KR101854547B1 - 촬상 렌즈 광학계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 촬상 렌즈 광학계에 관한 것으로, 촬상 렌즈 광학계는 물체측으로부터 순서대로, 정(+)의 굴절력을 가지며, 물체측면이 볼록하게 형성된 매니스커스(meniscus) 렌즈로 이루어진 제1렌즈; 부(-)의 굴절력을 가지며, 상기 제1렌즈를 통해 입사되는 광을 조리개로 집광해주는 첫번째렌즈와 두번째렌즈를 접합하여 구현된 제2렌즈; 부(-)의 굴절력을 가지며, 첫번째렌즈와 두번째렌즈로 이루어진 복합렌즈로 이루어진 제3렌즈; 정(+)의 굴절력을 가지는 제4렌즈; 정(+)의 굴절력을 가지며 볼록렌즈로 구성된 제5렌즈; 및 부(-)의 굴절력을 가지며 오목렌즈로 이루어진 제6렌즈;를 포함한다.

Description

촬상 렌즈 광학계{Imaging lens optical system}

본 발명은 촬상 렌즈 광학계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 6매의 렌즈로 렌즈 광학계를 구성하여 수차 보정이 가능하고 광특성을 향상시킬 수 있는 촬상 렌즈 광학계를 제공하는 데 있다.

차량용 블랙박스는 교통 사고 발생 시 사고 원인을 규명하기 위해 증거를 확보하기 차량의 전방 및 주변 영상을 촬영하여 기록한다.

자동차 보급이 증가하고 교통이 복잡해짐에 따라 교통 사고 발생수도 증가하고 있어, 차량용 블랙박스의 보급도 증가되고 있다.

즉, 차량용 블랙박스는, 차량의 정지 또는 운행시에 차량 내부 또는 주변을 영상으로 촬영하여 저장함으로써, 사고가 발생한 경우 경찰서 또는 보험사 등이 단말기에 저장이 된 영상을 분석하여 사고 발생의 원인을 파악하는 용도로 적용하고 있다.

한편, 차량용 블랙박스를 위한 카메라는 차량에 설치되는 바, 카메라의 렌즈 성능에 따라 카메라 특성이 다르게 되어, 이러한 카메라 렌즈의 개발과 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.

한국 등록특허공보 제10-1650810호(특허문헌 1)에는 하나의 어안 렌즈를 이용하여 반구형 영상(hemispheric image)을 생성하는 카메라 모듈; 및 상기 반구형 영상으로부터 렌더링된 파노라마 영상(panoramic image)을 생성하는 이미지 신호 프로세서를 포함하고, 상기 이미지 신호 프로세서는, 관심 영역(region of interest(ROI)) 선택 신호에 응답하여 상기 반구형 영상으로부터 ROI를 추출하는 ROI 추출 모듈; 및 추출된 ROI를 렌더링하고, 상기 렌더링된 파노라마 영상을 생성하는 영상 처리 모듈을 포함하고, 상기 영상 처리 모듈은, 상기 추출된 ROI의 원주 방향을 상기 렌더링된 파노라마 영상의 가로 방향으로 변환하고, 상기 추출된 ROI의 방사 방향을 상기 렌더링된 파노라마 영상의 세로 방향으로 변환하고, 상기 추출된 ROI의 세로 해상도, 최대 고도와 최소 고도의 차이, 및 기준 고도에 기초하여, 상기 렌더링된 파노라마 영상의 세로 방향의 해상도를 결정하는 차량용 블랙 박스가 개시되어 있어, 하나의 어안 렌즈로부터 출력된 반구형 영상으로부터 렌더링된 파노라마 영상을 생성할 수 있는 장점이 있다.

이러한 한국 등록특허공보 제10-1650810호에서는 카메라 모듈은 광학적 영상을 이미지 센서로 전달할 수 있는 렌즈로 사용되는 광각 렌즈 또는 어안 렌즈가 개시되어 있으나, 렌즈의 구조에 대하여 구체적으로 개시되어 있지 않아 수차 보정과 해상도 향상된 렌즈 광학계를 구현할 수 없는 단점이 있다.

: 한국 등록특허공보 제10-1650810호

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 블랙박스에 설치되는 카메라모듈에 적용될 수 있는 촬상 렌즈 광학계를 제공하는데 있다.

상술된 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 의한 촬상 렌즈 광학계는, 물체측으로부터 순서대로,

정(+)의 굴절력을 가지며, 물체측면이 볼록하게 형성된 매니스커스(meniscus) 렌즈로 이루어진 제1렌즈;

부(-)의 굴절력을 가지며, 상기 제1렌즈를 통해 입사되는 광을 조리개로 집광해주는 첫번째렌즈와 두번째렌즈를 접합하여 구현된 제2렌즈;

부(-)의 굴절력을 가지며, 첫번째렌즈와 두번째렌즈로 이루어진 복합렌즈로 이루어진 제3렌즈;

정(+)의 굴절력을 가지는 제4렌즈;

정(+)의 굴절력을 가지며 볼록렌즈로 구성된 제5렌즈; 및

부(-)의 굴절력을 가지며 오목렌즈로 이루어진 제6렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 Vd21이 접합된 상기 제2렌즈의 첫번째렌즈의 아베수이고, Vd22가 접합된 상기 제2렌즈의 두번째렌즈의 아베수일 때,

65 ＜ Vd21 + Vd22 ＜ 80, 및 15 ＜ Vd21 - Vd22 ＜ 25의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 Vd31이 상기 제3렌즈의 첫번째렌즈의 아베수이고, Vd32가 상기 제3렌즈의 두번째렌즈의 아베수일 때,

90 ＜ Vd31 + Vd32 ＜ 100, 및 25 ＜ Vd32 - Vd31 ＜ 35의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명은 DFOV가 촬상 렌즈 광학계의 대각 화각(diagonal field of view)일 때,

30°＜ DFOV ＜ 40°의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

게다가, 본 발명은 Nd가 제1렌즈 및 제4 내지 제6렌즈의 굴절률일 때,

1.5 ＜ Nd ＜ 1.9의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 f1이 제1렌즈의 초점거리이고, f4,f5가 제4 및 제5렌즈의 초점거리일 때,

180 ＜ f1 ＜ 210, 및 50 ＜ f4,f5 ＜ 90의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 f2가 제2렌즈의 초점거리이고, f3가 제3렌즈의 초점거리일 때,

-300 ＜ f2 ＜ -250, 및 -250 ＜ f3 ＜ -200의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 비점수차 및 색수차의 보정이 가능하고 광특성을 향상시킬 수 있는 협각의 촬상렌즈 광학계를 구현할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 의하면, 6매의 렌즈로 촬상렌즈 광학계를 구성하여 야간에도 입사광량을 증가시켜 피사체 영상의 해상도를 높일 수 있는 잇점도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 촬상 렌즈 광학계의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 촬상 렌즈 광학계의 제2실시예의 렌즈 데이터이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 촬상 렌즈 광학계의 구성도이다.

도 1의 촬상 렌즈 광학계는 광축을 중심으로 하여 렌즈를 순차적으로 배치한 것으로, 렌즈의 두께, 크기, 형상은 설명을 위해 다소 과장되게 도시되었으며, 이 형상에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 촬상 렌즈 광학계는 물체측으로부터 순서대로 제1렌즈(100), 제2렌즈(200), 제3렌즈(300), 제4렌즈(400), 제5렌즈(500), 제6렌즈(600) 및 필터(700)가 배치되어 구성된다.

즉, 촬상 렌즈 광학계는 피사체와 이미지센서(800) 사이에 제1 내지 제6렌즈(100,200,300,400,500,600) 및 필터(700)가 순차로 배열되며, 피사체의 광은 제1렌즈(100), 제2렌즈(200), 조리개(250), 제3렌즈(300), 제4렌즈(400), 제5렌즈(500), 제6렌즈(600) 및 필터(700)를 통과하여 이미지센서(800)로 입사된다.

이미지센서(800)는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)이다.

이하에서 각 렌즈의 구성을 설명함에 있어, "물체측면"이라 함은 광축을 기준으로 하여 물체측을 향하는 렌즈면을 의미하며, "상측면"이라 함은 광축을 기준으로 하여 촬상면을 향하는 렌즈면(즉, 이미지 센서에 향한 렌즈의 면)을 의미한다.

제1렌즈(100)는 정(+)의 굴절력을 가지며, 물체측면이 볼록하게 형성된 매니스커스(meniscus) 렌즈로 이루어진다.

제2렌즈(200)는 부(-)의 굴절력을 가지며, 제1렌즈(100)를 통해 입사되는 광을 조리개(250)로 집광해주는 볼록렌즈 2매를 접합하여 구현된다.

이와 같이, 제2렌즈(200)는 접합 렌즈를 통해 색수차를 보정하며, 수차 발생을 감소시킬 수 있도록 한다.

제2렌즈(200)를 접합 렌즈로 구성할 때, 물체측면이 볼록하고 상측면이 오목한 렌즈들(211,212)로 접합하는 것이 바람직하다.

즉, 제2렌즈(200)의 첫번째렌즈(211)의 오목한 면에 제2렌즈(200)의 두번째렌즈(212)의 볼록한 면이 삽입되어 접착되는 것이다.

그리고, 본 발명에서는 제2렌즈(200)의 첫번째렌즈(211)의 아베수는 제2렌즈(200)의 두번째렌즈(212)의 아베수보다 큰 것을 특징으로 한다.

(수학식 1)

65 ＜ Vd21 + Vd22 ＜ 80

(수학식 2)

15 ＜ Vd21 - Vd22 ＜ 25

여기서, Vd21는 접합된 제2렌즈(200)의 첫번째렌즈(211)의 아베수이고,

Vd22는 접합된 제2렌즈(200)의 두번째렌즈(212)의 아베수이다.

수학식 1 및 2는 접합되는 제2렌즈(200)의 첫번째렌즈(211) 및 두번째렌즈(212)의 아베수와 관련된 조건으로, 촬상 렌즈 광학계는 수학식 1 및 2의 조건을 만족하여 구성된다.

제2렌즈(200)는 수학식 1 및 2의 조건을 만족하는 첫번째렌즈(211) 및 두번째렌즈(212)를 접합하여 구현함으로써, 입사되는 광의 굴절을 최적화하여 색수차를 보정할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에서는 제2렌즈(200)의 첫번째렌즈(211) 및 두번째렌즈(212) 중 어느 하나의 렌즈가 다른 하나의 렌즈보다 광분산이 큰 렌즈로 구현할 수 있다.

예컨대, 제2렌즈(200)의 첫번째렌즈(211)의 광분산력을 크게, 두번째렌즈(212)의 광분산력을 상대적으로 작게 설계하는 것이다.

제3렌즈(300)는 부(-)의 굴절력을 가지며, 볼록렌즈(301)와 오목렌즈(302)로 이루어진 복합렌즈로, 색수차를 보정하면서 조리개(250)를 통과한 광을 발산시키는 기능을 수행한다.

본 발명에서는, 제3렌즈(300)의 복합렌즈 구조에서 첫번째렌즈는 오목렌즈(301)로 구성하고, 두번째렌즈는 볼록렌즈(302)로 구성할 수 있다.

이런 복합렌즈는 예컨대, 첫번째렌즈와 두번째렌즈의 접합렌즈로 구현할 수 있다.

(수학식 3)

90 ＜ Vd31 + Vd32 ＜ 100

(수학식 4)

25 ＜ Vd32 - Vd31 ＜ 35

여기서, Vd31는 복합렌즈 구조로된 제3렌즈(300)의 첫번째렌즈의 아베수이고,

Vd32는 복합렌즈 구조로된 제3렌즈(300)의 두번째렌즈의 아베수이다.

상술된 수학식 3 및 4는 복합렌즈 구조로 구현된 제3렌즈(300)의 첫번째렌즈 및 두번째렌즈의 아베수와 관련된 조건으로, 촬상 렌즈 광학계는 수학식 3 및 4의 조건을 만족하여 구성된다.

이와 같이, 제3렌즈(300)는 수학식 3 및 4의 조건을 만족하는 첫번째렌즈 및 두번째렌즈의 복합렌즈로 구성하여, 입사되는 광의 발산을 최적화하여 색수차를 보정할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 제2렌즈(200) 및 제3렌즈(300)를 구현하는 각각의 2매의 렌즈 중, 하나의 렌즈의 아베수가 40 이상인 경우, 다른 하나의 렌즈의 아베수는 40 이하로 설계할 수 있다.

제4렌즈(400)는 정(+)의 굴절력을 가지며, 렌즈의 상측면을 통과하는 광의 비점수차를 보정하며 주변필드를 제어하는 렌즈이다.

즉, 제4렌즈(400)는 통과하는 광을 평행하게 하면서 모으므로써, 광선제어부의 기능을 수행한다.

제5렌즈(500)는 정(+)의 굴절력을 가지며 볼록렌즈로 구성하고, 제6렌즈(600)는 부(-)의 굴절력을 가지며 오목렌즈로 구성한다.

제5 및 제6렌즈(500,600)는 입사된 광을 비점수차로 보정하고, 이미지 센서에 초점을 형성하게 한다.

(수학식 5)

30°＜ DFOV ＜ 40°

여기서, DFOV는 촬상 렌즈 광학계의 대각 화각(diagonal field of view)으로, 촬상 렌즈 광학계의 최대 상고(maximum image height)에 대응하는 화각(angle of view)을 의미한다.

(수학식 6)

1.5 ＜ Nd ＜ 1.9

여기서, Nd는 제1렌즈(100) 및 제4 내지 제6렌즈(400,500,600)의 굴절률이다.

(수학식 7)

180 ＜ f1 ＜ 210

(수학식 8)

-300 ＜ f2 ＜ -250

(수학식 9)

-250 ＜ f3 ＜ -200

(수학식 10)

50 ＜ f4,f5 ＜ 90

수학식 7 내지 8에서, f1,f2,f3,f4,f5는 제1 내지 제5렌즈(100,200,300,400,500)의 초점거리이다.

＜실시예＞

표 1은 상술한 조건식에 부합되는 본 발명에 따른 촬상 렌즈 광학계의 제1실시예를 나타낸다.

렌즈	Nd	Vd	Focal length
제1렌즈	1.834805	42.7218	209.792728
제2렌즈	1.804200/1.717360	46.5025/29.5005	-275.732764
제3렌즈	1.647690/1.617998	33.8406/63.3959	-211.739136
제4렌즈	1.717000	47.9811	73.896393
제5렌즈	1.717000	47.9811	86.403005
제6렌즈	1.548140	45.8207	-77.028382

표 1을 참조하면, 제2렌즈(200)는 2매의 렌즈가 접합된 렌즈로, 제2렌즈(200)의 첫번째렌즈(211) 아베수(Vd21)는 46.5025이고, 제2렌즈(200)의 두번째렌즈(212) 아베수(Vd22)는 29.5005이다.

그러므로, 제2렌즈(200)의 첫번째렌즈(211) 아베수(Vd21) 및 제2렌즈(200)의 두번째렌즈(212) 아베수(Vd22)의 합(sum)은 76.003이므로, 상술된 수학식 1의 "65 ＜ Vd21 + Vd22 ＜ 80"의 조건에 만족한다.

또한, 제2렌즈(200)의 첫번째렌즈(211) 아베수(Vd21)에서 제2렌즈(200)의 두번째렌즈(212) 아베수(Vd22)의 차(subtraction)는 17.002으로, 수학식 2의 "15 ＜ Vd21 - Vd22 ＜ 25"의 조건에 부합된다.

아울러, 제3렌즈(300)의 첫번째렌즈 및 두번째렌즈의 복합렌즈 구조로 구현되고, 표 1에서 제3렌즈(300)의 첫번째렌즈의 아베수(Vd31)는 33.8406이고, 제3렌즈(300)의 두번째렌즈의 아베수(Vd32)는 63.3959이다.

따라서, 제3렌즈(300)의 첫번째렌즈의 아베수(Vd31)와 제3렌즈(300)의 두번째렌즈의 아베수(Vd32)의 합은 97.2365로 계산되어 수학식 3의 "90 ＜ Vd31 + Vd32 ＜ 100"의 조건에 만족한다.

게다가, 제3렌즈(300)의 두번째렌즈의 아베수(Vd32)에서 제3렌즈(300)의 첫번째렌즈의 아베수(Vd31)의 차는 29.5553이므로, 전술된 수학식 4의 "25 ＜ Vd32 - Vd31 ＜ 35"의 조건에 만족함을 알 수 있다.

또한, 제1렌즈(100)의 굴절률은 1.834805이고, 제4렌즈(400) 및 제5렌즈(500)의 굴절률은 1.717000이며, 제6렌즈(600)의 굴절률은 1.548140으로, 수학식 6의 "1.5 ＜ Nd ＜ 1.9"에 부합됨을 알 수 있다.

그리고, 제1렌즈(100)의 초점거리는 209.792728으로, 수학식 7의 "180 ＜ f1 ＜ 210"을 만족한다.

또, 제2렌즈(200)의 초점거리는 -275.732764이므로, 수학식 8의 "-300 ＜ f2 ＜ -250"에 부합된다.

또한, 제3렌즈(300)의 초점거리는 -211.739136으로, 수학식 9의 "-250 ＜ f3 ＜ -200"을 만족함을 알 수 있다.

아울러, 제4 및 제5렌즈(400,500)의 초점거리는 47.9811으로, 수학식 10의 "50 ＜ f4,f5 ＜ 90"에 부합됨을 알 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 촬상 렌즈 광학계의 제2실시예의 렌즈 데이터이다.

도 2에서 '1~19'는 면 번호이고, 'RDY'는 곡률반경, 'THI'는 두께, 'GLA Nd'는 렌즈의 굴절률, 'GLA Vd'는 렌즈의 아베수이다.

본 발명에 채용된 제1 내지 제6렌즈(100,200,300,400,500,600)는 글래스 렌즈를 사용하는 것이 바람직하다.

상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 촬상 렌즈 광학계는 블랙박스에 설치되는 카메라모듈에 적용되는 것이 바람직하나, 기타의 촬상 장치에도 적용될 수 있다.

그리고, 본 발명에서는 비점수차 및 색수차의 보정이 가능하고 광특성을 향상시킬 수 있는 협각의 촬상렌즈 광학계를 구현할 수 있으며, 6매의 렌즈로 촬상렌즈 광학계를 구성하여 야간에도 입사광량을 증가시켜 피사체 영상의 해상도를 높일 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

100: 제1렌즈 200: 제2렌즈
300: 제3렌즈 400: 제4렌즈
500: 제5렌즈 600: 제6렌즈
700: 필터 800: 이미지 센서

Claims (7)

1. 물체측으로부터 순서대로,
   정(+)의 굴절력을 가지며, 물체측면이 볼록하게 형성된 매니스커스(meniscus) 렌즈로 이루어진 제1렌즈;
   부(-)의 굴절력을 가지며, 상기 제1렌즈를 통해 입사되는 광을 조리개로 집광해주는 첫번째렌즈와 두번째렌즈를 접합하여 구현된 제2렌즈;
   부(-)의 굴절력을 가지며, 첫번째렌즈와 두번째렌즈로 이루어진 복합렌즈로 이루어진 제3렌즈;
   정(+)의 굴절력을 가지는 제4렌즈;
   정(+)의 굴절력을 가지며 볼록렌즈로 구성된 제5렌즈; 및
   부(-)의 굴절력을 가지며 오목렌즈로 이루어진 제6렌즈;를 포함하며,
   DFOV가 촬상 렌즈 광학계의 대각 화각(diagonal field of view)일 때,
   30°＜ DFOV ＜ 40°의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈 광학계.
2. 제1항에 있어서,
   Vd21이 접합된 상기 제2렌즈의 첫번째렌즈의 아베수이고, Vd22가 접합된 상기 제2렌즈의 두번째렌즈의 아베수일 때,
   65 ＜ Vd21 + Vd22 ＜ 80, 및 15 ＜ Vd21 - Vd22 ＜ 25의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈 광학계.
3. 제1항에 있어서,
   Vd31이 상기 제3렌즈의 첫번째렌즈의 아베수이고, Vd32가 상기 제3렌즈의 두번째렌즈의 아베수일 때,
   90 ＜ Vd31 + Vd32 ＜ 100, 및 25 ＜ Vd32 - Vd31 ＜ 35의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈 광학계.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   Nd가 제1렌즈 및 제4 내지 제6렌즈의 굴절률일 때,
   1.5 ＜ Nd ＜ 1.9의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈 광학계.
6. 제1항에 있어서,
   f1이 제1렌즈의 초점거리이고, f4,f5가 제4 및 제5렌즈의 초점거리일 때,
   180 ＜ f1 ＜ 210, 및 50 ＜ f4,f5 ＜ 90의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈 광학계.
7. 제1항에 있어서,
   f2가 제2렌즈의 초점거리이고, f3가 제3렌즈의 초점거리일 때,
   -300 ＜ f2 ＜ -250, 및 -250 ＜ f3 ＜ -200의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈 광학계.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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