KR102512540B1 - 접합 렌즈, 렌즈 광학계 및 촬상 장치 - Google Patents

접합 렌즈, 렌즈 광학계 및 촬상 장치 Download PDF

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Abstract

접합 렌즈, 렌즈 광학계 및 촬상 장치가 개시된다. 개시된 렌즈 광학계는, 렌즈 광학계는 물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열되는 제1 내지 제8 렌즈를 포함하며, 제1 렌즈와 제3 렌즈와 제5 렌즈는 플라스틱으로 형성되며, 제2 렌즈와 제4 렌즈는 광학 접합 물질로 형성되며, 제2 렌즈의 광학 접합 물질 및 제4 렌즈의 광학 접합 물질이 제1 렌즈와 제3 렌즈 사이의 공간 및 제3 렌즈와 제5 렌즈 사이의 공간에 각각 채워져 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 제5 렌즈가 제2 렌즈 및 제4 렌즈의 접합력에 의하여 접합되는 1군의 접합 렌즈를 형성하며, 제2 렌즈의 굴절률 및 제4 렌즈의 굴절률은 제1 렌즈의 굴절률, 제3 렌즈의 굴절률 및 제5 렌즈의 굴절률과 다르며, 제1 렌즈의 입사면, 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 제1 경계면, 제2 렌즈와 제3 렌즈 사이의 제2 경계면, 제3 렌즈와 제4 렌즈 사이의 제3 경계면, 제4 렌즈와 제5 렌즈 사이의 제4 경계면, 및 제5 렌즈의 출사면 중 적어도 한 면은 비구면이며, 제1 경계면과 제2 경계면은 서로 다른 형상을 가지며, 제3 경계면과 제4 경계면은 서로 다른 형상을 가진다.

Description

접합 렌즈, 렌즈 광학계 및 촬상 장치{Cemented lens, lens optical system and Imaging Apparatus}
본 개시는 접합 렌즈, 렌즈 광학계 및 촬상 장치에 관한 것이다.
최근, 씨모스 이미지센서(complementary metal oxide semiconductor image sensor; CMOS 이미지센서)나 전하 결합 소자(charge coupled device; CCD)와 같은 고체 촬상 소자를 이용한 카메라(촬상 장치)의 보급 및 사용 분야가 급속도로 확대되고 있다.
카메라의 해상도를 높이기 위해 고체 촬상 소자의 화소 집적도는 높아지고 있다. 이와 함께 카메라에 내장되는 렌즈 광학계의 성능 개선을 통해 카메라의 소형화 및 경량화도 진행되고 있다. 이러한 카메라는 소형화에 적합하므로 모바일 폰 등의 모바일 기기에 적용되고 있다. 모바일 폰과 같은 모바일 기기에 사용되는 카메라는 초소형을 요구하면서도 DSLR 카메라(digital single-lens reflex camera) 수준의 고성능을 요구한다. 이에 모바일 기기에 사용되는 카메라용 렌즈 광학계는 비구면 렌즈를 이용하여 컴팩트하면서도 높은 성능구현을 하고 있다. 최근, 모바일 기기의 두께가 점점 얇아지면서 적용되는 모바일 기기용 카메라 렌즈 광학계 또한 고화소에 초슬림을 요구하고 있다. 하지만, 종래의 비구면 렌즈들을 경통에 조립하는 방식으로는, 가령 64M 픽셀 이상의 초고화소 센서에 적용하여 컴팩트한 광학 성능을 구현하기에 한계가 있다.
해결하고자 하는 과제는 초슬림하게 구현하면서도 광학적 성능을 확보할 수 있는 접합 렌즈 및 렌즈 광학계를 제공하는데 있다.
해결하고자 하는 과제는 광학계를 컴팩트하게 구현함으로써 초슬림의 촬상 장치를 제공하는데 있다.
해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
일 측면에 있어서, 렌즈 광학계는 물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열되는 제1 내지 제8 렌즈를 포함하며, 제1 렌즈와 제3 렌즈와 제5 렌즈는 플라스틱으로 형성되며, 제2 렌즈와 제4 렌즈는 광학 접합 물질로 형성되며, 제2 렌즈의 광학 접합 물질 및 제4 렌즈의 광학 접합 물질이 제1 렌즈와 제3 렌즈 사이의 공간 및 제3 렌즈와 제5 렌즈 사이의 공간에 각각 채워져 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 제5 렌즈가 제2 렌즈 및 제4 렌즈의 접합력에 의하여 접합되는 1군의 접합 렌즈를 형성하며, 제2 렌즈의 굴절률 및 제4 렌즈의 굴절률은 제1 렌즈의 굴절률, 제3 렌즈의 굴절률 및 제5 렌즈의 굴절률과 다르며, 제1 렌즈의 입사면, 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 제1 경계면, 제2 렌즈와 제3 렌즈 사이의 제2 경계면, 제3 렌즈와 제4 렌즈 사이의 제3 경계면, 제4 렌즈와 제5 렌즈 사이의 제4 경계면, 및 제5 렌즈의 출사면 중 적어도 한 면은 비구면이며, 제1 경계면과 제2 경계면은 서로 다른 형상을 가지며, 제3 경계면과 제4 경계면은 서로 다른 형상을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 렌즈 광학계는 다음의 조건식 중 적어도 어느 하나를 만족할 수 있다:
조건식(1): 0.01 ≤ ThiL2 ≤ 0.1
조건식(2): 0.01 ≤ ThiL4 ≤ 0.1
여기서, ThiL2는 제2 렌즈의 두께를 나타내며, ThiL4는 제4 렌즈의 두께를 나타낸다.
예시적인 실시예들에서, 렌즈 광학계는 다음의 조건식 중 적어도 어느 하나를 만족할 수 있다:
조건식(3): 1.4 ≤ Ind2 ≤ 1.8
조건식(4): 1.4 ≤ Ind4 ≤ 1.8
여기서, Ind2는 제2 렌즈의 굴절률을 나타내며, Ind4는 제4 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
예시적인 실시예들에서, 렌즈 광학계는 다음의 조건식 중 적어도 어느 하나를 만족할 수 있다:
조건식(5): 0.15 ≤ OAL_L1toL5/OAL ≤ 0.25
조건식(6): 0.1 ≤ OAL_L1toL5/IH ≤ 0.2
여기서, OAL_L1toL5(단위: mm)는 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제5 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, OAL(단위: mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제8 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내며, IH(단위: mm)는 유효경의 상고를 나타낸다.
예시적인 실시예들에서, 렌즈 광학계는 다음의 조건식 중 적어도 어느 하나를 만족할 수 있다:
조건식(7): 0.55 ≤ TTL/IH ≤ 0.8
조건식(8): 70 ≤ Fov ≤ 90
여기서, TTL(단위: mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심에서 상면까지의 거리를 나타내며, FOV(단위: °)는 렌즈 광학계의 화각을 나타낸다.
예시적인 실시예들에서, 접합 렌즈는 정(+)의 굴절력을 가지며, 제6 렌즈는 부(-)의 굴절력을 가지며, 제7 렌즈는 부(-)의 굴절력을 가지며, 제8 렌즈는 부(-)의 굴절력을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 접합 렌즈는 입사면이 물체측으로 볼록한 형태의 비구면 렌즈일 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 제6 렌즈는 비구면 렌즈일 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 제7 렌즈 및 제8 렌즈 중 적어도 하나는 2개 이상의 변곡점을 가지는 비구면 렌즈일 수 있다.
다른 측면에 있어서, 렌즈 광학계는, 물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열된 것으로, 정(+)의 굴절력을 가지며, 제1 내지 제5 렌즈로 이루어진 접합 렌즈; 부(-)의 굴절력을 가지는 제6 렌즈; 부(-)의 굴절력을 가지는 제7 렌즈; 및 부(-)의 굴절력을 가지는 제8 렌즈;를 포함하며, 제2 렌즈와 제4 렌즈는 광학 접합 물질로 형성되며, 제2 렌즈의 광학 접합 물질 및 제4 렌즈의 광학 접합 물질이 제1 렌즈와 제3 렌즈 사이의 공간 및 제3 렌즈와 제5 렌즈 사이의 공간에 각각 채워져 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 제5 렌즈가 제2 렌즈 및 제4 렌즈의 접합력에 의하여 접합되는 1군의 접합 렌즈를 형성하며, 제2 렌즈의 굴절률 및 제4 렌즈의 굴절률은 제1 렌즈의 굴절률, 제3 렌즈의 굴절률 및 제5 렌즈의 굴절률과 다르며, 접합 렌즈는 입사면이 물체측으로 볼록한 형태의 비구면 렌즈일 수 있다.
또 다른 측면에 있어서, 접합 렌즈는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제5 렌즈를 포함하며, 제1 렌즈와 제3 렌즈와 제5 렌즈는 플라스틱으로 형성되며, 제2 렌즈와 제4 렌즈는 광학 접합 물질로 형성되며, 제2 렌즈의 광학 접합 물질 및 제4 렌즈의 광학 접합 물질이 제1 렌즈와 제3 렌즈 사이의 공간 및 제3 렌즈와 제5 렌즈 사이의 공간에 각각 채워져 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 제5 렌즈가 제2 렌즈 및 제4 렌즈의 접합력에 의하여 접합되는 1군의 접합 렌즈를 형성하며, 제2 렌즈의 굴절률 및 제4 렌즈의 굴절률은 제1 렌즈의 굴절률, 제3 렌즈의 굴절률 및 제5 렌즈의 굴절률과 다르며, 제1 렌즈의 입사면, 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 제1 경계면, 제2 렌즈와 제3 렌즈 사이의 제2 경계면, 제3 렌즈와 제4 렌즈 사이의 제3 경계면, 제4 렌즈와 제5 렌즈 사이의 제4 경계면, 및 제5 렌즈의 출사면 중 적어도 한 면은 비구면이며, 제1 경계면과 제2 경계면은 서로 다른 형상을 가지며, 제3 경계면과 제4 경계면은 서로 다른 형상을 가지며, 다음의 조건을 만족할 수 있다:
조건식(1): 0.01 ≤ ThiL2 ≤ 0.1
또 다른 측면에 있어서, 촬상 장치는 렌즈 광학계와, 렌즈 광학계에 의해 결상된 상을 촬상하는 고체 촬상 소자를 포함하며, 렌즈 광학계는, 물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열되는 제1 내지 제8 렌즈를 포함하며, 제1 렌즈와 제3 렌즈와 제5 렌즈는 플라스틱으로 형성되며, 제2 렌즈와 제4 렌즈는 광학 접합 물질로 형성되며, 제2 렌즈의 광학 접합 물질 및 제4 렌즈의 광학 접합 물질이 제1 렌즈와 제3 렌즈 사이의 공간 및 제3 렌즈와 제5 렌즈 사이의 공간에 각각 채워져 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 제5 렌즈가 제2 렌즈 및 제4 렌즈의 접합력에 의하여 접합되는 1군의 접합 렌즈를 형성하며, 제2 렌즈의 굴절률 및 제4 렌즈의 굴절률은 제1 렌즈의 굴절률, 제3 렌즈의 굴절률 및 제5 렌즈의 굴절률과 다르며, 제1 렌즈의 입사면, 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 제1 경계면, 제2 렌즈와 제3 렌즈 사이의 제2 경계면, 제3 렌즈와 제4 렌즈 사이의 제3 경계면, 제4 렌즈와 제5 렌즈 사이의 제4 경계면, 및 제5 렌즈의 출사면 중 적어도 한 면은 비구면이며, 제1 경계면과 제2 경계면은 서로 다른 형상을 가지며, 제3 경계면과 제4 경계면은 서로 다른 형상을 가질 수 있다.
또 다른 측면에 있어서, 촬상 장치는 렌즈 광학계와, 렌즈 광학계에 의해 결상된 상을 촬상하는 고체 촬상 소자를 포함하며, 렌즈 광학계는, 물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열된 것으로, 정(+)의 굴절력을 가지며, 제1 내지 제5 렌즈로 이루어진 접합 렌즈; 부(-)의 굴절력을 가지는 제6 렌즈; 부(-)의 굴절력을 가지는 제7 렌즈; 및 부(-)의 굴절력을 가지는 제8 렌즈;를 포함하며, 제2 렌즈와 제4 렌즈는 광학 접합 물질로 형성되며, 제2 렌즈의 광학 접합 물질 및 제4 렌즈의 광학 접합 물질이 제1 렌즈와 제3 렌즈 사이의 공간 및 제3 렌즈와 제5 렌즈 사이의 공간에 각각 채워져 제1 렌즈, 제3 렌즈 및 제5 렌즈가 제2 렌즈 및 제4 렌즈의 접합력에 의하여 접합되는 1군의 접합 렌즈를 형성하며, 제2 렌즈의 굴절률 및 제4 렌즈의 굴절률은 제1 렌즈의 굴절률, 제3 렌즈의 굴절률 및 제5 렌즈의 굴절률과 다르며, 접합 렌즈는 입사면이 물체측으로 볼록한 형태의 비구면 렌즈일 수 있다.
본 개시에 따른 접합 렌즈 및 렌즈 광학계는 2개 이상의 렌즈를 접합하여 1개 군의 접합 렌즈를 구현함으로써, 고성능을 유지하면서, 초소형 및 초슬림을 달성할 수 있다.
본 개시에 따른 렌즈 광학계는 파워배치 분산으로 높은 성능을 구현하면서도 민감도가 낮은 설계가 가능하여 양산성도 확보할 수 있다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 렌즈 광학계의 주요 구성요소의 배치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1에서의 접합 렌즈를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 3a 및 도 3e는 렌즈 단부의 다른 예들을 도시한 도면이다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 렌즈 광학계의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수치도이다.
도 5는 제 2 실시예에 따른 렌즈 광학계의 주요 구성요소의 배치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 6은 제 2 실시예에 따른 렌즈 광학계의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수치도이다.
도 7은 제 3 실시예에 따른 렌즈 광학계의 주요 구성요소의 배치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 8은 제 3 실시예에 따른 렌즈 광학계의 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수치도이다.
도 9는 본 발명에 따른 렌즈 광학계를 포함하는 촬상 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
이하, 이하, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 광학계 및 촬상장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한(혹은, 유사한) 구성요소들을 나타낸다.
이하의 설명에서, “상면(image plane)(IP)”이라고 기재된 표현은 렌즈 광학계를 지나 상이 맺히는 면을 나타내는 것으로, “상면측(image plane side)”은 이미지 센서 등의 촬상 소자등이 위치하는 방향을 나타낼 수 있다. 렌즈 광학계를 기준으로 “물체측(object side)”과 “상면측”은 서로 반대 방향을 의미할 수 있다. 또한, 렌즈의 두 양면 중 물체측에 있는 면을 입사면이라고 하고, 상면측에 있는 면을 출사면이라고 할 수 있다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 렌즈 광학계의 주요 구성요소의 배치를 개략적으로 보여주는 단면도이며, 도 2는 도 1에서의 접합 렌즈를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 렌즈 광학계는 물체(OBJ) 측으로부터 상면(IP)측으로 순서대로 배열되는, 제1 내지 제8 렌즈(L1~L8)를 포함한다.
제1 렌즈(L1), 제2 렌즈(L2), 제3 렌즈(L3), 제4 렌즈(L4) 및 제5 렌즈(L5)는 접합 렌즈(CL)를 이룬다. 제1 렌즈(L1)와 제3 렌즈(L3)와 제5 렌즈(L5)는 플라스틱으로 형성되며, 제2 렌즈(L2)와 제4 렌즈(L4)는 광학 접합 물질로 형성될 수 있다. 제2 렌즈(L2)의 광학 접합 물질(20)이 제1 렌즈(L1)와 제3 렌즈(L3) 사이의 공간에 채워져 제1 렌즈(L1) 및 제3 렌즈(L3)가 제2 렌즈(L2)의 접합력에 의하여 접합되고, 제4 렌즈(L4)의 광학 접합 물질(40)이 제3 렌즈(L3)와 제5 렌즈(L5) 사이의 공간에 채워져 제3 렌즈(L3) 및 제5 렌즈(L5)가 제4 렌즈(L4)의 접합력에 의하여 접합됨으로써 1군의 접합 렌즈를 형성할 수 있게 된다.
접합 렌즈(CL)는 정(+)의 굴절력을 가지며, 입사면(1)이 물체(OBJ)측으로 볼록한 형태의 비구면 렌즈일 수 있다.
제1 렌즈(L1)와 제3 렌즈(L3)는 소정의 간격으로 이격될 수 있다. 제1 렌즈(L1)와 제3 렌즈(L3) 사이의 소정의 간격은 제2 렌즈(L2)의 두께가 된다. 마찬가지로, 제3 렌즈(L3)와 제5 렌즈(L5)는 소정의 간격으로 이격될 수 있으며, 제3 렌즈(L3)와 제5 렌즈(L5) 사이의 소정의 간격은 제4 렌즈(L4)의 두께가 된다. 즉, 제2 렌즈(L2)의 두께 ThiL2는 제1 렌즈(L1)의 출사면의 정점과 제3 렌즈(L3)의 입사면의 정점 사이의 거리로 정의될 수 있으며, 제4 렌즈(L4)의 두께 ThiL4는 제3 렌즈(L3)의 출사면의 정점과 제5 렌즈(L5)의 입사면의 정점 사이의 거리로 정의될 수 있다. 제2 렌즈(L2)의 두께 ThiL2(단위: mm)와 제4 렌즈(L4)의 두께 ThiL4(단위: mm)는 다음의 조건식(1), (2)를 각각 만족할 수 있다.
조건식(1): 0.01 ≤ ThiL2 ≤ 0.1
조건식(2): 0.01 ≤ ThiL4 ≤ 0.1
제1 렌즈(L1)와 제3 렌즈(L3) 사이에는 제2 렌즈(L2)의 광학 접합 물질(20)이 채워짐에 따라, 제1 렌즈(L1)의 출사면은 제2 렌즈(L2)의 입사면과 같으며, 제2 렌즈(L2)의 출사면은 제3 렌즈(L3)의 입사면과 같다. 마찬가지로, 제3 렌즈(L3)와 제5 렌즈(L5) 사이에는 제4 렌즈(L4)의 광학 접합 물질(40)이 채워짐에 따라, 제3 렌즈(L3)의 출사면은 제4 렌즈(L4)의 입사면과 같으며, 제4 렌즈(L4)의 출사면은 제5 렌즈(L5)의 입사면과 같다. 이하에서, 제1 렌즈(L1)의 출사면(즉, 제2 렌즈(L2)의 입사면)은 제1 경계면(2)으로, 제3 렌즈(L3)의 입사면(즉, 제2 렌즈(L2)의 출사면)은 제2 경계면(3)으로, 제3 렌즈(L3)의 출사면(즉, 제4 렌즈(L4)의 입사면)은 제3 경계면(4)으로, 제5 렌즈(L5)의 입사면(즉, 제4 렌즈(L4)의 출사면)은 제4 경계면(5)으로 기술하기로 한다. 제1 내지 제5 렌즈(L1~L5)의 접합의 기구적 구조에 대해서는 후술하기로 한다.
제1 렌즈(L1)와 제3 렌즈(L3)가 이격됨에 따라, 제1 경계면(2)과 제2 경계면(3)은 서로 다른 형상을 가질 수 있다. 제3 렌즈(L3)와 제5 렌즈(L5)가 이격됨에 따라, 제3 경계면(4)과 제4 경계면(5) 역시 서로 다른 형상을 가질 수 있다. 제1 경계면(2), 제2 경계면(3), 제3 경계면(4) 및 제4 경계면(5) 중 적어도 어느 한 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 제1 경계면(2)은 물체(OBJ)측으로 볼록한 형태의 비구면이며, 제2 경계면(3)도 물체(OBJ)측으로 볼록한 형태의 비구면이되, 제1 경계면(2)의 곡률반경과, 제2 경계면(3)의 곡률반경은 서로 다를 수 있다.
또한, 제1 렌즈(L1)의 입사면(1) 및 제5 렌즈(L5)의 출사면(6) 중 적어도 어느 한 면은 비구면일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 렌즈(L1)의 입사면(1), 제1 경계면(2), 제2 경계면(3), 제3 경계면(4), 제4 경계면(5) 및 제5 렌즈(L5)의 출사면(6) 모두 비구면일 수 있다.
제2 렌즈(L2)의 굴절률은 제1 렌즈(L1)의 굴절률 및 제3 렌즈(L2)의 굴절률과 다르다. 비슷하게, 제4 렌즈(L4)의 굴절률은 제3 렌즈(L3)의 굴절률 및 제5 렌즈(L5)의 굴절률과 다르다.
광학 접합 물질은 광학적 성질이 우수하면서 접착성이 있는 물질일 수 있다. 광학 접합 물질은, 제조 공정을 고려하여, UV 경화성 또는 열 경화성 물질일 수 있다. 이와 같은 광학 접합 물질로 제조되는 제2 렌즈(L2)의 굴절률 Ind2 및 제4 렌즈(L4)의 굴절률 Ind4는 다음의 조건식(3), (4)를 각각 만족할 수 있다.
조건식(3): 1.4 ≤ Ind2 ≤ 1.8
조건식(4): 1.4 ≤ Ind4 ≤ 1.8
접합 렌즈(CL)는 다음의 조건식(5)를 만족할 수 있다.
조건식(5): 0.15 ≤ OAL_L1toL5/OAL ≤ 0.25
여기서, OAL_L1toL5 (단위: mm)는 제1 렌즈(L1)의 입사면(1)의 중심과 제5 렌즈(L5)의 출사면(6)의 중심간의 거리를 나타내며, 접합 렌즈(CL)의 두께에 해당한다. OAL(단위: mm)은 제1 렌즈(L1)의 입사면(1)의 중심과 제8 렌즈(L8)의 출사면(12)의 중심간의 거리를 나타낸다.
조건식(5)는 제1 내지 제5 렌즈(L1~L5)의 두께와 렌즈 광학계 전체의 두께의 관계를 보여주며, 제1 내지 제5 렌즈(L1~L5)의 두께를 두께를 줄임에 따라 렌즈 광학계의 고성능을 유지하면서 렌즈 광학계를 초슬림으로 구현할 수 있게 된다.
또한, 접합 렌즈(CL)는 다음의 조건식(6)을 만족할 수 있다.
조건식(6): 0.1 ≤ OAL_L1toL5/IH ≤ 0.2
여기서, IH(단위: mm)는 유효경의 상고의(즉, 상면(IP)에서의 상의 직경)를 나타낸다.
조건식(6)은 제1 내지 제5 렌즈(L1~L5)의 두께와 상면(IP)의 크기의 관계를 보여주며, 제1 내지 제5 렌즈(L1~L5)의 두께를 줄임에 따라 상면(IP)의 크기 대비 렌즈 광학계를 초슬림으로 구현할 수 있게 된다.
상기와 같이 접합 렌즈(CL)는 통상적인 의미에서의 3매의 광학 렌즈의 접합 렌즈일 수 있으나, 그 사이에서 접착제로 기능하는 광학 접합 물질을 제2 렌즈(L2) 및 제4 렌즈(L4)로 기능할 수 있도록 함으로써, 5매의 군으로 이루어진 접합 렌즈를 구현할 수 있으며, 이에 따라 렌즈 광학계 전체의 길이를 초슬림으로 할 수 있게 된다. 또한, 제1 내지 제5 렌즈(L1~L5)는 공기가 개재되지 않은 상태로 접합됨으로써, 높은 수준에서 색수차가 보정될 수 있다.
제6 렌즈(L6)는 부(-)의 굴절력을 가지며, 비구면 렌즈일 수 있다. 제6 렌즈(L6)는 예를 들어, 상면(IP)측이 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.
제7 렌즈(L7)는 부(-)의 굴절력을 가지며, 2개 이상의 변곡점을 가지는 비구면 렌즈일 수 있다. 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. 제7 렌즈(L7)는 예를 들어, 렌즈 면의 중심부(광축으로부터 소정 반경 내) 에서 물체(OBJ)측을 향해 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제7 렌즈(L7)의 출사면(10)은 광축(OA) 근처에서 상면(IP)을 향해 오목한 형상을 가지고, 광축(OA)으로부터 주변부로 갈수록 볼록한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제7 렌즈(L7)의 입사면(9)은 광축(OA) 근처에서 물체측(OBJ)을 향해 볼록한 형상을 가지고, 광축(OA)으로부터 주변부로 갈수록 오목한 형상을 가질 수 있다.
제8 렌즈(L8)는 부(-)의 굴절력을 가지며, 2개 이상의 변곡점을 가지는 비구면 렌즈일 수 있다. 제8 렌즈(L8)는 예를 들어, 렌즈 면의 중심부(광축으로부터 소정 반경 내) 에서 물체(OBJ)측을 향해 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제8 렌즈(L8)의 출사면(12)은 광축(OA) 근처에서 상면(IP)을 향해 오목한 형상을 가지고, 광축(OA)으로부터 주변부로 갈수록 볼록한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제8 렌즈(L8)의 입사면(11)은 광축(OA) 근처에서 물체측(OBJ)을 향해 볼록한 형상을 가지고, 광축(OA)으로부터 주변부로 갈수록 오목한 형상을 가질 수 있다.
제8 렌즈(L8)와 상면(IP) 사이에 적어도 하나의 광학 필터(optical filter, OF)가 구비될 수 있다. 광학 필터(OF)는 예를 들어 저역 통과 필터(Low pass Filter), 적외선 차단 필터(IR-Cut Filter), 커버 글라스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 필터(OF)로서 적외선 차단 필터가 구비되는 경우, 가시광선은 투과되고, 적외선은 외부로 방출되도록 하여, 적외선이 상면에 전달되지 않도록 할 수 있다. 하지만, 광학 필터(OF) 없이 촬영 렌즈를 구성하는 것도 가능하다.
렌즈 광학계는 다음의 조건식(7)를 만족할 수 있다.
조건식(5): 0.55 ≤ TTL/IH ≤ 0.8
여기서, TTL(단위: mm)은 제1 렌즈(L1)의 입사면(1)의 중심에서 상면(IP)까지의 거리를 나타낸다.
조건식(7)를 만족하는 렌즈 광학계는 상면(IP)의 크기 대비 렌즈 광학계의 전체 길이를 줄여, 초슬림 광학계를 구현할 수 있다.
렌즈 광학계는 다음의 조건식(8)을 만족할 수 있는 바, 고해상도의 광각 렌즈가 구현될 수 있다.
조건식(8): 70 ≤ Fov ≤ 90
여기서, FOV(단위: °)는 렌즈 광학계의 화각을 나타낸다.
한편, 상기한 구성을 가지는 렌즈 광학계에서 제1 내지 제8 렌즈(L1~L8) 중 적어도 하나는 플라스틱(plastic) 소재로 제조할 수 있다. 제1 렌즈(L1), 제3 렌즈, 제5 렌즈(L5) 내지 제8 렌즈(L3~L8)는 모두 플라스틱 소재로 제조할 수 있다. 이러한 플라스틱 렌즈를 사용할 경우, 글라스를 사용하는 경우보다 가볍고 양산에 유리할 수 있다. 나아가, 전술한 바와 같이, 제2 렌즈(L2)의 광학 접합 물질(20)이 제1 렌즈(L1)와 제3 렌즈(L3) 사이의 공간에 채우고, 제4 렌즈(L4)의 광학 접합 물질(40)이 제3 렌즈(L3)와 제5 렌즈(L5) 사이의 공간에 채움에 따라, 제1 내지 제5 렌즈(L1~L5)가 1군의 접합 렌즈를 구성할 수 있으며, 이에 따라 제1 내지 제5 렌즈(L1~L5)의 두께를 매우 얇게 할 수 있으며, 이에 따라 렌즈 광학계는 고성능을 유지하면서, 초소형 및 초슬림을 달성할 수 있다.
본원에서 제1 렌즈(L1), 제3 렌즈(L3), 제5 렌즈 내지 제8 렌즈(L5~L8)의 재질이 플라스틱으로 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라서는, 제1 렌즈(L1), 제3 렌즈(L3), 제5 렌즈 내지 제8 렌즈(L5~L8) 중 일부를 글라스로 제조할 수도 있다. 예를 들어, 제1 렌즈(L1), 제3 렌즈(L3) 및 제5 렌즈(L5)는 플라스틱으로 제조하되, 제6 렌즈 내지 제8 렌즈(L6~L8) 중 적어도 어느 하나를 글라스로 제조할 수도 있다. 글라스 렌즈를 사용할 경우, 플라스틱을 사용하는 경우보다 고신뢰성을 확보할 수 있다.
한편, 도 1에서 조리개(Stop, ST)는 예시적으로, 제1 렌즈(L1)의 입사면(1) 측에 배치한 경우를 도시하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 조리개(ST)는 렌즈 광학계의 다른 위치에 배치될 수 있으며, 또는 조리개(ST)가 없을 수도 있다.
다음으로, 접합 렌즈(CL)의 접합의 기구적 구조에 대해 설명하기로 한다.
제1 렌즈(L1)는 입사면(1)과 출사면(즉, 제1 경계면(2))으로 규정되는 제1 렌즈 몸체(10)와, 제1 렌즈 몸체(10)의 외곽에서 연장되는 제1 렌즈 단부(11)를 포함한다.
마찬가지로, 제3 렌즈(L3)는 입사면(즉, 제2 경계면(3))과 출사면(즉, 제3 경계면(4))으로 규정되는 제3 렌즈 몸체(30)와, 제3 렌즈 몸체(30)의 외곽에서 연장되는 제3 렌즈 단부(31)를 포함한다. 제5 렌즈(L5)는 입사면(즉, 제4 경계면(5))과 출사면(6)으로 규정되는 제5 렌즈 몸체(50)와, 제5 렌즈 몸체(50)의 외곽에서 연장되는 제5 렌즈 단부(51)를 포함한다.
제3 렌즈 단부(31)의 양측에는 제1 렌즈(L1) 및 제5 렌즈(L5)가 끼워질 수 있도록 오목한 홈들이 마련된다. 구체적으로, 제3 렌즈 단부(31)의 일측에는 제1 렌즈(L1)의 제1 렌즈 단부(11)의 일부가 삽입되어 맞닿을 수 있는 형상으로 단차되어 있으며, 타측에는 제5 렌즈(L5)의 제5 렌즈 단부(51)의 일부가 삽입되어 맞닿을 수 있는 형상으로 단차되어 있다. 달리 말하면, 제3 렌즈(L3)의 기구적 외경이 제1 및 제5 렌즈(L1, L5)의 기구적 외경보다 크며, 제3 렌즈 단부(31)는 제1 및 제5 단부(11, 51)에 대해 외곽으로 둘러쌓이도록 구성된다.
한편, 제1 렌즈(L1)의 출사면(즉, 제1 경계면(2))과 제3 렌즈(L3)의 입사면(즉, 제2 경계면(3))은 소정의 간격으로 이격되어 있고, 그 사이의 공간에 광학 접합 물질(20)이 채워진다. 광학 접합 물질(20)은 제1 렌즈 단부(11)와 제3 렌즈 단부(31)의 맞닿는 면 사이에도 위치할 수 있다. 광학 접합 물질(20)은 예를 들어 UV 경화성 물질 또는 열 경화성 물질일 수 있으며, 제1 렌즈(L1)와 제3 렌즈(L3) 사이의 공간에 채워진 광학 접합 물질(20)이 경화됨에 따라 제1 렌즈(L1)와 제3 렌즈(L3)를 접합시키게 된다.
마찬가지로, 제3 렌즈(L3)의 출사면(즉, 제3 경계면(4))과 제5 렌즈(L5)의 입사면(즉, 제4 경계면(5))은 소정의 간격으로 이격되어 있고, 그 사이의 공간에 광학 접합 물질(40)이 채워진다. 광학 접합 물질(40)은 제3 렌즈 단부(31)와 제5 렌즈 단부(51)의 맞닿는 면 사이에도 위치할 수 있다. 광학 접합 물질(40)은 예를 들어 UV 경화성 물질 또는 열 경화성 물질일 수 있으며, 제3 렌즈(L3)와 제5 렌즈(L5) 사이의 공간에 채워진 광학 접합 물질(40)이 경화됨에 따라 제3 렌즈(L3)와 제5 렌즈(L5)를 접합시키게 된다.
광학 접합 물질(20, 40)은, 경화되었을 때, 앞서 설명된 조건식(3), (4)를 만족하는 굴절력을 가질 수 있으며, 따라서, 제2 및 제4 렌즈(L2, L4)로 역할을 하게 된다.
상기와 같이 제1 내지 제5 렌즈(L1~L5)를 일체의 접합 렌즈(CL)로 제작함으로써, 제1 내지 제5 렌즈(L1~L5)의 간격과 광축 정열을 용이하도록 할 수 있다. 또한, 제1 내지 제5 렌즈(L1~L5)를 일체의 접합 렌즈(CL)의 형태로 다른 렌즈들(즉, 제6 내지 제8 렌즈(L6~L8)와 조립하도록 함으로써, 우수한 성능구현과 제작 생산성을 올릴 수 있는 광학계를 구현할 수 있다.
도 2에서는 제3 렌즈(L3)의 제3 렌즈 단부(31)는 오목한 홈을 규정하는 단차만이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 렌즈 단부(11)와 제3 렌즈 단부(31)가 마주하는 면 중 하나에 제1 렌즈(L1)와 제3 렌즈(L3)의 간격을 좀 더 안정적으로 유지할 수 있도록 하는 돌기나, 턱, 단차 등이 추가적으로 마련될 수도 있다. 비슷하게, 제3 렌즈 단부(31)와 제5 렌즈 단부(51)가 마주하는 면 중 하나에 제3 렌즈(L3)와 제5 렌즈(L5)의 간격을 좀 더 안정적으로 유지할 수 있도록 하는 돌기나, 턱, 단차 등이 추가적으로 마련될 수도 있다.
도 2에서는 제3 렌즈(L3)의 제3 렌즈 단부(31)에 오목한 홈이 형성된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3a 내지 도 3e는 렌즈 단부의 다른 예들을 도시한 도면이다. 이하의 설명에서 제1, 제3 및 제5 렌즈 단부(11, 31, 51)의 단부 형상을 제외하고는 도 2를 참조하여 설명한 제1 내지 제5 렌즈(L1~L5)의 접합의 기구적 구조와 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 3a를 참조하면, 제1 렌즈(L1)의 제1 렌즈 단부(11)에는 제3 렌즈(L3)의 제3 렌즈 단부(31)의 일측이 삽입될 수 있도록 오목한 홈이 마련된다. 마찬가지로, 제5 렌즈(L5)의 제5 렌즈 단부(51)에는 제3 렌즈(L3)의 제3 렌즈 단부(31)의 타측이 삽입될 수 있도록 오목한 홈이 마련된다. 구체적으로, 제1 렌즈 단부(11)의 일 면에는 제3 렌즈 단부(31) 일측이 삽입되어 맞닿을 수 있는 형상으로 단차되어 있으며, 제5 렌즈 단부(51)의 일 면에는 제3 렌즈 단부(51) 타측이 삽입되어 맞닿을 수 있는 형상으로 단차되어 있다. 달리 말하면, 제3 렌즈(L3)의 기구적 외경이 제1 및 제5 렌즈(L1, L5)의 기구적 외경보다 작으며, 제3 렌즈 단부(31)의 외곽은 제1 및 제5 단부(11, 51)에 의해 둘러쌓이도록 구성된다. 또한, 접합 렌즈(CL)의 제조 측면에서 볼 때, 제3 렌즈 단부(31)는 그 두께를 적절하게 선택함으로써, 제1 렌즈(L1)와 제3 렌즈(L3) 사이의 이격거리(즉, 제2 렌즈(L2)의 두께 ThiL2)나 제3 렌즈(L3)와 제5 렌즈(L5) 사이의 이격거리(즉, 제4 렌즈(L4)의 두께 ThiL4)를 좀 더 안정적으로 확보할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 제3 렌즈(L3)의 제3 렌즈 단부(31)의 일측에 오목한 홈이 마련되어, 제1 렌즈(L1)의 제1 렌즈 단부(11)의 일부가 끼워질 수 있고, 제5 렌즈(L5)의 제5 렌즈 단부(51)의 일측에 오목한 홈이 마련되어, 제3 렌즈(L3)의 제3 렌즈 단부(31)의 일부가 끼워질 수 있도록 구성될 수 있다. 이때, 제3 렌즈(L3)의 기구적 외경은 제1 렌즈(L1)의 기구적 외경보다 크며, 제5 렌즈(L5)의 기구적 외경은 제3 렌즈(L3)의 기구적 외경보다 크도록 구성될 수 있다. 또한, 도면에 예시되듯이, 제1 렌즈 단부(11)와 제3 렌즈 단부(31)가 마주하는 면 중 제3 렌즈 단부(31)쪽 면에 제1 렌즈(L1)와 제3 렌즈(L3)의 간격을 유지할 수 있도록 하는 단차가 추가적으로 마련되어 있는데, 비슷하게, 제3 렌즈 단부(31)와 제5 렌즈 단부(51)가 마주하는 면 중 하나에 제3 렌즈(L3)와 제5 렌즈(L5)의 간격을 좀 더 안정적으로 유지할 수 있도록 하는 돌기나, 턱, 단차 등이 추가적으로 마련될 수도 있다.
도 3c를 참조하면, 제1 렌즈(L1)의 제1 렌즈 단부(11)의 일측에 오목한 홈이 마련되고, 제3 렌즈(L3)의 제3 렌즈 단부(31)의 일측에 상기 제1 렌즈 단부(11)의 오목한 홈에 상응하는 제1 돌출부가 형성되어, 제1 렌즈 단부(11)의 오목한 홈에 제3 렌즈 단부(31)의 제1 돌출부가 끼워질 수 있도록 구성될 수 있다. 비슷하게, 제5 렌즈(L5)의 제5 렌즈 단부(51)의 일측에 오목한 홈이 마련되고, 제3 렌즈(L3)의 제3 렌즈 단부(31)의 타측에 상기 제5 렌즈 단부(51)의 오목한 홈에 상응하는 제2 돌출부가 형성되어, 제5 렌즈 단부(51)의 오목한 홈에 제3 렌즈 단부(31)의 제2 돌출부가 끼워질 수 있다. 이때, 제1, 제3, 및 제5 렌즈(L1, L3, L5)의 기구적 외경은 모두 같도록 구성될 수 있다.
도 3d를 참조하면, 제3 렌즈(L3)의 제3 렌즈 단부(31)의 일측에 오목한 홈이 마련되고, 제1 렌즈(L1)의 제1 렌즈 단부(11)의 일측에 상기 제3 렌즈 단부(31)의 오목한 홈에 상응하는 제1 돌출부가 형성되어, 제3 렌즈 단부(31)의 오목한 홈에 제1 렌즈 단부(11)의 제1 돌출부가 끼워질 수 있도록 구성될 수 있다. 비슷하게, 제5 렌즈(L5)의 제5 렌즈 단부(51)의 일측에 오목한 홈이 마련되고, 제3 렌즈(L3)의 제3 렌즈 단부(31)의 타측에 상기 제5 렌즈 단부(51)의 오목한 홈에 상응하는 제2 돌출부가 형성되어, 제5 렌즈 단부(51)의 오목한 홈에 제3 렌즈 단부(31)의 제2 돌출부가 끼워질 수 있다. 이때, 제1, 제3, 및 제5 렌즈(L1, L3, L5)의 기구적 외경은 모두 같도록 구성될 수 있다.
도 3e를 참조하면, 제3 렌즈(L3)의 제3 렌즈 단부(31)의 일측에 오목한 홈이 마련되고, 제1 렌즈(L1)의 제1 렌즈 단부(11)의 일측에 상기 제3 렌즈 단부(31)의 오목한 홈에 상응하는 제1 돌출부가 형성되어, 제3 렌즈 단부(31)의 오목한 홈에 제1 렌즈 단부(11)의 제1 돌출부가 끼워질 수 있도록 구성될 수 있다. 비슷하게, 제3 렌즈(L3)의 제3 렌즈 단부(31)의 타측에 오목한 홈이 마련되고, 제5 렌즈(L5)의 제5 렌즈 단부(51)의 타측에 상기 제3 렌즈 단부(31)의 오목한 홈에 상응하는 제2 돌출부가 형성되어, 제3 렌즈 단부(31)의 오목한 홈에 제5 렌즈 단부(51)의 제5 돌출부가 끼워질 수 있다. 이때, 제1, 제3, 및 제5 렌즈(L1, L3, L5)의 기구적 외경은 모두 같도록 구성될 수 있다.
제1 내지 제5 렌즈(L1~L5)의 접합의 기구적 구조는 본 출원인이 앞서 출원한 한국특허출원 제10-2020-0039437호(출원일: 2020년 3월 31일)에 개시된 바와 같이 다양한 변형이 가능하다.
나아가, 본 실시예에서는 제1, 제3, 및 제5 렌즈 단부(11, 31, 51)가 서로 끼워지는 구조들을 중심으로 설명하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제2 렌즈(L2) 및 제4 렌즈(L4)의광학 접합 물질 자체가 접착성을 가지고 있으므로, 제1, 제3, 및 제5 렌즈 단부(11, 31, 51)가 모두 평평한 단순 구조를 갖더라도 제1 렌즈(L1)와 제3 렌즈(L3)는 접합될 수 있으며, 제3 렌즈(L3)와 제5 렌즈(L5)는 접합될 수 있을 것이다. 다만, 제1 렌즈(L1)와 제3 렌즈(L3)가 소정 간격을 유지하고, 제3 렌즈(L3)와 제5 렌즈(L5)가 소정 간격을 유지하여야 하므로, 접합 렌즈(CL)의 제조 공정 중 광학 접합 물질의 경화 단계에서, 제1, 제3, 및 제5 렌즈(L1, L3, L5)가 일정 간격을 유지할 수 있또록 지지하는 장치가 추가적으로 필요할 수 있다.
본 발명에서는 다음과 같이 다양한 설계에 따른 수치 실시예를 통해 렌즈 광학계를 구현할 수 있다.
각 수치 실시예에서 렌즈면 번호(1, 2, 3, …, n; n은 자연수)는 물체 (OBJ)측으로부터 상면(IP)측으로 순차적으로 나열되며, 도면에는 렌즈 면의 부호를 도시한다. 그리고, OBJ는 물체를, EFL은 각 렌즈의 초점 거리를, F-no는 F 넘버를, FOV는 화각을, R은 곡률 반경을, Dn은 렌즈의 두께 또는 렌즈와 렌즈 사이의 공기 간격을, Nd는 굴절률을, Vd는 아베수를 나타낸다. ST는 조리개를 나타낸다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 광학계에 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. 여기서, x는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리를, y는 광축에 대해 수직한 방향으로의 거리를, K는 코닉 상수(conic constant)를, A, B, C, D, E 및 F는 비구면 계수를, c는 렌즈의 정점에 있어서의 곡률 반경의 역수(1/R)를 각각 나타낸다.
< 비구면 방정식 >
Figure 112020064093109-pat00001
<제1 수치 실시예>
도 1은 제1 수치 실시예에 따른 렌즈 광학계를 도시한 것이며, 다음의 표 1은 제1 수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다.
면 Radius Thickness Nd Vd
1 1.96174 0.47531 1.53349 55.85588
2 11.41168 0.05000 1.56112 46.01898
3 4.72274 0.22000 1.66709 20.35619
4 2.94904 0.05000 1.56112 46.01898
5 2.86790 0.37143 1.53349 55.85588
6 6.05413 0.57445 　 　
7 -5.80693 0.58268 1.66709 20.35619
8 -8.28243 0.70662 　 　
9 18.58276 0.68321 1.61927 25.95994
10 16.75499 0.40458 　 　
11 2.13378 0.83617 1.53349 55.85588
12 1.61735 0.45000 　 　
13 Infinity 0.11000 1.51827 64.19733
14 Infinity 0.99554 　 　
Image Infinity -0.01000 　 　
다음의 표 2 및 표 3은 제1 수치 실시예의 비구면 계수를 나타낸다.
면 K 4th 6th 8th 10th
1 -0.07972 -0.00015 0.00429 -0.01400 0.02737
2 0.00000 -0.06540 0.14632 -0.04210 0.00000
3 10.02857 0.07303 -0.09024 0.08243 -0.32166
4 4.47931 0.04453 -0.06475 0.00000 0.00000
5 -13.41692 0.11145 0.06114 -0.18674 0.08642
6 -1.70660 -0.00472 -0.02092 0.12335 -0.41705
7 24.11368 -0.02838 -0.02694 0.03964 -0.04896
8 -69.21226 -0.03994 -0.01979 0.04087 -0.05449
9 24.93742 0.01611 -0.03592 0.03406 -0.02895
10 -3.85552 -0.04238 0.04013 -0.02287 0.00728
11 -4.56344 -0.11855 0.04097 -0.00899 0.00142
12 -1.00000 -0.13985 0.04643 -0.01213 0.00221
13 　 　 　 　 　
14 　 　 　 　 　
Image 　 　 　 　 　
면 12th 14th 16th 18th 20th
1 -0.03107 0.01939 -0.00656 0.00113 -0.00008
2 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000
3 0.85761 -1.37089 1.29738 -0.66009 0.13774
4 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000
5 -0.01180 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000
6 0.76925 -0.81170 0.47846 -0.14700 0.01837
7 0.07092 -0.10960 0.10485 -0.04864 0.00815
8 0.05219 -0.03240 0.01251 -0.00261 0.00022
9 0.01524 -0.00502 0.00100 -0.00011 0.00000
10 -0.00151 0.00021 -0.00002 0.00000 0.00000
11 -0.00016 0.00001 0.00000 0.00000 0.00000
12 -0.00027 0.00002 0.00000 0.00000 0.00000
13 　 　 　 　 　
14 　 　 　 　 　
Image 　 　 　 　 　
도 4는 제1 수치 실시예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curves), 왜곡수차(distortion)를 나타낸 것이다. 상면만곡으로는 자오상면 만곡(T: tangential field curvature)과 구결상면 만곡(S: sagittal field curvature)을 보여준다.
<제2 수치 실시예>
도 5는 제2 수치 실시예에 따른 렌즈 광학계를 도시한 것이며, 다음의 표 4는 제2 수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다.
면 Radius Thickness Nd Vd
1 1.96064 0.48279 1.53605 55.65625
2 13.42281 0.03095 1.52147 64.99902
3 5.09883 0.27267 1.66692 20.35322
4 3.04855 0.04000 1.52147 64.99902
5 2.70724 0.47359 1.66692 20.35322
6 6.03183 0.56665 　 　
7 -5.83731 0.56011 1.66692 20.35322
8 -7.98034 0.73130 　 　
9 20.51644 0.69448 1.61927 25.95994
10 15.32438 0.32288 　 　
11 2.08179 0.79842 1.53605 55.65625
12 1.60285 0.45000 　 　
13 Infinity 0.11000 1.51827 64.19733
14 Infinity 0.76358 　 　
Image Infinity 0.00258 　 　
다음의 표 5 및 표 6은 제2 수치 실시예의 비구면 계수를 나타낸다.
면 K 4th 6th 8th 10th
1 -0.05644 0.00023 0.00490 -0.01351 0.02772
2 0.00000 0.08948 -0.01136 -0.00334 0.00000
3 7.57542 0.01520 0.11616 -0.90572 3.13918
4 4.54126 0.02390 -0.05162 0.00000 0.00000
5 -13.58218 0.11827 -0.11707 0.03598 -0.00422
6 -0.42373 -0.00224 -0.02925 0.14018 -0.38258
7 23.93373 -0.03191 -0.03235 0.07260 -0.13180
8 -51.17913 -0.03936 -0.02956 0.06011 -0.07563
9 9.02639 0.01998 -0.04109 0.03666 -0.03060
10 19.09866 -0.04233 0.03955 -0.02417 0.00844
11 -4.80634 -0.11884 0.04141 -0.00924 0.00150
12 -1.00000 -0.13989 0.04646 -0.01214 0.00221
13 　 　 　 　 　
14 　 　 　 　 　
Image 　 　 　 　 　
면 12th 14th 16th 18th 20th
1 -0.03092 0.01935 -0.00656 0.00113 -0.00008
2 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000
3 -6.48395 8.17566 -6.15883 2.54410 -0.44316
4 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000
5 0.00013 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000
6 0.61094 -0.58635 0.32305 -0.09402 0.01120
7 0.18912 -0.21014 0.15628 -0.06351 0.01000
8 0.06593 -0.03763 0.01359 -0.00271 0.00022
9 0.01660 -0.00569 0.00117 -0.00013 0.00001
10 -0.00191 0.00029 -0.00003 0.00000 0.00000
11 -0.00017 0.00001 0.00000 0.00000 0.00000
12 -0.00027 0.00002 0.00000 0.00000 0.00000
13 　 　 　 　 　
14 　 　 　 　 　
Image 　 　 　 　 　
도 6은 제2 수치 실시예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curves), 왜곡수차(distortion)를 나타낸 것이다.
<제3 수치 실시예>
도 7은 제3 수치 실시예에 따른 렌즈 광학계를 도시한 것이며, 다음의 표 7는 제3 수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다.
면 Radius Thickness Nd Vd
1 1.87873 0.36348 1.53605 55.65625
2 6.08624 0.02500 1.58171 61.99905
3 4.28008 0.23132 1.66692 20.35322
4 2.74063 0.02494 1.58171 61.99905
5 6.17645 0.30527 1.66692 20.35322
6 5.36972 0.60596 　 　
7 -5.80265 0.64254 1.66692 20.35322
8 -7.71569 0.73318 　 　
9 17.07813 0.69396 1.61927 25.95994
10 15.46005 0.41468 　 　
11 1.99964 0.76116 1.53605 55.65625
12 1.53101 0.45000 　 　
13 Infinity 0.11000 1.51827 64.19733
14 Infinity 0.83667 　 　
Image Infinity 0.00183 　 　
다음의 표 8 및 표 9는 제3 수치 실시예의 비구면 계수를 나타낸다.
면 K 4th 6th 8th 10th
1 0.00171 0.00186 0.00608 -0.01290 0.02804
2 0.00000 0.07230 -0.02127 0.00077 0.00000
3 7.22331 0.03101 0.03575 -0.56296 2.03399
4 4.89855 0.02619 -0.07370 0.00000 0.00000
5 8.47539 0.18967 -0.04762 -0.02752 0.01254
6 0.62876 -0.01035 0.01382 -0.02285 0.02414
7 23.02677 -0.03762 0.02508 -0.16135 0.48215
8 -50.56390 -0.04637 -0.01052 0.02616 -0.03934
9 -186.53162 0.01491 -0.03501 0.03422 -0.03474
10 31.48392 -0.03728 0.04403 -0.03139 0.01219
11 -4.87302 -0.10060 0.03422 -0.00791 0.00132
12 -1.00000 -0.14092 0.04645 -0.01213 0.00221
13 　 　 　 　 　
14 　 　 　 　 　
Image 　 　 　 　 　
면 12th 14th 16th 18th 20th
1 -0.03093 0.01899 -0.00656 0.00113 -0.00008
2 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000
3 -4.33609 5.58171 -4.22735 1.74176 -0.30222
4 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000
5 -0.00131 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000
6 0.00909 -0.04011 0.02994 -0.00925 0.00106
7 -0.82401 0.82882 -0.47695 0.14457 -0.01816
8 0.04277 -0.02930 0.01222 -0.00270 0.00024
9 0.02119 -0.00784 0.00170 -0.00019 0.00001
10 -0.00300 0.00048 -0.00005 0.00000 0.00000
11 -0.00015 0.00001 0.00000 0.00000 0.00000
12 -0.00027 0.00002 0.00000 0.00000 0.00000
13
14 　 　 　 　 　
Image 　 　 　 　 　
도 8은 제3 수치 실시예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curves), 왜곡수차(distortion)를 나타낸 것이다.
한편, 본 발명의 제1 내지 제3 수치실시예에 따른 렌즈 광학계의 F-넘버(Fno), 초점거리(f) 및 화각(FOV)을 정리하면 아래의 표 10과 같다.
용어 실시예1 실시예2 실시예3
Fov 76.52 75.85 75.45
f 5.77 5.47 5.37
Fno 2.50 2.50 2.62
다음은 제1 내지 제3 수치 실시예에 따른 렌즈 광학계가 조건식 1 내지 식 8를 만족함을 보인 것이다. 표 11에서 FOV(화각)의 단위는 °이다.
용어 정의 실시예1 실시예2 실시예3
조건식1 0.01 ≤ ThiL2 ≤ 0.1 0.02 0.08 0.05
조건식2 1.4 ≤ Ind2 ≤ 1.8 1.56 1.60 1.67
조건식3 0.15 ≤ OAL_L1L2L3/OAL ≤ 0.25 0.20 0.23 0.22
조건식4 0.1 ≤ OAL_L1L2L3/IH ≤ 0.2 0.12 0.14 0.15
조건식5 0.55 ≤ TTL/IH ≤ 0.8 0.64 0.63 0.69
조건식6 70 ≤ Fov ≤ 90 79.49 78.96 70.96
조건식7 0.55 ≤ TTL/IH ≤ 0.8 0.68 0.66 0.65
조건식8 70 ≤ Fov ≤ 90 76.52 75.85 75.45
표 12는 표 11을 얻는데 필요한 변수들의 값을 정리한 것이다. 표 12에서 Semi IH는 유효경 상고의 절반, B.F.L는 제7 렌즈(L7)의 출사면의 중심에서 상면(IP)(이미지 센서의 센서면)까지의 거리, Ind1, Ind2, Ind3, Ind4 및 Ind5는 각각 제1 렌즈(L1)의 굴절률, 제2 렌즈(L2)의 굴절률, 제3 렌즈(L3)의 굴절률, 제4 렌즈(L4)의 굴절률 및 제5 렌즈(L5)의 굴절률, Abv1, Abv2, Abv3, Abv4 및 Abv5는 각각 제1 렌즈(L1)의 아베수, 제2 렌즈(L2)의 아베수, 제3 렌즈(L3)의 아베수, 제4 렌즈(L4)의 아베수 및 제5 렌즈(L5)의 아베수를 나타낸다. TTL, IH, Semi IH, OAL, OAL_L1L2L3, B.F.L, 및 ThiL2 값들의 단위는 ㎜이다.
용어 실시예1 실시예2 실시예3
IH 9.50 9.50 9.50
Semi IH 4.75 4.75 4.75
TTL 6.50 6.30 6.20
OAL 4.95 4.97 4.80
OAL_L1toL5 1.17 1.30 0.95
B.F.L 1.55 1.33 1.40
ThiL2 0.050 0.031 0.025
ThiL4 0.050 0.040 0.025
Ind1 1.533 1.536 1.536
Ind2 1.561 1.521 1.582
Ind3 1.667 1.667 1.667
Ind4 1.561 1.521 1.582
Ind5 1.533 1.667 1.667
Abv1 55.86 55.66 55.66
Abv2 46.02 65.00 62.00
Abv3 20.36 20.35 20.35
Abv4 46.02 65.00 62.00
Abv5 55.86 20.35 20.35
도 9는 예시적인 실시예에 따른 렌즈 광학계를 구비한 촬상 장치(모바일 폰)(100)의 일 예를 도시한 것이다. 촬상 장치(100)는 렌즈 광학계(110)와, 상기 렌즈 광학계(110)에 의해 결상된 상(image)를 수광하여 전기적인 화상 신호로 변환하는 이미지 센서(120)를 포함한다. 상기 렌즈 광학계(110)로는 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 렌즈 광학계가 채용될 수 있다. 예시적인 실시예에 따른 렌즈 광학계를 소형의 디지털 카메라, 모바일 폰용 카메라, 자동차용 카메라 등의 촬상 장치에 적용함으로써 촬영이 가능한 촬상 장치를 구현할 수 있다.
도 9에 도시된 촬상 장치는 일반적인 예일 뿐이며 보다 다양한 광학 기기에 적용 가능하다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 렌즈 광학계는 차량용 카메라의 렌즈 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 렌즈 광학계는 가상 현실 장치, 증강 현실 장치 등에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 가상 현실 장치에는 상술한 실시예에 따른 렌즈 광학계가 서로 반대방향을 향하도록 마련될 수 있다. 예컨대, 블랙박스, AVM(around view monitoring) 시스템 또는 후방 카메라 등 다양한 차량용 장치에 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 광학계를 적용할 수 있다. 또한, 상기 렌즈 광학계는 드론이나 레저 스포츠용 캠코더와 같은 다양한 액션캠(action cam)에 적용될 수 있다. 그 밖에도, 상기 렌즈 광학계는 다양한 감시용 카메라에 적용될 수 있다.
또한, 상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 광학계에서 렌즈들의 형상이 다소 변형되더라도 상기한 조건식(1) 내지 조건식(6) 중 적어도 하나를 만족하는 경우, 앞서 설명한 바와 같은 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 조건식(1) 내지 조건식(6) 중 적어도 일부를 만족하지 않더라도, 렌즈들의 파워 배치, 형상 조건 및 기타 조건들을 만족할 때, 앞서 설명한 바와 같은 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그 밖에도 다양한 변형예가 가능함을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
CL: 접합 렌즈 L1 : 제1 렌즈
L2 : 제2 렌즈 L3 : 제3 렌즈
L4 : 제4 렌즈 L5 : 제5 렌즈
L6 : 제6 렌즈 L7 : 제7 렌즈
L8: 제8 렌즈 OA : 광축
OF : 광학 필터 OBJ : 물체
ST : 조리개 IP : 상면
10, 30, 50: 렌즈 몸체 11, 31, 51: 렌즈 단부
20, 40: 광학 접합 물질

Claims (21)

  1. 물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열되는 제1 내지 제8 렌즈를 포함하며,
    제1 렌즈와 제3 렌즈와 제5 렌즈는 플라스틱으로 형성되며,
    제2 렌즈와 제4 렌즈는 광학 접합 물질로 형성되며,
    상기 제2 렌즈의 광학 접합 물질 및 상기 제4 렌즈의 광학 접합 물질이 상기 제1 렌즈와 상기 제3 렌즈 사이의 공간 및 상기 제3 렌즈와 상기 제5 렌즈 사이의 공간에 각각 채워져 상기 제1 렌즈, 상기 제3 렌즈 및 제5 렌즈가 상기 제2 렌즈 및 상기 제4 렌즈의 접합력에 의하여 접합되는 1군의 접합 렌즈를 형성하며,
    상기 제2 렌즈의 굴절률 및 상기 제4 렌즈의 굴절률은 상기 제1 렌즈의 굴절률, 상기 제3 렌즈의 굴절률 및 상기 제5 렌즈의 굴절률과 다르며,
    상기 제1 렌즈의 입사면, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이의 제1 경계면, 상기 제2 렌즈와 상기 제3 렌즈 사이의 제2 경계면, 상기 제3 렌즈와 상기 제4 렌즈 사이의 제3 경계면, 상기 제4 렌즈와 상기 제5 렌즈 사이의 제4 경계면, 및 상기 제5 렌즈의 출사면 중 적어도 한 면은 비구면이며,
    상기 제1 경계면과 상기 제2 경계면은 서로 다른 형상을 가지며,
    상기 제3 경계면과 상기 제4 경계면은 서로 다른 형상을 갖는 렌즈 광학계.
  2. 제1 항에 있어서,
    다음의 조건식 중 적어도 어느 하나를 만족하는 렌즈 광학계.
    조건식(1): 0.01 ≤ ThiL2 ≤ 0.1
    조건식(2): 0.01 ≤ ThiL4 ≤ 0.1
    여기서, ThiL2는 상기 제2 렌즈의 두께(단위: mm)를 나타내며, ThiL4는 상기 제4 렌즈의 두께(단위: mm)를 나타낸다.
  3. 제1 항에 있어서,
    다음의 조건식 중 적어도 어느 하나를 만족하는 렌즈 광학계.
    조건식(3): 1.4 ≤ Ind2 ≤ 1.8
    조건식(4): 1.4 ≤ Ind4 ≤ 1.8
    여기서, Ind2는 상기 제2 렌즈의 굴절률을 나타내며, Ind4는 상기 제4 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
  4. 제1 항에 있어서,
    다음의 조건식 중 적어도 어느 하나를 만족하는 렌즈 광학계.
    조건식(5): 0.15 ≤ OAL_L1toL5/OAL ≤ 0.25
    조건식(6): 0.1 ≤ OAL_L1toL5/IH ≤ 0.2
    여기서, OAL_L1toL5(단위: mm)는 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제5 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, OAL(단위: mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제8 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내며, IH(단위: mm)는 유효경의 상고를 나타낸다.
  5. 제1 항에 있어서,
    다음의 조건식 중 적어도 어느 하나를 만족하는 렌즈 광학계.
    조건식(7): 0.55 ≤ TTL/IH ≤ 0.8
    조건식(8): 70 ≤ Fov ≤ 90
    여기서, TTL(단위: mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심에서 상면까지의 거리를 나타내며, FOV(단위: °)는 상기 렌즈 광학계의 화각을 나타낸다.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 접합 렌즈는 정(+)의 굴절력을 가지며,
    제6 렌즈는 부(-)의 굴절력을 가지며,
    제7 렌즈는 부(-)의 굴절력을 가지며,
    제8 렌즈는 부(-)의 굴절력을 가지는 렌즈 광학계.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 접합 렌즈는 입사면이 물체측으로 볼록한 형태의 비구면 렌즈인 렌즈 광학계.
  8. 제1 항에 있어서,
    제6 렌즈는 비구면 렌즈인 렌즈 광학계.
  9. 제1 항에 있어서,
    제7 렌즈 및 제8 렌즈 중 적어도 하나는 2개 이상의 변곡점을 가지는 비구면 렌즈인 렌즈 광학계.
  10. 물체측으로부터 상면측으로 순서대로 배열된 것으로,
    정(+)의 굴절력을 가지며, 제1 내지 제5 렌즈로 이루어진 접합 렌즈;
    부(-)의 굴절력을 가지는 제6 렌즈;
    부(-)의 굴절력을 가지는 제7 렌즈; 및
    부(-)의 굴절력을 가지는 제8 렌즈;를 포함하며,
    제2 렌즈와 제4 렌즈는 광학 접합 물질로 형성되며,
    상기 제2 렌즈의 광학 접합 물질 및 상기 제4 렌즈의 광학 접합 물질이 제1 렌즈와 제3 렌즈 사이의 공간 및 상기 제3 렌즈와 제5 렌즈 사이의 공간에 각각 채워져 상기 제1 렌즈, 상기 제3 렌즈 및 제5 렌즈가 상기 제2 렌즈 및 상기 제4 렌즈의 접합력에 의하여 접합되는 1군의 접합 렌즈를 형성하며,
    상기 제2 렌즈의 굴절률 및 상기 제4 렌즈의 굴절률은 상기 제1 렌즈의 굴절률, 상기 제3 렌즈의 굴절률 및 상기 제5 렌즈의 굴절률과 다르며,
    상기 접합 렌즈는 입사면이 물체측으로 볼록한 형태의 비구면 렌즈인 렌즈 광학계.
  11. 제10 항에 있어서,
    다음의 조건식 중 적어도 어느 하나를 만족하는 렌즈 광학계.
    조건식(1): 0.01 ≤ ThiL2 ≤ 0.1
    조건식(2): 0.01 ≤ ThiL4 ≤ 0.1
    여기서, ThiL2는 상기 제2 렌즈의 두께(단위: mm)를 나타내며, ThiL4는 상기 제4 렌즈의 두께(단위: mm)를 나타낸다.
  12. 제10 항에 있어서,
    다음의 조건식 중 적어도 어느 하나를 만족하는 렌즈 광학계.
    조건식(3): 1.4 ≤ Ind2 ≤ 1.8
    조건식(4): 1.4 ≤ Ind4 ≤ 1.8
    여기서, Ind2는 상기 제2 렌즈의 굴절률을 나타내며, Ind4는 상기 제4 렌즈의 굴절률을 나타낸다.
  13. 제10 항에 있어서,
    다음의 조건식 중 적어도 어느 하나를 만족하는 렌즈 광학계.
    조건식(5): 0.15 ≤ OAL_L1toL5/OAL ≤ 0.25
    조건식(6): 0.1 ≤ OAL_L1toL5/IH ≤ 0.2
    여기서, OAL_L1toL5(단위: mm)는 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제5 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내고, OAL(단위: mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심과 제8 렌즈의 출사면의 중심간의 거리를 나타내며, IH(단위: mm)는 유효경의 상고를 나타낸다.
  14. 제10 항에 있어서,
    다음의 조건식 중 적어도 어느 하나를 만족하는 렌즈 광학계.
    조건식(7): 0.55 ≤ TTL/IH ≤ 0.8
    조건식(8): 70 ≤ Fov ≤ 90
    여기서, TTL(단위: mm)은 제1 렌즈의 입사면의 중심에서 상면까지의 거리를 나타내며, FOV(단위: °)는 상기 렌즈 광학계의 화각을 나타낸다.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 제6 렌즈는 비구면 렌즈인 렌즈 광학계.
  16. 제10 항에 있어서,
    상기 제7 렌즈 및 상기 제8 렌즈 중 적어도 하나는 2개 이상의 변곡점을 가지는 비구면 렌즈인 렌즈 광학계.
  17. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈와 상기 제3 렌즈와 상기 제5 렌즈는 플라스틱으로 형성되는 렌즈 광학계.
  18. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈 사이의 제1 경계면과 상기 제2 렌즈 및 상기 제3 렌즈 사이의 제2 경계면은 서로 다른 형상을 가지며,
    상기 제3 렌즈 및 상기 제4 렌즈 사이의 제3 경계면과 상기 제4 렌즈 및 상기 제5 렌즈 사이의 제4 경계면은 서로 다른 형상을 갖는 렌즈 광학계.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제1 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 따른 렌즈 광학계와,
    상기 렌즈 광학계에 의해 결상된 상을 촬상하는 고체 촬상 소자를 포함하는 촬상 장치.
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