KR20190088715A - 소형 망원 광학계 - Google Patents

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KR20190088715A
KR20190088715A KR1020180007143A KR20180007143A KR20190088715A KR 20190088715 A KR20190088715 A KR 20190088715A KR 1020180007143 A KR1020180007143 A KR 1020180007143A KR 20180007143 A KR20180007143 A KR 20180007143A KR 20190088715 A KR20190088715 A KR 20190088715A
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Abstract

본 발명은 디지털 촬영기기에서 광학계의 사이즈를 소형화시키고, 광학계의 성능을 향상시킬 수 있는 소형 망원 광학계에 관한 것이다.
이를 위해 소형 망원 광학계는 광축을 따라 물체 측으로부터 상면 측으로 제1렌즈와, 제2렌즈와, 제3렌즈와, 제4렌즈와, 제5렌즈가 차례로 배열되며, 제1렌즈와 제2렌즈는 물체 측으로 볼록한 매니스커스 형상을 갖고, 제3렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 제4렌즈와 제5렌즈는 상면 측으로 볼록한 매니스커스 형상을 갖고, 0.5 < ㅣF1/Fㅣ < 1.5 인 관계식이 성립된다. 여기서, F1은 상기 제1렌즈의 초점거리라 하고, F는 광학계 전체의 초점거리라 한다.

Description

소형 망원 광학계{SMALL TELEPHOTO OPTICAL SYSTEM}
본 발명은 소형 망원 광학계에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 디지털 촬영기기에서 광학계의 사이즈를 소형화시키고, 광학계의 성능을 향상시킬 수 있는 소형 망원 광학계에 관한 것이다.
최근 스마트폰이나 디지털 카메라 등 디지털 촬영기기의 사용이 대중화되었고, 제품 시장에서 제조업체 간의 경쟁이 치열해지고 있다. 일예로, 디지털 카메라 모듈들은 다양한 호스트 장치 내에 통합되고 있다. 호스트 장치들은 휴대전화, 컴퓨터 등을 포함한다.
그리고 호스트 장치 내에서 디지털 카메라 모듈에 소비자 수요는 계속해서 성장하는 추세이고, 특히, 휴대전화의 디지털 카메라 모듈은 더욱 성장하여 고성능의 소형 카메라를 요구하고 있다.
일예로, 휴대용 단말기의 카메라는 렌즈모듈과 촬상소자를 포함한다. 여기서, 렌즈모듈은 다수의 렌즈를 포함하고, 피사체의 상을 촬상소자로 투과시키는 광학계를 구성한다. 그리고 촬상소자는 CCD(Charged Coupled Device)형 이미지 센서나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)형 이미지 센서 등의 소자가 사용된다.
휴대용 단말기의 크기와 카메라의 크기가 점차 작아짐에 따라 전장의 길이와 초점거리가 긴 망원 렌즈의 사이즈 축소가 필요하고, 고해상도를 구현할 수 있으며, 낮은 F number를 갖는 렌즈모듈의 개발이 필요해지고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0137022호 (발명의 명칭 : 촬상 광학계, 2017. 12. 12. 공개)
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 디지털 촬영기기에서 광학계의 사이즈를 소형화시키고, 광학계의 성능을 향상시킬 수 있는 소형 망원 광학계를 제공함에 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 소형 망원 광학계는 광축을 따라 물체 측으로부터 상면 측으로 제1렌즈와, 제2렌즈와, 제3렌즈와, 제4렌즈와, 제5렌즈가 차례로 배열되며, 상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈는 상기 물체 측으로 볼록한 매니스커스 형상을 갖고, 상기 제3렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제4렌즈와 상기 제5렌즈는 상기 상면 측으로 볼록한 매니스커스 형상을 갖고, 0.5 < ㅣF1/Fㅣ < 1.5 인 관계식이 성립된다. 이때, F1은 상기 제1렌즈의 초점거리라 하고, F는 광학계 전체의 초점거리라 한다.
여기서, F > TL/2 인 관계식이 추가로 성립된다. 이때, TL은 광학계 전장이라 한다.
여기서, ㅣR1/R2ㅣ< 1.0 인 관계식이 추가로 성립된다. 이때, R1은 상기 제1렌즈의 입사면에 형성된 제1입사부의 곡률반경이라 하고, R2는 상기 제1렌즈의 출사면에 형성된 제1출사부의 곡률반경이라 한다.
여기서, TL/F > 0.8 인 관계식이 추가로 성립된다.
본 발명에 따른 소형 망원 광학계는 상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈 사이에 배치되어 상기 상면에 입사되는 빛의 광량을 조절하는 조리개;를 더 포함한다.
본 발명에 따른 소형 망원 광학계는 상기 제1렌즈의 입사면에서 이격 배치되고, 상기 물체 측으로부터 전달되는 빛을 상기 제1렌즈의 입사면으로 유도하는 프리즘;을 더 포함한다.
여기서, 상기 제1렌즈 내지 상기 제5렌즈의 입사면과 출사면은 각각 비구면으로 이루어진다.
여기서, 상기 제1렌즈의 입사면과, 상기 제2렌즈의 입사면과, 상기 제3렌즈의 출사면은 상기 상면 측을 기준으로 양의 곡률반경을 나타내고, 상기 제3렌즈의 입사면과, 상기 제4렌즈의 입사면과, 상기 제5렌즈의 입사면은 상기 상면 측을 기준으로 음의 곡률반경을 나타낸다.
본 발명에 따른 소형 망원 광학계에 따르면, 렌즈의 굴절력, 형태 등의 적절한 설계를 통해 디지털 촬영기기에서 광학계의 사이즈를 소형화시키고, 광학계의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 렌즈의 굴절력, 형태 등의 적절한 설계를 통해 소형 경량화를 구현하고, 왜곡 수차가 보정되며, 고해상도의 밝은 화상을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 소형 망원 광학계를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에서 렌즈들의 배치 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 소형 망원 광학계의 수차도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 소형 망원 광학계에서 렌즈들의 배치 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 소형 망원 광학계의 수차도를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 소형 망원 광학계에서 렌즈들의 배치 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 소형 망원 광학계의 수차도를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 소형 망원 광학계의 일 실시예를 설명한다. 이때, 본 발명은 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위해 생략될 수 있다.
이하의 설명에서, 상면(IMG)은 상이 맺히는 면을 나타내는 것으로, 상면(IMG) 측은 이미지센서 등과 같은 촬상소자 등의 위치를 나타낼 수 있다. 또한, 각 렌즈의 두 양면 중 물체(OBJ) 측에 있는 렌즈면을 입사면으로, 상면(IMG) 측에 있는 렌즈면을 출사면으로 정의한다.
본 발명의 소형 망원 광학계에서 렌즈모듈을 기준으로 물체(OBJ) 측과 상면(IMG) 측은 서로 반대 방향을 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명의 소형 망원 광학계에서 프리즘(P)의 설치에 따라 광축(OA)이 꺽이므로, 물체(OBJ) 측은 프리즘(P)과 마주보는 방향을 나타낼 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 소형 망원 광학계(100)는 물체(OBJ) 측으로부터 상면(IMG) 측으로 배열된 렌즈모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 렌즈모듈은 제1렌즈(110)와, 제2렌즈(120)와, 제3렌즈(130)와, 제4렌즈(140)와, 제5렌즈(150)를 포함할 수 있다. 또한, 렌즈모듈은 광학필터(OF)를 더 포함할 수 있고, 조리개(미도시)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에서 상면(IMG)은 평면형으로 이루어진다. 다른 표현으로, 촬상소자의 상면(IMG)은 광축(OA)에 수직인 평면으로 이루어진다.
본 발명의 제1실시예에서 물체(OBJ)는 구면 또는 비구면으로 이루어질 수 있다.
제1렌즈(110)는 물체(OBJ) 측으로 볼록한 매니스커스 형상을 갖는다. 제1렌즈(110)의 입사면에는 물체(OBJ) 측을 기준으로 볼록한 제1입사부(111)를 형성한다. 제1렌즈(110)의 출사면에는 상면(IMG) 측을 기준으로 오목한 제1출사부(112)를 형성한다.
이때, 상면(IMG) 측을 기준으로 제1입사부(111)의 곡률반경은 제1출사부(112)의 곡률반경보다 작게 형성되어 볼록렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 제1렌즈(110)는 양의 굴절력을 갖는다.
제1입사부(111)와 제1출사부(112)는 모두 비구면으로 이루어질 수 있다.
제1입사부(111)의 직경은 제1출사부(112)의 직경과 실질적으로 동일하게 형성되어 제1입사부(111)에 입사되는 빛이 모두 제1출사부(112)를 통해 출사되도록 하고, 광학계(100)의 소형화에 기여할 수 있다.
제2렌즈(120)는 물체(OBJ) 측으로 볼록한 매니스커스 형상을 갖는다. 제2렌즈(120)의 입사면에는 물체(OBJ) 측을 기준으로 볼록한 제2입사부(121)를 형성한다. 제2렌즈(120)의 출사면에는 상면(IMG) 측을 기준으로 오목한 제2출사부(122)를 형성한다.
이때, 상면(IMG) 측을 기준으로 제2입사부(121)의 곡률반경은 제2출사부(122)의 곡률반경보다 작게 형성되어 볼록렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 제2출사부(122)는 실질적으로 평면이거나 상면(IMG) 측을 기준으로 볼록한 형상을 나타내어 볼록렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 제2렌즈(120)는 양의 굴절력을 갖는다.
제2입사부(121)와 제2출사부(122)는 모두 비구면으로 이루어질 수 있다.
제2렌즈(120)의 직경은 제1렌즈(110)의 직경보다 작게 형성되어 제1출사부(112)를 통해 전달되는 빛이 제2입사부(121)에서 모두 입사되도록 하고, 광학계(100)의 소형화에 기여할 수 있다.
제2입사부(121)의 직경은 제2출사부(122)의 직경과 실질적으로 동일하게 형성되어 제2입사부(121)에 입사되는 빛이 모두 제2출사부(122)를 통해 출사되도록 하고, 광학계(100)의 소형화에 기여할 수 있다.
제3렌즈(130)는 음의 굴절력을 갖는다. 제3렌즈(130)의 입사면에는 물체(OBJ) 측을 기준으로 오목한 제3입사부(131)를 형성한다. 제3렌즈(130)의 출사면에는 상면(IMG) 측을 기준으로 오목한 제3출사부(132)를 형성한다. 또한, 제3렌즈(130)의 출사면에는 제3출사부(132)의 가장자리를 나타내는 제1경계(134)에서 연장되는 제1지지부(133)를 형성함으로써, 제3입사부(131)를 통해 입사된 빛의 누설을 방지할 수 있다. 제1지지부(133)는 광축(OA)에 수직인 면에 대응하여 평면 형태를 나타낼 수 있다.
이때, 상면(IMG) 측을 기준으로 제3입사부(131)의 곡률반경은 음수이고, 제3출사부(132)의 곡률반경은 양수를 나타내어 오목렌즈의 역할을 수행할 수 있다.
제3입사부(131)와 제3출사부(132)는 모두 비구면으로 이루어질 수 있다.
제3렌즈(130)의 직경은 제2렌즈(120)의 직경보다 작게 형성되어 제2출사부(122)를 통해 전달되는 빛이 제3입사부(131)에 모두 입사되도록 하고, 광학계(100)의 소형화에 기여할 수 있다.
제3입사부(131)의 직경은 제1지지부(133)에 의해 제3출사부(132)의 직경보다 크게 형성되어 제3입사부(131)에 입사되는 빛이 모두 제3출사부(132)를 통해 출사되도록 하고, 광학계(100)의 소형화에 기여할 수 있다.
제4렌즈(140)는 상면(IMG) 측으로 볼록한 매니스커스 형상을 갖는다. 제4렌즈(140)의 입사면에는 물체(OBJ) 측을 기준으로 오목한 제4입사부(141)를 형성한다. 또한, 제4렌즈(140)의 입사면에는 제4입사부(141)의 가장자리를 나타내는 제2경계(143)에서 연장되는 제2지지부(142)를 형성함으로써, 제3출사부(132)에서 전달되는 빛의 누설을 방지할 수 있다. 제4렌즈(140)의 출사면에는 상면(IMG) 측을 기준으로 볼록한 제4출사부(144)를 형성한다. 제2지지부(142)는 광축(OA)에 수직인 면에 대응하여 평면 형태를 나타낼 수 있다.
이때, 상면(IMG) 측을 기준으로 제4입사부(141)의 곡률반경과 제4출사부(144)의 곡률반경이 음수이고, 제4입사부(141)의 곡률반경은 제4출사부(144)의 곡률반경보다 작게 형성되어 볼록렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 다른 표현으로, 물체(OBJ) 측을 기준으로 제4입사부(141)의 곡률반경은 제4출사부(144)의 곡률반경보다 크게 형성되어 볼록렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 제4렌즈(140)는 양의 굴절력을 갖는다.
제4입사부(141)와 제4출사부(144)는 모두 비구면으로 이루어질 수 있다.
제4렌즈(140)의 직경은 제3렌즈(130)의 직경보다 크게 형성되어 제3출사부(132)를 통해 전달되는 빛이 제4입사부(141)에 모두 입사되도록 하고, 광학계(100)의 소형화에 기여할 수 있다.
제4입사부(141)의 직경은 제2지지부(142)에 의해 제4출사부(144)의 직경보다 작게 형성되어 제4입사부(141)에 입사되는 빛이 모두 제4출사부(144)를 통해 출사되도록 하고, 광학계(100)의 소형화에 기여할 수 있다.
제5렌즈(150)는 상면(IMG) 측으로 볼록한 매니스커스 형상을 갖는다. 제5렌즈(150)의 입사면에는 물체(OBJ) 측을 기준으로 오목한 제5입사부(151)를 형성한다. 또한, 제5렌즈(150)의 입사면에는 제5입사부(151)의 가장자리를 나타내는 제3경계(153)에서 연장되는 제3지지부(152)를 형성함으로써, 제4출사부(144)에서 전달되는 빛의 누설을 방지할 수 있다. 제5렌즈(150)의 출사면에는 상면(IMG) 측을 기준으로 볼록한 제5출사부(154)를 형성한다. 제3지지부(152)는 광축(OA)에 수직인 면에 대응하여 평면 형태를 나타낼 수 있다.
이때, 상면(IMG) 측을 기준으로 제5입사부(151)의 곡률반경과 제5출사부(154)의 곡률반경이 음수이고, 제5입사부(151)의 곡률반경은 제5출사부(154)의 곡률반경보다 크게 형성되어 오목렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 다른 표현으로, 물체(OBJ) 측을 기준으로 제5입사부(151)의 곡률반경은 제5출사부(154)의 곡률반경보다 작게 형성되어 오목렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 제5렌즈(150)는 음의 굴절력을 갖는다.
제5입사부(151)와 제5출사부(154)는 모두 비구면으로 이루어질 수 있다.
제5렌즈(150)의 직경은 제4렌즈(140)의 직경보다 크게 형성되어 제4출사부(144)를 통해 전달되는 빛이 제5입사부(151)에 모두 입사되도록 하고, 광학계(100)의 소형화에 기여할 수 있다.
제5입사부(151)의 직경은 제5출사부(154)의 직경보다 작게 형성되어 제5입사부(151)에 입사되는 빛이 모두 제5출사부(154)를 통해 출사되도록 하고, 광학계(100)의 소형화에 기여할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 소형 망원 광학계(100)에서 제3렌즈(130)와 제4렌즈(140) 사이의 이격거리가 다른 렌즈들 사이의 이격거리에 비해 크게 형성됨으로써, 본 발명의 제1실시예에 따른 설계 조건을 안정되게 충족시킬 수 있다.
본 발명의 제1실시예에서 제3렌즈(130)의 두께는 상대적으로 얇게 형성되어 제3렌즈(130)와 제4렌즈(140) 사이의 이격거리가 가장 크고, 다음으로 제1렌즈(110)와 제2렌즈(120) 사이의 이격거리가 크게 형성되므로, 본 발명의 제1실시예에 따른 설계 조건을 안정되게 충족시킬 수 있다.
광학필터(OF)는 제5렌즈(150)와 상면(IMG) 사이에 적어도 하나가 배치된다. 광학필터(OF)로는 저역 통과 필터(Low pass Filter), 적외선 차단 필터(IR-Cut Filter), 커버 글라스 등이 사용될 수 있다.
광학필터(OF)의 입사면에는 물체(OBJ) 측에서 제5렌즈(150)와 마주보는 필터입사부(OF1)가 형성된다. 광학필터(OF)의 출사면에는 상면(IMG) 측에서 상면(IMG)과 마주보는 필터출사부(OF2)가 형성된다. 필터입사부(OF1)와 필터출사부(OF2)는 각각 광축(OA)에 실질적으로 직교하는 평면 형태를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 광학필터(OF)는 평판 형태를 나타낼 수 있다.
광학필터(OF)의 직경은 제5렌즈(150)의 직경보다 크게 형성되어 제5출사부(154)를 통해 전달되는 빛이 광학필터(OF)를 안정되게 통과하도록 하고, 광학계(100)의 소형화에 기여할 수 있다.
조리개(미도시)는 상면(IMG)에 입사되는 빛의 광량을 조절할 수 있다. 본 발명의 제1실시예에서 조리개(미도시)의 위치를 한정하는 것은 아니고, 상면(IMG)에 입사되는 빛의 광량 조절을 위해 렌즈들 사이에 다양하게 배치될 수 있다. 본 발명의 제1실시예에서 제1수치 실시예에 표시된 바와 같이 조리개(미도시)는 제1렌즈(110)와 제2렌즈(120) 사이에 배치될 수 있다.
그러면, 물체(OBJ) 측으로부터 제1렌즈(110)의 입사면으로 빛이 입사되면, 빛은 제1렌즈(110)의 출사면, 제2렌즈(120)의 입사면, 제2렌즈(120)의 출사면, 제3렌즈(130)의 입사면, 제3렌즈(30)의 출사면, 제4렌즈(140)의 입사면, 제4렌즈(140)의 출사면, 제5렌즈(150)의 입사면, 제5렌즈(150)의 출사면, 광학필터(OF)를 차례로 통과하여 상면(IMG)으로 입사된다.
본 발명의 제1실시예에 따른 소형 망원 광학계(100)는 물체(OBJ) 측으로부터 전달되는 빛을 제1렌즈(110)의 입사면으로 유도하는 프리즘(P)을 더 포함할 수 있다. 프리즘(P)은 제1렌즈(110)의 입사면에서 이격 배치된다. 프리즘(P)의 수평면은 제1렌즈(110)의 입사면과 마주보도록 배치되고, 프리즘(P)의 수직면은 물체(OBJ)와 마주보도록 배치된다. 프리즘(P)과 제1렌즈(110) 사이에는 조리개(미도시)가 배치될 수 있다.
그러면, 물체(OBJ) 측으로부터 프리즘(P)의 수직면으로 빛이 입사되면, 빛은 프리즘(P)의 경사면을 통해 반사되어 꺽인 다음, 프리즘(P)의 수평면을 통과하여 제1렌즈(110)의 입사면에 입사된다.
이에 따라, 본 발명의 제1실시예에 따른 렌즈모듈에서 렌즈들의 배열 방향은 카메라의 두께 방향이 아닌 카메라의 길이 방향 또는 카메라의 폭 방향으로 변경할 수 있고, 광학계(100)의 전장을 길게 할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 소형 망원 광학계(100)는 다음과 같은 설계 조건을 갖는다.
본 발명의 제1실시예에서는 조건식(1)에 의한 관계식이 성립한다.
ㅣF / (Ri - 0.5)ㅣ < ㅣF / Riㅣ < ㅣF / (Ri + 0.5)ㅣ ... 조건식(1)
여기서, Ri는 촬상소자 상면(IMG)의 곡률반경, F는 광학계(100) 전체의 초점거리를 나타낸다.
본 발명의 제1실시예에서는 조건식(2)에 의한 관계식이 성립한다.
0 < 2y/Ri < 0.5 ... 조건식(2)
여기서, 2y는 촬상소자의 대각 전체 사이즈 또는 광학계의 이미지 사이즈, Ri는 촬상소자의 굴절률을 나타낸다.
본 발명의 제1실시예에서는 조건식(3)에 의한 관계식이 성립한다.
0.5 < ㅣF1/Fㅣ < 1.5 ... 조건식(3)
여기서, F1은 제1렌즈(110)의 초점거리, F는 광학계(100) 전체의 초점거리를 나타낸다.
또한, 본 발명의 제1실시예에서는 조건식(4)에 의한 관계식이 성립한다.
F > TL/2 ... 조건식(4)
여기서, TL은 광학계 전장이고, F는 광학계(100) 전체의 초점거리를 나타낸다.
또한, 본 발명의 제1실시예에서는 조건식(5)에 의한 관계식이 성립한다.
ㅣR1/R2ㅣ< 1.0 ... 조건식(5)
여기서, R1은 제1렌즈(110)의 제1입사부(111)의 곡률반경이고, R2는 제1렌즈(110)의 제1출사부(112)의 곡률반경을 나타낸다.
또한, 본 발명의 제1실시예에서는 조건식(6-1) 또는 조건식(6-2)에 의한 관계식이 성립한다.
TL/F > 0.8 ... 조건식(6-1)
0.800 < TL/F < 1.005 ... 조건식(6-2)
여기서, TL은 광학계(100) 전장이고, F는 광학계(100) 전체의 초점거리를 나타낸다.
또한, 본 발명의 제1실시예에서 렌즈모듈의 망원 비율은 2.5배 내지 3배를 나타낼 수 있다.
상술한 바와 같은 설계 조건에 따라, 본 발명의 제1실시예에 따른 소형 망원 광학계(100)는 물체(OBJ) 측으로부터 상면(IMG) 측으로 순서대로 배열되는 제1렌즈(110)와, 제2렌즈(120)와, 제3렌즈(130)와, 제4렌즈(140)와, 제5렌즈(150) 각각이 상술한 형상과 굴절력을 갖도록 설계된 상태로 배치되고, 촬상소자의 굴절률과 광학계(100) 전체의 초점거리가 설정됨으로써, 디지털 촬영기기에서 광학계(100)의 사이즈를 소형화시키고, 광학계(100)의 성능을 향상시킬 수 있으며, 소형 경량화를 구현하고, 왜곡 수차가 보정되며, 고해상도의 밝은 화상을 제공할 수 있다.
하지만, 상술한 설계 조건을 벗어나는 경우, 왜곡 수차의 보정이 어렵고, 고해상도의 밝은 화상을 제공하기 어렵다.
본 발명의 제1실시예에 따른 소형 망원 광학계(100)는 제1수치 실시예를 통해 구현될 수 있다.
렌즈면 면속성 곡률 반경 두께 nd vd
OBJ Sphere Infinity Infinity 　 　
P Sphere Infinity 0.000 　 　
111 Asphere 2.484 1.200 5346 56.3
112 Asphere 6.114 0.509 　 　
121(ST) Asphere 4.297 0.630 5346 56.3
122 Asphere 88.206 0.285 　 　
131 Asphere -14.301 0.350 659 20.4
132 Asphere 3.634 1.676 　 　
141 Asphere -8.944 0.720 659 20.4
144 Asphere -2.763 0.060 　 　
151 Asphere -2.580 0.350 5441 56.1
154 Asphere -21.291 0.500 　 　
OF1 Sphere Infinity 0.300 1.5167 64.2
OF2 Sphere Infinity 2.520 　 　
IMG Sphere Infinity 0.000 　 　
[표 1]은 제1수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다. [표 1]에 나타나는 제1수치 실시예에서 렌즈면은 도 2에 도시한 렌즈면의 부호를 나타내고, 면속성은 렌즈면의 구면 상태 또는 비구면 상태를 나타내며, 곡률반경은 상면(IMG) 측을 기준으로 측정된 곡률반경을 나타낸다. 또한, nd는 굴절률을 나타내고, vd는 아베수를 나타낸다. 또한, OBJ는 물체를 나타내고, ST는 조리개(미도시)를 나타내며, IMG는 상면을 나타낸다.
제1수치 실시예에서 세부 수치는 다음과 같다.
F number = 2.7 이고,
F(광학계 전체의 초점거리) = 10.300mm 이며,
TL(광학계 전장) = 9.100mm 이고,
2y(광학계 이미지 사이즈(Sensor 대각 사이즈)) = 5.000mm 이며,
F1(제1렌즈의 초점거리) = 6.995 이고,
F2(제2렌즈의 초점거리) = 8.400 이며,
F3(제3렌즈의 초점거리) = -4.319 이고,
F4(제4렌즈의 초점거리) = 5.740 이며,
F5(제5렌즈의 초점거리) = -5.414 이다.
이에 따라, F1/F = 0.679 이고,
F1 > TL/2 이며,
R1/R2 = 0.406 이고,
TL/F = 0.88 이므로, 상술한 설계 조건을 만족하게 된다.
또한, F2/F = 0.816 이고, FOV(Field of View) = 26.5 이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 소형 망원 광학계(100)에 사용되는 비구면의 정의를 나타내면 다음과 같다.
비구면 형상은 광축(OA) 방향을 x축으로 하고 광축(OA) 방향에 대한 수직 방향을 y축으로 할 때, 광선의 진행 방향을 정으로 하여 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다. 여기서, Z는 렌즈의 정점부터 광축(OA) 방향으로의 거리이고, R은 광축(OA)에 수직 방향으로의 거리이며, C는 렌즈의 정점에 있어서 곡률반경의 역수이고, a1은 코닉(Conic)상수이며, a4, a6, a8, a10, a12, a14, a16, ... 은 각각 비구면 계수이다.
본 발명의 제1실시예에서 비구면 형상에 대해
Figure pat00001
이면,
Figure pat00002
인 관계식이 성립한다.
여기서, 제1수치 실시예의 비구면 계수는 [표 2]와 같이 나타난다.
비구면 계수
　 코닉상수
(K) 		4차계수
(A) 		6차계수
(B) 		8차계수
(C) 		10차계수
(D) 		12차계수
(E) 		14차계수
(F) 		16차계수
(G)
2 -0.309456 0.000879 -0.000114 -0.000090 -0.000021 0.000011 -0.000004 0.000000
3 0.000000 -0.003973 -0.002296 0.000089 -0.000013 -0.000009 0.000001 0.000000
4 0.000000 -0.007703 -0.004353 -0.000413 -0.000051 0.000140 0.000078 -0.000022
5 0.000000 -0.016788 -0.004527 0.000952 0.000557 0.000130 -0.000006 -0.000021
6 0.000000 -0.010038 0.000628 0.000042 0.001376 -0.000299 -0.000084 -0.000013
7 0.000000 0.017722 0.004408 0.001965 -0.000357 -0.000061 0.000873 -0.000368
8 0.000000 -0.009009 -0.010967 -0.001417 0.001470 -0.001402 0.000056 0.000095
9 0.000000 0.016529 -0.021522 0.004005 -0.000036 -0.000289 0.000026 0.000007
10 0.000000 0.006170 -0.002504 0.003672 -0.000943 0.000170 0.000039 -0.000015
11 0.000000 -0.023001 0.013989 -0.003256 0.000233 0.000009 0.000006 -0.000002
제1수치 실시예에 따른 소형 망원 광학계에서 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curves), 왜곡 수차(distortion)는 도 3과 같이 나타난다. 여기서, 상면만곡으로는 광축(OA)을 기준으로 하는 평면의 제1만곡(X)과, 광축(OA)에 수직인 축을 기준으로 하는 평면의 제2만곡(Y)을 보여준다. 또한, 상면만곡으로는 제1만곡(X)과 제2만곡(Y)에 대응하여 자오상면 만곡(T:tangential field curvature)과 구결상면 만곡(S: sagittal field curvature)을 보여줄 수 있다.
도 4와 도 5를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 소형 망원 광학계(200)는 물체(OBJ) 측으로부터 상면(IMG) 측으로 배열된 렌즈모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 렌즈모듈은 제1렌즈(210)와, 제2렌즈(220)와, 제3렌즈(230)와, 제4렌즈(240)와, 제5렌즈(250)를 포함할 수 있다. 또한, 렌즈모듈은 광학필터(OF)를 더 포함할 수 있고, 조리개(미도시)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제2실시예에서 상면(IMG)은 평면형으로 이루어진다. 다른 표현으로, 촬상소자의 상면(IMG)은 광축(OA)에 수직인 평면으로 이루어진다.
본 발명의 제2실시예에서 물체(OBJ)는 구면 또는 비구면으로 이루어질 수 있다.
제1렌즈(210)는 물체(OBJ) 측으로 볼록한 매니스커스 형상을 갖는다. 제1렌즈(210)의 입사면에는 물체(OBJ) 측을 기준으로 볼록한 제1입사부(211)를 형성한다. 제1렌즈(210)의 출사면에는 상면(IMG) 측을 기준으로 오목한 제1출사부(212)를 형성한다.
이때, 상면(IMG) 측을 기준으로 제1입사부(211)의 곡률반경은 제1출사부(212)의 곡률반경보다 작게 형성되어 볼록렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 제1렌즈(210)는 양의 굴절력을 갖는다.
제1입사부(211)와 제1출사부(212)는 모두 비구면으로 이루어질 수 있다.
제1입사부(211)의 직경은 제1출사부(212)의 직경과 실질적으로 동일하게 형성되어 제1입사부(211)에 입사되는 빛이 모두 제1출사부(212)를 통해 출사되도록 하고, 광학계(200)의 소형화에 기여할 수 있다.
제2렌즈(220)는 물체(OBJ) 측으로 볼록한 매니스커스 형상을 갖는다. 제2렌즈(220)의 입사면에는 물체(OBJ) 측을 기준으로 볼록한 제2입사부(221)를 형성한다. 제2렌즈(220)의 출사면에는 상면(IMG) 측을 기준으로 오목한 제2출사부(222)를 형성한다.
이때, 상면(IMG) 측을 기준으로 제2입사부(221)의 곡률반경은 제2출사부(222)의 곡률반경보다 작게 형성되어 볼록렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 제2출사부(222)는 실질적으로 평면이거나 상면(IMG) 측을 기준으로 볼록한 형상을 나타내어 볼록렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 제2렌즈(220)는 양의 굴절력을 갖는다.
제2입사부(221)와 제2출사부(222)는 모두 비구면으로 이루어질 수 있다.
제2렌즈(220)의 직경은 제1렌즈(210)의 직경보다 작게 형성되어 제1출사부(212)를 통해 전달되는 빛이 제2입사부(221)에서 모두 입사되도록 하고, 광학계(200)의 소형화에 기여할 수 있다.
제2입사부(221)의 직경은 제2출사부(222)의 직경과 실질적으로 동일하게 형성되어 제2입사부(221)에 입사되는 빛이 모두 제2출사부(222)를 통해 출사되도록 하고, 광학계(200)의 소형화에 기여할 수 있다.
제3렌즈(230)는 음의 굴절력을 갖는다. 제3렌즈(230)의 입사면에는 물체(OBJ) 측을 기준으로 오목한 제3입사부(231)를 형성한다. 제3렌즈(230)의 출사면에는 상면(IMG) 측을 기준으로 오목한 제3출사부(232)를 형성한다. 또한, 제3렌즈(230)의 출사면에는 제3출사부(232)의 가장자리를 나타내는 제1경계(234)에서 연장되는 제1지지부(233)를 형성함으로써, 제3입사부(231)를 통해 입사된 빛의 누설을 방지할 수 있다. 제1지지부(233)는 광축(OA)에 수직인 면에 대응하여 평면 형태를 나타낼 수 있다.
이때, 상면(IMG) 측을 기준으로 제3입사부(231)의 곡률반경은 음수이고, 제3출사부(232)의 곡률반경은 양수를 나타내어 오목렌즈의 역할을 수행할 수 있다.
제3입사부(231)와 제3출사부(232)는 모두 비구면으로 이루어질 수 있다.
제3렌즈(230)의 직경은 제2렌즈(220)의 직경보다 작게 형성되어 제2출사부(222)를 통해 전달되는 빛이 제3입사부(231)에 모두 입사되도록 하고, 광학계(200)의 소형화에 기여할 수 있다.
제3입사부(231)의 직경은 제1지지부(233)에 의해 제3출사부(232)의 직경보다 크게 형성되어 제3입사부(231)에 입사되는 빛이 모두 제3출사부(232)를 통해 출사되도록 하고, 광학계(200)의 소형화에 기여할 수 있다.
제4렌즈(240)는 상면(IMG) 측으로 볼록한 매니스커스 형상을 갖는다. 제4렌즈(240)의 입사면에는 물체(OBJ) 측을 기준으로 오목한 제4입사부(241)를 형성한다. 또한, 제4렌즈(240)의 입사면에는 제4입사부(241)의 가장자리를 나타내는 제2경계(243)에서 연장되는 제2지지부(242)를 형성함으로써, 제3출사부(232)에서 전달되는 빛의 누설을 방지할 수 있다. 제4렌즈(240)의 출사면에는 상면(IMG) 측을 기준으로 볼록한 제4출사부(244)를 형성한다. 제2지지부(242)는 광축(OA)에 수직인 면에 대응하여 제4렌즈(240)의 가장자리를 향해 하향 경사를 이루거나 물체(OBJ) 측을 기준으로 볼록한 형태를 나타낼 수 있다.
이때, 상면(IMG) 측을 기준으로 제4입사부(241)의 곡률반경과 제4출사부(244)의 곡률반경이 음수이고, 제4입사부(241)의 곡률반경은 제4출사부(244)의 곡률반경보다 작게 형성되어 볼록렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 다른 표현으로, 물체(OBJ) 측을 기준으로 제4입사부(241)의 곡률반경은 제4출사부(244)의 곡률반경보다 크게 형성되어 볼록렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 제4렌즈(240)는 양의 굴절력을 갖는다.
제4입사부(241)와 제4출사부(244)는 모두 비구면으로 이루어질 수 있다.
제4렌즈(240)의 직경은 제3렌즈(230)의 직경보다 크게 형성되어 제3출사부(232)를 통해 전달되는 빛이 제4입사부(241)에 모두 입사되도록 하고, 광학계(200)의 소형화에 기여할 수 있다.
제4입사부(241)의 직경은 제2지지부(242)에 의해 제4출사부(244)의 직경보다 작게 형성되어 제4입사부(241)에 입사되는 빛이 모두 제4출사부(244)를 통해 출사되도록 하고, 광학계(200)의 소형화에 기여할 수 있다.
제5렌즈(250)는 상면(IMG) 측으로 볼록한 매니스커스 형상을 갖는다. 제5렌즈(250)의 입사면에는 물체(OBJ) 측을 기준으로 오목한 제5입사부(251)를 형성한다. 또한, 제5렌즈(250)의 입사면에는 제5입사부(251)의 가장자리를 나타내는 제3경계(253)에서 연장되는 제3지지부(252)를 형성함으로써, 제4출사부(244)에서 전달되는 빛의 누설을 방지할 수 있다. 제5렌즈(250)의 출사면에는 상면(IMG) 측을 기준으로 볼록한 제5출사부(254)를 형성한다. 제3지지부(252)는 광축(OA)에 수직인 면에 대응하여 제5렌즈(250)의 가장자리를 향해 상향 경사를 이루거나 평면 형태를 나타내거나 물체(OBJ) 측을 기준으로 볼록한 형태를 나타낼 수 있다.
이때, 상면(IMG) 측을 기준으로 제5입사부(251)의 곡률반경과 제5출사부(254)의 곡률반경이 음수이고, 제5입사부(251)의 곡률반경은 제5출사부(254)의 곡률반경보다 크게 형성되어 오목렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 다른 표현으로, 물체(OBJ) 측을 기준으로 제5입사부(251)의 곡률반경은 제5출사부(254)의 곡률반경보다 작게 형성되어 오목렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 제5렌즈(250)는 음의 굴절력을 갖는다.
제5입사부(251)와 제5출사부(254)는 모두 비구면으로 이루어질 수 있다.
제5렌즈(250)의 직경은 제4렌즈(240)의 직경보다 크게 형성되어 제4출사부(244)를 통해 전달되는 빛이 제5입사부(251)에 모두 입사되도록 하고, 광학계(200)의 소형화에 기여할 수 있다.
제5입사부(251)의 직경은 제5출사부(254)의 직경보다 작게 형성되어 제5입사부(251)에 입사되는 빛이 모두 제5출사부(254)를 통해 출사되도록 하고, 광학계(200)의 소형화에 기여할 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 소형 망원 광학계(200)에서 제1렌즈(210)와 제2렌즈(240) 사이의 이격거리가 다른 렌즈들 사이의 이격거리에 비해 크게 형성됨으로써, 본 발명의 제2실시예에 따른 설계 조건을 안정되게 충족시킬 수 있다.
본 발명의 제2실시예에서 제3렌즈(230)의 두께는 본 발명의 제1실시예에 비해 상대적으로 두껍게 형성되어 제1렌즈(210)와 제2렌즈(240) 사이의 이격거리가 가장 크고, 다음으로 제3렌즈(230)와 제4렌즈(240) 사이의 이격거리가 크게 형성되므로, 본 발명의 제2실시예에 따른 설계 조건을 안정되게 충족시킬 수 있다.
광학필터(OF)는 제5렌즈(250)와 상면(IMG) 사이에 적어도 하나가 배치된다. 광학필터(OF)로는 저역 통과 필터(Low pass Filter), 적외선 차단 필터(IR-Cut Filter), 커버 글라스 등이 사용될 수 있다.
광학필터(OF)의 입사면에는 물체(OBJ) 측에서 제5렌즈(250)와 마주보는 필터입사부(OF1)가 형성된다. 광학필터(OF)의 출사면에는 상면(IMG) 측에서 상면(IMG)과 마주보는 필터출사부(OF2)가 형성된다. 필터입사부(OF1)와 필터출사부(OF2)는 각각 광축(OA)에 실질적으로 직교하는 평면 형태를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 광학필터(OF)는 평판 형태를 나타낼 수 있다.
광학필터(OF)의 직경은 제5렌즈(250)의 직경보다 크게 형성되어 제5출사부(254)를 통해 전달되는 빛이 광학필터(OF)를 안정되게 통과하도록 하고, 광학계(200)의 소형화에 기여할 수 있다.
조리개(미도시)는 상면(IMG)에 입사되는 빛의 광량을 조절할 수 있다. 본 발명의 제2실시예에서 조리개(미도시)의 위치를 한정하는 것은 아니고, 상면(IMG)에 입사되는 빛의 광량 조절을 위해 렌즈들 사이에 다양하게 배치될 수 있다. 본 발명의 제2실시예에서 제2수치 실시예에 표시된 바와 같이 조리개(미도시)는 제1렌즈(210)와 제2렌즈(220) 사이에 배치될 수 있다.
그러면, 물체(OBJ) 측으로부터 제1렌즈(210)의 입사면으로 빛이 입사되면, 빛은 제1렌즈(210)의 출사면, 제2렌즈(220)의 입사면, 제2렌즈(220)의 출사면, 제3렌즈(230)의 입사면, 제3렌즈(30)의 출사면, 제4렌즈(240)의 입사면, 제4렌즈(240)의 출사면, 제5렌즈(250)의 입사면, 제5렌즈(250)의 출사면, 광학필터(OF)를 차례로 통과하여 상면(IMG)으로 입사된다.
본 발명의 제2실시예에 따른 소형 망원 광학계(200)는 본 발명의 제1실시예와 같이 물체(OBJ) 측으로부터 전달되는 빛을 제1렌즈(210)의 입사면으로 유도하는 프리즘(P)을 더 포함할 수 있다. 프리즘(P)은 제1렌즈(210)의 입사면에서 이격 배치된다. 프리즘(P)의 수평면은 제1렌즈(210)의 입사면과 마주보도록 배치되고, 프리즘(P)의 수직면은 물체(OBJ)와 마주보도록 배치된다. 프리즘(P)과 제1렌즈(210) 사이에는 조리개(미도시)가 배치될 수 있다.
그러면, 물체(OBJ) 측으로부터 프리즘(P)의 수직면으로 빛이 입사되면, 빛은 프리즘(P)의 경사면을 통해 반사되어 꺽인 다음, 프리즘(P)의 수평면을 통과하여 제1렌즈(210)의 입사면에 입사된다.
이에 따라, 본 발명의 제2실시예에 따른 렌즈모듈에서 렌즈들의 배열 방향은 카메라의 두께 방향이 아닌 카메라의 길이 방향 또는 카메라의 폭 방향으로 변경할 수 있고, 광학계(200)의 전장을 길게 할 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 소형 망원 광학계(200)는 다음과 같은 설계 조건을 갖는다.
본 발명의 제2실시예에서는 조건식(1)에 의한 관계식이 성립한다.
ㅣF / (Ri - 0.5)ㅣ < ㅣF / Riㅣ < ㅣF / (Ri + 0.5)ㅣ ... 조건식(1)
여기서, Ri는 촬상소자 상면(IMG)의 곡률반경, F는 광학계(200) 전체의 초점거리를 나타낸다.
본 발명의 제2실시예에서는 조건식(2)에 의한 관계식이 성립한다.
0 < 2y/Ri < 0.5 ... 조건식(2)
여기서, 2y는 촬상소자의 대각 전체 사이즈 또는 광학계의 이미지 사이즈, Ri는 촬상소자의 굴절률을 나타낸다.
본 발명의 제2실시예에서는 조건식(3)에 의한 관계식이 성립한다.
0.5 < ㅣF1/Fㅣ < 1.5 ... 조건식(3)
여기서, F1은 제1렌즈(210)의 초점거리, F는 광학계(200) 전체의 초점거리를 나타낸다.
또한, 본 발명의 제2실시예에서는 조건식(4)에 의한 관계식이 성립한다.
F > TL/2 ... 조건식(4)
여기서, TL은 광학계 전장이고, F는 광학계(200) 전체의 초점거리를 나타낸다.
또한, 본 발명의 제2실시예에서는 조건식(5)에 의한 관계식이 성립한다.
ㅣR1/R2ㅣ< 1.0 ... 조건식(5)
여기서, R1은 제1렌즈(210)의 제1입사부(211)의 곡률반경이고, R2는 제1렌즈(210)의 제1출사부(212)의 곡률반경을 나타낸다.
또한, 본 발명의 제2실시예에서는 조건식(6-1) 또는 조건식(6-2)에 의한 관계식이 성립한다.
TL/F > 0.8 ... 조건식(6-1)
0.800 < TL/F < 1.005 ... 조건식(6-2)
여기서, TL은 광학계(200) 전장이고, F는 광학계(200) 전체의 초점거리를 나타낸다.
또한, 본 발명의 제2실시예에서 렌즈모듈의 망원 비율은 2.5배 내지 3배를 나타낼 수 있다.
상술한 바와 같은 설계 조건에 따라, 본 발명의 제2실시예에 따른 소형 망원 광학계(200)는 물체(OBJ) 측으로부터 상면(IMG) 측으로 순서대로 배열되는 제1렌즈(210)와, 제2렌즈(220)와, 제3렌즈(230)와, 제4렌즈(240)와, 제5렌즈(250) 각각이 상술한 형상과 굴절력을 갖도록 설계된 상태로 배치되고, 촬상소자의 굴절률과 광학계(200) 전체의 초점거리가 설정됨으로써, 디지털 촬영기기에서 광학계(200)의 사이즈를 소형화시키고, 광학계(200)의 성능을 향상시킬 수 있으며, 소형 경량화를 구현하고, 왜곡 수차가 보정되며, 고해상도의 밝은 화상을 제공할 수 있다.
하지만, 상술한 설계 조건을 벗어나는 경우, 왜곡 수차의 보정이 어렵고, 고해상도의 밝은 화상을 제공하기 어렵다.
본 발명의 제2실시예에 따른 소형 망원 광학계(200)는 제2수치 실시예를 통해 구현될 수 있다.
렌즈면 면속성 곡률 반경 두께 nd vd
OBJ Sphere Infinity Infinity 　 　
P Sphere Infinity 0.000 　 　
211 Asphere 2.810 1.400 5346 56.3
212 Asphere 9.314 0.773 　 　
221(ST) Asphere 4.650 0.647 5346 56.3
222 Asphere 170.141 0.191 　 　
231 Asphere -8.660 0.900 659 20.4
232 Asphere 3.557 1.039 　 　
241 Asphere -6.593 0.840 659 20.4
244 Asphere -2.518 0.030 　 　
251 Asphere -2.633 0.433 5441 56.1
254 Asphere -8.933 0.500 　 　
OF1 Sphere Infinity 0.300 1.5167 64.2
OF2 Sphere Infinity 2.948 　 　
IMG Sphere Infinity 0.000 　 　
[표 3]은 제2수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다. [표 3]에 나타나는 제2수치 실시예에서 렌즈면은 도 4에 도시한 렌즈면의 부호를 나타내고, 면속성은 렌즈면의 구면 상태 또는 비구면 상태를 나타내며, 곡률반경은 상면(IMG) 측을 기준으로 측정된 곡률반경을 나타낸다. 또한, nd는 굴절률을 나타내고, vd는 아베수를 나타낸다. 또한, OBJ는 물체를 나타내고, ST는 조리개(미도시)를 나타내며, IMG는 상면을 나타낸다.
제2수치 실시예에서 세부 수치는 다음과 같다.
F number = 2.6 이고,
F(광학계 전체의 초점거리) = 10.800mm 이며,
TL(광학계 전장) = 10.000mm 이고,
2y(광학계 이미지 사이즈(Sensor 대각 사이즈)) = 5.000mm 이며,
F1(제1렌즈의 초점거리) = 6.978 이고,
F2(제2렌즈의 초점거리) = 8.902 이며,
F3(제3렌즈의 초점거리) = -3.680 이고,
F4(제4렌즈의 초점거리) = 5.656 이며,
F5(제5렌즈의 초점거리) = -7.008 이다.
이에 따라, F1/F = 0.646 이고,
F1 > TL/2 이며,
R1/R2 = 0.302 이고,
TL/F = 0.93 이므로, 상술한 설계 조건을 만족하게 된다.
또한, F2/F = 0.82 이고, FOV(Field of View) = 25.5 이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 소형 망원 광학계(200)에 사용되는 비구면의 정의를 나타내면 다음과 같다.
비구면 형상은 광축(OA) 방향을 x축으로 하고 광축(OA) 방향에 대한 수직 방향을 y축으로 할 때, 광선의 진행 방향을 정으로 하여 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다. 여기서, Z는 렌즈의 정점부터 광축(OA) 방향으로의 거리이고, R은 광축(OA)에 수직 방향으로의 거리이며, C는 렌즈의 정점에 있어서 곡률반경의 역수이고, a1은 코닉(Conic)상수이며, a4, a6, a8, a10, a12, a14, a16, ... 은 각각 비구면 계수이다.
본 발명의 제2실시예에서 비구면 형상에 대해
Figure pat00003
이면,
Figure pat00004
인 관계식이 성립한다.
여기서, 제2수치 실시예의 비구면 계수는 [표 4]와 같이 나타난다.
비구면 계수
　 코닉상수
(K) 		4차계수
(A) 		6차계수
(B) 		8차계수
(C) 		10차계수
(D) 		12차계수
(E) 		14차계수
(F) 		16차계수
(G)
2 -0.302492 0.000722 -0.000084 -0.000064 -0.000019 0.000012 -0.000003 0.000000
3 0.000000 -0.002139 -0.001731 0.000106 -0.000007 -0.000007 0.000001 0.000000
4 0.000000 -0.006524 -0.004451 -0.000210 -0.000204 0.000084 0.000076 -0.000016
5 0.000000 -0.016732 -0.005156 0.000927 0.000572 0.000125 -0.000008 -0.000019
6 0.000000 -0.007115 0.000741 -0.000544 0.001317 -0.000211 -0.000047 -0.000013
7 0.000000 0.018723 0.004077 0.001368 0.000199 -0.000061 0.000873 -0.000368
8 0.000000 -0.011864 -0.011340 -0.002535 0.001857 -0.000861 0.000056 0.000095
9 0.000000 0.012755 -0.018649 0.004360 0.000144 -0.000335 0.000035 0.000007
10 0.000000 0.003271 -0.000823 0.003935 -0.001112 0.000125 0.000041 -0.000010
11 0.000000 -0.021266 0.012190 -0.003371 0.000288 0.000015 0.000006 -0.000001
제2수치 실시예에 따른 소형 망원 광학계에서 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curves), 왜곡 수차(distortion)는 도 5와 같이 나타난다. 여기서, 상면만곡으로는 자오상면 만곡(T:tangential field curvature)과 구결상면 만곡(S: sagittal field curvature)을 보여준다. 또한, 상면만곡으로는 자오상면 만곡(T)과 구결상면 만곡(S)에 대응하여 광축(OA)을 기준으로 하는 평면의 제1만곡(X)과, 광축(OA)에 수직인 축을 기준으로 하는 평면의 제2만곡(Y)을 보여줄 수 있다.
도 6과 도 7을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 소형 망원 광학계(300)는 물체(OBJ) 측으로부터 상면(IMG) 측으로 배열된 렌즈모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 렌즈모듈은 제1렌즈(310)와, 제2렌즈(320)와, 제3렌즈(330)와, 제4렌즈(340)와, 제5렌즈(350)를 포함할 수 있다. 또한, 렌즈모듈은 광학필터(OF)를 더 포함할 수 있고, 조리개(미도시)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제3실시예에서 상면(IMG)은 평면형으로 이루어진다. 다른 표현으로, 촬상소자의 상면(IMG)은 광축(OA)에 수직인 평면으로 이루어진다.
본 발명의 제3실시예에서 물체(OBJ)는 구면 또는 비구면으로 이루어질 수 있다.
제1렌즈(310)는 물체(OBJ) 측으로 볼록한 매니스커스 형상을 갖는다. 제1렌즈(310)의 입사면에는 물체(OBJ) 측을 기준으로 볼록한 제1입사부(311)를 형성한다. 제1렌즈(310)의 출사면에는 상면(IMG) 측을 기준으로 오목한 제1출사부(312)를 형성한다.
이때, 상면(IMG) 측을 기준으로 제1입사부(311)의 곡률반경은 제1출사부(312)의 곡률반경보다 작게 형성되어 볼록렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 제1렌즈(310)는 양의 굴절력을 갖는다.
제1입사부(311)와 제1출사부(312)는 모두 비구면으로 이루어질 수 있다.
제1입사부(311)의 직경은 제1출사부(312)의 직경과 실질적으로 동일하게 형성되어 제1입사부(311)에 입사되는 빛이 모두 제1출사부(312)를 통해 출사되도록 하고, 광학계(300)의 소형화에 기여할 수 있다.
제2렌즈(320)는 물체(OBJ) 측으로 볼록한 매니스커스 형상을 갖는다. 제2렌즈(320)의 입사면에는 물체(OBJ) 측을 기준으로 볼록한 제2입사부(321)를 형성한다. 제2렌즈(320)의 출사면에는 상면(IMG) 측을 기준으로 볼록한 제2출사부(322)를 형성한다.
이때, 상면(IMG) 측을 기준으로 제2입사부(321)의 곡률반경은 양수이고, 제2출사부(322)의 곡률반경은 음수를 나타내어 볼록렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 제2출사부(322)는 실질적으로 평면이거나 상면(IMG) 측을 기준으로 오목한 형상을 나타내어 볼록렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 제2렌즈(320)는 양의 굴절력을 갖는다.
제2입사부(321)와 제2출사부(322)는 모두 비구면으로 이루어질 수 있다.
제2렌즈(320)의 직경은 제1렌즈(310)의 직경보다 작게 형성되어 제1출사부(312)를 통해 전달되는 빛이 제2입사부(321)에서 모두 입사되도록 하고, 광학계(300)의 소형화에 기여할 수 있다.
제2입사부(321)의 직경은 제2출사부(322)의 직경과 실질적으로 동일하게 형성되어 제2입사부(321)에 입사되는 빛이 모두 제2출사부(322)를 통해 출사되도록 하고, 광학계(300)의 소형화에 기여할 수 있다.
제3렌즈(330)는 음의 굴절력을 갖는다. 제3렌즈(330)의 입사면에는 물체(OBJ) 측을 기준으로 오목한 제3입사부(331)를 형성한다. 제3렌즈(330)의 출사면에는 상면(IMG) 측을 기준으로 오목한 제3출사부(332)를 형성한다. 또한, 제3렌즈(330)의 출사면에는 제3출사부(332)의 가장자리를 나타내는 제1경계(334)에서 연장되는 제1지지부(333)를 형성함으로써, 제3입사부(331)를 통해 입사된 빛의 누설을 방지할 수 있다. 제1지지부(333)는 광축(OA)에 수직인 면에 대응하여 평면 형태를 나타낼 수 있다.
이때, 상면(IMG) 측을 기준으로 제3입사부(331)의 곡률반경은 음수이고, 제3출사부(332)의 곡률반경은 양수를 나타내어 오목렌즈의 역할을 수행할 수 있다.
제3입사부(331)와 제3출사부(332)는 모두 비구면으로 이루어질 수 있다.
제3렌즈(330)의 직경은 제2렌즈(320)의 직경보다 작게 형성되어 제2출사부(322)를 통해 전달되는 빛이 제3입사부(331)에 모두 입사되도록 하고, 광학계(300)의 소형화에 기여할 수 있다.
제3입사부(331)의 직경은 제1지지부(333)에 의해 제3출사부(332)의 직경보다 크게 형성되어 제3입사부(331)에 입사되는 빛이 모두 제3출사부(332)를 통해 출사되도록 하고, 광학계(300)의 소형화에 기여할 수 있다.
제4렌즈(340)는 상면(IMG) 측으로 볼록한 매니스커스 형상을 갖는다. 제4렌즈(340)의 입사면에는 물체(OBJ) 측을 기준으로 오목한 제4입사부(341)를 형성한다. 또한, 제4렌즈(340)의 입사면에는 제4입사부(341)의 가장자리를 나타내는 제2경계(343)에서 연장되는 제2지지부(342)를 형성함으로써, 제3출사부(332)에서 전달되는 빛의 누설을 방지할 수 있다. 제4렌즈(340)의 출사면에는 상면(IMG) 측을 기준으로 볼록한 제4출사부(344)를 형성한다. 제2지지부(342)는 광축(OA)에 수직인 면에 대응하여 평면 형태를 나타낼 수 있다.
이때, 상면(IMG) 측을 기준으로 제4입사부(341)의 곡률반경과 제4출사부(344)의 곡률반경이 음수이고, 제4입사부(341)의 곡률반경은 제4출사부(344)의 곡률반경보다 작게 형성되어 볼록렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 다른 표현으로, 물체(OBJ) 측을 기준으로 제4입사부(341)의 곡률반경은 제4출사부(344)의 곡률반경보다 크게 형성되어 볼록렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 제4렌즈(340)는 양의 굴절력을 갖는다.
제4입사부(341)와 제4출사부(344)는 모두 비구면으로 이루어질 수 있다.
제4렌즈(340)의 직경은 제3렌즈(330)의 직경보다 크게 형성되어 제3출사부(332)를 통해 전달되는 빛이 제4입사부(341)에 모두 입사되도록 하고, 광학계(300)의 소형화에 기여할 수 있다.
제4입사부(341)의 직경은 제2지지부(342)에 의해 제4출사부(344)의 직경보다 작게 형성되어 제4입사부(341)에 입사되는 빛이 모두 제4출사부(344)를 통해 출사되도록 하고, 광학계(300)의 소형화에 기여할 수 있다.
제5렌즈(350)는 상면(IMG) 측으로 볼록한 매니스커스 형상을 갖는다. 제5렌즈(350)의 입사면에는 물체(OBJ) 측을 기준으로 오목한 제5입사부(351)를 형성한다. 또한, 제5렌즈(350)의 입사면에는 제5입사부(351)의 가장자리를 나타내는 제3경계(353)에서 연장되는 제3지지부(352)를 형성함으로써, 제4출사부(344)에서 전달되는 빛의 누설을 방지할 수 있다. 제5렌즈(350)의 출사면에는 상면(IMG) 측을 기준으로 오목한 제5출사부(354)를 형성한다. 제3지지부(352)는 광축(OA)에 수직인 면에 대응하여 제5렌즈(250)의 가장자리를 향해 상향 경사를 이루거나 평면 형태를 나타내거나 물체(OBJ) 측을 기준으로 볼록한 형태를 나타낼 수 있다.
또한, 제5렌즈(350)의 출사면에는 제5출사부(354)의 가장자리에서 연장되어 적어도 하나의 변곡점(inflection point)을 가질 수 있다. 변곡점은 곡률 반경의 부호가 (+)에서 (-)로 변하거나 (-)에서 (+)로 변하는 점을 나타낼 수 있다. 또한, 변곡점은 렌즈의 형상이 볼록에서 오목으로 변하거나 오목에서 볼록으로 변하는 점을 나타낼 수 있다. 그러면, 제5렌즈(350)의 출사면은 상면(IMG)을 기준으로 광축(OA) 근처에서 오목한 형상을 가지고, 광축(OA)으로부터 제5렌즈(350)의 가장자리로 갈수록 볼록한 형상을 가질 수 있다.
이때, 상면(IMG) 측을 기준으로 제5입사부(351)의 곡률반경은 음수이고, 제5출사부(354)의 곡률반경은 양수이며, 제5출사부(354)의 가장자리로 변곡점을 가지므로, 오목렌즈의 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 제5렌즈(350)는 음의 굴절력을 갖는다.
제5입사부(351)와 제5출사부(354)는 모두 비구면으로 이루어질 수 있다.
제5렌즈(350)의 직경은 제4렌즈(340)의 직경보다 크게 형성되어 제4출사부(344)를 통해 전달되는 빛이 제5입사부(351)에 모두 입사되도록 하고, 광학계(300)의 소형화에 기여할 수 있다.
제5입사부(351)의 직경은 제5렌즈(350)의 출사면의 직경보다 작게 형성되어 제5입사부(351)에 입사되는 빛이 모두 제5출사부(354)를 통해 출사되도록 하고, 광학계(300)의 소형화에 기여할 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 소형 망원 광학계(300)에서 제1렌즈(310)와 제2렌즈(320) 사이의 이격거리가 다른 렌즈들 사이의 이격거리에 비해 크게 형성됨으로써, 본 발명의 제3실시예에 따른 설계 조건을 안정되게 충족시킬 수 있다.
본 발명의 제3실시예에서 제2렌즈(320)와 제3렌즈(330)와 제4렌즈(340)와 제5렌즈(350)의 두께는 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예에 비해 상대적으로 두껍게 형성되어 제1렌즈(310)와 제2렌즈(320) 사이의 이격거리가 가장 크게 형성되므로, 본 발명의 제3실시예에 따른 설계 조건을 안정되게 충족시킬 수 있다.
광학필터(OF)는 제5렌즈(350)와 상면(IMG) 사이에 적어도 하나가 배치된다. 광학필터(OF)로는 저역 통과 필터(Low pass Filter), 적외선 차단 필터(IR-Cut Filter), 커버 글라스 등이 사용될 수 있다.
광학필터(OF)의 입사면에는 물체(OBJ) 측에서 제5렌즈(350)와 마주보는 필터입사부(OF1)가 형성된다. 광학필터(OF)의 출사면에는 상면(IMG) 측에서 상면(IMG)과 마주보는 필터출사부(OF2)가 형성된다. 필터입사부(OF1)와 필터출사부(OF2)는 각각 광축(OA)에 실질적으로 직교하는 평면 형태를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 광학필터(OF)는 평판 형태를 나타낼 수 있다.
광학필터(OF)의 직경은 제5렌즈(350)의 직경보다 크게 형성되어 제5출사부(354)를 통해 전달되는 빛이 광학필터(OF)를 안정되게 통과하도록 하고, 광학계(300)의 소형화에 기여할 수 있다.
조리개(미도시)는 상면(IMG)에 입사되는 빛의 광량을 조절할 수 있다. 본 발명의 제3실시예에서 조리개(미도시)의 위치를 한정하는 것은 아니고, 상면(IMG)에 입사되는 빛의 광량 조절을 위해 렌즈들 사이에 다양하게 배치될 수 있다. 본 발명의 제3실시예에서 제3수치 실시예에 표시된 바와 같이 조리개(미도시)는 제1렌즈(310)와 제2렌즈(320) 사이에 배치될 수 있다.
그러면, 물체(OBJ) 측으로부터 제1렌즈(310)의 입사면으로 빛이 입사되면, 빛은 제1렌즈(310)의 출사면, 제2렌즈(320)의 입사면, 제2렌즈(320)의 출사면, 제3렌즈(330)의 입사면, 제3렌즈(30)의 출사면, 제4렌즈(340)의 입사면, 제4렌즈(340)의 출사면, 제5렌즈(350)의 입사면, 제5렌즈(350)의 출사면, 광학필터(OF)를 차례로 통과하여 상면(IMG)으로 입사된다.
본 발명의 제3실시예에 따른 소형 망원 광학계(300)는 본 발명의 제1실시예 또는 본 발명의 제2실시예와 같이 물체(OBJ) 측으로부터 전달되는 빛을 제1렌즈(310)의 입사면으로 유도하는 프리즘(P)을 더 포함할 수 있다. 프리즘(P)은 제1렌즈(310)의 입사면에서 이격 배치된다. 프리즘(P)의 수평면은 제1렌즈(310)의 입사면과 마주보도록 배치되고, 프리즘(P)의 수직면은 물체(OBJ)와 마주보도록 배치된다. 프리즘(P)과 제1렌즈(310) 사이에는 조리개(미도시)가 배치될 수 있다.
그러면, 물체(OBJ) 측으로부터 프리즘(P)의 수직면으로 빛이 입사되면, 빛은 프리즘(P)의 경사면을 통해 반사되어 꺽인 다음, 프리즘(P)의 수평면을 통과하여 제1렌즈(310)의 입사면에 입사된다.
이에 따라, 본 발명의 제3실시예에 따른 렌즈모듈에서 렌즈들의 배열 방향은 카메라의 두께 방향이 아닌 카메라의 길이 방향 또는 카메라의 폭 방향으로 변경할 수 있고, 광학계(300)의 전장을 길게 할 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 소형 망원 광학계(300)는 다음과 같은 설계 조건을 갖는다.
본 발명의 제3실시예에서는 조건식(1)에 의한 관계식이 성립한다.
ㅣF / (Ri - 0.5)ㅣ < ㅣF / Riㅣ < ㅣF / (Ri + 0.5)ㅣ ... 조건식(1)
여기서, Ri는 촬상소자 상면(IMG)의 곡률반경, F는 광학계(300) 전체의 초점거리를 나타낸다.
본 발명의 제3실시예에서는 조건식(2)에 의한 관계식이 성립한다.
0 < 2y/Ri < 0.5 ... 조건식(2)
여기서, 2y는 촬상소자의 대각 전체 사이즈 또는 광학계의 이미지 사이즈, Ri는 촬상소자의 굴절률을 나타낸다.
본 발명의 제3실시예에서는 조건식(3)에 의한 관계식이 성립한다.
0.5 < ㅣF1/Fㅣ < 1.5 ... 조건식(3)
여기서, F1은 제1렌즈(310)의 초점거리, F는 광학계(300) 전체의 초점거리를 나타낸다.
또한, 본 발명의 제3실시예에서는 조건식(4)에 의한 관계식이 성립한다.
F > TL/2 ... 조건식(4)
여기서, TL은 광학계 전장이고, F는 광학계(300) 전체의 초점거리를 나타낸다.
또한, 본 발명의 제3실시예에서는 조건식(5)에 의한 관계식이 성립한다.
ㅣR1/R2ㅣ< 1.0 ... 조건식(5)
여기서, R1은 제1렌즈(310)의 제1입사부(311)의 곡률반경이고, R2는 제1렌즈(310)의 제1출사부(312)의 곡률반경을 나타낸다.
또한, 본 발명의 제3실시예에서는 조건식(6-1) 또는 조건식(6-2)에 의한 관계식이 성립한다.
TL/F > 0.8 ... 조건식(6-1)
0.800 < TL/F < 1.005 ... 조건식(6-2)
여기서, TL은 광학계(300) 전장이고, F는 광학계(300) 전체의 초점거리를 나타낸다.
또한, 본 발명의 제3실시예에서 렌즈모듈의 망원 비율은 2.5배 내지 3배를 나타낼 수 있다.
상술한 바와 같은 설계 조건에 따라, 본 발명의 제3실시예에 따른 소형 망원 광학계(300)는 물체(OBJ) 측으로부터 상면(IMG) 측으로 순서대로 배열되는 제1렌즈(310)와, 제2렌즈(320)와, 제3렌즈(330)와, 제4렌즈(340)와, 제5렌즈(350) 각각이 상술한 형상과 굴절력을 갖도록 설계된 상태로 배치되고, 촬상소자의 굴절률과 광학계(300) 전체의 초점거리가 설정됨으로써, 디지털 촬영기기에서 광학계(300)의 사이즈를 소형화시키고, 광학계(300)의 성능을 향상시킬 수 있으며, 소형 경량화를 구현하고, 왜곡 수차가 보정되며, 고해상도의 밝은 화상을 제공할 수 있다.
하지만, 상술한 설계 조건을 벗어나는 경우, 왜곡 수차의 보정이 어렵고, 고해상도의 밝은 화상을 제공하기 어렵다.
본 발명의 제3실시예에 따른 소형 망원 광학계(300)는 제3수치 실시예를 통해 구현될 수 있다.
렌즈면 면속성 곡률 반경 두께 nd vd
OBJ Sphere Infinity Infinity 　 　
P Sphere Infinity 0.000 　 　
311 Asphere 2.691 1.220 5346 56.3
312 Asphere 4.467 0.417 　 　
321(ST) Asphere 3.582 1.016 5346 56.3
322 Asphere -13.405 0.111 　 　
331 Asphere -11.445 0.555 659 20.4
332 Asphere 4.109 0.689 　 　
341 Asphere -5.031 0.840 659 20.4
344 Asphere -2.766 0.030 　 　
351 Asphere -9.812 0.993 5441 56.1
354 Asphere 6.617 0.500 　 　
OF1 Sphere Infinity 0.300 1.5167 64.2
OF2 Sphere Infinity 2.629 　 　
IMG Sphere Infinity 0.000 　 　
[표 5]는 제3수치 실시예의 설계 데이터를 나타낸 것이다. [표 5]에 나타나는 제3수치 실시예에서 렌즈면은 도 6에 도시한 렌즈면의 부호를 나타내고, 면속성은 렌즈면의 구면 상태 또는 비구면 상태를 나타내며, 곡률반경은 상면(IMG) 측을 기준으로 측정된 곡률반경을 나타낸다. 또한, nd는 굴절률을 나타내고, vd는 아베수를 나타낸다. 또한, OBJ는 물체를 나타내고, ST는 조리개(미도시)를 나타내며, IMG는 상면을 나타낸다.
제3수치 실시예에서 세부 수치는 다음과 같다.
F number = 2.4 이고,
F(광학계 전체의 초점거리) = 9.260mm 이며,
TL(광학계 전장) = 9.300mm 이고,
2y(광학계 이미지 사이즈(Sensor 대각 사이즈)) = 5.240mm 이며,
F1(제1렌즈의 초점거리) = 10.179 이고,
F2(제2렌즈의 초점거리) = 5.383 이며,
F3(제3렌즈의 초점거리) = -4.478 이고,
F4(제4렌즈의 초점거리) = 8.039 이며,
F5(제5렌즈의 초점거리) = -7.087 이다.
이에 따라, F1/F = 1.099 이고,
F1 > TL/2 이며,
R1/R2 = 0.602 이고,
TL/F = 1.004 이므로, 상술한 설계 조건을 만족하게 된다.
또한, F2/F = 0.58 이고, FOV(Field of View) = 31.0 이다.
본 발명의 제3실시예에 따른 소형 망원 광학계(300)에 사용되는 비구면의 정의를 나타내면 다음과 같다.
비구면 형상은 광축(OA) 방향을 x축으로 하고 광축(OA) 방향에 대한 수직 방향을 y축으로 할 때, 광선의 진행 방향을 정으로 하여 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다. 여기서, Z는 렌즈의 정점부터 광축(OA) 방향으로의 거리이고, R은 광축(OA)에 수직 방향으로의 거리이며, C는 렌즈의 정점에 있어서 곡률반경의 역수이고, a1은 코닉(Conic)상수이며, a4, a6, a8, a10, a12, a14, a16, ... 은 각각 비구면 계수이다.
본 발명의 제3실시예에서 비구면 형상에 대해
Figure pat00005
이면,
Figure pat00006
인 관계식이 성립한다.
여기서, 제3수치 실시예의 비구면 계수는 [표 6]과 같이 나타난다.
비구면 계수
　 코닉상수
(K) 		4차계수
(A) 		6차계수
(B) 		8차계수
(C) 		10차계수
(D) 		12차계수
(E) 		14차계수
(F) 		16차계수
(G)
2 -0.351074 -0.000249 -0.000223 -0.000015 -0.000026 0.000008 -0.000004 0.000001
3 0.000000 -0.010098 -0.002052 0.000087 0.000026 0.000003 0.000002 0.000000
4 0.000000 -0.009082 -0.004478 0.000640 -0.000298 0.000027 0.000070 -0.000012
5 0.000000 -0.002347 -0.005783 0.000510 0.000469 0.000053 -0.000025 -0.000004
6 0.000000 0.002555 0.000921 -0.001768 0.000811 -0.000048 0.000041 -0.000028
7 0.000000 0.015760 0.004118 -0.001126 0.001011 -0.002303 0.001653 -0.000368
8 0.000000 0.012510 -0.006733 -0.007639 0.005140 -0.002379 0.000056 0.000095
9 0.000000 0.010381 -0.009194 0.001034 0.000150 -0.000212 0.000023 0.000015
10 0.000000 -0.051571 -0.000070 0.004318 -0.001339 0.000199 0.000106 -0.000029
11 0.000000 -0.050008 0.013175 -0.003098 0.000514 -0.000020 -0.000010 0.000001
제3수치 실시예에 따른 소형 망원 광학계에서 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration), 상면만곡(astigmatic field curves), 왜곡 수차(distortion)는 도 7과 같이 나타난다. 여기서, 상면만곡으로는 광축(OA)을 기준으로 하는 평면의 제1만곡(X)과, 광축(OA)에 수직인 축을 기준으로 하는 평면의 제2만곡(Y)을 보여준다. 또한, 상면만곡으로는 제1만곡(X)과 제2만곡(Y)에 대응하여 자오상면 만곡(T:tangential field curvature)과 구결상면 만곡(S: sagittal field curvature)을 보여줄 수 있다.
상술한 소형 망원 광학계에 따르면, 렌즈의 굴절력, 형태 등의 적절한 설계를 통해 디지털 촬영기기에서 광학계의 사이즈를 소형화시키고, 광학계의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 렌즈의 굴절력, 형태 등의 적절한 설계를 통해 소형 경량화를 구현하고, 왜곡 수차가 보정되며, 고해상도의 밝은 화상을 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
OBJ: 물체 OA: 광축 IMG: 결상면
OF: 광학필터 OF1: 필터입사부 OF2: 필터출사부
P: 프리즘
100, 200, 300: 광학계 110, 210, 310 : 제1렌즈
111, 211, 311: 제1입사부 112, 212, 312: 제1출사부
120, 220, 320: 제2렌즈 121, 221, 321: 제2입사부
122, 222, 322: 제2출사부 130, 230, 330: 제3렌즈
131, 231, 331: 제3입사부 132, 232, 332: 제3출사부
133, 233, 333: 제1지지부 134, 234, 334: 제1경계
140, 240, 340: 제4렌즈 141, 241, 341: 제4입사부
142, 242, 342: 제2지지부 143, 243, 343: 제2경계
144, 244, 344: 제4출사부 150, 250, 350: 제5렌즈
151, 251, 351: 제5입사부 152, 252, 352: 제3지지부
153, 253, 353: 제3경계 154, 254, 354: 제5출사부

Claims (8)

  1. 광축을 따라 물체 측으로부터 상면 측으로 제1렌즈와, 제2렌즈와, 제3렌즈와, 제4렌즈와, 제5렌즈가 차례로 배열되며,
    상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈는 상기 물체 측으로 볼록한 매니스커스 형상을갖고, 상기 제3렌즈는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제4렌즈와 상기 제5렌즈는 상기 상면 측으로 볼록한 매니스커스 형상을 갖고,
    0.5 < ㅣF1/Fㅣ < 1.5 인 관계식이 성립되는 것을 특징으로 하는 소형 망원 광학계.
    여기서, F1은 상기 제1렌즈의 초점거리라 하고, F는 광학계 전체의 초점거리라 함.
  2. 제1항에 있어서,
    F > TL/2 인 관계식이 성립되는 것을 특징으로 하는 소형 망원 광학계.
    여기서, TL은 광학계 전장이라 함.
  3. 제2항에 있어서,
    ㅣR1/R2ㅣ< 1.0 인 관계식이 성립되는 것을 특징으로 하는 소형 망원 광학계.
    여기서, R1은 상기 제1렌즈의 입사면에 형성된 제1입사부의 곡률반경이라 하고, R2는 상기 제1렌즈의 출사면에 형성된 제1출사부의 곡률반경이라 함.
  4. 제3항에 있어서,
    TL/F > 0.8 인 관계식이 성립되는 것을 특징으로 하는 소형 망원 광학계.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상면에 입사되는 빛의 광량을 조절하는 조리개;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 망원 광학계.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1렌즈의 입사면에서 이격 배치되고, 상기 물체 측으로부터 전달되는 빛을 상기 제1렌즈의 입사면으로 유도하는 프리즘;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 망원 광학계.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1렌즈 내지 상기 제5렌즈의 입사면과 출사면은 각각 비구면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소형 망원 광학계.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1렌즈의 입사면과, 상기 제2렌즈의 입사면과, 상기 제3렌즈의 출사면은 상기 상면 측을 기준으로 양의 곡률반경을 나타내고,
    상기 제3렌즈의 입사면과, 상기 제4렌즈의 입사면과, 상기 제5렌즈의 입사면은 상기 상면 측을 기준으로 음의 곡률반경을 나타내는 것을 특징으로 하는 소형 망원 광학계.
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