KR20110068108A

KR20110068108A - 촬상 렌즈

Info

Publication number: KR20110068108A
Application number: KR1020090124946A
Authority: KR
Inventors: 이정열
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2011-06-22
Also published as: US8264782B2; US20110141581A1; KR101045886B1

Abstract

화각을 넓힌 광각 렌즈에 관한 것이다. 상기 렌즈는 물체측으로부터 순서대로, 양(+)의 굴절력을 가지고, 광이 입사되는 입사면, 상기 입사된 광을 반사시키는 반사면 및 상기 반사된 빛이 출사되는 출사면을 포함하는 제1렌즈; 음(-)의 굴절력을 갖는 제2렌즈; 양(+)의 굴절력을 갖는 제3렌즈; 양(+)의 굴절력을 갖는 제4렌즈; 음(-)의 굴절력을 갖는 제5렌즈; 음(+)의 굴절력을 갖는 제6렌즈;및 음(+)의 굴절력을 갖는 제7렌즈를 포함하며, 상기 제2렌즈 내지 제7렌즈는 상기 제1렌즈의 출사면으로부터 순서대로 배치된다. 광학성능이 우수한 광각 렌즈를 구현할 수 있다.

광각, 렌즈, 비구면, 메니스커스, 반사면

Description

촬상 렌즈{Imaging lens}

본 발명은 촬상 렌즈에 관한 것으로서, 특히 화각을 넓힌 광각 렌즈에 관한 것이다.

최근에 이미지 픽업 시스템(Image Pick-up System)과 관련하여 통신단말기용 카메라 모듈, 디지털 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 상을 결상하는 촬상 렌즈이다.

카메라 모듈은 일반적으로 광학 소재를 이용하여 빛을 굴절시켜 영상을 구현한다. 화각을 넓혀 좁은 공간에서 여러 사람을 촬영할 때 유리한 광각 렌즈는 화각 범위를 넓히기 위해 음(-)의 파워 렌즈를 앞쪽에 여러 장 구성하는 음양(-)(+)구조군(retro-focus)을 구성하여 광각 광학계를 구현한다. 이러한 경우 비용 부담이 많이 되며 콤팩트한 카메라를 구현해야할 시 여러 장의 구성으로 인한 두께는 부담으 로 작용한다.

본 발명은 렌즈의 여러 장의 구성으로 인한 두께부담이 없는 광각 렌즈를 제공하되, 수차특성이 우수한 광각 렌즈를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 렌즈는 물체측으로부터 순서대로, 양(+)의 굴절력을 가지고, 광이 입사되는 입사면, 상기 입사된 광을 반사시키는 반사면 및 상기 반사된 빛이 출사되는 출사면을 포함하는 제1렌즈; 음(-)의 굴절력을 갖는 제2렌즈; 양(+)의 굴절력을 갖는 제3렌즈; 양(+)의 굴절력을 갖는 제4렌즈; 음(-)의 굴절력을 갖는 제5렌즈; 음(+)의 굴절력을 갖는 제6렌즈;및 음(+)의 굴절력을 갖는 제7렌즈를 포함하며, 상기 제2렌즈 내지 제7렌즈는 상기 제1렌즈의 출사면으로부터 순서대로 배치된다.

본 실시예에 의한 광각 렌즈 모듈은 제1렌즈에 비구면의 반사면을 적용하여 화각을 넓힘으로써, 두께부담이 없는 광각 렌즈를 제공한다. 광학성능이 우수한 광각 렌즈를 구현할 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 실시예에 의한 촬상 렌즈의 구성도로서, 광축(Z0)을 중심으로 하여 렌즈의 배치상태를 예시한 측면 구성도이다. 도 1의 구성도에서, 렌즈의 두께, 크기, 형상은 설명을 위해 다소 과장되게 도시되었으며, 구면 또는 비구면 형상은 일 실시예로 제시되었을 뿐 이 형상에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 촬상 렌즈는 물체측으로부터 순서대로 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30), 제4렌즈(40), 제5렌즈(50), 제6렌즈(60), 제7 렌즈(70), 필터(80) 및 수광소자(90)가 배치된 구성을 갖는다.

피사체의 영상 정보에 해당하는 광은 상기 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30), 제4렌즈(40), 제5렌즈(50), 제6렌즈(60), 제7렌즈(70) 및 필터(80)를 통과하여 상기 수광소자(90)에 입사된다.

이하에서 각 렌즈의 구성을 설명함에 있어, "물체측면"이라 함은 광축을 기준으로 하여 물체측을 향하는 렌즈의 면을 의미하며, "상측면"이라 함은 광축을 기준으로 하여 촬상면을 향하는 렌즈의 면을 의미한다.

제1렌즈(10)는 양(+)의 굴절력을 가지고 광이 입사되는 입사면(S12, S13), 입사된 광을 반사시키는 반사면(S11, S17, S18) 및 반사된 빛이 출사되는 출사면(S16)을 포함하며, 물체측면(S10)이 오목하게 형성된다. 제1렌즈(10) 물체측면(S10)의 주변부에 입사면(S12, S13)을 포함하고 중심부에 반사면(S11)을 포함하며 반사면(S11)은 오목하게 형성된다. 제1렌즈(10) 상측면(S20)의 주변부에 반사면(S17, S18)을 포함하고 중심부에 출사면(S16)을 포함한다.

제2렌즈(20)는 음(-)의 굴절력을 가지며, 물체측면(S30)이 볼록하게 형성된 메니스커스(meniscus) 형태이다.

제3렌즈(30)는 양(+)의 굴절력을 가지며, 물체측면(S50)이 볼록하게 형성된 메니스커스(meniscus) 형태이다. 제4렌즈(40)는 양(+)의 굴절력을 가지며, 물체측면(S70)과 상측면(S80) 양면이 볼록하게 형성된 형태이다. 제4렌즈(40)의 상측면면(S80)은 조리개의 역할을 할 수 있으며, 이 경우 본 실시예의 촬상 렌즈는 별도의 조리개를 필요로 하지 않을 수 있다. 또한, 조리개는 제4렌즈(40)과 제5렌 즈(50) 사이에 위치할 수 있다.

제5렌즈(50)는 음(-)의 굴절력을 가지고, 물체측면(S90)과 상측면(S100) 양면이 오목하게 형성된 형태이다.

제6렌즈(60)는 양(+)의 굴절력을 가지며, 물체측면(S110)이 볼록하게 형성된 메니스커스(meniscus) 형태이다. 제7렌즈(70)는 양(+)의 굴절력을 가지며, 물체측면(S130)이 오목하게 형성된 메니스커스(meniscus) 형태이다.

도시된 바와 같이, 제1렌즈(10)의 입사면(S12, S13) 및 반사면(S17, S18)과 제7렌즈(70)의 물체측면(S130)과 상측면(S140)이 비구면으로 구성된다. 상기 제1렌즈(10)는 반사면을 포함하는 렌즈이고, 제2렌즈(20) 내지 제6렌즈(60)는 유리(glass)로 형성되고 제7렌즈(70)는 플라스틱 렌즈로 형성될 수 있다.

상기 필터(80)는 적외선 필터, 커버 글래스 등의 광학적 필터 중 적어도 어느 하나의 필터이다. 필터(80)로서, 적외선 필터가 적용되는 경우, 외부 빛으로부터 방출되는 복사열이 수광소자(90)에 전달되지 않도록 차단한다. 또한, 적외선 필터는 가시광선은 투과시키고, 적외선은 반사시켜 외부로 유출시킨다.

상기 수광소자(90)는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등의 이미지 센서이다.

상기 제1렌즈(10)는 후술하는 실시예에서와 같이 비구면 렌즈를 사용함으로써, 화각을 넓히면서도 렌즈의 해상력을 향상시키고 수차특성이 우수한 장점을 취할 수 있다.

이하에서 설명되는 조건식 및 실시예는 작용효과를 상승시키는 바람직한 실 시예로서, 본 발명은 반드시 이하의 조건들로 구성되어야 하는 것이 아님은 당업자에게 자명할 것이다. 예를 들어, 이하에서 설명되는 조건식들 중 일부의 조건식들만을 만족하는 것으로도 본 발명의 렌즈 구성은 상승된 작용효과를 가질 수 있을 것이다.

[조건식 1] -2 < k1 < -1.0

[조건식 2] -1 < k2 < 0

[조건식 3] 3 < d1/d2 < 5

여기서, k1는 제1렌즈(10)의 면 S12,S13의 비구면 상수이고, k2는 제1렌즈(10)의 면 S17,S18의 비구면 상수이고 d1는 제1렌즈(10)의 면 S12,S13의 직경이고, d2는 제1렌즈(10)의 면 S17,S18의 직경이다.

이하, 구체적인 실시예를 참조하여 본 발명의 작용효과를 살펴본다. 이하의 실시예에서 언급되는 비구면은 공지의 수학식 1로부터 얻어지며, 코닉(Conic) 상수 k 및 비구면 계수 A, B, C, D, E, F에 사용되는 'E 및 이에 이어지는 숫자'는 10의 거듭제곱을 나타낸다. 예를 들어 E+01은 10¹을, E-02는 10^-2를 나타낸다.

여기서, z : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리

c : 렌즈의 기본 곡률

Y : 광축에 수직인 방향으로의 거리

K : 코닉(Conic) 상수

A, B, C, D, E, F : 비구면 계수

[실시예]

다음 표 1은 상술한 조건식에 부합되는 실시예를 보여준다.

	실시예
k1	-1.2
k2	-0.17
d1	16.57
d2	4.8

표 1을 참조하면, k1이 -1.2로서 조건식 1에 부합됨을 알 수 있고, k2가 -0.17로서 조건식 2에 부합됨을 알 수 있다. 또한, d1/d2가 3.45로서 조건식 3에 부합됨을 알 수 있다.

다음 표 2의 실시예는 표 1의 실시예에 비해 보다 구체적인 실시예를 보여준다.

면 번호	곡률반경(R)	두께 또는 거리(d)	굴절률(N)
1*	12.0	20	1.52
2*	-13.0	-18.0	1.52
3	-21.77	17.45	1.52
4	∞	0.5
5	11.70	2.5	1.67
6	3.97	0.54
7	3.69	2.38	1.75
8	2.8	1.36
9	5.71	2.5	1.62
10*stop	-5.71	1.60
11	-36.08	1.0	1.76
12	36.08	1.34
13	6.50	2.5	1.61
14	24.83	2.61
15*	-1.32	2.45	1.53
16*	-1.41	5.06
image	∞	0

상기 표 2 및 이하 표 3에서 면 번호 옆에 병기된 *는 비구면을 나타내고 면 번호 1은 제1렌즈(10)의 면 S12,S13을 나타내고, 면 번호 2는 제1렌즈(10)의 면 S17,S18을 나타내며, 면 번호 3은 제1렌즈(10)의 면 S11을 나타내고, 면 번호 4는 제1렌즈(10)의 면 S16을 나타낸다. 면 번호 5부터 면 번호 16은 제2렌즈(20) 내지 제7렌즈(70)의 물체측면과 상측면의 순서대로를 나타낸다.

다음 표 3은 상기 표 2의 실시예에서 각 렌즈의 비구면 계수의 값을 나타낸다.

면 번호	k	A	B	C	D
1*	-1.2
2*	-0.17
15*	-164335.02	-0.3065E-02	0.30597E-05	0.17963E-04	-0.46813E-05
16*	-0.7098E15	-0.2009983	0.8336E-04	-0.6496E-06	-0.8921E-06

도 2는 본 실시예에 따른 코마수차(Coma aberration)를 측정한 그래프로서, 상면의 높이(field hight)에 따라 각 파장의 탄젠셜(tangential) 수차와 새저틀(sagittal) 수차를 측정한 그래프이다. 도 2에서는 실험 결과를 보여주는 그래프가 양의 축과 음의 축에서 각각 X축에 근접할수록 코마수차 보정기능이 좋은 것으로 해석된다. 도 2의 측정예들은 거의 모든 필드에서 상들의 값이 X축에 인접하게 나타나므로, 모두 우수한 코마수차 보정 기능을 보여주는 것으로 해석된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MTF(modulation transfer function) 특성을 보인 그래프이다. 도 3은 밀리미터당 사이클의 공간주파수(cycle/mm)의 변화에 의존하는 MTF 특성을 측정하였다. 여기서, MTF 특성이란 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 3을 참조하면, MTF 값이 높게 나타나기 때문에 실시예에 따른 광각 렌즈 모듈은 광학성능이 우수한 것을 알 수 있다.

이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.

도 1은 본 실시예에 의한 촬상 렌즈의 구성도이다.

도 2는 본 실시예에 따른 코마수차(Coma aberration)를 측정한 그래프이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MTF(modulation transfer function) 특성을 보인 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제1렌즈 20 : 제2렌즈

30 : 제3렌즈 40 : 제4렌즈

50 : 제5렌즈 60 : 제6렌즈

70 : 제7렌즈 80 : 필터

90 : 수광소자

Claims

물체측으로부터 순서대로,

양(+)의 굴절력을 가지고, 광이 입사되는 입사면, 상기 입사된 광을 반사시키는 반사면 및 상기 반사된 빛이 출사되는 출사면을 포함하는 제1렌즈;

음(-)의 굴절력을 갖는 제2렌즈;

양(+)의 굴절력을 갖는 제3렌즈;

양(+)의 굴절력을 갖는 제4렌즈;

음(-)의 굴절력을 갖는 제5렌즈;

음(+)의 굴절력을 갖는 제6렌즈;및

음(+)의 굴절력을 갖는 제7렌즈를 포함하며,

상기 제2렌즈 내지 제7렌즈는 상기 제1렌즈의 출사면으로부터 순서대로 배치되는 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,

상기 제1렌즈의 물체측면은 주변부에 상기 입사면을 포함하고 중심부에 상기 반사면을 포함하고 상기 반사면은 오목하게 형성된 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,

상기 제1렌즈의 상측면은 주변부에 상기 반사면을 포함하고 중심부에 상기 출사면을 포함하는 촬상 렌즈.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 제1렌즈 물체측면의 입사면 및 상기 제1렌즈의 상측면의 반사면과 제7렌즈의 물체측면 및 상측면은 비구면으로 구성되는 촬상 렌즈.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 제1렌즈 물체측면의 상기 입사면의 비구면 상수를 k1이라 할 때,

-2 < k1 < -1.0

의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 제1렌즈 상측면의 상기 반사면의 비구면 상수를 k2라 할 때,

-1 < k2 < 0

의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 제1렌즈 물체측면의 상기 입사면의 직경을 d1이라 하고, 상기 제1렌즈 상측면의 상기 반사면의 직경을 d2라 할 때,

3 < d1/d2 < 5

의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,

상기 제2렌즈, 제3렌즈, 제4렌즈 및 제6렌즈는 물체측면이 볼록하게 형성된 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,

상기 제4렌즈는 물체측면 및 상측면이 모두 볼록하게 형성되고 상기 제5렌즈는 물체측면 및 상측면이 모두 오목하게 형성된 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,

상기 제2렌즈, 제3렌즈, 제6렌즈 및 제7렌즈은 메니스커스(meniscus) 형태의 렌즈인 촬상 렌즈.
제 1 항에 있어서,

상기 제2렌즈, 제3렌즈, 제4렌즈, 제5렌즈 및 제6렌즈는 유리(glass)로 형성되고 상기 제7렌즈는 플라스틱으로 형성되는 촬상 렌즈.