KR20190065594A - 촬상 광학계 - Google Patents

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KR20190065594A
KR20190065594A KR1020170164905A KR20170164905A KR20190065594A KR 20190065594 A KR20190065594 A KR 20190065594A KR 1020170164905 A KR1020170164905 A KR 1020170164905A KR 20170164905 A KR20170164905 A KR 20170164905A KR 20190065594 A KR20190065594 A KR 20190065594A
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Abstract

본 발명의 촬상 광학계는 굴절력을 갖는 제1렌즈; 굴절력을 갖는 제2렌즈; 물체 측면이 볼록하고 상 측면에 변곡점이 형성되는 제3렌즈; 굴절력을 갖는 제4렌즈; 물체 측면이 볼록한 형상인 제5렌즈; 및 굴절력을 가지며, 상 측면에 변곡점이 형성되는 제6렌즈;를 포함한다.

Description

촬상 광학계{Optical Imaging System}
본 발명은 6매 렌즈로 구성된 망원용 촬상 광학계에 관한 것이다.
소형 카메라는 휴대용 단말기에 장착될 수 있다. 예를 들어, 소형 카메라는 휴대용 전화기 등과 같이 박형화된 장치에도 장착될 수 있다. 이러한 소형 카메라는 박형화가 가능하도록 적은 매수의 렌즈로 구성된 촬상 광학계를 포함한다. 예를 들어, 소형 카메라의 촬상 광학계는 4매 이하의 렌즈로 구성된다. 그러나 이러한 촬상 광학계는 높은 F No.를 가지므로 고성능의 소형 카메라에 적용하기 어렵다.
KR 2017-0108669 A KR 2017-0090172 A US 2017-0235102 A1
본 발명은 고성능의 소형 카메라에 적용할 수 있는 촬상 광학계를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 촬상 광학계는 굴절력을 갖는 제1렌즈; 굴절력을 갖는 제2렌즈; 물체 측면이 볼록하고 상 측면에 변곡점이 형성되는 제3렌즈; 굴절력을 갖는 제4렌즈; 물체 측면이 볼록한 형상인 제5렌즈; 및 굴절력을 가지며, 상 측면에 변곡점이 형성되는 제6렌즈;를 포함한다.
본 발명은 고성능의 소형 카메라에 적합한 촬상 광학계를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성도
도 2는 도 1에 도시된 촬상 광학계의 수차 곡선을 나타낸 그래프
도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성도
도 4는 도 3에 도시된 촬상 광학계의 수차 곡선을 나타낸 그래프
도 5은 본 발명의 제3실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성도
도 6은 도 5에 도시된 촬상 광학계의 수차 곡선을 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.
아울러, 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.
아울러, 본 명세서에서 제1렌즈는 물체(또는 피사체)와 가장 가까운 렌즈를 의미하고, 제7렌즈는 상면(또는 이미지 센서)과 가장 가까운 렌즈를 의미한다. 본 명세서에서 렌즈의 곡률 반지름(Radius), 두께(Thickness), TTL, IMG HT(상면의 대각길이의 1/2), 초점거리의 단위는 모두 ㎜ 단위이다. 아울러, 렌즈의 두께, 렌즈 간의 간격, TTL은 렌즈의 광축을 기준으로 산출된 거리이다. 아울러, 렌즈의 형상에 대한 설명에서 일면이 볼록한 형상이라는 의미는 해당 면의 광축 부분이 볼록하다는 의미이고, 일면이 오목한 형상이라는 의미는 해당 면의 광축 부분이 오목하다는 의미이다. 따라서, 렌즈의 일면이 볼록한 형상이라고 설명되어도, 렌즈의 가장자리 부분은 오목할 수 있다. 마찬가지로, 렌즈의 일면이 오목한 형상이라고 설명되어도, 렌즈의 가장자리 부분은 볼록할 수 있다.
촬상 광학계는 6매의 렌즈를 포함한다. 예를 들어, 촬상 광학계는 물체 측으로부터 순차적으로 배치되는 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈, 제4렌즈, 제5렌즈, 제6렌즈를 포함할 수 있다. 제1렌즈 내지 제6렌즈는 공기간격을 두고 배치된다. 예를 들어, 이웃한 렌즈들의 상 측면 및 물체 측면은 접촉하지 않는다.
제1렌즈는 굴절력을 가진다. 예를 들어, 제1렌즈는 정의 굴절력을 가진다. 제1렌즈는 일이 볼록한 형상이다. 예를 들어, 제1렌즈는 물체 측면이 볼록한 형상이다. 제1렌즈에는 변곡점이 형성된다. 예를 들어, 제1렌즈의 상 측면에는 하나 이상의 변곡점이 형성된다.
제1렌즈는 비구면을 포함한다. 예를 들어, 제1렌즈는 양면이 모두 비구면일 수 있다. 제1렌즈는 광 투과율이 높고 가공성이 우수한 재질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제1렌즈는 플라스틱 재질로 제작될 수 있다. 그러나 제1렌즈의 재질이 플라스틱 재질로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1렌즈는 유리 재질로 제작될 수 있다. 제1렌즈는 낮은 굴절률을 갖는다. 예를 들어, 제1렌즈의 굴절률은 1.6 미만일 수 있다.
제2렌즈는 굴절력을 가진다. 예를 들어, 제2렌즈는 부의 굴절력을 가진다. 제2렌즈는 일면이 볼록한 형상이다. 예를 들어, 제2렌즈는 물체 측면이 볼록한 형상일 수 있다.
제2렌즈는 비구면을 포함한다. 예를 들어, 제2렌즈는 물체 측면이 비구면일 수 있다. 제2렌즈는 광 투과율이 높고 가공성이 우수한 재질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제2렌즈는 플라스틱 재질로 제작될 수 있다. 그러나 제2렌즈의 재질이 플라스틱으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2렌즈는 유리 재질로 제작될 수도 있다. 제2렌즈는 제1렌즈보다 높은 굴절률을 갖는다. 예를 들어, 제2렌즈의 굴절률은 1.65 이상일 수 있다.
제3렌즈는 굴절력을 가진다. 예를 들어, 제3렌즈는 정의 굴절력을 가질 수 있다. 제3렌즈는 일면이 볼록한 형상이다. 예를 들어, 제3렌즈는 물체 측면이 볼록한 형상일 수 있다. 제3렌즈에는 변곡점이 형성된다. 예를 들어, 제3렌즈의 상 측면에는 하나 이상의 변곡점이 형성된다.
제3렌즈는 비구면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3렌즈의 양면은 비구면일 수 있다. 제3렌즈는 광 투과율이 높고 가공성이 우수한 재질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제3렌즈는 플라스틱 재질로 제작될 수 있다. 그러나 제3렌즈의 재질이 플라스틱으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제3렌즈는 유리 재질로 제작될 수 있다. 제3렌즈는 제2렌즈보다 낮은 굴절률을 갖는다. 예를 들어, 제3렌즈의 굴절률은 1.6 미만일 수 있다.
제4렌즈는 굴절력을 가진다. 예를 들어, 제4렌즈는 부의 굴절력을 가진다. 제4렌즈는 일면이 오목한 형상이다. 예를 들어, 제4렌즈는 상 측면이 오목한 형상일 수 있다.
제4렌즈는 비구면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제4렌즈의 물체 측면은 구면이고 상 측면은 비구면일 수 있다. 제4렌즈는 광 투과율이 높고 가공성이 우수한 재질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제4렌즈는 플라스틱 재질로 제작될 수 있다. 그러나 제4렌즈의 재질이 플라스틱으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제4렌즈는 유리 재질로 제작될 수 있다. 제4렌즈는 제3렌즈보다 높은 굴절률을 갖는다. 예를 들어, 제4렌즈의 굴절률은 1.6 이상일 수 있다.
제5렌즈는 굴절력을 가진다. 예를 들어, 제5렌즈는 부의 굴절력을 가질 수 있다. 제5렌즈는 일 면이 볼록한 형상이다. 예를 들어, 제5렌즈는 물체 측면이 볼록한 형상일 수 있다. 제5렌즈는 변곡점을 갖는 형상이다. 예를 들어, 제5렌즈의 물체 측면 및 상 측면 중 적어도 일면에는 변곡점이 형성될 수 있다.
제5렌즈는 비구면을 포함한다. 예를 들어, 제5렌즈는 양면이 모두 비구면일 수 있다. 제5렌즈는 광 투과율이 높고 가공성이 우수한 재질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제5렌즈는 플라스틱 재질로 제작될 수 있다. 그러나 제5렌즈의 재질이 플라스틱으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제5렌즈는 유리 재질로 제작될 수 있다. 제5렌즈는 제4렌즈와 대체로 유사한 굴절률을 갖는다. 예를 들어, 제5렌즈의 굴절률은 1.6 이상일 수 있다.
제6렌즈는 굴절력을 가진다. 예를 들어, 제6렌즈는 정의 굴절력을 가진다. 제6렌즈는 일면이 오목한 형상일 수 있다. 예를 들어, 제6렌즈는 상 측면이 오목한 형상일 수 있다. 제6렌즈는 변곡점을 갖는 형상이다. 예를 들어, 제6렌즈의 물체 측면 및 상 측면 중 적어도 일면에는 변곡점이 형성될 수 있다.
제6렌즈는 비구면을 포함한다. 예를 들어, 제6렌즈는 양면이 모두 비구면일 수 있다. 제6렌즈는 광 투과율이 높고 가공성이 우수한 재질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제6렌즈는 플라스틱 재질로 제작될 수 있다. 그러나 제6렌즈의 재질이 플라스틱으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제6렌즈는 유리 재질로 제작될 수 있다. 제6렌즈는 제5렌즈보다 높은 굴절률을 갖는다. 예를 들어, 제6렌즈의 굴절률은 1.6 미만일 수 있다.
제1렌즈 내지 제6렌즈의 비구면은 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서 c는 해당 렌즈의 곡률 반지름의 역수이고, k는 코닉 상수이고, r은 비구면 상의 임의의 점으로부터 광축까지의 거리이고, A ~ J는 비구면 상수이고, Z(또는 SAG)는 비구면 상의 임의의 점으로부터 해당 비구면의 정점까지의 광축 방향으로의 높이이다.
촬상 광학계는 필터, 이미지 센서, 조리개를 더 포함한다.
필터는 제6렌즈와 이미지 센서 사이에 배치된다. 필터는 일부 파장의 빛을 차단할 수 있다. 예를 들어, 필터는 적외선 파장의 빛을 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 제1렌즈와 제2렌즈 사이에 배치될 수 있다.
촬상 광학계는 아래의 조건식들을 만족할 수 있다.
[조건식 1] F No. < 2.0
[조건식 2] 80 < FOV
[조건식 3] TTL/f < 1.2
[조건식 4] f1/f < 1.0
[조건식 5] 4.0 < D34/D12
[조건식 6] 1.0 < D34/D23
[조건식 7] 0.8 < D34/D45 <1.0
[조건식 8] 6.0 < |R7/R8|
[조건식 9] 20 < f6/f1
상기 조건식에서 TTL은 제1렌즈의 물체 측면으로부터 상면까지의 거리이고, f는 촬상 광학계의 전체 초점거리이고, D12는 제1렌즈의 상 측면으로부터 제2렌즈의 물체 측면까지의 거리이고, D23은 제2렌즈의 상 측면으로부터 제3렌즈의 물체 측면까지의 거리이고, D34는 제3렌즈의 상 측면으로부터 제4렌즈의 물체 측면까지의 거리이고, D45는 제4렌즈의 상 측면으로부터 제5렌즈의 물체 측면까지의 거리이고, R7은 제4렌즈의 물체 측면의 곡률 반지름이고, R8은 제4렌즈의 상 측면의 곡률 반지름이고, f1은 제1렌즈의 초점거리이고, f6은 제6렌즈의 초점거리이다.
다음에서는 여러 실시 예에 따른 촬상 광학계를 설명한다.
도 1을 참조하여 제1실시 예에 따른 촬상 광학계를 설명한다.
촬상 광학계(100)는 제1렌즈(110), 제2렌즈(120), 제3렌즈(130), 제4렌즈(140), 제5렌즈(150), 제6렌즈(160)를 포함한다.
제1렌즈(110)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제1렌즈(110)의 상 측면에는 변곡점이 형성된다. 제2렌즈(120)는 부의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제3렌즈(130)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제3렌즈(130)의 상 측면에는 변곡점이 형성된다. 제4렌즈(140)는 부의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제5렌즈(150)는 부의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제5렌즈(150)의 양면에는 변곡점이 형성된다. 제6렌즈(160)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제6렌즈(160)의 양면에는 변곡점이 형성된다.
촬상 광학계(100)는 필터(170), 이미지 센서(180), 조리개(ST)를 더 포함한다. 필터(170)는 제6렌즈(160)와 이미지 센서(180) 사이에 배치되고, 조리개(ST)는 제1렌즈(110)와 제2렌즈(120) 사이에 배치된다.
위와 같이 구성된 촬상 광학계는 도 2에 도시된 바와 같은 수차 특성을 나타낸다. 본 실시 예에 따른 촬상 광학계의 렌즈 특성 및 비구면 값은 표 1 및 표 2와 같다.
Figure pat00002
Figure pat00003
도 3을 참조하여 제2실시 예에 따른 촬상 광학계를 설명한다.
촬상 광학계(200)는 제1렌즈(210), 제2렌즈(220), 제3렌즈(230), 제4렌즈(240), 제5렌즈(250), 제6렌즈(260)를 포함한다.
제1렌즈(210)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제1렌즈(210)의 상 측면에는 변곡점이 형성된다. 제2렌즈(220)는 부의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제3렌즈(230)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제3렌즈(230)의 상 측면에는 변곡점이 형성된다. 제4렌즈(240)는 부의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 오목하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제5렌즈(250)는 부의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제5렌즈(250)의 양면에는 변곡점이 형성된다. 제6렌즈(260)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제6렌즈(260)의 양면에는 변곡점이 형성된다.
촬상 광학계(200)는 필터(270), 이미지 센서(280), 조리개(ST)를 더 포함한다. 필터(270)는 제6렌즈(260)와 이미지 센서(280) 사이에 배치되고, 조리개(ST)는 제1렌즈(210)와 제2렌즈(220) 사이에 배치된다.
위와 같이 구성된 촬상 광학계는 도 4에 도시된 바와 같은 수차 특성을 나타낸다. 본 실시 예에 따른 촬상 광학계의 렌즈 특성 및 비구면 값은 표 3 및 표 4와 같다.
Figure pat00004
Figure pat00005
도 5을 참조하여 제3실시 예에 따른 촬상 광학계를 설명한다.
촬상 광학계(300)는 제1렌즈(310), 제2렌즈(320), 제3렌즈(330), 제4렌즈(340), 제5렌즈(350), 제6렌즈(360)를 포함한다.
제1렌즈(310)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제1렌즈(310)의 상 측면에는 변곡점이 형성된다. 제2렌즈(320)는 부의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제3렌즈(330)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제3렌즈(330)의 상 측면에는 변곡점이 형성된다. 제4렌즈(340)는 부의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 오목하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제5렌즈(350)는 부의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제5렌즈(350)의 양면에는 변곡점이 형성된다. 제6렌즈(360)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제6렌즈(360)의 양면에는 변곡점이 형성된다.
촬상 광학계(300)는 필터(370), 이미지 센서(380), 조리개(ST)를 더 포함한다. 필터(370)는 제6렌즈(360)와 이미지 센서(380) 사이에 배치되고, 조리개(ST)는 제1렌즈(310)와 제2렌즈(320) 사이에 배치된다.
위와 같이 구성된 촬상 광학계는 도 6에 도시된 바와 같은 수차 특성을 나타낸다. 본 실시 예에 따른 촬상 광학계의 렌즈 특성 및 비구면 값은 표 5 및 표 6과 같다.
Figure pat00006
Figure pat00007
표 7은 제1실시 예 내지 제3실시 예에 따른 촬상 광학계의 조건식 값을 나타낸다.
Figure pat00008
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.
100, 200, 300, 400 촬상 광학계
110, 210, 310, 410 제1렌즈
120, 220, 320, 420 제2렌즈
130, 230, 330, 430 제3렌즈
140, 240, 340, 440 제4렌즈
150, 250, 350, 450 제5렌즈
160, 260, 360, 460 제6렌즈
170, 270, 370, 470 (적외선 차단) 필터
180, 280, 380, 480 이미지 센서 또는 상면

Claims (16)

  1. 물체 측으로부터 순차적으로 배치되는,
    굴절력을 갖는 제1렌즈;
    굴절력을 갖는 제2렌즈;
    물체 측면이 볼록하고 상 측면에 변곡점이 형성되는 제3렌즈;
    굴절력을 갖는 제4렌즈;
    물체 측면이 볼록한 형상인 제5렌즈; 및
    굴절력을 가지며, 상 측면에 변곡점이 형성되는 제6렌즈;
    를 포함하는 촬상 광학계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1렌즈는 상 측면에 변곡점이 형성되는 형상인 촬상 광학계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2렌즈는 상기 제1렌즈와 다른 부호의 굴절력을 갖는 촬상 광학계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3렌즈는 상 측면이 오목한 형상인 촬상 광학계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제4렌즈는 부의 굴절력을 갖는 촬상 광학계.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제5렌즈는 부의 굴절력을 갖는 촬상 광학계.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제5렌즈는 상 측면이 오목한 형상인 촬상 광학계.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제6렌즈는 정의 굴절력을 갖는 촬상 광학계.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제6렌즈는 상 측면이 오목한 형상인 촬상 광학계.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈 사이에 배치되는 조리개를 포함하는 촬상 광학계.
  11. 물체 측으로부터 순차적으로 배치되는,
    굴절력을 가지며, 상 측면에 변곡점이 형성되는 제1렌즈;
    굴절력을 갖는 제2렌즈;
    굴절력을 갖는 제3렌즈;
    굴절력을 갖는 제4렌즈;
    물체 측면이 볼록한 형상인 제5렌즈; 및
    굴절력을 가지며, 상 측면에 변곡점이 형성되는 제6렌즈;
    를 포함하는 촬상 광학계.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제3렌즈는 상 측면에 변곡점이 형성되는 형상인 촬상 광학계.
  13. 제11항에 있어서,
    F No.가 2.0 이하인 촬상 광학계.
  14. 제11항에 있어서,
    전체 화각(FOV)이 80도 이상인 촬상 광학계.
  15. 제11항에 있어서,
    하기 조건식을 만족하는 촬상 광학계.
    [조건식] TTL/f < 1.2
    (상기 조건식에서 TTL은 상기 제1렌즈의 물체 측면으로부터 상면까지의 거리이고, f는 촬상 광학계의 전체 초점거리이다)
  16. 제11항에 있어서,
    하기 조건식을 만족하는 촬상 광학계.
    [조건식] f1/f < 1.0
    (상기 조건식에서 f는 촬상 광학계의 전체 초점거리이고, f1은 상기 제1렌즈의 초점거리이다)
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