KR102369803B1

KR102369803B1 - 어안 렌즈계

Info

Publication number: KR102369803B1
Application number: KR1020170116656A
Authority: KR
Inventors: 이경은; 이상혁; 유지영; 이원신
Original assignee: 한화테크윈 주식회사
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2022-03-03
Anticipated expiration: 2037-09-12
Also published as: KR20190029277A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 물체측으로부터 상면측으로 순서대로, 4매의 렌즈로 구성되며, 부의 굴절력을 갖는 제1 렌즈군; 및 3매의 렌즈로 구성되며, 정의 굴절력을 갖는 제2 렌즈군을 포함하며, 하기의 식들을 만족하는 어안 렌즈계.
<식>
1.0 < D/f < 2.0
Fno < 1.68
여기서, D는 상기 제1 렌즈군에 포함된 가장 상면측에 배치된 렌즈와 상기 제2 렌즈군에 포함된 가장 물체측에 배치된 렌즈 사이의 거리, f는 어안 렌즈계의 전체 초점거리, Fno는 어안 렌즈계의 F-수를 나타낸다.

Description

어안 렌즈계{Fisheye lens system}

본 발명은 어안 렌즈계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 7매의 렌즈로 구성된 어안 렌즈계에 관한 것이다.

최근 CCD(charge coupled device)나 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 등과 같은 고체 촬상 소자가 소형화, 고화소화 됨에 따라, 촬상 소자를 구비한 디지털 카메라(digital camera), 비디오 카메라(video camera) 또는 감시용 카메라와 같은 결상 광학 기기에 구비된 렌즈계 역시 높은 광학 성능이 요구되고 있다.

또한, 보안의 중요성이 증대됨에 따라 공공 기관이나 기업체뿐만 아니라, 개인에 의해 CCTV(Closed Circuit Tele-vision)용 감시 카메라나 정밀 측정 카메라가 많이 사용되고 있다.

감시 카메라는 주간뿐만 아니라 야간에서 이용되므로, 가시광선에서 근적외선 영역까지 수차를 양호하게 보정되며, F 수가 작은 밝은 감시 카메라용 렌즈계에 대한 필요성이 증대되고 있다. 또한, 감시 카메라 등을 사용하는 사용자는 넓은 범위에 대하여, 중심부뿐만 아니라 주변부까지 왜곡이 없는 고해상도의 영상을 얻기를 원하며, 이에 따라 감시 카메라 등에 구비되는 렌즈계는 광각이면서 저왜곡을 구현할 필요성이 증대되고 있다.

한국 공개특허 제2012-0076210호 (2012.07.09)

본 발명은 7매의 렌즈를 포함하며 F-수가 1.68 이하인 밝은 어안 렌즈계를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 물체측으로부터 상면측으로 순서대로, 4매의 렌즈로 구성되며, 부의 굴절력을 갖는 제1 렌즈군; 및 3매의 렌즈로 구성되며, 정의 굴절력을 갖는 제2 렌즈군을 포함하며, 하기의 식들을 만족하는 어안 렌즈계.

<식>

1.0 < D/f < 2.0

Fno < 1.68

여기서, D는 상기 제1 렌즈군에 포함된 가장 상면측에 배치된 렌즈와 상기 제2 렌즈군에 포함된 가장 물체측에 배치된 렌즈 사이의 거리, f는 어안 렌즈계의 전체 초점거리, Fno는 어안 렌즈계의 F-수를 나타낸다.

일 실시예에 따르면, 하기의 식을 만족할 수 있다.

<식>

-0.35 < f/f1 < -0.15

여기서, f1은 상기 제1 렌즈군의 초점거리를 나타낸다.

일 실시예에 따르면, 하기의 식을 만족할 수 있다.

<식>

14 < L/f < 14.5

여기서, L은 상기 제1 렌즈군의 가장 물체측에 배치된 면으로부터 상기 제2 렌즈군의 가장 상면측에 배치된 면까지의 거리를 나타낸다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 렌즈군은, 물체측으로부터 순서대로, 부의 굴절력을 갖는 제1 렌즈; 부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈; 부의 굴절력을 갖는 제3 렌즈; 및 정의 굴절력을 갖는 제4 렌즈를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 렌즈는, 적어도 하나의 비구면을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 하기의 식을 만족할 수 있다.

<식>

0.925 < H1/2Y < 1.025

여기서, H1은 상기 제1 렌즈의 물체측 면의 유효 반경, 2Y는 상면에 형성되는 이미지 서클의 직경을 나타낸다.

일 실시예에 따르면, 하기의 식을 만족할 수 있다.

Nd1 - Nd2 > 0.3

여기서, Nd1은 상기 제1 렌즈의 굴절률, Nd2는 상기 제2 렌즈의 굴절률을 나타낸다.

일 실시예에 따르면, 하기의 식을 만족할 수 있다.

Nd1 - Nd3 > 0.3

여기서, Nd1은 상기 제1 렌즈의 굴절률, Nd2는 상기 제3 렌즈의 굴절률을 나타낸다.

일 실시예에 따르면, 하기의 식을 만족할 수 있다.

6.7 < R2 < 7.3

여기서, R2는 상기 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률을 나타낸다.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 렌즈군은, 물체측으로부터 순서대로, 정의 굴절력을 갖는 제5 렌즈; 부의 굴절력을 갖는 제6 렌즈; 및 정의 굴절력을 갖는 제7 렌즈를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제5 렌즈와 상기 제6 렌즈는 접합 렌즈일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제7 렌즈의 양면은 비구면일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 하기의 식을 만족할 수 있다.

FOV > 185°

여기서, FOV는 어안 렌즈계의 화각을 나타낸다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 렌즈군과 상기 제2 렌즈군의 사이에 배치된 조리개를 더 포함할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 특허청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 7매의 렌즈를 포함하며 밝은 어안 렌즈계를 제공할 수 있다.

또한, 해상도가 높고 시야각이 넓은 어안 렌즈계를 제공할 수 있다.

물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 어안 렌즈계의 광학적 배치도이다.
도 2는 도 1에 도시된 어안 렌즈계의 종방향 구면수차, 비점수차 및 왜곡을 나타낸 수차도이다.
도 3은 도 1에 도시된 어안 렌즈계의 횡방향 수차를 나타낸 수차도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 어안 렌즈계의 광학적 배치도이다.
도 5는 도 4에 도시된 어안 렌즈계의 종방향 구면수차, 비점수차 및 왜곡을 나타낸 수차도이다.
도 6은 도 4에 도시된 어안 렌즈계의 횡방향 수차를 나타낸 수차도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

도 1 및 도 4는 각각 본 발명의 제1 실시예 및 제2실시예에 따른 어안 렌즈계의 광학적 배치도이다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 어안 렌즈계는 물체(O)측으로부터 상면(IP)측으로 순서대로 배치된 제1 렌즈군(G1) 및 제2 렌즈군(G2)을 포함한다. 제1 렌즈군(G1)과 제2 렌즈군(G2) 사이에는 조리개(ST)가 배치되고, 제2 렌즈군(G2)과 상면(IP) 사이에는 광학 블록(B)이 배치될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 어안 렌즈계는 가시광 영역부터 근적외광 영역까지 색수차가 양호하게 보정된 줌 렌즈계일 수 있으며, 이를 통해 주간뿐만 아니라 야간에서 사용되는 감시 카메라 등의 촬상 장치에 적용될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 광학 블록(B)은 저역 통과 필터(LPF; low pass filter)나 적외선 차단 필터(IR-cut filter) 등의 광학 필터, 촬상 소자의 촬상면을 보호하기 위한 커버 유리(CG; cover glass) 등일 수 있다.

근적외선 차단 필터는 제어부(미도시)에 의해 온/오프될 수 있다. 예컨대, 근적외선 차단 필터는 주간에는 가시광선을 이용하여 촬영을 수행하므로 제2 렌즈군(G2)과 상면(IP) 사이의 입사되는 광의 경로 상에 배치될 수 있으며, 야간에는 근적외선을 이용하여 촬영을 수행하므로 입사되는 광의 경로 외측에 배치될 수 있다.

제1 렌즈군(G1)은 부의 굴절력을 가지며, 물체측(O)으로부터 순서대로 부의 굴절력을 갖는 제1 렌즈(L1), 부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈(L2), 부의 굴절력을 갖는 제3 렌즈(L3) 및 정의 굴절력을 갖는 제4 렌즈(L4)의 4매의 렌즈를 포함한다.

제1 렌즈(L1) 및 제2 렌즈(L2)는 볼록면이 물체측(O)을 향하는 메니스커스(meniscus) 렌즈일 수 있으며, 제3 렌즈(L3)는 양오목 렌즈, 제4 렌즈(L4)는 양볼록 렌즈일 수 있다.

제1 렌즈군(G1)은 적어도 하나의 비구면 렌즈를 포함하며, 일 실시예에 따르면 상기 비구면 렌즈는 제2 렌즈(L2)일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 렌즈(L2)의 적어도 한 면을 비구면으로 구성함으로써 비축 상에서 발생하는 수차, 즉 비점 수차 및 상면 만곡 등을 감소시킬 수 있다.

제2 렌즈군(G2)은 물체측으로부터 순서대로 정의 굴절력을 갖는 제5 렌즈(L5), 부의 굴절력을 갖는 제6 렌즈(L6) 및 정의 굴절력을 갖는 제7 렌즈(L7)의 3매의 렌즈를 포함할 수 있다.

상기 제5 렌즈(L5)와 제6 렌즈(L6)는 접합 렌즈일 수 있다. 즉, 제5 렌즈(L5)와 제6 렌즈(L6)를 접합 렌즈로 구성함으로써, 색수차 등의 수차를 보정하면서 제조시의 부착 오차 등의 영향을 적게 하여 안정된 광학 품질을 얻을 수 있고, 구성을 간이화할 수 있어 소형화에 적합하다.

상기 제7 렌즈(L7)는 양볼록 렌즈일 수 있으며, 적어도 하나의 비구면을 포함할 수 있다. 예컨대, 제7 렌즈(L7)는 양면이 비구면으로 구성될 수 있다.

제7 렌즈(L23)의 적어도 한 면을 비구면으로 구성함으로써, 비축 상에서 발생하는 수차, 즉 비점 수차 및 상면 만곡 등을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 어안 렌즈계는 7매의 렌즈만을 포함하며, 이를 통해 소형화를 구현할 수 있다. 또한, 7매의 렌즈는 모두 굴절률이 1.4 이상인 게르마늄(Ge) 렌즈 등의 무기물로 구성되며, 플라스틱 렌즈를 포함하지 않을 수 있다. 플라스틱 렌즈의 경우 비구면을 형성하기 쉬워 렌즈계의 수차를 감소시킬 수 있지만, 야외에 오랜 시간 설치되어 있는 감시 카메라 등에 사용되는 경우 열에 의해 성능이 저하될 수 있다. 또한, 무기물로 구성된 렌즈에 비하여 상대적으로 굴절률이 작아 동일한 굴절력을 구현하기 위해 곡률 반경을 작게 형성하여야 하는 바, 광각의 렌즈를 구현하는 데 제약이 될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 어안 렌즈계는 하기의 <조건식 1>을 만족할 수 있다.

<조건식 1>

1.0 < D/f < 2.0

여기서, D는 제1 렌즈군(G1)과 제2 렌즈군(G2) 사이의 거리, f는 어안 렌즈계의 전체 초점거리를 나타낸다. 제1 렌즈군(G1)과 제2 렌즈군(G2) 사이의 거리는 제1 렌즈군(G1)에 포함된 가장 상면(IP)측에 배치된 제4 렌즈(L4)의 상면(IP)측 면(S8)과 제2 렌즈군(G2)에 포함된 가장 물체(O)측에 배치된 제5 렌즈(L5)의 물체(O)측 면(S10) 사이의 거리를 의미한다.

<조건식 1>은 어안 렌즈계의 전체 초점거리에 대한 제1 렌즈군(G1)과 제2 렌즈군(G2) 사이의 간격의 비를 정의한 것으로, 상한치 이상에서는 배율 색수차를 보정하기 어렵고 하한치 이하에서는 비점 수차 및 코마 수차를 보정하기가 어려울 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 어안 렌즈계는 하기의 <조건식 2>를 만족할 수 있다.

<조건식 2>

Fno < 1.68

여기서, Fno는 어안 렌즈계의 F-수(F-number)를 나타낸다. 본 발명의 어안 렌즈계는 주간뿐만 아니라 야간에서 사용되는 감시 카메라 등에 활용될 수 있으며, 따라서 어두운 환경에서도 최대한의 화질을 구현하기 위해 F-수가 작아야 한다. 따라서, <조건식 2>가 상한치 이하의 값을 갖는 경우 충분히 밝은 렌즈계를 구현할 수 없어 어두운 환경에서 촬영되는 화상의 화질이 저하될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 어안 렌즈계는 하기의 <조건식 3>을 만족할 수 있다.

<조건식 3>

-0.35 < f/f1 < -0.15

여기서, f1은 제1 렌즈군(G1)의 초점거리, BFL은 후방 초점거리를 나타낸다.

<조건식 3>은 어안 렌즈계의 전체 초점거리에 대한 제1 렌즈군(G2)의 초점거리의 비의 범위를 정의한 것이다. <조건식 3>의 상한치 이상의 경우 충분한 후방 초점거리를 확보할 수 없고 하한치 이하의 경우 수차 보정이 어려워진다. 본 발명의 어안 렌즈계는 감시 카메라로 활용될 수 있으며, 이 경우 광학 블록(B) 등을 렌즈계와 상면(IP) 사이에 배치하기 위하여 후방 초점거리가 충분히 확보되어야 한다. 어안 렌즈계는 <조건식 3>의 범위를 만족함으로써 충분한 후방 초점거리를 확보하면서 수차 또한 양호하게 보정할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 어안 렌즈계는 하기의 <조건식 4>를 만족할 수 있다.

<조건식 4>

14 < |L/f| < 14.5

여기서, L은 상기 제1 렌즈군(G1)의 가장 물체(O)측에 배치된 면으로부터 상기 제2 렌즈군(G2)의 가장 상면측에 배치된 면까지의 거리, 즉, 제1 렌즈(L1)의 물체(O)측에 배치된 면(S1)으로부터 제7 렌즈(L7)의 상면(IP)측에 배치된 면(S14)까지의 거리를 나타낸다.

<조건식 4>는 어안 렌즈계의 초점거리에 대한 전체 렌즈계의 길이의 비의 범위를 정의한 것이다. <조건식 4>의 상한치 이상에서는 화각이 180도 이상인 영역에서의 광학 성능이 저하되며, 하한치 이하에서는 180도 이상의 화각을 구현하는 것이 어려울 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 어안 렌즈계는 하기의 <조건식 5>를 만족할 수 있다.

0.925 < H1/2Y < 1.025

여기서, H1은 상기 제1 렌즈(L1)의 물체(O)측 면의 유효 반경(H1), 2Y는 상면(IP)에 형성되는 이미지 서클의 직경(2Y)을 나타낸다. 상기 이미지 서클은 어안 렌즈계에 최대한의 시야각으로 빛이 입사되었을 때 형성되는 이미지 서클일 수 있다.

<조건식 5>의 상한치 이상에서는 어안 렌즈계의 소형화가 불가능하며, 하한치 이하에서는 180도 이상의 화각을 구현하는 것이 어려울 수 있다. 상기 <조건식 5>의 범위 내에서 주변부 수차가 적은 고성능의 어안 렌즈계를 구현할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 어안 렌즈계는 하기의 <조건식 6>을 만족할 수 있다.

<조건식 6>

Nd1 - Nd2 > 0.3

여기서, Nd1은 상기 제1 렌즈(L1)의 굴절률, Nd2는 상기 제2 렌즈(L2)의 굴절률을 나타낸다.

<조건식 6>은 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)의 굴절률 차이의 적절한 범위를 정의한 것으로, 제1 렌즈(L1)의 굴절률이 충분히 높은 경우 제1 렌즈(L1)의 곡률반경을 크게 할 수 있으며, 따라서 제1 렌즈(L1)의 반경을 크게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 주변부까지 완만한 곡률을 갖도록 형성할 수 있다. 이러한 구성을 통해 화각을 크게 하고 F-수를 충분히 작게 하여 광각의 밝은 렌즈계를 구현할 수 있다.

제1 렌즈(L1)의 굴절률이 높은 대신, 제2 렌즈(L2)의 굴절률을 상대적으로 충분히 작게 형성함으로써 제1 렌즈군(G1) 전체의 굴절력을 적절히 조절할 수 있다.

즉, 상기 <조건식 6>의 하한치 이하에서는 광각 및 밝은 렌즈계를 구현하기 어려울 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 어안 렌즈계는 하기의 <조건식 7>을 만족할 수 있다.

<조건식 7>

Nd1 - Nd3 > 0.5

여기서, Nd1은 상기 제1 렌즈(L1)의 굴절률, Nd2는 상기 제3 렌즈(L3)의 굴절률을 나타낸다.

<조건식 7>은 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L3)의 굴절률 차이의 적절한 범위를 정의한 것으로, 제1 렌즈(L1)의 굴절률이 충분히 높은 경우 제1 렌즈(L1)의 곡률반경을 크게 할 수 있으며, 따라서 제1 렌즈(L1)의 반경을 크게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 주변부까지 완만한 곡률을 갖도록 형성할 수 있다. 이러한 구성을 통해 화각을 크게 하고 F-수를 충분히 작게 하여 광각의 밝은 렌즈계를 구현할 수 있다.

제1 렌즈(L1)의 굴절률이 높은 대신, 제3 렌즈(L3)의 굴절률을 상대적으로 충분히 작게 형성함으로써 제1 렌즈군(G1) 전체의 굴절력을 적절히 조절할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 어안 렌즈계는 하기의 <조건식 8>을 만족할 수 있다.

<조건식 8>

6.7 < R2 < 7.3

여기서, R2는 제1 렌즈(L1)의 물체(O)측 면의 곡률반경을 나타낸다.

<조건식 8>의 상한치 이상인 경우 제1 렌즈(L1)를 제작하기 어렵고 화상에 고스트(ghost)가 발행될 수 있으며, 하한치 이하인 경우 전체 필드(full field)로 결상이 되지 않아 F-수가 커지고 광학 성능이 저하될 수 있다.

상기의 실시예들에 따르면, 7매의 렌즈만으로 F-수가 1.68 이하인 밝은 어안 렌즈계를 구현할 수 있으며, 가시광선뿐만 아니라 근적외광 영역까지 해상도가 높으며 185도 이상의 화각을 갖는 어안 렌즈계를 구현할 수 있다.

이하에서는 [표 1] 내지 [표 4]를 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 어안 렌즈계의 설계 데이터를 설명한다.

설계 데이터에서, R은 각 렌즈면의 곡률 반경[mm](단, R의 값이 "infinity"가 되는 면은 그 면이 평면임을 나타낸다.)을, Dn는 광축 상에서 렌즈면과 렌즈면 사이의 거리[mm]로서, 렌즈의 두께 또는 렌즈와 렌즈 사이의 거리를 나타낸다. Nd는 d선에서의 각 렌즈의 굴절률을, vd는 d선에서의 각 렌즈의 아베수를 나타낸다.

본 발명의 실시예들에 포함된 비구면(ASP)의 정의는 다음과 같다.

본 발명의 실시예들에 따른 어안 렌즈계에 포함된 비구면 형상은, 광축 방향을 z축으로 하고, 광축 방향에 대해 수직한 방향을 h축으로 할 때, 광선의 진행 방향을 정(positive)으로 하여 상기 정의식으로 나타낼 수 있다. 여기서, z는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리를, h는 광축에 대해 수직한 방향으로의 거리를, K는 코닉상수(conic constant)를, A, B, C는 비구면 계수를, c는 렌즈의 정점에 있어서의 곡률반경의 역수(1/R)를 나타낸다.

<제1 실시예>

[표 1]은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 어안 렌즈계의 설계 데이터를 나타낸다. 도 1의 부호 Si는 제1 렌즈의 물체측 면을 1번째 면(S1)으로 하고, 이미지측 방향을 따라 면 번호가 증가되도록 부호를 붙인 i번째의 면을 나타낸다.

상기 표에서 *은 비구면을 나타낸다, [표 2]는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 어안 렌즈계에 포함된 비구면의 비구면 계수를 나타낸다. 비구면 계수의 수치에서 E-m(m은 정수)이라는 표기는 ×10^-m을 의미한다.

도 2는 도 1에 도시된 어안 렌즈계의 종방향 수차를 나타내며, 각각 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 비점수차(astigmatic field curves) 및 왜곡(distortion)을 나타낸다. 종방향 구면수차는 852.1100 nm, 656.2725 nm, 587.5618 nm, 546.0740 nm, 486.1327 nm 및 435.8343 nm의 파장을 갖는 빛에 대하여 도시되었으며, 비점수차와 왜곡은 546.0740 nm 파장을 갖는 빛에 대하여 도시된 것이다. 비점수차에서 점선은 자오면(T; tangential surface)에서의 비점 수차를, 실선은 구결면(S; sagittal surface)에서의 비점 수차를 나타낸다.

도 2의 종방향 구면수차도를 참고하면, 근적외선(852.1100 nm) 및 가시광 중 녹색광(546.0740 nm)을 비교하였을 때, 중심부로부터 주변부까지 전 영역에 걸쳐 초점 위치가 30 μm 이하의 차이로 유지될 수 있다. 즉, 가시광뿐만 아니라 근적외선 영역에 이르기까지 높은 광학 성능을 가질 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 어안 렌즈계의 횡방향 수차를 나타내며, 852.1100 nm, 587.5618 nm, 546.0740 nm, 486.1327 nm 및 435.8343 nm의 파장을 갖는 빛에 대하여, 상대적 상면 높이(relative field height) 0.00, 0.27, 0.53, 0.8 및 1.00 각각에서 자오면(tangential surface) 및 구결면(sagittal surface)에서의 횡방향 수차, 즉 배율 색수차 및 코마수차 등을 나타낸다.

<제2 실시예>

[표 3]은 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 어안 렌즈계의 설계 데이터를 나타낸다.

상기 표에서 *은 비구면을 나타낸다, [표 4]는 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 어안 렌즈계에 포함된 비구면의 비구면 계수를 나타낸다. 비구면 계수의 수치에서 E-m(m은 정수)이라는 표기는 ×10^-m을 의미한다.

도 5는 도 4에 도시된 어안 렌즈계의 종방향 수차를 나타내며, 각각 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 비점수차(astigmatic field curves) 및 왜곡(distortion)을 나타낸다. 종방향 구면수차는 852.1100 nm, 656.2725 nm, 587.5618 nm, 546.0740 nm, 486.1327 nm 및 435.8343 nm의 파장을 갖는 빛에 대하여 도시되었으며, 비점수차와 왜곡은 546.0740 nm 파장을 갖는 빛에 대하여 도시된 것이다. 비점수차에서 점선은 자오면(T; tangential surface)에서의 비점 수차를, 실선은 구결면(S; sagittal surface)에서의 비점 수차를 나타낸다.

도 5의 종방향 구면수차도를 참고하면, 근적외선(852.1100 nm) 및 가시광 중 녹색광(546.0740 nm)을 비교하였을 때, 중심부로부터 주변부까지 전 영역에 걸쳐 초점 위치가 30 μm 이하의 차이로 유지될 수 있다. 즉, 가시광뿐만 아니라 근적외선 영역에 이르기까지 높은 광학 성능을 가질 수 있다.

도 6은 도 4에 도시된 어안 렌즈계의 횡방향 수차를 나타내며, 852.1100 nm, 587.5618 nm, 546.0740 nm, 486.1327 nm 및 435.8343 nm의 파장을 갖는 빛에 대하여, 상대적 상면 높이(relative field height) 0.00, 0.27, 0.53, 0.8 및 1.00 각각에서 자오면(tangential surface) 및 구결면(sagittal surface)에서의 횡방향 수차, 즉 배율 색수차 및 코마수차 등을 나타낸다.

다음의 [표 5]는 본 발명의 실시예들에 따른 어안 렌즈계의 전체 초점거리(f), F-수(fno), 후방 초점거리(BFL) 및 화각(2ω)을 나타낸다.

[표 5]에 기재된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 185도의 화각을 가지면서 F-수가 1.68 이하인 밝은 어안 렌즈계를 구현하였음을 확인할 수 있다.

다음의 [표 6]은 본 발명의 실시예들에 따른 어안 렌즈계가 상기 조건식들을 만족함을 나타낸다.

상기의 실시예들에 따르면, 7매의 렌즈만으로 F-수가 1.68 이하인 밝은 어안 렌즈계를 구현할 수 있으며, 가시광선뿐만 아니라 근적외광 영역까지 해상도가 높으며 185도 이상의 화각을 갖는 어안 렌즈계를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 관한 어안 렌즈계는, 이미지 센서(미도시)를 구비하는 감시 카메라, 디지털 카메라 또는 비디오 카메라 등의 촬영 장치에 이용될 수 있다.

이미지 센서는 어안 렌즈계에 의해 결상된 광을 수광하는 CCD(charge coupled device)나 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 등과 같은 고체 촬상 소자일 수 있다. 이미지 센서의 촬상면은 어안 렌즈계의 이미지면(IP)에 해당한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

G1: 제1 렌즈군 G2: 제2 렌즈군
L1: 제1 렌즈 L2: 제2 렌즈
L3: 제3 렌즈 L4: 제4 렌즈
L5: 제5 렌즈 L6: 제5 렌즈
L7: 제7 렌즈 ST: 조리개
B: 광학 블록

Claims

물체측으로부터 상면측으로 순서대로,
4매의 렌즈로 구성되며, 부의 굴절력을 갖는 제1 렌즈군; 및
3매의 렌즈로 구성되며, 정의 굴절력을 갖는 제2 렌즈군을 포함하며,
하기의 식들을 만족하는 어안 렌즈계.
<식>
1.0 < D/f < 2.0
Fno < 1.68
-0.35 < f/f1 < -0.15
여기서, D는 상기 제1 렌즈군에 포함된 가장 상면측에 배치된 렌즈와 상기 제2 렌즈군에 포함된 가장 물체측에 배치된 렌즈 사이의 거리, f는 어안 렌즈계의 전체 초점거리, Fno는 어안 렌즈계의 F-수, f1은 상기 제1 렌즈군의 초점거리를 나타낸다.
삭제
제1항에 있어서,
하기의 식을 만족하는 어안 렌즈계.
<식>
14 < L/f < 14.5
여기서, L은 상기 제1 렌즈군의 가장 물체측에 배치된 면으로부터 상기 제2 렌즈군의 가장 상면측에 배치된 면까지의 거리를 나타낸다.
제1항에 있어서,
상기 제1 렌즈군은, 물체측으로부터 순서대로,
부의 굴절력을 갖는 제1 렌즈;
부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈;
부의 굴절력을 갖는 제3 렌즈; 및
정의 굴절력을 갖는 제4 렌즈를 포함하는 어안 렌즈계.
제4항에 있어서,
상기 제2 렌즈는, 적어도 하나의 비구면을 포함하는 어안 렌즈계.
제4항에 있어서,
하기의 식을 만족하는 어안 렌즈계.
<식>
0.925 < H1/2Y < 1.025
여기서, H1은 상기 제1 렌즈의 물체측 면의 유효 반경, 2Y는 상면에 형성되는 이미지 서클의 직경을 나타낸다.
제4항에 있어서,
하기의 식을 만족하는 어안 렌즈계.
Nd1 - Nd2 > 0.3
여기서, Nd1은 상기 제1 렌즈의 굴절률, Nd2는 상기 제2 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
제4항에 있어서,
하기의 식을 만족하는 어안 렌즈계.
Nd1 - Nd3 > 0.3
여기서, Nd1은 상기 제1 렌즈의 굴절률, Nd2는 상기 제3 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
제4항에 있어서,
하기의 식을 만족하는 어안 렌즈계.
6.7 < R2 < 7.3
여기서, R2는 상기 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률을 나타낸다.
제1항에 있어서,
상기 제2 렌즈군은, 물체측으로부터 순서대로,
정의 굴절력을 갖는 제5 렌즈;
부의 굴절력을 갖는 제6 렌즈; 및
정의 굴절력을 갖는 제7 렌즈를 포함하는 어안 렌즈계.
제10항에 있어서,
상기 제5 렌즈와 상기 제6 렌즈는 접합 렌즈인 어안 렌즈계.
제10항에 있어서,
상기 제7 렌즈의 양면은 비구면인 어안 렌즈계.
제1항에 있어서,
하기의 식을 만족하는 어안 렌즈계.
FOV > 185°
여기서, FOV는 어안 렌즈계의 화각을 나타낸다.
제1항에 있어서,
상기 제1 렌즈군과 상기 제2 렌즈군의 사이에 배치된 조리개를 더 포함하는 어안 렌즈계.
물체측으로부터 상면측으로 순서대로,
4매의 렌즈로 구성되며, 부의 굴절력을 갖는 제1 렌즈군; 및
3매의 렌즈로 구성되며, 정의 굴절력을 갖는 제2 렌즈군을 포함하며,
하기의 식들을 만족하는 어안 렌즈계.
<식>
1.0 < D/f < 2.0
Fno < 1.68
14 < L/f < 14.5
여기서, D는 상기 제1 렌즈군에 포함된 가장 상면측에 배치된 렌즈와 상기 제2 렌즈군에 포함된 가장 물체측에 배치된 렌즈 사이의 거리, f는 어안 렌즈계의 전체 초점거리, Fno는 어안 렌즈계의 F-수, L은 상기 제1 렌즈군의 가장 물체측에 배치된 면으로부터 상기 제2 렌즈군의 가장 상면측에 배치된 면까지의 거리를 나타낸다.