KR101850962B1

KR101850962B1 - 렌즈 광학계 및 촬상 장치

Info

Publication number: KR101850962B1
Application number: KR1020160033986A
Authority: KR
Inventors: 정필선; 김동영; 안치호
Original assignee: 주식회사 에이스솔루텍
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2018-04-20
Also published as: KR20170109858A; US20170276909A1; US10353178B2

Abstract

렌즈 광학계 및 이를 포함하는 촬상 장치에 대하여 개시한다. 렌즈 광학계는 물체측으로부터 상면측으로 순차로 배열된 부, 정, 정, 부, 정, 부의 굴절력을 갖는 제1 렌즈 내지 제6 렌즈를 포함한다. 상기 렌즈 광학계는 조건식 100≤ FOV ≤ 160 과 DiaL3 ≤ DiaL1 ≤ DiaL6 을 만족할 수 있다. 여기서, FOV(단위: °)는 상기 렌즈 광학계의 화각을 나타내고, DiaL1, DiaL3, 및 DiaL6은 각각 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 제6 렌즈의 유효경의 크기를 나타낸다.

Description

렌즈 광학계 및 촬상 장치{Lens optical system and Imaging Device}

본 개시는 렌즈광학계 및 촬상 장치에 관한 것이다.

최근, 씨모스 이미지센서(complementary metal oxide semiconductor image sensor; CMOS 이미지센서)나 전하 결합 소자(charge coupled device; CCD)와 같은 고체 촬상 소자를 이용한 카메라의 보급 및 사용 분야가 급속도로 확대되고 있다.

카메라의 해상도를 높이기 위해 고체 촬상 소자의 화소 집적도는 높아지고 있다. 이와 함께 카메라에 내장되는 렌즈 광학계의 성능 개선을 통해 상기 카메라의 소형화 및 경량화도 진행되고 있다. 이러한 고체 촬상 소자를 이용한 촬상 장치는 소형화에 적합하므로 최근에는 스마트 폰 등의 모바일 기기에도 적용되고 있다. 또한, 자동차 분야에서 전방 감시 기능, 후방 감시 기능, 차선 인식, 자율 주행 등 다양한 목적을 위한 카메라 및 광학계가 요구되고 있다. 또한, 드론(drone)이나 레저 스포츠용 캠코더와 같은 다양한 액션캠(action cam)이 개발되고 있다. 또한, 지문 인식 장치에서도 렌즈 광학계 및 고체 촬상 장치가 활용되고 있다. 지문 인식 장치는 출입 제어, 전자상거래, 금융 거래, 개인용 컴퓨터의 보안 및 사무적 결재체계 등과 같이 인증이 필요한 다양한 분야에서 활용됨에 따라 이와 관련된 촬상 장치 및 광학계에 관한 연구가 진행되고 있다.

일반적으로, 광학 성능 확보를 위해, 많은 수의 렌즈를 사용하는 것이 유리하지만, 이 경우, 카메라의 소형화, 경량화, 가격 경쟁력에는 불리해진다. 렌즈 매수가 작을 경우, 소형화, 가경 경쟁력 측면에서는 유리하지만, 수차 보정이 충분하지 않을 수 있다.

또한, 기존의 카메라 폰에 사용되는 렌즈 광학계의 경우, 60∼65°정도의 화각을 갖는 것이 일반적이다. 소형이면서도 넓은 화각을 갖고 수차 보정 및 해상도 향상 등 다양한 측면에서 우수한 성능을 가지는 렌즈 광학계의 개발이 요구된다.

본 개시는 휴대폰과 같은 소형 장치에 탑재가능하도록 컴팩트하면서도 광각 촬영이 가능한 렌즈 광학계 및 촬상 장치를 제공하는데 있다.

일 측면에 따른 렌즈 광학계는 물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열된 것으로, 부(-)의 굴절력을 가지는 제1 렌즈; 정(+)의 굴절력을 가지는 제2 렌즈; 정(+)의 굴절력을 가지는 제3 렌즈; 부(-)의 굴절력을 가지는 제4 렌즈; 정(+)의 굴절력을 가지는 제5 렌즈; 및 부(-)의 굴절력을 가지는 제6 렌즈;를 포함하며, 아래의 조건식을 만족할 수 있다.

조건식(1): 100≤ FOV ≤ 160

조건식(2): DiaL3 ≤ DiaL1 ≤ DiaL6

여기서, FOV(단위: °)는 상기 렌즈 광학계의 화각을 나타내며, DiaL1, DiaL3, 및 DiaL6은 각각 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 제6 렌즈의 유효경의 크기를 나타낸다.

상기 렌즈 광학계는 다음의 조건을 만족할 수 있다.

조건식(3): 0.6 ≤ TTL/IH ≤ 1.1

여기서, TTL(단위: mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심에서 상면까지의 거리를 나타내며, IH(단위: mm)는 유효경의 상고를 나타낸다.

상기 렌즈 광학계는 다음의 조건을 만족할 수 있다.

조건식(4) : 0.8 ≤ Ind3/Ind4 ≤ 1.1

여기서, Ind3, Ind4는 각각 제3 렌즈, 제4 렌즈의 굴절률을 나타낸다.

상기 렌즈 광학계는 다음의 조건을 만족할 수 있다.

조건식(5): 1.5 ≤ Abv3/Abv6 ≤ 3.0

여기서, Abv3 및 Abv6은 각각 제3 렌즈 및 제6 렌즈의 아베수를 나타낸다.

상기 제2 렌즈와 상기 제3 렌즈 사이에 조리개가 구비될 수 있다.

상기 렌즈 광학계는 다음의 조건을 만족할 수 있다.

조건식(6) : 0.2 ≤ (L1toL2)/OAL ≤ 0.45

조건식(7) : 1.5 ≤ Abv3/Abv4 ≤ 3.0

조건식(8) : 0.8 ≤ Ind3/Ind6 ≤ 1.1

여기서, L1toL2(단위: mm)는 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제2 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, OAL(단위: mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제6 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, Abv3 및 Abv4는 각각 제3 렌즈 및 제4 렌즈의 아베수를 나타내며, Ind3 및 Ind6은 각각 제3 렌즈 및 제6 렌즈의 굴절률을 나타낸다.

상기 제1 렌즈의 출사면은 상면측으로 오목할 수 있다.

상기 제5 렌즈의 출사면은 상면측으로 볼록할 수 있다.

상기 제1 렌즈 내지 제6 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈는 비구면 렌즈일 수 있다.

상기 제1 렌즈 내지 제6 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈는 플라스틱 렌즈일 수 있다.

상기 제6 렌즈의 입사면, 출사면 중 적어도 하나의 렌즈 면의 중앙부는 상기 상면측에 대하여 오목하고 가장자리로 가면서 볼록해질 수 있다.

상기 제1 렌즈의 입사면이 물체측을 향해 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.

다른 측면에 따른 렌즈 광학계는 물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열되는 전군, 조리개 및 후군을 포함하고, 상기 전군은 상면측으로 오목한 출사면을 가지는 제1 렌즈 및 정(+)의 굴절력을 가지는 제2 렌즈를 포함하고, 상기 후군은 가장 물체측에 마련되며 정(+)의 굴절력을 가지는 제3 렌즈 및 가장 상면측에 마련되며 부(-)의 굴절력을 가지는 상면 렌즈를 포함하고, 아래의 조건식을 만족할 수 있다.

조건식(1'): 100≤ FOV ≤ 160

조건식(2'): 0.6 ≤ TTL/IH ≤ 1.1

여기서, FOV(단위: °)는 상기 렌즈 광학계의 화각을 나타내며, TTL(단위: mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심에서 상면까지의 거리를 나타낸다.

상기 후군은,

상기 제3 렌즈 및 상기 상면 렌즈 사이에 마련되고, 물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열되는 부(-)의 굴절력 갖는 제4 렌즈 및 정(+)의 굴절력을 갖는 제5 렌즈를 더 포함할 수 있다.

상기 렌즈 광학계는 다음의 조건을 만족할 수 있다.

조건식(3'): DiaL3 ≤ DiaL1 ≤ DiaL6

조건식(4'): 0.8 ≤ Ind3/Ind4 ≤ 1.1

여기서, DiaL1, Dial3, 및 Dial6은 각각 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 상면 렌즈의 유효경의 크기를 나타내며, IH(단위: mm)는 유효경의 상고를 나타내며, Ind3, Ind4는 각각 제3 렌즈, 제4 렌즈의 굴절률을 나타낸다.

상기 렌즈 광학계는 다음의 조건을 만족할 수 있다.

조건식(5'): 1.5 ≤ Abv3/Abv6 ≤ 3.0

여기서, Abv3 및 Abv6은 각각 제3 렌즈 및 상면 렌즈의 아베수를 나타낸다.

상기 제1 렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖고, 상기 제5 렌즈는 정(+)의 굴절력을 가질 수 있다.

상기 제6 렌즈의 입사면, 출사면 중 적어도 하나의 렌즈 면은, 중앙부에서 가장자리로 가면서 적어도 하나의 변곡점을 가질 수 있다.

상기 전군 및 상기 후군을 구성하는 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈는 비구면 렌즈일 수 있다.

또 다른 측면에 따른 촬상 장치는 전술한 렌즈 광학계와, 상기 렌즈 광학계에 의해 결상된 상을 촬상하는 고체 촬상 소자를 포함할 수 있다.

본 개시에 따른 렌즈 광학계 및 촬상장치는 휴대폰과 같은 소형 장치에 탑재가능하도록 컴팩트하면서도 (초)광각의 화각을 가지는 렌즈 광학계를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 렌즈 광학계의 주요 구성요소의 배치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 렌즈 광학계의 주요 구성요소의 배치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 렌즈 광학계의 주요 구성요소의 배치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 렌즈광학계의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수치도이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 렌즈광학계의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수치도이다.
도 6은 제3 실시예에 따른 렌즈광학계의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수치도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈광학계를 포함하는 촬상 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

이하, 이하, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 광학계 및 촬상장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한(혹은, 유사한) 구성요소들을 나타낸다.

이하의 설명에서, “상면(image plane)”이라고 기재된 표현은 렌즈 광학계를 지나 상이 맺히는 면을 나타내는 것으로, “상면측(image plane side)”은 이미지 센서 등의 촬상 소자등이 위치하는 방향을 나타낼 수 있다. 렌즈 광학계를 기준으로 “물체측(object side)”과 “상면측”은 서로 반대 방향을 의미할 수 있다. 또한, 렌즈의 두 양면 중 물체측에 있는 면을 입사면이라고 하고, 상면측에 있는 면을 출사면이라고 할 수 있다.

도 1은 제1 실시예에 따른 렌즈 광학계의 주요 구성요소의 배치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.

상기 렌즈 광학계는 물체(OBJ) 측으로부터 상면(IP)측으로 순서대로 배열되는, 전군(front lens group), 조리개(ST), 후군(rear lens group)을 포함한다. 전군과 후군은 조리개(ST)를 기준으로 나눌 수 있으며, 조리개가 없는 경우 광선을 제어하는 고정 조리개 면을 기준으로 나누어도 무방하다.

상기 전군은 예를 들어, 부(-)의 굴절력을 가지는 제1 렌즈(I) 및 정(+)의 굴절력을 가지는 제2 렌즈(Ⅱ)를 포함할 수 있다.

제1 렌즈(I)는 예를 들어, 상면(IP)측을 향해 오목한 출사면(2*)을 포함할 수 있다. 제1 렌즈(I)는 예를 들어, 물체(OBJ)측을 향해 볼록한 입사면(1*)을 포함할 수 있다. 달리 말하면, 제1 렌즈(I)는 물체(OBJ)측으로 볼록한 매니스커스 형상을 가질 수 있다.

제2 렌즈(Ⅱ)는 예를 들어, 상면(IP)측을 향해 볼록한 출사면(4*)을 포함할 수 있다. 제2 렌즈(Ⅱ)는 예를 들어, 물체(OBJ)측을 향해 볼록한 입사면(3*)을 포함할 수 있다. 달리 말하면, 제2 렌즈(Ⅱ)는 양볼록 형상을 가질 수 있다.

상기 후군은 예를 들어, 정(+)의 굴절력을 가지는 제3 렌즈(Ⅲ), 부(-)의 굴절력을 가지는 제4 렌즈(Ⅳ), 정(+)의 굴절력을 가지는 제5 렌즈(Ⅴ) 및 부(-)의 굴절력을 가지는 제6 렌즈(Ⅵ)를 포함할 수 있다.

제3 렌즈(Ⅲ)는 예를 들어, 상면(IP)측이 볼록한 출사면(6*)을 가질 수 있다. 제3 렌즈(Ⅲ)는 예를 들어, 물체(OBJ)측을 향해 볼록한 입사면(5*)을 포함할 수 있다. 달리 말하면, 제3 렌즈(Ⅲ)는 양볼록 형상을 가질 수 있다.

제4 렌즈(Ⅳ)는 예를 들어, 상면(IP)측이 오목한 출사면(8*)을 포함할 수 있다. 제4 렌즈(Ⅳ)는 예를 들어, 물체(OBJ)측을 향해 오목한 입사면(7*)을 포함할 수 있다. 달리 말하면, 제4 렌즈(Ⅳ)는 양오목 형상을 가질 수 있다.

제5 렌즈(Ⅴ)는 예를 들어, 상면(IP)측이 볼록한 출사면(10*)을 포함할 수 있다. 제5 렌즈(Ⅴ)는 예를 들어, 물체(OBJ)측을 향해 오목한 입사면(9*)을 포함할 수 있다. 달리 말하면, 제5 렌즈(Ⅴ)는 상면(IP)측이 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.

제6 렌즈(Ⅵ)는 예를 들어, 입사면(11*)과 출사면(12*) 중 적어도 하나가 적어도 하나의 변곡점(inflection point)을 가질 수 있다. 변곡점은 곡률 반경의 부호가 (+)에서 (-)로 변하거나 (-)에서 (+)로 변하는 점을 나타낼 수 있다. 또는, 변곡점은 렌즈의 형상이 볼록에서 오목으로 변하거나 오목에서 볼록으로 변하는 점을 나타낼 수 있다. 제6 렌즈(Ⅵ)는 예를 들어, 렌즈 면의 중심부(광축으로부터 소정 반경 내) 에서 물체(OBJ)측을 향해 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제6 렌즈(Ⅵ)의 출사면(12*)은 광축 근처에서 상면(IP)을 향해 오목한 형상을 가지고, 광축으로부터 주변부로 갈수록 볼록한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제6 렌즈(Ⅵ)의 입사면(11*)은 광축 근처에서 물체측(OBJ)을 향해 볼록한 형상을 가지고, 광축으로부터 주변부로 갈수록 오목한 형상을 가질 수 있다.

상기와 같이 전군과 후군의 굴절력 배치를 함으로써 색수차 제어를 용이하게 구현할 수 있다. 또한, 조리개(ST)가 전군과 후군의 사이에 마련됨으로써, 본 실시예에 따른 렌즈 광학계가 초광각에서 충분한 성능을 가지도록 광학 파워를 분배할 수 있다.

제6 렌즈(Ⅵ)와 상면(IP) 사이에 적어도 하나의 광학 필터(Ⅶ)가 구비될 수 있다. 광학 필터(Ⅶ)는 예를 들어 저역 통과 필터(Low pass Filter), 적외선 차단 필터(IR-Cut Filter), 커버 글라스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 필터(Ⅶ)로서 적외선 차단 필터가 구비되는 경우, 가시광선은 투과되고, 적외선은 외부로 방출되도록 하여, 적외선이 상면에 전달되지 않도록 할 수 있다. 하지만, 광학 필터(Ⅶ) 없이 촬영 렌즈를 구성하는 것도 가능하다.

상기 전군과 후군은 적어도 하나의 비구면 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ) 중 적어도 하나는 비구면 렌즈일 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ)는 모두 비구면 렌즈일 수 있다.

한편, 상기한 구성을 가지는 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈 광학계에서 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ) 중 적어도 하나는 플라스틱(plastic) 소재로 제조할 수 있다. 예컨대, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ)는 모두 플라스틱 소재로 제조할 수 있다. 이러한 플라스틱 렌즈를 사용할 경우, 글라스를 사용하는 경우보다 가볍고 양산에 유리할 수 있다. 그러나 본원에서 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ)의 재질이 플라스틱으로 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라서는, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ) 중 적어도 하나를 글라스로 제조할 수도 있다. 글라스 렌즈를 사용할 경우, 플라스틱을 사용하는 경우보다 고신뢰성을 확보할 수 있다. 예를 들어, 글라스 렌즈에 비구면을 적용할 수 있기 때문에, 비구면에 의한 다양한 효과, 예를 들어, 전장 축소, 컴팩트화, 수차 보정, 고성능화 등의 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제6 렌즈(I∼Ⅵ) 중 일부는 플라스틱 렌즈를 사용하고, 나머지 일부는 글라스 렌즈를 사용할 수도 있다.

본 실시예에 따른 렌즈 광학계는 넓은 화각, 예를 들어 100 도 이상의 화각을 가지고, 양호한 성능을 가질 수 있다. 본 실시예에 따른 렌즈 광학계는 광각 성능을 가지면서도 휴대폰에 탑재가능할 정도로 전장이 작을 수 있다.

본 실시예에 따른 렌즈 광학계는 다음 식을 만족할 수 있다.

조건식(1) : 100 ≤ FOV ≤ 160

여기서, FOV(단위: °)는 상기 렌즈 광학계의 화각을 나타낸다.

본 실시예에 따른 렌즈 광학계는 다음 식을 만족할 수 있다.

조건식(2) : DiaL3 ≤ DiaL1 ≤ DiaL6

여기서, DiaL1, DiaL3, 및 DiaL6은 각각 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 제6 렌즈의 유효경의 크기를 나타낸다.

조건식(2)는 광각 성능을 유지하면서도, 렌즈 광학계의 고성능을 유지하기 위한 것으로, 제1렌즈의 유효경이 제3 렌즈의 유효경 보다는 크고, 제6 렌즈의 유효경 보다는 작을 수 있다.

본 실시예에 따른 렌즈 광학계는 다음 식을 만족할 수 있다.

조건식(3) : 0.6 ≤ TTL/IH ≤ 1.1

여기서, TTL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심에서 상면까지의 거리를 나타내며, IH(단위:mm)는 유효 상면에서의 이미지 높이를 나타낸다.

조건식(3)을 만족하는 렌즈 광학계는 상면(IP)의 크기 대비 렌즈의 전장을 줄일 수 있어, 초광각 렌즈이면서도 휴대폰에 탑재가능할 만큼 충분히 작은 전장을 가질 수 있다.

본 실시예에 따른 렌즈 광학계는 다음 식을 만족할 수 있다.

조건식(4) : 0.8 ≤ Ind3/Ind4 ≤ 1.1

조건식(4)을 만족하는 렌즈 광학계는 제3 렌즈에 저굴절 렌즈를 배치하고, 제4 렌즈에 고굴절 렌즈를 배치하여 색수차를 감소시킬 수 있다.

본 실시예에 따른 렌즈 광학계는 다음 식을 만족할 수 있다.

조건식(5): 1.5 ≤ Abv3/Abv6 ≤ 3.0

조건식(8)을 만족하는 렌즈 광학계는 제3 렌즈가 높은 아베수를 가지고, 제6 렌즈가 낮은 아베수를 가져 색수차를 감소시킬 수 있다.

본 실시예에 따른 렌즈 광학계는 다음의 조건 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.

조건식(6) : 0.2 ≤ (L1toL2)/OAL ≤ 0.45

조건식(7) : 1.5 ≤ Abv3/Abv4 ≤ 3.0

조건식(8) : 0.7 ≤ Ind3/Ind6 ≤ 1.5

여기서, L1toL2(단위: mm)는 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제2 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, OAL(단위:mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제6 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내며, Abv3 및Abv4는 각각 제3 렌즈 및 제4 렌즈의 아베수를 나타내며, Ind3 및 Ind6은 각각 제3 렌즈 및 제6 렌즈의 굴절률을 나타낸다.

조건식(6)은 광각 성능을 유지하면서도, 렌즈 광학계의 고성능을 유지하기 위한 것으로, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 두께가 렌즈군 전체의 두께에 비해서 일정 비율로 한정될 수 있다.

조건식(7)을 만족하는 렌즈 광학계는 제3 렌즈가 높은 아베수를 가지고, 제4 렌즈가 낮은 아베수를 가져 색수차를 감소시킬 수 있다.

조건식(8)을 만족하는 렌즈 광학계는 제3 렌즈에 저굴절 렌즈를 배치하고, 제6 렌즈에 고굴절 렌즈를 배치하여 색수차를 감소시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 광학계에 사용되는 비구면의 정의를 나타내면 다음과 같다.

비구면 형상은 광축 방향을 x축으로 하고, 광축 방향에 대해 수직한 방향을 y축으로 할 때, 광선의 진행 방향을 정으로 하여 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다. 여기서, x는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리를, y는 광축에 대해 수직한 방향으로의 거리를, K는 코닉 상수(conic constant)를, A, B, C, D, E 및 F는 비구면 계수를, c는 렌즈의 정점에 있어서의 곡률 반경의 역수(1/R)를 각각 나타낸다.

< 비구면 방정식 >

본 발명에서는 다음과 같이 다양한 설계에 따른 수치 실시예를 통해 렌즈 광학계를 구현할 수 있다.

각 수치 실시예에서 렌즈면 번호(1,2,3..n; n은 자연수)는 물체 (OBJ)측으로부터 상면(IP)측으로 순차적으로 나열되며, 도면에는 렌즈 면의 부호를 도시한다. 그리고, OBJ는 물체를, EFL은 각 렌즈의 초점 거리를, F-no는 F 넘버를, FOV는 화각을, R은 곡률 반경을, Dn은 렌즈의 두께 또는 렌즈와 렌즈 사이의 공기 간격을, Nd는 굴절률을, Vd는 아베수를 나타낸다. ST는 조리개를, *는 비구면을 나타낸다.

< 제1 수치 실시예 >

도 1은 제1 수치 실시예에 따른 렌즈 광학계를 도시한 것이며, 다음은 제1 수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다.

	면	R	D	Nd	Vd
I	1*	5.38858	0.20000	1.53175	55.85588
I	2*	1.35189	0.19965
Ⅱ	3*	3.12997	0.28870	1.54410	56.09278
Ⅱ	4*	-6.21263	0.00000
	ST	Infinity	0.14018
Ⅲ	5*	4.60197	0.40000	1.54410	56.09278
Ⅲ	6*	-1.70570	0.05119
Ⅳ	7*	4.42167	0.20425	1.65041	21.47439
Ⅳ	8*	1.58014	0.25963
Ⅴ	9*	-2.26505	0.69466	1.54410	56.09278
Ⅴ	10*	-0.65152	0.10000
Ⅵ	11*	0.96313	0.30677	1.63916	23.51650
Ⅵ	12*	0.49480	0.50000
Ⅶ	13	Infinity	0.11000	1.51680	64.19733
Ⅶ	14	Infinity	0.51659
	IP	Infinity	-0.00162

다음은 제1 수치 실시예의 비구면 계수를 나타낸다.

면	K	A	B	C	D	E	F
1*	0.00000	0.23663	-0.47411	0.41424	-0.26264	0.06926	0.00000
2*	0.49242	0.44831	0.30393	-5.20069	24.48526	-56.51473	57.85727
3*	-9.53849	-0.03549	-0.02961	-3.38233	13.44525	-28.45593	17.00391
4*	0.00000	-0.36946	0.07024	-8.98445	77.70318	-301.67514	434.10949
5*	33.57819	-0.17827	-0.42554	-0.17918	1.46650	3.79797	-7.90195
6*	1.52801	-0.26747	1.96969	-8.29799	16.94214	-16.55468	6.25737
7*	0.00000	-0.75301	1.68773	-3.47642	5.15225	-3.94199	0.60685
8*	1.29319	-0.56758	0.70244	-0.78779	0.54562	-0.26362	0.02586
9*	3.38076	0.27235	-0.08416	-0.35635	0.96348	-0.88125	0.32409
10*	-0.89629	0.54443	-0.72668	0.87632	-0.84386	0.58734	-0.16122
11*	-10.25915	0.08289	-0.23063	0.15164	-0.05090	0.00939	-0.00076
12*	-4.07853	-0.02992	-0.05333	0.04139	-0.01489	0.00269	-0.00020

도 2는 제1 수치 실시예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curves), 왜곡수차(distortion)를 나타낸 것이다. 상면만곡으로는 자오상면 만곡(T: tangential field curvature)과 구결상면 만곡(S: sagittal field curvature)을 보여준다.

< 제2 수치 실시예 >

도 3은 제2 수치 실시예에 따른 렌즈 광학계를 도시한 것이며, 다음은 제2 수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다.

	면	R	D	Nd	Vd
I	1*	1.54302	0.20000	1.54410	56.09278
I	2*	0.59356	0.66010
Ⅱ	3*	1.38790	0.40001	1.54410	56.09278
Ⅱ	4*	-126.87409	0.06516
	ST	Infinity	0.07981
Ⅲ	5*	8.74369	0.47406	1.54410	56.09278
Ⅲ	6*	-1.23214	0.03000
Ⅳ	7*	24.29459	0.20000	1.65041	21.47439
Ⅳ	8*	1.82952	0.24540
Ⅴ	9*	-7.42444	0.63984	1.54410	56.09278
Ⅴ	10*	-0.77156	0.03000
Ⅵ	11*	1.07683	0.24000	1.63916	23.51650
Ⅵ	12*	0.61217	0.50000
Ⅶ	13	Infinity	0.11000	1.51680	64.19733
Ⅶ	14	Infinity	0.59562
	IP	Infinity	0.00030

다음은 제2 수치 실시예의 비구면 계수를 나타낸다.

면	K	A	B	C	D	E	F
1*	0.00000	0.38218	-0.60906	0.58725	-0.52200	0.18356	0.00000
2*	0.33411	0.51474	1.36310	-11.55004	45.26891	-85.69890	75.00534
3*	7.36071	-0.10686	-0.03099	-1.52645	7.38574	-16.39375	8.41709
4*	0.00000	-0.44495	1.30272	-11.74656	57.51025	-146.92411	146.14872
5*	-7.42098	-0.17811	-0.89130	5.95759	-22.38510	33.59487	-14.96676
6*	1.71291	-0.31862	1.59165	-3.25351	2.07822	0.00000	0.00000
7*	0.00000	-1.04065	2.70886	-4.32460	2.47091	0.51859	-0.62454
8*	1.23672	-0.70917	1.34792	-1.76285	0.99148	0.06520	-0.25632
9*	4.88907	0.29974	-0.75039	1.34658	-1.43640	0.90424	-0.26059
10*	-0.81507	0.27782	0.09223	-0.80957	1.20530	-0.70082	0.14521
11*	-5.11723	-0.10491	-0.12561	0.13522	-0.05095	0.00882	-0.00059
12*	-3.04170	-0.20079	0.10928	-0.04800	0.01369	-0.00210	0.00012

도 4는 제2 수치 실시예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curves), 왜곡수차(distortion)를 나타낸 것이다.

< 제3 수치 실시예 >

도 5는 제3 수치 실시예에 따른 렌즈 광학계를 도시한 것이며, 다음은 제3 수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다.

	면	R	D	Nd	Vd
I	1*	1.81908	0.21030	1.53175	55.85588
I	2*	0.62659	0.52700
Ⅱ	3*	3.47081	0.32464	1.53175	55.85588
Ⅱ	4*	-5.38591	-0.00360
	ST	Infinity	0.03360
Ⅲ	5*	1.42413	0.59365	1.53175	55.85588
Ⅲ	6*	-1.45978	0.04633
Ⅳ	7*	3.76032	0.20000	1.65041	21.47439
Ⅳ	8*	1.36628	0.31074
Ⅴ	9*	-3.56044	0.64241	1.54410	56.09278
Ⅴ	10*	-0.68311	0.03000
Ⅵ	11*	0.95559	0.25000	1.63916	23.51650
Ⅵ	12*	0.49798	0.30674
Ⅶ	13	Infinity	0.11000	1.51680	64.19733
Ⅶ	14	Infinity	0.38559
	IP	Infinity	0.00259

다음은 제3 수치 실시예의 비구면 계수를 나타낸다.

면	K	A	B	C	D	E	F
1*	0.00000	0.27072	-0.83559	0.67204	-0.25118	0.03671	0.00000
2*	-0.06350	0.52375	1.09758	-17.37339	78.50664	########	147.06732
3*	32.11121	0.15249	0.12139	-1.03949	5.08573	-12.39451	12.52694
4*	0.00000	-0.61830	3.58402	-19.02035	61.34394	-99.53811	62.71534
5*	-3.81969	-0.49031	3.17771	-16.67401	39.10203	-26.42633	-43.08533
6*	1.64230	-1.01826	7.08305	-33.17504	103.84715	########	155.42776
7*	0.00000	-1.62487	6.05172	-21.55611	60.24773	########	75.69425
8*	1.56634	-0.72658	1.08301	-0.62032	-1.31839	2.64782	-2.06109
9*	9.65706	0.24248	-0.69327	1.68163	-2.61807	2.23123	-0.67949
10*	-0.78666	0.65051	-0.87678	0.55875	0.72698	-1.33573	0.58773
11*	-10.20070	-0.20294	-0.39705	0.76161	-0.55039	0.18636	-0.02552
12*	-3.72868	-0.30242	0.21355	-0.10658	0.03479	-0.00713	0.00063

도 6은 제3 수치 실시예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curves), 왜곡수차(distortion)를 나타낸 것이다.

한편, 본 발명의 제1 내지 제3 수치실시예에 따른 렌즈 광학계의 F-넘버(Fno), 초점거리(f) 및 화각(FOV)을 정리하면 아래의 표 7과 같다.

구 분	F-넘버(Fno)	초점거리(f) [mm]	화각(FOV) [°]
제1 실시예	2.44	1.88	127.01
제2 실시예	2.05	1.57	125.70
제3 실시예	2.08	1.37	128.85

다음은 제1 내지 제3 수치 실시예에 따른 렌즈 광학계가 조건식 1 내지 식 8를 만족함을 보인 것이다. 표 8에서 FOV(화각)의 단위는 °이다.

구분	수식	제1 실시예	제2 실시예	제3 실시예
조건식(1)	100 ≤ Fov ≤ 160	127.01	125.70	128.85
조건식(2)	DiaL3 ≤ DiaL1 ≤ DiaL6	-	-	-
조건식(3)	0.7 ≤ TTL/IH ≤ 1.0	0.82	0.82	1.02
조건식(4)	0.7 ≤ Ind3/Ind4 ≤ 1.5	0.94	0.94	0.93
조건식(5)	1.5 ≤ Abv3/Abv6 ≤ 3.0	2.39	2.39	2.38
조건식(6)	0.3 ≤ (L1toL2)/OAL ≤ 0.45	0.24	0.31	0.34
조건식(7)	1.5 ≤ Abv3/Abv4 ≤ 3.0	2.61	2.61	2.60
조건식(8)	0.7 ≤ Ind3/Ind6 ≤ 1.5	0.94	0.94	0.93

표 9는 표 8을 얻는데 필요한 변수들의 값을 정리한 것이다. 표 2에서 TTL, IH, DiaL1, DiaL2, DiaL3, L1toL2 및 OAL 값들의 단위는 ㎜이다.

구분	제1 실시예	제2 실시예	제3 실시예
TTL	3.97	3.97	3.97
IH	4.85	4.85	3.90
DiaL3	1.720	1.885	1.893
DiaL1	1.322	1.320	1.080
DiaL6	4.064	4.180	3.143
L1toL2	0.688	0.934	1.062
OAL	2.85	2.98	3.17
Ind3	1.544	1.544	1.532
Ind4	1.650	1.650	1.650
Ind6	1.639	1.639	1.639
Abv3	56.093	56.093	55.856
Abv4	21.474	21.474	21.474
Abv6	23.517	23.517	23.517

도 7은 예시적인 실시예에 따른 렌즈 광학계를 구비한 촬상 장치(200)의 일 예를 도시한 것이다. 촬상 장치(200)는 렌즈 광학계(100)와, 상기 렌즈 광학계(100)에 의해 결상된 상(image)를 수광하여 전기적인 화상 신호로 변환하는 이미지 센서(110)를 포함한다. 상기 렌즈 광학계(100)로는 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 렌즈 광학계가 채용될 수 있다. 예시적인 실시예에 따른 렌즈 광학계를 소형의 디지털 카메라, 모바일 폰용 카메라, 자동차용 카메라 등의 촬상 장치에 적용함으로써 광각으로, 고성능으로 촬영이 가능한 촬상 장치를 구현할 수 있다.

도 7에 도시된 촬상 장치는 일반적인 예일 뿐이며 보다 다양한 광학 기기에 적용 가능하다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 렌즈 광학계는 차량용 카메라의 렌즈 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 렌즈 광학계는 가상 현실 장치, 증강 현실 장치 등에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 가상 현실 장치에는 상술한 실시예에 따른 렌즈 광학계가 서로 반대방향을 향하도록 마련될 수 있다. 예컨대, 블랙박스, AVM(around view monitoring) 시스템 또는 후방 카메라 등 다양한 차량용 장치에 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 광학계를 적용할 수 있다. 또한, 상기 렌즈 광학계는 드론이나 레저 스포츠용 캠코더와 같은 다양한 액션캠(action cam)에 적용될 수 있다. 그 밖에도, 상기 렌즈 광학계는 다양한 감시용 카메라에 적용될 수 있다.

또한, 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, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 광학계에서 렌즈들의 형상이 다소 변형되더라도 상기한 조건식(1) 내지 조건식(8) 중 적어도 하나를 만족하는 경우, 앞서 설명한 바와 같은 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 조건식(1) 내지 조건식(8) 중 적어도 일부를 만족하지 않더라도, 렌즈들의 파워 배치, 형상 조건 및 기타 조건들을 만족할 때, 앞서 설명한 바와 같은 효과를 얻을 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.

I : 제1 렌즈 Ⅱ : 제2 렌즈
Ⅲ : 제3 렌즈 Ⅳ : 제4 렌즈
Ⅴ : 제5 렌즈 Ⅵ : 제6 렌즈
Ⅶ : 광학 필터 OBJ : 물체
ST : 조리개 IP : 상면

Claims

물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열된 것으로,
부(-)의 굴절력을 가지는 제1 렌즈;
정(+)의 굴절력을 가지는 제2 렌즈;
정(+)의 굴절력을 가지는 제3 렌즈;
부(-)의 굴절력을 가지는 제4 렌즈;
정(+)의 굴절력을 가지는 제5 렌즈; 및
부(-)의 굴절력을 가지는 제6 렌즈;를 포함하며, 아래의 조건식을 만족하는 렌즈 광학계.
조건식(1): 120≤ FOV ≤ 160
조건식(2): DiaL3 ≤ DiaL1 ≤ DiaL6
조건식(3): 0.7 ≤ TTL/IH ≤ 0.85
여기서, FOV(단위: °)는 상기 렌즈 광학계의 화각을 나타내며, DiaL1, DiaL3, 및 DiaL6은 각각 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 제6 렌즈의 유효경의 크기를 나타내며, TTL(단위: mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심에서 상면까지의 거리를 나타내며, IH(단위: mm)는 유효 상면에서의 이미지 높이를 나타낸다.
삭제
제1 항에 있어서,
다음의 조건을 만족하는 렌즈 광학계.
조건식(4) : 0.8 ≤ Ind3/Ind4 ≤ 1.1
여기서, Ind3, Ind4는 각각 제3 렌즈, 제4 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
제3 항에 있어서,
다음의 조건을 만족하는 렌즈 광학계.
조건식(5): 1.5 ≤ Abv3/Abv6 ≤ 3.0
여기서, Abv3 및 Abv6은 각각 제3 렌즈 및 제6 렌즈의 아베수를 나타낸다.
제1 항에 있어서,
상기 제2 렌즈와 상기 제3 렌즈 사이에 조리개가 구비된 렌즈 광학계.
제1 항에 있어서,
다음의 조건 중 적어도 하나를 만족하는 렌즈 광학계.
조건식(6) : 0.2 ≤ (L1toL2)/OAL ≤ 0.45
조건식(7) : 1.5 ≤ Abv3/Abv4 ≤ 3.0
조건식(8) : 0.8 ≤ Ind3/Ind6 ≤ 1.1
여기서, L1toL2(단위: mm)는 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제2 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, OAL(단위: mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제6 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, Abv3 및 Abv4는 각각 제3 렌즈 및 제4 렌즈의 아베수를 나타내며, Ind3 및 Ind6은 각각 제3 렌즈 및 제6 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
제1 항에 있어서,
상기 제1 렌즈의 출사면은 상면측으로 오목한 렌즈 광학계.
제1 항에 있어서,
상기 제5 렌즈의 출사면은 상면측으로 볼록한 렌즈 광학계.
제1 항에 있어서,
상기 제1 렌즈 내지 제6 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈는 비구면 렌즈인 렌즈 광학계.
제1 항에 있어서,
상기 제1 렌즈 내지 제6 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈는 플라스틱 렌즈인 렌즈 광학계.
제10 항에 있어서,
상기 제6 렌즈의 입사면, 출사면 중 적어도 하나의 렌즈 면의 중앙부는 상기 상면측에 대하여 오목하고 가장자리로 가면서 볼록해지는 렌즈 광학계.
제1 항에 있어서,
상기 제1 렌즈의 입사면이 물체측을 향해 볼록한 메니스커스 형상을 가지는 렌즈 광학계.
물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열되는 전군, 조리개 및 후군을 포함하고,
상기 전군은 상면측으로 오목한 출사면을 가지는 제1 렌즈 및 정(+)의 굴절력을 가지는 제2 렌즈를 포함하고,
상기 후군은 가장 물체측에 마련되며 정(+)의 굴절력을 가지는 제3 렌즈 및 가장 상면측에 마련되며 부(-)의 굴절력을 가지는 상면 렌즈를 포함하고, 아래의 조건식을 만족하는 렌즈 광학계.
조건식(1'): 120≤ FOV ≤ 160
조건식(2'): 0.7 ≤ TTL/IH ≤ 0.85
여기서, FOV(단위: °)는 상기 렌즈 광학계의 화각을 나타내며, TTL(단위: mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심에서 상면까지의 거리를 나타내며, IH(단위: mm)는 유효 상면에서의 이미지 높이를 나타낸다.
제13항에 있어서,
상기 후군은,
상기 제3 렌즈 및 상기 상면 렌즈 사이에 마련되고, 물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열되는 부(-)의 굴절력 갖는 제4 렌즈 및 정(+)의 굴절력을 갖는 제5 렌즈를 더 포함하는 렌즈 광학계.
제14항에 있어서,
다음의 조건을 모두 만족하는 렌즈 광학계.
조건식(3'): DiaL3 ≤ DiaL1 ≤ DiaL6
조건식(4'): 0.8 ≤ Ind3/Ind4 ≤ 1.1
여기서, DiaL1, Dial3, 및 Dial6은 각각 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 상면 렌즈의 유효경의 크기를 나타내며, Ind3, Ind4는 각각 제3 렌즈, 제4 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
제13 항에 있어서,
다음의 조건을 만족하는 렌즈 광학계.
조건식(5'): 1.5 ≤ Abv3/Abv6 ≤ 3.0
여기서, Abv3 및 Abv6은 각각 제3 렌즈 및 상면 렌즈의 아베수를 나타낸다.
제13 항에 있어서,
상기 제1 렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖는 렌즈 광학계.
제13항에 있어서,
상기 상면 렌즈의 입사면, 출사면 중 적어도 하나의 렌즈 면은,
중앙부에서 가장자리로 가면서 적어도 하나의 변곡점을 가지는 렌즈 광학계.
제13항에 있어서,
상기 전군 및 상기 후군을 구성하는 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈는 비구면 렌즈인 렌즈 광학계.
제1항, 제3항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 렌즈 광학계와,
상기 렌즈 광학계에 의해 결상된 상을 촬상하는 고체 촬상 소자를 포함하는 촬상 장치.