KR101906570B1 - 촬영 렌즈 광학계 - Google Patents

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Abstract

촬영 렌즈 광학계에 관해 개시되어 있다. 개시된 촬영 렌즈 광학계는 조리개와, 적어도 하나의 비구면 렌즈를 포함하는 렌즈군(lens group)과, 상기 렌즈군을 통해 전달되는 이미지를 기록하는 센서를 포함하고, 다음 수학식을 만족한다.
<수학식>
0.15≤(DL1-L2)/OAL≤0.4
수학식에서 DL1-L2는 피사체에 가장 인접한 렌즈(이하, 제1 렌즈)의 제1 면의 중심에서 상기 제1 렌즈 바로 다음에 배치된 제2 렌즈의 제2 면의 중심까지의 거리이고, OAL은 상기 제1 렌즈의 제1 면의 중심에서 상기 피사체로부터 가장 멀리 배치된 렌즈의 제2 면의 중심까지의 거리(상기 렌즈군의 전장)이다.

Description

촬영 렌즈 광학계{Photographic lens optical system}
본 개시는 복수의 렌즈를 포함하는 광학계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이미지 촬영이 가능한 장치에 탑재될 수 있는 렌즈 광학계에 관한 것이다.
최근에는 복수의 장치가 결합하여 이루어진 다양한 복합 장치가 소개되고 있다. 대표적으로 예로는 휴대폰과 카메라의 결합을 들 수 있다. 휴대폰 자체만으로도 다양한 기능을 갖고 있는 바, 휴대폰에 카메라가 탑재될 수 있는 공간은 넓지 않다. 따라서 휴대폰에 탑재될 카메라에 대해서는 소형 슬림화가 요구된다. 더불어 경량이 요구된다. 이에 따라 카메라 렌즈의 재질로 플라스틱을 사용하여 콤팩트한 렌즈를 구현하고 있으나, 성능에 있어서 극복해야 할 한계들이 존재한다.
본 개시는 소형 경량이면서 고해상의 광각을 갖는 촬영 렌즈 광학계를 제공한다.
본 개시에서 일 실시예에 의한 촬영 렌즈 광학계는 조리개와, 적어도 하나의 비구면 렌즈를 포함하는 렌즈군(lens group)과, 상기 렌즈군을 통해 전달되는 이미지를 기록하는 이미지 센서를 포함하고, 다음 수학식을 만족한다.
<수학식>
0.15≤(DL1-L2)/OAL≤0.4
수학식에서 DL1-L2는 피사체에 가장 인접한 렌즈(이하, 제1 렌즈)의 제1 면의 중심에서 상기 제1 렌즈 바로 다음에 배치된 제2 렌즈의 제2 면의 중심까지의 거리이고, OAL은 상기 제1 렌즈의 제1 면의 중심에서 상기 피사체로부터 가장 멀리 배치된 렌즈의 제2 면의 중심까지의 거리(상기 렌즈군의 전장)이다.
이러한 렌즈 광학계에서, 상기 렌즈군은 상기 제1 및 제2 렌즈를 포함하여 동일 광축 상에 순차적으로 배치된 총 6개의 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 렌즈군과 상기 이미지 센서 사이에 특정 파장 차단수단이 더 구비될 수 있다.
상기 조리개는 상기 제2 렌즈 다음에 배치될 수 있다. 일 예로, 상기 제2 렌즈 바로 다음에 배치된 렌즈를 제3 렌즈라 할 때, 상기 조리개는 상기 제3 렌즈의 제2 면과 상기 제2 렌즈 사이에 배치될 수 있다.
상기 렌즈군에 포함된 복수의 렌즈들 중에서 홀수번째 배치된 렌즈의 굴절력과 짝수번째 배치된 렌즈의 굴절력은 반대일 수 있다.
상기 순차적으로 배치된 6개의 렌즈 중, 상기 제1 렌즈의 유효직경은 제3 렌즈의 유효직경보다 크고, 제6 렌즈의 유효직경보다 작을 수 있다.
상기 순차적으로 배치된 6개의 렌즈 중, 제1 렌즈의 유효직경은 제3 렌즈의 유효직경과 동일할 수 있다.
상기 순차적으로 배치된 6개의 렌즈 중, 제1 렌즈의 유효직경은 제6 렌즈의 유효직경과 동일할 수 있다.
상기 순차적으로 배치된 6개의 렌즈 중, 제1 렌즈의 유효직경과 제3 렌즈의 유효직경과 제6 렌즈의 유효직경은 모두 동일할 수 있다.
상기 순차적으로 배치된 6개의 렌즈 중, 제3 렌즈의 굴절률은 제4 렌즈의 굴절률보다 작을 수 있다.
상기 순차적으로 배치된 6개의 렌즈 중, 제3 렌즈의 아베수가 제4 렌즈의 아베수보다 클 수 있다.
상기 순차적으로 배치된 6개의 렌즈 중, 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 제6 렌즈는 다음 수학식을 만족할 수 있다.
<수학식>
DL3≤DL1≤DL6, 여기서 DL1, DL3 및 DL6는 각각 상기 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 제6 렌즈의 유효직경이다.
상기 순차적으로 배치된 6개의 렌즈 중, 제3 렌즈와 제4 렌즈는 다음 수학식을 만족할 수 있다.
<수학식>
0.7≤Ind3/Ind4<1.1, 여기서 Ind3은 제3 렌즈의 굴절률, In4는 제4 렌즈의 굴절률이다.
상기 렌즈 광학계는 다음 수학식들을 만족할 수 있다.
<수학식>
85 ≤FOV≤150, 여기서 FOV는 렌즈 광학계의 유효 시야각이다.
<수학식>
0.6 ≤TTL/IH≤0.9, 여기서 IH는 유효한 상의 높이, TTL은 상기 제1 렌즈의 제1 면의 중심과 상기 이미지 센서까지의 거리이다.
상기 제3 렌즈와 상기 제4 렌즈는 다음 수학식을 만족할 수 있다.
<수학식>
1.5≤Abv3/Abv4≤3.0, 여기서 Abv3은 제3 렌즈의 아베수, Abv4는 제4 렌즈의 아베수이다.
개시된 촬영 렌즈 광학계들은 수학식 1 내지 수학식 7을 만족한다. 따라서 개시된 렌즈 광학계를 이용할 경우, 수학식 1과 5를 만족하여 고해상도와 함께 상대적으로 넓은 시야각, 곧 광각을 확보할 수 있다.
또한, 수학식 6과 7을 만족하도록 개시된 렌즈 광학계의 렌즈들의 굴절력 분포를 조절함으로써, 개시된 렌즈 광학계에서 색수차를 포함한 다양한 수차들을 보정할 수도 있다.
더불어 개시된 렌즈 광학계의 전체 길이(전장)를 이미지 센서 사이즈 대비 수학식 2를 만족하도록 한정함으로써, 렌즈 광학계 전체를 소형화 및 슬림화할 수 있다. 이에 따라 개시된 렌즈 광학계는 이미지 촬영이 요구되면서 콤팩트 사이즈와 광각을 요구하는 다양한 장치에 적용될 수 있는데, 예를 들면 모바일 통신장치, 보안카메라, 액션 카메라, 드론장치 등에 적용될 수도 있다.
또한, 적절한 조리개 위치 설정에 따른 파워배치 분산으로 광학적으로 높은 성능을 구현하면서 민감도가 낮은 설계가 가능하여 양산성도 확보할 수 있다.
또한, 각 렌즈를 플라스틱으로 형성하고, 비구면을 적용함으로써, 유리렌즈를 사용할 때보다 무게를 줄일 수 있고, 제조단가를 낮출 수 있으며, 고화소에 대응한 광각의 컴팩트한 촬영 렌즈를 구현할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 의한 촬영 렌즈 광학계(제1 렌즈 광학계)를 나타낸 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 각각 제1 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 나타낸 수차도이다.
도 5는 다른 실시예에 의한 촬영 렌즈 광학계(제2 렌즈 광학계)를 나타낸 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 각각 제2 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 나타낸 수차도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 의한 촬영 렌즈 광학계(제3 렌즈 광학계)를 나타낸 단면도이다.
도 10 내지 12는 각각 제3 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 나타낸 수차도이다.
이하, 여러 실시예들에 의한 촬영 렌즈 광학계를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 하기 설명에서 동일한 참조번호는 동일부재를 나타낸다.
하기 설명에서 각 렌즈의 제1 면은 광이 입사되는 입사면을, 제2 면은 광이 출사되는 출사면을 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 의한 촬영 렌즈 광학계(이하, 제1 렌즈 광학계)를 보여준다.
도 1을 참조하면, 제1 렌즈 광학계(10)는 렌즈군(lens group)을 포함한다. 상기 렌즈군은 복수의 렌즈를 포함한다. 상기 복수의 렌즈들은 적어도 1개의 비구면 렌즈를 포함할 수 있다. 또한, 제1 렌즈 광학계(10)에 포함된 복수의 렌즈 중 선택된 하나의 렌즈의 광 입사면과 광 출사면 중 적어도 한 면은 비구면일 수 있다. 제1 렌즈 광학계(10)는 상기 렌즈군의 일 예로 제1 내지 제6 렌즈(20, 30, 40, 50, 60, 70)를 포함할 수 있다. 제1 렌즈 광학계(10)의 전체 렌즈 수는 6개보다 작거나 클 수도 있다. 제1 렌즈 광학계(10)는 조리개(S1)와 특정 파장을 차단하는 수단(80)과 이미지 센서(90) 등을 더 포함할 수 있으며, 필요시 이외의 다른 부재도 포함할 수 있다. 제1 내지 제6 렌즈(20, 30, 40, 50, 60, 70)는 촬영하고자 하는 피사체와 이미지 센서(90) 사이에 순차적으로 배치될 수 있다. 따라서 상기 피사체는 제1 렌즈(20) 앞쪽에 위치할 수 있다. 제1 내지 제6 렌즈(20, 30, 40, 50, 60, 70)는 비유리 렌즈일 수 있는데, 예를 들면 플라스틱 렌즈일 수 있다. 제1 내지 제6 렌즈(20, 30, 40, 50, 60, 70)는 상기 피사체에서 이미지 센서(90) 방향으로 차례로 배치되어 있다.
제1 렌즈(20)에 입사된 광은 제2 내지 제6 렌즈(30, 40, 50, 60, 70)을 순차적으로 거쳐서 이미지 센서(90)에 도달된다. 제6 렌즈(70)와 이미지 센서(90) 사이에 특정 파장 차단수단(80)이 배치될 수 있다. 특정 파장 차단수단(80)은, 예를 들면 적외선 차단필터 또는 유사한 부재일 수 있으나, 이것으로 제한되지 않으며, 다른 파장을 차단하는 필터나 부재일 수도 있다.
제1 렌즈 광학계(10)를 벗어나지 않는 범위내에서 제2 렌즈(30)와 제3 렌즈(40)의 제2 면(40b) 사이에 조리개(S1)가 위치할 수 있다. 일 예로, 조리개(S1)는 제2 렌즈(30)와 제3 렌즈(40) 사이에 위치할 수 있다. 조리개(S1)에 의해 제3 렌즈(40)에 입사되는 광의 일부가 제한될 수도 있다. 조리개(S1)는 제3 렌즈(40)의 제1 면(30a) 근처에 위치하여 수동 또는 자동으로 제3 렌즈(40)에 입사되는 광량을 조절할 수 있다. 조리개(S1)와 차단수단(80)의 위치는 필요에 따라 조정될 수 있다. 이미지 센서(90)와 차단수단(80)은 서로 평행하게 배치될 수 있다. 조리개(S1)와 제1 내지 제6 렌즈(20, 30, 40, 50, 60, 70)와 차단수단(80)은 모두 동일 광축 상에 정렬될 수 있다. 이미지 센서(90)도 상기 광축 상에 정렬될 수 있다.
다음에는 상기 렌즈군에 포함된 제1 내지 제6 렌즈(20, 30, 40, 50, 60, 70)의 광학적 특성들에 대해 살펴본다. 제1 내지 제6 렌즈(20, 30, 40, 50, 60, 70)의 일부는 나머지와 다른 굴절력을 가질 수 있다.
구체적으로, 제1 렌즈(20)는 포지티브 굴절력(positive power)을 갖는 렌즈일 수 있다. 제1 면(20a)은, 예를 들면 비구면일 수 있다. 제1 렌즈(20)의 제2 면(20b)의 중심부분은 이미지 센서(90)으로 볼록할 수 있다. 제2 면(20b)은, 예를 들면 비구면일 수 있다.
제1 렌즈(20) 다음에 위치한 제2 렌즈(30)는 네가티브 굴절력(negative power)을 갖는 렌즈일 수 있다. 제2 렌즈(30)의 제1 면(30a)은 제1 렌즈(20) 방향으로 볼록한 면일 수 있다. 제2 렌즈(30)의 제1 면(30a)은, 예를 들면 비구면일 수 있다. 제2 렌즈(30)의 제2 면(30b)도 제1 렌즈(20) 방향으로 볼록한 면일 수 있다. 제2 면(30b)은 곡면인데, 예를 들면 비구면일 수 있다.
제3 렌즈(40)는 포지티브 굴절력을 갖는 렌즈일 수 있다. 제3 렌즈(40)의 제1 면(40a)은 제2 렌즈(30) 방향으로 볼록한 곡면일 수 있다. 제3 렌즈(40)의 제1 면(40a)은, 예를 들면 비구면일 수 있다. 제3 렌즈(40)의 제2 면(40b)은 제4 렌즈(50) 방향으로 볼록한 곡면일 수 있는데, 예를 들면 비구면일 수 있다.
제4 렌즈(50)는 네가티브 굴절력을 갖는 렌즈일 수 있다. 제4 렌즈(50)는 전체가 이미지 센서(90) 방향으로 볼록한 형태를 갖는다. 따라서 제4 렌즈(50)의 제1 및 제2 면(50a, 50b)은 이미지 센서(90) 방향으로 볼록한 곡면일 수 있는데, 예를 들면 비구면일 수 있다.
제5 렌즈(60)는 포지티브 굴절력을 갖는 렌즈일 수 있다. 제5 렌즈(60)는 전체적으로 이미지 센서(90) 방향으로 볼록한 형태일 수 있다. 제5 렌즈(60)의 제2 면(60b)이 제1 면(60a)보다 이미지 센서(90) 방향으로 더 볼록할 수 있다. 제5 렌즈(60)의 제1 면(60a)과 제2 면(60b)은 모두 곡면일 수 있는데, 예를 들면 비구면일 수 있다. 제5 렌즈(60)에서 중심부분이 가장자리보다 두꺼울 수 있다.
제6 렌즈(70)는 네가티브 굴절력을 갖는 렌즈일 수 있다. 제6 렌즈(70)의 제1 및 제2 면(70a, 70b) 중 적어도 한 면은 비구면일 수 있다. 제6 렌즈(70)의 양면 중 적어도 한 면은 적어도 하나의 변곡점을 가질 수 있다. 예를 들면, 제6 렌즈(70)의 제2 면(70b)은 1개 이상의 변곡점을 갖는 비구면일 수 있다. 제6 렌즈(70)의 제1 면(70a)의 중심부분은 피사체 방향으로 볼록하고, 가장자리와 중심부분 사이는 이미지 센서(90) 방향으로 볼록할 수 있다. 제6 렌즈(70)의 제2 면(70b)에서 광축을 포함하는 중심영역은 이미지 센서(90)에 대해서 오목할 수 있다. 곧, 제2 면(70b)의 상기 중심영역은 상기 피사체 방향으로 볼록할 수 있다. 제2 면(70b)은 상기 중심영역을 벗어나서 가장자리로 가면서 이미지 센서(90) 방향으로 볼록한 영역이 존재한다. 곧, 제2 면(70b)에서 상기 중심영역과 가장자리 사이의 영역은 이미지 센서(90) 방향으로 볼록할 수 있다. 제6 렌즈(70)의 가장 두꺼운 부분은 상기 중심영역과 가장자리 사이에 위치한다. 제6 렌즈(70)에서 상기 중심영역의 두께(예컨대, 광축이 지나는 부분의 두께)는 상대적으로 얇을 수 있다.
제1 렌즈 광학계에서, 제1 렌즈(20)의 유효 직경은 제3 렌즈(40)보다 클 수 있다. 다른 예로, 제1 렌즈(20)의 유효 직경은 제3 렌즈(40)보다 클 수도 있다. 또 다른 예로, 제1 렌즈(20)의 유효 직경은 제6 렌즈(70)와 같거나 제6 렌즈(70)보다 작을 수 있다.
상술한 제1 내지 제6 렌즈(20, 30, 40, 50, 60, 70)의 굴절력은 수차를 최소화하는 방향으로 분포될 수 있다. 예를 들면, 색수차가 최소화되도록 제1 내지 제6 렌즈(20, 30, 40, 50, 60, 70)의 굴절력을 분포할 수 있는데, 일 예로 제3 렌즈(40)로 상대적으로 굴절률이 낮은 렌즈를 사용하고, 제4 렌즈(50)로 상대적으로 굴절률이 높은 렌즈를 사용할 수 있다.
또한, 수차를 최소화하는 방향으로 제1 내지 제6 렌즈(20, 30, 40, 50, 60, 70)의 광학적 특성을 다르게 할 수도 있다. 예를 들면, 색수차를 최소화하기 위한 방편의 하나로 제3 렌즈(40)로 상대적으로 아베수가 높은 렌즈를 사용하고, 제4 렌즈(50)로 상대적으로 아베수가 낮은 렌즈를 사용할 수 있다.
이와 같이, 제1 내지 제6 렌즈(20, 30, 40, 50, 60, 70)를 배치할 때, 렌즈의 일부 또는 전부의 광학적 특성을 고려하여 배치함으로써, 수차를 보정할 수도 있다.
제6 렌즈(70) 다음에 마련된 차단수단(80)의 일부는 제6 렌즈(70)의 제2 면(70b)에 접촉될 수 있으나, 이격될 수도 있다.
제1 렌즈 광학계(10)의 전체 초점길이와 성능은 제1 렌즈 광학계(10)에 포함된 제1 내지 제6 렌즈(20, 30, 40, 50, 60, 70) 각각의 두께, 초점길이, 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
제1 렌즈 광학계(10)는 다음 수학식 1 내지 7을 만족할 수 있고, 제1 렌즈 광학계(10)에 포함된 부재들은 제1 렌즈 광학계(10)가 다음 수학식 1 내지 7을 만족하는 광학적 특성을 가질 수 있다.
<수학식 1>
85 ≤ FOV ≤150
수학식 1에서 FOV는 상기 렌즈 광학계의 유효 시야각, 곧 광각 범위를 나타낸다. 후술한 제1 렌즈 광학계(10)에 포함된 부재들의 광학적 특성을 고려할 때, 제1 렌즈 광학계(10)는 수학식 1을 만족한다. 따라서 제1 렌즈 광학계(10)는 넓은 시야각을 갖는 광각렌즈 기능을 가질 수 있다.
<수학식 2>
0.6 ≤TTL/IH≤0.9
수학식 2에서, IH는 유효한 상의 높이를 나타내고, TTL은 광축을 따라 측정된, 렌즈 광학계의 전장, 곧 제1 렌즈의 제1 면의 정점(중심)과 이미지 센서까지의 거리를 나타낸다.
수학식 2는 이미지 센서의 사이즈에 대한 렌즈 광학계의 전체 길이를 한정한 것으로, 렌즈 광학계가 수학식 2를 만족할 때, 광각이면서 초슬림의 렌즈 광학계를 제작할 수 있다. 따라서 제1 렌즈 광학계(10)가 수학식 2를 만족할 때, 소형 장치, 예를 들면 모바일 통신장치에 제1 렌즈 광학계(10)를 탑재할 수도 있다.
<수학식 3>
DL3≤DL1≤DL6
수학식 3에서, DL1, DL3 및 DL6는 각각 렌즈 광학계에 포함된 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 제6 렌즈의 유효직경을 나타낸다.
수학식 3은 렌즈의 유효 직경의 크기를 한정한 것으로, 수학식 3을 만족하는 렌즈 광학계는 광각성능을 구현하면서 광학적으로 고성능을 유지할 수 있다.
제1 렌즈 광학계(10)의 경우, 수학식 3을 만족하기 위해, 일 예로 제1 렌즈(20)의 유효직경은 제3 렌즈(40)의 유효직경보다는 크고, 제6 렌즈(70)의 유효직경보다는 작을 수 있다. 다른 실시예에서 제1 렌즈(20)의 유효직경은 제3 렌즈(40)의 유효직경과 같을 수도 있다. 또 다른 실시예에서 제1 렌즈(20)의 유효직경은 제6 렌즈(70)의 유효직경과 같을 수도 있다.
<수학식 4>
조리개 위치를 한정하는 조건으로,
조리개는 제3 렌즈와 제4 렌즈 사이에 위치하는 조건.
제1 렌즈 광학계(10)의 조리개(S1)가 수학식 4를 만족할 때, 제1 렌즈 광학계(10)는 광각을 유지하면서 광학적으로 고성능을 유지할 수 있다.
<수학식 5>
0.15≤(DL1-L2)/OAL≤0.4
수학식 5에서, DL1-L2는 렌즈 광학계의 제1 렌즈의 제1 면의 중심에서 제2 렌즈의 제2 면의 중심까지의 거리를 나타낸다. 그리고 OAL은 제1 렌즈의 제1 면의 중심과 제6 렌즈의 제2 면의 중심까지의 거리를 나타낸다. 따라서 수학식 5는 상기 렌즈군의 길이(전장)에 대한 제1 내지 제2 렌즈의 두께 범위를 한정한다. 렌즈 광학계가 수학식 5를 만족하는 것은 해당 렌즈 광학계가 초광각 시야각을 확보하면서 높은 성능을 구현할 수 있음을 의미한다.
<수학식 6>
0.7≤Ind3/Ind4<1.1
수학식 6에서 Ind3은 렌즈 광학계의 제3 렌즈의 굴절률을 나타내고, Ind4는 제4 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
제1 렌즈 광학계(10)가 수학식 6을 만족할 때, 제1 렌즈 광학계(10)는 수차를 최소화할 수 있는데, 예를 들면, 색수차를 최소화할 수 있다.
<수학식 7>
1.5≤Abv3/Abv4≤3.0
수학식 7에서 Abv3은 렌즈 광학계의 제3 렌즈의 아베수를 나타내고, Abv4는 제4 렌즈의 아베수를 나타낸다.
제1 렌즈 광학계(10)가 수학식 7을 만족할 때, 제1 렌즈 광학계(10)는 수차를 최소화할 수 있는데, 예를 들면, 색수차를 최소화할 수 있다.
다음 표 1은 제1 렌즈 광학계(10)에서 상기 수학식 1-7과 관련된 변수와 변수의 정의와 변수 값과 이러한 변수 값으로 측정한 수학식 1-7의 값을 나타낸 것이다.
구분 값 정의(기타)
IH 6.87 유효 상의 높이
Semi IH 3.43 유효 상의 높이의 절반
TTL 5.20 제1 렌즈 탑 중심~센서까지 거리
OAL 4.05 제1 렌즈의 제1 면 중심~제6 렌즈의 제2 면 중심
FOV 98.98 유효직경 화각(대각)
θ 49.49 유효직경 화각(대각)의 절반
E.F.L 2.83 렌즈 광학계 초점거리
B.F.L 1.15 제6 렌즈의 제2 면 중심~센서까지 거리
Fno 1.89 E.F.L/EPD
tan(θd/2) 0.461 θ값 절반의 tan 값
DL1 3.893 제1 렌즈 유효직경(비구면)
DL3 1.660 제3 렌즈 유효직경(비구면)
DL6 5.710 제6 렌즈 유효직경(비구면)
DL1-L2 0.852 제1 렌즈의 제1면 중심~제2 렌즈의 제2면 중심까지 거리
Ind3 1.544 제3 렌즈 굴절률
Ind4 1.650 제4 렌즈 굴절률
Abv3 56.093 제3 렌즈 아베수
Abv4 21.474 제4 렌즈 아베수
수학식 1 98.98
수학식 2 0.76
수학식 3 만족
수학식 4 만족
수학식 5 0.21
수학식 6 0.94
수학식 7 2.61
표 1을 참조하면, 제1 렌즈 광학계(10)는 수학식 1 내지 수학식 7을 만족하는 것을 알 수 있다.
다음 표 2는 제1 렌즈 광학계(10)에 포함된 부재들(렌즈들, 조리개, 차단수단, 이미지 센서) 각각에 대한 광학적 특성에 대한 구현 예를 나타낸 것으로, 곡률반경(R), 렌즈두께 혹은 렌즈 사이의 거리나 인접한 요소 간의 거리(T), 굴절률(Nd) 및 아베수(Vd) 등을 나타낸다. 굴절률(Nd)은 d선(d-line)을 이용하여 측정한 렌즈의 굴절률을 나타낸다. 그리고 아베수(Vd)는 d선(d-line)에 대한 렌즈의 아베수를 나타낸다. 면 번호에서 *는 해당면이 비구면임을 나타낸다. 그리고 R 값과 T값의 단위는 ㎜이다.
구성요소 면 R T Nd Vd
제1 렌즈(20) 20a* -5.52860 0.50997 1.53175 55.85588
20b* -2.42434 0.06712 - -
제2 렌즈(30) 30a* 1.68981 0.27441 1.63916 23.51650
30b* 1.19762 0.40201 - -
조리개(S1) - Infinity 0.09026 - -
제3 렌즈(40) 40a* 4.22113 0.48002 1.54410 56.09278
40b* -2.44692 0.42651 - -
제4 렌즈(50) 50a* -3.79995 0.20000 1.65041 21.47439
50b* -24.52324 0.24777 - -
제5 렌즈(60) 60a* -2.31608 0.75051 1.54410 56.09278
60b* -0.85074 0.03000 - -
제6 렌즈(70) 70a* 2.21906 0.56895 1.53175 55.85588
70b* 0.76645 0.56066 - -
차단수단(80) 앞면 Infinity 0.21000 1.51680 64.19733
뒷면 Infinity 0.38680 - -
이미지센서(90) - Infinity -0.00500 - -
제1 렌즈 광학계(10)에 포함된 제1 내지 제6 렌즈(20, 30, 40, 50, 60, 70)의 비구면은 다음 수학식 8의 비구면 방정식을 만족한다.
<수학식 8>
Figure 112016027220802-pat00001
수학식 8에서 Z는 각 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리를, Y는 광축에 수직한 방향으로의 거리를, R은 곡률반경을, K는 코닉 상수(conic constant)를 나타내고, A, B, C, D, E, F, G, H 및 J는 비구면 계수를 나타낸다.
다음의 표 3은 제1 렌즈 광학계(10)에 포함된 렌즈들의 비구면 계수를 나타낸다.
면 K A B C D E
20a* -99.77563 0.08774 -0.05628 0.03630 -0.01931 0.00856
20b* -98.60463 0.08963 -0.11761 0.12705 -0.09576 0.04826
30a* -0.22262 0.33339 -2.65886 10.01128 -27.56063 52.38082
30b* 0.82648 -0.41622 1.10972 -9.09869 44.41684 -143.03416
40a* 0.40588 0.00168 -0.06148 -0.33661 4.06664 -18.96472
40b* 1.64341 -0.14453 0.91069 -6.86821 31.37089 -91.50398
50a* 6.99638 -0.25815 0.21256 -2.11620 9.60165 -22.26753
50b* 208.99956 -0.10015 -0.17798 0.28979 0.09896 -0.55510
60a* 1.73828 0.17094 -0.11903 -0.18967 0.53017 -0.57535
60b* -0.86927 0.31370 -0.46747 0.70097 -0.79238 0.58338
70a -19.32692 -0.06474 -0.03170 0.04197 -0.01926 0.00505
70b -4.43809 -0.07544 0.03513 -0.01422 0.00440 -0.00099
면 F G H J
20a* -0.00294 0.00069 -0.00010 0.00001
20b* -0.01613 0.00346 -0.00044 0.00002
30a* -66.12386 52.77386 -24.04731 4.76027
30b* 300.42903 -396.28398 297.30021 -96.98726
40a* 47.80209 -67.89631 51.31210 -15.97398
40b* 170.65581 -196.43829 126.95012 -35.11260
50a* 31.21341 -26.30813 12.20539 -2.39211
50b* 0.66062 -0.41088 0.13377 -0.01796
60a* 0.41021 -0.21265 0.07012 -0.01024
60b* -0.23918 0.04277 0.00055 -0.00081
70a* -0.00080 0.00007 0.00000 0.00000
70b* 0.00015 -0.00001 0.00000 0.00000
도 2는 제1 렌즈 광학계(10)에 포함된 렌즈들이 상기 구현 예에 따른 치수와 비구면 계수를 가질 때, 제1 렌즈 광학계(10)의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration)를 보여준다. 도 2에서 제1 그래프(G1)는 입사광의 파장이 435.8343nm일 때의 결과이고, 제2 그래프(G2)는 입사광의 파장이 486.1327nm일 때의 결과이다. 제3 그래프(G3)는 입사광의 파장이 546.0740nm일 때의 결과이고, 제4 그래프(G4)는 입사광의 파장이 587.5618nm일 때의 결과이다. 제5 그래프(G5)는 입사광의 파장이 656.2725nm일 때의 결과를 보여준다.
도 3은 제1 렌즈 광학계(10)에 포함된 렌즈들이 상기 구현 예에 따른 치수와 비구면 계수를 가질 때, 제1 렌즈 광학계(10)의 상면만곡(astigmatic field curvature)을 보여준다. 도 3은 546.0740nm 파장의 광을 사용하여 측정한 결과이다.
도 3에서 제1 그래프(G31)는 자오상면만곡(tangential field curvature)을 나타내고, 제2 그래프(G32)는 구결상면만곡(sagittal field curvature)을 나타낸다.
도 4는 제1 렌즈 광학계(10)에 포함된 렌즈들이 상기 구현 예에 따른 치수와 비구면 계수를 가질 때, 제1 렌즈 광학계(10)의 왜곡(distortion)을 보여준다. 도 4의 결과는 546.0740nm 파장의 광을 사용하여 얻었다.
다음에는 다른 실시예에 의한 촬영 렌즈 광학계를 설명한다.
도 5는 다른 실시예에 의한 촬영 렌즈 광학계(이하, 제2 렌즈 광학계)를 보여준다.
도 5를 참조하면, 제2 렌즈 광학계(100)는 복수의 렌즈를 포함한다. 상기 복수의 렌즈는 하나의 렌즈군을 형성할 수 있다. 포함된 복수의 렌즈들은 적어도 1개의 비구면 렌즈를 포함할 수 있다. 또한, 제2 렌즈 광학계(100)에 포함된 복수의 렌즈 중 선택된 하나의 렌즈의 광 입사면과 광 출사면 중 적어도 한 면은 비구면일 수 있다. 제2 렌즈 광학계(100)는 제1 내지 제6 렌즈(120, 130, 140, 150, 160, 170)를 포함할 수 있다. 제2 렌즈 광학계(100)의 전체 렌즈 수는 6개보다 작거나 클 수도 있다. 제2 렌즈 광학계(100)는 제1 내지 제6 렌즈(120, 130, 140, 150, 160, 170)외에 조리개(S2), 특정 파장을 차단하는 수단(180), 이미지 센서(190) 등을 더 포함할 수 있다. 제1 내지 제6 렌즈(120, 130, 140, 150, 160, 170)는 제2 렌즈 광학계(100)로 촬영하고자 하는 피사체와 이미지 센서(190) 사이에 순차적으로 배치될 수 있다. 따라서 상기 피사체는 제1 렌즈(120) 앞쪽에 위치할 수 있다. 제1 내지 제6 렌즈(120, 130, 140, 150, 160, 170)는 비유리 렌즈일 수 있는데, 예를 들면 플라스틱 렌즈일 수 있다. 제1 내지 제6 렌즈(120, 130, 140, 150, 160, 170)는 상기 피사체에서 이미지 센서(190) 방향으로 차례로 배치되어 있다.
제1 렌즈(120)에 입사된 광은 제2 내지 제6 렌즈(130, 140, 150, 160, 170)을 순차적으로 거쳐서 이미지 센서(190)에 도달된다. 제6 렌즈(170)와 이미지 센서(190) 사이에 차단수단(180)이 마련되어 있다. 차단수단(180)은, 예를 들면 적외선 차단 필터나 유사한 부재일 수 있으나, 이것으로 제한되지 않으며, 다른 파장을 차단하는 필터나 부재일 수도 있다.
제2 렌즈(130)와 제3 렌즈(140)의 제2 면 사이에 조리개(S2)가 위치할 수 있다. 일 예로, 조리개(S2)는 제2 렌즈(130)와 제3 렌즈(140) 사이에 위치할 수 있다. 조리개(S2)는 제3 렌즈(140)의 제1 면(140a) 근처에 위치하여 수동 또는 자동으로 제3 렌즈(140)에 입사되는 광량을 조절할 수 있다. 조리개(S2)와 차단수단(180)의 위치는 필요에 따라 조정될 수 있다. 이미지 센서(190)와 차단수단(180)은 서로 평행할 수 있다. 조리개(S2)와 제1 내지 제6 렌즈(120, 130, 140, 150, 160, 170)와 차단수단(180)은 모두 동일 광축 상에 정렬될 수 있다. 이미지 센서(190)도 상기 광축 상에 정렬될 수 있다.
다음에는 제1 내지 제6 렌즈들(120, 130, 140, 150, 160, 170)의 광학적 특성들에 대해 살펴본다. 제1 내지 제6 렌즈들(120, 130, 140, 150, 160, 170)의 일부 렌즈의 굴절률은 나머지 렌즈와 다를 수 있다.
구체적으로, 제1 렌즈(120)는 포지티브 굴절력을 가질 수 있고, 비구면 렌즈일 수 있다. 제1 렌즈(120)의 제1 면(120a)은, 예를 들면 비구면일 수 있다. 제1 렌즈(120)의 제2 면(120b)도 소정의 곡률을 갖는 곡면일 수 있고, 예를 들면 비구면일 수 있다.
제1 렌즈(120) 다음에 위치한 제2 렌즈(130)는 네가티브 굴절력을 가질 수 있다. 제2 렌즈(130)의 제1 면(130a)는 제1 렌즈(120) 방향으로 볼록한 면일 수 있다. 제2 렌즈(130)의 제1 면(130a)은, 예를 들면 비구면일 수 있다. 제2 렌즈(130)의 제2 면(130b)도 제1 렌즈(120) 방향으로 볼록한 곡면일 수 있는데, 예를 들면 비구면일 수 있다.
제3 렌즈(140)는 포지티브 굴절력을 갖는 렌즈일 수 있다. 제3 렌즈(140)의 제1 면(140a)은 제2 렌즈(130) 방향으로 볼록한 곡면일 수 있는데, 예를 들면 비구면일 수 있다. 제3 렌즈(140)의 제2 면(140b)은 제4 렌즈(150) 방향으로 볼록한 곡면일 수 있는데, 예를 들면 비구면일 수 있다. 제3 렌즈(140)의 제1 및 제2 면(140a, 140b)의 비구면 정도는 서로 다를 수 있다.
제4 렌즈(150)는 네가티브 굴절력을 갖는 렌즈일 수 있다. 제4 렌즈(150)의 제1 및 제2 면(150a, 150b)은 비구면일 수 있다. 제4 렌즈(150)는 전체적으로 이미지 센서(190)를 향해 볼록한 형태이다.
제5 렌즈(160)는 포지티브 굴절력을 갖는 렌즈일 수 있다. 제5 렌즈(160)는 전체적으로 이미지 센서(190) 방향으로 볼록한 형태일 수 있다. 제5 렌즈(160)의 제2 면(160b)이 제1 면(160a)보다 이미지 센서(190) 방향으로 더 볼록할 수 있다. 제5 렌즈(160)의 제1 면(160a)과 제2 면(160b)은 모두 곡면일 수 있는데, 예를 들면 비구면일 수 있다. 제5 렌즈(160)에서 중심부분이 가장자리보다 두꺼울 수 있다. 제5 렌즈(160)의 제1 및 제2 면(160a, 160b)의 비구면 정도는 서로 다를 수 있다.
제6 렌즈(170)는 네가티브 굴절력을 갖는 렌즈일 수 있다. 제6 렌즈(170)의 제1 및 제2 면(170a, 170b) 중 적어도 한 면은 비구면일 수 있다. 제6 렌즈(170)의 양면 중 적어도 한 면은 적어도 하나의 변곡점을 가질 수 있다. 예를 들면, 제6 렌즈(170)의 제2 면(170b)은 1개 이상의 변곡점을 갖는 비구면일 수 있다. 제6 렌즈(170)의 제1 면(170a)의 중심부분은 피사체 방향으로 볼록하고, 가장자리와 중심부분 사이는 이미지 센서(190) 방향으로 볼록할 수 있다. 제6 렌즈(170)의 제2 면(170b)에서 광축을 포함하는 중심영역은 이미지 센서(190)에 대해서 오목할 수 있다. 곧, 제2 면(170b)의 상기 중심영역은 상기 피사체 방향으로 볼록할 수 있다. 제2 면(170b)은 상기 중심영역을 벗어나서 가장자리로 가면서 이미지 센서(190) 방향으로 볼록한 영역이 존재한다. 곧, 제2 면(170b)에서 상기 중심영역과 가장자리 사이의 영역은 이미지 센서(190) 방향으로 볼록할 수 있다. 제6 렌즈(170)의 가장 두꺼운 부분은 상기 중심영역과 가장자리 사이에 위치한다. 제6 렌즈(170)에서 상기 중심영역의 두께(예컨대, 광축이 지나는 부분의 두께)는 상대적으로 얇을 수 있다.
제2 렌즈 광학계(100)에서, 제1 렌즈(120)의 유효 직경은 제3 렌즈(140)보다 클 수 있다. 다른 예로, 제1 렌즈(120)의 유효 직경은 제3 렌즈(140)보다 클 수도 있다. 또 다른 예로, 제1 렌즈(120)의 유효 직경은 제6 렌즈(170)와 같거나 제6 렌즈(170)보다 작을 수 있다.
제2 렌즈 광학계(100)의 제1 내지 제6 렌즈(120, 130, 140, 150, 160, 170)의 굴절력은 제2 렌즈 광학계(100)의 수차를 최소화하도록 분포될 수 있다. 예를 들면, 제1 내지 제6 렌즈(120, 130, 140, 150, 160, 170)는 제2 렌즈 광학계(100)의 색수차가 최소화시키는 굴절력 분포를 가질 수 있다. 일 예로 상대적으로 굴절률이 낮은 렌즈를 제3 렌즈(140)로 사용하고, 상대적으로 굴절률이 높은 렌즈를 제4 렌즈(150)로 사용할 수 있다.
또한, 수차를 최소화하는 방향으로 제1 내지 제6 렌즈(120, 130, 140, 150, 160, 170)의 광학적 특성을 다르게 할 수도 있다. 예를 들면, 색수차를 최소화하기 위한 방편의 하나로 상대적으로 아베수가 높은 렌즈를 제3 렌즈(140)로 사용하고, 상대적으로 아베수가 낮은 렌즈를 제4 렌즈(150)로 사용할 수 있다.
이와 같이, 제1 내지 제6 렌즈(120, 130, 140, 150, 160, 170)를 배치함으로써, 제2 렌즈 광학계(100)의 수차가 보정될 수도 있다.
제6 렌즈(170) 다음에 마련된 수단(180)의 일부는 제6 렌즈(170)의 제2 면(170b)에 접촉될 수 있으나, 이격될 수도 있다.
제2 렌즈 광학계(100)의 전체 초점길이와 성능은 제2 렌즈 광학계(100)에 포함된 제1 내지 제6 렌즈(120, 130, 140, 150, 160, 170) 각각의 두께, 초점길이, 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
다음 표 4은 제2 렌즈 광학계(100)에서 상기 수학식 1-7과 관련된 변수와 변수 값과 이러한 변수 값으로 측정한 수학식 1-7의 값을 나타낸다.
구분 값
IH 6.87
Semi IH 3.43
TTL 5.20
OAL 3.99
FOV 99.12
θ 49.56
E.F.L 2.82
B.F.L 1.21
Fno 1.89
tan(θd/2) 0.462
DL1 3.843
DL3 1.640
DL6 5.583
DL1-L2 0.838
Ind3 1.544
Ind4 1.650
Abv3 56.093
Abv4 21.474
수학식 1 99.12
수학식 2 0.76
수학식 3 만족
수학식 4 만족
수학식 5 0.21
수학식 6 0.94
수학식 7 2.61
표 4의 수학식 1 내지 7의 값은 수학식 1 내지 7의 범위에 있다. 이러한 결과로부터 제2 렌즈 광학계(100)는 수학식 1 내지 수학식 7을 만족함을 알 수 있다.
다음 표 5는 제2 렌즈 광학계(100)에 포함된 부재들(렌즈들, 조리개, 차단수단, 이미지 센서) 각각에 대한 광학적 특성에 대한 구현 예를 나타낸 것으로, 곡률반경(R), 렌즈두께 혹은 렌즈 사이의 거리나 인접한 요소 간의 거리(T), 굴절률(Nd) 및 아베수(Vd) 등을 나타낸다. 굴절률(Nd)은 d선(d-line)을 이용하여 측정한 렌즈의 굴절률을 나타낸다. 그리고 아베수(Vd)는 d선(d-line)에 대한 렌즈의 아베수를 나타낸다. 면 번호에서 *는 해당면이 비구면임을 나타낸다. 그리고 R 값과 T값의 단위는 ㎜이다.
구성요소 면 R T Nd Vd
제1 렌즈(120) 120a* -5.44904 0.50563 1.53175 55.85588
120b* -2.40268 0.06216 - -
제2 렌즈(130) 130a* 1.69043 0.27051 1.63916 23.51650
130b* 1.19932 0.39624 - -
조리개(S2) Infinity 0.09090 - -
제3 렌즈(140) 140a* 4.45305 0.47367 1.54410 56.09278
140b* -2.37343 0.41628 - -
제4 렌즈(150) 150a* -3.56713 0.20000 1.65041 21.47439
150b* -25.55904 0.25889 - -
제5 렌즈(160) 160a* -2.29470 0.75886 1.54410 56.09278
160b* -0.83514 0.03000 - -
제6 렌즈(170) 170a* 1.92788 0.52656 1.53175 55.85588
170b* 0.72734 0.56066 - -
차단수단(180) 앞면 Infinity 0.21000 1.51680 64.19733
뒷면 Infinity 0.43894 - -
이미지센서
(190)		 Infinity 0.00069
제2 렌즈 광학계(100)에 포함된 제1 내지 제6 렌즈(120, 130, 140, 150, 160, 170)의 비구면도 수학식 8을 만족한다.
다음의 표 6은 제2 렌즈 광학계(100)에 포함된 렌즈들의 비구면 계수를 나타낸다.
면 K A B C D E
120a* -106.27524 0.08632 -0.04788 0.02348 -0.00730 0.00139
120b* -102.67840 0.09552 -0.12788 0.14318 -0.11263 0.05919
130a* -0.24386 0.36427 -2.94190 11.42789 -32.13067 61.99330
130b* 0.82909 -0.41380 1.01855 -8.27195 40.19410 -129.57881
140a* 1.01221 -0.00039 -0.00355 -0.79117 6.20825 -25.21447
140b* 1.60343 -0.14009 0.94956 -7.49554 35.66161 -107.99058
150a* 6.74108 -0.26434 0.26153 -2.25130 10.21451 -24.43358
150b* 356.96640 -0.11588 -0.13558 0.26860 0.05848 -0.53780
160a* 1.73356 0.16873 -0.16790 -0.01954 0.20147 -0.18831
160b* -0.86994 0.32456 -0.47399 0.65419 -0.67735 0.44816
170a -16.38430 -0.05763 -0.04030 0.04547 -0.01986 0.00498
170b -4.32224 -0.08060 0.03767 -0.01599 0.00521 -0.00122
면 F G H J
120a* -0.00022 0.00006 -0.00001 0.00000
120b* -0.02057 0.00456 -0.00059 0.00003
130a* -79.19102 63.81958 -29.31929 5.84503
130b* 273.52660 -363.65088 275.43980 -90.77175
140a* 59.17009 -80.39069 58.82370 -17.84899
140b* 208.59512 -248.36244 165.90213 -47.44261
150a* 35.42803 -30.83975 14.76694 -2.98842
150b* 0.73469 -0.51074 0.18402 -0.02727
160a* 0.11039 -0.05888 0.02321 -0.00396
160b* -0.15377 0.01454 0.00493 -0.00103
170a* -0.00074 0.00006 0.00000 0.00000
170b* 0.00019 -0.00002 0.00000 0.00000
도 6 내지 도 8은 각각 제2 렌즈 광학계(100)에 포함된 렌즈들이 상기 구현 예에 따른 치수와 비구면 계수를 가질 때, 제2 렌즈 광학계(100)의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여준다. 도 6 내지 도 8의 결과를 얻기 위해 사용한 광은 도 2 내지 도 4의 결과를 얻는데 사용한 광과 동일할 수 있다.
도 6의 제1 내지 제5 그래프(G61-G65)는 도 2의 제1 내지 제5 그래프(G1-G5)대응된다. 그리고 도 7의 제1 및 제2 그래프(G71, G72)는 도 3의 제1 및 제2 그래프(G31, G32)에 대응된다.
다음에는 또 다른 실시예에 의한 촬영 렌즈 광학계를 설명한다.
도 9는 또 다른 실시예에 의한 촬영 렌즈 광학계(이하, 제3 렌즈 광학계)를 보여준다.
도 9를 참조하면, 제3 렌즈 광학계(200)는 제1 및 제2 렌즈 광학계(10, 100)와 마찬가지로 렌즈군을 포함할 수 있다. 상기 렌즈군에 포함된 복수의 렌즈들은 적어도 1개의 비구면 렌즈를 포함할 수 있다. 또한, 제3 렌즈 광학계(200)에 포함된 복수의 렌즈 중 선택된 하나의 렌즈의 광 입사면과 광 출사면 중 적어도 한 면은 비구면일 수 있다. 제3 렌즈 광학계(200)는 6개의 렌즈(220, 230, 240, 250, 260, 270)를 포함할 수 있다. 제3 렌즈 광학계(200)의 전체 렌즈 수는 6개보다 작거나 클 수 있다. 제3 렌즈 광학계(200)는 6개의 렌즈(220, 230, 240, 250, 260, 270)외에 조리개(S3), 특정 파장을 차단하는 수단(280), 이미지 센서(290) 등을 더 포함할 수 있다. 제1 내지 제6 렌즈(220, 230, 240, 250, 260, 270)는 제3 렌즈 광학계(200)로 촬영하고자 하는 피사체와 이미지 센서(290) 사이에 순차적으로 배치될 수 있다. 따라서 상기 피사체는 제1 렌즈(220) 앞쪽에 위치할 수 있다. 제1 내지 제6 렌즈(220, 230, 240, 250, 260, 270)는 비유리 렌즈일 수 있는데, 예를 들면 플라스틱 렌즈일 수 있다. 제1 내지 제6 렌즈(220, 230, 240, 250, 260, 270)는 상기 피사체에서 이미지 센서(290) 방향으로 차례로 배치되어 있다.
제1 렌즈(220)에 입사된 광은 제2 내지 제6 렌즈(230, 240, 250, 260, 270)을 순차적으로 거쳐서 이미지 센서(290)에 도달된다. 제6 렌즈(270)와 이미지 센서(290) 사이에 차단수단(280)이 마련되어 있다. 차단수단(280)은, 예를 들면 적외선 차단필터나 유사한 부재일 수 있으나, 이것으로 제한되지 않으며, 다른 파장을 차단하는 필터나 부재일 수도 있다. 제2 렌즈(230)와 제3 렌즈(240)의 제2 면(240b) 사이에 조리개(S3)가 위치할 수 있다. 일 예로, 조리개(S3)는 제2 렌즈(230)와 제3 렌즈(240) 사이에 위치할 수 있다. 조리개(S3)는 제3 렌즈(240)의 제1 면(240a) 근처에 위치하여 수동 또는 자동으로 제3 렌즈(240)에 입사되는 광량을 조절할 수 있다. 조리개(S3)와 차단수단(280)의 위치는 필요에 따라 조정될 수 있다. 이미지 센서(290)와 차단수단(280)은 서로 평행할 수 있다. 조리개(S3)와 제1 내지 제6 렌즈(220, 230, 240, 250, 260, 270)와 차단수단(280)은 모두 동일 광축 상에 정렬될 수 있다. 이미지 센서(290)도 상기 광축 상에 정렬될 수 있다.
다음에는 제1 내지 제6 렌즈들(220, 230, 240, 250, 260, 270)의 광학적 특성들에 대해 살펴본다. 제1 내지 제6 렌즈들(220, 230, 240, 250, 260, 270)의 일부는 나머지와 다른 굴절력을 가질 수 있다.
구체적으로, 제1 렌즈(220)는 포지티브 굴절력을 갖는 렌즈일 수 있다. 제1 렌즈(220)는 비구면 렌즈일 수 있다. 제1 렌즈(220)의 제1 면(220a)은 비구면일 수 있다. 제1 렌즈(220)의 제2 면(220b)은 소정의 곡률을 갖는 곡면으로써, 예를 들면 비구면일 수 있다.
제2 렌즈(230)는 네가티브 굴절력을 갖는 렌즈일 수 있다. 제2 렌즈(230)의 제1 면(230a)는 제1 렌즈(220) 방향으로 볼록한 면일 수 있다. 제2 렌즈(230)의 제1 면(230a)은, 예를 들면 비구면일 수 있다. 제2 렌즈(230)의 제2 면(230b)도 제1 렌즈(220) 방향으로 볼록한 곡면일 수 있는데, 예를 들면 비구면일 수 있다.
제3 렌즈(240)는 포지티브 굴절력을 갖는 렌즈일 수 있다. 제3 렌즈(240)의 제1 면(240a)은 제2 렌즈(230) 방향으로 볼록한 곡면일 수 있는데, 예를 들면 비구면일 수 있다. 제3 렌즈(240)의 제2 면(240b)은 이미지 센서(290) 방향으로 볼록한 곡면일 수 있는데, 예를 들면 비구면일 수 있다. 제3 렌즈(240)의 제1 및 제2 면(240a, 240b)의 비구면 정도는 서로 다를 수 있다.
제4 렌즈(250)는 네가티브 굴절력을 갖는 렌즈일 수 있다. 제4 렌즈(250)의 제1 및 제2 면(250a, 250b)은 비구면일 수 있다. 제4 렌즈(250)는 전체적으로 이미지 센서(290)를 향해 볼록한 형태일 수 있다.
제5 렌즈(260)는 포지티브 굴절력을 갖는 렌즈일 수 있다. 제5 렌즈(260)는 전체적으로 이미지 센서(290) 방향으로 볼록한 형태일 수 있다. 제5 렌즈(260)의 제2 면(260b)이 제1 면(260a)보다 이미지 센서(290) 방향으로 더 볼록할 수 있다. 제5 렌즈(260)의 제1 면(260a)과 제2 면(260b)은 모두 곡면일 수 있는데, 예를 들면 비구면일 수 있다. 제5 렌즈(260)에서 중심부분이 가장자리보다 두꺼울 수 있다. 제5 렌즈(260)의 제1 및 제2 면(260a, 260b)의 비구면 정도는 서로 다를 수 있다.
제6 렌즈(270)는 네가티브 굴절력을 갖는 렌즈일 수 있다. 제6 렌즈(270)의 제1 및 제2 면(270a, 270b) 중 적어도 한 면은 비구면일 수 있다. 제6 렌즈(270)의 양면 중 적어도 한 면은 적어도 하나의 변곡점을 가질 수 있다. 예를 들면, 제6 렌즈(270)의 제2 면(270b)은 1개 이상의 변곡점을 갖는 비구면일 수 있다. 제6 렌즈(270)의 제1 면(270a)의 중심부분은 피사체 방향으로 볼록할 수 있다. 그러나 제1 면(270a)의 중심부분과 가장자리 사이의 부분은 이미지 센서(290) 방향으로 볼록할 수 있다. 제6 렌즈(270)의 제2 면(270b)에서 광축을 포함하는 중심영역은 이미지 센서(290)에 대해서 오목할 수 있다. 곧, 제2 면(270b)의 상기 중심영역은 상기 피사체 방향으로 볼록할 수 있다. 제2 면(270b)은 상기 중심영역을 벗어나서 가장자리로 가면서 이미지 센서(290) 방향으로 볼록한 영역이 존재한다. 곧, 제2 면(270b)에서 상기 중심영역과 가장자리 사이의 영역은 이미지 센서(290) 방향으로 볼록할 수 있다. 제6 렌즈(270)의 가장 두꺼운 부분은 상기 중심영역과 가장자리 사이에 위치한다. 제6 렌즈(270)에서 상기 중심영역의 두께(예컨대, 광축이 지나는 부분의 두께)는 상대적으로 얇을 수 있다.
제3 렌즈 광학계(200)에서, 제1 렌즈(220)의 유효직경은 제3 렌즈(240)보다 클 수 있다. 일 예로 제1 렌즈(220)의 유효직경은 제3 렌즈(240)와 같거나 제3 렌즈(240)보다 클 수도 있다. 다른 예로, 제1 렌즈(220)의 유효직경은 제6 렌즈(270)와 같거나 제6 렌즈(270)보다 작을 수 있다.
제3 렌즈 광학계(200)의 제1 내지 제6 렌즈(220, 230, 240, 250, 260, 270)의 굴절력은 제3 렌즈 광학계(200)의 수차를 최소화하도록 분포될 수 있다. 예를 들면, 제1 내지 제6 렌즈(220, 230, 240, 250, 260, 270)는 제3 렌즈 광학계(200)의 색수차가 최소화시키는 굴절력 분포를 가질 수 있다. 일 예로 상대적으로 굴절률이 낮은 렌즈를 제3 렌즈(240)로 사용하고, 상대적으로 굴절률이 높은 렌즈를 제4 렌즈(250)로 사용할 수 있다.
또한, 수차를 최소화하는 방향으로 제1 내지 제6 렌즈(220, 230, 240, 250, 260, 270)의 광학적 특성을 다르게 할 수도 있다. 예를 들면, 색수차를 최소화하기 위한 방편의 하나로 상대적으로 아베수가 높은 렌즈를 제3 렌즈(240)로 사용하고, 상대적으로 아베수가 낮은 렌즈를 제4 렌즈(250)로 사용할 수 있다.
제3 렌즈 광학계(200)에서 제1 내지 제6 렌즈(220, 230, 240, 250, 260, 270)를 이와 같이 배치함으로써, 제3 렌즈 광학계(200)의 수차를 보정할 수 있다.
제6 렌즈(270) 다음에 마련된 차단수단(280)의 일부는 제6 렌즈(270)의 제2 면(270b)에 접촉될 수 있으나, 이격될 수도 있다.
제3 렌즈 광학계(200)의 전체 초점길이와 성능은 제3 렌즈 광학계(200)에 포함된 제1 내지 제6 렌즈(220, 230, 240, 250, 260, 270) 각각의 두께, 초점길이, 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
다음 표 7은 제3 렌즈 광학계(200)에서 상기 수학식 1-7과 관련된 변수와 변수 값과 이러한 변수 값으로 측정한 수학식 1-7의 값을 나타낸다.
구분 값
IH 6.87
Semi IH 3.43
TTL 5.20
OAL 4.01
FOV 98.92
θ 49.46
E.F.L 2.83
B.F.L 1.19
Fno 1.89
tan(θd/2) 0.461
DL1 3.782
DL3 1.660
DL6 5.702
DL1-L2 0.853
Ind3 1.544
Ind4 1.639
Abv3 56.093
Abv4 23.517
수학식 1 98.92
수학식 2 0.76
수학식 3 만족
수학식 4 만족
수학식 5 0.21
수학식 6 0.94
수학식 7 2.39
표 7의 수학식 1 내지 7의 값은 수학식 1 내지 7의 범위에 있다. 따라서 제3 렌즈 광학계(200) 역시 수학식 1 내지 수학식 7을 만족함을 알 수 있다.
다음 표 8은 제3 렌즈 광학계(200)에 포함된 부재들(렌즈들, 조리개, 차단수단, 이미지 센서) 각각에 대한 광학적 특성에 대한 구현 예를 나타낸 것으로, 곡률반경(R), 렌즈두께 혹은 렌즈 사이의 거리나 인접한 요소 간의 거리(T), 굴절률(Nd) 및 아베수(Vd) 등을 나타낸다. 굴절률(Nd)은 d선(d-line)을 이용하여 측정한 렌즈의 굴절률을 나타낸다. 그리고 아베수(Vd)는 d선(d-line)에 대한 렌즈의 아베수를 나타낸다. 면 번호에서 *는 해당면이 비구면임을 나타낸다. 그리고 R 값과 T값의 단위는 ㎜이다.
구성요소 면 R T Nd Vd
제1 렌즈(220) 220a* -5.67700 0.49137 1.53175 55.85588
220b* -2.45419 0.06818 - -
제2 렌즈(230) 230a* 1.68712 0.29354 1.63916 23.51650
230b* 1.18827 0.40781 - -
조리개(S3) Infinity 0.07544
제3 렌즈(240) 240a* 3.89121 0.47992 1.54410 56.09278
240b* -2.56440 0.40893 - -
제4 렌즈(250) 250a* -3.43376 0.20000 1.63916 23.51650
250b* -24.69074 0.22990 - -
제5 렌즈(260) 260a* -2.48594 0.77873 1.54410 56.09278
260b* -0.87018 0.03000 - -
제6 렌즈(270) 270a* 1.93808 0.55094 1.53175 55.85588
270b* 0.74407 0.56066 - -
차단수단(280) 앞면 Infinity 0.21000 1.51680 64.19733
뒷면 Infinity 0.41333 - -
이미지센서
(290)		 Infinity 0.00123
제3 렌즈 광학계(200)에 포함된 제1 내지 제6 렌즈(220, 230, 240, 250, 260, 270) 각각의 비구면은 수학식 8을 만족한다.
다음의 표 9은 제3 렌즈 광학계(200)에 포함된 렌즈들 각각의 면에 대한 비구면 계수를 나타낸다.
면 K A B C D E
220a* -96.51954 0.09079 -0.05750 0.03337 -0.01424 0.00474
220b* -89.05781 0.08826 -0.11634 0.12751 -0.09736 0.04976
230a* -0.18732 0.26033 -2.01495 6.79782 -17.16013 30.59851
230b* 0.82345 -0.44162 1.56904 -13.44060 69.13900 -230.75298
240a* 1.80512 0.00195 -0.06971 -0.15765 2.95436 -15.35725
240b* 1.55626 -0.13191 0.71777 -5.62696 26.28551 -77.94579
250a* 6.87682 -0.27024 0.16475 -2.26420 11.39031 -27.89602
250b* 135.85730 -0.06475 -0.36147 0.67292 -0.29718 -0.38418
260a* 1.81911 0.24991 -0.29235 0.01569 0.37655 -0.45177
260b* -0.87317 0.31798 -0.45982 0.64106 -0.67504 0.46473
270a -12.04534 -0.07702 -0.03333 0.05076 -0.02492 0.00687
270b -4.16813 -0.07851 0.03330 -0.01126 0.00281 -0.00050
면 F G H J
220a* -0.00132 0.00029 -0.00004 0.00000
220b* -0.01681 0.00361 -0.00045 0.00002
230a* -36.83343 28.35302 -12.55851 2.42942
230b* 495.65192 -661.49763 498.28334 -162.17304
240a* 41.45228 -62.24450 49.55720 -16.23274
240b* 147.14972 -170.72170 110.79375 -30.63908
250a* 40.63591 -35.34601 16.88664 -3.40690
250b* 0.71705 -0.51770 0.18372 -0.02630
260a* 0.27389 -0.10352 0.02484 -0.00289
260b* -0.16864 0.01793 0.00540 -0.00122
270a* -0.00113 0.00010 0.00000 0.00000
270b* 0.00006 0.00000 0.00000 0.00000
도 10 내지 도 12는 각각 제3 렌즈 광학계(200)에 포함된 렌즈들이 상기 구현 예에 따른 치수와 비구면 계수를 가질 때, 제3 렌즈 광학계(200)의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여준다. 도 10 내지 도 12의 결과를 얻기 위해 사용한 광은 도 2 내지 도 4의 결과를 얻는데 사용한 광과 동일할 수 있다.
도 10의 제1 내지 제5 그래프(G01-G05)는 도 2의 제1 내지 제5 그래프(G1-G5)대응될 수 있다. 그리고 도 11의 제1 및 제2 그래프(G11, G22)는 도 3의 제1 및 제2 그래프(G31, G32)에 대응될 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고, 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
10, 100, 200:제1-제3 렌즈 광학계
20, 30, 40, 50, 60, 70:제1 내지 제6 렌즈
20a, 120a, 220a:제1 렌즈의 제1 면 20b, 120b, 220b:제1 렌즈의 제2 면
30a, 130a, 230a:제2 렌즈의 제1 면 30b, 130b, 230b:제2 렌즈의 제2 면
S1, S2, S3:조리개 40a, 140a, 240a:제3 렌즈의 제1 면
40b, 140b, 240b:제3 렌즈의 제2 면 50a, 150a, 250a:제4 렌즈의 제1 면
50b, 150b, 250b:제4 렌즈의 제2 면 60a, 160a, 260a:제5 렌즈의 제1 면
60b, 160b, 260b:제5 렌즈의 제2 면 70a, 170a, 270a:제6 렌즈의 제1 면
70b, 170b, 270b:제6 렌즈의 제2 면 80, 180, 280:차단수단
90, 190, 290:이미지 센서
100, 130, 140, 150, 160, 170:제1 내지 제6 렌즈
200, 230, 240, 250, 260, 270:제1 내지 제6 렌즈
B.F.L:제6 렌즈의 제2 면의 중심에서 이미지 센서까지의 거리(광축상)
OAL:제1 렌즈의 제1 면의 중심에서 제6 렌즈의 제2 면의 중심(광축상)
TTL:제1 렌즈의 제1 면의 중심에서 이미지 센서까지의 거리(광축상)

Claims (17)

  1. 조리개;
    적어도 하나의 비구면 렌즈를 포함하는 렌즈군(lens group); 및
    상기 렌즈군을 통해 전달되는 이미지를 기록하는 이미지 센서;를 포함하고,
    상기 렌즈군은 피사체와 상기 이미지 센서 사이에서 동일 광축 상에 순차적으로 배치된 제1 내지 제6 렌즈를 포함하고,
    상기 조리개는 상기 제2 렌즈 다음에 배치되어 있고,
    상기 피사체에 가장 인접한 상기 제1 렌즈의 외경은 상기 제3 렌즈의 외경보다 크며,
    다음 수학식 2와 수학식 5를 만족하는 렌즈 광학계.
    <수학식2>
    0.6 ≤TTL/IH≤0.9, 여기서 IH는 유효한 상의 높이, TTL은 상기 제1 렌즈의 제1 면의 중심과 상기 이미지 센서까지의 거리.
    <수학식5>
    0.15≤(DL1-L2)/OAL≤0.4
    수학식에서 DL1-L2는 상기 제1 렌즈의 제1 면의 중심에서 상기 제1 렌즈 바로 다음에 배치된 제2 렌즈의 제2 면의 중심까지의 거리이고,
    OAL은 상기 제1 렌즈의 제1 면의 중심에서 상기 피사체로부터 가장 멀리 배치된 제6 렌즈의 제2 면의 중심까지의 거리(상기 렌즈군의 전장).
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈군과 상기 이미지 센서 사이에 특정 파장 차단수단이 더 구비된 렌즈 광학계.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈군에 포함된 복수의 렌즈들 중에서 홀수번째 배치된 렌즈의 굴절력과 짝수번째 배치된 렌즈의 굴절력은 반대인 렌즈 광학계.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 순차적으로 배치된 6개의 렌즈 중, 상기 제1 렌즈의 유효직경은 제3 렌즈의 유효직경보다 크고, 제6 렌즈의 유효직경보다 작은 렌즈 광학계.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 순차적으로 배치된 6개의 렌즈 중, 제3 렌즈의 굴절률은 제4 렌즈의 굴절률보다 작은 렌즈 광학계.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 순차적으로 배치된 6개의 렌즈 중, 제3 렌즈의 아베수가 제4 렌즈의 아베수보다 큰 렌즈 광학계.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 순차적으로 배치된 6개의 렌즈 중, 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 제6 렌즈는 다음 수학식을 만족하는 렌즈 광학계.
    <수학식>
    DL3≤DL1≤DL6, 여기서 DL1, DL3 및 DL6는 각각 상기 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 제6 렌즈의 유효직경.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 순차적으로 배치된 6개의 렌즈 중, 제3 렌즈와 제4 렌즈는 다음 수학식을 만족하는 렌즈 광학계.
    <수학식>
    0.7≤Ind3/Ind4<1.1, 여기서 Ind3은 제3 렌즈의 굴절률, In4는 제4 렌즈의 굴절률.
  14. 제 1 항에 있어서,
    다음 수학식을 만족하는 렌즈 광학계.
    <수학식>
    85 ≤FOV≤150, 여기서 FOV는 렌즈 광학계의 유효 시야각.
  15. 삭제
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 렌즈 바로 다음에 배치된 렌즈를 제3 렌즈라 할 때,
    상기 조리개는 상기 제3 렌즈의 제2 면과 상기 제2 렌즈 사이에 배치된 렌즈 광학계.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 제3 렌즈와 상기 제4 렌즈는 다음 수학식을 만족하는 렌즈 광학계.
    <수학식>
    1.5≤Abv3/Abv4≤3.0, 여기서 Abv3은 제3 렌즈의 아베수, Abv4는 제4 렌즈의 아베수.
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