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KR101536556B1 - 촬영 렌즈 광학계 - Google Patents

촬영 렌즈 광학계 Download PDF

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KR101536556B1
KR101536556B1 KR1020130162910A KR20130162910A KR101536556B1 KR 101536556 B1 KR101536556 B1 KR 101536556B1 KR 1020130162910 A KR1020130162910 A KR 1020130162910A KR 20130162910 A KR20130162910 A KR 20130162910A KR 101536556 B1 KR101536556 B1 KR 101536556B1
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South Korea
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lens
optical system
photographing
photographing lens
diaphragm
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송경수
김지은
강찬구
배성희
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주식회사 코렌
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Abstract

개시된 촬영 렌즈 광학계는 물체측에서 상면측으로 순서대로 배열된 것으로, 부의 굴절력을 가지며, 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상의 제1렌즈; 정의 굴절력을 가지며, 상측으로 볼록한 형상의 제2렌즈; 정의 굴절력을 가지며, 양볼록의 제3렌즈; 부의 굴절력을 가지며, 상측으로 볼록한 형상의 제4렌즈;를 포함하며, 다음 조건을 만족한다.
0.15 < |tan θ/ f| < 0.25
여기서, θ 및 f는 각각 상기 촬영 렌즈 광학계의 화각 및 초점거리이다.

Description

촬영 렌즈 광학계{Photographic lens optical system}
본 발명은 광학 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량용 카메라에 채용되는 촬영 렌즈 광학계에 관한 것이다.
최근 전하 결합 소자(charge coupled device)(CCD)와 씨모스 이미지센서(complimentary metal oxide semiconductor image sensor)(CMOS 이미지센서)와 같은 고체 촬상 소자를 이용한 카메라의 보급이 급속하게 확대되고 있다.
카메라의 해상도를 높이기 위해 고체 촬상 소자의 화소 집적도는 높아지고 있다. 이와 함께 카메라에 내장되는 렌즈 광학계의 성능 개선을 통해서 카메라의 소형화 및 경량화도 진행되고 있다.
일반적으로, 광학 성능 확보를 위해, 예컨대, 광각(wide angle of view), 고배율, 수차 보정 등을 위해 많은 수의 렌즈를 사용하는 것이 유리하다. 그런데 렌즈 광학계가 많은 렌즈를 포함할 경우, 카메라의 소형화, 경량화, 가격 경쟁력에는 불리해진다. 또한, 렌즈 매수가 작을 경우, 소형화, 가경 경쟁력 측면에서는 유리하지만, 수차 보정이 충분하지 않을 수 있다.
따라서, 원하는 성능 확보와 함께, 소형화, 경량화, 저비용화를 도모할 수 있는 렌즈 광학계 설계가 필요하다.
본 개시는 소형화/경량화에 유리하고 넓은 화각 및 우수한 성능을 갖는 렌즈 광학계를 제공하고자 한다.
일 유형에 따르는 촬영 렌즈 광학계는 물체측에서 상면측으로 순서대로 배열된 것으로, 부의 굴절력을 가지며, 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상의 제1렌즈; 정의 굴절력을 가지며, 상측으로 볼록한 형상의 제2렌즈; 정의 굴절력을 가지며, 양볼록의 제3렌즈; 부의 굴절력을 가지며, 상측으로 볼록한 형상의 제4렌즈;를 포함하며, 다음 조건을 만족한다.
0.15 < |tan θ/ f| < 0.25
여기서, θ 및 f는 각각 상기 촬영 렌즈 광학계의 화각 및 초점거리이다.
상기 촬영 렌즈 광학계는 다음 조건을 만족할 수 있다.
1.3 < r2/f < 1.5
여기서, r2는 상기 제1렌즈의 상측면의 곡률 반경이고, f는 상기 촬영 렌즈 광학계의 초점거리이다.
상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈, 제4렌즈 중 적어도 하나는 적어도 한 면에 비구면을 채용할 수 있다.
상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈 및 제4렌즈는 글래스 또는 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.
상기 촬영 렌즈 광학계는 조리개를 더 구비하며, 다음 조건을 만족할 수 있다.
0.9 < d4/f < 1.0
여기서, d4는 상기 제2렌즈의 상측면부터 상기 조리개까지의 거리이다.
상기 제2렌즈와 상기 제3렌즈 사이에 상기 조리개가 배치될 수 있다.
또한, 일 유형에 따르는 촬영 장치는 상술한 어느 하나의 촬영 렌즈 광학계;상기 촬영 렌즈 광학계에서 형성한 광학 상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서;를 포함한다.
상기 촬영 렌즈 광학계는 4매 렌즈를 사용하여 전장이 짧고, 소형·경량화되며, 초 광각을 구현한다.
상기 촬영 렌즈 시스템은 플라스틱 재질을 사용하여 비구면 렌즈를 구성함으로써 저비용으로 성능이 우수한 촬영 렌즈 광학계를 구현할 수 있다.
상기 촬영 렌즈 광학계는 차량용 카메라에 적용되기에 적합하다.
도 1은 제1실시예에 따른 촬영 렌즈 광학계의 광학적 배치를 보이는 단면도이다.
도 2는 제1실시예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 3은 제2실시예에 따른 촬영 렌즈 광학계의 광학적 배치를 보이는 단면도이다.
도 4는 제2실시예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 5는 제3실시예에 따른 촬영 렌즈 광학계의 광학적 배치를 보이는 단면도이다.
도 6은 제3실시예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1, 도 3 및 도 5는 각각 본 발명의 제1실시예, 제2실시예 및 제3실시예에 따른 촬영 렌즈 광학계의 광학적 배치를 보인다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 촬영 렌즈 광학계는 물체(OBJ)측에서 상면(IMG)측으로 순서대로 배열된 것으로, 부의 굴절력을 가지는 제1렌즈(10), 정의 굴절력을 가지는 제2렌즈(20), 정의 굴절력을 가지는 제3렌즈(30), 부의 굴절력을 가지는 제4렌즈(40)를 포함한다.
제1렌즈(10)는 물체측으로 볼록한 형상을 가질 수 있고, 예를 들어, 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.
제2렌즈(20)는 상측으로 볼록한 형상을 가질 수 있고, 예를 들어, 상측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제2렌즈(20)는 적어도 한 면에 비구면을 채용할 수 있고, 또는, 양면 비구면 렌즈일 수 있다.
제3렌즈(30)는 양볼록 렌즈로 구성될 수 있다. 제3렌즈(30)는 적어도 한 면에 비구면을 채용할 수 있고, 또는, 양면 비구면 렌즈일 수 있다.
제4렌즈(40)는 상측으로 볼록한 형상을 가질 수 있고, 예를 들어, 상측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 제4렌즈(40)는 적어도 한 면에 비구면을 채용할 수 있고, 또는, 양면 비구면 렌즈일 수 있다.
제2렌즈(20)와 제3렌즈(30) 사이에 조리개가 배치될 수 있으며, 다만, 그 위치가 이에 한정되는 것은 아니다.
제4렌즈(40)와 상면(IMG) 사이에는 필터 부재(F)가 배치될 수 있다. 필터 부재(F)는 적외선 차단 필터일 수 있다. 필터 부재(F)와 함께, 커버 글래스가 더 배치될 수도 있다. 또는, 필터 부재(F)와 함께, 또는 선택적으로, 제1렌즈(10)의 물체측 면에 적외선 차단 코팅이 이루어질 수도 있다.
상면(IMG)에는 CCD (Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)와 같은 이미지 센서(미도시)가 놓이게 된다.
실시예들에 따른 촬상 렌즈 광학계는 수차 보정과 함께, 광각화, 소형화의 요구를 만족하도록 각 렌즈가 설계되어 있다.
촬영 렌즈 광학계는 다음 조건을 만족할 수 있다.
0.15 < |tanθ/ f| < 0.25 (1)
여기서, θ 및 f는 각각 촬영 렌즈 광학계의 화각 및 초점거리이다.
조건 (1)의 상한을 초과하는 범위에서 촬영 렌즈 광학계가 광각을 구현하기에 미흡하며, 하한 미만의 범위에서, 화각은 커지나, 구면수차나 코마수차 등의 수차 보정이 잘 이루어지지 않을 수 있다.
조건 (1)에 따라 촬영 렌즈 광학계가 초 광각, 약 160˚이상의 화각을 구현할 수 있고 양호한 수차 보정이 가능하다.
촬영 렌즈 광학계는 다음 조건을 만족할 수 있다.
1.3 < r2/f < 1.5 (2)
여기서, r2는 제1렌즈(10)의 상측면의 곡률 반경이고, f는 촬영 렌즈 광학계의 초점거리이다.
조건 (2)는 촬영 렌즈 광학계의 초점 거리에 대한 제1렌즈(10)의 상측면 곡률 반경의 비를 규정하고 있으며, 조건 (2)에 따라 제1렌즈(10)의 상측면의 곡률 반경은 비교적 작은 값은 갖게 된다.
촬영 렌즈 광학계는 다음 조건을 만족할 수 있다.
0.9 < d4/f < 1.0 (3)
여기서, d4는 제2렌즈(20)의 상측면부터 조리개(ST)까지의 거리이다.
제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30) 및 제4렌즈(40)는 글래스 또는 플라스틱 재질로 형성될 수 있으며, 플라스틱 재질로 형성되는 경우, 가격이나, 경량화 측면에서 유리하다. 또한, 수차 보정을 위해, 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30), 제4렌즈(40) 중 적어도 하나는 적어도 한 면에 비구면을 채용한 비구면 렌즈일 수 있는데, 비구면을 플라스틱 소재로 제조하는 경우, 제조 공정이 보다 용이하다. 예를 들어, 제2렌즈(20), 제3렌즈(30), 제4렌즈(40)는 양면 비구면 렌즈일 수 있으며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 여러 실시예에 따른 구체적인 렌즈 데이터들을 기술한다. 렌즈 데이터에서, ST는 조리개, 면 번호 뒤의 * 표시는 그 면이 비구면임을 의미한다. R, T, Nd, Vd는 각각 곡률 반경, 두께 또는 간격, 굴절률, 아베수를 의미한다. 또한, Fno는 F수, f는 초점거리, θ는 화각을 나타낸다. 초점거리, 곡률 반경, 두께 또는 간격의 단위는 mm이다.
비구면의 정의는 다음과 같다.
Figure 112013118590080-pat00001
여기서, Z는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리이고, Y는 광축에 대해 수직한 방향으로의 거리이며, K는 코닉상수(conic constant), A, B, C, D는 비구면계수, R은 렌즈의 정점에서의 곡률반경이다.
<제1실시예>
도 1은 제1실시예에 따른 촬영 렌즈 광학계의 광학적 배치를 보이며, 제1실시예의 렌즈 데이터는 다음과 같다.
Fno; 2.8, f;1.4531
면 R T Nd Vd
OBJ Infinity Infinity 　 　
1 12.5934 1.5 1.776 49.62
2 2.116 2.1048 　 　
3* -3.1407 2 1.544 56.09
4* -2.3789 1.3203 　 　
ST Infinity 0.7142 　 　
6* 2.5332 1.5555 1.544 56.09
7* -0.9978 0.0876 　 　
8* -0.8391 0.3 1.636 23.89
9* -2.0876 0.5 　 　
10 Infinity 0.7 　 　
11 Infinity 1.5151 　 　
IMG Infinity 0.0125 　 　
다음 표는 비구면 계수를 보인다.
면 K A B C D
3 0 -0.0067 0.0038 -0.0016 0.0003
4 0.0505 0.0143 -0.0007 0.0006 0
6 -1.642 0.008 -0.0013 -0.0114 -0.0076
7 -0.7515 0.0464 0.0247 -0.0028 -0.004
8 -1.6594 -0.008 0.0289 0.0205 -0.0063
9 -8.3132 0.0298 0.019 0.0053 0.0021
도 2는 제1실시예에 따른 촬영 렌즈 광학계의 종방향 구면수차(LONGITUDINAL SPERICAL ABERATION), 비점수차(ASTIGMATIC FIELD CURVES), 왜곡(DISTORTION)을 보이는 수차도이다. 종방향 구면수차는 파장이 656.00(nm), 587.00(nm), 546.00(nm), 486.00(nm), 436.00(nm)인 광에 대해 각각 나타내며, 비점수차, 왜곡은 파장 587.00(nm)인 광에 대해 나타낸다. 또한, 비점수차 그래프에서, 구결상면(sagittal field curvature)과 자오상면(tangential field curvature)에서의 만곡을 각각 S, T로 나타내고 있다.
<제2실시예>
도 3은 제2실시예에 따른 촬영 렌즈 광학계의 광학적 배치를 보이며, 제2실시예의 렌즈 데이터는 다음과 같다.
Fno; 2.8, f;1.4424
면 R T Nd Vd
OBJ Infinity Infinity 　 　
1 12.3984 1.5 1.776 49.62
2 2.0492 2.0421 　 　
3* -3.1731 2 1.544 56.09
4* -2.3898 1.3794 　 　
ST Infinity 0.7276 　 　
6* 2.4725 1.5306 1.544 56.09
7* -1.0043 0.0809 　 　
8* -0.8714 0.3 1.636 23.89
9* -2.2847 0.5 　 　
10 Infinity 0.7 　 　
11 Infinity 1.5346 　 　
IMG Infinity 0.0148 　 　
다음 표는 비구면 계수를 보인다.
Fno; 2.8, f;1.4646
면 K A B C D
3 0 -0.0062 0.0037 -0.0016 0.0002
4 0.0418 0.0138 -0.0008 0.0005 0
6 -1.6601 0.0079 -0.0009 -0.0101 -0.0074
7 -0.7546 0.0474 0.0247 -0.003 -0.004
8 -1.6536 -0.0084 0.0289 0.0207 -0.0062
9 -9.2412 0.0299 0.0183 0.0051 0.0026
도 4는 제2실시예에 따른 촬영 렌즈 광학계의 종방향 구면수차(LONGITUDINAL SPERICAL ABERATION), 비점수차(ASTIGMATIC FIELD CURVES), 왜곡(DISTORTION)을 보이는 수차도이다.
<제3실시예>
도 5는 제3실시예에 따른 촬영 렌즈 광학계의 광학적 배치를 보이며, 제3실시예의 렌즈 데이터는 다음과 같다.
면 R T Nd Vd
OBJ Infinity Infinity 　 　
1 12.4093 1.5 1.776 49.62
2 2.0036 2.0295 　 　
3* -3.1553 2 1.544 56.09
4* -2.3669 1.376 　 　
ST Infinity 0.7262 　 　
6* 2.4136 1.4769 1.544 56.09
7* -1.0349 0.0866 　 　
8* -0.8844 0.3 1.636 23.89
9* -2.4029 0.5 　 　
10 Infinity 0.7 　 　
11 Infinity 1.5983 　 　
IMG Infinity 0.066 　 　
다음 표는 비구면 계수를 보인다.
면 K A B C D
3 0 -0.0072 0.0036 -0.0016 0.0003
4 0.07 0.0143 -0.0008 0.0005 0
6 -1.4293 0.0095 -0.0007 -0.0105 -0.0069
7 -0.747 0.0454 0.0242 -0.003 -0.0041
8 -1.6853 -0.0067 0.0292 0.0206 -0.0061
9 -10.8236 0.032 0.0199 0.0058 0.0022
도 6은 제3실시예에 따른 촬영 렌즈 광학계의 종방향 구면수차(LONGITUDINAL SPERICAL ABERATION), 비점수차(ASTIGMATIC FIELD CURVES), 왜곡(DISTORTION)을 보이는 수차도이다.
다음 표는 제1 내지 제3실시예에 따른 촬영 렌즈 광학계가 상기 조건 (1)(2)(3)에 부합하는 것을 보인다.
구분 제1실시예 제2실시예 제3실시예
|tanθ| 0.364 0.2867 0.364
f 1.4531 1.4424 1.4646
조건 (1):|tan θ / f| 0.2505 0.1988 0.2485
r2 2.116 2.0492 2.0036
조건 (2):r2/f 1.4562 1.4207 1.368
d4 1.3203 1.3794 1.376
조건 (3):d4/f 0.9086 0.9563 0.9395
상술한 실시예들은 소형화, 슬림화된 구조로 광각화되고, 우수한 광학 성능을 구현하는 촬영 렌즈 광각계를 제공한다.
실시예들에 따른 촬영 렌즈 시스템은 이러한 촬영 렌즈 광학계를 통해 형성된 광학 상(optical image)을 전기 신호로 변환하는 이미지 센서와 함께 다양한 종류의 촬영 장치에 적용될 수 있으며, 이러한 촬영 장치는 다양한 전자기기, 예를 들어, 휴대 단말 기기, 도어폰, 자동차 등에 채용될 수 있다.
이러한 본원 발명은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10...제1렌즈 20...제2렌즈
30...제3렌즈 40...제4렌즈
F...필터부재

Claims (13)

  1. 물체측에서 상면측으로 순서대로 배열된 것으로,
    부의 굴절력을 가지며, 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상의 제1렌즈;
    정의 굴절력을 가지며, 상측으로 볼록한 형상의 제2렌즈;
    정의 굴절력을 가지며, 양볼록의 제3렌즈;
    부의 굴절력을 가지며, 상측으로 볼록한 형상의 제4렌즈;로 이루어지며,
    다음 조건을 만족하는 촬영 렌즈 광학계.
    0.15 < |tan θ/ f| < 0.25
    여기서, θ 및 f는 각각 상기 촬영 렌즈 광학계의 화각 및 초점거리이다.
  2. 제1항에 있어서,
    다음 조건을 만족하는 촬영 렌즈 광학계.
    1.3 < r2/f < 1.5
    여기서, r2는 상기 제1렌즈의 상측면의 곡률 반경이고, f는 상기 촬영 렌즈 광학계의 초점거리이다.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈, 제4렌즈 중 적어도 하나는 적어도 한 면에 비구면을 채용하는 촬영 렌즈 광학계.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2렌즈, 제3렌즈, 제4렌즈는 모두 양면 비구면 렌즈인 촬영 렌즈 광학계.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈 및 제4렌즈 중 적어도 하나는 플라스틱 재질로 형성되는 촬영 렌즈 광학계.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈 및 제4렌즈 중 비구면을 채용하는 렌즈가 플라스틱 재질로 형성되는 촬영 렌즈 광학계.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 촬영 렌즈 광학계는 조리개를 더 구비하며,
    다음 조건을 만족하는 촬영 렌즈 광학계.
    0.9 < d4/f < 1.0
    여기서, d4는 상기 제2렌즈의 상측면부터 상기 조리개까지의 거리이다.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 촬영 렌즈 광학계는 조리개를 더 구비하며,
    다음 조건을 만족하는 촬영 렌즈 광학계.
    0.9 < d4/f < 1.0
    여기서, d4는 상기 제2렌즈의 상측면부터 상기 조리개까지의 거리이고, f는 상기 촬영 렌즈 광학계의 초점거리이다.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제2렌즈와 상기 제3렌즈 사이에 상기 조리개가 배치된 촬영 렌즈 광학계.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈, 제4렌즈 중 적어도 하나는 적어도 한 면에 비구면을 채용하는 촬영 렌즈 광학계.
  11. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈 및 제4렌즈 중 적어도 하나는 플라스틱 재질로 형성되는 촬영 렌즈 광학계.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈 및 제4렌즈 중 비구면을 채용하는 렌즈가 플라스틱 재질로 형성되는 촬영 렌즈 광학계.
  13. 제1항, 제2항, 제7항, 제8항 중 어느 한 항의 촬영 렌즈 광학계;
    상기 촬영 렌즈 광학계에서 형성한 광학 상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서;를 포함하는 촬영 장치.
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