KR100691187B1

KR100691187B1 - 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계

Info

Publication number: KR100691187B1
Application number: KR1020050062711A
Authority: KR
Inventors: 최윤석; 정호섭
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2007-03-09
Also published as: KR20070008857A

Abstract

양면이 비구면인 3매의 렌즈만을 이용한 초소형 광학계가 제공된다.

본 발명은, 물체측으로부터 순서대로, 물체측 면과 상측 면이 볼록하고 양면이 비구면이며, 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈; 물체측 면이 오목한 메니스커스 형상으로 이루어지고 양면이 비구면이며, 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈; 및 양면이 비구면이며, 음의 굴절력을 갖는 제3 렌즈; 를 포함하며, 바람직하게는, 광축방향의 치수에 관하여 다음의 조건식 1을 만족한다.

[조건식 1] 1.20 ＜ TTL/efl ＜ 1.27 (단, TTL : 제1 렌즈의 물체측 면으로부터 상면까지의 거리, efl : 전체 광학계의 유효초점거리)

본 발명에 의하면, 렌즈의 구성매수가 적고 전장이 짧으며, 주변광량의 확보가 용이하고 왜곡을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 제조비용이 적다는 효과를 얻을 수 있게 된다.

비구면 렌즈, 광학계, 초소형, 고해상도, 플라스틱

Description

비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계{Subminiature Optical System Using Aspheric Lenses}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 초소형 광학계의 렌즈구성도이다.

도 2는 도 1에 도시된 제1 실시예의 제 수차도를 도시한 것으로,

(a)는 구면수차, (b)는 비점수차, (c)는 왜곡을 각각 나타낸다.

도 3a와 도 3b는 도 1에 도시된 제1 실시예의 MTF 특성을 도시한 그래프이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 초소형 광학계의 렌즈구성도이다.

도 5는 도 4에 도시된 제2 실시예의 제 수차도를 도시한 것으로,

(a)는 구면수차, (b)는 비점수차, (c)는 왜곡을 각각 나타낸다.

도 6a와 도 6b는 도 4에 도시된 제2 실시예의 MTF 특성을 도시한 그래프이다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 의한 초소형 광학계의 렌즈구성도이다.

도 8은 도 7에 도시된 제3 실시예의 제 수차도를 도시한 것으로,

(a)는 구면수차, (b)는 비점수차, (c)는 왜곡을 각각 나타낸다.

도 9a와 도 9b는 도 7에 도시된 제3 실시예의 MTF 특성을 도시한 그래프이 다.

도 10은 본 발명의 제4 실시예에 의한 초소형 광학계의 렌즈구성도이다.

도 11은 도 10에 도시된 제4 실시예의 제 수차도를 도시한 것으로,

(a)는 구면수차, (b)는 비점수차, (c)는 왜곡을 각각 나타낸다.

도 12a와 도 12b는 도 10에 도시된 제4 실시예의 MTF 특성을 도시한 그래프이다.

도 13은 본 발명의 제5 실시예에 의한 초소형 광학계의 렌즈구성도이다.

도 14는 도 13에 도시된 제5 실시예의 제 수차도를 도시한 것으로,

(a)는 구면수차, (b)는 비점수차, (c)는 왜곡을 각각 나타낸다.

도 15a와 도 15b는 도 13에 도시된 제5 실시예의 MTF 특성을 도시한 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

L1...제1 렌즈 L2...제2 렌즈

L3...제3 렌즈 AS...개구 조리개

OF...광학적 필터 IP...상면

1,2,3,4,5,6,7,8,9,10...면 번호

본 발명은 비구면 렌즈를 이용한 초소형 촬상 광학계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3매의 양면 비구면 렌즈만을 이용하여 초소형이면서도 고해상도를 얻을 수 있는 초소형 광학계에 관한 것이다.

일반적으로, 모바일폰은 초기에는 통신수단의 기능만을 가졌다. 하지만 그 사용이 증대됨에 따라 사진촬영 또는 화상 전송 내지 통신 등 요구되는 서비스가 다양해지고 있으며, 이에 따라 그 기능과 서비스가 진화를 거듭하고 있다. 최근에는 디지털 카메라 기술과 모바일폰 기술을 융합시킨 확장된 새로운 개념의 모바일 폰, 즉 소위 카메라폰(camera phone 또는 camera mobile phone)이 크게 각광을 받고 있다. 더 나아가 디지털 캠코더 기술을 모바일폰 기술에 융합시켜 수 십분 이상의 동화상 멀티미디어를 저장, 전송할 수 있는 소위 캠코더 모바일폰(camcorder mobile phone 또는 camcorder phone)도 개발되고 있다.

최근에는 모바일폰에 장착되는 카메라의 성능이 전자 스틸 카메라의 성능을 요구하면서도 촬영 렌즈에 대해서는 소형 / 경량화 / 저비용화를 강력하게 요구하고 있다. 최근 사용되고 있는 CCD나 CMOS는 pixel size가 점점 작아지면서 2.0㎛이하인 촬상소자가 개발되었다. 따라서 이러한 촬상소자를 이용하는 카메라에 사용되는 촬영 렌즈에 대해서 일반 필름 카메라에 사용되는 촬영 렌즈의 5배~10배 이상의 높은 해상력이 요구된다.

또한 휴대폰에 장착되는 촬영렌즈는 소형화 / 저비용화를 만족시키기 위해 가능한 렌즈 매수를 줄여야 하지만 설계에 대한 자유도가 적어지고 광학성능을 만족하기 어렵다.

따라서, 고해상도를 구현할 수 있으면서도 소형 경량이고 제조비용이 적게 드는 광학계가 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 양면이 비구면인 3매의 렌즈만을 이용하여 고해상인 동시에 렌즈의 구성매수가 적어 컴팩트하고 전장이 짧은 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 경량화를 도모할 수 있을 뿐만 아니라 제작이 용이하여 대량생산이 가능하고, 제조비용이 적게 드는 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계를 제공함을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 일측면으로서 본 발명은, 물체측으로부터 순서대로, 물체측 면과 상측 면이 볼록하고 양면이 비구면이며, 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈; 물체측 면이 오목한 메니스커스 형상으로 이루어지고 양면이 비구면이며, 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈; 및 양면이 비구면이며, 음의 굴절력을 갖는 제3 렌즈; 를 포함하는 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계를 제공한다.

바람직하게는, 광축방향의 치수에 관하여 다음의 조건식 1을 추가로 만족한 다.

(조건식 1) 1.20 ＜ TTL/efl ＜ 1.27

여기서, TTL : 제1 렌즈의 물체측 면으로부터 상면까지의 거리

efl : 전체 광학계의 유효초점거리

또한 바람직하게는, 상기 제1 내지 제3 렌즈의 아베수에 관하여 다음의 조건식 2를 만족한다.

(조건식 2) 0.4 ＜ │V1-V2│/ V3 ＜ 0.6

여기서, V1 : 제1 렌즈의 아베수

V2 : 제2 렌즈의 아베수

V3 : 제3 렌즈의 아베수

또한 바람직하게는, 상기 제1 렌즈의 파워에 관하여 다음의 조건식 3을 추가로 만족하며, 상기 제1 렌즈의 형상에 관하여 다음의 조건식 4를 추가로 만족한다.

(조건식 3) 0.55 ＜ f1/efl ＜ 0.6

(조건식 4) 0.5 ＜ r1o/efl ＜ 0.65

여기서, f1 : 제1 렌즈의 초점거리

r1o : 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률반경

더욱 바람직하게는, 상기 제2 렌즈의 형상에 관하여 다음의 조건식 5를 추가로 만족하며, 상기 제3 렌즈의 형상에 관하여 다음의 조건식 6을 추가로 만족한다.

(조건식 5) 0.24 ＜ │r2o│/efl ＜ 0.35

(조건식 6) 0.5 ＜ r3o/efl ＜ 0.8

여기서, r2o : 제2 렌즈의 물체측 면의 곡률반경 (r2o ＜ 0)

r3o : 제3 렌즈의 물체측 면의 곡률반경

이때, 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.

또한 바람직하게는, 상기 제1 렌즈와 제2 렌즈의 파워에 관하여 다음의 조건식 7을 만족한다.

(조건식 7) -0.25 ＜ f12/f3 ＜ -0.1

여기서, f12 : 제1 렌즈와 제2 렌즈의 합성초점거리

f3 : 제3 렌즈의 초점거리 (f3 ＜ 0)

한편, 본 발명에 의한 초소형 광학계는 상기 제1 렌즈 앞쪽에 배치되는 개구 조리개; 를 추가로 포함할 수 있다.

다른 측면으로서 본 발명은, 물체측으로부터 순서대로, 개구 조리개; 물체측 면과 상측 면이 볼록하고 양면이 비구면이며, 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈; 물체측 면이 오목한 메니스커스 형상으로 이루어지고 양면이 비구면이며, 음의 굴절력을 갖는 플라스틱 재질의 제2 렌즈; 및 양면이 비구면이며, 음의 굴절력을 갖는 플라스틱 재질의 제3 렌즈; 를 포함하며, 광축방향의 치수에 관하여 다음의 조건식 1을 만족하며, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 파워에 관하여 다음의 조건식 7을 만족하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계를 제공한다.

(조건식 1) 1.20 ＜ TTL/efl ＜ 1.27

(조건식 7) -0.25 ＜ f12/f3 ＜ -0.1

efl : 전체 광학계의 유효초점거리

f12 : 제1 렌즈와 제2 렌즈의 합성초점거리

f3 : 제3 렌즈의 초점거리 (f3 ＜ 0)

바람직하게는, 상기 제1 내지 제3 렌즈의 아베수에 관하여 다음의 조건식 2를 만족하고, 상기 제1 렌즈의 파워에 관하여 다음의 조건식 3을 만족하며, 상기 제1 렌즈의 형상에 관하여 다음의 조건식 4를 만족한다.

(조건식 2) 0.4 ＜ │V1-V2│/ V3 ＜ 0.6

(조건식 3) 0.55 ＜ f1/efl ＜ 0.6

(조건식 4) 0.5 ＜ r1o/efl ＜ 0.65

여기서, V1 : 제1 렌즈의 아베수

V2 : 제2 렌즈의 아베수

V3 : 제3 렌즈의 아베수

f1 : 제1 렌즈의 초점거리

r1o : 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률반경

(조건식 5) 0.24 ＜ │r2o│/efl ＜ 0.35

(조건식 6) 0.5 ＜ r3o/efl ＜ 0.8

여기서, r2o : 제2 렌즈의 물체측 면의 곡률반경 (r2o ＜ 0)

r3o : 제3 렌즈의 물체측 면의 곡률반경

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계의 제1 실시예를 도시한 렌즈 구성도이다. 이하의 렌즈 구성도에서, 렌즈의 두께, 크기, 형상은 설명을 위해 다소 과장되게 도시되었으며, 특히 렌즈 구성도에서 제시된 구면 또는 비구면의 형상은 일 예로 제시되었을 뿐 이 형상에 한정되지 않는다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계는 물체측으로부터 순서대로, 물체측 면(2)과 상측 면(3)이 볼록하고 양면(2,3)이 비구면이며, 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈(L1)와, 물체측 면(4)이 오목한 메니스커스 형상으로 이루어지고 양면(4,5)이 비구면이며, 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈(L2)와, 양면(6,7)이 비구면이며, 음의 굴절력을 갖는 제3 렌즈(L3)를 포함하며, 물체측 가장 가까이에 개구 조리개(AS)가 구비된다.

한편, 상기 제3 렌즈(L3)와 상면(IP) 사이에는 적외선 필터, 커버 글래스 등으로 이루어지는 광학적 필터(OF)가 구비된다.

본 발명에 의한 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계에서는 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)의 파워를 크게 하고, 제3 렌즈(L3)의 파워를 작게 함으로써 광학계의 소형화를 도모하며, 특히 양면이 비구면 렌즈인 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)를 통하여 고해상도 등 우수한 광학적 특성을 구현한다. 또한, 제3 렌즈(L3)를 통하여 상면 입사각과 상고를 결정하게 된다.

즉, 양의 굴절력을 갖는 제1 렌즈(L1)과 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈(L2)를 통하여 색수차 등 제 수차를 보정하고 고해상도를 구현할 수 있게 되며, 특히 비구면 렌즈를 사용함으로써 렌즈의 해상력을 향상시킴과 동시에 왜곡수차를 감소시킬 수 있으며, 컴팩트하고 광학적 특성이 우수한 광학계를 구현할 수 있게 된다.

그리고, 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)의 아베수를 차이를 이상적으로 설정함으로써 색수차를 충분히 보정할 뿐만 아니라 아베수의 감소로 인한 렌즈 제조비용의 상승을 막을 수 있게 된다.

또한, 제3 렌즈(L3)는 마이너스의 굴절력을 가지고, 광속(luminous flux)을 수렴하며 적정한 초점거리를 제공한다.

한편, 제1 렌즈(L1), 제2 렌즈(L2), 제3 렌즈(L3) 각각의 굴절면을 모두 비구면으로 형성함으로써 3매의 컴팩트하면서도 고해상도의 초소형 광학계를 구현할 수 있으며, 또한 제2 렌즈(L2)와 제3 렌즈(L3)를 플라스틱 재질로 형성함으로써 비구면 렌즈를 값싸고 용이하게 제작할 수 있게 된다.

한편, 제1 렌즈(L1), 제2 렌즈(L2), 제3 렌즈(L3)를 각각 플러스, 마이너스, 마이너스의 굴절력을 갖게 하고 각각의 렌즈에 메니스커스 형상과 비구면을 적절히형성함으로써, 렌즈의 가장자리 입사각도를 줄여 이미지 센서의 중앙부와 주변부의 광량을 균일하게 하고 주변광량을 가능한 한 확보하여 주변이 어두워지는 현상과 왜곡을 방지할 수 있게 된다.

이와 같은 전체적인 구성 하에서 다음의 조건식 1 내지 7의 작용효과에 대해 살펴본다.

(조건식 1) 1.20 ＜ TTL/efl ＜ 1.27

efl : 전체 광학계의 유효초점거리

조건식 1은 전체 광학계의 치수를 규정하는 것으로 소형화에 대한 조건이다. 상기 조건식 1의 상한을 넘는다면 제 수차의 보정면에서는 유리하나 전장 길이가 길어져 본 발명의 특징인 초소형이라는 관점에 상반된다. 또한, 조건식 1의 하한을 벗어나면 전장길이가 너무 짧아지기 때문에 광학계에 요구되는 광학적 특성을 만족하기 어려워진다.

(조건식 2) 0.4 ＜ │V1-V2│/ V3 ＜ 0.6

여기서, V1 : 제1 렌즈의 아베수

V2 : 제2 렌즈의 아베수

V3 : 제3 렌즈의 아베수

조건식 2는 색수차 보정에 관한 것으로, 하한을 벗어나 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)의 아베수의 차이가 작아지면 색수차 보정에 불리하고, 상한을 벗어나면 렌즈의 가격이 고가가 되어 성능대비 가격이 상승함에 따라 저비용화에 반하게 된다. 즉, 굴절률이 크거나 아베수가 작은 렌즈는 일반적으로 고가이므로, 제1 렌즈(L1) 또는 제2 렌즈(L2) 중 어느 한쪽의 아베수가 작아지면 렌즈의 가격이 상승하게 된다.

이와 같은 조건식 2를 만족하는 일 예로서, 제1 렌즈(L1)를 글래스 재질의 렌즈, 제2 렌즈(L2)를 오사카 가스 케미컬 주식회사의 OKP4 플라스틱 재질의 렌즈, 제3 렌즈(L3)를 제온엑스 계열의 E48R 플라스틱 재질의 렌즈를 사용할 수 있다.

(조건식 3) 0.55 ＜ f1/efl ＜ 0.6

여기서, f1 : 제1 렌즈의 초점거리

조건식 3은 제1 렌즈(L1)의 파워를 규정하는 것이다. 상기 조건식 3의 상한을 넘어 f1이 커진다면, 제1 렌즈(L1)의 파워가 작아져 소형화를 저하할 수 있고, 단일 렌즈로 구성되어 있는 제2 렌즈(L2) 및 제3 렌즈(L3)의 파워가 커져야 하므로 색수차가 커지게 된다. 역으로 하한을 벗어나 f1이 작아진다면, 제1 렌즈(L1)의 파워가 과대해져 구면수차 및 코마수차가 커지게 되고, 고해상도를 만족하기 어려워지며, 제1 렌즈(L1)를 구성하고 있는 렌즈면의 곡률반경이 작아져 가공이 곤란해진다.

(조건식 4) 0.5 ＜ r1o/efl ＜ 0.65

여기서, r1o : 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률반경

조건식 4는 제1 렌즈(L1)의 형상을 규정하는 것이다. 상기 조건식 4의 상한을 넘어 r1o가 커진다면, 제1 렌즈(L1)의 파워가 작아져 소형화에 반하게 된다. 반대로 r1o가 작아지면 가공이 곤란해지고 렌즈 제작시 가격이 상승하게 된다.

(조건식 5) 0.24 ＜ │r2o│/efl ＜ 0.35

(조건식 6) 0.5 ＜ r3o/efl ＜ 0.8

여기서, r2o : 제2 렌즈의 물체측 면의 곡률반경 (r2o ＜ 0)

r3o : 제3 렌즈의 물체측 면의 곡률반경

조건식 5는 제2 렌즈(L2)의 형상에 관한 것이고, 조건식 6은 제3 렌즈(L3)의 형상에 관한 것이다.

조건식 5와 6의 하한을 벗어나면 곡률반경이 작아져 가공성이 떨어지며 주변 왜곡수차 및 각종 수차가 증가하여 광학적 성능을 보증하기 어렵다. 역으로, 조건식 5와 6의 상한을 넘으면 전장길이가 길어지고 왜곡수차가 발생하며 상면 입사각이 커지므로 주변 광량 확보가 어렵게 된다.

(조건식 7) -0.25 ＜ f12/f3 ＜ -0.1

여기서, f12 : 제1 렌즈와 제2 렌즈의 합성초점거리

f3 : 제3 렌즈의 초점거리 (f3 ＜ 0)

조건식 7은 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)의 파워에 관한 것으로, 하한을 벗어나면 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)의 파워가 작아지며, 그에 따라 전장길이가 증가하고 제 수차의 보정이 어렵다. 역으로, 상한을 넘으면 상면 입사각이 증가하여 주변 광량확보가 어려워진다.

이하, 구체적인 수치 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 살펴본다.

이하의 실시예 1 내지 5는 모두 전술한 바와 같이, 물체측으로부터 순서대로, 개구조리개(AS)와, 물체측 면(2)과 상측 면(3)이 볼록하고 양면(2,3)이 비구면이며, 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈(L1)와, 물체측 면(4)이 오목한 메니스커스 형상으로 이루어지고 양면(4,5)이 비구면이며, 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈(L2)와, 양면(6,7)이 비구면이며, 음의 굴절력을 갖는 제3 렌즈(L3)를 포함하며, 물체측 가장 가까이에 개구 조리개(AS)가 구비된다.

이하의 각 실시예에서 제1 렌즈(L1)는 글래스 재질을 사용하였고, 제2 렌즈(L2)는 오사카 가스 케미컬 주식회사의 0KP4 플라스틱 재질을 사용하였으며, 제3 렌즈(L3)는 제온엑스(ZEONEX) 계열의 E48R의 플라스틱 재질을 사용하였으나, 조건식 2를 만족하는 다른 재질의 렌즈를 사용할 수도 있을 것이다.

또한, 이하의 실시예는 픽셀 사이즈가 1.8㎛인 3.2 메가픽셀 CCD에 적합한 광학계에 대한 것이지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않고도 픽셀 사이즈나 화소수 또는 촬상소자의 종류에 적합한 광학계를 설정할 수 있을 것이다.

한편, 이하의 각 실시예에서 사용되는 비구면은 공지의 수학식 1로부터 얻어지며, 코닉(Conic) 상수(K) 및 비구면 계수(A,B,C,D,E)에 사용되는 'E 및 이에 이어지는 숫자'는 10의 거듭제곱을 나타낸다. 예를 들어, E+01은 10¹을, E-02는 10^-2을 나타낸다.

Z : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리

Y : 광축에 수직인 방향으로의 거리

r : 렌즈의 정점에서의 곡률 반경

K : 코닉(Conic) 상수

A,B,C,D,E : 비구면 계수

(실시예 1)

하기의 표 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 수치예를 나타내고 있다.

또한, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도이고, 도 2a 내지 2c는 표 1 및 도 1에 도시된 광학계의 제 수차도를 나타내며, 도 3a와 3b는 제1 실시예의 MTF 특성을 도시한 그래프이다.

또한, 이하의 비점수차도면의 "S"는 새지털(sagital), "T"는 탄젠셜(tangential)을 나타낸다.

여기서, MTF(Modulation Transfer Function)는 밀리미터당 사이클의 공간주파수에 의존하며, 광의 최대 강도(Max)와 최소 강도(Min) 사이에 다음의 수학식 2로 정의되는 값이다.

즉, MTF가 1인 경우 가장 이상적이며 MTF 값이 감소하면 해상도가 떨어진다.

제1 실시예는 F 넘버(FNo)가 2.8이고, 화각(畵角)은 64.98도, 개구조리개로부터 상면까지의 거리(TTL)는 4.863㎜, 광학계의 유효초점거리(efl)는 3.8658㎜, 제1 렌즈의 초점거리(f1)는 2.2079㎜, 제2 렌즈의 초점거리(f2)는 -4.3364㎜, 제3 렌즈의 초점거리(f3)는 -37.9792㎜, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 합성초점거리(f12)는 4.2133㎜이다.

표 1에서 *는 비구면을 나타내며, 제1 실시예의 경우 모든 렌즈의 굴절면이 비구면이다.

수학식 1에 의한 제1 실시예의 비구면 계수의 값은 다음의 표 2와 같다.

(실시예 2)

하기의 표 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 수치예를 나타내고 있다.

또한, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도이고, 도 5a 내지 5c는 표 3 및 도 4에 도시된 광학계의 제 수차도를 나타내며, 도 6a와 6b는 제2 실시예의 MTF 특성을 도시한 그래프이다.

제2 실시예는 F 넘버(FNo)가 2.8이고, 화각(畵角)은 60도, 개구조리개로부터 상면까지의 거리(TTL)는 4.985㎜, 광학계의 유효초점거리(efl)는 4.0326㎜, 제1 렌즈의 초점거리(f1)는 2.3838㎜, 제2 렌즈의 초점거리(f2)는 -4.3678㎜, 제3 렌즈의 초점거리(f3)는 -40.9899㎜, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 합성초점거리(f12)는 4.5946㎜이다.

표 3에서 *는 비구면을 나타내며, 제2 실시예의 경우 모든 렌즈의 굴절면이 비구면이다.

수학식 1에 의한 제2 실시예의 비구면 계수의 값은 다음의 표 4와 같다.

(실시예 3)

하기의 표 5는 본 발명의 제3 실시예에 의한 수치예를 나타내고 있다.

또한, 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도이고, 도 8a 내지 8c는 표 5 및 도 7에 도시된 광학계의 제 수차도를 나타내며, 도 9a와 9b는 제3 실시예의 MTF 특성을 도시한 그래프이다.

제3 실시예는 F 넘버(FNo)가 3.0이고, 화각(畵角)은 62도, 개구조리개로부터 상면까지의 거리(TTL)는 4.884㎜, 광학계의 유효초점거리(efl)는 4.030㎜, 제1 렌즈의 초점거리(f1)는 2.3255㎜, 제2 렌즈의 초점거리(f2)는 -4.5570㎜, 제3 렌즈의 초점거리(f3)는 -17.9571㎜, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 합성초점거리(f12)는 4.2396㎜이다.

표 5에서 *는 비구면을 나타내며, 제3 실시예의 경우 모든 렌즈의 굴절면이 비구면이다.

수학식 1에 의한 제3 실시예의 비구면 계수의 값은 다음의 표 6과 같다.

(실시예 4)

하기의 표 7은 본 발명의 제4 실시예에 의한 렌즈구성을 나타내고 있다.

또한, 도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도이고, 도 11a 내지 11c는 표 7 및 도 10에 도시된 광학계의 제 수차도를 나타내며, 도 12a와 12b는 제4 실시예의 MTF 특성을 도시한 그래프이다.

제4 실시예는 F 넘버(FNo)가 3.0이고, 화각(畵角)은 62도, 개구조리개로부터 상면까지의 거리(TTL)는 4.915㎜, 광학계의 유효초점거리(efl)는 4.030㎜, 제1 렌즈의 초점거리(f1)는 2.2383㎜, 제2 렌즈의 초점거리(f2)는 -4.2538㎜, 제3 렌즈의 초점거리(f3)는 -21.1366㎜, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 합성초점거리(f12)는 4.2838㎜이다.

표 7에서 *는 비구면을 나타내며, 제4 실시예의 경우 모든 렌즈의 굴절면이 비구면이다.

수학식 1에 의한 제4 실시예의 비구면 계수의 값은 다음의 표 8과 같다.

(실시예 5)

하기의 표 9는 본 발명의 제5 실시예에 의한 수치예를 나타내고 있다.

또한, 도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도이고, 도 14a 내지 14c는 표 9 및 도 13에 도시된 광학계의 제 수차도를 나타내며, 도 15a와 15b는 제5 실시예의 MTF 특성을 도시한 그래프이다.

제5 실시예는 F 넘버(FNo)가 3.0이고, 화각(畵角)은 62.58도, 개구조리개로부터 상면까지의 거리(TTL)는 4.864㎜, 광학계의 유효초점거리(efl)는 4.037㎜, 제1 렌즈의 초점거리(f1)는 2.301㎜, 제2 렌즈의 초점거리(f2)는 -4.302㎜, 제3 렌즈의 초점거리(f3)는 -31.831㎜, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 합성초점거리(f12)는 4.3295㎜이다.

표 9에서 *는 비구면을 나타내며, 제5 실시예의 경우 모든 렌즈의 굴절면이 비구면이다.

수학식 1에 의한 제5 실시예의 비구면 계수의 값은 다음의 표 10과 같다.

이상의 실시예를 통하여 도 2, 도 5, 도 8, 도 11 및 도 14에 도시된 바와 같이 제 수차의 특성이 우수한 광학계를 얻을 수 있으며, 도 3, 도 6, 도 9, 도 12 및 도 15에 도시된 바와 같이 MTF 특성이 우수하고 고해상도를 구현할 수 있는 초소형 광학계를 구현할 수 있다는 이점이 있다는 것을 확인할 수 있다.

한편, 상기의 실시예 1 내지 5에 대한 조건식 1 내지 7의 값은 다음의 표 11과 같다.

상기의 표 11에서와 같이 본 발명의 실시예 1 내지 5는 조건식 1 내지 7을 만족하고 있다는 것을 확인할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 양면이 비구면인 3매의 렌즈만을 이용하여 고해상인 동시에 렌즈의 구성매수가 적어 컴팩트하고 전장이 짧은 초소형 광학계를 구현할 수 있다는 효과가 있게 된다.

또한, 플라스틱 재질의 렌즈를 2매 이상 사용함으로써, 경량화를 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 제작이 용이하여 대량생산이 가능하고, 제조비가 적게 되는 광학계를 구현할 수 있다는 유리한 효과가 있다.

그리고, 비구면을 갖는 메니스커스 형상의 플라스틱 렌즈를 이용하여, 렌즈의 가장자리 입사각도를 20도 이하로 함으로써 이미지 센서의 중앙부와 주변부의 광량을 균일하게 하고 주변광량을 가능한 한 확보하여 주변이 어두워 보이는 현상과 왜곡을 방지할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims

물체측으로부터 순서대로,

물체측 면과 상측 면이 볼록하고 양면이 비구면이며, 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈;

물체측 면이 오목한 메니스커스 형상으로 이루어지고 양면이 비구면이며, 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈; 및

양면이 비구면이며, 음의 굴절력을 갖는 제3 렌즈;를 포함하며,

광축방향의 치수에 관하여 다음의 조건식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계.

(조건식 1) 1.20 ＜ TTL/efl ＜ 1.27

여기서, TTL : 제1 렌즈의 물체측 면으로부터 상면까지의 거리

efl : 전체 광학계의 유효초점거리
삭제
제1항에 있어서,

상기 제1 내지 제3 렌즈의 아베수에 관하여 다음의 조건식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계.

(조건식 2) 0.4 ＜ │V1-V2│/ V3 ＜ 0.6

여기서, V1 : 제1 렌즈의 아베수

V2 : 제2 렌즈의 아베수

V3 : 제3 렌즈의 아베수
제3항에 있어서,

상기 제1 렌즈의 파워에 관하여 다음의 조건식 3을 추가로 만족하며, 상기 제1 렌즈의 형상에 관하여 다음의 조건식 4를 추가로 만족하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계.

(조건식 3) 0.55 ＜ f1/efl ＜ 0.6

(조건식 4) 0.5 ＜ r1o/efl ＜ 0.65

여기서, f1 : 제1 렌즈의 초점거리

r1o : 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률반경
제4항에 있어서,

상기 제2 렌즈의 형상에 관하여 다음의 조건식 5를 추가로 만족하며, 상기 제3 렌즈의 형상에 관하여 다음의 조건식 6을 추가로 만족하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계.

(조건식 5) 0.24 ＜ │r2o│/efl ＜ 0.35

(조건식 6) 0.5 ＜ r3o/efl ＜ 0.8

여기서, r2o : 제2 렌즈의 물체측 면의 곡률반경 (r2o ＜ 0)

r3o : 제3 렌즈의 물체측 면의 곡률반경
제5항에 있어서,

상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈는 플라스틱 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계.
제5항에 있어서,

상기 제1 렌즈와 제2 렌즈의 파워에 관하여 다음의 조건식 7을 만족하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계.

(조건식 7) -0.25 ＜ f12/f3 ＜ -0.1

여기서, f12 : 제1 렌즈와 제2 렌즈의 합성초점거리

f3 : 제3 렌즈의 초점거리 (f3 ＜ 0)
제1항에 있어서,

상기 제1 렌즈 앞쪽에 배치되는 개구 조리개;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계.
물체측으로부터 순서대로,

개구 조리개;

물체측 면과 상측 면이 볼록하고 양면이 비구면이며, 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈;

물체측 면이 오목한 메니스커스 형상으로 이루어지고 양면이 비구면이며, 음의 굴절력을 갖는 플라스틱 재질의 제2 렌즈; 및

양면이 비구면이며, 음의 굴절력을 갖는 플라스틱 재질의 제3 렌즈;

를 포함하며,

광축방향의 치수에 관하여 다음의 조건식 1을 만족하며, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 파워에 관하여 다음의 조건식 7을 만족하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계.

(조건식 1) 1.20 ＜ TTL/efl ＜ 1.27

(조건식 7) -0.25 ＜ f12/f3 ＜ -0.1

여기서, TTL : 제1 렌즈의 물체측 면으로부터 상면까지의 거리

efl : 전체 광학계의 유효초점거리

f12 : 제1 렌즈와 제2 렌즈의 합성초점거리

f3 : 제3 렌즈의 초점거리 (f3 ＜ 0)
제9항에 있어서,

상기 제1 내지 제3 렌즈의 아베수에 관하여 다음의 조건식 2를 만족하고, 상기 제1 렌즈의 파워에 관하여 다음의 조건식 3을 만족하며, 상기 제1 렌즈의 형상에 관하여 다음의 조건식 4를 만족하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계.

(조건식 2) 0.4 ＜ │V1-V2│/ V3 ＜ 0.6

(조건식 3) 0.55 ＜ f1/efl ＜ 0.6

(조건식 4) 0.5 ＜ r1o/efl ＜ 0.65

여기서, V1 : 제1 렌즈의 아베수

V2 : 제2 렌즈의 아베수

V3 : 제3 렌즈의 아베수

f1 : 제1 렌즈의 초점거리

r1o : 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률반경
제9항 또는 제10항에 있어서,

상기 제2 렌즈의 형상에 관하여 다음의 조건식 5를 추가로 만족하며, 상기 제3 렌즈의 형상에 관하여 다음의 조건식 6을 추가로 만족하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈를 이용한 초소형 광학계.

(조건식 5) 0.24 ＜ │r2o│/efl ＜ 0.35

(조건식 6) 0.5 ＜ r3o/efl ＜ 0.8

여기서, r2o : 제2 렌즈의 물체측 면의 곡률반경 (r2o ＜ 0)

r3o : 제3 렌즈의 물체측 면의 곡률반경