KR100809252B1 - 초소형 촬상 광학계 - Google Patents

초소형 촬상 광학계 Download PDF

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KR100809252B1
KR100809252B1 KR1020060098631A KR20060098631A KR100809252B1 KR 100809252 B1 KR100809252 B1 KR 100809252B1 KR 1020060098631 A KR1020060098631 A KR 1020060098631A KR 20060098631 A KR20060098631 A KR 20060098631A KR 100809252 B1 KR100809252 B1 KR 100809252B1
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정필호
박천호
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삼성전기주식회사
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Abstract

정, 부, 정의 굴절력 배치를 갖는 3매의 렌즈만을 이용한 초소형 촬상 광학계가 제공된다.
본 발명은, 정의 굴절력을 가지고 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상의 제1 렌즈; 부의 굴절력을 가지고 상측으로 볼록한 메니스커스 형상의 제2 렌즈; 및 정의 굴절력을 가지며, 물체측 면이 광축에서 물체측으로 볼록하고 주변으로 갈수록 물체측으로 오목하게 변화하다가 다시 볼록하게 변화하고, 상측 면이 광축에서 상측으로 오목하고 주변부로 갈수록 상측으로 볼록하게 변화하는 제3 렌즈; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 해상도가 높고 광학적 성능이 우수하면서도 렌즈의 구성매수가 적고 전장이 매우 짧으며, 온도변화에 덜 민감하고 제조비용이 적다는 효과를 얻을 수 있게 된다.
초소형, 광학계, 전장, 글래스, 플라스틱, 고해상도, 변곡점

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.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
L1...제1 렌즈 L2...제2 렌즈
L3...제3 렌즈 OF...광학적 필터
IP...상면(이미지 센서)
1,2,3,4,5,6,7,8,9...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(고체촬상소자)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.
또한, 이러한 이미지 센서를 사용하는 촬상 광학계에 대해서도 넓은 화각에 대한 필요성이 증대하고 있다.
그리고, 휴대폰 등의 소형기기에 장착되는 촬상 광학계는 소형화 / 저비용화 를 만족시키기 위해 가능한 렌즈 매수를 줄여야 하지만 설계에 대한 자유도가 적어지고 광학성능을 만족하기 어렵다.
따라서, 고해상도와 넓은 화각을 구현할 수 있으면서도 소형화가 가능한 초소형 촬상 광학계가 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 3매의 렌즈만을 이용하여 고해상인 동시에 렌즈의 구성매수가 적어 컴팩트하고 전장이 매우 짧은 초소형 촬상 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 경량화를 도모할 수 있을 뿐만 아니라 제작이 용이하여 대량생산이 가능한 초소형 촬상 광학계를 제공함을 목적으로 한다.
그리고, 온도 변화가 덜 민감하면서도 제조비용을 절감할 수 있는 초소형 촬상 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 정의 굴절력을 가지고 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상의 제1 렌즈; 부의 굴절력을 가지고 상측으로 볼록한 메니스커스 형상의 제2 렌즈; 및 정의 굴절력을 가지며, 물체측 면이 광축에서 물체측으로 볼록하고, 주변으로 갈수록 물체측으로 오목하게 변화하다가 다시 볼록하게 변화하는 제3 렌즈; 를 포함하고, 상기 제1 렌즈의 형상에 관하여 다음의 조건식 4를 만족하는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계를 제공한다.
[조건식 4] 0.3 ＜ R1 / f ＜ 0.45
여기서, R1 : 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률반경
f : 전체 광학계의 유효초점거리
바람직하게는, 상기 제3 렌즈는 상측 면이 광축에서 상측으로 오목하고, 주변부로 갈수록 상측으로 볼록하게 변화할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 초소형 촬상 광학계는 다음의 조건식 1 내지 3 및 조건식 5중 적어도 하나를 만족하는 것이 바람직하다.
[조건식 1] 1.0 ＜ TL/f ＜ 1.4
[조건식 2] 0.8 ＜ TL/D ＜ 0.9
[조건식 3] 0.4 ＜ (V1-V2) / V3 ＜ 0.8
삭제
[조건식 5] 0.27 ＜ BFL / TL ＜ 0.45
여기서, TL : 제1 렌즈의 물체측 면으로부터 상면까지의 거리
f : 전체 광학계의 유효초점거리
D : 이미지 센서의 대각 길이
V1 : 제1 렌즈의 아베수
V2 : 제2 렌즈의 아베수
V3 : 제3 렌즈의 아베수
R1 : 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률반경
BFL : 제3 렌즈의 상측 면으로부터 상면까지의 거리
바람직하게는, 상기 제3 렌즈의 물체측 면의 형상에 관하여 다음의 조건식 6과 조건식 7을 만족하며, 상기 제3 렌즈의 상측 면의 형상에 관하여 다음의 조건식 8을 만족할 수 있다.
[조건식 6] 0.2 ＜ H1 / ER5 ＜ 0.3
[조건식 7] 0.75 ＜ H2 / ER5 ＜ 0.85
[조건식 8] 0.25 ＜ H3 / ER6 ＜ 0.35
여기서, H1 :제3 렌즈의 물체측 면 중앙부에서, 물체측으로 볼록하다가 오목하게 변화하는 첫번째 변곡점의 광축상 높이
H2 : 제3 렌즈의 물체측 면의 주변부에서, 물체측으로 오목하다가 다시 볼록하게 변화하는 두번째 변곡점의 광축상 높이
H3 : 제3 렌즈의 상측 면에서, 상측으로 오목하다가 볼록하게 변화하는 변곡점의 광축상 높이
ER5 : 제3 렌즈의 물체측 면의 유효반경
ER6 : 제3 렌즈의 상측 면의 유효반경
바람직하게는, 상기 제2 렌즈의 굴절면과 제3 렌즈의 굴절면 중 적어도 하나의 굴절면은 비구면으로 이루어지고, 상기 제2 렌즈와 제3 렌즈 중 비구면의 굴절면을 갖는 렌즈는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 초소형 촬상 광학계의 제1 실시예를 도시한 렌즈 구 성도이다. 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 초소형 촬상 광학계는 물체측으로부터 순서대로, 정의 굴절력을 가지고 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상의 제1 렌즈(L1)와, 부의 굴절력을 가지고 상측으로 볼록한 메니스커스 형상의 제2 렌즈(L2)와, 정의 굴절력을 가지며, 물체측 면(5)이 광축에서 물체측으로 볼록하고, 주변으로 갈수록 물체측으로 오목하게 변화하다가 다시 볼록하게 변화하는 제3 렌즈(L3)와, 상기 제3 렌즈(L3)에서 입사된 광을 감지하며 상면(像面)(IP)에 대응하는 이미지 센서를 포함하는 초소형 촬상 광학계를 제공한다.
이때, 상기 제3 렌즈(L3)는 상측 면(6)이 광축에서 상측으로 오목하고, 주변부로 갈수록 상측으로 볼록하게 변화한다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2) 사이에는 개구 조리개(AS)가 설치될 수 있다. 이때, 제1 렌즈(L1)는 글래스 재질을 사용하여 온도 변화에 덜 민감하도록 구성될 수 있고, 제2 렌즈(L2)와 제3 렌즈(L3) 중 비구면의 굴절면을 갖는 렌즈는 플라스틱 재질을 사용하여 비구면의 형성이 용이하도록 구성될 수 있다.
즉, 제2 렌즈(L2)의 굴절면과 제3 렌즈(L3)의 굴절면 중 적어도 하나의 굴절면은 구면수차 등 수차 보정을 위해 비구면으로 이루어지는 것이 바람직하고, 비구 면의 형성을 용이하게 하기 위해 비구면의 굴절면을 갖는 렌즈를 플라스틱 재질로 형성한다.
한편, 상기 제3 렌즈(L3)와 상면(IP) 사이에는 적외선 필터, 커버 글래스 등으로 이루어지는 광학적 필터(OF)가 구비된다.
본 발명에 의한 초소형 촬상 광학계에서는 제1 렌즈(L1)의 굴절력을 크게 하고 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)가 서로 마주하는 메니스커스 형상을 갖도록 하여, 광학계의 초소형화를 도모하며, 제2 렌즈(L2)와 제3 렌즈(L3)의 굴절면 중 적어도 하나의 굴절면을 비구면으로 형성함으로써 제 수차를 보정하여 광학적 특성이 우수하도록 한다.
즉, 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈(L1)과 부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈(L2)를 통하여 색수차를 보정하고 고해상도를 구현할 수 있게 되며, 특히 제2 렌즈(L2)와 제3 렌즈(L3) 중 적어도 하나의 렌즈를 비구면 렌즈로 사용함으로써 렌즈의 해상력을 향상시킴과 동시에 구면 수차 등 각종 수차를 감소시킬 수 있으며, 컴팩트하고 광학적 특성이 우수한 광학계를 구현할 수 있게 된다.
그리고, 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)의 아베수 차이를 이상적으로 설정함으로써 색수차를 충분히 보정할 수 있게 된다. 또한, 제3 렌즈(L3)는 정의 굴절력을 가지고, 광속(luminous flux)을 수렴하며 적정한 초점거리를 제공한다.
한편, 제1 렌즈(L1)를 온도 변화시 굴절률의 변화가 작은 글래스 재질로 형성함으로써 온도 변화에 의한 상점의 위치 변동을 최소화하며, 제2 렌즈(L2)와 제3 렌즈(L3) 중 적어도 하나의 렌즈를 가공이 용이한 플라스틱 재질로 형성함으로써 경량화, 가공성의 향상 뿐만 아니라 제조원가의 절감을 이루도록 하여, 3매의 렌즈만을 사용하면서도 고해상도의 초소형 촬상 광학계를 구현할 수 있게 된다.
그리고, 제1 렌즈(L1), 제2 렌즈(L2), 제3 렌즈(L3)를 각각 정, 부, 정의 굴절력을 갖게 하고 각각의 렌즈에 메니스커스 형상과 비구면을 적절히 형성함으로써, 렌즈의 가장자리 입사각도를 줄여 이미지 센서의 중앙부와 주변부의 광량을 균일하게 하고 주변광량을 가능한 한 확보하여 주변이 어두워지는 현상과 왜곡을 방지할 수 있게 된다.
특히, 제3 렌즈(L3)는 물체측 면(5)이 광축에서 물체측으로 볼록하고 주변으로 갈수록 물체측으로 오목하게 변화하다가 다시 볼록하게 변화하고, 상측 면(6)이 광축에서 상측으로 오목하고 주변부로 갈수록 상측으로 볼록하게 변화한다. 즉, 제3 렌즈(L3)는 물체측 면(5)에 두 개의 변곡점을 갖고, 상측 면(6)에 하나의 변곡점을 갖는 형상이다.
일반적으로, 촬상 광학계는 이미지 센서의 크기가 정해져 있고 상면에 입사하는 광선의 주광선 각도(chief ray angle)가 일정량 이하가 되어야 하므로, 이러한 두 가지 조건을 만족하면서 광학계의 전장 길이를 짧게 하는 것이 곤란하다는 문제점이 있다.
따라서, 제3 렌즈(L3)의 형상 및 광경로를 조절하여야 하며, 이와는 별도로 상면 만곡 수차를 충분히 보정할 필요가 있다.
결국, 전장길이를 짧게 하고 주광선 각도를 확보하면서 상면 만곡을 줄이기 위하여, 본 발명은 제3 렌즈(L3)의 물체측 면(5)이 두 개의 변곡점을 갖도록 하고, 상측 면(6)이 하나의 변곡점을 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제3 렌즈(L3)를 통과하는 광선의 광경로가 제3 렌즈(L3)의 물체측 면(5)과 상측 면(6)에서 광축으로부터의 높이가 차이가 있으므로 물체측 면(5)에서는 두 개의 변곡점을 갖게 되고, 상측 면(6)에서는 하나의 변곡점을 갖게 되며, 물체측 면(5)과 상측 면(6)의 변곡점의 위치도 달라지게 된다.
이와 같은 전체적인 구성 하에서 다음의 조건식 1 내지 8의 작용효과에 대해 살펴본다.
[조건식 1] 1.0 ＜ TL /f ＜ 1.4
여기서, TL은 제1 렌즈(L1)의 물체측 면(1)으로부터 상면(像面)(9)까지의 거리이고, f는 전체 광학계의 유효초점거리이다.
조건식 1은 전체 광학계의 치수를 규정하는 것으로 소형화에 대한 조건이다. 상기 조건식 1의 상한을 벗어나면 제 수차의 보정면에서는 유리하나 전장 길이가 길어져 본 발명의 특징인 초소형이라는 관점에 상반된다. 또한, 조건식 1의 하한을 벗어나면 소형화 관점에서는 유리할 수 있으나 화각이 커지게 되면서 렌즈의 형상이 실제 제작할 수 없는 형상이 되거나, 전장길이가 너무 짧아지기 때문에 광학계에 요구되는 광학적 특성을 만족하기 어려워진다.
[조건식 2] 0.8 ＜ TL /D ＜ 0.9
여기서, TL은 제1 렌즈(L1)의 물체측 면(1)으로부터 상면(像面)(9)까지의 거리이고, D는 이미지 센서(IP)의 대각 길이이다.
조건식 2는 전체 광학계의 치수를 규정하는 것으로 소형화에 대한 조건이다. 조건식 2의 상한을 벗어나면 제 수차의 보정면에서는 유리하나 전장 길이가 길어져 본 발명의 특징인 초소형이라는 관점에 상반된다. 또한, 조건식 2의 하한을 벗어나면 소형화 관점에서는 유리할 수 있으나 전장길이가 너무 짧아지기 때문에 광학계에 요구되는 광학적 특성을 만족하기 어려워진다.
[조건식 3] 0.4 ＜ ( V1 - V2 ) / V3 ＜ 0.8
여기서, V1은 제1 렌즈(L1)의 아베수(abbe number)이고, V2는 제2 렌즈(L2)의 아베수이며, V3는 제3 렌즈(L3)의 아베수이다.
조건식 3은 렌즈의 소재에 관한 것으로 색수차의 보정과 관련된다.
조건식 3의 상한을 벗어나는 경우에는 사용되는 광학소재의 가격이 매우 상승하여 제조비용이 크게 증가한다. 또한, 조건식 3의 하한을 벗어나 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)의 아베수의 차이가 작아지면 색수차가 증가하게 되어 광학적 성능이 저하된다.
[조건식 4] 0.3 ＜ R1 / f ＜ 0.45
여기서, R1은 제1 렌즈(L1)의 물체측 면(1)의 곡률반경이고, f는 전체 광학계의 유효초점거리이다.
조건식 4는 제1 렌즈의 형상에 관한 조건식으로, 수차 보정을 위한 것이다.
조건식 4의 하한값을 초과하는 경우에는 구면수차 및 코마수차의 보정이 어려워지며 제1 렌즈(L1)의 물체측 면(1)의 곡률반경이 작아져 제1 렌즈(L1)의 제작이 어려워진다. 반대로 상한값을 초과하는 경우에는 광학계의 전장 길이가 길어지게 된다.
[조건식 5] 0.27 ＜ BFL / TL ＜ 0.45
여기서, BFL은 제3 렌즈(L3)의 상측 면(6)으로부터 상면(9)까지의 거리, 즉 후초점거리(back focal length)이고, TL은 제1 렌즈(L1)의 물체측 면(1)으로부터 상면(像面)(9)까지의 거리이다.
조건식 5는 광학계의 박형화 및 조립성에 관한 조건식이다. 조건식 5의 상한값을 벗어나는 경우에는 광학계의 전장이 길어지게 되어 소형화의 관점에 반하게 되며, 조건식 5의 하한값을 벗어나는 경우에는 제3 렌즈(L3)와 이미지 센서(상면)(IP) 사이의 거리가 짧아지게 되어 조립성이 악화된다.
[조건식 6] 0.2 ＜ H1 / ER5 ＜ 0.3
[조건식 7] 0.75 ＜ H2 / ER5 ＜ 0.85
[조건식 8] 0.25 ＜ H3 / ER6 ＜ 0.35
여기서, H1은 제3 렌즈(L3)의 물체측 면(5)의 중앙부에서, 물체측으로 볼록 하다가 오목하게 변화하는 첫번째 변곡점의 광축상 높이이고, H2는 제3 렌즈(L3)의 물체측 면(5)의 주변부에서 물체측으로 오목하다가 다시 볼록하게 변화하는 두번째 변곡점의 광축상 높이이며, H3은 제3 렌즈(L3)의 상측 면(6)에서, 상측으로 오목하다가 볼록하게 변화하는 변곡점의 광축상 높이이고, ER5는 제3 렌즈(L3) 물체측 면(5)의 유효반경이며, ER6는 제3 렌즈(L3) 상측 면(6)의 유효반경이다.
조건식 6과 조건식 7은 제3 렌즈(L3)의 물체측 면(5)의 형상을 규정하고, 조건식 8은 제3 렌즈(L3)의 상측 면(6)의 형상을 규정한다.
조건식 6의 상한과 하한을 벗어나게 되면, 제3 렌즈(L3) 중심부의 형상에 의한 굴절력의 영향이 커져 상면 만곡의 보정이 어렵게 된다.
또한, 조건식 7의 상한과 하한을 벗어나면 제3 렌즈(L3) 주변부의 형상에 의한 굴절력의 영향이 커져 상면 만곡의 보정이 어렵게 된다. 즉, 물체측 면(5)의 두번째 변곡점의 높이(H2)가 이러한 범위를 충족시키는 경우에는 유효 반경(구경) 근처의 광선에 의한 상면 만곡 및 왜곡 수차를 보정할 수 있음과 동시에, 이미지 센서(IP) 주변부로 입사하는 광선의 입사각이 수직에 가깝게 되기 때문에 셰이딩(shading) 현상의 발생을 억제할 수 있으며, 텔레센트릭 특성을 개선할 수 있게 된다. 그러나, 이러한 조건식 7의 범위를 벗어나는 경우에는 상면 만곡, 왜곡 수차 및 텔레센트릭 특성을 양호하게 보정하는 것이 어려워진다.
그리고, 조건식 8의 상한과 하한을 벗어나면, 제3 렌즈(L3)의 물체측 면(5)의 변곡점 위치(H1, H2)와의 관계를 고려할 때, 상면 만곡을 양호하게 보정하기 어렵고 광학계의 광축방향의 치수를 작게 하기 어려워진다.
이하, 구체적인 수치 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 살펴본다.
이하의 제1 실시예와 제2 실시예는 모두 전술한 바와 같이, 물체측으로부터 순서대로, 정의 굴절력을 가지고 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상의 제1 렌즈(L1)와, 부의 굴절력을 가지고 상측으로 볼록한 메니스커스 형상의 제2 렌즈(L2)와, 정의 굴절력을 가지며, 물체측 면(5)이 광축에서 물체측으로 볼록하고, 주변으로 갈수록 물체측으로 오목하게 변화하다가 다시 볼록하게 변화하는 제3 렌즈(L3)와, 상기 제3 렌즈(L3)에서 입사된 광을 감지하며 상면(像面)(IP)에 대응하는 이미지 센서를 포함하며, 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2) 사이에는 개구 조리개(미도시)가 설치될 수 있다.
한편, 상기 제3 렌즈(L3)와 상면(IP) 사이에는 적외선 필터, 커버 글래스 등으로 이루어지는 광학적 필터(OF)가 구비된다.
이하의 각 실시예에서 제1 렌즈(L1)는 글래스 재질을 사용하여 온도 변화에 민감하지 않도록 하였고, 제2 렌즈(L2)와 제3 렌즈(L3)는 플라스틱 재질을 사용하여 비구면의 형성이 쉽도록 하였다.
한편, 이하의 각 실시예에서 사용되는 비구면은 공지의 수학식 1로부터 얻어지며, 코닉(Conic) 상수(K) 및 비구면 계수(A1, A2, A3, A4, A5,……)에 사용되는 'E 및 이에 이어지는 숫자'는 10의 거듭제곱을 나타낸다. 예를 들어, E+01은 101을, E- 02는 10-2을 나타낸다.
Figure 112006073235471-pat00001
여기서, Z : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리
Y : 광축에 수직인 방향으로의 거리
c : 렌즈의 정점에서의 곡률 반경(r)의 역수
K : 코닉(Conic) 상수
AR1, AR2, AR3, AR4, ……, ARn,…… : 비구면 계수
[제1 실시예 ]
하기의 표 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 수치예를 나타내고 있다.
또한, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도이고, 도 2(a) 내지 2(c)는 표 1 및 도 1에 도시된 광학계의 제 수차도를 나타낸다.
또한, 이하의 비점수차도면의 "S"는 새지털(sagital), "T"는 탄젠셜(tangential)을 나타낸다.
제1 실시예의 경우, F 넘버(FNo)는 2.99이고, 화각(畵角)은 66도, 제1 렌즈(L1)의 물체측 면(1)으로부터 상면(9)까지의 거리(TL)는 3.85㎜, 광학계의 유효 초점거리(f)는 3.421㎜, 제3 렌즈(L3)의 상측 면(6)으로부터 상면(9)까지의 거리인 후초점거리(BFL)는 1.1968㎜, 제1 렌즈(L1)의 초점거리(f1)는 2.67㎜, 제2 렌즈(L2)의 초점거리(f2)는 -4.32㎜, 제3 렌즈(L3)의 초점거리(f3)는 16.12㎜이다.
또한, 이미지 센서의 대각 길이(D)는 4.5㎜이고, 제3 렌즈(L3)의 물체측 면(5)의 중앙부에서, 물체측으로 볼록하다가 오목하게 변화하는 첫번째 변곡점의 광축상 높이(H1)는 0.32㎜, 제3 렌즈(L3)의 물체측 면(5)의 주변부에서, 물체측으로 오목하다가 다시 볼록하게 변화하는 두번째 변곡점의 광축상 높이(H2)는 1.09㎜이고, 제3 렌즈(L3)의 상측 면(6)에서, 상측으로 오목하다가 볼록하게 변화하는 변곡점의 광축상 높이(H3)는 0.51㎜이고, 제3 렌즈(L3)의 물체측 면(5)의 유효반경(ER5)은 1.37㎜이며, 제3 렌즈(L3)의 상측 면(6)의 유효반경(ER6)은 1.72㎜이다.
Figure 112006073235471-pat00002
표 1에서 *는 비구면을 나타내며, 제1 실시예의 경우 제1 렌즈(L1)의 물체측 면(1)과 상측 면(2), 제2 렌즈(L2)의 물체측 면(3)과 상측 면(4), 그리고 제3 렌즈(L3)의 물체측 면(5)과 상측 면(6)이 비구면이다.
수학식 1에 의한 제1 실시예의 비구면 계수의 값은 다음의 표 2와 같다.
Figure 112006073235471-pat00003
[제2 실시예 ]
하기의 표 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 수치예를 나타내고 있다.
또한, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도이고, 도 4(a) 내지 4(c)는 표 3 및 도 3에 도시된 광학계의 제 수차도를 나타낸다.
제2 실시예의 경우, F 넘버(FNo)는 2.84이고, 화각(畵角)은 66도, 제1 렌즈(L1)의 물체측 면(1)으로부터 상면(9)까지의 거리(TL)는 3.8489㎜, 광학계의 유효초점거리(f)는 3.422㎜, 제3 렌즈(L3)의 상측 면(6)으로부터 상면(9)까지의 거리인 후초점거리(BFL)는 1.1996㎜, 제1 렌즈(L1)의 초점거리(f1)는 2.72㎜, 제2 렌즈(L2)의 초점거리(f2)는 -5.22㎜, 제3 렌즈(L3)의 초점거리(f3)는 34.49㎜이다.
또한, 이미지 센서의 대각 길이(D)는 4.5㎜이고, 제3 렌즈(L3)의 물체측 면(5)의 중앙부에서, 물체측으로 볼록하다가 오목하게 변화하는 첫번째 변곡점의 광축상 높이(H1)는 0.36㎜, 제3 렌즈(L3)의 물체측 면(5)의 주변부에서, 물체측으로 오목하다가 다시 볼록하게 변화하는 두번째 변곡점의 광축상 높이(H2)는 1.15㎜이고, 제3 렌즈(L3)의 상측 면(6)에서, 상측으로 오목하다가 볼록하게 변화하는 변곡점의 광축상 높이(H3)는 0.47㎜이고, 제3 렌즈(L3)의 물체측 면(5)의 유효반경(ER5)은 1.43㎜이며, 제3 렌즈(L3)의 상측 면(6)의 유효반경(ER6)은 1.78㎜이다.
Figure 112006073235471-pat00004
표 3에서 *는 비구면을 나타내며, 제2 실시예의 경우 제1 렌즈(L1)의 물체측 면(1)과 상측 면(2), 제2 렌즈(L2)의 물체측 면(3)과 상측 면(4), 그리고 제3 렌즈(L3)의 물체측 면(5)과 상측 면(6)이 비구면이다.
수학식 1에 의한 제2 실시예의 비구면 계수의 값은 다음의 표 4와 같다.
Figure 112006073235471-pat00005
이상의 실시예를 통하여 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 제 수차의 특성이 우수한 광학계를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.
한편, 상기의 제1 실시예와 제2 실시예에 대한 조건식 1 내지 8의 값은 다음의 표 5과 같다.
Figure 112006073235471-pat00006
상기의 표 5에서와 같이 본 발명의 제1 실시예와 제2 실시예는 조건식 1 내지 8을 만족하고 있다는 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 3매의 렌즈만을 이용하여 고해상인 동시에 렌즈의 구성매수가 적어 컴팩트하고 전장이 극히 작은 초소형 촬상 광학계를 구현할 수 있다는 효과가 있게 된다.
또한, 플라스틱 재질의 렌즈를 2매 사용함으로써, 경량화를 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 제작이 용이하여 대량생산이 가능하고, 제조비가 적게 되는 광학계를 구현할 수 있다는 유리한 효과가 있다.
그리고, 제1 렌즈를 글래스 재질로 형성함으로써 온도변화에 의한 상점 이동 을 최소화할 수 있게 된다.
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 (9)

  1. 정의 굴절력을 가지고 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상의 제1 렌즈;
    부의 굴절력을 가지고 상측으로 볼록한 메니스커스 형상의 제2 렌즈; 및
    정의 굴절력을 가지며, 물체측 면이 광축에서 물체측으로 볼록하고, 주변으로 갈수록 물체측으로 오목하게 변화하다가 다시 볼록하게 변화하는 제3 렌즈;
    를 포함하고,
    상기 제1 렌즈의 형상에 관하여 다음의 조건식 4를 만족하는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.
    [조건식 4] 0.3 ＜ R1 / f ＜ 0.45
    여기서, R1 : 제1 렌즈의 물체측 면의 곡률반경
    f : 전체 광학계의 유효초점거리
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 렌즈는 상측 면이 광축에서 상측으로 오목하고, 주변부로 갈수록 상측으로 볼록하게 변화하는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    광축방향의 치수에 관하여 다음의 조건식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.
    [조건식 1] 1.0 ＜ TL/f ＜ 1.4
    여기서, TL : 제1 렌즈의 물체측 면으로부터 상면까지의 거리
    f : 전체 광학계의 유효초점거리
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제3 렌즈에서 입사된 광을 감지하며 상면(像面)에 대응하는 이미지 센서; 를 추가로 포함하며,
    광축방향의 치수에 관하여 다음의 조건식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.
    [조건식 2] 0.8 ＜ TL/D ＜ 0.9
    여기서, TL : 제1 렌즈의 물체측 면으로부터 상면까지의 거리
    D : 이미지 센서의 대각 길이
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제3 렌즈의 아베수에 관하여 다음의 조건식 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.
    [조건식 3] 0.4 ＜ (V1-V2) / V3 ＜ 0.8
    여기서, V1 : 제1 렌즈의 아베수
    V2 : 제2 렌즈의 아베수
    V3 : 제3 렌즈의 아베수
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    후초점거리와 광축방향의 치수에 관하여 다음의 조건식 5를 만족하는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.
    [조건식 5] 0.27 ＜ BFL / TL ＜ 0.45
    여기서, BFL : 제3 렌즈의 상측 면으로부터 상면까지의 거리
    TL : 제1 렌즈의 물체측 면으로부터 상면까지의 거리
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제3 렌즈의 물체측 면의 형상에 관하여 다음의 조건식 6과 조건식 7을 만족하며, 상기 제3 렌즈의 상측 면의 형상에 관하여 다음의 조건식 8을 만족하는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.
    [조건식 6] 0.2 ＜ H1 / ER5 ＜ 0.3
    [조건식 7] 0.75 ＜ H2 / ER5 ＜ 0.85
    [조건식 8] 0.25 ＜ H3 / ER6 ＜ 0.35
    여기서, H1 :제3 렌즈의 물체측 면 중앙부에서, 물체측으로 볼록하다가 오목하게 변화하는 첫번째 변곡점의 광축상 높이
    H2 : 제3 렌즈의 물체측 면의 주변부에서, 물체측으로 오목하다가 다시 볼록하게 변화하는 두번째 변곡점의 광축상 높이
    H3 : 제3 렌즈의 상측 면에서, 상측으로 오목하다가 볼록하게 변화하는 변곡점의 광축상 높이
    ER5 : 제3 렌즈의 물체측 면의 유효반경
    ER6 : 제3 렌즈의 상측 면의 유효반경
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 렌즈의 굴절면과 제3 렌즈의 굴절면 중 적어도 하나의 굴절면은 비구면으로 이루어지고,
    상기 제2 렌즈와 제3 렌즈 중 비구면의 굴절면을 갖는 렌즈는 플라스틱 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초소형 촬상 광학계.
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