상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고해상도 촬영렌즈 시스템은 물체 측의 조리개 후방으로부터 상면 전방까지, 차례로 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈 및 제4렌즈를 배치하되, 상기 제1렌즈는 정(플러스)의 굴절력을 갖고, 상기 제2렌즈는 음(마이너스)의 굴절력을 갖고, 상기 제3렌즈는 적어도 일 면이 비구면으로, 정(플러스)의 굴절력을 갖고, 상기 제4렌즈는 적어도 일 면이 비구면으로, 정(플러스)의 굴절력을 가지며, 상기 제3렌즈와 상기 제4렌즈 중 적어도 하나는 플라스틱렌즈인 것을 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명의 특징은 전체적으로 플러스 굴절력을 갖는 렌즈계로, 플러스 굴절력을 갖는 제1렌즈, 마이너스 굴절력을 갖는 제2렌즈, 플러스 굴절력을 갖는 제3렌즈, 플러스 굴절력을 갖는 제4렌즈로 파워배치를 갖는데, 특히 색수차를 보정하기 위해 제1렌즈는 플러스로 그와 함께 제2렌즈는 마이너스로 구성한다. 또한, 제3렌즈와 제4렌즈는 둘 다 플러스 굴절력을 갖도록 하여 주광선의 각도를 최소화시킴으로써 왜곡수차를 보정하고 화상의 중심과 주변의 색감도를 좋게 한다.
특히, 본 렌즈시스템은 제1렌즈의 굴절력에 관하여 조건식(1)을 만족하고 렌즈전체계의 광축방향치수에 관하여 조건식(2)을 만족하도록 구성함으로써 고해상도이며 구성매수가 적고 소형인 촬영렌즈의 제공이 가능하다.
(1) 0.4 < fⅠ/f < 0.75
(2) TTL/f < 1.5
여기서, f : 렌즈전체계의 합성초점거리
fⅠ : 제1렌즈의 초점거리
TTL : 개구조리개의 물체면에서 상면까지의 거리
위의 조건식(1)은 제1렌즈의 굴절력을 규정하는 것으로, 그 값이 하한값 이하이면 제1렌즈의 굴절력이 과대하게 되어 구면수차, 코마수차가 커지며, 그에 따라 제1렌즈의 구면의 곡률반경이 작아져서 렌즈 가공성이 떨어지게 되고, 한편 상한값보다 커지면 색수차가 증가하여 색수차 보정이 어렵게 된다.
조건식(2)은 광학계 전체길이를 규정하는 것으로, 소형화에 관련된 조건이다. 여기서, 그 값이 상한값 이상이면 수차보정 측면에서는 유리해지지만, 본 발명의 주 특징인 소형화와는 상반되게 된다. 따라서, 그 값이 상한값을 넘지 않는 범위내에서 설정되는 것이 중요하다.
또한, 제1렌즈의 물체측의 형상에 관하여 다음 조건식(3)을 만족하고, 제1렌즈의 아베수에 관하여 다음 조건식(4)을 만족하는 것이 바람직하다.
(3) 0.4 < G1r1/f < 0.7
(4) 5 < (G1V1) < 22
여기서, G1r1 : 제1렌즈의 물체측 곡률반경
G1V1 : 제1렌즈의 아베수
조건식(3)은 제1렌즈의 형상을 규정한 것으로, 제1렌즈는 플러스 굴절력을 갖고 양면이 볼록한 유리(glass)렌즈로 구성되며, 이 범위내에서 구면수차 및 코마수차는 최소화된다. 특히, 이 범위에서 하한값을 초과하면 구면수차의 발생이 과대하게 되어 이후에 위치하는 면들에서는 구면수차의 보정이 불가능하고, 상한값을 초과하면 렌즈의 주점(主占)위치가 상측으로 옮겨져서 소형화에 걸림돌로 작용하게 된다.
조건식(4)는 제1렌즈의 색수차의 조건을 규정한 것으로, 하한값 이하이면 플러스 굴절력이 과대하게 증가하여 단색수차가 높아지고 가공상의 문제가 발생하며, 상한값 이상이면 플러스 굴절력의 저하를 초래하여 단색수차의 발생이 과대하게 된다.
제2렌즈의 굴절력은 다음 조건식(5)를 만족하고, 제2렌즈의 형상은 다음 조건식(6)을 만족하는 것이 바람직하다.
(5) 0.5 < |fⅡ|/f < 1.5 (절대값 fⅡ < 0 이기 때문)
(6) 0.4 < |G2r1|/f < 2.0 (절대값은 G2r1 < 0 이기 때문)
여기서, fⅡ : 제2렌즈의 초점거리
|G2r1| : 제2렌즈의 물체측 곡률반경
조건식(5)는 제2렌즈의 굴절력을 규정하는 것으로, 하한값 이하이면 곡률이 작아 가공성이 어렵고 상한값 이상이면 색수차 보정이 어렵게 된다.
조건식(6)은 제2렌즈의 형상을 정의하는 것으로, 제2렌즈는 마이너스 굴절력을 갖는 양면이 오목한 유리렌즈이다. 제2렌즈는 제1렌즈와 더불어 큰 굴절력(power)을 갖는다.
또한, 제3렌즈의 굴절력에 관해서는 조건식(7)를 만족하며, 제3렌즈의 상면측 굴절면의 형상에 관해서는 조건식(8)을 만족한다.
(7) 1.5 < fⅢ/f < 20
(8) 0.5 < |G3r2|/f < 1.5 (절대값은 G3r2 < 0 이기 때문)
여기서, fⅢ : 제3렌즈의 초점거리
G3r2 : 제3렌즈의 상면측의 곡률반경
제3렌즈는 약한 플러스 굴절력을 가지고, 제1,제2렌즈의 굴절력을 경감시키면서 축외수차의 보정을 행하는 기능을 한다.
조건식(7)에서 상한값 이상이면 제3렌즈의 파워 부담이 과대하게 되어 축상수차의 보정이 곤란하게 되며, 하한값 이하이면 제3렌즈에 의한 색수차의 발생이 과대하게 되어 축외성능이 약화된다.
조건식(8)은 제3렌즈의 형상을 규정한 것으로, 제3렌즈는 플러스 굴절력을 갖는 비구면 플라스틱 렌즈이며, 이 범위에서 상한값 이상이면 축외주광선 각도가 지나치게 낮아지고, 그 결과 다음에 배치되는 제4렌즈에서는 보정이 불가능하기 때문에 텔레센트릭성이 악화된다. 반면에, 하한값 이하이면 텔레센트릭성에 있어서는 유리한 반면, 축외 코마플레어가 증대하여 성능이 나빠진다.
또한, 제4렌즈의 굴절력에 관해서는 다음 조건식(9)을 만족하며, 제4렌즈의 상측 굴절면의 형상에 관해서는 조건식(10)을 만족하는 것이 바람직하다.
(9) 2 < fⅣ/f < 60
(10) 0.3 < G4r2/f < 2.0
여기서, fⅣ : 제4렌즈의 초점거리
G4r2 : 제4렌즈의 상면측의 곡률반경
제4렌즈는 약한 플러스 굴절력을 갖고, 주광선의 각도를 줄여 화상면의 중심과 주변부의 색감도의 차이를 줄이는 역할을 한다.
조건식(9)는 제4렌즈의 굴절력에 관한 것으로, 이 범위에서 상한값 이상이면 굴절력이 작아져서 망원비가 악화되어 소형화가 곤란해진다. 또한, 하한값 이하이면 소형화에는 유리한 반면, 주변부의 색감도가 좋지 않고 왜곡수차가 증가하게 된다.
조건식 (10)은 제4렌즈의 형상에 관한 것으로, 제4렌즈는 플러스 굴절력을 갖는 비구면 플라스틱 렌즈로, 후면이 플러스 굴절력을 갖는다. 이 조건식에서 상한값을 넘으면 플러스 굴절력이 작아져서 소형화에 장애가 되며, 하한값 이하이면 화면 중심부와 주변부의 색감이 떨어지게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
[실시예 1]
도 1은 본 발명에 따른 고해상도 촬영렌즈 시스템의 일실시예를 나타낸 구성도이다.
본 발명은 주로 모바일용 촬영렌즈에 이용되며, 고해상도를 구현하고, 구성매수가 적고 소형 경량화된 촬영렌즈에 관한 것이다.
제 1실시예에서 물체 측에 조리개 (IRis)가 배치되고, 그로부터 차례로 제1렌즈(G1), 제2렌즈(G2), 제3렌즈(G3), 제4렌즈(G4)가 위치하며, 제4렌즈(G4)와 상면(10) 사이에 적외선차단필터(이하, IR필터라 함;20)가 개재된다.
광축방향을 Z축, 광축에 직교하는 방향을 Y축으로 설정할 때, 비구면식은 다음과 같다.
비구면은 위의 비구면식에 의해 얻어지는 곡선을 광축의 주위로 회전시켜 얻어지는 곡면이고, 여기서,
V : 곡률반경
K : 원추정수
A,B,C,D : 비구면계수들이다.
본 실시예에서 렌즈광학계 전체의 굴절력은 0.2227이고, 제1렌즈(G1), 제2렌즈(G2), 제3렌즈(G3), 제4렌즈(G4)의 굴절력은 차례로 0.3062, -0.3358, 0.1330, 0.0876이다. 그리고, 본 실시예의 렌즈계를 구성하는 렌즈들의 수치데이터는 다음과 같다.
[표 1]
|
곡률반경 |
두께 |
굴절률 |
아베수 |
제1렌즈 |
r1=3.139309 |
d1=1.15 |
n1=1.8042 |
v1=46.5 |
r2=-13.44069 |
d2=0.298667 |
|
|
제2렌즈 |
r3=-4.872440 |
d3=0.35 |
n2=1.805181 |
v2=25.455 |
r4=4.872440 |
d4=0.4 |
|
|
제3렌즈 |
r5=-4.603024 |
d5=1.1 |
n3=1.5299 |
v3=55.8 |
r6=-2.3123 |
d6=0.149333 |
|
|
제4렌즈 |
r7=2.424022 |
d7=1.2 |
n4=1.5299 |
v4=55.8 |
r8=3.35 |
d8=0.3 |
|
|
적외선 차단필터 |
r9=∞ |
d9=0.4 |
n5=1.5168 |
v5=64.163 |
r10=∞ |
d10=1.418532 |
|
|
위와 같은 데이터를 갖는 렌즈계의 비구면계수는 다음과 같다.
[표 2]
면번호 |
V |
A |
B |
C |
D |
제5면 |
-58.416965 |
-0.073047 |
0.023138 |
-0.021701 |
0.008355 |
제6면 |
-0.388676 |
-0.081062 |
0.050233 |
-0.024360 |
0.004736 |
제7면 |
-14.813215 |
0.010101 |
-0.008575 |
0.002270 |
-0.000184 |
제8면 |
-- |
-0.024718 |
-0.003932 |
0.001162 |
-7.8311e-05 |
표2에서 부호 V, A, B, C, D는 위의 비구면식에서의 부호들이다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시된 촬영렌즈 시스템의 비점수차, 구면수차, 왜곡수차 및 색수차를 각각 나타낸다.
본 실시예의 렌즈계에서 비점수차는 도 2a에 나타낸 바와 같으며, 이 수차도에서 가로축은 수차(mm)를 그리고 세로축은 상고(mm)를 나타낸다. 그리고, 그래프S는 렌즈와 수평방향으로 입사하는 광선인 새지털(sagital)을 나타내고, 그래프 T는 렌즈와 직각방향으로 입사하는 광선인 탄젼셜(tangential)을 나타낸다. 이 도표에서 두 그래프S와 T가 서로 인접할수록 그리고 중심수직축에 근접할수록 비점수차의 보정성이 좋으며, 수차(mm)가 -0.1~0.1mm정도 범위내에 들면 렌즈의 비점수차는 양호하다고 할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 렌즈계는 비점수차면에서 양호하다고 할 수 있다.
구면수차는 도 2b에 나타낸 바와 같으며, 이 수차도에서 가로축은 수차(mm)를 그리고 세로축은 상고(mm)를 나타낸다. 그리고, 그래프 R,G,B는 각각 광선의 적색파장(660nm), 녹색파장(580nm), 청색파장(480nm)을 나타낸다. 이 도표에서 그래프들이 중심수직축선에 근접할수록 그리고 서로 근접할수록 구면수차의 보정성이 좋으며, 수차가 -0.02~0.02mm범위내에 들면 렌즈의 구면수차는 양호하다고 볼 수 있다. 따라서, 본 실시예의 렌즈계는 구면수차면에서 양호하다고 할 수 있다.
왜곡수차는 도 2c에 나타낸 바와 같으며, 이 수차도에서 세로축은 왜곡도(%)를 그리고 가로축은 상고(mm)를 나타낸다. 도표에서 수차곡선이 -2~2%범위내에 들면 양호하며, 본 실시예의 렌즈계는 대략 -1~1%범위내에 들므로 매우 양호한 왜곡수차의 보정성을 가지고 있는 것을 확인할 수 있다.
색수차는 도 2d에 나타낸 바와 같이, 이 수차도에서 세로축은 횡색수차(mm)를 그리고 가로축은 상고(mm)를 나타낸다. 도표에서 그래프 Lw은 중심파장과 낮은파장과의 색수차를 나타내고, 그래프 Uw은 중심파장과 높은파장과의 색수차를 나타낸다. 이 수차들도 수평의 중심축에 근접할수록 그리고 서로 근접할수록 수차의 보정성은 좋으며, 수차가 -0.002~0.002mm범위내에 들면 양호하다. 본 실시예에서는 색수차가 대략 -0.001~0.001mm범위내에 들으므로 색수차 보정성이 매우 양호함을 알 수 있다.
이상의 수차도들을 통해 본 렌즈계의 비점수차, 구면수차, 왜곡수차 및 색수차 등이 모두 양호하다는 것을 알 수 있다.
[실시예 2]
도 3은 본 발명에 따른 고해상도 촬영렌즈 시스템의 제2실시예를 나타낸 구성도이다.
본 실시예에서 렌즈광학계 전체의 굴절력은 0.1739이고, 제1렌즈(G1′), 제2렌즈(G2′), 제3렌즈(G3′), 제4렌즈(G4′)의 굴절력은 차례로 0.2400, -0.2274, 0.0903, 0.0504이다. 그 상세한 렌즈계를 구성하는 렌즈들의 수치데이터는 다음과 같다.
[표 3]
|
곡률반경 |
두께 |
굴절률 |
아베수 |
제1렌즈 |
r1=3.905756 |
d1=1.37 |
n1=1.8042 |
v1=46.5 |
r2=-19.901493 |
d2=0.34 |
|
|
제2렌즈 |
r3=-7.170831 |
d3=0.4 |
n2=1.805181 |
v2=25.455 |
r4=7.170831 |
d4=0.74 |
|
|
제3렌즈 |
r5=-5.442564 |
d5=1.35 |
n3=1.5299 |
v3=55.8 |
r6=-3.065757 |
d6=0.094208 |
|
|
제4렌즈 |
r7=2.835927 |
d7=1.4 |
n4=1.5299 |
v4=55.8 |
r8=3.236875 |
d8=0.471042 |
|
|
적외선 차단필터 |
r9=∞ |
d9=0.4 |
n5=1.5168 |
v5=64.163 |
r10=∞ |
d10=1.75097 |
|
|
위와 같은 데이터를 갖는 렌즈계의 비구면계수는 다음과 같다.
[표 4]
면번호 |
V |
A |
B |
C |
D |
제5면 |
-64.309001 |
-0.030580 |
0.002290 |
0.001231 |
-0.000150 |
제6면 |
0.682667 |
-0.031429 |
0.011265 |
-0.001544 |
0.000224 |
제7면 |
-10.271252 |
-0.014841 |
0.003321 |
-0.000274 |
8.4866e-06 |
제8면 |
-2.883780 |
-0.018779 |
0.001265 |
-1.0484e-05 |
-1.3074e-06 |
표 4에서 부호 V, A, B, C, D는 위의 비구면식에서의 부호들이다.
도 4a 내지 도 4d는 도 3에 도시된 촬영렌즈 시스템의 비점수차, 구면수차, 왜곡수차 및 색수차를 각각 나타낸다. 이 수차도들에서 보는 바와 같이, 본 실시예의 렌즈계는 비점수차, 구면수차, 왜곡수차 및 색수차 등이 모두 양호하다는 것을 알 수 있다.
여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예 중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 본 발명의 기술적사상이 반드시 이 실시예에 의해서만 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론, 균등한 다른 실시예가 가능하다.