JP2007164167A - モバイルカメラ光学系の光学レンズシステム - Google Patents

Abstract

【課題】イメージの結合が容易でその結合時にイメージ間の不一致が解消できるモバイルカメラ光学系の光学レンズシステムを提供する。
【解決手段】モバイルカメラ光学系の光学レンズシステム１０は、分割された画角に対応する一対の入射面が中央部に隣接して配置され、前記分割された画角で入射した光ビーム１５が、各軸外レンズ系のレンズ面１２ａ〜１２ｄ、１３ａ〜１３ｄを透過する光学レンズ１１と、前記軸外レンズ系を介して透過した光ビーム１５がそれぞれ受光され、前記光学レンズの両方下部に分割配置された一対のイメージセンサ２０ａ，２０ｂと、を備える。また、光学レンズの両方直下部に一対のイメージセンサを分割配置することで、各イメージセンサに結像されたイメージが容易に結合できると共に、狭くなった入射面間の距離によって、イメージ結合時にイメージ間の不一致が解消されるという長所がある。
【選択図】 図６

Description

本発明は、モバイルカメラ光学系の光学レンズシステムに関し、さらに詳細には、分離された画角で入射した光ビームが、光学レンズの中央部に配置された軸外（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）レンズに入射するようにし、前記光学レンズの両方部にイメージセンサを分割配置することで、前記軸外レンズの隣接配置により、イメージの不一致を最小化したモバイルカメラ光学系の光学レンズシステムに関する。

現在、携帯電話及びＰＤＡなどのような携帯用端末器は、最近、その技術の発展と共に単純な電話機能のみならず、音楽、映画、ＴＶ、ゲームなど、マルチコンバージョンスとして用いられており、このようなマルチコンバージョンスとしての展開を主導するものとして、カメラモジュール（ＣＡＭＥＲＡ ＭＯＤＵＬＥ）が最も代表的なものと言える。かかるカメラモジュールは、従来の３０万画素（ＶＧＡクラス）から現在の７００万画素の高画素中心に変化すると共に、オートフォカス（ＡＦ）、光学ズーム（ＯＰＴＩＣＡＬ ＺＯＯＭ）などの多様な付加機能の具現により変化しつつある。

一般に、カメラモジュール（ＣＣＭ：ＣＯＭＰＡＣＴ ＣＡＭＥＲＡ ＭＯＵＤＵＬＥ）は小型であって、カメラフォンやＰＤＡ、スマートフォンをはじめとする携帯用移動通信機器と、トイカメラ（ＴＯＹ ＣＡＭＥＲＡ）などの多様なＩＴ機器に適用されているが、最近では、消費者の多様な好みに合せて小型のカメラモジュールが装着された機器の発売が順次増えているのが実情である。

このようなカメラモジュールは、ＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサとレンズを主要部品として製作されており、前記レンズを介して透過された入射光を前記イメージセンサを介して集光させて機器内のメモリ上にデータとして格納し、格納されたデータは、機器内のＬＣＤまたはＰＣモニターなどのディスプレイ媒体を介して映像としてディスプレイされるようにする。

最近、デジタル技術が発達するにつれて、画像圧縮及び復元技術などの向上とマルチメディア製品の周辺機器技術の向上により、モバイルカメラ用レンズは、薄型化と小型化のために、絶えず研究開発を続けており、このような傾向に対応するために、モバイルカメラには優れた性能と共に超薄型カメラレンズ光学系が備えられることによって、携帯性が向上した製品が求められつつある。

このようなモバイルカメラ用光学系レンズとして、従来は、主に供軸係のカメラレンズ系が主に用いられてきており、従来の供軸系カメラレンズ系は、光軸方向に対して複数の回転対称型レンズが縦方向に配置されることから、回転対称型のレンズが縦に配置されることによって、その縦方向のレンズ系厚を光軸方向に縮小させるのに限界があり、特に、モバイルカメラレンズ系の全長がイメージセンサの対角長とほぼ同じ水準で決定されるという点で、デジタルモバイル機器の小型化を達成するには相当な困難が伴う。

したがって、このような問題点を解決するために、プリズムレンズを使用してモバイル機器の小型化をなすことができるようにした光学レンズ系またはリレイ形式の軸外結像レンズを使用して、モバイル機器の小型化を図ることができるようにした光学レンズ系が提案されており、図１と図２のようなプリズムレンズ系を使用する従来の光学レンズとこれを改善した分割された軸外レンズ系を利用した光学系が本出願人によって出願（特許文献１）されているので、これに対する簡略な構造を説明すれば、次の通りである。

まず、図１に示すように、プリズムを利用した光学系は、第１プリズム１０、第２プリズム２０、低域フィルタ４及びイメージプレーン３を備えてモバイルカメラ光学系が構成され、光学系の全長に対したイメージセンサの対角長の比（全長／イメージセンサの対角長）が２．４〜４．３の範囲内で形成されることによって、光学システムの全体長を縮小し得る範囲は、極めて制約的であることが分かる。

また、他の従来の技術として、図２に示している軸外結像レンズを用いる光学系は、第１面であるＲ１は絞り、第２面Ｒ２は第１面と供軸上の屈折面、第３面Ｒ３は第２面Ｒ２に対して傾斜した反射面、第４面Ｒ４、第５面Ｒ５はそれぞれの全面に対してシフトされ傾斜した反射面、第６面Ｒ６は第５面Ｒ５に対してシフト傾斜した屈折面で構成されていることが分かる。

しかしながら、このような一体型軸外結像レンズ光学系の場合にも、前記光学系の全長に対するイメージセンサの対角長の比（全長／イメージセンサの対角長）は、２．４〜４．３の範囲内で形成されることから、単一のイメージセンサ上において広画角を確保するとともに、前記光学系の全体厚を縮小するのには極めて制限的に構成されざるをえない。

したがって、モバイルカメラ光学系において、広画角を具現させるとともに、前記光学系の全長を減少させるためには、上述のプリズムを用いるレンズ系または一体型軸外結像レンズ系の他に、別の光学レンズシステムが具現されなければならず、下記の図３と図４の２つ以上の軸外レンズ系を利用した光学レンズシステムが本出願人によって２００５．０８．１０付けで出願されたが、以下に、その簡略な構造を説明する。

図３は、従来のモバイル光学レンズシステムの斜視図であり、図４は、従来のモバイル光学レンズシステムの断面図である。図３及び図４に示すように、従来の光学レンズシステムは、カメラ光学系の画角を同じ量に２つ以上に分割させ、前記分割された画角に対応し、前記画角を介して入射された光ビームが透過されるレンズが両方部に備えられた複数の軸外レンズ系１００と、前記複数のレンズ系を介して透過された光ビームを受光する単一のイメージセンサ１２０と、で構成される。

このとき、用いられる単一のイメージセンサ１２０は、センサを構成する各単位ピクセルがブルー（Ｂ）、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）の色相の中で、１つの色相のみが受光され得るようにし、各色相を受光するピクセルが交互に規則的に配列された構造である。

このような光学レンズシステムは、両方に対称形成された一対の軸外レンズ系１００からなる光学レンズの中央部に、イメージセンサ１２０が位置することで、前記軸外レンズ系１００の入射面が、両側部に配置されるしかないことから、前記入射面間の間隔が大きくなって、被写体の距離による物体の不一致（ｄｉｓｐａｒｉｔｙ）が発生するという問題点が指摘されている。

すなわち、図５に示すように、遠近を有するイメージを撮影する場合、前記軸外レンズ系１００を介して結像されるイメージの結合の際、図５の「Ａ」のように背景をなすイメージ上にイメージの歪みが発生するという短所がある。

韓国特許出願第２００５−０７３３８４号明細書

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、中央部に入射面が形成された、左右対称型の軸外レンズ系が備えられ、前記軸外レンズ系の両側部に一対のイメージセンサが分割配置されて、前記軸外レンズ系を透過した光ビームが、それぞれのイメージセンサに結像されるようにすることで、各イメージセンサで結像されたイメージの結合が容易で、イメージの結合時にイメージ間の不一致が解消できるようにしたモバイルカメラ光学系の光学レンズシステムを提供することにある。

上記目的を達成すべく、本発明に係るモバイルカメラ光学系の光学レンズシステムは、モバイルカメラにより画角が分割されると共に、中央部に一対の軸外レンズを備えるように、軸外レンズ系が対称形成された光学レンズと、前記軸外レンズを介して透過した光ビームがそれぞれ受光されるように、光学レンズの両方下部に分割配置された一対のイメージセンサと、を備える。

前記光学レンズでは、分割された画角で分離入射する光ビームが、相違する光軸を有する複数の軸外レンズ系を透過し、前記軸外レンズ系を透過した光ビームは、各レンズ系に対応するように両方部に分割配置されたイメージセンサのセンシング領域に集光されることでイメージが結像される。

このとき、前記分割された画角で入射する光ビームは、左右対称形成された軸外レンズ系の中央部側に位置する入射面である一対の軸外レンズを介して入射し、各軸外レンズ系内で反射流動して、各軸外レンズ系の下部に分割配置された一対のイメージセンサに受光される。

ここで、前記一対のイメージセンサは、各軸外レンズ系を介して受光される光ビームによりイメージが結像されるようにし、両方のイメージセンサ面を構成する各ピクセルが、ＧＲＧＲ・・，ＧＢＧＢ・・などのパターンが順次に並べられた通常のベイヤーパターン（Ｂａｙｅｒ ｐａｔｔｅｒｎ）を有する同一の形態のイメージセンサで構成されるか、両方のイメージセンサ面がそれぞれ異なる色相の領域を有するイメージセンサで分離構成することができる。

本発明によれば、分割された画角を狭く形成し、これに対応する複数の軸外レンズ系を対称形成するにおいて、光ビームの入射面を中央部に並んで配置し、前記光学レンズの両方直下部に一対のイメージセンサを分割配置することで、各イメージセンサに結像されるイメージを容易に結合することができる。さらに、狭くなった入射面間の距離により、イメージ結合時にイメージ間の不一致が解消できるという長所がある。

以下、添付の図面に基づいて、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。

まず、本発明の光学レンズシステムを構成するための前提条件の１つであるカメラの画角分割に対する基本概念を説明すると、画角とは、カメラのレンズが被写体を捕捉できる角度を意味するものであり、通常のカメラ光学系の画角は、略６０゜内外で決定され、カメラの画角分割の概念は、互いに異なる光軸を有し、狭い画角（略３０゜内外）が備えられた複数のカメラを用いて、それぞれのカメラに維持される３０゜の画角による通常の６０゜内外の画角が達成できるようにするものである。

すなわち、両方に軸外レンズ系を有する本発明の光学レンズシステムにおいて、モバイルカメラ上において画角が分離された光ビームを各軸外レンズ系に各々入射させることによって、分割された画角により３０゜内外の狭い画角を維持する２台のカメラを使用するものと同じ効果を奏することができ、このとき、被写体のイメージが互いに異なる光軸を有する両方の軸外レンズ系を介してイメージセンサに集光され、前記イメージセンサの各受光領域を介して半分のイメージのみが獲得され得るようにし、各受光領域に結像されたイメージは、別のプログラムにより結合される過程が必要となる。

このとき、前記軸外レンズ系に備えられたそれぞれのレンズが倒立像である場合、フォトステッチ（Ｐｈｏｔｏ ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ）、またはパノラマモザイク（ｐａｎｏｒａｍａ ｍｏｓａｉｃｉｎｇ）の方法により、一つのカラーイメージに結合される。

図６は、本発明に係る光学レンズシステムの斜視図であり、図７は、本発明に係る光学レンズシステムの断面図である。

図６及び図７に示すように、本発明の光学レンズシステム１０は、中央部に一対の入射面１２ａ，１３ａが隣接して対称形成された一対の軸外レンズ系１２，１３からなる光学レンズ１１と、前記各軸外レンズ系１２，１３を介して透過した光ビーム１５がそれぞれ受光されるように、前記光学レンズ１１の両方部に分割配置された一対のイメージセンサ２０ａ，２０ｂとで構成される。

前記光学レンズ１１を構成する複数の軸外レンズ系１２，１３を介して入射する光ビーム１５は、モバイルカメラにより分割された画角を介して、相違する光軸を有し、前記軸外レンズ系１２，１３の中央部の入射面１２ａ，１２ｂを介してそれぞれ入射し、各軸外レンズ系１２，１３内で繰り返される反射流動により、前記光学レンズ１１の両方部に位置する一対のイメージセンサ２０ａ，２０ｂに受光される。

なお、前記光学レンズ１１は、中央部側に隣接して一対の入射面１２ａ，１３ａが配置された左右対称の軸外レンズ系１２，１３で構成される。各軸外レンズ系１２，１３が一体となって直列結合され、前記各軸外レンズ系１２，１３を透過する光ビーム１５が比較的に狭い入射角に分割された画角で入射する。

そして、前記光学レンズ１１は、それぞれの入射面１２ａ，１３ａを有し、互いに対称形成された第１軸外レンズ系１２と第２軸外レンズ系１３とに区分できる。各軸外レンズ系１２，１３の内側に備えられた、隣接する入射面１２ａ，１３ａを介して入射した光ビーム１５が、各軸外レンズ系を構成する複数のレンズ面による繰り返される反射により、各軸外レンズ系１２，１３の外側下部に出射されることで、その直下部に位置する一対のイメージセンサ２０ａ，２０ｂに同時に受光されて、各イメージセンサ２０ａ，２０ｂ上に個別のイメージが結像される。このとき、前記光学レンズ１１は、成形射出成形及びウェーハスケールなどの成形方法により、大量に製作できる。

一方、前記光学レンズ１１を構成する軸外レンズ系１２，１３は、左右対称型に形成される複数のレンズ面１２ａ〜１２ｄ，１３ａ〜１３ｄで構成される。一方の軸外レンズ系１２のみを分離して更に詳細に説明すれば、内側の入射面１２ａと上下二つの反射面１２ｂ，１２ｃ及び外側底面の出射面１２ｄで構成される。

このとき、前記光学レンズ１１を介して分割入射する光ビーム１５が、前記イメージセンサ２０ａ，２０ｂに独立的に結像されて、被写体のイメージが獲得される過程を説明する。本発明のレンズ光学システム１０が採用されるモバイルカメラにより、約３０°内の比較的に狭い範囲に分割された画角で入射した光ビーム１５は、第１軸外レンズ系１２と第２軸外レンズ系１３の中央部に一対の軸外レンズからなる入射面１２ａ，１３ａを介して入射し、それぞれ軸外レンズ系１２，１３内の下部反射面１２ｂ，１３ｂと上部反射面１２ｃ，１３ｃに、入射角度によって直角をなしながら順次に反射されて、出射面１２ｄ，１３ｄを介して透過する。前記それぞれの軸外レンズ系１２，１３を透過した光ビーム１５は、両方部の出射面１２ｄ，１３ｄを介して、その直下部に分割配置された各イメージセンサ２０ａ，２０ｂに集光されることで、各イメージセンサ２０ａ，２０ｂ別に半分ずつのイメージが結像される。

前記軸外レンズ系１２，１３を透過した光ビーム１５が結像されるイメージセンサ２０ａ，２０ｂは、前記軸外レンズ系１２，１３の出射面１２ｄ、１３ｄの直下部にそれぞれ分割配置されるが、レッド（Ｒ）とグリーン（Ｇ）及びブルー（Ｂ）が均一に配列された一般のベイヤーパターンで構成される。

また、前記一対のイメージセンサ２０ａ，２０ｂは、一方のイメージセンサ２０ａがグリーン（Ｇ）の色相だけが受光されるグリーン（Ｇ）受光領域であり、他方のイメージセンサ２０ｂは、レッド（Ｒ）とブルー（Ｂ）の色相が混合された混合受光領域で構成することが可能である。または、これと逆の受光領域で構成することも可能である。

中央部の入射面１２ａ、１３ａに入射して、各軸外レンズ系１２，１３内で反射と出射を繰り返しながら透過した光ビーム１５が、各軸外レンズ系１２，１３に対応して位置するイメージセンサ２０ａ，２０ｂに集光されることで、各イメージセンサに半分のイメージが結像される。そして、前記のように各軸外レンズ系１２，１３別に結像されたイメージは、別途のプログラムで一つに結合される。このとき、前記軸外レンズ系１２，１３が倒立の像である場合には、フォトステッチまたはパノラマモザイクなどの方法で、分離されたイメージが一体に結合され、前記軸外レンズ系１２，１３が正立の像である場合には、レンズの精密な調整で前記それぞれのイメージが結合される。

このような構造で形成された光学レンズ１１を介して一対のイメージセンサ２０ａ，２０ｂに集光される各イメージが結合されると、図８のような画像イメージが形成される。同図に示すように、被写体の背景を形成する「Ｂ」位置に歪みが発生せず、イメージが結合することができる。

すなわち、従来に対称の軸外レンズ系で構成された光学レンズでは、分割された画角で入射する光ビームが透過する入射面が、光学レンズの両方部に位置して、イメージ結合時に入射面の距離差による微細な背景の歪みが発生するしかなかった。しかしながら、本発明では、光学レンズ１１の軸外レンズ系１２，１３に配置される入射面１２ａ，１３ａを中央部に隣接して配置することで、前記入射面１２ａ，１３ａを介して入射する光ビーム１５の入射経路を誘導する、分割された画角の範囲を狭くすると共に、前記軸外レンズ系１２，１３を透過する光ビーム１５が結像されるイメージセンサ２０ａ，２０ｂを、光学レンズ１０の両側下部に分割配置することで、前記光学レンズ１１に入射する光ビーム１５の分割角度を小さくする。したがって、イメージの結合が容易で、イメージ結合時にその対応部位の不一致を防止することができる。

上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更を行うことが可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。

従来のプリズムレンズを利用した光学系を示す概略図である。 従来の一体型プリズムレンズを利用した光学系を示す概略図である。 従来のモバイル光学レンズシステムの斜視図である。 従来のモバイル光学レンズシステムの断面図である。 従来のモバイル光学レンズシステムを利用した撮影時に結像されたイメージの概略図である。 本発明に係る光学レンズシステムの斜視図である。 本発明に係る光学レンズシステムの断面図である。 本発明に係る光学レンズシステムを利用した撮影時に結像されたイメージの概略図である。

符号の説明

１０ 光学レンズシステム
１１ 光学レンズ
１２，１３ 軸外レンズ系
１２ａ〜１２ｄ，１３ａ〜１３ｄ レンズ面
１５ 光ビーム
２０ａ，２０ｂ イメージセンサ
Ｂ 背景を形成する位置

Claims (7)

1. モバイルカメラにより複数の同一の量に分割されたカメラ光学系の画角で入射光が流入されるレンズ光学システムにおいて、
   分割された画角に対応する一対の入射面が中央部に隣接して配置され、前記分割された画角で入射した光ビームが、各軸外レンズ系を透過する光学レンズと、
   前記軸外レンズ系を介して透過した光ビームがそれぞれ受光され、前記光学レンズの両方の下部に分割配置された一対のイメージセンサと、
   を備えることを特徴とするモバイルカメラ光学系の光学レンズシステム。
2. 前記光学レンズは、相違する光軸を有するように対称形成された軸外レンズ系により分割された画角で入射する光ビームが透過して、各レンズ系に対応する一対のイメージセンサに集光されることで、半分のイメージが結像されることを特徴とする請求項１に記載のモバイルカメラ光学系の光学レンズシステム。
3. 前記光学レンズは、各軸外レンズ系の入射面を介して入射した光ビームが複数のレンズ面に繰り返して反射されて、両方軸外レンズ系の各側部出射面の下部に位置する一対のイメージセンサに同時に入射することを特徴とする請求項１または２に記載のモバイルカメラ光学系の光学レンズシステム。
4. 前記光学レンズは、成形射出成形及びウェーハスケールなどの成形方法で製作されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のモバイルカメラ光学系の光学レンズシステム。
5. 前記軸外レンズ系は、複数のレンズ面を有し、左右対称形で構成され、それぞれ上下二つの反射面、分割された光ビームが入射する入射面及び前記反射面に反射された光ビームが透過する出射面で構成され、前記入射面が相互隣接して中央部に配置されると共に、出射面が軸外レンズ系の各側部に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のモバイルカメラ光学系の光学レンズシステム。
6. 前記イメージセンサは、前記光学レンズの一方の下部にグリーン（Ｇ）の色相だけが受光されるグリーン（Ｇ）受光領域と、他方の下部にレッド（Ｒ）とブルー（Ｂ）の色相が交互に混合配列される混合受光領域とがそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のモバイルカメラ光学系の光学レンズシステム。
7. 前記イメージセンサの各受光領域に結像されたイメージが、フォトステッチまたはパノラマモザイクの方法により、一つのカラーイメージに結合されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のモバイルカメラ光学系の光学レンズシステム。

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