KR20160049877A

KR20160049877A - 촬영 렌즈 광학계

Info

Publication number: KR20160049877A
Application number: KR1020140147632A
Authority: KR
Inventors: 이종진; 강찬구
Original assignee: 주식회사 코렌
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2016-05-10
Also published as: US20160116712A1; CN105549179A; KR101691351B1

Abstract

저비용, 고성능의 촬영 렌즈 광학계에 관해 개시된다. 렌즈 광학계:는 피사체(Object)와 상기 피사체의 상(Image)이 맺히는 이미지 센서 사이의 광 진행 경로 따라 순차 배열된 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈, 조리개, 제4렌즈를 구비하며, 상기 제1렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖고, 상기 제2, 3, 4는 정(+)의 굴절력을 갖는다.

Description

촬영 렌즈 광학계{Photographic Lens Optical System}

본 발명은 광학 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 카메라에 적용되는 렌즈 광학계에 관한 것이다.

CCD(전하 결합 소자, Charge Coupled Device)와 CMOS 이미지센서(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor)와 같은 고체 촬상 소자를 적용하는 카메라의 보급이 보편화되었다.

고체 촬상 소자의 화소 집적도는 높아짐으로써 해상도가 급속도로 증가하고, 이와 함께 렌즈 광학계의 성능이 크게 개선됨으로써 카메라는 고성능화와 함께 소형화 및 경량화가 가속되고 있다.

일반적인 소형 카메라, 예컨대, 휴대폰용 카메라의 렌즈 광학계에서는 그 성능 확보를 위해 다수의 렌즈에 의한 광학계에 1매 이상의 글라스(glass) 렌즈를 포함시키고 있다. 그러나 글라스 렌즈는 제조 단가가 높을 뿐 아니라, 성형/가공 상의 제약 조건으로 인해 렌즈 광학계의 소형화를 어렵게 만든다.

한편, 소형의 렌즈 광학계는 광각 렌즈계로서 일정 거리 이내의 근접 촬영이 어렵다. 특히 이러한 종래 소형 광각계 렌즈 광학계는 초근접(밀착) 또는 근접(접사) 촬영으로 부적합하다.

따라서, 고성능/고해상도를 달성할 수 있으면서도 글라스 렌즈 사용에 따른 문제점을 해소하고, 그리고 광각계이면서도 초근접 또는, 근접 촬영용 렌즈 광학계의 개발이 바람직하다.

본 발명은 저비용 제조가 가능하고 소형화 및 경량화에 유리한 렌즈 광학계를 제시한다.

본 발명은 고해상도의 카메라에 적합한 고성능의 렌즈 광학계를 제공한다.

또한, 본 발명은 초근접 또는 근접 촬영에 사용할 수 있는 광학 렌즈 광학계를 제시한다.

본 발명에 따른 렌즈 광학계: 는

피사체(Object)와 상기 피사체의 상(Image)이 맺히는 이미지 센서 사이의 광 진행 경로 따라 순차 배열된 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈 및 제4렌즈를 구비하며,

상기 제1렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖고 상기 피사체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지며,

상기 제2렌즈는 정(+)의 굴절력을 갖고 상기 피사체 또는 이미지 센서 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지며,

상기 제3렌즈는 정(+)의 굴절력을 갖고 상기 피사체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지며, 그리고

상기 제4렌즈는 정(+)의 굴절력을 가지며,

상기한 렌즈 광학계는 하기의 수학식 1 내지 7 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.

<수학식 1>

90 < FOV < 130

여기에서 FOV는 광학계의 대각선(Diagonal) 화각이다.

< 수학식 2 >

5 < |DIST| <15

여기서, DIST는 센서 유효 영역 1.0 필드(Field)의 광학적 왜곡(Optical Distortion)이다.

< 수학식 3 >

0.2 ＜ AL/TTL ＜ 0.9

여기서, AL은 조리개에서 센서까지의 거리, TTL(Total Track Length)는 제1렌즈의 입사면 중심에서 센서까지의 광축 거리이다.

< 수학식 4 >

0.5 < T12 / F < 3.0

여기에서, T12는 제1렌즈의 출사면 중심과 제2렌즈의 입사면 중심 간의 광축거리이다.

< 수학식 5 >

1.0 < F4/F < 3.0

여기에서, F는 광학계의 전체 유효초점거리, F4 는 제4렌즈의 초점거리이다.

< 수학식 6 >

-5.0 < F1/F < -0.5

여기에서, F는 광학계의 전체 유효초점거리, F1는 제1렌즈의 초점거리이다.

< 수학식 7 >

20< ABV1-ABV3 < 40

여기에서, ABV1는 제1렌즈의 아베 수, ABV3는 제3렌즈의 아베 수다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1렌즈는 메니스커스 렌즈일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1렌즈 내지 제4렌즈 중 적어도 하나는 비구면 렌즈일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제4렌즈 중 적어도 한 렌즈의 입사면과 출사면 중 적어도 하나는 비구면일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1렌즈 내지 제4렌즈 중 적어도 하나는 플라스틱 렌즈일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1렌즈 내지 제4렌즈는 수차 보정 렌즈일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제3렌즈와 제4렌즈의 사이에 조리개가 더 구비될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 피사체와 상기 이미지센서 사이에 적외선 차단 수단이 더 구비될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 적외선 차단 수단은 상기 제4렌즈와 상기 이미지센서 사이에 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 유형에 따르면, 피사체와 상기 피사체의 상이 맺히는 이미지센서 사이에 상기 피사체 측으로부터 순차로 배열된 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈 및 제4렌즈를 구비하며, 상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈 및 제4렌즈는 각각 부(-), 정(+),정(+), 정(+)의 굴절력을 가지며, 아래의 수학식 1 및 7 중 적어도 하나를 만족하는 렌즈 광학계가 제공된다.

<수학식 1>

90 < FOV < 130

여기에서 FOV는 광학계의 대각선(Diagonal) 화각이다.

< 수학식 2 >

5 < |DIST| <15

< 수학식 3 >

0.2 ＜ AL/TTL ＜ 0.9

< 수학식 4 >

0.5 < T12 / F < 3.0

< 수학식 5 >

1.0 < F4/F < 3.0

< 수학식 6 >

-5.0 < F1/F < -0.5

< 수학식 7 >

20< ABV1-ABV3 < 40

본 발명의 구체적인 실시 예에 따르면, 상기 제1렌즈는 메니스커스 렌즈이며, 상기 제2렌즈는 상기 피사체 또는 이미지센서에 대하여 볼록한 메니스커스 렌즈이며, 상기 제3렌즈는 상기 이미지센서 측으로 오목하며, 상기 제4렌즈는 상기 피사체 와 이미지 센서 측으로 볼록한 양 볼록형 렌즈이다.

본 발명의 구체적인 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1렌즈 내지 제4렌즈 중의 적어도 어느 하나는 비구면 렌즈이다.

소형화 및 경량화에 유리하면서 비교적 넓은 화각 및 고성능/고해상도를 얻을 수 있는 렌즈 광학계를 구현할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 광학계는 피사체에서 이미지센서 방향으로 순차적으로 배열된 부(-), 정(+), 정(+),정(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈 내지 제4렌즈를 포함하고, 상기한 수학식 1 내지 7 중에서 적어도 어느 하나를 만족할 수 있다. 부의 파워를 가지는 제1렌즈는 강한 파워를 가지며, 정의 파워는 제2, 제3, 제4렌즈에 분산되었다.

이러한 렌즈 광학계는 비교적 넓은 화각 및 비교적 짧은 전장을 갖고 각종 수차를 용이하게(양호하게) 보정할 수 있으므로, 카메라의 고성능화 및 소형화에 유리할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 초광각 광학계 이면서, 근접 또는 초근접 렌즈 광각계가 구현 됨으로써 지문 센서용 광학계로서도 사용될 수 있다.

또한, 상기 제1렌즈 내지 제4렌즈 중 적어도 하나를 플라스틱으로 제조하고 각 렌즈의 양면(입사면과 출사면)을 비구면으로 구성함으로써, 글라스(glass) 렌즈를 사용하는 경우보다 저비용으로 컴팩트하면서 성능이 우수한 초광각 접사 렌즈 광학계를 구현할 수 있다.

도1 내지 도4는 각각 본 발명의 제1실시 예 내지 제4실시 예에 따른 렌즈 광학계의 주요 구성요소의 배치를 보여주는 단면도이다.
도5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도6는 본 발명의 제2실시 예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도7은 본 발명의 제3실시 예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도8은 본 발명의 제4실시 예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 광학계를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한(혹은, 유사한) 구성요소들을 나타낸다.

도1 내지 도4는 각각 본 발명의 제1실시 예 내지 제4실시 예에 따른 렌즈 광학계를 보여준다.

도1 내지 도4를 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 따른 렌즈 광학계는, 피사체(OBJ)와 피사체(OBJ)의 상이 맺히는 이미지센서(IMG) 사이에, 피사체(OBJ) 측으로부터 순차로 배열된 제1렌즈(I), 제2렌즈(II), 제3렌즈(III) 및 제4렌즈(IV)를 구비한다. 아래의 설명에서, *는 해당 렌즈 면이 비구면임을 나타낸다

상기 제1렌즈(I)는 부(-, negative)의 굴절력을 갖고, 피사체(OBJ) 측으로 볼록하다. 이러한 제1렌즈(I)의 입사면(1*)은 피사체(OBJ) 측으로 볼록할 수 있고, 제1렌즈(I)의 출사면(2*)은 이미지 센서(VI) 측으로 오목할 수 있다. 따라서, 제1렌즈(I)는 양면 즉, 입사면(1*)과 출사면(2*)이 모두 피사체(OBJ) 측으로 볼록한 메니스커스(Meniscus) 렌즈 일 수 있다.

제2렌즈(II)는 정(+, Positive)의 굴절력을 갖는다. 본 발명의 일 실시 예에 따라 제2렌즈(II)의 출사면(4*)은 이미지센서(IMG)에 대하여 오목하며, 또한 그 입사면(4*)은 피사체(OBJ) 측 또는 볼록할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 이러한 제2렌즈(II)의 출사면(4*)은 이미지센서(IMG)에 대하여 볼록하며, 또한 그 입사면(4*)은 피사체(OBJ) 측으로 오목 할 수 있다.

따라서, 상기 제2렌즈(II)는 피사체(OBJ) 또는 이미지 센서(IMG) 측으로 볼록한 메니스커스 렌즈일 수 있다.

제3렌즈(III)는 정(+)의 굴절력을 갖는다. 구체적으로 제3렌즈(III)의 입사면(6*)과 출사면(7*)은 피사체(OBJ) 측으로 볼록한 메니스커스 렌즈일 수 있다.

렌즈 광학계의 마지막 렌즈인 제4렌즈(IV)는 정(+)의 굴절력을 갖는다. 이때에, 상기 제4렌즈(IV) 입사면(8*)은 피사체(OBJ)측으로 볼록하며, 그리고 그 출사면(9*)은 이미지 센서(IMG) 측으로 볼록한 양면 볼록형 렌즈일 수 있다.

이러한 제4렌즈(IV)는 입사면(8*)과 출사면(9*) 중 적어도 하나는 비구면일 수 있다. 예컨대, 제4렌즈(IV)의 입사면(10*)의 중앙부에서 가장자리로 가면서 적어도 2 개의 변곡점을 갖는 비구면일 수 있다.

구체적으로 제4렌즈(IV)은 출사면은 그 중앙에서 오목하며 그 가장자리로 갈수로 이미지센서(IMG) 센서 측으로 볼록할 수 있다.

상기 제1렌즈 내지 제4렌즈(I∼IV) 중 적어도 하나는 비구면 렌즈일 수 있다. 다시 말해, 제1렌즈 내지 제4렌즈(I∼IV) 중 적어도 어느 한 렌즈의 입사면(1*, 3*, 5*, 8*)과 출사면(2*, 4*, 6*, 9*) 중 적어도 하나는 비구면일 수 있다.

다른 실시 예에 따르면, 제1렌즈 내지 제4렌즈(I∼IV) 각각의 입사면(1*, 3*, 5*, 8*)과 출사면(2*, 4*, 6*, 9*)은 모두 비구면일 수 있다.

한편, 피사체(OBJ)와 이미지센서(IMG) 사이에 조리개(S5) 및 적외선 차단 수단(V)이 더 구비될 수 있다. 조리개(S5)는 제3렌즈(III)와 제4렌즈(IV) 사이에 구비될 수 있다. 다시 말해, 조리개(S7)는 제3렌즈(III)의 출사면(6*)에 인접하게 배치될 수 있다.

상기 적외선 차단 수단(V)은 제4렌즈(IV)와 이미지센서(IMG) 사이에 구비될 수 있다. 적외선 차단 수단(VI)은 적외선 차단 필터일 수 있다. 조리개(S5)와 적외선 차단 수단(V)의 위치는 달라질 수 있다.

도1 내지 도4에서, TTL(Total Track Length)은 상기 제1렌즈(I)의 입사면의 중심에서 상기 이미지센서(IMG)까지의 거리 즉, 상기 렌즈 광학계의 전장(Total Length) 이다.

그리고, AL은 상기 조리개(S5)로부터 상기 이미지센서(IMG)까지의 거리이다. 그리고 T12는 제1렌즈(I)의 출사면의 중심으로부터 제2렌즈(II)의 입사면의 중심까지의 거리이다.

상기한 구성을 가지는 본 발명의 제1실시 예 내지 제4실시 예에 따른 렌즈 광학계는 다음의 수학식 1 내지 7 중 적어도 하나를 만족하는 것이 바람직하다.

<수학식 1>

90 < FOV < 130

여기에서 FOV는 광학계의 대각선(Diagonal) 화각이다. 이와 같이 화각은 근접 또는 초근접 광학계의 구성을 위한 것으로서, 예를 들어 지문 인식용 광학계 또는 접사 촬영이 가능한 광학계로 사용할 수 있게 된다.

< 수학식 2 >

5 < |DIST| <15

여기서, DIST는 이미지 센서 유효 영역 1.0 필드(Field)의 광학적 왜곡(Optical Distortion, %)이다.

이러한 조건은, 광학계의 왜곡 수차를 한정함으로써 종래의 광학계보다 왜곡이 적으면서 광각 구현이 가능하게 하기 위함이다.

< 수학식 3 >

0.2 ＜ AL/TTL ＜ 0.9

여기서, AL은 조리개(S5)에서 이미지 센서(IMG)까지의 거리, TTL(Total Track Length)는 제1렌즈(I)의 입사면(1) 중심에서 이미지 센서(IMG)까지의 광축 거리(Optical Distance)이다. 이 조건은 광학계의 개구를 조절하는 조리개(S7)의 위치를 결정한다. 이렇게 함으로써, 최적화된 광각 광학계를 얻을 수 있게 된다.

< 수학식 4 >

0.5 < T12 / F < 3.0

여기에서, T12는 제1렌즈의 출사면 중심과 제2렌즈의 입사면 중심 간의 광축거리 이다. 이 조건은 제1렌즈(I)와 제2렌즈(II) 간의 간격을 한정하는 것이며, 이 조건을 만족시킴으로써 수차 보정이 수월하고 최적화된 광학계를 구현할 수 있다.

< 수학식 5 >

1.0 < F4/F < 3.0

여기에서, F는 광학계의 전체 유효초점거리(Effective Focal Length), F4 는 제4렌즈(IV)의 초점거리이다.

< 수학식 6 >

-5.0 < F1/F < -0.5

여기에서, F는 광학계의 전체 유효초점거리, F1는 제1렌즈(II)의 초점거리이다.

상기 수학식 5, 6은 제1렌즈(I)와 제4렌즈(IV)의 초점거리와 광학계의 초점거리의 비율로 해당 파워의 배치를 표현함과 동시에 초점 거리를 한정하다. 이를 통해서 최적화된 렌즈 광학계를 구현할 수 있다.

< 수학식 7 >

20< ABV1-ABV3 < 40

이와 같이 제1렌즈(I)와 제3렌즈(III)의 아베 수를 한정함으로써 제1렌즈(I)와 제3렌즈(III)를 플라스틱으로 제작할 수 있고 따라서 비용절감과 수차 보정이 용이하게 된다.

상기한 본 발명의 제1실시 예 내지 제4실시 예(EMB1~EMB4)에 있어서, 수학식 1 내지 7(EQU1~EQU7)의 값들은 아래의 표 1에 나타낸 바와 같다.

위의 표1을 통해서 본 발명에 따른 실시 예 1, 2, 3, 4가 모두 수학식 1 내지 수학식 7을 만족하는 것을 알 수 있다.

한편, 상기한 구성을 가지는 본 발명의 실시 예들에 따른 렌즈 광학계에서 제1 내지 제4렌즈(I∼IV)는, 그 형상 및 치수(dimension)를 고려했을 때, 플라스틱으로 제조할 수 있다. 본 발명에 한 실시 예에 따르면, 제1 내지 제4렌즈(I∼IV)는 모두 플라스틱 렌즈일 수 있다.

글라스(glass) 렌즈의 경우, 제조 단가가 높을 뿐 아니라 성형/가공 상의 제약 조건으로 인해 렌즈 광학계의 소형화를 어렵게 하지만, 본 발명에서는 제1렌즈 내지 제4렌즈(I∼IV)를 모두 플라스틱으로 제조할 수 있으므로, 그에 따른 다양한 이점을 기할 수 있다.

그러나 본원에서 제1렌즈 내지 제4렌즈(I∼IV)의 재질이 플라스틱으로 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라서는, 제1렌즈 내지 제4렌즈(I∼IV) 중 적어도 하나를 글라스로 제조할 수도 있다.

이하, 렌즈 데이터 및 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 제1실시 예 내지 제4실시 예(#1~#4)에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.

아래의 표 2 내지 표 5는 각각 도1 내지 도4의 렌즈 광학계를 구성하는 각 렌즈에 대한 곡률반경, 렌즈 두께 또는 렌즈 사이의 거리, 굴절률 및 아베 수 등을 나타낸다.

표 2 내지 표 5에서 S는 렌즈 면의 번호, R은 곡률반경, D는 렌즈 두께 또는 렌즈 간격 또는 인접한 구성요소 간의 간격, Nd는 d선(d-line)을 이용하여 측정한 렌즈의 굴절률, Vd는 d선(d-line)에 대한 렌즈의 아베 수를 나타낸 것이다.

렌즈면 번호에서 *는 해당 렌즈 면이 비구면임을 나타낸다. 그리고 R 값과 D 값의 단위는 ㎜이다.

한편, 본 발명의 제1실시 예 내지 제4실시 예에 따른 렌즈 광학계에서 각 렌즈의 비구면은 다음 수학식 8의 비구면 방정식을 만족한다.

<수학식 8>

여기서, x는 렌즈의 정점으로부터 광 축 방향으로의 거리를, y는 광축에 수직한 방향으로의 거리를, c'은 렌즈의 정점에 있어서의 곡률반경의 역수(=1/r)를, K는 코닉 상수(Conic constant)를 나타내고`, A, B, C, D 및 E 는 비구면 계수를 나타낸다.

다음 표6 내지 표9는 각각 도1 내지 도4에 대응되는 제1실시 예 내지 제4실시 예에 따른 렌즈 시스템에서 비구면의 비구면 계수를 나타낸다. 즉, 표 6 내지 표 9는 각각 표 2 내지 표 5의 각 렌즈의 입사면(1*, 3*, 6*, 8*)과 출사면(2*, 4*, 7*, 9*, 11*)의 비구면 계수를 나타낸다. 표8에서 렌즈면 3, 4에 데이터가 없다 이는 렌즈면 3, 4가 비구면이 아니다라는 것을 의미한다.

도5는 본 발명의 제1실시 예(도1)에 따른 렌즈 광학계, 즉, 표2의 수치를 갖는 렌즈 광학계의 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curvature) 및 왜곡(distortion)을 보여주는 수차도이다. 도 5, 6, 7, 8에서 IMG HT는 상의 높이(Image Height)의 약어이다.

도5의 (a)는 다양한 파장의 광에 대한 렌즈 광학계의 구면수차를 나타낸 것이고, (b)는 렌즈 광학계의 상면만곡, 즉 자오상면만곡(tangential field curvature, T)과 구결상면만곡(sagittal field curvature, S)을 나타낸 것이다. 도5의 (a) 데이터를 얻기 위해 사용한 광의 파장은 656.0000nm, 588.0000nm, 546.0000nm, 486.0000nm, 436.0000nm 이었다. 도5의 (b) 및 (c) 데이터를 얻기 위해 사용한 파장은 486.0000nm 이었다. 이는 도6, 도7 및 도8에서도 마찬가지이다.

도6의 (a), (b) 및 (c)는 각각 본 발명의 제2실시 예(도2)에 따른 렌즈 광학계, 즉, 표3의 수치를 갖는 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.

도7의 (a), (b) 및 (c)는 각각 본 발명의 제3실시 예(도3)에 따른 렌즈 광학계, 즉, 표4의 수치를 갖는 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.

도8의 (a), (b) 및 (c)는 각각 본 발명의 제4실시 예(도4)에 따른 렌즈 광학계, 즉, 표5의 수치를 갖는 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 렌즈 광학계는 피사체(OBJ)에서 이미지센서(IMG) 방향으로 순차적으로 배열된 부(-), 정(+), 정(+), 정(+)의 굴절력을 갖는 제1 내지 제4렌즈(I∼IV)를 포함하고, 상기한 수학식 1 내지 7 중 적어도 어느 하나를 만족할 수 있다.

상기와 같은 렌즈 광학계는 비교적 넓은 화각 및 비교적 짧은 전장을 가질 수 있고, 각종 수차를 용이하게 보정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 소형이면서도 비교적 넓은 화각을 갖고 고성능 및 고해상도를 얻을 수 있는, 특히 광각이면서도 접사 촬영 또는 초접사 촬영이 가능한 근접 또는 초근접 광학계가 구현될 수 있다.

또한, 제1렌즈(I) 내지 제4렌즈(IV)를 플라스틱으로 제조하고 각 렌즈(I∼IV)의 양면(입사면과 출사면)을 비구면으로 구성함으로써, 글라스 렌즈를 사용하는 경우보다 저비용으로 컴팩트 하면서 성능이 우수한 렌즈 광학계를 구현할 수 있다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시 예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 적외선 차단 수단(VI)으로서 필터를 대신하여 차단막을 사용할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그 밖에도 다양한 변형 예가 가능함을 알 수 있을 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

I: 제1렌즈
II: 제2렌즈
III: 제3렌즈
IV: 제4렌즈
V: 적외선 차단 수단
OBJ: 피사체
S7: 조리개
IMG: 이미지센서

Claims

피사체(Object)와 상기 피사체의 상(Image)이 맺히는 이미지 센서 사이의 광 진행 경로 따라 순차 배열된 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈 및 제4렌즈를 구비하며,
피사체(Object)와 상기 피사체의 상(Image)이 맺히는 이미지 센서 사이의 광 진행 경로 따라 순차 배열된 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈 및 제4렌즈를 구비하며,
상기 제1렌즈는 부(-)의 굴절력을 갖고 상기 피사체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지며,
상기 제2렌즈는 정(+)의 굴절력을 갖고 상기 이미지센서 또는 이미지 센서 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지며,
상기 제3렌즈는 정(+)의 굴절력을 갖고 상기 피사체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가지며, 그리고
상기 제4렌즈는 정(+)의 굴절력을 가지며,
아래의 수학식 1을 만족하는 렌즈 광학계.
<수학식 1>
90 < FOV < 130
여기에서 FOV는 광학계의 대각선(Diagonal) 화각이다..
제1항에 있어서,
아래의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 렌즈 광학계:
< 수학식 2 >
5 < |DIST| <15
여기서, DIST는 센서 유효 영역 1.0 필드(Field)의 광학적 왜곡(Optical Distortion)이다.
제1항 또는 제2항에 있어서,
제3렌즈와 제4렌즈 사이에 위치하는 조리개를 더 포함하고,
아래의 수학식 3을 만족하는 렌즈 광학계.
<수학식 3>
0.2 ＜ AL/TTL ＜ 0.9
여기서, AL은 조리개에서 센서까지의 거리, TTL(Total Track Length)는 제1렌즈의 입사면 중심에서 센서까지의 광축 거리이다.
제3항에 있어서,
아래의 수학식 4를 만족하는 렌즈 광학계.
< 수학식 4 >
0.5 < T12 / F < 3.0
여기에서, T12는 제1렌즈의 출사면 중심과 제2렌즈의 입사면 중심 간의 광축거리이다.
제4항에 있어서,
아래의 수학식 5을 만족하는 렌즈 광학계.
<수학식 5>
1.0 < F4/F < 3.0
여기에서, F는 광학계의 전체 유효초점거리, F4 는 제4렌즈의 초점거리이다
제5항에 있어서,
아래의 수학식 6을 만족하는 렌즈 광학계.
<수학식 6>
-5.0 < F1/F < -0.5
여기에서, F는 광학계의 전체 유효초점거리, F1는 제1렌즈의 초점거리이다..
제6항에 있어서,
아래의 수학식 7을 만족하는 렌즈 광학계.
<수학식 7>
20 < ABV1-ABV3< 40
여기에서, ABV1은 제1렌즈의 아베 수고, ABV3는 제3렌즈의 아베 수다.
제1항에 있어서,
상기 제4렌즈의 양면 볼록형 렌즈 인 것을 특징으로 하는 렌즈 광학계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1렌즈 내지 제4렌즈 중 적어도 어느 하나의 입사면과 출사면 중의 어느 하나가 비구면인 것을 특징으로 하는 렌즈 광학계.
제9항에 있어서,
상기 제1렌즈 내지 제4렌즈 각각의 입사면과 출사면 모두가 비구면인 것을 특징으로 하는 렌즈 광학계..
제1항에 있어서,
상기 제3렌즈와 제4렌즈 사이에 조리개가 더 구비되어 있는 렌즈 광학계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제4렌즈와 이미지센서 사이에 적외선 차단 수단이 더 구비되어 있는 렌즈 광학계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1렌즈 내지 제4렌즈 중 적어도 하나는 플라스틱 렌즈인 렌즈 광학계.
피사체와 상기 피사체의 상이 맺히는 이미지센서 사이에 상기 피사체 측으로부터 순차로 배열된 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈, 조리개, 제4렌즈를 구비하되, 상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈 및 제4렌즈는 각각 부(-), 정(+), 정(+), 정(+)의 굴절력을 가지며, 아래의 수학식 1 내지 7 중 적어도 하나를 만족하는 렌즈 광학계.
<수학식 1>
90 < FOV < 130
여기에서 FOV는 광학계의 대각선(Diagonal) 화각이다.
< 수학식 2 >
5 < |DIST| <15
여기서, DIST는 이미지 센서 유효 영역 1.0 필드(Field)의 광학적 왜곡(Optical Distortion,)이다.
이러한 조건은, 광학계의 왜곡 수차를 한정함으로써 종래의 광학계보다 왜곡이 적으면서 광각 구현이 가능하게 하기 위함이다.
< 수학식 3 >
0.2 ＜ AL/TTL ＜ 0.9
여기서, AL은 조리개(S5)에서 이미지 센서(IMG)까지의 거리, TTL(Total Track Length)는 제1렌즈(I)의 입사면(1) 중심에서 이미지 센서(IMG)까지의 광축 거리(Optical Distance)이다.
< 수학식 4 >
0.5 < T12 / F < 3.0
여기에서, T12는 제1렌즈의 출사면 중심과 제2렌즈의 입사면 중심 간의 광축거리이다. 여기에서, T12는 제1렌즈의 출사면 중심과 제2렌즈의 입사면 중심 간의 광축 거리이다. 이 조건은 제1렌즈(I)와 제2렌즈(II) 간의 간격을 한정하는 것이며, 이 조건을 만족시킴으로써 수차 보정이 수월하고 최적화된 광학계를 구현할 수 있다.
< 수학식 5 >
1.0 < F4/F < 3.0
여기에서, F는 광학계의 전체 유효초점거리(Effective Focal Length), F4 는 제4렌즈(IV)의 초점거리이다.
< 수학식 6 >
-5.0 < F1/F < -0.5
여기에서, F는 광학계의 전체 유효초점거리, F1는 제1렌즈(II)의 초점거리이다.
< 수학식 7 >
20< ABV1-ABV3 < 40
여기에서, ABV1는 제1렌즈의 아베 수, ABV3는 제3렌즈의 아베 수다.
제14항에 있어서,
상기 제1렌즈 내지 제4렌즈는 비구면 렌즈인 것을 특징으로 하는 렌즈 광학계.
제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 제1렌즈는 피사체측으로 볼록한 메니스커스 렌즈이며,
상기 제2렌즈는 피사체측 또는 이미지 센서 측으로 볼록한 메니스커스 렌즈이며,
상기 제3렌즈는 피사체측으로 볼록한 메니스커스 렌즈이며, 그리고,
상기 제4렌즈는 양면 볼록형 렌즈인 것을 특징으로 하는 렌즈 광학계.
제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 제4렌즈와 이미지 센서 사이에 적외선 차단 수단이 더 구비되어 있는 렌즈 광학계.