KR20100041385A

KR20100041385A - 촬상 렌즈

Info

Publication number: KR20100041385A
Application number: KR1020080100543A
Authority: KR
Inventors: 김응주
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2008-10-14
Filing date: 2008-10-14
Publication date: 2010-04-22
Also published as: KR101499971B1

Abstract

실시예에 따른 촬상렌즈는 양(+)의 파워를 갖는 제1렌즈; 양(+)의 파워를 갖는 제2렌즈; 양(+)의 파워를 갖는 제3렌즈; 양(+)의 파워를 갖는 제4렌즈; 및 음(-)의 파워를 갖는 제5렌즈를 포함하며, 상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈, 제4렌즈 및 제5렌즈는 물체측으로부터 순서대로 배치되는 것을 포함한다.

촬상 렌즈

Description

촬상 렌즈{Imaging Lens}

실시예는 고해상도 이미지 센서를 이용하는 카메라 모듈에 사용되는 촬상 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 촬상 렌즈이다.

실시예는 광학적으로 수차특성이 우수한 촬상 렌즈를 제공한다.

실시예에 따른 촬상 렌즈는 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈 및 제4렌즈가 양(+)의 파워(power)를 갖고, 제5렌즈가 음(-)의 파워를 갖는 렌즈로 형성된 촬상 렌즈를 제공한다.

또한, 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈, 제4렌즈 및 제5렌즈의 모든 면이 비구면이며, 적어도 하나 이상의 비구면 변곡점을 갖는 제5렌즈를 이용하여 촬상 렌즈를 구현함으로써, 수차 특성이 우수한 촬상 렌즈를 구현할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 촬상 렌즈에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 실시예에 따른 촬상 렌즈의 내부 구조를 개략적으로 도시한 측단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 촬상 렌즈는 물체측으로부터 상면(R13)측을 향해 순서대로, 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30), 제4렌즈(40), 제5렌즈(50), 필터(60) 및 수광 소자(70)를 포함하여 이루어진다.

피사체 영상을 획득하기 위하여 피사체의 영상 정보에 해당되는 광은 상기 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30), 제4렌즈(40), 제5렌즈(50) 및 필터(60)를 통과하여 상기 수광 소자(70)에 입사된다.

상기 제1렌즈(10)는 양(+)의 파워(power)를 갖고, 물체측에 볼록면을 가지며, 상기 제2렌즈(20)는 양(+)의 파워를 갖는 렌즈로 형성된다.

이때, 상기 제1렌즈(10)의 물체측면(R1)은 조리개의 역할을 할 수 있으며, 실시예에 따른 촬상 렌즈는 별도의 조리개가 필요치 않아, 보다 자유롭게 촬상 렌즈를 설계할 수 있다.

그리고, 상기 제3렌즈(30) 및 제4렌즈(40)는 양(+)의 파워를 가지고, 상기 제4렌즈(40)는 모두 물체측에 오목면을 갖는 메니스커스(meniscus) 타입의 렌즈로 형성된다.

상기 제5렌즈(50)는 음(-)의 파워를 가지고, 물체측에 볼록면을 갖는 메니스커스 타입의 렌즈로 적어도 하나 이상의 비구면 변곡점을 포함하여 형성된다.

이때, 상기 제5렌즈(50)의 물체측면(R9)과 상측면(R10)에는 하나 또는 복수개의 비구면 변곡점이 형성될 수 있다.

상기 제5렌즈(50)의 물체측면(R9)과 상측면(R10)은 중심부에서 주변을 향함에 따라 상측으로 구부러지고, 다시 주변에서 최외각 영역을 향함에 따라 물체측으 로 구부러져 비구면 변곡점을 형성한다.

상기 제5렌즈(50)에 형성된 상기 비구면 변곡점은 수광소자(70)에 입사되는 주광선의 최대 사출각을 조절할 수 있다.

상면(R13)인 상기 수광소자(70)가 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서인 경우, 각 픽셀에서 광량이 확보되는 각도가 있으며, 상기 각도가 다르면 광량이 확보되지 않아 화면의 주변부가 어두워지는 현상(shading)이 나타난다.

따라서, 본 실시예에서는, 상기 제5렌즈(50)의 물체측면(R9)과 상측면(R10)에 비구면 변곡점을 형성하여 주광선의 최대 사출각을 조절하므로써, 화면의 주변부가 어두워지는 현상을 방지할 수 있다.

상기 제1렌즈(10)는 글래스(Glass) 재질로 형성되고, 상기 제2렌즈(20), 제3렌즈(30), 제4렌즈(40) 및 제5렌즈(50)는 모두 플라스틱(plastic) 재질로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30), 제4렌즈(40) 및 제5렌즈(50)의 모든 면은 비구면으로 형성될 수 있다.

상기 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30), 제4렌즈(40) 및 제5렌즈(50)의 모든 면이 비구면으로 이루어지고, 또한 상기 제5렌즈(50)의 물체측면(R9)과 상측면(R10)에 비구면 변곡점이 형성되어 구면수차(spherical aberration), 코마수차(comatic aberration), 비점수차(astigmatism)를 보정할 수 있다.

상기 필터(60)는 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 상기 수광 소자(70)는 피사체 영상에 대응하는 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서로 이루어질 수 있으며, 상기 이미지 센서는 CCD 또는 CMOS 센서로 이루어질 수 있다.

실시예에 따른 촬상 렌즈는 다음의 표 1과 같은 광학적 특징을 가진다.

렌즈면	곡률반경(mm)	두께(mm)	굴절율(N)	비고
R1*	1.84	0.48	1.58
R2*	3.67	0.21
R3*	21.14	0.40	1.62
R4*	31.84	0.37
R5*	41.28	0.40	1.53
R6*	181.96	0.83
R7*	-1.85	0.53	1.53
R8*	-1.59	0.26
R9*	2.22	0.61	1.53
R10*	1.37	0.56
R11	∞	0.30		필터
R12	∞	0.99		필터
R13	∞	0		센서

(* 표시는 비구면을 나타낸다)

상기 표 1에 표기한 두께는 각 렌즈면에서 다음 렌즈면까지의 거리를 나타낸다.

실시예에 따른 상기 제2렌즈(20)의 굴절율 N2는 표 1에 한정되지 않고, 다음의 조건을 만족시킬 수 있다.

1.6＜N2＜1.7

또한, 실시예에 따른 상기 제2렌즈(20)의 아베수V2는 다음의 조건을 만족시킬 수 있다.

20＜V2＜30

상기의 굴절율(N) 및 아베수(V)에 관한 조건식을 만족함으로써, 색수차를 양호하게 보정할 수 있다.

아래의 표 2는 실시예의 비구면 렌즈에 대한 비구면 계수 값이다.

렌즈면	K	A₁	A₂	A₃	A₄	A₅	A₆
R1	0.016636	0.375229×10^-2	0.597549×10^-2	-0.102226×10^-2	0.111785×10^-2	0.820097×10^-3	0
R2	0	0.138110×10^-2	-0.242609×10^-2	-0.183146×10^-2	-0.229414×10^-2	0.141290×10^-2	0
R3	0	-0.108494×10^-1	-0.576321×10^-2	-0.191256×10^-2	0.708969×10^-3	0.116086×10^-2	0
R4	0	0.105394×10^-1	0.715507×10^-2	0.400895E×10^-2	0.243362×10^-2	0.329522×10^-2	0
R5	0	0.280222×10^-2	0.210426×10^-2	0.269942E×10^-2	0.209446×10^-2	-0.401036×10^-3	0
R6	0	-0.119506×10^-2	-0.904004×10^-3	-0.663098×10^-3	-0.279055×10^-3	0.702754×10^-3	0
R7	-6.457604	-0.877694×10^-1	-0.276677×10^-3	0.902581E×10^-2	-0.318549×10^-2	-0.510496×10^-3	0
R8	-0.796503	0.115290×10^-2	-0.215775×10^-2	0.412641E×10^-2	0.127527×10^-2	-0.327559×10^-3	0
R9	-2.718052	-0.135912	0.497243×10^-1	-0.105863×10^-1	0.123474×10^-2	-0.572767×10^-4	-0.527260×10^-6
R10	-3.854630	-0.661963×10^-1	0.192509×10^-1	-0.370951×10^-2	0.388326×10^-3	-0.189681×10^-4	0.112508×10^-6

실시예의 비구면 렌즈에 대한 표 2의 비구면 계수 값은 다음의 수학식 1로부터 얻을 수 있다.

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 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30), 제4렌즈(40) 및 제5렌즈(50)를 사용함으로써, 구면수차, 코마수차, 비점수차를 보정할 수 있으며, 또한, 왜곡(distortion)도 양호하게 보정할 수 있다.

이상에서 설명한 실시예에 따른 촬상 렌즈의 전체 광학계의 초점거리(f), 각 렌즈의 초점거리 및 제1렌즈 물체측 면부터 상면까지의 거리(∑T)는 다음의 표 3과 같다.

광학계의 초점거리(f)	5.16 mm
제1렌즈의 초점거리(f1)	5.70 mm
제2렌즈의 초점거리(f2)	100 mm
제3렌즈의 초점거리(f3)	100 mm
제4렌즈의 초점거리(f4)	12.31 mm
제5렌즈의 초점거리(f5)	-8.87 mm
제1렌즈 물체측 면(R1)부터 상면(R13)까지의 거리(∑T)	5.93 mm

이때, 광학계의 초점거리(f)에 대한 상기 제1렌즈의 초점거리(f1)의 비(f1/f)는 1.11이며, 광학계의 초점거리(f)에 대한 상기 제1렌즈 물체측 면(R1)부터 상면(R13)까지의 거리(∑T)의 비(∑T/f)는 1.15이다.

그러나, 광학계의 초점거리(f)에 대한 상기 제1렌즈의 초점거리(f1)의 비(f1/f)와 광학계의 초점거리(f)에 대한 상기 제1렌즈 물체측 면(R1)부터 상면(R13)까지의 거리(∑T)의 비(∑T/f)는 상기의 수치에 한정되지 않고, 다음의 조건을 만족할 수 있다.

0.5＜f1/f＜1.5 (1)

0.5＜∑T/f＜1.5 (2)

상기의 조건식 (1) 및 (2)는 촬상 렌즈를 소형화시키고, 구면수차를 양호한 상태로 유지하기 위한 조건이다.

이때, 조건식 (1) 및 (2)의 조건보다 작은 값으로 촬상 렌즈가 설계되면 촬상 렌즈가 소형화될 수 있으나, 수차보정이 어려워지며, 조건식 (1) 및 (2)의 조건보다 큰 값으로 촬상 렌즈가 설계되면 수차보정이 용이해지나, 촬상 렌즈가 소형화되기 어려워진다.

도 2, 도 3a 및 도 3b는 실시예에 따른 촬상 렌즈의 수차 특성을 도시한 그래프이다.

도 2는 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 측정한 그래프가 도시한 것이다.

그리고, 도 3a 및 도 3b는 코마수차(Coma Aberration)를 측정한 그래프가 도시되어 있다.

도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 거의 모든 필드에서 상들의 값이 축에 인접하게 나타나므로, 실시예에 따른 촬상 렌즈는 수차 특성이 우수한 것을 알 수 있다.

이때, 상기 구면수차는 c선(λ=656.3 nm), d선(λ=587.6 nm), e선(λ=546.1 nm), f선(λ=486.1 nm) 및 g선(λ=435.8 nm)에 따른 구면수차를 나타내고,상기 비점수차는 상면의 높이에 따른 탄젠셜면(tangential plane)과 새지털면(sagittal plane)의 수차특성을 나타내며, 상기 왜곡수차는 상면의 높이에 따른 왜곡도를 보여준다.

또한, 상기 코마수차는 상면의 높이(field hight)에 따라 각 파장에 따른 탄젠셜(tangential)과 새지털(sagittal)의 수차 특성을 나타내었다.

이상의 실시예에 따른 촬상 렌즈는 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈 및 제4렌즈가 양(+)의 파워(power)를 갖고, 제5렌즈가 음(-)의 파워를 갖는 렌즈로 형성된 촬상 렌즈를 제공한다.

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.

Claims

양(+)의 파워를 갖는 제1렌즈;

양(+)의 파워를 갖는 제2렌즈;

양(+)의 파워를 갖는 제3렌즈;

양(+)의 파워를 갖는 제4렌즈; 및

음(-)의 파워를 갖는 제5렌즈를 포함하며,

상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈, 제4렌즈 및 제5렌즈는 물체측으로부터 순서대로 배치되는 것을 포함하는 촬상 렌즈.
제 1항에 있어서,

상기 제1렌즈의 물체측면이 조리개의 역할을 하는 것을 포함하는 촬상 렌즈.
제 1항에 있어서,

상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈, 제4렌즈 및 제5렌즈의 모든 면은 비구면인 것을 포함하는 촬상 렌즈.
제 1항에 있어서,

상기 제4렌즈는 물체측에 오목면을 갖는 메니스커스 렌즈이며,

상기 제5렌즈는 물체측에 볼록면을 갖는 메니스커스 렌즈인 것을 포함하는 촬상 렌즈.
제 1항에 있어서,

상기 제1렌즈는 글래스(glass) 재질의 렌즈이고,

상기 제2렌즈, 제3렌즈, 제4렌즈 및 제5렌즈는 플라스틱 재질의 렌즈인 것을 포함하는 촬상 렌즈.
제 1항에 있어서,

상기 제5렌즈의 물체측 면 및 상측 면에 변곡점이 형성된 것을 포함하는 촬상 렌즈.
제 1항에 있어서,

상기 촬상 렌즈의 전체초점거리를 f, 상기 제1렌즈의 초점거리를 f1, 상기 제1렌즈의 물체측의 입사면으로부터 상면까지의 거리를 ∑T라 할 때,

0.5＜f1/f＜1.5

0.5＜∑T/f＜1.5

의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1항에 있어서,

상기 제2렌즈의 굴절율을 N2, 상기 제2렌즈의 아베수를 V2라 할때,

1.6＜N2＜1.7

20＜V2＜30

의 조건식을 만족하는 것을 포함하는 촬상 렌즈.