KR20130067044A - 촬상 렌즈 - Google Patents

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KR20130067044A KR1020110133870A KR20110133870A KR20130067044A KR 20130067044 A KR20130067044 A KR 20130067044A KR 1020110133870 A KR1020110133870 A KR 1020110133870A KR 20110133870 A KR20110133870 A KR 20110133870A KR 20130067044 A KR20130067044 A KR 20130067044A
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Abstract

본 발명은 촬상 렌즈에 관한 것이다.
즉, 본 발명의 촬상 렌즈는 물체측으로부터 순서대로, 양(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈; 음(-)의 굴절력을 갖는 제2렌즈; 양(+)의 굴절력을 갖는 제3렌즈; 음(-)의 굴절력을 가지며, 렌즈 중심에서부터 주변까지 모두 음(-)의 굴절력을 갖는 제4렌즈를 포함한다.

Description

촬상 렌즈 { Imaging lens }
본 발명은 촬상 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 렌즈이다.
최근, 컴팩트화 및 저가격화를 위해서 렌즈 매수를 3매 또는 4매 구성하고 있다.
배경기술인 한국공개특허 제2005-0014108에서 4매의 렌즈를 이용하여 컴팩트한 광학계를 구성하는 시도가 이루어진 바 있다.
이러한 4매의 렌즈는 가격면에서는 유리하지만, 만족스러운 광학 특성 또는 수차 특성을 갖고 있어야 하는 광학계의 구현이 요구되고 있다.
본 발명은 초슬림 고해상도 광학계를 구현할 수 있는 과제를 해결하는 것이다.
본 발명은,
물체측으로부터 순서대로,
양(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈;
음(-)의 굴절력을 갖는 제2렌즈;
양(+)의 굴절력을 갖는 제3렌즈;
음(-)의 굴절력을 가지며, 렌즈 중심에서부터 주변까지 모두 음(-)의 굴절력을 갖는 제4렌즈를 포함하는 촬상 렌즈가 제공된다.
그리고, 상기 제1렌즈는, 물체측으로 매니스커스 형태이다.
또, 상기 제2렌즈는, 양 오목 형태이다.
더불어, 상기 제3렌즈는, 상측으로 볼록하다.
게다가, 상기 제4렌즈는, 광축에서 물체측으로 볼록한 매니스커스 형태이다.
또, 상기 제3렌즈의 렌즈 중심의 굴절력을 f3C, 제3렌즈의 렌즈 주변의 굴절력을 f3L이라 할 때, f3C/f3L ＞ 0의 조건식을 만족한다.
그리고, 상기 제4렌즈의 렌즈 중심의 굴절력을 f4C, 제4렌즈의 렌즈 주변의 굴절력을 f4L이라 할 때, f4C/f4L ＞ 0의 조건식을 만족한다.
또한, 상기 제3렌즈의 초점거리를 f3, 제4렌즈의 초점거리를 f4이라 할 때, 1 < │f3/f4 │ < 1.3의 조건식을 만족한다.
또, 상기 광학계 전체 초점거리를 f, 제4렌즈의 초점거리를 f4이라 할 때, 0.5 < │f4/f │ < 1.0의 조건식을 만족한다.
더불어, 상기 광학계 전체 초점거리를 f, 제4렌즈의 물체측면의 곡률 반경을 R7이라 할 때, 0.7 < R7/f < 1.2의 조건식을 만족한다.
또, 상기 광학계 전체 초점거리를 f, 제4렌즈의 상측면의 곡률 반경을 R8이라 할 때, 0 < R8/f < 0.5의 조건식을 만족한다.
그리고, 상기 제4렌즈의 물체측면의 곡률 반경을 R7, 제4렌즈의 상측면의 곡률 반경을 R8이라 할 때, 1 < (R7+R8)/(R7-R8) < 3의 조건식을 만족한다.
더불어, 상기 제1렌즈의 물체측면에 위치된 개구 조리개를 더 포함한다.
게다가, 개구 조리개로부터 이미지 면까지의 거리를 TL, 광학계 전체 초점거리를 f라 할 때, TL / f < 1.25의 조건식을 만족한다.
또, 상기 제1렌즈의 물체측면의 곡률 반경을 R1, 제1렌즈의 상측면의 곡률 반경을 R2라 할 때, (R1+R2)/(R1-R2) < 0의 조건식을 만족한다.
그리고, 상기 제2렌즈의 물체측면의 곡률 반경을 R3, 제2렌즈의 상측면의 곡률 반경을 R4라 할 때, 0 < (R3+R4)/(R3-R4) < 1의 조건식을 만족한다.
또한, 상기 개구 조리개로부터 이미지 면까지의 거리는 4mm이하일 수 있다.
본 발명은 4매의 렌즈를 구성하여 초슬림 고해상도 광학계를 구현하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 카메라 렌즈 모듈의 구성도
도 2a와 도 2b는 본 발명의 제 3 렌즈의 렌즈 높이 따른 굴절능 변화량의 그래프
도 3a와 도 3b는 본 발명의 제 4 렌즈의 렌즈 높이 따른 굴절능 변화량의 그래프
도 4a와 도 4b는 본 발명의 실시예에 따라 코마수차(Coma aberration)를 측정한 그래프
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따라 수차도를 도시한 그래프
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 카메라 렌즈 모듈의 구성도이고, 도 2a와 도 2b는 본 발명의 제 3 렌즈의 렌즈 높이 따른 굴절능 변화량의 그래프이고, 도 3a와 도 3b는 본 발명의 제 4 렌즈의 렌즈 높이 따른 굴절능 변화량의 그래프이다.
본 발명에 따른 카메라 렌즈 모듈은 복수개의 렌즈들로 이루어진 촬상 렌즈가 광축을 중심으로 하여 배치되어 있고, 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 카메라 렌즈 모듈은 물체측으로부터 순서대로 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30), 제4렌즈(40), 필터(50) 및 수광소자(미도시)가 배치된 구성을 갖는다.
피사체의 영상 정보에 해당하는 광은 상기 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30), 제4렌즈(40) 및 필터(50)를 통과하여 상기 수광소자에 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.
상기 제1렌즈(10)는 양(+)의 굴절력을 가지며, 물체측으로 매니스커스 형태이다.
그리고, 상기 제2렌즈(20)는 음(-)의 굴절력을 가지며, 양 오목 형태이다.
또, 상기 제3렌즈(30)는 양(+)의 굴절력을 가지며, 상측으로 볼록하다.
즉, 도 2a와 같이, 상기 제3렌즈(30)는 광선이 수렴하게 되고, 도 2b와 같이, 양(+)의 굴절력을 갖게 된다.
또한, 상기 제4렌즈(40)는 렌즈의 중심은 음(-)의 굴절력을 가지고, 광축에서 물체측으로 볼록한 매니스커스 형태이고, 렌즈 중심에서부터 주변까지 모두 음(-)의 굴절력을 갖는다.
즉, 도 3a와 같이, 상기 제4렌즈(40)는 광선이 발산하게 되며, 도 3b와 같이, 음(-)의 굴절력을 갖게 된다.
따라서, 본 발명은 4매의 렌즈를 구성하여 초슬림 고해상도 광학계를 구현할 수 있는 것이다.
참고로, 도 1의 'S1','S2'는 제1렌즈(10)의 물체측면과 상측면이고, 'S3','S4'는 제2렌즈(20)의 물체측면과 상측면이고, 'S5','S6'은 제3렌즈(30)의 물체측면과 상측면이고, 'S7','S8'은 제4렌즈(40)의 물체측면과 상측면이며, 'S9'와 'S10'은 필터(50)의 물체측면과 상측면이다.
상기 필터(50)는 적외선 필터, 커버 글래스 등의 광학적 필터 중 적어도 어느 하나의 필터이다. 필터(50)로서, 적외선 필터가 적용되는 경우, 외부 빛으로부터 방출되는 적외선이 수광소자에 전달되지 않도록 차단한다. 또한, 적외선 필터는 가시광선은 투과시키고, 적외선은 반사시켜 외부로 유출시킨다.
상기 수광소자는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등의 이미지 센서이다.
이하에서 설명되는 조건식 및 실시예는 작용효과를 상승시키는 바람직한 실시예로서, 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] f3C/f3L ＞ 0
[조건식 2] f4C/f4L ＞ 0
[조건식 3] 1 < │f3/f4 │ < 1.3
[조건식 4] 0.5 < │f4/f │ < 1.0
[조건식 5] 0.7 < R7/f < 1.2
[조건식 6] 0 < R8/f < 0.5
[조건식 7] 1 < (R7+R8)/(R7-R8) < 3
[조건식 8] TL / f < 1.25
[조건식 9] (R1+R2)/(R1-R2) < 0
[조건식 10] 0 < (R3+R4)/(R3-R4) < 1
여기서, f3C : 제3렌즈의 렌즈 중심의 굴절력
f3L : 제3렌즈의 렌즈 주변의 굴절력
f4C : 제4렌즈의 렌즈 중심의 굴절력
f4L : 제4렌즈의 렌즈 주변의 굴절력
f3 : 제3렌즈의 초점거리
f4 : 제4렌즈의 초점거리
f : 광학계 전체 초점거리
R1 : 제1렌즈의 물체측면의 곡률 반경
R2 : 제1렌즈의 상측면의 곡률 반경
R3 : 제2렌즈의 물체측면의 곡률 반경
R4 : 제2렌즈의 상측면의 곡률 반경
R7 : 제4렌즈의 물체측면의 곡률 반경
R8 : 제4렌즈의 상측면의 곡률 반경
TL : 개구 조리개로부터 이미지 면까지의 거리
여기서, 상기 개구 조리개의 위치는 조리개, 제1렌즈,제2렌즈,제3렌즈,제4렌즈 순으로 위치한다. 즉, 개구 조리개는 제1렌즈의 물체측면에 위치된다.
그리고, 상기 개구 조리개로부터 이미지 면까지의 거리는 4mm이하일 수 있다.
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.
Figure pat00001
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
f3C 2.71
f3L 0.31
f4C -2.64
f4L -5.87
f3 2.71
f4 -2.64
f 3.2
R7 3.10
R8 0.91
TL 3.95mm
표 1을 참조하면, f1/fz1이 0.73으로서 조건식 1에 부합되고, │f2/fz1 │이 0.95로 조건식 8에 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* 1.30 0.6 1.53
2* 15.00 0.15
3* -16.7 0.33 1.63
4* 4.16 0.38
5* -6.15 0.7 1.53
6* -1.20 0.17
7* 3.10 0.5 1.53
8* 0.91 0.35
9 Infinity 0.30 1.52
10 Infinity 0.4
image Infinity 0
상기 표 2 및 이하 표 3에서 면 번호 옆에 병기된 *는 비구면을 나타낸다.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 실시예에 따라 코마수차(Coma aberration)를 측정한 그래프로서, 상면의 높이(field hight)에 따라 각 파장의 탄젠셜(tangential) 수차와 새저틀(sagittal) 수차를 측정한 그래프이다. 도 4a와 도 4b에서는 실험 결과를 보여주는 그래프가 양의 축과 음의 축에서 각각 X축에 근접할수록 코마수차 보정기능이 좋은 것으로 해석된다. 도 4a와 도 4b의 측정예들은 거의 모든 필드에서 상들의 값이 X축에 인접하게 나타나므로, 모두 우수한 코마수차 보정 기능을 보여주는 것으로 해석된다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따라 수차도를 도시한 그래프로서, 좌측에서부터 순서대로 종구면수차(longitudinal spherical aberration), 비점수차(astigmatic field curves), 왜곡수차(distortion)를 측정한 그래프이다.
도 5a 내지 도 5c에서 Y축은 이미지의 크기를 의미하고, X측은 초점거리(mm 단위) 및 왜곡도(% 단위)를 의미한다. 도 5a 내지 도 5c에서는 곡선들이 Y축에 접근될수록 수차 보정기능이 좋은 것으로 해석된다. 도시된 수차도에서는 거의 모든 필드에서 상들의 값이 Y축에 인접하게 나타나므로, 구면수차, 비점수차, 왜곡수차가 모두 우수한 수치를 보여주고 있다.
즉, 종구면수차의 범위는 -0.026㎜ ~ +0.0125㎜이고, 비점수차의 범위는 -0.023㎜ ~ +0.015㎜이며, 왜곡수차의 범위는 -0.04㎜ ~ +1.25㎜이므로, 본 발명의 촬상 렌즈는 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차의 특성을 보정할 수 있고, 우수한 렌즈 특성을 갖음을 알 수 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (17)

  1. 물체측으로부터 순서대로,
    양(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈;
    음(-)의 굴절력을 갖는 제2렌즈;
    양(+)의 굴절력을 갖는 제3렌즈;
    음(-)의 굴절력을 가지며, 렌즈 중심에서부터 주변까지 모두 음(-)의 굴절력을 갖는 제4렌즈를 포함하는 촬상 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1렌즈는,
    물체측으로 매니스커스 형태인 촬상 렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2렌즈는,
    양 오목 형태인 촬상 렌즈.

  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3렌즈는,
    상측으로 볼록한 촬상 렌즈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제4렌즈는,
    광축에서 물체측으로 볼록한 매니스커스 형태인 촬상 렌즈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3렌즈의 렌즈 중심의 굴절력을 f3C, 제3렌즈의 렌즈 주변의 굴절력을 f3L이라 할 때,
    f3C/f3L ＞ 0
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제4렌즈의 렌즈 중심의 굴절력을 f4C, 제4렌즈의 렌즈 주변의 굴절력을 f4L이라 할 때,
    f4C/f4L ＞ 0
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3렌즈의 초점거리를 f3, 제4렌즈의 초점거리를 f4이라 할 때,
    1 < │f3/f4 │ < 1.3
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학계 전체 초점거리를 f, 제4렌즈의 초점거리를 f4이라 할 때,
    0.5 < │f4/f │ < 1.0
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학계 전체 초점거리를 f, 제4렌즈의 물체측면의 곡률 반경을 R7이라 할 때,
    0.7 < R7/f < 1.2
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학계 전체 초점거리를 f, 제4렌즈의 상측면의 곡률 반경을 R8이라 할 때,
    0 < R8/f < 0.5
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제4렌즈의 물체측면의 곡률 반경을 R7, 제4렌즈의 상측면의 곡률 반경을 R8이라 할 때,
    1 < (R7+R8)/(R7-R8) < 3
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1렌즈의 물체측면에 위치된 개구 조리개를 더 포함하는 촬상 렌즈.
  14. 제 1 항에 있어서,
    개구 조리개로부터 이미지 면까지의 거리를 TL, 광학계 전체 초점거리를 f라 할 때,
    TL / f < 1.25
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1렌즈의 물체측면의 곡률 반경을 R1, 제1렌즈의 상측면의 곡률 반경을 R2라 할 때,
    (R1+R2)/(R1-R2) < 0
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2렌즈의 물체측면의 곡률 반경을 R3, 제2렌즈의 상측면의 곡률 반경을 R4라 할 때,
    0 < (R3+R4)/(R3-R4) < 1
    의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구 조리개로부터 이미지 면까지의 거리는 4mm이하인 촬상 렌즈.
















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