KR101980642B1 - 촬상 렌즈 - Google Patents

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KR101980642B1
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Abstract

본 발명의 일실시예는 물체측으로부터 순서대로, 양(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈; 음(-)의 굴절력을 갖는 제2렌즈; 양(+)의 굴절력을 갖는 제3렌즈; 양(+)의 굴절력을 갖는 제4렌즈; 음(-)의 굴절력을 갖는 제5렌즈를 포함하며, 상기 제3렌즈는 물체측에 볼록면을 가지는 메니스커스 형태이다.

Description

촬상 렌즈 { Imaging lens }
본 발명은 촬상 렌즈에 관한 것이다.
최근에 이미지 픽업 시스템(Image Pick-up System)과 관련하여 휴대 단말기용 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, 휴대 단말기의 두께가 얇아지는 박형화가 요구되고 있고, 휴대 단말기에 다양한 기능을 수행하기 위한 부품들이 실장되어 있다.
이에 따라 휴대 단말기용 카메라 모듈의 촬상 렌즈 광학계도 박형화를 추구하기 위한 다양한 연구 및 기술개발이 이루어지고 있는 현실이다.
본 발명은 고해상도 및 컴팩트한 밝은 렌즈 광학계를 구현할 수 있는 과제를 해결하는 것이다.
본 발명의 일실시예는,
물체측으로부터 순서대로,
양(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈;
음(-)의 굴절력을 갖는 제2렌즈;
양(+)의 굴절력을 갖는 제3렌즈;
양(+)의 굴절력을 갖는 제4렌즈;
음(-)의 굴절력을 갖는 제5렌즈를 포함하며,
상기 제3렌즈는 물체측에 볼록면을 가지는 메니스커스 형태인 촬상 렌즈가 제공된다.
상기 제1렌즈는, 양면이 모두 볼록한 형태이다.
상기 제2렌즈는, 오목렌즈 형태이다.
상기 제4렌즈는, 메니스커스 형태이다.
상기 제1,2,3,4,5렌즈는 한면 또는 양면 모두 비구면을 갖는다.
상기 제1,2,3,4,5 렌즈의 한면 또는 양면 모두에 하나 또는 그 이상의 변곡점을 갖는다.
상기 광학계의 초점거리를 f, 제1렌즈의 물체측면부터 결상면까지의 거리를 ∑T라 할 때, 1.0 < ∑T/f < 1.5의 조건식을 만족한다.
상기 제2,3렌즈의 굴절률을 N2,N3이라 할 때, 1.6 < N2 & N3 < 1.7의 조건식을 만족한다.
상기 제1,4,5렌즈의 굴절률을 N1,N4,N5이라 할 때, 1.5 < N1 & N4 & N5 < 1.6의 조건식을 만족한다.
상기 제2,3렌즈의 아베수를 V2,V3라 할 때, 20 < V2 & V3 < 30의 조건식을 만족한다.
상기 제1,4,5렌즈의 아베수를 V1,V4,V5이라 할 때, 50 < V1 & V4 & V5 < 60의 조건식을 만족한다.
상기 제1렌즈의 물체측면부터 결상면까지의 거리를 ∑T라 할 때, 3.6 < ∑T < 4.6의 조건식을 만족한다.
F-Number를 F/#라 할 때, 2.0 < F/# < 3.0의 조건식을 만족한다.
상기 제3렌즈의 첫번째면과 두번째면의 곡률반경을 R5,R6이라 할 때, R5 & R6 ＞ 1의 조건식을 만족한다.
상기 제3렌즈의 첫번째면과 두번째면의 곡률반경을 R5,R6이라 할 때, R5-R6 < 0의 조건식을 만족한다.
상기 제2렌즈의 첫번째면과 두번째면의 곡률반경을 R3,R4라 할 때, 0.7 < (R3+R4)/(R3-R4) < 1.0의 조건식을 만족한다.
상기 제3렌즈의 첫번째면과 두번째면의 곡률반경을 R5,R6이라 할 때, 10.0 < ┃(R5+R6)/(R5-R6)┃< 15.0의 조건식을 만족한다.
본 발명의 일실시예는,
물체측으로부터 순서대로,
양(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈;
음(-)의 굴절력을 갖는 제2렌즈;
양(+)의 굴절력을 갖는 제3렌즈;
양(+)의 굴절력을 갖는 제4렌즈;
음(-)의 굴절력을 갖는 제5렌즈를 포함하며,
상기 제4렌즈는 메니스커스 형태이고,
상기 제3렌즈의 첫번째면과 두번째면의 곡률반경을 R5,R6이라 할 때,
R5 & R6 ＞ 1
의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈가 제공된다.
상기 제3렌즈는, 물체측에 볼록면을 가지는 메니스커스 형태이다.
상기 제1렌즈의 물체측면의 앞단에 조리개가 위치된다.
5매의 렌즈를 구성하여 고해상도 및 컴팩트한 밝은 렌즈 광학계를 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 카메라 렌즈 모듈의 구성도
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따라 코마수차(Coma aberration)를 측정한 그래프
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 수차도를 도시한 그래프로서, 좌측에서부터 순서대로 종구면수차(longitudinal spherical aberration), 비점수차(astigmatic field curves), 왜곡수차(distortion)를 측정한 그래프
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따라 렌즈 위치에서 공간주파수에 대한 MTF(Modulation transfer function) 특성을 보인 그래프
도 6a와 도 6b는 본 발명의 실시예에 따라 렌즈 위치에서 회절(Diffraction) MTF 특성을 보인 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 조리개, 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30), 제4렌즈(40), 필터(50), 커버 글래스(60) 및 수광소자(70)가 배치된 구성을 갖는다.
피사체의 영상 정보에 해당하는 광은 상기 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30), 제4렌즈(40), 필터(50) 및 커버 글래스(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 양(+)의 굴절력을 가지며, 상기 제4렌즈(40)는 양(+)의 굴절력을 가지고, 상기 제5렌즈(50)는 음(-)의 굴절력을 가진다.
여기서, 상기 제1렌즈(10)는 양면이 모두 볼록한 형태를 갖으며, 상기 제1렌즈(10)의 물체측면의 앞단에 조리개가 위치된다.
그리고, 상기 제2렌즈(20)는 오목렌즈 형태를 갖고, 상기 제3렌즈(30)는 물체측에 볼록면을 가지는 메니스커스 형태를 갖으며, 상기 제4렌즈(40)는 메니스커스 형태를 갖는다.
또한, 상기 제1,2,3,4,5렌즈(10,20,30,40,50)는 한면 또는 양면 모두 비구면을 가진다.
아울러, 상기 제1,2,3,4,5렌즈(10,20,30,40,50)의 한면 또는 양면 모두에 하나 또는 그 이상의 변곡점을 가진다.
그러므로, 본 발명은 5매의 렌즈를 구성하여 줌 형태를 가지는 고해상도 및 컴팩트한 밝은 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','S10'은 제5렌즈(50)의 물체측면과 상측면이고, 'S11'과 'S12'은 필터(60)의 물체측면과 상측면이이다.
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] 1.0 < ∑T/f < 1.5
[조건식 2] 1.6 < N2 & N3 < 1.7
[조건식 3] 1.5 < N1 & N4 & N5 < 1.6
[조건식 4] 20 < V2 & V3 < 30
[조건식 5] 50 < V1 & V4 & V5 < 60
[조건식 6] 3.6 < ∑T < 4.6
[조건식 7] 2.0 < F/# < 3.0
[조건식 8] R5 & R6 ＞ 1
[조건식 9] R5-R6 < 0
[조건식 10] 0.7 < (R3+R4)/(R3-R4) < 1.0
[조건식 11] 10.0 < ┃(R5+R6)/(R5-R6)┃< 15.0
여기서, F : 광학계의 초점거리
f1,f2,f3,f4,f5 : 제1,2,3,4,5렌즈의 초점거리
∑T : 제1렌즈의 물체측면부터 결상면까지의 거리
N1,N2,N3,N4,N5 : 제1,2,3,4,5렌즈의 굴절률
V1,V2,V3,V4,V5 : 제1,2,3,4,5렌즈의 아베수
F/# : F-Number
R3 : 제2렌즈의 첫번째면의 곡률반경
R4 : 제2렌즈의 두번째면의 곡률반경
R5 : 제3렌즈의 첫번째면의 곡률반경
R6 : 제3렌즈의 두번째면의 곡률반경
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.
Figure 112012087026088-pat00001
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 실시예
F 3.13 N1 1.53
F1 2.37 V1 56.5
F2 -3.34 N2 1.65
F3 23.84 V2 23.0
f4 2.13 N3 1.65
f5 -2.25 V3 23.0
∑T 4.00 N4 1.53
V4 56.5
N5 1.53
V5 56.5
표 1을 참조하면, N2 및 N3가 1.65이므로, 조건식 2에 부합되고, V2 및 V3가 23이므로, 조건식 4에 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) 재질
STOP* 1.50 0.50 1.53 Plastic
2* -6.92 0.10
3* -18.37 0.27 1.65 Plastic
4* 2.46 0.19
5* 2.94 0.29 1.65 Plastic
6* 3.49 0.26
7* -2.46 0.57 1.53 Plastic
8* -0.84 0.10
9* 2.88 0.47 1.53 Plastic
10 0.80 0.83
11 INFINITY 0.30 1.53 IR-filter
12 INFINITY 0.12
0.22
image INFINITY 0.00
0.00
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* -0.4602 -0.0192 0.0339 -0.4302 0.7779 1.0008
2* 44.8693 0.0075 -0.0545 -0.7402 0.9667 0.4718
3* 482.9808 0.0641 0.0479 -0.9548 1.1833 0.0668
4* -29.0347 0.1811 -0.0218 -0.3132 0.3122 0.0363
5* 0.0000 -0.2772 0.1203 0.0707 -0.0516 0.0112
6* 0.0000 -0.1140 -0.1400 0.2783 -0.3014 .2261
7* 1.4856 0.2275 -0.1719 0.0342 -0.0661 .0697
8* -0.7762 0.3883 -0.2344 0.1036 0.0475 0.0358
9* -102.0643 -0.0896 -0.0495 0.0616 -0.0178 .0015
10* -6.2540 -0.1147 0.0463 -0.0161 0.0031 0.0002
도 2a 및 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 2에서는 실험 결과를 보여주는 그래프가 양의 축과 음의 축에서 각각 X축에 근접할수록 코마수차 보정기능이 좋은 것으로 해석된다. 도 2의 측정예들은 거의 모든 필드에서 상들의 값이 X축에 인접하게 나타나므로, 모두 우수한 코마수차 보정 기능을 보여주는 것으로 해석된다.
그리고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 수차도를 도시한 그래프로서, 좌측에서부터 순서대로 종구면수차(longitudinal spherical aberration), 비점수차(astigmatic field curves), 왜곡수차(distortion)를 측정한 그래프이다.
도 3 및 도 4에서 Y축은 이미지의 크기를 의미하고, X축은 초점거리(mm 단위) 및 왜곡도(% 단위)를 의미한다. 도 3에서는 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.
먼저, 도 3은 Infinity 위치에서의 수차도로, 종구면수차의 범위는 -0.008㎜ ~ +0.012㎜이고, 비점수차의 범위는 -0.021㎜ ~ +0.016㎜이며, 왜곡수차의 범위는 0㎜ ~ +1.5㎜이고, 도 4는 10cm 위치에서의 수차도로, 종구면수차의 범위는 -0.006㎜ ~ +0.017㎜이고, 비점수차의 범위는 -0.022㎜ ~ +0.020㎜이며, 왜곡수차의 범위는 0㎜ ~ +1.4㎜이므로, 본 발명의 일실시예의 촬상 렌즈는 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차의 특성을 보정할 수 있고, 우수한 렌즈 특성을 갖음을 알 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따라 렌즈 위치에서 공간주파수에 대한 MTF(Modulation transfer function) 특성을 보인 그래프로, 밀리미터당 사이클의 공간주파수(cycle/mm)의 변화에 의존하는 MTF 특성을 측정하였다. 여기서, MTF 특성이란 원래의 피사체 표면에서 출발한 빛이 렌즈를 통과한 후 맺힌 상과의 차이를 계산한 비율치로서, MTF 값이 '1'인 경우가 가장 이상적이며, MTF 값이 감소할수록 해상도가 떨어진다.
도 5a와 같이 렌즈의 위치가 Infinity인 경우와 도 5b와 같이 렌즈의 위치가 10cm인 경우, 모두 MTF 값이 높게 나타나기 때문에 실시예에 따른 촬상 렌즈는 광학성능이 우수한 것을 알 수 있다.
아울러, 도 6a와 도 6b는 본 발명의 실시예에 따라 렌즈 위치에서 회절(Diffraction) MTF 특성을 보인 그래프로, 도 6a는 Infinity 렌즈 위치이고, 도 6b는 10cm 렌즈 위치의 그래프이며, 주파수가 227 c/mm으로 관통-초점(Through focus) MTF이다.
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 (20)

  1. 물체측으로부터 상측으로 순서대로,
    양(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈;
    음(-)의 굴절력을 갖는 제2렌즈;
    양(+)의 굴절력을 갖는 제3렌즈;
    양(+)의 굴절력을 갖는 제4렌즈; 및
    음(-)의 굴절력을 갖는 제5렌즈; 를 포함하며,
    상기 제3렌즈는 물체측에 볼록면을 가지는 메니스커스 형태를 포함하고,
    상기 제5렌즈는 물체측이 볼록면을 갖는 형태이며,
    상기 제2렌즈와 상기 제4렌즈의 물체측면 곡률반경을 각각 R3, R7이라고 할 때 R3< R7< 0의 조건식, 및
    상기 제2, 3렌즈의 아베수를 각각 V2, V3라 할 때 20 < V2 & V3 < 30의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  2. 물체측으로부터 상측으로 순서대로,
    양(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈;
    음(-)의 굴절력을 갖는 제2렌즈;
    양(+)의 굴절력을 갖는 제3렌즈;
    양(+)의 굴절력을 갖는 제4렌즈;
    음(-)의 굴절력을 갖는 제5렌즈를 포함하며,
    상기 제3렌즈는 물체측에 볼록면을 가지는 메니스커스 형태를 포함하고,
    상기 제5렌즈는 물체측이 볼록면을 갖는 형태이며,
    상기 제1렌즈의 상측면 곡률 반경을 R2, 상기 제2렌즈의 물체측면 곡률 반경을 R3 라고 할 때 R3< R2< 0의 조건식, 및
    상기 제2, 3렌즈의 아베수를 각각 V2, V3라 할 때 20 < V2 & V3 < 30의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1렌즈는,
    물체측으로 볼록한 형태인 촬상 렌즈.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제2렌즈는,
    오목렌즈 형태인 촬상 렌즈.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제4렌즈는,
    메니스커스 형태인 촬상 렌즈.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1, 2, 3, 4, 5렌즈는 한면 또는 양면이 모두 비구면을 갖는 촬상 렌즈.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1, 2, 3, 4, 5 렌즈의 한면 또는 양면 모두에 하나 또는 그 이상의 변곡점을 갖는 촬상 렌즈.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광학계의 초점거리를 f, 제1렌즈의 물체측면부터 결상면까지의 거리를 ∑T라 할 때,
    1.0 < ∑T/f < 1.5
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제2,3렌즈의 굴절률을 N2, N3이라 할 때,
    1.6 < N2 & N3 < 1.7
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1, 4, 5렌즈의 굴절률을 N1, N4, N5이라 할 때,
    1.5 < N1 & N4 & N5 < 1.6
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1,4, 5렌즈의 아베수를 V1, V4, V5이라 할 때,
    50 < V1 & V4 & V5 < 60
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1렌즈의 물체측면부터 결상면까지의 거리를 ∑T라 할 때,
    3.6 < ∑T < 4.6
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    F-Number를 F/#라 할 때,
    2.0 < F/# < 3.0
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3렌즈의 물체측면과 상측면의 곡률반경을 R5,R6이라 할 때,
    R5 & R6 ＞ 1
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제3렌즈의 물체측면과 상측면의 곡률반경을 각각 R5, R6이라 할 때,
    R5-R6 < 0
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제2렌즈의 물체측면과 상측면의 곡률반경을 각각 R3, R4라 할 때,
    0.7 < (R3+R4)/(R3-R4) < 1.0
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제3렌즈의 물체측면과 상측면의 곡률반경을 각각 R5, R6이라 할 때,
    10.0 < ┃(R5+R6)/(R5-R6)┃< 15.0
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1렌즈의 물체측면의 앞단에 조리개가 위치된 촬상 렌즈.
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