KR100716793B1

KR100716793B1 - 촬상렌즈 유닛

Info

Publication number: KR100716793B1
Application number: KR1020060025768A
Authority: KR
Inventors: 박천호
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-03-21
Filing date: 2006-03-21
Publication date: 2007-05-14

Abstract

본 발명은 전장을 작게 함과 동시에 제3 렌즈의 유효경을 작게 하여 촬상렌즈 유닛의 슬림화가 가능할 뿐만 아니라, 제조 오차에 의한 성능 저하를 최소로 하여 제품의 생산단가를 줄일 수 있는 촬상렌즈 유닛을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이를 위하여, 본 발명에 의한 촬상렌즈 유닛은, 피사체측에 배치되고, 포지티브 굴절력을 갖고, 피사체측으로 형성된 볼록면과 화상측으로 형성된 오목면을 구비한 제1 렌즈; 상기 제1 렌즈로부터 소정 간격 이격되어 배치되고, 광학계에 입사되는 불필요한 입사광을 방지하는 개구조리개; 상기 개구조리개로부터 소정 간격 이격되어 배치되고, 포지티브 굴절력을 갖고, 피사체측으로 형성된 오목면과 화상측으로 형성된 볼록면을 구비한 제2 렌즈; 상기 제2 렌즈로부터 소정 간격 이격되어 배치되고, 네가티브 굴절력을 갖고, 피사체측으로 형성된 볼록면과 화상측으로 형성된 오목면을 구비한 제3 렌즈; 및 상기 제3 렌즈로부터 소정 간격 이격되어 배치되고, 광학계로 입사되는 적외선 파장을 필터링하는 적외선 차단 필터를 포함하고, 상고(image height) 3.0 mm로 진행하는 광속의 최상단 광선이 상기 제3 렌즈의 오목면을 통과하는 높이를 H(S42)라 하고, 초점거리를 EFL이라 할 때,

를 만족하도록 구성된다.

굴절력, 비구면, 글라스, 렌즈, 슬림화

Description

촬상렌즈 유닛{LENS UNIT FOR CAMERA}

도 1은 본 발명에 의한 촬상렌즈 유닛을 도시한 구성도.

도 2는 도 1에 도시된 촬상렌즈 유닛에 있어서의 구체적인 파라미터를 설명하기 위한 구성도.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 촬상렌즈 유닛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 나타내는 그래프.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 촬상렌즈 유닛에 대한 코마수차를 나타내는 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제1 렌즈 S11 : 제1 렌즈의 피사체측 면

S12 : 제1 렌즈의 화상측 면

20 : 조리개

30 : 제2 렌즈 S31 : 제2 렌즈의 피사체측 면

S32 : 제2 렌즈의 화상측 면

40 : 제3 렌즈 S41 : 제3 렌즈의 피사체측 면

S42 : 제2 렌즈의 화상측 면

50 : 적외선 차단 필터

본 발명은 촬상렌즈 유닛에 관한 것으로, 특히 휴대폰 등과 같은 모바일용 단말기에 사용되는 촬상렌즈 유닛에 관한 것이다.

현재 휴대폰 및 PDA 등과 같은 모바일용 단말기는 최근 그 기술의 발전과 더불어 단순한 전화기능 뿐만 아니라, 음악, 영화, TV, 게임 등으로 멀티 컨버전스로 사용되고 있으며, 이러한 멀티 컨버전스로의 전개를 이끌어 가는 것 중의 하나로서 카메라 모듈(CAMERA MODULE)이 가장 대표적이라 할 수 있다. 이러한 카메라 모듈은 기존의 30만 화소(VGA급)에서 현재 700만 화소의 고화소 중심으로 변화됨과 동시에 오토포커싱(AF), 광학 줌(OPTICAL ZOOM) 등과 같은 다양한 부가 기능의 구현으로 변화되고 있다.

일반적으로, 카메라 모듈(CCM:COMPACT CAMERA MOUDULE)은 소형으로써 카메라폰이나 PDA, 스마트폰을 비롯한 휴대용 이동통신 기기와 토이 카메라(TOY CAMERA) 등의 다양한 IT 기기에 적용되고 있는 바, 최근에 이르러서는 소비자의 다양한 취향에 맞추어 소형의 카메라 모듈이 장착된 기기의 출시가 점차 늘어나고 있는 실정이다. 이와 같은 카메라 모듈은, CCD나 CMOS 등의 이미지센서를 주요 부품으로 하 여 제작되고 있으며 상기 이미지센서를 통하여 사물의 이미지를 집광시켜 기기내의 메모리상에 데이터로 저장되고, 저장된 데이터는 기기내의 LCD 또는 PC 모니터 등의 디스플레이 매체를 통해 영상으로 디스플레이된다.

한편, 이러한 카메라 모듈에 사용되는 렌즈 유닛에 있어서, 일본국 특개 2001-183578호에는, CIF급의 화상 사이즈에 따른 플라스틱 1군 1장으로 구성된 촬상렌즈나, VGA급의 화상 사이즈에 따르는 플라스틱 2군 2장으로 구성된 촬상렌즈가 개시되어 있다.

그러나, 일본국 특개 2001-183578호에 개시된 렌즈 구성만으로는 SXGA급 이상의 고화소의 이미지센서에 있어서의 촬상면에의 입사각 제한 등과 같은 광학계 설계 제약 문제를 해소할 수 없다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 렌즈 유닛으로서, 제1 렌즈가 양(포지티브)의 굴절력을 갖고 제2 및 제3 렌즈가 음(네가티브)의 굴절력을 갖는 렌즈 조합을 고려할 수 있다.

그러나, 이러한 렌즈 유닛에 있어서는, 배율색수차 발생을 방지하여 이미지의 화질을 개선할 수 있는 효과는 기대할 수 있으나, 광량 손실을 최소화하기 위한 제3 렌즈의 유효경이 커질 수 밖에 없어서, 최근 카메라폰 등에서와 같은 소형화를 지향하는 모바일용 단말기에 장착되기에는 한계가 있으며, 또한 제조 오차에 의한 성능 저하가 커짐에 따라 양산성이 저하되는 문제점이 있었다.

한편, 종래에는 제1 렌즈로서 구면 글라스 렌즈 또는 비구면 플라스틱 렌즈를 주로 사용하였다.

이는 구면 글라스 렌즈를 사용하는 경우에는 고굴절률 소재를 사용할 수는 있지만 렌즈면이 구면으로 되어 있어 구면수차를 포함하는 모든 수차를 개선하는 데에는 한계가 있으며, 비구면 플라스틱 렌즈를 사용하는 경우에는 비구면을 사용함으로써 광선을 좀더 효과적으로 제어하여 수차 개선에는 유리하지만, 플라스틱 렌즈 소재의 제한으로 인하여 저굴절률 소재를 사용할 수 밖에 없기 때문에 충분한 수차 보정은 기대하기 힘들기 때문이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 전장을 작게 함과 동시에 제3 렌즈의 유효경을 작게 하여 촬상렌즈 유닛의 슬림화가 가능할 뿐만 아니라, 제조 오차에 의한 성능 저하를 최소로 하여 제품의 생산단가를 줄일 수 있는 촬상렌즈 유닛을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 촬상렌즈 유닛은, 피사체측에 배치되고, 포지티브 굴절력을 갖고, 피사체측으로 형성된 볼록면과 화상측으로 형성된 오목면을 구비한 제1 렌즈; 상기 제1 렌즈로부터 소정 간격 이격되어 배치되고, 광학계에 입사되는 불필요한 입사광을 방지하는 개구조리개; 상기 개구조리개로부터 소정 간격 이격되어 배치되고, 포지티브 굴절력을 갖고, 피사체측으로 형성된 오목면과 화상측으로 형성된 볼록면을 구비한 제2 렌즈; 상기 제2 렌즈로부터 소정 간격 이격되어 배치되고, 네가티브 굴절력을 갖고, 피사체측으로 형성된 볼록면과 화상측으로 형성된 오목면을 구비한 제3 렌즈; 및 상기 제3 렌즈로부터 소정 간격 이격되어 배치되고, 광학계로 입사되는 적외선 파장을 필터링하는 적외선 차단 필터를 포함하고, 상고(image height) 3.0 mm로 진행하는 광속의 최상단 광선이 상기 제3 렌즈의 오목면을 통과하는 높이를 H(S42)라 하고, 초점거리를 EFL이라 할 때,

를 만족하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 촬상렌즈 유닛은, 초점거리를 EFL이라 하고, 상기 적외선 차단 필터를 제거한 공기 중에서 값으로서 상기 제1 렌즈의 볼록면 중심으로부터 화상면까지의 거리를 TTL이라 할 때,

를 만족하도록 배열되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 렌즈는 적어도 한면이 비구면인 글라스 렌즈이며, 상기 제2 렌즈 및 제3 렌즈는 플라스틱 또는 글라스 렌즈인 것이 바람직하다. 이와 같이 제1 렌즈로 글라스 렌즈를 사용하게 되면 고굴절률 소재를 사용함으로써 광선이 곡면에 입사하는 각도를 줄여서 수차발생을 줄일 수 있으며, 특히 비구면 글라스 렌즈를 사용함에 의하여 곡면에서의 입사각도 및 굴절각도를 미세하게 제어할 수 있게 됨으로써, 수차발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 촬상렌즈 유닛의 개략도를 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 촬상렌즈 유닛은, 피사체(물체)측으로부터 화상면(이미지센서면)까지 제1 렌즈(10), 개구조리개(20), 제2 렌즈(30), 제3 렌즈(40) 및 적외선차단 필터(50)가 순차적으로 배열되어 있다.

제1 렌즈(10)는, 피사체측에 배치되고, 포지티브(양) 굴절력을 갖고, 피사체측으로 형성된 볼록면(S11)과 화상측으로 형성된 오목면(S12)을 구비하고 있다. 여기서, 상기 제1 렌즈(10)는 적어도 한면이 비구면(aspherical)인 글라스 렌즈인 것이 바람직하다. 글라스 렌즈를 사용하게 되면 고굴절률 소재를 사용함으로써 광선이 곡면에 입사하는 각도를 줄여서 수차발생을 줄일 수 있으며, 특히 비구면 글라스 렌즈를 사용함에 의하여 곡면에서의 입사각도 및 굴절각도를 미세하게 제어할 수 있게 됨으로써, 수차발생을 최소화할 수 있게 된다.

즉, 일반적으로, 대부분의 렌즈는 구면이기 때문에 빛이 들어온 위치에 따라 초점이 다르며 이로 인하여 구면수차가 발생하게 된다. 또한 광선이 비축으로 입사될 경우에는 혜성 꼬리모양의 코마(coma)수차가 발생한다. 그리고, 점상의 물체 로 초점을 맞추다 보면 가끔 나타나는 현상으로 초점을 전후해서 상하로 타원이던 것이 좌우로 타원이 되는 이른바 비점수차가 발생한다. 이러한 수차는 시야 각도가 큰 광각렌즈에서 치명적이다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 사용된 것이 비구면 렌즈이다. 종래에는 렌즈의 수차를 줄이기 위하여 다량의 렌즈를 복합하여 사용하였으나 비구면 렌즈의 사용으로 렌즈 시스템을 이루고 있는 렌즈의 갯수가 줄어들어 소형화 및 경량화가 가능하게 되었으며, 빛이 글라스면에서 반사되는 경우가 줄어들게 되어 빛의 투광도가 크게 개선되고 고스트상을 많이 억제할 수 있게 된다.

한편, 일반적으로 글라스 렌즈는 연삭이나 연마 방법과 리히트 프레스(re-heat pressing) 방법에 의해 제조되며, 대부분의 구면 글라스 렌즈는 유리소재를 연삭하고 연마해서 광학면을 형성하는 방법으로 제조된다. 상기 연삭이나 연마 방법으로는 비구면 형상의 광학면을 가진 글라스 렌즈를 동일한 정밀도로 대량 생산하는 것이 어렵다. 따라서, 본 발명과 같은 비구면 글라스 렌즈는 몰딩에 의한 리히트 프레스 방법으로 제조되며, 상기 리히드 프레스는 용융된 유리를 일단 한번 냉각시켜 제작한 유리소재(미리 소정의 크기로 분할한 유리소재)를 가열하여 프레스함으로써 몰드(mold)의 형상을 유리소재에 전사(轉寫)시켜 글라스 렌즈를 제조하는 방법으로서, 프레스성형공정만으로 곡면을 형성할 수 있기 때문에 공정이 단순화되는 이점이 있다. 또한 비구면 형상에 대한 몰드가 완성되면 이를 이용하여 비구면 글라스 렌즈를 동일한 정밀도로 대량 생산할 수 있다.

상기 리히트 프레스공정을 이용하여 본 발명에 의한 제1 렌즈(10)를 제조하 는 방법을 살펴보면, 먼저, 용융된 유리에 소정의 필요한 물질을 투입하여 교반을 실시하고, 상기 적외선 차단물질이 용해된 유리를 냉각시켜 유리소재를 형성하고, 그 다음, 상기 유리소재를 가열한 후 비구면 형상을 갖는 상하의 몰드 사이에 상기 유리소재를 위치시키고, 몰드의 산화를 방지할 목적으로 몰드 및 유리소재를 수용하는 성형실 내부를 질소가스와 같은 불활성가스로 치환한 후, 적외선램프(또는 고주파 가열장치 등)를 사용하여 몰드 및 유리소재를 가열한 후, 마지막으로 상기 몰드 및 유리소재가 소정의 온도에 도달하면 상하의 몰드를 사용하여 상기 유리소재를 프레스하고, 마지막으로 냉각된 글라스 렌즈를 뽑아낸다.

개구조리개(20)는, 상기 제1 렌즈(10)로부터 화상면 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되고, 광학계에 입사되는 불필요한 입사광을 방지하는 역할을 한다.

제2 렌즈(30)는, 상기 개구조리개(2)로부터 화상면 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되고, 상기 제1 렌즈(10)와 마찬가지로 포지티브(양) 굴절력을 갖고, 피사체측으로 형성된 오목면(S31)과 화상측으로 형성된 볼록면(S32)을 구비하고 있다. 상기 제2 렌즈(30)는 플라스틱 또는 글라스 재질로 이루어질 수 있다.

제3 렌즈(40)는, 상기 제2 렌즈(30)로부터 화상면 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되고, 네가티브(음) 굴절력을 갖고, 피사체측으로 형성된 볼록면(S41)과 화상측으로 형성된 오목면(S42)을 구비하고 있다. 또한 상기 제3 렌즈(40)는, 상기 제2 렌즈(30)와 마찬가지로 플라스틱 또는 글라스 재질로 이루어질 수 있다.

여기서, 이 제3 렌즈(40)는 화상면에서 결정되는 유효경을 결정하는 렌즈로서, 종래기술에 있어서는 제2 및 제3 렌즈(30, 40)가 모두 네가티브 굴절력을 가지 므로 광량 손실을 최소화하기 위하여는 상기 제3 렌즈(40)의 외경이 커져야만 하였다. 이에 반하여 본 발명에 있어서는 제2 및 제3 렌즈(30, 40)가 각각 포지티브 및 네가티브 굴절력을 가지면서, 아울러, 도 2에 도시된 바와 같이 상고(image height) 3.0 mm 지점("A")으로 진행하는 광속의 최상단 광선(α)이 상기 제3 렌즈(40)의 오목면(S42)을 통과하는 높이를 H(S42)라 하고, 초점거리를 'EFL'이라 할 때, 아래 수식 1의 조건을 만족시켜야만 한다.

상기 수식 1에 있어서 H(S42)와 초점거리 EFL의 비가 0.5 이상일 경우에는, 제3 렌즈(40)의 오목면(S42)을 통과하는 상광선(上光線; α)의 위치가 높아짐에 따라 상기 제3 렌즈(40)의 외경이 커지게 되고 이로 인하여 렌즈 유닛의 사이즈가 커지는 문제가 발생한다.

마지막으로, 적외선 차단 필터(50)는 상기 제3 렌즈(40)로부터 화상면 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되고, 광학계로 입사되는 적외선 파장을 필터링하는 역할을 한다.

한편, 상기 제1 내지 제3 렌즈를 포함하는 촬상렌즈 유닛은, 렌즈 조립체의 크기를 더욱 소형화하기 위하여는, 초점거리를 'EFL'이라 하고, 상기 적외선 차단 필터를 제거한 공기 중에서의 값으로서 상기 제1 렌즈(10)의 볼록면(S11) 중심으로부터 화상면까지의 거리를 'TTL'이라 할 때, 다음과 같은 수식 2를 만족시키는 것 이 바람직하다.

실시예

이하의 표 1 내지 3은, 상술한 바와 같은 본 발명에 의한 구체적인 실시예에 해당하는 렌즈 데이터를 나타낸다.

먼저, 다음의 표 1은 본 실시예에 있어서의 렌즈 유닛의 설계치이다.

다음의 표 2는 상기 렌즈 유닛을 구성하는 렌즈에 대한 구체적인 설계치를 나타낸다. 여기서, R은 곡률반경이며, t는 피사체측으로부터 화상면측을 향하여 인접한 광학표면까지의 거리이며, n은 굴절률이며, v는 아베수를 각각 의미한다.

한편, 상기 표 2에 기재된 필터를 제거한 공기 중에서의 'TTL[제1 렌즈(10)의 볼록면(S11) 중심으로부터 화상면까지의 거리]'과 상기 제3 렌즈(4)의 오목면(S42) 중심으로부터 화상면까지의 거리인 'BFL'은 각각 6.14 ㎜와 1.717 ㎜이다.

또한, 상고(image height) 3.0 mm 지점인 "A"로 진행하는 광속의 최상단 광선(α)이 상기 제3 렌즈(40)의 오목면(S42)을 통과하는 높이[H(S42)]는 2.44 ㎜이다.

따라서, 초점거리인 'EFL'이 5.0 ㎜이므로, 본 실시예에 의한 H(S42)와 EFL의 비는 "0.488"에 해당하여 앞서 설명한 수식 1의 조건을 만족하고, 아울러 본 실시예에 의한 TTL과 EFL의 비는 "1.227"에 해당하여 앞서 설명한 수식 2의 조건을 만족한다.

다음의 표 3은 아래 수학식 3으로 기재된 바와 같은 비구면식에 있어서 k는 이심률이며 A 내지 E는 4차, 6차, 8차, 10차 및 12차의 비구면계수를 의미한다. 또한, z(r)은 비구면의 정점에서 높이 r까지의 수평거리를 나타내며, c는 곡률(1/R)을 나타낸다.

표 1 내지 표 3에 기재된 같은 설계치를 갖는 렌즈 유닛에 대한 성능평가를 위하여 파장별 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차에 대한 결과치가 도 3에 도시되어 있으며, 파장별 코마수차에 대한 결과치가 도 4에 도시되어 있다. 이러한 도 3 및 도 4에 도시된 그래프 결과에서 확인되는 바와 같이 각종 수차에 대하여 양호한 특성을 구비하고 있음을 알 수 있다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 촬상렌즈 유닛에 의하면, 제1 내지 제3 렌즈를 각각 포지티브(양), 포지티브(양), 네가티브(음)의 굴절력을 갖도록 조합함과 동시에, 상고 3.0 ㎜ 지점으로 진행하는 광속의 최상단 광선이 제3 렌즈 오목면을 통과하는 높이와 초점거리와의 비 등을 조정함에 의하여, 전장을 작게 함과 동시에 제3 렌즈의 유효경을 작게 하여 촬상렌즈 유닛의 슬림화가 가능할 뿐만 아니라, 제조 오차에 의한 성능 저하를 최소로 하여 제품의 생산단가를 줄일 수 있는 효과가 창출된다.

아울러, 본 발명에 의한 촬상렌즈 유닛에 의하면, 제1 렌즈로 비구면 글라스 렌즈를 사용함에 의하여 곡면에서의 입사각도 및 굴절각도를 미세하게 제어할 수 있게 되어, 수차발생을 최소화할 수 있는 효과가 창출된다.

Claims

피사체측에 배치되고, 포지티브 굴절력을 갖고, 피사체측으로 형성된 볼록면과 화상측으로 형성된 오목면을 구비한 제1 렌즈;

상기 제1 렌즈로부터 소정 간격 이격되어 배치되고, 광학계에 입사되는 불필요한 입사광을 방지하는 개구조리개;

상기 개구조리개로부터 소정 간격 이격되어 배치되고, 포지티브 굴절력을 갖고, 피사체측으로 형성된 오목면과 화상측으로 형성된 볼록면을 구비한 제2 렌즈;

상기 제2 렌즈로부터 소정 간격 이격되어 배치되고, 네가티브 굴절력을 갖고, 피사체측으로 형성된 볼록면과 화상측으로 형성된 오목면을 구비한 제3 렌즈; 및

상기 제3 렌즈로부터 소정 간격 이격되어 배치되고, 광학계로 입사되는 적외선 파장을 필터링하는 적외선 차단 필터를 포함하고,

상고(image height) 3.0 mm로 진행하는 광속의 최상단 광선이 상기 제3 렌즈의 오목면을 통과하는 높이를 H(S42)라 하고, 초점거리를 EFL이라 할 때,

를 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상렌즈 유닛.
제1항에 있어서,

상기 촬상렌즈 유닛은, 초점거리를 EFL이라 하고, 상기 적외선 차단 필터를 제거한 공기 중에서 값으로서 상기 제1 렌즈의 볼록면 중심으로부터 화상면까지의 거리를 TTL이라 할 때,

를 만족하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 촬상렌즈 유닛.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1 렌즈는 적어도 한면이 비구면인 글라스 렌즈이며, 상기 제2 렌즈 및 제3 렌즈는 플라스틱 또는 글라스 렌즈인 것을 특징으로 하는 촬상렌즈 유닛.