KR101232028B1 - 촬영 렌즈 광학계 - Google Patents

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KR101232028B1 KR1020110014175A KR20110014175A KR101232028B1 KR 101232028 B1 KR101232028 B1 KR 101232028B1 KR 1020110014175 A KR1020110014175 A KR 1020110014175A KR 20110014175 A KR20110014175 A KR 20110014175A KR 101232028 B1 KR101232028 B1 KR 101232028B1
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Abstract

촬영 렌즈 광학계에 관해 개시되어 있다. 개시된 렌즈 광학계는 피사체에서 이미지센서 방향으로 순차적으로 배열된 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 렌즈를 포함한다. 상기 제1 렌즈는 정(+)의 굴절력을 갖고 양면 볼록할 수 있다. 상기 제2 렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖고 상기 피사체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈는 부(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈는 정(+)의 굴절력을 갖고 상기 이미지센서 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖고 그의 입사면과 출사면 중 적어도 하나는 비구면일 수 있다. 상기 제1 렌즈의 초점거리(f1)와 상기 렌즈 광학계의 전장(TL)은 수학식 0.5 ＜ f1 / TL ＜ 1.0 을 만족할 수 있다.

Description

촬영 렌즈 광학계{Photographic lens optical system}
본 발명은 광학 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 카메라에 채용되는 렌즈 광학계에 관한 것이다.
최근 전하 결합 소자(charge coupled device)(CCD)와 씨모스 이미지센서(complimentary metal oxide semiconductor image sensor)(CMOS 이미지센서)와 같은 고체 촬상 소자를 이용한 카메라(이하, 카메라)의 보급이 급속하게 확대되고 있다.
카메라의 해상도를 높이기 위해 고체 촬상 소자의 화소 집적도는 높아지고 있다. 이와 함께 상기 카메라에 내장되는 렌즈 광학계의 성능 개선을 통해서 상기 카메라의 소형화 및 경량화도 진행되고 있다.
일반적으로 소형 카메라의 렌즈 광학계는 그 성능 확보를 위해, 적어도 하나의 글라스(glass) 렌즈를 포함하는 많은 수(6∼7매)의 렌즈를 사용한다. 렌즈 광학계가 많은 렌즈를 포함할 경우, 렌즈 광학계의 소형 및 경량화가 어려울 수 있고, 제조 비용도 높아질 수 있다. 특히, 글라스 렌즈는 제조 단가가 높을 뿐 아니라, 성형 상의 제약 조건으로 인해 렌즈 광학계의 소형화를 어렵게 만든다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 소형·경량화에 유리하면서 고성능·고해상도를 얻을 수 있는 렌즈 광학계를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예는 피사체와 상기 피사체의 상이 맺히는 이미지센서 사이에 상기 피사체 측으로부터 순차로 배열된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제5 렌즈를 구비하되, 상기 제1 렌즈는 정(+)의 굴절력을 갖고 양면 볼록하며, 상기 제2 렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖고 상기 피사체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지며, 상기 제3 렌즈는 부(-)의 굴절력을 가지며, 상기 제4 렌즈는 정(+)의 굴절력을 갖고 상기 이미지센서 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지며, 상기 제5 렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖고 그의 입사면과 출사면 중 적어도 하나는 비구면인 것은 특징으로 하는 렌즈 광학계를 제공한다.
상기한 렌즈 광학계는 하기의 수학식 1 내지 4 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.
<수학식 1>
0.5 ＜ f1 / TL ＜ 1.0
여기서, f1은 상기 제1 렌즈의 초점거리이고, TL은 상기 렌즈 광학계의 전체 길이(즉, 전장)이다.
<수학식 2>
0.4 ＜ R1 / f ＜ 0.6
여기서, R1은 상기 제1 렌즈의 입사면의 곡률반경이고, f는 상기 렌즈 광학계 전체의 초점거리이다.
<수학식 3>
30 ＜ Vd1-Vd2 ＜ 35
여기서, Vd1은 상기 제1 렌즈의 아베수이고, Vd2는 상기 제2 렌즈의 아베수이다.
<수학식 4>
0.2 ＜ BL / TL ＜ 0.4
여기서, BL은 상기 제5 렌즈의 출사면에서 상기 이미지센서까지의 거리이고, TL은 상기 렌즈 광학계의 전체 길이(즉, 전장)이다.
상기 제3 렌즈는 광축 근방에서 상기 피사체 측으로 볼록한 형상을 가질 수 있다.
상기 제3 렌즈의 입사면과 출사면은 광축 근방에서 상기 피사체 측으로 볼록하고, 가장자리로 가면서 오목해질 수 있다.
상기 제1 내지 제4 렌즈 중 적어도 하나는 비구면 렌즈일 수 있다.
상기 제1 내지 제4 렌즈 중 적어도 한 렌즈의 입사면과 출사면 중 적어도 하나는 비구면일 수 있다.
상기 제5 렌즈의 입사면과 출사면 중 적어도 하나는 복수의 변곡점을 가질 수 있다.
상기 제5 렌즈의 입사면은 변곡점을 갖지 않을 수 있고, 상기 제5 렌즈의 출사면은 복수의 변곡점을 가질 수 있다.
상기 제5 렌즈의 입사면은 상기 피사체에 대해서 오목할 수 있고, 상기 제5 렌즈의 출사면의 중앙부는 상기 이미지센서에 대하여 오목하고 가장자리로 가면서 볼록해질 수 있다.
상기 제5 렌즈의 입사면과 출사면 각각은 복수의 변곡점을 가질 수 있다.
상기 제5 렌즈의 입사면의 중앙부는 상기 피사체 측으로 볼록하고 가장자리로 가면서 오목해질 수 있고, 상기 제5 렌즈의 출사면의 중앙부는 상기 이미지센서에 대하여 오목하고 가장자리로 가면서 볼록해질 수 있다.
상기 제2, 제3, 제4 및 제5 렌즈는 수차 보정 렌즈일 수 있다.
상기 피사체와 상기 제1 렌즈 사이에 조리개가 배치될 수 있다.
상기 피사체와 상기 이미지센서 사이에 적외선 차단 수단이 더 구비될 수 있다.
상기 적외선 차단 수단은 상기 제5 렌즈와 상기 이미지센서 사이에 구비될 수 있다.
상기 제1 내지 제5 렌즈 중 적어도 하나는 플라스틱 렌즈일 수 있다.
소형이면서도 고성능·고해상도를 얻을 수 있는 렌즈 광학계를 구현할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 광학계는 피사체에서 이미지센서 방향으로 순차적으로 배열된 정(+), 부(-), 부(-), 정(+), 부(-)의 굴절력을 갖는 제1 내지 제5 렌즈를 포함하고, 상기한 수학식 1 내지 4 중 적어도 어느 하나를 만족할 수 있다. 이러한 렌즈 광학계는 각종 수차를 용이하게(양호하게) 보정할 수 있고 비교적 짧은 전장을 가질 수 있으므로, 카메라의 고성능화 및 소형화에 유리할 수 있다.
특히, 상기 제5 렌즈의 입사면과 출사면 중 적어도 하나가 복수의 변곡점을 갖는 비구면인 경우, 상기 제5 렌즈를 통해 각종 수차를 용이하게 보정할 수 있고, 주광선(chief ray)의 출사각을 작게 하여 비네팅(vignetting)도 방지할 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제5 렌즈를 플라스틱으로 제조하고 각 렌즈의 양면(입사면과 출사면)을 비구면으로 구성함으로써, 글라스(glass) 렌즈를 사용하는 경우보다 저비용으로 컴팩트하면서 성능이 우수한 렌즈 광학계를 구현할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 각각 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따른 렌즈 광학계의 주요 구성요소의 배치를 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
I : 제1 렌즈 Ⅱ : 제2 렌즈
Ⅲ : 제3 렌즈 Ⅳ : 제4 렌즈
Ⅴ : 제5 렌즈 Ⅵ : 적외선 차단 수단
OBJ : 피사체 S1 : 조리개
IMG : 이미지센서
이하, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 광학계를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한(혹은, 유사한) 구성요소들을 나타낸다.
도 1 내지 도 4는 각각 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따른 렌즈 광학계를 보여준다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈 광학계는, 피사체(OBJ)와 피사체(OBJ)의 상이 맺히는 이미지센서(IMG) 사이에 피사체(OBJ) 측으로부터 순차로 배열된 제1 렌즈(I), 제2 렌즈(Ⅱ), 제3 렌즈(Ⅲ), 제4 렌즈(Ⅳ) 및 제5 렌즈(Ⅴ)를 구비한다. 제1 렌즈(I)는 정(+)(positive)의 굴절력을 갖고, 양면(즉, 입사면(2*) 및 출사면(3*))이 모두 볼록한 렌즈일 수 있다. 제2 렌즈(Ⅱ)는 부(-)(negative)의 굴절력을 갖고, 피사체(OBJ) 측으로 볼록한 메니스커스(meniscus) 렌즈일 수 있다. 제3 렌즈(Ⅲ)는 부(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 제3 렌즈(Ⅲ)는 전반적으로 이미지센서(IMG) 측으로 볼록하지만, 광축 근방에서는 피사체(OBJ) 측으로 다소 볼록한 형상을 가질 수 있다. 다시 말해, 제3 렌즈(Ⅲ)의 입사면(6*)과 출사면(7*)은 광축 근방에서(즉, 중앙부에서) 피사체(OBJ) 측으로 볼록하고, 가장자리로 가면서 오목해질 수 있다. 제4 렌즈(Ⅳ)는 정(+)의 굴절력을 갖고 이미지센서(IMG) 측으로 볼록한 메니스커스(meniscus) 렌즈일 수 있다. 제1 내지 제4 렌즈(I∼Ⅳ) 중 적어도 하나는 비구면 렌즈일 수 있다. 다시 말해, 제1 내지 제4 렌즈(I∼Ⅳ) 중 적어도 어느 한 렌즈의 입사면(2*, 4*, 6*, 8*)과 출사면(3*, 5*, 7*, 9*) 중 적어도 하나는 비구면일 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제4 렌즈(I∼Ⅳ) 각각의 입사면(2*, 4*, 6*, 8*)과 출사면(3*, 5*, 7*, 9*)은 모두 비구면일 수 있다. 제5 렌즈(Ⅴ)는 부(-)의 굴절력을 가질 수 있고, 제5 렌즈(Ⅴ)의 입사면(10*)과 출사면(11*) 중 적어도 하나는 비구면일 수 있다. 제5 렌즈(Ⅴ)의 입사면(10*)과 출사면(11*) 중 적어도 하나는 복수의 변곡점을 갖는 비구면일 수 있다. 도 1 및 도 4의 실시예에서 제5 렌즈(Ⅴ)의 입사면(10*)은 변곡점을 갖지 않고, 출사면(11*)은 복수의 변곡점을 갖는다. 이 경우, 제5 렌즈(Ⅴ)의 입사면(10*)은 피사체(OBJ)에 대해서 오목할 수 있고, 출사면(11*)의 중앙부는 이미지센서(IMG)에 대하여 오목하고 가장자리로 가면서 볼록해질 수 있다. 도 2 및 도 3의 실시예에서 제5 렌즈(Ⅴ)의 입사면(10*)과 출사면(11*) 각각은 복수의 변곡점을 갖는다. 이 경우, 제5 렌즈(Ⅴ)의 입사면(10*)의 중앙부는 피사체(OBJ) 측으로 볼록하고 가장자리로 가면서 오목해질 수 있고, 출사면(11*)의 중앙부는 이미지센서(IMG)에 대하여 오목하고 가장자리로 가면서 볼록해질 수 있다. 상기 변곡점의 수는 도 1 내지 도 4의 제5 렌즈(Ⅴ) 단면도의 입사면(10*)에 해당하는 곡선(이하, 제1 곡선)과 출사면(11*)에 해당하는 곡선(이하, 제2 곡선)에서의 변곡점의 개수를 의미한다. 상기 제1 곡선 및 제2 곡선 중 적어도 하나는 복수의 변곡점을 가질 수 있다. 제1 렌즈(I)는 강한 정(+)의 굴절력을 가질 수 있고, 제2 내지 제5 렌즈(Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ)는 수차 보정 렌즈로서 기능할 수 있다.
조리개(S1)와 적외선 차단 수단(Ⅵ)이 더 구비될 수 있다. 조리개(S1)는 피사체(OBJ)와 제1 렌즈(I) 사이에 구비될 수 있다. 즉, 조리개(S1)는 제1 렌즈(I)의 피사체(OBJ) 측에 구비될 수 있다. 적외선 차단 수단(Ⅵ)은 제5 렌즈(Ⅴ)와 이미지센서(IMG) 사이에 구비될 수 있다. 적외선 차단 수단(Ⅵ)은 적외선 차단 필터일 수 있다. 조리개(S1)와 적외선 차단 수단(Ⅵ)의 위치는 예시적인 것이고, 이들의 위치는 달라질 수 있다.
상기한 구성을 가지는 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈 광학계는 다음의 수학식 1 내지 4 중 적어도 하나를 만족하는 것이 바람직하다.
<수학식 1>
0.5 ＜ f1 / TL ＜ 1.0
여기서, f1은 제1 렌즈(I)의 초점거리이고, TL은 상기 렌즈 광학계의 전체 길이(즉, 전장)이다. 상기 렌즈 광학계의 전체 길이(즉, 전장)(TL)은 제1 렌즈(I)의 입사면(2*)에서 이미지센서(IMG) 까지의 거리를 의미한다.
수학식 1은 렌즈 광학계를 컴팩트화 하기 위한 조건을 나타낸다. 또한, 수학식 1은 렌즈 광학계의 구면수차의 보정과도 관련된다. 수학식 1에서 f1/TL 이 상한값(1.0) 이상인 경우, 렌즈 광학계의 컴팩트화에 유리하지만, 구면수차 등 각종 수차가 커질 수 있다. 반면, f1/TL 이 하한값(0.5) 이하인 경우, 수차 보정에는 유리하지만, 렌즈 광학계의 전체 길이가 길어지므로 컴팩트화가 어려워질 수 있다. 수학식 1의 조건을 만족하는 경우, 구면수차를 양호한 상태로 유지하면서 렌즈 광학계를 컴팩트하게 할 수 있다.
<수학식 2>
0.4 ＜ R1 / f ＜ 0.6
여기서, R1은 제1 렌즈(I)의 입사면(2*)의 곡률반경이고, f는 상기 렌즈 광학계 전체의 초점거리이다.
수학식 2는 렌즈 광학계의 구면수차를 줄이기 위한 조건을 나타낸다. 또한, 수학식 2는 렌즈 광학계의 컴팩트화에 관련된다. 수학식 2에서 R1/f 이 상한값(0.6) 이상인 경우, 렌즈 광학계의 컴팩트화에 유리하지만, 구면수차가 커질 수 있다. 반면, R1/f 이 하한값(0.4) 이하인 경우, 구면수차 보정에는 유리하지만, 렌즈 광학계의 전체 길이가 길어지므로 컴팩트화가 어려워질 수 있다.
<수학식 3>
30 ＜ Vd1-Vd2 ＜ 35
여기서, Vd1은 제1 렌즈(I)의 아베수이고, Vd2는 제2 렌즈(Ⅱ)의 아베수이다. 상기 아베수(Vd1, Vd2)는 d선(d-line)을 이용하여 측정한 것이다.
수학식 3에서 제1 렌즈(I)의 아베수(Vd1) 및 제2 렌즈(Ⅱ)의 아베수(Vd2)는 각 렌즈(I, Ⅱ)의 재료에 관련된 것으로, 수학식 3은 렌즈 광학계의 색수차(chromatic aberration)를 줄이기 위한 조건을 나타낸다. 수학식 3의 조건을 만족하는 경우, 축상 색수차(axial chromatic aberration) 및 배율 색수차(chromatic difference of magnification)의 보정 효과를 얻을 수 있다.
<수학식 4>
0.2 ＜ BL / TL ＜ 0.4
여기서, BL은 제5 렌즈(Ⅴ)의 출사면(11*)에서 이미지센서(IMG) 까지의 거리이고, TL은 상기 렌즈 광학계의 전체 길이(즉, 전장)이다.
수학식 4는 렌즈 광학계를 컴팩트화 하기 위한 조건을 나타낸다. 수학식 4에서 BL/TL 이 하한값(0.2) 이하인 경우, 렌즈 광학계의 컴팩트화에 유리하지만, 구면수차 등 각종 수차가 커질 수 있다. 반면, BL/TL 이 상한값(0.4) 이상인 경우, 수차 보정에는 유리하지만, 렌즈 광학계의 전체 길이가 길어지므로 컴팩트화가 어려워질 수 있다.
부가적으로, 결상면이 CCD나 CMOS 이미지센서인 경우, 화면 주변부를 향하는 광선의 각도가 커질 수 있는데, 본 발명의 실시예에서와 같이 제5 렌즈(Ⅴ)의 출사면(11*)을 복수의 변곡점을 갖는 변곡 비구면으로 구성하는 경우, 주광선(chief ray)의 최대 출사각을 25°이하로 줄일 수 있다. 이렇게 함으로써, 구면수차, 코마수차 및 비점수차를 양호하게(용이하게) 보정할 수 있고, 아울러 왜곡(distortion)의 보정도 용이하게 할 수 있다.
상기한 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 있어서, 수학식 1 내지 4의 값들은 아래의 표 1 내지 표 4에 나타낸 바와 같다. 표 1, 표 2 및 표 4에서 초점거리(f1, f) 및 길이(TL, BL)의 단위는 ㎜이다.
구분 f1 TL 수학식 1
(0.5 ＜ f1/TL ＜ 1.0)
제1 실시예 3.414 5.863 0.582
제2 실시예 3.433 5.416 0.634
제3 실시예 3.432 5.581 0.615
제4 실시예 3.411 5.864 0.582
구분 R1 f 수학식 2
(0.4 ＜ R1/f ＜ 0.6)
제1 실시예 2.125 4.890 0.435
제2 실시예 2.075 4.375 0.474
제3 실시예 2.076 4.526 0.459
제4 실시예 2.120 4.890 0.434
구분 Vd1 Vd2 수학식 3
(30 ＜ Vd1-Vd2 ＜ 35)
제1 실시예 55.85 23.4 32.45
제2 실시예 56.09 23.4 32.69
제3 실시예 56.09 23.4 32.69
제4 실시예 55.85 23.4 32.45
구분 BL TL 수학식 4
(0.2 ＜ BL/TL ＜ 0.4)
제1 실시예 1.793 5.863 0.306
제2 실시예 1.601 5.416 0.296
제3 실시예 1.509 5.581 0.270
제4 실시예 1.794 5.864 0.306
표 1 내지 표 4를 참조하면, 상기 제1 내지 제4 실시예의 렌즈 광학계는 수학식 1 내지 4를 만족하는 것을 알 수 있다.
한편, 상기한 구성을 가지는 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈 광학계에서 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ)는, 그 형상 및 치수(dimension)를 고려했을 때, 플라스틱으로 제조할 수 있다. 즉, 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ)는 모두 플라스틱 렌즈일 수 있다. 글라스(glass) 렌즈의 경우, 제조 단가가 높을 뿐 아니라 성형 상의 제약 조건으로 인해 렌즈 광학계의 소형화를 어렵게 하지만, 본원에서는 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ)를 모두 플라스틱으로 제조할 수 있으므로, 그에 따른 다양한 이점을 기할 수 있다. 그러나 본원에서 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ)의 재질이 플라스틱으로 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라서는, 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ) 중 적어도 하나를 글라스로 제조할 수도 있다.
이하, 렌즈 데이터 및 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.
다음 표 5 내지 표 8은 각각 도 1 내지 도 4의 렌즈 광학계를 구성하는 각 렌즈에 대한 곡률반경, 렌즈 두께 또는 렌즈 사이의 거리, 굴절률 및 아베수 등을 나타낸다. 표 5 내지 표 8에서 R은 곡률반경, D는 렌즈 두께 또는 렌즈 간격 또는 인접한 구성요소 간의 간격, Nd는 d선(d-line)을 이용하여 측정한 렌즈의 굴절률, Vd는 d선(d-line)에 대한 렌즈의 아베수를 나타낸 것이다. 렌즈면 번호에서 *는 해당 렌즈면이 비구면임을 나타낸다. 그리고 R 값과 D 값의 단위는 ㎜이다.
제1 실시예 면 R D Nd Vd
S1
I
 2* 2.125 0.762 1.531 55.85
3* -11.142 0.100
Ⅱ 4* 24.739 0.347 1.632 23.4
5* 2.997 0.598
Ⅲ 6* 8.363 0.404 1.531 55.85
7* 8.215 0.501
Ⅳ 8* -4.651 0.724 1.531 55.85
9* -0.988 0.215
Ⅴ 10* -24.701 0.419 1.531 55.85
11* 1.192 0.500
Ⅵ 12 0.300 1.516 64.10
13 0.993
IMG infinity
제2 실시예 면 R D Nd Vd
S1
I
 2* 2.075 0.623 1.544 56.09
3* -17.523 0.137
Ⅱ 4* 18.482 0.244 1.632 23.4
5* 3.294 0.397
Ⅲ 6* 40.684 0.415 1.531 55.85
7* 16.396 0.564
Ⅳ 8* -4.011 0.660 1.544 56.09
9* -1.083 0.349
Ⅴ 10* 14.198 0.426 1.531 55.85
11* 1.245 0.393
Ⅵ 12 0.226 1.516 64.10
13 0.982
IMG infinity
제3 실시예 면 R D Nd Vd
S1
I
 2* 2.076 0.620 1.544 56.09
3* -17.391 0.105
Ⅱ 4* 18.555 0.421 1.632 23.4
5* 3.268 0.439
Ⅲ 6* 36.389 0.455 1.531 55.85
7* 17.185 0.564
Ⅳ 8* -4.021 0.717 1.544 56.09
9* -1.095 0.330
Ⅴ 10* 25.981 0.421 1.531 55.85
11* 1.275 0.393
Ⅵ 12 0.226 1.516 64.10
13 0.890
IMG infinity
제4 실시예 면 R D Nd Vd
S1
I
 2* 2.120 0.754 1.531 55.85
3* -11.246 0.107
Ⅱ 4* 24.348 0.361 1.632 23.4
5* 3.031 0.569
Ⅲ 6* 9.019 0.409 1.531 55.85
7* 8.494 0.506
Ⅳ 8* -4.719 0.694 1.531 55.85
9* -0.954 0.125
Ⅴ 10* -10.497 0.545 1.531 55.85
11* 1.217 0.500
Ⅵ 12 0.300 1.516 64.10
13 0.994
IMG infinity
한편, 도 1 내지 도 4에 각각 대응하는 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따른 렌즈 광학계의 구경비(Fno) 및 초점거리(f)는 아래의 표 9에 나타낸 바와 같다. 여기서, 초점거리(f)는 렌즈 광학계 전체의 초점거리이다.
구 분 구경비(Fno) 초점거리(f) [mm]
제1 실시예 2.27 4.890
제2 실시예 2.60 4.375
제3 실시예 2.60 4.526
제4 실시예 2.27 4.890
또한, 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따른 렌즈 광학계에서 각 렌즈의 비구면은 수학식 5의 비구면 방정식을 만족한다.
<수학식 5>
Figure 112011011486006-pat00001
여기서, x는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리를, y는 광축에 수직한 방향으로의 거리를, c'은 렌즈의 정점에 있어서의 곡률반경의 역수(=1/r)를, K는 코닉 상수(conic constant)를 나타내고, A, B, C, D 및 E 는 비구면 계수를 나타낸다.
다음 표 10 내지 표 13은 각각 도 1 내지 도 4에 대응되는 제1 내지 제4 실시예에 따른 렌즈 시스템에서 비구면의 비구면 계수를 나타낸다. 즉, 표 10 내지 표 13은 각각 표 5 내지 표 8의 각 렌즈의 입사면(2*, 4*, 6*, 8*, 10*)과 출사면(3*, 5*, 7*, 9*, 11*)의 비구면 계수를 나타낸다.
면 K A B C D E
2* -0.1262 -0.0028 -0.0063 0.0036 -0.0063 -0.0011
3* -235.7124 -0.0088 -0.0178 -0.0059 -0.0013 0.0009
4* 310.6954 -0.0027 -0.0209 0.0024 0.0009 0.0002
5* 0.7342 -0.0211 0.0041 0.0041 -0.0061 0.0031
6* -180.5155 -0.0455 -0.0196 -0.0023 -0.0006 -0.0003
7* -199.5417 -0.0401 -0.0107 -0.0051 -0.0011 -0.0004
8* 8.8221 -0.0385 0.0139 -0.0005 -0.0043 0.0009
9* -3.7485 -0.0822 0.0260 -0.0038 -2.77E-05 8.21E-05
10* -2677.9656 -0.0475 0.0063 0.0001 1.43E-05 -4.25E-07
11* -7.5686 -0.0468 0.0085 -0.0012 4.25E-05 4.63E-06
면 K A B C D E
2* -0.1567 -0.0019 -0.0091 -0.0012 -7.58E-03 -8.01E-05
3* -637.7645 -0.0227 -0.0214 -0.0045 -1.48E-03 -1.55E-04
4* 201.9558 -0.0184 -0.0236 0.0069 2.56E-03 1.32E-04
5* 1.3248 -0.0156 0.0019 0.0064 -5.31E-03 3.22E-03
6* -15303.8525 -0.0550 -0.0153 0.0041 1.27E-03 -3.99E-04
7* -1381.9170 -0.0391 -0.0136 -0.0043 -7.06E-04 -2.99E-04
8* 7.7667 -0.0284 0.0168 -0.0047 -4.37E-03 1.70E-03
9* -3.1643 -0.0710 0.0241 -0.0036 3.24E-05 6.13E-05
10* -2952.6517 -0.0305 0.0053 -0.0003 -1.10E-05 9.52E-07
11* -7.2563 -0.0343 0.0048 -0.0006 2.18E-05 -1.06E-07
면 K A B C D E
2* -0.1190 -0.0012 -0.0086 -0.0013 -7.89E-03 -2.90E-04
3* -682.5101 -0.0237 -0.0222 -0.0047 -1.38E-03 -1.09E-04
4* 202.9293 -0.0181 -0.0237 0.0067 2.43E-03 8.69E-05
5* 1.3572 -0.0156 0.0024 0.0067 -5.19E-03 3.21E-03
6* -10079.3928 -0.0546 -0.0165 0.0033 8.77E-04 -4.99E-04
7* -1445.7728 -0.0398 -0.0127 -0.0039 -5.88E-04 -2.83E-04
8* 7.6941 -0.0319 0.0168 -0.0047 -4.47E-03 1.67E-03
9* -3.3296 -0.0687 0.0239 -0.0038 -4.67E-05 3.58E-05
10* -21014.4361 -0.0298 0.0054 -0.0003 -1.16E-05 7.75E-07
11* -7.1659 -0.0326 0.0050 -0.0006 2.34E-05 8.28E-08
면 K A B C D E
2* -0.1158 -0.0022 -0.0072 0.0039 -6.05E-03 -1.12E-03
3* -245.2942 -0.0088 -0.0175 -0.0055 -1.28E-03 7.37E-04
4* 303.3829 -0.0015 -0.0206 0.0023 8.52E-04 1.81E-04
5* 0.9364 -0.0195 0.0047 0.0040 -5.84E-03 3.17E-03
6* -175.2053 -0.0505 -0.0184 -0.0013 -4.68E-04 -3.62E-04
7* -179.1370 -0.0418 -0.0119 -0.0055 -9.71E-04 -3.25E-04
8* 8.4245 -0.0285 0.0126 -0.0016 -4.65E-03 9.33E-04
9* -3.7405 -0.0804 0.0291 -0.0044 -2.61E-04 6.57E-05
10* -399.3694 -0.0496 0.0054 0.0002 1.53E-05 -1.12E-06
11* -8.3786 -0.0477 0.0091 -0.0015 5.62E-05 6.60E-06
도 5는 본 발명의 제1 실시예(도 1)에 따른 렌즈 광학계, 즉, 표 5의 수치를 갖는 렌즈 광학계의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curvature) 및 왜곡(distortion)을 보여주는 수차도이다.
도 5의 (a)는 다양한 파장의 광에 대한 렌즈 광학계의 구면수차를 나타낸 것이고, (b)는 렌즈 광학계의 상면만곡, 즉 자오상면만곡(tangential field curvature)(T)과 구결상면만곡(sagittal field curvature)(S)을 나타낸 것이다. (a) 데이터를 얻기 위해 사용한 광의 파장은 656.2725nm, 587.5618nm, 546.0740nm, 486.1327nm, 435.8343nm 이었다. (b) 및 (c) 데이터를 얻기 위해 사용한 광의 파장은 546.0740nm이었다. 이는 도 6 내지 도 8에서도 마찬가지이다.
도 6의 (a), (b) 및 (c)는 각각 본 발명의 제2 실시예(도 2)에 따른 렌즈 광학계, 즉, 표 6의 수치를 갖는 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 7의 (a), (b) 및 (c)는 각각 본 발명의 제3 실시예(도 3)에 따른 렌즈 광학계, 즉, 표 7의 수치를 갖는 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 8의 (a), (b) 및 (c)는 각각 본 발명의 제4 실시예(도 4)에 따른 렌즈 광학계, 즉, 표 8의 수치를 갖는 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈 광학계는 피사체(OBJ)에서 이미지센서(IMG) 방향으로 순차적으로 배열된 정(+), 부(-), 부(-), 정(+), 부(-)의 굴절력을 갖는 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ)를 포함하고, 상기한 수학식 1 내지 4 중 적어도 어느 하나를 만족할 수 있다. 이러한 렌즈 광학계는 각종 수차를 용이하게(양호하게) 보정할 수 있고, 비교적 짧은 전장을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 소형이면서도 고성능 및 고해상도를 얻을 수 있는 렌즈 광학계를 구현할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 광학계에서 제5 렌즈(Ⅴ)의 입사면(10*)과 출사면(11*) 중 적어도 하나가 복수의 변곡점을 갖는 비구면인 경우, 제5 렌즈(Ⅴ)로 각종 수차를 용이하게 보정할 수 있고, 주광선(chief ray)의 출사각을 작게 하여 비네팅(vignetting)도 방지할 수 있다.
또한, 제1 내지 제5 렌즈(I∼Ⅴ)를 플라스틱으로 제조하고 각 렌즈(I∼Ⅴ)의 양면(입사면과 출사면)을 비구면으로 구성함으로써, 6∼7매의 글라스 렌즈를 사용하는 경우보다 저비용으로 컴팩트하면서 성능이 우수한 렌즈 광학계를 구현할 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 적외선 차단 수단(Ⅵ)으로서 필터를 대신하여 차단막을 사용할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그 밖에도 다양한 변형예가 가능함을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

Claims (25)

  1. 피사체와 상기 피사체의 상이 맺히는 이미지센서 사이에 상기 피사체 측으로부터 순차로 배열된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제5 렌즈를 구비하되,
    상기 제1 렌즈는 정(+)의 굴절력을 갖고 양면 볼록하며,
    상기 제2 렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖고 상기 피사체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지며,
    상기 제3 렌즈는 부(-)의 굴절력을 가지며,
    상기 제4 렌즈는 정(+)의 굴절력을 갖고 상기 이미지센서 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지며,
    상기 제5 렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖고 그의 입사면과 출사면 중 적어도 하나는 비구면이며,
    상기 제1 렌즈의 입사면의 곡률반경(R1)과 상기 렌즈 광학계의 초점거리(f) 사이에 수학식 0.4 ＜ R1 / f ＜ 0.6 이 성립하고,
    상기 제5 렌즈의 출사면에서 상기 이미지센서까지의 거리(BL)와 상기 렌즈 광학계의 전장(TL) 사이에 수학식 0.2 ＜ BL / TL ＜ 0.4 이 성립하는 것을 특징으로 하는 렌즈 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 초점거리(f1)와 상기 렌즈 광학계의 전장(TL) 사이에 다음 수학식이 성립하는 렌즈 광학계.
    <수학식>
    0.5 ＜ f1 / TL ＜ 1.0
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 아베수(Vd1)와 상기 제2 렌즈의 아베수(Vd2) 사이에 다음 수학식이 성립하는 렌즈 광학계.
    <수학식>
    30 ＜ Vd1-Vd2 ＜ 35
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3 렌즈는 광축 근방에서 상기 피사체 측으로 볼록한 형상을 갖는 렌즈 광학계.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3 렌즈의 입사면과 출사면은 광축 근방에서 상기 피사체 측으로 볼록하고, 가장자리로 가면서 오목해지는 렌즈 광학계.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 렌즈 중 적어도 하나는 비구면 렌즈인 렌즈 광학계.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 렌즈 중 적어도 한 렌즈의 입사면과 출사면 중 적어도 하나는 비구면인 렌즈 광학계.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제5 렌즈의 입사면과 출사면 중 적어도 하나는 복수의 변곡점을 갖는 렌즈 광학계.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제5 렌즈의 입사면은 변곡점을 갖지 않고,
    상기 제5 렌즈의 출사면은 복수의 변곡점을 갖는 렌즈 광학계.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제5 렌즈의 입사면은 상기 피사체에 대해서 오목하고,
    상기 제5 렌즈의 출사면의 중앙부는 상기 이미지센서에 대하여 오목하고 가장자리로 가면서 볼록해지는 렌즈 광학계.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제5 렌즈의 입사면과 출사면 각각은 복수의 변곡점을 갖는 렌즈 광학계.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제5 렌즈의 입사면의 중앙부는 상기 피사체 측으로 볼록하고 가장자리로 가면서 오목해지며,
    상기 제5 렌즈의 출사면의 중앙부는 상기 이미지센서에 대하여 오목하고 가장자리로 가면서 볼록해지는 렌즈 광학계.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2, 제3, 제4 및 제5 렌즈는 수차 보정 렌즈인 렌즈 광학계.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 피사체와 상기 제1 렌즈 사이에 조리개가 배치된 렌즈 광학계.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 피사체와 상기 이미지센서 사이에 적외선 차단 수단이 더 구비된 렌즈 광학계.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 적외선 차단 수단은 상기 제5 렌즈와 상기 이미지센서 사이에 구비된 렌즈 광학계.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제5 렌즈 중 적어도 하나는 플라스틱 렌즈인 렌즈 광학계.
  24. 피사체와 상기 피사체의 상이 맺히는 이미지센서 사이에 상기 피사체 측으로부터 순차로 배열된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제5 렌즈를 구비하되,
    상기 제1 렌즈는 정(+)의 굴절력을 갖고 양면 볼록하며,
    상기 제2 렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖고 상기 피사체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지며,
    상기 제3 렌즈는 부(-)의 굴절력을 가지며,
    상기 제4 렌즈는 정(+)의 굴절력을 갖고 상기 이미지센서 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지며,
    상기 제5 렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖고 그의 입사면과 출사면 중 적어도 하나는 비구면이며,
    상기 제1 렌즈의 아베수(Vd1)와 상기 제2 렌즈의 아베수(Vd2) 사이에 수학식 30 ＜ Vd1-Vd2 ＜ 35 이 성립하고,
    상기 제5 렌즈의 출사면에서 상기 이미지센서까지의 거리(BL)와 상기 렌즈 광학계의 전장(TL) 사이에 수학식 0.2 ＜ BL / TL ＜ 0.4 이 성립하는 것을 특징으로 하는 렌즈 광학계.
  25. 피사체와 상기 피사체의 상이 맺히는 이미지센서 사이에 상기 피사체 측으로부터 순차로 배열된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제5 렌즈를 구비하되,
    상기 제1 렌즈는 정(+)의 굴절력을 갖고 양면 볼록하며,
    상기 제2 렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖고 상기 피사체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지며,
    상기 제3 렌즈는 부(-)의 굴절력을 가지며,
    상기 제4 렌즈는 정(+)의 굴절력을 갖고 상기 이미지센서 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지며,
    상기 제5 렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖고 그의 입사면과 출사면 중 적어도 하나는 비구면이며,
    상기 제1 렌즈의 초점거리(f1)와 상기 렌즈 광학계의 전장(TL) 사이에 0.5 ＜ f1 / TL ＜ 1.0 이 성립하고,
    상기 제5 렌즈의 출사면에서 상기 이미지센서까지의 거리(BL)와 상기 렌즈 광학계의 전장(TL) 사이에 수학식 0.2 ＜ BL / TL ＜ 0.4 이 성립하는 것을 특징으로 하는 렌즈 광학계.
KR1020110014175A 2011-02-17 2011-02-17 촬영 렌즈 광학계 KR101232028B1 (ko)

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