KR101034103B1

KR101034103B1 - 줌 렌즈

Info

Publication number: KR101034103B1
Application number: KR1020080105259A
Authority: KR
Inventors: 이경환
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2011-05-13
Also published as: KR20100046426A

Abstract

실시예에 따른 줌 렌즈는 제1렌즈군, 제2렌즈군, 제3렌즈군 및 제4렌즈군을 포함하는 줌잉부; 및 적어도 하나 이상의 렌즈가 배치되고, 상기 줌잉부에 의해 형성된 상을 재결상하는 결상부를 포함하며, 상기 결상부는 상기 줌잉부로부터 입사되는 광의 방향을 전환시킬 수 있는 반사부재를 포함한다.

줌 렌즈

Description

줌 렌즈{Zoom Lens}

실시예는 고해상도 이미지 센서를 이용하는 카메라 모듈에 사용되는 줌 렌즈에 관한 것이다.

최근에 이미지 픽업 시스템(Image Pickup System)과 관련하여 통신단말기용 카메라 모듈, 디지탈 스틸 카메라(DSC, Digital Still Camera), 캠코더, PC 카메라(퍼스널 컴퓨터에 부속된 촬상장치) 등이 연구되고 있다. 이러한 이미지 픽업 시스템과 관련된 카메라 모듈이 상(image)을 얻기 위해 가장 중요한 구성요소는 상(image)을 결상하는 촬상 렌즈이다.

실시예는 광학적으로 수차특성이 우수하며, 높은 줌비를 가지는 줌 렌즈를 제공한다.

실시예에 따른 줌 렌즈는 4개의 렌즈군을 포함하는 줌잉부 및 상기 줌잉부에 의해 결상된 상을 재결상하고 수차(aberration)을 보상하는 역할을 결상부를 배치시켜, 높은 줌비를 가지면서도 우수한 성능을 가지는 중적외선 파장대역 줌 렌즈를 설계할 수 있다.

또한, 반사부재에 의해 줌잉부로부터 입사되는 광의 방향을 전환할 수 있는 구조로 설계됨으로써, 높은 줌비를 가지면서도 렌즈계의 길이가 짧은 줌 렌즈를 설계할 수 있다.

제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈, 제4렌즈, 제5렌즈, 제8렌즈, 제9렌즈 및 제10렌즈의 적어도 어느 한 면이 비구면으로 이루어진 줌 렌즈를 구현함으로써, 수차 특성이 우수한 줌 렌즈를 구현할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 줌 렌즈에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 망원(tele), 도 2는 중간(middle), 도 3은 광각(wide)에서의 실시예에 따른 줌 렌즈의 내부 구조를 개략적으로 도시한 측단면도이다.

도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 줌 렌즈는 기계보정식 4군의 줌으로 구성된 줌잉부(100) 및 상기 줌잉부(100)에 의해 결상된 상을 재결상하고 수차(aberration)를 보상하는 결상부(200)를 포함한다.

상기 줌잉부(100)는 제1렌즈군(G1), 제2렌즈군(G2), 제3렌즈군(G3) 및 제4렌즈군(G4)을 포함하며, 상기 결상부(200)는 제8렌즈(8), 제9렌즈(9), 반사부재(30), 제10렌즈(10), 제1평행판(11), 조리개(12), 제2평행판(13) 및 수광소자(14)를 포함한다.

피사체 영상을 획득하기 위하여 피사체의 영상 정보에 해당되는 광은 상기 제1렌즈군(G1), 제2렌즈군(G2), 제3렌즈군(G3), 제4렌즈군(G4) 및 상기 반사부재(30)를 포함하는 상기 결상부(200)를 통과하여 상기 수광소자(14)에 입사된다.

그리고, 상기 제2렌즈군(G2), 제3렌즈군(G3) 및 제4렌즈군(G4)을 광축 방향으로 이동시켜, 배율을 변화시킴으로써 줌(zoom)을 구현할 수 있다.

상기 제1렌즈군(G1)은 양(+)의 파워(power)를 갖는 제1렌즈(1)를 포함하고, 상기 제2렌즈군(G2)은 음(-)의 파워를 가지는 제2렌즈(2)를 포함한다.

상기 제1렌즈(1) 및 제2렌즈(2)는 게르마늄(Germanium)으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1렌즈(1)의 물체측면(R1)과 상측면(R2), 상기 제2렌즈(2)의 물체측면(R3)은 비구면으로 형성될 수 있다.

상기 제1렌즈군(G1) 및 제2렌즈군(G2)은 각각 1매의 단일 렌즈로 구성되어 배율을 변화시킬 수 있다.

그리고, 상기 제3렌즈군(G3)은 양(+)의 파워를 가지며, 제3렌즈(3), 제4렌즈(4) 및 제5렌즈(5)를 포함하며, 배율 변화에 따른 보상자(compensator)의 역할을 할 수 있다.

상기 제3렌즈(3), 제4렌즈(4) 및 제5렌즈(5)는 물체측으로부터 상측으로 차례대로 배치될 수 있으며, 상기 제3렌즈(3)는 양(+)의 파워, 상기 제4렌즈(4) 및 제5렌즈(5)는 음(-)의 파워를 가질 수 있다.

상기 제3렌즈(3)는 실리콘(Silicon)으로 형성될 수 있으며, 상기 제4렌즈(4) 및 제5렌즈(5)는 게르마늄(Ge)으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제3렌즈(3)의 물체측면(R5)과 상측면(R6), 상기 제4렌즈(4)의 상측면(R7), 상기 제5렌즈(5)의 상측면(R9)은 비구면으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제4렌즈군(G4)은 양(+)의 파워를 가지며, 제6렌즈(6) 및 제7렌즈(7)를 포함하며, 초점조절렌즈의 역할을 할 수 있다.

상기 제6렌즈(6) 및 제7렌즈(7)는 모두 양(+)의 파워를 가지며, 상기 제6렌즈(6)는 게르마늄(Ge)으로, 상기 제7렌즈(7)는 실리콘(Si)으로 형성될 수 있다.

그리고, 도 1b에 보다 자세하게 도시되어 있는 상기 결상부(200)는 제8렌즈(8), 제9렌즈(9), 반사부재(30), 제10렌즈(10), 제1평행판(11), 조리개(12), 제2 평행판(13) 및 수광소자(14)를 포함한다.

상기 결상부(200)는 상기 줌잉부(100)에 의해 결상된 상을 재결상하고 수차(aberration)을 보상하는 역할을 한다.

상기 제8렌즈(8) 및 제10렌즈(10)는 음(-)의 파워를 가지고, 상기 제9렌즈(9)는 양(+)의 파워를 가진다.

상기 제8렌즈(8), 제10렌즈(10) 및 제2평행판(13)은 게르마늄(Ge)으로, 상기 제9렌즈(9) 및 제1평행판(11)은 실리콘(Si)으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제8렌즈(8)의 상측면(R17), 상기 제9렌즈(9)의 물체측면(R18)과 상측면(R19), 상기 제10렌즈(10)의 물체측면(R21)은 비구면으로 형성될 수 있다.

상기 반사부재(30)는 거울(mirror)로 형성될 수 있으며, 상기 반사부재(30)의 반사면은 입사광의 주광선을 90°로 반사시켜, 상기 줌잉부(100)로부터 입사되는 광을 상기 수광소자(14)로 반사시킬 수 있다.

상기 반사부재(30)에 의해 상기 줌잉부(100)로부터 입사되는 광의 방향을 전환할 수 있는 구조로 설계됨으로써, 높은 줌비를 가지면서도 렌즈계의 길이가 짧은 줌 렌즈를 설계할 수 있다.

상기 조리개(12)는 상기 제1평행판(11)과 제2평행판(13)의 사이에 배치되며, 입사되는 빛을 선택적으로 수렴하여 초점거리(focus length)를 조절하는 기능을 수행한다.

그리고, 상기 수광소자(14)는 피사체 영상에 대응하는 광신호를 전기적인 신 호로 변환하는 이미지 센서로 이루어질 수 있으며, 상기 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서로 이루어질 수 있다.

상기 제1렌즈(1), 제2렌즈(2), 제3렌즈(3), 제4렌즈(4), 제5렌즈(5), 제8렌즈(8), 제9렌즈(9) 및 제10렌즈(10)의 적어도 어느 한 면이 비구면으로 이루어져, 구면수차(spherical aberration), 코마수차(comatic aberration), 비점수차(astigmatism)를 보정할 수 있다.

실시예에 따른 줌 렌즈는 다음의 표 1과 같은 광학적 특징을 가진다.

렌즈면	곡률반경(mm)	두께(mm)	굴절율(N)	비고
R1*	146.8056	5.9547	4.02061	Germanium
R2*	217.9332	Z1
R3*	-347.4211	4.6776	4.02061	Germanium
R4	185.4984	Z2
R5*	82.7142	5.0000	3.42490	Silicon
R6*	-1048.4147	2.0133
R7*	-1399.7065	4.0000	4.02061	Germanium
R8	413.6058	2.0000
R9*	44.4834	4.0210	4.02061	Germanium
R10	33.4935	Z3
R11	64.3911	4.0071	4.02061	Germanium
R12	71.6538	4.8349
R13	22.8003	3.0491	3.42490	Silicon
R14	21.9338	27.5764
R15	∞	4.1169		가상면
R16	-13.3771	3.0000	4.02061	Germanium
R17*	-27.8484	2.0000
R18*	-31.2249	3.2821	3.42490	Silicon
R19*	-16.0613	10.0000
R20	∞	-20.0000		조리개
R21*	-211.3606	-3.0000	4.02061	Germanium
R22	97.9867	-5.0000
R23	∞	-1.6000	3.42490	Silicon
R24	∞	-2.3850
R25	∞	-24.0000
R26	∞	-0.3000	4.02061	Germanium
R27	∞	-0.7000
R28	∞	0		센서

(* 표시는 비구면을 나타낸다)

상기 표 1에 표기한 두께는 각 렌즈면에서 다음 렌즈면까지의 거리를 나타내며, 상기 R15면은 상기 줌잉부와 결상부 사이의 가상면이다.

상기 두께에 표기된 Z1, Z2, Z3는 줌(zoom)에 따라 변화되며, 아래의 표 2는 망원(tele), 중간(middle), 광각(wide)에서의 두께 값이다.

	Z1	Z2	Z3
Tele	79.4928	4	131.2591
Middle	74.2178	63.6497	76.8844
Wide	13.3443	140.4549	60.9527

아래의 표 3은 실시예의 비구면 렌즈에 대한 비구면 계수 값이다.

렌즈면	K	A₁	A₂	A₃	A₄
R1	-0.002174	-4.79805×10^-11	-6.06192×10^-14	-2.79678×10^-17	3.32727×10^-20
R2	-0.145108	-2.10798×10^-9	-6.34455×10^-14	-8.32043×10^-17	5.32946×10^-20
R3	3.467193	4.18556×10^-8	1.06281×10^-10	-3.98073×10^-13	5.40601×10^-16
R5	0	0	0	0	0
R6	-4344.076805	9.24091×10^-7	-2.30588×10^-9	6.03935×10^-12	-8.69799×10^-15
R7	3745.650747	-4.45407×10^-7	2.23601×10^-10	4.94926×10^-12	-1.15338×10^-14
R9	0.300835	1.68624×10^-6	-2.75183×10^-9	-2.59689×10^-13	9.41951×10^-15
R17	-0.295566	2.42007×10^-5	5.27221×10^-7	-7.03143×10^-10	-3.61613×10^-11
R18	4.849815	-9.70939×10^-6	4.69160×10^-8	-1.72973×10^-10	7.01351×10^-12
R19	0.321417	-4.03575×10^-6	-1.22061×10^-7	3.34666×10^-11	-2.57902×10^-12
R21	-17.348173	3.78064×10^-6	-1.73651×10^-8	3.03581×10^-11	1.31271×10^-12

실시예의 비구면 렌즈에 대한 표 3의 비구면 계수 값은 다음의 수학식 1로부터 얻을 수 있다.

Z : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리

C : 렌즈의 기본 곡률

Y : 광축에 수직인 방향으로의 거리

K : 코닉 상수(Conic constant)

A₁, A₂, A₃, A₄, A₅ : 비구면 계수(Aspheric constant)

즉, 상기의 비구면 계수 값을 갖는 상기 제1렌즈(1), 제2렌즈(2), 제3렌즈(3), 제4렌즈(4), 제5렌즈(5), 제8렌즈(8), 제9렌즈(9) 및 제10렌즈(10)를 사용함으로써, 구면수차, 코마수차, 비점수차를 보정할 수 있으며, 또한, 왜곡(distortion)도 양호하게 보정할 수 있다.

아래의 표 4는 실시예의 각 렌즈군의 파워 및 각 렌즈의 파워에 대한 값이다.

제1렌즈군(G1)	0.00725
제2렌즈군(G2)	-0.02554
제3렌즈군(G3)	0.01210
제4렌즈군(G4)	0.01330
제3렌즈(3)	0.03147
제4렌즈(4)	-0.00948
제5렌즈(5)	-0.01616
제6렌즈(6)	0.00686
제7렌즈(7)	0.00626
제8렌즈(8)	-0.09910
제9렌즈(9)	0.08454
제10렌즈(10)	-0.04550

이상에서 설명한 실시예에 따른 줌 렌즈의 망원(tele), 중간(middle), 광각(wide)에서의 초점거리와 상기 제1렌즈의 물체측면부터 결상면까지의 거리는 다음의 표 5와 같다.

망원에서의 초점거리(ft)	415.0001 mm
중간에서의 초점거리(fm)	185 mm
광각에서의 초점거리(fw)	37 mm
제1렌즈 물체측면부터 결상면까지의 거리(∑T)	248 mm

이때, 망원에서의 초점거리(ft), 중간에서의 초점거리(fm), 광각에서의 초점거리(fw)는 상기의 표 5에 한정되지 않고, 다음의 조건을 만족할 수 있다.

415＜ft＜440 [Tele]

185＜fm＜200 [Middle]

37＜fw＜40 [Wide]

그리고, 상기 광각에서의 초점거리(fw)에 대한 상기 망원에서의 초점거리(ft)의 비(ft/fw)인 줌비(zoom ratio;ZR)는 11.2이다.

그러나, 상기 줌비(ZR)는 이에 한정되지 않고, 망원에서의 초점거리(ft) 및 광각에서의 초점거리(fw)에 따라 다음의 조건을 만족할 수 있다.

10＜ZR＜12

실시예에 따른 줌 렌즈는 상기의 줌비를 만족함으로써, 원거리 지형 관측 및 감시 시스템 성능 결정의 기준이 되는 국제 영상 판독 가능척도(National Imagery Interpretability Rating Scale; NIIRS)의 Level 5를 만족할 수 있으며, 이로 인해 무인 항공기 등에 탑재가 가능할 수 있다.

도 4 내지 도 9는 실시예에 따른 줌 렌즈의 수차 특성을 도시한 그래프이다.

도 4 내지 도 6은 망원(tele), 중간(middle), 광각(wide)에 따른 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 측정한 그래프를 도시한 것이다.

그리고, 도 7 내지 도 9는 망원(tele), 중간(middle), 광각(wide)에 따른 코마수차(Coma Aberration)를 측정한 그래프를 도시한 것이다.

도 4 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 거의 모든 필드에서 상들의 값이 축에 인접하게 나타나므로, 실시예에 따른 줌 렌즈는 수차 특성이 우수한 것을 알 수 있다.

이때, 상기 구면수차는 각 파장에 따른 구면수차를 나타내고,상기 비점수차는 상면의 높이에 따른 탄젠셜면(tangential plane)과 새지털면(sagittal plane)의 수차특성을 나타내며, 상기 왜곡수차는 상면의 높이에 따른 왜곡도를 보여준다.

또한, 상기 코마수차는 상면의 높이(field hight)에 따라 각 파장에 따른 탄젠셜(tangential)과 새지털(sagittal)의 수차 특성을 나타내었다.

이상의 실시예에 따른 줌 렌즈는 4개의 렌즈군을 포함하는 줌잉부 및 상기 줌잉부에 의해 결상된 상을 재결상하고 수차(aberration)을 보상하는 역할을 하는 결상부를 배치시켜, 높은 줌비를 가지면서도 우수한 성능을 가지는 적외선 파장대역 줌 렌즈를 설계할 수 있다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

제1렌즈군, 제2렌즈군, 제3렌즈군 및 제4렌즈군을 포함하는 줌잉부; 및

적어도 하나 이상의 렌즈가 배치되고, 상기 줌잉부에 의해 형성된 상을 재결상하고 수차를 보상하는 결상부를 포함하며,

상기 결상부는 상기 줌잉부로부터 입사되는 광의 방향을 전환시킬 수 있는 반사부재와 제1평행판 및 제2평행판을 포함하는 줌 렌즈.
제 1항에 있어서,

상기 제1렌즈군, 제2렌즈군, 제3렌즈군 및 제4렌즈군은 물체측으로부터 순서대로 배치되는 것을 포함하는 줌 렌즈.
제 1항에 있어서,

상기 제2렌즈군, 제3렌즈군 및 제4렌즈군의 이동으로 배율을 조절할 수 있는 줌 렌즈.
제 1항에 있어서,

상기 제1렌즈군은 양(+)의 파워를 가지고, 상기 제2렌즈군은 음(-)의 파워를 가지고, 상기 제3렌즈군은 양(+)의 파워를 가지며, 상기 제4렌즈군은 양(+)의 파워를 가지는 것을 포함하는 줌 렌즈.
제 1항에 있어서,

상기 제1렌즈군은 제1렌즈를 포함하고,

상기 제2렌즈군은 제2렌즈를 포함하고,

상기 제3렌즈군은 제3렌즈, 제4렌즈 및 제5렌즈를 포함하며,

상기 제4렌즈군은 제6렌즈 및 제7렌즈를 포함하는 줌 렌즈.
제1렌즈군, 제2렌즈군, 제3렌즈군 및 제4렌즈군을 포함하는 줌잉부; 및

적어도 하나 이상의 렌즈가 배치되고, 상기 줌잉부에 의해 형성된 상을 재결상하는 결상부를 포함하며,

상기 결상부는 상기 줌잉부로부터 입사되는 광의 방향을 전환시킬 수 있는 반사부재를 포함하고,

상기 제1렌즈군은 제1렌즈를, 상기 제2렌즈군은 제2렌즈를, 상기 제3렌즈군은 제3렌즈, 제4렌즈 및 제5렌즈를, 상기 제4렌즈군은 제6렌즈 및 제7렌즈를 포함하고,

상기 제1렌즈, 제3렌즈, 제6렌즈 및 제7렌즈는 양(+)의 파워를 가지고, 상기 제2렌즈, 제4렌즈 및 제5렌즈는 음(-)의 파워를 갖는 줌 렌즈.
제 1항에 있어서,

상기 제1렌즈군, 제2렌즈군 및 제3렌즈군은 적어도 하나 이상의 비구면을 가지는 렌즈를 포함하는 줌 렌즈.
제 5항에 있어서,

상기 제1렌즈 및 제3렌즈는 양면이 모두 비구면이고,

상기 제2렌즈, 제4렌즈 및 제5렌즈는 물체측면이 비구면인 것을 포함하는 줌 렌즈.
제 5항에 있어서,

상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제4렌즈, 제5렌즈 및 제6렌즈는 게르마늄(Ge)으로 형성되고,

상기 제3렌즈 및 제7렌즈는 실리콘(Si)으로 형성된 것을 포함하는 줌 렌즈.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 적어도 하나 이상의 렌즈는 양(+)의 파워를 가지는 제9렌즈와 음(-)의 파워를 가지는 제8렌즈 및 제10렌즈를 포함하는 줌 렌즈.
제 1항에 있어서,

상기 제1평행판과 제2평행판 사이에 배치된 조리개를 포함하는 줌 렌즈.
제 1항에 있어서,

상기 결상부에 배치된 렌즈는 적어도 하나 이상의 비구면을 가지는 것을 포함하는 줌 렌즈.
제 11항에 있어서,

상기 제8렌즈는 상측면이 비구면이고,

상기 제9렌즈는 양면이 모두 비구면이며,

상기 제10렌즈는 물체측면이 비구면인 것을 포함하는 줌 렌즈.
제 11항에 있어서,

상기 제8렌즈, 제10렌즈 및 제2평행판은 게르마늄(Ge)으로 형성되고,

상기 제9렌즈 및 제1평행판은 실리콘(Si)으로 형성된 것을 포함하는 줌 렌즈.
제 1항에 있어서,

망원에서의 초점거리를 ft, 중간에서의 초점거리를 fm, 광각에서의 초점거리를 fw라 할 때,

415＜ft＜440 [Tele]

185＜fm＜200 [Middle]

37＜fw＜40 [Wide]

의 조건을 만족하는 줌 렌즈.
제 1항에 있어서,

광각에서의 초점거리(fw)에 대한 망원에서의 초점거리(ft)의 비(ft/fw)를 ZR이라 할 때,

10＜ZR＜12

의 조건을 만족하는 줌 렌즈.