KR100780240B1 - 초소형 촬상 광학계 - Google Patents

Abstract

초소형 촬상 광학계가 제공된다. 본 발명에 의한 초소형 촬상 광학계는 전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 물체측 면이 물체측으로 볼록한 형상을 갖는 제1 렌즈요소와, 상기 제1 렌즈요소의 상측 면에 물체측 면이 접합되는 제2 렌즈요소와, 상기 제2 렌즈요소의 상측 면에 물체측 면이 접합되는 제3 렌즈요소를 구비하는 제1 렌즈; 및 전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 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 접합되는 제6 렌즈요소를 구비하는 제2 렌즈;를 포함하고, 상기 제2 렌즈요소는 그 물체측 면 또는 상측 면에 광량 조절을 위한 스탑(Stop)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 렌즈의 매수가 적으면서도 구면수차, 비점수차, 왜곡수차, 횡색수차 등 각종 수차를 효율적으로 보정할 수 있는 초소형 촬상 광학계를 얻을 수 있다.

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

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 도 1에 도시된 제1 실시예의 횡색수차를 나타낸다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 초소형 촬상 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 6은 도 4에 도시된 제2 실시예의 횡색수차를 나타낸다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 의한 초소형 촬상 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 9는 도 7에 도시된 제3 실시예의 횡색수차를 나타낸다.

도 10은 본 발명의 제4 실시예에 의한 초소형 촬상 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 12는 도 10에 도시된 제4 실시예의 횡색수차를 나타낸다.

도 13은 본 발명의 제5 실시예에 의한 초소형 촬상 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 15는 도 13에 도시된 제5 실시예의 횡색수차를 나타낸다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

L11 : 제1 렌즈요소 L12 : 제2 렌즈요소

L13 : 제3 렌즈요소 L21 : 제4 렌즈요소

L22 : 제5 렌즈요소 L23 : 제6 렌즈요소

LG1 : 제1 렌즈 LG2 : 제2 렌즈

AS : 스탑 IP : 상면(像面)

1,2,3,4,5,6,7,8,9 : 면 번호

본 발명은 촬상 광학계에 관한 것으로, 더 상세하게는 이동통신단말기, PDA 등에 탑재되거나, 감시용 카메라, 디지털 카메라 등에 사용되는 초소형 촬상 광학 계에 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 이러한 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.

특히, 종래의 촬상 광학계는 일반적으로 렌즈 외의 공간에 광량 조절을 위한 조리개를 배치하여 구성하기 때문에, 소형화 / 경량화 측면에서 문제점이 지적되고 있다.

따라서, 고해상도이고 수차 성능이 우수하면서도 소형화 / 경량화가 가능한 초소형 촬상 광학계가 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 일 측면으로서 렌즈의 매수가 적으면서도 비점수차, 구면수차, 왜곡수차, 횡색수차 등 각종 수차를 효율적으로 보정할 수 있으면서, 광량 조절을 위해 렌즈 외의 공간에 배치되는 조리개가 필요 없어 소형화 / 경량화에 유리한 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.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 물체측 면이 물체측으로 볼록한 형상을 갖는 제1 렌즈요소와, 상기 제1 렌즈요소의 상측 면에 물체측 면이 접합되는 제2 렌즈요소와, 상기 제2 렌즈요소의 상측 면에 물체측 면이 접합되는 제3 렌즈요소를 구비하는 제1 렌즈; 및 전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 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 접합되는 제6 렌즈요소를 구비하는 제2 렌즈;를 포함하고, 상기 제2 렌즈요소는 그 물체측 면 또는 상측 면에 광량 조절을 위한 스탑(Stop)을 구비하는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계를 제공한다.

바람직하게는, 본 발명의 초소형 촬상 광학계는 다음의 조건식 1을 만족할 수 있다.

[조건식 1] 0.35 < r1/TTL < 0.8

여기서, r1 : 제1 렌즈요소의 물체측 면의 근축 곡률반경

TTL : 제1 렌즈요소의 물체측 면으로부터 상면까지의 거리

또한, 본 발명의 초소형 촬상 광학계는 다음의 조건식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.

[조건식 2] 0.1 < |r5/r8| < 0.63

여기서, r5 : 제4 렌즈요소의 물체측 면의 근축 곡률반경

r8 : 제6 렌즈요소의 상측 면의 근축 곡률반경

바람직하게는, 상기 제1 렌즈요소의 물체측 면, 상기 제3 렌즈요소의 상측 면, 상기 제4 렌즈요소의 물체측 면, 상기 제6 렌즈요소의 상측 면 중 적어도 하나의 면은 비구면으로 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 렌즈요소 및 제5 렌즈요소의 물체측 면과 상측 면은 모두 평면으로 이루어질 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 제1 렌즈요소, 제3 렌즈요소, 제4 렌즈요소 및 제6 렌즈요소는 레플리카 방식에 의한 폴리머(Polymer)로 이루어질 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면에 따라서 더욱 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, 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(1)이 물체측으로 볼록한 형상을 갖는 제1 렌즈요소(L11)와, 상기 제1 렌즈요소(L11)의 상측 면에 물체측 면(2)이 접합되는 제2 렌즈요소(L12)와, 상기 제2 렌즈요소(L12)의 상측 면에 물체측 면(3)이 접합되는 제3 렌즈요소(L13)를 구비하여, 전체적으로 3개의 렌즈요소로 구성된다.

또한, 상기 제2 렌즈(LG2)는 전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 물체측 면(5)이 광축상에서 물체측으로 볼록하고 주변부에서 물체측으로 오목한 형상을 갖갖는 제4 렌즈요소(L21)와, 상기 제4 렌즈요소(L21)의 상측 면에 물체측 면(6)이 접합되는 제5 렌즈요소(L22)와, 상기 제5 렌즈요소(L22)의 상측 면에 물체측 면(7)이 접합되는 제6 렌즈요소(L23)를 구비하여, 전체적으로 3개의 렌즈요소로 구성된다.

본 발명의 제1 실시예 내지 제5 실시예에서는 상기 제1 렌즈요소(L11)의 물체측 면, 상기 제3 렌즈요소(L13)의 상측 면, 상기 제4 렌즈요소(L21)의 물체측 면, 상기 제6 렌즈요소(L23)의 상측 면이 모두 비구면으로 이루어져 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.

이때, 상기 제2 렌즈요소(L12)는 그 물체측 면(2) 또는 상측 면(3)에 광량 조절을 위한 스탑(Stop, AS)을 구비한다. 제1 실시예 내지 제3 실시예에서는 상기 스탑(AS)이 제2 렌즈요소(L12)의 물체측 면(2)에 구비되지만, 제4 실시예 및 제5 실시예에서는 제2 렌즈요소(L12)의 상측 면(3)에 스탑(AS)이 구비된다.

상기 스탑(AS)은 알루미늄(Al)이나 크롬(Cr)과 같은 금속막으로 형성하는 것도 가능하지만, 블랙 포토 레지스트(Black Photo-Resist)와 같은 감광성 수 지(Photo Resist) 조성물을 사용하여 렌즈기판에 해당하는 제2 렌즈요소(L12)의 물체측 면(2) 또는 상측 면(3)에 일체로 형성하는 것이 바람직하다.

즉, 본 실시예에서 개시된 스탑(AS)은 감광성 수지층으로 이루어진다.

여기서, 감광성 수지란, 빛의 작용으로 분자구조에 변화가 일어나고 그 결과 물성 변화가 생기는 고분자 또는 고분자 조성물을 말한다.

이와 같은 감광성 수지의 구성성분은 폴리머(Polymer), 용제(Solvent), 감광제(Sensitizer)로 대표되며, 현상되는 형태에 따라 양성(Positive) 감광성 수지와 음성(Negative) 감광성 수지로 나뉜다. 양성 감광성 수지인 경우에는 노광된 영역이 현상 후 없어지고, 음성 감광성 수지인 경우 노광된 영역이 현상 후 남아있게 된다.

상기와 같이 제2 렌즈요소(L12)의 물체측 면(2) 또는 상측 면(3)에 감광성 수지층으로 스탑(AS)을 형성하는 본 발명은 알루미늄(Al)이나 크롬(Cr)과 같은 금속막을 사용하는 것에 비해 제조 공정이 단순해진다. 또한 레플리카 방식을 이용하여 제1 렌즈(LG1)를 형성하는 경우, 제1 렌즈요소(L11) 및 제3 렌즈요소(L13)의 재료로 사용되는 UV 경화성 폴리머와의 접착력이 우수하다는 장점을 갖는다.

구체적으로, 알루미늄(Al)이나 크롬(Cr)과 같은 금속막으로 스탑(AS)을 형성하는 경우에는 금속막의 높은 소수성으로 인해서 UV 경화성 폴리머와의 접착력이 떨어지므로, 금속막 위에 별도의 접착막 형성이 필요하다.

반면에, 감광성 수지층으로 스탑(AS)을 형성하는 경우에는 감광성 수지의 높은 친수성으로 인해서 UV 경화성 폴리머와의 접착력이 우수하므로, 추가로 감광성 수지층 위에 접착막을 형성할 필요가 없어진다.

또한, 금속막으로 스탑(AS)을 형성하는 경우에는 노광, 금속막 증착, 금속막 제거의 순차적인 공정이 필요하나, 감광성 수지층으로 스탑(AS)을 형성하는 경우에는 감광성 수지의 특성상 노광 공정만으로도 스탑(AS)을 형성할 수 있어 제작 비용 및 시간을 단축할 수 있다.

한편, 알루미늄(Al)이나 크롬(Cr)과 같은 금속막은 높은 반사율을 가지므로 스탑(AS)을 통과한 광(光)들이 다른 렌즈요소들에 의해 반사된 불필요한 광들을 다시 반사시켜 결과적으로 화상 저하를 가져오는 문제가 있는 반면에, 감광성 수지층은 일반적으로 가시광 영역에서 높은 광 흡수율을 가지므로, 상기와 같은 내부 전반사로 인한 화상 저하의 문제점을 해결할 수 있다.

이때, 상기 스탑(AS)을 이루는 감광성 수지층은 가시광 영역에서의 광 흡수율이 95% 이상인 것이 바람직하다.

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.

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 굴절력을 갖도록 구성된다. 또한 상기 제2 렌즈(LG2)는 제4 렌즈요소(L21)의 물체측 면(5)이 광축상에서 물체측으로 볼록하고 주변부에서 물체측으로 오목한 형상을 갖고 비구면으로 이루어지도록 구성하고, 제6 렌즈요소(L23)의 상측 면(8)이 비구면으로 이루어지도록 구성함으로써, 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 등의 수차를 보정하게 된다.

또한, 본 발명의 의한 광학계는 렌즈 외의 공간에 광량 조절을 위한 조리개를 별도의 기구물로서 배치하는 것이 아니라, 제1 렌즈(LG1)의 내부, 즉 제2 렌즈요소(L12)의 물체측 면(2) 또는 상측 면(3)에 광량 조절을 위한 스탑(AS)을 구비함으로써, 소형화/경량화에 유리하며 특히 횡색수차를 개선하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 제1 렌즈(LG1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 렌즈요소(L12)의 물체측 면(2)과 상측 면(3)에 각각 제1 렌즈요소(L11)와 제2 렌즈요소(L12)가 접합된다.

이때, 제1 렌즈(LG1)는, 제1 렌즈요소(L11)와 제3 렌즈요소(L13)를 형성하기 위하여 렌즈 기판(lens substrate)에 대응하는 제2 렌즈요소(L12)의 양면에 폴리머 를 적층하는 레플리카 방식(replica method)을 이용하여 형성될 수 있다. 이와 같이, 레플리카 방식을 이용하여 웨이퍼 스케일의 렌즈를 형성하게 되면 대량 생산이 용이하다는 이점이 있게 된다.

그러나, 제1 렌즈요소(L11), 제2 렌즈요소(L12) 및 제3 렌즈요소(L13) 중에서 적어도 하나의 렌즈요소가 다른 렌즈요소와 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다면 제1 렌즈(LG1)는 이러한 레플리카 방식에 의한 제조에 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(LG2)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제5 렌즈요소(L22)의 물체측 면(6)과 상측 면(7)에 각각 제4 렌즈요소(L21)와 제6 렌즈요소(L23)가 접합된다.

이때, 상기 제2 렌즈(LG2)는 전술한 제1 렌즈(LG1)와 마찬가지로, 제4 렌즈요소(L21)와 제6 렌즈요소(L23)를 형성하기 위하여 렌즈 기판(lens substrate)에 대응하는 제5 렌즈요소(L22)의 양면에 폴리머를 적층하는 레플리카 방식(replica method)을 이용하여 형성될 수 있다. 그러나, 제4 렌즈요소(L21), 제5 렌즈요소(L22) 및 제6 렌즈요소(L23) 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(L12)와 제5 렌즈요소(L22)는 도 1 등의 렌즈 구성도에서는 물체측 면(2, 6)과 상측 면(3, 7)이 모두 평면을 이루는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, 대량생산이 용이한 통상의 레플리카 방식을 적용하기 위해서는 상기 제2 렌즈요소(L12)와 제5 렌즈요소(L22)는 각각 양면(물체측 면과 상측 면)이 평면으로 이루어지는 것이 바람직하지만, 일반적인 접합렌즈 제조방법이 적용되는 경우 등에는 상기 제2 렌즈요소(L12)와 제5 렌즈요소(L22)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.

이와 같은 전체적인 구성 하에서 다음의 조건식 1 및 2의 작용효과에 대해 살펴본다.

[조건식 1] 0.35 < r1/TTL < 0.8

조건식 1은 제1 렌즈의 형상과 광학계의 치수에 관한 것이다.

여기서, r1은 제1 렌즈요소(L11)의 물체측 면(1)의 근축 곡률반경이고, TTL(Total Track Length)은 제1 렌즈요소(L11)의 물체측 면(1)으로부터 상면까지의 거리이다.

이때, 조건식 1의 하한을 벗어나 0.35보다 작게 되면, 제1 렌즈(LG1)가 환경 변화에 너무 민감해져 광학 성능이 저하된다.

반면에, 조건식 1의 상한을 벗어나 0.8보다 크게 되면, 광학계의 전장이 길어지는 문제가 발생한다.

[조건식 2] 0.1 < | r5 / r8 | < 0.63

여기서, r5는 제4 렌즈요소(L21)의 물체측 면(5)의 근축 곡률반경이고, r8은 제6 렌즈요소(L23)의 상측 면(8)의 근축 곡률반경이다.

본 발명에 의한 광학계는 조건식 2를 만족함으로써, 구면수차와 왜곡 수차를 개선할 수 있다.

이때, 이때, 조건식 2의 상한을 벗어나 0.63보다 크게 되면, 상면에서의 입사가이 커지게 되며, 조건식 2의 하한을 벗어나 0.1보다 작게 되면, 제1 렌즈(LG1)와 제2 렌즈(LG2) 사이의 거리가 가까워지는 문제가 발생한다.

이하, 구체적인 수치 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 살펴본다.

전술한 바와 같이, 이하의 제1 내지 제5 실시예는, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 일 실시예에 의한 초소형 촬상 광학계는 물체측으로부터 순서대로, 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(1)이 물체측으로 볼록한 형상을 갖고 비구면으로 이루어진 제1 렌즈요소(L11)와, 상기 제1 렌즈요소(L11)의 상측 면에 물체측 면(2)이 접합되는 제2 렌즈요소(L12)와, 상기 제2 렌즈요소(L12)의 상측 면에 물체측 면(3)이 접합되며 상측 면(4)이 비구면으로 이루어진 제3 렌즈요소(L13)를 구비하여, 전체적으로 3개의 렌즈요소로 구성된다.

또한, 상기 제2 렌즈(LG2)는 전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 물체측 면(5)이 광축상에서 물체측으로 볼록하고 주변부에서 물체측으로 오목한 형상을 갖고 비구면으로 이루어진 제4 렌즈요소(L21)와, 상기 제4 렌즈요소(L21)의 상측 면에 물체측 면(6)이 접합되는 제5 렌즈요소(L22)와, 상기 제5 렌즈요소(L22)의 상측 면에 물체측 면(7)이 접합되며 상측 면(8)이 비구면으로 이루어진 제6 렌즈요소(L23)를 구비하여, 전체적으로 3개의 렌즈요소로 구성된다.

이때, 상기 제2 렌즈요소(L12)는 그 물체측 면(2) 또는 상측 면(3)에 광량 조절을 위한 스탑(Stop, AS)을 구비한다.

또한, 상기 이미지 센서는 상면(IP)에 위치하고, 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 비점수차 도면에서 "S"는 새지털(sagital), "T"는 탄젠셜(tangential)을 나타낸다. 또한, 도 3은 도 1에 도시된 제1 실시예의 횡색수차를 도시한 것으로, 1점쇄선은 낮은파장과 높은파장의 횡색수차를, 실선은 낮은파장과 기준파장의 횡색수차를 나타낸다.

제1 실시예는 화각(畵角)은 60°, F 넘버(FNo)는 2.8이고, 제1 렌즈요소(L11)의 물체측 면(1)으로부터 상면까지의 거리(TTL, Total Track Length)는 2.78㎜, 전체 초점 거리(f)는 2.01㎜이고, 제1 렌즈의 초점거리(f1)는 2.93mm이고, 제2 렌즈의 초점거리(f2)는 4.83mm이다.

이하의 표에서 곡률반경(R)과 두께 또는 거리(t)의 단위는 mm이다.

한편, 제1 실시예에서 광량 조절을 위한 스탑(AS)은 제2 렌즈요소(L12)의 물체측 면(2)에 구비된다.

또한, 표 1에서 *는 비구면을 나타내며, 제1 실시예의 경우 제1면(제1 렌즈요소(L11)의 물체측 면), 제4면(제3 렌즈요소(L13)의 상측 면), 제5면(제4 렌즈요소(L21)의 물체측면) 및 제8면(제6 렌즈요소(L23)의 상측 면)이 비구면이다.

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

[제2 실시예]

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

또한, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 초소형 촬상 광학계의 렌즈구성도이고, 도 5는 도 4에 도시된 제2 실시예의 제 수차도를 도시한 것으로, (a)는 구면수차, (b)는 비점수차, (c)는 왜곡을 각각 나타낸다. 또한, 도 6은 도 4에 도시된 제2 실시예의 횡색수차를 도시한 것으로, 1점쇄선은 낮은파장과 높은파장의 횡색수차를, 실선은 낮은파장과 기준파장의 횡색수차를 나타낸다.

제2 실시예는 화각(畵角)은 60°, F 넘버(FNo)는 2.8이고, 제1 렌즈요소(L11)의 물체측 면(1)으로부터 상면까지의 거리(TTL, Total Track Length)는 2.57㎜, 전체 초점 거리(f)는 2.01㎜이고, 제1 렌즈의 초점거리(f1)는 3.14mm이고, 제2 렌즈의 초점거리(f2)는 3.24mm 이다.

한편, 제2 실시예에서 광량 조절을 위한 스탑(AS)은 제2 렌즈요소(L12)의 물체측 면(2)에 구비된다.

또한, 표 3에서 *는 비구면을 나타내며, 제2 실시예의 경우 제1면(제1 렌즈요소(L11)의 물체측 면), 제4면(제3 렌즈요소(L13)의 상측 면), 제5면(제4 렌즈요소(L21)의 물체측면) 및 제8면(제6 렌즈요소(L23)의 상측 면)이 비구면이다.

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

[제3 실시예]

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

또한, 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 의한 초소형 촬상 광학계의 렌즈구성도이고, 도 8은 도 7에 도시된 제3 실시예의 제 수차도를 도시한 것으로, (a)는 구면수차, (b)는 비점수차, (c)는 왜곡을 각각 나타낸다. 또한, 도 9는 도 7에 도시된 제3 실시예의 횡색수차를 도시한 것으로, 1점쇄선은 낮은파장과 높은파장의 횡색수차를, 실선은 낮은파장과 기준파장의 횡색수차를 나타낸다.

제3 실시예는 화각(畵角)은 60°, F 넘버(FNo)는 2.8이고, 제1 렌즈요소(L11)의 물체측 면(1)으로부터 상면까지의 거리(TTL, Total Track Length)는 2.52㎜, 전체 초점 거리(f)는 2.03㎜이고, 제1 렌즈의 초점거리(f1)는 3.28mm 이고, 제2 렌즈의 초점거리(f2)는 3.74mm 이다.

한편, 제3 실시예에서 광량 조절을 위한 스탑(AS)은 제2 렌즈요소(L12)의 물체측 면(2)에 구비된다.

또한, 표 5에서 *는 비구면을 나타내며, 제3 실시예의 경우 제1면(제1 렌즈요소(L11)의 물체측 면), 제4면(제3 렌즈요소(L13)의 상측 면), 제5면(제4 렌즈요소(L21)의 물체측면) 및 제8면(제6 렌즈요소(L23)의 상측 면)이 비구면이다.

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

[제4 실시예]

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

또한, 도 10은 본 발명의 제4 실시예에 의한 초소형 촬상 광학계의 렌즈구성도이고, 도 11은 도 10에 도시된 제4 실시예의 제 수차도를 도시한 것으로, (a)는 구면수차, (b)는 비점수차, (c)는 왜곡을 각각 나타낸다. 또한, 도 12는 도 10에 도시된 제4 실시예의 횡색수차를 도시한 것으로, 1점쇄선은 낮은파장과 높은파장의 횡색수차를, 실선은 낮은파장과 기준파장의 횡색수차를 나타낸다.

제4 실시예는 화각(畵角)은 60°, F 넘버(FNo)는 2.8이고, 제1 렌즈요소(L11)의 물체측 면(1)으로부터 상면까지의 거리(TTL, Total Track Length)는 2.87㎜, 전체 초점 거리(f)는 2.01㎜이고, 제1 렌즈의 초점거리(f1)는 3.02mm 이고, 제2 렌즈의 초점거리(f2)는 3.45mm 이다.

한편, 제4 실시예에서 광량 조절을 위한 스탑(AS)은 제2 렌즈요소(L12)의 상측 면(3)에 구비된다.

또한, 표 7에서 *는 비구면을 나타내며, 제1 실시예의 경우 제1면(제1 렌즈요소(L11)의 물체측 면), 제4면(제3 렌즈요소(L13)의 상측 면), 제5면(제4 렌즈요소(L21)의 물체측면) 및 제8면(제6 렌즈요소(L23)의 상측 면)이 비구면이다.

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

[제5 실시예]

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

또한, 도 13은 본 발명의 제5 실시예에 의한 초소형 촬상 광학계의 렌즈구성도이고, 도 14는 도 13에 도시된 제5 실시예의 제 수차도를 도시한 것으로, (a)는 구면수차, (b)는 비점수차, (c)는 왜곡을 각각 나타낸다. 또한, 도 15는 도 13에 도시된 제5 실시예의 횡색수차를 도시한 것으로, 1점쇄선은 낮은파장과 높은파장의 횡색수차를, 실선은 낮은파장과 기준파장의 횡색수차를 나타낸다.

제5 실시예는 화각(畵角)은 60°, F 넘버(FNo)는 2.8이고, 제1 렌즈요소(L11)의 물체측 면으로부터 상면까지의 거리(TTL, Total Track Length)는 3.00㎜, 전체 초점 거리(f)는 2.06㎜이고, 제1 렌즈의 초점거리(f1)는 2.83mm 이고, 제2 렌즈의 초점거리(f2)는 5.26mm 이다.

한편, 제5 실시예에서 광량 조절을 위한 스탑(AS)은 제2 렌즈요소(L12)의 상측 면(3)에 구비된다.

또한, 표 9에서 *는 비구면을 나타내며, 제5 실시예의 경우 제1면(제1 렌즈요소(L11)의 물체측 면), 제4면(제3 렌즈요소(L13)의 상측 면), 제5면(제4 렌즈요소(L21)의 물체측면) 및 제8면(제6 렌즈요소(L23)의 상측 면)이 비구면이다.

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

한편, 상기의 제1 내지 제5 실시예에 대한 조건식 1 및 2의 값은 다음의 표 11과 같다.

이상의 실시예를 통하여, 도 2, 도 3 등에 도시된 바와 같이 제 수차의 특성이 우수한 초소형 촬상 광학계를 얻을 수 있다는 것을 확인할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 3개의 렌즈요소로 이루어지는 제1 렌즈와 3개의 렌즈요소로 이루어지는 제2 렌즈를 통하여, 렌즈의 매수가 적으면서도 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 등 각종 수차를 효율적으로 보정할 수 있으며, 제1 렌즈의 내부, 즉 제2 렌즈요소의 물체측 면 또는 상측 면에 광량 조절을 위한 스탑을 구비함으로써 소형화/경량화에 유리하며 횡색수차가 개선된 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 (6)

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

   전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 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 접합되는 제6 렌즈요소를 구비하는 제2 렌즈;를 포함하고,

   상기 제2 렌즈요소는 그 물체측 면 또는 상측 면에 광량 조절을 위한 스탑(Stop)을 구비하는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.
2. 제1항에 있어서,

   다음의 조건식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.

   [조건식 1] 0.35 < r1/TTL < 0.8

   여기서, r1 : 제1 렌즈요소의 물체측 면의 근축 곡률반경

   TTL : 제1 렌즈요소의 물체측 면으로부터 상면까지의 거리
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   다음의 조건식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.

   [조건식 2] 0.1 < |r5/r8| < 0.63

   여기서, r5 : 제4 렌즈요소의 물체측 면의 근축 곡률반경

   r8 : 제6 렌즈요소의 상측 면의 근축 곡률반경
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1 렌즈요소의 물체측 면, 상기 제3 렌즈요소의 상측 면, 상기 제4 렌즈요소의 물체측 면, 상기 제6 렌즈요소의 상측 면 중 적어도 하나의 면은 비구면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제2 렌즈요소 및 제5 렌즈요소의 물체측 면과 상측 면은 모두 평면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제1 렌즈요소, 제3 렌즈요소, 제4 렌즈요소 및 제6 렌즈요소는 레플리카 방식에 의한 폴리머(Polymer)로 이루어진 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.

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