KR20120089532A - Fisheye lens - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A fisheye lens is provided to obtain an angle of view over 180 degrees and high resolution and to reduce the number of lens elements. CONSTITUTION: A first lens element(E1) is a negative meniscus lens element. A convex surface of the first lens element faces an object. A second lens element(E2) and a third lens element(E3) form a doublet lens. The second lens element is a biconvex lens element. The third lens element is a biconcave lens element. A fourth lens element(E4) has a positive refractive power. An iris diaphragm(S) is located between the fourth lens element and a fifth lens element(E5). The fifth lens element and a sixth lens element(E6) form the doublet lens. The fifth lens element is a biconvex lens element. The sixth lens element is a negative meniscus lens element. The convex surface of the sixth lens element faces a focus. A seventh lens element(E7) has a positive refractive power.

Description

어안 렌즈{FISHEYE LENS}Fisheye lens {FISHEYE LENS}

본 발명은 어안 렌즈(fisheye lens)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화각이 180°이상이며, 높은 해상도를 지니고, 등거리 투사 방식을 따르는 어안 렌즈에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fisheye lens, and more particularly to a fisheye lens having an angle of view of 180 ° or more, having a high resolution and following an equidistant projection method.

도 1은 일반적인 결상 렌즈(imaging lens: 112)의 실제 투사 방식(real projection scheme)의 개념도이다. 결상 렌즈에 의하여 포착되는 피사체(object)를 기술하는 세계 좌표계(world coordinate)의 Z-축은 결상 렌즈(112)의 광축(optical axis: 101)과 일치한다. 이 Z-축에 대하여 천정각(zenith angle) θ를 가지는 입사광(incident ray: 105)은 결상 렌즈(112)에 의하여 굴절된 후 굴절광(refracted ray: 106)으로서 초점면(focal plane: 132) 상의 한 상점(image point) P로 수렴한다. 상기 렌즈의 마디점(nodal point) N에서 상기 초점면까지의 거리는 대략 렌즈의 유효 초점 거리(effective focal length)와 일치한다. 상기 초점면에서 실제 상점이 형성된 부분이 영상면(image plane)이다.1 is a conceptual diagram of a real projection scheme of a general imaging lens 112. The Z-axis of the world coordinate describing the object captured by the imaging lens coincides with the optical axis 101 of the imaging lens 112. Incident light 105 having a zenith angle θ with respect to this Z-axis is refracted by the imaging lens 112 and then reflected on the focal plane 132 as refracted ray 106. Converge to an image point P. The distance from the nodal point N of the lens to the focal plane approximately coincides with the effective focal length of the lens. The portion where the actual shop is formed in the focal plane is the image plane.

선명한 영상을 얻기 위하여 상기 영상면과 카메라 몸체(114) 내부의 이미지 센서면(113)이 일치하여야 한다. 상기 초점면과 상기 이미지 센서면은 광축에 수직하다. 이 광축(101)과 센서면(113)과의 교점 Ｏ에서부터 상기 상점 P까지의 거리가 상 크기(image height) r이다. 일반적인 광각 렌즈에서의 상 크기 r은 수학식 1과 같이 주어진다.In order to obtain a clear image, the image plane and the image sensor plane 113 inside the camera body 114 must match. The focal plane and the image sensor plane are perpendicular to the optical axis. The distance from the intersection O between the optical axis 101 and the sensor surface 113 to the shop P is the image height r. The image size r in a general wide angle lens is given by Equation 1.

Figure pat00001
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여기서 입사각 θ의 단위는 라디안(radian)이며, 상기 함수 r(θ)는 입사광의 천정각 θ에 대한 단조 증가 함수(monotonically increasing function)이다.Here, the unit of the incident angle θ is radians, and the function r (θ) is a monotonically increasing function for the ceiling angle θ of the incident light.

이와 같은 렌즈의 실제 투사 방식은 실제 렌즈를 가지고 실험적으로 측정할 수도 있으며, 아니면 완전한 렌즈의 설계도를 가지고 Code V나 Zemax 등의 렌즈 설계 프로그램으로 계산할 수 있다. 예를 들어 Zemax에서 REAY 연산자를 사용하면 주어진 가로 방향 및 세로 방향의 입사각을 가지는 입사광의 초점면상에서의 y-축 방향의 좌표 y를 계산할 수 있으며, x-축 방향의 좌표 x는 유사하게 REAX 연산자를 사용하여 계산할 수 있다.The actual projection method of such a lens can be measured experimentally with a real lens, or can be calculated with a lens design program such as Code V or Zemax with a complete lens design. For example, using the REAY operator in Zemax, you can calculate the y-axis coordinate y on the focal plane of incident light with a given transverse and longitudinal angle of incidence, where the x coordinate in the x-axis direction is similar to the REAX operator. Can be calculated using.

어안 렌즈(fisheye lens)는 대개 화각이 160°이상이며, 입사광의 입사각과 상 크기가 대체로 비례하는 렌즈를 지칭한다. 그러나 진정한 의미에서의 어안 렌즈는 화각이 180°이상이며, 입사광의 입사각과 상 크기가 대체로 비례하는 렌즈이다. 보안?감시나 엔터테인먼트 등 많은 경우에서 화각이 180°이상인 어안 렌즈를 필요로 하는 응용 예가 존재한다. 그런데 종래 기술에 의한 어안 렌즈는 화각 180°이상을 구현하기 위하여 렌즈 요소의 매수가 10매 이상으로 많거나, 렌즈 요소의 일부 렌즈면이 반구(hemisphere)에 가까워서 제작이 매우 곤란한 경우도 있다. 또한, 일부 렌즈는 6매에서 8매 정도로 비교적 적은 숫자의 렌즈 요소를 사용하지만 변조 전달 함수(modulation transfer function) 특성이 좋지 않아 선명한 영상을 제공하기 위한 충분한 해상도를 가지지 않는 경우도 있다. 또한, 렌즈 요소를 적게 유지하기 위하여 고굴절률의 렌즈 유리를 사용함으로써 제작비가 상승되기도 한다.A fisheye lens generally refers to a lens having an angle of view of 160 ° or more and having a generally proportional angle between an incident angle of incident light and an image size. In the true sense, however, a fisheye lens has a field of view of more than 180 ° and is generally proportional to the incident angle of the incident light and the image size. In many cases, such as security, surveillance and entertainment, there are applications that require fisheye lenses with an angle of view of more than 180 °. However, a fisheye lens according to the prior art may have a number of lens elements of 10 or more in order to achieve an angle of view of 180 ° or more, or may be very difficult to manufacture because some lens surfaces of the lens element are close to hemispheres. In addition, some lenses use a relatively small number of lens elements, such as six to eight, but may not have sufficient resolution to provide a clear image because of poor modulation transfer function characteristics. In addition, the manufacturing cost may be increased by using a high refractive index lens glass to keep the lens elements small.

또 다른 고려 요인은 투사 방식에 관한 것이다. 어안 렌즈의 바람직한 투사 방식으로는 등거리 투사 방식(equidistance projection scheme)이 있다. 등거리 투사 방식에서는 입사광의 입사각(incidence angle) θ와 어안 렌즈의 유효 초점 거리(effective focal length) f, 그리고 상면에서의 상 크기 red가 수학식 2와 같은 비례 관계를 만족한다.Another factor to consider is the projection method. A preferred projection method of the fisheye lens is an equidistance projection scheme. In the equidistant projection method, an incident angle θ of incident light, an effective focal length f of a fisheye lens, and an image size r ed on an image surface satisfy a proportional relationship as shown in Equation (2).

Figure pat00002
Figure pat00002

실제 렌즈의 투사 방식은 수학식 2로 주어지는 이론적인 투사 방식과 어느 정도의 오차를 보이게 마련이다. 실제 렌즈의 영상면에서의 상 크기를 rrp라고 한다면, 렌즈의 실제 투사 방식과 이상적인 등거리 투사 방식과의 오차는 수학식 3과 같이 계산될 수 있다.The actual projection method of the lens may show some error with the theoretical projection method given by Equation 2. If the image size on the image plane of the actual lens is r rp , an error between the actual projection method of the lens and the ideal equidistant projection method may be calculated as shown in Equation (3).

Figure pat00003
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어안 렌즈의 왜곡(distortion)은 수학식 3으로 주어지는 f-θ 왜곡(f-θ distortion)으로 측정하는 것이 일반적이며, 고급형의 어안 렌즈는 수학식 2로 주어지는 등거리 투사 방식을 비교적 충실하게 구현한다. 단순히 화각 180° 이상을 가지는 어안 렌즈를 설계하는 것은 비교적 용이하지만, 화각 180°이상을 가지면서도 등거리 투사 방식과의 오차가 10% 이내로 작은 렌즈를 설계하는 것은 상당히 곤란하다.Distortion of the fisheye lens is generally measured by f-θ distortion given by Equation 3, and the advanced fisheye lens relatively faithfully implements the equidistant projection method given by Equation 2. Although it is relatively easy to design a fisheye lens having an angle of view of more than 180 degrees, it is quite difficult to design a lens having an angle of view of more than 180 degrees and having a small error within 10% of an equidistant projection method.

그런데 어안 렌즈의 산업적 이용에 있어서 중요한 사실은 입사광의 입사각과 영상면에서의 상 크기가 비례한다는 사실이며, 그 비례상수가 반드시 유효 초점 거리이어야 할 필요는 없다. 따라서 수학식 3으로 주어지는 f-θ 왜곡이 입사각의 전 범위에 걸쳐서 상대적으로 적게 유지되는 가상의 초점거리 fc에 대한 교정 왜곡(calibrated distortion)을 렌즈의 성능 지표로 사용하기도 한다. 이때 가상의 초점거리 fc는 렌즈의 실제 유효 초점 거리와 상관없이 최소 자승 오차법(least square error method)에 의한 최적의 근사 상수(fitting constant)로 주어진다. 즉, 교정 왜곡은 입사광의 입사각과 센서면에서의 상 크기가 수학식 2로 주어지는 원점을 지나는 1차 함수에 얼마나 가까운지를 표시한다.However, an important fact in the industrial use of fisheye lenses is the fact that the incident angle of incident light is proportional to the image size on the image plane, and the proportional constant does not necessarily have to be an effective focal length. Therefore, the calibrated distortion of the virtual focal length f c, in which the f-θ distortion given by Equation 3 is relatively maintained over the entire range of the angle of incidence, is also used as an indicator of the lens performance. In this case, the virtual focal length f c is given as an optimal fitting constant by the least square error method regardless of the actual effective focal length of the lens. That is, the correction distortion indicates how close the incident angle of incident light and the image size on the sensor surface are to the linear function passing through the origin given by Equation (2).

도 2는 어안 렌즈의 화각(FOV: Field of View)을 이해하기 위한 개념도이다. 이미지 센서(213)는 대개 직사각형의 모양을 가지며, 가로변의 길이 B와 세로변의 길이 V의 비율은 대개 4:3으로 제작되지만, 1:1 혹은 16:9의 이미지 센서도 발견된다. 예를 들어 가장 흔하게 발견되는 1/3-inch CCD 센서의 경우에 가로변의 길이는 4.8 mm이고, 세로변의 길이는 3.6 mm로 주어진다. 어안 렌즈에 의하여 결상되는 입사광의 최대 입사각을 θ2라고 하고, 대응하는 상 크기를 r2 = r(θ2)라고 한다면, 영상면의 직경 2r2가 이미지 센서면의 가로변의 길이 B보다는 작고, 세로변의 길이 V보다는 클 때, 식별번호 233과 같은 영상면이 얻어진다. 따라서 이와 같은 영상면으로 얻어지는 영상은 가로 방향으로 최대의 화각을 가지며, 세로 방향으로는 이보다 작은 화각을 가진다. 한편, 영상면의 직경 2r2가 이미지 센서면의 세로변의 길이 V보다도 작을 때, 식별번호 234와 같은 영상면이 얻어진다. 식별번호 234와 같은 영상면이 얻어질 때 광축을 중심으로 모든 방향에 대하여 동일한 화각을 갖는 어안 영상을 얻을 수 있다.2 is a conceptual diagram for understanding a field of view (FOV) of a fisheye lens. The image sensor 213 generally has a rectangular shape, and the ratio of the length B of the horizontal side to the length V of the vertical side is usually 4: 3, but an image sensor of 1: 1 or 16: 9 is also found. For example, in the case of the most commonly found 1 / 3-inch CCD sensor, the side length is 4.8 mm, and the length of the length is 3.6 mm. If the maximum incident angle of incident light formed by the fisheye lens is θ 2 and the corresponding image size is r 2 = r (θ 2 ), the diameter 2r 2 of the image plane is smaller than the length B of the horizontal side of the image sensor plane, When the length of the longitudinal side is greater than V, an image plane with identification number 233 is obtained. Therefore, an image obtained by such an image plane has a maximum angle of view in the horizontal direction and a smaller angle of view in the vertical direction. On the other hand, when the diameter 2r 2 of the image plane is smaller than the length V of the longitudinal side of the image sensor plane, an image plane with identification number 234 is obtained. When an image plane such as the identification number 234 is obtained, a fisheye image having the same angle of view in all directions about the optical axis may be obtained.

어안 렌즈의 설계에 있어서 또 다른 고려 요인으로는 충분한 후방 초점 거리(back focal length)를 확보하면서도 렌즈 자체의 총 길이(overall length)를 작게 유지하는 것이다. 또한, 상면의 중심과 가장자리에서의 광량비, 즉 주변 광량비(relative illumination)가 너무 작지 않도록 하는 것이 또 다른 어려움이다. 주변 광량비가 너무 작으면 영상에서 중심부와 가장자리의 밝기가 심하게 차이가 나게 된다.Another consideration in the design of fisheye lenses is to keep the overall length of the lens itself small while ensuring sufficient back focal length. In addition, it is another difficulty to ensure that the ratio of light at the center and the edge of the upper surface, that is, the relative illumination is not too small. If the ambient light ratio is too small, the brightness of the center and the edge will be severely different in the image.

이와 같은 요건들을 모두 만족한다고 하더라도 과도한 제작상의 어려움이나 비용이 소요되지 않도록 제작 공차(manufacturing tolerance)가 충분한 설계를 하는 것이 어렵다.Even if all of these requirements are satisfied, it is difficult to design with sufficient manufacturing tolerances so as not to incur excessive manufacturing difficulties or costs.

구체적인 예를 들면 참고 문헌 [특 1]에는 화각 262°의 어안 렌즈가 제시되어 있다. 그런데 F-수(F-number)가 14.94로 어두운 렌즈이므로 주변이 밝은 장소가 아니면 사용하기 곤란하다. 참고 문헌 [논 1]에는 화각 170.8°의 어안 렌즈가 제시되어 있는데, 역시 F-수가 7.98로 어두우며, 제1 렌즈 요소의 제 2 렌즈면의 모양이 반구에 가까워서 대량 생산을 하기에 곤란한 구조를 가지고 있다. 참고 문헌 [특 2]에는 화각 220°및 270°의 어안 렌즈가 제시되어 있는데, F-수가 5.6으로 비교적 어두우며, 제 1 렌즈 요소의 제 2 렌즈면의 모양이 반구에 가깝고, 변조 전달 함수 특성이 고해상도 이미지를 얻기에 불충분하다. 참고 문헌 [특 3]에는 F-수가 2.8이고 화각이 180°인 어안 렌즈가 제시되어 있다. 이 렌즈는 비교적 우수한 해상도를 가지고 있으나 교정 왜곡이 15% 이상으로 왜곡이 심한 특성을 가지고 있다. 참고 문헌 [특 4]에는 F-수 2.8, 화각 220°의 어안 렌즈가 제시되어 있으나, 마찬가지로 제 1 렌즈 요소의 제 2 렌즈면의 모양이 반구에 가깝고, 변조 전달 함수 특성이 충분하지 않다. 참고 문헌 [논 2]에는 F-수 2.4, 화각 163°의 프로젝션용 어안 렌즈가 제시되어 있는데, 최대 입사각에서 주변 광량비가 60% 정도로 낮다. 참고 문헌 [논 3]에는 F-수 0.7, 화각 270°이고, 렌즈 매수가 4 매에 불과한 획기적인 적외선 어안 렌즈가 제시되어 있다. 이와 같은 놀라운 특성은 부분적으로 적외선 영역에서 렌즈 재질로 사용되는 저마니움(Germanium)의 굴절률이 매우 높은 것에 기인한다. 그런데 이 렌즈에서도 제 1 렌즈 요소의 제 2 렌즈면은 반구를 초과하는(hyper-hemispherical) 모양을 가지고 있으므로 대량 생산을 하기에 매우 곤란하다. 참고 문헌 [논 4]에는 다양한 상용 어안 렌즈의 특성들이 일목요연하게 제시되어 있다. 그런데 대부분의 어안 렌즈에서 최대 입사각에서의 주변 광량비가 60% 이하이며, 교정왜곡은 10% 이상으로 높은 것을 알 수 있다. 참고 문헌 [특 5]에는 F-수 2.0, 화각 180°이고, 단 6 매의 렌즈 요소만을 사용하는 획기적인 어안 렌즈가 제시되어 있다. 그런데 이 어안 렌즈는 굴절률 1.91인 초고굴절률 유리를 사용하므로 생산비가 많이 소요된다. 또한, 변조 전달 함수 특성이 충분하지 못하다. 참고 문헌 [특 6]에는 특별한 함수 관계로 주어지는 투사 방식을 만족하는 F-수 2.8, 화각 182°의 어안 렌즈가 제시되어 있다. 그런데 이 어안 렌즈는 11매의 렌즈 요소를 사용하므로 구조가 복잡하고 생산비가 많이 소요된다. 또한, 변조 전달 함수 특성이 충분하지 못하다. 참고 문헌 [특 7]에는 F-수 2.8, 화각 180°의 어안 렌즈가 제시되어 있다. 이 렌즈도 단 6 매의 렌즈 요소를 사용하고 있으나, 비구면 렌즈 요소를 사용하므로 생산비가 많이 소요된다. 또한, 변조 전달 함수 특성이 충분하지 못하며, 최대 입사각에서의 주변 광량비가 70% 정도로 비교적 낮은 편이다. 한편, 참고 문헌 [특 8]에는 광각 렌즈가 구현할 수 있는 유용한 투사 방식을 만족하는 다양한 광각 렌즈의 실시예가 제시되어 있으며, 참고 문헌 [특 9]에는 1/3-inch 이미지 센서에서 가로 방향의 화각이 190°이며, F-수는 2.8이고, 변조 전달 함수와 주변 광량비, 제작 공차가 모두 양호한 어안 렌즈가 제시되어 있다.For example, in Reference 1, a fisheye lens with an angle of view of 262 ° is presented. However, since the F-number is a dark lens with 14.94, it is difficult to use it unless it is a bright place. References [Film 1] shows a fisheye lens with an angle of view of 170.8 °, which is also dark with an F-number of 7.98, and the shape of the second lens surface of the first lens element is close to the hemisphere, making it difficult to mass-produce. Have. Reference [Exhibit 2] presents fisheye lenses with angles of view of 220 ° and 270 °, with a relatively dark F-number of 5.6, the shape of the second lens surface of the first lens element close to the hemisphere, and the modulation transfer function characteristics. Not enough to get this high resolution image. Reference 3 describes a fisheye lens with an F-number of 2.8 and an angle of view of 180 °. This lens has a relatively good resolution but has a severe distortion with correction distortion of more than 15%. Reference [Special 4] shows a fisheye lens with an F-number of 2.8 and an angle of view of 220 °, but likewise the shape of the second lens surface of the first lens element is close to the hemisphere, and the modulation transfer function characteristic is not sufficient. References [2] show a fisheye lens for projection with an F-number of 2.4 and an angle of view of 163 °, with a low ambient light ratio of 60% at the maximum angle of incidence. Reference [Non 3] presents a revolutionary infrared fisheye lens with an F-number of 0.7, an angle of view of 270 °, and only four lenses. This surprising property is partly due to the very high refractive index of Germanium, which is used as a lens material in the infrared region. However, even in this lens, the second lens surface of the first lens element has a hyper-hemispherical shape, which is very difficult for mass production. Reference [4] shows the characteristics of various commercial fisheye lenses at a glance. However, in most fisheye lenses, the ambient light ratio at the maximum angle of incidence is less than 60% and the correction distortion is as high as 10% or more. Reference [Special 5] shows an innovative fisheye lens with an F-number of 2.0, an angle of view of 180 ° and using only six lens elements. However, since the fisheye lens uses ultra high refractive index glass having a refractive index of 1.91, production costs are high. In addition, the modulation transfer function characteristic is not sufficient. Reference [Special 6] shows a fisheye lens with an F-number of 2.8 and an angle of view of 182 ° that satisfies the projection method given by a special function relationship. However, since the fisheye lens uses 11 lens elements, the structure is complicated and the production cost is high. In addition, the modulation transfer function characteristic is not sufficient. Reference [Special 7] shows a fisheye lens with an F-number of 2.8 and an angle of view of 180 °. This lens also uses only six lens elements, but the production cost is high due to the use of aspherical lens elements. In addition, the modulation transfer function characteristic is not sufficient, and the ambient light ratio at the maximum incident angle is relatively low, such as 70%. On the other hand, Reference [8] shows various embodiments of the wide-angle lens satisfying the useful projection method that can be realized by the wide-angle lens, and Reference [9] shows the horizontal angle of view in the 1 / 3-inch image sensor. The fisheye lens is 190 °, has an F-number of 2.8, and has a good modulation transfer function, good ambient light ratio and fabrication tolerance.

[특 1] A. C. S. van Heel, G. J. Beernink, and H. J. Raterink, "Wide-angle objective lens", 미국 특허 제2,947,219호(등록번호), 등록일 1960년 8월 2일.[Special 1] A. C. S. van Heel, G. J. Beernink, and H. J. Raterink, “Wide-angle objective lens,” US Pat. No. 2,947,219 (registration number), registered on August 2, 1960. [특 2] M. Isshiki and K. Matsuki, "Achromatic super wide-angle lens", 미국 특허 제3,524,697호(등록번호), 등록일 1970년 8월 18일.[Special 2] M. Isshiki and K. Matsuki, "Achromatic super wide-angle lens", US Patent No. 3,524,697 (registration number), dated August 18, 1970. [특 3] T. Ogura, "Wide-angle lens system with corrected lateral aberration", 미국 특허 제3,589,798호(등록번호), 등록일 1971년 6월 29일.[Special 3] T. Ogura, "Wide-angle lens system with corrected lateral aberration", US Patent No. 3,589,798 (registration number), registration date June 29, 1971. [특 4] Y. Shimizu, "Wide-angle fisheye lens", 미국 특허 제3,737,214호(등록번호), 등록일 1971년 9월 29일.[Special 4] Y. Shimizu, "Wide-angle fisheye lens", US Patent No. 3,737,214 (registration number), registered September 29, 1971. [특 5] A. Ning, "Compact fisheye objective lens", 미국 특허 제7,023,628호(등록번호), 등록일 2006년 4월 4일.[Special 5] A. Ning, "Compact fisheye objective lens", US Patent No. 7,023,628 (registration number), dated April 4, 2006. [특 6] K. Yasuhiro and Y. Kazuyoshi, "Fisheye lens and photographing apparatus with the same", 일본 특허 제2006-098942호(공개번호), 공개일 2006년 4월 13일.[Special 6] K. Yasuhiro and Y. Kazuyoshi, "Fisheye lens and photographing apparatus with the same", Japanese Patent No. 2006-098942 (Publication No.), publication date April 13, 2006. [특 7] M. Kawada, "Fisheye lens unit", 미국 특허 제7,283,312호(등록번호), 등록일 2007년 10월 16일.[Special 7] M. Kawada, "Fisheye lens unit", US Patent No. 7,283,312 (registration number), registration date October 16, 2007. [특 8] 권경일, 밀턴 라이킨, "광각 렌즈", 대한민국 특허 제10-0826571호(등록번호), 등록일 2008년 4월 24일.[Special 8] Kwon Kyung-il, Milton Rykin, "Wide-angle lens", Republic of Korea Patent No. 10-0826571 (registration number), date of registration April 24, 2008. [특 9] 권경일, 밀턴 라이킨, "어안 렌즈", 대한민국 특허 제10-0888922호(등록번호), 등록일 2009년 3월 10일.[Special 9] Kwon Kyung-il, Milton Rykin, "fisheye lens", Republic of Korea Patent No. 10-0888922 (registration number), registration date March 10, 2009.

[논 1] K. Miyamoto, "Fish eye lens", J. Opt. Soc. Am., vol. 54, pp. 1060-1061 (1964).[Patent 1] K. Miyamoto, "Fish eye lens", J. Opt. Soc. Am., Vol. 54, pp. 1060-1061 (1964). [논 2] R. Doshi, "Fisheye projection lens for large format film", Proc. SPIE, vol. 2000, pp. 53-61 (1993).[Non 2] R. Doshi, "Fisheye projection lens for large format film", Proc. SPIE, vol. 2000, pp. 53-61 (1993). [논 3] J. B. Caldwell, "Fast IR fisheye lens with hyper-hemispherical field of view", Optics & Photonics News, p. 47 (July, 1999).[Patent 3] J. B. Caldwell, "Fast IR fisheye lens with hyper-hemispherical field of view", Optics & Photonics News, p. 47 (July, 1999). [논 4] J. J. Kumler and M. Bauer, "Fisheye lens designs and their relative performance", Proc. SPIE, vol. 4093, pp. 360-369 (2000).[Paper 4] J. J. Kumler and M. Bauer, "Fisheye lens designs and their relative performance", Proc. SPIE, vol. 4093, pp. 360-369 (2000). [논 5] G. Kweon, Y. Choi and M. Laikin, "Fisheye lens for image processing applications", J. Opt. Soc. Korea, vol. 12, no. 2, pp.79-87 (2008).[Patent 5] G. Kweon, Y. Choi and M. Laikin, "Fisheye lens for image processing applications", J. Opt. Soc. Korea, vol. 12, no. 2, pp. 79-87 (2008).

본 발명은 제작을 하기에 곤란한 기계적 구조를 가지거나 제작 공차가 너무 작아서 상업적으로 대량 생산을 하기에 곤란한 종래의 어안 렌즈를 대신하여 렌즈 요소의 수가 비교적 적으면서도 화각 180°이상을 가지고 등거리 투사 방식과의 오차가 크지 않으며, 저렴한 비용으로 대량 생산을 하기에 적합한 기계적 구조를 가지는 어안 렌즈의 실시 예를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has a relatively small number of lens elements and has an angle of view of 180 ° or more in place of a conventional fisheye lens having a mechanical structure that is difficult to manufacture or a manufacturing tolerance that is too small to be commercially produced in large quantities. It is an object of the present invention to provide an embodiment of a fisheye lens having a mechanical structure suitable for mass production at a low cost and does not have a large error.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 렌즈 요소가 7 매이며 바람직한 광학적 특성과 기계적 특성을 동시에 가지는 구체적인 실시 예를 제공한다.In order to achieve the above object, it provides a specific embodiment having seven lens elements and simultaneously having desirable optical and mechanical properties.

바람직한 광학적 특성과 기계적 특성을 모두 가지는 어안 렌즈를 제공함으로써 보안?감시나 엔터테인먼트 등 다양한 응용 예에서 널리 사용될 수 있다.By providing a fisheye lens having both desirable optical and mechanical properties, it can be widely used in various applications such as security, surveillance and entertainment.

도 1은 일반적인 결상 렌즈의 투사 방식의 개념도.
도 2는 이미지 센서면에 대한 바람직한 어안 렌즈의 영상면의 크기를 보여주는 개념도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예의 어안 렌즈의 광학적 구조 및 광선의 경로를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예의 어안 렌즈의 변조 전달 함수 특성.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예의 어안 렌즈의 주변 광량비를 보여주는 그래프.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예의 어안 렌즈의 상면 만곡과 교정 왜곡을 보여주는 그래프.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예의 어안 렌즈의 광학적 구조 및 광선의 경로를 보여주는 도면.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예의 어안 렌즈의 변조 전달 함수 특성.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예의 어안 렌즈의 주변 광량비를 보여주는 그래프.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예의 어안 렌즈의 상면 만곡과 교정 왜곡을 보여주는 그래프.
도 12는 본 발명의 제 3 실시예의 어안 렌즈의 광학적 구조 및 광선의 경로를 보여주는 도면.
도 13은 본 발명의 제 3 실시예의 어안 렌즈의 변조 전달 함수 특성.
도 14는 본 발명의 제 3 실시예의 어안 렌즈의 주변 광량비를 보여주는 그래프.1 is a conceptual diagram of a projection method of a general imaging lens.
2 is a conceptual diagram showing the size of an image plane of a preferred fisheye lens with respect to the image sensor plane.
3 is a view showing the optical structure and the path of light of the fisheye lens of the first embodiment of the present invention.
4 is a modulation transfer function characteristic of a fisheye lens of a first embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the ambient light quantity ratio of the fisheye lens of the first embodiment of the present invention.
6 is a graph showing image curvature and correction distortion of a fisheye lens of a first embodiment of the present invention.
Fig. 7 shows the optical structure and the path of the light beam of the fisheye lens of the second embodiment of the present invention.
8 is a modulation transfer function characteristic of a fisheye lens of a second embodiment of the present invention.
9 is a graph showing the ambient light ratio of the fisheye lens of the second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a graph showing image curvature and correction distortion of a fisheye lens of a third embodiment of the present invention; FIG.
Fig. 12 shows the optical structure and the path of the light beam of the fisheye lens of the third embodiment of the present invention.
13 is a modulation transfer function characteristic of a fisheye lens of a third embodiment of the present invention.
14 is a graph showing the ambient light quantity ratio of the fisheye lens of the third embodiment of the present invention.

이하 도 3 내지 도 14를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 14.

(제 1 실시 예)(Embodiment 1)

도 3은 본 발명의 제 1 실시예의 어안 렌즈의 형상과 광선의 경로를 보여준다. 이 렌즈의 F-수는 2.0이고, 화각은 190°이며, 1/3-inch CCD 센서를 사용하는 것으로 가정하였다. 이와 같은 이미지 센서를 사용하는 카메라에서 포착된 영상의 가로 방향의 화각이 190°가 되도록 입사각 95°에 대응하는 상 크기가 2.340 mm로 주어진다.Figure 3 shows the shape of the fisheye lens and the path of the light ray of the first embodiment of the present invention. The lens had an F-number of 2.0, an angle of view of 190 °, and a 1 / 3-inch CCD sensor. The image size corresponding to the incident angle of 95 ° is given as 2.340 mm so that the horizontal angle of view of the image captured by the camera using such an image sensor is 190 °.

이 렌즈는 물체쪽에서부터 상쪽으로 제 1 렌즈 요소 E1 내지 제 7 렌즈 요소 E7로 구성된다. 제 1 내지 제 7 렌즈 요소(E1 ~ E7)는 모두 양면 구면인 굴절 렌즈 요소이고, 조리개(stop) S는 제 4 렌즈 요소 E4와 제 5 렌즈 요소 E5 사이에 위치한다. 제 7 렌즈 요소 E7와 센서면 I 사이에 위치하는 보호 유리(cover glass) C는 렌즈의 구성 요소가 아니며, 카메라의 이미지 센서면을 보호하는 역할을 하는 카메라 몸체의 구성 요소 중 일부이다.This lens is composed of first lens elements E 1 to 7 lens elements E 7 from the object side upwards. The first to seventh lens elements E 1 to E 7 are all refractive lens elements which are double-sided spherical surfaces, and the stop S is located between the fourth lens element E 4 and the fifth lens element E 5 . The cover glass C located between the seventh lens element E 7 and the sensor surface I is not a component of the lens, but is part of the components of the camera body that serve to protect the image sensor surface of the camera.

전술한 바와 같이 제 1 내지 제 7 렌즈 요소는 모두 굴절 렌즈 요소이며 두 개의 렌즈면을 가지고 있다. 예를 들어 제 1 렌즈 요소는 물체쪽(object side)의 제 1 렌즈면 R1과 상쪽(image side)의 제 2 렌즈면 R2을 가지며, 제 2 렌즈 요소 E2는 물체쪽의 제 3 렌즈면 R3과 상쪽의 제 4 렌즈면 R4을 가지고, 나머지 렌즈 요소들도 제 4 렌즈면 R4 내지 제 13 렌즈면 R13을 가진다. 편의상 조리개는 제 8 렌즈면 R8으로 간주한다.As described above, the first to seventh lens elements are all refractive lens elements and have two lens surfaces. For example, the first lens element has a first lens surface R 1 on the object side and a second lens surface R 2 on the image side, and the second lens element E 2 is a third lens on the object side. It has a surface R 3 and an upper fourth lens surface R 4 , and the remaining lens elements also have fourth lens surfaces R 4 to thirteenth lens surface R 13 . For convenience, the aperture is regarded as the eighth lens surface R 8 .

물체쪽의 한 물점(object point)에서 비롯된 입사광은 제 1 렌즈 요소 E1의 굴절면인 제 1 렌즈면 R1으로 입사하여 제 1 내지 제 7 렌즈 요소와 커버 글래스 C를 순차적으로 지난 뒤 센서면 I로 수렴한다.Incident light originating from an object point toward the object is incident on the first lens surface R 1 , which is the refractive surface of the first lens element E 1 , and subsequently passes through the first to seventh lens elements and the cover glass C. Converge to

표 1에는 제 1 실시예의 어안 렌즈에 대한 완전한 광학적 설계도가 제시되어 있다. 표 1에서 반지름(radius)과 면 두께(thickenss)의 단위는 millimeter이다. 여기서 반지름이란 정확하게는 곡률 반경(radius of curvature)을 의미한다. 혼동의 여지가 없으므로 편의상 곡률 반경을 반지름이라고 지칭한다.Table 1 shows the complete optical design for the fisheye lens of the first embodiment. In Table 1, the units of radius and thicknesses are millimeters. The radius here is exactly the radius of curvature. Since there is no confusion, the radius of curvature is called the radius for convenience.

surface numbersurface number elementelement surface표면 radiusradius thicknessthickness indexindex Abbe numberAbbe number glassglass objectobject infinityinfinity infinityinfinity 1One E1 E 1 R1 R 1 13.60613.606 1.251.25 1.88281.8828 40.7640.76 E-LASF08E-LASF08 22 R2 R 2 5.0285.028 3.183.18 33 E2 E 2 R3 R 3 30.61030.610 1.741.74 1.84641.8464 23.7823.78 E-SF03E-SF03 44 E3 E 3 R4 R 4 -15.272-15.272 0.600.60 1.88281.8828 40.7640.76 E-LASF08E-LASF08 55 R5 R 5 2.7892.789 3.763.76 66 E4 E 4 R6 R 6 5.2885.288 1.451.45 1.84641.8464 23.7823.78 E-SF03E-SF03 77 R7 R 7 45.64945.649 1.701.70 88 StopStop R8 R 8 infinityinfinity 0.200.20 99 E5 E 5 R9 R 9 11.24011.240 2.002.00 1.72901.7290 54.6654.66 E-LAK18E-LAK18 1010 E6 E 6 R10 R 10 -1.921-1.921 0.520.52 1.84641.8464 23.7823.78 E-SF03E-SF03 1111 R11 R 11 -7.062-7.062 0.180.18 1212 E7 E 7 R12 R 12 8.5388.538 1.481.48 1.63991.6399 60.0960.09 E-LAK01E-LAK01 1313 R13 R 13 -27.161-27.161 3.193.19 1414 CoverCover R14 R 14 infinityinfinity 0.400.40 1.51671.5167 64.1064.10 E-BK7E-BK7 1515 R15 R 15 infinityinfinity 0.400.40 1616 II R16 R 16

도 3과 표 1을 참조하면 본 발명의 제 1 실시예의 어안 렌즈의 제 1 렌즈 요소 E1은 볼록면(convex surface)이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소(negative meniscus lens element)이다. 부연하면, 제 1 렌즈 요소의 물체쪽의 렌즈면인 제 1 렌즈면 R1은 물체쪽에서 바라보았을 때 볼록면의 형상을 가지며, 상쪽의 렌즈면인 제 2 렌즈면 R2은 상쪽에서 바라보았을 때 오목면(concave surface)의 형상을 가진다. 또한, 제 1 렌즈면의 곡률 반경은 13.606 mm이며, 제 1 렌즈면과 일치하는 원의 중심은 제 1 렌즈면에 대하여 오른쪽(즉, 상쪽)에 위치한다. 따라서 이 원의 중심에서 제 1 렌즈면 상의 정점(vertex)을 향하는 방향 - 이하 제 1 렌즈면의 방향 벡터라고 지칭함 - 은 상쪽에서 물체쪽을 향하는 방향이다. 여기서 정점이란 렌즈면과 광축(optical axis)과의 교점(intersection point)을 의미한다. 또한, 제 2 렌즈면의 곡률 반경은 5.028 mm이며, 제 2 렌즈면과 일치하는 원의 중심도 제 2 렌즈면에 대하여 오른쪽에 위치한다. 따라서 제 2 렌즈면의 방향 벡터도 상쪽에서 물체쪽을 향한다. 어느 렌즈 요소의 물체쪽의 렌즈면의 방향 벡터와 상쪽의 렌즈면의 방향 벡터가 일치할 때 이와 같은 렌즈 요소를 메니스커스(Meniscus) 렌즈 요소라고 지칭한다.3 and Table 1, the first lens element E 1 of the fisheye lens of the first embodiment of the present invention is a negative meniscus lens element with a convex surface facing towards the object. . In other words, the first lens surface R 1, which is the lens surface of the object side of the first lens element, has a convex shape when viewed from the object side, and the second lens surface R 2, which is the upper lens surface, is viewed from the upper side. It has the shape of a concave surface. Further, the radius of curvature of the first lens surface is 13.606 mm, and the center of the circle coinciding with the first lens surface is located to the right (ie, image side) with respect to the first lens surface. Therefore, the direction from the center of the circle toward the vertex on the first lens surface, hereinafter referred to as the direction vector of the first lens surface, is the direction from the image toward the object. Here, the vertex means an intersection point between the lens surface and the optical axis. Further, the radius of curvature of the second lens surface is 5.028 mm, and the center of the circle coinciding with the second lens surface is also located to the right with respect to the second lens surface. Therefore, the direction vector of the second lens surface is also directed toward the object from the upper side. Such a lens element is referred to as a Meniscus lens element when the direction vector of the lens surface on the object side of an lens element coincides with the direction vector of the upper lens surface.

한편, 제 1 렌즈면의 곡률 반경은 13.606 mm이며 제 2 렌즈면의 곡률 반경은 5.028 mm이므로, 제 1 렌즈 요소는 광축에 평행하게 측정한 렌즈 요소의 두께가 중심보다 가장 자리에서 더 두껍다. 그러므로 제 1 렌즈 요소는 음의 굴절능(negative refractive power)를 갖는 렌즈 요소이다. 이러한 사실들을 종합하면 제 1 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다.On the other hand, since the radius of curvature of the first lens surface is 13.606 mm and the radius of curvature of the second lens surface is 5.028 mm, the thickness of the lens element measured parallel to the optical axis of the first lens element is thicker at the edge than the center. The first lens element is therefore a lens element with negative refractive power. Putting these facts together, the first lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing towards the object.

한편, 제 2 렌즈 요소 E2의 제 3 렌즈면 R3은 물체쪽을 향하는 볼록면이며, 제 4 렌즈면 R4은 상쪽을 향하는 볼록면이다. 이와 같은 렌즈 요소를 양볼록(bi-convex) 렌즈 요소라고 지칭한다. 양볼록 렌즈 요소는 중심부위가 가장자리보다 더 두꺼우므로 항상 양의 굴절능을 갖는다.On the other hand, the third lens surface R 3 of the second lens element E 2 is a convex surface facing toward the object side, and the fourth lens surface R 4 is a convex surface facing upward. Such lens elements are referred to as bi-convex lens elements. Biconvex lens elements are always positively refractive since they are thicker than the edges.

제 2 렌즈 요소 E2와 제 3 렌즈 요소 E3는 접합 렌즈(cemented doublet)를 형성한다. 접합 렌즈의 특성상 제 2 렌즈 요소와 제 3 렌즈 요소는 제 4 렌즈면 R4를 공유한다. 물리적으로는 제 2 렌즈 요소의 상쪽 렌즈면과 제 3 렌즈 요소의 물체쪽 렌즈면이 동일한 곡률을 갖도록 가공된 후 광학 접착제(optical cement)를 사용하여 접착된 것이다.The second lens element E 2 and the third lens element E 3 form a cemented doublet. The second lens element and the third lens element share a fourth lens surface R 4 due to the nature of the bonded lens. Physically, the upper lens surface of the second lens element and the object-side lens surface of the third lens element are processed to have the same curvature and then bonded using optical cement.

제 3 렌즈 요소 E3의 제 4 렌즈면 R4은 물체쪽을 향하는 오목면이며, 제 5 렌즈면 R5은 상쪽을 향하는 오목면이다. 이와 같은 렌즈 요소를 양오목(bi-concave) 렌즈 요소라고 지칭한다. 양오목 렌즈 요소는 중심부위가 가장자리보다 더 얇으므로 항상 음의 굴절능을 갖는다.The fourth lens surface R 4 of the third lens element E 3 is a concave surface facing toward the object side, and the fifth lens surface R 5 is a concave surface facing upward. Such lens elements are referred to as bi-concave lens elements. Amphipathic lens elements are always negatively refractive because they are thinner than the edges.

제 4 렌즈 요소 E4의 제 6 렌즈면 R6은 물체쪽을 향하는 볼록면이며, 제 7 렌즈면 R7도 물체쪽을 향하는 볼록면이다. 따라서, 제 4 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 메니스커스 렌즈 요소이다. 한편, 제 6 렌즈면의 곡률 반경은 5.288 mm이며 제 7 렌즈면의 곡률 반경은 45.649 mm이므로, 제 1 렌즈 요소는 광축에 평행하게 측정한 렌즈 요소의 두께가 가장자리보다 중심에서 더 두껍다. 그러므로 제 4 렌즈 요소는 양의 굴절능(negative refractive power)를 갖는 렌즈 요소이다. 이러한 사실들을 종합하면 제 4 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이다.The sixth lens surface R 6 of the fourth lens element E 4 is a convex surface facing toward the object, and the seventh lens surface R 7 is also a convex surface facing toward the object. Thus, the fourth lens element is a meniscus lens element with the convex surface facing towards the object. On the other hand, since the radius of curvature of the sixth lens surface is 5.288 mm and the radius of curvature of the seventh lens surface is 45.649 mm, the thickness of the lens element measured parallel to the optical axis of the first lens element is thicker at the center than the edge. The fourth lens element is therefore a lens element with positive refractive power. Putting these facts together, the fourth lens element is a positive meniscus lens element with the convex surface facing towards the object.

전술한 바와 같이 제 4 렌즈 요소 E4와 제 5 렌즈 요소 E5의 사이에 조리개 S가 위치한다. 조리개는 곡률 반경이 무한대(∞)인 제 8 렌즈면 R8으로 간주된다. 조리개를 기준으로 상쪽에 있는 렌즈 요소들은 이미지 센서면 상에 선명한 실상(real image)을 형성하기 위하여 필요하며, 전체적으로 양의 굴절능을 갖는다.As described above, the aperture S is positioned between the fourth lens element E 4 and the fifth lens element E 5 . The iris is regarded as the eighth lens surface R 8 having a radius of curvature infinity (∞). Lens elements on the upper side of the aperture are necessary to form a real image on the image sensor surface and have a positive refractive power as a whole.

제 5 렌즈 요소 E5와 제 6 렌즈 요소 E6는 접합 렌즈를 구성한다. 제 5 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이며, 제 6 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 제 7 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이다.The fifth lens element E 5 and the sixth lens element E 6 constitute a joint lens. The fifth lens element is a positive convex lens element and the sixth lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing upwards. The seventh lens element is a biconvex lens element.

구면 렌즈 요소들의 유리 조성이나 두께 등의 렌즈 구성은 표 1에 주어져 있으며, 모든 광학 유리는 Hikari glass 중에서 선택되었다. 예를 들어 제 1 렌즈 요소 E1은 굴절률이 1.8828이고, 아베수(Abbe number)가 40.76인 고굴절 유리이다. 이와 같은 굴절률과 아베수에 가장 근접한 광학적 특성을 갖는 Hikari사의 제품은 E-LASF08이라는 상품명을 가지고 있다. 제 2 렌즈 요소 내지 제 7 렌즈 요소도 모두 Hikari 사의 광학 유리를 사용하는 것으로 가정하였다. 그러나 이와 같은 디자인은 Schott사나 Hoya사 등 다른 회사의 제품의 특성에 맞게 용이하게 변경될 수 있다.Lens configurations such as glass composition and thickness of the spherical lens elements are given in Table 1, and all optical glasses were selected from Hikari glass. For example, the first lens element E 1 is high refractive glass with a refractive index of 1.8828 and an Abbe number of 40.76. Hikari's product, which has the refractive index and the optical characteristic closest to Abbe's number, has the trade name E-LASF08. It is assumed that both the second to seventh lens elements use optical glass manufactured by Hikari. However, these designs can easily be adapted to the characteristics of other companies' products, such as Schott and Hoya.

본 실시예에서 제 1 렌즈 요소는 입사광의 입사각을 작게 변환시키는 목적을 가지고 있으므로 음의 굴절능을 갖는 것을 특징으로 한다. 특히 제 1 렌즈 요소는 입사각 90°이상을 갖는 입사광의 입사각을 90°이하로 변환시켜야 하므로 필연적으로 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈로 구현된다.In the present embodiment, since the first lens element has a purpose of converting the incident angle of the incident light into small, the first lens element has a negative refractive power. In particular, since the first lens element is required to convert the incident angle of incident light having an incident angle of 90 ° or more to 90 ° or less, it is inevitably implemented as a negative meniscus lens whose convex surface faces toward the object.

한편, 접합 렌즈를 구성하는 제 2 렌즈 요소와 제 3 렌즈 요소는 90°이하의 입사각을 갖는 광선을 더 작은 입사각을 갖는 광선으로 변환시키는 목적을 가지면서, 동시에 고 굴절 렌즈 요소의 파장에 따른 편차를 줄이는 역할을 가진다.On the other hand, the second lens element and the third lens element constituting the bonded lens have the purpose of converting light rays having an angle of incidence of 90 ° or less into light rays having a smaller angle of incidence, and at the same time, deviation according to the wavelength of the high refractive lens element. Has a role to reduce.

제 4 렌즈 요소 E4는 제 1 내지 제 3 렌즈 요소들의 파장에 따른 굴절능의 차이를 추가적으로 보상하는 것이 주된 역할이며, 30 이하의 아베수를 가지며, 양의 굴절능을 갖는다.The fourth lens element E 4 mainly serves to compensate for the difference in refractive power according to the wavelength of the first to third lens elements, has an Abbe number of 30 or less, and has a positive refractive power.

본 실시예에서 제 4 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이지만, 양볼록 렌즈 요소로 구현해도 무방하다. 즉, 제 4 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지면서 30 이하의 아베수를 가지는 것이 중요하다.In the present embodiment, the fourth lens element is a positive meniscus lens element whose convex surface faces the object, but may be implemented as a biconvex lens element. That is, it is important that the fourth lens element has an Abbe number of 30 or less while having positive refractive power.

물체쪽에서부터 조리개 S사이에 위치하는 렌즈 요소들 중 음의 굴절능을 갖는 렌즈 요소들은 모두 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이다. 한편, 물체쪽에서부터 조리개 S사이에 위치하는 렌즈 요소들 중 양의 굴절능을 갖는 렌즈 요소들은 모두 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이다.Among the lens elements positioned between the object side and the aperture S, all of the lens elements having negative refractive power have a refractive index of 1.7 or more and Abbe's number of 40 or more. On the other hand, among the lens elements positioned between the object side and the aperture S, all of the lens elements having positive refractive power have a refractive index of 1.7 or more and Abbe number of 30 or less.

본 실시예에서 조리개 S와 커버 글래스 C 사이에는 제 5 내지 제 7 렌즈 요소가 위치한다. 특히, 이 중에서 물체쪽에 가장 가까운 제 5 렌즈 요소 E5와 상쪽에 가장 가까운 제 7 렌즈 요소 E7는 모두 양의 굴절능을 갖는다.In this embodiment, the fifth to seventh lens elements are positioned between the iris S and the cover glass C. In particular, the fifth lens element E 5 closest to the object side and the seventh lens element E 7 closest to the image side both have positive refractive power.

요약하면, 본 발명의 실시예의 어안 렌즈는 제 1 내지 제 7 렌즈 요소를 구비하는 화각 180°이상의 어안 렌즈로서 다음과 같은 특징을 갖는다. 제 1 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 제 2 렌즈 요소와 제 3 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하되, 제 2 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이며, 제 3 렌즈 요소는 양오목 렌즈 요소이다. 제 4 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지는 렌즈 요소이며, 제 4 렌즈 요소와 제 5 렌즈 요소 사이에 조리개가 위치한다. 제 5 렌즈 요소와 제 6 렌즈 요소도 접합 렌즈를 구성하되, 제 5 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이고, 제 6 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 제 7 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가진다.In summary, the fisheye lens of the embodiment of the present invention is a fisheye lens having an angle of view of 180 ° or more including the first to seventh lens elements, and has the following characteristics. The first lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing towards the object, the second lens element and the third lens element constitute a bonded lens, the second lens element being a biconvex lens element, and a third The lens element is a calico lens element. The fourth lens element is a lens element having positive refractive power, and an aperture is located between the fourth lens element and the fifth lens element. The fifth lens element and the sixth lens element also constitute a junction lens, wherein the fifth lens element is a biconvex lens element, the sixth lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing upwards, and the seventh lens. The element has a positive refractive power.

또한, 제 1 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이되, 상기 제 1 렌즈 요소의 굴절률은 1.7 이상이며 아베수는 40 이상이다. 제 2 렌즈 요소와 제 3 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하되, 상기 제 2 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이며, 굴절률은 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이다. 상기 제 3 렌즈 요소는 양오목 렌즈 요소이되, 굴절률은 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이다. 제 4 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지는 렌즈 요소이되, 상기 제 4 렌즈 요소의 굴절률은 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이다. 제 4 렌즈 요소와 제 5 렌즈 요소 사이에 조리개가 위치한다.Further, the first lens element is a negative meniscus lens element whose convex surface is directed toward the object, wherein the refractive index of the first lens element is at least 1.7 and the Abbe number is at least 40. The second lens element and the third lens element constitute a bonded lens, wherein the second lens element is a biconvex lens element, the refractive index is at least 1.7, and the Abbe number is at most 30. The third lens element is a bilateral lens element with a refractive index of at least 1.7 and an Abbe number of at least 40. The fourth lens element is a lens element having positive refractive power, wherein the refractive index of the fourth lens element is 1.7 or more and the Abbe number is 30 or less. An aperture is positioned between the fourth lens element and the fifth lens element.

도 4는 도 3의 어안 렌즈의 가시광선 영역에서의 변조전달함수 특성을 보여주며, 100 line pairs/millimeter에서 0.3 이상의 해상도를 가지는 것을 알 수 있다. 한편, 도 5는 이 어안 렌즈의 주변 광량비가 0.9 이상인 것을 보여준다. 일반적으로 주변 광량비가 0.6 이상이면 양호한 것으로 간주하므로 이 어안 렌즈의 주변 광량비는 매우 우수하다. 한편, 도 6의 왼쪽 그래프는 제 1 실시예의 어안 렌즈의 상면 만곡(field curvature)을 보여주며, 오른쪽 그래프는 교정 왜곡(calibrated distortion)을 보여준다. 이 그래프로부터 최대 교정 왜곡이 5% 이하인 것을 알 수 있다. 즉, 이 렌즈는 등거리 투사 방식을 상당히 충실하게 구현하고 있다.Figure 4 shows the modulation transfer function characteristics in the visible light region of the fisheye lens of Figure 3, it can be seen that it has a resolution of 0.3 or more at 100 line pairs / millimeter. On the other hand, Fig. 5 shows that the ambient light quantity ratio of this fisheye lens is 0.9 or more. In general, if the ambient light ratio is 0.6 or more, it is considered to be good, so the ambient light ratio of this fisheye lens is very excellent. Meanwhile, the left graph of FIG. 6 shows a field curvature of the fisheye lens of the first embodiment, and the right graph shows a calibrated distortion. From this graph, it can be seen that the maximum correction distortion is 5% or less. In other words, this lens implements an equidistant projection method fairly faithfully.

또 다른 렌즈의 주요 특성인 전장(overall length), 즉 제 1 렌즈면의 정점에서 영상면 I까지의 거리는 22.05 mm로 이 실시예의 어안 렌즈는 상당히 소형이다. 또한, 충분한 후방 초점 거리(back focal length)를 가지고 있어, 산업적으로 이용함에 있어서 전혀 불편이 없다.The main characteristic of another lens, the overall length, i.e. the distance from the vertex of the first lens plane to the image plane I, is 22.05 mm and the fisheye lens of this embodiment is quite compact. It also has a sufficient back focal length, so there is no inconvenience in industrial use.

마지막으로 가장 중요한 특성으로 제작 공차(manufacturing tolerance)가 비교적 양호하다는 점이다. 본 실시예의 렌즈는 7매의 렌즈 요소를 가지며, 총 13개의 렌즈면이 있다. 또한, 이 렌즈 요소들이 표 1에 정해진 바와 같이 정확한 간격을 유지하기 위하여 다수의 스페이서(spacer)와 리테이너(retainer) 및 경통(barrel)이 사용된다. 이와 같은 렌즈 요소 및 스페이서 등은 기계적으로 가공이 되어야 하므로 설계된 대로 오차 없이 정확하게 제작한다는 것은 불가능하다. 즉, 얼마간의 오차가 있게 마련이다. 그런데 표 1이 주어진 특성을 갖도록 최적화된 설계도이므로, 이 설계도와 오차를 갖게 되면 특성의 저하가 일어나게 된다. 그런데 렌즈 디자인에 따라서 일정한 양만큼의 성능의 저하를 초래하는 가공 오차의 범위가 차이가 나게 된다. 훌륭한 디자인은 가공 오차가 크더라도 성능의 저하가 비교적 작게 일어난다.Lastly, the most important characteristic is that the manufacturing tolerance is relatively good. The lens of this embodiment has seven lens elements, and there are a total of 13 lens surfaces. In addition, a number of spacers, retainers and barrels are used to keep these lens elements precisely spaced as defined in Table 1. Since such lens elements and spacers must be mechanically processed, it is impossible to manufacture them accurately and without errors as designed. That is, there is some error. However, since Table 1 is a design that is optimized to have a given characteristic, if the design and the error has a degree of degradation occurs. However, according to the lens design, the range of processing error causing a certain amount of performance degradation is different. Good design results in relatively small degradation in performance even with large machining errors.

현재의 생산 기술로 가능한 제작 공차는 렌즈 제작소별로 차이는 있지만 일반적인 제작 공차는 거의 공통되고 있다. 예를 들어 두께 공차(thickness tolerance)는 20 ㎛, 렌즈면의 반지름의 제작 공차는 뉴튼링(Newton ring) 3 fringe 등이다. 이와 같이 일반적인 제작 공차로 제작하여도 성능의 저하가 크지 않으면 저렴한 비용으로 생산할 수 있다. 그러나 성능 저하 또는 불량률을 줄이기 위하여 일반적인 제작 공차보다 작은 제작 공차로 생산을 하려고 하면, 제작이 어렵거나 불가능할 수 있으며, 가능하다고 하더라도 제작비가 많이 소요되고, 대량생산이 어려울 수 있다. 따라서 바람직한 모든 광학적 및 기계적 특성을 만족한다고 하더라고 제작 공차가 충분하지 않은 디자인은 좋은 디자인이라고 할 수 없다.The manufacturing tolerances available with current production techniques vary among lens manufacturers, but general manufacturing tolerances are almost common. For example, the thickness tolerance is 20 µm, and the manufacturing tolerance of the radius of the lens surface is Newton ring 3 fringe. In this way, even if manufactured in the general manufacturing tolerances can be produced at low cost if the performance degradation is not large. However, if you try to produce a production tolerance smaller than the general production tolerances in order to reduce the performance degradation or defective rate, the production may be difficult or impossible, even if possible, the production cost is high, and mass production may be difficult. Therefore, a design that does not have sufficient manufacturing tolerances, even if it satisfies all desirable optical and mechanical properties, is not a good design.

본 발명의 제 1 실시예는 일반적인 제작 공차로 제작을 하더라도 불량률이 일반적인 수준으로 유지할 수 있을 만큼 양호한 디자인이다. 이와 같은 제작 공차는 공차 분석(tolerance analysis)이라고 부르는 과정을 통해서 확인할 수 있으며, 표 1과 같은 완전한 렌즈의 설계도가 있다면 Zemax와 같은 렌즈 설계 전문 프로그램을 사용하여 용이하게 확인할 수 있다.
The first embodiment of the present invention is a design that is good enough to maintain the failure rate at a general level even if fabricated with a general manufacturing tolerance. Such manufacturing tolerances can be identified through a process called tolerance analysis. If you have a complete lens design as shown in Table 1, you can easily check using a lens design program such as Zemax.

(제 2 실시 예)(Second Embodiment)

도 6은 본 발명의 제 2 실시예의 어안 렌즈의 형상과 광선의 경로를 보여준다. 이 렌즈의 F-수는 2.0이고, 화각은 190°이며, 1/4-inch CCD 센서를 사용하는 것으로 가정하였다. 이와 같은 이미지 센서를 사용하는 카메라에서 포착된 영상의 가로 방향의 화각이 190°가 되도록 입사각 95°에 대응하는 상 크기가 1.756 mm로 주어진다.Figure 6 shows the shape of the fisheye lens and the path of the light ray of the second embodiment of the present invention. The lens has an F-number of 2.0, an angle of view of 190 °, and a 1 / 4-inch CCD sensor. The image size corresponding to the incident angle of 95 ° is given as 1.756 mm so that the horizontal angle of view of the image captured by the camera using such an image sensor is 190 °.

이 렌즈도 물체쪽에서부터 상쪽으로 제 1 렌즈 요소 E1 내지 제 7 렌즈 요소 E7로 구성되며, 제 1 실시예의 렌즈와 전체적인 형상이 거의 동일하다. 단, 제 1 실시예에서는 제 4 렌즈 요소가 볼록면이 물체쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소인데 반하여, 제 2 실시예에서는 제 4 렌즈 요소가 양볼록 렌즈 요소이다. 그러나, 두 실시예 모두에서 제 4 렌즈 요소가 양의 굴절능을 가지는 것은 동일하다.This lens is also composed of first lens elements E 1 to 7 lens elements E 7 from the object side to the image side, and the overall shape is almost the same as the lens of the first embodiment. However, in the first embodiment, the fourth lens element is a positive meniscus lens element with the convex surface facing toward the object, whereas in the second embodiment, the fourth lens element is a biconvex lens element. However, in both embodiments it is the same that the fourth lens element has positive refractive power.

표 2에는 제 1 실시예의 어안 렌즈에 대한 완전한 광학적 설계도가 제시되어 있다.Table 2 shows the complete optical design for the fisheye lens of the first embodiment.

surface numbersurface number elementelement surface표면 radiusradius thicknessthickness indexindex Abbe numberAbbe number glassglass objectobject infinityinfinity infinityinfinity 1One E1 E 1 R1 R 1 13.31013.310 1.181.18 1.88281.8828 40.7640.76 E-LASF08E-LASF08 22 R2 R 2 4.4994.499 3.143.14 33 E2 E 2 R3 R 3 40.35640.356 2.022.02 1.84641.8464 23.7823.78 E-SF03E-SF03 44 E3 E 3 R4 R 4 -8.100-8.100 0.600.60 1.88281.8828 40.7640.76 E-LASF08E-LASF08 55 R5 R 5 2.7752.775 3.813.81 66 E4 E 4 R6 R 6 8.6568.656 1.321.32 1.84641.8464 23.7823.78 E-SF03E-SF03 77 R7 R 7 -25.574-25.574 2.292.29 88 StopStop R8 R 8 infinityinfinity 0.330.33 99 E5 E 5 R9 R 9 8.4388.438 1.801.80 1.72901.7290 54.6654.66 E-LAK18E-LAK18 1010 E6 E 6 R10 R 10 -1.969-1.969 0.580.58 1.84641.8464 23.7823.78 E-SF03E-SF03 1111 R11 R 11 -6.157-6.157 0.180.18 1212 E7 E 7 R12 R 12 8.0938.093 1.281.28 1.63991.6399 60.0960.09 E-LAK01E-LAK01 1313 R13 R 13 -56.538-56.538 2.732.73 1414 CoverCover R14 R 14 infinityinfinity 0.400.40 1.51671.5167 64.1064.10 E-BK7E-BK7 1515 R15 R 15 infinityinfinity 0.400.40 1616 II R16 R 16

도 8은 도 7의 어안 렌즈의 가시광선 영역에서의 변조전달함수 특성을 보여주며, 100 line pairs/millimeter에서 0.3 이상의 해상도를 가지는 것을 알 수 있다. 한편, 도 9는 이 어안 렌즈의 주변 광량비가 0.9 이상인 것을 보여준다. 또한, 도 10의 왼쪽 그래프는 제 2 실시예의 어안 렌즈의 상면 만곡을 보여주며, 오른쪽 그래프는 교정 왜곡을 보여준다. 이 그래프로부터 최대 교정 왜곡이 5% 이하인 것을 알 수 있다.FIG. 8 shows modulation transfer function characteristics in the visible light region of the fisheye lens of FIG. 7 and has a resolution of 0.3 or more at 100 line pairs / millimeter. On the other hand, Fig. 9 shows that the ambient light quantity ratio of this fisheye lens is 0.9 or more. In addition, the left graph of FIG. 10 shows the curvature of the top surface of the fisheye lens of the second embodiment, and the right graph shows the correction distortion. From this graph, it can be seen that the maximum correction distortion is 5% or less.

이 어안 렌즈의 전장은 22.06 mm로 이 실시예의 어안 렌즈는 상당히 소형이다. 또한, 충분한 후방 초점 거리(back focal length)를 가지고 있어, 산업적으로 이용함에 있어서 전혀 불편이 없으며, 제작 공차도 양호하다.
The total length of this fisheye lens is 22.06 mm and the fisheye lens of this embodiment is quite small. In addition, it has a sufficient back focal length, so there is no inconvenience in industrial use, and the manufacturing tolerance is also good.

(제 3 실시 예)(Third Embodiment)

도 11은 본 발명의 제 3 실시예의 어안 렌즈의 형상과 광선의 경로를 보여준다. 이 렌즈의 F-수는 2.0이고, 화각은 190°이며, 1/4-inch CCD 센서를 사용하는 것으로 가정하였다. 이와 같은 이미지 센서를 사용하는 카메라에서 포착된 영상의 가로 방향의 화각이 190°가 되도록 입사각 95°에 대응하는 상 크기가 1.728 mm로 주어진다.11 shows the shape of the fisheye lens and the path of the light beam of the third embodiment of the present invention. The lens has an F-number of 2.0, an angle of view of 190 °, and a 1 / 4-inch CCD sensor. The image size corresponding to the incident angle of 95 ° is given as 1.728 mm so that the horizontal angle of view of the image captured by the camera using such an image sensor is 190 °.

표 3에는 제 1 실시예의 어안 렌즈에 대한 완전한 광학적 설계도가 제시되어 있다.Table 3 shows the complete optical design for the fisheye lens of the first embodiment.

surface numbersurface number elementelement surface표면 radiusradius thicknessthickness indexindex Abbe numberAbbe number glassglass objectobject infinityinfinity infinityinfinity 1One E1 E 1 R1 R 1 11.65211.652 1.021.02 1.88281.8828 40.7640.76 E-LASF08E-LASF08 22 R2 R 2 3.4503.450 2.332.33 33 E2 E 2 R3 R 3 71.07071.070 0.940.94 1.88281.8828 40.7640.76 E-LASF08E-LASF08 44 R4 R 4 2.7172.717 4.064.06 55 E3 E 3 R5 R 5 10.33510.335 1.821.82 1.84641.8464 23.7823.78 E-SF03E-SF03 66 R6 R 6 -10.612-10.612 2.022.02 77 StopStop R7 R 7 infinityinfinity 0.200.20 88 E4 E 4 R8 R 8 7.1667.166 1.611.61 1.74391.7439 44.7844.78 E-LAF2E-LAF2 99 E5 E 5 R9 R 9 -2.431-2.431 0.620.62 1.84641.8464 23.7823.78 E-SF03E-SF03 1010 R10 R 10 -11.219-11.219 0.200.20 1111 E6 E 6 R11 R 11 7.6737.673 0.580.58 1.84641.8464 23.7823.78 E-SF03E-SF03 1212 E7 E 7 R12 R 12 2.0282.028 1.831.83 1.71991.7199 50.2350.23 E-LAK10E-LAK10 1313 R13 R 13 -16.284-16.284 1.981.98 1414 CoverCover R14 R 14 infinityinfinity 0.400.40 1.51671.5167 64.1064.10 E-BK7E-BK7 1515 R15 R 15 infinityinfinity 0.400.40 1616 II R16 R 16

도 11과 표 3을 참조하면 본 발명의 제 3 실시예의 어안 렌즈의 제 1 렌즈 요소 E1와 제 2 렌즈 요소 E2는 모두 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 제 3 렌즈 요소 E3는 양볼록 렌즈 요소이다.11 and Table 3, the first lens element E 1 and the second lens element E 2 of the fisheye lens of the third embodiment of the present invention are both negative meniscus lens elements with convex surfaces facing the object. 3 lens element E 3 is a biconvex lens element.

전술한 바와 같이 제 3 렌즈 요소 E3와 제 4 렌즈 요소 E4의 사이에 조리개 S가 위치한다. 조리개는 곡률 반경이 무한대(∞)인 제 7 렌즈면 R7으로 간주된다. 조리개를 기준으로 상쪽에 있는 렌즈 요소들은 이미지 센서면 상에 선명한 실상(real image)을 형성하기 위하여 필요하며, 전체적으로 양의 굴절능을 갖는다. 본 실시예에서는 제 4 내지 제 7 렌즈 요소로 구성된다. 특히, 이 중에서 물체쪽에 가장 가까운 제 4 렌즈 요소 E4와 상쪽에 가장 가까운 제 7 렌즈 요소 E7는 모두 양의 굴절능을 갖는다.As described above, the aperture S is positioned between the third lens element E 3 and the fourth lens element E 4 . The aperture is regarded as the seventh lens surface R 7 having a radius of curvature infinity (∞). Lens elements on the upper side of the aperture are necessary to form a real image on the image sensor surface and have a positive refractive power as a whole. In this embodiment, the fourth to seventh lens elements are constituted. In particular, the fourth lens element E 4 closest to the object side and the seventh lens element E 7 closest to the image side both have positive refractive power.

본 발명의 제 1 실시예에서 제 4 렌즈 요소 E4는 제 3 렌즈 요소 E3와 마찬가지로 양의 굴절능을 가지는 양볼록 렌즈 요소이다. 제 4 렌즈 요소 E4와 제 5 렌즈 요소 E5는 접합 렌즈를 형성한다. 접합 렌즈의 특성상 제 4 렌즈 요소와 제 5 렌즈 요소는 제 9 렌즈면 R9을 공유한다. 제 5 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다.In the first embodiment of the present invention the fourth lens element E 4 is a biconvex lens element with positive refractive power, similar to the third lens element E 3 . The fourth lens element E 4 and the fifth lens element E 5 form a joint lens. The fourth lens element and the fifth lens element share the ninth lens surface R 9 due to the nature of the bonded lens. The fifth lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing upwards.

한편 제 6 렌즈 요소 E6와 제 7 렌즈 요소 E7도 접합 렌즈를 형성한다. 제 6 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 제 7 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이다.Meanwhile the sixth lens element E 6 and the seventh lens element E 7 also form a junction lens. The sixth lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing upwards, and the seventh lens element is a positive convex lens element.

본 실시예에서 제 1 내지 제 2 렌즈 요소는 입사광의 입사각을 작게 변환시키는 목적을 가지고 있으므로 모두 음의 굴절능을 갖는 것을 특징으로 한다. 특히 제 1 렌즈 요소는 입사각 90°이상을 갖는 입사광의 입사각을 90°이하로 변환시켜야 하므로 필연적으로 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈로 구현된다. 하지만, 제 2 렌즈 요소는 90°이하의 입사각을 갖는 광선을 더 작은 입사각을 갖는 광선으로 변환시키는 목적을 가지므로 반드시 음의 메니스커스 렌즈로 구현할 필요가 없다. 따라서 평오목 렌즈 요소(plano-concave lens element) 혹은 양오목 렌즈 요소(biconcave lens element) 등 음의 굴절능을 가지는 임의의 렌즈 형태로 구현될 수 있다.In the present embodiment, the first to second lens elements have the purpose of converting the incident angle of incident light into small, and therefore, all of them have negative refractive power. In particular, since the first lens element is required to convert the incident angle of incident light having an incident angle of 90 ° or more to 90 ° or less, it is inevitably implemented as a negative meniscus lens whose convex surface faces toward the object. However, since the second lens element has the purpose of converting light rays having an angle of incidence of 90 ° or less into light rays having a smaller angle of incidence, it is not necessarily implemented as a negative meniscus lens. Therefore, it may be implemented in any lens form having negative refractive power, such as a plano-concave lens element or a biconcave lens element.

제 1 렌즈 요소 내지 제 2 렌즈 요소는 모두 굴절률이 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이다. 이와 같은 고굴절률은 렌즈면의 모양이 반구에 가깝게 되지 않으면서도 충분한 화각을 얻기 위하여 필요하며, 비교적 높은 아베수는 파장에 따른 편차를 줄이기 위하여 필요하다.All of the first to second lens elements have a refractive index of at least 1.7 and an Abbe number of at least 40. Such a high refractive index is necessary to obtain a sufficient angle of view without the lens surface being close to the hemisphere, and a relatively high Abbe number is necessary to reduce the variation according to the wavelength.

제 3 렌즈 요소 E3는 제 1 내지 제 2 렌즈 요소들의 파장에 따른 굴절능의 차이를 보상하는 것이 주된 역할이며, 30 이하의 아베수를 갖는다.The third lens element E 3 mainly serves to compensate for the difference in refractive power according to the wavelength of the first to second lens elements, and has an Abbe number of 30 or less.

제 4 내지 제 7 렌즈 요소의 굴절률은 1.7 이상이다. 또한, 제 4 렌즈 요소와 제 7 렌즈 요소의 아베수는 40 이상이며, 제 5 내지 제 6 렌즈 요소의 아베수는 30 이하이다.The refractive index of the fourth to seventh lens elements is at least 1.7. The Abbe number of the fourth lens element and the seventh lens element is 40 or more, and the Abbe number of the fifth to sixth lens elements is 30 or less.

요약하면, 본 발명의 실시예의 어안 렌즈는 제 1 내지 제 7 렌즈 요소를 구비하는 화각 180°이상의 어안 렌즈로서 다음과 같은 특징을 갖는다. 제 1 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 제 2 렌즈 요소는 음의 굴절능을 가지는 렌즈 요소이고, 제 3 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지는 렌즈 요소이다. 제 3 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소 사이에 조리개가 위치한다. 제 4 렌즈 요소와 제 5 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하되, 제 4 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이며, 제 5 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이다. 제 6 렌즈 요소와 제 7 렌즈 요소는 접합 렌즈 요소를 구성하되, 제 6 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며, 제 7 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가진다.In summary, the fisheye lens of the embodiment of the present invention is a fisheye lens having an angle of view of 180 ° or more including the first to seventh lens elements, and has the following characteristics. The first lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing towards the object, the second lens element is a lens element with negative refractive power, and the third lens element is a lens element with positive refractive power. . An aperture is positioned between the third lens element and the fourth lens element. The fourth lens element and the fifth lens element constitute a conjugate lens, wherein the fourth lens element is a biconvex lens element, and the fifth lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing upwards. The sixth lens element and the seventh lens element constitute a junction lens element, wherein the sixth lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing towards the object, and the seventh lens element has positive refractive power.

또한, 제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이되, 상기 제 1 내지 제 2 렌즈 요소의 굴절률은 1.7 이상이며 아베수는 40 이상이다. 제 3 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지되, 상기 제 3 렌즈 요소의 굴절률은 1.7 이상이며 아베수는 30 이하이며, 제 3 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소 사이에 조리개가 위치한다.Further, the first lens element and the second lens element are negative meniscus lens elements with convex surfaces facing toward the object, wherein the refractive index of the first to second lens elements is at least 1.7 and the Abbe number is at least 40. The third lens element has a positive refractive power, the refractive index of the third lens element is 1.7 or more and the Abbe number is 30 or less, and the aperture is located between the third lens element and the fourth lens element.

도 12는 도 11의 어안 렌즈의 가시광선 영역에서의 변조전달함수 특성을 보여주며, 100 line pairs/millimeter에서 0.3 이상의 해상도를 가지는 것을 알 수 있다. 한편, 도 13은 이 어안 렌즈의 주변 광량비가 0.8 이상인 것을 보여준다. 일반적으로 주변 광량비가 0.6 이상이면 양호한 것으로 간주하므로 이 어안 렌즈의 주변 광량비는 매우 우수하다. 한편, 도 14의 왼쪽 그래프는 제 3 실시예의 어안 렌즈의 상면 만곡을 보여주며, 오른쪽 그래프는 교정 왜곡을 보여준다. 이 그래프로부터 최대 교정 왜곡이 5% 이하인 것을 알 수 있다. 즉, 이 렌즈는 등거리 투사 방식을 상당히 충실하게 구현하고 있다.FIG. 12 shows modulation transfer function characteristics in the visible light region of the fisheye lens of FIG. 11 and has a resolution of 0.3 or more at 100 line pairs / millimeter. On the other hand, Fig. 13 shows that the ambient light quantity ratio of this fisheye lens is 0.8 or more. In general, if the ambient light ratio is 0.6 or more, it is considered to be good, so the ambient light ratio of this fisheye lens is very excellent. On the other hand, the left graph of FIG. 14 shows the image surface curvature of the fisheye lens of the third embodiment, the right graph shows the correction distortion. From this graph, it can be seen that the maximum correction distortion is 5% or less. In other words, this lens implements an equidistant projection method fairly faithfully.

또 다른 렌즈의 주요 특성인 전장은 20.01 mm로 이 실시예의 어안 렌즈는 상당히 소형이다. 또한, 충분한 후방 초점 거리(back focal length)를 가지고 있어, 산업적으로 이용함에 있어서 전혀 불편이 없으며, 제작 공차도 양호하다.Another key feature of the lens is 20.01 mm in length, and the fisheye lens of this embodiment is quite compact. In addition, it has a sufficient back focal length, so there is no inconvenience in industrial use, and the manufacturing tolerance is also good.

본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 상세히 기술하였다. 하지만, 상세한 설명 및 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서도 다양한 변화 및 수정이 가능함은 그 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.Preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the detailed description and the embodiments of the present invention are merely exemplary, and it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present invention.

일 예로 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시예의 어안 렌즈는 모두 양면이 구면인 렌즈 요소들로 구성되었다. 렌즈면이 구면인 렌즈 요소는 생산 비용이 저렴하다. 한편, 렌즈면을 비구면으로 형성하면 성능을 향상시킬 수 있지만 비구면 성형(aspherical molding)을 하여야 하므로 생산 비용이 증대된다. 본 발명의 실시예들을 모두 구면인 경우만 예시한 것은 생산 비용이 저렴한 구체적인 실시예를 제공하기 위한 목적에 불과하며, 일부 렌즈면을 비구면으로 형성하여 성능을 향상시킬 수 있음은 주지의 사실이므로 이와 같은 가능성을 배제하는 것은 아니다.As an example, the fisheye lenses of the first to third embodiments of the present invention are all composed of lens elements having both surfaces as spherical surfaces. Lens elements with a spherical lens surface are inexpensive to produce. On the other hand, when the lens surface is formed aspherical, the performance can be improved, but production costs are increased because aspherical molding is required. All examples of the present invention are illustrated only in spherical form, and are only for the purpose of providing a specific embodiment with low production cost, and it is well known that some lens surfaces may be formed as an aspherical surface to improve performance. It does not exclude the same possibility.

본 발명의 실시예의 어안 렌즈는 우수한 광학적 특성과 기계적 구조를 가지면서도 제작 공차가 커서 저렴한 비용으로 대량 생산을 하기에 적합하다.The fisheye lens of the embodiment of the present invention has excellent optical properties and mechanical structure, but is large in manufacturing tolerance, and is suitable for mass production at low cost.

101: 광축
112: 렌즈
114: 카메라 몸체
113, 213: 센서면
132: 초점면
105: 입사광
106: 굴절광
233, 234: 영상면
E1 ~ E7: 제 1 내지 제 7 렌즈 요소
R1 ~ R16: 제 1 내지 제 16 렌즈면
S: 조리개(stop)
C: 보호 유리(cover glass)
I: 이미지 센서면101: optical axis
112: lens
114: camera body
113, 213: sensor surface
132: focal plane
105: incident light
106: refractive light
233, 234: video plane
E 1 to E 7 : first to seventh lens elements
R 1 to R 16 : first to sixteenth lens surfaces
S: stop
C: cover glass
I: image sensor plane

Claims (12)

제 1 내지 제 7 렌즈 요소를 구비하는 어안 렌즈에 있어서,
제 1 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며,
제 2 렌즈 요소와 제 3 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하되,
제 2 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이며,
제 3 렌즈 요소는 양오목 렌즈 요소이고,
제 4 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지는 렌즈 요소이며,
제 4 렌즈 요소와 제 5 렌즈 요소 사이에 조리개가 위치하고,
제 5 렌즈 요소와 제 6 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하되,
제 5 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이고,
제 6 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며,
제 7 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지는 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
A fisheye lens comprising first to seventh lens elements,
The first lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing towards the object,
The second lens element and the third lens element constitute a junction lens,
The second lens element is a biconvex lens element,
The third lens element is a biscuit lens element,
The fourth lens element is a lens element having positive refractive power,
An aperture is positioned between the fourth lens element and the fifth lens element,
The fifth lens element and the sixth lens element constitute a cemented lens,
The fifth lens element is a biconvex lens element,
The sixth lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing upwards,
Fisheye lens, characterized in that the seventh lens element has a positive refractive power.
제 1항에 있어서,
제 4 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 양의 메니스커스 렌즈 요소이고,
제 7 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소인 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
The method of claim 1,
The fourth lens element is a positive meniscus lens element with the convex surface facing towards the object,
Fisheye lens, characterized in that the seventh lens element is a biconvex lens element.
제 1항에 있어서,
제 1 렌즈 요소와 제 3 렌즈 요소의 굴절률은 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이며,
제 2 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소의 굴절률은 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하인 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
The method of claim 1,
The refractive index of the first lens element and the third lens element is at least 1.7, the Abbe number is at least 40,
A fisheye lens, characterized in that the refractive index of the second and fourth lens elements is at least 1.7 and the Abbe number is at most 30.
제 1 내지 제 7 렌즈 요소를 구비하는 어안 렌즈에 있어서,
제 1 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이되,
상기 제 1 렌즈 요소의 굴절률은 1.7 이상이며 아베수는 40 이상이고,
제 2 렌즈 요소와 제 3 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하되,
상기 제 2 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이되,
상기 제 2 렌즈 요소의 굴절률은 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이며,
상기 제 3 렌즈 요소는 양오목 렌즈 요소이되,
상기 제 3 렌즈 요소의 굴절률은 1.7 이상이고, 아베수는 40 이상이며,
제 4 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지는 렌즈 요소이되,
상기 제 4 렌즈 요소의 굴절률은 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하이며,
제 4 렌즈 요소와 제 5 렌즈 요소 사이에 조리개가 위치하는 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
A fisheye lens comprising first to seventh lens elements,
The first lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing towards the object,
The refractive index of the first lens element is at least 1.7 and the Abbe number is at least 40,
The second lens element and the third lens element constitute a junction lens,
The second lens element is a biconvex lens element,
The refractive index of the second lens element is at least 1.7, the Abbe number is at most 30,
The third lens element is a bilateral lens element,
The refractive index of the third lens element is at least 1.7, the Abbe number is at least 40,
The fourth lens element is a lens element having positive refractive power,
The refractive index of the fourth lens element is at least 1.7, the Abbe number is at most 30,
A fisheye lens, characterized in that the aperture is located between the fourth lens element and the fifth lens element.
제 4항에 있어서,
제 5 렌즈 요소와 제 6 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하되,
제 5 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이고,
제 6 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며,
제 7 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지는 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
The method of claim 4, wherein
The fifth lens element and the sixth lens element constitute a cemented lens,
The fifth lens element is a biconvex lens element,
The sixth lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing upwards,
Fisheye lens, characterized in that the seventh lens element has a positive refractive power.
제 1 내지 제 7 렌즈 요소를 구비하는 어안 렌즈에 있어서,
제 1 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며,
제 2 렌즈 요소는 음의 굴절능을 가지는 렌즈 요소이고,
제 3 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지는 렌즈 요소이며,
제 3 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소 사이에 조리개가 위치하고,
제 4 렌즈 요소와 제 5 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하되,
제 4 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이며,
제 5 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이고,
제 6 렌즈 요소와 제 7 렌즈 요소는 접합 렌즈 요소를 구성하되,
제 6 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며,
제 7 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지는 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
A fisheye lens comprising first to seventh lens elements,
The first lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing towards the object,
The second lens element is a lens element having negative refractive power,
The third lens element is a lens element having positive refractive power,
An aperture is located between the third lens element and the fourth lens element,
The fourth lens element and the fifth lens element constitute a junction lens,
The fourth lens element is a biconvex lens element,
The fifth lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing upwards,
The sixth lens element and the seventh lens element constitute a junction lens element,
The sixth lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing towards the object,
Fisheye lens, characterized in that the seventh lens element has a positive refractive power.
제 1항에 있어서,
제 2 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며,
제 3 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소인 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
The method of claim 1,
The second lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing towards the object,
Fisheye lens, characterized in that the third lens element is a biconvex lens element.
제 7항에 있어서,
제 7 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소인 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
8. The method of claim 7,
Fisheye lens, characterized in that the seventh lens element is a biconvex lens element.
제 6항에 있어서,
제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소의 굴절률은 1.7 이상이며 아베수는 40 이상이고,
제 3 렌즈 요소의 굴절률은 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하인 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
The method according to claim 6,
The refractive index of the first lens element and the second lens element is at least 1.7 and the Abbe number is at least 40,
A fisheye lens, characterized in that the refractive index of the third lens element is at least 1.7 and the Abbe number is at most 30.
제 6항에 있어서,
제 4 렌즈 요소와 제 7 렌즈 요소의 굴절률은 1.7 이상이며 아베수는 40 이상이고,
제 5 렌즈 요소와 제 6 렌즈 요소의 굴절률은 1.7 이상이고, 아베수는 30 이하인 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
The method according to claim 6,
The refractive index of the fourth lens element and the seventh lens element is at least 1.7 and the Abbe number is at least 40,
A fisheye lens, characterized in that the refractive index of the fifth lens element and the sixth lens element is at least 1.7 and the Abbe number is at most 30.
제 1 내지 제 7 렌즈 요소를 구비하는 어안 렌즈에 있어서,
제 1 렌즈 요소와 제 2 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이되,
상기 제 1 내지 제 2 렌즈 요소의 굴절률은 1.7 이상이며 아베수는 40 이상이고,
제 3 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지되,
상기 제 3 렌즈 요소의 굴절률은 1.7 이상이며 아베수는 30 이하이며,
제 3 렌즈 요소와 제 4 렌즈 요소 사이에 조리개가 위치하는 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.
A fisheye lens comprising first to seventh lens elements,
The first lens element and the second lens element are negative meniscus lens elements with convex surfaces facing towards the object,
The refractive index of the first to second lens elements is at least 1.7 and the Abbe number is at least 40,
The third lens element has a positive refractive power,
The refractive index of the third lens element is at least 1.7 and the Abbe number is at most 30,
A fisheye lens, characterized in that the aperture is located between the third lens element and the fourth lens element.
제 11항에 있어서,
제 4 렌즈 요소와 제 5 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하되,
제 4 렌즈 요소는 양볼록 렌즈 요소이고,
제 5 렌즈 요소는 볼록면이 상쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며,
제 6 렌즈 요소와 제 7 렌즈 요소는 접합 렌즈를 구성하되,
제 6 렌즈 요소는 볼록면이 물체쪽을 향하는 음의 메니스커스 렌즈 요소이며,
제 7 렌즈 요소는 양의 굴절능을 가지는 것을 특징으로 하는 어안 렌즈.12. The method of claim 11,
The fourth lens element and the fifth lens element constitute a junction lens,
The fourth lens element is a biconvex lens element,
The fifth lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing upwards,
The sixth and seventh lens elements constitute a cemented lens,
The sixth lens element is a negative meniscus lens element with the convex surface facing towards the object,
Fisheye lens, characterized in that the seventh lens element has a positive refractive power.
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