JP5559272B2

JP5559272B2 - 光学系

Info

Publication number: JP5559272B2
Application number: JP2012188314A
Authority: JP
Inventors: サンフンリー、
Original assignee: LG Innotek Co Ltd
Current assignee: LG Innotek Co Ltd
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2032-08-29
Also published as: KR20130024633A; TWI514023B; US20130050848A1; KR101897055B1; US9341817B2; TW201316076A; JP2013054352A

Description

本発明は光学系に関するものである。

最近、携帯電話機や移動通信端末機にＣＣＤまたはＣＭＯＳのような固体撮像素子を用いたコンパクトなディジタルカメラやディジタルビデオカメラが内蔵されている。このような撮像素子は小型化する趨勢であり、これによって撮像素子に使われる光学系も高性能で、かつ小型化が求められている。

また、従来の光学系は、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズ、フィルタ、及び受光素子を含む。この際、上記第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、及び第４レンズは、物体側から像側に順次に配置される。また、上記第１レンズ及び第３レンズは正の屈折力を有し、上記第２レンズ及び第４レンズは負の屈折力を有する。そして、上記第２レンズの屈折力が他のレンズの屈折力より大きく設計されることがある。

上記第１レンズは物体側に凸面を有し、上記第２レンズは像側面に凹面を有することがある。上記フィルタは赤外線遮断フィルタであり、上記受光素子はＣＣＤイメージセンサー、またはＣＭＯＳイメージセンサーでありうる。

このような小型光学系に対し、韓国出願番号１０−２００７−００４１８２５（韓国登録特許第１０−０８５９０３７号公報）等に開示されている。

韓国出願番号１０−２００７−００４１８２５韓国登録特許第１０−０８５９０３７号公報

本発明は向上した性能を有し、小さなサイズを有する光学系を提供することをその目的とする。

本発明に従う光学系は、物体側から像側に順次に配置される第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズ、及び第５レンズを含み、以下の＜数式１＞を満たす。

ここで、ｎ２は上記第２レンズの屈折率であり、ｖ２は上記第２レンズのアッベ数であり、ｖ３は上記第３レンズのアッベ数である。

一実施形態に従う光学系において、以下の＜数式３＞を満たすことができる。

ここで、ｆ１は上記第１レンズの有効焦点距離である。

一実施形態において、以下の＜数式４＞を満たすことができる。

ここで、φ１は上記第１レンズの屈折力であり、φ２は上記第２レンズの屈折力であり、φ４は上記第４レンズの屈折力である。

一実施形態に従う光学系は、上記第１レンズ及び上記第２レンズの間に配置される絞りをさらに含むことができる。

一実施形態において、上記第１レンズ、上記第２レンズ、及び上記第４レンズは正の屈折力を有し、上記第３レンズ及び上記第５レンズは負の屈折力を有することができる。

一実施形態において、上記第１レンズ、上記第２レンズ、上記第３レンズ、上記第４レンズ、及び上記第５レンズの物体側面及び像側面は非球面でありうる。

実施形態に従う光学系は、上記のように設計される時、以下の＜数式２＞を満たすことができる。

ここで、ｔｔｌは上記第１レンズの物体側面から像面までの距離であり、Ｆは全体有効焦点である。

上記のように、上記第１レンズの物体側面から像面までの距離、即ち、実施形態に従う光学系の全体距離は非常に小さい値を有することができる。

したがって、実施形態に従う光学系は小さいサイズを有し、かつ向上した性能を有することができる。

本発明の実施形態に従う小型光学系の内部構造を概略的に示す側断面図である。

以下、添付した図面を参照して実施形態に従う撮像レンズについて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に従う小型光学系の内部構造を概略的に示す側断面図である。

図１に示すように、実施形態に従う小型光学系は物体側（object side）から像側（image side）に向けて順次に、第１レンズ１０、絞り１５、第２レンズ２０、第３レンズ３０、第４レンズ４０、第５レンズ５０、フィルタ６０、及び受光素子７０を含む。

被写体映像を獲得するために被写体の映像情報に該当する光は、上記第１レンズ１０、絞り１５、第２レンズ２０、第３レンズ３０、第４レンズ４０、第５レンズ５０、及びフィルタ６０を通過して上記受光素子７０に入射される。

上記第１レンズ１０は正（＋）の屈折力（power）を有し、上記第２レンズ２０は正（＋）の屈折力を有し、上記第３レンズ３０は負（−）の屈折力を有し、上記第４レンズ４０は正（＋）の屈折力を有し、上記第５レンズ５０は負（−）の屈折力を有することができる。

この際、上記第１レンズ１０、上記第２レンズ２０、及び上記第４レンズ４０は、以下の＜数式４＞を満たすことができる。

ここで、φ１は上記第１レンズ１０の屈折力であり、φ２は上記第２レンズ２０の屈折力であり、φ４は上記第４レンズ４０の屈折力である。

また、上記第１レンズ１０、上記第２レンズ２０、上記第３レンズ３０、上記第４レンズ４０、及び上記第５レンズ５０は、ガラスまたはプラスチックで形成される。

上記第１レンズ１０の物体側面Ｒ１は凸形状であり、上記第１レンズ１０の像側面Ｒ２は凹形状でありうる。また、上記第１レンズ１０の物体側面Ｒ１及び像側面Ｒ２は非球面でありうる。また、上記第１レンズ１０はメニスカス形状を有することができる。

上記第１レンズ１０の焦点距離は、次の＜数式３＞を満たすことができる。

ここで、ｆ１は上記第１レンズ１０の有効焦点距離であり、Ｆは実施形態に従う小型光学系の全体焦点である。

より詳しくは、上記第１レンズ１０の焦点距離は、次の＜数式５＞を満たすことができる。

上記第２レンズ２０はメニスカス形状を有することができる。上記第２レンズ２０の物体側面Ｒ４は凹形状であり、上記第２レンズ２０の像側面Ｒ５は凸形状でありうる。また、上記第２レンズ２０の物体側面Ｒ４及び像側面Ｒ５は非球面でありうる。

上記第２レンズ２０の屈折率（ｎ２）は約１．５乃至約１．５５でありうる。より詳しくは、ｄ線で、上記第２レンズ２０の屈折率（ｎ２）は約１．５乃至約１．５５でありうる。より詳しくは、上記第２レンズ２０の屈折率（ｎ２）は約１．５４乃至約１．５５でありうる。

また、上記第２レンズ２０のアッベ数（ｖ２）は約５０より大きいことがある。より詳しくは、上記第２レンズ２０のアッベ数（ｖ２）は約５０乃至約７０でありうる。より詳しくは、上記第２レンズ２０のアッベ数（ｖ２）は約５５乃至約６５でありうる。

上記第３レンズ３０は両凹形状を有することができる。上記第３レンズ３０の物体側面Ｒ６は凹形状であり、上記第３レンズ３０の像側面Ｒ７は凹形状でありうる。また、上記第３レンズ３０の物体側面Ｒ６及び像側面Ｒ７は非球面でありうる。

上記第３レンズ３０のアッベ数（ｖ３）は約２０乃至約３０でありうる。より詳しくは、上記第３レンズ３０のアッベ数（ｖ３）は約２３乃至約２７でありうる。

上記第４レンズ４０はメニスカス形状を有することができる。上記第４レンズ４０の物体側面Ｒ８は凹形状であり、上記第４レンズ４０の像側面Ｒ９は凸形状でありうる。また、上記第４レンズ４０の物体側面Ｒ８及び像側面Ｒ９は非球面でありうる。

上記第５レンズ５０は少なくとも１つ以上の非球面変曲点を含んで形成される。

この際、上記第５レンズ５０の物体側面Ｒ１０に１つ以上の非球面変曲点が形成される。また、上記第５レンズ５０の像側面Ｒ１１に１つ以上の非球面変曲点が形成される。上記第５レンズ５０に形成された上記非球面変曲点は受光素子７０に入射される主光線の最大射出角を調節することができる。

像面Ｒ１４である上記受光素子７０がＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサーの場合、各ピクセルで光量が確保される角度があり、上記角度が異なると光量が確保されなくて画面の周辺部が暗くなる現象（shading）が表れる。

したがって、本実施形態では、上記第５レンズ５０の像側面Ｒ１１に非球面変曲点を形成して主光線の最大射出角を調節することによって、画面の周辺部が暗くなる現象を防止することができる。

上記絞り１５は、上記第１レンズ１０及び上記第２レンズ２０の間に位置して入射される光を選択的に収斂して焦点距離（focus length）を調節する機能を遂行する。

上記フィルタ６０は、赤外線遮断フィルタ６０（IR cut filter）からなることができる。上記赤外線遮断フィルタ６０は、外部光から放出される輻射熱が上記受光素子４００に伝達されないように遮断させる機能をする。即ち、赤外線遮断フィルタ６０は可視光線は透過させ、赤外線は反射させて外部に流出されるようにする構造を有する。

そして、像が結ばれる上記受光素子７０は、被写体映像に対応する光信号を電気的な信号に変換するイメージセンサーからなることができ、上記イメージセンサーはＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサーからなることができる。

実施形態に従う小型光学系は、以下の＜数式１＞を満たすことができる。

ここで、ｎ２は上記第２レンズ２０の屈折率であり、ｖ２は上記第２レンズ２０のアッベ数であり、ｖ３は上記第３レンズ３０のアッベ数である。

また、上記＜数式１＞に加えて、実施形態に従う小型光学系は、以下の＜数式３＞をさらに満たすことができる。

ここで、ｆ１は上記第１レンズ１０の有効焦点距離であり、Ｆは実施形態に従う小型光学系の全体有効焦点距離である。

また、上記＜数式１＞及び＜数式３＞に加えて、実施形態に従う小型光学系は、以下の＜数式４＞をさらに満たすことができる。

これによって、実施形態に従う小型光学系は、以下の＜数式２＞を満たすことができる。

ここで、ｔｔｌは上記第１レンズ１０の物体側面Ｒ１から像面Ｒ１４までの距離であり、Ｆは全体有効焦点距離である。

このように、実施形態に従う小型光学系は全体有効焦点距離を基準にして低いｔｔｌを有することができる。即ち、上記第１レンズ１０の物体側面Ｒ１から像面Ｒ１４までの距離、即ち実施形態に従う光学系の全体距離は非常に小さな値を有することができる。

実験例
実験例に従う小型光学系は、次の＜表１＞のような光学的特徴を有する。

上記＜表１＞に表記した厚さは各レンズ面から次のレンズ面までの距離を表す。
以下の＜表２＞は実験例の非球面レンズに対する非球面係数値である。

実験例の非球面レンズに対する＜表２＞の非球面係数値は、次の＜数式６＞から得ることができる。

Ｚ：レンズの頂点から光軸方向への距離
Ｃ：レンズの基本曲率
Ｙ：光軸に垂直な方向への距離
Ｋ：コーニック定数（Conic constant）
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５：非球面係数（Aspheric constant）

このように、実験例の各レンズに対する非球面形状が決定された。

また、実験例では以下の＜表３＞のように、各レンズが設計された。

実験例に従う小型光学系が上記のように設計された時、次の＜表４＞のような性能を有することができた。

このように、実験例に従う小型光学系が＜数式１＞及び＜数式３＞乃至＜数式５＞を満たす場合、＜数式２＞満たすように、ｔｔｌ及びＦを得ることができる。

したがって、実施形態に従う小型光学系は、＜数式１＞及び＜数式３＞乃至＜数式５＞のように設計されて、小さなサイズを有し、かつ同時に向上した性能を有することができる。

以上、本発明を好ましい実施形態をもとに説明したが、これは単なる例示であり、本発明を限定するのでない。本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、多様な変形及び応用が可能であることが同業者にとって明らかである。例えば、実施形態に具体的に表れた各構成要素は変形して実施することができ、このような変形及び応用にかかわる差異点も、特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

Claims

物体側から像側に順次に配置される第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、第４レンズ、及び第５レンズと、
前記第１レンズ及び前記第２レンズの間に配置される絞りと、から成り、
前記第１レンズは、凸形状を有する物体側面と、凹形状を有する像側面とを含み、
前記第２レンズは、凹形状を有する物体側面と、凸形状を有する像側面とを含み、
前記第３レンズは、凹形状を有する物体側面と、凹形状を有する像側面とを含み、
前記第４レンズは、凹形状を有する物体側面と、凸形状を有する像側面とを含み、
前記第５レンズは、少なくとも１つ以上の非球面変曲点を含んで形成され、
前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ、前記第４レンズ、及び前記第５レンズの物体側面及び像側面は、非球面であり、
以下の＜数式１＞を満たし、

ここで、ｎ２は前記第２レンズの屈折率であり、ｖ２は前記第２レンズのアッベ数であり、ｖ３は前記第３レンズのアッベ数であり、
以下の＜数式４＞を満たし、

ここで、φ１は前記第１レンズの屈折力であり、φ２は前記第２レンズの屈折力であり、φ４は前記第４レンズの屈折力であり、
前記第１レンズ、前記第２レンズ、及び前記第４レンズは正の屈折力を有し、前記第３レンズ及び前記第５レンズは負の屈折力を有することを特徴とする、光学系。
前記物体側から前記像側方向に前記第５レンズの次にフィルタ及び受光素子をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の光学系。