이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있 다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 렌즈 구성도이다.
이하의 렌즈 구성도에서, 렌즈의 두께, 크기, 형상은 설명을 위해 다소 과장되게 도시되었으며, 특히 렌즈 구성도에서 제시된 구면 또는 비구면의 형상을 일 예로 제시되었을 뿐 이 형상에 한정되지 않는다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 촬상 광학계는, 정의 굴절력을 가지며 양면이 볼록한 제1렌즈(L1), 부의 굴절력을 가지며 물체측면이 물체측으로 볼록한 제2렌즈(L2), 정의 굴절력을 가지면 상측으로 볼록한 메니스커스 형상의 제3렌즈(L3), 및 정 또는 부의 굴절력을 가지며 상측면이 상측으로 오목한 제4렌즈(L4)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제4렌즈(L4)의 양면은 비구면으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1렌즈(L1)의 물체측면으로부터 물체측 방향으로 일정 거리 이격되어 빛의 양을 조절하는 개구 조리개(AS)가 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 촬상 광학계에서는 상기 제2렌즈(L2)의 물체측면을 물체측으로 볼록하게 형성함으로써 상기 제1렌즈(L1)에 대한 민감도를 일정 부분 상쇄시킬 수 있다. 구체적으로 상기 제2렌즈(L2)의 물체측면이 볼록하게 형성되는 경우 상기 제1렌즈(L1)를 통과하면서 수렴된 빛의 입사각이 작아지므로 스넬의 법칙에 따라 입사각 변화에 대한 출사각 변화의 비율이 작아진다.
상기와 같은 전체적인 구성하에서 다음의 조건식 1 내지 2의 작용효과에 대하여 살펴본다.
[조건식 1] |f4/f| > 5
여기서, f는 전체 광학계의 초점 거리이고, f4는 제4렌즈(L4)의 초점거리이다.
조건식 1은 제4렌즈(L4)의 굴절력에 관한 조건이다.
상측면에 가까운 제4렌즈(L4)의 굴절력을 크게 하면 형상 오차나 디센터(decenter) 등에 의해서 발생하는 광경로상의 오차도 커지게 된다. 특히, 상측면에 가까운 제4렌즈(L4)로 인하여 발생하는 수차는 이미지의 전체적인 화질 저하보다는 부분적인 화질 저하를 발생시키게 된다. 일반적으로 전체적인 화질 저하보다는 부분적인 화질 저하가 인식되기 쉬우므로 이를 개선할 필요가 있다. 따라서 상기 조건식 1을 만족하도록 상기 제4렌즈(L4)의 굴절력을 작게 함으로써 부분적인 화질 저하 현상을 방지할 수 있다.
[조건식 2] |f4/f3| > 2
여기서, f3은 제3렌즈(L3)의 초점거리이고, f4는 제4렌즈(L4)의 초점거리이 다.
조건식 2는 제3렌즈(L3) 및 제4렌즈(L4)의 굴절력에 관한 조건이다.
상기 조건식 1의 설명 부분에서 상술한 바와 같이 상측면에 가까운 렌즈의 굴절력을 작게 하는 것이 부분적인 화질 저하를 방지하기 위하여 중요하다. 따라서, 상기 제3렌즈(L3)보다 상측면에 더 가깝게 위치한 상기 제4렌즈(L4)의 굴절력이 상기 제3렌즈(L3)의 굴절력보다 작게 함으로써 부분적인 화질 저하 현상을 방지할 수 있다.
이하, 구체적인 수치 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 살펴본다.
이하의 실시예에서 사용되는 비구면은 공지의 수학식 1로부터 얻어지며, 코닉(Conic) 상수(K) 및 비구면 계수(A, B, C, D)에 사용되는 'E 및 이에 이어지는 숫자'는 10의 거듭제곱을 나타낸다. 예를 들어, E+01은 101을, E-02는 10-2를 나타낸다.
Z : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리
Y : 광축에 수직인 방향으로의 거리
r : 렌즈의 정점에서의 곡률 반경
K : 코닉(Conic) 상수
A,B,C,D,E,F : 비구면 계수
[제1실시예]
하기의 표 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 광학계의 수치예를 나타내고 있다. 또한, 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도이다. 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 각종 수차도를 나타낸 그래프이다. 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 MTF 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4a는 일반적인 4매 렌즈 구성의 광학계의 필드별 MTF 특성을 나타낸 그래프이며, 도 4b는 일반적인 4매 렌즈 구성의 광학계의 제4번 렌즈에 3um의 디센터가 발생하였을 때 필드별 MTF 특성을 나타낸 그래프이다.
또한, 도 5a는 본 발명의 제1실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 필드별 MTF 특성을 나타낸 그래프이며, 도 5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 제4렌즈(L4)에 3um의 디센터가 발생하였을 때 필드별 MTF 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4a 내지 도 5b를 비교하면, 동일한 디센터가 발생하는 경우 본 발명의 제1실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 성능저하가 일반적인 4매 렌즈 구성의 광학계에 비하여 심하지 않음을 확인할 수 있다.
제1실시예의 경우, F 넘버(FNo)는 2.8이고, 제1렌즈의 물체측 면으로부터 상면까지의 거리(TL)는 4.3mm, 광학계의 유효 초점 거리(f)는 3.54이고, 후초점 거리(BFL)는 1.56이다. 또한, 제1렌즈(L1)의 초점거리(f1)는 2.37mm, 제2렌즈(L2)의 초점거리(f2)는 -3.56mm, 제3렌즈(L3)의 초점거리(f3)는 14.13mm, 제4렌즈(L4)의 초점거리(f4)는 89.91mm이다.
면 번호 |
곡률반경 (mm) |
두께 또는 거리(mm) |
굴절률 |
아베수 |
*1 |
1.73 |
0.57 |
1.535 |
55.7 |
*2 |
-4.13 |
0.10 |
|
|
*3 |
15.76 |
0.34 |
1.614 |
25.6 |
*4 |
1.92 |
0.64 |
|
|
*5 |
-1.30 |
0.40 |
1.614 |
25.6 |
*6 |
-1.22 |
0.10 |
|
|
*7 |
1.28 |
0.59 |
1.535 |
55.7 |
*8 |
1.10 |
1.00 |
|
|
9 |
∞ |
0.30 |
1.517 |
64.2 |
10 |
∞ |
0.25 |
|
|
11 |
∞ |
0 |
|
|
표 1에서 *는 비구면을 나타내며, 제1실시예의 경우 제1렌즈 내지 제4렌즈의 모든 면이 비구면으로 이루어진다.
수학식 1에 의한 제1실시예의 비구면 계수의 값은 다음의 표와 같다.
면 번호 |
K |
A |
B |
C |
D |
E |
F |
*1 |
-0.108 |
-0.010 |
-0.110 |
0.184 |
0.079 |
-0.829 |
0.628 |
*2 |
-40.572 |
0.115 |
-0.783 |
2.308 |
-2.944 |
0.650 |
0.643 |
*3 |
-4.801 |
0.246 |
-1.018 |
2.800 |
-3.652 |
1.614 |
- |
*4 |
-0.202 |
0.118 |
-0.472 |
1.035 |
-0.965 |
0.308 |
- |
*5 |
-8.583 |
-0.016 |
0.108 |
-0.307 |
0.096 |
0.076 |
- |
*6 |
-0.474 |
0.026 |
0.407 |
-0.647 |
0.432 |
-0.092 |
- |
*7 |
-9.073 |
-0.068 |
0.000 |
0.012 |
-0.004 |
0.000 |
- |
*8 |
-5.278 |
-0.117 |
0.047 |
-0.017 |
0.003 |
0.000 |
- |
[제2실시예]
하기의 표 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 광학계의 수치예를 나타내고 있다. 또한, 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도이다. 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 각종 수차도를 나타낸 그래프이다. 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 MTF 특성을 나타낸 그래프이다.
또한, 도 9a는 본 발명의 제2실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 필드별 MTF 특성을 나타낸 그래프이며, 도 9b는 본 발명의 제2실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 제4렌즈(L4)에 3um의 디센터가 발생하였을 때 필드별 MTF 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4a 및 도 4b를 도 9a 및 도 9b와 비교하면, 동일한 디센터가 발생하는 경우 본 발명의 제2실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 성능저하가 일반적인 4매 렌즈 구성의 광학계에 비하여 심하지 않음을 확인할 수 있다.
제2실시예의 경우, F 넘버(FNo)는 2.6이고, 제1렌즈의 물체측 면으로부터 상면까지의 거리(TL)는 4.25mm, 광학계의 유효 초점 거리(f)는 3.49mm이고, 후초점 거리(BFL)는 1.47mm이다. 또한, 제1렌즈(L1)의 초점거리(f1)는 2.50mm, 제2렌즈(L2)의 초점거리(f2)는 -4.11mm, 제3렌즈(L3)의 초점거리(f3)는 17.00mm, 제4렌즈(L4)의 초점거리(f4)는 49.92mm이다.
면 번호 |
곡률 반경 (mm) |
두께 또는 거리(mm) |
굴절률 |
아베수 |
1 |
1.68 |
0.55 |
1.535 |
55.7 |
2 |
-5.65 |
0.10 |
|
|
3 |
6.5 |
0.32 |
1.614 |
25.6 |
4 |
1.79 |
0.69 |
|
|
5 |
-1.37 |
0.41 |
1.614 |
25.6 |
6 |
-1.31 |
0.10 |
|
|
7 |
1.33 |
0.61 |
1.535 |
55.7 |
8 |
1.17 |
1.00 |
|
|
9 |
∞ |
0.30 |
1.517 |
64.2 |
10 |
∞ |
0.22 |
|
|
11 |
∞ |
0 |
|
|
표 3에서 *는 비구면을 나타내며, 제2실시예의 경우 제1렌즈 내지 제4렌즈의 모든 면이 비구면으로 이루어진다.
수학식 1에 의한 제2실시예의 비구면 계수의 값은 다음의 표와 같다.
면 번호 |
K |
A |
B |
C |
D |
E |
F |
*1 |
-0.105 |
-0.011 |
-0.032 |
-0.080 |
0.119 |
-0.081 |
- |
*2 |
-40.502 |
0.073 |
-0.291 |
0.159 |
0.253 |
-0.092 |
-0.208 |
*3 |
-4.801 |
0.151 |
-0.530 |
0.635 |
0.105 |
-0.315 |
- |
*4 |
-0.202 |
0.091 |
-0.321 |
0.334 |
0.058 |
-0.101 |
- |
*5 |
-8.581 |
0.001 |
0.087 |
-0.423 |
0.475 |
-0.255 |
- |
*6 |
-0.474 |
0.010 |
0.275 |
-0.368 |
0.215 |
-0.042 |
- |
*7 |
-9.073 |
-0.110 |
0.021 |
0.005 |
-0.002 |
- |
- |
*8 |
-5.278 |
-0.133 |
0.049 |
-0.017 |
0.003 |
- |
- |
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 각종 수차도를 나타낸 그래프,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 MTF 특성을 나타낸 그래프,
도 4a는 일반적인 4매 렌즈 구성의 광학계의 필드별 MTF 특성을 나타낸 그래프,
도 4b는 일반적인 4매 렌즈 구성의 광학계의 제4번 렌즈에 3um의 디센터가 발생하였을 때 필드별 MTF 특성을 나타낸 그래프,
도 5a는 본 발명의 제1실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 필드별 MTF 특성을 나타낸 그래프,
도 5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 제4렌즈(L4)에 3um의 디센터가 발생하였을 때 필드별 MTF 특성을 나타낸 그래프,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 각종 수차도를 나타낸 그래프,
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 MTF 특성을 나타 낸 그래프,
도 9a는 본 발명의 제2실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 필드별 MTF 특성을 나타낸 그래프,
도 9b는 본 발명의 제2실시예에 따른 초소형 촬상 광학계의 제4렌즈(L4)에 3um의 디센터가 발생하였을 때 필드별 MTF 특성을 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
L1: 제1렌즈 L2: 제2렌즈
L3: 제3렌즈 L4: 제4렌즈
AS: 개구 조리개 OF: 광학 필터
IP: 상면
1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11: 면 번호