KR20220007545A - 렌즈 장치 및 이를 구비하는 카메라 장치 - Google Patents

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KR20220007545A
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여상옥
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 렌즈 장치 및 이를 구비하는 카메라 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 장치는, 오브젝트 방향에서 이미지 센서 방향으로 순차적으로 배치되는 전방 렌즈 그룹, 조리개, 후방 렌즈 그룹을 포함하고, 전방 렌즈 그룹은 전체적으로 음의 굴절력을 가지며, 후방 렌즈 그룹은 전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 전방 렌즈 그룹은, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지는 제1 렌즈와, 제1 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제2 렌즈를 포함하고, 제1 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 오브젝트 방향의 제1 면과, 제2 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 이미지 센서 방향의 제2 면은, 평면이며, 서로 동일한 형상을 가진다. 이에 의해, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.

Description

렌즈 장치 및 이를 구비하는 카메라 장치{lens device and camera apparatus including the same}
본 발명은 렌즈 장치 및 이를 구비하는 카메라 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 사이즈를 저감하면서 고해상도의 광학 성능을 구현할 수있는 렌즈 장치 및 이를 구비하는 카메라 장치에 관한 것이다.
렌즈 장치는, 카메라 장치 내에 사용되며, 물체로부터의 광을 카메라 장치 내의 이미지 센서로 전달한다.
한편, 카메라 장치 중 소형 카메라 장치는, 예를 들어, 의료용 내시경 장치에 사용된다.
의료용 내시경 장치에 사용되는 카메라 장치 내의 렌즈 장치는, 소형이면서 해상도가 높아지는 추세이다.
현재, 의료용 내시경 장치에 사용되는 카메라 장치 내의 렌즈 장치는, 대략 HD 의 영상을 제공하고 있다. 그러나, 진단의 정확성과 판독 시간 단축을 위해, Full HD의 영상 제공에 대한 필요가 증대되고 있다.
이에, Full HD의 영상을 제공하기 위한 카메라 장치 및 카메라 장치 내의 렌즈 장치에 대한 연구가 진행되고 있다.
한편, 의료용 내시경 장치에 사용되는 카메라 장치 내의 렌즈 장치의 외경 크기가 5mm 이하로 작고, 제한된 크기에서 고해상도화를 구현하여야 하므로, 렌즈 장치에 대한 광학 설계 난이도가 증가하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 광학 성능을 구현할 수있는 렌즈 장치 및 이를 구비하는 카메라 장치를 제공함에 있다.
한편, 본 발명의 다른 목적은, 영상 내의 오브젝트에 대해 컨트라스트를 향상시킬 수 있는 렌즈 장치 및 이를 구비하는 카메라 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 장치는, 오브젝트 방향에서 이미지 센서 방향으로 순차적으로 배치되는 전방 렌즈 그룹, 조리개, 후방 렌즈 그룹을 포함하고, 전방 렌즈 그룹은 전체적으로 음의 굴절력을 가지며, 후방 렌즈 그룹은 전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 전방 렌즈 그룹은, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지는 제1 렌즈와, 제1 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제2 렌즈를 포함하고, 제1 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 오브젝트 방향의 제1 면과, 제2 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 이미지 센서 방향의 제2 면은, 평면이며, 서로 동일한 형상을 가진다.
한편, 전방 렌즈 그룹의 복합 초점 길이를 fo라 하고, 제1 렌즈의 초점 길이를 f1 이라 할때, | f0 / f1 | ≥ 1.1 일 수 있다.
한편, 전방 렌즈 그룹 내의 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 간격을 t2라 하고, 제1 렌즈의 제1 면과 이미지 센서 까지의 거리를 TT라 할때, 0.1 ≤ | t2 / TT | ≤ 0.2 일 수 있다.
한편, 후방 렌즈 그룹은, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈와, 제3 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지는 제4 렌즈와, 제4 렌즈에 부착되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제5 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈 장치는, 오브젝트 방향에서 이미지 센서 방향으로 순차적으로 배치되는 전방 렌즈 그룹, 조리개, 후방 렌즈 그룹을 포함하고, 전방 렌즈 그룹은 전체적으로 음의 굴절력을 가지며, 후방 렌즈 그룹은 전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 전방 렌즈 그룹은, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지는 제1 렌즈와, 제1 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제2 렌즈를 포함하고, 전방 렌즈 그룹의 복합 초점 길이를 fo라 하고, 제1 렌즈의 초점 길이를 f1 이라 할때, | f0 / f1 | ≥ 1.1 이며, 전방 렌즈 그룹 내의 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 간격을 t2라 하고, 제1 렌즈의 제1 면과 이미지 센서 까지의 거리를 TT라 할때, 0.04 ≤ | t2 / TT | ≤ 0.065 이다.
한편, 후방 렌즈 그룹은, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈와, 제3 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지는 제4 렌즈와, 제4 렌즈에 부착되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제5 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 장치는, 오브젝트 방향에서 이미지 센서 방향으로 순차적으로 배치되는 전방 렌즈 그룹, 조리개, 후방 렌즈 그룹을 포함하고, 전방 렌즈 그룹은 전체적으로 음의 굴절력을 가지며, 후방 렌즈 그룹은 전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 전방 렌즈 그룹은, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며, 글래스 재질로 구성되는 제1 렌즈와, 제1 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지며, 플래스틱 재질로 구성되는 제2 렌즈를 포함하고, 전방 렌즈 그룹의 복합 초점 길이를 fo라 하고, 제1 렌즈의 초점 길이를 f1 이라 할때, | f0 / f1 | ≥ 1.1 이다.
한편, 후방 렌즈 그룹은, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제3 렌즈와, 제3 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제4 렌즈와, 제4 렌즈에 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제5 렌즈를 포함할 수 있다.
한편, 제2 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상일 수 있다.
한편, 제3 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상이며, 제4 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상이며, 제5 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 장치는, 오브젝트 방향에서 이미지 센서 방향으로 순차적으로 배치되는 전방 렌즈 그룹, 조리개, 후방 렌즈 그룹을 포함하고, 전방 렌즈 그룹은 전체적으로 음의 굴절력을 가지며, 후방 렌즈 그룹은 전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 전방 렌즈 그룹은, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며, 플라스틱 재질로 구성되는 제1 렌즈와, 제1 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지며, 플라스틱 재질로 구성되는 제2 렌즈를 포함하고, 제1 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상이며, 제2 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상이며, 전방 렌즈 그룹의 복합 초점 길이를 fo라 하고, 제1 렌즈의 초점 길이를 f1 이라 할때, | f0 / f1 | ≥ 1.1 이다.
한편, 후방 렌즈 그룹은, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제3 렌즈와, 제3 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제4 렌즈와, 제4 렌즈에 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제5 렌즈를 포함할 수 있다.
한편, 제3 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상이며, 제4 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상이며, 제5 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치는, 렌즈 장치와, 렌즈 장치로부터의 광을 전기 신호로 변환하는 이미지 센서를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 장치는, 오브젝트 방향에서 이미지 센서 방향으로 순차적으로 배치되는 전방 렌즈 그룹, 조리개, 후방 렌즈 그룹을 포함하고, 전방 렌즈 그룹은 전체적으로 음의 굴절력을 가지며, 후방 렌즈 그룹은 전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 전방 렌즈 그룹은, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지는 제1 렌즈와, 제1 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제2 렌즈를 포함하고, 제1 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 오브젝트 방향의 제1 면과, 제2 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 이미지 센서 방향의 제2 면은, 평면이며, 서로 동일한 형상을 가진다. 이에 따라, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다. 또한, 렌즈 장치의 세척이 용이하게 된다.
한편, 전방 렌즈 그룹의 복합 초점 길이를 fo라 하고, 제1 렌즈의 초점 길이를 f1 이라 할때, | f0 / f1 | ≥ 1.1 일 수 있다. 이에 따라, 전압 렌즈 그룹 내의 제1 렌즈와 제2 렌즈의 굴절력을 증가시키면서, 렌즈의 수차를 개선할 수 있으며, 결국, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 영상을 제공할 수 있게 된다.
한편, 전방 렌즈 그룹 내의 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 간격을 t2라 하고, 제1 렌즈의 제1 면과 이미지 센서 까지의 거리를 TT라 할때, 0.1 ≤ | t2 / TT | ≤ 0.2 일 수 있다. 이에 따라, 변조 전달 함수(Modulation Transfer Function; MTF)의 성능 열화 없이, 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
한편, 후방 렌즈 그룹은, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈와, 제3 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지는 제4 렌즈와, 제4 렌즈에 부착되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제5 렌즈를 포함할 수 있다. 이에 따라, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈 장치는, 오브젝트 방향에서 이미지 센서 방향으로 순차적으로 배치되는 전방 렌즈 그룹, 조리개, 후방 렌즈 그룹을 포함하고, 전방 렌즈 그룹은 전체적으로 음의 굴절력을 가지며, 후방 렌즈 그룹은 전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 전방 렌즈 그룹은, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지는 제1 렌즈와, 제1 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제2 렌즈를 포함하고, 전방 렌즈 그룹의 복합 초점 길이를 fo라 하고, 제1 렌즈의 초점 길이를 f1 이라 할때, | f0 / f1 | ≥ 1.1 이며, 전방 렌즈 그룹 내의 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 간격을 t2라 하고, 제1 렌즈의 제1 면과 이미지 센서 까지의 거리를 TT라 할때, 0.04 ≤ | t2 / TT | ≤ 0.065 이다. 이에 따라, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다. 또한, 변조 전달 함수(Modulation Transfer Function; MTF)의 성능 열화 없이, 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다. 또한, 렌즈 장치의 세척이 용이하게 된다.
한편, 후방 렌즈 그룹은, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈와, 제3 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지는 제4 렌즈와, 제4 렌즈에 부착되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제5 렌즈를 포함할 수 있다. 이에 따라, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 장치는, 오브젝트 방향에서 이미지 센서 방향으로 순차적으로 배치되는 전방 렌즈 그룹, 조리개, 후방 렌즈 그룹을 포함하고, 전방 렌즈 그룹은 전체적으로 음의 굴절력을 가지며, 후방 렌즈 그룹은 전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 전방 렌즈 그룹은, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며, 글래스 재질로 구성되는 제1 렌즈와, 제1 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지며, 플래스틱 재질로 구성되는 제2 렌즈를 포함하고, 전방 렌즈 그룹의 복합 초점 길이를 fo라 하고, 제1 렌즈의 초점 길이를 f1 이라 할때, | f0 / f1 | ≥ 1.1 이다. 이에 따라, 전압 렌즈 그룹 내의 제1 렌즈와 제2 렌즈의 굴절력을 증가시키면서, 렌즈의 수차를 개선할 수 있으며, 결국, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 영상을 제공할 수 있게 된다.
한편, 후방 렌즈 그룹은, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제3 렌즈와, 제3 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제4 렌즈와, 제4 렌즈에 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제5 렌즈를 포함할 수 있다. 이에 따라, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
한편, 제2 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상일 수 있다. 이에 따라, 제2 렌즈의 렌즈 제작이 보다 용이하게 된다.
한편, 제3 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상이며, 제4 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상이며, 제5 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상일 수 있다. 이에 따라, 후방 렌즈 그룹 내의 렌즈 제작이 보다 용이하게 된다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 장치는, 오브젝트 방향에서 이미지 센서 방향으로 순차적으로 배치되는 전방 렌즈 그룹, 조리개, 후방 렌즈 그룹을 포함하고, 전방 렌즈 그룹은 전체적으로 음의 굴절력을 가지며, 후방 렌즈 그룹은 전체적으로 양의 굴절력을 가지며, 전방 렌즈 그룹은, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며, 플라스틱 재질로 구성되는 제1 렌즈와, 제1 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지며, 플라스틱 재질로 구성되는 제2 렌즈를 포함하고, 제1 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상이며, 제2 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상이며, 전방 렌즈 그룹의 복합 초점 길이를 fo라 하고, 제1 렌즈의 초점 길이를 f1 이라 할때, | f0 / f1 | ≥ 1.1 이다. 이에 따라, 전압 렌즈 그룹 내의 제1 렌즈와 제2 렌즈의 굴절력을 증가시키면서, 렌즈의 수차를 개선할 수 있으며, 결국, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 영상을 제공할 수 있게 된다.
한편, 후방 렌즈 그룹은, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제3 렌즈와, 제3 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제4 렌즈와, 제4 렌즈에 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제5 렌즈를 포함할 수 있다. 이에 따라, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
한편, 제3 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상이며, 제4 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상이며, 제5 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상일 수 있다. 이에 따라, 후방 렌즈 그룹 내의 렌즈 제작이 보다 용이하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 장치는, 렌즈 장치와, 렌즈 장치로부터의 광을 전기 신호로 변환하는 이미지 센서를 포함한다. 이에 따라, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 렌즈 장치의 내부 도면의 일예이다.
도 3a 내지 도 3d는 도 2의 렌즈 장치의 설명에 참조되는 도면이다.
도 4는 도 1의 렌즈 장치의 내부 도면의 다른 예이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4의 렌즈 장치의 설명에 참조되는 도면이다.
도 6은 도 1의 렌즈 장치의 내부 도면의 또 다른 예이다.
도 7a 내지 도 7d는 도 6의 렌즈 장치의 설명에 참조되는 도면이다.
도 8은 도 1의 렌즈 장치의 내부 도면의 또 다른 예이다.
도 9a 내지 도 9d는 도 8의 렌즈 장치의 설명에 참조되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 장치를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 장치(10)는, 렌즈 장치(100)와, 렌즈 장치(100)로부터의 광을 전기 신호로 변환하는 이미지 센서(200)를 포함한다.
렌즈 장치(100)는, 전방의 오브젝트(OBJECT)를 촬영하기 위해 동작하며, 이미지 센서(200)는, 렌즈 장치(100)와 이격되어 렌즈 장치(100)로부터의 광을 전기 신호로 변환할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 장치(10)가, 내시경에 사용되는 경우, 렌즈 장치(100)의 직경은 3 내지 5mm 사이인 것이 바람직하다.
특히, 렌즈 장치(100) 내의 렌즈의 직경이, 3 내지 5mm 사이인 것이 바람직하다.
이와 같이, 렌즈 장치(100) 내의 렌즈가, 초소형 렌즈인 경우, 렌즈의 곡률반경이 너무 작거나, 아주 커지면, 렌즈의 가공이 어렵게 된다. 또는, 렌즈의 가공이 가능하더라도 제작 난이도가 상승하여 수율 저하 및 제조 비용이 증대되게 된다.
한편, 카메라 장치(10)가, 내시경에 사용되는 경우를 고려하여, 제한된 크기에서 고해상도화를 구현하는 것이 바람직하다.
이에 본 발명의 다양한 실시예에에서는, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있으며, 안정적인 수율을 확보할 수 있는 렌즈 장치(100)를 제안한다. 이에 대해서는, 도 2 이하를 참조하여 기술한다.
도 2는 도 1의 렌즈 장치의 내부 도면의 일예이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 장치(100a)는, 오브젝트(OBJECT)와 이미지 센서(200) 사이에 배치되며, 오브젝트(OBJECT) 방향에서 이미지 센서(200) 방향으로 순차적으로 배치되는 전방 렌즈 그룹(GRa1), 조리개(ST), 후방 렌즈 그룹(GRa2)을 포함한다.
한편, 전방 렌즈 그룹(GRa1)은 전체적으로 음의 굴절력을 가지며, 후방 렌즈 그룹(GRa2)은 전체적으로 양의 굴절력을 가지는 것이 바람직하다.
이에 따라, 전방 렌즈 그룹(GRa1)의 음의 굴절력에 의해, 오브젝트(OBJECT) 방향에서 입사되는 광의 진행 경로의 가변 정도가, 후방 렌즈 그룹(GRa2) 보다 전방 렌즈 그룹(GRa1)에서 더 클 수 있다.
한편, 도면에서는, 오브젝트(OBJECT) 방향에서 입사되는 광으로, 렌즈 장치(100a)의 중심에서 부터 외곽 방향으로 제1 내지 제5 광(F1~F5)을 예시한다.
제1 내지 제5 광(F1~F5)은, 전방 렌즈 그룹(GRa1), 조리개(ST), 후방 렌즈 그룹(GRa2)을 거쳐, 이미지 센서(200)에 입사되게 된다.
한편, 전방 렌즈 그룹(GRa1)은, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지는 제1 렌즈(La1)와, 제1 렌즈(La1)와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제2 렌즈(La2)를 포함한다. 이에 따라, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
한편, 전방 렌즈 그룹(GRa1)은, 조리개(ST), 후방 렌즈 그룹(GRa2)과 별도로 분리될 수 있다.
전방 렌즈 그룹(GRa1)의 분리시, 전방 렌즈 그룹(GRa1)의 세척을 위해, 제1 렌즈(La1)의 제1 면(SFa1a)과 제2 면(SFa1b) 중 오브젝트(OBJECT) 방향의 제1 면(SFa1a)과, 제2 렌즈(La2)의 제1 면(SFa2a)과 제2 면(SFa2b) 중 이미지 센서(200) 방향의 제2 면(SFa2b)은, 평면이며, 서로 동일한 형상을 가지는 것이 바람직하다.
예를 들어, 제1 렌즈(La1)의 제1 면(SFa1a)이 오목한 형상인 경우, 광학 성능 구현에 유리하나, 재사용을 위해 세척이 필요한데 오목형태는 이물이 잘 쌓여, 세척에 어려움이 있다.
이에, 전방 렌즈 그룹(GRa1) 내의 제1 렌즈(La1)의 제1 면(SFa1a)이 평면인 경우, 세척이 용이하게 된다. 또한, 제2 렌즈(La2)의 제2 면(SFa2b)이 평면인 경우에도, 세척이 용이하게 된다.
한편, 전방 렌즈 그룹(GRa1)이 분리되지 않더라도, 제1 렌즈(La1)의 제1 면(SFa1a)과 제2 면(SFa1b) 중 오브젝트(OBJECT) 방향의 제1 면(SFa1a)과, 제2 렌즈(La2)의 제1 면(SFa2a)과 제2 면(SFa2b) 중 이미지 센서(200) 방향의 제2 면(SFa2b)은, 평면이며, 서로 동일한 형상을 가지는 것이 바람직하다. 이에 따라, 세척이 용이하게 된다.
한편, 전방 렌즈 그룹(GRa1)의 복합 초점 길이를 fo라 하고, 제1 렌즈(La1)의 초점 길이를 f1 이라 할때, | f0 / f1 | ≥ 1.1 인 것이 바람직하다.
실험 결과, | f0 / f1 | 가 1.1 보다 작은 경우, 제1 렌즈(La1)와 제2 렌즈(La2)의 굴절력 파워 증대에 따라, 렌즈의 수차가 열화되며, 변조 전달 함수(Modulation Transfer Function; MTF)의 성능이 열화되게 된다.
제1 렌즈(La1)와 제2 렌즈(La2)의 개별 굴절력의 파워를 증가시키면서, 제1 렌즈(La1)와 제2 렌즈(La2) 사이의 공기 간격(t2)을 최적화시키는 것이 바람직하다.
따라서, 전방 렌즈 그룹(GRa1)의 f0(복합 초점 거리)의 파워를, | f0 / f1 | ≥ 1.1 를 고려하여 구현하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 제1 렌즈(La1)와 제2 렌즈(La2)의 굴절력 파워 증대에 의해 발생된 렌즈의 수차를 개선하고 변조 전달 함수(Modulation Transfer Function; MTF)의 성능 열화 없이, 고해상도(FHD)의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
한편, 전방 렌즈 그룹(GRa1) 내의 제1 렌즈(La1)와 제2 렌즈(La2) 사이의 간격을 t2라 하고, 제1 렌즈(La1)의 제1 면과 이미지 센서(200) 까지의 거리를 TT라 할때, 0.1 ≤ | t2 / TT | ≤ 0.2 인 것이 바람직하다.
t2 / TT가 0.2를 초과하는 경우, 렌즈 장치(100a) 내의 렌즈의 파워 증가시키면서 렌즈 장치(100a)의 전체 길이인 TT를 줄일 때, 렌즈의 수차가 증가하게 되며, 제작 공차의 민감도도 급격히 증가하므로, 양산 수율 및 품질 관리가 어렵게 된다.
한편, t2 / TT가 0.1 미만인 경우, 전체적으로 광학 성능 및 제작 공차 측면에서는 안정적이나, 렌즈의 직경이 커지는 문제가 있어, 상술한 3 내지 5 mm 사이의 직경을 유지하기 힘들게 된다. 즉, 소형화가 어렵다는 단점이 있다.
따라서, 0.1 ≤ | t2 / TT | ≤ 0.2 인 것이 바람직하다. 이에 따라, 변조 전달 함수(Modulation Transfer Function; MTF)의 성능 열화 없이, 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
한편, 후방 렌즈 그룹(GRa2)은, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈(La3)와, 제3 렌즈(La3)와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지는 제4 렌즈(La4)와, 제4 렌즈(La4)에 부착되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제5 렌즈(La5)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
도 3a 내지 도 3d는 도 2의 렌즈 장치의 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 3a는 도 2의 제1 광 내지 제5 광(F1~F5)의 수차도를 예시한다.
도 3a의 (a) 내지 (e)는, 각각 제1 광 내지 제5 광(F1~F5)의 가로면(tangential plane)과 세로면(Sagittal plane)에 대한 수차도를 나타낸다.
특히, 도 3a의 (a) 내지 (e)는, 제1 광 내지 제5 광(F1~F5)의 청색광, 적색광, 녹색광의, 가로면(tangential plane)과 세로면(Sagittal plane)에 대한 수차도를 나타낸다.
도 3b의 (a)는 구면 수차도(spherical Aberration)로서, 렌즈의 중심인 광축과 평행하게 진행하는 광의 근축광과 원축광의 초점 위치가 다른 것을 나타낸다. 특히, 도면에서는, 청색광, 적색광, 녹색광의 구면 수차도를 예시한다.
도 3b의 (b)는 비점수차도(Astigmatism)로서, 비축에서 출발한 광이 렌즈를 통과할때 가로면(tangential plane)과 세로면(Sagittal plane)의 초점이 어긋나는 것을 나타낸다. 특히, 도면에서는, 녹색광의 비점수차도(Astigmatism)를 예시한다.
도 3b의 (c)는 왜곡 수차도(distortion)로서, FOV(field of view) 영역에 따라 배율이 다른 것을 나타낸다. 특히, 도면에서는, 녹색광의 왜곡 수차도(distortion)를 예시한다.
도 3c는 도 2의 제1 광 내지 제5 광(F1~F5)의 변조 전달 함수(Modulation Transfer Function; MTF)의 성능을 예시한다.
도면을 참조하면, 가로축이 spatial frequency를 나타내며, 세로축이 modulation을 나타낸다.
특히, 해상도(resoultion) 변화에 따라, 렌즈의 컨트라스트가 달라지는 것을 나타낸다.
도면에서는, 해상도가 증가할수록, 렌즈의 컨트라스트는 하강하는 것을 예시한다.
한편, 제1 광 내지 제5 광(F1~F5) 중 제1 광 내지 제4 광(F1~F4)은, modulation의 차이가 거의 없으나, 렌즈의 중심에서 가장 이격되는 제5 광(F5)d은 modulation의 차이가 현저한 것을 알 수 있다.
도 3d는 도 2의 렌즈 장치(100a)의 데이터를 예시한다.
도면에서의 1,2는 제1 렌즈(La1)의 제1 면과 제2면을 나타내며, 3,4는 제2 렌즈(La2)의 제1 면과 제2면을 나타내며, STO는 조리개(ST)를 나타내며, 6,7은 제3 렌즈(La3)의 제1 면과 제2면을 나타내며, 8,9는 제4 렌즈(La4)의 제1 면과 제2면을 나타내며, 10,11은 제5 렌즈(La5)의 제1 면과 제2면을 나타낸다.
한편, 도 3a 내지 도 3d에 따르면, 도 2의 본 발명의 일실시예에 따른 렌즈 장치(100a)는, 수차도, 구면 수차, 비점수차, 왜곡, 변조 전달 함수의 modulation이 양호하며, 따라서, 성능 열화 없이, 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
도 4는 도 1의 렌즈 장치의 내부 도면의 다른 예이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈 장치(100b)는, 오브젝트(OBJECT) 방향에서 이미지 센서(200) 방향으로 순차적으로 배치되는 전방 렌즈 그룹(GRb1), 조리개(ST), 후방 렌즈 그룹(GRb2)을 포함한다.
한편, 전방 렌즈 그룹(GRb1)은 전체적으로 음의 굴절력을 가지며, 후방 렌즈 그룹(GRb2)은 전체적으로 양의 굴절력을 가지는 것이 바람직하다.
한편, 도면에서는, 오브젝트(OBJECT) 방향에서 입사되는 광으로, 렌즈 장치(100b)의 중심에서 부터 외곽 방향으로 제1 내지 제5 광(F1~F5)을 예시한다.
제1 내지 제5 광(F1~F5)은, 전방 렌즈 그룹(GRb1), 조리개(ST), 후방 렌즈 그룹(GRb2)을 거쳐, 이미지 센서(200)에 입사되게 된다.
한편, 전방 렌즈 그룹(GRb1)은, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지는 제1 렌즈(Lb1)와, 제1 렌즈(Lb1)와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제2 렌즈(Lb2)를 포함한다. 이에 따라, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
한편, 전방 렌즈 그룹(GRb1)의 복합 초점 길이를 fo라 하고, 제1 렌즈(Lb1)의 초점 길이를 f1 이라 할때, | f0 / f1 | ≥ 1.1 인 것이 바람직하다.
실험 결과, | f0 / f1 | 가 1.1 보다 작은 경우, 제1 렌즈(Lb1)와 제2 렌즈(Lb2)의 굴절력 파워 증대에 따라, 렌즈의 수차가 열화되며, 변조 전달 함수(ModuLbtion Transfer Function; MTF)의 성능이 열화되게 된다.
제1 렌즈(Lb1)와 제2 렌즈(Lb2)의 개별 굴절력의 파워를 증가시키면서, 제1 렌즈(Lb1)와 제2 렌즈(Lb2) 사이의 공기 간격(t2)을 최적화시키는 것이 바람직하다.
따라서, 전방 렌즈 그룹(GRb1)의 f0(복합 초점 거리)의 파워를, | f0 / f1 | ≥ 1.1 를 고려하여 구현하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 제1 렌즈(Lb1)와 제2 렌즈(Lb2)의 굴절력 파워 증대에 의해 발생된 렌즈의 수차를 개선하고 변조 전달 함수(ModuLbtion Transfer Function; MTF)의 성능 열화 없이, 고해상도(FHD)의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
한편, 전방 렌즈 그룹(GRb1) 내의 제1 렌즈(Lb1)와 제2 렌즈(Lb2) 사이의 간격을 t2라 하고, 제1 렌즈(Lb1)의 제1 면(SFb1a)과 이미지 센서(200) 까지의 거리를 TT라 할때, 0.04 ≤ | t2 / TT | ≤ 0.065 인 것이 바람직하다.
t2 / TT가 0.65를 초과하는 경우, 렌즈 장치(100b) 내의 렌즈의 파워 증가시키면서 렌즈 장치(100b)의 전체 길이인 TT를 줄일 때, 렌즈의 수차가 증가하게 되며, 제작 공차의 민감도도 급격히 증가하므로, 양산 수율 및 품질 관리가 어렵게 된다.
한편, t2 / TT가 0.04 미만인 경우, 전체적으로 광학 성능 및 제작 공차 측면에서는 안정적이나, 렌즈의 직경이 커지는 문제가 있어, 상술한 3 내지 5 mm 사이의 직경을 유지하기 힘들게 된다. 즉, 소형화가 어렵다는 단점이 있다.
따라서, 0.04 ≤ | t2 / TT | ≤ 0.65 인 것이 바람직하다. 이에 따라, 변조 전달 함수(Modulation Transfer Function; MTF)의 성능 열화 없이, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
한편, 후방 렌즈 그룹(GRb2)은, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈(Lb3)와, 제3 렌즈(Lb3)와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지는 제4 렌즈(Lb4)와, 제4 렌즈(Lb4)에 부착되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제5 렌즈(Lb5)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4의 렌즈 장치의 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 5a는 도 4의 제1 광 내지 제5 광(F1~F5)의 수차도를 예시한다.
도 5a의 (a) 내지 (e)는, 각각 제1 광 내지 제5 광(F1~F5)의 가로면(tangential pLbne)과 세로면(Sagittal pLbne)에 대한 수차도를 나타낸다.
특히, 도 5a의 (a) 내지 (e)는, 제1 광 내지 제5 광(F1~F5)의 청색광, 적색광, 녹색광의, 가로면(tangential pLbne)과 세로면(Sagittal pLbne)에 대한 수차도를 나타낸다.
도 5b의 (a)는 구면 수차도(spherical Aberration)로서, 렌즈의 중심인 광축과 평행하게 진행하는 광의 근축광과 원축광의 초점 위치가 다른 것을 나타낸다. 특히, 도면에서는, 청색광, 적색광, 녹색광의 구면 수차도를 예시한다.
도 5b의 (b)는 비점수차도(Astigmatism)로서, 비축에서 출발한 광이 렌즈를 통과할때 가로면(tangential pLbne)과 세로면(Sagittal pLbne)의 초점이 어긋나는 것을 나타낸다. 특히, 도면에서는, 녹색광의 비점수차도(Astigmatism)를 예시한다.
도 5b의 (c)는 왜곡 수차도(distortion)로서, FOV(field of view) 영역에 따라 배율이 다른 것을 나타낸다. 특히, 도면에서는, 녹색광의 왜곡 수차도(distortion)를 예시한다.
도 5c는 도 4의 제1 광 내지 제5 광(F1~F5)의 변조 전달 함수(modulation Transfer Function; MTF)의 성능을 예시한다.
도면을 참조하면, 가로축이 spatial frequency를 나타내며, 세로축이 modulation을 나타낸다.
특히, 해상도(resoultion) 변화에 따라, 렌즈의 컨트라스트가 달라지는 것을 나타낸다.
도면에서는, 해상도가 증가할수록, 렌즈의 컨트라스트는 하강하는 것을 예시한다.
한편, 제1 광 내지 제5 광(F1~F5) 중 제1 광 내지 제4 광(F1~F4)은, modulation의 차이가 거의 없으나, 렌즈의 중심에서 가장 이격되는 제5 광(F5)d은 modulation의 차이가 현저한 것을 알 수 있다.
도 5d는 도 4의 렌즈 장치(100b)의 데이터를 예시한다.
도면에서의 1,2는 제1 렌즈(Lb1)의 제1 면과 제2면을 나타내며, 3,4는 제2 렌즈(Lb2)의 제1 면과 제2면을 나타내며, STO는 조리개(ST)를 나타내며, 6,7은 제3 렌즈(Lb3)의 제1 면과 제2면을 나타내며, 8,9는 제4 렌즈(Lb4)의 제1 면과 제2면을 나타내며, 10,11은 제5 렌즈(Lb5)의 제1 면과 제2면을 나타낸다.
한편, 도 5a 내지 도 5d에 따르면, 도 4의 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈 장치(100b)는, 수차도, 구면 수차, 비점수차, 왜곡, 변조 전달 함수의 modulation이 양호하며, 따라서, 성능 열화 없이, 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
도 6은 도 1의 렌즈 장치의 내부 도면의 또 다른 예이다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 장치(100c)는, 오브젝트(OBJECT) 방향에서 이미지 센서(200) 방향으로 순차적으로 배치되는 전방 렌즈 그룹(GRc1), 조리개(ST), 후방 렌즈 그룹(GRc2)을 포함한다.
한편, 전방 렌즈 그룹(GRc1)은 전체적으로 음의 굴절력을 가지며, 후방 렌즈 그룹(GRc2)은 전체적으로 양의 굴절력을 가지는 것이 바람직하다.
한편, 도면에서는, 오브젝트(OBJECT) 방향에서 입사되는 광으로, 렌즈 장치(100c)의 중심에서 부터 외곽 방향으로 제1 내지 제5 광(F1~F5)을 예시한다.
제1 내지 제5 광(F1~F5)은, 전방 렌즈 그룹(GRc1), 조리개(ST), 후방 렌즈 그룹(GRc2)을 거쳐, 이미지 센서(200)에 입사되게 된다.
한편, 전방 렌즈 그룹(GRc1)은, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며, 글래스 재질로 구성되는 제1 렌즈(Lc1)와, 제1 렌즈(Lc1)와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지며, 플래스틱 재질로 구성되는 제2 렌즈(Lc2)를 포함한다. 이에 따라, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
한편, 전방 렌즈 그룹(GRc1)의 복합 초점 길이를 fo라 하고, 제1 렌즈(Lc1)의 초점 길이를 f1 이라 할때, | f0 / f1 | ≥ 1.1 인 것이 바람직하다.
실험 결과, | f0 / f1 | 가 1.1 보다 작은 경우, 제1 렌즈(Lc1)와 제2 렌즈(Lc2)의 굴절력 파워 증대에 따라, 렌즈의 수차가 열화되며, 변조 전달 함수(ModuLction Transfer Function; MTF)의 성능이 열화되게 된다.
제1 렌즈(Lc1)와 제2 렌즈(Lc2)의 개별 굴절력의 파워를 증가시키면서, 제1 렌즈(Lc1)와 제2 렌즈(Lc2) 사이의 공기 간격(t2)을 최적화시키는 것이 바람직하다.
따라서, 전방 렌즈 그룹(GRc1)의 f0(복합 초점 거리)의 파워를, | f0 / f1 | ≥ 1.1 를 고려하여 구현하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 제1 렌즈(Lc1)와 제2 렌즈(Lc2)의 굴절력 파워 증대에 의해 발생된 렌즈의 수차를 개선하고 변조 전달 함수(ModuLction Transfer Function; MTF)의 성능 열화 없이, 고해상도(FHD)의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
한편, 후방 렌즈 그룹(GRc2)은, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제3 렌즈(Lc3)와, 제3 렌즈(Lc3)와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제4 렌즈(Lc4)와, 제4 렌즈(Lc4)에 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제5 렌즈(Lc5)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
한편, 제2 렌즈(Lc2)의 제1 면(SFc2a)과 제2 면(SFc2b) 중 적어도 하나는 비구면 형상일 수 있다. 예를 들어, 제2 렌즈(Lc2)의 제1 면(SFc2a)이 비구면 형상일 수 있다. 특히, 평면일 수 있다. 이에 따라, 제2 렌즈(Lc2)의 제1 면(SFc2a)의 세척이 용이할 수 있다. 또한, 제2 렌즈(Lc2)의 렌즈 제작이 보다 용이하게 된다.
한편, 제3 렌즈(Lc3)의 제1 면(SFc3a)과 제2 면(SFc3b) 중 적어도 하나는 비구면 형상이며, 제4 렌즈(Lc4)의 제1 면(SFc4a)과 제2 면(SFc4b) 중 적어도 하나는 비구면 형상이며, 제5 렌즈(Lc5)의 제1 면(SFc5a)과 제2 면(SFc5b) 중 적어도 하나는 비구면 형상일 수 있다.
예를 들어, 제3 렌즈(Lc3)의 제1 면이 비구면 형상이며, 제4 렌즈(Lc4)의 제2 면(SFc4b)이 비구면 형상이며, 제5 렌즈(Lc5)의 제1 면(SFc5a)이 비구면 형상일 수 있다. 이에 따라, 후방 렌즈 그룹(GRc2) 내의 렌즈 제작이 보다 용이하게 된다.
도 7a 내지 도 7d는 도 6의 렌즈 장치의 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 7a는 도 6의 제1 광 내지 제5 광(F1~F5)의 수차도를 예시한다.
도 7a의 (a) 내지 (e)는, 각각 제1 광 내지 제5 광(F1~F5)의 가로면(tangential pLbne)과 세로면(Sagittal pLbne)에 대한 수차도를 나타낸다.
특히, 도 7a의 (a) 내지 (e)는, 제1 광 내지 제5 광(F1~F5)의 청색광, 적색광, 녹색광의, 가로면(tangential pLbne)과 세로면(Sagittal pLbne)에 대한 수차도를 나타낸다.
도 7b의 (a)는 구면 수차도(spherical Aberration)로서, 렌즈의 중심인 광축과 평행하게 진행하는 광의 근축광과 원축광의 초점 위치가 다른 것을 나타낸다. 특히, 도면에서는, 청색광, 적색광, 녹색광의 구면 수차도를 예시한다.
도 7b의 (b)는 비점수차도(Astigmatism)로서, 비축에서 출발한 광이 렌즈를 통과할때 가로면(tangential pLbne)과 세로면(Sagittal pLbne)의 초점이 어긋나는 것을 나타낸다. 특히, 도면에서는, 녹색광의 비점수차도(Astigmatism)를 예시한다.
도 7b의 (c)는 왜곡 수차도(distortion)로서, FOV(field of view) 영역에 따라 배율이 다른 것을 나타낸다. 특히, 도면에서는, 녹색광의 왜곡 수차도(distortion)를 예시한다.
도 7c는 도 6의 제1 광 내지 제5 광(F1~F5)의 변조 전달 함수(modulation Transfer Function; MTF)의 성능을 예시한다.
도면을 참조하면, 가로축이 spatial frequency를 나타내며, 세로축이 modulation을 나타낸다.
특히, 해상도(resoultion) 변화에 따라, 렌즈의 컨트라스트가 달라지는 것을 나타낸다.
도면에서는, 해상도가 증가할수록, 렌즈의 컨트라스트는 하강하는 것을 예시한다.
한편, 제1 광 내지 제5 광(F1~F5)은, modulation의 차이가 거의 없는 것을 알 수 있다.
도 7d는 도 6의 렌즈 장치(100c)의 데이터를 예시한다.
도면에서의 1,2는 제1 렌즈(Lc1)의 제1 면과 제2면을 나타내며, 3,4는 제2 렌즈(Lc2)의 제1 면과 제2면을 나타내며, STO는 조리개(ST)를 나타내며, 6,7은 제3 렌즈(Lc3)의 제1 면과 제2면을 나타내며, 8,9는 제4 렌즈(Lc4)의 제1 면과 제2면을 나타내며, 10,11은 제5 렌즈(Lc5)의 제1 면과 제2면을 나타낸다.
한편, 도 7a 내지 도 7d에 따르면, 도 6의 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 장치(100c)는, 수차도, 구면 수차, 비점수차, 왜곡, 변조 전달 함수의 modulation이 양호하며, 따라서, 성능 열화 없이, 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
도 8은 도 1의 렌즈 장치의 내부 도면의 또 다른 예이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 장치(100d)는, 오브젝트(OBJECT) 방향에서 이미지 센서(200) 방향으로 순차적으로 배치되는 전방 렌즈 그룹(GRd1), 조리개(ST), 후방 렌즈 그룹(GRd2)을 포함한다.
한편, 전방 렌즈 그룹(GRd1)은 전체적으로 음의 굴절력을 가지며, 후방 렌즈 그룹(GRd2)은 전체적으로 양의 굴절력을 가지는 것이 바람직하다.
한편, 도면에서는, 오브젝트(OBJECT) 방향에서 입사되는 광으로, 렌즈 장치(100d)의 중심에서 부터 외곽 방향으로 제1 내지 제5 광(F1~F5)을 예시한다.
제1 내지 제5 광(F1~F5)은, 전방 렌즈 그룹(GRd1), 조리개(ST), 후방 렌즈 그룹(GRd2)을 거쳐, 이미지 센서(200)에 입사되게 된다.
한편, 전방 렌즈 그룹(GRd1)은, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며, 글래스 재질로 구성되는 제1 렌즈(Ld1)와, 제1 렌즈(Ld1)와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지며, 플래스틱 재질로 구성되는 제2 렌즈(Ld2)를 포함한다. 이에 따라, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
한편, 전방 렌즈 그룹(GRd1)의 복합 초점 길이를 fo라 하고, 제1 렌즈(Ld1)의 초점 길이를 f1 이라 할때, | f0 / f1 | ≥ 1.1 인 것이 바람직하다.
실험 결과, | f0 / f1 | 가 1.1 보다 작은 경우, 제1 렌즈(Ld1)와 제2 렌즈(Ld2)의 굴절력 파워 증대에 따라, 렌즈의 수차가 열화되며, 변조 전달 함수(ModuLdtion Transfer Function; MTF)의 성능이 열화되게 된다.
제1 렌즈(Ld1)와 제2 렌즈(Ld2)의 개별 굴절력의 파워를 증가시키면서, 제1 렌즈(Ld1)와 제2 렌즈(Ld2) 사이의 공기 간격(t2)을 최적화시키는 것이 바람직하다.
따라서, 전방 렌즈 그룹(GRd1)의 f0(복합 초점 거리)의 파워를, | f0 / f1 | ≥ 1.1 를 고려하여 구현하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 제1 렌즈(Ld1)와 제2 렌즈(Ld2)의 굴절력 파워 증대에 의해 발생된 렌즈의 수차를 개선하고 변조 전달 함수(ModuLdtion Transfer Function; MTF)의 성능 열화 없이, 고해상도(FHD)의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
한편, 후방 렌즈 그룹(GRd2)은, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제3 렌즈(Ld3)와, 제3 렌즈(Ld3)와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제4 렌즈(Ld4)와, 제4 렌즈(Ld4)에 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제5 렌즈(Ld5)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 사이즈를 저감하면서 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
한편, 제2 렌즈(Ld2)의 제1 면(SFd2a)과 제2 면(SFd2b) 중 적어도 하나는 비구면 형상일 수 있다. 예를 들어, 제2 렌즈(Ld2)의 제1 면(SFd2a)이 비구면 형상일 수 있다. 이에 따라, 제2 렌즈(Ld2)의 렌즈 제작이 보다 용이하게 된다.
한편, 제3 렌즈(Ld3)의 제1 면(SFd3a)과 제2 면(SFd3b) 중 적어도 하나는 비구면 형상이며, 제4 렌즈(Ld4)의 제1 면(SFd4a)과 제2 면(SFd4b) 중 적어도 하나는 비구면 형상이며, 제5 렌즈(Ld5)의 제1 면(SFd5a)과 제2 면(SFd5b) 중 적어도 하나는 비구면 형상일 수 있다.
예를 들어, 제3 렌즈(Ld3)의 제2 면(SFd3b) 이 비구면 형상이며, 제4 렌즈(Ld4)의 제1 면(SFd4a)이 비구면 형상이며, 제5 렌즈(Ld5)의 제2 면(SFd5b)이 비구면 형상일 수 있다. 이에 따라, 후방 렌즈 그룹(GRd2) 내의 렌즈 제작이 보다 용이하게 된다.
도 9a 내지 도 9d는 도 8의 렌즈 장치의 설명에 참조되는 도면이다.
먼저, 도 9a는 도 8의 제1 광 내지 제5 광(F1~F5)의 수차도를 예시한다.
도 9a의 (a) 내지 (e)는, 각각 제1 광 내지 제5 광(F1~F5)의 가로면(tangential pLbne)과 세로면(Sagittal pLbne)에 대한 수차도를 나타낸다.
특히, 도 9a의 (a) 내지 (e)는, 제1 광 내지 제5 광(F1~F5)의 청색광, 적색광, 녹색광의, 가로면(tangential pLbne)과 세로면(Sagittal pLbne)에 대한 수차도를 나타낸다.
도 9b의 (a)는 구면 수차도(spherical Aberration)로서, 렌즈의 중심인 광축과 평행하게 진행하는 광의 근축광과 원축광의 초점 위치가 다른 것을 나타낸다. 특히, 도면에서는, 청색광, 적색광, 녹색광의 구면 수차도를 예시한다.
도 9b의 (b)는 비점수차도(Astigmatism)로서, 비축에서 출발한 광이 렌즈를 통과할때 가로면(tangential pLbne)과 세로면(Sagittal pLbne)의 초점이 어긋나는 것을 나타낸다. 특히, 도면에서는, 녹색광의 비점수차도(Astigmatism)를 예시한다.
도 9b의 (c)는 왜곡 수차도(distortion)로서, FOV(field of view) 영역에 따라 배율이 다른 것을 나타낸다. 특히, 도면에서는, 녹색광의 왜곡 수차도(distortion)를 예시한다.
도 9c는 도 8의 제1 광 내지 제5 광(F1~F5)의 변조 전달 함수(modulation Transfer Function; MTF)의 성능을 예시한다.
도면을 참조하면, 가로축이 spatial frequency를 나타내며, 세로축이 modulation을 나타낸다.
특히, 해상도(resoultion) 변화에 따라, 렌즈의 컨트라스트가 달라지는 것을 나타낸다.
도면에서는, 해상도가 증가할수록, 렌즈의 컨트라스트는 하강하는 것을 예시한다.
한편, 제1 광 내지 제5 광(F1~F5) 중 제1 광 내지 제4 광(F1~F4)은, modulation의 차이가 거의 없으나, 렌즈의 중심에서 가장 이격되는 제5 광(F5)d은 modulation의 차이가 현저한 것을 알 수 있다.
도 9d는 도 8의 렌즈 장치(100d)의 데이터를 예시한다.
도면에서의 1,2는 제1 렌즈(Ld1)의 제1 면과 제2면을 나타내며, 3,4는 제2 렌즈(Ld2)의 제1 면과 제2면을 나타내며, STO는 조리개(ST)를 나타내며, 6,7은 제3 렌즈(Ld3)의 제1 면과 제2면을 나타내며, 8,9는 제4 렌즈(Ld4)의 제1 면과 제2면을 나타내며, 10,11은 제5 렌즈(Ld5)의 제1 면과 제2면을 나타낸다.
한편, 도 9a 내지 도 9d에 따르면, 도 8의 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 장치(100d)는, 수차도, 구면 수차, 비점수차, 왜곡, 변조 전달 함수의 modulation이 양호하며, 따라서, 성능 열화 없이, 고해상도의 광학 성능을 구현할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (14)

  1. 오브젝트 방향에서 이미지 센서 방향으로 순차적으로 배치되는 전방 렌즈 그룹, 조리개, 후방 렌즈 그룹을 포함하고,
    상기 전방 렌즈 그룹은 전체적으로 음의 굴절력을 가지며,
    상기 후방 렌즈 그룹은 전체적으로 양의 굴절력을 가지며,
    상기 전방 렌즈 그룹은,
    하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지는 제1 렌즈;
    상기 제1 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제2 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 상기 오브젝트 방향의 제1 면과, 상기 제2 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 상기 이미지 센서 방향의 제2 면은, 평면이며, 서로 동일한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전방 렌즈 그룹의 복합 초점 길이를 fo라 하고, 상기 제1 렌즈의 초점 길이를 f1 이라 할때, | f0 / f1 | ≥ 1.1 인 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전방 렌즈 그룹 내의 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이의 간격을 t2라 하고, 상기 제1 렌즈의 상기 제1 면과 상기 이미지 센서 까지의 거리를 TT라 할때, 0.1 ≤ | t2 / TT | ≤ 0.2 인 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 후방 렌즈 그룹은,
    하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈;
    상기 제3 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지는 제4 렌즈;
    상기 제4 렌즈에 부착되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제5 렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  5. 오브젝트 방향에서 이미지 센서 방향으로 순차적으로 배치되는 전방 렌즈 그룹, 조리개, 후방 렌즈 그룹을 포함하고,
    상기 전방 렌즈 그룹은 전체적으로 음의 굴절력을 가지며,
    상기 후방 렌즈 그룹은 전체적으로 양의 굴절력을 가지며,
    상기 전방 렌즈 그룹은,
    하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지는 제1 렌즈;
    상기 제1 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제2 렌즈를 포함하고,
    상기 전방 렌즈 그룹의 복합 초점 길이를 fo라 하고, 상기 제1 렌즈의 초점 길이를 f1 이라 할때, | f0 / f1 | ≥ 1.1 이며,
    상기 전방 렌즈 그룹 내의 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이의 간격을 t2라 하고, 상기 제1 렌즈의 상기 제1 면과 상기 이미지 센서 까지의 거리를 TT라 할때, 0.04 ≤ | t2 / TT | ≤ 0.065 인 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 후방 렌즈 그룹은,
    하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제3 렌즈;
    상기 제3 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지는 제4 렌즈;
    상기 제4 렌즈에 부착되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지는 제5 렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  7. 오브젝트 방향에서 이미지 센서 방향으로 순차적으로 배치되는 전방 렌즈 그룹, 조리개, 후방 렌즈 그룹을 포함하고,
    상기 전방 렌즈 그룹은 전체적으로 음의 굴절력을 가지며,
    상기 후방 렌즈 그룹은 전체적으로 양의 굴절력을 가지며,
    상기 전방 렌즈 그룹은,
    하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며, 글래스 재질로 구성되는 제1 렌즈;
    상기 제1 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지며, 플래스틱 재질로 구성되는 제2 렌즈를 포함하고,
    상기 전방 렌즈 그룹의 복합 초점 길이를 fo라 하고, 상기 제1 렌즈의 초점 길이를 f1 이라 할때, | f0 / f1 | ≥ 1.1 인 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 후방 렌즈 그룹은,
    하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제3 렌즈;
    상기 제3 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제4 렌즈;
    상기 제4 렌즈에 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제5 렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상인 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제3 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상이며,
    상기 제4 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상이며,
    상기 제5 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상인 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  11. 오브젝트 방향에서 이미지 센서 방향으로 순차적으로 배치되는 전방 렌즈 그룹, 조리개, 후방 렌즈 그룹을 포함하고,
    상기 전방 렌즈 그룹은 전체적으로 음의 굴절력을 가지며,
    상기 후방 렌즈 그룹은 전체적으로 양의 굴절력을 가지며,
    상기 전방 렌즈 그룹은,
    하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며, 플라스틱 재질로 구성되는 제1 렌즈;
    상기 제1 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지며, 플라스틱 재질로 구성되는 제2 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상이며,
    상기 제2 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상이며,
    상기 전방 렌즈 그룹의 복합 초점 길이를 fo라 하고, 상기 제1 렌즈의 초점 길이를 f1 이라 할때, | f0 / f1 | ≥ 1.1 인 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 후방 렌즈 그룹은,
    하나의 렌즈로 구성되며, 양의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제3 렌즈;
    상기 제3 렌즈와 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제4 렌즈;
    상기 제4 렌즈에 이격되며, 하나의 렌즈로 구성되며, 음의 굴절력을 가지며 플래스틱 재질로 구성되는 제5 렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제3 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상이며,
    상기 제4 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상이며,
    상기 제5 렌즈의 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나는 비구면 형상인 것을 특징으로 하는 렌즈 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 항 항의 렌즈 장치;
    상기 렌즈 장치로부터의 광을 전기 신호로 변환하는 이미지 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
KR1020210089794A 2020-07-10 2021-07-08 렌즈 장치 및 이를 구비하는 카메라 장치 KR20220007545A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024078300A1 (zh) * 2022-10-10 2024-04-18 微创优通医疗科技（上海）有限公司 变焦光学系统、内窥镜物镜及内窥镜

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