KR101869965B1 - 렌즈 광학계 및 촬상 장치 - Google Patents

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Abstract

렌즈 광학계 및 이를 포함하는 촬상 장치에 대하여 개시한다. 렌즈 광학계는 물체측으로부터 상면측으로 순차로 배열된 부, 부, 정, 정, 부, 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈 내지 제6 렌즈를 포함한다. 상기 렌즈 광학계는 조건식 0.15 < (L1toL2)/OAL < 0.4 을 만족할 수 있다. 여기서, L1toL2(단위:mm)는 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제2 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, OAL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제6 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타낸다.

Description

렌즈 광학계 및 촬상 장치{Lens optical system and Imaging Device}
본 개시는 렌즈광학계 및 촬상 장치에 관한 것이다.
최근, 씨모스 이미지센서(complementary metal oxide semiconductor image sensor)(CMOS 이미지센서) 및 전하 결합 소자(charge coupled device)(CCD)와 같은 고체 촬상 소자를 이용한 카메라의 보급 및 사용 분야가 급속도로 확대되고 있다. 예를 들어, 자동차 분야에서 전방 감시 기능, 후방 감시 기능, 차선 인식, 자율 주행 등 다양한 목적을 위한 카메라 및 광학계가 요구되고 있다. 또한, 드론(drone)이나 레저 스포츠용 캠코더와 같은 다양한 액션캠(action cam)이 개발되고 있다. 또한, 지문 인식 장치에서도 렌즈 광학계 및 고체 촬상 장치가 활용되고 있다. 지문 인식 장치는 출입 제어, 전자상거래, 금융 거래, 개인용 컴퓨터의 보안 및 사무적 결재체계 등과 같이 인증이 필요한 다양한 분야에서 활용됨에 따라 이와 관련된 촬상 장치 및 광학계에 관한 연구가 진행되고 있다.
본 개시는 초근접 촬영이 가능하면서도 광각(초광각) 촬영이 가능한 렌즈 광학계 및 촬상 장치를 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 렌즈 광학계는 물체 측으로부터 상면 측으로 순차로 배열된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈 및 제 6 렌즈를 구비하고, 상기 제1 렌즈는 부의 굴절력을 갖고 상면측에 대하여 오목한 출사면을 가지며, 상기 제2 렌즈는 부의 굴절력을 갖고 상면측에 대하여 오목한 출사면을 가지며, 상기 제3 렌즈는 정의 굴절력을 갖고 물체측에 대하여 볼록한 입사면을 가지며, 상기 제4 렌즈는 정의 굴절력을 갖고 상면측에 대하여 볼록한 출사면을 가지며, 상기 제5 렌즈는 부의 굴절력을 갖고 물체측에 대하여 오목한 입사면을 가지며, 상기 제6 렌즈는 정의 굴절력을 갖고 물체측에 대하여 볼록한 입사면을 가지고, 아래의 조건식을 모두 만족할 수 있다.
조건식(1) : 0.15 < (L1toL2)/OAL < 0.4
조건식(2) : 80°< FOV < 160°
여기서, L1toL2(단위:mm)는 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제2 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, OAL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제6 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, FOV는 상기 렌즈 광학계의 화각을 나타낸다.
상기 렌즈 광학계는 다음의 조건을 만족할 수 있다.
조건식(3) : 5 < OtoS / IH < 20
여기서, OtoS(단위:mm)는 물체에서 상면까지의 거리를 나타내며, IH(단위:mm)는 유효경의 상고를 나타낸다.
상기 제4 렌즈와 제5 렌즈는 상호 접합하여 하나의 접합 렌즈를 구성하고, 다음의 조건을 만족할 수 있다.
조건식(4) : 0 ≤ TL4L5 ≤ 0.03
여기서, TL4L5(단위:mm)는 제4 렌즈의 출사면의 중심과 제5 렌즈의 입사면의 중심간의 거리를 나타낸다.
상기 접합 렌즈는 정의 굴절력을 가질 수 있다.
상기 제6 렌즈의 입사면과 출사면 중 적어도 하나는 비구면일 수 있다.
상기 제1 렌즈 또는 제2 렌즈 중 적어도 하나는 비구면 렌즈일 수 있다
상기 제1 렌즈 또는 제2 렌즈 중 적어도 하나는 물체측에 대하여 볼록한 입사면을 가질 수 있다.
상기 제3 렌즈와 상기 제4 렌즈 사이에 구비된 조리개를 더 포함할 수 있다.
상기 제6 렌즈에서부터 상면 측으로 구비된 적외선 차단 필터를 더 포함 할 수 있다.
상기 제1 내지 제6 렌즈는 글라스 렌즈일 수 있다.
다른 실시예에 따른 렌즈 광학계는 물체 측으로부터 상면 측으로 순차로 배열된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈 및 제 6 렌즈를 구비하고, 상기 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈 및 제 6 렌즈는 각각, 부, 부, 정, 정, 부, 정의 굴절력을 가지며, 상기 제1 렌즈는 상면측에 대하여 오목한 출사면을 가지는 렌즈이고, 상기 제2 렌즈는 상면측에 대하여 오목한 출사면을 가지는 렌즈이고, 상기 제3 렌즈는 물체측에 대하여 볼록한 입사면을 가지는 구면 렌즈이고, 상기 제4 렌즈와 제5 렌즈는 상호 접합하여 하나의 접합 렌즈를 구성하고, 상기 접합 렌즈는 정의 굴절력을 가지고, 상기 제6 렌즈는 물체측에 대하여 볼록한 입사면을 가질 수 있다.
상기 렌즈 광학계는 다음의 조건식을 만족할 수 있다.
조건식(1) : 0.15 < (L1toL2)/OAL < 0.4
여기서, L1toL2(단위:mm)는 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제2 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, OAL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제6 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타낸다.
상기 렌즈 광학계는 다음의 조건식을 만족할 수 있다.
다음의 조건식을 만족하는 렌즈 광학계.
조건식(2) : 80°< FOV < 160°
여기서, FOV는 상기 렌즈 광학계의 화각을 나타낸다.
상기 렌즈 광학계는 다음의 조건식을 만족할 수 있다.
다음의 조건식을 만족하는 렌즈 광학계.
조건식(3) : 5 < OtoS / IH < 20
여기서, OtoS(단위:mm)는 물체에서 상면까지의 거리를 나타내며, IH(단위:mm)는 유효경의 상고를 나타낸다.
상기 렌즈 광학계는 다음의 조건식을 만족할 수 있다.
다음의 조건식을 만족하는 렌즈 광학계.
조건식(4) : 0 ≤ TL4L5 ≤ 0.03
여기서, TL4L5(단위:mm)는 제4 렌즈의 출사면의 중심과 제5 렌즈의 입사면의 중심간의 거리를 나타낸다.
상기 제1 렌즈 또는 제2 렌즈 중 적어도 하나는 비구면 렌즈일 수 있다.
상기 제1 렌즈 또는 제2 렌즈 중 적어도 하나는 물체측에 대하여 볼록한 입사면을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제6 렌즈는 글라스 렌즈 일 수 있다.
일 실시예에 따른 촬상 장치는 상기 실시예에 따른 렌즈 광학계와,
상기 렌즈 광학계에 의해 결상된 상을 촬상하는 고체 촬상 소자를 포함할 수 있다.
본 개시에 따른 렌즈 광학계 및 촬상장치는 초근접 촬영이 가능하면서도 광각(초광각)의 화각을 가지는 렌즈 광학계를 구현할 수 있다.
또한, 본 개시에 따른 렌즈 광학계 및 촬상장치는 고신뢰성을 가지면서 고성능/고해상도를 용이하게 확보할 수 있는 렌즈 광학계를 구현할 수 있다.
또한 본 개시에 따른 렌즈 광학계 및 촬상장치는 각종 수차를 용이하게(양호하게) 보정할 수 있으므로, 카메라의 고성능화 및 소형화/경량화에 유리할 수 있다. 특히, 상기 제1 내지 제6 렌즈 중 적어도 하나에 비구면 글라스(glass) 렌즈를 적용함으로써, 고신뢰성을 확보함과 동시에 우수한 성능을 용이하게 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌즈 광학계의 주요 구성요소의 배치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 렌즈 광학계의 주요 구성요소의 배치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 렌즈 광학계의 주요 구성요소의 배치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 렌즈광학계의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수치도이다.
도 5는 제 2 실시예에 따른 렌즈광학계의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수치도이다.
도 6는 제 3 실시예에 따른 렌즈광학계의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수치도이다.
도 7은 본 발명에 따른 렌즈광학계를 포함하는 촬상 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
이하, 이하, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 광학계 및 촬상장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한(혹은, 유사한) 구성요소들을 나타낸다.
이하의 설명에서, “상면(image plane)”이라고 기재된 표현은 렌즈 광학계를 지나 상이 맺히는 면을 나타내는 것으로, “상면측(image plane side)”은 이미지 센서 등의 촬상 소자등이 위치하는 방향을 나타낼 수 있다. 렌즈 광학계를 기준으로 “물체측(object side)”과 “상면측”은 서로 반대 방향을 의미할 수 있다. 또한, 렌즈의 두 양면 중 물체측에 있는 면을 입사면이라고 하고, 상면측에 있는 면을 출사면이라고 할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 각각 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 렌즈 광학계를 보여준다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈 광학계는 물체(object)(OBJ)와 물체(OBJ)의 상이 맺히는 상면(image plane)(IP) 사이에 물체(OBJ) 측으로부터 순차로 배열된 제1 렌즈(I), 제2 렌즈(Ⅱ), 제3 렌즈(Ⅲ), 제4 렌즈(Ⅳ), 제5 렌즈(Ⅴ) 및 제6 렌즈(Ⅵ)를 구비한다.
제1 렌즈(I)는 부(negative)의 굴절력을 가질 수 있다. 제1 렌즈(I)의 입사면(1)은 물체(OBJ) 측에 대하여 볼록할 수 있다. 제1 렌즈(I)의 출사면(2)는 상면(IP) 측에 대하여 오목할 수 있다. 예를 들어, 제1 렌즈(I)는 물체(OBJ) 측으로 볼록한 메니스커스(meniscus) 렌즈일 수 있다. 제1 렌즈(I)는 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈일 수 있다. 도 1에 도시된 제1렌즈(I)는 구면 렌즈일 수 있다. 또는, 도 2 및 도 3에 도시된 제1 렌즈(I)는 적어도 하나의 비구면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 렌즈(I)의 입사면(1*)과 출사면(2*)은 비구면일 수 있다.
제2 렌즈(Ⅱ)는 부의 굴절력을 가질 수 있다. 제2 렌즈(Ⅱ)의 입사면(3*)은 물체(OBJ) 측으로 볼록할 수 있고, 제2 렌즈(Ⅱ)의 출사면(4*)은 상면(IP) 측으로 오목할 수 있다. 예를 들어, 제2 렌즈(Ⅱ)는 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈일 수 있다. 도 1에 도시된 제2 렌즈(Ⅱ)는 적어도 하나의 비구면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 렌즈(Ⅱ)의 입사면(3*)과 출사면(4*)은 비구면일 수 있다. 또는, 도 2 및 도 3 에 도시된 제2 렌즈(Ⅱ)는 구면 렌즈일 수 있다. 예를 들어, 제2 렌즈(Ⅱ)의 입사면(3)과 출사면(4)은 구면일 수 있다.
제2 렌즈(Ⅱ)는 물체(OBJ) 측으로 볼록한 메니스커스 렌즈일 수 있다. 제1 내지 제2 렌즈(I∼Ⅱ) 중 적어도 하나는 비구면 렌즈일 수 있다. 다시 말해, 제1 내지 제2 렌즈(I∼Ⅱ) 중 적어도 어느 한 렌즈의 입사면(1*, 3*)과 출사면(2*, 4*)은 비구면일 수 있다.
제3 렌즈(Ⅲ)는 정(positive)의 굴절력을 가질 수 있고, 물체(OBJ) 측으로 볼록한 입사면(5)을 가질 수 있다. 제3 렌즈(Ⅲ)의 출사면(6)은 상면(IP) 측으로 볼록하거나 또는 오목할 수 있다. 예를 들어, 제3 렌즈(Ⅲ)는 양면(즉, 입사면(5)과 출사면(6))이 모두 볼록한 양볼록 렌즈이거나, 또는, 물체(OBJ) 측으로 볼록한 메니스커스 렌즈일 수 있다.
제4 렌즈(Ⅳ)는 정의 굴절력을 가질 수 있고, 상면(IP) 측으로 볼록한 출사면(9)을 가질 수 있다. 제4 렌즈(Ⅳ)의 입사면(8)은 물체(OBJ) 측으로 볼록할 수 있다. 예를 들어, 제4렌즈(Ⅳ)는 양면(즉, 입사면(8) 출사면(9)) 모두 볼록한 렌즈, 즉, 양볼록 렌즈일 수 있다.
제5 렌즈(Ⅴ)는 부의 굴절력을 가질 수 있다. 제5 렌즈(Ⅴ)는 물체(OBJ) 측으로 오목한 입사면(10)을 가질 수 있다. 제5 렌즈(V)는 상면(IP) 측으로 오목한 출사면(11)을 가질 수 있다. 예를 들어, 제5 렌즈(V)는 양면(즉, 입사면(10) 출사면(11))이 모두 오목한 렌즈, 즉, 양오목 렌즈일 수 있다.
제4 렌즈(Ⅳ)와 제5 렌즈(Ⅴ)는 상호 접합하여 하나의 접합 렌즈(CL1)를 구성할 수 있다. 이 경우, 제4 렌즈(Ⅳ)와 제5 렌즈(Ⅴ) 사이의 간격은 0 이거나 0에 가까울 수 있다. 또한, 제4 렌즈(Ⅳ)의 출사면(9)과 제5 렌즈(Ⅴ)의 입사면(10)은 실질적으로 동일한 면(접합면)이거나 상호 매우 근접한 면일 수 있다. 제4 렌즈(Ⅳ)와 제5 렌즈(Ⅴ)로 구성된 접합 렌즈(CL1)는 정의 굴절력을 가질 수 있다. 접합 렌즈(CL1)는 본 실시예에 따른 렌즈 광학계의 수차를 감소시킬 수 있으며, 렌즈 광학계의 전장을 감소시킬 수 있다.
제6 렌즈(Ⅵ)는 정의 굴절력을 가질 수 있다. 제6 렌즈(Ⅵ)는 물체(OBJ)측으로 볼록한 형태의 입사면(12*)을 가질 수 있다. 제6 렌즈(Ⅵ)는 상면(IP)측으로 볼록한 형태의 출사면(13*)을 가질 수 있다. 예를 들어, 제6 렌즈(Ⅵ)는 양면(즉, 입사면(12*) 출사면(13*))이 모두 볼록한 렌즈, 즉, 양볼록 렌즈일 수 있다. 제6 렌즈(Ⅵ)는 비구면 렌즈 일 수 있다. 예를 들어, 입사면(12*), 출사면(13*) 중 적어도 하나는 비구면일 수 있다.
제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ) 는 글라스 렌즈 또는 플라스틱 렌즈일 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ) 중 적어도 하나는 글라스 렌즈일 수 있다. 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ) 중 적어도 하나는 비구면 렌즈 일 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ)는 비구면 글라스 렌즈일 수 있다. 이 경우, 몰딩(molding) 가능한 글라스 소재를 사용해서 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ)를 제작할 수 있다. 이와 같이, 비구면 글라스 렌즈를 사용하면, 글라스 렌즈의 고신뢰성 특성을 확보할 수 있고, 동시에 비구면에 의한 장점(성능 개선, 전장 축소, 소형화 등)을 실현할 수 있다.
예를 들어, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ) 중 적어도 하나는 플라스틱 렌즈일 수 있다. 플라스틱 렌즈는 가볍고, 제작이 용이할 수 있다.
제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ) 중에서 제1 렌즈(I)의 외경이 가장 클 수 있고, 제4 렌즈(Ⅳ)의 외경이 가장 작을 수 있다. 제4 렌즈(Ⅳ)에서 제5 렌즈(Ⅴ), 제6 렌즈(Ⅵ)로 갈수록 외경이 점차 커질 수 있다. 제2 렌즈(Ⅱ)의 외경은 제1 렌즈(I)보다는 작을 수 있고, 제3 렌즈(Ⅲ)보다는 클 수 있다.
물체(OBJ)와 상면(IP) 사이에 조리개(ST) 및 적외선 차단 수단(Ⅶ)이 더 구비될 수 있다. 조리개(ST)는 제3 렌즈(Ⅲ)와 제4 렌즈(Ⅳ) 사이에 구비될 수 있다. 적외선 차단 수단(Ⅶ)은 제6 렌즈(Ⅵ)와 상면(IP) 사이에 구비될 수 있다. 적외선 차단 수단(Ⅵ)은 적외선 차단 필터일 수 있다. 경우에 따라, 조리개(ST)와 적외선 차단 수단(Ⅵ)의 위치는 달라질 수 있다.
상기한 구성을 가지는 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈 광학계는 다음의 조건식(1) 내지 조건식(4) 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.
조건식(1) : 0.15 < (L1toL2)/OAL < 0.4
여기서, L1toL2(단위:mm)는 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제2 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타낸다. OAL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제6 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타낸다.
조건식(1)은 제1 렌즈(I), 제2 렌즈(Ⅱ)의 두께 대비 렌즈 광학계 전체의 두께에 관한 한정이다. 조건식(1)을 만족한다는 것은, 본 실시예에 따른 렌즈 광학계가 초근접 촬영이 가능하고, 넓은 화각(광각/초광각)을 갖는다는 것을 의미한다.
본 실시예에 따른 렌즈 광학계는 하기와 같이 조건식 (1')의 관계를 만족할 수 있다.
조건식(1') : 0.2 < (L1toL2)/OAL < 0.3
본 실시예에 따른 렌즈 광학계는 다음과 같은 조건식(2), 조건식(3) 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.
조건식(2) : 80°< FOV < 160°
여기서, FOV는 상기 렌즈 광학계의 화각을 나타낸다.
조건식(3) : 5 < OtoS / IH < 20
여기서, OtoS(단위:mm)는 물체(OBJ)에서 상면(IP)까지의 거리를 나타내며, IH(단위:mm)는 유효경의 상고를 나타낸다.
상기 OtoS는 광축을 따라 측정된 거리이다. 다시 말해, OtoS는 물체(OBJ)에서부터 렌즈 광학계의 중앙부를 통과하는 상면(IP)의 중앙부까지의 직선거리일 수 있다. 한편, 상기 IH는 상면(IP)에 맺히는 상의 구경을 나타내는 것으로, 상면(IP) 중심으로부터 상이 맺히는 가장자리까지의 거리를 의미한다.
본 실시예에 따른 렌즈 광학계는 하기와 같이 조건식 (2'), (3')의 관계를 만족할 수 있다.
조건식(2') : 100°< FOV < 120°
조건식(3') : 7 < OtoS / IH < 15
조건식(4)는 제4 렌즈(Ⅳ)와 제5 렌즈(Ⅴ)간의 거리에 대한 조건식이다.
조건식(4) : 0 ≤ TL4L5 ≤ 0.03
여기서, TL4L5 (단위:mm)는 제4 렌즈(Ⅳ)와 제5 렌즈(Ⅴ) 사이의 거리이다. TL4L5는 광축을 따라 측정된 거리이다. 즉, 제4 렌즈(Ⅳ)의 출사면(9)의 중앙부와 제5 렌즈(Ⅴ)의 입사면(10)의 중앙부 사이의 직선거리이다.
조건식(4)는 제4 렌즈(Ⅳ)와 제5 렌즈(Ⅴ)가 하나의 접합 렌즈(CL1)를 구성하거나 접합 렌즈(CL1)와 유사하게 근접하여 있음을 의미한다. 조건식(4)를 만족할 때, 본 실시예에 따른 렌즈 광학계의 수차가 감소되고 렌즈 광학계의 전장을 축소할 수 있다.
상기한 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 있어서, 조건식(1) 내지 조건식(4)의 값들은 아래의 표 1에 나타낸 바와 같다. 표 1에서 FOV(화각)의 단위는 °이고, TL4L5의 단위는 ㎜이다. 한편, 표 2는 표 1을 얻는데 필요한 변수들의 값을 정리한 것이다. 표 2에서 L1toL2, OAL, OtoS 및 IH 값들의 단위는 ㎜이다.
구분 수식 제1 실시예 제2 실시예 제3 실시예
조건식(1) 0.15 < (L1toL2)/OAL < 0.4 0.22 0.29 0.23
조건식(2) 80 < Fov < 160 115.85 117.19 106.67
조건식(3) 5 < OtoS/IH < 20 10.00 8.62 10.34
조건식(4) 0 ≤ TL4L5 ≤ 0.03 0.00 0.00 0.00
구분 제1 실시예 제2 실시예 제3 실시예
L1toL2 4.937 4.697 3.954
OAL 22.31 16.07 17.19
OtoS 60.00 50.00 60.00
IH 6.00 5.80 5.80
표 1 및 표 2를 참조하면, 상기 제1 내지 제3 실시예의 렌즈 광학계는 조건식(1) 내지 조건식(4)을 만족하는 것을 알 수 있다. 나아가, 상기 제1 내지 제3 실시예의 렌즈 광학계는 조건식(1') 내지 조건식(3')을 모두 만족하는 것을 알 수 있다.
한편, 상기한 구성을 가지는 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈 광학계에서 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ) 중 적어도 하나는 몰딩 가능한 글라스(glass) 소재로 제조할 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ)는 모두 몰딩 가능한 글라스 소재로 제조할 수 있다. 이 경우, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ)는 모두 글라스 렌즈일 수 있다. 이러한 글라스 렌즈를 사용할 경우, 플라스틱을 사용하는 경우보다 고신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 글라스 렌즈에 비구면을 적용할 수 있기 때문에, 비구면에 의한 다양한 효과, 예를 들어, 전장 축소, 컴팩트화, 수차 보정, 고성능화 등의 효과를 얻을 수 있다. 그러나 본원에서 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ)의 재질이 글라스로 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라서는, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ) 중 적어도 하나를 플라스틱으로 제조할 수도 있다.
이하, 렌즈 데이터 및 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.
아래의 표 3 내지 표 5는 각각 도 1 내지 도 3의 렌즈 광학계를 구성하는 각 렌즈에 대한 곡률반경(R), 렌즈 두께 또는 렌즈 사이의 거리(D), 굴절률(Nd) 및 아베수(Vd) 등을 나타낸다. Nd는 d선(d-line)을 이용하여 측정한 렌즈의 굴절률, Vd는 d선(d-line)에 대한 렌즈의 아베수를 나타낸 것이다. d선은 587 nm의 광선을 나타낸다. 렌즈면 번호에서 *는 해당 렌즈면이 비구면임을 나타낸다. R 값과 D 값의 단위는 ㎜이다.
R D Nd Vd
I 1 20.00000 1.30000 1.71300 53.83083
2 5.50000 2.13660
3* 79.00000 1.50000 1.76978 49.56915
4* 4.45000 2.58490
5 37.12000 2.70000 1.78472 25.75618
6 -11.25000 1.00000
ST Infinity 0.50000
8 10.00000 2.50000 1.69680 56.17389
9 -5.50000 0.00000
10 -5.50000 1.10000 1.78472 25.75618
11 18.00000 0.49250
12* 5.55000 2.40000 1.58853 61.11657
13* -4.89000 1.00000
14 Infinity 0.40000 1.51680 64.16641
15 Infinity 3.29125
IP Infinity 0.00000
R D Nd Vd
I 1* 78.52735 2.50000 1.58313 59.40501
2* 4.31245 1.64705
3 19.96500 0.55000 1.77250 49.62353
4 2.74300 1.60894
5 5.96500 3.00000 1.92286 20.88000
6 18.26700 0.30654
ST Infinity 0.52208
8 5.88300 2.30000 1.78590 43.93370
9 -2.80000 0.00000
10 -2.80000 0.57000 1.84666 23.78440
11 14.28900 0.10000
12* 5.46295 2.65041 1.80467 40.41109
13* -4.85498 1.50000
14 Infinity 0.40000 1.51680 64.16641
15 Infinity 1.79178
IP Infinity -0.00772
R D Nd Vd
I 1* 74.26035 2.00000 1.51470 63.88338
2* 4.70781 1.35389
3 9.27100 0.60000 1.77250 49.62353
4 2.96000 3.16418
5 7.09500 2.50000 1.84666 23.78440
6 42.46900 0.13668
ST Infinity 1.18506
8 8.95300 2.48000 1.83500 42.98355
9 -2.81000 0.00000
10 -2.81000 0.99000 1.84666 23.78440
11 15.98300 0.10000
12* 6.48814 2.37314 1.80467 40.41109
13* -7.52088 1.38751
14 Infinity 0.40000 1.51680 64.16641
15 Infinity 2.35701
IP Infinity -0.01177
한편, 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 렌즈 광학계의 F-넘버(Fno), 초점거리(f) 및 화각(FOV)을 정리하면 아래의 표 6과 같다.
구 분 F-넘버(Fno) 초점거리(f) [mm] 화각(FOV) [°]
제1 실시예 2.45 1.94 115.85
제2 실시예 2.40 1.80 117.19
제3 실시예 2.45 2.22 106.67
또한, 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 렌즈 광학계에서 각 렌즈의 비구면은 다음과 같은 비구면 방정식을 만족한다.
< 비구면 방정식 >
Figure 112016025774501-pat00001
여기서, x는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리를, y는 광축에 수직한 방향으로의 거리를, c'은 렌즈의 정점에 있어서의 곡률반경의 역수(=1/r)를, K는 코닉 상수(conic constant)를 나타내고, A, B, C, D 및 E 는 비구면 계수를 나타낸다.
다음 표 7 내지 표 9는 각각 도 1 내지 도 3에 대응되는 제1 내지 제3 실시예에 따른 렌즈 시스템에서 비구면의 비구면 계수를 나타낸다.
K A B C D E
3* -48.60720 0.00866 -0.00059 0.00003 0.00000 0.00000
4* -8.33775 0.02076 -0.00147 0.00004 0.00000 0.00000
12* -8.34760 0.00383 -0.00035 0.00003 0.00000 0.00000
13* -0.56067 0.00267 0.00007 -0.00001 0.00000 0.00000
K A B C D E
1* 117.97688 0.00152 -0.00003 0.00000 0.00000 0.00000
2* -3.16840 0.00462 0.00019 -0.00002 0.00000 0.00000
12* -9.74743 0.00350 0.00001 0.00000 0.00000 0.00000
13* 0.00000 0.00492 0.00021 0.00003 0.00000 0.00000
K A B C D E
1* 0.00000 0.00230 -0.00006 0.00000 0.00000 0.00000
2* -0.91189 0.00253 0.00035 -0.00004 0.00000 0.00000
12* -6.14603 0.00141 0.00005 0.00000 0.00000 0.00000
13* 0.16569 0.00294 0.00008 0.00000 0.00000 0.00000
도 4는 본 발명의 제1 실시예(도 1)에 따른 렌즈 광학계, 즉, 표 3의 수치를 갖는 렌즈 광학계의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curvature) 및 왜곡(distortion)을 보여주는 수차도이다.
도 4의 (a)는 다양한 파장의 광에 대한 렌즈 광학계의 구면수차를 나타낸 것이고, (b)는 렌즈 광학계의 상면만곡, 즉 자오상면만곡(tangential field curvature)(T)과 구결상면만곡(sagittal field curvature)(S)을 나타낸 것이다. (a) 데이터를 얻기 위해 사용한 광의 파장은 525nm, 500nm, 475nm, 450nm, 425nm, 400nm 및 395nm 이었다. (b) 및 (c) 데이터를 얻기 위해 사용한 파장은 450nm 이었다. 이는 도 5 및 도 6에서도 마찬가지이다.
도 5의 (a), (b) 및 (c)는 각각 본 발명의 제2 실시예(도 2)에 따른 렌즈 광학계, 즉, 표 4의 수치를 갖는 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 6의 (a), (b) 및 (c)는 각각 본 발명의 제3 실시예(도 3)에 따른 렌즈 광학계, 즉, 표 5의 수치를 갖는 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈 광학계는 물체(OBJ)와 물체(OBJ)의 상이 맺히는 상면(IP) 사이에 물체(OBJ) 측으로부터 순차로 배열된 부, 부, 정, 정, 부, 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈(I) 내지 제6 렌즈(Ⅵ)를 포함하고, 상기한 조건식(1) 내지 조건식(4) 중 적어도 어느 하나를 만족할 수 있다. 이러한 렌즈 광학계는 초근접촬영이 가능하고, 넓은 화각(광각/초광각)을 가질 수 있고, 각종 수차를 양호하게 보정할 수 있다. 또한, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ)를 글라스로 제조하고 각 렌즈(I∼Ⅵ)의 양면(입사면과 출사면) 중 적어도 하나에 비구면을 적용함으로써, 렌즈 광학계의 신뢰성 및 성능을 개선할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 광학계(100)를 구비한 촬상 장치(110)를 도시한 것이다. 렌즈 광학계(100)는 앞선 실시예에 따라 설명한 렌즈 광학계를 포함할 수 있다. 그리고, 촬상 장치(110)는 렌즈 광학계(100)에 의해 결상된 광을 수광하는 고체 촬상 소자(112)를 포함한다. 고체 촬상 소자(112)의 수광면은 앞선 실시예에 따른 상면(IP)에 대응될 수 있다. 촬상 장치(110)는 고체 촬상 소자(112)로부터 광전 변환된 피사체 상에 대응되는 정보가 기록된 기록 수단(113)과, 피사체 상을 관찰하기 위한 뷰 파인더(finder)(114)를 포함할 수 있다. 그리고, 피사체 상이 표시되는 표시부(115)가 구비될 수 있다. 여기서는, 뷰 파인더(114)와 표시부(115)가 따로 구비된 예를 보여주었으나 뷰 파인더(114)가 따로 없이 표시부(115)만 구비될 수 있다. 도 7은 통상적인 카메라 형상으로 도시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로 이에 한정되지 않는다. 촬상 장치(110)는 사용 분야에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 7에 도시된 촬상 장치는 일반적인 예일 뿐이며 보다 다양한 광학 기기에 적용 가능하다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 렌즈 광학계는 지문 인식 장치 또는 정맥 인식 장치에 적용이 가능하다. 통상의 지문 인식 장치는 사용자의 손가락이 렌즈 표면에 아주 가깝게 밀착한 상태에서 촬영이 이루어지므로, 초근접 촬영 및 넓은 화각을 가지는 본 렌즈 광학계의 사용이 바람직할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 렌즈 광학계는 차량용 카메라의 렌즈 시스템에 적용될 수 있다. 예컨대, 블랙박스, AVM(around view monitoring) 시스템 또는 후방 카메라 등 다양한 차량용 장치에 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 광학계를 적용할 수 있다. 또한, 상기 렌즈 광학계는 드론이나 레저 스포츠용 캠코더와 같은 다양한 액션캠(action cam)에 적용될 수 있다. 그 밖에도, 상기 렌즈 광학계는 다양한 감시용 카메라에 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 광학계는 전술한 분야 이외에 다른 분야에도 다양하게 적용될 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 광학계에서 렌즈들의 형상이 다소 변형되더라도 상기한 조건식(1) 내지 조건식(4) 중 적어도 하나를 만족하는 경우, 앞서 설명한 바와 같은 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 조건식(1) 내지 조건식(4) 중 적어도 일부를 만족하지 않더라도, 렌즈들의 파워 배치, 형상 조건 및 기타 조건들을 만족할 때, 앞서 설명한 바와 같은 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있을 것이다. 부가적으로, 적외선 차단 수단(Ⅶ)으로서 필터를 대신하여 차단막을 사용할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그 밖에도 다양한 변형예가 가능함을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
I : 제1 렌즈 Ⅱ : 제2 렌즈
Ⅲ : 제3 렌즈 Ⅳ : 제4 렌즈
Ⅴ : 제5 렌즈 CL1 : 접합 렌즈
Ⅵ : 제6 렌즈 Ⅶ : 적외선 차단 수단
OBJ : 물체 ST : 조리개
IP : 상면

Claims (21)

  1. 물체측으로부터 상면측으로 순차로 배열된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈 및 제6 렌즈를 구비하는 렌즈 광학계에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 부의 굴절력을 갖고 상면측에 대하여 오목한 출사면을 가지며,
    상기 제6 렌즈는 정의 굴절력을 갖고 물체측에 대하여 볼록한 입사면을 가지고, 아래의 조건식을 모두 만족하는 렌즈 광학계.
    조건식(1) : 0.15 < (L1toL2)/OAL < 0.4
    조건식(2) : 80°< FOV < 120°
    조건식(3) : 8 < OtoS / IH < 20
    여기서, L1toL2(단위:mm)는 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제2 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, OAL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제6 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, FOV는 상기 렌즈 광학계의 화각을 나타내고, OtoS(단위:mm)는 물체에서 상면까지의 거리를 나타내며, IH(단위:mm)는 유효경의 상고를 나타낸다.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제4 렌즈와 제5 렌즈는 상호 접합하여 하나의 접합 렌즈를 구성하고, 다음의 조건을 만족하는 렌즈 광학계.
    조건식(4) : 0 ≤ TL4L5 ≤ 0.03
    여기서, TL4L5(단위:mm)는 제4 렌즈의 출사면의 중심과 제5 렌즈의 입사면의 중심간의 거리를 나타낸다.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 접합 렌즈는 정의 굴절력을 갖는 렌즈 광학계.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제6 렌즈의 입사면과 출사면 중 적어도 하나는 비구면인 렌즈 광학계.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 또는 제2 렌즈 중 적어도 하나는 비구면 렌즈인 렌즈 광학계.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 또는 제2 렌즈 중 적어도 하나는 물체측에 대하여 볼록한 입사면을 갖는 렌즈 광학계.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제3 렌즈와 상기 제4 렌즈 사이에 구비된 조리개를 더 포함하는 렌즈 광학계.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제6 렌즈에서부터 상면 측으로 구비된 적외선 차단 필터를 더 포함하는 렌즈 광학계.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제6 렌즈는 글라스 렌즈인 렌즈 광학계.
  11. 물체 측으로부터 상면 측으로 순차로 배열된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈 및 제6 렌즈를 구비하는 렌즈 광학계에 있어서,
    상기 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈, 제5 렌즈 및 제 6 렌즈는 각각, 부, 부, 정, 정, 부, 정의 굴절력을 가지며,
    상기 제1 렌즈는 상면측에 대하여 오목한 출사면을 가지는 렌즈이고,
    상기 제2 렌즈는 상면측에 대하여 오목한 출사면을 가지는 렌즈이고,
    상기 제3 렌즈는 물체측에 대하여 볼록한 입사면을 가지는 구면 렌즈이고,
    상기 제4 렌즈와 제5 렌즈는 상호 접합하여 하나의 접합 렌즈를 구성하고, 상기 접합 렌즈는 정의 굴절력을 가지고,
    상기 제6 렌즈는 물체측에 대하여 볼록한 입사면을 가지고, 다음의 조건식을 만족하는 렌즈 광학계.
    조건식(1) : 80°< FOV < 120°
    조건식(2) : 8 < OtoS / IH < 20
    여기서, L1toL2(단위:mm)는 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제2 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, OAL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제6 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, FOV는 상기 렌즈 광학계의 화각을 나타내고, OtoS(단위:mm)는 물체에서 상면까지의 거리를 나타내며, IH(단위:mm)는 유효경의 상고를 나타낸다.
  12. 제 11항에 있어서,
    다음의 조건식을 만족하는 렌즈 광학계.
    조건식(3) : 0.15 < (L1toL2)/OAL < 0.4
    여기서, L1toL2(단위:mm)는 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제2 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, OAL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제6 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타낸다.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 11항에 있어서,
    다음의 조건식을 만족하는 렌즈 광학계.
    조건식(4) : 0 ≤ TL4L5 ≤ 0.03
    여기서, TL4L5(단위:mm)는 제4 렌즈의 출사면의 중심과 제5 렌즈의 입사면의 중심간의 거리를 나타낸다.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 또는 제2 렌즈 중 적어도 하나는 비구면 렌즈인 렌즈 광학계.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 또는 제2 렌즈 중 적어도 하나는 물체측에 대하여 볼록한 입사면을 갖는 렌즈 광학계.
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 내지 제6 렌즈는 글라스 렌즈인 렌즈 광학계.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 렌즈는 부의 굴절력을 갖고,
    상기 제3 렌즈는 정의 굴절력을 갖고,
    상기 제4 렌즈는 정의 굴절력을 갖고,
    상기 제5 렌즈는 부의 굴절력을 갖는 렌즈 광학계.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 렌즈는 상면측에 대하여 오목한 출사면을 가지며,
    상기 제3 렌즈는 물체측에 대하여 볼록한 입사면을 가지며,
    상기 제4 렌즈는 상면측에 대하여 볼록한 출사면을 가지며,
    상기 제5 렌즈는 물체측에 대하여 오목한 입사면을 가지는 렌즈 광학계.
  21. 제 1항에 따른 렌즈 광학계와,
    상기 렌즈 광학계에 의해 결상된 상을 촬상하는 고체 촬상 소자를 포함하는 촬상 장치.
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