KR101681382B1

KR101681382B1 - 고해상도 촬상 광학계

Info

Publication number: KR101681382B1
Application number: KR1020140159113A
Authority: KR
Inventors: 정필호; 박일용
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2016-12-12
Also published as: KR20150002557A

Abstract

본 발명의 고해상도 촬상 광학계는 양의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 볼록한 형상인 제1 렌즈; 음의 굴절력을 가지며, 상 측면이 오목한 형상인 제2 렌즈; 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈; 음의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 오목하고 상 측면이 볼록한 형상인 제4 렌즈; 양의 굴절력을 가지며, 상 측면이 볼록한 형상인 제5 렌즈; 및 음의 굴절력을 가지며 상 측면이 오목한 형상인 제6 렌즈;로 구성된다. 상기 제1렌즈 내지 상기 제6렌즈는 물체 측으로부터 상 측으로 순차적으로 배치된다.

Description

고해상도 촬상 광학계{Optical System}

본 발명은 촬상 광학계에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 6매의 렌즈를 이용하여 고해상도가 구현 가능한 촬상 광학계에 관한 것이다.

일반적으로, 이동통신 단말기, PDA 및 스마트폰과 같은 이동 통신 수단은 그 사용량이 증대되고 통신 기술을 통해 제공되는 서비스가 다양해짐에 따라 기본적인 통신 기능 외에 다양한 형태의 부가 기능이 탑재되고 있다.

특히, 이동 통신 수단에 장착되는 카메라 모듈은 단초점을 이용한 단순한 사진 촬영 외에 고화질의 동영상 촬영과 자동 초점 조정 및 QR 코드 인식 등의 다양한 컨퍼젼스 기기로의 요구가 늘어나고 있다.

또한, 카메라 모듈의 크기가 점차 소형화됨과 아울러 더 높은 해상도가 요구되고 있으며, 이미지센서의 화소수도 점차 증가함에 따라 고해상도의 광학계를 필요로 하고 있다.

그리고, 최근에는 이동통신기기의 단가 인하로 인하여 카메라 모듈의 제작 단가도 점차적으로 낮아지고 있다.

카메라 모듈의 단가를 낮추기 위해서는 우선, 카메라 모듈에 내장되는 광학계를 구성하는 렌즈군의 제작 단가를 낮추는 것이 가장 바람직하다. 그러나, 앞서 언급한 해상도의 향상 조건을 만족하기 위해서는 광학 성능이 우수한 유리(glass) 렌즈를 적용하여 광학계를 구성하여야 하나, 고가의 유리 렌즈를 여러 매 사용하여 카메라 모듈의 제작 단가를 낮추기는 불가능한 문제점이 있다.

또한, 해상도 문제를 해결하기 위하여 유리 렌즈를 다수 채용했을 경우에는 광학계를 경량화할 수 없는 단점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제2011-24872호

따라서, 본 발명은 종래 모바일용 카메라 광학계에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 6매의 비구면 플라스틱 렌즈를 이용하여 광학계를 구성함으로써, 고해상도와 제작 단가를 낮출 수 있는 촬상 광학계가 제공됨에 발명의 목적이 있다.

또한, 본 발명의 상기 목적은 6매의 플라스틱 렌즈에 대한 광 파워를 적절히 배치함에 의해서 고해상도를 구현함과 아울러 컴팩트한 광학계를 구성할 수 있는 고해상도 촬상 광학계가 제공됨에 있다.

본 발명의 상기 목적은, 물체측으로부터 순서대로 양의 굴절력을 가지며, 물체측면이 물체측으로 볼록한 제1 렌즈; 음의 굴절력을 가지며, 상측면이 상측으로 오목한 제2 렌즈; 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈; 음의 굴절력을 가지는 제4 렌즈; 양의 굴절력을 가지며, 상측면이 상측으로 볼록한 제5 렌즈; 및 음의 굴절력을 가지며 상측면이 상측으로 오목한 제6 렌즈;를 포함하는 촬상 광학계가 제공됨에 의해서 달성된다.

이때, 상기 촬상 광학계는 제1 렌즈의 전방 또는 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이에 조리개가 배치되어 상기 광학계를 입사 또는 경유하는 광 중에 불필요한 광을 차단한다.

또한, 상기 광학계는 광학적 파워에 관한 조건에 대하여 다음의 조건식을 만족한다.

[조건식] |f4 / f| > 2.5

여기서, f4는 제4 렌즈의 초점거리이고, f는 전체 광학계의 초점거리이다.

또한, 상기 광학계는 색수차 보정 조건에 대하여 다음의 조건식을 만족한다.

[조건식] V1 - V4 < 40

여기서, V1은 제1 렌즈의 아베수이고, V4는 제4 렌즈의 아베수이다.

또한, 상기 광학계는 제4 렌즈의 형상에 대한 조건에 대하여 다음의 조건식을 만족한다.

[조건식] 0.5 < OAL / f < 2.0

여기서, OAL은 제1 렌즈의 광축 정점에서 상면까지의 거리이고, f는 전체 광학계의 초점거리이다.

그리고, 상기 광학계는 색수차에 관한 조건에 대하여 다음의 조건식을 만족한다.

[조건식] V2 < 30

여기서, V2는 제2 렌즈의 아베수이다.

또한, 상기 제1 렌즈 내지 제6 렌즈는 플라스틱 렌즈로 구성되며, 상기 제1 렌즈 내지 제6 렌즈의 양면 중 적어도 한 면은 비구면으로 구성될 수 있다. 바람직하게는 제1 렌즈 내지 제6 렌즈의 양면이 비구면으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 제6 렌즈와 상(像)면 사이에는 외부에서 유입되는 광 중에 포함된 과도한 적외선을 차단하기 위한 적외선 차단필터가 코팅된 커버 글라스의 광학적 필터가 더 포함될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 촬상 광학계는, 6매의 렌즈를 플라스틱 렌즈로 구성하여 제조 단가를 낮출 수 있음과 아울러 경량화가 가능하도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은 색수차를 비롯한 수차 보정 효율을 향상시키고, 색수차를 최소화하여 고해상도를 구현할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 광학계를 구성하는 6매의 렌즈 양면이 비구면으로 구성되어 설계 자유도를 향상시키고, 제1 내지 제6 렌즈를 모두 플라스틱 렌즈로 구성함으로써, 수차 값을 줄여 고해상도의 광학계 제작이 가능하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 촬상 광학계의 렌즈 배치를 나타낸 구성도.
도 2는 각각 표 1 및 도 1에 도시된 광학계의 수차도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 촬상 광학계의 렌즈 배치를 나타낸 구성도.
도 4는 각각 표 3 및 도 3에 도시된 광학계의 수차도.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 촬상 광학계의 렌즈 배치를 나타낸 구성도.
도 6은 각각 표 5 및 도 5에 도시된 광학계의 수차도.

본 발명에 따른 촬상 광학계의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

다만, 이하의 각 실시예별 렌즈 구성도에서 렌즈의 두께, 크기, 형상은 본 발명의 상세한 설명을 위하여 다소 과장되게 도시하였으며, 특히 렌즈 구성도에서 제시된 구면 또는 비구면의 형상은 일 예로 제시되었을 뿐 이 형상에 한정되지는 않는다.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 촬상 광학계의 실시예를 도시한 렌즈 구성도로서, 도시된 바와 같이 본 실시예의 고해상도 촬상 광학계는 양의 굴절력을 가지는 제1 렌즈(L1)와, 음의 굴절력을 가지는 제2 렌즈(L2)와, 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈(L3)와, 음의 굴절력을 가지는 제4 렌즈(L4)와, 양의 굴절력을 가지는 제5 렌즈(L5) 및 음의 굴절력을 가지는 제6 렌즈(L6)를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 광학계를 구성하는 렌즈들의 형상은 제1 렌즈(L1)는 물체측면이 물체측으로 볼록한 형상이고, 제2 렌즈(L2)는 상측면이 상측으로 오목한 형상이며, 제5 렌즈(L5)와 제6 렌즈(L6)는 상측면이 상측으로 각각 볼록하고, 오목한 형상으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제6 렌즈(L6)와 상(像)면(15) 사이에는 광학계를 경유하는 광 중에 과도한 적외선을 차단하기 위한 적외선 필터나 적외선 필터가 코팅된 커버 글라스로 구성된 광학적 필터(OF)가 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 광학계는 제1 렌즈(L1) 내지 제6 렌즈(L6)가 모두 플라스틱 렌즈로 구성될 수 있으며, 제1 렌즈(L1) 내지 제6 렌즈(L6)의 양면 중 어느 한 면, 또는 양면이 비구면으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 광학계를 구성하는 렌즈 중 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)의 양면 중 어느 한 면 이상을 비구면으로 구성하는 이유는, 색수차를 비롯한 수차 보정이 용이하게 하고 제조 공차를 완화시킬 수 있는 설계 자유도를 향상시키기 위함이며, 또한, 제1 렌즈(L1) 내지 제6 렌즈(L6)를 모두 플라스틱 렌즈로 구성하는 이유는, 글라스 렌즈에 비해 비구면의 제작이 용이하고 주로 모바일 기기에 장착되는 광학계의 특성상 다수의 렌즈로 구성되더라도 경량화가 가능하도록 함으로써 모바일 기기에 채용 가능한 촬상 광학계를 구성하기 위함이다.

한편, 앞서 언급한 바와 같이 본 발명의 촬상 광학계는 다음의 조건식 1과 조건식 4에 의해 수차 보정과 다수의 렌즈를 사용하면서도 소형화가 가능하도록 하는 바, 그 조건식 및 작용효과에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

[조건식 1] | f4 / f| < 2.5

여기서, f4는 제4 렌즈의 초점거리이고, f는 전체 광학계의 초점 거리이다.

조건식 1은 제4 렌즈와 전체 광학계의 광학적 파워에 관한 조건으로, 조건식 1에 의해 제4 렌즈의 굴절력을 조절하여 전체 광학계의 컴팩트화가 가능하도록 할 수 있다. 이때, 조건식 1의 하한을 벗어나는 경우에는 제4 렌즈의 음의 파워가 강해지기 때문에 렌즈 주변부 해상력의 성능 확보가 어려워지게 되고, 이를 보완하기 위해서는 전체 광학계의 길이가 길어질 수 있다.

[조건식 2] V1 - V4 < 40

조건식 2는 광학계의 색수차 보정에 관한 조건으로, 조건식 2의 하한을 벗어나는 경우에는 색수차 보정이 어렵기 때문에 광학계 전체의 고해상도 구현이 불가능해질 수 있다.

[조건식 3] 0.5 < OAL / f < 2.0

여기서, OAL은 제1 렌즈의 광축 정점에서 상면까지의 거리이고, f는 전체 광학계의 초점 거리이다.

조건식 3은 광학계의 렌즈 형상에 관한 조건으로, 조건식 3의 하한을 벗어나는 경우에는 광학계의 적절한 화각을 확보할 수 없어 화각이 작아지게 되며, 상한을 초과하는 경우에는 광학계의 전체적인 길이가 길어지게 되어 컴팩트한 광학계를 구성할 수 없다.

[조건식 4] V2 < 30

여기서, V2는 제2 렌즈의 아베수이다.

조건식 4는 광학계의 색수차에 관한 조건으로, 조건식 3의 하한을 벗어나는 경우에는 색수차 보정이 어렵기 때문에 광학계 전체의 고해상도 구현이 불가능하다.

이하에서, 구체적인 수치 실시예를 통해 본 발명에 따른 소형 광각 광학계를 좀 더 자세하게 살펴보기로 한다.

이하의 제1 실시예 내지 제3 실시예는 모두 전술한 바와 같이, 양의 굴절력을 가지며, 물체측면이 물체측으로 볼록한 형상의 제1 렌즈(L1); 음의 굴절력을 가지며, 상면측이 상측으로 오목한 제2 렌즈(L2); 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈(L3); 음의 굴절력을 갖는 제4 렌즈(L4); 양의 굴절력을 갖고, 상측면이 상측으로 볼록한 형상의 제5 렌즈(L5); 및 음의 굴절력을 갖고, 상측면이 상측으로 오목한 형상의 제6 렌즈(L6);로 구성될 수 있으며, 제6 렌즈(L6)와 상(像)면(15) 사이에는 적외선 필터나 적외선 필터가 코팅된 커버 글라스로 구성된 광학적 필터(OF)가 구비된다.

또한, 상기 제1 렌즈(L1) 또는 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2) 사이에는 광학계로 입사되는 불필요한 광을 차단하기 위한 조리개(AS)가 설치될 수 있다.

또한, 상기 제1 렌즈(L1) 내지 제6 렌즈(L6)는 플라스틱 렌즈로 구성되며, 제1 렌즈(L1) 내지 제6 렌즈(L6)는 양면 중 어느 한 면이 비구면으로 구성될 수 있다.

한편, 이하의 각 실시예에서 사용되는 비구면은 공지의 수학식 1로부터 얻어지며, 코닉(Conic) 상수(K)와 비구면 계수(A,B,C,D,E,F)에 사용되는 'E 및 이에 이어지는 숫자'는 10의 거듭제곱을 나타낸다. 예를 들어, E+02은 10²을, E-02는 10^-2을 나타낸다.

여기서, Z : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리

Y : 광축에 수직인 방향으로의 거리

c : 렌즈의 정점에서의 곡률 반경(r)의 역수

K : 코닉(Conic) 상수

A,B,C,D,E,F : 비구면 계수

[제1 실시예]

하기의 표 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 수치예를 나타내고 있다.

또한, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 촬상 광학계의 렌즈 배치를 나타낸 구성도이고, 도 2는 각각 표 1 및 도 1에 도시된 광학계의 수차도를 나타낸다.

제1 실시예의 경우, 전체 광학계의 유효초점거리(F)는 4.3㎜이고, 제1 렌즈의 광축 정점에서 상면까지의 거리(OAL)는 5.449㎜이며, 화각(FOV)은 67.7°이다.

또한, 제1 렌즈(L1)의 초점거리는 3.185㎜, 제2 렌즈(L2)의 초점거리는 -5.089㎜, 제3 렌즈(L3)의 초점거리는 19.79㎜, 제4 렌즈(L4)의 초점거리는 -23.459㎜, 제5 렌즈(L5)의 초점거리는 2.067㎜ 및 제6 렌즈(L6)의 초점거리는 -2.054㎜이다.

이때, 제1 렌즈(L1) 내지 제6 렌즈(L6)는 모두 플라스틱 렌즈로 구성될 수 있다.

표 1에서 면 번호 앞의 *표시는 비구면을 나타내며, 제1 실시예의 경우, 제1 렌즈(L1) 내지 제6 렌즈(L6)의 양면 중 어느 한 면, 또는 양면은 비구면이다.

또한, 수학식 1에 의한 제1 실시예의 비구면 계수의 값은 다음의 표 2와 같다.

[제2 실시예]

하기의 표 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 수치예를 나타내고 있다.

또한, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 촬상 광학계의 렌즈 배치를 나타낸 구성도이고, 도 4는 각각 표 3 및 도 3에 도시된 광학계의 수차도를 나타낸다.

제2 실시예의 경우, 전체 광학계의 유효초점거리(F)는 4.5㎜이고, 제1 렌즈의 광축 정점에서 상면까지의 거리(OAL)는 5.592㎜이며, 화각(FOV)은 65.3°이다.

또한, 제1 렌즈(L1)의 초점거리는 3.144㎜, 제2 렌즈(L2)의 초점거리는 -4.836㎜, 제3 렌즈(L3)의 초점거리는 20.064㎜, 제4 렌즈(L4)의 초점거리는 -48.537㎜, 제5 렌즈(L5)의 초점거리는 2.328㎜ 및 제6 렌즈(L6)의 초점거리는 -2.157㎜이다.

표 3에서 면 번호 앞의 *표시는 비구면을 나타내며, 제2 실시예의 경우, 제1 렌즈(L1) 내지 제6 렌즈(L6)의 양면 중 어느 한 면, 또는 양면은 비구면이다.

또한, 수학식 1에 의한 제2 실시예의 비구면 계수의 값은 다음의 표 4와 같다.

[제3 실시예]

하기의 표 5는 본 발명의 제3 실시예에 의한 수치예를 나타내고 있다.

또한, 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 촬상 광학계의 렌즈 배치를 나타낸 구성도이고, 도 6은 각각 표 5 및 도 5에 도시된 광학계의 수차도를 나타낸다.

제3 실시예의 경우, 전체 광학계의 유효초점거리(F)는 4.37㎜이고, 제1 렌즈의 광축 정점에서 상면까지의 거리(OAL)는 5.684㎜이며, 화각(FOV)은 67.4°이다.

또한, 제1 렌즈(L1)의 초점거리는 3.089㎜, 제2 렌즈(L2)의 초점거리는 -4.363㎜, 제3 렌즈(L3)의 초점거리는 9.937㎜, 제4 렌즈(L4)의 초점거리는 -14.406㎜, 제5 렌즈(L5)의 초점거리는 2.136㎜ 및 제6 렌즈(L6)의 초점거리는 -2.141㎜이다.

표 5에서 면 번호 앞의 *표시는 비구면을 나타내며, 제3 실시예의 경우, 제1 렌즈(L1) 내지 제6 렌즈(L6)의 양면 중 어느 한 면, 또는 양면은 비구면이다.

또한, 수학식 1에 의한 제3 실시예의 비구면 계수의 값은 다음의 표 6과 같다.

한편, 상기 제1 내지 제3 실시예에 대한 조건식들의 값은 다음의 표 7과 같다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

L1. 제1 렌즈
L2. 제2 렌즈
L3. 제3 렌즈
L4. 제4 렌즈
L5. 제5 렌즈
L6. 제6 렌즈
OF. 광학적 필터
1, 2, 3, 4...8, 9, 10... 면 번호

Claims

양의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 볼록한 형상인 제1 렌즈;
음의 굴절력을 가지며, 상 측면이 오목한 형상인 제2 렌즈;
양의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 오목한 형상인 제3 렌즈;
음의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 오목하고 상 측면이 볼록한 형상인 제4 렌즈;
양의 굴절력을 가지며, 상 측면이 볼록한 형상인 제5 렌즈; 및
음의 굴절력을 가지며 상 측면이 오목한 형상인 제6 렌즈;로 구성되고,
상기 제1렌즈 내지 상기 제6렌즈는 물체 측으로부터 상 측으로 순차적으로 배치되는 고해상도 촬상 광학계.
제1항에 있어서,
상기 제3렌즈는 상 측면이 볼록한 형상인 고해상도 촬상 광학계.
제1항에 있어서,
상기 촬상 광학계는 제1 렌즈의 전방 또는 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이에 조리개가 배치되는 고해상도 촬상 광학계.
제1항에 있어서,
상기 촬상 광학계는 광학적 파워에 관한 조건에 대하여 다음의 조건식을 만족하는 고해상도 촬상 광학계.
[조건식] |f4 / f| > 2.5
여기서, f4는 제4 렌즈의 초점거리, f는 전체 광학계의 초점거리.
제1항에 있어서,
상기 촬상 광학계는 색수차 보정 조건에 대하여 다음의 조건식을 만족하는 고해상도 촬상 광학계.
[조건식] V1 - V4 < 40
여기서, V1은 제1 렌즈의 아베수, V4는 제4 렌즈의 아베수.
제1항에 있어서,
상기 촬상 광학계는 제4 렌즈의 형상에 대한 조건에 대하여 다음의 조건식을 만족하는 고해상도 촬상 광학계.
[조건식] 0.5 < OAL / f < 2.0
여기서, OAL은 제1 렌즈의 광축 정점에서 상면까지의 거리, f는 전체 광학계의 초점거리.
제1항에 있어서,
상기 촬상 광학계는 색수차에 관한 조건에 대하여 다음의 조건식을 만족하는 고해상도 촬상 광학계.
[조건식] V2 < 30
여기서, V2는 제2 렌즈의 아베수.
제1항에 있어서,
상기 제1 렌즈 내지 제6 렌즈는 플라스틱 렌즈로 구성된 고해상도 촬상 광학계.
제8항에 있어서,
상기 제1렌즈 및 상기 제6렌즈는 일 면 또는 양면이 비구면으로 구성된 고해상도 촬상 광학계.
제1항에 있어서,
상기 제6 렌즈와 상(像)면 사이에는 외부에서 유입되는 광 중에 포함된 과도한 적외선을 차단하기 위한 적외선 차단필터가 코팅된 커버 글라스의 광학적 필터를 더 포함하는 고해상도 촬상 광학계.
삭제
삭제
삭제