WO2017160092A2 - 촬영 렌즈 광학계 - Google Patents

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WO2017160092A2
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optical system
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정필선
김동영
안치호
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주식회사 에이스솔루텍
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Definitions

  • the present invention relates to an optical device, and more particularly, to a lens optical system applied to an imaging device.
  • Semiconductor image sensors are being used in a wide range of applications, such as industrial, home and hobby, where shooting is required or required.
  • CCD charge coupled device
  • CMOS complementary metal oxide semiconductor
  • AVM Around View Monitor System
  • rear view and other types of action cameras such as drones, sports cameras, etc. It is necessary to downsize while maintaining.
  • the present invention provides an ultra wide-angle lens optical system that can be used for various purposes.
  • the present invention provides a lens optical system that can be easily downsized and can have a low optical cost while having high optical performance.
  • a seventh lens having a positive power
  • the fifth lens and the sixth lens are bonded to each other to form a bonded lens having positive power.
  • the first lens has a concave exit surface toward the image surface side
  • the second lens has a concave exit surface toward the image surface side
  • the third lens has an incident surface convex toward the subject side
  • the fourth lens has an exit surface that is convex toward the image plane side.
  • the fifth lens has an exit surface that is convex toward the image plane side.
  • the sixth lens has an incident surface concave toward the subject, and
  • the seventh lens has an incident surface convex toward the subject.
  • the lens optical system may satisfy at least one of the following Conditional Expressions 1 to 6.
  • Fov Field of view
  • RL1S2 represents an R (curvature) value of the second surface (image sensor side) of the first lens
  • RL2S2 represents an R value of the second surface of the second lens
  • ThiL5L6 denotes a gap or gap T between the second surface of the fifth lens and the first surface of the sixth lens, which are joint lenses.
  • L1toL2 is the thickness from the first lens to the second lens
  • OAL Overall Length
  • Ind1 and Ind7 represent refractive indices of the first lens and the seventh lens material, respectively.
  • Abv1 and Abv7 represent Abbe numbers of the first lens and the seventh lens material, respectively.
  • the lens optical system according to the embodiment of the present invention is negative, negative (-), positive (+), positive (+), positive (+), negative
  • the first to seventh lenses having ( ⁇ ) and positive power may be included, and at least one of Conditional Expressions 1 to 6 may be satisfied.
  • the lens optical system is an ultra wide-angle optical device, and can be applied to various types of action cams such as drones and sports cams, in addition to general cameras, black boxes, AVM (around view monitor system), and rear view vehicle cameras.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the arrangement of main components of the lens optical system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the arrangement of main components of the lens optical system according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the arrangement of main components of the lens optical system according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an aberration diagram showing longitudinal spherical aberration, image curvature and distortion of the lens optical system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an aberration diagram showing longitudinal spherical aberration, image curvature, and distortion of the lens optical system according to the second exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is aberration diagrams showing longitudinal spherical aberration, image curvature, and distortion of the lens optical system according to the third exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 to 3 show a lens optical system according to the first to third embodiments of the present invention, respectively.
  • a lens optical system is provided between an image plane (IMG) and an image plane in which an image of an object (or an object, OBJ) and an object OBJ are formed. Seven lenses are sequentially arranged from the subject OBJ side.
  • the entrance face is the face toward the subject and the exit face is the face toward the image sensor.
  • These six lenses have an entrance surface to which light enters, i.e., a light exiting toward the object OBJ, and an exit surface toward which the light exits, i.e., an image sensor IMG.
  • the lens II, the third lens III, the fourth lens IV, the fifth lens V, the sixth lens VI, and the seventh lens VII are included.
  • the first lens I is a large-diameter lens and has negative power (refractive index). According to an embodiment of the present invention, the first lens I may have a meniscus shape that is convex toward the object OBJ.
  • the second lens II is also a large-diameter lens smaller than the first lens I and has a negative power (refractive index). According to an embodiment of the present disclosure, the second lens II may have a meniscus shape in which it is convex toward the object OBJ.
  • the third lens III has positive power and may be a double-sided convex lens according to an embodiment of the present invention.
  • the fourth lens IV has a positive power, and according to an exemplary embodiment, the fourth lens IV may be a lens in which its exit surface is convex toward the image sensor.
  • the fifth lens V may have a positive power and may be a double-sided convex lens having both sides convex, according to an exemplary embodiment.
  • the sixth lens VI may have a negative power and may be a meniscus lens that is convex toward the image sensor IMG side.
  • the curvature R of the exit surface of the fifth lens V and the entrance surface of the sixth lens VI may be the same, and the fifth lens V and the sixth lens VI are the present invention.
  • the fifth lens V and the sixth lens VI may be spaced apart from each other at a distance or interval of at most 0.03 mm.
  • the seventh lens may have positive power
  • the seventh lens may be a biconvex lens in which an incident surface and an exit surface are convex toward the object OBJ and the image sensor IMG.
  • the optical lens device of the present invention may further include an aperture stop (STOP, S1) and infrared ray blocking means (IR).
  • the aperture S1 may be provided between the third lens III and the fourth lens IV.
  • the infrared blocking unit IR may be provided between the seventh lens VII and the image sensor IMG.
  • the infrared blocking means IR may be an infrared blocking filter.
  • the positions of the diaphragm S1 and the infrared ray blocking means VI may vary.
  • the lens optical system according to the embodiments of the present invention having the above-described configuration satisfies at least one of the following Conditional Expressions 1 to 6.
  • Fov Field of view
  • the unit is degrees (degree, ⁇ ). This is a condition for ultra wide angle of the lens optical system of the present invention.
  • RL1S2 represents an R (curvature) value of the second surface (image sensor side) of the first lens
  • RL2S2 represents an R value of the second surface of the second lens. This defines the shape of the first lens I and the second lens II, which is one of the features of the present invention for high optical performance in an ultra wide-angle optical system.
  • ThiL5L6 represents an interval or gap T between the second surface (emission surface) of the fifth lens V, which is the bonded lens, and the first surface (incident surface) of the sixth lens VI.
  • the spacing here takes into account the gap due to the thickness of the bonding material, or the like, which naturally or inevitably occurs when the lens is bonded or adhered. This condition is to minimize aberration and is desirable for improving the performance of the lens optical system.
  • L1toL2 is the thickness from the first lens to the second lens
  • OAL Overall Length
  • Ind1 and Ind7 represent refractive indices of the first lens and the seventh lens material, respectively.
  • the first lens is a high refractive lens
  • the last seventh lens VII is a low refractive lens.
  • Abv1 and Abv7 represent Abbe numbers of materials of the first lens I and the seventh lens VII, respectively.
  • the low Abbe's number lens is placed on the first lens, while the high Abbe's number lens is placed on the last lens, thereby minimizing chromatic aberration generated in the ultra wide-angle lens optical system, thereby achieving high optical performance.
  • Table 1 below shows optical characteristics of the first to third embodiments shown in FIGS. 1 to 3.
  • IH is the image height of the effective mirror
  • TTL is the distance from the center of the incident surface of the first lens IV to the sensor
  • OAL is the center of the seventh lens exit surface from the center of the incident surface of the first lens I as described above. Distance or height up to, all of which are in mm.
  • the FOV represents an angle of view of the diagonal direction of the optical system.
  • Table 2 below shows the results of applying the optical conditions of the first to third embodiments of the present invention to Conditional Expressions 1 to 6.
  • the lens optical system of the first to third embodiments satisfies Condition 1 to Condition 6.
  • the first to seventh lenses I to VII may be made of plastic, in consideration of their shape and dimensions, and particularly have a large diameter.
  • the first lens may be made of high refractive index plastic.
  • all of the first to seventh lenses I to VII may be plastic lenses.
  • the manufacturing cost is high and it is difficult to miniaturize the lens optical system due to the molding / processing constraints.
  • the first to seventh lenses I to VII are all made of plastic. As such, various advantages can be achieved accordingly.
  • the materials of the first to seventh lenses I to VI are not limited to plastics. If necessary, at least one of the first to seventh lenses I to VII may be made of glass.
  • Tables 3 to 5 below show curvature radii, lens thicknesses or distances between lenses, refractive indices, Abbe's numbers, and the like, for the respective lenses constituting the lens optical system of FIGS. 1 to 3, respectively.
  • R is the radius of curvature
  • D lens thickness or lens spacing, or the distance between adjacent components
  • Nd is the refractive index of the lens measured using the d-line
  • Vd is the d-line (d- Abbe's number of the lens is shown.
  • the unit of R value and D value is mm.
  • the lens optical system according to the first to third embodiments of the present invention all the lenses are spherical lenses. Therefore, the aspherical equation does not apply. However, according to the present invention, an aspherical surface may be applied to a specific lens.
  • FIG. 4 shows the longitudinal spherical aberration, the astigmatic field curvature and the distortion of the lens optical system according to the first embodiment of the present invention (that is, the lens optical system having the numerical values shown in Table 3).
  • Aberration diagram showing distortion is shown in Table 3.
  • Figure 4 shows the spherical aberration of the lens optical system for light of various wavelengths
  • (b) is the top surface curvature, that is, the tangential field curvature (T) and the sagittal field curvature of the lens optical system curvature, S).
  • the wavelengths of light used to obtain the data in FIG. 4A were 656.2700 nm, 587.6000 nm, 546.0700 nm, 486.1300 nm, and 435.8300 nm.
  • the wavelength used to obtain the data (b) and (c) was 546.1000 nm. The same is true in FIGS. 5 and 6.
  • 5 (a), 5 (b) and 5 (c) are the longitudinal spherical aberration and the image curvature of the lens optical system according to the second embodiment (Fig. 2) of the present invention, that is, the lens optical system having numerical values shown in Table 3, respectively. And aberration diagrams showing distortion, respectively.
  • 6A, 6B, and 6C are longitudinal spherical aberration and image curvature of the lens optical system according to the third embodiment (Fig. 3) of the present invention, that is, the lens optical system having the numerical values shown in Table 4. And aberration diagrams showing distortion, respectively.
  • the lens optical system includes negative (-), negative (-), positive (+), and positive (+) arranged sequentially in the direction of the image sensor IMG from the subject OBJ. ),
  • the first to seventh lenses I to VII having positive (+), negative (-), and positive (+) powers, and at least any one of the above Conditional Expressions 1 to 6. .
  • Such a lens optical system can easily (goodly) correct various aberrations and have a relatively short overall length. Therefore, according to the embodiment of the present invention, it is possible to implement an ultra-optical lens optical system capable of obtaining a small size, high performance and high resolution.
  • the fifth lens and the sixth lens are set to "0" without a gap T. Is indicated.
  • the distance T may be adjusted in a range of 0 to 0.03 mm.
  • the fifth lens has positive power and the sixth lens has negative power, and the sum of the power by the two lenses V and VI is negative. Has a value.
  • the bonded lens including the fifth lens having positive power and the sixth lens having negative power has negative power.
  • the first to seventh lenses I to VII may be made of plastic, and at least the first lens may be made of plastic.
  • the first lens may have a spherical lens that is not aspherical, and may have a higher refractive index than the second lens.
  • the present invention can be made of all the lenses made of plastic, and thus it is possible to implement a lens optical system excellent in compact and excellent performance at a lower cost than when using a glass lens.

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Abstract

촬영 렌즈 광학계에 관해 개시된다. 개시된 렌즈 광학계는 피사체에서 이미지센서 방향으로 순차적으로 배열된 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 및 제7 렌즈를 포함한다. 상기 제5렌즈는 정(+)의 파워를 가지고, 상기 제6렌즈를 부(-)의 파워를 가지며, 제5렌즈와 제6렌즈를 하나로 접합되어 정의 파워를 가지는 접합렌즈를 구성한다.

Description

촬영 렌즈 광학계
본 발명은 광학 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 촬상 장치에 적용되는 렌즈 광학계에 관한 것이다.
반도체 이미지 센서는 산업용, 가정용, 취미용 등 가릴 것 없이 촬영이 필요하거나 요구되는 모든 분야로 그 이용 범위가 확대하고 있다.
CCD(Charge Coupled Device), CMOS(Complementary metal oxide semiconductor) 등의 반도체 이미지 센서의 성능이 크게 향상되면서 그 적용 분야의 폭 넓게 적용된다. 이러한 반도체 이미지 센서는 혁신을 거듭하면서 화소 집적도가 급격히 상승하고 있어서, 소형 이면서도 해상도가 극히 높은 이미지의 촬상이 가능하게 되었다.
이와 같은 고화소수에 이미지 센서에 대응하여 이에 부응하는 고품질의 렌즈 광학계가 요구된다. 고품질 광학계, 특히 초광각 광학계에는 모든 영역에서 수차가 적으면서 높은 선예도를 가지는 것이 필요하다.
양질의 영상을 얻기 위해서는 위와 같은 고품질의 촬상 소자뿐 아니라 이에 부합하는 렌즈 광학계가 필요하다.
일반적인 소형 카메라, 예컨대 휴대폰 또는 블랙박스, AVM(Around View Monitor System), 리어뷰 등 차량용 카메라 외에 드론, 스포츠 캠(Sports camera)등 여러 종류의 액션캠(Action Camera)에 적용되는 렌즈 광학계에서는 고성능을 유지하면서도 소형화하는 것이 필요하다.
소형 카메라용으로서, 광학 설계상 요구되는 이상의 광학적 성능을 가지면서도 성형 및 가공이 용이하여 소형화가 용이할 뿐 아니라 제조 비용도 낮출 수 있는 렌즈의 연구는 여전한 과제이다.
본 발명은 다양한 용도로 사용할 수 있는 초광각 렌즈 광학계를 제공한다.
본 발명은 소형화가 용이하고, 높은 광학적 성능을 가지면서도 제조 단가를 낮출 수 있는 렌즈 광학계를 제공한다.
본 발명에 따른 렌즈 광학계:는
부(Negative)의 파워를 가지는 제1렌즈;
부의 파워를 가지는 제2렌즈;
정(Positive)의 파워를 가지는 제3렌즈;
정의 파워를 가지는 제4렌즈.;
정의 파워를 가지는 제5렌즈;
부의 파워를 가지는 제6렌즈;
정의 파워를 가지는 제7렌즈;를 구비하며,
상기 제5렌즈와 제6렌즈는 상호 접합되어 정의 파워를 가지는 접합렌즈를 구성한다.
본 발명의 구체적인 실시예에 따르면,
제1렌즈는 상면 측으로 오목한 출사면을 가지며,
제2렌즈는 상면 측으로 오목한 출사면을 가지며,
제3렌즈는 피사체 측으로 볼록한 입사면을 가지며,
제4렌즈는 상면 측으로 볼록한 출사면을 가지며,
제5렌즈는 상면 측으로 볼록한 출사면을 가지며,
제6렌즈는 피사체 측으로 오목한 입사면을 가지며, 그리고
제7렌즈는 피사체측으로 볼록한 입사면을 가진다.
본 발명의 구체적인 실시예에 따르면, 상기한 렌즈 광학계는 하기의 조건식 1 내지 6 중 적어도 하나를 만족할 수 있다.
<조건식 1>
140 ≤ Fov ≤ 240
여기서, Fov(Field of view)는 광학계의 대각선 방향의 화각을 나타낸다.
<조건식 2>
0 ≤ RL1S2/RL2S2 ≤ 5
여기서, RL1S2은 제1렌즈의 제2면(이미지 센서측)의 R(곡률) 값을 나타내며, RL2S2은 제2렌즈의 제2면의 R 값을 나타낸다.
<조건식3>
0 ≤ ThiL5L6 ≤ 0.03
여기에서 ThiL5L6는 접합렌즈인 제5렌즈의 제2면과 제6렌즈의 제1면 간의 간격 또는 갭(T)을 나타낸다.
<조건식4>
0.15 ≤ (L1toL2)/OAL ≤ 0.4
여기에서 L1toL2는 제1렌즈에서 제2렌즈까지의 두께, OAL(Overall Length) 은 제1렌즈에서 제7렌즈의 중심간 두께(길이)를 나타낸다.
<조건식5>
0.7 ≤ Ind1/Ind7 ≤ 1.5
여기에서, Ind1과 Ind7은 각각 제1렌즈와 제7렌즈 물질의 굴절율을 나타낸다.
<조건식6>
0.5 ≤ Abv1/Abv7 ≤ 2
Abv1과 Abv7은 각각 제1렌즈와 제7렌즈 물질의 아베수를 나타낸다.
소형이면서도 고성능·고해상도를 얻을 수 있는 초광각 렌즈 광학계를 구현할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 광학계는 피사체에서 이미지센서 방향으로 순차적으로 배열된 부(-), 부(-), 정(+), 정(+), 정(+), 부(-), 정(+)의 파워를 갖는 제1렌즈 내지 제7렌즈를 포함하고, 조건식 1 내지 6 중에서 적어도 어느 하나를 만족할 수 있다. 이러한 렌즈 광학계는 초광각 광학 장치로서 일반적인 촬영 장치뿐 아니라 블랙박스, AVM(Around View Monitor System), 리어뷰 차량용 카메라 외에 드론, 스포츠캠 등 여러 종류의 액션캠에 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌즈 광학계의 주요 구성요소의 배치를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 렌즈 광학계의 주요 구성요소의 배치를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 렌즈 광학계의 주요 구성요소의 배치를 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면 수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면 수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면 수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 광학계를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한(혹은, 유사한) 구성요소들을 나타낸다.
도 1 내지 도 3은 각각 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 3 실시예에 따른 렌즈 광학계를 보여준다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈 광학계는 피사체(또는 물체, OBJ)와 피사체(OBJ)의 상이 맺히는 결상면(image plane) 이미지 센서(IMG) 사이에 피사체(OBJ) 측으로부터 순차로 배열된 일곱 매의 렌즈를 구비한다. 아래의 설명에서 입사면은 피사체를 향하는 면이며 출사면은 이미지 센서를 향하는 면이다.
이들 여섯 매의 렌즈는 광이 입사하는, 즉 피사체(OBJ)를 향하는 입사면과 광이 출사하는, 즉 이미지 센서(IMG)를 향하는 출사면을 가지며, 여기에는 제1렌즈(I), 제2렌즈(Ⅱ), 제3렌즈(Ⅲ), 제4렌즈(Ⅳ), 제5렌즈(Ⅴ), 제6렌즈(VI) 및 제7렌즈(VII)가 포함된다.
제1렌즈(I)는 대구경 렌즈로서 부(-)의 파워(굴절률)을 가진다. 본 발명의 한 실시예에 따라 제1렌즈(I)는 피사체(OBJ) 측으로 볼록한 메니스커스(meniscus)형상을 가질 수 있다.
제2렌즈(II) 역시 제1렌즈(I) 보다는 작은 대구경 렌즈로서 부(-)의 파워(굴절률)을 가진다. 본 발명의 한 실시 예에 따라, 제2렌즈(II)는 피사체(OBJ) 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.
제3렌즈(III)는 정(+)의 파워를 가지며, 본 발명의 한 실시 예에 따라 양면 볼록형 렌즈일 수 있다.
제4렌즈(IV)는 정(+)의 파워를 가지며, 본 발명의 한 실시 예에 따라 그 출사면이 이미지센서 측으로 볼록한 렌즈 일 수 있다.
제5렌즈(V)는 정(+)의 파워를 가지며, 본 발명의 실시 예에 따라 양면이 볼록한 양면 볼록 렌즈일 수 있다.
제6렌즈(VI)는 부(-)의 파워를 가지며, 이미지센서(IMG) 측으로 볼록한 메니스커스(meniscus) 렌즈 일 수 있다.
여기에서, 제5렌즈(V)의 출사면과 제6렌즈(VI)의 입사면의 곡률(R)이 동일할 수 있으며, 이들 제5렌즈(V)와 제6렌즈(VI)들은 본 발명의 한 실시예에 따라 일정한 간격 또는 거리(T), 예를 들어 최대 0.03mm의 미세 간격을 두고 상호 이격될 수 있으며, 본 발명의 다른 실시예에 따라 극히 좁은 갭(T)을 두고(사실상 T=0.0000)하여 접합될 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 제 1 실시예 내지 제 3 실시예에서와 같이 상기 제5렌즈(V)와 제6렌즈(VI)가 하나로 접합(T=0.0000)되어 정(+)의 파워를 갖는 접합렌즈를 구성하고, 다른 실시예에 따르면 제5렌즈(V)와 제6렌즈(VI)는 최대 0.03mm 거리 또는 간격을 두고 상호 이격될 수 있다.
한편, 제7렌즈는 정(+)의 파워를 가지며, 본 발명의 일 실시예에 따라 입사면과 출사면이 피사체(OBJ)와 이미지 센서(IMG) 측으로 볼록한 양볼록 렌즈일 수 있다.
본 발명의 광학 렌즈 장치에는 조리개(STOP, S1)와 적외선 차단 수단(IR)이 더 구비될 수 있다. 조리개(S1)는 제3렌즈(III)와 제4렌즈(IV) 사이에 구비될 수 있다. 적외선 차단 수단(IR)은 제7렌즈(VII)와 이미지센서(IMG) 사이에 구비될 수 있다.
적외선 차단 수단(IR)은 적외선 차단 필터일 수 있다. 이러한 조리개(S1)와 적외선 차단 수단(Ⅵ)의 위치는 달라질 수 있다. 상기한 구성을 가지는 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈 광학계는 다음의 조건식 1 내지 6 중 적어도 하나를 만족한다.
<조건식 1>
140 ≤ Fov ≤ 240
여기서, Fov (Field of view)는 광학계의 대각선 방향의 화각을 나타내며, 단위는 도(degree, ㅀ)이다. 이는 본 발명의 렌즈 광학계의 초광각화를 위한 조건이다.
<조건식 2>
0 ≤ RL1S2/RL2S2 ≤ 5
여기서, RL1S2은 제1렌즈의 제2면(이미지 센서측)의 R(곡률) 값을 나타내며, RL2S2은 제2렌즈의 제2면의 R 값을 나타낸다. 이는 제1렌즈(I)와 제2렌즈(II)의 형상을 한정하는 것으로, 초광각 광학계에서 높은 광학적 성능 구현을 위한 본 발명의 특징 중 하나이다..
<조건식3>
0 ≤ ThiL5L6 ≤ 0.03
여기에서 ThiL5L6는 접합렌즈인 제5렌즈(V)의 제2면(출사면)과 제6렌즈(VI)의 제1면 간(입사면)의 간격 또는 갭(T)을 나타낸다.
여기에서 간격은 렌즈 접합 또는 밀착시 자연적으로 또는 불가피하게 발생하는 갭, 또는 접합 물질의 두께 등에 의한 갭을 고려한 것이다. 이 조건은 수차를 최소화하기 위한 것으로 렌즈 광학계의 성능 향상에 바람직하다.
<조건식4>
0.15 ≤ (L1toL2)/OAL ≤ 0.4
여기에서 L1toL2는 제1렌즈에서 제2렌즈까지의 두께, OAL(Overall Length) 은 제1렌즈에서 제7렌즈의 중심 간 두께(길이) 또는 높이를 나타낸다.
이는 렌즈 광학계의 전체 높이 대비하여 제1렌즈(I)와 제2렌즈(II)의 두께의 합을 한정 지은 것으로, 초광각이면서도 높은 성능 구현을 위한 본 발명의 특징 중 하나이다.
<조건식5>
0.7 ≤ Ind1/Ind7 ≤ 1.5
여기에서, Ind1과 Ind7은 각각 제1렌즈와 제7렌즈 물질의 굴절율을 나타낸다.
이 조건에 따르면 제1렌즈가 고굴절 렌즈이고 반면에 마지막 제7렌즈(VII)가 저굴절 렌즈가 된다. 이것은 본 발명에 따른 초광각 렌즈 광학계의 구성을 위한 조건이다.
<조건식6>
0.5 ≤ Abv1/Abv7 ≤ 2
Abv1과 Abv7은 각각 제1렌즈(I)와 제7렌즈(VII) 물질의 아베수를 나타낸다.
이러한 조건식6에 따라 첫 번째 렌즈에 낮은 아베수 렌즈를 배치하고 반면에 마지막 렌즈에 높은 아베수 렌즈를 배치함으로써 초광각 렌즈 광학계에서 발생하는 색수차를 최소화 하여 높은 광학적 성능 구현을 하였다.
아래의 표1은 도1 내지 도3에 도시된 제1실시예 내지 제3실시예 별 광학적 특성을 나타낸다.
Figure PCTKR2017002832-appb-T000001
위에서 IH는 유효경의 이미지 높이, TTL은 제1렌즈(IV)의 입사면 중심으로부터 센서까지의 거리, OAL은 전술한 바와 같이 제1렌즈(I)의 입사면 중심으로부터 제7렌즈 출사면의 중심까지의 거리 또는 높이를 나타낸다, 이들의 단위는 모두 mm이다. 그리고, FOV는 광학계의 대각선 방향의 화각을 나타낸다.
아래의 표2는 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 3 실시예의 광학적 조건을 상기 조건식 1 내지 조건식 6에 적용한 결과는 보인다.
Figure PCTKR2017002832-appb-T000002
표2을 참조하면, 상기 제1실시예 내지 제3실시예의 렌즈 광학계는 조건식1 내지 조건식6을 만족하는 것을 알 수 있다. 이러한 구성을 가지는 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈 광학계에서 제1 내지 제7렌즈(I∼VII)는, 그 형상 및 치수(dimension)를 고려했을 때, 플라스틱으로 제조할 수 있으며, 특히 대구경인 제1렌즈를 고굴절률의 플라스틱으로 제조할 수 있다.
즉, 제1렌즈 내지 제7렌즈(I∼VII)는 모두 플라스틱 렌즈일 수 있다. 글라스(glass) 렌즈의 경우, 제조 단가가 높을 뿐 아니라 성형/가공 상의 제약 조건으로 인해 렌즈 광학계의 소형화를 어렵게 하지만, 본원에서는 제1렌즈 내지 제7렌즈(I∼VII)를 모두 플라스틱으로 제조할 수 있으므로, 그에 따른 다양한 이점을 기할 수 있다.
그러나 본원에서 제1렌즈 내지 제7렌즈(I∼VI)의 재질이 플라스틱으로 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라서는, 제1렌즈 내지 제7렌즈(I∼VII) 중 적어도 하나를 글라스로 제조할 수도 있다.
이하, 렌즈 데이터 및 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 제1실시예 내지 제3실시예에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.
아래의 표3 내지 표5은 각각 도1 내지 도3의 렌즈 광학계를 구성하는 각 렌즈에 대한 곡률반경, 렌즈 두께 또는 렌즈 사이의 거리, 굴절률 및 아베수 등을 나타낸다.
표3 내지 표5에서 R은 곡률반경, D는 렌즈 두께 또는 렌즈 간격 또는 인접한 구성요소 간의 간격, Nd는 d선(d-line)을 이용하여 측정한 렌즈의 굴절률, Vd는 d선(d-line)에 대한 렌즈의 아베수를 나타낸 것이다. 여기에서 R 값과 D 값의 단위는 ㎜이다.
Figure PCTKR2017002832-appb-T000003
Figure PCTKR2017002832-appb-T000004
Figure PCTKR2017002832-appb-T000005
한편, 본 발명의 제1실시예 내지 제3실시예에 따른 렌즈 광학계에서 모든 렌즈가 구면 렌즈이다. 따라서 비구면 방정식이 적용되지 않는다, 그러나, 본 발명에 따르면 특정한 렌즈에 대해 비구면이 적용될 수 도 있다.
도4은 본 발명의 제1실시예(도1)에 따른 렌즈 광학계, 즉, 표3의 수치를 갖는 렌즈 광학계의 종방향 구면 수차(longitudinal spherical aberration), 상면 만곡(astigmatic field curvature) 및 왜곡(distortion)을 보여주는 수차도이다.
도4의 (a)는 다양한 파장의 광에 대한 렌즈 광학계의 구면 수차를 나타낸 것이고, (b)는 렌즈 광학계의 상면 만곡, 즉 자오 상면 만곡(tangential field curvature, T)과 구결 상면 만곡(sagittal field curvature, S)을 나타낸 것이다.
여기에서, 도4의 (a) 데이터를 얻기 위해 사용한 광의 파장은 656.2700nm, 587.6000nm, 546.0700nm, 486.1300nm, 435.8300nm 이었다. (b) 및 (c) 데이터를 얻기 위해 사용한 파장은 546.1000nm 이었다. 이는 도5 및 도6에서도 마찬가지이다.
도5의 (a), (b) 및 (c)는 각각 본 발명의 제 2 실시예(도 2)에 따른 렌즈 광학계, 즉, 표3의 수치를 갖는 렌즈 광학계의 종방향 구면 수차, 상면 만곡 및 왜곡을 각각 보여주는 수차도이다.
도6의 (a), (b) 및 (c)는 각각 본 발명의 제 3 실시예(도 3)에 따른 렌즈 광학계, 즉, 표4의 수치를 갖는 렌즈 광학계의 종방향 구면 수차, 상면 만곡 및 왜곡을 각각 보여주는 수차도이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈 광학계는 피사체(OBJ)에서 이미지센서(IMG) 방향으로 순차적으로 배열된 부(-),부(-), 정(+), 정(+), 정(+), 부(-), 정(+)의 파워를 갖는 제1렌즈 내지 제7렌즈(I∼VII)를 포함하고, 상기한 조건식 1 내지 6 중 적어도 어느 하나를 만족할 수 있다. 이러한 렌즈 광학계는 각종 수차를 용이하게(양호하게) 보정할 수 있고, 비교적 짧은 전장을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 소형이면서도 고성능 및 고해상도를 얻을 수 있는 초광학 렌즈 광학계를 구현할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예들에 따르면, 표 3 내지 표 5에서 제5렌즈(V)의 11면의 데이터에서는 렌즈 광학계에서 제5렌즈와 제6렌즈를 간격(T)이 없는 "0"으로 표시되어 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면 간격(T)는 0에서 0.03mm 범위로 조정될 수 있다.
전술한 바와 같이 제5렌즈는 정(+)의 파워를 가지고 그리고 제6렌즈는 부(-)의 파워를 가지며, 이 들 두 렌즈(V, VI)에 의한 파워의 합은 음(-)의 값을 가진다. 즉 정(+)의 파워를 갖는 제5렌즈와 부(-)의 파워를 갖는 제6렌즈에 의해 구성되는 접합렌즈는 부(-)의 파워를 갖는다.
한편, 제1렌즈 내지 제7렌즈(I∼VII)를 플라스틱으로 제조하고 이들 렌즈 중에서 적어도 제1렌즈를 플라스틱으로 제조할 수 있다. 또한 제1렌즈는 비구면이 아닌 구면의 렌즈를 가질 수 있으며, 제2렌즈에 비해 높은 굴절률을 가질 수 있다.
이러한 본 발명은 모든 렌즈를 플라스틱으로 제조할 수 있으며, 따라서 글라스 렌즈를 사용하는 경우보다 저비용으로 컴팩트하면서 성능이 우수한 렌즈 광학계를 구현할 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 적외선((IR)) 차단 수단으로서 필터 외에 다양한 부가적 요소가 사용될 수 있다. 그 밖에도 다양한 변형 예가 가능함을 알 수 있을 것이다. 이러한 이유로, 본 발명의 기술적 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

Claims (18)

  1. 물체(object)측과 상측(image plane) 간의 광축 상에, 상기 물체 측을 향하는 입사면과 상기 상측을 향하는 출사면을 각각 가지는 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈, 제4렌즈, 제5렌즈, 제6렌즈 및 제7렌즈;가 순서대로 배치되는 렌즈계를 구비하며,
    상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제6렌즈는 부(Negative, -)의 파워를 가지며,
    상기 제3렌즈, 제4렌즈, 제5렌즈 및 제7렌즈는 정(Positive, +)의 파워를 가지며,
    상기 제5렌즈와 제6렌즈는 하나로 접합되어 정(+)의 파워를 가지는 접합렌즈를 구성하며,
    상기 제1렌즈의 굴절율은 제7렌즈에 비해 높은 굴절율을 가지며, 그리고 아래의 조건식1의 만족하는, 렌즈 광학계.
    <조건식 1>
    140 ≤ Fov ≤ 240
    여기서, Fov(Field of view)는 렌즈 광학계의 대각선 방향의 화각을 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서,
    아래의 조건식2를 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식 2>
    0 ≤ RL1S2/RL2S2 ≤ 5
    여기서, RL1S2은 제1렌즈의 제2면(이미지 센서측)의 R(곡률) 값을 나타내며, RL2S2은 제2렌즈의 제2면의 R 값을 나타낸다.
  3. 제1항에 있어서,
    아래의 조건식3을 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식3>
    0 ≤ ThiL5L6 ≤ 0.03
    여기에서 ThiL5L6는 접합렌즈인 제5렌즈의 제2면과 제6렌즈의 제1면 간의 간격 또는 갭(T)을 나타낸다
  4. 제1항에 있어서,
    아래의 조건식4를 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식4>
    0.15 ≤ (L1toL2)/OAL ≤ 0.4
    여기에서 L1toL2는 제1렌즈에서 제2렌즈까지의 두께, OAL(Overall Length) 은 제1렌즈에서 제7렌즈의 중심간 두께(길이)를 나타낸다.
  5. 제1항에 있어서,
    아래의 조건식5를 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식5>
    0.7 ≤ Ind1/Ind7 ≤ 1.5
    여기에서, Ind1과 Ind7은 각각 제1렌즈와 제7렌즈 물질의 굴절율을 나타낸다.
  6. 제2항에 있어서,
    아래의 조건식5를 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식5>
    0.7 ≤ Ind1/Ind7 ≤ 1.5
    여기에서, Ind1과 Ind7은 각각 제1렌즈와 제7렌즈 물질의 굴절율을 나타낸다.
  7. 제3항에 있어서,
    아래의 조건식5를 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식5>
    0.7 ≤ Ind1/Ind7 ≤ 1.5
    여기에서, Ind1과 Ind7은 각각 제1렌즈와 제7렌즈 물질의 굴절율을 나타낸다.
  8. 제4항에 있어서,
    아래의 조건식5를 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식5>
    0.7 ≤ Ind1/Ind7 ≤ 1.5
    여기에서, Ind1과 Ind7은 각각 제1렌즈와 제7렌즈 물질의 굴절율을 나타낸다.
  9. 제5항에 있어서,
    아래의 조건식6을 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식6>
    0.5 ≤ Abv1/Abv7 ≤ 2
    Abv1과 Abv7은 각각 제1렌즈와 제7렌즈 물질의 아베수를 나타낸다.
  10. 제6항에 있어서,
    아래의 조건식6을 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식6>
    0.5 ≤ Abv1/Abv7 ≤ 2
    Abv1과 Abv7은 각각 제1렌즈와 제7렌즈 물질의 아베수를 나타낸다.
  11. 제7항에 있어서,
    아래의 조건식6을 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식6>
    0.5 ≤ Abv1/Abv7 ≤ 2
    Abv1과 Abv7은 각각 제1렌즈와 제7렌즈 물질의 아베수를 나타낸다.
  12. 제8항에 있어서,
    아래의 조건식6을 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식6>
    0.5 ≤ Abv1/Abv7 ≤ 2
    Abv1과 Abv7은 각각 제1렌즈와 제7렌즈 물질의 아베수를 나타낸다.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제3렌즈와 상기 제4렌즈 사이에 마련되는 조리개를 더 포함하는 렌즈 광학계.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 제3렌즈와 상기 제4렌즈 사이에 마련되는 조리개를 더 포함하는 렌즈 광학계.
  15. 제3항에 있어서,
    상기 제3렌즈와 상기 제4렌즈 사이에 마련되는 조리개를 더 포함하는 렌즈 광학계.
  16. 제4항에 있어서,
    상기 제3렌즈와 상기 제4렌즈 사이에 마련되는 조리개를 더 포함하는 렌즈 광학계.
  17. 부(Negative)의 파워를 가지는 것으로 상면 측으로 오목한 출사면을 가지는 제1렌즈;
    부의 파워를 가지는 것으로 상면 측으로 오목한 출사면을 가지는 제2렌즈;
    정(Positive)의 파워를 가지는 것으로 피사체 측으로 볼록한 입사면을 가지는제3렌즈;
    정의 파워를 가지는 것으로 상면측으로 볼록한 출사면을 가지는 제4렌즈.;
    정의 파워를 가지는 것으로 상면 측으로 볼록한 출사면을 가지는 제5렌즈;
    부의 파워를 가지는 것으로 피사체 측으로 오목한 입사면을 가지며 상기 제5렌즈와 접합되어 정의 파워를 가지는 접합렌즈를 형성하는 제6렌즈;
    정의 파워를 가지는 것으로 상기 피사체측으로 볼록한 입사면을 가지는 제7렌즈;를 구비하며,
    아래의 조건식 1 내지 조건식 6 중의 적어도 어느 하나를 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식 1>
    140 ≤ Fov ≤ 240
    여기서, Fov(Field of view)는 광학계의 대각선 방향의 화각을 나타낸다.
    <조건식 2>
    0 ≤ RL1S2/RL2S2 ≤ 5
    여기서, RL1S2은 제1렌즈의 제2면(이미지 센서측)의 R(곡률) 값을 나타내며, RL2S2은 제2렌즈의 제2면의 R 값을 나타낸다.
    <조건식3>
    0 ≤ ThiL5L6 ≤ 0.03
    여기에서 ThiL5L6는 접합렌즈인 제5렌즈의 제2면과 제6렌즈의 제1면 간의 간격 또는 갭(T)을 나타낸다.
    <조건식4>
    0.15 ≤ (L1toL2)/OAL ≤ 0.4
    여기에서 L1toL2는 제1렌즈에서 제2렌즈까지의 두께, OAL(Overall Length) 은 제1렌즈에서 제7렌즈의 중심간 두께(길이)를 나타낸다.
    <조건식5>
    0.7 ≤ Ind1/Ind7 ≤ 1.5
    여기에서, Ind1과 Ind7은 각각 제1렌즈와 제7렌즈 물질의 굴절율을 나타낸다.
    <조건식6>
    0.5 ≤ Abv1/Abv7 ≤ 2
    Abv1과 Abv7은 각각 제1렌즈와 제7렌즈 물질의 아베수를 나타낸다.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제3렌즈와 제4렌즈의 사이에 조리개가 마련되는 렌즈 광학계.
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