KR20110097635A - 촬상 렌즈 및 촬상 모듈 - Google Patents

Abstract

해상 성능이 전체적으로 양호한 촬상 렌즈를 실현하기 위해서 본 발명에 의한 촬상 렌즈는 광학 유효 직경에 있어서 회전 대칭 형상인 촬상 렌즈로서, 사지탈 방향 및 탄젠셜 방향 중 하나 이상에 있어서 상고가 제로보다 큰 주변 영역에 있어서의 MTF값의 최대가 상고가 제로인 중심 영역에 있어서의 MTF값보다도 커지는 조건을 충족시키도록 상고-MTF 특성이 설계되어 있다. 이에 따라, 제조 공차에 의한 제품 성능의 불균형이 발생해도 제품의 해상 성능을 전체적으로 양호하게 유지할 수 있다.

Description

촬상 렌즈 및 촬상 모듈{IMAGING LENS AND IMAGING MODULE}

본 발명은 휴대 단말의 디지털 카메라 등에 탑재되는 촬상 렌즈 및 촬상 모듈에 관한 발명이다.

종래부터, 촬상 렌즈 및 고체 촬상 소자를 구비한 촬상 모듈을 내장한 콤팩트한 디지털 카메라 및 디지털 비디오 유닛 등이 여러가지 개발되어 있다. 일반적으로 광학 유효 직경에 있어서 회전 대칭 형상인 촬상 렌즈는 상고(像高)가 제로인 중심 영역에 있어서의 MTF값이 최대가 되도록 설계된다(예를 들면, 특허문헌 1).

도 4는 종래의 촬상 렌즈 상고-MTF 특성을 나타낸 그래프이다. 실선으로 도시된 바와 같이, 촬상 렌즈의 MTF값은 상고가 제로인 중심 영역에 있어서 최대이며, 상고가 커질수록 저하되도록 설계된다. 이에 따라, 중심 영역의 해상 성능이 양호한 촬상 렌즈를 실현할 수 있다.

: 일본 특허 공개 제2005-345713호 공보(공개일:2005년 12월 15일)

여기서, 실제의 촬상 렌즈 제품에서는 제조시의 렌즈 편심에 의해 일반적으로 주변 영역일수록 해상 성능이 열화된다. 도 4의 그래프에 있어서의 파선은 실제의 MTF값이 설계값에 대하여 상고×0.2의 저하를 나타낼 경우의 실제의 제품에 있어서의 상고에 대한 MTF값을 나타내고 있다. 실제의 MTF값은 중심 영역에 있어서 최대가 되고(0.55) 주변 영역에서는 설계값보다 현저하게 저하되어 있다. 이와 같이, 촬상 렌즈 제품에서는 주변 영역의 해상 성능의 열화가 대단히 커진다.

특히, 정보 휴대 단말 및 휴대 전화기 등의 휴대 단말이 보급되고 있는 최근, 신흥국을 향하여 보급기가 되는 휴대 전화기에 탑재되는 카메라 모듈, 및 휴대 단말의 서브 카메라에 탑재되는 촬상 모듈에 대해서는 간이한 구성 및 프로세스 기술을 실현함에 의한 저가격화가 요구되고 있다. 이 요구를 만족하기 위해서는 렌즈의 구성 매수를 종래보다도 삭감할 필요가 있다.

그러나, 렌즈의 구성 매수를 삭감하면 수차를 충분히 보정할 수 없다. 또한, 상기한 바와 같이 촬상 렌즈 제품에서는 주변 영역의 해상 성능의 열화가 크기 때문에 제조 오차에 대한 여유가 부족하게 되는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 발명이며 그 목적은 해상 성능이 전체적으로 양호한 촬상 렌즈를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명에 의한 촬상 렌즈는 광학 유효 직경에 있어서 회전 대칭 형상인 촬상 렌즈이며, 사지탈 방향 및 탄젠셜 방향 중 하나 이상에 있어서 상고가 제로보다 큰 주변 영역에 있어서의 MTF값의 최대가 상고가 제로인 중심 영역에 있어서의 MTF값보다도 커지는 조건을 충족시키도록 상고-MTF 특성이 설계되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 구성에 의하면, 주변 영역에 있어서의 MTF값의 최대가 중심 영역에 있어서의 MTF값보다도 커지도록 설계되어 있고, 제조시의 렌즈 편심에 의한 MTF값의 저하는 중심 영역보다 주변 영역 쪽이 크므로 중심 영역에 있어서의 MTF값을 최대로 하는 종래 설계에 비하여 실제의 제품에 있어서의 상고의 증대에 대한 MTF값의 저하를 억제할 수 있다. 즉, 제조 공차에 의한 제품 성능의 불균형이 발생해도 제품의 해상 성능을 전체적으로 양호하게 유지할 수 있다. 따라서, 해상 성능이 전체적으로 양호한 촬상 렌즈를 제공할 수 있다.

[발명의 효과]

이상과 같이 본 발명에 의한 촬상 렌즈는 광학 유효 직경에 있어서 회전 대칭 형상인 촬상 렌즈로서, 사지탈 방향 및 탄젠셜 방향 중 하나 이상에 있어서 상고가 제로보다 큰 주변 영역에 있어서의 MTF값의 최대가 상고가 제로인 중심 영역에 있어서의 MTF값보다도 커지는 조건을 충족시키도록 상고-MTF 특성이 설계되어 있으므로 해상 성능이 전체적으로 양호한 촬상 렌즈를 제공할 수 있는 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 촬상 모듈의 개략 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 촬상 모듈의 촬상 렌즈의 구체적인 구성의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 3은 상기 촬상 렌즈 상고-MTF 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 종래의 촬상 렌즈 상고-MTF 특성을 나타낸 그래프이다.

본 발명의 제 1 실시형태에 대해서 도 1∼도 3에 의거해서 설명하면 이하와 같다.

(촬상 모듈의 구성)

도 1은 본 실시형태에 의한 촬상 모듈(카메라 모듈, 렌즈 모듈)(1)의 개략 구성을 나타낸 도면이다. 촬상 모듈(1)은 촬상 렌즈(10) 및 센서(촬상 소자)(11)를 구비하고 있다.

촬상 렌즈(10)는 촬상 모듈(1)에 의해 촬영을 행하는 대상이 되는 피사체를 상면에 있어서 결상하는 것이다. 센서(11)는 촬상 렌즈(10)가 결상된 광을 수신하여 광전 변환해서 전기 신호를 출력하는 것으로 도시되지 않은 표시 장치에 피사체를 표시 가능하게 하는 촬상 소자이다. 센서(11)로서는 CCD(Charge Coupled Device:전하 결합 소자) 및 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:상보형 금속 산화막 반도체) 등으로 대표되는 고체 촬상 소자 등이 사용 가능하다. 센서(11)가 설치되는 위치(2)는 지근 거리의 피사체(5)로부터의 백색광에 대한 촬상 렌즈(10)의 최량 상면 위치(3)로부터, 무한원의 피사체(6)로부터의 백색광에 대한 촬상 렌즈(10)의 최량 상면 위치(4)까지의 범위 내에 있다. 최량 상면 위치는 광의 집중도, 또는 해상력이 최대인 결상면의 위치를 의미한다. 촬상 렌즈(10)와 센서(11)의 상대 위치는 도시되지 않은 포커스 조정 기구에 의해 조정된다.

(촬상 렌즈의 구성)

도 2는 촬상 렌즈(10)의 구체적인 구성의 일례를 나타낸 단면도이다. 촬상 렌즈(10)는 렌즈(PL1) 및 커버 유리(CG)를 구비하고 있다. 렌즈(PL1)에 있어서의 결상을 행하는 대상이 되는 물체측의 면(물체측 면)은 S1이며, 촬상 렌즈(10)의 상면측의 면(상측 면)은 S2이다. 촬상 렌즈(10)의 상면은 S3이며, 센서 위치(2)(도 1참조)에 대응하고 있다.

상기한 바와 같이 구성된 촬상 렌즈(10)는 광학 유효 직경에 있어서 회전 대칭 형상인 촬상 렌즈로서, 상고-MTF 특성이 이하와 같이 설계되어 있다. 즉, 상고가 0.2 이상 0.7 이하인 영역에 있어서의 MTF값의 최대가 상고가 제로인 중심 영역에 있어서의 MTF값보다도 0.05 이상 커지도록 설계되어 있다.

(촬상 렌즈 상고-MTF 특성)

도 3은 본 실시형태에 의한 촬상 렌즈(10)의 상고-MTF 특성을 나타낸 그래프이다. 실선은 상고에 대한 MTF의 설계값을 나타내고 있고, 상고가 0.2 이상 0.7 이하인 영역에 있어서의 MTF값의 최대(0.58)가 중심 영역에 있어서의 MTF값(0.50)보다 0.05 이상 커지고 있다.

이에 대하여, 파선은 제조시의 렌즈 편심에 의해 실제의 MTF값이 설계값에 대하여 상고×0.2의 저하를 나타내는 경우의 실제의 제품에 있어서의 상고에 대한 MTF값을 나타내고 있다. 도 4의 그래프에 있어서의 파선과 비교하면 중심 영역의 해상 성능에 관해서는 종래 구성의 쪽이 우수하지만 주변 영역의 해상 성능에 관해서는 본 실시형태에서는 상고가 0.5까지의 영역에 있어서 중심 영역의 해상 성능이 변하지 않고 상고가 거의 0.7의 영역까지 양호한 해상 성능을 유지하고 있는 것으로 판명된다.

특히, 상고가 0.2∼0.7인 영역은 화상의 견영(見榮)을 결정하는 중요한 영역이므로 이 영역에 있어서의 MTF값을 중심 영역의 MTF값보다도 높게 설계하는 것이 바람직하다. 이러한 설계에 의해 중심 영역의 해상 성능은 종래 구성보다도 약간 저하되지만 중심 영역에서는 제조시의 렌즈 편심에 의한 MTF값의 저하가 거의 발생하지 않으므로 화상 전체로서 해상 성능 밸런스가 양호한 촬상 렌즈를 실현할 수 있다.

이와 같이, 주변 영역에 있어서의 MTF값의 최대가 중심 영역에 있어서의 MTF값보다도 커지도록 주변 밸런스를 고려해서 설계함으로써 제조 공차에 의한 제품 성능의 불균형이 발생해도 제품의 성능 분포의 중심값이 좋은 제품을 얻을 수 있다.

이러한 상고-MTF 특성을 가진 촬상 렌즈는 예를 들면, 상면 만곡을 이용한 설계의 포커스 조정에 의해 실현될 수 있다. 상면 만곡은 평면 물체가 평면보다 오히려 만곡된 면에 결상된 것 같은 상태가 되는 렌즈의 수차이다. 본 실시형태에 의한 촬상 렌즈(10)에서는 화상의 주변부에 포커스가 맞도록 렌즈(PL1)와 상면(S3)의 상대 위치를 조정한다.

구체적으로는 촬상 렌즈(10)가 촬상 렌즈(10)로부터 센서(11)를 향하는 방향에 대하여 오목 형상의 상면 만곡을 가지고 있는 경우 포커스 조정 기구는 촬상 렌즈(10)의 상면이 촬상 렌즈(10)의 중심 영역의 최량 상면 위치보다도 피사체측에 위치하도록 촬상 렌즈(10)와 센서(11)의 상대 위치를 조정한다. 역으로, 촬상 렌즈(10)가 촬상 렌즈(10)로부터 센서(11)를 향하는 방향에 대하여 볼록 형상의 상면 만곡을 가지고 있는 경우 포커스 조정 기구는 촬상 렌즈(10)의 상면이 촬상 렌즈(10)의 중심 영역의 최량 상면 위치보다도 피사체측의 반대측에 위치하도록 촬상 렌즈(10)와 센서(11)의 상대 위치를 조정한다.

(변형예)

또한, 상면 만곡을 이용한 설계의 포커스 조정 대신에 렌즈(PL1)의 상면 만곡을 억제한 상태에서 렌즈(PL1)의 물체측 면(S1) 또는 상측 면(S2)을 비구면으로 함으로써 도 3에 도시된 상고-MTF 특성을 실현해도 좋다.

또한, 도 1에 도시된 촬상 모듈(1)은 촬상 렌즈(10)와 센서(11)의 상대 위치를 조정하는 포커스 조정 기구(포커스 조정 공정)를 구비하지 않아도 좋다. 이에 따라, 촬상 모듈(1)을 간단히 구성할 수 있으므로 저렴하고 우수한 성능을 가진 제품을 제공할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는 1매의 렌즈로 촬상 렌즈를 구성하고 있지만 2매∼4매의 렌즈로 촬상 렌즈를 구성해도 좋다. 이 경우, 촬상 렌즈(10)를 구성하는 각 렌즈로서 수차가 완전히 제거되어 있지 않은 염가의 렌즈를 이용할 수 있다.

또한, 중심 영역의 MTF값이 0.4 이하로 되는 공간 주파수 영역에서는 촬상 모듈에 요구되는 해상 성능에 관여하지 않는 영역을 포함할 가능성이 있어서 본 실시형태에 의한 촬상 렌즈(10)는 중심 영역의 MTF값이 0.4 이상으로 되는 공간 주파수 영역에 있어서 도 3에 도시된 상고-MTF 특성을 나타내도록 설계해도 좋다. 또한, 촬상 렌즈(10)는 사지탈 방향 및 탄젠셜 방향 양쪽에 있어서 도 3에 도시된 상고-MTF 특성을 나타내도록 설계하는 것이 바람직하지만 사지탈 방향 및 탄젠셜 방향 중 어느 하나에 있어서 상기 특성을 나타내도록 설계해도 좋다.

또한, 본 실시형태에 의한 촬상 렌즈(10)는 상고가 0.2 이상 0.7 이하인 영역에 있어서의 MTF값의 최대가 상고가 제로인 중심 영역에 있어서의 MTF값보다도 0.05 이상 커지도록 설계되어 있었지만 주변 영역에 있어서의 MTF값의 최대가 중심 영역에 있어서의 MTF값보다도 커지도록 상고-MTF 특성이 설계되어 있으면 이에 한정되지 않는다. 상기 설계이어도 종래 구성에 비하여 해상 성능이 전체적으로 양호한 촬상 렌즈를 실현할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것이 아니고 청구항에 개시된 범위에서 여러가지 변경이 가능하다. 즉, 청구항에 개시된 범위에서 적절히 변경한 기술적 수단을 조합시켜서 얻어진 실시형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

본 발명에 의한 촬상 렌즈에서는 중심 영역에 있어서의 MTF값이 0.4 이상으로 되는 공간 주파수 영역에 있어서 상기 조건을 만족시키는 상고-MTF 특성이 되도록 설계되어 있는 것이 바람직하다.

중심 영역의 MTF값이 0.4 이하로 되는 공간 주파수 영역에서는 촬상 모듈에 요구되는 해상 성능에 관여하지 않는 영역을 포함할 가능성이 있어서 상기와 같은 구성으로 해도 화질에 영향은 적다. 따라서, 촬상 렌즈 상고-MTF 특성의 설계가 더욱 용이하게 된다.

본 발명에 의한 촬상 렌즈에서는 또한, 상고가 0.2 이상 0.7 이하인 영역에 있어서의 MTF값의 최대가 중심 영역에 있어서의 MTF값보다도 0.05 이상 커지도록 설계되어 있는 것이 바람직하다.

상고가 0.2 이상 0.7 이하인 영역은 화상의 견영을 결정하는 중요한 영역이므로 상기 구성으로 함으로써 해상 성능의 밸런스를 보다 양호하게 할 수 있다.

본 발명에 의한 촬상 렌즈에서는 사지탈 방향 및 탄젠셜 방향의 양쪽에 있어서 상기 조건을 충족시키도록 설계되어 있는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 해상 성능의 밸런스를 더욱 전체적으로 양호하게 하는 것이 가능하게 된다.

본 발명에 의한 촬상 렌즈에서는 비구면을 갖는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 비구면 계수에 의해 상기와 같은 상고-MTF 특성을 용이하게 실현할 수 있다.

본 발명에 의한 촬상 렌즈에서는 1매∼4매의 렌즈로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 촬상 렌즈를 구성하는 각 렌즈로서 수차가 완전히 제거되어 있지 않은 염가의 렌즈를 이용할 수 있다.

본 발명에 의한 촬상 모듈은 상기 촬상 렌즈와, 상기 촬상 렌즈에 의해 결상된 광을 수신하여 광전 변환하는 촬상 소자를 구비한 촬상 모듈로서, 상기 촬상 렌즈와 상기 촬상 소자의 상대 위치를 조정하는 포커스 조정 기구를 가지고 있지 않은 것을 특징으로 하고 있다.

상기 구성에 의하면, 촬상 모듈을 간단히 구성할 수 있으므로 저렴하고 우수한 성능을 가진 제품을 제공할 수 있다.

본 발명에 의한 촬상 모듈은 상기 촬상 렌즈와, 상기 촬상 렌즈에 의해 결상된 광을 수신하여 광전 변환하는 촬상 소자와, 상기 촬상 렌즈와 상기 촬상 소자의 상대 위치를 조정하는 포커스 조정 기구를 구비한 촬상 모듈로서, 상기 촬상 렌즈는 상기 촬상 렌즈로부터 상기 촬상 소자를 향하는 방향에 대하여 오목 형상의 상면 만곡을 가지고 있고, 상기 포커스 조정 기구는 상기 촬상 렌즈 상면이 상기 중심 영역의 최량 상면 위치보다도 피사체측에 위치하도록 상기 상대 위치를 조정하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 의한 촬상 모듈은 상기 촬상 렌즈와, 상기 촬상 렌즈에 의해 결상된 광을 수신하여 광전 변환하는 촬상 소자와, 상기 촬상 렌즈와 상기 촬상 소자의 상대 위치를 조정하는 포커스 조정 기구를 구비한 촬상 모듈로서, 상기 촬상 렌즈는 상기 촬상 렌즈로부터 상기 촬상 소자를 향하는 방향에 대하여 볼록 형상의 상면 만곡을 가지고 있고, 상기 포커스 조정 기구는 상기 촬상 렌즈 상면이 상기 중심 영역의 최량 상면 위치보다도 피사체측의 반대측에 위치하도록 상기 상대 위치를 조정하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 구성에 의하면, 촬상 렌즈 상면을 중심 영역의 최량 상면 위치로부터 벗어나게 함으로써 중심 영역보다 주변 영역에 포커스가 맞도록 조정된다. 이와 같이, 상면 만곡을 이용한 설계의 포커스 조정에 의해 상기와 같은 상고-MTF 특성을 가진 촬상 렌즈를 용이하게 실현할 수 있다.

본 발명은 휴대 단말에 내장되는 디지털 카메라나 디지털 비디오 유닛 등의 콤팩트한 촬상 장치에 적합하다.

1 : 촬상 모듈 2 : 센서 위치
3 : 최량 상면 위치 4 : 최량 상면 위치
5 : 피사체 6 : 피사체
10 : 촬상 렌즈 11 : 센서(촬상 소자)
CG : 커버 유리 PL1 : 렌즈
S1 : 물체측 면 S2 : 상측 면
S3 : 상면

Claims (9)

1. 광학 유효 직경에 있어서 회전 대칭 형상인 촬상 렌즈로서:
   사지탈 방향 및 탄젠셜 방향 중 하나 이상에 있어서 상고가 제로보다 큰 주변 영역에 있어서의 MTF값의 최대는 상고가 제로인 중심 영역에 있어서의 MTF값보다도 커지는 조건을 충족시키도록 상고-MTF 특성이 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
2. 제 1 항에 있어서,
   중심 영역에 있어서의 MTF값이 0.4 이상으로 되는 공간 주파수 영역에 있어서 상기 조건을 충족시키는 상고-MTF 특성이 되도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
3. 제 2 항에 있어서,
   상고가 0.2 이상 0.7 이하인 영역에 있어서의 MTF값의 최대가 중심 영역에 있어서의 MTF값보다도 0.05 이상 커지도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
4. 제 1 항에 있어서,
   사지탈 방향 및 탄젠셜 방향의 양쪽에 있어서 상기 조건을 충족시키도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
5. 제 1 항에 있어서,
   비구면을 가진 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
6. 제 1 항에 있어서,
   1매∼4매의 렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 촬상 렌즈.
7. 광학 유효 직경에 있어서 회전 대칭 형상이며, 사지탈 방향 및 탄젠셜 방향 중 하나 이상에 있어서 상고가 제로보다 큰 주변 영역에 있어서의 MTF값의 최대는 상고가 제로인 중심 영역에 있어서의 MTF값보다도 커지는 조건을 충족시키도록 상고-MTF 특성이 설계되어 있는 촬상 렌즈와, 상기 촬상 렌즈에 의해 결상된 광을 수신하여 광전 변환하는 촬상 소자를 구비한 촬상 모듈로서:
   상기 촬상 렌즈와 상기 촬상 소자의 상대 위치를 조정하는 포커스 조정 기구를 가지고 있지 않은 것을 특징으로 하는 촬상 모듈.
8. 광학 유효 직경에 있어서 회전 대칭 형상이며, 사지탈 방향 및 탄젠셜 방향 중 하나 이상에 있어서 상고가 제로보다 큰 주변 영역에 있어서의 MTF값의 최대는 상고가 제로인 중심 영역에 있어서의 MTF값보다도 커지는 조건을 충족시키도록 상고-MTF 특성이 설계되어 있는 촬상 렌즈와, 상기 촬상 렌즈에 의해 결상된 광을 수신하여 광전 변환하는 촬상 소자와, 상기 촬상 렌즈와 상기 촬상 소자의 상대 위치를 조정하는 포커스 조정 기구를 구비한 촬상 모듈로서:
   상기 촬상 렌즈는 상기 촬상 렌즈로부터 상기 촬상 소자를 향하는 방향에 대하여 오목 형상의 상면 만곡을 가지고 있고,
   상기 포커스 조정 기구는 상기 촬상 렌즈 상면이 상기 중심 영역의 최량 상면 위치보다도 피사체측에 위치하도록 상기 상대 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 촬상 모듈.
9. 광학 유효 직경에 있어서 회전 대칭 형상이며, 사지탈 방향 및 탄젠셜 방향 중 하나 이상에 있어서 상고가 제로보다 큰 주변 영역에 있어서의 MTF값의 최대는 상고가 제로인 중심 영역에 있어서의 MTF값보다도 커지는 조건을 충족시키도록 상고-MTF 특성이 설계되어 있는 촬상 렌즈와, 상기 촬상 렌즈에 의해 결상된 광을 수신하여 광전 변환하는 촬상 소자와, 상기 촬상 렌즈와 상기 촬상 소자의 상대 위치를 조정하는 포커스 조정 기구를 구비한 촬상 모듈로서:
   상기 촬상 렌즈는 상기 촬상 렌즈로부터 상기 촬상 소자를 향하는 방향에 대하여 볼록 형상의 상면 만곡을 가지고 있고,
   상기 포커스 조정 기구는 상기 촬상 렌즈 상면이 상기 중심 영역의 최량 상면 위치보다도 피사체측의 반대측에 위치하도록 상기 상대 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 촬상 모듈.

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