KR101091240B1 - 촬상 렌즈 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 촬상 렌즈는 물체측으로부터 순서대로 배치된 제1렌즈 및 제2렌즈를 포함하는 복수개의 렌즈; 및 상기 복수개의 렌즈 사이에 삽입된 자외선 차단 필터를 포함하며, 상기 제1렌즈 및 제2렌즈의 모든 면은 비구면이고, 상기 촬상 렌즈의 전체초점거리를 f, 상기 제1렌즈의 초점거리를 f1이라 할 때, 1＜f1/f＜1.5의 조건식을 만족한다.
촬상 렌즈

Description

촬상 렌즈{Imaging Lens}
실시예는 고해상도 이미지 센서를 이용하는 카메라 모듈에 사용되는 촬상 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 우수한 촬상 렌즈를 제공한다.
실시예에 따른 촬상 렌즈는 물체측으로부터 순서대로 배치된 제1렌즈 및 제2렌즈를 포함하는 복수개의 렌즈; 및 상기 복수개의 렌즈 사이에 삽입된 자외선 차단 필터를 포함하며, 상기 제1렌즈 및 제2렌즈의 모든 면은 비구면이고, 상기 촬상 렌즈의 전체초점거리를 f, 상기 제1렌즈의 초점거리를 f1이라 할 때, 1＜f1/f＜1.5의 조건식을 만족한다.
실시예에 따른 촬상 렌즈는 제1렌즈가 양(+)의 파워(power)를 갖고, 제2렌즈가 음(-)의 파워를 가지며, 상기 제1렌즈와 제2렌즈 사이에 필터가 배치되어, 수차특성이 우수하고, 소형화 된 촬상 렌즈를 구현할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 촬상 렌즈에 대하여 상세히 설명한다.
도 1a는 실시예에 따른 촬상 렌즈의 내부 구조를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 촬상 렌즈는 물체측으로부터 상면(R7)측을 향해 순서대로, 조리개(5), 제1렌즈(10), 필터(15), 제2렌즈(20) 및 수 광 소자(30)를 포함하여 이루어진다.
피사체 영상을 획득하기 위하여 피사체의 영상 정보에 해당되는 광은 상기 조리개(5), 제1렌즈(10), 필터(15) 및 제2렌즈(20)를 통과하여 상기 수광 소자(30)에 입사된다.
상기 제1렌즈(10)는 양(+)의 파워(power)를 갖고, 물체측에 볼록면을 가지며, 상기 제2렌즈(20)는 음(-)의 파워를 갖는 렌즈로 형성된다.
상기 필터(15)는 적외선 차단 필터(IR cut filter)로 이루어질 수 있다.
상기 적외선 차단 필터는 외부 빛으로부터 방출되는 복사열이 상기 수광소자(400)에 전달되지 않도록 차단시키는 기능을 한다.
즉, 적외선 차단 필터는 가시광선은 투과시키고, 적외선은 반사시켜 외부로 유출되도록하는 구조를 가진다.
이때, 상기 필터(15)가 상기 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20) 사이에 배치되어, 광학계 설계시 후초점거리(back focal length; BFL)의 구속이 없어 촬상 렌즈의 수차 특성이 향상될 수 있으며, 광학계의 전장을 감소시켜 촬상 렌즈를 소형화 시킬 수 있다.
상기 제1렌즈(10)의 물체측면(R1)에는 조리개(5)가 배치될 수 있다.
그러나, 상기 조리개(5)의 위치는 상기 제1렌즈(10)의 물체측면(R1)으로 한정되는 것은 아니며, 상기 필터(15)를 상기 조리개(5)의 크기와 동일하게 형성시켜, 상기 필터(15)가 조리개의 역할을 동시에 할 수 있다.
또한, 상기 필터(15)의 일부를 불투명한 물질로 코팅(coating)시켜 상기 필 터(15)가 조리개의 역할을 동시에 할 수도 있다.
즉, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 필터(15)를 형성하기 위한 기판(100)을 불투명한 물질인 금속(metal) 등을 코팅하여 마스크(mask, 150)를 형성한 후, 용도에 맞게 커팅(cutting)하여 렌즈 모듈에 사용될 수 있다.
그리고, 상기 기판(100)을 절단할 때, 상기 필터(15)는 상기 제1렌즈(10) 및 제2렌즈(20)와 같이 원형으로 제작되거나, 또는 사각형으로 제작될 수 있다.
이때, 원형 또는 사각형으로 절단되어 제작된 상기 필터(15)의 가장자리 영역에 상기 마스크(150)가 코팅되어, 광량을 조절할 수 있는 조리개의 역할을 할 수 있다.
상기 제1렌즈(10) 및 제2렌즈(20)는 플라스틱(plastic) 재질로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1렌즈(10) 및 제2렌즈(20)모든 면은 비구면으로 형성되어, 구면수차(spherical aberration), 코마수차(comatic aberration), 비점수차(astigmatism)를 보정할 수 있다.
그리고, 상(像)이 맺히는 상기 수광 소자(30)는 피사체 영상에 대응하는 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서로 이루어질 수 있으며, 상기 이미지 센서는 CCD 또는 CMOS 센서로 이루어질 수 있다.
실시예에 따른 촬상 렌즈는 다음의 표 1과 같은 광학적 특징을 가진다.
렌즈면 곡률반경(mm) 두께(mm) 굴절율(N) 아베수(V) Y반구경
(semi-aperture)		 비고
R1* 0.466 0.3593 1.52223 49 0.2599 조리개
R2* 0.9803 0.1 0.2728
R3 ∞ 0.3 0.2985 필터
(BK7_SCHO)
R4 ∞ 0.1156 0.4088
R5* -11.3904 0.4 1.52223 49 0.4104
R6* 1.9141 0.398 0.6756
R7 ∞ 0 0.9407 센서
(* 표시는 비구면을 나타낸다)
상기 표 1에 표기한 두께는 각 렌즈면에서 다음 렌즈면까지의 거리를 나타낸다.
이때, 상기 필터(15)가 삽입되기 위한 상기 제1렌즈(10)의 상측면(R2)부터 상기 제2렌즈(20)의 물체측면(R5)까지의 거리(D25)는 상기의 표에 한정되지 않고 다음의 조건식을 만족할 수 있다.
0.5 mm＜D25＜2.0 mm
아래의 표 2는 실시예의 비구면 렌즈에 대한 비구면 계수 값이다.
렌즈면 K A1 A2 A3 A4 A5
R1 0.147966 -0.723384 0.277733×102 -0.501486×103 0.427024×104 -0.142581×105
R2 2.866208 0.151265×101 0.167777×102 -0.119846×103 0.178872×104 0.620384×104
R5 0 -0.122750×101 -0.437254×102 0.518074×103 -0.280400×104 0.443923×104
R6 0 -0.195026×101 0.520710×101 -0.208271×102 0.444897×102 -0.439636×102
실시예의 비구면 렌즈에 대한 표 2의 비구면 계수 값은 다음의 수학식 1로부터 얻을 수 있다.
Figure 112009000156038-pat00001
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)
이때 상기 표 2에 도시된 바와 같이, 비구면 계수식에서 상기 제2렌즈(20)의 물체측면(R5)과 상측면(R6)의 코닉 상수인 K의 값은 모두 0이 될 수 있다.
이상에서 설명한 실시예에 따른 촬상 렌즈의 전체 광학계의 유효초점거리(EFL), 후초점거리(BFL) 등의 광학계 정보는 다음의 표 3과 같다.
광학계의 유효초점거리(EFL) 1.5593 mm
광학계의 후초점거리(BFL) 0.3865 mm
F-Number 3.0
전장(overall length;O.A.L) 1.2749 mm
높이(height) 0.9407 mm
화각(angle) 31.1029
이때, 광학계의 초점거리(f)에 대한 상기 제1렌즈(10)의 초점거리(f1)의 비(f1/f)는 다음의 조건을 만족할 수 있다.
1＜f1/f＜1.5
상기의 조건식은 촬상 렌즈를 소형화시키고, 구면수차를 양호한 상태로 유지하기 위한 조건이다.
이때, 상기의 조건식보다 작은 값으로 촬상 렌즈가 설계되면 촬상 렌즈가 소형화될 수 있으나, 수차보정이 어려워지며, 조건식보다 큰 값으로 촬상 렌즈가 설계되면 수차보정이 용이해지나, 촬상 렌즈가 소형화되기 어려워진다.
도 2, 도 3 및 도 4는 실시예에 따른 촬상 렌즈의 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 2는 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 측정한 그래프를 도시하였다.
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.
그리고, 도 3a 및 도 3b는 밀리미터당 사이클의 공간주파수(cycles/mm)의 변화에 의존하는 MTF 특성을 측정한 그래프를 도시하였으며, 도 4는 필드에 대한 주변광량비의 그래프를 도시하였다.
이상의 실시예에 따른 촬상 렌즈는 제1렌즈가 양(+)의 파워(power)를 갖고, 제2렌즈가 음(-)의 파워를 가지며, 상기 제1렌즈와 제2렌즈 사이에 필터가 배치되어, 수차특성이 우수하고, 소형화 된 촬상 렌즈를 제공한다.
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.
도 1은 실시예에 따른 촬상 렌즈의 내부 구조를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 2, 도 3 및 도 4는 실시예에 따른 촬상 렌즈의 수차 특성을 도시한 그래프이다.

Claims (6)

  1. 물체측으로부터 순서대로 배치된 제1렌즈 및 제2렌즈를 포함하는 복수개의 렌즈; 및
    상기 복수개의 렌즈 사이에 삽입된 적외선 차단 필터를 포함하며,
    상기 제1렌즈 및 제2렌즈의 모든 면은 비구면이고,
    촬상 렌즈의 전체초점거리를 f, 상기 제1렌즈의 초점거리를 f1이라 할 때,
    1＜f1/f＜1.5
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  2. 제 1항에 있어서,
    비구면 계수식에서 상기 제2렌즈에 대한 물체측면과 상측면의 코닉 상수인 K의 값은 0인 촬상 렌즈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 복수개의 렌즈 중 가장 물체측에 배치된 렌즈의 물체측면과 동일한 면에 배치된 조리개를 포함하는 촬상 렌즈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 적외선 차단 필터의 일부가 불투명한 물질로 코팅되어, 조리개의 역할을 동시에 하는 촬상 렌즈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1렌즈 및 제2렌즈는 플라스틱(plastic)의 재질의 렌즈인 촬상 렌즈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1렌즈의 상측면부터 상기 제2렌즈의 물체측면까지의 거리를 D25라 할때,
    0.5 mm＜D25＜2.0 mm
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
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