KR100764434B1

KR100764434B1 - 초소형 촬상 광학계

Info

Publication number: KR100764434B1
Application number: KR1020060100151A
Authority: KR
Inventors: 오혜란; 정호섭; 신동익; 유호식
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2007-10-05
Also published as: US20080088949A1; US7457053B2

Abstract

3개의 렌즈요소를 각각 갖는 2매의 렌즈만을 이용하여 광학적 성능이 우수하고 크기가 작은 초소형 촬상 광학계가 제공된다.

본 발명에 의한 초소형 촬상 광학계는, 전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 물체측 면이 광축상에서 물체측으로 볼록한 형상을 갖는 제1 렌즈요소와, 상기 제1 렌즈요소의 상측 면에 물체측 면이 접합되는 제2 렌즈요소와, 상기 제2 렌즈요소의 상측 면에 물체측 면이 접합되며 상측 면이 광축상에서 상측으로 오목한 형상을 갖는 제3 렌즈요소를 구비하는 제1 렌즈; 및 물체측 면이 광축상에서 물체측으로 볼록하고 주변부에서 물체측으로 오목한 형상을 갖는 제4 렌즈요소와, 상기 제4 렌즈요소의 상측 면에 물체측 면이 접합되는 제5 렌즈요소와, 상기 제5 렌즈요소의 상측 면에 물체측 면이 접합되며 상측 면이 광축상에서 상측으로 오목하고 주변부에서 상측으로 볼록한 형상을 갖는 제6 렌즈요소를 구비하는 제2 렌즈; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 초소형 광학계의 구현이 가능하고 각종 수차의 발생이 적으며, 대량생산이 용이하다는 효과가 있게 된다.

초소형, 촬상 광학계, 렌즈요소, 레플리카, 웨이퍼 스케일 렌즈, 새그

Description

초소형 촬상 광학계{Subminiature Optical System}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 초소형 촬상 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 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 초소형 촬상 광학계의 렌즈구성도이다.

도 4는 도 3에 도시된 제2 실시예의 제 수차도를 도시한 것으로,

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

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 의한 초소형 촬상 광학계의 렌즈구성도이다.

도 6은 도 5에 도시된 제3 실시예의 제 수차도를 도시한 것으로,

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

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

L1...제1 렌즈요소 L2...제2 렌즈요소

L3...제3 렌즈요소 L4...제4 렌즈요소

L5...제5 렌즈요소 L6...제6 렌즈요소

LG1...제1 렌즈 LG2...제2 렌즈

AS...개구 조리개 IP...상면(像面)

H1, H2, H3...새그(sag)

1,2,3,4,5,6,7,8,9,10...면 번호

본 발명은 촬상 광학계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이동통신단말기, PDA 등에 탑재되거나, 감시용 카메라, 디지털 카메라 등에 사용되는 초소형 촬상 광학계에 관한 것이다.

일반적으로, 이동통신단말기는 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 이동통신단말기, 즉 소위 카메라폰(camera phone 또는 camera mobile phone)이 크게 각광을 받고 있다.

특히 최근에는 카메라폰에 탑재되는 촬상 광학계에 대하여 소형 / 경량화 / 저비용화가 강력하게 요구되고 있을 뿐만 아니라 CCD(전하결합소자)나 CMOS(보상금속반도체) 등의 이미지 센서의 픽셀 사이즈(pixel size)가 점점 작아짐에 따라 이 러한 이미지 센서를 사용하는 촬상 광학계에 대해서도 높은 해상도가 요청되고 있다.

그리고, 휴대폰 등의 소형기기에 장착되는 촬상 광학계는 소형화 / 저비용화를 만족시키기 위해 가능한 렌즈 매수를 줄여야 하지만 설계에 대한 자유도가 적어지고 광학성능을 만족하기 어렵다.

따라서, 고해상도이고 수차 성능이 우수하면서도 소형화가 가능한 초소형 촬상 광학계가 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 일 측면으로서 렌즈의 매수가 적으면서도 색수차, 왜곡수차, 비점수차, 구면수차, 상면 만곡 등 각종 수차를 효율적으로 보정할 수 있는 초소형 촬상 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 다른 측면으로서, 2매의 렌즈만을 이용하여 초소형이면서도 해상도가 높은 초소형 촬상 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 다른 측면으로서, 대량생산이 용이하면서도 각종 광학적 성능이 우수한 초소형 촬상 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 물체측 면이 광축상에서 물체측으로 볼록한 형상을 갖는 제1 렌즈요소와, 상기 제1 렌즈요소의 상측 면에 물체측 면이 접합되는 제2 렌즈요소와, 상기 제2 렌즈요소의 상측 면에 물체측 면이 접합되며 상측 면이 광축상에서 상측으로 오목한 형상을 갖는 제3 렌즈요소를 구비하는 제1 렌즈; 및 물체측 면이 광축상에서 물체측으로 볼록하고 주변부에서 물체측으로 오목한 형상을 갖는 제4 렌즈요소와, 상기 제4 렌즈요소의 상측 면에 물체측 면이 접합되는 제5 렌즈요소와, 상기 제5 렌즈요소의 상측 면에 물체측 면이 접합되며 상측 면이 광축상에서 상측으로 오목하고 주변부에서 상측으로 볼록한 형상을 갖는 제6 렌즈요소를 구비하는 제2 렌즈; 를 포함하는 초소형 촬상 광학계를 제공한다.

바람직하게는, 상기 제1 렌즈의 굴절력에 관하여 다음의 조건식 1을 만족할 수 있다.

[조건식 1] 1.3 ≤ f1/f ≤ 1.7

여기서, f1 : 제1 렌즈의 초점거리

f : 광학계의 전체초점거리

또한 바람직하게는, 상기 제3 렌즈요소의 형상에 관하여 다음의 조건식 2를 만족할 수 있다.

[조건식 2] H1 ≥ 30㎛

여기서, H1 : 광축상에서 렌즈 두께를 기준으로 하여 유효경 내부의 임의의 위치에서 렌즈 두께가 광축상에서의 렌즈 두께보다 두꺼운 양을 새그(sag)라고 할 때, 제3 렌즈요소의 유효경 내에서 가장 큰 새그값(H1 > 0)

더욱 바람직하게는, 상기 제4 렌즈요소의 형상에 관하여 다음의 조건식 3을 만족할 수 있다.

[조건식 3] H2 ≤ -30㎛

여기서, H2 : 광축상에서 렌즈 두께를 기준으로 하여 유효경 내부의 임의의 위치에서 렌즈 두께가 광축상에서의 렌즈 두께보다 두꺼운 양을 새그(sag)라고 할 때, 제4 렌즈요소의 유효경 내에서 가장 작은 새그값 (H2 < 0)

또한 바람직하게, 상기 제6 렌즈요소의 형상에 관하여 다음의 조건식 4를 만족할 수 있다.

[조건식 4] 50㎛ ≤ H3 ≤ 140㎛

여기서, H3 : 광축상에서 렌즈 두께를 기준으로 하여 유효경 내부의 임의의 위치에서 렌즈 두께가 광축상에서의 렌즈 두께보다 두꺼운 양을 새그(sag)라고 할 때, 제4 렌즈요소의 유효경 내에서 가장 큰 새그값 (H3 > 0)

더욱 바람직하게는, 상기 H3는 100㎛ 이상에서 140㎛ 이하의 값을 가질 수 있다.

한편, 상기 제1 렌즈요소 내지 제3 렌즈요소 중 적어도 하나의 렌즈요소의 굴절률은 다른 렌즈요소의 굴절률과 상이하며, 상기 제4 렌즈요소 내지 제6 렌즈요소 중 적어도 하나의 렌즈요소의 굴절률은 다른 렌즈요소의 굴절률과 상이한 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2 렌즈요소 및 제5 렌즈요소의 물체측 면과 상측 면은 모두 평 면으로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 제2 렌즈요소의 물체측 면과 상측 면, 상기 제5 렌즈요소의 물체측 면과 상측 면 중 적어도 하나는 비구면으로 이루어질 수도 있다.

또한, 상기 제2 렌즈는 양의 굴절력을 가질 수 있다.

본 발명은 3개의 렌즈요소로 이루어지는 제1 렌즈와 3개의 렌즈요소로 이루어지는 제2 렌즈를 통하여, 렌즈의 매수가 적으면서도 색수차, 왜곡수차, 비점수차, 구면수차, 상면 만곡 등 각종 수차를 효율적으로 보정할 수 있는 초소형 촬상 광학계를 구현하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명은 2매의 렌즈만을 이용하여 초소형이면서도 해상도가 높은 광학계를 구현하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명은 레플리카(replica) 공정의 적용이 가능하므로 대량 생산이 용이하면서도 성능이 우수한 초소형 촬상 광학계를 제공하는 것을 특징으로 한다.

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

도 1은 본 발명에 의한 초소형 촬상 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 일 실시예에 의한 초소형 촬상 광학계는 물체측으로부터 순서대로, 개구 조리개(AS)와, 제1 렌즈(LG1)와, 제2 렌즈(LG2)와, 상면(IP)에 해당하는 이미지 센서(미도시)를 구비한다.

상기 제1 렌즈(LG1)는 전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 물체측 면(2)이 광축상에서 물체측으로 볼록한 형상을 갖는 제1 렌즈요소(L1)와, 상기 제1 렌즈요소(L1)의 상측 면에 물체측 면(3)이 접합되는 제2 렌즈요소(L2)와, 상기 제2 렌즈요소(L2)의 상측 면에 물체측 면(4)이 접합되며 상측 면(5)이 광축상에서 상측으로 오목한 형상을 갖는 제3 렌즈요소(L3)를 구비하여, 전체적으로 3개의 렌즈요소로 구성된다.

또한, 상기 제2 렌즈(LG2)는 물체측 면(6)이 광축상에서 물체측으로 볼록하고 주변부에서 물체측으로 오목한 형상을 갖는 제4 렌즈요소(L4)와, 상기 제4 렌즈요소(L4)의 상측 면에 물체측 면(7)이 접합되는 제5 렌즈요소(L5)와, 상기 제5 렌즈요소(L5)의 상측 면에 물체측 면(8)이 접합되며 상측 면(9)이 광축상에서 상측으로 오목하고 주변부에서 상측으로 볼록한 형상을 갖는 제6 렌즈요소(L6)를 구비하여 전체적으로 3개의 렌즈요소로 구성된다.

또한, 상기 이미지 센서는 상면(IP)에 대응하며, 제1 렌즈(LG1) 및 제2 렌즈(LG2)를 통과한 광 이미지를 감지하여 전기적 신호로 변환시키도록 CCD(전하결합소자) 또는 CMOS(보상금속반도체) 등으로 이루어진다.

또한, 제1 렌즈(LG1)의 물체측 면(2) 전방에는 개구 조리개(AS)가 설치된다.

한편, 상기 제2 렌즈(LG2)의 뒤쪽에는 광학적 저역 필터나 색 필터, 페이스 플레이트(face plate) 등에 대응하여 적외선 필터와 커버 글래스(cover glass) 등이 설치될 수 있으며, 본 발명의 광학적 특성에는 원칙적으로 영향을 미치지 않는 것으로 한다.

본 발명에 의한 광학계는 강한 양의 굴절력을 갖는 제1 렌즈(LG1)를 통하여 광학계의 전장을 짧게 하여 초소형화를 구현할 수 있으며, 상기 제2 렌즈(LG2)는 약한 양의 굴절력 또는 약한 음의 굴절력을 갖도록 구성된다. 또한, 상기 제2 렌즈(LG2)는 제4 렌즈요소(L4)의 물체측 면(6)이 광축상에서 물체측으로 볼록하고 주변부에서 물체측으로 오목한 형상을 갖도록 구성하고, 제6 렌즈요소(L6)의 상측 면(9)이 광축상에서 상측으로 오목하고 주변부에서 상측으로 볼록한 형상을 갖도록 구성함으로써, 구면수차, 비점수차, 왜곡수차, 상면 만곡 등의 수차를 보정하게 된다.

또한, 본 발명에 의한 제1 렌즈(LG1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 렌즈요소(L2)의 물체측 면(3)과 상측 면(4)에 각각 제1 렌즈요소(L1)와 제2 렌즈요소(L2)가 접합된다.

이때, 제1 렌즈(LG1)는, 제1 렌즈요소(L1)와 제3 렌즈요소(L3)를 형성하기 위하여 렌즈 기판(lens substrate)에 대응하는 제2 렌즈요소(L2)의 양면에 폴리머를 적층하는 레플리카 법(replica method)을 이용하여 형성될 수 있다. 이와 같 이, 레플리카 법을 이용하여 웨이퍼 스케일의 렌즈를 형성하게 되면 대량 생산이 용이하다는 이점이 있게 된다.

그러나, 제1 렌즈요소(L1), 제2 렌즈요소(L2) 및 제3 렌즈요소(L3) 중에서 적어도 하나의 렌즈요소가 다른 렌즈요소와 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다면 제1 렌즈(LG1)는 이러한 레플리카 법에 의해 제조되는 것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1 렌즈(LG1)를 이루는 3개의 렌즈요소들 중 일부의 굴절률을 다르게 형성함으로써 색수차 등의 수차 보정이 이루어질 수 있다면, 본 발명에 일 실시예에 의한 제1 렌즈(LG1)는 통상적인 접합렌즈 제조 방법에 의해 제조될 수도 있다.

또한, 본 발명에 의한 제2 렌즈(LG1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제5 렌즈요소(L5)의 물체측 면(7)과 상측 면(8)에 각각 제4 렌즈요소(L4)와 제6 렌즈요소(L6)가 접합된다.

이때, 상기 제2 렌즈(LG2)는 전술한 제1 렌즈(LG1)와 마찬가지로, 제4 렌즈요소(L4)와 제6 렌즈요소(L6)를 형성하기 위하여 렌즈 기판(lens substrate)에 대응하는 제5 렌즈요소(L5)의 양면에 폴리머를 적층하는 레플리카 법(replica method)을 이용하여 형성될 수 있다. 그러나, 제4 렌즈요소(L4), 제5 렌즈요소(L5) 및 제6 렌즈요소(L6) 중에서 적어도 하나의 렌즈요소가 다른 렌즈요소와 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다면 제2 렌즈(LG2)는 통상적인 접합렌즈 제조 방법에 의해 제조될 수도 있다.

또한, 상기 제2 렌즈요소(L2)와 제5 렌즈요소(L5)는 도 1 등의 렌즈 구성도에서는 물체측 면(3,7)과 상측 면(4,8)이 모두 평면을 이루는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, 대량생산이 용이한 통상의 레플리카 법을 적용하기 위해서는 상기 제2 렌즈요소(L2)와 제5 렌즈요소(L5)는 각각 양면(물체측 면과 상측 면)이 평면으로 이루어지는 것이 바람직하지만, 일반적인 접합렌즈 제조방법이 적용되는 경우 등에는 상기 제2 렌즈요소(L2)와 제5 렌즈요소(L5)의 굴절면(상측 면과 물체측 면) 중 적어도 하나의 굴절면은 구면 또는 비구면의 곡면으로 형성될 수도 있다. 이와 같이, 굴절면 중 일부가 곡면으로 형성되는 경우에는 굴절면이 증가함으로써 설계 자유도가 향상되고 각종 광학적 특성이 우수한 광학계를 형성할 수 있다는 이점을 얻을 수 있다.

또한 본 발명에 의한 초소형 촬상 광학계는 곡면을 비구면으로 형성하고 굴절면의 곡률반경을 최적화하여 수차특성이 우수하고, 고해상도를 구현할 수 있게 된다.

이와 같은 전체적인 구성 하에서 다음의 조건식 1 내지 4의 작용효과에 대해 살펴본다.

[조건식 1] 1.3 ≤ f1 /f ≤ 1.7

여기서, f1은 제1 렌즈(L1)의 초점거리이고, f는 광학계의 전체초점거리이 다.

조건식 1은 전체 초점거리에 대한 제1 렌즈(L1)의 초점거리의 비로서, 제1 렌즈(L1)의 파워(굴절력)를 규정한다.

조건식 1의 하한을 벗어나면 제1 렌즈(L1)의 파워가 커져서 구면 수차의 보정이 어려워지며, 후초점거리(BFL, back focal length)를 충분히 확보하기 어려워진다.

또한, 조건식 1의 상한을 벗어나 제1 렌즈(L1)의 파워가 작아지면 소형화에 반하게 되며 제1 렌즈(LG1)의 제3 렌즈요소(L3)와 제2 렌즈(LG2)의 제4 렌즈요소(L4)의 거리가 너무 가까워짐으로써 유효경 부분이 근접하거나 맞닿게 되어 조립성이 악화된다.

[조건식 2] H1 ≥ 30㎛

여기서, H1은 광축상에서 렌즈 두께를 기준으로 하여 유효경 내부의 임의의 위치에서 렌즈 두께가 광축상에서의 렌즈 두께보다 두꺼운 양을 새그(sag)라고 할 때, 제3 렌즈요소(L3)의 유효경 내에서 가장 큰 새그값을 의미한다. 상기 새그의 부호는 유효경 내부의 임의의 위치에서의 두께가 광축상에서 렌즈의 두께보다 더 두꺼우면 양의 부호를 갖고, 얇으면 음의 부호를 갖는다. 즉, 상기 제3 렌즈요소(L3)는 광축상에서 상측으로 오목하므로 주변부의 새그값(H1)은 양의 부호를 가지며, 유효경에서 가장 큰 새그값을 갖는다.

조건식 2는 제3 렌즈요소(L3)의 형상을 규정하는 것으로서 주변부 필드에서 의 비점수차의 보정과 관련된다.

즉, 조건식 2의 하한을 벗어나 제3 렌즈요소(L3)의 가장 높은 새그값(H1)이 30㎛보다 작아진다면 주변부 필드에서의 비점수차를 보정하기 어려워진다.

[조건식 3] H2 ≤ -30㎛

여기서, H2는 광축상에서 렌즈 두께를 기준으로 하여 유효경 내부의 임의의 위치에서 렌즈 두께가 광축상에서의 렌즈 두께보다 두꺼운 양을 새그(sag)라고 할 때, 제4 렌즈요소(L4)의 유효경 내에서 가장 작은 새그값을 의미한다. 상기 새그의 부호는 유효경 내부의 임의의 위치에서의 두께가 광축상에서 렌즈의 두께보다 더 두꺼우면 양의 부호를 갖고, 얇으면 음의 부호를 갖는다. 즉, 상기 제4 렌즈요소(L4)는 광축상에서 상측으로 볼록하고 주변부에서 상측으로 오목하므로 주변부의 가장 작은 새그값(H2)은 음의 부호를 갖는다.

조건식 3은 제4 렌즈요소(L4)의 형상을 규정하는 것으로서, 주변부 필드에서의 비점수차의 보정과 관련된다.

즉, 조건식 3의 상한을 벗어나 제4 렌즈요소(L4)의 가장 작은 새그값(H2)이 -30㎛보다 커진다면(광축상 두께와의 차이가 30㎛ 보다 작은 정도의 얇은 두께를 갖는다면), 주변부 필드에서의 비점수차를 보정하기 어려워진다.

[조건식 4] 50㎛ ≤ H3 ≤ 140㎛

여기서, H3는 광축상에서 렌즈 두께를 기준으로 하여 유효경 내부의 임의의 위치에서 렌즈 두께가 광축상에서의 렌즈 두께보다 두꺼운 양을 새그(sag)라고 할 때, 제6 렌즈요소(L6)의 유효경 내에서 가장 큰 새그값을 의미한다. 상기 새그의 부호는 유효경 내부의 임의의 위치에서의 두께가 광축상에서 렌즈의 두께보다 더 두꺼우면 양의 부호를 갖고, 얇으면 음의 부호를 갖는다. 즉, 상기 제6 렌즈요소(L6)는 광축상에서 상측으로 오목하고 주변부에서 상측으로 볼록하므로 주변부의 가장 큰 새그값(H3)은 음의 부호를 갖는다.

조건식 4는 제6 렌즈요소(L6)의 형상을 규정한다.

조건식 4의 상한을 벗어나 제6 렌즈요소(L6)의 주변부의 가장 큰 새그값(H3)이 140㎛을 초과하면 제6 렌즈요소(L6)에서 가장 두꺼운 부분의 두께(H3와 광축상에서 제6 렌즈요소의 두께를 합한 값)(도 1의 H4 참조)가 너무 커져 레플리카 법으로 제작하는 것이 곤란해진다. 즉, 통상의 레플리카 법으로는 폴리머의 수축 등으로 인하여 폴리머의 최대 높이(두께)를 대략 250㎛ 이상을 형성하기 어려우므로 주변부의 가장 큰 새그값(H3)은 140㎛ 이하가 되는 것이 바람직하다.

또한, 조건식 4의 하한을 벗어나 제6 렌즈요소(L6)의 주변부의 가장 큰 새그값(H3)이 50㎛보다 작아지면 왜곡수차가 크게 발생하게 된다.

한편, 이러한 왜곡수차를 더욱 작게 하기 위해서는 제6 렌즈요소(L6)의 주변부의 가장 큰 새그값(H3)은 100㎛ 이상인 것이 바람직하다.

이러한 경우 상기 조건식 4는 100㎛ ≤ H3 ≤ 140㎛가 된다.

예를 들어, H3의 값이 50㎛인 제2 실시예의 도 4(c)의 왜곡수차보다는 H3 값 이 100㎛ 이상인 제1 실시예의 도 2(c) 및 제3 실시예의 도 6(c)의 왜곡수차가 더욱 작다는 것을 확인할 수 있다.

이하, 구체적인 수치 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 살펴본다.

전술한 바와 같이, 이하의 제1 내지 제3 실시예는, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 일 실시예에 의한 초소형 촬상 광학계는 물체측으로부터 순서대로, 개구 조리개(AS)와, 제1 렌즈(LG1)와, 제2 렌즈(LG2)와, 상면(IP)에 해당하는 이미지 센서(미도시)를 구비한다.

또한, 상기 이미지 센서는 상면(IP)에 위치하고, 제1 렌즈(LG1)의 물체측 면(2) 전방에는 개구 조리개(AS)가 설치되며, 상기 제2 렌즈(LG2)와 상면(IP) 사이에는 적외선 필터, 커버 글래스 등으로 이루어지는 광학적필터가 구비될 수 있다.

이하의 각 실시예에서 사용되는 비구면은 공지의 수학식 1로부터 얻어진다.

Z : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리

Y : 광축에 수직인 방향으로의 거리

c : 렌즈의 정점에서의 곡률 반경(r)의 역수

K : 코닉(Conic) 상수

A,B,C,D,E,F : 비구면 계수

[제1 실시예 ]

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

또한, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 초소형 촬상 광학계의 렌즈구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 제1 실시예의 제 수차도를 도시한 것으로, (a)는 구면수차, (b)는 비점수차, (c)는 왜곡을 각각 나타낸다. 이하의 비점수차도면에서 "S"는 새지털(sagital), "T"는 탄젠셜(tangential)을 나타낸다.

제1 실시예는 화각(畵角)은 60도, 개구 조리개 면(1)으로부터 상면(10)까지의 거리는 2.73㎜, 광학계의 유효초점거리(f)는 2.073㎜, 제1 렌즈(LG1)의 초점거리(f1)는 3.5㎜, 제2 (LG2)의 초점거리(f2)는 4.227이다. 또한, 제3 렌즈요소(L3)의 가장 큰 새그값(H1)은 94㎛이고, 제4 렌즈요소(L4)의 가장 작은 새그값(H2)는 -74㎛이고, 제4 렌즈요소(L4)의 유효경에서의 새그값은 35㎛이며, 제6 렌즈요소(L6)의 가장 큰 새그값(H3)은 117㎛이다.

표 1에서 곡률반경(R)과 두께 또는 거리(t)의 단위는 mm이다.

또한, 표 1에서 *는 비구면을 나타내며, 제 실시예의 경우 제2면(제1 렌즈요소의 물체측 면), 제5면(제3 렌즈요소의 상측 면), 제6면(제4 렌즈요소의 물체측면) 및 제9면(제6 렌즈요소의 상측 면)이 비구면이다.

수학식 1에 의한 실시예 1의 비구면 계수의 값은 다음의 표 2와 같다.

[제2 실시예 ]

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

또한, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 초소형 촬상 광학계의 렌즈구성도이고, 도 4는 도 3에 도시된 제2 실시예의 제 수차도를 도시한 것으로, (a)는 구면수차, (b)는 비점수차, (c)는 왜곡을 각각 나타낸다.

제2 실시예는 화각(畵角)은 60도, 개구 조리개 면(1)으로부터 상면(10)까지의 거리는 2.6㎜, 광학계의 유효초점거리(f)는 2.019㎜, 제1 렌즈(LG1)의 초점거리(f1)는 2.63㎜, 제2 (LG2)의 초점거리(f2)는 7.14이다. 또한, 제3 렌즈요소(L3)의 가장 큰 새그값(H1)은 80㎛이고, 제4 렌즈요소(L4)의 가장 작은 새그값(H2)는 -30㎛이고, 제4 렌즈요소(L4)의 유효경에서의 새그값은 19㎛이며, 제6 렌즈요소(L6)의 가장 큰 새그값(H3)은 50㎛이다.

표 3에서 곡률반경(R)과 두께 또는 거리(t)의 단위는 mm이다.

또한, 표 3에서 *는 비구면을 나타내며, 실시예 2의 경우 제2면(제1 렌즈요소의 물체측 면), 제5면(제3 렌즈요소의 상측 면), 제6면(제4 렌즈요소의 물체측면) 및 제9면(제6 렌즈요소의 상측 면)이 비구면이다.

수학식 1에 의한 실시예 2의 비구면 계수의 값은 다음의 표 4와 같다.

[제3 실시예 ]

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

또한, 도 5은 본 발명의 제3 실시예에 의한 초소형 촬상 광학계의 렌즈구성도이고, 도 6은 도 5에 도시된 제3 실시예의 제 수차도를 도시한 것으로, (a)는 구면수차, (b)는 비점수차, (c)는 왜곡을 각각 나타낸다.

제3 실시예는 화각(畵角)은 60도, 개구 조리개 면(1)으로부터 상면(10)까지의 거리는 2.77㎜, 광학계의 유효초점거리(f)는 2.084㎜, 제1 렌즈(LG1)의 초점거리(f1)는 2.761㎜, 제2 (LG2)의 초점거리(f2)는 13.229㎜이다. 또한, 제3 렌즈요소(L3)의 가장 큰 새그값(H1)은 30㎛이고, 제4 렌즈요소(L4)의 가장 작은 새그값(H2)는 -60㎛이고, 제4 렌즈요소(L4)의 유효경에서의 새그값은 3㎛이며, 제6 렌즈요소(L6)의 가장 큰 새그값(H3)은 134㎛이다.

표 5에서 곡률반경(R)과 두께 또는 거리(t)의 단위는 mm이다.

또한, 표 5에서 *는 비구면을 나타내며, 제3 실시예의 경우 제2면(제1 렌즈요소의 물체측 면), 제5면(제3 렌즈요소의 상측 면), 제6면(제4 렌즈요소의 물체측면) 및 제9면(제6 렌즈요소의 상측 면)이 비구면이다.

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

한편, 상기의 제1 내지 제3 실시예에 대한 조건식 1 내지 4의 값은 다음의 표 7과 같다.

이상의 실시예를 통하여 도 2, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 제 수차의 특성이 우수한 초소형 촬상 광학계를 얻을 수 있다는 것을 확인할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 3개의 렌즈요소로 이루어지는 제1 렌즈와 3개의 렌즈요소로 이루어지는 제2 렌즈를 통하여, 렌즈의 매수가 적으면서도 색수차, 왜곡수차, 비점수차, 구면수차, 상면 만곡 등 각종 수차를 효율적으로 보정할 수 있는 초소형 촬상 광학계를 얻을 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면 2매의 렌즈만을 이용하여 초소형이면서도 해상도가 높은 광학계를 구현할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명에 의하면 렌즈 굴절면을 비구면으로 형성하고 렌즈 굴절면의 형상을 적절히 형성함으로써 각종 수차의 특성이 우수하고 고해상도를 구현할 수 있는 초소형 촬상 광학계를 얻을 수 있게 된다.

나아가, 레플리카 법을 이용하는 경우에는 웨이퍼 스케일로 제작한 렌즈를 이용함으로써 초소형의 광학계를 구현함과 동시에 대량생산에 적합하다는 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

전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 물체측 면이 광축상에서 물체측으로 볼록한 형상을 갖는 제1 렌즈요소와, 상기 제1 렌즈요소의 상측 면에 물체측 면이 접합되는 제2 렌즈요소와, 상기 제2 렌즈요소의 상측 면에 물체측 면이 접합되며 상측 면이 광축상에서 상측으로 오목한 형상을 갖는 제3 렌즈요소를 구비하는 제1 렌즈; 및

물체측 면이 광축상에서 물체측으로 볼록하고 주변부에서 물체측으로 오목한 형상을 갖는 제4 렌즈요소와, 상기 제4 렌즈요소의 상측 면에 물체측 면이 접합되는 제5 렌즈요소와, 상기 제5 렌즈요소의 상측 면에 물체측 면이 접합되며 상측 면이 광축상에서 상측으로 오목하고 주변부에서 상측으로 볼록한 형상을 갖는 제6 렌즈요소를 구비하는 제2 렌즈;

를 포함하는 초소형 촬상 광학계.
제1항에 있어서,

상기 제1 렌즈의 굴절력에 관하여 다음의 조건식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.

[조건식 1] 1.3 ≤ f1/f ≤ 1.7

여기서, f1 : 제1 렌즈의 초점거리

f : 광학계의 전체초점거리
제1항에 있어서,

상기 제3 렌즈요소의 형상에 관하여 다음의 조건식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.

[조건식 2] H1 ≥ 30㎛

여기서, H1 : 광축상에서 렌즈 두께를 기준으로 하여 유효경 내부의 임의의 위치에서 렌즈 두께가 광축상에서의 렌즈 두께보다 두꺼운 양을 새그(sag)라고 할 때, 제3 렌즈요소의 유효경 내에서 가장 큰 새그값(H1 > 0)
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제4 렌즈요소의 형상에 관하여 다음의 조건식 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.

[조건식 3] H2 ≤ -30㎛

여기서, H2 : 광축상에서 렌즈 두께를 기준으로 하여 유효경 내부의 임의의 위치에서 렌즈 두께가 광축상에서의 렌즈 두께보다 두꺼운 양을 새그(sag)라고 할 때, 제4 렌즈요소의 유효경 내에서 가장 작은 새그값 (H2 < 0)
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제6 렌즈요소의 형상에 관하여 다음의 조건식 4를 만족하는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.

[조건식 4] 50㎛ ≤ H3 ≤ 140㎛

여기서, H3 : 광축상에서 렌즈 두께를 기준으로 하여 유효경 내부의 임의의 위치에서 렌즈 두께가 광축상에서의 렌즈 두께보다 두꺼운 양을 새그(sag)라고 할 때, 제4 렌즈요소의 유효경 내에서 가장 큰 새그값 (H3 > 0)
제5항에 있어서,

상기 H3는 100㎛ 이상에서 140㎛ 이하의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 렌즈요소 내지 제3 렌즈요소 중 적어도 하나의 렌즈요소의 굴절률은 다른 렌즈요소의 굴절률과 상이하며,

상기 제4 렌즈요소 내지 제6 렌즈요소 중 적어도 하나의 렌즈요소의 굴절률은 다른 렌즈요소의 굴절률과 상이한 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 렌즈요소 및 제5 렌즈요소의 물체측 면과 상측 면은 모두 평면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 렌즈요소의 물체측 면과 상측 면, 상기 제5 렌즈요소의 물체측 면과 상측 면 중 적어도 하나는 비구면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 렌즈는 양의 굴절력을 가지는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.