KR20050014108A - 초박형 메가 픽셀급 카메라용 광학계 - Google Patents

초박형 메가 픽셀급 카메라용 광학계

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KR20050014108A
KR20050014108A KR1020030052580A KR20030052580A KR20050014108A KR 20050014108 A KR20050014108 A KR 20050014108A KR 1020030052580 A KR1020030052580 A KR 1020030052580A KR 20030052580 A KR20030052580 A KR 20030052580A KR 20050014108 A KR20050014108 A KR 20050014108A
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Abstract

본 발명은 초박형 메가 픽셀급 카메라용 광학계에 관한 것으로서, 물체측에 볼록면을 갖고 상측으로는 오목면을 갖는 음의 배율을 갖는 비구면으로 형성된 제1렌즈와; 상기 제1렌즈로부터의 빛을 선택적으로 수렴하는 조리개와; 물체측에 오목면을 갖고 상측으로는 볼록면을 갖는 양의 배율을 갖는 구면으로 형성되며 순차적으로 배치된 제2렌즈 및 제3렌즈와; 물체측과 상측에 각각 볼록면이 형성된 양의 배율을 갖는 비구면으로 형성된 제4렌즈와; 상기 각 렌즈를 통과한 빛을 전기적 신호로 변환시키는 촬상소자를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 광학계를 2매의 비구면렌즈와 2매의 구면렌즈로 구성하고, 광학전장을 17.80㎜, 구경비는 F/2.8, 화각을 53.8°로 형성함에 따라, 광학계를 소형 및 경량화할 수 있을 뿐만 아니라, 제조원가를 절감할 수 있으며, 보다 넓은 영역에 걸쳐 선명한 상을 얻을 수 있는 200만 화소의 메가 픽셀급 카메라를 구현할 수 있다.

Description

초박형 메가 픽셀급 카메라용 광학계{ULTRA-THIN TYPE MEGA-PIXEL LEVEL OPTICAL SYSTEM FOR CAMERA}
본 발명은 초박형 메가 픽셀급 카메라용 광학계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 2매의 비구면렌즈와 2매의 구면렌즈로 광학계를 구성함으로써, 광학계를 소형 및 경량화할 수 있으며, 제조원가를 절감할 수 있도록 하는 초박형 메가 픽셀급 카메라용 광학계에 관한 것이다.
최근에 각광받고 있는 디지털 스틸카메라는, 렌즈에 의해 결상된 정지화상을 촬상소자를 이용하여 전기적 신호로 변환시키고, 변환된 전기적 신호를 내장메모리나 메모리카드 등에 기록하는 촬상장치이다. 이러한 디지털 스틸카메라는 재생용 모니터로의 사용이 가능하다는 실시간성과, 사용이 편리하다는 이유로 각광받기 시작했으나, 일반 카메라에 비해 화질이 떨어진다는 단점이 지적되어 왔다. 그러나 촬상소자의 발달에 따라 화소수가 증가하고 해상도가 향상됨에 따라, 일반 카메라의 화질에 육박하는 해상도를 갖게 되었다.
한편, 최근에는 휴대폰, PDA 등의 소형 통신기기의 성능이 다양해짐에 따라, 디지털 스틸카메라를 장착하여 화상데이터를 저장 및 전송하거나 화상 채팅 등을 수행할 수 있도록 하고 있다. 이러한 소형 통신기기에 일체형으로 디지털 카메라를 내장시키기 위해서는 디지털 카메라의 소형화가 선행되어야 하며, 이에 따라,다수의 렌즈를 적층시켜 사용하여 초점거리를 좁히려는 시도가 활발히 진행되고 있다. 그러나 아직도 4개 이상의 렌즈를 사용함에 따라 렌즈의 광학전장이 길어져 렌즈의 초박형화가 용이하지 않다.
일본 특개평 제3-63613호, 제10-213742호, 제10-293246호 등에 개시된 디지털 스틸카메라용 광학계의 구조를 살펴보면 다음과 같다. 디지털 스틸카메라는, 일반적으로 5장의 렌즈와, 각 렌즈를 통과한 광원을 전기적 신호로 변환시키는 촬상소자를 포함하는 광학계를 포함하며, 렌즈와 촬상소자 사이에는 저역통과필터와 컬러필터 등이 배치되어 있다.
여기서, 광학계의 각 렌즈는, 물체측에 가장 인접하게 배치되며 물체측으로 볼록면이 형성된 음의 배율을 갖는 제1렌즈와, 물체측과 상측 양쪽으로 볼록면이 형성된 양의 배율을 갖는 제2렌즈와, 양측에 오목면이 형성된 음의 배율을 갖는 제3렌즈와, 양의 배율을 갖는 제4렌즈와, 양측에 볼록면이 형성된 양의 배율을 갖는 제5렌즈로 이루어진다.
이러한 광학계에서는 제1렌즈와 제2렌즈 사이의 간격이 축소될 때, 충분한 후초점거리를 얻는 것이 곤란하며, 후초점거리가 작을 경우에는 제1렌즈의 배율이 증가하여 수차를 보정하는 것이 어려워진다. 반면, 제1렌즈와 제2렌즈 사이의 간격이 증가되면 제1렌즈의 외경이 증가하게 되고, 후초점거리가 길어지게 되므로, 렌즈 전체가 대형화된다는 단점이 있다.
또한, 제2렌즈와 제3렌즈 사이의 간격을 축소하는 경우에는 제2렌즈와 제3렌즈 사이에 조리개를 삽입하는 것이 어렵고, 반대로 제2렌즈와 제3렌즈와의 간격을증가시키면 광학계 전체의 직경이 증가하고, 광축의 광선이 통과하는 위치는 상대적으로 높아짐에 따라, 광축의 수차를 보정하는 것이 어렵게 된다.
이와 같이, 광학계에서 일정 길이 이상의 후초점거리를 필요로 하나, 필요 이상으로 후초점거리가 길어질 경우에는 광학계 전체의 길이가 길어짐에 따라 소형화가 어려워진다. 또한, 각 렌즈간의 거리는 각 수차의 보정을 위해 일정 거리 이상 이격되어 있어야 하나, 각 렌즈간의 거리가 이격될수록 광학계의 길이가 길어진다. 이와 더불어, 종래에는 5장이나 되는 렌즈를 사용함에 따라, 후초점거리를 조절하더라도 렌즈 자체의 길이에 의해 광학계가 대형화된다는 단점이 있다. 따라서, 5장이나 되는 렌즈를 갖는 광학계는 소형 통신기기에 장착하기가 곤란하다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 렌즈의 수를 감소시킴과 동시에 적절한 후초점거리를 형성할 수 있도록 각 렌즈를 배치함으로써, 광학계를 소형 및 경량화할 수 있을 뿐만 아니라, 제작원가를 감소시킬 수 있도록 하는 초박형 메가 픽셀급 카메라용 광학계를 제공하는 것이다.
도 1는 본 발명에 따른 초박형 메가 픽셀급 카메라용 광학계의 배열상태를 나타낸 단면도,
도 2의 (a) 내지 (b)는 도 1의 비구면 렌즈와 기준구면 렌즈와의 곡률반경을 비교한 단면도,
도 3은 도 1의 광학계에 대한 자오상면 만곡을 0.50, 0.71, 1.00인 광축상에서 나타낸 그래프,
도 4는 도 1의 광학계에 대한 구결상면 만곡을 0.50, 0.71, 1.00인 광축상에서 나타낸 그래프,
도 5는 광축에 대한 수차를 나타낸 그래프,
도 6은 초점거리에 따른 자오상면 만곡과 구결상면 만곡의 굴절률을 도시한 그래프,
도 7은 색수차와 백분왜곡을 나타낸 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 제1렌즈 20 : 제2렌즈
30 : 제3렌즈 40 : 제4렌즈
50 : 조리개 60 : 광학필터
70 : 윈도우 글라스 80 : 촬상소자
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 초박형 메가 픽셀급 카메라용 광학계에 있어서, 물체측에 볼록면을 갖고 상측으로는 오목면을 갖는 음의 배율을 갖는 비구면으로 형성된 제1렌즈와; 상기 제1렌즈로부터의 빛을 선택적으로 수렴하는 조리개와; 물체측에 오목면을 갖고 상측으로는 볼록면을 갖는 양의 배율을 갖는구면으로 형성되며 순차적으로 배치된 제2렌즈 및 제3렌즈와; 물체측과 상측에 각각 볼록면이 형성된 양의 배율을 갖는 비구면으로 형성된 제4렌즈와; 상기 각 렌즈를 통과한 빛을 전기적 신호로 변환시키는 촬상소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 촬상소자는 CMOS 센서 또는 CCD 센서인 것이 바람직하다.
상기 제1렌즈에서 상까지의 거리인 초점거리를 f, 상기 제4렌즈의 후방면에서 상까지의 거리인 후면 초점거리를 B라 하면, 0.8≤B/f≤1.0 를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 제1렌즈와 제4렌즈에 비구면이 형성되고, 상기 비구면에 의한 새그를 Xa, 기준구면에 의한 새그를 Xo라 하면,
Xa-Xo>0 (비구면 제1렌즈의 제1면(R1))
Xa-Xo>0 (비구면 제1렌즈의 제2면(R2))
Xa-Xo<0 (비구면 제4렌즈의 제7면(R7))
Xa-Xo<0 (비구면 제4렌즈의 제8면(R8)) 를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 제1렌즈에서 상기 제4렌즈까지의 거리인 광학전장을 T라 하고, 초점거리를 f라 하면, T/f≤1.2 을 만족하는 것이 바람직하다.
상기 제1렌즈의 굴절율(n1)과 분산(νd)는 1.49≤n1≤1.65, 28≤νd≤33,
상기 제2렌즈의 굴절율(n2)과 분산(νd)는 1.80≤n2≤1.90, 23≤νd≤27,
상기 제3렌즈의 굴절율(n3)과 분산(νd)는 1.70≤n3≤1.85, 42≤νd≤50,
상기 제4렌즈의 굴절율(n4)과 분산(νd)는 1.45≤n4≤1.55, 55≤νd≤70를 만족하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 초박형 메가 픽셀급 카메라용 광학계는, 음, 양, 양, 양의 배율을 갖는 2매의 비구면렌즈와 2매의 구면렌즈를 이용하여 광학계를 구성함에 따라, 광학계를 소형화할 수 있으며, 렌즈의 수 감소에 따른 원가절감을 도모할 수 있도록 한다. 이와 더불어, 양호한 수차 보정상태를 유지하고 왜곡을 감소시키어 우수한 성능을 갖도록 한다.
본 초박형 메가 픽셀급 카메라용 광학계는, 도 1에 도시된 바와 같이, 조리개(50)와, 4장의 렌즈로 형성된 렌즈계(10,20,30,40)와, 입사하는 빛의 산란 및 투과를 조절하여 상의 색변형을 억제함으로써 광학계의 성능을 향상시키는 광학필터(60)(IR Cutting Filter)와, 빛을 전기적 신호로 전환시키는 CMOS 센서 또는 CCD센서로 형성된 촬상소자(80)를 포함한다.
렌즈계(10,20,30,40)는, 물체측으로는 볼록면이 형성되고 상측으로는 오목면이 형성되며 음의 배율을 갖는 제1렌즈(10)와, 물체측으로는 오목면이 형성되고 상측으로는 볼록면이 형성된 양의 배율을 갖는 제2렌즈(20) 및 제3렌즈(30)와, 상측과 물체측으로 각각 볼록면이 형성된 양의 배율을 갖는 제4렌즈(40)를 포함한다. 여기서, 제1렌즈(10)와 제4렌즈(40)는 비구면으로 형성되고, 제2렌즈(20)와 제3렌즈(30)는 구면으로 형성된다.
제1렌즈(10)는 일반적으로 물체측으로 넓은 시야각을 확보하고 충분한 후초점거리를 확보하기 위해 물체측으로 볼록하고 음의 굴절율을 갖는 메니스커스형 렌즈를 사용한다.
제2렌즈(20)는 제1렌즈(10)로부터 소정 이격거리를 두고 배치되며, 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20) 사이에는 조리개(50)가 장착되어 있다. 한편, 제2렌즈(20)의 제3면(R3)은 비교적 작은 곡률반경을 갖는 오목면으로 형성되고 오목면의 외곽부는 제1렌즈(10)를 향해 평평하게 형성된다. 조리개(50)는 제2렌즈(20)의 제3면(R3)의 외곽부와 동일선상에 배치되어 있다.
한편, 제2렌즈(20)와 제3렌즈(30) 및 제4렌즈(40)는 이웃하는 렌즈와 적어도 일측부가 접하도록 순차적으로 배치되어 있다. 즉, 제2렌즈(20)의 상측면인 제4면(R4)과 제3렌즈(30)의 물체측면인 제5면(R5)은 그 외곽부가 서로 접촉되도록 밀접하게 배치되어 있으며, 제3렌즈(30)의 상측면인 제6면(R6)과 제4렌즈(40)의 물체측면인 제7면(R7)은 그 광축이 서로 접촉되도록 밀접하게 배치되어 있다.
이러한 렌즈계의 후방에는 제4렌즈(40)와 촬상소자(80) 사이에 저역대역의 광빔을 통과시키는 옵티컬로우패스필터(OLPF)나, 촬상소자(80)의 적외파장 영역에서의 감도를 저하시켜서 눈의 비시감도에 근접할 목적으로 장착되는 적외흡수필터 등의 광학필터(60)가 설치될 수 있다. 한편, CCD센서와 CMOS센서를 포함하는 촬상소자(80)의 전방에는 촬상소자(80)를 보호하기 위한 윈도우 글라스(70)가 장착되어 있다.
일반적으로 CCD(Charge Coupled Device) 센서는, 빛을 받아들여 전기적인 신호로 전환해주는 발광 다이오드의 집적체로서, 빛의 강도를 전하의 양으로 변환하여 전자로 만들어 축적하는 역할을 한다. 즉, 피사체를 빛의 명암과 색으로 잡은 후 전기신호로 변환하여 저장한다. 이 때, CCD 소자는 입사되는 빛을 한꺼번에 받은 후 전자적으로 RGB 원색을 걸러내거나 별도의 원색 필터를 이용해 RGB 원색을 분리해 낸다. 이러한 CCD 소자에 의해 디지털 카메라의 해상도가 결정되며, 해상도가 높을수록 정밀한 영상을 표현할 수 있다.
한편, CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 센서는, 하나의 수광소자에 하나의 트랜지스터를 사용하는 구조로 형성됨에 따라, 빛이 감지된 수광소자에서 직접 전기적인 신호로 변환되기 때문에 트랜지스터의 특성에 의해 노이즈가 발생하게 된다. 이러한 노이즈 때문에 종래에는 고가의 디지털 제품에 대해서 CMOS 센서의 사용 제한되었으나, 최근에는 광선의 색상에 따라 실리콘 층을 침투하는 깊이가 달라진다는 점을 이용하여 광선의 침투깊이에 따라 색상을 지정하는 방법을 이용한 CMOS 센서가 출시되어 각광을 받고 있다. 이 CMOS 센서는 RGB 원색을 각각 걸러주는 3겹의 RGB 감광층을 채용하여 광선의 각 감광층 도달여부에 따라 색을 결정하고, 결정된 색을 전기신호로 변환하도록 하고 있다. 이러한 CMOS 센서의 등장으로 기존 CCD 보다 우수한 해상도와 선명한 색감을 나타낼 수 있게 되었다.
이러한 렌즈계에서 제2렌즈(20)와 제3렌즈(30)는 고굴절 유리 재질의 구면렌즈로 형성하고, 제1렌즈(10)와 제4렌즈(40)는 플라스틱 재질의 비구면렌즈로 형성한다. 이에 따라, 구면렌즈와 비구면렌즈를 복합적으로 조립하여 적절한 배율의 분배를 고려함으로써, 구면수차를 보정하고, 자오상면만곡의 보정상태가 양호해지도록 함과 동시에, 광학계의 전장길이를 17.80㎜로, 구경비는 F/2.8로, 시계각(화각)을 53.8°로 선정하여 구성할 수 있다. 여기서, 제1렌즈(10)와 제4렌즈(40)를 일반 굴절의 플라스틱 재질로 제작하므로써, 양산성을 유도하고 경량화 효과를 얻을 수 있다.
한편, 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30), 제4렌즈(40)는 다음의 조건 1,2,3을 만족시키도록 설계된다.
<조건 1>
0.8≤B/f≤1.0
여기서, 전체 렌즈계의 초점거리를 f, 제4렌즈(40)의 제8면(R8)에서 초점까지의 거리인 후면 초점거리를 B라 한다.
조건 1에 따르면, 초점거리 f에 비해 후면 초점거리 B가 길며, 이러한 충분한 후면 초점거리 B는 제3렌즈(30)와 촬상소자(80) 사이에 별도의 옵티컬로우패스필터(OLPF)나 적외흡수필터 등을 장착하기 위해 필요하다.
<조건 2>
Xa-Xo>0 (비구면 제1렌즈(10)의 제1면(R1))
Xa-Xo>0 (비구면 제1렌즈(10)의 제2면(R2))
Xa-Xo<0 (비구면 제4렌즈(40)의 제7면(R7))
Xa-Xo<0 (비구면 제4렌즈(40)의 제8면(R8))
도 2의 (a) 내지 (b)에는 기준구면의 광축상의 곡률이 C(=1/R)인 면에서 광축에서 구면의 정점까지의 높이가 Y인 경우, 비구면에서 새그(Sag) Xa, 구면에 의한 새그 Xo와의 관계를 표시한 그래프가 개시되어 있다. 여기서, 제1렌즈(10)와 제4렌즈(40)의 광축상 정점에서 수직으로 선을 그었을 때 Y축과 렌즈 곡면과의 거리인 새그(Sag)를 Xa, 기준구면에 의한 새그를 Xo라 한다.
한편, 비구면을 형성하는 경우에 비구면에 의한 Xa와 구면에 의한 Xo의 차는 0이 될 수 없다. 이는 기준구면과 동일한 곡률반경을 갖는 구면일 경우에만 Xa와 Xo의 값이 동일해져 그 차가 0이 될 수 있기 때문이다. 도 2의 (a)와 (b)를 비교해 볼 때, Xo보다 Xa가 더 큰 경우, 즉 비구면의 곡률반경이 기준구면의 곡률반경보다 더 작은 경우에는 Xa-Xo>0 이 되며, Xo보다 Xa가 더 작은 경우, 즉 비구면의 곡률반경이 기준구면의 곡률반경보다 더 큰 경우에는 Xa-Xo<0 이 된다. 이러한 조건 2에 따르면, 제1렌즈(10)의 제1면(R1)과 제2면(R2)은 기준구면의 곡률반경보다 더 작은 비구면을 형성하며, 제4렌즈(40)의 제7면(R7)과 제8면(R8)은 기준구면의 곡률반경보다 큰 비구면을 형성한다.
<조건 3>
T/f≤1.2
여기서, 제1렌즈(10)에서 제4렌즈(40)까지의 거리인 광학전장을 T라 하고, 상까지의 초점거리를 f라 한다.
일반적으로 광학계에서 왜곡 수차는 상 거리와 물체거리가 비슷할 때 최소가 된다. 이에 따라 광학계에서는 렌즈의 형상과 굴절능의 배치 및 조리개(50)의 위치를 조정하여 왜곡수차를 보정하고 있으며, 본 광학계에서는 조건 1 및 조건 3에서와 같이, 초점거리f와 후면초점거리B의 비가 1에 인접하도록 설정하고, 광학전장T와 초점거리f의 비가 1에 인접한 값을 갖도록 설정함으로써, 최소의 왜곡 수차를 갖도록 한다.
한편, 일반적으로 구면렌즈의 새그 Xo와, 비구면렌즈에서의 새그 Xa는 각각 다음의 수학식1과 수학식2로 나타낼 수 있으며, 이 때, 기준구면의 광축상의 곡률이 C(=1/R)인 면에서 광학에서의 높이가 Y인 경우를 기준으로 한다.
[수학식 1]
[수학식 2]
여기서, K는 구면이 쌍곡선인지 포물선인지 타원인지 결정해 주는 코닉상수이고, AD, AE, AF, AG는 비구면계수이다.
이러한 수학식 1과 수학식 2를 이용하여 상기의 조건 1,2,3을 만족시키도록 구성할 경우, 제1렌즈(10)부터 촬상소자(80)까지의 길이인 광학전장이 17.80㎜이고, 구경비는 F/2.8, 시계각(화각)은 53.8°인 광학계가 형성된다.
이러한 광학계를 수학식 1과 수학식 2를 이용하여 제1렌즈(10),제2렌즈(20), 제3렌즈(30)의 각 렌즈면과, 조리개(50), 광학필터(60), 촬상소자(80)에 대해 곡률반경, 중심간격, 굴절률, 분산 등의 정보를 분석한 결과를 다음의 표1에 나타내었다.
렌즈면 곡률 반경 중심간격 굴절률 분산 비고
제1면(R1) 4.90 1.85 1.585 30.3 비구면
제2면(R2) 10.41 0.664 비구면
조리개 ∞ 1.42
제3면(R3) -2.74 0.45 1.847 23.8
제4면(R4) -44.0 0.03
제5면(R5) -35.5 3.1 1.773 49.6
제6면(R6) -4.30 0.05
제7면(R7) 6.40 2.7 1.49 57.9 비구면
제8면(R8) -66.99 2.0 비구면
광학필터 및 윈도우글라스 ∞ 1.25 1.517 64.2
촬상소자면 ∞ 4.285
여기서, 제1면(R1)의 K=0.0, AD=0.2057111E-02, AE=0.2444475E-04, AF=0.1417240E-04, AG=-0.8375848E-06 이며,
제2면(R2)의 K=0.0, AD=0.3031838E-02, AE=-0.3265619E-03, AF=0.0000000E+00, AG=0.0000000E+00 이고,
제7면(R7)의 K=-0.93649, AD=0.0000000E+00, AE=0.0000000E+00, AF=0.0000000E+00, AG=0.0000000E+00 이며,
제8면(R8)의 K=0.0, AD=0.7150568E-03, AE=-0.1177828E-04,, AF=0.0000000E+00, AG=0.0000000E+00 이다.
한편, 투영측정기(Profile Projector)를 통해 측정한 해상력 측정치와, 유효경, 구면계로 전체 렌즈계의 초점거리 f, 후면 초점거리 B, 광학계의 첫번째 제1렌즈(10)에서 마지막 제4렌즈(40)까지의 거리 T, 화각 θ, 구경비와 비교해보면, 광학계의 렌즈 형상과 렌즈 배열 등이 하기의 조건,
<조건 1>
0.8≤B/f≤1.0
<조건 2>
Xa-Xo>0 (비구면 제1렌즈(10)의 제1면(R1))
Xa-Xo>0 (비구면 제1렌즈(10)의 제2면(R2))
Xa-Xo<0 (비구면 제4렌즈(40)의 제7면(R7))
Xa-Xo<0 (비구면 제4렌즈(40)의 제8면(R8))
<조건 3>
T/f≤1.2 을 만족함을 알 수 있다.
도 3 내지 도 7은 본 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프로서, 도 3의 (a) 내지 (c)는 자오상면 만곡을 0.50, 0.71, 1.00인 광축상에서 나타낸 것이고, 도 4의 (a) 내지 (c)는 구결상면 만곡을 0.50, 0.71, 1.00인 광축상에서 나타낸 것이며, 도 5는 광축에 대한 수차를, 도 6은 초점거리에 따른 자오상면 만곡과 구결상면 만곡의 굴절률을 도시한 그래프이고, 도 7은 색수차(실선)와 백분왜곡(점선)을 나타낸 것이다. 여기서, 필드는 촬영된 하나의 물체를 3등분하여 각각을 광축으로 구분한 것으로서, 광축에 따라 성능을 검사할 수 있도록 한 것이다.
이러한 도 3 내지 도 7의 그래프에서 나타난 바와 같이, 자오상면 만곡과 구결상면 만곡을 각 필드에 따라 분석해 보면, 거의 모든 필드에서 상들의 값이 축에인접하게 나타나므로 구면수차와 색수차에 있어서 우수한 성능을 나타내는 효과적인 설계가 이루어졌다고 볼 수 있다.
이와 같이, 본 광학계에서는, 광학전장이 17.80㎜이고, 구경비는 F/2.8, 시계각(화각)은 53.8°로 형성된다. 즉, 광학전장이 17.80㎜로 형성됨에 따라 광학계를 소형화하여 제작할 수 있으며, 구경비를 F/2.8로 설정함에 따라 노출시간이 증가되어 각 렌즈를 통해 충분한 양의 빛이 공급됨에 따라, 렌즈의 중심과 주변의 밝기차이를 해소할 수 있어 물체의 선명한 상을 얻을 수 있다. 또한 화각이 53.8°로 형성됨에 따라, 일반 표준렌즈의 화각인 46°보다 크므로, 넓은 영역을 촬영할 수 있으며 초점거리가 짧아 피사체의 크기는 작아지게 된다. 특히, 화각이 커짐에 따라 초점거리가 짧아지며, 광학계가 4매의 렌즈로 구성되므로 카메라를 소형 및 경량화할 수 있으므로, 200만 화소의 메가 픽셀급 카메라를 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 제조원가를 절감할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 광학계를 2매의 비구면렌즈와 2매의 구면렌즈로 구성하고, 광학전장을 17.80㎜, 구경비는 F/2.8, 화각을 53.8°로 형성함에 따라, 광학계를 소형 및 경량화할 수 있을 뿐만 아니라, 제조원가를 절감할 수 있으며, 보다 넓은 영역에 걸쳐 선명한 상을 얻을 수 있다.

Claims (7)

  1. 초박형 메가 픽셀급 카메라용 광학계에 있어서,
    물체측에 볼록면을 갖고 상측으로는 오목면을 갖는 음의 배율을 갖는 비구면으로 형성된 제1렌즈와;
    상기 제1렌즈로부터의 빛을 선택적으로 수렴하는 조리개와;
    물체측에 오목면을 갖고 상측으로는 볼록면을 갖는 양의 배율을 갖는 구면으로 형성되며 순차적으로 배치된 제2렌즈 및 제3렌즈와;
    물체측과 상측에 각각 볼록면이 형성된 양의 배율을 갖는 비구면으로 형성된 제4렌즈와;
    상기 각 렌즈를 통과한 빛을 전기적 신호로 변환시키는 촬상소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 초박형 메가 픽셀급 카메라용 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 촬상소자는 CMOS 센서인 것을 특징으로 하는 초박형 메가 픽셀급 카메라용 광학계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 촬상소자는 CCD 센서인 것을 특징으로 하는 초박형 메가 픽셀급 카메라용 광학계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1렌즈에서 상까지의 거리인 초점거리를 f, 상기 제4렌즈의 후방면에서 상까지의 거리인 후면 초점거리를 B라 하면,
    0.8≤B/f≤1.0
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 초박형 메가 픽셀급 카메라용 광학계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1렌즈와 제4렌즈에 비구면이 형성되고, 상기 비구면에 의한 새그를 Xa, 기준구면에 의한 새그를 Xo라 하면,
    Xa-Xo>0 (비구면 제1렌즈의 제1면(R1))
    Xa-Xo>0 (비구면 제1렌즈의 제2면(R2))
    Xa-Xo<0 (비구면 제4렌즈의 제7면(R7))
    Xa-Xo<0 (비구면 제4렌즈의 제8면(R8))
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 초박형 메가 픽셀급 카메라용 광학계.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1렌즈에서 상기 제4렌즈까지의 거리인 광학전장을 T라 하고, 초점거리를 f라 하면,
    T/f≤1.2
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 초박형 메가 픽셀급 카메라용 광학계.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1렌즈의 굴절율(n1)과 분산(νd)는 1.49≤n1≤1.65, 28≤νd≤33,
    상기 제2렌즈의 굴절율(n2)과 분산(νd)는 1.80≤n2≤1.90, 23≤νd≤27,
    상기 제3렌즈의 굴절율(n3)과 분산(νd)는 1.70≤n3≤1.85, 42≤νd≤50,
    상기 제4렌즈의 굴절율(n4)과 분산(νd)는 1.45≤n4≤1.55, 55≤νd≤70를 만족하는 것을 특징으로 하는 초박형 메가 픽셀급 카메라용 광학계.
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KR100786129B1 (ko) * 2006-11-03 2007-12-18 엘지전자 주식회사 화각확보를 위한 후방감시 카메라모듈 및 카메라시스템
US7657173B2 (en) 2005-12-28 2010-02-02 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Optical lens system of mobile camera

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