KR100896634B1 - Auto focus Optical System - Google Patents

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KR100896634B1
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김상화
정석호
이백규
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삼성전기주식회사
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Abstract

자동 초점조절 광학계를 제공한다. Provides auto focusing optics.

본 발명은 물체측으로부터 순서대로, 인가되는 전압에 따라 내부에 포함된 서로 다른 액체간에 형성되는 경계면의 곡률이 변하고 상기 경계면이 렌즈의 면의 역할을 수행하는 액정렌즈, 및 적어도 1개의 굴절면이 비구면인 렌즈를 구비하고, 음의 굴절력을 갖는 제1 렌즈군; 적어도 1개의 굴절면이 비구면이고, 양의 굴절력을 갖는 제2 렌즈군; 적어도 1개의 굴절면이 비구면이며, 음의 굴절력을 갖는 제3 렌즈군; 및 적어도 1개의 굴절면이 비구면이고, 음의 굴절력을 갖는 제4 렌즈군; 을 포함한다. According to an exemplary embodiment of the present invention, a liquid crystal lens having a curvature of an interface formed between different liquids contained therein according to an applied voltage is changed from an object side and the interface acting as a surface of a lens, and at least one refractive surface is an aspherical surface. A first lens group having a phosphor lens and having negative refractive power; A second lens group having at least one refractive surface aspherical and having positive refractive power; At least one refractive surface is an aspherical surface, and has a negative refractive power; And a fourth lens group having at least one refractive surface aspherical and having negative refractive power; It includes.

본 발명에 의하면, 소형화가 가능하면서도 고해상도를 얻을 수 있으며, 초소형의 카메라모듈이 요구되는 경우에 파워를 집중시킴으로써 광학계의 효율을 최대화하고 전체 광학계의 길이를 짧게 할 수 있며, 전력소비가 적게 소요된다. According to the present invention, miniaturization is possible and high resolution is obtained. When the compact camera module is required, power can be concentrated to maximize the efficiency of the optical system and to shorten the length of the entire optical system and consume less power. .

액정, 액정렌즈, 광학계, 비구면, 자동초점조절, 고해상도, 소형화 Liquid crystal, liquid crystal lens, optical system, aspherical surface, auto focus, high resolution, miniaturization

Description

자동 초점조절 광학계{Auto focus Optical System}Auto Focus Optical System

본 발명은 자동 초점조절 광학계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인가되는 전압에 따라 위상차가 변화하여 초점거리가 변화하는 액정렌즈를 사용하여 소형이면서도 고해상도를 얻을 수 있는 자동 초점조절 광학계에 관한 것이다The present invention relates to an auto focusing optical system, and more particularly, to an auto focusing optical system that can obtain a compact and high resolution by using a liquid crystal lens whose phase difference changes according to an applied voltage.

일반적으로 카메라는 다수개의 렌즈를 구비하고 있으며 각각의 렌즈를 이동시켜 그 상대거리를 변화시킴으로써 광학적인 초점거리를 조절하도록 구성된다. 최근 카메라가 탑재된 이동통신단말기가 등장하여 정지화상 및 동영상의 촬영이 가능해지게 되었으며, 고해상도 및 고화질의 촬영을 위해 카메라의 성능이 점차 개선되어 가고 있는 추세이다. Generally, a camera has a plurality of lenses and is configured to adjust the optical focal length by moving each lens to change its relative distance. Recently, a mobile communication terminal equipped with a camera has been introduced to enable recording of still images and videos, and the performance of the camera is gradually being improved for high resolution and high quality shooting.

그러나, 이동통신단말기에 장착된 종래의 카메라 모듈은 고정 초점 방식을 채택하고 있어 특정 거리에서의 초점 조절이 불가능하여 화질의 선명도에 한계가 있다는 문제점이 발생한다. 따라서, 메가픽셀 이상의 카메라 모듈에서는 초점 기능이 필수적으로 요구된다.However, the conventional camera module mounted in the mobile communication terminal adopts a fixed focus method, which makes it impossible to adjust the focus at a specific distance, thereby causing a problem in that there is a limit in the sharpness of image quality. Therefore, focusing is indispensable for camera modules larger than megapixels.

이를 위해서 자동초점 조절장치, 접사장치 및 광학 줌 장치 등을 구비한 카메라 모듈을 휴대전화에 적용할 필요성이 대두되었으나 종래 방식으로 제작된 카메 라 모듈은 소형의 휴대전화에 탑재하는데 무리가 있었다.To this end, the necessity of applying a camera module having an automatic focusing device, a macro device and an optical zoom device to a mobile phone has emerged. However, a conventionally manufactured camera module has been difficult to mount in a small mobile phone.

즉, 종래의 방식은 이미지 센서와 렌즈간의 상대적인 거리를 변화시켜 초점조절 및/또는 줌 기능의 구동원으로서 DC모터를 사용하고 있으나, 다수의 감속기어를 서로 연결하여 렌즈간의 상대적인 거리를 변화시키는 것이므로 응답속도의 저하 및 회전속도의 편차로 인해 초점조절을 정밀하게 수행하기 위한 정확한 위치제어가 곤란하다. 더욱이, 부피가 크고 장치가 복잡하므로 휴대전화 등 소형 광학기기 내의 극도로 제한된 공간 속에서 초점조절 기능 등을 구현하기 어렵다는 문제점이 있었다. That is, the conventional method uses a DC motor as a driving source of the focusing and / or zooming function by changing the relative distance between the image sensor and the lens. However, the response is because the relative distance between the lenses is changed by connecting a plurality of reduction gears. Due to the lowering of the speed and the deviation of the rotational speed, accurate position control for precisely adjusting the focus is difficult. Moreover, there is a problem that it is difficult to implement a focusing function in an extremely limited space in a small optical device such as a mobile phone because of its bulky and complex device.

또한, 고해상도를 얻기 위해서는 다수의 렌즈를 사용하게 되어 제작비가 높으며, 기계적 구동을 필요로 하기 때문에 전력소비가 크다는 문제점이 있었다. In addition, in order to obtain a high resolution, a large number of lenses are used, and a manufacturing cost is high, and there is a problem that power consumption is large because mechanical driving is required.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 액정렌즈를 이용하여 자동 초점조절을 구현하는 방식이 제안된 바 있다.In order to solve this problem, a method of implementing auto focusing using a liquid crystal lens has been proposed.

도 1은 일반적인 액정렌즈를 도시한 개략적인 구성도로서, 이는 두개의 유리기판(110,120)사이에 스페이서(130)를 배치하여 일정크기의 공간인 챔버를 형성하고, 이러한 챔버내에 액정층(113)을 형성하였다. FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a general liquid crystal lens, in which a spacer 130 is disposed between two glass substrates 110 and 120 to form a chamber having a predetermined size, and the liquid crystal layer 113 in the chamber. Formed.

하측 유리(120)의 상부면에는 전압구동을 위한 ITO(Indium-Tin Oxide) 전극층(114)을 형성하고, 상기 전극층(114)의 상부면과 상기 상측 유리기판(110)의 하부면에는 액정배향으로 위하여 폴리이미드(polyimide)로 이루어진 PI층(115a,115b)을 각각 형성하며, 상기 상측 유리기판(110)의 상부면에는 알루미늄, 크롬 및 니켈과 같은 금속소재로 인쇄된 전극 패턴(116)을 구비한다. An indium-tin oxide (ITO) electrode layer 114 for voltage driving is formed on the upper surface of the lower glass 120, and the liquid crystal alignment is formed on the upper surface of the electrode layer 114 and the lower surface of the upper glass substrate 110. PI layers 115a and 115b are formed of polyimide, respectively, and an electrode pattern 116 printed on a metal material such as aluminum, chromium, and nickel is formed on the upper surface of the upper glass substrate 110. Equipped.

이러한 전극패턴(116)은 광량을 조절하는 조리개(stop)의 역할을 수행할 수 있도록 원형 또는 타원형의 광을 투과하는 구경 영역을 가지며, 액정층(113)을 구동시키는 구동 전압이 인가된다. The electrode pattern 116 has an aperture area that transmits circular or elliptical light so as to serve as a stop for controlling the amount of light, and a driving voltage for driving the liquid crystal layer 113 is applied.

이에 따라, 상기 전극패턴을 통하여 구경영역이외의 범위에서만 전압을 구동시키면 전위차(P)가 그래디언트하게 형성되며, 이로 인해 액정층의 액정분자의 배향이 제어되면서 위치상차 발생하여 빛을 모아주는 렌즈역할을 하게 된다. Accordingly, when the voltage is driven only in the range other than the aperture region through the electrode pattern, the potential difference P is formed to be gradient, thereby controlling the orientation of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer, thereby generating a position difference and collecting the light. Will be

도 1에 도시된 전위차(P)의 분포로 인하여 도 2(a)에 도시한 바와 같이 빛의 위상차가 발생하고 이러한 위상차는 빛의 광경로 위상차와 서로 대응됨으로서 일반 유리렌즈의 광 경로차와 같은 원리를 갖게 된다. Due to the distribution of the potential difference P shown in FIG. 1, a phase difference of light occurs as shown in FIG. 2A, and the phase difference corresponds to an optical path phase difference of light, which is the same as the optical path difference of a general glass lens. You have a principle.

즉, 액정층에서 발생하는 위상차 분포값은 도 2(b)에 도시한 바와 같이 일반 렌즈형상으로 대응시킬 수 있으며, 이를 이용하여 기하 광학적으로 렌즈의 광학특성을 알수 있다. That is, the phase difference distribution value generated in the liquid crystal layer may correspond to a general lens shape as shown in FIG. 2 (b), and the optical characteristics of the lens may be geometrically determined using this.

여기서, 도 2(a)는 액정렌즈의 작동설명을 위해 적용된 데이터로서 개시되 값에 한정되는 것은 아니며, 도 2(b)는 일반렌즈가 굴절률 1.52를 갖는 볼록렌즈로 가정했을때 얻어지는 데이터이며, 도 2(a)에 도시된 바와 같이 위상차가 분포되는 액정렌즈는 도2(b)와 같이 곡률반경 -100mm을 갖는 굴절률 1.52의 블록렌즈와 동일한 광학특성을 갖게 된다. Here, FIG. 2 (a) is not limited to the values disclosed as data applied for explaining the operation of the liquid crystal lens, and FIG. 2 (b) is data obtained when the normal lens is assumed to be a convex lens having a refractive index of 1.52. As shown in FIG. 2 (a), the liquid crystal lens having the phase difference distributed as shown in FIG. 2 (b) has the same optical characteristics as the block lens having a refractive index of 1.52 having a radius of curvature of -100 mm.

이와 같이 액정렌즈는 종래의 렌즈의 기계적 구동을 통해 초점을 조절하는 방식에 비해 소형화에 유리하다는 장점이 있으나, 액정렌즈만을 이용하는 경우에는 해상도가 대략 30만 화소급에 머무르게 되어 고해상도를 얻을 수 없으므로, 현재의 메카 픽셀 카메라에 적용하는 데 한계가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 고해상도를 얻을 수 있으면서도, 소형화가 가능한 자동 초점조절 광학계에 대한 필요성이 대두된다.As described above, the liquid crystal lens has an advantage of miniaturization compared to the conventional method of adjusting the focus through the mechanical driving of the lens. However, when using only the liquid crystal lens, the resolution remains at approximately 300,000 pixels, so high resolution cannot be obtained. There is a limit to apply to mecha pixel camera. In order to solve this problem, there is a need for an auto focusing optical system capable of miniaturization and high resolution.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소형화가 가능하면서도 고해상도를 얻을 수 있는 자동 초점조절 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an autofocus optical system capable of miniaturization and high resolution.

특히, 카메라 폰과 같이 초소형의 카메라모듈이 요구되는 경우에 파워를 집중시킴으로써 광학계의 효율을 최대화하고 전체 광학계의 길이를 짧게 할 수 있는 자동 초점조절 광학계을 제공하는 것을 목적으로 한다.In particular, it is an object of the present invention to provide an auto focusing optical system capable of maximizing the efficiency of the optical system and shortening the length of the entire optical system by concentrating power when a compact camera module such as a camera phone is required.

또한, 본 발명은 전력소비가 적은 자동 초점조절 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide an autofocus optical system with low power consumption.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서, 본 발명은 물체측으로부터 순서대로, 인가되는 전압에 따라 내부에 포함된 액정에서 위상차분포가 형성되어 체간에 형성되는 경계면의 곡률이 변하고 상기 경계면이 렌즈의 면의 역할을 수행하는 액정렌즈, 및 적어도 1개의 굴절면이 비구면인 렌즈를 구비하고, 양의 굴절력을 갖는 제1 렌즈군; 적어도 1개의 굴절면이 비구면이고, 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈군; 적어도 1개의 굴절면이 비구면이며, 양의 굴절력을 갖는 제3 렌즈군; 및 적어도 1개의 굴절면이 비구면이고, 음의 굴절력을 갖는 제4 렌즈군; 을 포함하는 자동 초점조절 광학계를 제공한다. As a specific means for achieving the above object, the present invention in order from the object side, the phase difference distribution is formed in the liquid crystal contained therein according to the applied voltage is changed the curvature of the boundary surface formed between the body and the boundary surface of the lens A first lens group having a liquid crystal lens serving as a surface, and a lens in which at least one refractive surface is an aspherical surface, and having positive refractive power; A second lens group having at least one refractive surface aspherical and having negative refractive power; At least one refractive surface is an aspherical surface, and has a third lens group having positive refractive power; And a fourth lens group having at least one refractive surface aspherical and having negative refractive power; It provides an auto focusing optical system comprising a.

바람직하게, 상기 액정렌즈의 굴절능에 관하여 다음의 조건식 1을 만족한다. Preferably, the following Conditional Expression 1 is satisfied with respect to the refractive power of the liquid crystal lens.

(조건식 1)(Condition 1)

0 ≤ D ≤ 20 0 ≤ D ≤ 20

여기서, D 는 상기 액정렌즈의 위상차변화로 렌즈의 초점거리가 변화하는 면의 굴절능(단위:디옵터)이다. Here, D is a refractive power (unit: diopter) of the plane in which the focal length of the lens changes due to the phase difference change of the liquid crystal lens.

더욱 바람직하게, 상기 렌즈군 전체의 광축방향치수에 관하여 다음의 조건식 2를 추가로 만족한다. More preferably, the following Conditional Expression 2 is further satisfied with respect to the optical axis direction dimension of the entire lens group.

(조건식 2)(Condition 2)

1.0〈 TTL/f〈 1.51.0 <TTL / f <1.5

TTL 은 개구 조리개로부터 상면까지의 거리이며, f 는 광학계의 합성 초점거리이다. TTL is the distance from the aperture stop to the image plane, and f is the combined focal length of the optical system.

더욱 바람직하게, 상기 제1 렌즈군의 파워에 관하여 다음의 조건식 3을 추가로 만족한다. More preferably, the following Conditional Expression 3 is further satisfied with respect to the power of the first lens group.

(조건식 3)(Condition 3)

0.5〈 f1/f〈 0.80.5 <f1 / f <0.8

여기서, f1 : 제1 렌즈군의 합성 초점거리이다. Here, f1 is the combined focal length of the first lens group.

더욱 바람직하게, 상기 제1 렌즈군의 형상에 다음의 조건식 4와 조건식 5를 추가로 만족한다.More preferably, the following Conditional Expression 4 and Conditional Expression 5 further satisfy the shape of the first lens group.

(조건식 4)(Condition 4)

0.4〈 r2/f〈 0.70.4 <r2 / f <0.7

여기서, r2 은 제1 렌즈군의 물체측 면의 곡률반경이다. Here, r2 is the radius of curvature of the object-side surface of the first lens group.

(조건식 5)(Condition 5)

0.7〈 |r6|/f〈 0.90.7 <| r6 | / f <0.9

여기서, r6은 제1 렌즈군의 상측 면의 곡률반경이다. Here, r6 is the radius of curvature of the image-side surface of the first lens group.

더욱 바람직하게, 상기 제2 렌즈군의 파워에 관하여 다음의 조건식 6을 추가로 만족한다. More preferably, the following Conditional Expression 6 is further satisfied with respect to the power of the second lens group.

(조건식 6)(Condition 6)

0.7〈 |f2|/f〈 1.10.7 <| f2 | / f <1.1

여기서, f2 은 제2 렌즈군의 합성 초점거리이다. Here, f2 is a combined focal length of the second lens group.

더욱 바람직하게, 상기 제2 렌즈군의 형상에 다음의 조건식 7을 추가로 만족한다. More preferably, the following Conditional Expression 7 is further satisfied with the shape of the second lens group.

(조건식 7)(Condition 7)

0.7 〈 r8/f〈 1.00.7 〈r8 / f 〈1.0

여기서, r8:은 제2렌즈군의 상측 면의 곡률반경이다. Here, r8: is the radius of curvature of the image-side surface of the second lens group.

더욱 바람직하게, 상기 제3 렌즈군의 파워에 관하여 다음의 조건식 8을 추가로 만족한다. More preferably, the following Conditional Expression 8 is further satisfied with respect to the power of the third lens group.

(조건식 8)(Condition 8)

1.0〈 f3/f〈 3.01.0 <f3 / f <3.0

여기서, f3 은 제3 렌즈군의 합성 초점거리이다. Here, f3 is a combined focal length of the third lens group.

더욱 바람직하게, 상기 제3 렌즈군의 파워에 다음의 조건식 9을 추가로 만족 한다. More preferably, the following conditional expression 9 is further satisfied with the power of the third lens group.

(조건식 9)(Condition 9)

0.1 〈 r10/f〈 0.50.1 <r10 / f <0.5

여기서, r10 은 제3 렌즈군의 상측 면의 곡률반경이다. Here, r10 is the radius of curvature of the image-side surface of the third lens group.

더욱 바람직하게, 상기 제3 렌즈군의 형상에 관하여 다음의 조건식 10을 추가로 만족한다. More preferably, the following conditional expression 10 is further satisfied with respect to the shape of the third lens group.

(조건식 10)(Condition 10)

1.0〈 f4/f〈 4.01.0 <f4 / f <4.0

여기서, f4 은 제4 렌즈군의 합성 초점거리이다. Here, f4 is a combined focal length of the fourth lens group.

더욱 바람직하게, 상기 제4 렌즈군의 형상에 다음의 조건식 11을 추가로 만족한다. More preferably, the following conditional expression 11 is further satisfied with the shape of the fourth lens group.

(조건식 11)(Condition 11)

0.1 〈 r12/f〈 0.40.1 <r12 / f <0.4

여기서, r12 는 제4 렌즈군의 상측 면의 곡률반경이다. Here, r12 is the radius of curvature of the image-side surface of the fourth lens group.

더욱 바람직하게, 상기 제1렌즈군의 전단에 불필요한 광을 제거하기 위한 개구 조리개; 를 포함한다. More preferably, an aperture stop for removing unnecessary light at the front end of the first lens group; It includes.

이상과 같이 본 발명에 의하면 액정렌즈를 포함한 자동 초점조절 광학계에 의해 소형화가 가능하면서도 고해상도를 얻을 수 있다는 효과가 있게 된다.As described above, according to the present invention, the auto focusing optical system including the liquid crystal lens can be miniaturized and high resolution can be obtained.

특히, 액정렌즈를 제1 렌즈군에 포함시킴으로써 제1 렌즈군의 파워를 보다 크게 하여 광학계의 효율을 최대화하고 전체 광학계의 길이를 짧게 할 수 있게 되고, 따라서 카메라 폰과 같이 초소형의 카메라모듈에 적용할 수 있다는 유리한 효과가 있게 된다.In particular, by including the liquid crystal lens in the first lens group, the power of the first lens group can be increased to maximize the efficiency of the optical system and to shorten the length of the entire optical system. Therefore, it is applied to a small camera module such as a camera phone. This has the beneficial effect of doing it.

또한, 본 발명은 액정렌즈를 사용함으로써 종래의 기계적 구동방식에 비해 전력소비가 적으며, 근접 촬영이 가능하여 코드 서비스(code service)에 유리하며 나아가 스캔 기능이나 광학중 기능에도 적용할 수 있다는 효과가 있게 된다.In addition, the present invention is less power consumption than the conventional mechanical driving method by using the liquid crystal lens, close-up photography is possible to benefit the code service (code service), and furthermore can be applied to the scanning function or optical function Will be.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 의한 자동 초점조절 광학계의 실시예를 도시한 렌즈의 구성도이다. 도면에서 렌즈의 두께, 크기, 형상은 설명을 위해 다소 과장되게 도시되었으며, 특히 도면에서 제시된 구면 및 비구면의 형상은 일 예로 제시되었을 뿐 이 형상에 한정되지 않는다.3 is a configuration diagram of a lens showing an embodiment of an autofocus optical system according to the present invention. In the drawings, the thickness, size, and shape of the lens are somewhat exaggerated for the sake of explanation, and in particular, the shapes of the spherical and aspherical surfaces shown in the drawings are provided as an example and are not limited thereto.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자동 초점조절 광학계는 물체측의 가장 가까이에 불필요한 광을 제거하기 위한 개구 조리개(1)를 배치하고, 이후 물체측으로부터 순서대로, 인가되는 전압에 따라 내부에 포함된 액정에서 위상차가 형성되어 곡률이 변하는 것과 같은 동작을 하여 경계면이 렌즈의 면의 역할을 수행하는 액정렌즈(120) 및 적어도 1개의 굴절면이 비구면인 렌즈(110,130)를 구비하고, 양의 굴절력을 갖는 제1 렌즈군(LG1), 적어도 1개의 굴절면이 비구면이고, 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈군(LG2), 적어도 1개의 굴절면이 비구면이며, 양 의 굴절력을 갖는 제3 렌즈군(LG3), 적어도 1개의 굴절면이 비구면이고, 음의 굴절력을 갖는 제4 렌즈군(LG4)으로 이루어진다.As shown in Fig. 3, the auto focusing optical system according to the embodiment of the present invention arranges the aperture stop 1 for removing unnecessary light closest to the object side, and then is applied in order from the object side. The liquid crystal lens 120 has a phase difference in the liquid crystal contained therein according to the voltage to change the curvature, and the liquid crystal lens 120 serves as the surface of the lens, and the lenses 110 and 130 have at least one refractive surface aspherical. And a first lens group LG1 having positive refractive power, at least one refractive surface is an aspherical surface, a second lens group LG2 having a negative refractive power, at least one refractive surface is an aspherical surface, and having a positive refractive power. The third lens group LG3 and at least one refractive surface are aspherical surfaces, and are composed of the fourth lens group LG4 having negative refractive power.

여기서, 강한 양의 굴절력을 갖는 제1 렌즈군(LG1)과 강한 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈군(LG2)을 통하여 색수차를 보정할 수 있으며, 작은 F넘버에서 소형의 광학계를 구현할 수 있는 것이다. Here, chromatic aberration can be corrected through the first lens group LG1 having a strong positive refractive power and the second lens group LG2 having a strong negative refractive power, and a small optical system can be realized at a small F number. .

또한, 제3 렌즈군(LG3)을 약한 양의 굴절력을 갖도록 함과 동시에 제4 렌즈군(LG4)을 약한 음의 굴절력을 갖도록 배치함으로서, 구면수차, 왜곡수차 및 코마수차 등 제3 수차를 보정하면서 텔레센트릭 특성을 개선하고 전체 렌즈계의 소형화를 구면할 수 있다. In addition, by arranging the third lens group LG3 to have a weak positive refractive power and the fourth lens group LG4 to have a weak negative refractive power, the third aberration such as spherical aberration, distortion aberration and coma aberration is corrected. This improves telecentricity and reduces the size of the entire lens system.

그리고, 광학계의 조리개(1)를 곡률 변화부인 제1 렌즈군(LG1) 앞에 배치함으로써, 피사체 위치 변화에 따른 자동 초점조절을 하기 위한 제1 렌즈군(LG1) 내의 곡률 변화가 전체 필드(field)에 미치게 되는 디포커스(defocus) 양을 최소할 수 있게 된다.By arranging the aperture 1 of the optical system in front of the first lens group LG1 as the curvature changing unit, the curvature change in the first lens group LG1 for auto focusing according to the change in the position of the subject is displayed in the entire field. This will minimize the amount of defocus that will be incurred.

한편, 제1 렌즈군(LG1)은, 물체측으로부터 순서대로, 정의 굴절력을 가지며 물체측 면(2)이 볼록하고 상측 면(3)이 편평한 제1 렌즈(110), 물체측 면(3)이 평면하고, 상측 면(4)이 볼록하며 이들 사이에 곡률이 변하는 면을 가도록 액정층을 구비하는 제2 렌즈(120) 및 부의 굴절력을 가지며 물체측 면(5)이 편평하고 상측 면(6)이 볼록한 제3 렌즈(130)를 포함한다.On the other hand, the first lens group LG1 has, in order from the object side, the first lens 110 and the object side surface 3 which have positive refractive power, the object side surface 2 is convex, and the image side surface 3 is flat. The second lens 120 having a liquid crystal layer and a negative refractive power, and the object side surface 5 is flat and the image side surface 6 is planar, and the image side surface 4 is convex, and the curvature varies between them. ) Includes the convex third lens 130.

바람직하게는, 상기 제2 렌즈(120)는 인가되는 전압에 따라 내부에 포함된 액정에서 위상차가 분포가 형성되어 곡률이 변화하는 것과 같은 동작을 하여 상기 경계면이 렌즈의 면의 역할을 수행하는 액정렌즈로 이루어진다.Preferably, the second lens 120 has a liquid crystal in which a phase difference is formed in the liquid crystal contained therein according to the applied voltage, and thus the curvature changes so that the boundary surface serves as a surface of the lens. It consists of a lens.

즉, 액정렌즈로 이루어지는 상기 제2 렌즈(120)는 경계면을 전후로 하여 두 개의 렌즈로 나뉘며, 도 1에 도시된 바와 같이 상,하측 유리기판(110,120)사이에 구비되는 액정층(113)이 인가되는 전압에 따라 위상차가 발생되고 경계면의 곡률이 변화하는 것과 같은 동작을 하여 자동 초점조절이 이루어지게 되는 것이다.That is, the second lens 120 made of a liquid crystal lens is divided into two lenses with the front and rear of an interface, and the liquid crystal layer 113 provided between the upper and lower glass substrates 110 and 120 is applied as shown in FIG. 1. The phase difference is generated according to the voltage, and the auto focusing is performed by changing the curvature of the boundary surface.

이때, 상기 제1 렌즈(110) 및 제3 렌즈(130)는 상기 제2 렌즈(120)의 커버 부분을 형성할 수도 있다.In this case, the first lens 110 and the third lens 130 may form a cover portion of the second lens 120.

이와 같은 액정렌즈인 제2 렌즈(120)를 도입함으로써 인가되는 전압에 따라 자동으로 초점조절이 이루어질 수 있다.By introducing the second lens 120, which is a liquid crystal lens, focus adjustment may be automatically performed according to an applied voltage.

한편, 전압인가시 변화되는 위상차에 의해서 초점이 변화하는 액정렌즈인 제2 렌즈(120)를 제1 렌즈군(LG1)에 포함시킴으로써, 후술하는 바와 같이 제1 렌즈군의 파워를 보다 크게 하여 광학계의 파워를 최대화하고 전체 광학계의 길이를 짧게 할 수 있게 되고, 따라서 소형의 카메라 모듈에서 자동 초점조절이 가능하게 된다는 유리한 효과가 있게 된다.On the other hand, by including the second lens 120, which is a liquid crystal lens whose focus changes due to a phase difference that changes when voltage is applied, to the first lens group LG1, the power of the first lens group is increased to increase the optical system as described later. It is possible to maximize the power of and shorten the length of the entire optical system, which is advantageous in that the auto focus can be performed in a small camera module.

또한, 제2 렌즈군(LG2)은 음의 굴절력을 가지며 물체측 면(7)면이 평평하고, 상측 면(8)이 오목한 렌즈로 구비되며, 제3 렌즈군(LG3)은 양의 굴절력을 가지며 물체측 면(9)이 오목하고, 상측 면(10)이 볼록한 렌즈로 구비되는 한편, 제4 렌즈군(LG4)은 음의 굴절력을 가지며 물체측 면(11)이 볼록하고, 상측 면(12)이 오목한 렌즈로 구비된다. In addition, the second lens group LG2 has a negative refractive power, the object-side surface 7 is flat, and the image-side surface 8 is concave. The third lens group LG3 has a positive refractive power. And the object side surface 9 is concave and the image side surface 10 is convex, while the fourth lens group LG4 has negative refractive power and the object side surface 11 is convex and the image side surface ( 12) is provided with a concave lens.

한편, 상기 제3 렌즈(L3)와 상면(IP) 사이에는 적외선 필터, 커버 글래스 등 으로 이루어지는 광학적 필터(OF)가 구비되면, 상기 상면(IP)은 CCD 센서나 CMOS 센서 등에서 렌즈가 형성하는 상을 수광하는 감광면이다. On the other hand, when the optical filter (OF) consisting of an infrared filter, cover glass, etc. is provided between the third lens (L3) and the image surface (IP), the image surface (IP) is an image formed by the lens in the CCD sensor, CMOS sensor, etc. It is a photosensitive surface which receives.

이러한 특징을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 다음의 조건을 만족한다. The optical system according to the embodiment of the present invention having such characteristics satisfies the following conditions.

(조건식 1)(Condition 1)

0 ≤ D ≤ 20 0 ≤ D ≤ 20

여기서, D 는 상기 액정렌즈의 위상차 변화로 렌즈의 초점거리가 변화하는 면의 굴절능이며, 단위는 디옵터(Diopter)이다.Here, D is a refractive power of the surface in which the focal length of the lens changes due to the phase difference change of the liquid crystal lens, and the unit is a diopter.

위의 조건식 1은 광학계의 파워(power)에 관한 것으로, 만약, 조건식 1을 만족하지 않고 상한값을 넘게 되면 광학계의 파워(power) 배치가 제대로 되지 않아, 제2 렌즈군(LG2)와 제3 렌즈군(LG3)의 파워 배치가 달라져서 근접에 대한 수차특성이 좋지 않게 된다.Condition 1 above relates to the power of the optical system. If the upper limit is exceeded without satisfying Condition 1, the power arrangement of the optical system is not properly performed. Thus, the second lens group LG2 and the third lens The power arrangement of the group LG3 is changed so that the aberration characteristic for proximity is not good.

(조건식 2)(Condition 2)

1.0〈 TTL/f〈 1.51.0 <TTL / f <1.5

여기서, TTL 은 개구 조리개(1)로부터 상면(IP)까지의 거리이며, f 는 광학계의 합성 초점거리이다. Here, TTL is the distance from the aperture stop 1 to the image surface IP, and f is the combined focal length of the optical system.

위의 조건식 2는 상기 렌즈군 전체의 광축방향치수에 관한 것으로, 소형화에 관한 조건이다. The conditional expression 2 above relates to the optical axis direction dimension of the entire lens group and is a condition regarding miniaturization.

즉, 조건식 2의 상한값을 벗어나면 수차보정이라는 측면에서 유리한 반면, 광학계의 길이가 너무 길어져서 소형 광학기기, 예를 들어 카메라폰 또는 PDA에 안착할 수 없게 되며, 하한값을 벗어나면 소형화하에는 유리하지만 광학계 길이가 너무 짧아져셔 원하는 광학특성을 만족하기 어려워진다. In other words, the deviation from the upper limit of Conditional Expression 2 is advantageous in terms of aberration correction, while the length of the optical system is so long that it cannot be mounted on a small optical device such as a camera phone or a PDA. However, the optical system length becomes too short, making it difficult to satisfy the desired optical characteristics.

(조건식 3)(Condition 3)

0.5〈 f1/f〈 0.80.5 <f1 / f <0.8

여기서, f1 은 제1 렌즈군(LG1)의 합성 초점거리이다. Here, f1 is a combined focal length of the first lens group LG1.

위의 조건식 3은 제1 렌즈군의 파워에 관한 항목으로서 곡률 변화부인 제1 렌즈군(LG1)의 파워를 전체 파워와 비슷하게 주어 구면수차를 보정하는 데 효과적이다. The conditional expression 3 above is related to the power of the first lens group, and is effective in correcting spherical aberration by giving the power of the first lens group LG1, which is the curvature change part, to be similar to the total power.

만약, 상한값을 벗어나서 f1이 길어지면 제2 렌즈군(LG2), 제3 렌즈군(LG3) 및 제4 렌즈군(LG4)의 파워도 커져야 하므로 색수차가 커지게 된다. 반대로, 하한값을 벗어나서 f1이 작아지면 제1 렌즈군(LG1)의 파워가 과대하게 되어 구면수차, 코마수차가 커지며, 제1 렌즈군(LG1)을 구성하고 있는 렌즈 구면의 곡률반경이 작아져서 가공이 곤란하게 된다.If f1 is longer than the upper limit value, the chromatic aberration increases because the power of the second lens group LG2, the third lens group LG3, and the fourth lens group LG4 must also be increased. On the contrary, when f1 is smaller than the lower limit value, the power of the first lens group LG1 becomes excessive, so that spherical aberration and coma aberration become large, and the radius of curvature of the lens spherical surface constituting the first lens group LG1 is reduced and processed. This becomes difficult.

(조건식 4)(Condition 4)

0.4〈 r2/f〈 0.70.4 <r2 / f <0.7

여기서, r2 는 제1 렌즈군(LG1)의 물체측 면(2)의 곡률반경이다. Here, r2 is the radius of curvature of the object-side surface 2 of the first lens group LG1.

(조건식 5)(Condition 5)

0.7〈 |r6|/f〈 0.90.7 <| r6 | / f <0.9

여기서, r6은 제1 렌즈군의 상측 면의 곡률반경이다. Here, r6 is the radius of curvature of the image-side surface of the first lens group.

위의 조건식 4와 5는 제1 렌즈군(LG1)의 형상에 관한 것으로, 상한값과 하한값을 벗어나면 수차가 과다하게 발생하여 다른 렌즈군에서 보정할 수 없게 된다. Conditional Expressions 4 and 5 above relate to the shape of the first lens group LG1. If the upper and lower limit values deviate, the aberrations are excessively generated and cannot be corrected in other lens groups.

(조건식 6)(Condition 6)

0.7〈 |f2|/f〈 1.10.7 <| f2 | / f <1.1

여기서, f2 은 제2 렌즈군(LG2)의 합성 초점거리이다.Here, f2 is a combined focal length of the second lens group LG2.

위의 조건식 6은 상기 제2 렌즈군(LG2)의 파워에 관한 것으로, 제2렌즈군은 주로 축상에서 발생하는 수차를 보정하는 역활을 하며, 특히 제1렌즈군(LG1)과 상호 작용하여 색수차를 보정하도록 한다. The conditional expression 6 above relates to the power of the second lens group LG2. The second lens group mainly serves to correct aberrations occurring on the axis, and in particular, interacts with the first lens group LG1 to provide chromatic aberration. To compensate.

상한값을 벗어나면 색수차 보정이 어려워지며, 하한값을 벗어나면 렌즈의 곡률반경이 작아져서 가공이 어려워진다. If it is out of the upper limit, chromatic aberration correction becomes difficult, and if it is out of the lower limit, the radius of curvature of the lens becomes small, making machining difficult.

(조건식 7)(Condition 7)

0.7 〈 r8/f〈 1.00.7 〈r8 / f 〈1.0

여기서, r8:은 제2렌즈군(LG2)의 상측 면(8)의 곡률반경이다. Here, r8: is the radius of curvature of the image surface 8 of the second lens group LG2.

위의 조건식 7은 상기 제2 렌즈군(LG2)의 형상에 관한 것으로, 상한값과 하한값을 벗어나면 구면수차, 코마수차, 왜곡수차에 악영향을 주며, 특히 상한값을 벗어나면 후초점길이가 길어져 광학계 소형화에 불리하며, 하한값을 벗어나면 렌즈가공이 어려워진다. The above Conditional Expression 7 relates to the shape of the second lens group LG2. If the upper limit and the lower limit are out of range, the conditional expression 7 adversely affects spherical aberration, coma aberration, and distortion aberration. It is disadvantageous to, and beyond the lower limit, lens processing becomes difficult.

(조건식 8)(Condition 8)

1.0〈 f3/f〈 3.11.0 <f3 / f <3.1

여기서, f3 은 제3 렌즈군(LG3)의 합성 초점거리이다.Here, f3 is a combined focal length of the third lens group LG3.

위의 조건식 8은 제3 렌즈군의 파워에 관한 것으로, 제3 렌즈군(LG3)은 약한 플러스 파워를 가지며 축외수차를 보정하는 역활을 하며, 상한값을 벗어나면 축외수차의 보정이 어려워지며, 하한값을 벗어나면 색수차가 커져 축외성능이 나빠진다. The conditional expression 8 above relates to the power of the third lens group, and the third lens group LG3 has a weak positive power and serves to correct out-of-axis aberration, and if out of the upper limit, it becomes difficult to correct out-of-axis aberration. Outside of this, the chromatic aberration becomes large and the off-axis performance deteriorates.

(조건식 9)(Condition 9)

0.1 〈 r10/f〈 0.50.1 <r10 / f <0.5

여기서, r10 은 제3 렌즈군(LG3)의 상측 면(10)의 곡률반경이다. Here, r10 is a radius of curvature of the image side surface 10 of the third lens group LG3.

위의 조건식 9는 상기 제3 렌즈군(LG3)의 형상에 관한 것으로, 상한값을 벗어나면 축외광선의 각도가 많이 낮아져 제4렌즈군에서는 보정이 불가능해져 텔레센트릭 특성이 악하되며, 하한값을 벗어나면 텔레센트릭 특성은 좋아지나 축외수차가 커져 광학특성이 악화된다. The conditional expression 9 above relates to the shape of the third lens group LG3. When the upper limit value is out of the range, the angle of the off-axis ray is lowered so that the correction is impossible in the fourth lens group. The surface telecentric property is improved, but the optical property is deteriorated due to the increase in the off-axis aberration.

(조건식 10)(Condition 10)

1.0〈 f4/f〈 4.01.0 <f4 / f <4.0

여기서, f4 는 제4 렌즈군(LG4)의 합성 초점거리이다. Here, f4 is a combined focal length of the fourth lens group LG4.

위의 조건식 4는 상기 제4 렌즈군(LG4)의 파워에 관한 것으로, 제4렌즈는 약한 마이너스 파워를 가지며 주광선들의 각도를 줄여 이미지의 중심과 주변부의 색감도 차이를 줄여주는 역활을 수행하며, 상한값을 벗어나면 굴절력이 작아져 소형화가 어려워지며 하한값을 벗어나면 소형화에 유리하나 주변부 색감도가 좋지 않고 왜곡수차가 증가한다. Conditional Expression 4 above relates to the power of the fourth lens group LG4. The fourth lens has a weak negative power and reduces the angle of the chief rays to reduce the difference in color sensitivity between the center and the periphery of the image. If it is out of the upper limit, the refractive power becomes smaller, making it difficult to miniaturize. If it is out of the lower limit, it is advantageous for miniaturization, but the peripheral color sensitivity is not good and distortion aberration increases.

(조건식 11)(Condition 11)

0.1 〈 r12/f〈 0.40.1 <r12 / f <0.4

여기서, r12 는 제4 렌즈군(LG4)의 상측 면(12)의 곡률반경이다. Here, r12 is the radius of curvature of the image surface 12 of the fourth lens group LG4.

위의 조건식 11은 상기 제4 렌즈군(LG4)의 형상에 관한 것으로, 상한값을 벗어나면 소형화가 어려워지며, 하한값을 벗어나면 상면 입사각이 켜져 불충분한 광량으로 인하여 주변부의 색감이 떨어져 고화소 기능이 어려워질 뿐만 아니라 렌즈가공도 어려워진다. The conditional expression 11 above relates to the shape of the fourth lens group LG4, and it is difficult to miniaturize if it is outside the upper limit value. Not only quality but also lens processing becomes difficult.

이하에서는, 이러한 조건식 1 내지 11을 만족하도록 구현되는 본 발명의 제1 실시예와 제2 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, a first embodiment and a second embodiment of the present invention implemented to satisfy the conditional expressions 1 to 11 will be described.

<제1 실시예><First Embodiment>

본 발명의 제1 실시예에 따른 자동초점 렌즈의 F 넘버(FNO)는 2.6이고, 초점거리 f는 3.9㎜의 값을 가지며, 화각(field angle, 2ω)은 60°이고, 전체 광학계길이 TTL 은 4.8mm의 값을 가진다.The F number F NO of the autofocus lens according to the first embodiment of the present invention is 2.6, the focal length f has a value of 3.9 mm, the field angle (2ω) is 60 °, and the total optical system length TTL. Has a value of 4.8 mm.

표 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈를 구성하는 각 렌즈의 실시예값이 기재되어 있다.Table 1 describes exemplary values of each lens constituting the lens according to the exemplary embodiment of the present invention.

여기서, r은 렌즈면의 곡률반경, t는 렌즈의 두께 또는 렌즈면 간의 거리를 나타내며, n은 굴절률을 표시한다. 한편, 길이를 나타내는 값의 단위는 ㎜이다. Here, r represents a radius of curvature of the lens surface, t represents a thickness of the lens or a distance between the lens surfaces, and n represents a refractive index. In addition, the unit of the value which shows a length is mm.

Figure 112007066065295-pat00001
Figure 112007066065295-pat00001

표 1에서, ※는 곡률이 가변인 면을 나타내고, 물체의 거리에 따른 제4면의 곡률 반경은 다음의 표 2와 같다.In Table 1, * denotes a surface whose curvature is variable, and the radius of curvature of the fourth surface according to the distance of the object is shown in Table 2 below.

Figure 112007066065295-pat00002
Figure 112007066065295-pat00002

표 2에 나타난 바와 같이 액정렌즈를 사용하는 경우 액정렌즈의 위상차변화가 곡률 반경변화와 같은역활을 하여 자동 초점조절이 이루어지므로 초근접 촬영이 가능해진다. 따라서 휴대전화에 장착된 카메라 모듈을 통하여 지문인식이나 문자 인식이 가능하다는 이점이 있다.As shown in Table 2, when the liquid crystal lens is used, the phase shift of the liquid crystal lens plays the same role as the change in the radius of curvature so that auto focusing is performed, thereby allowing super close-up photography. Therefore, there is an advantage that the fingerprint recognition or character recognition is possible through the camera module mounted on the mobile phone.

즉, 코드 서비스(신문, 잡지 등에 바코드 처럼 생긴 특수문자에 카메라를 갖다대면 휴대전화에 관련정보가 표시되는 서비스)를 한층 발전시킬 수 있으며, 더 나아가 스캐너 기능이나 광학줌 기능을 구현할 수도 있다.In other words, it is possible to further develop a code service (a service in which relevant information is displayed on a mobile phone when a camera is placed on a special character that looks like a barcode in a newspaper or a magazine). Furthermore, a scanner function or an optical zoom function can be implemented.

한편, 표 1에서 *는 비구면을 나타내며, 비구면 계수를 위한 식은 다음과 같다. In Table 1, * denotes an aspherical surface, and an equation for aspherical surface coefficient is as follows.

Figure 112007066065295-pat00003
Figure 112007066065295-pat00003

Z : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리Z: Distance from the vertex of the lens to the optical axis direction

Y : 광축에 수직 방향으로의 거리Y: distance in the direction perpendicular to the optical axis

c : 렌즈의 정점에서의 곡률 반경의 역수(1/R)c: Inverse of the radius of curvature at the vertex of the lens (1 / R)

K : 코닉(Conic) 상수K: Conic constant

A,B,C,D,E,F : 비구면 계수A, B, C, D, E, F: Aspheric coefficient

이러한 수학식 1에 따라 산출되는 본 발명의 제1 실시예에 따른 각 비구면 계수는 다음의 표 2와 같으며, 도 3에 도시된 상기의 실시예에서는 제1 렌즈군(LG1) 제1 렌즈(110)의 물체측 면(2), 제1 렌즈군(LG1) 제3 렌즈(130)의 상측 면(6), 제3 렌즈군(LG3)의 물체측 면(9)과 상측 면(10) 및 제4 렌즈군(LG4)의 물체측 면(11)과 상측 면(12)이 비구면이다.Aspheric coefficients according to the first embodiment of the present invention calculated according to Equation 1 are shown in Table 2 below. In the above-described embodiment shown in FIG. 3, the first lens group LG1 and the first lens ( The object side surface 2 of the first lens group LG1, the image side surface 6 of the third lens 130, and the object side surface 9 and the image side surface 10 of the third lens group LG3 of 110. And the object-side surface 11 and the image-side surface 12 of the fourth lens group LG4 are aspherical surfaces.

한편, 이하의 각 실시예에서 사용되는 비구면은 공지의 수학식 1로부터 얻어지며, 코닉(Conic) 상수(K) 및 비구면 계수에 사용되는 'E 및 이에 이어지는 숫자'는 10의 거듭제곱을 나타낸다. 예를 들어, E+01은 101을, E-02는 10-2을 나타낸다.On the other hand, the aspherical surface used in each of the following examples is obtained from the known equation (1), 'E and subsequent numbers' used for the Conic constant (K) and the aspherical surface coefficient represents a power of 10. For example, E + 01 represents 10 1 and E-02 represents 10 −2 .

Figure 112007066065295-pat00004
Figure 112007066065295-pat00004

도 4에는 이러한 실시예값으로 이루어지는 본 발명의 제1 실시예에 따른 구면수차, 비점수차 및 왜곡의 특성이 도시되어 있으며, 비점수차 그래프에서 " S " 는 새지털(Sagital), " T " 는 탄젠셜(Tangential)을 나타낸다.Figure 4 shows the characteristics of spherical aberration, astigmatism and distortion according to the first embodiment of the present invention made of such an embodiment value, "S" in the astigmatism graph, "T" is a burnt Represents a tangential.

한편, 도 5와 도 6에는 이러한 실시예값으로 이루어지는 본 발명의 실시예에 의한 광학계 MTF 특성이 도시되어 있으며, 도 5는 원거리, 도 6은 근거리에 대한 MTF특성을 나타내고 있다.5 and 6 show the optical system MTF characteristics according to the embodiment of the present invention made up of these exemplary values. FIG. 5 shows the MTF characteristics for the long distance and FIG.

도 5 및 도 6를 참조하면, 상고(렌즈의 중심으로부터의 거리)가 0일 때 밀리미터당 공간주파수의 MTF 변화를 나타내며, 0.5 필드(field), 0.7 필드, 0.9 및 1.0 필드일 때 밀리미터당 공간주파수의 MTF 변화를 각각 나타내고 있다. 또한, T는 원심원상(tangential)의 MTF, R은 방사원상의 MTF를 나타낸다.5 and 6 show the MTF change of spatial frequency per millimeter when the image height (distance from the center of the lens) is 0, and the space per millimeter when 0.5 fields, 0.7 fields, 0.9 and 1.0 fields The MTF change of frequency is shown, respectively. T represents a tangential MTF and R represents a MTF on a radiation source.

여기서, MTF(Modulation Transfer Function)는 밀리미터당 사이클의 공간주파수에 의존하며, 광의 최대 강도(Max)와 최소 강도(Min) 사이에 다음의 수학식 2로 정의되는 값이다.Here, MTF (Modulation Transfer Function) depends on the spatial frequency of the cycle per millimeter, and is a value defined by the following equation (2) between the maximum intensity (Max) and the minimum intensity (Min) of light.

Figure 112007066065295-pat00005
Figure 112007066065295-pat00005

즉, MTF가 1인 경우 가장 이상적이며 MTF 값이 감소할수록 해상도가 떨어진다.In other words, when the MTF is 1, it is most ideal. The resolution decreases as the MTF value decreases.

도 5와 도 6에 도시한 바와 같이, 원거리 및 근거리의 MTF 특성이 우수하며, 액정렌즈를 이용하여 고해상도를 구현할 수 있는 자동초점형 초소형 광학계를 구현할 수 있다는 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 5 and FIG. 6, it can be seen that the MTF characteristics of the long distance and the short distance are excellent, and the autofocus type micro optical system capable of realizing high resolution using a liquid crystal lens can be implemented.

<제2 실시예>Second Embodiment

본 발명의 제2 실시예에 따른 자동초점 렌즈의 F 넘버(FNO)는 2.6이고, 초점 거리 f는 3.9㎜의 값을 가지며, 화각(field angle, 2ω)은 60°이고, 전체 광학계길이 TTL 은 4.8mm의 값을 가진다.The F number F NO of the autofocus lens according to the second exemplary embodiment of the present invention is 2.6, the focal length f has a value of 3.9 mm, the field angle (2ω) is 60 °, and the total optical system length TTL. Has a value of 4.8 mm.

표 4에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 렌즈를 구성하는 각 렌즈의 실시예값이 기재되어 있다.Table 4 shows the example values of each lens constituting the lens according to the second embodiment of the present invention.

여기서, r은 렌즈면의 곡률반경, t는 렌즈의 두께 또는 렌즈면 간의 거리를 나타내며, n은 굴절률을 표시한다. 한편, 길이를 나타내는 값의 단위는 ㎜이다. Here, r represents a radius of curvature of the lens surface, t represents a thickness of the lens or a distance between the lens surfaces, and n represents a refractive index. In addition, the unit of the value which shows a length is mm.

Figure 112007066065295-pat00006
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표 4에서, ※는 곡률이 가변인 면을 나타내며, 는 비구면을 나타내며, 물체의 거리에 따른 제4면의 곡률 반경은 다음의 표 5와 같다.In Table 4, * denotes a surface having a variable curvature, denotes an aspherical surface, and the radius of curvature of the fourth surface according to the distance of the object is shown in Table 5 below.

Figure 112007066065295-pat00007
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표 5에 나타난 바와 같이 액정렌즈를 사용하는 경우 액정렌즈의 위상차변화가 곡률 반경변화와 같은 역할을 수행하여 자동 초점조절이 이루어지므로 초근접 촬영이 가능해진다. 따라서 휴대전화에 장착된 카메라 모듈을 통하여 지문인식이나 문자 인식이 가능하다는 이점이 있다.As shown in Table 5, when the liquid crystal lens is used, the phase difference change of the liquid crystal lens plays the same role as the change in the radius of curvature so that auto focusing is performed, thereby allowing super close-up photography. Therefore, there is an advantage that the fingerprint recognition or character recognition is possible through the camera module mounted on the mobile phone.

즉, 코드 서비스(신문, 잡지 등에 바코드 처럼 생긴 특수문자에 카메라를 갖다대면 휴대전화에 관련정보가 표시되는 서비스)를 한층 발전시킬 수 있으며, 더 나아가 스캐너 기능이나 광학 줌기능을 구현할 수도 있다.That is, the code service (a service in which related information is displayed on a mobile phone when a camera is placed on a special character like a barcode in a newspaper or a magazine) can be further developed. Furthermore, a scanner function or an optical zoom function can be implemented.

그리고, 수학식 1에 따라 산출되는 본 발명의 제2실시예에 따른 각 비구면 계수는 다음의 표 6과 같으며, 제2실시예에서는 제1실시예와 마찬가지로 제1 렌즈군(LG1) 제1 렌즈(110)의 물체측 면(2), 제1 렌즈군(LG1) 제3 렌즈(130)의 상측 면(6), 제3 렌즈군(LG3)의 물체측 면(9)과 상측 면(10) 및 제4 렌즈군(LG4)의 물체측 면(11)과 상측 면(12)이 비구면이다.In addition, each aspherical coefficient according to the second embodiment of the present invention calculated according to Equation 1 is shown in Table 6 below. In the second embodiment, like the first embodiment, the first lens group LG1 is first. The object side surface 2 of the lens 110, the image side surface 6 of the first lens group LG1, the third lens 130, and the object side surface 9 and the image side surface of the third lens group LG3 ( 10) and the object-side surface 11 and the image-side surface 12 of the fourth lens group LG4 are aspherical surfaces.

Figure 112007066065295-pat00008
Figure 112007066065295-pat00008

도 7에는 이러한 실시예값으로 이루어지는 본 발명의 제2 실시예에 따른 구면수차, 비점수차 및 왜곡의 특성이 도시되어 있으며, 비점수차 그래프에서 " S " 는 새지털(Sagital), " T " 는 탄젠셜(Tangential)을 나타낸다.Fig. 7 shows the characteristics of spherical aberration, astigmatism, and distortion according to the second embodiment of the present invention, which is composed of such embodiment values. In the astigmatism graph, "S" is sagittal and "T" is burnt. Represents a tangential.

한편, 도 8과 도 9에는 이러한 실시예값으로 이루어지는 본 발명의 제 2실시예에 의한 광학계 MTF 특성이 도시되어 있으며, 도 8은 원거리, 도 9는 근거리에 대한 MTF특성을 나타내고 있다.8 and 9 show the optical system MTF characteristics according to the second embodiment of the present invention, which is composed of such embodiment values, and FIG. 8 shows the MTF characteristics for the long distance and FIG.

도 8 및 도 9를 참조하면, 상고(렌즈의 중심으로부터의 거리)가 0 일 때 밀리미터당 공간주파수의 MTF 변화를 나타내며, 0.5 필드(field), 0.7 필드, 0.9 및 1.0 필드일 때 밀리미터당 공간주파수의 MTF 변화를 각각 나타내고 있다. 또한, T는 원심원상(tangential)의 MTF, R은 방사원상의 MTF를 나타낸다.8 and 9 show the MTF change of spatial frequency per millimeter when the image height (distance from the center of the lens) is 0, and the space per millimeter when 0.5 fields, 0.7 fields, 0.9 and 1.0 fields The MTF change of frequency is shown, respectively. T represents a tangential MTF and R represents a MTF on a radiation source.

여기서, MTF(Modulation Transfer Function)는 밀리미터당 사이클의 공간주파수에 의존하며, 광의 최대 강도(Max)와 최소 강도(Min) 사이에 수학식 2로 정의되는 값이다.Here, the MTF (Modulation Transfer Function) is a value defined by Equation 2 between the maximum intensity Max and the minimum intensity Min of the light, depending on the spatial frequency of the cycle per millimeter.

즉, MTF가 1인 경우 가장 이상적이며 MTF 값이 감소할수록 해상도가 떨어진다.In other words, when the MTF is 1, it is most ideal. The resolution decreases as the MTF value decreases.

도 8과 9에 도시한 바와 같이, 원거리 및 근거리의 MTF 특성이 우수하며, 액정렌즈를 이용하여 고해상도를 구현할 수 있는 자동초점형 초소형 광학계를 구현할 수 있다는 것을 확인할 수 있다. As shown in Figures 8 and 9, it can be seen that the MTF characteristics of the remote and short distance is excellent, and the autofocus type micro-optical system capable of realizing high resolution using the liquid crystal lens can be implemented.

한편, 상기 제1 실시예와 제2 실시예에 대한 조건식 1 내지 11의 값은 다음의 표 7과 같다. On the other hand, the values of the conditional expressions 1 to 11 for the first embodiment and the second embodiment are shown in Table 7 below.

Figure 112007066065295-pat00009
Figure 112007066065295-pat00009

상기 표 7에서와 같이 본 발명의 제1 실시예와 제2 실시예는 조건식 1 내지 11을 만족하고 있음을 확인할 수 있다. As shown in Table 7, it can be seen that the first and second embodiments of the present invention satisfy conditional expressions 1 to 11.

도 1은 일반적인 액정렌즈를 도시한 개략적인 구성도이다. 1 is a schematic diagram illustrating a general liquid crystal lens.

도 2(a)는 액정렌즈의 광학특성을 도시한 그래프이다. 2 (a) is a graph showing the optical characteristics of the liquid crystal lens.

도 2(b)는 광학렌즈의 광학특성을 도시한 그래프이다. 2B is a graph showing the optical characteristics of the optical lens.

도 3은 본 발명에 의한 자동 초점조절 광학계를 도시한 렌즈의 구성도이다.3 is a block diagram of a lens showing the auto focus optical system according to the present invention.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 광학계의 구면수차, 비점수차, 왜곡의 특성을 도시한 그래프이다. 4 is a graph showing characteristics of spherical aberration, astigmatism, and distortion of the optical system according to the first embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 광학계의 원거리에 대한 MTF 특성을 도시한 그래프이다. FIG. 5 is a graph showing MTF characteristics of a long distance of an optical system according to a first embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 의한 광학계의 근거리에 대한 MTF 특성을 도시한 그래프이다.FIG. 6 is a graph illustrating MTF characteristics of a short range of an optical system according to a first exemplary embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 의한 광학계의 구면수차, 비점수차, 왜곡의 특성을 도시한 그래프이다. 7 is a graph showing the characteristics of spherical aberration, astigmatism, and distortion of the optical system according to the second embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 의한 광학계의 원거리에 대한 MTF 특성을 도시한 그래프이다. 8 is a graph showing the MTF characteristics over a long distance of the optical system according to a second embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 의한 광학계의 근거리에 대한 MTF 특성을 도시한 그래프이다9 is a graph illustrating MTF characteristics of a short range of an optical system according to a second exemplary embodiment of the present invention.

Claims (12)

물체측으로부터 순서대로, In order from the object side, 인가되는 전압에 따라 내부에 포함된 액정에서 위상차 분포가 형성되어 곡률이 변화하는 것과 같은 동작을 하여 경계면이 렌즈의 면의 역할을 수행하는 액정렌즈, 및 적어도 1개의 굴절면이 비구면인 렌즈를 구비하고, 양의 굴절력을 갖는 제1 렌즈군; A liquid crystal lens in which a phase difference distribution is formed in the liquid crystal contained therein according to the applied voltage, and the curvature changes, and the boundary surface serves as the surface of the lens, and at least one refractive surface is an aspherical lens. A first lens group having positive refractive power; 적어도 1개의 굴절면이 비구면이고, 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈군; A second lens group having at least one refractive surface aspherical and having negative refractive power; 적어도 1개의 굴절면이 비구면이며, 양의 굴절력을 갖는 제3 렌즈군; 및 At least one refractive surface is an aspherical surface, and has a third lens group having positive refractive power; And 적어도 1개의 굴절면이 비구면이고, 음의 굴절력을 갖는 제4 렌즈군; 을 포함하는 자동 초점조절 광학계.A fourth lens group having at least one refractive surface aspherical and having negative refractive power; Auto focusing optical system comprising a. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 액정렌즈의 굴절능에 관하여 다음의 조건식 1을 만족하는 자동 초점조절 광학계. An autofocusing optical system that satisfies the following Conditional Expression 1 regarding the refractive power of the liquid crystal lens. (조건식 1)(Condition 1) 0 ≤ D ≤ 20 0 ≤ D ≤ 20 D : 상기 액정렌즈의 위상차 변화로 렌즈의 초점거리가 변화하는 면의 굴절능(단위:디옵터)D: refractive power (unit: diopter) of the plane in which the focal length of the lens changes due to the phase shift of the liquid crystal lens 제2항에 있어서, 상기 렌즈군 전체의 광축방향치수에 관하여 다음의 조건식 2를 추가로 만족하는 것을 특징으로 하는 자동 초점조절 광학계.The optical focusing optical system according to claim 2, wherein the following Conditional Expression 2 is further satisfied with respect to the optical axis direction dimension of the entire lens group. (조건식 2)(Condition 2) 1.0〈 TTL/f〈 1.51.0 <TTL / f <1.5 TTL : 개구조리개로부터 상면까지의 거리TTL: Distance from the dog stop to the top f : 광학계의 합성 초점거리f: composite focal length of optical system 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 렌즈군의 파워에 관하여 다음의 조건식 3을 추가로 만족하는 것을 특징으로 하는 자동 초점조절 광학계.The autofocus optical system according to claim 2 or 3, wherein the following conditional expression 3 is further satisfied with respect to power of the first lens group. (조건식 3)(Condition 3) 0.5〈 f1/f〈 0.80.5 <f1 / f <0.8 f1 : 제1 렌즈군의 합성 초점거리f1: composite focal length of the first lens group 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 렌즈군의 형상에 다음의 조건식 4와 조건식 5를 추가로 만족하는 것을 특징으로 하는 자동 초점조절 광학계.4. The autofocus optical system according to claim 2 or 3, wherein the following conditional expressions 4 and 5 are further satisfied with the shape of the first lens group. (조건식 4)(Condition 4) 0.4〈 r2/f〈 0.70.4 <r2 / f <0.7 r2 : 제1 렌즈군의 물체측 면의 곡률반경r2: radius of curvature of the object-side surface of the first lens group (조건식 5)(Condition 5) 0.7〈 |r6|/f〈 0.90.7 <| r6 | / f <0.9 r6: 제1 렌즈군의 상측 면의 곡률반경r6: radius of curvature of the image-side surface of the first lens group 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2 렌즈군의 파워에 관하여 다음의 조건식 6을 추가로 만족하는 것을 특징으로 하는 자동 초점조절 광학계.The autofocus optical system according to claim 2 or 3, wherein the following conditional expression 6 is further satisfied with respect to the power of the second lens group. (조건식 6)(Condition 6) 0.7〈 |f2|/f〈 1.10.7 <| f2 | / f <1.1 f2 : 제2 렌즈군의 합성 초점거리f2: composite focal length of the second lens group 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2 렌즈군의 형상에 다음의 조건식 7을 추가로 만족하는 것을 특징으로 하는 자동 초점조절 광학계.4. The autofocus optical system according to claim 2 or 3, wherein the following conditional expression 7 is further satisfied with the shape of the second lens group. (조건식 7)(Condition 7) 0.7 〈 r8/f〈 1.00.7 〈r8 / f 〈1.0 r8: 제2 렌즈군의 상측 면의 곡률반경r8: radius of curvature of the image-side surface of the second lens group 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제3 렌즈군의 파워에 관하여 다음의 조건식 8을 추가로 만족하는 것을 특징으로 하는 자동 초점조절 광학계.The autofocus optical system according to claim 2 or 3, wherein the following conditional expression 8 is further satisfied with respect to power of the third lens group. (조건식 8)(Condition 8) 1.0〈 f3/f〈 3.01.0 <f3 / f <3.0 f3 : 제3 렌즈군의 합성 초점거리f3: composite focal length of the third lens group 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제3 렌즈군의 형상에 다음의 조건식 9을 추가로 만족하는 것을 특징으로 하는 자동 초점조절 광학계.The autofocus optical system according to claim 2 or 3, wherein the following conditional expression 9 is further satisfied with the shape of the third lens group. (조건식 9)(Condition 9) 0.1 〈 r10/f〈 0.50.1 <r10 / f <0.5 r10: 제3 렌즈군의 상측 면의 곡률반경r10: radius of curvature of the image-side surface of the third lens group 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제4 렌즈군의 파워에 관하여 다음의 조건식 10을 추가로 만족하는 것을 특징으로 하는 자동 초점조절 광학계.The autofocus optical system according to claim 2 or 3, wherein the following conditional expression 10 is further satisfied with respect to power of the fourth lens group. (조건식 10)(Condition 10) 1.0〈 f4/f〈 4.01.0 <f4 / f <4.0 f4 : 제4 렌즈군의 합성 초점거리f4: composite focal length of the fourth lens group 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제4 렌즈군의 형상에 다음의 조건식 11을 추가로 만족하는 것을 특징으로 하는 자동 초점조절 광학계.The optical focusing optical system according to claim 2 or 3, wherein the following conditional expression 11 is further satisfied with the shape of the fourth lens group. (조건식 11)(Condition 11) 0.1 〈 r12/f〈 0.40.1 <r12 / f <0.4 r12: 제4렌즈군의 상측 면의 곡률반경r12: radius of curvature of the image-side surface of the fourth lens group 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1렌즈군의 전단에 불필요한 광을 제거하기 위한 개구 조리개; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 초점 조절 광학계.An aperture stop according to any one of claims 1 to 3, further comprising: an aperture stop for removing unnecessary light at the front end of the first lens group; Auto focusing optical system comprising a.
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