KR102472924B1 - 촬상 광학계 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 광학계는 적어도 4개의 렌즈를 포함하는 광학계; 및 상기 광학계를 통해 입사된 광을 전기신호로 변환하기 위한 이미지 센서;를 포함하고, 상기 광학계는, 물체측으로부터 상측을 향하여 광축을 따라 순차로 배치된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈 및 제4 렌즈를 포함하며, 피사체가 실제 크기대로 상기 이미지 센서의 촬상면에 입사되도록 구성되며, 상기 피사체와 상기 이미지 센서의 촬상면까지의 거리를 TT라 할 때, 5mm ≤ TT ≤ 10mm를 만족할 수 있다.

Description

촬상 광학계{Optical system}
본 발명은 촬상 광학계에 관한 것이다.
최근의 휴대용 전자기기는 화상 통화 및 사진 촬영이 가능하도록 카메라를 구비하고 있다.
아울러, 휴대용 전자기기에 장착되는 카메라의 활용도가 높아지고 있으나, 휴대용 전자기기 사용되는 카메라는 일정 거리 이내에 있는 피사체를 선명하게 촬영하기 어렵다. 따라서, 휴대용 전자기기에 사용되는 카메라는 초근접 촬영에 부적합한 문제가 있다.
따라서, 초근접 촬영을 위해서는 휴대용 전자기기의 카메라에 별도로 초근접 촬영용 악세사리를 부착하여 사용하여야 하는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 목적은 초근접 촬영이 가능한 촬상 광학계를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 광학계는 적어도 4개의 렌즈를 포함하는 광학계; 및 상기 광학계를 통해 입사된 광을 전기신호로 변환하기 위한 이미지 센서;를 포함하고, 상기 광학계는, 물체측으로부터 상측을 향하여 광축을 따라 순차로 배치된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈 및 제4 렌즈를 포함하며, 피사체가 실제 크기대로 상기 이미지 센서의 촬상면에 입사되도록 구성되며, 상기 피사체와 상기 이미지 센서의 촬상면까지의 거리를 TT라 할 때, 5mm ≤ TT ≤ 10mm를 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 광학계는 서로 다른 화각을 가지는 제1 촬상 광학계 및 제2 촬상 광학계;를 포함하며, 상기 제1 촬상 광학계는, 물체측으로부터 상측을 향하여 광축을 따라 순차로 배치되고, 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈, 부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈, 정의 굴절력을 갖는 제3 렌즈 및 부의 굴절력을 갖는 제4 렌즈를 포함하는 광학계; 및 상기 광학계를 통해 입사된 광을 전기신호로 변환하기 위한 이미지 센서;를 포함하고, 상기 광학계는 1배의 배율을 갖도록 구성되며, 피사체와 상기 이미지 센서의 촬상면까지의 거리를 TT라 할 때, 5mm ≤ TT ≤ 10mm를 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 광학계에 의하면, 초근접 촬영이 가능하고, 초근접 촬영을 통해 휴대용 전자기기의 화면에 피사체의 이미지를 확대하여 표시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 광학계가 휴대용 전자기기에 장착된 모습을 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 촬상 광학계의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 촬상 광학계의 구성도이고,
도 4는 도 3에 도시된 제1 촬상 광학계의 수차 특성을 나타낸 곡선이고,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 촬상 광학계의 구성도이고,
도 6은 도 5에 도시된 제1 촬상 광학계의 수차 특성을 나타낸 곡선이고,
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1 촬상 광학계의 구성도이고,
도 8은 도 7에 도시된 제1 촬상 광학계의 수차 특성을 나타낸 곡선이고,
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 제1 촬상 광학계의 구성도이고,
도 10은 도 9에 도시된 제1 촬상 광학계의 수차 특성을 나타낸 곡선이고,
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 제1 촬상 광학계의 구성도이고,
도 12는 도 11에 도시된 제1 촬상 광학계의 수차 특성을 나타낸 곡선이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니한다.
예를 들어, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 구성요소의 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여, 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
이하의 렌즈 구성도에서 렌즈의 두께, 크기 및 형상은 설명을 위해 다소 과장되게 도시되었으며, 특히 렌즈 구성도에서 제시된 구면 또는 비구면의 형상은 일 예로 제시되었을 뿐 이 형상에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 광학계는 복수의 촬상 광학계를 포함하고, 복수의 촬상 광학계는 각각 복수의 렌즈를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 광학계는 제1 촬상 광학계(400) 및 제2 촬상 광학계(500)를 포함한다.
제1 촬상 광학계(400)와 제2 촬상 광학계(500)는 서로 다른 화각을 가지도록 구성된다.
제1 촬상 광학계(400)는 초근접 촬영을 위한 매크로(Macro) 광학계일 수 있고, 제2 촬상 광학계(500)는 광각 또는 망원 광학계일 수 있다.
복수의 촬상 광학계는 휴대용 전자기기(600)에 장착될 수 있다. 휴대용 전자기기(600)는 이동 통신 단말기, 스마트 폰, 태블릿 PC 등과 같은 휴대 가능한 전자기기일 수 있다.
한편, 도 1에는 휴대용 전자기기(600)에 2개의 촬상 광학계가 구비되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 2개 이상의 촬상 광학계가 구비되는 것도 가능하다. 3개의 촬상 광학계가 구비되는 경우, 어느 하나의 촬상 광학계는 광각 광학계로 제공될 수 있고, 다른 하나의 촬상 광학계는 망원 광학계로 제공될 수 있으며, 나머지 하나의 촬상 광학계는 초근접 촬영을 위한 매크로 광학계로 제공될 수 있다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 제1 촬상 광학계(400)에 관하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 촬상 광학계(400)는 광축을 따라 배치된 복수의 렌즈(40)를 포함할 수 있다. 복수의 렌즈(40)는 각각 광축을 따라 기설정된 거리만큼 서로 이격 배치될 수 있다. 복수의 렌즈(40)는 적어도 4개의 렌즈를 포함할 수 있다.
일 예로, 복수의 렌즈(40)는 4매의 렌즈로 구성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 렌즈(40)는 4매 이상의 렌즈를 포함할 수 있다.
4매의 렌즈 중에서, 제1 렌즈는 물체측에 가장 가까운 렌즈를 의미하고, 제4 렌즈는 이미지 센서에 가장 가까운 렌즈를 의미한다.
또한, 각각의 렌즈에서 제1 면은 물체측에 가까운 면(또는, 물체측 면)을 의미하고, 제2 면은 상측에 가까운 면(또는, 상측 면)을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 렌즈의 곡률 반지름(Radius of curvature), 두께(Thickness), 거리(Distance) 등에 대한 수치는 모두 ㎜ 단위이고, 각도의 단위는 Degree 이다.
아울러, 각 렌즈의 형상에 대한 설명에서 일면이 볼록한 형상이라는 의미는 해당 면의 근축 영역 부분이 볼록하다는 의미이고, 일면이 오목한 형상이라는 의미는 해당 면의 근축 영역 부분이 오목하다는 의미이다. 따라서, 렌즈의 일면이 볼록한 형상이라고 설명되어도, 렌즈의 가장자리 부분은 오목할 수 있다. 마찬가지로, 렌즈의 일면이 오목한 형상이라고 설명되어도, 렌즈의 가장자리 부분은 볼록할 수 있다.
근축 영역(Paraxial Region)이라 함은 광축 근처의 매우 좁은 영역을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 촬상 광학계(400)는 4매의 렌즈를 포함한다.
예를 들어, 제1 촬상 광학계(400)는 물체측으로부터 순서대로 배치되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈 및 제4 렌즈를 포함하는 광학계를 구비한다.
그러나, 본 발명에 따른 제1 촬상 광학계(400)가 4매의 렌즈로만 구성되는 것은 아니며 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 촬상 광학계(400)는 입사된 피사체의 상을 전기신호로 변환하기 위한 이미지 센서(50)를 더 포함할 수 있다.
또한, 제1 촬상 광학계(400)는 적외선을 차단하기 위한 적외선 차단 필터(60)를 더 포함할 수 있다. 적외선 차단 필터(60)는 이미지 센서(50)에 가장 가깝게 배치된 렌즈와 이미지 센서(50) 사이에 배치된다.
또한, 제1 촬상 광학계(400)는 광량을 조절하기 위한 조리개를 더 포함할 수 있다.
미설명된 부호 10은 제1 렌즈의 전방에 배치된 커버 글라스를 의미한다.
커버 글라스(10)는 제1 촬상 광학계(400)의 일 구성으로 제공될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 커버 글라스(10)는 제1 촬상 광학계(400)가 장착되는 휴대용 전자기기(600)에 제공될 수도 있다.
제1 촬상 광학계(400)는 커버 글라스(10)와 제1 렌즈 사이에 발광부(30)가 구비될 수 있다.
피사체가 커버 글라스(10)와 접촉하거나, 커버 글라스(10)에 매우 가깝게 위치하는 경우에는 제1 촬상 광학계(400)에 입사되는 광량이 부족하게 된다.
따라서, 충분한 광량 확보를 위하여 커버 글라스(10)과 제1 렌즈 사이에 발광부(30)를 배치한다.
또한, 커버 글라스(10)와 제1 렌즈 사이에는 균일한 조도를 형성하기 위한 구성(20)이 배치될 수 있다. 상기 구성(20)은 하프 미러(Half Mirror), 프리즘(Prism) 및/또는 확산판일 수 있다.
도 2에서, WD는 초점 조정을 위해 복수의 렌즈(40)가 이동되는 구간을 의미하고, TTL은 제1 렌즈의 물체측 면으로부터 이미지 센서의 촬상면까지의 거리를 의미하며, TT는 피사체로부터 이미지 센서의 촬상면까지의 거리를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 촬상 광학계(400)를 구성하는 복수의 렌즈(40)는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.
아울러, 복수의 렌즈(40)는 각각 적어도 하나의 비구면을 가질 수 있다.
즉, 제1 렌즈 내지 제4 렌즈의 제1 면 및 제2 면 중 적어도 하나는 비구면일 수 있다. 여기서, 제1 렌즈 내지 제4 렌즈의 비구면은 수학식 1로 표현된다.
Figure 112017122210415-pat00001
수학식 1에서 c는 렌즈의 곡률(곡률 반지름의 역수)이고, K는 코닉 상수이고, Y는 렌즈의 비구면 상의 임의의 점으로부터 광축까지의 거리를 나타낸다. 아울러, 상수 A ~ G는 비구면 계수를 의미한다. 그리고 Z는 렌즈의 비구면 상의 임의의 점으로부터 해당 비구면의 정점까지의 거리를 나타낸다.
제1 촬상 광학계(400)에 구비된 제1 렌즈 내지 제4 렌즈는 물체측으로부터 순서대로 정/부/정/부의 굴절력을 가질 수 있다. 또는, 제1 렌즈 내지 제4 렌즈는 모두 정의 굴절력을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 촬상 광학계(400)는 아래의 조건식을 만족할 수 있다.
[조건식 1] 5mm ≤ TT ≤ 10mm
조건식에서 TT는 피사체로부터 이미지 센서(50)의 촬상면까지의 거리를 의미한다.
위와 같이 구성된 제1 촬상 광학계(400)는 초근접 촬영을 위한 매크로 광학계일 수 있다.
일 예로, 제1 촬상 광학계(400)는 이미지 센서(50)의 촬상면으로부터 5mm~10mm 사이의 피사체를 촬영할 수 있다.
이를 위하여, 제1 촬상 광학계(400)는 근거리에 위치한 제1 피사체에 대한 MTF(변조 전달 함수) 특성이 무한대 거리에 위치한 제2 피사체에 대한 MTF(변조 전달 함수) 특성보다 더 양호할 수 있다. 여기서, 근거리는 제1 촬상 광학계(400)의 이미지 센서(50)의 촬상면과 제1 피사체 사이의 거리가 5mm 내지 10mm 임을 의미할 수 있다.
한편, MTF(변조 전달 함수) 특성이 양호하다는 것은, 이미지 센서(50)의 중심부에서의 MTF(변조 전달 함수) 곡선이 최대값을 갖는 광학계의 위치와, 이미지 센서(50)의 주변부에서의 MTF(변조 전달 함수) 곡선이 최대값을 갖는 광학계의 위치가 서로 인접하다는 것을 의미할 수 있다.
일 예로, 이미지 센서(50)의 중심부에서의 MTF(변조 전달 함수) 곡선이 최대값을 갖는 광학계의 위치와, 이미지 센서(50)의 주변부에서의 MTF(변조 전달 함수) 곡선이 최대값을 갖는 광학계의 위치가 서로 떨어진 정도를 MP라고 할 때, 근거리에 위치한 제1 피사체에 대한 MP가 무한대 거리에 위치한 제2 피사체에 대한 MP보다 더 작을 수 있다.
여기서, MP가 작다는 의미는, 이미지 센서(50)의 중심부에서의 MTF(변조 전달 함수) 곡선이 최대값을 갖는 상기 광학계의 위치와, 이미지 센서(50)의 주변부에서의 MTF(변조 전달 함수) 곡선이 최대값을 갖는 상기 광학계의 위치가 서로 인접하다는 것을 의미할 수 있다.
이 경우, 근거리에 위치한 제1 피사체에 대하여 초점 조정이 완료된 상태에서 이미지 센서(50)의 중심부와 주변부에서의 해상력이 모두 양호할 수 있다.
한편, 제1 촬상 광학계(400)는 피사체가 실제 크기대로 이미지 센서(50)의 촬상면에 입사되도록 구성된다. 일 예로, 제1 촬상 광학계(400)는 배율이 1배인 등배 광학계일 수 있다.
제1 촬상 광학계(400)의 이미지 센서(50)의 촬상면의 대각길이는, 이미지 센서(50)의 촬상면에 입사된 피사체 상의 대각길이와 동일할 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 제1 촬상 광학계(400)의 이미지 센서(50)의 촬상면의 대각길이(L)는 제1 촬상 광학계(400)가 장착되는 휴대용 전자기기의 커버 글라스(10)의 직경(L)과 동일할 수 있다.
한편, 제1 촬상 광학계(400)는 피사체가 실제 크기대로 이미지 센서(50)의 촬상면에 입사되도록 구성되는데, 휴대용 전자기기(600)의 화면은 이미지 센서(50)의 촬상면보다 수십배 크게 구성되므로, 결국 제1 촬상 광학계(400)를 통해 휴대용 전자기기(600)의 화면에 피사체의 이미지를 확대하여 표시할 수 있다.
일 예로, 제1 촬상 광학계(400)는 피사체의 크기를 적어도 30배 이상으로 확대하여 휴대용 전자기기(600)의 화면에 표시할 수 있다.
따라서, 제1 촬상 광학계(400)는 현미경 모듈로서 기능할 수 있다.
제1 촬상 광학계(400)는 초점 조정을 위하여 복수의 렌즈(40)가 광축을 따라 이동될 수 있도록 구성된다. 따라서, 제1 촬상 광학계(400)는 복수의 렌즈(40)를 광축 방향으로 이동시킴으로써 1배 이상의 배율을 구현할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 촬상 광학계(400)를 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 촬상 광학계(400)는 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130) 및 제4 렌즈(140)를 구비하는 광학계를 포함하고, 적외선 차단 필터(150) 및 이미지 센서(160)를 더 포함할 수 있다.
또한, 제1 렌즈(110)의 전방에는 커버 글라스(10)가 배치될 수 있다. 커버 글라스(10)는 제1 촬상 광학계(400)의 일 구성으로 제공될 수 있으나, 제1 촬상 광학계(400)가 장착되는 휴대용 전자기기에 구비되는 것도 가능하다.
도면에 도시되지는 않았으나 커버 글라스(10)와 제1 렌즈(110) 사이에는 발광부 및 하프 미러가 배치될 수 있다.
각 렌즈의 렌즈 특성(곡률 반지름(Radius of curvature), 렌즈의 두께(Thickness) 또는 렌즈들 간의 거리(Distance), 굴절률(Index), 아베수(Abbe수), 유효 반경(Effective aperture radius))은 표 1과 같다.
한편, 유효 반경(Effective aperture radius)은 광이 실제로 통과하는 각 렌즈의 일면(물체측 면 및 상측 면)의 반지름을 의미한다. 일 예로, 제1 렌즈(110)의 물체측 면의 유효 반경은 제1 렌즈(110)의 물체측 면에 빛이 입사되는 끝 부분과 광축 사이의 직선 거리를 의미할 수 있다.
Figure 112017122210415-pat00002
본 발명의 제1 실시예에서, 제1 렌즈(110)는 정의 굴절력을 가지며, 양면이 볼록한 형상이다. 예를 들어, 제1 렌즈(110)의 제1 면과 제2 면은 근축 영역에서 볼록한 형상이다.
제2 렌즈(120)는 정의 굴절력을 가지며, 상측으로 볼록한 메니스커스 형상이다. 예를 들어, 제2 렌즈(120)의 제1 면은 근축 영역에서 오목한 형상이고, 제2 렌즈(120)의 제2 면은 근축 영역에서 볼록한 형상이다.
제3 렌즈(130)는 정의 굴절력을 가지며, 상측으로 볼록한 메니스커스 형상이다. 예를 들어, 제3 렌즈(130)의 제1 면은 근축 영역에서 오목한 형상이고, 제3 렌즈(130)의 제2 면은 근축 영역에서 볼록한 형상이다.
제4 렌즈(140)는 정의 굴절력을 가지며, 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상이다. 예를 들어, 제4 렌즈(140)의 제1 면은 근축 영역에서 볼록한 형상이고, 제4 렌즈(140)의 제2 면은 근축 영역에서 오목한 형상이다.
또한, 제4 렌즈(140)의 제1 면과 제2 면 중 적어도 한 면에는 적어도 하나의 변곡점이 형성된다. 예를 들어, 제4 렌즈(140)의 제1 면은 근축 영역에서 볼록하다가 가장자리로 갈수록 오목한 형상일 수 있다.
한편, 제1 렌즈(110) 내지 제4 렌즈(140)의 각 면은 표 2에 도시된 바와 같은 비구면 계수를 갖는다. 예를 들어, 제1 렌즈(110) 내지 제4 렌즈(140)의 물체측 면 및 상측 면은 모두 비구면이다.
Figure 112017122210415-pat00003
또한, 이와 같이 구성된 제1 촬상 광학계(400)는 도 4에 도시된 수차 특성을 가질 수 있다.
한편, 제1 촬상 광학계(400)는 이미지 센서(160)의 촬상면으로부터 5mm~10mm 사이의 거리에 있는 피사체를 촬영할 수 있는 초근접 촬영을 위한 매크로 광학계로 구성될 수 있다.
또한, 제1 촬상 광학계(400)는 피사체가 실제 크기대로 이미지 센서(160)의 촬상면에 입사되도록 구성된다. 일 예로, 제1 촬상 광학계(400)는 배율이 1배인 등배 광학계일 수 있다.
이미지 센서(160)의 촬상면의 대각길이는, 이미지 센서(160)의 촬상면에 입사된 피사체 상의 대각길이와 동일할 수 있다.
또한, 이미지 센서(160)의 촬상면의 대각길이는 커버 글라스(10)의 직경과 동일할 수 있다.
또한, 제1 촬상 광학계(400)는 피사체로부터 입사동(Entrance pupil)까지의 거리와 출사동(Exit pupil)으로부터 이미지 센서(160)의 촬상면까지의 거리가 동일할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 촬상 광학계(400)를 설명한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 촬상 광학계(400)는 제1 렌즈(210), 제2 렌즈(220), 제3 렌즈(230) 및 제4 렌즈(240)를 구비하는 광학계를 포함하고, 적외선 차단 필터(250) 및 이미지 센서(260)를 더 포함할 수 있다.
또한, 제1 렌즈(210)의 전방에는 커버 글라스(10)가 배치될 수 있다. 커버 글라스(10)는 제1 촬상 광학계(400)의 일 구성으로 제공될 수 있으나, 제1 촬상 광학계(400)가 장착되는 휴대용 전자기기에 구비되는 것도 가능하다.
도면에 도시되지는 않았으나 커버 글라스(10)와 제1 렌즈(210) 사이에는 발광부 및 하프 미러가 배치될 수 있다.
각 렌즈의 렌즈 특성(곡률 반지름(Radius of curvature), 렌즈의 두께(Thickness) 또는 렌즈들 간의 거리(Distance), 굴절률(Index), 아베수(Abbe수), 유효 반경(Effective aperture radius))은 표 3과 같다.
한편, 유효 반경(Effective aperture radius)은 광이 실제로 통과하는 각 렌즈의 일면(물체측 면 및 상측 면)의 반지름을 의미한다. 일 예로, 제1 렌즈(210)의 물체측 면의 유효 반경은 제1 렌즈(210)의 물체측 면에 빛이 입사되는 끝 부분과 광축 사이의 직선 거리를 의미할 수 있다.
Figure 112017122210415-pat00004
본 발명의 제2 실시예에서, 제1 렌즈(210)는 정의 굴절력을 가지며, 양면이 볼록한 형상이다. 예를 들어, 제1 렌즈(210)의 제1 면과 제2 면은 근축 영역에서 볼록한 형상이다.
제2 렌즈(220)는 부의 굴절력을 가지며, 양면이 오목한 형상이다. 예를 들어, 제2 렌즈(220)의 제1 면과 제2 면은 근축 영역에서 오목한 형상이다.
제3 렌즈(230)는 정의 굴절력을 가지며, 상측으로 볼록한 메니스커스 형상이다. 예를 들어, 제3 렌즈(230)의 제1 면은 근축 영역에서 오목한 형상이고, 제3 렌즈(230)의 제2 면은 근축 영역에서 볼록한 형상이다.
제4 렌즈(240)는 부의 굴절력을 가지며, 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상이다. 예를 들어, 제4 렌즈(240)의 제1 면은 근축 영역에서 볼록한 형상이고, 제4 렌즈(240)의 제2 면은 근축 영역에서 오목한 형상이다.
또한, 제4 렌즈(240)의 제1 면과 제2 면 중 적어도 한 면에는 적어도 하나의 변곡점이 형성된다. 예를 들어, 제4 렌즈(240)의 제1 면은 근축 영역에서 볼록하다가 가장자리로 갈수록 오목한 형상일 수 있다.
한편, 제1 렌즈(210) 내지 제4 렌즈(240)의 각 면은 표 4에 도시된 바와 같은 비구면 계수를 갖는다. 예를 들어, 제1 렌즈(210) 내지 제4 렌즈(240)의 물체측 면 및 상측 면은 모두 비구면이다.
Figure 112017122210415-pat00005
또한, 이와 같이 구성된 제1 촬상 광학계(400)는 도 6에 도시된 수차 특성을 가질 수 있다.
한편, 제1 촬상 광학계(400)는 이미지 센서(260)의 촬상면으로부터 5mm~10mm 사이의 거리에 있는 피사체를 촬영할 수 있는 초근접 촬영을 위한 매크로 광학계로 구성될 수 있다.
또한, 제1 촬상 광학계(400)는 피사체가 실제 크기대로 이미지 센서(260)의 촬상면에 입사되도록 구성된다. 일 예로, 제1 촬상 광학계(400)는 배율이 1배인 등배 광학계일 수 있다.
이미지 센서(260)의 촬상면의 대각길이는, 이미지 센서(260)의 촬상면에 입사된 피사체 상의 대각길이와 동일할 수 있다.
또한, 이미지 센서(260)의 촬상면의 대각길이는 커버 글라스(10)의 직경과 동일할 수 있다.
또한, 제1 촬상 광학계(400)는 피사체로부터 입사동(Entrance pupil)까지의 거리와 출사동(Exit pupil)으로부터 이미지 센서(260)의 촬상면까지의 거리가 동일할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1 촬상 광학계(400)를 설명한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 제1 촬상 광학계(400)는 제1 렌즈(310), 제2 렌즈(320), 제3 렌즈(330) 및 제4 렌즈(340)를 구비하는 광학계를 포함하고, 적외선 차단 필터(350) 및 이미지 센서(360)를 더 포함할 수 있다.
또한, 제1 렌즈(310)의 전방에는 커버 글라스(10)가 배치될 수 있다. 커버 글라스(10)는 제1 촬상 광학계(400)의 일 구성으로 제공될 수 있으나, 제1 촬상 광학계(400)가 장착되는 휴대용 전자기기에 구비되는 것도 가능하다.
도면에 도시되지는 않았으나 커버 글라스(10)와 제1 렌즈(310) 사이에는 발광부 및 하프 미러가 배치될 수 있다.
각 렌즈의 렌즈 특성(곡률 반지름(Radius of curvature), 렌즈의 두께(Thickness) 또는 렌즈들 간의 거리(Distance), 굴절률(Index), 아베수(Abbe수), 유효 반경(Effective aperture radius))은 표 5와 같다.
한편, 유효 반경(Effective aperture radius)은 광이 실제로 통과하는 각 렌즈의 일면(물체측 면 및 상측 면)의 반지름을 의미한다. 일 예로, 제1 렌즈(310)의 물체측 면의 유효 반경은 제1 렌즈(310)의 물체측 면에 빛이 입사되는 끝 부분과 광축 사이의 직선 거리를 의미할 수 있다.
Figure 112017122210415-pat00006
본 발명의 제3 실시예에서, 제1 렌즈(310)는 정의 굴절력을 가지며, 양면이 볼록한 형상이다. 예를 들어, 제1 렌즈(310)의 제1 면과 제2 면은 근축 영역에서 볼록한 형상이다.
제2 렌즈(320)는 부의 굴절력을 가지며, 양면이 오목한 형상이다. 예를 들어, 제2 렌즈(320)의 제1 면과 제2 면은 근축 영역에서 오목한 형상이다.
제3 렌즈(330)는 정의 굴절력을 가지며, 상측으로 볼록한 메니스커스 형상이다. 예를 들어, 제3 렌즈(330)의 제1 면은 근축 영역에서 오목한 형상이고, 제3 렌즈(330)의 제2 면은 근축 영역에서 볼록한 형상이다.
제4 렌즈(340)는 부의 굴절력을 가지며, 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상이다. 예를 들어, 제4 렌즈(340)의 제1 면은 근축 영역에서 볼록한 형상이고, 제4 렌즈(340)의 제2 면은 근축 영역에서 오목한 형상이다.
또한, 제4 렌즈(340)의 제1 면과 제2 면 중 적어도 한 면에는 적어도 하나의 변곡점이 형성된다. 예를 들어, 제4 렌즈(340)의 제1 면은 근축 영역에서 볼록하다가 가장자리로 갈수록 오목한 형상일 수 있다.
한편, 제1 렌즈(310) 내지 제4 렌즈(340)의 각 면은 표 6에 도시된 바와 같은 비구면 계수를 갖는다. 예를 들어, 제1 렌즈(310) 내지 제4 렌즈(340)의 물체측 면 및 상측 면은 모두 비구면이다.
Figure 112017122210415-pat00007
또한, 이와 같이 구성된 제1 촬상 광학계(400)는 도 8에 도시된 수차 특성을 가질 수 있다.
한편, 제1 촬상 광학계(400)는 이미지 센서(360)의 촬상면으로부터 5mm~10mm 사이의 거리에 있는 피사체를 촬영할 수 있는 초근접 촬영을 위한 매크로 광학계로 구성될 수 있다.
또한, 제1 촬상 광학계(400)는 피사체가 실제 크기대로 이미지 센서(360)의 촬상면에 입사되도록 구성된다. 일 예로, 제1 촬상 광학계(400)는 배율이 1배인 등배 광학계일 수 있다.
이미지 센서(360)의 촬상면의 대각길이는, 이미지 센서(360)의 촬상면에 입사된 피사체 상의 대각길이와 동일할 수 있다.
또한, 이미지 센서(360)의 촬상면의 대각길이는 커버 글라스(10)의 직경과 동일할 수 있다.
또한, 제1 촬상 광학계(400)는 피사체로부터 입사동(Entrance pupil)까지의 거리와 출사동(Exit pupil)으로부터 이미지 센서(360)의 촬상면까지의 거리가 동일할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 제1 촬상 광학계(400)를 설명한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 제1 촬상 광학계(400)는 제1 렌즈(410), 제2 렌즈(420), 제3 렌즈(430) 및 제4 렌즈(440)를 구비하는 광학계를 포함하고, 적외선 차단 필터(450) 및 이미지 센서(460)를 더 포함할 수 있다.
또한, 제1 렌즈(410)의 전방에는 커버 글라스(10)가 배치될 수 있다. 커버 글라스(10)는 제1 촬상 광학계(400)의 일 구성으로 제공될 수 있으나, 제1 촬상 광학계(400)가 장착되는 휴대용 전자기기에 구비되는 것도 가능하다.
도면에 도시되지는 않았으나 커버 글라스(10)와 제1 렌즈(410) 사이에는 발광부 및 하프 미러가 배치될 수 있다.
각 렌즈의 렌즈 특성(곡률 반지름(Radius of curvature), 렌즈의 두께(Thickness) 또는 렌즈들 간의 거리(Distance), 굴절률(Index), 아베수(Abbe수), 유효 반경(Effective aperture radius))은 표 7과 같다.
한편, 유효 반경(Effective aperture radius)은 광이 실제로 통과하는 각 렌즈의 일면(물체측 면 및 상측 면)의 반지름을 의미한다. 일 예로, 제1 렌즈(410)의 물체측 면의 유효 반경은 제1 렌즈(410)의 물체측 면에 빛이 입사되는 끝 부분과 광축 사이의 직선 거리를 의미할 수 있다.
Figure 112017122210415-pat00008
본 발명의 제4 실시예에서, 제1 렌즈(410)는 정의 굴절력을 가지며, 양면이 볼록한 형상이다. 예를 들어, 제1 렌즈(410)의 제1 면과 제2 면은 근축 영역에서 볼록한 형상이다.
제2 렌즈(420)는 부의 굴절력을 가지며, 양면이 오목한 형상이다. 예를 들어, 제2 렌즈(420)의 제1 면과 제2 면은 근축 영역에서 오목한 형상이다.
제3 렌즈(430)는 정의 굴절력을 가지며, 상측으로 볼록한 메니스커스 형상이다. 예를 들어, 제3 렌즈(430)의 제1 면은 근축 영역에서 오목한 형상이고, 제3 렌즈(430)의 제2 면은 근축 영역에서 볼록한 형상이다.
제4 렌즈(440)는 부의 굴절력을 가지며, 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상이다. 예를 들어, 제4 렌즈(440)의 제1 면은 근축 영역에서 볼록한 형상이고, 제4 렌즈(440)의 제2 면은 근축 영역에서 오목한 형상이다.
또한, 제4 렌즈(440)의 제1 면과 제2 면 중 적어도 한 면에는 적어도 하나의 변곡점이 형성된다. 예를 들어, 제4 렌즈(440)의 제1 면은 근축 영역에서 볼록하다가 가장자리로 갈수록 오목한 형상일 수 있다.
한편, 제1 렌즈(410) 내지 제4 렌즈(440)의 각 면은 표 8에 도시된 바와 같은 비구면 계수를 갖는다. 예를 들어, 제1 렌즈(410) 내지 제4 렌즈(440)의 물체측 면 및 상측 면은 모두 비구면이다.
Figure 112017122210415-pat00009
또한, 이와 같이 구성된 제1 촬상 광학계(400)는 도 10에 도시된 수차 특성을 가질 수 있다.
한편, 제1 촬상 광학계(400)는 이미지 센서(460)의 촬상면으로부터 5mm~10mm 사이의 거리에 있는 피사체를 촬영할 수 있는 초근접 촬영을 위한 매크로 광학계로 구성될 수 있다.
또한, 제1 촬상 광학계(400)는 피사체가 실제 크기대로 이미지 센서(460)의 촬상면에 입사되도록 구성된다. 일 예로, 제1 촬상 광학계(400)는 배율이 1배인 등배 광학계일 수 있다.
이미지 센서(460)의 촬상면의 대각길이는, 이미지 센서(460)의 촬상면에 입사된 피사체 상의 대각길이와 동일할 수 있다.
또한, 이미지 센서(460)의 촬상면의 대각길이는 커버 글라스(10)의 직경과 동일할 수 있다.
또한, 제1 촬상 광학계(400)는 피사체로부터 입사동(Entrance pupil)까지의 거리와 출사동(Exit pupil)으로부터 이미지 센서(460)의 촬상면까지의 거리가 동일할 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하여 본 발명의 제5 실시예에 따른 제1 촬상 광학계(400)를 설명한다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 제1 촬상 광학계(400)는 제1 렌즈(510), 제2 렌즈(520), 제3 렌즈(530) 및 제4 렌즈(540)를 구비하는 광학계를 포함하고, 적외선 차단 필터(550) 및 이미지 센서(560)를 더 포함할 수 있다.
또한, 제1 렌즈(510)의 전방에는 커버 글라스(10)가 배치될 수 있다. 커버 글라스(10)는 제1 촬상 광학계(400)의 일 구성으로 제공될 수 있으나, 제1 촬상 광학계(400)가 장착되는 휴대용 전자기기에 구비되는 것도 가능하다.
도면에 도시되지는 않았으나 커버 글라스(10)와 제1 렌즈(510) 사이에는 발광부 및 하프 미러가 배치될 수 있다.
각 렌즈의 렌즈 특성(곡률 반지름(Radius of curvature), 렌즈의 두께(Thickness) 또는 렌즈들 간의 거리(Distance), 굴절률(Index), 아베수(Abbe수), 유효 반경(Effective aperture radius))은 표 9와 같다.
한편, 유효 반경(Effective aperture radius)은 광이 실제로 통과하는 각 렌즈의 일면(물체측 면 및 상측 면)의 반지름을 의미한다. 일 예로, 제1 렌즈(510)의 물체측 면의 유효 반경은 제1 렌즈(510)의 물체측 면에 빛이 입사되는 끝 부분과 광축 사이의 직선 거리를 의미할 수 있다.
Figure 112017122210415-pat00010
본 발명의 제5 실시예에서, 제1 렌즈(510)는 정의 굴절력을 가지며, 양면이 볼록한 형상이다. 예를 들어, 제1 렌즈(510)의 제1 면과 제2 면은 근축 영역에서 볼록한 형상이다.
제2 렌즈(520)는 부의 굴절력을 가지며, 양면이 오목한 형상이다. 예를 들어, 제2 렌즈(520)의 제1 면과 제2 면은 근축 영역에서 오목한 형상이다.
제3 렌즈(530)는 정의 굴절력을 가지며, 상측으로 볼록한 메니스커스 형상이다. 예를 들어, 제3 렌즈(530)의 제1 면은 근축 영역에서 오목한 형상이고, 제3 렌즈(530)의 제2 면은 근축 영역에서 볼록한 형상이다.
제4 렌즈(540)는 부의 굴절력을 가지며, 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상이다. 예를 들어, 제4 렌즈(540)의 제1 면은 근축 영역에서 볼록한 형상이고, 제4 렌즈(540)의 제2 면은 근축 영역에서 오목한 형상이다.
또한, 제4 렌즈(540)의 제1 면과 제2 면 중 적어도 한 면에는 적어도 하나의 변곡점이 형성된다. 예를 들어, 제4 렌즈(540)의 제1 면은 근축 영역에서 볼록하다가 가장자리로 갈수록 오목한 형상일 수 있다.
한편, 제1 렌즈(510) 내지 제4 렌즈(540)의 각 면은 표 10에 도시된 바와 같은 비구면 계수를 갖는다. 예를 들어, 제1 렌즈(510) 내지 제4 렌즈(540)의 물체측 면 및 상측 면은 모두 비구면이다.
Figure 112017122210415-pat00011
또한, 이와 같이 구성된 제1 촬상 광학계(400)는 도 12에 도시된 수차 특성을 가질 수 있다.
한편, 제1 촬상 광학계(400)는 이미지 센서(560)의 촬상면으로부터 5mm~10mm 사이의 거리에 있는 피사체를 촬영할 수 있는 초근접 촬영을 위한 매크로 광학계로 구성될 수 있다.
또한, 제1 촬상 광학계(400)는 피사체가 실제 크기대로 이미지 센서(560)의 촬상면에 입사되도록 구성된다. 일 예로, 제1 촬상 광학계(400)는 배율이 1배인 등배 광학계일 수 있다.
이미지 센서(560)의 촬상면의 대각길이는, 이미지 센서(560)의 촬상면에 입사된 피사체 상의 대각길이와 동일할 수 있다.
또한, 이미지 센서(560)의 촬상면의 대각길이는 커버 글라스(10)의 직경과 동일할 수 있다.
또한, 제1 촬상 광학계(400)는 피사체로부터 입사동(Entrance pupil)까지의 거리와 출사동(Exit pupil)으로부터 이미지 센서(560)의 촬상면까지의 거리가 동일할 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
110, 210, 310, 410, 510: 제1 렌즈
120, 220, 320, 420, 520: 제2 렌즈
130, 230, 330, 430, 530: 제3 렌즈
140, 240, 340, 440, 540: 제4 렌즈
150, 250, 350, 450, 550: 적외선 차단필터
160, 260, 360, 460, 560: 이미지 센서
400: 제1 촬상 광학계
500: 제2 촬상 광학계
600: 휴대용 전자기기

Claims (12)

  1. 적어도 4개의 렌즈를 포함하는 광학계; 및
    상기 광학계를 통해 입사된 광을 전기신호로 변환하기 위한 이미지 센서;를 포함하고,
    상기 광학계는, 물체측으로부터 상측을 향하여 광축을 따라 순차로 배치된 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈 및 제4 렌즈를 포함하며,
    피사체와 상기 이미지 센서의 촬상면까지의 거리를 TT라 할 때,
    5mm ≤ TT ≤ 10mm를 만족하고,
    상기 이미지 센서의 중심부에서의 MTF(변조 전달 함수) 곡선이 최대값을 갖는 상기 광학계의 위치와, 상기 이미지 센서의 주변부에서의 MTF(변조 전달 함수)곡선이 최대값을 갖는 상기 광학계의 위치가 서로 떨어진 정도를 MP라고 할 때,
    근거리에 위치한 제1 피사체에 대한 MP가 무한대 거리에 위치한 제2 피사체에 대한 MP보다 더 작은 촬상 광학계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학계의 배율이 1배인 촬상 광학계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 센서의 촬상면의 대각길이는, 상기 이미지 센서의 촬상면에 입사된 상기 피사체 상의 대각길이와 동일한 촬상 광학계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 전방에 배치된 커버 글라스;를 더 포함하고,
    상기 이미지 센서의 촬상면의 대각길이는 상기 커버 글라스의 직경과 동일한 촬상 광학계.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 커버 글라스와 상기 제1 렌즈 사이에는 발광부 및 하프 미러가 배치된 촬상 광학계.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 근거리는 상기 제1 피사체와 상기 이미지 센서의 촬상면까지의 거리가 5mm 내지 10mm 인 촬상 광학계.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 정의 굴절력을 갖고 상측 면이 근축 영역에서 볼록하며,
    상기 제2 렌즈는 물체측 면이 근축 영역에서 오목하고,
    상기 제3 렌즈는 정의 굴절력을 갖고 상측 면이 근축 영역에서 볼록하며,
    상기 제4 렌즈는 물체측 면과 상측 면 중 적어도 하나에 적어도 하나의 변곡점이 형성되고, 상기 물체측 면은 근축 영역에서 볼록하고 상기 상측 면은 근축 영역에서 오목한 촬상 광학계.
  9. 서로 다른 화각을 가지는 제1 촬상 광학계 및 제2 촬상 광학계;를 포함하며,
    상기 제1 촬상 광학계는,
    물체측으로부터 상측을 향하여 광축을 따라 순차로 배치되고, 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈, 정 또는 부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈, 정의 굴절력을 갖는 제3 렌즈 및 정 또는 부의 굴절력을 갖는 제4 렌즈를 포함하는 광학계; 및
    상기 광학계를 통해 입사된 광을 전기신호로 변환하기 위한 이미지 센서;를 포함하고,
    피사체와 상기 이미지 센서의 촬상면까지의 거리를 TT라 할 때,
    5mm ≤ TT ≤ 10mm를 만족하고,
    상기 이미지 센서의 중심부에서의 MTF(변조 전달 함수) 곡선이 최대값을 갖는 상기 광학계의 위치와, 상기 이미지 센서의 주변부에서의 MTF(변조 전달 함수)곡선이 최대값을 갖는 상기 광학계의 위치가 서로 떨어진 정도를 MP라고 할 때,
    근거리에 위치한 제1 피사체에 대한 MP가 무한대 거리에 위치한 제2 피사체에 대한 MP보다 더 작은 촬상 광학계.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 이미지 센서의 촬상면의 대각길이는, 상기 이미지 센서의 촬상면에 입사된 상기 피사체 상의 대각길이와 동일한 촬상 광학계.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 광학계는 1배의 배율을 갖도록 구성된 촬상 광학계.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 피사체가 실제 크기대로 상기 이미지 센서의 촬상면에 입사되도록 구성되는 촬상 광학계.
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