KR102363470B1 - 렌즈 광학계 - Google Patents

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KR102363470B1
KR102363470B1 KR1020200034014A KR20200034014A KR102363470B1 KR 102363470 B1 KR102363470 B1 KR 102363470B1 KR 1020200034014 A KR1020200034014 A KR 1020200034014A KR 20200034014 A KR20200034014 A KR 20200034014A KR 102363470 B1 KR102363470 B1 KR 102363470B1
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조재훈
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(주)파트론
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Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 렌즈 광학계는, 물체와 상기 물체의 상이 맺히는 센서 사이에서 상기 물체 측으로부터 상기 센서 측으로 순차적으로 배열된 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제3 렌즈를 포함하는 렌즈 광학계로서, 상기 제1 렌즈는 부의 굴절력을 가지고, 상기 제1 렌즈의 물체 측 면 및 센서 측 면은 모두 근축에서 오목하고, 상기 제2 렌즈는 정의 굴절력을 가지고, 상기 제2 렌즈의 물체 측 면은 근축에서 볼록하고, 상기 제3 렌즈는 정의 굴절력을 가지고, 상기 제3 렌즈의 물체 측 면은 근축에서 볼록하고, 상기 제3 렌즈의 센서 측 면은 비구면이고, 상기 제2 렌즈 및 상기 제3 렌즈 사이에 위치하는 조리개를 더 포함하고, f2은 상기 제2 렌즈의 초점거리이고, f3은 상기 제3 렌즈의 초점거리일 때, 아래의 조건식을 만족하는 렌즈 광학계이다.
<조건식>
2.0 < f2/f3 < 4.1

Description

렌즈 광학계{Lens optical system}
본 발명은 렌즈 광학계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3매의 렌즈를 포함하는 렌즈 광학계에 관한 것이다.
촬상용 카메라 모듈은 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 렌즈 광학계와 렌즈 광학계를 통과한 광을 수광하여 전기 신호로 변환하는 이미지 센서를 포함한다. 이미지 센서로는 통상적으로 전하 결합 소자(charge coupled device)(CCD) 또는 씨모스 이미지센서(Complementary metal oxide semiconductor image sensor)(CMOS 이미지센서)와 같은 고체 촬상 소자가 널리 사용되고 있다.
최근의 카메라모듈은 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 랩-탑 컴퓨터 등 전자 장치에 널리 채용되고 있다. 이러한 카메라모듈은 통상의 사진이나 동영상의 촬영의 목적뿐만 아니라 각종 광학 센서의 용도로도 사용되고 있다. 구체적으로, 최근의 카메라모듈 중 일부는 안면 인식 센서 또는 지문 인식 센서 등으로 사용되는 경우도 있다.
특히, 카메라모듈이 지문 인식 센서로 사용되는 경우, 초점거리가 상대적으로 짧으면서 광축 방향의 길이가 짧은 형태가 요구된다. 이러한 요구 사항은 탑재되는 전자 장치가 박형화 및 슬림화되면서 더욱 강화되고 있다.
따라서 이러한 카메라모듈이 탑재될 수 있는 소형이면서, 향상된 광학적 성능을 가지는 렌즈 광학계의 개발이 요구되고 있다.
미국등록특허 제8,724,239호
본 발명이 해결하려는 과제는, 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소형이고 근접 촬영에 적합한 고성능의 렌즈 광학계를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 렌즈 광학계의 렌즈들을 플라스틱 재질로 형성하고, 특히 단가가 낮은 재질을 보다 많이 사용하여 경제성이 우수한 렌즈 광학계를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 렌즈 광학계는, 물체와 상기 물체의 상이 맺히는 센서 사이에서 상기 물체 측으로부터 상기 센서 측으로 순차적으로 배열된 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제3 렌즈를 포함하는 렌즈 광학계로서, 상기 제1 렌즈는 부의 굴절력을 가지고, 상기 제1 렌즈의 물체 측 면 및 센서 측 면은 모두 근축에서 오목하고, 상기 제2 렌즈는 정의 굴절력을 가지고, 상기 제2 렌즈의 물체 측 면은 근축에서 볼록하고, 상기 제3 렌즈는 정의 굴절력을 가지고, 상기 제3 렌즈의 물체 측 면은 근축에서 볼록하고, 상기 제3 렌즈의 센서 측 면은 비구면이고, 상기 제2 렌즈 및 상기 제3 렌즈 사이에 위치하는 조리개를 더 포함하고, f2은 상기 제2 렌즈의 초점거리이고, f3은 상기 제3 렌즈의 초점거리일 때, 아래의 조건식을 만족하는 렌즈 광학계이다.
<조건식>
2.0 < f2/f3 < 4.1
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 광학계는, AP는 상기 제1 렌즈의 물체 측 면에서 상기 조리개의 물체 측 면까지의 거리이고, f는 상기 렌즈 광학계의 초점거리일 때, 아래의 조건을 더 만족하는 렌즈 광학계일 수 있다.
<조건식>
3.1 < AP/f < 4.1
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 광학계는, N1은 상기 제1 렌즈의 굴절률(refractive index)이고, N3는 상기 제3 렌즈의 굴절률이고, V1은 상기 제1 렌즈의 아베수(Abbe number)이고, V3은 상기 제3 렌즈의 아베수일 때, 아래의 조건식들을 더 만족하는 렌즈 광학계일 수 있다.
<조건식>
1.5 < (N1+N3)/2 < 1.6
45 < (V1+V3)/2 < 55
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 광학계는, N2는 상기 제2 렌즈의 굴절률이고, V2는 상기 제2 렌즈의 아베수일 때, 아래의 조건식을 더 만족하는 렌즈 광학계일 수 있다.
<조건식>
1.6 < N2 < 1.7
15 < V2 < 25
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 광학계는, R22는 상기 제2 렌즈의 센서 측 면의 곡률반경일 때, 아래의 조건식을 더 만족하는 렌즈 광학계일 수 있다.
<조건식>
10 < |R22|/f2 < 40
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 광학계는, TTL은 상기 제1 렌즈의 물체 측 면에서 상기 센서까지의 광축 상의 거리이고, f는 상기 렌즈 광학계의 초점거리일 때, 아래의 조건식을 더 만족하는 렌즈 광학계일 수 있다.
<조건식>
6.5< TTL/f <8
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 광학계는, HFOV는 상기 렌즈 광학계의 수평 방향의 화각(Horizontal Filed Of View)이고, f는 상기 렌즈 광학계의 초점거리일 때, 아래의 조건식을 더 만족하는 렌즈 광학계일 수 있다.
<조건식>
-6.0 < tan(HFOV)/f < -5.5
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 광학계는, 상기 제3 렌즈의 센서 측 면은 근축에서 볼록한 렌즈 광학계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 광학계는, 상기 렌즈 광학계는 초점거리가 0.4mm 이하인 렌즈 광학계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 광학계는, 상기 제3 렌즈와 상기 센서 사이에 위치하고, 적외선 대역의 광을 선택적으로 투과시키는 적외선 필터를 더 포함하는 렌즈 광학계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 광학계는, 상기 제1 렌즈보다 물체 측에 가깝게 위치하는 커버글래스를 더 포함하는 렌즈 광학계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 광학계는, 상기 커버글래스는 양면이 평면으로 형성되는 렌즈 광학계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 광학계는 소형이고 근접 촬영에 적합한 고성능이라는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 광학계는 렌즈들이 플라스틱 재질로 형성되고, 특히 단가가 낮은 재질을 보다 많이 사용하여 경제성이 우수하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 실시예의 렌즈 광학계의 렌즈 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 실시예의 렌즈 광학계의 렌즈 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어서, 해당 분야에 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명을 부가하는 것이 본 발명의 요지를 불분명하게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명에서 이를 일부 생략하도록 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예들을 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 해당 분야의 관련된 사람 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 렌즈 광학계에 대해서 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 광학계의 렌즈 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 렌즈 광학계는, 피사체에 해당하는 물체와 물체의 상이 맺히는 센서(IS) 사이에 제1 렌즈(L1), 제2 렌즈(L2) 및 제3 렌즈(L3)가 위치한다. 제1 내지 제3 렌즈 (L1, L2, L3)는 물체 측에서 센서(IS)측으로 순차적으로 배열되어 있다.
각각의 렌즈는 서로 마주보는 양면을 가진다. 하나의 렌즈에 있어서, 물체 측을 바라보는 면은 광이 렌즈로 들어오는 면인 입사면에 해당한다. 또한, 하나의 렌즈에 있어서, 센서(IS) 측을 바라보는 면은 렌즈에서 광이 나가는 면인 출사면에 해당한다. 본 명세서에서 n번째 렌즈의 물체 측면이자 입사면인 면을 Sn1로 표시하고, 센서 측면이자 출사면인 면은 Sn2로 표시하도록 한다. 따라서, 제1 렌즈(L1)의 물체 측 면이자 입사면은 S11로 표시되고, 센서 측 면이자 출사면은 S12로 표시된다. 또한, 제2 렌즈(L2)의 물체 측 면이자 입사면은 S21로 표시되고, 센서 측 면이자 출사면은 S22로 표시된다. 또한, 제3 렌즈(L3)의 물체 측 면이자 입사면은 S31로 표시되고, 센서 측 면이자 출사면은 S32로 표시된다.
렌즈 광학계는 조리개(S)를 포함한다. 조리개(S)는 광의 일부를 차단하여 렌즈 광학계 내부로 조사되는 광의 양을 조절할 수 있다. 조리개(S)는 제2 렌즈(L2)와 제3 렌즈(L3) 사이에 위치한다.
렌즈 광학계는 광학 필터(OF)를 포함할 수 있다. 광학 필터(OF)는 제3 렌즈(L3)와 센서(IS) 사이에 위치할 수 있다. 광학 필터(OF)는 센서(IS)가 감지하는 대역 이외의 광을 차단할 수 있다. 구체적으로 광학 필터(OF)는 센서(IS)가 가시광선을 감지하는 이미지 센서(IS)인 경우 적외선 대역의 광을 차단할 수 있고, 센서(IS)가 적외선을 감지하는 이미지 센서(IS)인 경우 가시광선 대역의 광을 차단할 수 있다.
센서(IS)는 렌즈를 통과한 광을 수광하여 전기 신호로 변환하는 이미지 센서(IS)일 수 있다. 센서(IS)는 제1 내지 제3 렌즈(L1~3)를 통과한 광이 센서(IS)의 물체 측 면 상에서 상이 맺히도록 제3 렌즈(L3)의 후면에 위치한다.
또한, 본 발명의 렌즈 광학계는 커버글래스(CG)를 더 포함할 수 있다. 커버글래스(CG)는 제1 렌즈(L1)보다 물체 측에 가깝게 위치할 수 있다. 커버글래스(CG)는 양면이 평면으로 형성된 것일 수 있다. 여기서, 커버글래스(CG)는 본 발명의 렌즈 광학계가 탑재된 전자 기기의 전면을 이루는 것일 수 있다.
본 발명의 렌즈 광학계는 커버글래스(CG)의 전면에 접촉되는 지문의 패턴을 촬영하는데 사용되는 광학 모듈에 탑재될 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 렌즈 광학계는 짧은 초점거리를 가지는 것이 특징일 수 있다. 구제척으로, 본 발명의 렌즈 광학계는 초점거리가 0.4mm 이하일 수 있다.
본 발명의 렌즈 광학계의 각각의 렌즈는 다음과 같은 특성을 가진다.
제1 렌즈(L1)는 부(-, negative)의 굴절력을 가진다. 제1 렌즈(L1)는 플라스틱 재질로 형성되고, 제1 렌즈(L1)를 형성하는 플라스틱은 굴절률이 1.5보다는 크고 1.6보다는 작은 것이 바람직하다. 그리고 제1 렌즈(L1)의 아베수(Abbe number)는 50보다는 크고 54보다는 작은 것이 바람직하다.
제1 렌즈(L1)의 물체 측 면(S11)은 근축에서 오목하다. 여기서, 근축이라는 것은 광축에 근접한 부분을 의미하고, 렌즈의 유효경에서 광축에 근접한 일부분을 의미한다. 제1 렌즈(L1)의 물체 측 면(S11)의 근축을 기준으로 하는 곡률반경이 음의 값을 가진다. 제1 렌즈(L1)의 물체 측 면(S11)은 유효경 내에서 적어도 하나의 변곡점을 가질 수 있다. 제1 렌즈(L1)의 물체 측 면(S11)은 비구면으로 형성될 수 있다.
제1 렌즈(L1)의 센서 측 면(S12)은 근축에서 오목하다. 제1 렌즈(L1)의 센서 측 면(S12)의 근축을 기준으로 하는 곡률반경이 양의 값을 가진다. 제1 렌즈(L1)의 센서 측 면(S12)은 유효경 내에서도 오목하다. 제1 렌즈(L1)의 센서 측 면(S12)은 유효경 내에서 변곡점이 없이 형성될 수 있다. 이러한 제1 렌즈(L1)의 센서 측 면(S12)은 비구면으로 형성된다.
제2 렌즈(L2)는 정(+, positive)의 굴절력을 가진다. 제2 렌즈(L2)는 플라스틱 재질로 형성되고, 제2 렌즈(L2)를 형성하는 플라스틱은 굴절률이 1.6보다는 크고 1.7보다는 작은 것이 바람직하다. 그리고 제2 렌즈(L2)의 아베수(Abbe number)는 18보다는 크고 28보다는 작은 것이 바람직하다.
제2 렌즈(L2)의 물체 측 면(S21)은 근축에서 볼록하다. 제2 렌즈(L2)의 물체 측 면(S21)의 근축을 기준으로 하는 곡률반경이 양의 값을 가진다. 제2 렌즈(L2)의 물체 측 면(S21)은 유효경 내에서도 볼록하다. 제2 렌즈(L2)의 물체 측 면(S21)은 유효경 내에서 변곡점이 없이 형성될 수 있다. 이러한 제2 렌즈(L2)의 물체 측 면(S21)은 비구면으로 형성될 수 있다.
제2 렌즈(L2)의 센서 측 면(S22)은 근축에서 오목하다. 제2 렌즈(L2)의 센서 측 면(S22)은 근축을 기준으로 하는 곡률반경이 양의 값을 가진다. 제2 렌즈(L2)의 센서 측 면(S22)은 유효경 내에서도 오목하다. 제2 렌즈(L2)의 센서 측 면(S22)은 유효경 내에서 변곡점이 없이 형성될 수 있다. 이러한 제2 렌즈(L2)의 센서 측 면(S22)은 비구면으로 형성될 수 있다.
경우에 따라서, 제2 렌즈(L2)의 센서 측 면(S22)은 근축에서 볼록한 것도 가능하다. 이러한 경우, 제2 렌즈(L2)의 센서 측 면(S22)은 근축을 기준으로 하는 곡률반경이 음의 값을 가진다. 그러나 제2 렌즈(L2)의 센서 측 면(S22)은 근축에서 볼록한 경우, 아래의 조건식 7을 만족하는 것이 바람직하다.
제3 렌즈(L3)는 정(+, positive)의 굴절력을 가진다. 제3 렌즈(L3)는 플라스틱 재질로 형성되고, 제3 렌즈(L3)를 형성하는 플라스틱은 굴절률이 1.5보다는 크고 1.6보다는 작은 것이 바람직하다. 그리고 제3 렌즈(L3)의 아베수(Abbe number)는 50보다는 크고 54보다는 작은 것이 바람직하다.
제3 렌즈(L3)의 물체 측 면(S31)은 근축에서 볼록하다. 제2 렌즈(L3)의 물체 측 면(S31)의 근축을 기준으로 하는 곡률반경이 양의 값을 가진다. 제3 렌즈(L3)의 물체 측 면(S31)은 유효경 내에서도 볼록하다. 제3 렌즈(L3)의 물체 측 면(S31)은 유효경 내에서 변곡점이 없이 형성될 수 있다. 이러한 제3 렌즈(L3)의 물체 측 면(S31)은 비구면으로 형성될 수 있다.
제3 렌즈(L3)의 센서 측 면(S32)은 근축에서 볼록하다. 제3 렌즈(L3)의 센서 측 면(S32)은 근축을 기준으로 하는 곡률반경이 음의 값을 가진다. 제3 렌즈(L3)의 센서 측 면(S32)은 유효경 내에서도 오목하다. 제3 렌즈(L3)의 센서 측 면(S32)은 유효경 내에서 변곡점이 없이 형성될 수 있다. 이러한 제3 렌즈(L3)의 센서 측 면(S32)은 비구면으로 형성될 수 있다.
본 발명의 렌즈 광학계는 아래의 조건식 1 내지 조건식 9를 만족한다.
<조건식 1>
2.0 < f2/f3 < 4.1
여기서, f2은 제2 렌즈의 초점거리이고, f3은 제3 렌즈의 초점거리이다.
조건식 1에 따르면, 제2 렌즈의 초점거리가 제3 렌즈의 초점거리보다 2.0배 내지 4.1배 정도로 큰 것이 바람직하다.
<조건식 2>
3.1 < AP/f < 4.1
여기서, AP는 제1 렌즈의 물체 측 면에서 조리개의 물체 측 면까지의 거리이고, f는 렌즈 광학계의 초점거리이다.
조건식 2에 따르면, 조리개는 제1 렌즈의 물체 측면에서 초점거리의 3.1배 내지 4.1배 정도의 거리에 위치하는 것이 바람직하다. 본 발명의 렌즈 광학계에서, 이를 만족하기 위해서는 조리개가 제2 렌즈와 제3 렌즈 사이에 위치할 수 있다.
<조건식 3, 4, 5, 6>
1.5 < (N1+N3)/2 < 1.6
45 < (V1+V3)/2 < 55
1.6 < N2 < 1.7
15 < V2 < 25
여기서, N1은 제1 렌즈의 굴절률(refractive index)이고, N2는 제2 렌즈의 굴절률이고, N3는 제3 렌즈의 굴절률이다. 그리고 V1은 제1 렌즈의 아베수(Abbe number)이고, V2는 제2 렌즈의 아베수이고, V3은 제3 렌즈의 아베수이다.
<조건식 7>
10 < |R22|/f2 < 40
여기서, R22는 제2 렌즈의 센서 측 면의 곡률반경이고, f2은 제2 렌즈의 초점거리이다.
조건식 7에 따르면, 제2 렌즈의 센서 측 면은 그 곡률반경의 절대값이 제2 렌즈의 초점거리의 10배 내지 40배가 될 정도로 커서, 제2 렌즈의 물체 측 면 등 다른 면과 대비했을 때, 상대적으로 평면에 가까운 것이 바람직하다.
<조건식 8>
6.5< TTL/f <8
여기서, TTL은 제1 렌즈의 물체 측 면에서 센서까지의 광축 상의 거리이고, f는 렌즈 광학계의 초점거리이다.
<조건식 9>
-6.0 < tan(HFOV)/f < -5.5
여기서, HFOV는 상기 렌즈 광학계의 수평 방향의 화각(Horizontal Filed Of View)이고, f는 상기 렌즈 광학계의 초점거리이다.
아래의 표는 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 렌즈 광학계의 광학 특성을 설명한 것이다.
구성요소 r d N f V
커버글래스 S01 ∞ 1.465
S02 ∞ 1.100
제1 렌즈(L1) S11* -0.595 0.340 1.547 -0.663 51.794
S12* 1.117 0.473 　 　 　
제2 렌즈(L2) S21* 1.353 0.214 1.661 2.159 20.356
S22* 24.127 0.110 　 　 　
조리개(S) ∞ 0.102 　 　
제3 렌즈(L3) S31* 0.864 0.405 1.547 0.597 51.794
S32* -0.438 0.100
Focal length(F) 0.319
Total Track Length(TTL) 2.380
Image height 1.200
Chief Ray Angle(CRA) 24.907
HFOV 117.935
상기 표에서 렌즈면에 표시된 *는 해당 렌즈면이 비구면임을 나타낸다. 상기 표에서 r은 해당하는 렌즈 면의 곡률반경이고, d는 해당하는 렌즈 면이 물체 측 면인 경우에 해당하는 렌즈의 광축 상의 두께이고, 해당하는 렌즈 면이 센서 측 면인 경우에는 해당하는 렌즈의 출사면에서 다음의 구성요소(렌즈, 조리개(S) 또는 필터)와 사이의 거리이다. 따라서, S32의 d는 제3 렌즈(L3)의 센서 측 면(S32)과 제3 렌즈(L3)의 후측에 위치하는 필터 사이의 거리를 의미한다. N는 해당하는 렌즈의 굴절률이고, f는 해당하는 렌즈의 초점거리이고, V는 해당하는 렌즈의 아베 수(Abbe number)이다. 여기서 r, d 및 f의 거리 단위는 mm이다.Focal Length(F)는 전체 렌즈 광학계의 초점거리이고, Image height는 센서(IS)의 대각의 절반 길이이고, TTL은 렌즈 광학계의 전체 트랙 거리(total track length)로서 구체적으로 제1 렌즈(L1)의 물체측면(S11)에서 센서(IS)까지의 광축 상의 거리이고, CRA는 렌즈 광학계의 주 광선 입사각(chief ray angle)의 최댓값이고, HFOV는 렌즈 광학계의 화각이다. 여기서 F 및 TTL의 단위는 mm이고, CRA 및 HFOV의 각도는 도(degree)이다.
도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 렌즈 광학계의 렌즈면 중 비구면인 면은 다음의 수학식의 비구면 방정식을 만족한다.
<수학식>
Figure 112020029288612-pat00001
여기서, z는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리를, y는 광축에 수직한 방향으로의 거리를 나타낸다. 그리고 R은 렌즈의 정점에 있어서의 곡률반경을, K는 코닉 상수(conic constant)를 나타낸다. 또한, A 2 내지 A 12는 비구면계수를 각각 나타낸다.
아래의 표는 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 렌즈 광학계의 비구면인 면의 비구면계수에 관한 표이다.
K A2 A4 A6 A8 A10 A12
S11 -11.889 0.660 -0.915 0.828 -0.472 0.164 -0.030
S12 3.633 4.060 -26.666 328.251 -2093.729 6350.217 -9028.321
S21 4.055 -1.857 -10.166 64.416 29.662 -372.284 274.437
S22 57.483 -1.736 14.133 -90.963 782.189 -829.749 748.081
S31 -3.483 -4.588 177.366 -4278.104 63438.071 -541895.249 2443705.008
S32 -1.359 -0.111 15.450 -156.913 1137.273 -3571.465 4516.039
도 1 및 위의 두 표를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 렌즈 광학계의 각각의 렌즈는 상술한 특성을 만족한다.아래의 표는 본 실시예의 렌즈 광학계에서 상술한 조건식 1 내지 9의 값을 계산한 것이다.
조건식 대상값 제1 실시예의 대상값
조건식 1 2.0 < f2/f3 < 4.1 f2/f3 3.617
조건식 2 3.1 < AP/f < 4.1 AP/f 3.562
조건식 3 1.5 < (N1+N3)/2 < 1.6 (N1+N3)/2 1.547
조건식 4 45 < (V1+V3)/2 < 55 (V1+V3)/2 51.794
조건식 5 1.6 < N2 < 1.7 N2 1.661
조건식 6 15 < V2 < 25 V2 20.356
조건식 7 10 < |R22|/f2 < 40 |R22|/f2 11.178
조건식 8 6.5< TTL/f <8 TTL/f 7.458
조건식 9 -6.0 < tan(HFOV)/f < -5.5 tan(HFOV)/f -5.910
상기 표에 도시된 것과 같이 본 발명의 제1 실시예의 렌즈 광학계는 조건식 1 내지 9를 모두 만족함을 알 수 있다.
이하, 첨부한 도 2를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 렌즈 광학계에 대해 설명한다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 광학계의 렌즈 구성도이다.
아래의 표는 도 2에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 렌즈 광학 계의 광학 특성을 설명한 것이다.
아래의 표는 도 2에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 렌즈 광학계의 광학 특성을 설명한 것이다.
구성요소 r d N f V
커버글래스 S01 ∞ 1.500
S02 ∞ 0.900
제1 렌즈(L1) S11* -0.473 0.270 1.537 -0.633 56.361
S12* 1.447 0.459 　 　 　
제2 렌즈(L2) S21* 0.952 0.292 1.656 1.484 21.504
S22* 38.105 0.144 　 　 　
조리개(S) ∞ 0.100 　 　
제3 렌즈(L3) S31* 0.895 0.414 1.547 0.631 51.794
S32* -0.470 0.100
Focal length(F) 0.330
Total Track Length(TTL) 2.400
Image height 1.200
Chief Ray Angle(CRA) 24.667
HFOV 117.110
상기 표에서 렌즈면에 표시된 *는 해당 렌즈면이 비구면임을 나타낸다. 상기 표에서 r은 해당하는 렌즈 면의 곡률반경이고, d는 해당하는 렌즈 면이 물체 측 면인 경우에 해당하는 렌즈의 광축 상의 두께이고, 해당하는 렌즈 면이 센서 측 면인 경우에는 해당하는 렌즈의 출사면에서 다음의 구성요소(렌즈, 조리개(S) 또는 필터)와 사이의 거리이다. 따라서, S32의 d는 제3 렌즈(L3)의 센서 측 면(S32)과 제3 렌즈(L3)의 후측에 위치하는 필터 사이의 거리를 의미한다. N는 해당하는 렌즈의 굴절률이고, f는 해당하는 렌즈의 초점거리이고, V는 해당하는 렌즈의 아베 수(Abbe number)이다. 여기서 r, d 및 f의 거리 단위는 mm이다.Focal Length(F)는 전체 렌즈 광학계의 초점거리이고, Image height는 센서(IS)의 대각의 절반 길이이고, TTL은 렌즈 광학계의 전체 트랙 거리(total track length)로서 구체적으로 제1 렌즈(L1)의 물체측면(S11)에서 센서(IS)까지의 광축 상의 거리이고, CRA는 렌즈 광학계의 주 광선 입사각(chief ray angle)의 최댓값이고, HFOV는 렌즈 광학계의 화각이다. 여기서 F 및 TTL의 단위는 mm이고, CRA 및 HFOV의 각도는 도(degree)이다.
도 2에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 렌즈 광학계의 렌즈면 중 비구면인 면은 다음의 수학식의 비구면 방정식을 만족한다.
<수학식>
Figure 112020029288612-pat00002
여기서, z는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리를, y는 광축에 수직한 방향으로의 거리를 나타낸다. 그리고 R은 렌즈의 정점에 있어서의 곡률반경을, K는 코닉 상수(conic constant)를 나타낸다. 또한, A 2 내지 A 12는 비구면계수를 각각 나타낸다.
아래의 표는 도 2에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 렌즈 광학계의 비구면인 면의 비구면계수에 관한 표이다.
K A2 A4 A6 A8 A10 A12
S11 -10.603 0.780 -1.296 1.408 -0.974 0.421 -0.111
S12 1.563 8.560 -95.542 1087.644 -7107.748 26826.913 -55106.637
S21 -1.000 -0.943 4.616 -10.009 200.687 -3117.475 16836.116
S22 99.000 -0.393 10.149 -54.689 175.587 -1244.281 1429.437
S31 -1.482 -4.165 139.405 -2857.716 35665.639 -255338.017 952763.071
S32 -1.701 0.264 -1.796 60.392 -139.368 -199.348 334.855
도 2 및 위의 두 표를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 렌즈 광학계의 각각의 렌즈는 상술한 특성을 만족한다.아래의 표는 본 실시예의 렌즈 광학계에서 상술한 조건식 1 내지 9의 값을 계산한 것이다.
조건식 대상값 제2 실시예의 대상값
조건식 1 2.0 < f2/f3 < 4.1 f2/f3 2.352
조건식 2 3.1 < AP/f < 4.1 AP/f 3.536
조건식 3 1.5 < (N1+N3)/2 < 1.6 (N1+N3)/2 1.542
조건식 4 45 < (V1+V3)/2 < 55 (V1+V3)/2 54.077
조건식 5 1.6 < N2 < 1.7 N2 1.656
조건식 6 15 < V2 < 25 V2 21.504
조건식 7 10 < |R22|/f2 < 40 |R22|/f2 25.672
조건식 8 6.5< TTL/f <8 TTL/f 7.284
조건식 9 -6.0 < tan(HFOV)/f < -5.5 tan(HFOV)/f -5.928
상기 표에 도시된 것과 같이 본 발명의 제2 실시예의 렌즈 광학계는 조건식 1 내지 9를 모두 만족함을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 렌즈 광학계의 실시예들에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
L1: 제1 렌즈 L2: 제2 렌즈
L3: 제3 렌즈
S11: 제1 렌즈의 물체측면 S12: 제1 렌즈의 센서측면
S21: 제2 렌즈의 물체측면 S22: 제2 렌즈의 센서측면
S31: 제3 렌즈의 물체측면 S32: 제3 렌즈의 센서측면
IS: 센서 S: 조리개
OF: 광학 필터 CG: 커버글래스

Claims (12)

  1. 물체와 상기 물체의 상이 맺히는 센서 사이에서 상기 물체 측으로부터 상기 센서 측으로 순차적으로 배열된 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제3 렌즈를 포함하는 렌즈 광학계로서,
    상기 제1 렌즈는 부의 굴절력을 가지고, 상기 제1 렌즈의 물체 측 면 및 센서 측 면은 모두 근축에서 오목하고,
    상기 제2 렌즈는 정의 굴절력을 가지고, 상기 제2 렌즈의 물체 측 면은 근축에서 볼록하고,
    상기 제3 렌즈는 정의 굴절력을 가지고, 상기 제3 렌즈의 물체 측 면은 근축에서 볼록하고, 상기 제3 렌즈의 센서 측 면은 비구면이고,
    상기 제2 렌즈 및 상기 제3 렌즈 사이에 위치하는 조리개를 더 포함하고,
    f2은 상기 제2 렌즈의 초점거리이고, f3은 상기 제3 렌즈의 초점거리일 때, 아래의 f2 및 f3에 대한 조건식을 만족하고,
    N1은 상기 제1 렌즈의 굴절률(refractive index)이고, N3는 상기 제3 렌즈의 굴절률이고, V1은 상기 제1 렌즈의 아베수(Abbe number)이고, V3은 상기 제3 렌즈의 아베수일 때, 아래의 V1 및 V3에 대한 조건식을 만족하고,
    R22는 상기 제2 렌즈의 센서 측 면의 곡률반경일 때, 아래의 R22 및 f2에 대한 조건식을 만족하고,
    HFOV는 상기 렌즈 광학계의 수평 방향의 화각(Horizontal Filed Of View)이고, f는 상기 렌즈 광학계의 초점거리일 때, 아래의 HFOV 및 f에 대한 조건식을 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식>
    2.0 < f2/f3 < 4.1
    1.5 < (N1+N3)/2 < 1.6
    45 < (V1+V3)/2 < 55
    10 < |R22|/f2 < 40
    -6.0 < tan(HFOV)/f < -5.5
  2. 제1 항에 있어서,
    AP는 상기 제1 렌즈의 물체 측 면에서 상기 조리개의 물체 측 면까지의 거리이고, f는 상기 렌즈 광학계의 초점거리일 때, 아래의 조건을 더 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식>
    3.1 < AP/f < 4.1
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    N2는 상기 제2 렌즈의 굴절률이고, V2는 상기 제2 렌즈의 아베수일 때, 아래의 조건식을 더 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식>
    1.6 < N2 < 1.7
    15 < V2 < 25
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    TTL은 상기 제1 렌즈의 물체 측 면에서 상기 센서까지의 광축 상의 거리이고, f는 상기 렌즈 광학계의 초점거리일 때, 아래의 조건식을 더 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식>
    6.5< TTL/f <8
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 렌즈의 센서 측 면은 근축에서 볼록한 렌즈 광학계.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 렌즈 광학계는 초점거리가 0.4mm 이하인 렌즈 광학계.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 렌즈와 상기 센서 사이에 위치하고, 적외선 대역의 광을 선택적으로 투과시키는 적외선 필터를 더 포함하는 렌즈 광학계.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈보다 물체 측에 가깝게 위치하는 커버글래스를 더 포함하는 렌즈 광학계.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 커버글래스는 양면이 평면으로 형성되는 렌즈 광학계.
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