KR101853498B1

KR101853498B1 - 촬상 렌즈

Info

Publication number: KR101853498B1
Application number: KR1020110056437A
Authority: KR
Inventors: 권덕근
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2018-06-04
Also published as: US20140098431A1; EP3598191A1; CN103608711A; KR20120137107A; EP3598191B1; WO2012169838A3; WO2012169838A2; EP2718759B1; EP2718759A4; US20160299318A1; US9823440B2; US9383547B2; EP2718759A2

Abstract

본 발명은 촬상 렌즈에 관한 것이다.
즉, 본 발명의 촬상 렌즈는 물체측으로부터 순서대로, 양(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈; 음(-)의 굴절력을 갖는 제2렌즈; 음(-)의 굴절력을 갖는 제3렌즈; 및 음(-)의 굴절력을 갖는 제4렌즈를 포함하며, 상기 촬상 렌즈의 전체초점거리를 f, 상기 제3렌즈의 초점거리를 f3, 상기 제4렌즈의 초점거리를 f4이라 할 때, -0.5 < f/f3 < 0 및 -0.5 < f/f4 < 0의 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 촬상 렌즈이다.

종래 5매의 렌즈를 이용하여 고해상도의 촬상 렌즈를 구성하는 시도가 이루어진 바 있다. 5매의 렌즈는 각각 양(+)의 굴절력을 갖는 렌즈와 음(-)의 굴절력을 갖는 렌즈로 구성된다. 예를 들어, 물체측으로부터 순서대로 PNNPN(+--+-), PNPNN(+-+--) 또는 PPNPN(++-+-)의 구조로 촬상 렌즈를 구성하였다. 그런데, 위와 같은 구조의 촬상 모듈은 경우에 따라 만족스러운 광학 특성 혹은 수차 특성을 나타내지 못하고 있으며, 이에 새로운 파워 구조의 고해상도 촬상 렌즈가 요구되고 있다.

본 발명은 수차를 보정함과 동시에 선명한 화상을 구현할 수 있으며, 컴팩트(Compact)한 소형 촬상 렌즈 광학계를 구현할 수 있는 과제를 해결하는 것이다.

본 발명은,

물체측으로부터 순서대로,

양(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈;

음(-)의 굴절력을 갖는 제2렌즈;

음(-)의 굴절력을 갖는 제3렌즈; 및

음(-)의 굴절력을 갖는 제4렌즈를 포함하며,

상기 촬상 렌즈의 전체초점거리를 f, 상기 제3렌즈의 초점거리를 f3, 상기 제4렌즈의 초점거리를 f4이라 할 때,

-0.5 < f/f3 < 0 및 -0.5 < f/f4 < 0

의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈가 제공된다.

그리고, 상기 제1렌즈는 물체측면이 볼록하게 형성된다.

또, 상기 제1렌즈의 물체측면의 앞단에 별도의 조리개가 위치되어 있다.

또한, 상기 제1렌즈는 물체측면 및 상측면이 볼록하게 형성된 양볼록의 메니스커스 형상이다.

게다가, 상기 제2렌즈는 상측면이 오목하게 형성되고, 메니스커스 형상이다.

더불어, 상기 제3렌즈는 상측면이 볼록하게 형성되고 메니스커스 형상이다.

또한, 상기 제4렌즈는 물체측면이 볼록하게 형성되고 메니스커스 형상이다.

또, 상기 촬상 렌즈의 전체초점거리를 f, 상기 제1렌즈의 초점거리를 f1이라 할 때, 0.5 < f1/f < 1.5의 조건식을 만족한다.

또, 상기 촬상 렌즈의 전체 초점거리를 f, 상기 제1렌즈의 물체측면으로부터 결상면까지의 거리를 ∑T라 할 때, 0.5 < ∑T/f < 1.5의 조건식을 만족한다.

또한, 상기 제1렌즈 내지 제4렌즈의 아베수를 v1,v2,v3,v4이라 할 때, 10 < [(v1+v3)/2-v2] < 20 및 v3 < 30 또는, 10 < [(v1+v4)/2-v2] < 20 및 v4 < 30의 조건식을 만족한다.

그리고, 상기 제2렌즈의 아베수를 V2라 할 때, 20 < V2 < 30의 조건식을 만족한다.

본 발명의 촬상 렌즈는 제1 내지 제4렌즈로 이루어진 4매의 렌즈로 구성하ㅇ여 수차를 보정함과 동시에 선명한 화상을 구현할 수 있으며, 컴팩트(Compact)한 소형 촬상 렌즈 광학계를 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 카메라 렌즈 모듈의 구성도
도 2와 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 코마수차(Coma aberration)를 측정한 그래프
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수차도를 도시한 그래프

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

도 1은 본 발명에 따른 카메라 렌즈 모듈의 구성도이다.

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), 제4렌즈(40), 필터(50) 및 수광소자(70)가 배치된 구성을 갖는다.

피사체의 영상 정보에 해당하는 광은 상기 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30), 제4렌즈(40) 및 필터(50)를 통과하여 상기 수광소자(70)에 입사된다.

본 발명의 촬상렌즈(Image lens)는 상기 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30) 및 제4렌즈(40)을 포함하는 4매의 렌즈로 구성되어, 후술된 바와 같이, 수차를 보정함과 동시에 선명한 화상을 구현할 수 있고, 컴팩트(Compact)한 소형 촬상 렌즈 광학계를 구현할 수 있는 장점이 있다.

즉, 본 발명의 촬상렌즈는 렌즈의 해상력을 향상시키고 수차특성을 우수하게 할 수 있는 것이다.

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. 상기 제1렌즈(10)의 물체측면(S1)의 앞단에는 별도의 조리개가 위치될 수 있다.

그리고, 상기 제1렌즈(10)의 상측면(S2)도 볼록하게 형성되어, 제1렌즈(10)는 양볼록의 메니스커스 형상이다.

또, 상기 제2렌즈(20)는 음(-)의 굴절력을 가지며, 상측면(S4)이 오목하게 형성되고, 메니스커스 형상이다.

상기 제3렌즈(30)과 상기 제4렌즈(40)는 음(-)의 굴절력을 가지며, 상기 제3렌즈(30)는 상측면(S6)이 볼록하게 형성되고 메니스커스 형상이고, 상기 제4렌즈(40)는 물체측면(S7)이 볼록하게 형성되고 메니스커스 형상이다.

참고로, 도 1의 'S2'는 제1렌즈(10)의 상측면이고, 'S3'은 제2렌즈(20)의 물체측면이고, 'S5'는 제3렌즈(30)의 상측면이고, 'S8'은 제4렌즈(40)의 상측면이고, 'S9'와 'S10'은 필터(50)의 물체측면과 상측면이다.

상기 필터(50)는 적외선 필터, 커버 글래스 등의 광학적 필터 중 적어도 어느 하나의 필터이다. 필터(50)로서, 적외선 필터가 적용되는 경우, 외부 빛으로부터 방출되는 복사열이 수광소자(70)에 전달되지 않도록 차단한다. 또한, 적외선 필터는 가시광선은 투과시키고, 적외선은 반사시켜 외부로 유출시킨다.

상기 수광소자(70)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] 0.5 < f1/f < 1.5

[조건식 2] -0.5 < f/f3 < 0

[조건식 3] -0.5 < f/f4 < 0

[조건식 4] 0.5 < ∑T/f < 1.5

[조건식 5] 10 < [(v1+v3)/2-v2] < 20 및 v3 < 30

[조건식 6] 10 < [(v1+v4)/2-v2] < 20 및 v4 < 30

[조건식 7] 20 < V2 < 30

여기서, f : 촬상 렌즈의 전체초점거리

f1 : 제1렌즈의 초점거리

f3 : 제3렌즈의 초점거리

f4 : 제4렌즈의 초점거리

∑T : 제1렌즈의 물체측면으로부터 결상면까지의 거리

v1,v2,v3,v4 : 제1, 제2, 제3, 제4렌즈의 아베수

조건식 1은 제1렌즈(10)의 굴절력을 규정하고, 조건식 2는 제2렌즈(20)의 굴절력을 규정하며, 조건식 3은 제4렌즈(40)의 굴절력을 규정한다. 제1렌즈(10), 제2렌즈(20) 및 제4렌즈(40)는 조건식 1 내지 3에 의해 적절한 구면수차의 보정과 적절한 색수차를 갖는 굴절력을 갖는다. 조건식 4는 전체 광학계의 광축방향의 치수를 규정하는 것으로서, 초소형 렌즈에 대한 조건과 적절한 수차 보정에 대한 조건이다.

조건식 5는 제1렌즈(10),제2렌즈(20) 및 제3렌즈(30)의 아베수의 관계를 규정하고, 조건식 6은 제1렌즈(10),제2렌즈(20) 및 제4렌즈(40)의 아베수의 관계를 규정하며, 조건식 7은 제2렌즈(20)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	4.70
f1	2.66
f2	-5.30
f3	-100
f4	-26.86
v1	56
v2	23
v3	23
v4	23

표 1을 참조하면, f1/f가 0.566로서 조건식 1에 부합되고, f/f3가 -0.047로서 조건식 2에 부합되고, f/f4가 -0.175로서 조건식 3에 부합됨을 알 수 있다.

또, (v1+v3)/2-v2 및 (v1+v4)/2-v2가 16.5로 조건식 5와 조건식 6에 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*	2.59	1.13	1.53
2*	-2.67	0.08
3*	18.73	0.40	1.63
4*	5.63	0.73
5*	-1.42	0.59	1.63
6*	-1.69	0.24
7*	2.05	0.80	1.63
8*	1.55	0.56
11	Infinity	0.30	1.52
12	Infinity	0.92
Image	Infinity	-0.01

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

다음 표 3은 상기 표 2의 실시예에서 각 렌즈의 비구면 계수의 값은 나타낸다.

면 번호	k	A	B	C	D	E
1*	-1.285829	-0.190966E-01	-0.394819E-02	-0.385693E-01	0.355996E-01	-0.182937E-01
2*	0.000000	-0.259418E-02	-0.714423E-01	0.622356E-01	-0.203601E-01	0.000000
3*	0.000000	0.491874E-01	-0.101676E+00	0.105635E+00	-0.325552E-01	0.401520E-02
4*	0.000000	0.467012E-01	-0.61884E-01	0.438876E-01	-0.256322E-01	0.853345E-02
5*	-6.244302	-0.153530E+00	0.397260E-01	0.825494E-02	-0.138099E-01	-0.296371E-02
6*	-0.213250	-0.733944E-01	0.859338E-01	-0.402740E-01	0.168417E-01	-0.194191E-02
7*	-8.564513	-0.153708E+00	0.752687E-01	-0.229787E-01	0.406615E-02	-0.333722E-03
8*	-5.768881	-0.782733E-01	0.263653E-01	-0.619759E-02	0.802089E-03	-0.472815E-04

도 2와 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 코마수차(Coma aberration)를 측정한 그래프로서, 도 2 및 3은 상면의 높이(field hight)에 따라 각 파장의 탄젠셜(tangential) 수차와 새저틀(sagittal) 수차를 측정한 그래프이다. 도 2 및 3에서는 실험 결과를 보여주는 그래프가 양의 축과 음의 축에서 각각 X축에 근접할수록 코마수차 보정기능이 좋은 것으로 해석된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수차도를 도시한 그래프로서, 좌측에서부터 순서대로 종구면수차(longitudinal spherical aberration), 비점수차(astigmatic field curves), 왜곡수차(distortion)를 측정한 그래프이다.

도 2에서 Y축은 이미지의 크기를 의미하고, X측은 초점거리(mm 단위) 및 왜곡도(% 단위)를 의미한다. 도 2에서는 곡선들이 Y축에 접근될수록 수차 보정기능이 좋은 것으로 해석된다. 도시된 수차도에서는 거의 모든 필드에서 상들의 값이 Y축에 인접하게 나타나므로, 구면수차, 비점수차, 왜곡수차가 비교적으로 우수한 수치를 보여주고 있다.

즉, 종구면수차의 범위는 -0.014㎜ ~ +0.020㎜이고, 비점수차의 범위는 -0.032㎜ ~ +0.013㎜이며, 왜곡수차의 범위는 0.00㎜ ~ +1.70㎜이므로, 본 발명의 촬상 렌즈는 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차의 특성을 보정할 수 있고, 렌즈 특성을 향상시킬 수 있음을 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 갖는 제1렌즈;
음(-)의 굴절력을 갖는 제2렌즈;
음(-)의 굴절력을 갖는 제3렌즈; 및
음(-)의 굴절력을 갖는 제4렌즈를 포함하며,
상기 제2렌즈는 물체측면이 볼록하게 형성되고 상측면이 오목하게 형성되는 메니스커스 형상이고,
촬상 렌즈의 전체초점거리를 f, 상기 제3렌즈의 초점거리를 f3, 상기 제4렌즈의 초점거리를 f4이라 할 때,
-0.5 < f/f3 < 0 및 -0.5 < f/f4 < 0 의 조건식을 만족하며,
상기 제1렌즈 내지 제4렌즈의 아베수를 v1, v2, v3, v4이라 할 때,
10 < [(v1+v4)/2-v2] < 20 및 v4 < 30 의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제1렌즈는,
물체측면이 볼록하게 형성된 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제1렌즈의 물체측면의 앞단에 별도의 조리개가 위치되어 있는 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제1렌즈는,
양볼록의 메니스커스 형상인 촬상 렌즈.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제3렌즈는,
상측면이 볼록하게 형성되고 메니스커스 형상인 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제4렌즈는,
물체측면이 볼록하게 형성되고 메니스커스 형상인 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 촬상 렌즈의 전체초점거리를 f, 상기 제1렌즈의 초점거리를 f1이라 할 때,
0.5 < f1/f < 1.5
의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 촬상 렌즈의 전체 초점거리를 f, 상기 제1렌즈의 물체측면으로부터 결상면까지의 거리를 ∑T라 할 때,
0.5 < ∑T/f < 1.5
의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제1렌즈 내지 제4렌즈의 아베수를 v1, v2, v3, v4이라 할 때,
10 < [(v1+v3)/2-v2] < 20 및 v3 < 30 의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제2렌즈의 아베수를 V2라 할 때,
20 < V2 < 30
의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제3렌즈는,
물체측면이 오목하게 형성된 촬상 렌즈.
물체측으로부터 순서대로
청구항 제1항의 촬상렌즈;
상기 제4렌즈 다음에 배치되는 필터;
상기 필터 다음에 배치되는 이미지센서를 포함하는 카메라모듈.