KR101342286B1 - 촬상 광학계 - Google Patents

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KR101342286B1 KR1020120001489A KR20120001489A KR101342286B1 KR 101342286 B1 KR101342286 B1 KR 101342286B1 KR 1020120001489 A KR1020120001489 A KR 1020120001489A KR 20120001489 A KR20120001489 A KR 20120001489A KR 101342286 B1 KR101342286 B1 KR 101342286B1
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른, 촬상 광학계는, 양의 굴절력을 갖는 제1 렌즈와; 상기 제1 렌즈의 후방에 위치한 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈와; 상기 제2 렌즈의 후방에 위치한 음의 굴절력을 갖는 제3 렌즈와; 상기 제3 렌즈의 후방에 위치한 음의 굴절력을 갖는 제4 렌즈를 포함하고, 상기 제1 내지 제4 렌즈는 기설정된 조건들을 만족한다.

Description

촬상 광학계{OPTICAL IMAGING SYSTEM}
본 발명은 촬상 광학계에 관한 것으로서, 특히 소형 휴대 장치의 카메라에 구비되는 촬상 광학계에 관한 것이다.
휴대폰, MP3 플레이어, 소형 디지털 카메라와 같은 소형 휴대 장치는 정지 화상이나 동화상을 촬영하기 위한 소형 카메라를 통상적으로 구비하며, 이러한 소형 카메라는 또한 소형이면서 고성능의 촬상 광학계를 필요로 한다.
특히, 휴대폰에 장착된 카메라는 화소 수의 증가와, 사이즈의 최소화가 요구되고 있는 추세이다. 이에 따라 영상 모듈의 핵심 부품 중 하나인 촬상 광학계의 길이를 최소화할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
종래에는 광경로를 변경하는 프리즘을 사용하거나, 비구면 렌즈의 사용과 같은 렌즈의 형상 변경을 통해 촬상 광학계의 길이를 줄이고자 하였으나, 프리즘을 사용하는 경우에는 촬상 광학계의 일 방향 길이를 줄이는 반면에, 다른 방향의 길이는 증가하게 된다는 문제가 있다. 또한, 비구면 렌즈를 사용하는 경우에도, 촬상 광학계의 길이를 충분히 줄일 수 없었다는 문제가 있다.
본 발명의 특정 실시 예들의 목적은 종래기술과 관련된 문제점들 및/또는 단점들 중의 적어도 하나를 적어도 부분적으로 해결, 경감 또는 제거하는 것이다.
본 발명의 일 목적은 렌즈 형상 및 광학적 특징을 안정적으로 유지하면서 촬상 광학계의 길이를 최소화하고, 유효 각 이외의 잡광을 효과적으로 차단하여 이미지의 화질을 향상할 수 있는 촬상 광학계를 제공함에 있다.
본 발명의 일 측면에 따른, 촬상 광학계는, 양의 굴절력을 갖는 제1 렌즈와; 상기 제1 렌즈의 후방에 위치한 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈와; 상기 제2 렌즈의 후방에 위치한 음의 굴절력을 갖는 제3 렌즈와; 상기 제3 렌즈의 후방에 위치한 음의 굴절력을 갖는 제4 렌즈를 포함하고, 상기 제1 내지 제4 렌즈는 하기 조건들을 만족한다.
0.6 <　|f1|/f <　1.0
1.0 <　|f2|/f <　2.0
0.2 <　|f3|/f <　1000
0.2 <　|f4|/f <　1000
6.2 <n1 + n2 + n3 + n4 <　6.34
(f: 상기 촬상 광학계의 전체 초점거리, f1: 상기 제1 렌즈의 초점거리, f2: 상기 제2 렌즈의 초점거리, f3: 상기 제3 렌즈의 초점거리, f4: 상기 제4 렌즈의 초점거리, n1: 상기 제1 렌즈 굴절률, n2: 상기 제2 렌즈의 굴절률, n3: 상기 제3 렌즈의 굴절률, n4: 상기 제4 렌즈의 굴절률)
본 발명에 촬상 광학계는 촬상 광학계의 광축상 길이를 최소화할 수 있으며, 슬림화 및 경량화를 구현함과 동시에 저비용으로 충분히 고해상도를 구현하여 슬림형 휴대용 단말기를 포함하여 다양한 장치에 응용될 수 있다는 효과를 갖는다. 또한, 본 발명은 F수, 즉 F/#(=f/D)가 2.7 이하인 밝은 촬상 광학계를 제공하므로, 유효 대각 길이가 짧은 센서에서도 고성능을 발휘할 수 있다는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성을 나타내는 도면,
도 2는 제1 실시 예에 따른 촬상 광학계가 원거리 피사체를 촬영하는 경우의 광선 추적 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면,
도 3은 제1 실시 예에 따른 촬상 광학계의 수차 곡선들을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성을 나타내는 도면,
도 5는 제2 실시 예에 따른 촬상 광학계가 원거리 피사체를 촬영하는 경우의 광선 추적 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면,
도 6은 제2 실시 예에 따른 촬상 광학계의 수차 곡선들을 나타내는 도면,
도 7은 본 발명의 바람직한 제3 실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성을 나타내는 도면,
도 8은 제3 실시 예에 따른 촬상 광학계가 원거리 피사체를 촬영하는 경우의 광선 추적 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면,
도 9는 제3 실시 예에 따른 촬상 광학계의 수차 곡선들을 나타내는 도면,
도 10은 본 발명의 바람직한 제4 실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성을 나타내는 도면,
도 11은 제4 실시 예에 따른 촬상 광학계가 원거리 피사체를 촬영하는 경우의 광선 추적 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면,
도 12는 제4 실시 예에 따른 촬상 광학계의 수차 곡선들을 나타내는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예들에서 제1, 제2 등과 같은 서수를 사용하고 있으나, 이는 단지 동일한 명칭의 대상들을 서로 구분하기 위한 것이고, 그 순서는 임의로 정할 수 있으며, 후순위의 대상에 대해 선행하는 설명을 준용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 상기 촬상 광학계가 원거리 피사체를 촬영하는 경우의 광선 추적 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
상기 촬상 광학계(100)는 광축(105)상에 정렬된 조리개(110), 제1 내지 제4 렌즈(120~150), 적외선 차단 필터(IR 필터, 160) 및 이미지 센서(170)를 포함한다. 통상적으로 광축은 이를 중심으로 해당 광학 소자를 회전시켜도 광학적으로 변동이 없는 축을 말한다. 광축상에 정렬된다는 것은 해당 광학 소자의 곡률 중심이 상기 광축상에 위치하거나, 광학 소자의 대칭점(즉, 대칭 중심) 또는 중심점이 상기 광축상에 위치하는 것을 의미한다.
상기 제1 내지 제4 렌즈(120~150)는 그 화각 내에 위치하는 피사체의 상을 상기 이미지 센서(170)의 수광면에 형성하고, 상기 적외선 차단 필터(160)는 상기 제1 내지 제4 렌즈(120~150)를 통과한 적외선을 차단하고, 상기 이미지 센서(170)는 상기 적외선 차단 필터(160)를 통과한 광을 전기적 화상 신호로 변환한다.
상기 이미지 센서(170)는 M×N 행렬(matrix) 구조로 배치된 복수의 화소(pixel) 유닛을 구비하며, 상기 화소 유닛은 포토다이오드 및 복수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 상기 화소 유닛은 입사된 광에 의해 생성된 전하를 축적하고, 축적된 전하에 의한 전압은 상기 입사된 광의 조도를 나타낸다. 정지 화상 또는 동영상을 구성하는 한 화상을 처리하는 경우에 있어서, 상기 이미지 센서(170)로부터 출력되는 화상 신호는 상기 화소 유닛들로부터 출력되는 전압들(즉, 화소 값들)의 집합으로 구성되고, 상기 화상 신호는 하나의 프레임(즉, 정지 화상)을 나타낸다. 또한, 상기 프레임은 M×N 화소로 구성된다.
하기 표 1은 상기 촬상 광학계(100)를 구성하는 광학 소자들의 수치 데이터를 나타낸다. 하기 표 1은, 면 번호(Si), 제i 광학면(Si)의 곡률 반경인 R, 제i 광학면의 두께 또는 공기 간격(또는, 제i 광학면에서 제(i+1) 광학면까지의 거리)인 T, 제i 광학면의 d 선(587.5618㎚)에서의 굴절률인 nd, 제i 광학면의 d 선에서의 아베수인 Vd를 나타낸다. 또한, 곡률반경 및 두께의 단위는 ㎜이다. 광학면의 번호 i는 피사체(즉, 물체) 측에서 이미지 센서 측으로 차례로 붙인 것이다. 예를 들어, 제1 렌즈(120)에 있어서, 제2 광학면은 물체측 광학면으로, 제3 광학면은 상측 광학면으로 칭할 수도 있다.
면번호 곡률반경(R) 면 간격 굴절률(nd) 아베수(Vd) 비 고
1 ∞ 0 　 　 조리개
2 1.47185 0.598154 1.531 56.0 제1 렌즈
3 -11.47301 0.101943 　 　 　
4 -5.04190 0.3 1.651 23.0 제2 렌즈
5 13.63698 0.511697 　 　 　
6 -1.6899 0.38702 1.634 23.9 제3 렌즈
7 -1.13315 0.17884 　 　 　
8 3.62764 0.730396 1.531 56.0 제4 렌즈
9 1.20483 0.261951 　 　 　
10 ∞ 0.3 1.523 58.6 IR 필터
11 ∞ 0.65 　 　 　
12 ∞ 0 　 　 상면
상기 표 1에서, 제1 내지 제4 렌즈(120~150)는 양면 비구면 렌즈이고, 상면은 상기 이미지 센서(170)의 수광면(즉, 화소 유닛들의 표면)을 말하고, 해당 광학면이 평면인 경우는 곡률 반경이 무한대이고, 공기의 굴절률은 1이다. 비구면에 대한 곡률 반경은 상기 비구면의 중심에서 측정된 값을 나타낸다.
비구면 정의식은 하기 수학식 1로 표시된다.
Figure 112012001265472-pat00001
상기 수학식 1에서, z는 광학면의 중심(또는 정점)으로부터 광축(105)에 따른 거리, h는 광축(405)에 수직인 방향으로의 거리, c는 광학면의 중심에서의 곡률(곡률반경의 역수), k는 코닉 계수(conic coefficient), A, B, C, D, E, F 및 G는 비구면 계수들을 나타내고, G=0이다.
하기 표 2는 상기 표 1의 각 비구면에 대한 비구면 계수들을 예시하고 있다.
면번호 K A B C D E F
2 -1.514919 0.304016e-1 -.13163e-1 -.118982 0.503466e-1 -0.300994 -.210147
3 0 -.120261 -.273822 0.923608e-2 0.159677 -.142169 -.103533
4 0 0.769292e-2 -.338302 0.319778 -.71649e-1 0.309992 -.157994
5 0 0.159005 -.153254 0.169412 -.285693e-1 0.565248e-1 -.121907e-1
6 1.864701 0.269094 -.557214e-1 -.125003e-1 -.241856e-2 -.147938e-2 0.338063e-1
7 -4.369038 -.954131e-1 0.20478 -.164498 0.626969e-1 -.157607e-1 0.435371e-2
8 0 -.165957 0.479798e-1 -.661852e-2 0.625308e-3 -.202021e-4 -.726076e-5
9 -6.047628 -.697372e-1 0.223433e-1 -.611785e-2 0.823202e-3 -.470098e-4 -.205964e-5
이하, 광학면의 형태에 대한 설명은 상기 표 1 및 2를 기준으로 하고 있으나, 상기 촬상 광학계(100)를 구성하는 각 광학 소자의 광학면은 구면이거나 비구면일 수 있다.
상기 조리개(110)는 상기 제1 렌즈(120)의 전방에 위치하며, 그 중앙부에 구비된 원형의 개구(112)를 통하여 상기 제1 렌즈(120)에 입사하는 광량을 제어한다. 본 예에서, 상기 조리개(110)는 상기 제1 렌즈(120)의 전방에 위치하고 있으나, 이에 한정하지 않고, 상기 조리개(110)는 상기 제1 및 제2 렌즈(120, 130)의 사이 등 각각의 렌즈 사이에 위치하는 것이 가능하다.
상기 제1 렌즈(120)는 양(+)의 굴절력을 갖고, 피사체 측으로부터 이미지 센서(170) 측으로 향하는 방향을 기준으로 할 때 양면 볼록한 제2 및 제3 광학면(S2, S3)을 갖고, 제2 및 제3 광학면(S2, S3)의 각각은 비구면이다. 이하, 비구면 렌즈의 형태는 그 중심의 곡률(또는 곡률 반경)을 기준으로 한다.
상기 제2 렌즈(130)는 음(-)의 굴절력을 갖고, 양면 오목한 제4 및 제5 광학면(S4, S5)을 갖고, 제4 및 제5 광학면(S4, S5)의 각각은 비구면이다.
상기 제3 렌즈(140)는 양의 굴절력을 갖고, 오목-볼록한 제6 및 제7 광학면(S6, S7)을 갖고, 제6 및 제7 광학면(S6, S7)의 각각은 비구면이다.
상기 제4 렌즈(150)는 음의 굴절력을 갖고, 볼록-오목한 제8 및 제9 광학면(S8, S9)을 갖고, 제8 및 제9 광학면(S8, S9)의 각각은 비구면이다. 상기 제4 렌즈(410)는 메니스커스(meniscus) 렌즈이고, 제8 광학면은 중앙부가 볼록하고 주변부가 오목하며, 제9 광학면은 중앙부가 오목하고 주변부가 볼록하다.
상기 제1 내지 제4 렌즈(120~150)는 수학식 2에 정의된 조건들을 만족한다.
Figure 112012001265472-pat00002
바람직하게는, 상기 제1 내지 제4 렌즈(120~150)는 수학식 3에 정의된 조건들을 만족할 수 있다.
Figure 112012001265472-pat00003
수학식 2 및 3에서, f는 상기 촬상 광학계(100)의 전체 초점거리, f1은 상기 제1 렌즈(120)의 초점거리, f2는 상기 제2 렌즈(130)의 초점거리, f3은 상기 제3 렌즈(140)의 초점거리, f4는 상기 제4 렌즈(150)의 초점거리를 각각 나타낸다.
또한, OL은 상기 광축(105)을 기준으로 상기 제1 렌즈(120)의 물체측 광학면에서 상면까지의 거리, SD는 상기 이미지 센서(170)의 유효 대각 길이, IMD는 상기 광축(105)을 기준으로 상기 제4 렌즈(150)의 상측 광학면에서 상면까지의 거리를 각각 나타낸다. 상기 이미지 센서(170)는 M×N 행렬 구조로 배치된 복수의 화소 유닛을 구비한다. 본 발명에서 말하는 유효 대각 길이는 상기 복수의 화소 유닛 중에서 실제 프레임 생성에 사용되는 화소 유닛들의 대각 길이를 말한다. 상기 이미지 센서(170)의 제조 업체는 기술 레포트(Technical report)를 통해 상기 이미지 센서(170)의 전체 화소 유닛들 중 실제 정확한 화소 값들을 출력할 수 있는 유효 화소 유닛들의 크기를 제공하고, 본 발명은 이러한 유효 화소 유닛들의 대각 길이를 상기 유효 대각 길이로 정할 수 있다.
또한, 상온(20℃)에서 nd를 기준으로 할 때, n1은 상기 제1 렌즈(120)의 굴절률, n2는 상기 제2 렌즈(130)의 굴절률, n3는 상기 제3 렌즈(140)의 굴절률, n4는 상기 제4 렌즈(150)의 굴절률을 각각 나타낸다.
도 3은 상기 촬상 광학계(100)의 수차 곡선들을 나타낸다. 도 3의 (a)는 종측 구면 수차(longitudinal spherical aberration), 도 3의 (b)는 비점 수차(astigmatic aberration), 도 3의 (c)는 왜곡 수차(distortion)를 나타낸다.
도 3의 (a)는, 435nm ~ 656nm 사이의 파장을 갖는 광들에 대한 종측 구면 수차 곡선들을 나타낸다. 도 3의 (a)에서, 이점쇄선은 435.8343㎚ 파장에 대한 수차 곡선을 나타내고, 대시선은 486.1327㎚ 파장(f 선)에 대한 수차 곡선을 나타내며, 실선은 546.0740㎚ 파장에 대한 수차 곡선을 나타내고, 일점쇄선은 587.5618㎚ 파장(d 선)에 대한 수차 곡선을 나타내며, 점선은 656.2725㎚ 파장(c 선)에 대한 수차 곡선을 나타낸다. 도 3의 (b)는 546.0740㎚ 파장에 대해 자오면(meridional plane)을 기준으로 한 비점 수차 곡선(T)과 구결면(sagital plane)을 기준으로 한 비점 S수차 곡선(S)을 나타낸다. 도 3의 (c)는 546.0740㎚ 파장에 대한 왜곡 수차 곡선을 나타낸다.
본 발명에 있어서, 제1 내지 제4 렌즈(120~150)는 모두 플라스틱 수지 재질로 형성되며, 상기 제1 내지 제4 렌즈(120~150) 각각의 굴절률은 1.4~2.0의 범위에 있으며, 상기 제1 내지 제4 렌즈(120~150) 중 적어도 한 렌즈는 1.651 이상, 바람직하게는 1.651~1.67 범위의 굴절률을 가지며, 상기 제1 내지 제4 렌즈(120~150)는 상기 수학식 2 및 3의 조건들 중 적어도 수학식 2의 조건을 만족한다.
본 발명에 따른 촬상 광학계(100)는 상기한 조건들을 만족함으로 인하여, 상기 촬상 광학계(100)의 광축(105)상 길이를 최소화할 수 있으며, 슬림화 및 경량화를 구현함과 동시에 저비용으로 충분히 고해상도를 구현하여 슬림형 휴대용 단말기를 포함하여 다양한 장치에 응용될 수 있다는 효과를 갖는다. 또한, 본 발명은 F수, 즉 F/#(=f/D)가 2.7 이하인 밝은 촬상 광학계를 제공하므로, 유효 대각 길이가 짧은 센서에서도 고성능을 발휘할 수 있다는 효과를 갖는다.
본 발명에 있어서, 제1 내지 제4 렌즈의 구체적 수치 데이터들을 상기한 조건들을 만족하면서 다양하게 구현될 수 있으며, 이하 이러한 수치 데이터들의 변형 예들을 예시하기로 하고, 전술한 설명과 중복되는 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성을 나타내는 도면이고, 도 5는 상기 촬상 광학계가 원거리 피사체를 촬영하는 경우의 광선 추적 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
상기 촬상 광학계(200)는 광축(205)상에 정렬된 조리개(210), 제1 내지 제4 렌즈(220~250), 적외선 차단 필터(260) 및 이미지 센서(270)를 포함한다.
하기 표 3은 상기 촬상 광학계(200)를 구성하는 광학 소자들의 수치 데이터를 나타낸다.
면번호 곡률반경(R) 면간격 굴절률(nd) 아베수(Vd) 비 고
1 ∞ 0 　 　 조리개
2 1.68663 0.35589 1.651 23.0 제 1 렌즈
3 13.92861 0.143834 　 　 　
4 -6.41302 0.3 1.634 23.9 제 2 렌즈
5 968.3932 0.646942 　 　 　
6 -1.69974 0.358555 1.634 23.9 제 3 렌즈
7 -1.25518 0.38589 　 　 　
8 2.47078 0.611269 1.634 23.9 제 4 렌즈
9 1.25139 0.267621 　 　 　
10 ∞ 0.3 1.523 58.6 IR filter
11 ∞ 0.65 　 　 　
12 ∞ 0 　 　 상면
상기 표 3에서, 제1 내지 제4 렌즈(220~250)는 양면 비구면 렌즈이다.
하기 표 4는 상기 표 3의 각 비구면에 대한 비구면 계수들을 예시하고 있다.
면번호 K A B C D E F
2 -2.304722 0.196730e-2 -.537267e-1 -.165503 0.906335e-2 -.382103 -.716455
3 0 -.118802 -.266923 -.222587e-1 0.722324e-1 -.226611 -.109995
4 0 0.210396e-1 -.308271 0.361622 -.313428e-1 0.321996 -.124918
5 0 0.142691 -.163983 0.179253 -.107731e-1 0.498367e-1 -.971345e-1
6 2.064796 0.274958 -.628727e-1 -.180964e-1 0.198985e-3 0.219234e-2 0.284921e-1
7 -5.723727 -.854622e-1 0.208068 -.16978 0.57534e-1 -.178088e-1 0.394111e-2
8 0 -.161971 0.456994e-1 -.691211e-2 0.604236e-3 -.226596e-4 -.481972e-5
9 -5.818213 -.629501e-1 0.178591e-1 -.552589e-2 0.958727e-3 -.433095e-4 -.313815e-5
상기 조리개(210)는 상기 제1 렌즈(220)의 전방에 위치하며, 그 중앙부에 구비된 원형의 개구(212)를 통하여 상기 제1 렌즈(220)에 입사하는 광량을 제어한다.
상기 제1 렌즈(220)는 양(+)의 굴절력을 갖고, 피사체 측으로부터 이미지 센서 측으로 향하는 방향을 기준으로 할 때 볼록-오목한 제2 및 제3 광학면(S2, S3)을 갖고, 제2 및 제3 광학면(S2, S3)의 각각은 비구면이다.
상기 제2 렌즈(230)는 음(-)의 굴절력을 갖고, 양면 오목한 제4 및 제5 광학면(S4, S5)을 갖고, 제4 및 제5 광학면(S4, S5)의 각각은 비구면이다.
상기 제3 렌즈(240)는 양의 굴절력을 갖고, 오목-볼록한 제6 및 제7 광학면(S6, S7)을 갖고, 제6 및 제7 광학면(S6, S7)의 각각은 비구면이다.
상기 제4 렌즈(250)는 음의 굴절력을 갖고, 볼록-오목한 제8 및 제9 광학면(S8, S9)을 갖고, 제8 및 제9 광학면(S8, S9)의 각각은 비구면이다. 상기 제4 렌즈(250)는 메니스커스(meniscus) 렌즈이고, 제8 광학면은 중앙부가 볼록하고 주변부가 오목하며, 제9 광학면은 중앙부가 오목하고 주변부가 볼록하다.
상기 제1 내지 제4 렌즈(220~250)는 상기 수학식 2에 정의된 조건들을 만족하고, 바람직하게는 상기 수학식 3에 정의된 조건들을 만족한다.
도 6은 상기 촬상 광학계(200)의 수차 곡선들을 나타낸다. 도 6의 (a)는 종측 구면 수차, 도 6의 (b)는 비점 수차, 도 6의 (c)는 왜곡 수차를 나타낸다.
도 6의 (a)는, 435nm ~ 656nm 사이의 파장을 갖는 광들에 대한 종측 구면 수차 곡선들을 나타낸다. 도 6의 (a)에서, 이점쇄선은 435.8343㎚ 파장에 대한 수차 곡선을 나타내고, 대시선은 486.1327㎚ 파장(f 선)에 대한 수차 곡선을 나타내며, 실선은 546.0740㎚ 파장에 대한 수차 곡선을 나타내고, 일점쇄선은 587.5618㎚ 파장(d 선)에 대한 수차 곡선을 나타내며, 점선은 656.2725㎚ 파장(c 선)에 대한 수차 곡선을 나타낸다. 도 6의 (b)는 546.0740㎚ 파장에 대해 자오면을 기준으로 한 비점 수차 곡선(T)과 구결면을 기준으로 한 비점 S수차 곡선(S)을 나타낸다. 도 6의 (c)는 546.0740㎚ 파장에 대한 왜곡 수차 곡선을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제3 실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성을 나타내는 도면이고, 도 8은 상기 촬상 광학계가 원거리 피사체를 촬영하는 경우의 광선 추적 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
상기 촬상 광학계(300)는 광축(305)상에 정렬된 조리개(310), 제1 내지 제4 렌즈(320~350), 적외선 차단 필터(360) 및 이미지 센서(370)를 포함한다.
하기 표 5는 상기 촬상 광학계(300)를 구성하는 광학 소자들의 수치 데이터를 나타낸다.
면번호 곡률반경(R) 면간격 굴절률(nd) 아베수(Vd) 비 고
1 ∞ 0 　 　 조리개
2 1.47643 0.617959 1.531 56.0 제 1 렌즈
3 -9.13656 0.1 　 　 　
4 -4.40463 0.3 1.634 23.9 제 2 렌즈
5 14.64881 0.512176 　 　 　
6 -1.7503 0.403028 1.651 25.0 제 3 렌즈
7 -1.1488 0.166722 　 　 　
8 3.48811 0.696319 1.531 56.0 제 4 렌즈
9 1.15202 0.272252 　 　 　
10 ∞ 0.3 1.523 58.6 IR filter
11 ∞ 0.651545 　 　 　
12 ∞ 0 　 　 상면
상기 표 5에서, 제1 내지 제4 렌즈(320~350)는 양면 비구면 렌즈이다.
하기 표 6은 상기 표 5의 각 비구면에 대한 비구면 계수들을 예시하고 있다.
면번호 K A B C D E F
2 -1.521965 0.293068e-1 -.186411e-1 -.119034 0.493483e-1 -.307836 -.209574
3 0 -.133682 -.273714 0.127952e-1 0.171315 -.130458 -.116759
4 0 0.600250e-2 -.340805 0.325547 -.658881e-1 0.308270 -.161297
5 0 0.173444 -.149701 0.169739 -.295524e-1 0.553791e-1 -.105252e-1
6 1.951768 0.273169 -.610951e-1 -.123434e-1 -.980936e-3 -.101079e-2 0.228234e-1
7 -4.605134 -.826185e-1 0.203829 -.16604 0.618498e-1 -.163839e-1 0.376332e-2
8 0 -.166638 0.478336e-1 -.667182e-2 0.618841e-3 -.199999e-4 -.61367e-5
9 -5.955496 -.700126e-1 0.220956e-1 -.59835e-2 0.807255e-3 -.506752e-4 -.143298e-5
상기 조리개(310)는 상기 제1 렌즈(320)의 전방에 위치하며, 그 중앙부에 구비된 원형의 개구(312)를 통하여 상기 제1 렌즈(320)에 입사하는 광량을 제어한다.
상기 제1 렌즈(320)는 양(+)의 굴절력을 갖고, 피사체 측으로부터 이미지 센서(370) 측으로 향하는 방향을 기준으로 할 때 양면 볼록한 제2 및 제3 광학면(S2, S3)을 갖고, 제2 및 제3 광학면(S2, S3)의 각각은 비구면이다.
상기 제2 렌즈(330)는 음(-)의 굴절력을 갖고, 양면 오목한 제4 및 제5 광학면(S4, S5)을 갖고, 제4 및 제5 광학면(S4, S5)의 각각은 비구면이다.
상기 제3 렌즈(340)는 양의 굴절력을 갖고, 오목-볼록한 제6 및 제7 광학면(S6, S7)을 갖고, 제6 및 제7 광학면(S6, S7)의 각각은 비구면이다.
상기 제4 렌즈(350)는 음의 굴절력을 갖고, 볼록-오목한 제8 및 제9 광학면(S8, S9)을 갖고, 제8 및 제9 광학면(S8, S9)의 각각은 비구면이다. 상기 제4 렌즈(350)는 메니스커스(meniscus) 렌즈이고, 제8 광학면은 중앙부가 볼록하고 주변부가 오목하며, 제9 광학면은 중앙부가 오목하고 주변부가 볼록하다.
상기 제1 내지 제4 렌즈(320~350)는 상기 수학식 2에 정의된 조건들을 만족하고, 바람직하게는 상기 수학식 3에 정의된 조건들을 만족한다.
도 9는 상기 촬상 광학계(300)의 수차 곡선들을 나타낸다. 도 9의 (a)는 종측 구면 수차, 도 9의 (b)는 비점 수차, 도 9의 (c)는 왜곡 수차를 나타낸다.
도 9의 (a)는, 435nm ~ 656nm 사이의 파장을 갖는 광들에 대한 종측 구면 수차 곡선들을 나타낸다. 도 9의 (a)에서, 이점쇄선은 435.8343㎚ 파장에 대한 수차 곡선을 나타내고, 대시선은 486.1327㎚ 파장(f 선)에 대한 수차 곡선을 나타내며, 실선은 546.0740㎚ 파장에 대한 수차 곡선을 나타내고, 일점쇄선은 587.5618㎚ 파장(d 선)에 대한 수차 곡선을 나타내며, 점선은 656.2725㎚ 파장(c 선)에 대한 수차 곡선을 나타낸다. 도 9의 (b)는 546.0740㎚ 파장에 대해 자오면을 기준으로 한 비점 수차 곡선(T)과 구결면을 기준으로 한 비점 S수차 곡선(S)을 나타낸다. 도 9의 (c)는 546.0740㎚ 파장에 대한 왜곡 수차 곡선을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 바람직한 제4 실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성을 나타내는 도면이고, 도 11은 상기 촬상 광학계가 원거리 피사체를 촬영하는 경우의 광선 추적 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
상기 촬상 광학계(400)는 광축(405)상에 정렬된 조리개(410), 제1 내지 제4 렌즈(420~450), 적외선 차단 필터(460) 및 이미지 센서(470)를 포함한다.
하기 표 7은 상기 촬상 광학계(400)를 구성하는 광학 소자들의 수치 데이터를 나타낸다.
면번호 곡률반경(R) 면간격 굴절률(nd) 아베수(Vd) 비 고
1 ∞ 0 　 　 조리개
2 1.53671 0.637637 1.531 56.0 제 1 렌즈
3 -4.4325 0.104554 　 　 　
4 -2.79821 0.3 1.634 23.9 제 2 렌즈
5 121.04044 0.546329 　 　 　
6 -1.79407 0.429995 1.634 23.9 제 3 렌즈
7 -0.95554 0.101813 　 　 　
8 5.36916 0.699717 1.651 25.0 제 4 렌즈
9 1.06193 0.249954 　 　 　
10 ∞ 0.3 1.523 58.6 IR filter
11 ∞ 0.65 　 　 　
12 ∞ 0 　 　 상면
상기 표 7에서, 제1 내지 제4 렌즈(420~450)는 양면 비구면 렌즈이다.
하기 표 8은 상기 표 7의 각 비구면에 대한 비구면 계수들을 예시하고 있다.
면번호 K A B C D E F
2 -1.692635 0.216661e-1 -.640604e-1 -.142794 0.92371e-1 -.28928 -.7027300
3 0 -.172861 -.250797 0.303697e-1 0.195699 -.114948 -.229241
4 0 0.131431e-1 -.324966 0.381364 0.449052e-2 0.335698 -.285327
5 0 0.178692 -.144619 0.173407 -.486229e-1 0.276649e-1 0.389615e-1
6 2.10535 0.306738 -.808583e-1 -.147575e-1 0.192791e-1 0.13641e-1 -.922205e-2
7 -4.059736 -.32082e-1 0.219348 -.173071 0.582414e-1 -.174973e-1 0.26804e-2
8 0 -.11574 0.463179e-1 -.782914e-2 0.408817e-3 -.306736e-4 0.275553e-5
9 -8.028966 -.678068e-1 0.251107e-1 -.696814e-2 0.886627e-3 -.286875e-4 -.280184e-5
상기 조리개(410)는 상기 제1 렌즈(420)의 전방에 위치하며, 그 중앙부에 구비된 원형의 개구(412)를 통하여 상기 제1 렌즈(420)에 입사하는 광량을 제어한다.
상기 제1 렌즈(420)는 양(+)의 굴절력을 갖고, 피사체 측으로부터 이미지 센서(470) 측으로 향하는 방향을 기준으로 할 때 양면 볼록한 제2 및 제3 광학면(S2, S3)을 갖고, 제2 및 제3 광학면(S2, S3)의 각각은 비구면이다.
상기 제2 렌즈(430)는 음(-)의 굴절력을 갖고, 양면 오목한 제4 및 제5 광학면(S4, S5)을 갖고, 제4 및 제5 광학면(S4, S5)의 각각은 비구면이다.
상기 제3 렌즈(440)는 양의 굴절력을 갖고, 오목-볼록한 제6 및 제7 광학면(S6, S7)을 갖고, 제6 및 제7 광학면(S6, S7)의 각각은 비구면이다.
상기 제4 렌즈(450)는 음의 굴절력을 갖고, 볼록-오목한 제8 및 제9 광학면(S8, S9)을 갖고, 제8 및 제9 광학면(S8, S9)의 각각은 비구면이다. 상기 제4 렌즈(450)는 메니스커스(meniscus) 렌즈이고, 제8 광학면은 중앙부가 볼록하고 주변부가 오목하며, 제9 광학면은 중앙부가 오목하고 주변부가 볼록하다.
상기 제1 내지 제4 렌즈(420~450)는 상기 수학식 2에 정의된 조건들을 만족하고, 바람직하게는 상기 수학식 3에 정의된 조건들을 만족한다.
도 12는 상기 촬상 광학계(400)의 수차 곡선들을 나타낸다. 도 12의 (a)는 종측 구면 수차, 도 12의 (b)는 비점 수차, 도 12의 (c)는 왜곡 수차를 나타낸다.
도 12의 (a)는, 435nm ~ 656nm 사이의 파장을 갖는 광들에 대한 종측 구면 수차 곡선들을 나타낸다. 도 12의 (a)에서, 이점쇄선은 435.8343㎚ 파장에 대한 수차 곡선을 나타내고, 대시선은 486.1327㎚ 파장(f 선)에 대한 수차 곡선을 나타내며, 실선은 546.0740㎚ 파장에 대한 수차 곡선을 나타내고, 일점쇄선은 587.5618㎚ 파장(d 선)에 대한 수차 곡선을 나타내며, 점선은 656.2725㎚ 파장(c 선)에 대한 수차 곡선을 나타낸다. 도 12의 (b)는 546.0740㎚ 파장에 대해 자오면을 기준으로 한 비점 수차 곡선(T)과 구결면을 기준으로 한 비점 S수차 곡선(S)을 나타낸다. 도 12의 (c)는 546.0740㎚ 파장에 대한 왜곡 수차 곡선을 나타낸다.
100: 촬상 광학계, 110: 조리개, 120: 제1 렌즈, 130: 제2 렌즈, 140: 제3 렌즈, 150: 제4 렌즈, 160: 적외선 차단 필터, 170: 이미지 센서

Claims (6)

  1. 촬상 광학계에 있어서,
    양의 굴절력을 갖는 제1 렌즈와;
    상기 제1 렌즈의 후방에 위치한 음의 굴절력을 갖는 제2 렌즈와;
    상기 제2 렌즈의 후방에 위치한 음의 굴절력을 갖는 제3 렌즈와;
    상기 제3 렌즈의 후방에 위치한 음의 굴절력을 갖는 제4 렌즈와;
    상기 제1 내지 제4 렌즈에 의해 형성된 피사체의 상을 화상 신호로 변환하여 출력하는 이미지 센서를 포함하고,
    상기 제1 내지 제4 렌즈는 하기 조건들을 만족함을 특징으로 하는 촬상 광학계.
    0.6 <　|f1|/f <　1.0
    1.0 <　|f2|/f <　2.0
    0.2 <　|f3|/f <　1000
    0.2 <　|f4|/f <　1000
    6.2 <n1 + n2 + n3 + n4 <6.34
    0.5 <　OL/SD <　0.9
    0.1 <　IMD/SD <　0.3
    (f: 상기 촬상 광학계의 전체 초점거리, f1: 상기 제1 렌즈의 초점거리, f2: 상기 제2 렌즈의 초점거리, f3: 상기 제3 렌즈의 초점거리, f4: 상기 제4 렌즈의 초점거리, n1: 상기 제1 렌즈 굴절률, n2: 상기 제2 렌즈의 굴절률, n3: 상기 제3 렌즈의 굴절률, n4: 상기 제4 렌즈의 굴절률, OL: 상기 제1 렌즈의 피사체측 광학면에서 상기 이미지 센서까지의 거리, SD: 상기 이미지 센서의 유효 대각 길이, IMD: 상기 제4 렌즈의 상측 광학면에서 상기 이미지 센서까지의 거리)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 렌즈 중 적어도 한 렌즈는 1.651~1.67 범위의 굴절률을 가짐을 특징으로 하는 촬상 광학계.
  3. 제1항에 있어서,
    제1 내지 제4 렌즈는 모두 플라스틱 수지 재질로 형성됨을 특징으로 하는 촬상 광학계.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제4 렌즈 및 상기 이미지 센서의 사이에 배치되고, 상기 제4 렌즈를 통과한 적외선을 차단하는 적외선 차단 필터를 더 포함함을 특징으로 하는 촬상 광학계.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009122634A (ja) * 2007-11-16 2009-06-04 Largan Precision Co Ltd 四枚式結像用光学レンズ組
JP2009288377A (ja) 2008-05-28 2009-12-10 Hitachi Maxell Ltd レンズユニット及びカメラモジュール
JP2011064989A (ja) 2009-09-18 2011-03-31 Optical Logic Inc 撮像レンズ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009122634A (ja) * 2007-11-16 2009-06-04 Largan Precision Co Ltd 四枚式結像用光学レンズ組
JP2009288377A (ja) 2008-05-28 2009-12-10 Hitachi Maxell Ltd レンズユニット及びカメラモジュール
JP2011064989A (ja) 2009-09-18 2011-03-31 Optical Logic Inc 撮像レンズ

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