KR102004423B1 - 촬상 광학계 - Google Patents

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KR102004423B1
KR102004423B1 KR1020170183029A KR20170183029A KR102004423B1 KR 102004423 B1 KR102004423 B1 KR 102004423B1 KR 1020170183029 A KR1020170183029 A KR 1020170183029A KR 20170183029 A KR20170183029 A KR 20170183029A KR 102004423 B1 KR102004423 B1 KR 102004423B1
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Abstract

본 발명은 렌즈의 굴절력, 형태 등을 적절히 설계하여 소형 경량이면서 왜곡 수차가 보정 되도록 하여 광각 화상을 제공할 수 있는 촬상 광학계를 제공하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 촬상 광학계는, 광축을 따라 물체(OBJ) 측으로부터 촬상 소자의 물체(OBJ) 측으로 오목한 상면(IMG) 방향으로 음의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈, 양의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈, 음의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈, 양의 굴절력을 갖는 제 4 렌즈, 음의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈가 차례로 배열되고, ㅣF / (Ri - 0.5)ㅣ < ㅣF / Riㅣ < ㅣF / (Ri + 0.5)ㅣ의 조건(Ri는 촬상 소자 상면(IMG)의 곡률 반경, F는 광학계 전체의 초점거리)을 만족하는 것을 특징으로 한다.

Description

촬상 광학계{OPTICAL IMAGING SYSTEM}
본 발명은 촬상 광학계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디지털 촬영기기에서 사용되어 보다 넓은 범위로 피사체를 촬영할 수 있는 촬상 광학계에 관한 것이다.
최근 스마트폰이나 디지털 카메라 등 디지털 촬영기기의 사용이 대중화되었고, 제품 시장에서 제조업체 간의 경쟁이 치열해지고 있다.
특히 신제품 출시 기간이 짧아지고 있는 스마트폰의 경우, 카메라 기술이 스마트폰의 판매에 중대한 영향을 미치는 기능이 되고 있다. 이러한 시장의 요구에 따라 스마트폰 등 디지털 촬영기기에 탑재되는 CCD(Charged Coupled Device)형 이미지 센서나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)형 이미지 센서 등의 고체 촬상 소자를 사용한 촬상 소자의 고성능화 및 소형화가 이루어지고 있고, 더 밝고, 선명하며 넓은 화면을 담을 수 있는 카메라 모듈이 개발되고 있다.
그리고 고체 촬상 소자의 고성능화와 함께, 고체 촬상 소자의 수광면 상에 물체의 광학상을 형성하기 위한 촬상 광학계의 소형화 및 고성능화에 대한 필요성도 증가하고 있다. 특히, 최근에는 고체 촬상 소자에 있어서의 화소의 고세밀화가 이루어지고 있기 때문에, 촬상 광학계는 보다 높은 해상력이 요구되고 있다.
최근 3매 렌즈 구성 혹은 4매 렌즈 구성의 촬상 광학계에 비해서, 보다 고성능화가 가능한 점에서 5매 렌즈 이상의 광학계가 주목받고 있다. 그런데 종래의 촬상 광학계는 사용자가 요구하는 고사양의 광각 성능을 구현하기에 부족함이 있고, 광학 특성과 수차 특성을 만족하면서 스마트폰 등 슬림화된 디지털 촬영기기에 적용될 수 있는 콤팩트한 구조를 갖기가 어려운 실정이다.
공개특허공보 제 2017-0137022호 (2017.12.12.)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 렌즈의 굴절력, 형태 등을 적절히 설계하여 소형 경량이면서 왜곡 수차가 보정 되도록 하여 광각 화상을 제공할 수 있는 촬상 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 촬상 광학계는, 광축을 따라 물체(OBJ) 측으로부터 촬상 소자의 물체(OBJ) 측으로 오목한 상면(IMG) 방향으로 음의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈, 양의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈, 음의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈, 양의 굴절력을 갖는 제 4 렌즈, 음의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈가 차례로 배열되고, ㅣF / (Ri - 0.5)ㅣ < ㅣF / Riㅣ < ㅣF / (Ri + 0.5)ㅣ의 조건(Ri는 촬상 소자 상면(IMG)의 곡률 반경, F는 광학계 전체의 초점거리)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 촬상 광학계는, 2.0 < ㅣF1/Fㅣ < 3.0의 조건(F1은 제 1 렌즈의 초점거리, F는 광학계 전체의 초점거리)을 만족할 수 있다.
본 발명에 따른 촬상 광학계는, 0.5 < ㅣR1/R2ㅣ< 1.0의 조건(R1은 제 1 렌즈의 물체(OBJ) 측 렌즈 면의 곡률 반경, R2는 제 1 렌즈의 상면(IMG) 측 렌즈 면의 곡률 반경)을 만족할 수 있다.
본 발명에 따른 촬상 광학계는, 0 < 2y/Ri < 0.5의 조건(2y는 촬상 소자의 대각 전체 사이즈, Ri는 촬상 소자 상면(IMG)의 곡률 반경)을 만족할 수 있다.
본 발명에 따른 촬상 광학계는, -0.2 < SAG/F < 0의 조건(SAG는 촬상 소자의 상면(IMG) 최대 높이의 sag값, F는 광학계 전체의 초점거리)을 만족할 수 있다.
본 발명에 따른 촬상 광학계는, 상기 제 1 렌즈와 상기 제 2 렌즈의 사이에 배치되는 조리개;를 포함할 수 있다.
상기 제 1 렌즈와 상기 제 2 렌즈 사이의 이격 거리(D)가 상기 나머지 렌즈들 간의 이격 거리보다 큰 것이 바람직하다.
상기 제 1 렌즈의 물체(OBJ) 측 렌즈 면은 물체(OBJ) 측으로 오목한 비구면형으로 이루어지고, 상기 제 1 렌즈의 상면(IMG) 측 렌즈 면은 상면(IMG) 측으로 오목한 비구면형으로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 렌즈의 물체(OBJ) 측 렌즈 면은 물체(OBJ) 측으로 볼록한 비구면형으로 이루어지고, 상기 제 2 렌즈의 상면(IMG) 측 렌즈 면은 상면(IMG) 측으로 볼록한 비구면형으로 이루어질 수 있다.
상기 제 5 렌즈의 물체(OBJ) 측 렌즈 면과 상면(IMG) 측 렌즈 면 중 적어도 하나는 그 중앙부가 상기 상면(IMG) 측에 대하여 오목하고 가장자리로 가면서 볼록해질 수 있다.
본 발명에 따른 촬상 광학계는 물체(OBJ) 측으로부터 상면(IMG) 측으로 순서대로 배열되는 제 1 렌즈 내지 제 5 렌즈 각각이 적절한 형상과 굴절력을 갖도록 설계되어 적절히 배치되고, 촬상 소자의 굴절률과 광학계 전체의 초점거리가 적절히 설정됨으로써, 소형 경량이면서 수차가 보정되며, 고해상도의 밝은 화상을 제공 할 수 있고, 광각 화상을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 촬상 광학계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 나타낸 촬상 광학계의 수차도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촬상 광학계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 도 3에 나타낸 촬상 광학계의 수차도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 촬상 광학계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 도 5에 나타낸 촬상 광학계의 수차도를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 따른 촬상 광학계를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 촬상 광학계를 개략적으로 나타낸 것이고, 도 2는 도 1에 나타낸 촬상 광학계의 수차도를 나타낸 것이다.
이하의 설명에서, 상면(image plane)은 상이 맺히는 면을 나타내는 것으로, 상면(IMG) 측은 이미지 센서 같은 촬상 소자 등이 위치하는 방향을 나타낼 수 있다. 촬상 광학계를 기준으로 물체(OBJ) 측과 상면(IMG) 측은 서로 반대 방향을 의미할 수 있다. 또한 렌즈의 두 양면 중 물체(OBJ) 측에 있는 렌즈 면을 입사면으로, 상면(IMG) 측에 있는 렌즈 면을 출사면으로 정의한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 촬상 광학계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 촬상 광학계(100)는 물체(OBJ) 측으로부터 상면(IMG) 측으로 순서대로 배열되는 제 1 내지 제 5 렌즈(110, 120, 130, 140, 150)를 포함한다.
상면(IMG)은 촬상 소자 상의 상이 맺히는 면으로, 본 실시예에서 상면(IMG)은 곡면형으로 이루어진다. 즉, 촬상 소자의 상면(IMG)은 물체(OBJ) 측으로 오목한 형상을 갖는다. 또한 상면(IMG)은 광축(OA)을 기준으로 회전 대칭형의 구면 형상 또는 비구면 형상으로 이루어질 수 있다.
제 1 내지 제 5 렌즈(110, 120, 130, 140, 150)는 각각 입사면과 출사면을 갖는다. 물체(OBJ) 측으로부터 제 1 렌즈(110)의 입사면으로 입사되는 빛이 제 2 렌즈(120) 내지 제 5 렌즈(150)를 차례로 통과하여 상면(IMG)으로 입사된다. 제 1 렌즈(110)와 제 2 렌즈 사이(120)의 이격 거리(D)는 나머지 렌즈들 간의 이격 거리보다 크다.
제 1 렌즈(110)와 제 2 렌즈(120)의 사이에는 조리개(ST)가 배치되고, 제 5 렌즈(150)와 상면(IMG) 사이에는 적어도 하나의 광학 필터(OF)가 배치된다. 광학 필터(OF)로는 저역 통과 필터(Low pass Filter), 적외선 차단 필터(IR-Cut Filter), 커버 글라스 등이 사용될 수 있다. 도면에는 조리개(ST)가 제 1 렌즈(110)와 제 2 렌즈(120) 중간에 배치되는 것으로 나타냈으나, 조리개(ST)는 제 2 렌즈(120)의 제 2 렌즈 입사면(121)과 동일한 면에 배치될 수 있다.
제 1 렌즈(110)는 음의 굴절력을 갖는다. 제 1 렌즈(110)는 그 렌즈 면의 중심부(광축(OA)으로부터 소정 반경 내)가 물체(OBJ) 측을 향해 오목한 제 1 렌즈 입사면(111)과, 상면(IMG) 측을 향해 오목한 제 1 렌즈 출사면(112)을 포함한다. 여기에서, 제 1 렌즈 입사면(111)은 제 1 렌즈(110)의 물체(OBJ) 측 렌즈 면을 나타내고, 제 1 렌즈 출사면(112)은 상면(IMG) 측 렌즈 면을 나타낸다. 제 1 렌즈 입사면(111)과 제 1 렌즈 출사면(112)는 모두 비구면형으로 이루어질 수 있다.
제 2 렌즈(120)는 양의 굴절력을 갖는다. 제 2 렌즈(120)는 렌즈 면의 중심부가 물체(OBJ) 측을 향해 볼록한 제 2 렌즈 입사면(121)과, 상면(IMG) 측을 향해 볼록한 제 2 렌즈 출사면(122)을 포함한다. 여기에서, 제 2 렌즈 입사면(121)은 제 2 렌즈(120)의 물체(OBJ) 측 렌즈 면을 나타내고, 제 2 렌즈 출사면(122)은 상면(IMG) 측 렌즈 면을 나타낸다. 제 2 렌즈(120)는 제 2 렌즈 입사면(121)과 제 2 렌즈 출사면(122)이 모두 비구면형으로 이루어진 대략적으로 양볼록 형상을 가질 수 있다.
제 3 렌즈(130)는 음의 굴절력을 갖는다. 제 3 렌즈(130)는 렌즈 면의 중심부가 물체(OBJ) 측을 향해 볼록한 제 3 렌즈 입사면(131)과, 상면(IMG) 측을 향해 오목한 제 3 렌즈 출사면(132)을 포함한다. 여기에서, 제 3 렌즈 입사면(131)은 제 3 렌즈(130)의 물체(OBJ) 측 렌즈 면을 나타내고, 제 3 렌즈 출사면(132)은 상면(IMG) 측 렌즈 면을 나타낸다. 제 3 렌즈(130)의 제 3 렌즈 입사면(131)과 제 3 렌즈 출사면(132)은 모두 비구면형으로 이루어질 수 있다.
제 4 렌즈(140)는 양의 굴절력을 갖는다. 제 4 렌즈(140)는 물체(OBJ) 측을 향해 오목한 제 4 렌즈 입사면(141)과, 상면(IMG) 측을 향해 볼록한 제 4 렌즈 출사면(142)을 포함한다. 여기에서, 제 4 렌즈 입사면(141)은 제 4 렌즈(140)의 물체(OBJ) 측 렌즈 면을 나타내고, 제 4 렌즈 출사면(142)은 상면(IMG) 측 렌즈 면을 나타낸다. 제 4 렌즈(140)는 제 4 렌즈 입사면(141)과 제 4 렌즈 출사면(142)이 모두 비구면형으로 이루어질 수 있다.
제 5 렌즈(150)는 음의 굴절력을 갖는다. 제 5 렌즈(150)는 제 5 렌즈 입사면(151)과 제 5 렌즈 출사면(152)중 적어도 하나가 적어도 하나의 변곡점(inflection point)을 가질 수 있다. 여기에서, 제 5 렌즈 입사면(151)은 제 5 렌즈(150)의 물체(OBJ) 측 렌즈 면을 나타내고, 제 5 렌즈 출사면(152)은 상면(IMG) 측 렌즈 면을 나타낸다. 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. 제 5 렌즈(150)의 제 5 렌즈 입사면(151)은 광축(OA) 근처에서 물체(OBJ) 측을 향해 볼록한 형상을 가지고, 광축(OA)으로부터 주변부로 갈수록 오목한 형상을 가질 수 있다. 제 5 렌즈(150)의 제 5 렌즈 출사면(152)은 광축(OA) 근처에서 상면(IMG)을 향해 오목한 형상을 가지고, 광축(OA)으로부터 주변부로 갈수록 볼록한 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 촬상 광학계(100)는 다음과 같은 설계 조건을 갖는다.
조건식(1) ㅣF / (Ri - 0.5)ㅣ < ㅣF / Riㅣ < ㅣF / (Ri + 0.5)ㅣ
여기에서, Ri는 촬상 소자 상면(IMG)의 곡률 반경, F는 광학계 전체의 초점거리를 나타낸다.
조건식(2) 2.0 < ㅣF1/Fㅣ < 3.0
여기에서, F1은 제 1 렌즈(110)의 초점거리, F는 광학계 전체의 초점거리를 나타낸다.
조건식(3) 0.5 < ㅣR1/R2ㅣ< 1.0
여기에서, R1은 제 1 렌즈(110)의 물체(OBJ) 측 렌즈 면의 곡률 반경, R2는 제 1 렌즈(110)의 상면(IMG) 측 렌즈 면의 곡률 반경을 나타낸다.
조건식(4) 0 < 2y/Ri < 0.5
여기에서, 2y는 촬상 소자의 대각 전체 사이즈, Ri는 촬상 소자 상면(IMG)의 곡률 반경을 나타낸다.
조건식(5) -0.2 < SAG/F < 0
여기에서, SAG는 촬상 소자의 상면(IMG) 최대 높이의 sag값, F는 광학계 전체의 초점거리를 나타낸다.
본 발명의 일실시예에 따른 촬상 광학계(100)는 상술한 것과 같은 설계 조건에 따라 물체(OBJ) 측으로부터 상면(IMG) 측으로 순서대로 배열되는 제 1 렌즈(110) 내지 제 5 렌즈(150) 각각이 적절한 형상과 굴절력을 갖도록 설계되어 적절히 배치되고, 촬상 소자의 굴절률과 광학계 전체의 초점거리가 적절히 설정됨으로써, 소형 경량이면서 수차가 보정되며, 고해상도의 밝은 화상을 제공 할 수 있고, 광각 화상을 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 촬상 광학계(100)에 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. 여기에서, Z는 렌즈의 정점부터 광축 방향으로의 거리이고, R은 광축에 수직 방향으로의 거리이며, C는 렌즈의 정점에 있어서의 곡률 반경의 역수이며, a1은 Conic 상수이며, a4, a6, a8, a10, a12, a14, a16... 는 각각 비구면 계수이다.
Figure 112017130710239-pat00001
Figure 112017130710239-pat00002
본 발명의 일실시예에 따른 촬상 광학계(100)는 다음과 같은 제 1 수치 실시예를 통해 구현될 수 있다.
아래의 제 1 수치 실시예에서 렌즈 면은 도 1에 나타낸 렌즈 면의 부호를 나타낸다. 그리고 OBJ는 물체를, ST는 조리개를, IMG는 상면을 나타낸다. 또한 nd는 굴절률을, vd는 아베수를 나타낸다. 아래의 표1은 제 1 수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다.
f(광학계 전체의 초점 거리) = 1.519mm
TL(광학적 전장) = 3.890mm
2y(광학계 이미지 사이즈(Sensor 대각 사이즈)) = 3.600mm
F1/F = -2.499
R1/R2 = -0.633
FOV = 102
<표1>
Figure 112017130710239-pat00003
아래의 표2는 제 1 수치 실시예의 비구면 계수를 나타낸다.
<표2>
Figure 112017130710239-pat00004
도 2는 제 1 수치 실시예에 따른 촬상 광학계의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curves), 왜곡 수차(distortion)를 나타낸 것이다. 상면만곡으로는 자오상면 만곡(T:tangential field curvature)과 구결상면 만곡(S: sagittal field curvature)을 보여준다.
한편, 도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 촬상 광학계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 촬상 광학계(200)는 물체(OBJ) 측으로부터 촬상 소자의 물체(OBJ) 측으로 오목한 상면(IMG) 방향으로 순서대로 배열되는 제 1 내지 제 5 렌즈(210, 220, 230, 240, 250)를 포함한다. 각각의 렌즈(210, 220, 230, 240, 250)는 입사면과 출사면을 갖는다. 물체(OBJ) 측으로부터 제 1 렌즈(210)의 입사면으로 입사되는 빛이 제 2 렌즈(220) 내지 제 5 렌즈(250)를 차례로 통과하여 상면(IMG)으로 입사된다. 제 1 렌즈(210)와 제 2 렌즈 사이(220)의 이격 거리(D)는 나머지 렌즈들 간의 이격 거리보다 크다.
제 1 렌즈(210)와 제 2 렌즈(220)의 사이에는 조리개(ST)가 배치되고, 제 5 렌즈(250)와 상면(IMG) 사이에는 적어도 하나의 광학 필터(OF)가 배치된다. 이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 촬상 광학계(200)는 앞서 설명한 촬상 광학계(100)와 비교하여, 렌즈의 두께나 구체적인 형상, 렌즈 간의 간격 등이 다소 변형된 것이다. 도면에는 조리개(ST)가 제 1 렌즈(210)와 제 2 렌즈(220) 중간에 배치되는 것으로 나타냈으나, 조리개(ST)는 제 2 렌즈(220)의 제 2 렌즈 입사면(221)과 동일한 면에 배치될 수 있다.
제 1 렌즈(210)는 음의 굴절력을 갖는다. 제 1 렌즈(210)는 물체(OBJ) 측을 향해 오목한 제 1 렌즈 입사면(211)과, 상면(IMG) 측을 향해 오목한 제 1 렌즈 출사면(212)을 포함한다. 제 1 렌즈 입사면(211)과 제 1 렌즈 출사면(212)는 모두 비구면형으로 이루어진다.
제 2 렌즈(220)는 양의 굴절력을 갖는다. 제 2 렌즈(220)는 물체(OBJ) 측을 향해 볼록한 제 2 렌즈 입사면(221)과, 상면(IMG) 측을 향해 볼록한 제 2 렌즈 출사면(222)을 포함한다. 제 2 렌즈(220)는 제 2 렌즈 입사면(221)과 제 2 렌즈 출사면(222)이 모두 비구면형으로 이루어진 대략적으로 양볼록 형상을 갖는다.
제 3 렌즈(230)는 음의 굴절력을 갖는다. 제 3 렌즈(230)는 물체(OBJ) 측을 향해 볼록한 제 3 렌즈 입사면(231)과, 상면(IMG) 측을 향해 오목한 제 3 렌즈 출사면(232)을 포함한다. 제 3 렌즈(230)의 제 3 렌즈 입사면(231)과 제 3 렌즈 출사면(232)은 모두 비구면형으로 이루어진다.
제 4 렌즈(240)는 양의 굴절력을 갖는다. 제 4 렌즈(240)는 물체(OBJ) 측을 향해 오목한 제 4 렌즈 입사면(241)과, 상면(IMG) 측을 향해 볼록한 제 4 렌즈 출사면(242)을 포함한다. 제 4 렌즈(240)는 제 4 렌즈 입사면(241)과 제 4 렌즈 출사면(242)이 모두 비구면형으로 이루어진다.
제 5 렌즈(250)는 음의 굴절력을 갖는다. 제 5 렌즈(250)는 제 5 렌즈 입사면(251)과 제 5 렌즈 출사면(252)중 적어도 하나가 적어도 하나의 변곡점(inflection point)을 가질 수 있다. 제 5 렌즈(250)는 렌즈 면의 중심부에서 물체(OBJ) 측을 향해 볼록한 형상을 가질 수 있다. 제 5 렌즈(250)의 제 5 렌즈 입사면(251)은 광축(OA) 근처에서 물체측(OBJ)을 향해 볼록한 형상을 가지고, 광축(OA)으로부터 주변부로 갈수록 오목한 형상을 가질 수 있다. 제 5 렌즈(250)의 제 5 렌즈 출사면(252)은 광축(OA) 근처에서 상면(IMG)을 향해 오목한 형상을 가지고, 광축(OA)으로부터 주변부로 갈수록 볼록한 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 촬상 광학계(200)도 앞서 설명한 촬상 광학계(100)와 마찬가지로 다음과 같은 설계 조건을 갖는다.
조건식(1) ㅣF / (Ri - 0.5)ㅣ < ㅣF / Riㅣ < ㅣF / (Ri + 0.5)ㅣ
여기에서, Ri는 촬상 소자 상면(IMG)의 곡률 반경, F는 광학계 전체의 초점거리를 나타낸다.
조건식(2) 2.0 < ㅣF1/Fㅣ < 3.0
여기에서, F1은 제 1 렌즈(210)의 초점거리, F는 광학계 전체의 초점거리를 나타낸다.
조건식(3) 0.5 < ㅣR1/R2ㅣ< 1.0
여기에서, R1은 제 1 렌즈(210)의 물체(OBJ) 측 렌즈 면의 곡률 반경, R2는 제 1 렌즈(210)의 상면(IMG) 측 렌즈 면의 곡률 반경을 나타낸다.
조건식(4) 0 < 2y/Ri < 0.5
여기에서, 2y는 촬상 소자의 대각 전체 사이즈, Ri는 촬상 소자 상면(IMG)의 곡률 반경을 나타낸다.
조건식(5) -0.2 < SAG/F < 0
여기에서, SAG는 촬상 소자의 상면(IMG) 최대 높이의 sag값, F는 광학계 전체의 초점거리를 나타낸다.
이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 촬상 광학계(200)도 상술한 것과 같은 설계 조건을 만족함으로써, 소형 경량이면서 수차가 보정되며, 고해상도의 밝은 화상을 제공 할 수 있고, 광각 화상을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 촬상 광학계(200)는 다음과 같은 제 2 수치 실시예로 구체화될 수 있다.
f(광학계 전체의 초점 거리) = 1.668mm
TL(광학적 전장) = 3.890mm
2y(광학계 이미지 사이즈(Sensor 대각 사이즈)) = 3.600mm
F1/F = -2.426
R1/R2 = -0.728
FOV = 100
<표3>
Figure 112017130710239-pat00005
아래의 표4는 제 2 수치 실시예의 비구면 계수를 나타낸다.
<표4>
Figure 112017130710239-pat00006
도 4는 제 2 수치 실시예에 따른 촬상 광학계의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curves), 왜곡 수차(distortion)를 나타낸 것이다.
한편, 도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 촬상 광학계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 촬상 광학계(300)는 물체(OBJ) 측으로부터 촬상 소자의 물체(OBJ) 측으로 오목한 상면(IMG) 방향으로 순서대로 배열되는 제 1 내지 제 5 렌즈(310, 320, 330, 340, 350)를 포함한다. 각각의 렌즈(310, 320, 330, 340, 350)는 입사면과 출사면을 갖는다. 물체(OBJ) 측으로부터 제 1 렌즈(310)의 입사면으로 입사되는 빛이 제 2 렌즈(320) 내지 제 5 렌즈(350)를 차례로 통과하여 곡면형의 상면(IMG)으로 입사된다. 제 1 렌즈(310)와 제 2 렌즈 사이(320)의 이격 거리(D)는 나머지 렌즈들 간의 이격 거리보다 크다.
제 1 렌즈(310)와 제 2 렌즈(320)의 사이에는 조리개(ST)가 배치되고, 제 5 렌즈(350)와 상면(IMG) 사이에는 적어도 하나의 광학 필터(OF)가 배치된다. 이러한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 촬상 광학계(300)는 앞서 설명한 촬상 광학계(100)와 비교하여, 렌즈의 두께나 구체적인 형상, 렌즈 간의 간격 등이 다소 변형된 것이다. 도면에는 조리개(ST)가 제 1 렌즈(310)와 제 2 렌즈(320) 중간에 배치되는 것으로 나타냈으나, 조리개(ST)는 제 2 렌즈(320)의 제 2 렌즈 입사면(321)과 동일한 면에 배치될 수 있다.
제 1 렌즈(310)는 음의 굴절력을 갖는다. 제 1 렌즈(310)는 물체(OBJ) 측을 향해 오목한 제 1 렌즈 입사면(311)과, 상면(IMG) 측을 향해 오목한 제 1 렌즈 출사면(312)을 포함한다. 제 1 렌즈 입사면(311)과 제 1 렌즈 출사면(312)는 모두 비구면형으로 이루어진다.
제 2 렌즈(320)는 양의 굴절력을 갖는다. 제 2 렌즈(320)는 물체(OBJ) 측을 향해 볼록한 제 2 렌즈 입사면(321)과, 상면(IMG) 측을 향해 볼록한 제 2 렌즈 출사면(322)을 포함한다. 제 2 렌즈(320)는 제 2 렌즈 입사면(321)과 제 2 렌즈 출사면(322)이 모두 비구면형으로 이루어진 대략적으로 양볼록 형상을 갖는다.
제 3 렌즈(330)는 음의 굴절력을 갖는다. 제 3 렌즈(330)는 물체(OBJ) 측을 향해 볼록한 제 3 렌즈 입사면(331)과, 상면(IMG) 측을 향해 오목한 제 3 렌즈 출사면(332)을 포함한다. 제 3 렌즈(330)의 제 3 렌즈 입사면(331)과 제 3 렌즈 출사면(332)은 모두 비구면형으로 이루어진다.
제 4 렌즈(340)는 양의 굴절력을 갖는다. 제 4 렌즈(340)는 물체(OBJ) 측을 향해 오목한 제 4 렌즈 입사면(341)과, 상면(IMG) 측을 향해 볼록한 제 4 렌즈 출사면(342)을 포함한다. 제 4 렌즈(340)는 제 4 렌즈 입사면(341)과 제 4 렌즈 출사면(342)이 모두 비구면형으로 이루어진다.
제 5 렌즈(350)는 음의 굴절력을 갖는다. 제 5 렌즈(350)는 제 5 렌즈 입사면(351)과 제 5 렌즈 출사면(352)중 적어도 하나가 적어도 하나의 변곡점(inflection point)을 가질 수 있다. 제 5 렌즈(350)의 제 5 렌즈 입사면(351)은 광축(OA) 근처에서 물체측(OBJ)을 향해 볼록한 형상을 가지고, 광축(OA)으로부터 주변부로 갈수록 오목한 형상을 가질 수 있다. 제 5 렌즈(350)의 제 5 렌즈 출사면(352)은 광축(OA) 근처에서 상면(IMG)을 향해 오목한 형상을 가지고, 광축(OA)으로부터 주변부로 갈수록 볼록한 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 촬상 광학계(300)도 앞서 설명한 촬상 광학계(100)와 마찬가지로 다음과 같은 설계 조건을 갖는다.
조건식(1) ㅣF / (Ri - 0.5)ㅣ < ㅣF / Riㅣ < ㅣF / (Ri + 0.5)ㅣ
여기에서, Ri는 촬상 소자 상면(IMG)의 곡률 반경, F는 광학계 전체의 초점거리를 나타낸다.
조건식(2) 2.0 < ㅣF1/Fㅣ < 3.0
여기에서, F1은 제 1 렌즈(310)의 초점거리, F는 광학계 전체의 초점거리를 나타낸다.
조건식(3) 0.5 < ㅣR1/R2ㅣ< 1.0
여기에서, R1은 제 1 렌즈(310)의 물체(OBJ) 측 렌즈 면의 곡률 반경, R2는 제 1 렌즈(310)의 상면(IMG) 측 렌즈 면의 곡률 반경을 나타낸다.
조건식(4) 0 < 2y/Ri < 0.5
여기에서, 2y는 촬상 소자의 대각 전체 사이즈, Ri는 촬상 소자 상면(IMG)의 곡률 반경을 나타낸다.
조건식(5) -0.2 < SAG/F < 0
여기에서, SAG는 촬상 소자의 상면(IMG) 최대 높이의 sag값, F는 광학계 전체의 초점거리를 나타낸다.
이러한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 촬상 광학계(300)도 상술한 것과 같은 설계 조건을 만족함으로써, 소형 경량이면서 수차가 보정되며, 고해상도의 밝은 화상을 제공 할 수 있고, 광각 화상을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 촬상 광학계(300)는 다음과 같은 제 3 수치 실시예를 통해 구체화될 수 있다.
f(광학계 전체의 초점 거리) = 1.623mm
TL(광학적 전장) = 3.890mm
2y(광학계 이미지 사이즈(Sensor 대각 사이즈)) = 3.600mm
F1/F = -2.421
R1/R2 = -0.651
FOV = 102
<표5>
Figure 112017130710239-pat00007
아래의 표6은 제 3 수치 실시예의 비구면 계수를 나타낸다.
<표6>
Figure 112017130710239-pat00008
도 6은 제 3 수치 실시예에 따른 촬상 광학계의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curves), 왜곡 수차(distortion)를 나타낸 것이다.
상술한 것과 같이, 본 발명에 따른 촬상 광학계는 소형의 디지털 카메라, 스마트폰용 카메라, 감시카메라, PC 카메라, 자동차용 카메라 등의 다양한 촬상 장치에 적용됨으로써 광각으로, 고성능으로 촬영이 가능한 촬상 장치를 구현할 수 있다.
이상 본 발명에 대해 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명되고 도시되는 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도면에는 조리개(ST)가 제 1 렌즈와 제 2 렌즈의 사이에 배치되는 것으로 나타냈으나, 조리개(ST)의 위치는 다양하게 변경될 수 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
100, 200, 300 : 촬상 광학계 110, 210, 310 : 제 1 렌즈
111, 211, 311 : 제 1 렌즈 입사면 112, 212, 312 : 제 1 렌즈 출사면
120, 220, 320 : 제 2 렌즈 121, 221, 321 : 제 2 렌즈 입사면
122, 222, 322 : 제 2 렌즈 출사면 130, 230, 330 : 제 3 렌즈
131, 231, 331 : 제 3 렌즈 입사면 132, 232, 332 : 제 3 렌즈 출사면
140, 240, 340 : 제 4 렌즈 141, 241, 341 : 제 4 렌즈 입사면
142, 242, 342 : 제 4 렌즈 출사면 150, 250, 350 : 제 5 렌즈
151, 251, 351 : 제 5 렌즈 입사면 152, 252, 352 : 제 5 렌즈 출사면

Claims (10)

  1. 광축을 따라 물체(OBJ) 측으로부터 촬상 소자의 물체(OBJ) 측으로 오목한 상면(IMG) 방향으로 음의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈, 양의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈, 음의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈, 양의 굴절력을 갖는 제 4 렌즈, 음의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈가 차례로 배열되고,
    ㅣF / (Ri - 0.5)ㅣ < ㅣF / Riㅣ < ㅣF / (Ri + 0.5)ㅣ의 조건(Ri는 촬상 소자 상면(IMG)의 곡률 반경, F는 광학계 전체의 초점거리)을 만족하며,
    2.0 < ㅣF1/Fㅣ < 3.0의 조건(F1은 제 1 렌즈의 초점거리, F는 광학계 전체의 초점거리)을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    0.5 < ㅣR1/R2ㅣ< 1.0의 조건(R1은 제 1 렌즈의 물체(OBJ) 측 렌즈 면의 곡률 반경, R2는 제 1 렌즈의 상면(IMG) 측 렌즈 면의 곡률 반경)을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
  4. 제 3 항에 있어서,
    0 < 2y/Ri < 0.5의 조건(2y는 촬상 소자의 대각 전체 사이즈, Ri는 촬상 소자 상면(IMG)의 곡률 반경)을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
  5. 제 4 항에 있어서,
    -0.2 < SAG/F < 0의 조건(SAG는 촬상 소자의 상면(IMG) 최대 높이의 sag값, F는 광학계 전체의 초점거리)을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈와 상기 제 2 렌즈의 사이에 배치되는 조리개;를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈와 상기 제 2 렌즈 사이의 이격 거리(D)가 상기 나머지 렌즈들 간의 이격 거리보다 큰 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
  8. 광축을 따라 물체(OBJ) 측으로부터 촬상 소자의 물체(OBJ) 측으로 오목한 상면(IMG) 방향으로 음의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈, 양의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈, 음의 굴절력을 갖는 제 3 렌즈, 양의 굴절력을 갖는 제 4 렌즈, 음의 굴절력을 갖는 제 5 렌즈가 차례로 배열되고,
    ㅣF / (Ri - 0.5)ㅣ < ㅣF / Riㅣ < ㅣF / (Ri + 0.5)ㅣ의 조건(Ri는 촬상 소자 상면(IMG)의 곡률 반경, F는 광학계 전체의 초점거리)을 만족하며,
    상기 제 1 렌즈의 물체(OBJ) 측 렌즈 면은 물체(OBJ) 측으로 오목한 비구면형으로 이루어지고, 상기 제 1 렌즈의 상면(IMG) 측 렌즈 면은 상면(IMG) 측으로 오목한 비구면형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈의 물체(OBJ) 측 렌즈 면은 물체(OBJ) 측으로 볼록한 비구면형으로 이루어지고, 상기 제 2 렌즈의 상면(IMG) 측 렌즈 면은 상면(IMG) 측으로 볼록한 비구면형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 5 렌즈의 물체(OBJ) 측 렌즈 면과 상면(IMG) 측 렌즈 면 중 적어도 하나는 그 중앙부가 상기 상면(IMG) 측에 대하여 오목하고 가장자리로 가면서 볼록해지는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
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