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KR102494776B1 - 촬상렌즈 - Google Patents

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KR102494776B1
KR102494776B1 KR1020150110167A KR20150110167A KR102494776B1 KR 102494776 B1 KR102494776 B1 KR 102494776B1 KR 1020150110167 A KR1020150110167 A KR 1020150110167A KR 20150110167 A KR20150110167 A KR 20150110167A KR 102494776 B1 KR102494776 B1 KR 102494776B1
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refractive power
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imaging
negative
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이상훈
장대식
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명은 촬상렌즈에 관한 것으로, 본 발명은 양(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈; 음(-)의 굴절력을 갖는 제2렌즈; 조리개; 음(-)의 굴절력을 갖는 제3렌즈; 음(-)의 굴절력을 갖는 제4렌즈; 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 갖는 제5렌즈를 포함하고, 피사체측으로부터 광축을 따라 상기 제1렌즈, 제2렌즈, 조리개, 제3렌즈, 제4렌즈, 제5렌즈의 순서로 배치될 수 있다.
본 발명은 초점거리보다 광학계의 길이가 더 작으므로, 낮은 텔레포토비(망원비)가 요구되는 광학계의 촬상렌즈에 효과적으로 쓰일 수 있다.

Description

촬상렌즈{IMAGE PICKUP LENS}
본 발명은 촬상렌즈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 카메라 모듈에 사용되는 촬상렌즈에 관한 것이다.
일반적인 광학계는 초점거리가 광학계의 길이(첫번째 렌즈의 피사체측 렌즈면에서 부터 이미지 센서까지의 거리)보다 작은 특성을 갖는다.
또한 텔레포토비(Telephoto Ratio, 망원비)를 낮추어 보다 광학적인 렌즈에 대한 요구가 높아지고 있다.
따라서 낮은 텔레포토비의 광학계에 적용가능하도록 초점거리가 광학계의 길이보다 큰 촬상렌즈를 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 낮은 텔레포토비를 요구하는 광학계에서 적용이 가능한 촬상렌즈를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 촬상렌즈는, 양(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈; 음(-)의 굴절력을 갖는 제2렌즈; 조리개; 음(-)의 굴절력을 갖는 제3렌즈; 음(-)의 굴절력을 갖는 제4렌즈; 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 갖는 제5렌즈를 포함하고, 피사체측으로부터 광축을 따라 상기 제1렌즈, 제2렌즈, 조리개, 제3렌즈, 제4렌즈, 제5렌즈의 순서로 배치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 촬상렌즈에 있어서, 상기 제1 내지 제5렌즈 중 어느 하나 이상은 비구면을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 촬상렌즈에 있어서, 상기 제1 내지 제5렌즈 중 어느 하나 이상은 비구면 변곡점을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 촬상렌즈에 있어서, 상기 제1렌즈의 초점거리를 f1, 상기 촬상렌즈의 전체초점거리를 F라고 할 때, 0.35 < f1/F < 0.45 의 조건식을 만족할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 촬상렌즈에 있어서, 상기 제1렌즈의 입사면으로부터 이미지 센서의 상면까지의 거리를 TTL, 상기 촬상렌즈의 전체초점거리를 F라고 할 때, 0.8 < TTL/F < 0.9 의 조건식을 만족할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 촬상렌즈에 있어서, 상기 제3렌즈의 d선(d-line)에서의 굴절률을 n3d이라고 할 때, n3d > 1.6 의 조건식을 만족할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 촬상렌즈에 있어서, 상기 제3렌즈의 d선(d-line)에서의 아베수를 v3d라고 할 때, 20 < v3d < 30 의 조건식을 만족할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 촬상렌즈에 있어서, 상기 제2렌즈의 굴절력을 Ø2, 상기 제3렌즈의 굴절력을 Ø3, 상기 제4렌즈의 굴절력을 Ø4라고 할 때, |Ø2| > |Ø4| > |Ø3|의 조건식을 만족할 수 있다.
본 발명은 초점거리보다 광학계의 길이가 더 작으므로, 낮은 텔레포토비(망원비)가 요구되는 광학계의 촬상렌즈에 효과적으로 쓰일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 촬상렌즈의 배치구조를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 2는 도 1의 촬상렌즈에 빛이 통과하는 과정을 개략적으로 도시한 측단면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1 , 제2 , A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 “연결”, “결합” 또는 “접속”된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 “연결”, “결합” 또는 “접속”될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 촬상렌즈의 배치구조를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 촬상렌즈는 피사체(물체)측으로부터 수광면까지 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 조리개(30), 제3렌즈(40), 제4렌즈(50), 제5렌즈(60), 이미지 센서(70)를 순서대로 포함할 수 있고, 제5렌즈(60)와 이미지 센서(70)의 사이에 필터(80)가 더 구비될 수 있다. 따라서 피사체의 영상정보에 해당하는 광은 제1렌즈(10), 제2렌즈(20), 조리개(30), 제3렌즈(40), 제4렌즈(50), 제5렌즈(60)를 통과하여 이미지 센서(70)의 수광면에 입사된다.
촬상렌즈의 성능 구현이 용이하도록 하기 위하여, 조리개를 기준으로 제1 및 제2 렌즈(10, 20)가 제1그룹을 이루고, 제3 내지 제5렌즈(40, 50, 60)가 제2그룹을 이룬다. 그리고 제2 내지 제4렌즈(20, 40, 50)는 모두 음의 굴절력(초점거리)를 가지고 있다. 제1렌즈(10)는 상대적으로 강한 양의 굴절력을 갖고 제2렌즈(20)는 촬상렌즈의 초점거리를 늘려 보다 광학적인 즉, 텔레포토비가 낮은 촬상렌즈를 제작하는데 영향을 미친다. 또한 제3렌즈(40)는 조리개 뒤에 위치하여 촬상렌즈의 수차를 보정하는 역할을 한다.
제1 내지 제5렌즈(60) 중 어느 하나 이상은 비구면과 비구면 변곡점을 포함할 수 있고, 또한 제1 내지 제5렌즈(60) 중 어느 하나 이상은 비구면 변곡점을 하나 이상 포함할 수 있다.
제1렌즈(10)는 양(+)의 굴절력을 갖는다. 제1렌즈(10)는 광이 입사하는 입사면(R1), 즉 피사체측의 렌즈면이 피사체측으로 볼록하다. '입사면'은 '물체측면'일 수 있다.
제2렌즈(20)는 음(-)의 굴절력을 갖는다. 제2렌즈(20)는 광이 출사하는 출사면(R4), 즉 이미지 센서 방향의 렌즈면이 이미지 센서 방향쪽으로 오목하다. '출사면'은 '상측면'일 수 있다.
제3렌즈(40)는 음(-)의 굴절력을 갖는다. 제3렌즈(40)는 입사면(R6)과 출사면(R7), 즉 피사체측의 렌즈면과 이미지 센서 방향의 렌즈면이 각각 피사체측과 이미지 센서 방향으로 오목하다.
제4렌즈(50)는 음(-)의 굴절력을 갖는다. 제4렌즈(50)는 입사면(R8)과 출사면(R9), 즉 피사체측의 렌즈면과 이미지 센서 방향의 렌즈면이 비구면 형상일 수 있고, 출사면(R9)이 오목하다.
제5렌즈(60)는 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 갖는다. 제5렌즈는 입사면(R10)과 출사면(R11), 즉 피사체측의 렌즈면과 이미지 센서 방향의 렌즈면이 비구면 형상일 수 있다.
필터(80)는 적외선 차단 필터일 수 있고, 외부 빛으로부터 방출되는 복사열이 이미지 센서(70)에 전해지지 않도록 차단시킨다.
렌즈면 곡률반경(㎜) 두께(㎜) 굴절율(N) 아베수(V)
제1렌즈 R1 1.471 1.116 1.531 557
R2 866.991 0.130
제2렌즈 R3 -13.684 0.230 1.65 21
R4 4.469 0.095
조리개 R5 infinity 0.132
제3렌즈 R6 -11.962 0.230 1.65 21
R7 21.056 1.524
제4렌즈 R8 -25.583 0.230 1.55 55
R9 3.308 0.262
제5렌즈 R10 78.977 0.891 1.65 21
R11 -10.414 0.1
상기 표 1에 표기한 두께는 각 렌즈면에서 다음 렌즈면까지의 거리를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 촬상렌즈(광학계)는 상기 표 1에 표기된 값에 한정하지 않고 다음의 조건을 만족할 수 있다.
제3렌즈(40)의 d선(d-line)에서의 굴절률을 n3d이라고 할 때, n3d > 1.6를 만족할 수 있다. 일반적으로 양의 굴절력을 갖는 렌즈는 굴절률 1.55보다 낮은 크라운(Crown) 계열의 소재로 제작되고, 음의 굴절력을 갖는 렌즈는 굴절률 1.55보다 높은 플린트(Flint) 계열의 소재로 제작되며, 본 발명의 일실시예에서 조리개와 상대적으로 가까이 위치한 제2렌즈(20)와 제3렌즈(40)는 음의 굴절력을 갖는 플린트 계열의 소재로 제작된다. 또한 제2렌즈(20)와 제3렌즈(40)는 수차 보정에 용이하지만 굴절률(n3d)이 1.6이하의 값을 가지면 본 발명의 실시예에서 색수차 보정이 어렵다.
제3렌즈(40)의 d선(d-line)에서의 아베수를 v3d라고 할 때, 20 < v3d < 30를 만족할 수 있다. 제3렌즈(40)는 상기에서 언급했다시피 플린트 계열의 소재를 사용하여 제작하기 때문에 제3렌즈(40)의 아베수(v3d)는 플린트 계열의 소재로 제작된 렌즈의 아베수의 범위를 만족한다. 만약 제3렌즈(40)의 아베수(v3d)가 20 < v3d < 30를 벗어나게 되면 색수차 보정이 어렵다.
상기 제2렌즈의 굴절력을 Ø2, 상기 제3렌즈의 굴절력을 Ø3, 상기 제4렌즈의 굴절력을 Ø4라고 할 때, |Ø2| > |Ø4| > |Ø3|를 만족할 수 있다.
아래의 표 2는 본 발명의 실시예에 따른 촬상렌즈에 사용되는 렌즈에 대한 코닉상수와 비구면 계수의 값이다.
렌즈면 K A1 A2 A3 A4 A5 A6
R1 0 0.00029 -0.00437 0.00649 -0.00387 0.00111 0
R2 0 0.06477 -0.00870 -0.00596 -0.00089 0.00320 0
R3 0 0.11047 -0.03056 0.00741 -0.01293 0.02029 0
R4 0 0.03578 0.08699 -0.14787 0.14224 0 0
R6 0 -0.06194 0.05486 -0.02653 -0.07051 0 0
R7 0 0.02342 0.09845 -0.010896 0.07042 -0.02485 0
R8 -90 -0.14409 -0.00478 0.01527 -0.00573 -0.00010 -0.0006
R9 -0.41323 -0.13203 0.02677 -0.00605 0.00047 -0.00009 0
R10 90 -0.02391 0.00059 0.00105 -0.00014 0 0
R11 8.031911 -0.04938 0.00557 0.00127 -0.00026 0 0
상기 표 2의 비구면 계수 값은 다음의 수학식 1로부터 얻을 수 있다.
Figure 112015075703552-pat00001
z : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리
C : 렌즈의 기본 곡률
Y : 광축에 수직인 방향으로의 거리
K : 코닉 상수(Conic Constant)
A1, A2, A3, A4, A5, A6 : 비구면 계수(Aspheric Constant)
상기에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 촬상렌즈의 전체 광학계의 초점거리(f), 제1렌즈(10)의 입사면(R1)부터 상면까지의 거리(TTL)는 다음의 표 3과 같다.
광학계의 초점거리(F) 6.83㎜
제1렌즈의 초점거리(f1) 2.764㎜
제2렌즈의 초점거리(f2) -5.106㎜
제3렌즈의 초점거리(f3) -11.589㎜
제4렌즈의 초점거리(f4) -5.293㎜
제5렌즈의 초점거리(f5) 14.072㎜
제1렌즈의 입사면(R1)부터 상면까지의 거리(TTL) 5.88㎜
f1/TTL 0.470068
f2/TTL -0.868367
f3/TTL -1.970918
f4/TTL -0.900170
f5/TTL 2.391973
본 발명의 실시예에 따른 촬상렌즈의 초점거리는 상기 표 3에 표기된 값에 한정하지 않고 다음의 조건을 만족할 수 있다.
제1렌즈(10)의 초점거리를 f1, 촬상렌즈의 전체초점거리를 F라고 할 때, 0.35 < f1/F < 0.45를 만족할 수 있다. 촬상렌즈의 보다 작은 크기의 모듈을 구현하기 위해 제1렌즈(10)는 보다 짧은 초점거리가 필요하므로, 제1렌즈(10)는 입사면(R1)의 곡률반경이 출사면(R2)의 곡률반경보다 작아야 한다. 그러나 제1렌즈(10)의 f1/F가 0.35이하의 값을 가질 경우, 제1렌즈(10)의 입사면부터 출사면까지의 길이 즉, 두께가 더욱 늘어나게게 되어, 촬상렌즈의 전체초점거리(F)가 미리 정해진 값으로 일정하다고 하였을 때, 제1렌즈(10)의 초점거리(f1)가 줄어들게 되므로 촬상렌즈를 제작하기 어렵고, 제1렌즈(10)의 입사면(R1)의 f1/F가 0.45이상의 값을 가질 경우 제1렌즈(10)의 초점거리(f1)가 더욱 늘어나므로 본 발명의 실시예에 따른 촬상렌즈의 성능 구현이 어렵다.
제1렌즈(10)의 입사면(R1)으로부터 이미지 센서(70)의 상면까지의 거리를 TTL, 촬상렌즈의 전체초점거리를 F라고 할 때, 0.8 < TTL/F < 0.9를 만족할 수 있다. 이는 입사면(R1)으로부터 이미지 센서(70)의 상면까지의 거리(TTL)와 촬상렌즈의 전체초점거리(F)의 비를 나타낸 것으로, 촬상렌즈의 전체초점거리(F)가 늘어나거나 입사면(R1)으로부터 이미지 센서(70)의 상면까지의 거리(TTL)가 줄어들면 좁은 화각과 망원효과를 얻게 되지만 TTL/F가 0.8이하의 값을 가지면 촬상렌즈의 성능을 구현하기 어렵다. 또한, 촬상렌즈의 전체초점거리(F)가 줄어들거나 입사면(R1)으로부터 이미지 센서(70)의 상면까지의 거리(TTL)가 늘어나게 되면, 본 발명의 실시예에 따른 촬상렌즈의 렌즈 배열 두께가 늘어나므로 TTL/F가 0.9이상의 값을 가질 경우 텔레포토비 또한 늘어나게 되어 보다 광학적이지 못하게 된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 촬상렌즈를 실시하기 위한 일실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10 : 제1렌즈 20 : 제2렌즈
30 : 조리개 40 : 제3렌즈
50 : 제4렌즈 60 : 제5렌즈
70 : 이미지 센서 80 : 필터

Claims (16)

  1. 물체측으로부터 상측으로 순서대로,
    양(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈;
    음(-)의 굴절력을 갖는 제2렌즈;
    조리개;
    음(-)의 굴절력을 갖는 제3렌즈;
    음(-)의 굴절력을 갖는 제4렌즈; 및
    양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 갖는 제5렌즈를 포함하고,
    상기 조리개는 상기 제2렌즈와 상기 제3렌즈 사이에 이격되어 배치되고,
    광축에서 상기 제3렌즈의 상측면은 오목하고,
    상기 광축에서 상기 제2렌즈와 상기 제3렌즈 사이의 거리는 상기 제3렌즈와 상기 제4렌즈 사이의 거리보다 작고,
    다음의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
    <조건식>
    |Ø2| > |Ø4| > |Ø3|
    여기서, Ø2는 상기 제2렌즈의 굴절력을 의미하고, Ø3은 상기 제3렌즈의 굴절력을 의미하고, Ø4는 상기 제4렌즈의 굴절력을 의미한다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제5렌즈 중 적어도 하나는 비구면을 포함하는 촬상 렌즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제5렌즈 중 적어도 하나는 비구면 변곡점을 포함하는 촬상 렌즈.
  4. 제1항에 있어서,
    다음의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
    <조건식>
    0.35 < f1/F < 0.45
    여기서, f1은 상기 제1렌즈의 초점거리를 의미하고, F는 상기 촬상 렌즈의 전체 초점거리를 의미한다.
  5. 제1항에 있어서,
    다음의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
    <조건식>
    0.8 < TTL/F < 0.9
    여기서, TTL은 상기 제1렌즈의 물체측면으로부터 이미지 센서의 결상면까지의 거리를 의미하고, F는 상기 촬상 렌즈의 전체 초점거리를 의미한다.
  6. 제1항에 있어서,
    다음의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
    <조건식>
    n3d > 1.6
    여기서, n3d는 상기 제3렌즈의 d선(d-line)에서의 굴절률을 의미한다.
  7. 제1항에 있어서,
    다음의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
    <조건식>
    20 < v3d < 30
    여기서, v3d는 상기 제3렌즈의 d선(d-line)에서의 아베수를 의미한다.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1렌즈의 물체측면은 볼록한 촬상 렌즈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2렌즈의 상측면은 광축에서 오목한 촬상 렌즈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제3렌즈의 물체측면은 오목하고, 상기 제3렌즈의 상측면은 오목한 촬상 렌즈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제4렌즈의 상측면은 오목한 촬상 렌즈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제5렌즈의 물체측면 및 상측면은 비구면인 촬상 렌즈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2렌즈 및 상기 제3렌즈는 플린트(Flint) 소재인 촬상 렌즈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1렌즈의 물체측면의 곡률반경은 상기 제1렌즈의 상측면의 곡률반경보다 작은 촬상 렌즈.
  15. 물체측으로부터 상측으로 순서대로,
    양(+)의 굴절력을 갖는 제1렌즈;
    음(-)의 굴절력을 갖는 제2렌즈;
    조리개;
    음(-)의 굴절력을 갖는 제3렌즈;
    음(-)의 굴절력을 갖는 제4렌즈;
    양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 갖는 제5렌즈; 및
    이미지 센서를 포함하고,
    상기 조리개는 상기 제2렌즈와 상기 제3렌즈 사이에 이격되어 배치되고,
    광축에서 상기 제5렌즈는 양면이 볼록한 형상을 갖고,
    상기 광축에서 상기 제2렌즈와 상기 제3렌즈 사이의 거리는 상기 제3렌즈와 상기 제4렌즈 사이의 거리보다 작고,
    다음의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
    <조건식>
    |Ø2| > |Ø4| > |Ø3|
    여기서, Ø2는 상기 제2렌즈의 굴절력을 의미하고, Ø3은 상기 제3렌즈의 굴절력을 의미하고, Ø4는 상기 제4렌즈의 굴절력을 의미한다.
  16. 물체측으로부터 상측으로 순서대로,
    물체측면이 볼록한 제1렌즈;
    상측면이 오목한 제2렌즈;
    조리개;
    물체측면 및 상측면이 오목한 제3렌즈;
    상측면이 오목한 제4렌즈;
    물체측면 및 상측면이 비구면인 제5렌즈; 및
    이미지 센서를 포함하고,
    상기 조리개는 상기 제2렌즈와 상기 제3렌즈 사이에 이격되어 배치되고,
    다음의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
    <조건식>
    |Ø2| > |Ø4| > |Ø3|
    여기서, Ø2는 상기 제2렌즈의 굴절력을 의미하고, Ø3은 상기 제3렌즈의 굴절력을 의미하고, Ø4는 상기 제4렌즈의 굴절력을 의미한다.
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