KR20190006283A

KR20190006283A - 촬상 광학계

Info

Publication number: KR20190006283A
Application number: KR1020170087053A
Authority: KR
Inventors: 조승현
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2019-01-18
Also published as: KR102439910B1

Abstract

본 발명에 따른 촬상 광학계는 정의 굴절력을 가지며, 적어도 일면이 볼록한 형상인 제1렌즈; 부의 굴절력을 가지며, 매니스커스 형상의 제2렌즈; 및 부의 굴절력을 가지며 적어도 일면이 오목한 형상인 제3렌즈;를 포함한다. 아울러, 본 발명에 따른 촬상 광학계는 Fno가 1.7 이하이며, 제1렌즈의 물체 측면으로부터 상면까지의 거리가 6.0 ㎜ 이하이므로, 휴대용 단말기에 장착이 용이하다.

Description

촬상 광학계{Optical Lens System}

본 발명은 소형 단말기에 장착이 용이한 촬상 광학계에 관한 것이다.

선명한 촬상을 구현할 수 있는 카메라 모듈에 대한 요구가 커지고 있다. 예를 들어, 휴대용 단말기에 탑재되는 소형 카메라 모듈도 일반 카메라 모듈과 동일 또는 유사한 성능(2.0 미만의 F number)을 갖도록 요구되고 있다.

그러나 소형 카메라 모듈은 크기의 제약을 받으므로, 밝기와 수차를 모두 해소할 수 있는 광학계를 구성하기 어렵다. 예를 들어, 3매 이하의 렌즈로 카메라 모듈의 광학계를 구성하면, 소형화에 유리하나 낮은 F number의 구현과 수차 개선이 어렵다. 이와 달리, 4매 이상의 렌즈로 카메라 모듈의 광학계를 구성하면, 낮은 F number를 구현할 수 있으나 소형화에 불리하다.

따라서, 전술된 문제점을 동시에 해소할 수 있는 소형 카메라 모듈용 촬상 광학계의 개발이 절실히 요구된다.

참고로, 본 발명과 관련된 선행기술로는 특허문헌 1 및 2가 있다.

JP

2011-253006

A

US

2016-0223790

A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소형 카메라 모듈에 탑재 가능하면서 낮은 F number를 갖는 촬상 광학계를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 촬상 광학계는 정의 굴절력을 갖는 제1렌즈; 부의 굴절력을 갖는 제2렌즈; 및 부의 굴절력을 갖는 제3렌즈;를 포함하고, Fno가 1.7 이하이다.

본 발명은 카메라 모듈의 소형화에 유리하다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성도
도 2는 도 1에 도시된 촬상 광학계의 횡수차 곡선
도 3은 도 1에 도시된 촬상 광학계의 왜곡수차 곡선
도 4는 도 1에 도시된 촬상 광학계의 주변 광량비를 나타낸 그래프

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 '연결'되어 있다 함은 이들 구성들이 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성을 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함하는 것을 의미한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 제1렌즈는 물체(또는 피사체)와 가장 가까운 렌즈를 의미하고, 제3렌즈는 상면(또는 이미지 센서)과 가장 가까운 렌즈를 의미한다. 본 명세서에서 렌즈의 곡률 반지름(Radius), 두께(Thickness), TL(제1렌즈의 물체 측면으로부터 상면까지의 거리), 초점거리의 단위는 모두 ㎜이다. 아울러, 렌즈의 두께, 렌즈 간의 간격, TL은 촬상 광학계의 광축을 기준으로 측정된 거리이다.

본 명세서에서 렌즈의 물체 측면 또는 상 측면이 볼록하다 라는 의미는 해당 면의 근축 부분(paraxial region)이 볼록하다는 의미이고, 렌즈의 물체 측면 또는 상 측면이 오목한 형상이라는 의미는 해당 면의 근축 부분이 오목하다는 의미이다. 따라서, 본 명세서에서 렌즈의 물체 측면 또는 상 측면이 볼록한 형상이라고 설명되어도, 해당 렌즈의 가장자리 부분은 오목할 수 있다. 이와 마찬가지로, 본 명세서에서 렌즈의 물체 측면 또는 상 측면이 오목한 형상이라고 설명되어도, 해당 렌즈의 가장자리 부분은 볼록할 수 있다.

본 발명에 따른 촬상 광학계는 낮은 F number를 구현할 수 있도록 구성된다. 아울러, 본 발명에 따른 촬상 광학계는 소형화가 가능하도록 구성된다. 이를 달성하기 위한 본 발명의 촬상 광학계는 3매 렌즈로 구성될 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 촬상 광학계의 구성이 3매 렌즈로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명에 따른 촬상 광학계는 2매 이하 또는 4매 이상의 렌즈로 구성될 수도 있다.

촬상 광학계는 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈를 포함한다.

제1렌즈는 정의 굴절력을 갖는다. 제1렌즈는 적어도 일면이 볼록한 형상이다. 제1렌즈는 비교적 낮은 굴절률을 갖는다. 예를 들어, 제1렌즈의 굴절률은 1.6 미만일 수 있다. 제1렌즈는 비구면을 포함한다. 예를 들어, 제1렌즈의 물체 측면 및 상 측면 중 적어도 일면은 비구면일 수 있다. 제1렌즈는 플라스틱 재질로 이루어진다.

제2렌즈는 부의 굴절력을 갖는다. 제2렌즈는 일면이 오목한 매니스크스 형상이다. 제2렌즈는 비교적 높은 굴절률을 갖는다. 예를 들어, 제2렌즈의 굴절률은 1.65 이상일 수 있다. 제2렌즈는 비구면을 포함한다. 예를 들어, 제2렌즈의 물체 측면 및 상 측면 중 적어도 일면은 비구면일 수 있다. 제2렌즈는 플라스틱 재질로 이루어진다. 제2렌즈는 제1렌즈와 접합하도록 구성된다. 예를 들어, 제2렌즈의 물체 측면은 제1렌즈의 상 측면과 접합될 수 있다.

제3렌즈는 부의 굴절력을 갖는다. 제3렌즈는 적어도 일면이 오목한 형상이다. 제3렌즈는 비교적 낮은 굴절률을 갖는다. 예를 들어, 제3렌즈의 굴절률은 1.6 미만일 수 있다. 제3렌즈는 비구면을 포함한다. 예를 들어, 제3렌즈의 물체 측면 및 상 측면 중 적어도 일면은 비구면일 수 있다. 제3렌즈는 플라스틱 재질로 이루어진다.

촬상 광학계는 필터, 이미지 센서, 조리개를 더 포함한다.

필터는 제3렌즈와 이미지 센서 사이에 배치된다. 필터는 일부 파장의 빛이 이미지 센서로 입사되는 것을 차단할 수 있다. 예를 들어, 필터는 적외선을 차단할 수 있다.

이미지 센서는 상면을 형성한다. 예를 들어, 이미지 센서의 표면은 상면을 형성할 수 있다.

조리개는 렌즈로 입사되는 광량을 조정하도록 배치된다. 예를 들어, 조리개는 제2렌즈와 제3렌즈 사이에 배치될 수 있다.

촬상 광학계는 아래의 조건식을 만족할 수 있다.

[조건식] 0.4 < D4/D1 < 0.7

상기 조건식에서 D1은 상기 제1렌즈의 광축 중심에서의 두께이고, D4는 상기 제2렌즈의 상 측면으로부터 상기 제3렌즈의 물체 측면까지의 광축 거리이다.

다음에서는 도 1을 참조하여 일 실시 예에 따른 촬상 광학계를 구체적으로 설명한다.

촬상 광학계(100)는 제1렌즈(110), 제2렌즈(120), 제3렌즈(130)를 포함한다.

제1렌즈(110)는 정의 굴절력을 가지며, 양면이 볼록한 형상이다. 제1렌즈(110)는 1.60 미만의 굴절률을 가지며, 50 이상의 아베수를 갖는다. 제1렌즈(110)는 제작이 용이하도록 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.

제1렌즈(110)는 2.0 ~ 4.0 범위의 초점거리를 갖는다. 예를 들어, 본 실시 예에서 제1렌즈(110)의 초점거리는 2.706 ㎜이다. 제1렌즈(110)는 촬상 광학계(100)에서 가장 두꺼운 렌즈일 수 있다. 예를 들어, 제1렌즈(110)의 물체 측면으로부터 제1렌즈(110)의 상 측면까지의 거리(D1)는 제2렌즈(120)의 물체 측면으로부터 제2렌즈(120)의 상 측면까지의 거리(D3) 및 제3렌즈(130)의 물체 측면으로부터 제3렌즈(130)의 상 측면까지의 거리(D5)보다 크다.

제2렌즈(120)는 부의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 오목하고 상 측면이 볼록한 형상이다. 제2렌즈(120)는 1.65 이상의 굴절률을 가지며, 30 미만의 아베수를 갖는다. 제2렌즈(120)는 제작이 용이하도록 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.

제2렌즈(120)는 -20 ~ -10 범위의 초점거리를 갖는다. 예를 들어, 본 실시 예에서 제2렌즈(120)의 초점거리는 -14.17 ㎜이다. 제2렌즈(120)는 촬상 광학계(100)에서 가장 얇은 렌즈일 수 있다. 예를 들어, 제2렌즈(120)의 물체 측면으로부터 제2렌즈(120)의 상 측면까지의 거리(D3)는 제1렌즈(110)의 물체 측면으로부터 제1렌즈(110)의 상 측면까지의 거리(D1) 및 제3렌즈(130)의 물체 측면으로부터 제3렌즈(130)의 상 측면까지의 거리(D5)보다 작다.

제3렌즈(130)는 부의 굴절력을 가지며, 양면이 오목한 형상이다. 제3렌즈(130)는 1.60 미만의 굴절률을 가지며, 50 이상의 아베수를 갖는다. 제3렌즈(130)는 제작이 용이하도록 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다. 제3렌즈(130)는 제1렌즈(110)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다.

제3렌즈(120)는 -3.0 ~ -1.0 범위의 초점거리를 갖는다. 예를 들어, 본 실시 예에서 제3렌즈(130)의 초점거리는 -1.649 ㎜이다.

촬상 광학계(100)는 필터(140), 이미지 센서(150), 조리개(160)를 더 포함한다. 필터(140)는 제3렌즈(130)와 이미지 센서(150) 사이에 배치되고, 조리개(160)는 제2렌즈(120)와 제3렌즈(130) 사이에 배치된다.

본 실시 예에 따른 촬상 광학계(100)의 렌즈 특성은 표 1과 같다.

촬상 광학계의 전체 초점거리(f)는 4.0~6.0 범위에서 결정될 수 있다. 예를 들어, 본 실시 예에 따른 촬상 광학계의 전체 초점거리(f)는 4.5 ㎜이다. 촬상 광학계의 전체 길이(TL)는 6.0 ㎜미만일 수 있다. 예를 들어, 본 실시 예에 따른 촬상 광학계의 전체 길이(TL)는 5.905 ㎜이다.

본 발명에 따른 촬상 광학계는 품질기준을 만족하는 횡수차를 나타낸다. 예를 들어, 본 실시 예에 따른 촬상 광학계의 횡수차는 도 2에 도시된 바와 같이 1.6 ㎛ 범위를 벗어나지 않는다.

본 발명에 따른 촬상 광학계는 품질기준을 만족하는 왜곡수차를 나타낸다. 예를 들어, 본 실시 예에 따른 촬상 광학계의 왜곡수차는 도 3에 도시된 바와 같이 3.6% 범위를 벗어나지 않는다.

본 발명에 따른 촬상 광학계는 품질기준을 만족하는 주변 광량비를 나타낸다. 예를 들어, 본 실시 예에 따른 촬상 광학계의 주변 광량비는 도 4에 도시된 바와 같이 일반기준인 30 %를 상회하는 약 40 %이다.

본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다. 예를 들어, 전술된 실시형태에 기재된 다양한 특징사항은 그와 반대되는 설명이 명시적으로 기재되지 않는 한 다른 실시형태에 결합하여 적용될 수 있다.

100 촬상 광학계
110 제1렌즈
120 제2렌즈
130 제3렌즈
140 필터
150 이미지 센서
160 조리개

Claims

정의 굴절력을 갖는 제1렌즈;
부의 굴절력을 갖는 제2렌즈; 및
부의 굴절력을 갖는 제3렌즈;
를 포함하고,
Fno가 1.7 이하인 촬상 광학계.
제1항에 있어서,
상기 제1렌즈는 물체 측면이 볼록한 형상인 촬상 광학계.
제1항에 있어서,
상기 제1렌즈는 상 측면이 볼록한 형상인 촬상 광학계.
제1항에 있어서,
상기 제2렌즈는 물체 측면이 오목한 형상인 촬상 광학계.
제1항에 있어서,
상기 제2렌즈는 상 측면이 볼록한 형상인 촬상 광학계.
제1항에 있어서,
상기 제3렌즈는 물체 측면이 오목한 형상인 촬상 광학계.
제1항에 있어서,
상기 제3렌즈는 상 측면이 오목한 형상인 촬상 광학계.
제1항에 있어서,
상기 제2렌즈는 상기 제1렌즈의 상 측면과 접촉하도록 배치되는 촬상 광학계.
제1항에 있어서,
상기 제1렌즈의 물체 측면으로부터 상면까지의 거리는 6.0 ㎜ 이하인 촬상 광학계.
제1항에 있어서,
상기 제2렌즈와 상기 제3렌즈 사이에 배치되는 조리개를 포함하는 촬상 광학계.
제1항에 있어서,
제2렌즈의 굴절률은 상기 제1렌즈의 굴절률 및 상기 제3렌즈의 굴절률보다 큰 촬상 광학계.
제1항에 있어서,
상기 제1렌즈의 아베수 및 상기 제3렌즈의 아베수는 50 이상인 촬상 광학계.
제1항에 있어서,
상기 제1렌즈 내지 상기 제3렌즈는 플라스틱 재질로 이루어지는 촬상 광학계.
제1항에 있어서,
상기 제1렌즈 내지 상기 제3렌즈 중 한 쌍은 동일한 재질로 이루어지는 촬상 광학계.
제1항에 있어서,
하기 조건식을 만족하는 촬상 광학계.
[조건식] 0.4 < D4/D1 < 0.7
(상기 조건식에서 D1은 상기 제1렌즈의 광축 중심에서의 두께이고, D4는 상기 제2렌즈의 상 측면으로부터 상기 제3렌즈의 물체 측면까지의 광축 거리이다)