KR20060062130A - 플라스틱 렌즈를 이용한 고해상도 광학계 - Google Patents

플라스틱 렌즈를 이용한 고해상도 광학계 Download PDF

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KR20060062130A
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Abstract

플라스틱 재질의 렌즈만을 이용한 고해상도 광학계가 제공된다.
상기 플라스틱 렌즈를 이용한 고해상도 광학계는, 물체측 가장 가까이에 개구조리개를 배치하고 이후 물체측으로부터 순서대로, 양의 굴절력을 갖는 플라스틱 재질의 제1 렌즈; 음의 굴절력을 갖는 플라스틱 재질의 제2 렌즈; 및 양의 굴절력을 갖는 플라스틱 재질의 제3 렌즈; 를 포함하며, 상기 제2 렌즈의 굴절률과 아베수(abbe number)에 관하여 1.59 ＜ n2 ＜1.65, 20 ＜ν2 ＜ 30 의 조건식을 만족한다.(단, n2 : 제2 렌즈의 굴절률, ν2 : 제2 렌즈의 아베수)
이와 같은 고해상도 광학계에 의하면, 플라스틱 렌즈만을 이용하여 소형 경량이면서 고해상도의 광학계를 구현할 수 있다.
플라스틱 렌즈, 광학계, 소형, 고해상도, 아베수, 굴절률

Description

플라스틱 렌즈를 이용한 고해상도 광학계{Optical System for High Resolution Using Plastic Lenses}
도 1은 본 발명에 의한 고해상도 광학계의 제1 실시예의 렌즈구성도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 실시예의 제 수차도를 도시한 것으로,
(a)는 구면수차, (b)는 비점수차, (c)는 왜곡을 각각 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 제1 실시예의 MTF 특성을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명에 의한 고해상도 광학계의 제2 실시예의 렌즈구성도를 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시된 제2 실시예의 제 수차도를 도시한 것으로,
(a)는 구면수차, (b)는 비점수차, (c)는 왜곡을 각각 나타낸다.
도 6은 도 4에 도시된 제2 실시예의 MTF 특성을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명에 의한 고해상도 광학계의 제3 실시예의 렌즈구성도를 나타낸다.
도 8은 도 7에 도시된 제3 실시예의 제 수차도를 도시한 것으로,
(a)는 구면수차, (b)는 비점수차, (c)는 왜곡을 각각 나타낸다.
도 9는 도 7에 도시된 제3 실시예의 MTF 특성을 도시한 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
L1...제1 렌즈 L2...제2 렌즈
L3...제3 렌즈 OLPF...광학적 필터
IP...상면 S...개구 조리개
1...개구 조리개면 2,3,4,5,6,7,8,9...굴절면
10...상면
본 발명은 플라스틱 렌즈를 이용한 고해상도 광학계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플러스, 마이너스, 플러스의 굴절력을 갖는 3매의 플라스틱 렌즈를 이용하여 소형 경량이면서도 고해상도를 얻을 수 있는 고해상도 광학계에 관한 것이다.
일반적으로, 모바일폰은 초기에는 통신수단의 기능만을 가졌다. 하지만 그 사용이 증대됨에 따라 사진촬영 또는 화상 전송 내지 통신 등 요구되는 서비스가 다양해지고 있으며, 이에 따라 그 기능과 서비스가 진화를 거듭하고 있다. 최근에는 디지털 카메라 기술과 모바일폰 기술을 융합시킨 확장된 새로운 개념의 모바일 폰, 즉 소위 카메라폰(camera phone 또는 camera mobile phone)이 크게 각광을 받고 있다. 더 나아가 디지털 캠코더 기술을 모바일폰 기술에 융합시켜 수 십분 이상의 동화상 멀티미디어를 저장, 전송할 수 있는 소위 캠코더 모바일폰(camcorder mobile phone 또는 camcorder phone)의 개발도 시도되고 있다.
이러한 모바일폰 뿐만 아니라 PC가 대중화 보편화되면서 화상채팅이나 화상회의를 위해 PC 카메라도 급속히 보급되어 대중화되고 있다. 또한, 일반 스틸카메라 또한 디지털 카메라로 급속히 대체되고 있다.
이와 같은 카메라들은 통상적으로 그 특성상 카메라 장치가 소형이며 경량일 것이 요구된다. 이를 위하여 종래의 모바일폰용 카메라는 30만 화소급에 2매로 구성된 플라스틱제 비구면 렌즈를 사용하였으나, 이러한 렌즈는 주변광량이 맞지 않고 원하는 해상도를 얻을 수 없어 고해상도의 모바일폰에는 적용이 불가능하다는 문제점이 있다.
한편, 디지털 카메라의 경우에는 모바일폰에 비해 고화질이 요구되므로 높은 화소수를 갖는 CCD 촬상소자가 사용되며, 그 렌즈 또한 고화질을 지원할 수 있도록 VTR 촬영렌즈와 유사한 구성을 채택하고 있었다.
이러한 렌즈계는 요구되는 해상력이나 화상의 품위 면에서 더욱 높은 품질이 요구되므로 매수가 많은 렌즈계가 사용되었으며, 그에 따라 기기 가격을 상승시키는 요인이 되었다. 또한, 이러한 렌즈계에는 많은 매수의 렌즈들이 사용되고 유리 재질의 렌즈로 제조되므로 렌즈계는 부피가 커지고 무거워져 촬영기기의 소형 경량화에 걸림돌이 되었다.
따라서, 고해상도를 구현할 수 있으면서도 소형 경량의 광학계가 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 플라스틱 재질의 3매의 렌즈만을 이용하여 고해상인 동시에 렌즈의 구성매수가 적어 컴팩트한 플라스틱 렌즈를 이용한 고해상도 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 경량화를 도모할 수 있을 뿐만 아니라 제작이 용이하여 대량생산이 가능하고, 제조비가 적게 되는 플라스틱 렌즈를 이용한 고해상도 광학계를 제공함을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 물체측 가장 가까이에 개구조리개를 배치하고 이후 물체측으로부터 순서대로, 양의 굴절력을 갖는 플라스틱 재질의 제1 렌즈; 음의 굴절력을 갖는 플라스틱 재질의 제2 렌즈; 및 양의 굴절력을 갖는 플라스틱 재질의 제3 렌즈; 를 포함하며, 상기 제2 렌즈의 굴절률에 관하여 다음의 조건식 1을 만족하고, 상기 제2 렌즈의 아베수(abbe number)에 관하여 다음의 조건식 2를 만족하는 플라스틱 렌즈를 이용한 고해상도 광학계가 제공된다..
(조건식 1) 1.59 ＜ n2 ＜ 1.65
(조건식 2) 20 ＜ ν2 ＜ 30
여기서, n2 : 제2 렌즈의 굴절률 ν2 : 제2 렌즈의 아베수
바람직하게는, 상기 고해상도 광학계는 상기 제1 렌즈 및 상기 제3 렌즈의 굴절률 및 아베수에 관하여 다음의 조건식 3 내지 6을 추가로 만족한다.
(조건식 3) 1.45 ＜ n1 ＜ 1.59
(조건식 4) 50 ＜ ν1 ＜ 60
(조건식 5) 1.45 ＜ n3 ＜ 1.59
(조건식 6) 50 ＜ ν3 ＜ 60
여기서, n1 : 제1 렌즈의 굴절률 ν1 : 제1 렌즈의 아베수
n3 : 제3 렌즈의 굴절률 ν3 : 제3 렌즈의 아베수
또한 바람직하게는, 상기 고해상도 광학계는 상기 제1 렌즈의 파워에 관하여 다음의 조건식 7을 추가로 만족하며, 상기 렌즈 전체계의 광축방향 치수에 관하여 다음의 조건식 8을 추가로 만족한다.
(조건식 7) 0.5 ＜ f1/f ＜ 1.0
(조건식 8) TL/f ＜ 2.0
여기서, f1 : 제1 렌즈의 초점거리
f : 전체 광학계의 초점거리
TL : 개구조리개로부터 상면까지의 거리
더욱 바람직하게는, 상기 고해상도 광학계는 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 파워에 관하여 다음의 조건식 9를 추가로 만족한다.
(조건식 9) 0.5 ＜ ｜f2｜/f1 ＜ 2.0
여기서, f2 : 제2 렌즈의 초점거리(f2＜0)
또한, 상기 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제3 렌즈의 굴절면 중 적어도 하나의 굴절면은 비구면으로 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 플라스틱 렌즈를 이용한 고해상도 광학계의 제1 실시예를 도시한 렌즈 구성도이다. 이하의 렌즈 구성도에서, 렌즈의 두께, 크기, 형상은 설명을 위해 다소 과장되게 도시되었으며, 특히 렌즈 구성도에서 제시된 구면 또는 비구면의 형상은 일 예로 제시되었을 뿐 이 형상에 한정되지 않는다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라스틱 렌즈를 이용한 고해상도 광학계는 물체측의 가장 가까이에 불필요한 광을 제거하기 위한 개구 조리개(S)를 배치하고, 이후 물체측으로부터 순서대로, 양의 굴절력을 갖는 플라스틱 재질의 제1 렌즈(L1), 음의 굴절력을 갖는 플라스틱 재질의 제2 렌즈(L2) 및 양의 굴절력을 갖는 플라스틱 재질의 제3 렌즈(L3)를 포함하여 구성되며, 상기 제3 렌즈(L3)와 상면(IP) 사이에는 자외선 필터, 유리 글래스 등으로 이루어진 광학적 필터(OLPF)가 구비된다..
여기서, 광학계의 조리개(S)를 곡률 변화부인 제1 렌즈(L1) 앞에 배치함으로써, 제1 렌즈(L1) 내의 곡률 변화가 전체 필드(field)에 미치게 되는 디포커스(defocus) 양을 최소할 수 있게 된다.
한편, 광학계에서는 상면으로 입사하는 주광선이 광축과 평행하게 되는 특 성, 즉 텔레센트릭(telecentric) 특성이 요구되는데, 본 발명은 이러한 텔레센트릭 특성을 만족시키기 위하여 상기 조리개(S)가 상면과 최대한 멀리 떨어지도록 배치하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 조리개(S)를 물체측 가장 가까이에 배치함으로써 주광선이 상면(IP)으로 입사하는 입사각을 최대한 줄여 텔레센트릭 조건에 부합하도록 하였다.
상기 제1 렌즈(L1)는 플라스틱 재질로서 양의 굴절력을 가지고, 상기 제2 렌즈(L2)는 상기 제1 렌즈(L1)의 굴절력과 비슷한 크기의 음의 굴절력을 가지도록 하여 상기 제1 렌즈(L1)와 상기 제2 렌즈(L2)의 상호 작용에 의해 수차를 보정한다.
또한, 상기 제3 렌즈(L3)는 약한 플러스의 파워를 가지도록 함으로써 상기 제1 렌즈(L1)의 파워를 작게 하여 축외수차를 보정할 수 있도록 하며, 텔레센트릭 조건에 부합하도록 상기 제3 렌즈(L3)는 2개의 변곡점을 갖는 갈매기 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 굴절률이 작고 아베수가 큰 제1 렌즈(L1)와 굴절률이 크고 아베수가 작은 제2 렌즈(L2)를 채용하고, 상기 제1 렌즈(L1)와 상기 제2 렌즈(L2)의 굴절력의 크기가 비슷하도록 구성함으로써 광학계의 색수차를 보정하게 된다.
한편, 광학계의 굴절면이 구면으로 이루어짐으로 인해 발생하는 수차를 줄이기 위하여 상기 제1 렌즈(L1), 제2 렌즈(L2) 및 제3 렌즈(L3)의 굴절면 중 적어도 하나의 굴절면은 비구면인 것이 바람직하다.
이와 같은 전체적인 구성 하에서 다음의 조건식 1 내지 9의 작용효과에 대해 살펴본다.
(조건식 1) 1.59 ＜ n2 ＜ 1.65
(조건식 2) 20 ＜ ν2 ＜ 30
(조건식 3) 1.45 ＜ n1 ＜ 1.59
(조건식 4) 50 ＜ ν1 ＜ 60
(조건식 5) 1.45 ＜ n3 ＜ 1.59
(조건식 6) 50 ＜ ν3 ＜ 60
여기서, n1 : 제1 렌즈의 굴절률 ν1 : 제1 렌즈의 아베수
n2 : 제2 렌즈의 굴절률 ν2 : 제2 렌즈의 아베수
n3 : 제3 렌즈의 굴절률 ν3 : 제3 렌즈의 아베수
조건식 1, 조건식 3 및 조건식 5는 각각 제2 렌즈(L2), 제1 렌즈(L1) 및 제3 렌즈(L3)의 굴절률에 대한 조건을 나타내며, 상기 제2 렌즈(L2)의 굴절률은 상기 제1 렌즈(L1) 및 제3 렌즈(L3)의 굴절률보다 큰 값을 가진다.
또한, 조건식 2, 조건식 4 및 조건식 6은 각각 제2 렌즈(L2), 제1 렌즈(L1) 및 제3 렌즈(L3)의 아베수(Abbe number)에 관한 조건을 나타내며, 상기 제2 렌즈(L2)의 아베수는 상기 제1 렌즈(L1) 및 제3 렌즈(L3)의 아베수보다 작은 값을 가진다.
일반적으로, 단일 렌즈의 경우에 아베수가 작아지면 분산값이 커지므로 굴절률의 변화가 커져 색수차의 보정이 어려운 반면에, 아베수가 커지면 분산값이 작아 지므로 굴절률의 변화가 작아져서 색수차가 작아진다는 이점이 있다.
따라서, 조건식 1 및 조건식 2를 만족하는 제2 렌즈(L2)만을 이용하는 경우에는 색수차의 보정이 어려우므로, 본 발명에서는 상기 제2 렌즈(L2)보다 굴절률이 작고 아베수가 상대적으로 큰 제1 렌즈(L1)와의 조합을 통해 색수차를 보정하게 된다.
즉, 종래의 광학계의 경우에는 광빔의 색수차를 보정하기 위하여, 일반적으로 아베수가 크고 굴절률이 작은 크라운(crown) 계열의 렌즈와 아베수가 작고 굴절률이 큰 플린트(flint) 계열의 렌즈의 상호작용을 이용하나, 본 발명에 의한 고해상도 광학계는 굴절률이 작고 아베수가 큰 제1 렌즈(L1)와 굴절률이 크고 아베수가 작은 제2 렌즈(L2)를 이용하여 색수차를 보정하게 된다.
이러한 제1 렌즈(L1)는 상기 제2 렌즈(L2)보다 굴절률이 작고 아베수가 상대적으로 크면 되지만, 후술하는 바와 같이 굴절률과 아베수에 관하여 각각 조건식 3과 4를 만족하는 일반적인 플라스틱 광학재료로 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 제1 렌즈(L1)와 상기 제2 렌즈(L2)의 굴절력의 크기가 차이가 많다면 굴절력의 차이로 인해 색수차의 보정이 어렵게 되므로, 후술하는 조건식 9와 같이 상기 제1 렌즈(L1)와 상기 제2 렌즈(L2)의 굴절력의 크기는 비슷한 것이 바람직하다.
종래에는 d 라인(가시광선의 중심파장, 587.6㎚) 파장의 굴절률이 대략 1.531, 아베수(Abbe number)가 대략 55.87인 제온엑스(ZEONEX) 계열의 E48R을 플라스틱 렌즈로 주로 사용하였으나, 이러한 굴절률과 아베수를 가지는 플라스틱 렌즈 만으로는 수차의 보정이 어려우므로 플라스틱 재질의 렌즈와 글래스(glass) 재질의 렌즈와 조합하여 사용해야 했으나, 조건식 1 및 조건식 2를 만족하는 플라스틱 재질의 렌즈를 종래의 플라스틱 렌즈와 조합하여 사용함으로써 소형 경량의 고해상도 광학계를 구현할 수 있다는 이점이 있다.
이러한 조건식 1 및 조건식 2를 만족하도록 상기 제2 렌즈(L2)에 사용되는 플라스틱 재질의 광학재료의 일 예로서 d 라인 파장의 굴절률이 1.613, 아베수가 26.65인 오사카 가스 케미컬 주식회사의 OKP4 등이 사용가능할 것이다.
한편, 제3 렌즈(L3)는 상기 제1 렌즈(L1)와 상기 제2 렌즈(L2)를 투과한 빛의 수차를 줄이기 위하여 상기 제2 렌즈(L2)보다 굴절률이 작고 아베수가 큰 플라스틱 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 굴절률과 아베수의 차이가 있는 플라스틱 렌즈를 이용하여 색수차를 제거함으로써, 종래의 광학계에 비해 소형화/박형화를 구현할 수 있으며, 가볍고 대량생산이 용이하고 제조비용이 적은 광학계를 제공한다는 이점이 있다.
(조건식 7) 0.5 ＜ f1/f ＜ 1.0
(조건식 8) TL/f ＜ 2.0
여기서, f1 : 제1 렌즈의 초점거리
f : 전체 광학계의 초점거리
TL : 개구조리개로부터 상면까지의 거리
조건식 7은 제1 렌즈(L1)의 파워를 규정하는 것이다. 상기 조건식 7의 상한을 넘어 f1이 커진다면, 단일 렌즈로 구성되어 있는 제2 렌즈(L2) 및 제3 렌즈(L3)의 파워가 커져야 하므로 색수차가 커져 버린다는 문제점이 있다. 역으로 하한을 벗어나 f1이 작아진다면, 제1 렌즈(L1)의 파워가 과대해져 구면수차 및 코마수차가 커지게 되며, 또한 제1 렌즈(L1)을 구성하고 있는 렌즈 구면의 곡률반경이 작아져 가공이 곤란해진다.
조건식 8은 렌즈의 전장을 규정하는 것으로 소형화에 대한 조건이다. 상기 조건식 8의 상한을 넘는다면 고화질에서의 제 수차의 보정면에서는 유리하나 본 발명의 특징인 초소형이라는 관점에 상반된다.
(조건식 9) 0.5 ＜ ｜f2｜/f1 ＜ 2.0
여기서, f2 : 제2 렌즈의 초점거리(f2＜0)
상기 제1 렌즈(L1)는 양의 굴절력을 가지며, 상기 제2 렌즈(L2)는 음의 굴절력을 가지므로, 조건식 9의 상한과 하한을 벗어나 상기 제1 렌즈(L1)와 상기 제2 렌즈(L2)의 굴절력의 절대값 차이가 너무 크게 되면 상기 제1 렌즈(L1)와 상기 제2 렌즈(L2)를 통한 수차의 상쇄가 어려워져 제3 렌즈(L3)에서 수차를 보정할 수 없게 된다.
예를 들어, 상기 제1 렌즈(L1)는 아베수가 크므로 분산값이 작아 색수차가 적게 발생하고, 상기 제2 렌즈(L2)는 아베수가 작으므로 분산값이 커 색수차가 크게 발생하기 때문에 어느 한 렌즈의 파워가 상대적으로 너무 큰 경우에는 상기 제1 렌즈(L1) 및 상기 제2 렌즈(L2)의 조합에 의한 상쇄 효과가 현저히 감소하여 색수차의 발현이 커지게 된다.
이하, 구체적인 수치 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 살펴본다.
이하의 실시예 1 내지 3은 모두 전술한 바와 같이, 물체측 가장 가까이에 개구조리개(S)가 배치되며, 이후에 물체측으로부터 순서대로, 양의 굴절력을 갖는 플라스틱 재질의 제1 렌즈(L1), 음의 굴절력을 갖는 플라스틱 재질의 제2 렌즈(L2) 및 양의 굴절력을 갖는 플라스틱 재질의 제3 렌즈(L3)로 구성되며, 상기 제3 렌즈(L3)와 상면(IP) 사이에는 적외선 필터, 커버 글래스 등으로 이루어지는 광학적필터(OLPF)가 구비된다.
이하의 각 실시예 및 비교예에서 사용되는 비구면은 공지의 수학식 1로부터 얻어지며, 코닉(Conic) 상수(K) 및 비구면 계수(A,B,C,D,E,F)에 사용되는 'E 및 이에 이어지는 숫자'는 10의 거듭제곱을 나타낸다. 예를 들어, E+21은 1021을, E-02는 10-2을 나타낸다.
Figure 112004056997554-PAT00001
Z : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리
Y : 광축에 수직인 방향으로의 거리
r : 렌즈의 정점에서의 곡률 반경
K : 코닉(Conic) 상수
A,B,C,D : 비구면 계수
(실시예 1)
하기의 표 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 수치예를 나타내고 있다.
또한, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라스틱 렌즈를 이용한 고해상도 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도이고, 도 2a 내지 2c는 표 1 및 도 1에 도시된 광학계의 제 수차도를 나타내며, 도 3은 제1 실시예의 MTF 특성을 도시한 그래프이다.
이하의 렌즈구성도에서 렌즈의 두께, 크기, 형상은 설명을 위해 다소 과장되게 도시되었으며, 특히 도면에서 제시된 구면 및 비구면의 형상은 일 예로 제시되었을 뿐 이 형상에 한정되지 않는다.
또한, 이하의 비점수차도면의 "S"는 새지털(sagital), "T"는 탄젠셜(tangential)을 나타낸다.
여기서, MTF(Modulation Transfer Function)는 밀리미터당 사이클의 공간주파수에 의존하며, 광의 최대 강도(Max)와 최소 강도(Min) 사이에 다음의 수학식 2로 정의되는 값이다.
Figure 112004056997554-PAT00002
즉, MTF가 1인 경우 가장 이상적이며 MTF 값이 감소할수록 해상도가 떨어진다.
제1 실시예는 F 넘버(FNo)가 2.46이고, 화각(畵角)은 68도, 개구조리개로부터 상면까지의 거리(이하 'TL'이라 함)는 4.9㎜, 초점거리(f)는 3.2㎜, 제1 렌즈의 초점거리(f1)는 2.0㎜, 제2 렌즈의 초점거리(f2)는 -1.98㎜, 제3 렌즈의 초점거리(f3)는 3.3㎜에 대한 경우로서, 200만 화소급 1/4.5 인치 센서에 적합한 렌즈 시스템이다.
또한, 이하의 실시예에서 제1 렌즈(L1) 및 제3 렌즈(L3)는 제온엑스(ZEONEX) 계열의 E48R을 사용하였으며, 제2 렌즈(L2)는 오사카 가스 케미컬 주식회사의 OKP4를 이용하였다.
하기의 표 1, 표3 및 표 5에 기재된 바와 같이, E48R의 경우 d 라인(가시광선의 중심파장, 587.6㎚) 파장의 굴절률은 1.531, 아베수(Abbe number)는 55.87이며, OKP4의 경우 d 라인 파장의 굴절률은 1.613, 아베수(Abbe number)는 26.65이다.
Figure 112004056997554-PAT00003
표 1에서 *는 비구면을 나타내며, 실시예 1의 경우 제2면(제1 렌즈의 물체측면), 제3면(제1 렌즈의 상측면), 제4면(제2 렌즈의 물체측면), 제5면(제2 렌즈의 상측면), 제6면(제3 렌즈의 물체측면) 및 제7면(제3 렌즈의 상측면)이 비구면이다.
수학식 1에 의한 실시예 1의 비구면 계수의 값은 다음의 표 2a 및 표 2b와 같다.
Figure 112004056997554-PAT00004
Figure 112004056997554-PAT00005
(실시예 2)
하기의 표 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 수치예를 나타내고 있다.
또한, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라스틱 렌즈를 이용한 고해상도 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도이고, 도 5a 내지 5c는 표 3 및 도 4에 도시된 광학계의 제 수차도를 나타내며, 도 6은 제2 실시예의 MTF 특성을 도시한 그래프이다.
제2 실시예는 F 넘버(FNo)가 2.8이고, 화각(畵角)은 62도, TL은 5.15㎜, 초점거리(f)는 3.8㎜, 제1 렌즈의 초점거리(f1)는 2.3㎜, 제2 렌즈의 초점거리(f2)는 -2.3㎜, 제3 렌즈의 초점거리(3)는 4.8㎜에 대한 경우로서, 200만 화소급 1/4 인치 센서에 적합한 렌즈 시스템이다.
Figure 112004056997554-PAT00006
표 3에서 *는 비구면을 나타내며, 실시예 2의 경우 제2면(제1 렌즈의 물체측면), 제3면(제1 렌즈의 상측면), 제4면(제2 렌즈의 물체측면), 제5면(제2 렌즈의 상측면), 제6면(제3 렌즈의 물체측면) 및 제7면(제3 렌즈의 상측면)이 비구면이다.
수학식 1에 의한 실시예 2의 비구면 계수의 값은 다음의 표 4a 및 표 4b와 같다.
Figure 112004056997554-PAT00007
Figure 112004056997554-PAT00008
(실시예 3)
하기의 표 5는 본 발명의 제3 실시예에 의한 수치예를 나타내고 있다.
또한, 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라스틱 렌즈를 이용한 고해상도 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도이고, 도 8a 내지 8c는 표 5 및 도 7에 도시된 광학계의 제 수차도를 나타내며, 도 9는 제3 실시예의 MTF 특성을 도시한 그래프이다.
제3 실시예는 F 넘버(FNo)가 2.8이고, 화각(畵角)이 60도, TL이 6.1㎜, 초점거리(f)가 4.7㎜, 제1 렌즈의 초점거리(f1)가 3.3㎜, 제2 렌즈의 초점거리(f2)가 -4.5㎜, 제3 렌즈의 초점거리(f3)가 8.8㎜인 경우로서, 200만 화소급 1/3 인치 센서에 적합한 렌즈 시스템이다.
Figure 112004056997554-PAT00009
표 5에서 *는 비구면을 나타내며, 실시예 3의 경우 제2면(제1 렌즈의 물체측면), 제3면(제1 렌즈의 상측면), 제4면(제2 렌즈의 물체측면), 제5면(제2 렌즈의 상측면), 제6면(제3 렌즈의 물체측면) 및 제7면(제3 렌즈의 상측면)이 비구면이다.
수학식 1에 의한 실시예 3의 비구면 계수의 값은 다음의 표 6a 및 표 6b와 같다.
Figure 112004056997554-PAT00010
Figure 112004056997554-PAT00011
이상의 실시예를 통하여 도 2, 도 5 및 도 8에 도시된 바와 같이 제 수차의 특성이 우수한 광학계를 얻을 수 있으며, 도 3, 도 6 및 도 9에 도시된 바와 같이 MTF 특성이 우수한 고해상도의 광학계를 구현할 수 있다는 이점이 있다는 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 플라스틱 재질의 3매의 렌즈만을 이용하여 고해상인 동시에 렌즈의 구성매수가 적어 컴팩트한 고해상도 광학계를 구현할 수 있다는 효과가 있게 된다.
또한, 플라스틱 재질의 렌즈만을 사용함으로써, 경량화를 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 제작이 용이하여 대량생산이 가능하고, 제조비가 적게 되는 광학계를 구현할 수 있다는 유리한 효과가 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (5)

  1. 물체측 가장 가까이에 개구조리개를 배치하고 이후 물체측으로부터 순서대로,
    양의 굴절력을 갖는 플라스틱 재질의 제1 렌즈;
    음의 굴절력을 갖는 플라스틱 재질의 제2 렌즈; 및
    양의 굴절력을 갖는 플라스틱 재질의 제3 렌즈;
    를 포함하며,
    상기 제2 렌즈의 굴절률에 관하여 다음의 조건식 1을 만족하고, 상기 제2 렌즈의 아베수(abbe number)에 관하여 다음의 조건식 2를 만족하는 플라스틱 렌즈를 이용한 고해상도 광학계.
    (조건식 1) 1.59 ＜ n2 ＜ 1.65
    (조건식 2) 20 ＜ ν2 ＜ 30
    여기서, n2 : 제2 렌즈의 굴절률
    ν2 : 제2 렌즈의 아베수
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 및 상기 제3 렌즈의 굴절률 및 아베수에 관하여 다음의 조건식 3 내지 6을 추가로 만족하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈를 이용한 고해상도 광학계.
    (조건식 3) 1.45 ＜ n1 ＜ 1.59
    (조건식 4) 50 ＜ ν1 ＜ 60
    (조건식 5) 1.45 ＜ n3 ＜ 1.59
    (조건식 6) 50 ＜ ν3 ＜ 60
    여기서, n1 : 제1 렌즈의 굴절률
    ν1 : 제1 렌즈의 아베수
    n3 : 제3 렌즈의 굴절률
    ν3 : 제3 렌즈의 아베수
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 파워에 관하여 다음의 조건식 7을 추가로 만족하며, 상기 렌즈 전체계의 광축방향 치수에 관하여 다음의 조건식 8을 추가로 만족하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈를 이용한 고해상도 광학계.
    (조건식 7) 0.5 ＜ f1/f ＜ 1.0
    (조건식 8) TL/f ＜ 2.0
    여기서, f1 : 제1 렌즈의 초점거리
    f : 전체 광학계의 초점거리
    TL : 개구조리개로부터 상면까지의 거리
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 파워에 관하여 다음의 조건식 9를 추가로 만족하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈를 이용한 고해상도 광학계.
    (조건식 9) 0.5 ＜ ｜f2｜/f1 ＜ 2.0
    여기서, f2 : 제2 렌즈의 초점거리(f2＜0)
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈, 제2 렌즈 및 제3 렌즈의 굴절면 중 적어도 하나의 굴절면은 비구면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈를 이용한 고해상도 광학계.
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