KR101340669B1

KR101340669B1 - 촬상 렌즈

Info

Publication number: KR101340669B1
Application number: KR20110099868A
Authority: KR
Inventors: 권덕근
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-12-11
Also published as: TW201326881A; EP2761353B1; EP2761353A4; KR20130035525A; EP3650901A1; EP2761353A1; US9958639B2; CN103842881B; TWI617830B; WO2013048089A1; US20140247510A1; CN103842881A

Abstract

본 발명은 촬상 렌즈에 관한 것이다.
즉, 본 발명의 촬상 렌즈는 물체측으로부터 순서대로, 양(+)의 굴절력을 가지며, 물측으로 볼록인 제1렌즈; 양(+)의 굴절력을 가지며, 물체측면에 오목면을 갖는 제2렌즈; 음(-)의 굴절력을 갖는 제3렌즈를 포함하며, 상기 제3렌즈의 굴절률을 ND3이라 할 때, 1.6 ≤ ND3 < 1.7의 조건식을 만족한다.

Description

촬상 렌즈 { Imaging lens }

본 발명은 촬상 렌즈에 관한 것이다.

최근에 이미지 픽업 시스템(Image Pick-up System)과 관련하여 통신단말기용 카메라 모듈, 디지털 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 상을 결상하는 렌즈이다.

최근, 컴팩트화 및 저가격화를 위해서 렌즈 매수를 3매 또는 4매 구성으로 있다.

배경기술인 한국공개특허 제2011-0019954에서 3매의 렌즈를 이용하여 컴팩트한 광학계를 구성하는 시도가 이루어진 바 있다.

이러한 3매의 렌즈는 가격면에서는 유리하지만, 만족스러운 광학 특성 또는 수차 특성을 갖고 있어야 하며, 고성능과 고해상도를 갖는 광학계의 구현이 요구되고 있다.

본 발명은 고해상도를 갖고, 광각의 소형 촬상 렌즈를 구현할 수 있는 과제를 해결하는 것이다.

본 발명은,

물체측으로부터 순서대로,

양(+)의 굴절력을 가지며, 물측으로 볼록인 제1렌즈;

양(+)의 굴절력을 가지며, 물체측면에 오목면을 갖는 제2렌즈;

음(-)의 굴절력을 갖는 제3렌즈를 포함하며,

상기 제3렌즈의 굴절률을 ND3이라 할 때,

1.6 ≤ ND3 < 1.7

의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈가 제공된다.

그리고, 상기 제1렌즈는 양 볼록이다.

또, 상기 제3렌즈는 물체측면에 볼록면을 갖는 메니스커스(meniscus) 형상이다.

또, 상기 제2렌즈의 파워는 상기 제1렌즈 및 상기 제3렌즈의 파워보다 크다.

또한, 상기 촬상 렌즈의 전체초점거리를 f, 상기 제1렌즈의 초점거리를 f1이라 할 때, 0.8 < f1/f < 1.5의 조건식을 만족한다.

더불어, 상기 촬상 렌즈의 전체초점거리를 f, 상기 제2렌즈의 초점거리를 f2이라 할 때, 0.8 < f2/f < 1.5의 조건식을 만족한다.

게다가, 상기 제1렌즈의 초점거리를 f1, 상기 제2렌즈의 초점거리를 f2이라 할 때, f2/f1 < 1.0의 조건식을 만족한다.

그리고, 최대상고의 반 필드 앵글(Half field angle)을 Θ라 할 때, 0.7 < tanΘ < 0.85의 조건식을 만족한다.

또한, 광학계 전체 길이를 OAL, 광학계 최대 상고를 FLD이라 할 때, 0.8 < OAL/((FLD) x 2) < 1.2의 조건식을 만족한다.

또, 상기 제1,2렌즈의 굴절률을 ND라 할 때, 1.5 < ND < 1.6의 조건식을 만족한다.

그리고, 상기 제1,2렌즈의 아베수를 vd라 할 때, 50 < vd < 60의 조건식을 만족한다.

또한, 상기 제3렌즈의 아베수를 vd3라 할 때, 20 < Vd3 < 30의 조건식을 만족한다.

더불어, 상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈 사이에 조리개가 위치된다.

또, 상기 제3렌즈는, 플라스틱 재질이다.

그리고, 상기 제1렌즈 내지 제3렌즈의 적어도 한면은 비구면이다.

본 발명의 촬상 렌즈는 제1렌즈 형상을 양 볼록으로 형성하고, 제3렌즈를 고굴절 플라스틱 재질로 구현하여 높은 성능을 갖는 고해상도를 갖고, 광각의 소형 촬상 렌즈를 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 카메라 렌즈 모듈의 구성도
도 2a와 도 2b는 본 발명의 실시예의 코마수차(Coma aberration)를 측정한 그래프
도 3은 본 발명의 실시예의 수차도를 도시한 그래프

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 카메라 렌즈 모듈의 구성도이다.

본 발명에 따른 카메라 렌즈 모듈은 복수개의 렌즈들로 이루어진 촬상 렌즈가 광축(Z0)을 중심으로 하여 배치되어 있고, 도 1의 구성도에서, 렌즈의 두께, 크기, 형상은 설명을 위해 다소 과장되게 도시되었으며, 구면 또는 비구면 형상은 일 실시예로 제시되었을 뿐 이 형상에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 카메라 렌즈 모듈은 물체측으로부터 순서대로 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30), 필터(40) 및 수광소자(50)가 배치된 구성을 갖는다.

피사체의 영상 정보에 해당하는 광은 상기 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30) 및 필터(40)를 통과하여 상기 수광소자(50)에 입사된다.

여기서, 본 발명의 촬상 렌즈는 상기 제1렌즈(10) 형상을 양 볼록으로 형성하고, 상기 제3렌즈(30)를 1.6 이상의 고굴절 플라스틱 재질로 구현하여 높은 성능을 갖는 고해상도를 갖고, 광각의 소형 촬상 렌즈를 구현할 수 있는 장점이 있다.

이하에서 각 렌즈의 구성을 설명함에 있어, "물체측면"이라 함은 광축을 기준으로 하여 물체측을 향하는 렌즈의 면을 의미하며, "상측면"이라 함은 광축을 기준으로 하여 촬상면을 향하는 렌즈의 면을 의미한다.

상기 제1렌즈(10)는 양(+)의 굴절력을 가지며, 물체측면(S1)이 볼록하게 형성된다.

그리고, 상기 제1렌즈(10)는 양볼록 형상이다.

또한, 상기 제2렌즈(20)는 양(+)의 굴절력을 가지며, 물체측면(S3)에 오목면을 갖는다.

또, 상기 제1렌즈(10)와 상기 제2렌즈(20) 사이에는 별도의 조리개가 위치된다.

더불어, 상기 제3렌즈(30)는 음(-)의 굴절력을 가지며, 물체측면(S5)에 볼록면을 갖는 메니스커스(meniscus) 형상이다.

게다가, 상기 제2렌즈(20)의 파워는 상기 제1렌즈(10) 및 상기 제3렌즈(30)의 파워보다 크다.

또, 상기 제1렌즈(10) 내지 제3렌즈(30)의 적어도 한면은 비구면이다.

참고로, 도 1의 'S2'는 제1렌즈(10)의 상측면이고, 'S4'는 제2렌즈(20)의 상측면이고, 'S6'는 제3렌즈(30)의 상측면이고, 'S7'과 'S8'은 필터(40)의 물체측면과 상측면이다.

상기 필터(40)는 적외선 필터, 커버 글래스 등의 광학적 필터 중 적어도 어느 하나의 필터이다. 필터(40)로서, 적외선 필터가 적용되는 경우, 외부 빛으로부터 방출되는 복사열이 수광소자(50)에 전달되지 않도록 차단한다. 또한, 적외선 필터는 가시광선은 투과시키고, 적외선은 반사시켜 외부로 유출시킨다.

상기 수광소자(50)는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등의 이미지 센서이다.

이하에서 설명되는 조건식 및 실시예는 작용효과를 상승시키는 바람직한 실시예로서, 본 발명은 반드시 이하의 조건들로 구성되어야 하는 것이 아님은 당업자에게 자명할 것이다. 예를 들어, 이하에서 설명되는 조건식들 중 일부의 조건식들만을 만족하는 것으로도 본 발명의 렌즈 구성은 상승된 작용효과를 가질 수 있을 것이다.

[조건식 1] 0.8 < f1/f < 1.5

[조건식 2] 0.8 < f2/f < 1.5

[조건식 3] f2/f1 < 1.0

[조건식 4] 0.7 < tanΘ < 0.85

[조건식 5] 0.8 < OAL/((FLD) x 2) < 1.2

[조건식 6] 1.5 < ND < 1.6

[조건식 7] 1.6 ≤ ND3 < 1.7

[조건식 8] 50 < vd < 60

[조건식 9] 20 < Vd3 < 30

여기서, f : 촬상 렌즈의 전체초점거리

f1 : 제1렌즈의 초점거리

f2 : 제1렌즈의 초점거리

Θ : 결상면의 최대상고의 반 필드 앵글(Half field angle)

OAL : 광학계 전체 길이(제1렌즈의 물체측면으로부터 결상면까지의 거리)

FLD : 광학계 최대 상고

ND : 제1,2렌즈의 굴절률

ND3 : 제3렌즈의 굴절률

vd : 제1,2렌즈의 아베수

vd3 : 제3렌즈의 아베수

조건식 1 내지 3은 제1과 제3렌즈(10,30)의 굴절력을 규정한다. 제1 내지 제3렌즈(10,20,30)는 조건식 1 내지 3에 의해 적절한 구면수차의 보정과 적절한 색수차를 갖는 굴절력을 갖는다.

조건식 6과 7은 제1과 제3렌즈(10,30)의 굴절률을 규정하며, 조건식 8과9는 제1과 제3렌즈(10,30)의 아베수를 규정한다. 각 렌즈의 아베수의 규정은 색수차를 양호하게 보정하기 위한 조건이다.

이하, 구체적인 실시예를 참조하여 본 발명의 작용효과를 살펴본다. 이하의 실시예에서 언급되는 비구면은 공지의 수학식 1로부터 얻어지며, 코닉(Conic) 상수 k 및 비구면 계수 A, B, C, D, E, F에 사용되는 'E 및 이에 이어지는 숫자'는 10의 거듭제곱을 나타낸다. 예를 들어 E+01은 10¹을, E-02는 10^-2를 나타낸다.

여기서, z : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리

c : 렌즈의 기본 곡률

Y : 광축에 수직인 방향으로의 거리

K : 코닉(Conic) 상수

A, B, C, D, E, F : 비구면 계수

[실시예]

다음 표 1은 상술한 조건식에 부합되는 실시예를 보여준다.

	실시예
f	1.528
f1	1.891
f2	1.617
tanΘ	0.82
OAL	2.2
FLD	1.25
Nd	1.533
Nd3	1.642
vd	56.5
vd3	23

표 1을 참조하면, f1/f가 1.237로서 조건식 1에 부합되고, f2/f가 1.058으로 조건식 2에 부합됨을 알 수 있으며, f2/f1가 0.85로 조건식 3에 부합됨을 알 수 있다.

다음 표 2의 실시예는 표 1의 실시예에 비해 보다 구체적인 실시예를 보여준다.

면 번호	곡률반경(R)	두께 또는 거리(d)	굴절률(N)
1*	1.0275	0.300	1.53
2*	-50.000	0.070
(stop)	Infinity	0.287
4*	-0.5222	0.353	1.53
5*	-0.4018	0.030
6*	1.1442	0.260	1.64
7*	0.6152	0.183
8	Infinity	0.210	1.52
9	Infinity	0.501
image	Infinity	0.005

상기 표 2 및 이하 표 3에서 면 번호 옆에 병기된 *는 비구면을 나타낸다.

다음 표 3 및 표 4는 상기 표 2의 실시예에서 각 렌즈의 비구면 계수의 값은 나타낸다.

면 번호	k	A	B	C	D	E	F
1*	0.074207	-.226361E+00	-.965333E+00	0.398589E+01	-.450770E+02	0.770700E+02
2*	0.000000	-.467000E+00	-.467000E+00	-.123419E+02	0.579599E+02
4*	-2.234518	-.117742E+02	-.117742E+02	-.883901E+02	0.157995E+04	-.329496E+04
5*	-0.465616	0.374798E+01	0.374798E+01	-.198913E+02	-.621791E+01	0.513835E+03
7*	-7.234414	0.299945E+01	0.299945E+01	-.550763E+01	0.585215E+00	-.301800E+01	0.185450E-01

면 번호	k	AR4	AR5	AR6	AR7	AR8
6*	1.4501E+00	-4.1929E+00	8.0575E+00	-8.9548E+00	3.6703E-01	1.4924E+01
	AR9	AR10	AR11	AR12	AR13	AR14
	3.1319E+00	-3.8456E+01	-1.0397E+01	3.0618E+01	8.4482E+01	-9.7917E+01

도 2a와 도 2b는 본 발명의 실시예의 코마수차(Coma aberration)를 측정한 그래프로서, 상면의 높이(field hight)에 따라 각 파장의 탄젠셜(tangential) 수차와 새저틀(sagittal) 수차를 측정한 그래프이다. 도 2a와 도 2b에서는 실험 결과를 보여주는 그래프가 양의 축과 음의 축에서 각각 X축에 근접할수록 코마수차 보정기능이 좋은 것으로 해석된다. 도 2a와 도 2b의 측정예들은 거의 모든 필드에서 상들의 값이 X축에 인접하게 나타나므로, 모두 우수한 코마수차 보정 기능을 보여주는 것으로 해석된다.

도 3은 본 발명의 실시예의 수차도를 도시한 그래프로서, 좌측에서부터 순서대로 종구면수차(longitudinal spherical aberration), 비점수차(astigmatic field curves), 왜곡수차(distortion)를 측정한 그래프이다.

도 3에서 Y축은 이미지의 크기를 의미하고, X측은 초점거리(mm 단위) 및 왜곡도(% 단위)를 의미한다. 도 3에서는 곡선들이 Y축에 접근될수록 수차 보정기능이 좋은 것으로 해석된다. 도시된 수차도에서는 거의 모든 필드에서 상들의 값이 Y축에 인접하게 나타나므로, 구면수차, 비점수차, 왜곡수차가 모두 우수한 수치를 보여주고 있다.

즉, 종구면수차의 범위는 -0.021㎜ ~ +0.0125㎜이고, 비점수차의 범위는 -0.013㎜ ~ +0.014㎜이며, 왜곡수차의 범위는 -1.80㎜ ~ +0.53㎜이므로, 본 발명의 촬상 렌즈는 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차의 특성을 보정할 수 있고, 우수한 렌즈 특성을 갖음을 알 수 있다.

본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

물체측으로부터 순서대로,
양(+)의 굴절력을 가지며, 물측으로 볼록인 제1렌즈;
양(+)의 굴절력을 가지며, 물체측면에 오목면을 갖는 제2렌즈;
음(-)의 굴절력을 갖는 제3렌즈를 포함하며,
상기 제3렌즈의 굴절률을 ND3이라 할 때, 1.6 ≤ ND3 < 1.7의 조건식을 만족하며, 상기 제2렌즈의 파워는 상기 제1렌즈 및 상기 제3렌즈의 파워보다 큰 촬상 렌즈.
물체측으로부터 순서대로,
양(+)의 굴절력을 가지며, 물측으로 볼록인 제1렌즈;
양(+)의 굴절력을 가지며, 물체측면에 오목면을 갖는 제2렌즈;
음(-)의 굴절력을 갖는 제3렌즈를 포함하며,
상기 제3렌즈의 굴절률을 ND3이고, 상기 제1,2렌즈의 굴절률을 ND라 할 때, 1.6 ≤ ND3 < 1.7, 1.5 < ND < 1.6의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
물체측으로부터 순서대로,
양(+)의 굴절력을 가지며, 양볼록인 제1렌즈;
양(+)의 굴절력을 가지며, 물체측면에 오목면을 갖는 제2렌즈;
음(-)의 굴절력을 갖는 제3렌즈를 포함하며,
상기 제3렌즈의 굴절률을 ND3이고, 상기 제1,2렌즈의 굴절률을 ND라 할 때, 1.6 ≤ ND3 < 1.7, 1.5 < ND < 1.6의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제1렌즈는,
양볼록인 촬상 렌즈.
제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서,
상기 제3렌즈는,
물체측면에 볼록면을 갖는 메니스커스(meniscus) 형상인 촬상 렌즈.
제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서,
상기 촬상 렌즈의 전체초점거리를 f, 상기 제1렌즈의 초점거리를 f1이라 할 때,
0.8 < f1/f < 1.5
의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서,
상기 촬상 렌즈의 전체초점거리를 f, 상기 제2렌즈의 초점거리를 f2이라 할 때,
0.8 < f2/f < 1.5
의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서,
최대상고의 반 필드 앵글(Half field angle)을 Θ라 할 때,
0.7 < tanΘ < 0.85
의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서,
상기 제1렌즈의 초점거리를 f1, 상기 제2렌즈의 초점거리를 f2이라 할 때,
f2/f1 < 1.0
의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 제1,2렌즈의 굴절률을 ND라 할 때,
1.5 < ND < 1.6
의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서,
상기 제1,2렌즈의 아베수를 vd라 할 때,
50 < vd < 60
의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서,
상기 제3렌즈의 아베수를 vd3라 할 때,
20 < Vd3 < 30
의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서,
상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈 사이에 조리개가 위치되는 촬상 렌즈.
제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서,
상기 제3렌즈는, 플라스틱 재질인 촬상 렌즈.
제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서,
상기 제1렌즈 내지 제3렌즈의 적어도 한면은 비구면인 촬상 렌즈.