KR102399636B1 - 카메라 렌즈 - Google Patents

Abstract

카메라 렌즈에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 렌즈는 상이 맺히는 상면을 향하는 일측면이 상면 방향으로 오목한 형상으로 형성된 제1 렌즈; 양측면이 볼록하게 형성된 제2 렌즈; 촬영 대상물을 향하는 일측면이 촬영 대상물 방향으로 볼록하게 형성되고 타측면이 오목하게 형성된 제3 렌즈; 촬영 대상물을 향하는 일측면이 촬영 대상물 방향으로 볼록하게 형성된 제4 렌즈; 및 촬영 대상물을 향하는 일측면이 오목하게 형성되고, 타측면이 상면를 향하는 방향으로 볼록하게 형성된 제 5렌즈를 포함한다.

Description

카메라 렌즈{CAMERA LENS}

본 발명은 카메라 렌즈에 관한 것이다.

자동차 산업의 발전으로 인해, 자동차제품과 직접적으로 관련된 분야 이외에도 자동차를 운전하는 운전자의 안전이나 편의를 제공하기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다.

예를 들면, 운전자가 심야시간이나 우천 시 자동차를 운전하는 경우에는 오직 육안으로는 노면 상태나 주위 상황을 파악하기 어렵다. 또한, 반대쪽으로부터 오는 차량의 헤드라이트의 불빛이 강한 경우에도 운전자의 시야확보가 어렵다. 이러한 경우 자칫 큰 사고로 이어 질수 도 있으므로 운전자의 시야를 확보하거나 보조하는 것은 매우 중요하다.

이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 차량에 카메라를 부착하여 주행하고자 하는 노면상태 또는 장애물을 촬영하여 운전자에게 제공하는 방법이 사용되고 있다.

그런데 종래의 일반적인 카메라는 촬영된 영상의 외곽영역보다는 중앙영역의 화질의 해상도가 뛰어나고 사람의 시전도 영상의 중앙에 집중되는 경향이 있다.

하지만 일반적으로 운전을 하는 경우 전방보다는 측면에 주요 정보가 있는 경우가 많다. 예를 들면 옆 차선의 차량이 끼어들기를 한다거나 인도에서 사람이 차도로 내려와 있다든지 하는 등의 정보는 운전자의 전방이 아닌 측면에 있다. 즉, 중요 정보가 카메라 영상의 외곽영역에 있는 경우가 많다.

도 1은 차량에서 촬영된 영상을 도시한 것인데, 도 1을 참조하면 이러한 사실을 확인할 수 있다. 영상의 왼쪽 외곽영역(A)는 트럭이 정차되어 있고, 영상의 오른쪽 외곽영역(B)에는 사람이 차도로 내려와 있는 것을 확인 할 수 있다.

따라서 영상의 중앙 영역보다는 영상의 외곽 영역에 대한 정보를 정확히 전달할 필요가 있다.

하지만 종래의 카메라로는 차량 주변의 주요 정보를 운전자에게 정확히 제공할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 촬영 대상물의 외곽 영역을 확대 촬영할 수 있는 카메라 렌즈를 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 렌즈는 상이 맺히는 상면을 향하는 일측면이 상면 방향으로 오목한 형상으로 형성된 제1 렌즈; 양측면이 볼록하게 형성된 제2 렌즈; 촬영 대상물을 향하는 일측면이 촬영 대상물 방향으로 볼록하게 형성되고 타측면이 오목하게 형성된 제3 렌즈; 촬영 대상물을 향하는 일측면이 촬영 대상물 방향으로 볼록하게 형성된 제4 렌즈; 및 촬영 대상물을 향하는 일측면이 오목하게 형성되고, 타측면이 상면를 향하는 방향으로 볼록하게 형성된 제 5렌즈를 포함한다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제2렌즈는 볼록한 면이 상기 제1렌즈의 오목한 면과 곡률반경이 동일하게 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제4 렌즈는 볼록한 면이 상기 제3렌즈의 오목한 면과 곡률반경이 동일하게 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제2 렌즈는 중앙에서 외곽으로 갈수록 굴절률이 커지게 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제1 렌즈는 촬영 대상물을 향하는 면이 직선 또는 거의 직선에 가까운 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제4 렌즈는 상면을 향하는 면이 직선 또는 거의 직선에 가까운 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 카메라 장치에서 영상의 외곽 영역을 확대 촬영할 수 있다.

따라서, 이러한 카메라 렌즈를 스테레오 카메라에 적용하면 외곽 영역에 대한 거리 정밀도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 차량에 탑재된 카메라에 촬영된 영상을 도시한 것이다.
도 2는 스테레오 카메라에서 거리 측정 방법을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 카메라 렌즈를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 촬영된 영상의 화면비율 관계를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 카메라 렌즈의 광학계의 수차도를 나타낸 그래프이다.

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

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 스테레오 카메라 장치의 거리 측정 원리를 도시한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 스테레오 카메라 장치는 2개의 카메라(10, 20)를 포함한다. 이러한 2개의 카메라(10, 20)는 사전 결정된 베이스 라인 길이(B)만큼 서로 떨어지도록 배치된다. 이러한 카메라(10, 20)는 해당 이미지 센서(촬상 장치)와 촬상 렌즈(촬상광 시스템)을 포함한다. 이미지 센서(촬상 장치)는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide SemiconductO1) 센서 등으로 이루어진다. 촬상 렌즈(촬상 광 시스템)는 이미지 센서(촬상 장치)의 촬상면 상에서 촬상 필드에 물체의 화상을 형성하도록 제공된다.

초점 거리(f), 광학 중심(O1) 및 촬상면(S1)을 갖는 제1 카메라(10)와 초점 거리(f), 광학 중심(O2) 및 촬상면(S2)을 갖는 제2 카메라(20)는 거리(B)만큼 떨어지도록 평행하게 배치되어 있다.

이러한 구성에 의해, 제1 카메라(10)의 광학 중심(O1)로부터 광축 방향으로 거리(d)만큼 떨어진 물체(X)의 화상은 제1 카메라(10)의 촬상면(S1) 상의 위치(P1)에서 형성되며, 위치(P1)는 X와 광학 중심(O1)을 통과하는 직선 사이의 교차점이다.

한편, 제2 카메라(20)에서 물체(X)의 화상은 제2 카메라(20)의 촬상면(S2) 상의 위치(P2)에서 형성된다. 또한, 제2 카메라(20)의 광학 중심(O2)을 통과하고 직선에 평행한 직선은 점선으로 도시된다. 또한, 점선과 촬상면(S2) 사이의 교차점은 위치(P1')로 나타내며, 위치(P2)와 위치(P1') 사이의 거리는 거리(p)로 나타낸다.

거리(p)가 시차(parallax)로서 정의될 때, 삼각형(X-O1-O2)은 삼각형(O2-P1'-P2)과 닮은꼴이고, 광학 중심으로부터 물체(X)까지의 거리(d)는, 베이스 라인 길이(B)와 초점 거리(f)가 알려져 있다면, 수학식 d=B×f/p를 이용하여 거리 p에 기초하여 계산할 수 있다.

상기와 같은 공식에 의해 동일 거리차에서 외곽부분을 확대하면 픽셀 디스패러티(pixel disparity) 및 깊이(depth) 분해능이 향상되는 효과가 발생한다.

예를 들어, 중앙 영역은 기본 대비 약 0.7배의 배율로 촬영하고, 외곽영역은 기존 대비 약 2배의 배율로 촬영하게 되면, 동일 거리차에서 외곽 영역의 픽셀 디스패러티(disparity) 및 깊이 분해능을 두 배 향상 시킬 수 있다.

따라서 본 발명에서는 영상의 외곽영역을 확대할 수 있는 카메라 렌즈의 구성을 개시한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 카메라 렌즈의 구성을 도시한 것이다.

도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 카메라 렌즈는 제1 렌즈(L1), 제2 렌즈(L2), 제3 렌즈(L3), 제4 렌즈(L4) 및 제5 렌즈(L5)를 포함한다.

상기 제1 렌즈(L1)는 촬영 대상물을 향하는 방향으로 가장 바깥쪽에 배치된다. 촬영 대상물을 향하는 일측면(1)은 평평하거나 거의 직선에 가까운 형상이며, 반대편 일측면(2)은 오목한 형상을 하고 있다.

상기 제2 렌즈(L2)는 양측이 모두 볼록한 형상의 볼록 렌즈이며 제1 렌즈(L2)를 투과한 빛을 소정의 굴절률로 굴절시킨다. 이때 제2 렌즈의 볼록한 면이 제1 렌즈의 오목한 면(2)에 접할 수 있도록 서로 동일한 곡률반경을 가지는 것이 바람직하다. 그리고 제2 렌즈(L2)는 렌즈의 부위에 따라 굴절률이 다르도록 형성된다. 즉, 렌즈의 중심부분의 굴절률이 작고 바깥쪽으로 갈수록 굴절률이 커도록 형성된다. 렌즈의 중심부분으로 입사된 광(R1)은 제2 렌즈에서 거의 귤절이 일어나지 않으나 렌즈의 외각부분으로 입사된 광(R3)는 굴절이 많이 일어나는 것을 확인 할 수 있다.

상기 제3 렌즈(L3)는 촬영 대상물 쪽을 항하는 일측면(3)이 촬영 대상물 쪽으로 볼록한 형상을 하고 있으며 다른 일측면(4) 또한 촬영 대상물 쪽으로 구면을 형성해 오목한 형상을 하고 있다.

상기 제4 렌즈(L4)는 촬영 대상물 쪽을 향하는 일측면(5)이 촬영 대상물 쪽으로 볼록한 형상을 하고 있으며 다른 일측면(6)은 평평하거나 거의 평평한 형상을 하고 있다. 이때 제4 렌즈(L4)의 볼록한 면(5)은 제3 렌즈의 오목한 면(4)에 접할 수 있도록 동일한 곡율반경을 가지는 것이 바람직하다.

상기 제5 렌즈(L5)는 촬영 대상물 쪽으로 향하는 일측면(7)이 오목한 형상을 하고 있으며 다른 일측면(8)은 상(象) 쪽으로 볼록한 형상을 하고 있다.

또한, 상기 제5 렌즈(L5)와 상(像)면(9) 사이에는 광학계를 경유하는 광 중에 과도한 적외선을 차단하기 위한 적외선 필터나 적외선 필터가 코팅된 커버 글라스로 구성된 광학적 필터(미도시)가 구비될 수 있다.

상기와 같은 구성에 의해 렌즈의 중앙 부분으로 입사되는 빛은 제1 광경로(R1)를 형성하고 상면(9)에 축소된 상(S1)이형성되고, 중앙 부분을 조금 벗어나 입사되는 빛은 제2 광경로(R2)를 형성하고 상면(9)에 조금 확대된 상(S2)이 형성되고, 렌즈의 가장 외곽으로 입사되는 빛은 제3 광경로(R3)을 형성하고 상면(9)에 가장 확대된 상(S3)이 형성된다.

상기와 같은 렌즈 구조에 의해 촬영 영상의 중앙부분은 축소되고, 영상의 외곽은 확대된 영상을 획득할 수 있다.

도 4은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 렌즈에 촬영된 영상의 화면비율 관계를 표시한 것으로 도 4(a)는 기존의 화면을 도시한 것이고, 도 4(b)는 본 발명의 실시예에 따른 화면을 도시한 것이다.

종래에는 모든 화면이 동일한 배율로 촬영되기 때문에 정사각형 형태의 격자로 나타나지만, 본 실시예에 따르면 중앙부분은 축소되고 외곽부분은 확대되기 때문에 되시된 바와 같이 화면의 중앙으로 오목한 형태로 휘어진 형태로 표시된다.

화면의 중앙 영역은 기존에 비해 배율을 낮추고 외곡 영역은 배율을 높여 중앙부분은 작게, 외곽부분은 크게 나타낸 것이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 카메라 렌즈의 수차를 도시한 그래프이다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

L1: 제1 렌즈 L2: 제2 렌즈
L3: 제3 렌즈 L4: 제4 렌즈
L5: 제5 렌즈 R1: 제1 광경로
R2: 제2 광경로 R3: 제3 광경로

Claims (6)

1. 상측면이 오목한 제1렌즈;
   양 측면이 볼록한 제2렌즈;
   물측면이 볼록하고, 상측면이 오목한 제3렌즈;
   물측면이 볼록한 제4렌즈; 및
   물측면이 오목하고, 상측면이 볼록한 제5렌즈를 포함하고,
   상기 제1렌즈 내지 상기 제5렌즈는 물체측으로부터 상측으로 순서대로 배치되고,
   상기 제1렌즈의 상기 상측면과 상기 제2렌즈의 물측면의 곡률반경은 동일한 카메라 렌즈.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제4렌즈의 상기 물측면과 상기 제3렌즈의 상측면의 곡률반경은 동일한 카메라 렌즈.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2렌즈는 중앙에서 외곽으로 갈수록 굴절률이 커지게 형성되는 것을 특징으로 하는 카메라 렌즈.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1렌즈의 물측면은 평면으로 형성되는 카메라 렌즈.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제4렌즈의 상측면은 평면으로 형성되는 카메라 렌즈.

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