KR101834729B1

KR101834729B1 - 광각 렌즈 및 이를 포함한 촬상 장치

Info

Publication number: KR101834729B1
Application number: KR1020160055767A
Authority: KR
Inventors: 강찬구; 이종진; 배성희
Original assignee: 주식회사 코렌
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2018-03-06
Also published as: CN107346057A; KR20170125654A; US9939616B2; US20170322391A1

Abstract

광각 렌즈 및 이를 포함하는 촬상 장치에 대하여 개시한다. 광각 렌즈는 물체측으로부터 상면측으로 순차로 배열된 정, 정, 부, 정, 부, 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈 내지 제6 렌즈를 포함한다. 광각 렌즈는 70도 이상의 화각을 가지고, 3 이하의 F-넘버를 가질 수 있다.

Description

광각 렌즈 및 이를 포함한 촬상 장치 {Wide angle lens and imaging device having the same}

본 개시는 광각 렌즈 및 이를 포함한 촬상 장치에 관한 것이다.

CCD(Charge-Coupled Devices)형 이미지 센서 혹은 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)형 이미지 센서 등의 고체 촬영 소자를 이용한 촬상 장치가 많이 사용되고 있다. 디지털 카메라, 교환 렌즈계, 비디오 카메라 등 고체 촬상 소자를 사용하는 촬상 장치에 있어서, 사용자들은 고해상도와 고품질에 대한 요구를 가지고 있다. 고체 촬상 소자를 이용한 촬상 장치는 소형화에 적합하므로 최근에는 휴대 전화를 비롯한 소형의 정보 단말기 등에도 적용되고 있다.

광각 렌즈는 디지털 카메라의 고화소화에 어울리는 우수한 해상력을 가져야 함과 동시에 휴대가 용이하기 위하여 컴팩트한 크기에 대한 요구도 크다. 예를 들어, 5매 이상의 렌즈로 광각 렌즈를 구성할 수 있다. 참고로, 본원발명과 관련된 선행기술로는 특허문헌1(KR 등록특허 10-1536557)이 있다. 특허문헌1은 6매의 렌즈로 광각 렌즈를 구성하는 구성을 소개한다.

본 개시는 소형의 광각 렌즈를 제공하며, 소형의 광각 렌즈를 포함한 촬상 장치를 제공하고자 한다.

일 실시예에 따른 광각 렌즈는 물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열된 것으로, 정의 굴절력을 가지는 제1 렌즈; 정의 굴절력을 가지며, 상면측으로 볼록한 출사면을 가지는 제2 렌즈; 부의 굴절력을 가지며, 상면측으로 오목한 출사면을 가지는 제3 렌즈; 정의 굴절력을 가지며, 상면측으로 볼록한 출사면을 가지는 제4 렌즈; 부의 굴절력을 가지며, 상면측으로 오목한 출사면을 가지는 제5 렌즈; 및 정의 굴절력을 가지는 제6 렌즈;를 포함하고, 다음의 식을 모두 만족한다.

조건식(1) : 75 < FOV < 85

조건식(2) : 2.0 < Fno < 2.3

여기서, FOV(단위:°)는 상기 광각 렌즈의 화각을 나타내고, Fno은 상기 광각 렌즈의 F-넘버(F-number) 를 나타낸다.

상기 제4 렌즈는 상면측으로 볼록한 매니스커스 형상을 가질 수 있다.

상기 제6 렌즈의 입사면, 출사면 중 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 가질 수 있다.

상기 광각렌즈는 다음의 조건을 만족할 수 있다.

조건식(3) : 0.6 < TTL/ImgH < 0.8

여기에서 TTL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심에서 상면까지의 거리를 나타내며, ImgH(단위:mm)는 유효 픽셀영역의 대각길이를 나타낸다.

상기 광각렌즈는 다음의 조건을 만족할 수 있다.

조건식(4) : 0.5 < F/ImgH < 0.6

여기에서 F(단위:mm)는 상기 광각 렌즈의 유효초점거리를 나타내며, ImgH(단위:mm)는 유효 픽셀영역의 대각길이를 나타낸다.

상기 광각렌즈는 다음의 조건을 만족할 수 있다.

조건식(5) : 0.3 < D1/D6 < 0.4

여기에서 D1(단위:mm)은 상기 제1 렌즈의 유효경을 나타내고, D6(단위:mm)은 상기 제6 렌즈의 유효경을 나타낸다.

상기 광각렌즈는 다음의 조건을 만족할 수 있다.

조건식(6) : 5 < f5/f3 < 15

여기에서 f5(단위:mm)는 상기 제5 렌즈의 초점거리를 나타내고, f3(단위:mm)은 상기 제3 렌즈의 초점거리를 나타낸다.

상기 광각렌즈는 다음의 조건을 만족할 수 있다.

조건식(7) : 1.5 < (Ind3+Ind4)/2 < 1.7

여기서, Ind3은 상기 제3 렌즈의 굴절률을 나타내고, Ind4는 상기 제4 렌즈의 굴절률을 나타낸다.

상기 제1 렌즈는 상면측으로 오목한 매니스커스 렌즈의 형상을 가질 수 있다.

상기 제2 렌즈는 양볼록 렌즈이고, 상기 제2 렌즈의 입사면의 곡률반경의 절대값이 출사면의 곡률반경의 절대값보다 작을 수 있다.

상기 제1 렌즈에서 물체측으로 마련되는 조리개;를 더 포함할 수 있다.

상기 제6 렌즈에서 상면측으로 마련되는 광학 필터;을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 내지 제6 렌즈는 비구면 일 수 있다.

상기 제1 내지 제6 렌즈는 플라스틱 렌즈일 수 있다.

다른 실시예에 따른 광각 렌즈는, 물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열된 것으로, 정의 굴절력을 가지며, 상면측으로 오목한 출사면을 가지는 제1 렌즈; 정의 굴절력을 가지며, 상면측으로 볼록한 출사면을 가지는 제2 렌즈; 부의 굴절력을 가지며, 상면측으로 오목한 출사면을 가지는 제3 렌즈; 정의 굴절력을 가지며, 상면측으로 볼록한 출사면을 가지는 매니스커스 렌즈인 제4 렌즈; 부의 굴절력을 가지며, 상면측으로 오목한 출사면을 가지는 제5 렌즈; 및 정의 굴절력을 가지며, 적어도 하나의 변곡점을 가지는 출사면을 가지는 제6 렌즈;를 포함한다.

상기 제1 렌즈에서 물체 측으로 마련되는 조리개;를 더 포함할 수 있다.

상기 광각렌즈는 다음의 조건을 모두 만족할 수 있다.

조건식(1) : 75 < FOV < 85

조건식(2) : 2.0 < Fno < 2.3

상기 광각렌즈는 다음의 조건을 적어도 하나 만족할 수 있다.

조건식(3) : 0.6 < TTL/ImgH < 0.8

조건식(4) : 0.5 < F/ImgH < 0.6

조건식(5) : 0.3 < D1/D6 < 0.4

조건식(6) : 5 < f5/f3 < 15

조건식(7) : 1.5 < (Ind3+Ind4)/2 < 1.7

여기에서 TTL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심에서 상면까지의 거리를 나타내며, ImgH(단위:mm)는 유효 픽셀영역의 대각길이를 나타내고, F(단위:mm)는 상기 광각 렌즈의 유효초점거리를 나타내며, ImgH(단위:mm)는 유효 픽셀영역의 대각길이를 나타내고, D1(단위:mm)은 상기 제1 렌즈의 유효경을 나타내고, D6(단위:mm)은 상기 제6 렌즈의 유효경을 나타내고, f5는 상기 제5 렌즈의 초점거리를 나타내고, f3은 상기 제3 렌즈의 초점거리를 나타내고, Ind3은 상기 제3 렌즈의 굴절률을 나타내고, Ind4는 상기 제4 렌즈의 굴절률을 나타낸다.

일 실시예에 따른 촬상 장치는, 상술한 실시예에 따른 광각 렌즈와, 상기 광각 렌즈에 의해 결상된 상을 촬상하는 고체 촬상 소자를 포함한다.

본 개시에 따른 광각 렌즈는 넓은 화각, 예를 들어 70 도 이상의 화각을 가잘 수 있다. 본 개시에 따른 광각 렌즈는, 밝은 영상 촬영에 유리한 작은 F-넘버, 예를 들어 2.5 이하의 F-넘버를 가질 수 있다. 본 개시에 따른 광각 렌즈는 양호한 광각 성능을 가지면서도 휴대폰에 탑재 가능할 정도로 전장이 작을 수 있다.

도 1은 제 1 실시예에 따른 광각 렌즈의 주요 구성요소의 배치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 광각 렌즈의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수치도이다.
도 3은 제 2 실시예에 따른 광각 렌즈의 주요 구성요소의 배치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 4는 제 2 실시예에 따른 광각 렌즈의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수치도이다.
도 5는 제 3 실시예에 따른 광각 렌즈의 주요 구성요소의 배치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 6은 제 3 실시예에 따른 광각 렌즈의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수치도이다.
도 7은 제 4 실시예에 따른 광각 렌즈의 주요 구성요소의 배치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 8은 제 4 실시예에 따른 광각 렌즈의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수치도이다.
도 9는 본 발명에 따른 광각 렌즈를 포함하는 촬상 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

이하, 이하, 본 발명의 실시예에 따른 광각 렌즈 및 촬상장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한(혹은, 유사한) 구성요소들을 나타낸다.

이하의 설명에서, “상면(IP plane)(IP)”이라고 기재된 표현은 광각 렌즈를 지나 상이 맺히는 면을 나타내는 것으로, “상면측(IP plane side)”은 이미지 센서 등의 촬상 소자등이 위치하는 방향을 나타낼 수 있다. 광각 렌즈를 기준으로 “물체측(object side)”과 “상면측”은 서로 반대 방향을 의미할 수 있다. 또한, 렌즈의 두 양면 중 물체측에 있는 면을 입사면이라 하고, 상면측에 있는 면을 출사면이라 할 수 있다.

도 1은 제 1 실시예에 따른 광각 렌즈의 주요 구성요소의 배치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.

상기 광각 렌즈는 물체(OBJ) 측으로부터 상면(IP)측으로 순서대로 배열되는, 조리개(ST) 및 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ)를 포함한다. 예를 들어, 제1 렌즈(I)는 정의 굴절력을 가지고, 제2 렌즈(Ⅱ)는 정의 굴절력을 가지고, 제3 렌즈(Ⅲ)는 부의 굴절력을 가지고, 제4 렌즈(Ⅳ)는 정의 굴절력을 가지고, 제5 렌즈(Ⅴ)는 부의 굴절력을 가지고, 제6 렌즈(Ⅵ)는 정의 굴절력을 가질 수 있다. 제3 렌즈(Ⅲ)와 제5 렌즈(Ⅴ)는 광각 렌즈의 굴절력을 분산 배치할 수 있다.

제1 렌즈(I)는 예를 들어, 상면(IP)측을 향해 오목한 출사면(2*)을 포함할 수 있다. 제1 렌즈(I)는 예를 들어, 물체(OBJ)측을 향해 볼록한 입사면(1*)을 포함할 수 있다. 제1 렌즈(I)는 예를 들어, 상면(IP)측으로 오목한 매니스커스 형상을 가질 수 있다.

제2 렌즈(Ⅱ)는 예를 들어, 상면(IP)측을 향해 볼록한 출사면(4*)을 포함할 수 있다. 제2 렌즈(Ⅱ)는 예를 들어, 물체(OBJ)측을 향해 볼록한 입사면(3*)을 포함할 수 있다. 제2 렌즈(Ⅱ)는 예를 들어, 양 볼록 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 렌즈(Ⅱ)의 입사면(3*)의 곡률반경의 절대값은 출사면(4*)의 곡률반경의 절대값보다 작을 수 있다.

제3 렌즈(Ⅲ)는 예를 들어, 상면(IP)측이 오목한 출사면(6*)을 가질 수 있다. 제3 렌즈(Ⅲ)는 예를 들어, 물체(OBJ)측이 볼록한 입사면(5*)을 가질 수 있다. 제3 렌즈(Ⅲ)는 예를 들어, 상면(IP)측으로 오목한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제3 렌즈(Ⅲ)가 메니스커스 형상을 가질 때는 비점 수차를 효과적으로 보정할 수 있다.

제4 렌즈(Ⅳ)는 예를 들어, 상면(IP)측이 볼록한 출사면(8*)을 포함할 수 있다. 제4 렌즈(Ⅳ)는 예를 들어, 물체(OBJ)측이 오목한 입사면(7*)을 포함할 수 있다. 제4 렌즈(Ⅳ)는 예를 들어, 상면(IP)측으로 볼록한 매니스커스 형상을 가질 수 있다. 제4 렌즈(Ⅳ)의 유효경은 제1 렌즈(I) 내지 제3 렌즈(Ⅲ)보다 클 수 있다.

제5 렌즈(Ⅴ)는 예를 들어, 상면(IP)측이 오목한 출사면(10*)을 포함할 수 있다. 제5 렌즈(Ⅴ)는 예를 들어, 제5 렌즈(Ⅴ)의 입사면(9*)과 출사면(10*) 중 적어도 하나의 렌즈면이 적어도 하나의 변곡점(inflection point)을 가질 수 있다. 변곡점은 곡률 반경의 부호가 (+)에서 (-)로 변하거나 (-)에서 (+)로 변하는 점을 나타낼 수 있다. 또는, 변곡점은 렌즈의 형상이 볼록에서 오목으로 변하거나 오목에서 볼록으로 변하는 점을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 제5 렌즈(Ⅴ)의 출사면(10*)은 광축 근처에서 상면(IP)을 향해 오목한 형상을 가지고, 광축으로부터 주변부로 갈수록 볼록한 형상을 가질 수 있다.

제6 렌즈(Ⅵ)는 예를 들어, 제6 렌즈(Ⅵ)의 입사면(11*)과 출사면(12*) 중 적어도 하나의 렌즈면이 적어도 하나의 변곡점을 가질 수 있다. 제6 렌즈(Ⅵ)는 예를 들어, 렌즈 면의 중심부(광축으로부터 소정 반경 내) 에서 물체(OBJ)측을 향해 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제6 렌즈(Ⅵ)의 출사면(12*)은 광축 근처에서 상면(IP)을 향해 오목한 형상을 가지고, 광축으로부터 주변부로 갈수록 볼록한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제6 렌즈(Ⅵ)의 입사면(11*)은 광축 근처에서 물체측(OBJ)을 향해 볼록한 형상을 가지고, 광축으로부터 주변부로 갈수록 오목한 형상을 가질 수 있다. 제6 렌즈(Ⅵ)는 이러한 비구면 형상을 가짐으로써, 광각 렌즈의 각종 수차를 양호하게 보정할 수 있다.

제6 렌즈(Ⅵ)와 상면(IP) 사이에 적어도 하나의 광학 필터(Ⅶ)가 구비될 수 있다. 광학 필터(Ⅶ)는 예를 들어 저역 통과 필터(Low pass Filter), 적외선 차단 필터(IR-Cut Filter), 커버 글라스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 필터(Ⅶ)로서 적외선 차단 필터가 구비되는 경우, 가시광선은 투과되고, 적외선은 외부로 방출되도록 하여, 적외선이 상면(IP)에 전달되지 않도록 할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 광각 렌즈는 광학 필터(Ⅶ) 없이도 구성될 수 있다.

조리개(ST)는 제1 렌즈(I)에서 물체(OBJ)측 방향으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 조리개(ST)는 제1 렌즈(I)의 입사면(1*)의 중심 (광축과 접하는 위치)보다는 상면(IP)측에 위치할 수 있고, 제1 렌즈(I)의 출사면(2*)의 중심보다는 물체(OBJ)측에 위치할 수 있다. 따라서, 제1 렌즈(I)의 입사면(1*)의 중심부는 조리개(ST)보다 다소 돌출되는 구조를 가질 수 있다. 이러한 배치를 가지는 광각 렌즈는 전장이 짧아, 소형화에 유리할 수 있다.

제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ)는 비구면 렌즈일 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ) 중 적어도 하나는 비구면 렌즈일 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ)는 모두 비구면 렌즈일 수 있다. 예를 들어, 비구면 렌즈는 광각 렌즈의 성능 개선 및 전장 축소에 기여할 수 있다.

제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ) 중 적어도 하나는 플라스틱(plastic) 소재로 제조될 수 있다. 플라스틱 소재로 형성된 렌즈는, 글라스 소재로 형성된 렌즈보다 가볍고 양산에 유리할 수 있다. 또한, 플라스틱 렌즈는 제조원가가 글라스 렌즈에 비해 적고, 렌즈 성형상의 제약 조건이 적으므로 소형화에 유리할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 광각 렌즈는 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ)를 모두 플라스틱 소재로 제조함으로써 광각 렌즈 소형화와 경량화를 달성할 수 있다.

그러나 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ)의 재질이 플라스틱으로 반드시 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라서는, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ) 중 적어도 하나를 글라스로 제조할 수도 있다. 예를 들어, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ) 중 일부는 플라스틱 렌즈를 사용하고, 나머지 일부는 글라스 렌즈를 사용할 수도 있다.

본 실시예에 따른 광각 렌즈는 넓은 화각, 예를 들어 70 도 이상의 화각을 가잘 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 광각 렌즈는, 밝은 영상 촬영에 유리한 작은 F-넘버, 예를 들어 2.5 이하의 F-넘버를 가질 수 있다. 본 실시예에 따른 광각 렌즈는 양호한 광각 성능을 가지면서도 휴대폰에 탑재 가능할 정도로 전장이 작을 수 있다.

상술한 실시예에 따른 광각 렌즈는 다음의 조건식(1) 내지 조건식(7) 중 적어도 하나를 만족하는 것이 바람직하다.

조건식(1) : 75 < FOV < 85

여기서, FOV(단위:°)는 상기 광각 렌즈의 화각을 나타낸다.

조건식(2) : 2.0 < Fno < 2.3

여기서, Fno은 상기 광각 렌즈의 F-넘버(F-number) 를 나타낸다.

조건식 (1) 및 조건식(2)를 만족하는 광각 렌즈는 충분한 화각을 가지는 광각 렌즈이면서도 밝은 영상을 획득할 수 있는 작은 F-넘버를 확보할 수 있다.

조건식(1') : 80 < FOV < 82

여기서, FOV(단위:°)는 상기 광각 렌즈의 화각을 나타낸다.

조건식(2') : 2.15 < Fno < 2.25

여기서, Fno은 상기 광각 렌즈의 F-넘버(F-number) 를 나타낸다.

예를 들어, 광각 렌즈는 상기 조건식 1' 및 조건식 2'을 만족할 수도 있다.

조건식(3) : 0.6 < TTL/ImgH < 0.8

여기에서 TTL(단위:mm)은 제1 렌즈(I)의 입사면(1*)에서 상면(IP)까지의 거리, 즉, 상기 광각 렌즈의 전체 길이(전장)를 나타내고, ImgH는 상면(IP)에 맺히는 이미지의 최대 픽셀영역의 대각 길이를 나타낸다. 상기 TTL은 광축을 따라 측정된 거리이다. 다시 말해, TTL은 제1 렌즈(I)의 입사면(1*)의 중앙부에서 상면(IP)의 중앙부까지의 직선거리일 수 있다. 한편, 상기 ImgH는 상면(IP)에 맺힌 이미지의 최대 대각 길이일 수 있다.

조건식(3)을 만족하는 광각 렌즈는 스마트폰을 비롯한 휴대용 촬상 장치에 탑재가능할 만큼 소형일 수 있다. 조건식(3)에서 TTL/ImgH 이 하한값에 가까워 질수록, 광각 렌즈의 소형화에 유리할 수 있다. 하지만, TTL/ImgH 이 하한값보다 작을 경우 광각 렌즈의, 구면수차 등 각종 수차가 커질 수 있어 성능 구현이 용이하지 않을 수 있다. 조건식(3)에서 TTL/ImgH 이 상한값에 가까워 질수록, 수차 보정에 유리할 수 있다. 하지만, TTL/ImgH 이 상한보다 클 경우 광각 렌즈의 소형화가 어려울 수 있다.

조건식(3') : 0.6 < TTL/ImgH < 0.7

예를 들어, 광각 렌즈는 상기 조건식 3' 을 만족할 수도 있다.

조건식(4) : 0.5 < F/ImgH < 0.6

조건식(4)는 광각 렌즈의 이미지의 크기 대비 광학계의 초점거리의 비율에 대한 한정을 의미한다. 조건식(4)의 하한보다 아래일 경우, 수차 제어가 용이하지 않을 수 있으며, 조건식(4)의 상한보다 위일 경우, 초점거리가 짧은 광학계의 최적화가 어려울 수 있다.

조건식(5) : 0.3 < D1/D6 < 0.4

조건식(5)를 만족하는 광각 렌즈는 수차 제어에 용이할 수 있다. 또한, 제4 렌즈의 유효경은 제1 내지 제3 렌즈의 유효경보다 크고, 제5 렌즈의 유효경은 제 4렌즈의 유효경보다 크고, 제6 렌즈의 유효경은 제5 렌즈의 유효경보다 클 수 있다. 이러한 유효경의 배치는 광각 렌즈의 수차 제어에 용이할 수 있다.

조건식(6) : 5 < f5/f3 < 15

여기에서 f5는 상기 제5 렌즈의 초점거리를 나타내고, f3은 상기 제3 렌즈의 초점거리를 나타낸다.

조건식(6)를 만족하는 광각 렌즈는 굴절력 배치의 제어가 용이할 수 있다.

조건식(7) : 1.5 < (Ind3+Ind4)/2 < 1.7

조건식(7)를 만족하는 광각 렌즈는 고 굴절력의 플라스틱 소재로 형성되어, 수차 제어에 용이하고, 비구면의 형성이 용이하며, 비용 절감을 도모 할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 광각 렌즈에 사용되는 비구면의 정의를 나타내면 다음과 같다.

< 비구면 방정식 >

여기서, Z는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리를, Y는 광축에 대해 수직한 방향으로의 거리를, K는 코닉 상수(conic constant)를, A, B, C, D, E, F, G, H 및 J는 비구면 계수를, R은 곡률 반경을 나타낸다.

본 발명에서는 다음과 같이 다양한 설계에 따른 수치 실시예를 통해 광각 렌즈를 구현할 수 있다. 각 수치 실시예에서 렌즈 면 번호(1,2,3..n; n은 자연수)는 물체 (OBJ)측으로부터 상면(IP)측으로 순차적으로 나열되며, 도면에는 렌즈 면의 부호를 도시한다. 그리고, OBJ는 물체를, IP는 상면을, R은 곡률 반경을, D는 렌즈의 두께 또는 렌즈와 렌즈 사이의 공기 간격을, Nd는 굴절률을, Vd는 아베수를 나타낸다. ST는 조리개를, *는 비구면을 나타낸다.

<제1 수치 실시예>

도 1은 제1 수치 실시예에 따른 광각 렌즈를 도시한 것이며, 다음은 제1 수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다.

도 2는 제1 수치 실시예에 따른 광각 렌즈의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curves), 왜곡수차(distortion)를 나타낸 것이다. 상면만곡으로는 자오상면 만곡(T: tangential field curvature)과 구결상면 만곡(S: sagittal field curvature)을 보여준다.

<제2 수치 실시예>

도 3은 제2 수치 실시예에 따른 광각 렌즈를 도시한 것이며, 다음은 제2 수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다.

도 4는 제2 수치 실시예에 따른 광각 렌즈의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curves), 왜곡수차(distortion)를 나타낸 것이다. 상면만곡으로는 자오상면 만곡(T: tangential field curvature)과 구결상면 만곡(S: sagittal field curvature)을 보여준다.

<제3 수치 실시예>

도 5은 제3 수치 실시예에 따른 광각 렌즈를 도시한 것이며, 다음은 제3 수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다.

도 6은 제3 수치 실시예에 따른 광각 렌즈의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curves), 왜곡수차(distortion)를 나타낸 것이다. 상면만곡으로는 자오상면 만곡(T: tangential field curvature)과 구결상면 만곡(S: sagittal field curvature)을 보여준다.

<제4 수치 실시예>

도 7은 제4 수치 실시예에 따른 광각 렌즈를 도시한 것이며, 다음은 제4 수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다.

도 8은 제4 수치 실시예에 따른 광각 렌즈의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curves), 왜곡수차(distortion)를 나타낸 것이다. 상면만곡으로는 자오상면 만곡(T: tangential field curvature)과 구결상면 만곡(S: sagittal field curvature)을 보여준다.

다음은 제1 내지 제4 수치 실시예에 따른 광각 렌즈가 상기 조건식 1 내지 식 7를 만족함을 보인 것이다. 표 9에서 FOV(화각)의 단위는 °이다. 표 10에서 FOV(화각)의 단위는 °이고, TTL, ImgH, F, D1, D6, f5 및 f3의 단위는 mm이다.

도 9는 예시적인 실시예에 따른 광각 렌즈를 구비한 촬상 장치(200)의 일 예를 도시한 것이다. 촬상 장치(200)는 광각 렌즈(100)와, 상기 광각 렌즈(100)에 의해 결상된 상(IP)를 수광하여 전기적인 화상 신호로 변환하는 이미지 센서(110)를 포함한다. 상기 광각 렌즈(100)로는 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 광각 렌즈가 채용될 수 있다. 예시적인 실시예에 따른 광각 렌즈를 소형의 디지털 카메라, 모바일 폰용 카메라, 자동차용 카메라 등의 촬상 장치에 적용함으로써 광각으로, 낮은 F-넘버로 촬영이 가능한 촬상 장치를 구현할 수 있다.

도 9에 도시된 촬상 장치는 일반적인 예일 뿐이며 보다 다양한 광학 기기에 적용 가능하다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 광각 렌즈는 차량용 카메라의 렌즈 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 광각 렌즈는 가상 현실 장치, 증강 현실 장치 등에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 가상 현실 장치에는 상술한 실시예에 따른 광각 렌즈가 서로 반대방향을 향하도록 마련될 수 있다. 예컨대, 블랙박스, AVM(around view monitoring) 시스템 또는 후방 카메라 등 다양한 차량용 장치에 본 발명의 실시예에 따른 광각 렌즈를 적용할 수 있다. 또한, 상기 광각 렌즈는 드론이나 레저 스포츠용 캠코더와 같은 다양한 액션캠(action cam)에 적용될 수 있다. 그 밖에도, 상기 광각 렌즈는 다양한 감시용 카메라에 적용될 수 있다.

또한, 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 광각 렌즈에서 렌즈들의 형상이 다소 변형되더라도 상기한 조건식(1) 내지 조건식(7) 중 적어도 하나를 만족하는 경우, 앞서 설명한 바와 같은 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 조건식(1) 내지 조건식(7) 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. 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 Ⅵ : 제6 렌즈
Ⅶ : 광학 필터
OBJ : 물체 ST : 조리개
IP : 상면

Claims

물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열된 것으로,
정의 굴절력을 가지는 제1 렌즈;
정의 굴절력을 가지며, 상면측으로 볼록한 출사면을 가지는 제2 렌즈;
부의 굴절력을 가지며, 상면측으로 오목한 출사면을 가지는 제3 렌즈;
정의 굴절력을 가지며, 상면측으로 볼록한 출사면을 가지는 제4 렌즈;
부의 굴절력을 가지며, 상면측으로 오목한 출사면을 가지는 제5 렌즈; 및
정의 굴절력을 가지는 제6 렌즈;를 포함하고, 다음의 식을 모두 만족하는 광각 렌즈.
조건식(1) : 75 < FOV < 85
조건식(2) : 2.0 < Fno < 2.3
여기서, FOV(단위:°)는 상기 광각 렌즈의 화각을 나타내고, Fno은 상기 광각 렌즈의 F-넘버(F-number) 를 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
상기 제4 렌즈는 상면측으로 볼록한 매니스커스 형상을 가지는 광각 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제6 렌즈의 입사면, 출사면 중 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 가지는 광각 렌즈.
제 1 항에 있어서,
다음의 조건을 만족하는 광각 렌즈.
조건식(3) : 0.6 < TTL/ImgH < 0.8
여기에서 TTL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심에서 상면까지의 거리를 나타내며, ImgH(단위:mm)는 유효 픽셀영역의 대각길이를 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
다음의 조건을 만족하는 광각 렌즈.
조건식(4) : 0.5 < F/ImgH < 0.6
여기에서 F(단위:mm)는 상기 광각 렌즈의 유효초점거리를 나타내며, ImgH(단위:mm)는 유효 픽셀영역의 대각길이를 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
다음의 조건을 만족하는 광각 렌즈.
조건식(5) : 0.3 < D1/D6 < 0.4
여기에서 D1(단위:mm)은 상기 제1 렌즈의 유효경을 나타내고, D6(단위:mm)은 상기 제6 렌즈의 유효경을 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
다음의 조건을 만족하는 광각 렌즈.
조건식(6) : 5 < f5/f3 < 15
여기에서 f5(단위:mm)는 상기 제5 렌즈의 초점거리를 나타내고, f3(단위:mm)은 상기 제3 렌즈의 초점거리를 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
다음의 조건을 만족하는 광각 렌즈.
조건식(7) : 1.5 < (Ind3+Ind4)/2 < 1.7
여기서, Ind3은 상기 제3 렌즈의 굴절률을 나타내고, Ind4는 상기 제4 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 렌즈는 상면측으로 오목한 매니스커스 렌즈인 광각 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 렌즈는 양볼록 렌즈이고,
상기 제2 렌즈의 입사면의 곡률반경의 절대값이 출사면의 곡률반경의 절대값보다 작은 광각 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 렌즈에서 물체측으로 마련되는 조리개;를 더 포함하는 광각 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제6 렌즈에서 상면측으로 마련되는 광학 필터;을 더 포함하는 광각 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 내지 제6 렌즈는 비구면 렌즈인 광각 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 내지 제6 렌즈는 플라스틱 렌즈인 광각 렌즈.
물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열된 것으로,
정의 굴절력을 가지며, 상면측으로 오목한 출사면을 가지는 제1 렌즈;
정의 굴절력을 가지며, 상면측으로 볼록한 출사면을 가지는 제2 렌즈;
부의 굴절력을 가지며, 상면측으로 오목한 출사면을 가지는 제3 렌즈;
정의 굴절력을 가지며, 상면측으로 볼록한 출사면을 가지는 매니스커스 렌즈인 제4 렌즈;
부의 굴절력을 가지며, 상면측으로 오목한 출사면을 가지는 제5 렌즈; 및
정의 굴절력을 가지며, 적어도 하나의 변곡점을 가지는 출사면을 가지는 제6 렌즈;를 포함하고,
다음의 조건을 만족하는 광각 렌즈.
조건식(3) : 0.6 < TTL/ImgH < 0.8
여기에서 TTL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심에서 상면까지의 거리를 나타내며, ImgH(단위:mm)는 유효 픽셀영역의 대각길이를 나타낸다.
제 15 항에 있어서,
상기 제1 렌즈에서 물체 측으로 마련되는 조리개;를 더 포함하는 광각 렌즈.
제 15 항에 있어서,
다음의 식을 모두 만족하는 광각 렌즈.
조건식(1) : 75 < FOV < 85
조건식(2) : 2.0 < Fno < 2.3
여기서, FOV(단위:°)는 상기 광각 렌즈의 화각을 나타내고, Fno은 상기 광각 렌즈의 F-넘버(F-number) 를 나타낸다.
제 15 항에 있어서,
다음의 식 중 적어도 하나를 만족하는 광각 렌즈.
조건식(4) : 0.5 < F/ImgH < 0.6
조건식(5) : 0.3 < D1/D6 < 0.4
조건식(6) : 5 < f5/f3 < 15
조건식(7) : 1.5 < (Ind3+Ind4)/2 < 1.7
여기에서 ImgH(단위:mm)는 유효 픽셀영역의 대각길이를 나타내고, F(단위:mm)는 상기 광각 렌즈의 유효초점거리를 나타내며, ImgH(단위:mm)는 유효 픽셀영역의 대각길이를 나타내고, D1(단위:mm)은 상기 제1 렌즈의 유효경을 나타내고, D6(단위:mm)은 상기 제6 렌즈의 유효경을 나타내고, f5는 상기 제5 렌즈의 초점거리를 나타내고, f3은 상기 제3 렌즈의 초점거리를 나타내고, Ind3은 상기 제3 렌즈의 굴절률을 나타내고, Ind4는 상기 제4 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
제 15 항에 있어서,
상기 제1 렌즈는 상면측으로 오목한 매니스커스 렌즈인 광각 렌즈.
제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 따른 광각 렌즈와,
상기 광각 렌즈에 의해 결상된 상을 촬상하는 고체 촬상 소자를 포함하는 촬상 장치.