KR101964297B1

KR101964297B1 - 촬상 렌즈

Info

Publication number: KR101964297B1
Application number: KR1020120015698A
Authority: KR
Inventors: 권덕근; 박종하
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2019-04-01
Also published as: CN103257434B; EP2629131A1; CN103257434A; US9482846B2; US20130215524A1; US8958164B2; US20150124335A1; KR20130094448A

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; 양(+)의 굴절력을 갖는 제4렌즈; 음(-)의 굴절력을 갖는 제5렌즈를 포함하며, 상기 제1렌즈의 물체측면으로부터 결상면까지의 거리를 ∑T, 광축부터 광학계 최대 상고까지의 거리를 FLD이라 할 때, 0.8 < ∑T/((FLD)X2) < 1.2의 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 렌즈이다.

최근, 양(+)의 굴절력을 갖는 렌즈와 음(-)의 굴절력을 갖는 렌즈로 구성된 5매의 렌즈로 렌즈 광학계를 구성하고 있다.

예컨대, 배경기술인 한국공개특허 제2009-0048298호에서 5매의 렌즈를 이용하여 소형의 정보 단말기의 탑재에 적합한 촬상 렌즈를 구성하는 시도가 이루어진 바 있다.

이러한 5매의 렌즈는 만족스러운 광학 특성 또는 수차 특성을 갖고 있어야 하며, 고성능과 고해상도를 갖는 광학계의 구현이 요구되고 있다.

본 발명은 고해상도 및 컴팩트한 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;

양(+)의 굴절력을 갖는 제4렌즈;

음(-)의 굴절력을 갖는 제5렌즈를 포함하며,

상기 제1렌즈의 물체측면으로부터 결상면까지의 거리를 ∑T, 광축부터 광학계 최대 상고까지의 거리를 FLD이라 할 때,

0.8 < ∑T/((FLD)X2) < 1.2

의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈가 제공된다.

그리고, 상기 광학계의 초점거리를 f, 제1렌즈의 초점거리를 f1이라 할 때, 0.5 < f1/f < 1.5의 조건식을 만족한다.

또, 상기 제1렌즈의 물체측면으로부터 결상면까지의 거리를 ∑T, 상기 광학계의 초점거리를 f라 할 때, 0.5 < ∑T/f < 1.5의 조건식을 만족한다.

더불어, 상기 제2렌즈의 굴절률을 N2라 할 때, 1.6 < N2 < 1.7의 조건식을 만족한다.

게다가, 상기 제1,3,4,5렌즈의 굴절률을 N1,N3,N4,N5라 할 때, 1.5 < N1 < 1.6, 1.5 < N3 < 1.6, 1.5 < N4 < 1.6, 1.5 < N5 < 1.6의 조건식을 만족한다.

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

또, 상기 제1,3,4,5렌즈의 아베수를 V1,V3,V4,V5라 할 때, 50 < V1 < 60, 50 < V3 < 60, 50 < V4 < 60, 50 < V5 < 60의 조건식을 만족한다.

그리고, 상기 최대상고의 반 필드 앵글(Half field angle)이 Θ라 할 때 tanΘ는, 0.6 < tanΘ < 0.8의 조건식을 만족한다.

더불어, 상기 제3렌즈 내지 상기 제5렌즈는, 양면 모두 비구면을 갖는다.

아울러, 상기 제4렌즈는, 물체측에 오목면을 갖는 매니스커스 형태로 물체측면, 상측면 모두 변곡점을 갖는다.

또, 상기 제5렌즈는, 물체측에 볼록면을 갖는 매니스커스 형태를 갖는다.

게다가, 상기 제3렌즈는, 물체측, 상측 양면 모두 변곡점을 가지며, 상기 제3렌즈의 굴절력의 절대값은 다른 렌즈보다 작다.

그리고, 상기 제3렌즈의 초점거리를 f3이라 할 때, 0 < │1/f3│ < 0.2의 조건식을 만족한다.

본 발명은 5매의 렌즈를 구성하여 높은 성능을 가지고, 고해상도 및 컴팩트한 소형 촬상 렌즈 광학계를 구현할 수 있는 효과가 있다.

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

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

도 1은 본 발명에 따른 카메라 렌즈 모듈의 구성도이다.

본 발명에 따른 카메라 렌즈 모듈은 복수개의 렌즈들로 이루어진 촬상 렌즈가 광축을 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), 제5렌즈(50), 필터(60) 및 수광소자(70)가 배치된 구성을 갖는다.

피사체의 영상 정보에 해당하는 광은 상기 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30), 제4렌즈(40), 제5렌즈(50) 및 필터(60)를 통과하여 상기 수광소자(70)에 입사된다.

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, 상기 제2렌즈(20)는 음(-)의 굴절력을 가지며, 상기 제3렌즈(30)는 음(-)의 굴절력을 가지며, 상기 제4렌즈(40)는 양(+)의 굴절력을 가지고, 상기 제5렌즈(50)는 음(-)의 굴절력을 가진다.

여기서, 상기 제3렌즈(30) 내지 상기 제5렌즈(50)는 양면 모두 비구면을 갖는다.

그리고, 상기 제4렌즈(40)는 물체측에 오목면을 갖는 매니스커스 형태를 갖는다.

상기 제5렌즈(50)는 물체측에 볼록면을 갖는 매니스커스 형태로 물체측면, 상측면 모두 변곡점을 갖는다.

상기 제3렌즈(30)는 물체측, 상측 양면 모두 변곡점을 가지며, 상기 제3렌즈(30)의 굴절력의 절대값은 다른 렌즈보다 작다.

따라서, 본 발명은 5매의 렌즈를 구성하여 높은 성능을 가지고, 고해상도 및 컴팩트한 소형 촬상 렌즈 광학계를 구현할 수 있는 것이다.

참고로, 도 1의 'S1','S2'는 제1렌즈(10)의 물체측면과 상측면이고, 'S3','S4'는 제2렌즈(20)의 물체측면과 상측면이고, 'S5','S6'은 제3렌즈(30)의 물체측면과 상측면이고, 'S7','S8'은 제4렌즈(40)의 물체측면과 상측면이며, 'S9'와 'S10'은 제5렌즈(50)의 물체측면과 상측면이며, 'S11'와 'S12'는 필터(60)의 물체측면과 상측면이다.

상기 필터(60)는 적외선 필터, 커버 글래스 등의 광학적 필터 중 적어도 어느 하나의 필터이다. 필터(60)로서, 적외선 필터가 적용되는 경우, 외부 빛으로부터 방출되는 적외선이 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 < ∑T/f < 1.5

[조건식 3] 1.6 < N2 < 1.7

[조건식 4] 1.5 < N1 < 1.6, 1.5 < N3 < 1.6, 1.5 < N4 < 1.6, 1.5 < N5 < 1.6

[조건식 5] 20 < V2 < 30

[조건식 6] 50 < V1 < 60, 50 < V3 < 60, 50 < V4 < 60, 50 < V5 < 60

[조건식 7] 0.8 < ∑T/((FLD)X2) < 1.2

[조건식 8] 0.6 < tanΘ < 0.8

[조건식 9] 0 < │1/f3│ < 0.2

여기서, f : 광학계의 초점거리

f1,f2,f3,f4,f5 : 제1,2,3,4,5렌즈의 초점거리

∑T : 제1렌즈의 물체측면으로부터 결상면까지의 거리

FLD : 광축부터 광학계 최대 상고까지의 거리

Θ : 최대상고의 반 필드 앵글(Half field angle)

N1,N2,N3,N4,N5 : 제1,2,3,4,5렌즈의 굴절률

V1,V2,V3,V4,V5 : 제1,2,3,4,5렌즈의 아베수

조건식 3과 4는 제1 내지 제5렌즈(10,20,30,40,50)의 굴절률을 규정한다. 제1 내지 제5렌즈(10,20,30,40,50)는 조건식 3과 4에 의해 적절한 구면수차의 보정과 적절한 색수차를 갖는 굴절력을 갖는다.

조건식 5와 6은 제1 내지 제5렌즈(10,20,30,40,50)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	4.08
f1	2.62
f2	-4.07
f3	-851
f4	2.32
f5	-2.28
f1/f	0.64
∑T	4.95
∑T/f	1.21
N1	1.533
V1	56.5
N2	1.64
V2	23
N3,N4,N5	1.533
V3,V4,V5	56.5
tanΘ	0.71
FLD	2.93

표 1을 참조하면, f1/f이 0.64로서 조건식 1에 부합되고, ∑T/f 가 1.21로 조건식 2에 부합되고, 1/f3가 0.001로써 조건식 9에 부함됨을 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*	1.636	0.589	1.53
2*	-8.522	0.06
3*	29.657	0.30	1.64
4*	2.409	0.432
5*	7.211	0.35	1.53
6*	6.9787	0.323
7*	-2.604	0.733	1.53
8*	-0.922	0.168
9*	7.432	0.5	1.53
10*	1.022	0.569
11	Infinity	0.3	1.52
12	Infinity	0.624
image	Infinity	0.000

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

다음 표 3 및 표 4는 상기 표 2의 실시예에서 각 렌즈의 비구면 계수의 값은 나타낸다.

면 번호	k	A	B	C	D	E
1*	0	-0.278840E-01	-0.115063E-01	-0.314565E-02	0.436500E-02	-0.364702E-02
2*	0	-0.691104E-02	-0.212701E-01	0.124050E-01	-0.861190E-02	0.297906E-02
3*	0	-0.193793E-01	0.103822E-01	-0.133796E-02	-0.148393E-02	0.104056E-02
4*	-4.310108	-0.198769E-01	0.309275E-01	-0.153250E-01	0.316803E-02	-0.164905E-04
5*	0	-0.508923E-01	0.134434E-01	-0.118161E-02	0	0
6*	0	-0.184261E-01	0.197696E-02	0.142627E-03	0	0
7*	-8.536520	-0.287370E-01	0.202006E-01	-0.841387E-02	0.244085E-02	-0.357293E-03
8*	-1.771588	0.30330E-01	-0.176527E-01	0.367535E-02	0.161459E-03	-0.760293E-04

면 번호	k	AR4	AR5	AR6	AR7	AR8
9*	-7.0056E+02	-1.2757E-01	1.1368E-02	4.1523E-02	-5.3501E-03	-1.2262E+02
	AR9	AR10	AR11	AR12	AR13	AR14
	4.4870E-04	2.8592E-03	4.8780E-04	-4.6489E-04
10*	-6.8439E+00	-1.4989E-01	9.5116E-02	-1.6103E-02	-3.3468E-04	-4.3534E-03
	AR9	AR10	AR11	AR12	AR13	AR14
	9.3429E-04	8.5340E-04	-2.0891E-04	-2.1224E-05

도 2a와 도 2b는 본 발명의 실시예에 따라 코마수차(Coma aberration)를 측정한 그래프로서, 상면의 높이(field hight)에 따라 각 파장의 탄젠셜(tangential) 수차와 새저틀(sagittal) 수차를 측정한 그래프이다. 도 2a와 도 2b에서는 실험 결과를 보여주는 그래프가 양의 축과 음의 축에서 각각 X축에 근접할수록 코마수차 보정기능이 좋은 것으로 해석된다. 도 2a와 도 2b의 측정예들은 거의 모든 필드에서 상들의 값이 X축에 인접하게 나타나므로, 모두 우수한 코마수차 보정 기능을 보여주는 것으로 해석된다.

그리고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 수차도를 도시한 그래프로서, 좌측에서부터 순서대로 종구면수차(longitudinal spherical aberration), 비점수차(astigmatic field curves), 왜곡수차(distortion)를 측정한 그래프이다.

도 3에서 Y축은 이미지의 크기를 의미하고, X축은 초점거리(mm 단위) 및 왜곡도(% 단위)를 의미한다. 도3에서는 곡선들이 Y축에 접근될수록 수차 보정기능이 좋은 것으로 해석된다. 도시된 수차도에서는 거의 모든 필드에서 상들의 값이 Y축에 인접하게 나타나므로, 구면수차, 비점수차, 왜곡수차가 모두 우수한 수치를 보여주고 있다.

즉, 종구면수차의 범위는 -0.012㎜ ~ +0.009㎜이고, 비점수차의 범위는 -0.035㎜ ~ +0.017㎜이며, 왜곡수차의 범위는 0㎜ ~ +1.5㎜이므로, 본 발명의 촬상 렌즈는 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차의 특성을 보정할 수 있고, 우수한 렌즈 특성을 갖음을 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;
양(+)의 굴절력을 갖는 제4렌즈; 및
음(-)의 굴절력을 갖는 제5렌즈를 포함하며,
상기 제1렌즈의 물체측면과 상기 제1렌즈의 상측면 각각은 광축에서 볼록면을 포함하고,
상기 제2렌즈의 물체측면은 상기 광축에서 볼록면을 포함하고 상기 제2렌즈의 상측면은 상기 광축에서 오목면을 포함하고,
상기 제1렌즈의 상기 물체측면으로부터 결상면까지의 거리를 ∑T, 광축부터 광학계 최대 상고까지의 거리를 FLD이라 할 때,
0.8 < ∑T/((FLD)X2) < 1.2
의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 광학계의 초점거리를 f, 상기 제1렌즈의 초점거리를 f1이라 할 때,
0.5 < f1/f < 1.5
의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제1렌즈의 상기 물체측면으로부터 결상면까지의 거리를 ∑T, 상기 광학계의 초점거리를 f라 할 때,
0.5 < ∑T/f < 1.5
의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제2렌즈의 굴절률을 N2라 할 때,
1.6 < N2 < 1.7
의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제1,3,4,5렌즈의 굴절률을 N1,N3,N4,N5라 할 때,
1.5 < N1 < 1.6, 1.5 < N3 < 1.6, 1.5 < N4 < 1.6, 1.5 < N5 < 1.6
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 제1,3,4,5렌즈의 아베수를 V1,V3,V4,V5라 할 때,
50 < V1 < 60, 50 < V3 < 60, 50 < V4 < 60, 50 < V5 < 60
의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 최대 상고의 반 필드 앵글(Half field angle)이 Θ일 때 tanΘ는
0.6 < tanΘ < 0.8
의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제3렌즈 내지 상기 제5렌즈는,
양면 모두 비구면을 갖는 촬상 렌즈.
제 8 항에 있어서,
상기 제4렌즈는,
물체측에 오목면을 갖는 매니스커스 형태를 갖는 촬상 렌즈.
제 10 항에 있어서,
상기 제5렌즈는,
물체측에 볼록면을 갖는 매니스커스 형태로 물체측면, 상측면 모두 변곡점을 갖는 촬상 렌즈.
제 11 항에 있어서,
상기 제3렌즈는 물체측, 상측 양면 모두 변곡점을 가지며, 상기 제3렌즈의 굴절력의 절대값은 다른 렌즈보다 작은 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,
상기 제3렌즈의 초점거리를 f3이라 할 때,
0 < │1/f3│ < 0.2
의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 12 항에 있어서,
상기 제1렌즈의 상기 물체측면의 곡률반경은 양수이고 상기 제1렌즈의 상기 상측면의 곡률반경은 음수이고,
상기 제3렌즈의 물체측면은 볼록면을 포함하고 상기 제3렌즈의 상측면은 오목면을 포함하는 촬상 렌즈.
제 14 항에 있어서,
상기 제2렌즈의 상기 물체측면의 곡률반경과 상기 제2렌즈의 상기 상측면의 곡률반경은 모두 양수인 촬상 렌즈.
촬상 렌즈를 포함하고,
상기 촬상 렌즈는
물체측으로부터 순서대로,
양(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈;
음(-)의 굴절력을 갖는 제2렌즈;
음(-)의 굴절력을 갖는 제3렌즈;
양(+)의 굴절력을 갖는 제4렌즈; 및
음(-)의 굴절력을 갖는 제5렌즈를 포함하며,
상기 제1렌즈의 물체측면과 상기 제1렌즈의 상측면 각각은 광축에서 볼록면을 포함하고,
상기 제2렌즈의 물체측면은 광축에서 볼록면을 포함하고 상기 제2렌즈의 상측면은 상기 광축에서 오목면을 포함하고,
상기 제1렌즈의 상기 물체측면으로부터 결상면까지의 거리를 ∑T, 광축부터 광학계 최대 상고까지의 거리를 FLD이라 할 때,
0.8 < ∑T/((FLD)X2) < 1.2
의 조건식을 만족하는 카메라 모듈.