상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 물체측 면이 볼록한 비구면 형상으로 구성되는 1군 렌즈와, 상기 1군 렌즈로부터 광빔이 입사되며 비구면 형상으로 구성되는 2군 렌즈와, 상기 1군 렌즈의 물체측에 배치되는 조리개와, 상기 2군 렌즈의 이미지측에 설치되는 필터와, 상기 1군 및 2군 렌즈를 통하여 투영되는 피사체의 이미지를 전기신호로 전환하는 이미지 센서를 포함하여 구성되며,
(1) 4.7≤f1≤4.9
(2) 23≤f2≤24
(3) 3.8≤f≤4.0
의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상소자용 카메라 렌즈가 제공된다.
단, 여기서, f1는 1군 렌즈의 초점거리(㎜), f2는 2군 렌즈의 초점거리(㎜), f는 렌즈계 전체 초점거리(㎜)를 나타낸다.
또한, 상기 렌즈 전장(L)(㎜)은
(4) 4.8≤L≤4.9
의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 1군 렌즈 및 2군 렌즈의 곡률반경은
(5) 1.33≤r1≤1.35
(6) 1.9≤r2≤2.1
(7) 2.64≤r3≤2.66
(8) 2.87≤r4≤2.89
의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.
단, 여기서, r1은 1군 렌즈의 물체측 면의 곡률반경(㎜), r2은 1군 렌즈의 이미지측 면의 곡률반경(㎜), r3은 2군 렌즈의 물체측 면의 곡률반경(㎜), r4은 2군 렌즈의 이미지측 면의 곡률반경(㎜)을 나타낸다.
또한, 상기 렌즈는
(9) 0.05≤S1≤0.15
(10) 0.94≤S2≤0.96
(11) 1.2≤S3≤1.4
(12) 1.0≤S4≤1.2
(13) 0.3≤S5≤0.5
(14) 0.5≤S6≤0.6
(15) 0.4≤S7≤0.5
의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.
단, 여기서, S1은 조리개와 1군 렌즈의 물체측면과의 거리(㎜), S2는 1군 렌즈의 중심두께(㎜), S3은 1군 렌즈와 2군 렌즈와의 거리(㎜), S4는 2군 렌즈의 중심두께(㎜), S5는 2군 렌즈의 이미지측 면과 필터와의 거리(㎜), S6은 필터의 두께(㎜), S7은 필터와 이미지 센서와의 거리(㎜)를 나타낸다.
또한,
의 식으로 나타나는 상기 1군 렌즈 및 2군 렌즈의 비구면의 형상은 K, A, B, C, D, E를 비구면계수라 하였을 때
No |
k |
A |
B |
C |
D |
E |
2 |
-3.46 |
0.17735E+00 |
0.39590E-02 |
-0.1610E+00 |
0.3114E+00 |
-0.1833E+00 |
3 |
1.5045E+00 |
1.3898E-01 |
-1.6119E-01 |
4.0606E-01 |
-2.241E-01 |
|
4 |
-293.436995 |
0.15454E+00 |
-0.2778E+00 |
0.20857E+00 |
-0.78496E-01 |
0.11370E-01 |
5 |
-389.03712 |
0.72780E-01 |
-0.92636E-01 |
0.40519E-01 |
-0.87947E-02 |
0.69212E-03 |
의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시형태를 첨부한 도면을 참조로하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 카메라 렌즈의 구성을 도시한 것으로, 본 발명의 촬상소자용 카메라 렌즈의 일실시예에는 물체측 면이 볼록한 비구면 형상으로 구성되는 1군 렌즈(20)와, 상기 1군 렌즈(20)로부터 광빔이 입사되며 비구면 형상으로 구성되는 2군 렌즈(40)와, 상기 1군 렌즈(20)의 물체측에 배치되는 조리개(1)와, 상기 2군 렌즈(40)의 이미지측에 설치되는 필터(60)와, 상기 1군 렌즈(20) 및 2군 렌즈(40)를 통하여 투영되는 피사체의 이미지를 전기신호로 전환하는 이미지 센서(8)를 포함하여 구성된다.
상기 1군 렌즈(20)와 2군 렌즈(40)는 순차적으로 배치되며, 플라스틱 재질의 것이 사용된다.
상기 이미지 센서(8)로는 범용적으로 휴대전화기에 사용되는 1/4inch CMOS 센서가 사용되며, 본 발명은 상기 1/4 inch CMOS 센서가 구비되는 사양에 적합한 렌즈를 설계하기 위한 것이다.
본 발명의 일실시예는 종래의 기술과는 달리 상기 조리개(1)를 물체측에 배치하여, 상기 조리개(1)가 1면으로 되며 상기 1군 렌즈(20)와 2군 렌즈(40)의 각 렌즈면을 물체측으로부터 차례로 2면, 3면이라 부르기로 한다.
즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 1군 렌즈(20)의 물체측면이 2면(2), 이미지측 면이 3면(3)이고, 2군 렌즈(40)의 물체측면이 4면(4), 이미지측 면이 5면(5)이고, 상기 필터(60)의 물체측면이 6면(6), 이미지측 면이 7면(7)이다.
이와 같은 본 발명의 일실시예는 렌즈의 소형경량화를 위해서 렌즈의 광학전장을 최대한 줄이고, 이미지 센서(8)의 가장자리에 입사하는 빛의 각도를 줄여 주변이 어두워 보이는 현상을 방지할 수 있도록 렌즈의 전장길이를 4.9㎜이하로 하고, 렌즈의 입사허용각이 20°이하로 되도록 설계한다.
이를 위해 적절한 비구면 계수를 이용하여 렌즈의 비구면을 형성함으로써, 1/4 inch CMOS 센서가 구비되는 사양을 가진 렌즈의 성능을 향상시킴과 동시에 렌즈의 전장길이를 4.9㎜이하로 설계하여 렌즈를 소형화하면서도 렌즈성능을 유지할 수 있도록 한다.
이와 같은 광학적인 세부사항을 만족하기 위해 본 발명의 일실시예에 있어서는, 렌즈가 다음의 조건을 만족하도록 되어 있다.
(1) 4.7≤f1≤4.9
(2) 23≤f2≤24
(3) 3.8≤f≤4.0
단, f1은 1군 렌즈(20)의 초점거리(㎜), f2는 2군 렌즈(40)의 초점거리(㎜), f는 상기 1군 렌즈(20)와 2군 렌즈(40)를 합한 렌즈계 전체 초점거리(㎜)이다.
여기서, 더욱 바람직하게는 상기 1군 렌즈(20)의 초점거리는 4.8㎜, 2군 렌즈(40)의 초점거리는 23.3㎜, 렌즈계 전체의 초점거리는 3.9㎜로 된다.
즉, 본 발명의 일실시예에서 렌즈의 배치는 다음과 같다.
|
초점거리(Focal length)(㎜) |
1군 렌즈(2,3면) |
4.8 |
2군 렌즈(4,5면) |
23.3 |
전체 |
3.9 |
이와 같은 본 발명의 일실시예 렌즈의 초점거리는 1/4 inch CMOS 센서가 구비되는 렌즈의 경우 렌즈의 전장길이를 4.9㎜이하로 하고, 렌즈의 입사허용각을 20°이하로 되도록 하는 조건을 만족하기 위한 수치이다.
또한, 바람직하게는 본 발명의 일실시예의 렌즈는 다음의 조건을 만족하도록 되어 있다.
(4) 4.8≤L≤4.9
여기서, L은 렌즈 전장(㎜)을 나타낸다.
또한, 상기 1군 렌즈(20) 및 2군 렌즈(40)의 곡률반경은 다음 식을 만족하도록 설계된다.
(5) 1.33≤r1≤1.35
(6) 1.9≤r2≤2.1
(7) 2.64≤r3≤2.66
(8) 2.87≤r4≤2.89
단, r1은 1군 렌즈(20)의 물체측 면(2)의 곡률반경(㎜), r2는 1군 렌즈(20)의 이미지측 면(3)의 곡률반경(㎜), r3은 2군 렌즈(40)의 물체측 면(4)의 곡률반경(㎜), r4는 2군 렌즈(40)의 이미지측 면(6)의 곡률반경(㎜)이다.
여기서, 더욱 바람직하게는 r1은 1.34㎜, r2는 2.0㎜, r3은 2.65㎜, r4는 2.88㎜로 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에서 각 구성요소 들의 거리 및 렌즈의 두께는 다음의 조건을 만족한다.
(9) 0.05≤S1≤0.15
(10) 0.94≤S2≤0.96
(11) 1.2≤S3≤1.4
(12) 1.0≤S4≤1.2
(13) 0.3≤S5≤0.5
(14) 0.5≤S6≤0.6
(15) 0.4≤S7≤0.5
단, S1은 조리개와 1군 렌즈의 물체측면과의 거리(㎜), S2는 1군 렌즈의 중심두께(㎜), S3는 1군 렌즈와 2군 렌즈와의 거리(㎜), S4는 2군 렌즈의 중심두께(㎜), S5는 2군 렌즈의 이미지측 면과 필터와의 거리(㎜), S6은 필터의 두께(㎜), S7은 필터와 이미지 센서와의 거리(㎜)를 나타낸다.
또한, 상기 1군 렌즈(20), 2군 렌즈(40), 필터(60)의 굴절률은 각각 1군 렌즈(20)가 1.53, 2군 렌즈(40)가 0.53, 필터(60)가 0.517이다.
즉, 본 발명의 일실시예에서 렌즈의 구체적인 데이터는 다음과 같다.
No |
곡률반경(Radius) |
거리(Thickness) |
굴절률(glass) |
1 |
|
0.1 |
|
2 |
1.34 |
0.95 |
1.53 |
3 |
2.0 |
1.3 |
|
4 |
2.65 |
1.1 |
0.53 |
5 |
2.88 |
0.4 |
|
6 |
무한대 |
0.55 |
0.517 |
7 |
무한대 |
0.43 |
|
8 |
|
|
|
이와 같은 본 발명의 렌즈의 비구면 형상은 광축방향으로 Z축, 광축과 수직방향으로 X축을 취하며, 광의 진행방향을 정(正)으로 하여, K, A, B, C, D, E를 비구면계수라 하였을 때 다음 식으로 나타내고 있다.
본 발명의 일실시예에서 비구면 데이터는 다음과 같다.
No |
k |
A |
B |
C |
D |
E |
2 |
-3.46 |
0.17735E+00 |
0.39590E-02 |
-0.1610E+00 |
0.3114E+00 |
-0.1833E+00 |
3 |
1.5045E+00 |
1.3898E-01 |
-1.6119E-01 |
4.0606E-01 |
-2.241E-01 |
|
4 |
-293.436995 |
0.15454E+00 |
-0.2778E+00 |
0.20857E+00 |
-0.78496E-01 |
0.11370E-01 |
5 |
-389.03712 |
0.72780E-01 |
-0.92636E-01 |
0.40519E-01 |
-0.87947E-02 |
0.69212E-03 |
이와 같은 본 발명은 고차항의 비구면 계수를 제어하여 렌즈의 비구면 형상을 형성한다.
이와 같은 조건하에서 형성된 비구면을 가진 본 발명의 렌즈는 1군 렌즈(20)의 초점거리가 4.8㎜이므로 상기 (1)식을 만족한다.
또한, 2군 렌즈(40)의 초점거리는 23.3㎜이므로 상기 (2)식을 만족하게 된다.
또한, 전체적인 렌즈의 초점거리는 3.9㎜가 되므로 상기 (3)식을 만족하게 되어 본 발명에서 달성하고자 하는 목적이 달성된다.
또한, 상기와 같은 비구면 계수를 적용한 렌즈의 전장은 4.86㎜가 된다.
따라서, 상기 (4)식을 만족하게 되고, 종래의 5.3㎜가 넘는 렌즈의 전장을 줄여 소형의 렌즈를 제공할 수 있다.
또한, 상기와 같은 조건하에서 형성된 비구면을 가진 본 발명의 렌즈는 상기 1군 렌즈(20) 및 2군 렌즈(40)의 곡률반경이 r1은 1.34㎜, r2는 2.0㎜, r3은 2.65㎜, r4는 2.88㎜가 되므로 (5)식, (6)식, (7)식 및 (8)식을 만족하게 된다.
또한, 조리개(1)와 1군 렌즈(20)의 물체측면(2)과의 거리는 0.1㎜, 1군 렌즈(20)의 중심두께는 0.95㎜, 1군 렌즈(20)와 2군 렌즈(40)와의 거리는 1.3㎜, 2군 렌즈(40)의 중심두께는 1.1㎜, 2군 렌즈(40)의 이미지측 면(5)과 필터(6)와의 거리는 0.4㎜, 필터(60)의 두께는 0.55㎜, 필터(60)와 이미지 센서(8)와의 거리는 0.43㎜이다.
따라서, 상기 (9)식, (10)식, (11)식, (12)식, (13)식, (14)식, (15)식을 만족한다.
이와 같은 본 발명의 비구면 데이터를 통해 개선된 각도 데이터는 다음과 같다.
|
입사각 |
A zone |
11도 |
B zone |
20도 |
C zone |
17.5도 |
즉, 이미지 센서(8)의 촬상면에 가장자리인 C존에 입사하는 입사각의 크기가 17.5°가 되어 20°이하의 값을 갖게 되었다.
따라서, 종래의 기술에서 이미지 센서(8)의 가장자리에 입사하는 빛의 각도가 크기 때문에 주변이 어두워 보이는 문제점을 해결할 수 있게 된다.
즉, 이미지 센서(8)에 입사되는 광량이 소자 내의 어느 위치에서나 일정하게 유지되도록 함으로써, 이미지 센서(8)의 주변광량을 확보하여 중앙부와 주변부의 광량을 균일하게 할 수 있다.
또한, 해상력 데이터는 다음과 같다.
|
MTF(T+S) 60line/min |
0.0f |
0.55 |
0.15f |
0.54 |
0.31f |
0.45 |
0.46f |
0.4 |
0.63f |
0.35 |
0.81f |
0.3 |
1.0f |
0.43 |
상기 0.0f, 0.15f, 0.31f, 0.46f, 0.63f, 0.81f, 1.0f는 상이 맺히는 이미지 센서(8)의 촬상면의 간격을 표시한 것으로, 중앙을 0.0f라 했을 때 C존의 끝부분이 1.0f가 되는 것이다.
이와 같이 본 발명의 일실시예에서는 해상력(MTF(T+S))이 고르게 되는 것을알 수 있다.
또한, 왜곡 데이터는 다음과 같다.
|
왜곡(%) |
0.0f |
0.0 |
0.2f |
1.0 |
0.4f |
1.68 |
0.6f |
1.95 |
0.8f |
1.99 |
1.0f |
0.0 |
이에 보는 바와 같이 이미지 센서(8)의 촬상면을 0.2f 간격으로 등간격으로 구분했을 때 중앙부분(0.0f)과 끝부분(1.0f)의 왜곡률이 0%로 되어 기존의 C존에 많이 발생했던 왜곡률이 크게 저하된 것을 알 수 있다.
첨부한 도 4a 및 4b는 일반적인 렌즈를 통해 촬영한 영상과 본 발명에 따른 렌즈를 통해 촬영한 영상을 비교한 것으로, 도 4a는 일반적인 렌즈를 사용한 영상이고, 도 4b는 본 발명에 따른 렌즈를 사용한 영상이다.
이상에서 보는 바와 같이, 종래의 렌즈(도 4a)에서는 해상력이 떨어지고 특히, 주변의 왜곡이 심하게 발생하였지만 본 발명의 렌즈(도 4b)에서는 해상력의 향상과 더불어 주변의 왜곡이 크게 줄어 렌즈의 성능을 크게 향상시켰다.
이와 같은 본 발명은 비구면의 고차항을 제어하여 이미지 센서의 촬상면에 입사하는 광선의 각도를 줄여 해상력을 향상시킴과 동시에 왜곡을 없앨 수 있는 것이다.