JP2007179022A - 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】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】光学レンズシステム５０は、分割された画角に対応する左右対称型の軸外レンズ系７１、７２、７３、７４が、同一平面上に一体をなして並列配置され、前記分割された画角を介して入射された光ビーム６０が、各軸外レンズ系に透過される光学レンズ７０と、前記軸外レンズ系を介して透過された光ビームが受光され、レッド（Ｒ）及びブルー（Ｂ）が混合された混合色相領域８１と、グリーン（Ｇ）色相領域とに２分されたイメージセンサ８０と、を備える。ＶＧＡクラスの高さを有する光学レンズを利用することで、メガクラスの解像度の実現が可能であるという利点があり、メガクラスの光学系における光学レンズシステムの全長を大幅減少させることによって、カメラ光学系の薄型化を実現できるという長所がある。
【選択図】 図５

Description

本発明は、モバイルカメラ光学系に関し、さらに詳細には、画角を分割し分割された画角にそれぞれ対応する２つ以上のレンズ系からなる一対の軸外レンズが並列して配列されると共に、前記レンズ系を介して透過された光ビームが、色相別に２分されて分離受光され得るイメージセンサが備えられた構造であって、モバイルカメラ光学系の薄型化が可能であると共に、ＶＧＡクラスと同じレンズ高さによりメガ（ＭＥＧＡ）クラスの解像度の具現を可能に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ェ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、オートフォーカス（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表示されるようにしている。

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、主に共軸係のカメラレンズ系が主に用いられてきており、従来の共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の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）されており、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面と共軸上の屈折面、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年８月１０日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が同じ量に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、図４に示すように、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。

このような場合には、カメラのメガクラスの画素の高画素を具現するために、高画素のイメージセンサが採用される場合、イメージセンサのサイズが大きくなり、これにより、カメラ光学系レンズの大きさと高さがやむを得ず増加せざるを得ず、画素数が高まるほどカメラのサイズが大きくならざるをえないという問題が指摘されている。

また、高画素のイメージセンサを用いる場合には、光学系レンズの性能、すなわちレンズを介して入射される入射光を分解し得る分解能も優れていなければならず、前記イメージセンサの大きさに適した分解能を有するレンズの設計が困難であるという問題がある。

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あり、その目的は、分離された画角に対応する複数の軸外レンズ系が対称形成された一対の光学レンズが並列して配置され、前記複数の軸外レンズ系を介して透過された光ビームが独立的に受光されるように、レッド（Ｒ）、ブルー（Ｂ）とグリーン（Ｇ）色相の受光領域に２分されたイメージセンサが備えられることによって、メガクラスの解像度が具現され、かつカメラ光学系の薄型化を実現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、分割された画角に対応する左右対称型の軸外レンズ系が同一平面上に備えられて並列配置された一対の光学レンズと、前記軸外レンズ系を介して透過された光ビームが受光され、レッド（Ｒ）及びブルー（Ｂ）の混合領域と、グリーン（Ｇ）領域とに２分されたイメージセンサと、を備える。

一実施形態では、前記光学レンズは、互いに異なる光軸を有する２つ以上の軸外レンズ系を介して分割された画角に入射される光ビームが透過され、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イメージセンサのセンシング領域に集光されることで、複数のイメージを結像させる。

このとき、一実施形態では、前記分割された画角を介して入射される光ビームは、軸外レンズ系が左右対称に形成された一対の光学レンズを介して透過され、かつ総計４つの軸外レンズを貫通してその下部側に位置したイメージセンサに受光され、前記イメージセンサの色相分割領域によりそれぞれレッドとブルーのモザイク状に混合受光されると共に、グリーン領域の単一色相受光が行われる。

一実施形態では、このような軸外レンズ系が備えられた光学レンズを介した光ビームが受光されるイメージセンサは、中央を中心に区分され、それぞれレッドとブルーとが交互に混合配列したレッド及びブルー混合の受光領域とグリーン受光領域とに２分される構造からなる。

一実施形態では、前記複数の軸外レンズ系を有する光学レンズを介してイメージセンサに受光されて結像された各イメージは、各色相の受光領域に結像された同じ色相のイメージがまず結合され、各受光領域において結合された互いに異なる色相を有する２つのイメージは、被写体と同じ色相が具現される１つのカラーイメージに結合されることに技術的特徴がある。

ここで、一実施形態では、前記イメージと色相との結合順序は、前記イメージセンサに結像されたイメージの中で、色相が異なる２つのイメージをまず結合し、その後、同じ色相のイメージを結合する反対の場合で行われることもでき、それぞれのレンズが倒立像の場合、フォトステッチ（Ｐｈｏｔｏ ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ）またはパノラマモザイキング（Ｐａｎｏｒａｍａ ｍｏｓａｉｃｉｎｇ）の方法により、１つのカラーイメージに結合される。

本発明によれば、分離された画角に対応する複数の軸外レンズ系が対照をなして並列に結合された光学レンズの前記複数の軸外レンズ系を介して透過された光ビームが、その下部のイメージセンサのレッド（Ｒ）及びブルー（Ｂ）の混合受光領域と、グリーン（Ｇ）色相の受光領域とに独立的に受光されることによって、ＶＧＡクラスの高さを有する光学レンズを利用することで、メガクラスの解像度の実現が可能であるという利点があり、メガクラスの光学系における光学レンズシステムの全長を大幅減少させることによって、カメラ光学系の薄型化を実現できるという長所がある。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づき詳細に説明する。

本発明のモバイルカメラ光学系の光学レンズシステムの上記の目的に対する技術的構成をはじめとする作用効果に関する事項は、本発明の好ましい実施の形態を示している図面を参照した以下の詳細な説明により明確に理解できるであろう。

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が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。

図５は、本発明に係る光学レンズシステムの斜視図であり、図６は、本発明に係る光学レンズシステムに採用されるイメージセンサの斜視図であり、図７は、本発明に係る光学レンズシステムに入射される光ビームの透過光経路を示す光学レンズの断面図であり、図８は、本発明に係る光学レンズシステムの平面図である。

図示のように、本発明の光学レンズシステム５０は、２つ以上に分割された画角を介して入射された光ビーム６０が透過される複数の軸外レンズ系７１，７２が備えられた光学レンズ７０と、前記軸外レンズ系７１を介して透過された光ビーム６０が色相別に分離受光されるように２分されたイメージセンサ８０と、で構成される。

前記光学レンズ７０に備えられた複数の軸外レンズ系７１，７２を介して入射される光ビーム６０が、互いに異なる光軸を有して分割入射され得るように、モバイルカメラによる画角が分割されるようにし、分割された画角により前記光学レンズ７０の両方に入射される光ビーム６０は、各軸外レンズ系７１を介して前記イメージセンサ８０に受光される。

また、前記光学レンズ７０は、両方部に複数の軸外レンズ７１ａ，７２ａが対称形成された左右対称の軸外レンズ系７１，７２が一体に並列して形成されることによって、同一平面上に総計４つの軸外レンズ系７４が対称に並列に結合されて一体に形成され、各軸外レンズ系７１〜７４を段階的に透過する光ビーム６０が、分割された画角を介して入射されるようにする。

すなわち、前記光学レンズ７０は、同一平面上に上下左右対称をなすことにより、第１軸外レンズ系７１、第２軸外レンズ系７２、第３軸外レンズ系７３及び第４軸外レンズ系７４に区分され、各軸外レンズ系７１〜７４の外側に備えられた軸外レンズ７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａを介して入射された光ビーム６０が、軸外レンズ系を構成する各レンズ面に反射及び出射を繰り返し、各軸外レンズ系７１〜７２の下部に位置するイメージセンサ８０に共通に入射されることによって、前記イメージセンサ８０上に個別的にイメージが結像される。このとき、前記光学レンズ７０は、射出成形及びウェーハスケールなどの成形方法により、大量に製作することできる。

一方、前記光学レンズ７０を構成する軸外レンズ系７１〜７４は、図７の断面図に示すように、複数のレンズ面７１ａ〜７１ｄを有する左右対称に構成される。一方の軸外レンズ系７１をさらに説明すれば、上下２つの反射面７１ｂ，７１ｃ、入射面７１ａ及び出射面７１ｄで構成される。

このとき、前記光学レンズ７０を介した入射光の透過と透過された光ビームが前記イメージセンサ８０に結像されて被写体のイメージが獲得される過程は、本発明のレンズ光学システム５０が採用されるモバイルカメラにより、略３０゜内外に分割された画角を介して入射光が入射され、前記光学レンズ７０を透過してその下部のイメージセンサ８０に結像されるにおいて、それぞれの分割された画角を介して入射された光ビーム６０は、第１〜第４軸外レンズ系７１〜７４の入射面である外側の軸外レンズ７１ａを介して入射され、前記下部反射面７１ｂ及び上部反射面７１ｃに順に入射角度と直角に反射され、出射面７１ｄを介して透過され、前記それぞれの軸外レンズ系７１〜７４を透過した光ビーム６０は、各軸外レンズ系７１〜７４に対応するそれぞれのイメージセンサ８０の領域にそのイメージが結像される。

前記軸外レンズ系７１〜７４を透過した光ビーム６０が結像されるイメージセンサ８０は、中央部を中心に色相領域別に２分され、一方は、グリーン（Ｇ）色相のみが受光されるグリーン（Ｇ）受光領域８１で構成され、他方は、レッド（Ｒ）及びブルー（Ｂ）色相が混合された混合受光領域８２で構成される。

前記イメージセンサ８０は、各軸外レンズ系７１〜７４を透過した光ビーム６０が各軸外レンズ系７１〜７４に対応する受光領域８１，８２に集光されてイメージを結像させ、分離にされた画角により、各レンズ系７１〜７４を透過する光ビーム６０によりイメージセンサ８０に結像されるイメージは、各受光領域８１，８２別に各画角を介してキャプチャーされた半分のイメージのみが形成され、上記のように、各軸外レンズ系７１〜７４別イメージは、別のプログラムにより１つに結合される。このとき、前記軸外レンズ系７１〜７４が倒立像である場合には、フォトステッチまたはパノラマモザイキングなどの方法により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７１〜７４が正立像である場合には、レンズの精密な調整により、前記それぞれのイメージ結合が行われるようにする。

このような構造からなる光学レンズ７０を介して各色相領域別に２分されたイメージセンサ８０に結像されるイメージは、前記光学レンズ７０の４つの軸外レンズ系７１〜７４を介した光ビーム６０の透過が行われることにより、前記イメージセンサ８０を４分割して、各分割領域にそれぞれのイメージが結像される。

すなわち、グリーン（Ｇ）色相受光領域８１と、レッド（Ｒ）及びブルー（Ｂ）色相の混合受光領域８２とが、各軸外レンズ系７１〜７４に対応する領域に再び分離されて、両方部の各軸外レンズ７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａを介して入射される光ビーム６０によるイメージの結像は、各受光領域８１，８２別に一対ずつ存在する。

したがって、前記イメージセンサ８０に結像されたイメージの結合は、まず同じ受光領域に結像されたイメージの結合が行われ、２分された受光領域別に結合された互いに異なる色相のイメージを結合することによって、被写体と同じ色相を有する１つのカラーイメージが完成される。このとき、上記のようなイメージの結合過程は、互いに異なる色相のイメージをまず結合し、後に同じ色相のイメージが結合される反対の場合も可能である。

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を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に採用されるイメージセンサの斜視図である。 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に採用されるイメージセンサの斜視図である。 本発明に係る光学レンズシステムに入射される光ビームの透過光経路を示す光学レンズの断面図である。 本発明に係る光学レンズシステムの平面図である。

符号の説明

５０ 光学レンズシステム
６０ 光ビーム
７０ 光学レンズ
７１，７２，７３，７４ 軸外レンズ系
７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ 軸外レンズ
７１ａ 入射面（レンズ面）
７１ｂ，７１ｃ 反射面（レンズ面）
７１ｄ 出射面（レンズ面）
８０ イメージセンサ
８１ 混合受光領域
８２ グリーン受光領域

Claims (8)

1. モバイルカメラにより複数の同じ量に分割されたカメラ光学系の画角を介して入射光が流入す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左右対称型の軸外レンズ系が、同一平面上に一体をなして並列配置され、前記分割された画角を介して入射された光ビームが、各軸外レンズ系に透過される光学レンズと、
   前記軸外レンズ系を介して透過された光ビームが受光され、レッド（Ｒ）及びブルー（Ｂ）が混合された混合色相領域と、グリーン（Ｇ）色相領域とに２分されたイメージセンサと、
   を備え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、互いに異なる光軸を有する２つ以上の軸外レンズ系により分割された画角を介して入射される光ビームが透過され、各レンズ系に対応するイメージセンサのセンシング領域に集光されることによって、複数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、同一平面上に上下左右対称をなして、第１軸外レンズ系、第２軸外レンズ系、第３軸外レンズ系及び第４軸外レンズ系に区分され、各軸外レンズ系の軸外レンズを介して入射された光ビームが、複数のレンズ面に反射と出射を繰り返し、各軸外レンズ系の下部に位置するイメージセンサに共通に入射されることを特徴とする請求項１又は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、射出成形及びウェーハスケールなどの成形方法により製作されることを特徴とする請求項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。
5. 前記軸外レンズ系は、複数のレンズ面を有する左右対称型で構成され、それぞれ上下２つの反射面、分割された光ビームが入射される入射面及び前記反射面に反射される光ビームが透過される出射面からな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、一方にグリーン（Ｇ）色相のみが受光されるグリーン（Ｇ）受光領域と、他方にレッド（Ｒ）とブルー（Ｂ）色相が交互に混合配列された混合受光領域とが、中央部を中心に２分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は、分割された画角により各軸外レンズ系を透過した光ビームが各軸外レンズ系に対応する各受光領域に集光されることにより、位置別、色相別にイメージが結像され、各領域別結像イメージが順次組み合わせられて１つの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。
8. 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は、フォトステッチ（Ｐｈｏｔｏ ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ）またはパノラマモザイキング（Ｐａｎｏｒａｍａ ｍｏｓａｉｃｉｎｇ）の方法により、１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６又は７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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