬된 복수의 렌즈; 및
    상기 복수의 렌즈 사이의 영역들 중 어느 하나에 배치된 광학 필터를 포함하며,
    상기 광학 필터로부터 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리는 D1이며,
    상기 이미지 센서에 가장 인접한 상기 n번째 렌즈의 센서측 면으로부터 상기 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리는 BFL이며,
    수학식: BFL < D1
    을 만족하는 수신 광학계.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 광학 필터의 물체 측에 배치된 렌즈와 상기 광학 필터 사이에 배치되고, 상기 광학 필터의 물체 측에 배치된 상기 렌즈의 둘레에 배치된 조리개를 포함하며,
    SD는 상기 조리개로부터 상기 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리이며,
    수학식: 1 < SD/D1 < 1.2
    을 만족하는 수신 광학계.
  3. 제1 항에 있어서, CTn는 상기 n 번째 렌즈의 중심 두께이며,
    CTn-1는 상기 n번째 렌즈의 물체 측에 배치된 n-1번째 렌즈의 중심 두께이며,
    TTL은 상기 제1 렌즈의 물체측 면의 중심으로부터 상기 이미지 센서의 표면까지의 광축 거리이며,
    수학식: (CTn+CTn-1) < D1 < TTL/2
    을 만족하는 수신 광학계.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 광학 필터는 890nm 내지 960nm 범위를 통과시키는 밴드패스필터인 수신 광학계.
  5. 제1 항 내지 제4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 렌즈는 상기 광축에서 볼록한 물체측 면과 오목한 센서측 면을 포함하는 광학계.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 제1 렌즈로부터 센서측으로 이격된 제2 렌즈는 플랫한 물체측 면과 오목한 센서측 면을 갖는 수신 광학계.
  7. 제5 항에 있어서, 상기 광학 필터로부터 물체 측으로 이격된 제3 렌즈는 광축에서 양면이 볼록한 형상을 가지며,
    상기 광학 필터로부터 센서 측으로 이격된 제4 렌즈는 광축에서 양면이 볼록한 형상을 가지는 수신 광학계.
  8. 제5 항에 있어서, 상기 n번째 렌즈는 상기 광축에서 볼록한 물체측 면과 볼록한 센서측 면을 갖는 수신 광학계.
  9. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 렌즈는 음의 굴절력을 갖고,
    상기 n번째 렌즈는 양의 굴절력을 갖고,
    상기 복수의 렌즈 중 양의 굴절력을 갖는 렌즈 매수는 상기 복수의 렌즈 중 음의 굴절력을 갖는 렌즈 매수보다 많은 수신 광학계.
  10. 제4 항에 있어서, 상기 제1 렌즈의 물체측 면은 광학계의 렌즈들 중 최대 유효경을 가지며,
    상기 제1 렌즈의 센서측에 배치된 제2 렌즈의 센서측 면은 광학계의 렌즈들 중 최소 유효경을 가지며,
    상기 제1 렌즈는 구면 렌즈이며,
    상기 n번째 렌즈는 제5 렌즈이며, 비구면 렌즈인 수신 광학계.
  11. 물체에 가장 인접한 제1 렌즈;
    광원에 가장 인접한 n번째 렌즈(n은 6 이하이다); 및
    상기 제1 렌즈와 상기 n번째 렌즈 사이에 배치되며 광축으로 정렬된 복수의 렌즈를 포함하며,
    상기 제1 렌즈는 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지며,
    상기 n번째 렌즈는 광축에서 양면이 볼록한 형상을 가지며,
    상기 n번째 렌즈로부터 물체측으로 n-1번째 렌즈는 광축에서 양면이 볼록한 형상을 가지며,
    상기 제1 렌즈는 유리 재질이며, 상기 광축에서 물체측 면과 광원측 면이 구면 형상이며,
    상기 n번째 렌즈는 유리 재질이며, 상기 광축에서 물체측 면과 광원측 면이 비구면 형상인 송신 광학계.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 광원 측에 배치된 제2 렌즈는 광축에서 플랫한 물체측 면과 오목한 형상의 광원측 면을 갖는 송신 광학계.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 제2 렌즈의 광원측에 배치된 제3 렌즈는 광축에서 양면이 볼록한 형상을 가지며,
    상기 제3 렌즈의 광원측에 배치된 제4 렌즈는 광축에서 양면이 볼록한 형상을 가지며,
    상기 제3 렌즈는 상기 광축에서 양면이 구면 형상을 가지며,
    상기 제4 렌즈는 상기 광축에서 양면이 비구면 형상을 갖는 송신 광학계.
  14. 제11 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 음의 굴절력을 갖고,
    상기 n번째 렌즈는 제 5렌즈이며 양의 굴절력을 갖고,
    상기 복수의 렌즈는 양의 굴절력을 갖는 렌즈 매수가 음의 굴절력을 갖는 렌즈 매수보다 많은 송신 광학계.
  15. 이미지 센서와, 물체에서 이미지 센서를 향해 제1 광축으로 정렬된 제1 내지 제5 렌즈를 갖는 수신 광학계; 및
    광원과, 물체에서 광원 측을 향해 제2 광축으로 정렬된 제6 내지 제10 렌즈를 갖는 송신 광학계를 포함하며,
    상기 제1 내지 제5 렌즈는 구면 렌즈와 비구면 렌즈를 포함하며,
    상기 제6 내지 제10 렌즈는 구면 렌즈와 비구면 렌즈를 포함하며,
    상기 수신 광학계는 구면 렌즈와 비구면 렌즈 사이에 배치된 광학 필터를 포함하며,
    상기 제1 렌즈와 상기 제6 렌즈 각각은 물체측을 향해 볼록한 메니스커스형상을 가지며,
    상기 제5 렌즈는 물체측 면과 센서측 면이 제1 광축 상에서 볼록한 형상 및 비구면 형상을 갖고,
    상기 제10 렌즈는 물체측 면과 광원측 면이 제2 광축 상에서 볼록한 형상 및 비구면 형상을 가지며,
    상기 광원은 890nm 내지 960nm 범위의 광을 발생시키며,
    상기 광학 필터는 상기 890nm 내지 960nm 범위의 광을 투과시키는 라이다 장치.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016038574A (ja) * 2014-08-07 2016-03-22 ナルックス株式会社 撮像光学系
KR20170098064A (ko) * 2016-02-19 2017-08-29 삼성전자주식회사 옵티칼 렌즈 어셈블리 및 이를 포함한 전자 장치
KR20180011636A (ko) * 2016-07-25 2018-02-02 엘지이노텍 주식회사 구동형 발광 장치
KR20210138219A (ko) * 2020-05-12 2021-11-19 주식회사 옵트론텍 광학 필터 및 그것을 갖는 렌즈 시스템
WO2021233737A1 (de) * 2020-05-19 2021-11-25 Jenoptik Optical Systems Gmbh Objektiv, verwendung eines objektivs, messsystem mit einem objektiv sowie verwendung einer biasphärischen kunststofflinse in einem objektiv

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016038574A (ja) * 2014-08-07 2016-03-22 ナルックス株式会社 撮像光学系
KR20170098064A (ko) * 2016-02-19 2017-08-29 삼성전자주식회사 옵티칼 렌즈 어셈블리 및 이를 포함한 전자 장치
KR20180011636A (ko) * 2016-07-25 2018-02-02 엘지이노텍 주식회사 구동형 발광 장치
KR20210138219A (ko) * 2020-05-12 2021-11-19 주식회사 옵트론텍 광학 필터 및 그것을 갖는 렌즈 시스템
WO2021233737A1 (de) * 2020-05-19 2021-11-25 Jenoptik Optical Systems Gmbh Objektiv, verwendung eines objektivs, messsystem mit einem objektiv sowie verwendung einer biasphärischen kunststofflinse in einem objektiv

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