KR20190106199A

KR20190106199A - 소형 광학계

Info

Publication number: KR20190106199A
Application number: KR1020180027350A
Authority: KR
Inventors: 최도권; 최수진
Original assignee: 해성옵틱스(주)
Priority date: 2018-03-08
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2019-09-18
Also published as: KR102039326B1

Abstract

소형 광학계에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 소형 광학계는: 피사체 측에서 이미지 센서를 향하여 제1렌즈와 제2렌즈와 제3렌즈와 제4렌즈와 제5렌즈와 제6렌즈의 순서로 설치되며, 제1렌즈는 정(+)의 굴절률을 갖고 피사체를 향하여 볼록한 렌즈로 이루어지며, 제2렌즈는 부(-)의 굴절률을 갖고 이미지 센서를 향하여 오목한 렌즈로 이루어지며, 제3렌즈는 정(+)의 굴절률을 갖고 피사체를 향하여 볼록한 렌즈로 이루어지며, 제5렌즈는 피사체를 향한 제5입사면과 이미지 센서를 향한 제5사출면 중 적어도 어느 한 면이 광축부에서 평면을 형성하며, 제6렌즈는 이미지 센서를 향한 제6사출면이 이미지 센서를 향하여 오목한 양면 비구면의 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 제1렌즈의 제1입사면에서 이미지 센서 까지의 거리를 TTL, 광학계의 초점거리를 f라고 하며, 제1렌즈의 초점거리를 f1이라고 할 때, 초점거리에 대하여 0.5 < f1/f < 1.5, TTL/f < 1.4의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

Description

소형 광학계{COMPACT OPTICAL SYSTEM}

본 발명은 소형 광학계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 6매의 렌즈를 이용하여 소형이면서도 고화질을 얻을 수 있는 소형 광학계에 관한 것이다.

일반적으로, 전자 통신 산업의 발달로 말미암아 휴대용 무선단말기는 점점 경박 소형화 되어 가면서 그 기능은 다양해지고 있는데, 특히, 디지털 카메라 기술 기반의 카메라 모듈은 단말기에 병합하여 피사체의 동화상, 정지화상을 찍어 보관하고, 상대방에게 전송하는 카메라기능이 병합된 카메라폰 단말기를 포함하여 소형 통신 단말기에 사용화되고 있다.

이러한 단말기에 일체로 구비되는 카메라 모듈은 통상적으로 그 특성상 크기가 소형이며, 경량일 것이 요구되는데, 이러한 카메라 모듈은 복수개의 렌즈와, 이를 광축방향으로 순차적으로 배치되는 렌즈경통, 렌즈를 통해 투사되는 광의 이동을 안내하는 광학소자 및 렌즈와 광학소자를 통과한 광을 화상으로 결속하는 이미지 센서를 포함할 수 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2008-0004201호(2008. 01. 09.공개, 발명의 명칭 : 어레이 렌즈를 갖는 카메라 모듈)에 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 6매의 렌즈를 이용하여 소형이면서도 고화질을 얻을 수 있는 소형 광학계를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 소형 광학계는: 피사체 측에서 이미지 센서를 향하여 제1렌즈와 제2렌즈와 제3렌즈와 제4렌즈와 제5렌즈와 제6렌즈의 순서로 설치되며, 제1렌즈는 정(+)의 굴절률을 갖고 광축부에서 피사체를 향하여 볼록한 렌즈로 이루어지며, 제2렌즈는 부(-)의 굴절률을 갖고 광축부에서 이미지 센서를 향하여 오목한 렌즈로 이루어지며, 제3렌즈는 정(+)의 굴절률을 갖고 광축부에서 피사체를 향하여 볼록한 렌즈로 이루어지며, 제5렌즈는 피사체를 향한 제5입사면과 이미지 센서를 향한 제5사출면 중 적어도 어느 한 면이 광축부에서 평면을 형성하며, 제6렌즈는 이미지 센서를 향한 제6사출면이 광축부에서 이미지 센서를 향하여 오목한 양면 비구면의 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 제1렌즈의 제1입사면에서 이미지 센서 까지의 거리를 TTL, 광학계의 초점거리를 f라고 하며, 제1렌즈의 초점거리를 f1이라고 할 때, 초점거리에 대하여 0.5 < f1/f < 1.5, TTL/f < 1.4의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

또한 제4렌즈는 제4입사면과 제4사출면 중 적어도 어느 한 면이 광축부에서 평면을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한 제4렌즈의 제4입사면은 광축부에서 평면을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한 제5사출면은 광축부에서 평면을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한 제6렌즈의 제6입사면은 광축부를 중심으로 피사체를 향하여 볼록한 형상의 렌즈를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한 제1렌즈의 아베수를 Vd1, 제2렌즈의 아베수를 Vd2, 제3렌즈의 아베수를 Vd3이라 할 때, 제1렌즈 내지 제3렌즈의 아베수는 Vd1 > 50, Vd2 < 30, Vd3 > 50의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 소형 광학계는: 피사체 측에서 이미지 센서를 향하여 제1렌즈와 제2렌즈와 제3렌즈와 제4렌즈와 제5렌즈와 제6렌즈의 순서로 설치되며, 제1렌즈는 정(+)의 굴절률을 갖고 광축부에서 피사체를 향하여 볼록한 렌즈로 이루어지며, 제2렌즈는 부(-)의 굴절률을 갖고 광축부에서 이미지 센서를 향하여 오목한 렌즈로 이루어지며, 제3렌즈는 정(+)의 굴절률을 갖으며, 제4렌즈는 제4입사면과 제4사출면 중 적어도 어느 한 면이 광축부에서 평면을 형성하며, 제6렌즈는 이미지 센서를 향한 제6사출면이 광축부에서 이미지 센서를 향하여 오목한 양면 비구면의 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 제1렌즈의 제1입사면에서 이미지 센서 까지의 거리를 TTL, 광학계의 초점거리를 f라고 하며, 제1렌즈의 초점거리를 f1이라고 할 때, 초점거리에 대하여 0.5 < f1/f < 1.5, TTL/f < 1.4의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

또한 제4입사면은 광축부에서 평면을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한 제5렌즈는 제5입사면과 제5사출면 중 적어도 어느 한 면이 광축부에서 평면을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한 제6렌즈의 제6입사면은 광축부에서 피사체를 향하여 볼록한 렌즈를 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 소형 광학계는: 피사체 측에서 이미지 센서를 향하여 제1렌즈와 제2렌즈와 제3렌즈와 제4렌즈와 제5렌즈와 제6렌즈의 순서로 설치되며, 제1렌즈는 정(+)의 굴절률을 갖고 광축부에서 피사체를 향하여 볼록한 렌즈로 이루어지며, 제2렌즈는 부(-)의 굴절률을 갖고 광축부에서 이미지 센서를 향하여 오목한 렌즈로 이루어지며, 제3렌즈는 정(+)의 굴절률을 갖으며, 제4렌즈는 제4입사면과 제4사출면 중 적어도 어느 한 면이 광축부에서 평면을 형성하며, 제5렌즈는 제5입사면과 제5사출면 중 적어도 어느 한 면이 광축부에서 평면을 형성하며, 제6렌즈는 이미지 센서를 향한 제6사출면이 광축부에서 이미지 센서를 향하여 오목한 양면 비구면의 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 제1렌즈의 제1입사면에서 이미지 센서 까지의 거리를 TTL, 광학계의 초점거리를 f라고 하며, 제1렌즈의 초점거리를 f1이라고 할 때, 초점거리에 대하여 0.5 < f1/f < 1.5, TTL/f < 1.4의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 소형 광학계는 렌즈의 구성 매수가 적은 6매의 렌즈를 사용하므로 컴팩트하고 전장이 짧으면서도 수차 특성이 우수한 고화질의 소형 광학계를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 플라스틱 재질의 렌즈를 사용하므로 경량화를 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 제작이 용이하여 대량 생산이 가능하고 제조 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 소형 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 소형 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 소형 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 소형 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 10은 본 발명의 제5실시예에 따른 소형 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제6실시예에 따른 소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 12는 본 발명의 제6실시예에 따른 소형 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 제7실시예에 따른 소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 14는 본 발명의 제7실시예에 따른 소형 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 제8실시예에 따른 소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈 구성도이다.
도 16은 본 발명의 제8실시예에 따른 소형 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 소형 광학계를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈 구성도이며, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 소형 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 소형 광학계(1)는, 피사체(10) 측에서 이미지 센서(20)를 향하여 제1렌즈(30)와 제2렌즈(40)와 제3렌즈(50)와 제4렌즈(60)와 제5렌즈(70)와 제6렌즈(80)의 순서로 설치된다. 도 1에 도시된 각 렌즈의 두께, 크기 및 형상은 설명을 위해 다소 과장되게 도시되었으며, 렌즈의 구면 또는 비구면의 형상은 일 예로 제시된 것으로 이 형상에 한정된 것은 아니다.

비구면 렌즈는, 광축(S)이 통과하는 광축부(S')와 광축부(S')를 벗어난 렌즈의 가장자리의 형상이 다를 수 있다. 따라서 렌즈 유효경 전체에 걸쳐서 명확한 오목 형상이나 볼록 형상이 아니라면, 광축(S)이 통과되는 렌즈의 가운데 부분인 광축부(S')와 광축부(S')의 외측에 위치하는 광축외부로 구분된다.

즉, 광이 이동되는 방향(도 1기준 좌우 방향)을 따라 렌즈의 중심을 연결한 수평선을 광축(S)이라 하며, 광축부(S')는 광축(S)을 중심으로 렌즈의 가운데 부분에 위치한 렌즈의 중심부이다.

피사체(10)의 영상정보에 해당하는 광은, 상기 제1렌즈(30)와 제2렌즈(40)와 제3렌즈(50)와 제4렌즈(60)와 제5렌즈(70)와 제6렌즈(80)를 차례로 통과하며 상면(IP)인 수광부에 입사되며, 이미지 센서(20)는 상면(IP)에 설치된다.

제1렌즈(30)와 제2렌즈(40)와 제3렌즈(50)와 제4렌즈(60)와 제5렌즈(70)와 제6렌즈(80)에서 피사체(10)와 마주하는 면을 입사면(入射面)이라 정의하며, 상면(IP) 또는 이미지 센서(20)와 마주하는 면을 사출면(射出面)이라 한다.

제1렌즈(30)에는 제1입사면(32)과 제1사출면(34)이 구비되며, 제2렌즈(40)에는 제2입사면(42)과 제2사출면(44)이 구비되며, 제3렌즈(50)에는 제3입사면(52)과 제3사출면(54)이 구비되며, 제4렌즈(60)에는 제4입사면(62)과 제4사출면(64)이 구비되며, 제5렌즈(70)에는 제5입사면(72)과 제5사출면(74)이 구비되며, 제6렌즈(80)에는 제6입사면(82)과 제6사출면(84)이 구비된다.

본 발명의 제1실시예에 따른 제1렌즈(30)는 피사체(10)를 향한 제1입사면(32)이 광축부(S')에서 물체측으로 볼록한 렌즈로 이루어지며 정(+)의 굴절력을 갖으며, 제2렌즈(40)는 부(-)의 굴절률을 갖고 이미지 센서(20)를 향하여 오목한 렌즈로 이루어지며, 제3렌즈(50)는 정(+)의 굴절률을 갖고 피사체(10)를 향하여 볼록한 렌즈로 이루어지며, 제5렌즈(70)는 피사체(10)를 향한 제5입사면(72)과 이미지 센서(20)를 향한 제5사출면(74) 중 적어도 어느 한 면이 광축부(S')에서 평면을 형성하거나 거의 평면을 형성하며, 제6렌즈(80)는 이미지 센서(20)를 향한 제6사출면(84)이 이미지 센서(20)를 향하여 오목한 양면 비구면의 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 제1렌즈(30)의 제1입사면(32)에서 이미지 센서(20) 까지의 거리를 TTL, 광학계의 초점거리를 f라고 하며, 제1렌즈(30)의 초점거리를 f1이라고 할 때, 초점거리에 대하여 0.5 < f1/f < 1.5, TTL/f < 1.4의 조건식을 만족한다.

제1렌즈(30)의 제1입사면(32)은 광축부(S')에서 피사체(10)를 향하여 돌출된 형상의 렌즈를 형성한다.

제2렌즈(40)의 제2입사면(42)은 광축부(S')에서 피사체(10)를 향하여 볼록하거나 평면에 가까운 형상의 렌즈를 형성하며, 제2사출면(44)은 광축부(S')에서 이미지 센서(20)를 향하여 오목한 형상의 렌즈를 형성한다.

제3렌즈(50)의 제3입사면(52)은 광축부(S')에서 피사체(10)를 향하여 볼록한 형상의 렌즈를 형성한다.

제4렌즈(60)는 제4입사면(62)과 제4사출면(64) 중 적어도 어느 한 면이 광축부(S')에서 평면을 형성하거나 거의 평면에 가까운 형상을 갖는다. 제1실시예에 따른 제4렌즈(60)는 제4입사면(62)의 광축부(S')에서 평면을 형성하거나 거의 평면에 가까운 형상을 갖는다. 또한 제4렌즈(60)의 광축부(S')를 벗어난 렌즈의 외각 부분에서는 피사체(10)를 향하여 오목한 형상을 가질 수 있다.

제5렌즈(70)는 피사체(10)를 향한 제5입사면(72)과 이미지 센서(20)를 향한 제5사출면(74)이 비구면으로 구성될 수 있다. 또한 제5사출면(74)은 광축부(S')에서 평면을 형성하거나 거의 평면에 가까운 형상을 갖는다. 또한 제5렌즈(70)에서 광축부(S')를 벗어난 렌즈의 외각 부분에서는 피사체(10)를 향하여 오목한 형상을 가질 수 있다.

제6렌즈(80)의 제6사출면(84)은 광축부(S')의 영역에서 이미지 센서(20)를 향하여 오목한 형상을 가지며, 광축부(S')에서 벗어난 제6사출면(84)은 이미지 센서(20)를 향하여 적어도 하나의 볼록한 면을 가질 수 있다. 또한 제6렌즈(80)의 제6입사면(82)과 제6사출면(84)이 모두 비구면으로 구성될 수 있다. 또한 제6렌즈(80)의 제6입사면(82)은 광축부(S')를 중심으로 피사체(10)를 향하여 볼록한 형상의 렌즈를 형성한다. 또한 제6렌즈(80)에서 광축부(S')를 벗어난 렌즈의 외각 부분에서는, 중심부에서 주변부로 갈수록 피사체(10)를 향하여 오목하다가 볼록해지는 형상을 가질 수 있다.

제6렌즈(80)와 상면(IP)의 사이에는 적외선 차단필터, 커버 글래스 등의 역할을 하는 광학필터(OF)가 설치될 수 있다. 제1실시예에 따른 광학필터(OF)는 적외선 차단필터(IR CUT FILTER)일 수 있다. 적외선 차단필터는 외부 빛으로부터 방출되는 복사열이 상면(IP)으로 전달되지 않도록 차단하는 역할을 한다. 즉, 적외선 차단필터는 가시광선을 투과시키고, 적외선은 외부로 반사시키거나 흡수해서 상면(IP)에 도달하지 않도록 차단하는 기능을 한다.

그리고 소형 광학계(1)에서 상이 맺히는 상면(IP)은 피사체(10) 영상에 대응하는 광신호가 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서(20)가 설치될 수 있으며, 일반적인 이미지 센서(20)는 CMOS 또은 CCD 센서로 이뤄질 수 있다.

본 발명의 제1실시예에 따른 소형 광학계(1)는 제1렌즈(30)의 초점거리(f1)와 전체 광학계의 초점거리(f)의 비와, 제1렌즈(30)의 제1입사면(32)에서 상면(IP)까지의 거리(TTL)와 전체 광학계의 초점거리(f)의 비를 적정하게 설정하므로써, 소형 광학계(1)의 박형화 뿐만아니라 고화질의 해상도를 제공할 수 있다.

본 발명의 제1실시예에 따른 제1렌즈(30), 제2렌즈(40), 제3렌즈(50), 제4렌즈(60), 제5렌즈(70) 및 제6렌즈(80)의 모든 면은 비구면으로 형성될 수 있다. 또한 6 매의 모든 렌즈는 플라스틱(PLASTIC) 재질로 형성해서 보다 저렴한 비용으로 제작할 수 있다.

본 실시예에 따른 제1,3렌즈의 아베수(Abbe’s number)는 50 을 초과하도록 형성될 수 있으며, 제2렌즈(40)의 아베수가 30 미만으로 형성될 수 있다.

더하여, 제1실시예에 따른 소형 광학계(1)는 제1렌즈(30), 제2렌즈(40), 제3렌즈(50)가 각 각 순서대로, 정, 부, 정의 굴절력을 갖도록 구성하고, 각각의 렌즈는 형상과 비구면을 적절히 구성하므로써, 렌즈의 가장자리에 입사되는 각도를 줄여 이미지 센서(20)의 중앙부와 주변부의 광량을 균일하게 하고, 주변 광량을 가능한 확보하여 주변이 어두워지는 현상과 왜곡을 줄일 수 있다.

이와 같은 전체적인 구성 하에서 다음의 (조건식 1) ~ (조건식 5)의 작용효과에 대해 살펴본다.

(조건식 1) 0.5 < f1/f < 1.5

(조건식 2) TTL/f < 1.4

여기서, f1 : 제1렌즈(30)의 초점거리

f : 소형 광학계의 초점거리

TTL : 제1렌즈(30)의 제1입사면(32)으로 부터 상면(IP)까지의 거리

(조건식 1)과 (조건식 2)는 광학계를 소형화하고, 구면 수차를 양호한 상태로 유지하기 위한 조건이다. (조건식 1)의 하한 값 미만으로 광학계가 설계되면, 소형 광학계(1)가 소형화 될 수 있으나, 제1렌즈(30)의 광 파워(Power)가 너무 크게 되어, 구면 수차 및 코마 수차의 보정이 어려워진다.

또한, (조건식 1)과 (조건식 2)의 상한 값을 초과하도록 소형 광학계(1)가 구성되면, 수차 보정은 용이해지지만, 소형 광학계(1)의 전체적인 길이가 길어져 박형화가 어려워진다.

(조건식 3) Vd1 > 50

(조건식 4) Vd2 < 30

(조건식 5) Vd3 > 50

여기서, Vd1은 제1렌즈(30)의 아베수, Vd2은 제2렌즈(40)의 아베수, Vd3은 제3렌즈(50)의 아베수이다. 제1렌즈(30) 내지 제3렌즈(50)가 각각 (조건식 3)~(조건식 5)의 범위를 만족하도록 소형 광학계(1)가 설계되면, 색수차를 양호하게 보정하여 고해상도 광학계 설계가 가능하다.

개구 조리개(AS)는 소형 광학계(1)에 있어서 조리개의 일종으로 소형 광학계(1)에 들어가는 빛의 양을 한정한다. 예를 들면 사진 렌즈 조리개는 개구 조리개로 이것에 의해 사진 렌즈에 들어오는 빛이 양이 정해진다

한편 비구면 렌즈는 굴절면이 구면 이외의 곡면으로 만들어져 있는 렌즈이다.

또한 본 발명의 각 실시 예에서 사용되는 비구면은 이하의 (수학식 1)로부터 얻어진다.

(수학식1)

Z : 렌즈의 정점에 접하는 xy 평면으로부터 광축방향(z) 으로의 거리

Y : 광축에 수직인 방향(반경 방향)으로의 거리

c : 렌즈 면의 정점에서의 곡률 반경

K : 코닉(Conic) 상수

A, B, C, D, E, F, G, H, J : 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20차 비구면 계수

한 편, 이하에 사용되는 비구면은 (수학식 1)로부터 얻어지며, 코닉 상수(K) 및 비구면 계수(A, B, C, …) 에 사용되는 “E 및 이에 이어지는 숫자”는 10의 거듭제곱을 나타낸다. 예를 들면, E+01은 10¹, E-02는 10^-2를 나타낸다.

참고도에 도시된 바와 같이, 광축(S)과 접하는 광학면의 정점에 접하는 평면(이하의 XY 평면)에 대해, 광축(S)에서 반경 방향으로 y 만큼 떨어진 위치에서, 광학면이 접평면에서 벗어난 정도를 SAG(y)로 나타낼 수 있다. 광축(S)에 가까운 위치에서 SAG가 충분히 적은 량이라면, 광축(S)에서 평면에 가깝다고 정의할 수 있다. 예로, y가 0.1~0.2mm 이고, SAG가 0.1um이하라면 평면에 가깝다고 판단 가능하다.

하기의 (표 1-1)은 본 발명의 제1실시예에 따른 소형 광학계(1)의 수치예를 나타낸다.

(표 1-1)

굴절율 및 아베수를 나타내는 기준 파장은 587.6nm(d-line)이다.

상기 (표1-1)에서 면 번호 1과 2는 도 1에 도시된 제1입사면(32)과 제1사출면(34)이며, 면 번호 3과 4는 제2입사면(42)과 제2사출면(44)이며, 면 번호 5와 6은 제3입사면(52)과 제3사출면(54)이며, 면 번호 7과 8은 제4입사면(62)과 제4사출면(64)이며, 면 번호 9와 10은 제5입사면(72)과 제5사출면(74)이며, 면 번호 11과 12는 제6입사면(82)과 제6사출면(84)이다.

도 2는 (표 1-1)과 (표 1-2) 및 도 1에 도시된 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다. 제1실시예에 따른 소형 광학계(1)는 F넘버(Fno)가 1.71이고, 유효 초점거리는 4.346mm이다. 또한 제1렌즈(30)의 제1입사면(32)으로 부터 상면(IP)까지의 거리(TTL)는 5.220mm이다. 그리고 렌즈의 반화각(HFOV)은 38.35도이다.

(표 1-1)에서 *는 비구면을 나타내며, 제1실시예에 의한 소형 광학계에서는 모든 렌즈의 굴절면은 비구면이다. (표 1-1)에 표기한 두께는 각 렌즈면에서 다음 렌즈 면까지의 거리를 나타낸다. 또한 (수학식 1)에 의한 제1실시예의 비구면 계수의 값은 (표 1-2)와 같다.

제4렌즈(60)에서 제4입사면(62)의 면번호를 L4S1로 설정하고, 제4사출면(64)의 면번호를 L4S2로 설정하고, 제5렌즈(70)에서 제5입사면(72)의 면번호를 L5S1로 설정하고, 제5사출면(74)의 면번호를 L5S2로 설정할 때, 광축(S) 영역에서 각각의 SAG는 이하와 같다.

(표 1-2)

소형 광학계(1)의 유효 초점거리에 대한 제1렌즈(30)의 초점거리 비 및 광학 전장(TTL) 비는 아래와 같다.

f1/f = 1.07

TTL/f = 1.20

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 소형 광학계(2)를 설명하기로 한다.

설명의 편의를 위해 본 발명의 제1실시예와 구성 및 작용이 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호로 인용하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈 구성도이며, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 소형 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.

도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 소형 광학계(2)는 F넘버(Fno)가 1.70 이고, 유효 초점거리는 4.320mm이다. 또한 제1렌즈(30)의 제1입사면(32)으로부터 상면(IP)까지의 거리(TTL)는 5.221mm이다. 그리고 렌즈의 반화각(HFOV)은 38.35도이다.

(표 2-1)

(표 2-1)에서 굴절율 및 아베수를 나타내는 기준 파장은 587.6nm(d-line)이며, *는 비구면을 나타내고 모든 렌즈의 굴절면은 비구면이다.

상기 (표2-1)에서 면 번호 1과 2는 도 3에 도시된 제1입사면(32)과 제1사출면(34)이며, 면 번호 3과 4는 제2입사면(42)과 제2사출면(44)이며, 면 번호 5와 6은 제3입사면(52)과 제3사출면(54)이며, 면 번호 7과 8은 제4입사면(62)과 제4사출면(64)이며, 면 번호 9와 10은 제5입사면(72)과 제5사출면(74)이며, 면 번호 11과 12는 제6입사면(82)과 제6사출면(84)이다.

(표 2-1)에 표기한 두께는 각 렌즈 면에서 다음 렌즈 면까지의 거리를 나타낸다.

(수학식 1)에 의한 제2실시예에 의한 소형 광학계(2)의 비구면 계수 값은 (표 2-2)와 같다.

(표 2-2)

또한 광학계의 유효 초점거리에 대한 제1렌즈(30)의 초점거리 비 및 광학 전장(TTL) 비는 아래와 같다.

f1/f = 1.08

TTL/f = 1.21

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제3실시예에 따른 소형 광학계(3)를 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈 구성도이며, 도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 소형 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.

도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 소형 광학계(3)는 F넘버(Fno)가 1.73 이고, 유효 초점거리는 4.404mm이다. 또한 제1렌즈(30)의 제1입사면(32)으로부터 상면(IP)까지의 거리(TTL)는 5.120mm이다. 그리고 렌즈의 반화각(HFOV)은 38.35도이다.

(표 3-1)

(표 3-1)에서 굴절율 및 아베수를 나타내는 기준 파장은 587.6nm(d-line)이며, *는 비구면을 나타내고 모든 렌즈의 굴절면은 비구면이다.

상기 (표3-1)에서 면 번호 1과 2는 도 5에 도시된 제1입사면(32)과 제1사출면(34)이며, 면 번호 3과 4는 제2입사면(42)과 제2사출면(44)이며, 면 번호 5와 6은 제3입사면(52)과 제3사출면(54)이며, 면 번호 7과 8은 제4입사면(62)과 제4사출면(64)이며, 면 번호 9와 10은 제5입사면(72)과 제5사출면(74)이며, 면 번호 11과 12는 제6입사면(82)과 제6사출면(84)이다.

(표 3-1)에 표기한 두께는 각 렌즈 면에서 다음 렌즈 면까지의 거리를 나타낸다.

(수학식 1)에 의한 제3실시예에 의한 소형 광학계(3)의 비구면 계수 값은 (표 3-2)와 같다.

(표 3-2)

f1/f = 1.04

TTL/f = 1.16

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제4실시예에 따른 소형 광학계(4)를 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈 구성도이며, 도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 소형 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.

도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 소형 광학계(4)는 F넘버(Fno)가 1.91 이고, 유효 초점거리는 4.268mm이다. 또한 제1렌즈(30)의 제1입사면(32)으로부터 상면(IP)까지의 거리(TTL)는 5.094mm이다. 그리고 렌즈의 반화각(HFOV)은 38.5도이다.

(표 4-1)

(표 4-1)에서 굴절율 및 아베수를 나타내는 기준 파장은 587.6nm(d-line)이며, *는 비구면을 나타내고 모든 렌즈의 굴절면은 비구면이다.

상기 (표4-1)에서 면 번호 1과 2는 도 7에 도시된 제1입사면(32)과 제1사출면(34)이며, 면 번호 3과 4는 제2입사면(42)과 제2사출면(44)이며, 면 번호 5와 6은 제3입사면(52)과 제3사출면(54)이며, 면 번호 7과 8은 제4입사면(62)과 제4사출면(64)이며, 면 번호 9와 10은 제5입사면(72)과 제5사출면(74)이며, 면 번호 11과 12는 제6입사면(82)과 제6사출면(84)이다.

(표 4-1)에 표기한 두께는 각 렌즈 면에서 다음 렌즈 면까지의 거리를 나타낸다.

(수학식 1)에 의한 제4실시예에 의한 소형 광학계(4)의 비구면 계수 값은 (표 4-2)와 같다.

(표 4-2)

f1/f = 1.01

TTL/f = 1.19

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제5실시예에 따른 소형 광학계(5)를 설명하기로 한다.

도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈 구성도이며, 도 10은 본 발명의 제5실시예에 따른 소형 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.

도 9와 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예에 따른 소형 광학계(5)는 F넘버(Fno)가 1.97 이고, 유효 초점거리는 4.421mm이다. 또한 제1렌즈(30)의 제1입사면(32)으로부터 상면(IP)까지의 거리(TTL)는 5.118mm이다. 그리고 렌즈의 반화각(HFOV)은 38.5도이다.

(표 5-1)

(표 5-1)에서 굴절율 및 아베수를 나타내는 기준 파장은 587.6nm(d-line)이며, *는 비구면을 나타내고 모든 렌즈의 굴절면은 비구면이다.

상기 (표5-1)에서 면 번호 1과 2는 도 9에 도시된 제1입사면(32)과 제1사출면(34)이며, 면 번호 3과 4는 제2입사면(42)과 제2사출면(44)이며, 면 번호 5와 6은 제3입사면(52)과 제3사출면(54)이며, 면 번호 7과 8은 제4입사면(62)과 제4사출면(64)이며, 면 번호 9와 10은 제5입사면(72)과 제5사출면(74)이며, 면 번호 11과 12는 제6입사면(82)과 제6사출면(84)이다.

(표 5-1)에 표기한 두께는 각 렌즈 면에서 다음 렌즈 면까지의 거리를 나타낸다.

(수학식 1)에 의한 제5실시예에 의한 소형 광학계(5)의 비구면 계수 값은 (표 5-2)와 같다.

(표 5-2)

f1/f = 0.99

TTL/f = 1.16

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제6실시예에 따른 소형 광학계(6)를 설명하기로 한다.

도 11은 본 발명의 제6실시예에 따른 소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈 구성도이며, 도 12는 본 발명의 제6실시예에 따른 소형 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.

도 11과 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제6실시예에 따른 소형 광학계(6)는 F넘버(Fno)가 1.91 이고, 유효 초점거리는 4.119mm이다. 또한 제1렌즈(30)의 제1입사면(32)으로부터 상면(IP)까지의 거리(TTL)는 4.875mm이다. 그리고 렌즈의 반화각(HFOV)은 37.9도이다.

(표 6-1)

(표 6-1)에서 굴절율 및 아베수를 나타내는 기준 파장은 587.6nm(d-line)이며, *는 비구면을 나타내고 모든 렌즈의 굴절면은 비구면이다.

상기 (표6-1)에서 면 번호 1과 2는 도 11에 도시된 제1입사면(32)과 제1사출면(34)이며, 면 번호 3과 4는 제2입사면(42)과 제2사출면(44)이며, 면 번호 5와 6은 제3입사면(52)과 제3사출면(54)이며, 면 번호 7과 8은 제4입사면(62)과 제4사출면(64)이며, 면 번호 9와 10은 제5입사면(72)과 제5사출면(74)이며, 면 번호 11과 12는 제6입사면(82)과 제6사출면(84)이다.

(표 6-1)에 표기한 두께는 각 렌즈 면에서 다음 렌즈 면까지의 거리를 나타낸다.

(수학식 1)에 의한 제6실시예에 의한 소형 광학계(6)의 비구면 계수 값은 (표 6-2)와 같다.

(표 6-2)

f1/f = 1.16

TTL/f = 1.18

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제7실시예에 따른 소형 광학계(7)를 설명하기로 한다.

도 13은 본 발명의 제7실시예에 따른 소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈 구성도이며, 도 14는 본 발명의 제7실시예에 따른 소형 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.

도 13과 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제7실시예에 따른 소형 광학계(7)는 F넘버(Fno)가 1.91 이고, 유효 초점거리는 4.122mm이다. 또한 제1렌즈(30)의 제1입사면(32)으로부터 상면(IP)까지의 거리(TTL)는 4.914mm이다. 그리고 렌즈의 반화각(HFOV)은 37.9도이다.

(표 7-1)

(표 7-1)에서 굴절율 및 아베수를 나타내는 기준 파장은 587.6nm(d-line)이며, *는 비구면을 나타내고 모든 렌즈의 굴절면은 비구면이다.

상기 (표7-1)에서 면 번호 1과 2는 도 13에 도시된 제1입사면(32)과 제1사출면(34)이며, 면 번호 3과 4는 제2입사면(42)과 제2사출면(44)이며, 면 번호 5와 6은 제3입사면(52)과 제3사출면(54)이며, 면 번호 7과 8은 제4입사면(62)과 제4사출면(64)이며, 면 번호 9와 10은 제5입사면(72)과 제5사출면(74)이며, 면 번호 11과 12는 제6입사면(82)과 제6사출면(84)이다.

(표 7-1)에 표기한 두께는 각 렌즈 면에서 다음 렌즈 면까지의 거리를 나타낸다.

(수학식 1)에 의한 제7실시예에 의한 소형 광학계(7)의 비구면 계수 값은 (표 7-2)와 같다.

(표 7-2)

f1/f = 1.31

TTL/f = 1.19

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제8실시예에 따른 소형 광학계(8)를 설명하기로 한다.

도 15는 본 발명의 제8실시예에 따른 소형 광학계의 렌즈 배치를 나타내는 렌즈 구성도이며, 도 16은 본 발명의 제8실시예에 따른 소형 광학계의 수차 특성을 도시한 그래프이다.

도 15와 도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제8실시예에 따른 소형 광학계(8)는 F넘버(Fno)가 1.90 이고, 유효 초점거리는 4.251mm이다. 또한 제1렌즈(30)의 제1입사면(32)으로부터 상면(IP)까지의 거리(TTL)는 4.921mm이다. 그리고 렌즈의 반화각(HFOV)은 39.4도이다.

(표 8-1)

(표 8-1)에서 굴절율 및 아베수를 나타내는 기준 파장은 587.6nm(d-line)이며, *는 비구면을 나타내고 모든 렌즈의 굴절면은 비구면이다.

상기 (표8-1)에서 면 번호 1과 2는 도 15에 도시된 제1입사면(32)과 제1사출면(34)이며, 면 번호 3과 4는 제2입사면(42)과 제2사출면(44)이며, 면 번호 5와 6은 제3입사면(52)과 제3사출면(54)이며, 면 번호 7과 8은 제4입사면(62)과 제4사출면(64)이며, 면 번호 9와 10은 제5입사면(72)과 제5사출면(74)이며, 면 번호 11과 12는 제6입사면(82)과 제6사출면(84)이다.

(표 8-1)에 표기한 두께는 각 렌즈 면에서 다음 렌즈 면까지의 거리를 나타낸다.

(수학식 1)에 의한 제8실시예에 의한 소형 광학계(8)의 비구면 계수 값은 (표 8-2)와 같다.

(표 8-2)

f1/f = 0.97

TTL/f = 1.16

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 렌즈의 구성 매수가 적은 6매의 렌즈를 사용하므로 컴팩트하고 전장이 짧으면서도 수차 특성이 우수한 고화질의 소형 광학계(1,2,3,4,5,6,7,8)를 제공할 수 있다. 또한 본 발명은 플라스틱 재질의 렌즈를 사용하므로 경량화를 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 제작이 용이하여 대량 생산이 가능하고 제조 비용을 절감할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

1,2,3,4,5,6,7,8: 소형 광학계
10: 피사체(10) 20: 이미지 센서
30: 제1렌즈 32: 제1입사면 34: 제1사출면
40: 제2렌즈 42: 제2입사면 44: 제2사출면
50: 제3렌즈 52: 제3입사면 54: 제3사출면
60: 제4렌즈 62: 제4입사면 64: 제4사출면
70: 제5렌즈 72: 제5입사면 74: 제5사출면
80: 제6렌즈 82: 제6입사면 84: 제6사출면
S: 광축 S':광축부 AS: 개구 조리개 IP: 상면
OF: 광학필터
f1: 제1렌즈의 초점거리
f: 전체 광학계의 초점거리
TTL: 제1렌즈의 물체측 면에서 상면까지의 거리

Claims

피사체 측에서 이미지 센서를 향하여 제1렌즈와 제2렌즈와 제3렌즈와 제4렌즈와 제5렌즈와 제6렌즈의 순서로 설치되며,
상기 제1렌즈는 정(+)의 굴절률을 갖고 광축부에서 상기 피사체를 향하여 볼록한 렌즈로 이루어지며,
상기 제2렌즈는 부(-)의 굴절률을 갖고 광축부에서 상기 이미지 센서를 향하여 오목한 렌즈로 이루어지며,
상기 제3렌즈는 정(+)의 굴절률을 갖고 광축부에서 상기 피사체를 향하여 볼록한 렌즈로 이루어지며,
상기 제5렌즈는 상기 피사체를 향한 제5입사면과 상기 이미지 센서를 향한 제5사출면 중 적어도 어느 한 면이 광축부에서 평면을 형성하며,
상기 제6렌즈는 상기 이미지 센서를 향한 제6사출면이 광축부에서 상기 이미지 센서를 향하여 오목한 양면 비구면의 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하며,
상기 제1렌즈의 제1입사면에서 상기 이미지 센서 까지의 거리를 TTL, 상기 광학계의 초점거리를 f라고 하며, 상기 제1렌즈의 초점거리를 f1이라고 할 때, 초점거리에 대하여 다음 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 소형 광학계.
0.5 < f1/f < 1.5
TTL/f < 1.4
제 1 항에 있어서,
상기 제4렌즈는 제4입사면과 제4사출면 중 적어도 어느 한 면이 광축부에서 평면을 형성하는 것을 특징으로 하는 소형 광학계.
제 2 항에 있어서,
상기 제4렌즈의 제4입사면은 광축부에서 평면을 형성하는 것을 특징으로 하는 소형 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 제5사출면은 광축부에서 평면을 형성하는 것을 특징으로 하는 소형 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 제6렌즈의 제6입사면은 광축부를 중심으로 상기 피사체를 향하여 볼록한 형상의 렌즈를 형성하는 것을 특징으로 하는 소형 광학계.
제 1 항에 있어서,
상기 제1렌즈의 아베수를 Vd1, 상기 제2렌즈의 아베수를 Vd2, 상기 제3렌즈의 아베수를 Vd3이라 할 때, 상기 제1렌즈 내지 제3렌즈의 아베수는 다음 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 소형 광학계.
Vd1 > 50
Vd2 < 30
Vd3 > 50
피사체 측에서 이미지 센서를 향하여 제1렌즈와 제2렌즈와 제3렌즈와 제4렌즈와 제5렌즈와 제6렌즈의 순서로 설치되며,
상기 제1렌즈는 정(+)의 굴절률을 갖고 광축부에서 상기 피사체를 향하여 볼록한 렌즈로 이루어지며,
상기 제2렌즈는 부(-)의 굴절률을 갖고 광축부에서 상기 이미지 센서를 향하여 오목한 렌즈로 이루어지며,
상기 제3렌즈는 정(+)의 굴절률을 갖으며,
상기 제4렌즈는 제4입사면과 제4사출면 중 적어도 어느 한 면이 광축부에서 평면을 형성하며,
상기 제6렌즈는 상기 이미지 센서를 향한 제6사출면이 광축부에서 상기 이미지 센서를 향하여 오목한 양면 비구면의 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하며,
상기 제1렌즈의 제1입사면에서 상기 이미지 센서 까지의 거리를 TTL, 상기 광학계의 초점거리를 f라고 하며, 상기 제1렌즈의 초점거리를 f1이라고 할 때, 초점거리에 대하여 다음 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 소형 광학계.
0.5 < f1/f < 1.5
TTL/f < 1.4
제 7 항에 있어서,
상기 제4입사면은 광축부에서 평면을 형성하는 것을 특징으로 하는 소형 광학계.
제 7 항에 있어서,
상기 제5렌즈는 제5입사면과 제5사출면 중 적어도 어느 한 면이 광축부에서 평면을 형성하는 것을 특징으로 하는 소형 광학계.
제 9 항에 있어서,
상기 제5사출면은 광축부에서 평면을 형성하는 것을 특징으로 하는 소형 광학계.
제 7 항에 있어서,
상기 제6렌즈의 제6입사면은 광축부에서 상기 피사체를 향하여 볼록한 렌즈를 형성하는 것을 특징으로 하는 소형 광학계.
제 7 항에 있어서,
상기 제1렌즈의 아베수를 Vd1, 상기 제2렌즈의 아베수를 Vd2, 상기 제3렌즈의 아베수를 Vd3이라 할 때, 상기 제1렌즈 내지 제3렌즈의 아베수는 다음 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 소형 광학계.
Vd1 > 50
Vd2 < 30
Vd3 > 50
피사체 측에서 이미지 센서를 향하여 제1렌즈와 제2렌즈와 제3렌즈와 제4렌즈와 제5렌즈와 제6렌즈의 순서로 설치되며,
상기 제1렌즈는 정(+)의 굴절률을 갖고 광축부에서 상기 피사체를 향하여 볼록한 렌즈로 이루어지며,
상기 제2렌즈는 부(-)의 굴절률을 갖고 광축부에서 상기 이미지 센서를 향하여 오목한 렌즈로 이루어지며,
상기 제3렌즈는 정(+)의 굴절률을 갖으며,
상기 제4렌즈는 제4입사면과 제4사출면 중 적어도 어느 한 면이 광축부에서 평면을 형성하며,
상기 제5렌즈는 제5입사면과 제5사출면 중 적어도 어느 한 면이 광축부에서 평면을 형성하며,
상기 제6렌즈는 상기 이미지 센서를 향한 제6사출면이 광축부에서 상기 이미지 센서를 향하여 오목한 양면 비구면의 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하며,
상기 제1렌즈의 제1입사면에서 상기 이미지 센서 까지의 거리를 TTL, 상기 광학계의 초점거리를 f라고 하며, 상기 제1렌즈의 초점거리를 f1이라고 할 때, 초점거리에 대하여 다음 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 소형 광학계.
0.5 < f1/f < 1.5
TTL/f < 1.4
제 13 항에 있어서,
상기 제4입사면은 광축부에서 평면을 형성하는 것을 특징으로 하는 소형 광학계.
제 13 항에 있어서,
상기 제5사출면은 광축부에서 평면을 형성하는 것을 특징으로 하는 소형 광학계.
제 13 항에 있어서,
상기 제6렌즈의 제6입사면은 광축부에서 상기 피사체를 향하여 볼록한 렌즈를 형성하는 것을 특징으로 하는 소형 광학계.
제 13 항에 있어서,
상기 제1렌즈의 아베수를 Vd1, 상기 제2렌즈의 아베수를 Vd2, 상기 제3렌즈의 아베수를 Vd3이라 할 때, 상기 제1렌즈 내지 제3렌즈의 아베수는 다음 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 소형 광학계.
Vd1 > 50
Vd2 < 30
Vd3 > 50