KR20100004293A - 줌 렌즈 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 줌 렌즈는 입사광을 반사시킬 수 있는 프리즘 렌즈를 포함하는 제1렌즈군; 및 상기 제1렌즈군보다 상측에 위치하고, 비구면 렌즈를 포함하며, 적어도 하나 이상의 렌즈로 형성된 제2렌즈군을 포함하며, 상기 프리즘 렌즈는 상기 입사광이 진입하는 물체측면에 DOE(Diffractive optical element)면이 형성된 것을 포함한다.
실시예에 따른 줌 렌즈는 광이 입사되는 입사면, 상기 입사된 광을 반사시키는 반사면, 상기 반사된 빛이 출사되는 출사면이 형성된 제1렌즈를 포함하는 제1렌즈군; 및 상기 제1렌즈군보다 상측에 위치하고, 비구면 렌즈를 포함하며, 적어도 하나 이상의 렌즈로 형성된 제2렌즈군을 포함하며, 상기 제1렌즈에 형성된 상기 입사면은 DOE(Diffractive optical element)면으로 형성된 것을 포함한다.
줌 렌즈

Description

줌 렌즈{Zoom Lens}
실시예는 고해상도 이미지 센서를 이용하는 카메라 모듈에 사용되는 줌 렌즈에 관한 것이다.
최근에 이미지 픽업 시스템(Image Pickup System)과 관련하여 통신단말기용 카메라 모듈, 디지탈 스틸 카메라(DSC, Digital Still Camera), 캠코더, PC 카메라(퍼스널 컴퓨터에 부속된 촬상장치) 등이 연구되고 있다. 이러한 이미지 픽업 시스템과 관련된 카메라 모듈이 상(image)을 얻기 위해 가장 중요한 구성요소는 상(image)을 결상하는 줌 렌즈이다.
실시예는 광학적으로 수차특성이 우수한 줌 렌즈를 제공한다.
실시예에 따른 줌 렌즈는 입사광을 반사시킬 수 있는 프리즘 렌즈를 포함하는 제1렌즈군; 및 상기 제1렌즈군보다 상측에 위치하고, 비구면 렌즈를 포함하며, 적어도 하나 이상의 렌즈로 형성된 제2렌즈군을 포함하며, 상기 프리즘 렌즈는 상기 입사광이 진입하는 물체측면에 DOE(Diffractive optical element)면이 형성된 것을 포함한다.
실시예에 따른 줌 렌즈는 광이 입사되는 입사면, 상기 입사된 광을 반사시키는 반사면, 상기 반사된 빛이 출사되는 출사면이 형성된 제1렌즈를 포함하는 제1렌즈군; 및 상기 제1렌즈군보다 상측에 위치하고, 비구면 렌즈를 포함하며, 적어도 하나 이상의 렌즈로 형성된 제2렌즈군을 포함하며, 상기 제1렌즈에 형성된 상기 입사면은 DOE(Diffractive optical element)면으로 형성된 것을 포함한다.
실시예에 따른 줌 렌즈는 입사광이 진입하는 물체측면에 광을 모을 수 있는 DOE면이 형성된 프리즘 렌즈인 제1렌즈를 배치하여, 줌 렌즈의 전장이 짧은 슬림(slim)한 줌 렌즈를 설계할 수 있다.
또한, 제1렌즈에 의해 입사광의 방향이 전환되어, 입사광의 광 경로와 광학 장치 내의 광 경로가 수직한 방향으로 형성되기 때문에 줌 렌즈의 설계시 전장의 길이를 고려하지 않고, 보다 용이하게 설계할 수 있다.
또한, 제1렌즈로 입사되는 광을 모아주는 별도의 렌즈가 없이도 줌 렌즈를 설계할 수 있으며, 상기 제1렌즈의 물체측에 추가적인 렌즈가 필요없기 때문에 전장이 보다 짧은 슬림한 줌 렌즈의 설계가 가능해진다.
또한, 상기 프리즘 렌즈를 포함하는 제1렌즈군이 제2렌즈군 및 제3렌즈군에 비해 강한 파워를 가지고, 적어도 하나 이상의 비구면 변곡점을 갖는 렌즈들을 배치하여, 줌 렌즈를 구현함으로써, 수차 특성이 우수한 줌 렌즈를 구현할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 줌 렌즈에 대하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3은 실시예에 따른 줌 렌즈의 내부 구조를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 1은 광각단(wide)에서의 줌 렌즈의 모습이고, 도 2는 표준단(normal)에서의 줌 렌즈의 모습이고, 도 3은 망원단(tele)에서의 줌 렌즈의 모습이다.
도 1 내지 도 3에 따른 줌 렌즈는 제1렌즈군(100), 제2렌즈군(200) 및 제3렌즈군(300)으로 이루어진다.
상기 제1렌즈군(100)은 물체측에 위치하고, 음(-)의 파워(power)를 가지며, 상기 제2렌즈군(200)은 상기 제1렌즈군(100)보다 상측에 위치하고, 양(+)의 파워를 가진다.
그리고, 상기 제3렌즈군(300)은 상기 제2렌즈군(200)보다 상측에 위치하고, 양(+)의 파워를 가진다.
즉, 상기 제1렌즈군(100), 제2렌즈군(200) 및 제3렌즈군(300)이 상면측 방향으로 순차적으로 위치한다.
상기 제1렌즈군(100)은 제1렌즈(10), 제2렌즈(20) 및 제3렌즈(30)를 포함하며, 상면측 방향으로 상기 제1렌즈(10), 제2렌즈(20) 및 제3렌즈(30)가 차례대로 위치한다.
상기 제1렌즈(10)는 DOE(Diffractive Optical Element)면을 포함하고, 입사광을 반사시킬 수 있는 반사면(R30)을 포함하는 프리즘(prism) 렌즈로 형성되며, 입사광이 상기 반사면(R30)에 반사되어 입사광의 방향이 전환될 수 있다.
상기 제1렌즈(10)는 광이 입사되는 입사면(R1), 상기 입사된 광을 반사시키는 반사면(R30) 및 상기 반사된 광을 출사시키는 출사면(R2)을 포함한다.
상기 반사면(R30)은 상기 입사된 광의 주광선을 90 °로 반사시켜, 입사되는 광을 제2렌즈(20)로 반사시키는 역할을 한다.
상기 제1렌즈(10)에 의해 상기 입사광의 방향을 전환할 수 있는 구조로 설계됨으로써, 줌 렌즈의 전장이 짧아져, 슬림(slim)한 줌 렌즈를 설계할 수 있으며, 이를 휴대폰(mobile phone) 등에 장착이 가능해진다.
그리고, 상기 제1렌즈(10)에 의해 입사광의 방향이 전환되어, 입사광의 광 경로와 광학 장치 내의 광 경로가 수직한 방향으로 형성되기 때문에 줌 렌즈의 설계시 전장의 길이를 고려하지 않고, 보다 용이하게 설계할 수 있다.
이때, 상기 제1렌즈(10)의 입사면(R1)이 DOE면으로 형성될 수 있으며, 상기 DOE면은 상기 제1렌즈(10)로 입사하는 입사광을 모아주는 역할을 한다.
또한, 상기 제1렌즈(10)의 DOE면은 줌 렌즈의 수차를 보정할 수 있어, 광학 성능이 우수한 줌 렌즈를 설계할 수 있다.
따라서, 상기 제1렌즈(10)로 입사되는 광을 모아주는 별도의 렌즈가 없이도 줌 렌즈를 설계할 수 있으며, 상기 제1렌즈(10)의 물체측에 추가적인 렌즈가 필요없기 때문에 전장이 보다 짧은 슬림한 줌 렌즈의 설계가 가능해진다.
그리고, 상기 제2렌즈(20)는 상측면(R4)에 오목한 면을 가지고, 음(-)의 파워를 가지는 렌즈로 형성되며, 상기 제3렌즈(30)는 양(+)의 파워를 가지는 렌즈로 형성된다.
상기 제2렌즈군(200)은 양(+)의 파워를 가지는 제4렌즈(40)를 포함한다.
상기 제3렌즈군(300)은 조리개(45), 제5렌즈(50), 제6렌즈(60), 제7렌즈(70), 제8렌즈(80) 및 필터(90)를 포함한다.
상기 조리개(45)는 상기 제4렌즈(40)와 제5렌즈(50) 사이에 배치되어, 입사되는 빛을 선택적으로 수렴하여 초점거리(focus length)를 조절하는 기능을 수행한다.
상기 제5렌즈(50) 및 제7렌즈(70)는 물체측으로 볼록한 면을 가지고, 양(+)의 파워를 갖는 렌즈로 형성되며, 상기 제6렌즈(60) 및 제8렌즈(80)는 음(-)의 파워를 갖는 렌즈로 형성된다.
그리고, 상기 필터(90)는 상기 제8렌즈(80)보다 상측에 위치되며, 적외선 차단 필터(IR cut filter)로 이루어질 수 있다.
상기 적외선 차단 필터는 외부 빛으로부터 방출되는 복사열이 상기 수광소자(400)에 전달되지 않도록 차단시키는 기능을 한다.
즉, 적외선 차단 필터는 가시광선은 투과시키고, 적외선은 반사시켜 외부로 유출되도록하는 구조를 가진다.
그리고, 상(像)이 맺히는 수광 소자(95)는 피사체 영상에 대응하는 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서로 이루어질 수 있으며, 상기 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서로 이루어질 수 있다.
피사체 영상을 획득하기 위하여 피사체의 영상 정보에 해당되는 광은 상기 제1렌즈군(100), 제2렌즈군(200) 및 제3렌즈군(300)을 통과하여 상기 수광소자(95)에 입사된다.
그리고, 상기 제2렌즈군(200) 및 제3렌즈군(300)의 이동으로 줌 기능을 수행할 수 있다.
상기 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제4렌즈(40), 제6렌즈(60) 및 제7렌즈(70)는 글래스(Glass) 재질로 형성되고, 상기 제3렌즈(30), 제5렌즈(50) 및 제8렌즈(80)는 플라스틱(plastic) 재질로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제3렌즈(30), 제5렌즈(50) 및 제8렌즈(80)의 모든 면은 비구면으로 형성될 수 있으며, 상기 제1렌즈군(100)은 상기 제2렌즈군(200) 및 제3렌즈군(300)에 비해 굴절력이 크고 강한 파워를 갖는다.
그리고, 실시예에 따른 줌 렌즈는 다음의 표 1과 같은 광학적 특징을 가진다.
렌즈면 곡률반경(mm) 두께(mm) 소재
R1 ∞ 7 FDS90_HOYA
R2 ∞ 0.3
R3 11.25604 1.240212 NBF2_HOYA
R4 2.90675 1.2734
R5* 8.99571 0.984738 OKP4
R6* 21.5436 6.631579
R7 -17.2904 0.852232 FC5_HOYA
R8 -6.19844 0.3
R9 ∞ 0 조리개
R10* 3.04855 1.563928 E48R
R11* -7.85938 0.15
R12 -10.48576 0.65 NBFD15_HOYA
R13 3.20335 0.15
R14 3.20114 1.386145 FEL6_HOYA
R15 -8.92357 2.881284
R16* -8.20682 0.65 E48R
R17* 11.79607 0.155552
R18 ∞ 0.3 필터
R19 ∞ 1.55767 필터
R20 ∞ -0.02674 센서
(* 표시는 비구면을 나타낸다)
상기 표 1에 표기한 두께는 각 렌즈면에서 다음 렌즈면까지의 거리를 나타낸다.
아래의 표 2는 실시예의 비구면 렌즈에 대한 비구면 계수 값이다.
렌즈면 K A1 A2 A3 A4 A5
R5 -55.259182 0.660441×10-2 -0.144063×10-2 0.683798×10-4 0.102688×10-4 -0.633578×10-6
R6 59.589863 -0.609127×10-2 0.956878×10-3 -0.544394×10-3 0.985377×10-4 -0.657437×10-5
R10 -0.130196 -0.197373×10-2 -0.176102×10-3 -0.184458×10-4 -0.545746×10-5 -0.899735×10-12
R11 -6.439951 -0.118586×10-2 -0.391564×10-4 -0.197214×10-4 0.806233×10-6 -0.351943×10-12
R16 16.421148 -0.443366×10-1 0.620269×10-2 -0.358074×10-2 0.714022×10-3 -0.559218×10-16
R17 -66.362452 -0.325606×10-1 0.621201×10-2 -0.193767×10-2 0.341448×10-3 0.685346×10-17
실시예의 비구면 렌즈에 대한 표 2의 비구면 계수 값은 다음의 수학식 1로부터 얻을 수 있다.
Figure 112008048160113-PAT00001
Z : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리
C : 렌즈의 기본 곡률
Y : 광축에 수직인 방향으로의 거리
K : 코닉 상수(Conic constant)
A1, A2, A3, A4, A5 : 비구면 계수(Aspheric constant)
즉, 상기의 비구면 계수 값을 갖는 상기 제3렌즈(30), 제5렌즈(50) 및 제8렌즈(80)를 사용함으로써, 구면수차, 코마수차, 비점수차를 보정할 수 있으며, 또한, 왜곡(distortion)도 양호하게 보정할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예에 따른 줌 렌즈의 전체 광학계의 초점거리(f), 각 렌즈군의 초점거리 및 각 렌즈의 초점거리는 다음의 표 3과 같다.
광각단(Wide)에서의 초점거리(fw) 4 mm
표준단(Normal)에서의 초점거리(fn) 8 mm
망원단(Tele)에서의 초점거리(ft) 12 mm
제1렌즈군의 초점거리 -7.34 mm
제2렌즈군의 초점거리 19.31 mm
제3렌즈군의 초점거리 8.10 mm
제2렌즈의 초점거리(f2) -5.521699 mm
제3렌즈의 초점거리(f3) 24.639124 mm
제4렌즈의 초점거리(f4) 19.311167 mm
제5렌즈의 초점거리(f5) 4.355318 mm
제6렌즈의 초점거리(f6) -2.973660 mm
제7렌즈의 초점거리(f7) 4.606649 mm
제8렌즈의 초점거리(f8) -9.017590 mm
상기 표 3에 따른 실시예의 초점거리는 광각단에서 4 mm, 망원단에서 12 mm를 가지기 때문에 실시예에 따른 줌 렌즈는 3배 줌 기능을 가질 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 광각단에서의 수차 그래프이고, 도 5는 표준단에서의 수차 그래프이며, 도 6은 망원단에서의 수차 그래프이다.
도 4 내지 도 6에는 각각 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)가 도시되어 있다.
상기 구면수차는 각 파장에 따른 수차특성이 도시되어 있고, 상기 비점수차는 상면의 높이에 따른 탄젠셜면(tangential plane)과 새지털면(sagittal plane)의 수차특성을 나타내며, 상기 왜곡수차는 상면의 높이에 따른 왜곡도를 보여준다.
도 7은 실시예에 따른 광각단에서의 TV 왜곡(Distortion)이고, 도 8은 표준단에서의 TV 왜곡이고, 도 9는 망원단에서의 TV 왜곡을 나타낸 것이다.
도 10은 실시예에 따른 광각단에서의 MTF(Modulation Transfer Function) 특성을 도시한 그래프이고, 도 11은 표준단에서의 MTF 특성을 도시한 그래프이며, 도 12는 망원단에서의 MTF 특성을 도시한 그래프이다.
상기 MTF 특성은 밀리미터당 사이클의 공간주파수(cycles/mm)의 변화에 의존하는 탄젠셜면(tangential plane)과 새지털면(sagittal plane)의 MTF 특성을 측정한 그래프를 도시하였다.
MTF란 원래의 피사체 표면에서 출발한 빛이 렌즈를 통과한 후 맺힌 상과의 차이를 계산한 비율치로서, MTF 값이 '1'인 경우가 가장 이상적이며, MTF 값이 감소할수록 해상도가 떨어진다.
도 10, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, MTF 값이 높게 나타나기 때문에 실시예에 따른 렌즈 모듈은 광학성능이 우수한 것을 알 수 있다.
이상의 실시예에 따른 줌 렌즈는 수차 특성이 우수하고, MTF 특성이 우수하여 고해상도의 렌즈 모듈을 구현할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
이상의 실시예에 따른 줌 렌즈는 입사광이 진입하는 물체측면에 광을 모을 수 있는 DOE면이 형성된 프리즘 렌즈인 제1렌즈를 배치하여, 줌 렌즈의 전장이 짧은 슬림(slim)한 줌 렌즈를 설계할 수 있다.
또한, 제1렌즈에 의해 입사광의 방향이 전환되어, 입사광의 광 경로와 광학 장치 내의 광 경로가 수직한 방향으로 형성되기 때문에 줌 렌즈의 설계시 전장의 길이를 고려하지 않고, 보다 용이하게 설계할 수 있다.
또한, 제1렌즈로 입사되는 광을 모아주는 별도의 렌즈가 없이도 줌 렌즈를 설계할 수 있으며, 상기 제1렌즈의 물체측에 추가적인 렌즈가 필요없기 때문에 전장이 보다 짧은 슬림한 줌 렌즈의 설계가 가능해진다.
또한, 상기 프리즘 렌즈를 포함하는 제1렌즈군이 제2렌즈군 및 제3렌즈군에 비해 강한 파워를 가지고, 적어도 하나 이상의 비구면 변곡점을 갖는 렌즈들을 배치하여, 줌 렌즈를 구현함으로써, 수차 특성이 우수한 줌 렌즈를 구현할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1 내지 도 3은 실시예에 따른 줌 렌즈의 내부 구조를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 4는 실시예에 따른 광각단에서의 수차 그래프이고, 도 5는 표준단에서의 수차 그래프이며, 도 6은 망원단에서의 수차 그래프이다.
도 7은 실시예에 따른 광각단에서의 TV 왜곡(Distortion)이고, 도 8은 표준단에서의 TV 왜곡이고, 도 9는 망원단에서의 TV 왜곡을 나타낸 것이다.
도 10은 실시예에 따른 광각단에서의 MTF(Modulation Transfer Function) 특성을 도시한 그래프이고, 도 11은 표준단에서의 MTF 특성을 도시한 그래프이며, 도 12는 망원단에서의 MTF 특성을 도시한 그래프이다.

Claims (17)

  1. 입사광을 반사시킬 수 있는 프리즘 렌즈를 포함하는 제1렌즈군; 및
    상기 제1렌즈군보다 상측에 위치하고, 비구면 렌즈를 포함하며, 적어도 하나 이상의 렌즈로 형성된 제2렌즈군을 포함하며,
    상기 프리즘 렌즈는 상기 입사광이 진입하는 물체측면에 DOE(Diffractive optical element)면이 형성된 것을 포함하는 줌 렌즈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 프리즘 렌즈는 상기 입사광을 반사시키기 위한 반사면을 포함하는 줌 렌즈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 프리즘 렌즈는 상기 반사면에 의해 상기 입사광 경로와 상기 프리즘 렌즈를 통과한 출사광 경로가 서로 수직인 것을 포함하는 줌 렌즈.
  4. 제 1항에 있어서,
    비구면 렌즈를 포함하며, 적어도 하나 이상의 렌즈로 형성된 제3렌즈군을 포함하는 줌 렌즈.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1렌즈군은 음(-)의 파워를 가지고, 상기 제2렌즈군은 양(+)의 파워를 가지며, 상기 제3렌즈군은 양(+)의 파워를 가지는 것을 포함하는 줌 렌즈.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제1렌즈군은 상기 제2렌즈군 및 제3렌즈군보다 큰 파워를 가지는 것을 포함하는 줌 렌즈.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제1렌즈군은 상기 프리즘 렌즈인 제1렌즈, 제2렌즈 및 제3렌즈를 포함하고,
    상기 제2렌즈군은 제4렌즈를 포함하며,
    상기 제3렌즈군은 조리개, 제5렌즈, 제6렌즈, 제7렌즈, 제8렌즈 및 필터를 포함하는 줌 렌즈.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제4렌즈, 제6렌즈, 및 제7렌즈는 글래스(glass) 재질의 렌즈이고,
    상기 제3렌즈, 제5렌즈 및 제8렌즈는 플라스틱 재질의 렌즈인 것을 포함하는 줌 렌즈.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제3렌즈, 제5렌즈 및 제8렌즈는 적어도 하나 이상의 비구면을 포함하는 줌 렌즈.
  10. 광이 입사되는 입사면, 상기 입사된 광을 반사시키는 반사면, 상기 반사된 빛이 출사되는 출사면이 형성된 제1렌즈를 포함하는 제1렌즈군; 및
    상기 제1렌즈군보다 상측에 위치하고, 비구면 렌즈를 포함하며, 적어도 하나 이상의 렌즈로 형성된 제2렌즈군을 포함하며,
    상기 제1렌즈에 형성된 상기 입사면은 DOE(Diffractive optical element)면으로 형성된 것을 포함하는 줌 렌즈.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1렌즈는 상기 반사면에 의해 입사광 경로와 상기 반사면에 의해 반사된 광 경로가 서로 수직인 것을 포함하는 줌 렌즈.
  12. 제 10항에 있어서,
    비구면 렌즈를 포함하며, 적어도 하나 이상의 렌즈로 형성된 제3렌즈군을 포함하는 줌 렌즈.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제1렌즈군은 음(-)의 파워를 가지고, 상기 제2렌즈군은 양(+)의 파워를 가지며, 상기 제3렌즈군은 양(+)의 파워를 가지는 것을 포함하는 줌 렌즈.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 제1렌즈군은 상기 제2렌즈군 및 제3렌즈군보다 큰 파워를 가지는 것을 포함하는 줌 렌즈.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 제1렌즈군은 상기 프리즘 렌즈인 제1렌즈, 제2렌즈 및 제3렌즈를 포함하고,
    상기 제2렌즈군은 제4렌즈를 포함하며,
    상기 제3렌즈군은 조리개, 제5렌즈, 제6렌즈, 제7렌즈, 제8렌즈 및 필터를 포함하는 줌 렌즈.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제4렌즈, 제6렌즈, 및 제7렌즈는 글래스(glass) 재질의 렌즈이고,
    상기 제3렌즈, 제5렌즈 및 제8렌즈는 플라스틱 재질의 렌즈인 것을 포함하는 줌 렌즈.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 제3렌즈, 제5렌즈 및 제8렌즈는 적어도 하나 이상의 비구면을 포함하는 줌 렌즈.
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