KR101247314B1 - 결상렌즈 시스템 - Google Patents

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KR101247314B1
KR101247314B1 KR1020100072101A KR20100072101A KR101247314B1 KR 101247314 B1 KR101247314 B1 KR 101247314B1 KR 1020100072101 A KR1020100072101 A KR 1020100072101A KR 20100072101 A KR20100072101 A KR 20100072101A KR 101247314 B1 KR101247314 B1 KR 101247314B1
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lens
imaging lens
lens system
refractive power
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박찬영
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삼성테크윈 주식회사
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    • G02B9/34—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having four components only
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    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
    • G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
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    • G03B9/02—Diaphragms

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Abstract

결상렌즈 시스템이 개시된다. 개시된 결상렌즈 시스템은 물체쪽으로부터 상면쪽으로 순서대로 배치된 것으로, 조리개; 정의 굴절력을 가지며, 물체측면과 상측면이 볼록한 제1렌즈; 부의 굴절력을 가지며, 물체측면이 볼록하고 상측면이 오목한 제2렌즈; 정의 굴절력을 가지며, 물체측면이 오목하고 상측면이 볼록한 제3렌즈; 부의 굴절력을 가지며, 상측면이 중심부에서는 오목하고 주변으로 갈수록 볼록해지는 형상의 제4렌즈;를 포함하며, 다음 조건을 만족한다.
L/(2Y) < 1
여기서, L은 조리개부터 상면까지의 거리이고, 2Y는 상고이다.

Description

결상렌즈 시스템{Imaging lens system}
본 개시는 고화소수의 촬상소자를 채용하는 촬상기기에 적합한 결상렌즈 시스템에 관한 것이다.
최근, CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 등과 같은 고체 촬상 소자를 가진 디지털 카메라(digital camera)나 비디오 카메라(video camera)가 널리 보급되고 있으며, 특히 휴대 전화 단말기에서는 화소수의 증가와 함께 박형, 소형화가 강하게 요구되고 있다.
CCD나 CMOS등의 촬상 소자 화소수가 5M 이상으로 늘어나면서 크기는 소형화가 되어, 정밀도 및 민감도가 높은 결상 렌즈 설계가 요청되며, 특히 모바일용 소형 카메라에서 화상 통신용으로 쓰이는 렌즈의 경우, 소형화가 필수적이다.
소형, 경량화　및 저가격화를　유지하기 위해서 렌즈 4매를 모두 플라스틱 렌즈로 하는 구성이 주로 사용되며, 고화소 카메라 모듈은 1/2.5"가 주류를 이루었으나 기술의 발전과 더불어 센서 픽셀이 점차 작아져 현재는 1/3.2" 가 개발되고 있다. 이에 따라, 모듈 높이를 최소화 하기 위하여, 광학 전장/상고 높이의 비율이 작은 민감한 렌즈를 설계하는 것이 필수화 되어 가고 있다. 또한, 일반적으로 렌즈와 센서 사이에 0.3mm의 적외선 차단 필터(IR Cut Filter)를 사용하는데, 이에 충분한 후초점거리(back focal length;BFL)를 확보하는것이 필요하다.
이러한 요구들을 만족하기 위해, 촬영 렌즈를 구성하는 렌즈들의 굴절력을 적절하게 배치하여 전장이 짧으면서도 높은 성능을 유지할 수 있도록 하는 렌즈 설계 방안이 모색되고 있다.
본 개시는 소형화된 구조를 가지며, 수차가 양호하게 보정되는 결상렌즈 시스템을 제공하고자 한다.
물체쪽으로부터 상면쪽으로 순서대로 배치된 것으로, 조리개; 정의 굴절력을 가지며, 물체측면과 상측면이 볼록한 제1렌즈; 부의 굴절력을 가지며, 물체측면이 볼록하고 상측면이 오목한 제2렌즈; 정의 굴절력을 가지며, 물체측면이 오목하고 상측면이 볼록한 제3렌즈; 부의 굴절력을 가지며, 상측면이 중심부에서는 오목하고 주변으로 갈수록 볼록해지는 형상의 제4렌즈;를 포함하며, 다음 조건을 만족하는 결상렌즈 시스템이 제공된다.
L/(2Y) < 1
여기서, L은 조리개부터 상면까지의 거리이고, 2Y는 상고이다.
상기 결상렌즈 시스템은 다음 조건을 만족할 수 있다.
0.6 < f1/f < 0.7
여기서, f는 시스템 전체의 초점거리, f1은 제1렌즈의 초점거리이다.
상기 결상렌즈 시스템은 다음 조건을 만족할 수 있다.
-1.1 < f3/f4 < -0.9
여기서, f3 및 f4는 각각 제3렌즈의 초점거리 및 제4렌즈의 초점거리이다.
상기 결상렌즈 시스템은 상기 제3렌즈와 제4렌즈 사이의 간격 gap3가 다음 조건을 만족할 수 있다.
0 < gap3 < 1.05
상기 결상렌즈 시스템은 상기 제2렌즈의 아베수 v2가 다음 조건을 만족할 수있다.
20 < v2 < 30
상술한 결상렌즈 시스템은 4매 렌즈 구성으로서, 광학전장/상고의 비율이 작으며, 색수차를 포함한 여러 수차가 양호하게 보정된다. 또한, 텔레센트릭 특성이 양호하며, 긴 후초점거리를 가진다. 이러한 결상렌즈 시스템은 고화소수의 촬상 소자를 사용하는 전자 스틸 카메라, 차량 탑재용 카메라, PC 카메라, 내시경, 자외선 카메라 또는 휴대 전화 단말기나 휴대 정보 단말기기(PDA 등)와 같은 모바일 기기에 채용되기에 적합하다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 광학적 배치를 보이는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 횡색수차를 보인 수차도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 종방향 구면수차, 비점수차, 왜곡을 보이는 수차도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 스루 포커스 MTF 차트를 보인다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 광학적 배치를 보이는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 횡색수차를 보인 수차도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 종방향 구면수차, 비점수차, 왜곡을 보이는 수차도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 스루 포커스 MTF 차트를 보인다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 광학적 배치를 보이는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 횡색수차를 보인 수차도이다.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 종방향 구면수차, 비점수차, 왜곡을 보이는 수차도이다.
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 스루 포커스 MTF 차트를 보인다.
이하 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촬영렌즈를 상세히 설명하기로 한다.
도 1, 도 5 및 도 9는 본 발명의 제1 내지 제3실시예 각각에 따른 결상렌즈 시스템의 광학적 배치를 보인 도면이다. 도면들을 참조하면, 결상렌즈 시스템은 물체(OBJ) 측에서부터 상(IMG)측으로 순서대로 배치된, 정의 굴절력을 가지는 제1렌즈(100), 부의 굴절력을 가지는 제2렌즈(200), 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈(300) 및 부의 굴절력을 가지는 제4렌즈(400)을 포함한다. 조리개(미도시)는 제1렌즈(100)의 물체측면에 배치되고, 제4렌즈(400)와 상면(IMG) 사이에는 적외선 차단필터(500)가 배치된다.
보다 구체적인 렌즈 구성을 살펴보면 다음과 같다. 제1렌즈(100)는 정의 굴절력을 가지며, 물체측면과 상측면이 모두 볼록한 양볼록렌즈이다. 제2렌즈(200)는 부의 굴절력을 가지며, 물체측면은 오목하고 상측면이 볼록한 형태를 갖는다. 제3렌즈(300)는 정의 굴절력을 가지며, 물체측면이 오목하고 상측면이 볼록한 형태를 갖는다. 제4렌즈(400)는 부의 굴절력을 가지며, 광축을 중심으로, 중심부에서는 상측면이 오목하고 주변으로 갈수록 상측면이 볼록해지는 형태의 변곡점을 가진다. 또한, 상측면과 물체측면이 모두 유효경 내에서는 파워의 변화가 없는 형태이다.
결상렌즈 시스템은 다음 조건을 만족할 수 있다.
L/(2Y) < 1
여기서, L은 조리개부터 상면까지의 거리이고, 2Y는 상고이다.
상기 조건은 상고에 대한 시스템 전장의 비율을 줄여 소형화되면서도 높은 민감도를 구현하기 위한 것이다. 상기 조건은 다음과 같이 변형될 수도 있다.
L/(2Y) < 0.9
결상렌즈 시스템은 다음 조건을 만족할 수 있다.
0.6 < f1/f < 0.7
여기서, f는 시스템 전체의 초점거리, f1은 제1렌즈의 초점거리이다.
상기 조건은 전장/상고의 비율을 유지하면서도 코마수차와 비점수차를 보정할 수 있도록 제시된다. 상기 조건은 다음과 같이 변형될 수도 있다.
0.6 < f1/f < 0.68
결상렌즈 시스템은 다음 조건을 만족할 수 있다.
-1.1 < f3/f4 < -0.9
여기서, f3 및 f4는 각각 제3렌즈의 초점거리 및 제4렌즈의 초점거리이다.
상기 조건 또한, 전장/상고의 비율을 유지하면서도 코마수차와 비점수차를 보정할 수 있도록 제시되며, 수차를 최소화하기 위해 -1에 근접하는 값을 유지하도록 할 수 있다. 상기 조건은 다음과 같이 변형될 수도 있다.
-1.05 < f3/f4 < -0.95
결상렌즈 시스템은 다음 조건을 만족할 수 있다.
0 < gap3 < 1.05
여기서, gap3는 제3렌즈(300)와 제4렌즈(400) 사이의 간격이다.
상기 조건은 종색수차와 코마수차 및 왜곡을 줄이기 위해 제시되는 것이며, 간격을 최소화하면, 수차가 최소화될 수 있다.
결상렌즈 시스템은 다음 조건을 만족할 수 있다.
20 < v2 < 30
여기서, v2는 제2렌즈(G2)의 아베수이다.
상기 조건은 색수차를 보정하기 위해 굴절률이 높은 재질을 채용하고, 또한, 전장을 짧게 할 수 있도록 제시된다. 상기 조건은 다음과 같이 변형될 수 있다.
22 < v2 < 25
이하, 본 발명의 여러 실시예에 따른 구체적인 렌즈 데이터들을 기술한다. STO는 조리개를, ASP는 비구면을 나타낸다.
본 발명의 실시예들에서 나타나는 비구면(ASP)의 정의는 다음과 같다.
Figure 112010048267114-pat00001
여기서, x는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리이고, y는 광축에 대해 수직한 방향으로의 거리이며, K는 코닉상수(conic constant), A, B, C, D, E, F, G는 비구면계수, c는 렌즈의 정점에 있어서의 곡률반경의 역수(1/R)이다.
<제1실시예>
도 1은 제1실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 광학적 배치를 보인다. 제1실시예의 렌즈 데이터는 다음과 같다.
RDY THI GLA
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ASP:
K : 0.000000
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ASP:
K : 0.000000
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5: 2.59504 0.891844
ASP:
K : -1.499366
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ASP:
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ASP:
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도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 횡색수차를 보인 수차도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 종방향 구면수차, 비점수차, 왜곡을 보이는 수차도이며, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 스루 포커스 MTF 차트(through focus Modulus Transfer Function chart)를 보인다.
종방향 구면수차, 횡색수차, MTF 차트는 파장이 656.2725(nm), 587.5618(nm), 546.0740(nm), 486.1327(nm), 435.8343(nm)인 광에 대해 각각 나타낸다. 비점수차는 자오상면 (T: tangential field curvature)과 구결상면(S: sagittal field curvature)으로 나누어 보이고 있다.
<제2실시예>
도 5는 제2실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 광학적 배치를 보이며, 제2실시예의 렌즈 데이터는 다음과 같다.
RDY THI GLA
OBJ: INFINITY INFINITY
1: INFINITY 0.050000
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ASP:
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4: 13.92974 0.317112 6342.24
ASP:
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ASP:
K : -9.638860
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도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 횡색수차를 보인 수차도이고, 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 종방향 구면수차, 비점수차, 왜곡을 보이는 수차도이며, 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 스루 포커스 MTF 차트(through focus Modulus Transfer Function chart)를 보인다.
<제3실시예>
도 9는 제3실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 광학적 배치를 보이며, 제3실시예의 렌즈 데이터는 다음과 같다.
RDY THI GLA
OBJ: INFINITY INFINITY
1: INFINITY 0.050000
STO: 1.63256 0.706897 540.560
ASP:
K : -1.460045
IC : YES CUF: 0.000000
A :0.332938E-01 B :-.576592E-03 C :-.312390E-01 D 0.282696E-01
E :-.289841E-01 F :0.000000E+00 G :0.000000E+00 H :0.000000E+00
3: -19.65156 0.073000
ASP:
K : 0.000000
IC : YES CUF: 0.000000
A :-.866357E-02 B :-.813801E-01 C :0.246759E-01 D :-.427630E-01
E :0.271340E+00 F :-.247937E+00 G :0.000000E+00 H :0.000000E+00
4: 13.92974 0.317112 6342.24
ASP:
K : 0.000000
IC : YES CUF: 0.000000
A :0.132424E-01 B :-.617806E-01 C :-.323725E-01 D :0.144701E+00
E :0.165598E+00 F :-.239553E+00 G :0.000000E+00 H :0.000000E+00
5: 2.59504 0.891844
ASP:
K : -1.499366
IC : YES CUF: 0.000000
A :0.539221E-01 B :-.258951E-01 C :0.698008E-01 D :-.101043E+00
E :0.117390E+00 F :0.128849E+00 G :-.159357E+00 H :0.000000E+00
6: -1.74511 0.647392 540.56
ASP:
K : 0.668653
IC : YES CUF: 0.000000
A :-.433725E-01 B :-.591839E-02 C :0.375540E-02 D :-.685511E-01
E :0.450889E-01 F :0.761945E-02 G :-.215594E-01 H :0.000000E+00
7: -0.94347 0.100000
ASP:
K : -3.793039
IC : YES CUF: 0.000000
A :-.216858E+00 B :0.189427E+00 C :-.146363E+00 D :0.664919E-01
E :-.100533E-01 F :0.000000E+00 G :0.000000E+00 H :0.000000E+00
8: 21.11510 0.579706 531.565
ASP:
K : 6.942914
IC : YES CUF: 0.000000
A :-.737459E-01 B :0.337522E-01 C :-.642666E-02 D :0.434997E-03
E :0.133293E-04 F :-.200016E-05 G :0.000000E+00 H :0.000000E+00
9: 1.42802 0.317936
ASP:
K : -9.833573
IC : YES CUF: 0.000000
A :-.787579E-01 B :0.297887E-01 C :-.946375E-02 D :0.192821E-02
E :-.218335E-03 F :0.991486E-05 G :0.000000E+00 H :0.000000E+00
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 횡색수차를 보인 수차도이고, 도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 종방향 구면수차, 비점수차, 왜곡을 보이는 수차도이며, 도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 결상렌즈 시스템의 스루 포커스 MTF 차트(through focus Modulus Transfer Function chart)를 보인다.
다음 표는 실시예들이 상술한 조건들을 만족하는 것을 보인다.
조건 제1실시예 제2실시예 제3실시예
L/(2Y) 0.87 0.87 0.87
f1/f 0.64 0.65 0.63
f3/f4 -0.968 -0.973 -0.989
gap3 0.1 0.1 0.11
v2 24 24 24
실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위 내에서 정해져야만 할 것이다.

Claims (9)

  1. 물체쪽으로부터 상면쪽으로 순서대로 배치된 것으로,
    조리개;
    정의 굴절력을 가지며, 물체측면과 상측면이 볼록한 제1렌즈;
    부의 굴절력을 가지며, 물체측면이 볼록하고 상측면이 오목한 제2렌즈;
    정의 굴절력을 가지며, 물체측면이 오목하고 상측면이 볼록한 제3렌즈;
    부의 굴절력을 가지며, 상측면이 중심부에서는 오목하고 주변으로 갈수록 볼록해지는 형상의 제4렌즈;를 포함하며, 다음 조건을 만족하는 결상렌즈 시스템.
    L/(2Y) < 1
    0.6 < f1/f < 0.68
    여기서, L은 조리개부터 상면까지의 거리이고, 2Y는 상고이고
    f는 시스템 전체의 초점거리, f1은 제1렌즈의 초점거리이다.
  2. 제1항에 있어서,
    다음 조건을 만족하는 결상렌즈 시스템.
    L/(2Y) < 0.9
    여기서, L은 조리개부터 상면까지의 거리이고, 2Y는 상고이다.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    다음 조건을 만족하는 결상렌즈 시스템.
    -1.1 < f3/f4 < -0.9
    여기서, f3 및 f4는 각각 제3렌즈의 초점거리 및 제4렌즈의 초점거리이다.
  6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제5항에 있어서,
    다음 조건을 만족하는 결상렌즈 시스템.
    -1.05 < f3/f4 < -0.95
    여기서, f3 및 f4는 각각 제3렌즈의 초점거리 및 제4렌즈의 초점거리이다.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제3렌즈와 제4렌즈 사이의 간격 gap3가 다음 조건을 만족하는 결상렌즈 시스템.
    0 < gap3 < 1.05
  8. 제1항, 제2항, 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2렌즈의 아베수 v2가 다음 조건을 만족하는 결상렌즈 시스템.
    20 < v2 < 30
  9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제8항에 있어서,
    상기 제2렌즈의 아베수 v2가 다음 조건을 만족하는 결상렌즈 시스템.
    22 < v2 < 25
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