KR100997982B1

KR100997982B1 - 촬상 광학계

Info

Publication number: KR100997982B1
Application number: KR1020080042054A
Authority: KR
Inventors: 박천호
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2008-05-06
Filing date: 2008-05-06
Publication date: 2010-12-03
Also published as: KR20090116235A

Abstract

본 발명에 따른 촬상 광학계는, 물체 측으로부터 순서대로, 양의 굴절력을 가지며, 광축을 기준으로 이동 가능하도록 구비되는 제1렌즈; 음의 굴절력을 가지고 상 측 면이 오목면으로 형성되며, 고정되어 구비되는 제2렌즈; 양의 굴절력을 가지고 적어도 한 면이 비구면으로 이루어지며, 고정되어 구비되는 제3렌즈; 음의 굴절력을 가지고 적어도 한 면이 비구면으로 이루어지며, 고정되어 구비되는 제4렌즈를 포함하며, 초점조절을 위한 구동력의 크기 및 구동 거리를 감소시키기 위해 다음의 조건식 6을 만족시키는 범위에서 상기 제1 렌즈만을 이동시켜 초점조절이 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

[조건식 6] : t∞/f > 0.04

여기서, f는 물체거리가 무한대인 경우 전체 초점거리이며, t∞는 물체거리가 무한대인 경우 제1 렌즈의 상 측 면과 제2 렌즈의 물체 측 면 사이의 거리이다.

Description

촬상 광학계{OPTICAL SYSTEM FOR IMAGING}

본 발명은 촬상 광학계에 관한 것으로 더욱 상세하게는 이동통신 단말기나 PDA 등의 개인휴대통신기기나 컴퓨터나 노트북 등 촬상 기능을 갖는 각종 기기에 사용되는 촬상 광학계에 관한 것이다.

일반적으로 이동통신 단말기나 컴퓨터, 노트북, 그리고 차량 등에는 주변의 영상 정보를 보여주거나 촬영 등을 할 수 있도록 카메라가 장착되는데, 이동통신 단말기의 슬림화 경향이나 컴퓨터나 노트북 등의 소형화 경향에 따라 카메라도 소형 경량이면서 높은 화질을 갖는 것이 요구되고 있다.

이동통신 단말기나 소형 노트북 등에 장착되는 카메라 등에 사용되는 광학계는 줌 렌즈 시스템이 아닌 단초점 렌즈 시스템이 주로 사용되는데, 이와 같은 단초점 렌즈 시스템에서는 물체거리의 변화에 따라서 구성된 광학계 전체가 이동되면서 상면의 위치를 맞추게 된다.

그러나, 이와 같이 전체 광학계를 이동시키면서 초점을 조절하게 되면 렌즈들을 수용하는 공간이 커지게 되므로 광학계의 슬림화는 매우 어려워지게 되며, 전체 광학계를 이동시킴에 따라 더 큰 힘이 소요되므로 더 소비전력이 높아지는 문제 점이 있었다.

본 발명은 화소나 기능의 감소 없이도 전체 시스템의 크기를 대폭 축소시킬 수 있도록 하여 작고 슬림화 되어가는 이동통신 단말기와 같은 전자기기에 적합하도록 고화소, 고기능의 슬림화가 가능한 촬상 광학계를 제공한다.

본 발명에 따른 촬상 광학계는, 본 발명에 따른 촬상 광학계는, 물체 측으로부터 순서대로, 양의 굴절력을 가지며, 광축을 기준으로 이동 가능하도록 구비되는 제1렌즈; 음의 굴절력을 가지고 상 측 면이 오목면으로 형성되며, 고정되어 구비되는 제2렌즈; 양의 굴절력을 가지고 적어도 한 면이 비구면으로 이루어지며, 고정되어 구비되는 제3렌즈; 음의 굴절력을 가지고 적어도 한 면이 비구면으로 이루어지며, 고정되어 구비되는 제4렌즈를 포함하며, 초점조절을 위한 구동력의 크기 및 구동 거리를 감소시키기 위해 다음의 조건식 6을 만족시키는 범위에서 상기 제1 렌즈만을 이동시켜 초점조절이 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
[조건식 6] : t∞/f > 0.04
여기서, f는 물체거리가 무한대인 경우 전체 초점거리이며, t∞는 물체거리가 무한대인 경우 제1 렌즈의 상 측 면과 제2 렌즈의 물체 측 면 사이의 거리이다.

또한, 다음의 조건식 1을 만족시키는 범위에서 상기 제1렌즈를 이동시켜 초점조절이 이루어지도록 한 것을 특징으로 한다.

[조건식 1] : 1.0 < OAL / f < 1.3

여기서, OAL은 제1렌즈의 물체 측 면으로부터 상면까지의 거리, f는 전체 초점거리이다.

또한, 상기 제1렌즈의 물체 측 면 및 상측 면 중 어느 한 곳에 구비되어 빛의 양을 조절하는 조리개를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1렌즈는 양면이 볼록하게 형성되고, 상기 제2렌즈는 양면이 오목하게 형성되도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3렌즈는 상 측으로 볼록한 매니스커스 형상을 갖도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 다음의 조건식 2를 만족시키는 범위에서 상기 제1렌즈를 이동시켜 초점조절이 이루어지도록 한 것을 특징으로 한다.

[조건식 2] : 0.45 < f1 / f < 0.85

여기서, f1은 제1렌즈의 초점거리이고, f는 전체 초점거리이다.

또한, 다음의 조건식 3을 만족시키도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

[조건식 3] : -1.2 < f3 / f4 < -0.7

여기서, f3은 제3렌즈의 초점거리이고, f4는 제4렌즈의 초점거리이다.

또한, 다음의 조건식 4 및 조건식 5를 만족시키도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

[조건식 4] : 50 < V_L1 < 70

[조건식 5] : 25 < V_L2 < 45

여기서, V_L1은 제1렌즈의 아베수이고, V_L2는 제2렌즈의 아베수이다.

본 발명에 따른 촬상 광학계는 물체의 거리 변화에 따라 제1렌즈만을 이동시켜 초점조절이 이루어지도록 함으로써 전체 렌즈 시스템이 이동되는 경우에 비하여 그 크기를 대폭 슬림하게 할 수 있고, 또 소정의 조건식에 따라 초점조절이 이루어 지도록 함으로써 슬림하면서도 고화소와 고기능을 유지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 촬상 광학계의 실시예에 관하여 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.

먼저 도 1을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 촬상 광학계에 관하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 촬상 광학계를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하의 렌즈 구성도에서, 렌즈의 두께, 크기, 형상은 설명을 위해 다소 과장되게 도시되었으며, 특히 렌즈 구성도에서 제시된 구면 또는 비구면의 형상은 일 예로 제시되었을 뿐 이 형상에 한정되지 않는다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 촬상 광학계는 물체 측으로부터 순서대로 제1렌즈(L1), 제2렌즈(L2), 제3렌즈(L3) 및 제4렌즈(L4)를 포함하여 이루어진다. 여기서 도 1에 도시된 IP는 상면(Image Plane)이고 그 반대쪽이 물체 측이다.

상기 제1렌즈(L1)는 양의 굴절력을 갖고, 상기 제2렌즈(L2)는 음의 굴절력을 가지며, 상기 제3렌즈(L3)는 양의 굴절력을 갖고, 그리고 상기 제4렌즈(L4)는 음의 굴절력을 갖는다.

상기 제1렌즈(L1)의 물체 측 면(1) 쪽에는 빛의 양을 조절하는 조리개(AS)가 구비되는데, 상기 조릭(AS)의 위치는 반드시 제1렌즈(L1)의 물체 측 면(1) 쪽에 한정되는 것은 아니다.

그리고 상기 제1렌즈(L1)는 광축을 따라 소정 거리 이동 가능하게 구비되고, 상기 제2렌즈(L2), 제3렌즈(L3), 그리고 제4렌즈(L4)는 고정되도록 구비된다.

따라서 물체의 거리가 변화함에 따라 상기 제1렌즈(L1)만을 이동시켜 전체 광학계의 초점조절이 이루어지게 된다.

한편, 도 1에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 촬상 광학계의 제1렌즈(L1)가 그 물체 측 면(1)이 물체 측으로 볼록한 형상이고, 그 상 측 면(2)이 상 측으로 볼록한 형상으로 이루어지는 경우에 관하여 도시하고 있다.

그리고 제2렌즈(L2)는 물체 측 면(3)이 물체 측에 대해 오목하고, 상 측 면(4)이 상 측에 대해 오목하게 이루어진다. 즉 양면이 오목하게 형성된다.

제3렌즈(L3)는 물체 측 면(5)이 물체 측에 대해 오목하고, 상 측 면(6)이 상 측으로 볼록하게 형성된다. 즉 상 측으로 볼록한 매니스커스(Meniscus) 형상이다.

상기 제3렌즈(L3)의 물체 측 면(5)과 상 측 면(6) 중 적어도 하나의 면은 비구면으로 이루어지도록 함이 바람직하다.

제4렌즈(L4)는 물체 측 면(7)이 광축 부근에서는 물체 측으로 볼록하고 그 주변으로 갈수록 물체 측에 대해 오목하게 되는 형상이며, 상 측 면(8)은 광축 부근에서 상 측에 대해 오목하고 그 주변으로 갈수록 상 측으로 볼록하게 되는 형상이다.

상기 제4렌즈(L4)의 물체 측 면(7)과 상 측 면(8) 중 적어도 하나의 면은 비구면으로 이루어지도록 함이 바람직하다.

상기 제4렌즈(L4)와 상면(IP) 사이에는 적외선 필터, 커버 글래스 등의 광학 적 필터(OF)가 설치되도록 함이 바람직하며, 이러한 광학적 필터(OF)는 원칙적으로는 광학적 성능에 영향을 미치지 않는 것으로 본다.

상기 상면(IP)은 CCD(Charge Coupled Device), CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 등의 촬상소자에 해당한다.

한편, 도 3을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 촬상 광학계에 관하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 촬상 광학계에 관하여 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 촬상 광학계도 상기 제1실시예에 따른 촬상 광학계와 마찬가지로 양의 굴절력을 갖는 제1렌즈(L1), 음의 굴절력을 갖는 제2렌즈(L2), 양의 굴절력을 갖는 제3렌즈(L3), 그리고 음의 굴절력을 갖는 제4렌즈(L4)를 포함하여 이루어진다.

상기 각 렌즈의 형상적 특징과 비구면 특징 등에 관하여는 도 1에 따른 제1실시예와 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 본 실시예에 따른 촬상 광학계는 제1실시예에 따른 촬상 광학계와 마찬가지로 상기 제1렌즈(L1)는 소정 거리 이동 가능하도록 구비되고 제2렌즈(L2), 제3렌즈(L3), 그리고 제4렌즈(L4)는 모두 고정되어 구비된다.

그리고 본 실시예에서는 조리개(AS)가 제1렌즈(L1)와 제2렌즈(L2) 사이에 구비된다. 본 실시예에서와 같이 조리개(AS)를 제1렌즈(L1)와 제2렌즈(L2) 사이에 구비할 경우 제1렌즈(L1)의 물체 측 면 쪽에 조리개를 위치시키는 경우 보다 광학계를 더욱 슬림하게 하는 데 유리하다.

한편, 도 5를 참조하여 본 발명의 제3실시예에 따른 촬상 광학계에 관하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 촬상 광학계에 관하여 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3실시예에 따른 촬상 광학계도 상기 제1실시예에 따른 촬상 광학계와 마찬가지로 양의 굴절력을 갖는 제1렌즈(L1), 음의 굴절력을 갖는 제2렌즈(L2), 양의 굴절력을 갖는 제3렌즈(L3), 그리고 음의 굴절력을 갖는 제4렌즈(L4)를 포함하여 이루어진다.

상기한 바와 같이 각 실시예에 따른 촬상 광학계는 각 렌즈의 굴절력에 따른 배치와 일부 렌즈가 비구면을 포함하도록 함으로써 각종 수차의 보정을 용이하게 할 수 있어 광학적 특성을 더욱 우수하게 할 수 있다.

즉, 부의 굴절력을 갖는 렌즈들과 정의 굴절력을 갖는 렌즈들을 적절히 배치 함으로써 색수차를 보정하고 고해상도를 구현할 수 있으며, 특히 제3 렌즈(L3)와 제4 렌즈(L4) 중 적어도 하나를 비구면 렌즈로 사용하게 되면 렌즈의 해상력을 향상시키면서 구면 수차 등 각종 수차를 감소시킬 수 있으며, 컴팩트하고 광학적 특성이 우수한 광학계를 구현할 수 있다.

그리고 일부의 렌즈가 비구면의 굴절면을 포함하는 경우, 이러한 비구면 렌즈는 비구면 제작의 용이성을 위하여 플라스틱 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 플라스틱 재질의 렌즈가 채용되는 경우에는 가공의 향상, 경량화 뿐만 아니라 제조원가의 절감을 꾀할 수 있다.

또한, 각각 양의 굴절력을 갖는 제1렌즈(L1)와 제3렌즈(L3), 그리고 음의 굴절력을 갖는 제2렌즈(L2)와 제4렌즈(L4)를 적절히 배치하고, 매니스커스 형상과 비구면을 적절히 형성시킴으로써 입사하는 광을 적절히 굴절시켜 상의 왜곡을 가능한 한 최소화시키도록 할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 촬상 광학계는 상기한 바와 같은 특징과 함께 다음과 같은 조건식을 만족하는 범위 내에서 구현되도록 함이 바람직하다. 즉 제1렌즈(L1)의 이동에 따른 초점조절이 다음의 조건식들을 만족하는 범위 내에서 이루어지도록 함이 바람직하다.

우선 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 광학계는 다음의 조건식1을 만족시키는 범위 내에서 구현됨이 바람직하다.

[조건식1]

1.0 < OAL / f < 1.3

본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 광학계에서 제1렌즈(L1)는 광축을 중심으로 소정 거리 이동하고 이에 따라 OAL과 f가 변화하게 되는데, 상기 조건식 1의 범위 내에서 변화되도록 함이 바람직하다.

상기 조건식 1은 고해상도를 만족시키면서 광학계 전체의 길이를 작게 하기 위한 수단이다.

조건식 1의 하한을 벗어나게 되면 코마수차 및 비점수차가 크게 발생하게 되어 선명한 화상을 얻는 것이 어렵게 되고 또한 화면 중심과 주변의 최적상면 위치가 크게 벗어나게 되어 화면 전체에서 고해상도를 실현하는 것이 불가능하게 되며, 또한 패트발 합(Petzval Sum)이 커지게 되어 상면만곡이 커지게 된다.

그리고 조건식 1의 상한을 벗어나게 되면 제1렌즈(L1)의 물체 측 면(1)에서 상면(IP)까지의 거리가 길어지게 되어 슬림한 광학계를 실현하는 것이 불가능하게 된다.

한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 촬상 광학계는 상기 조건식 1과 함께 또는 독립적으로 다음의 조건식 2를 만족시키는 범위 내에서 구현됨이 바람직하다.

[조건식 2]

0.45 < f1 / f < 0.85

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 촬상 광학계는 제1렌즈(L1)의 이동에 따라 f가 변화하는데, 상기 조건식 2의 범위를 만족시키는 범위 내에서 변화되도록 함이 바람직하다.

상기 조건식 2는 광학계 전체의 크기를 작게 유지하면서 구면수차 및 코마 플레어(Coma Flare) 발생을 억제함으로써 우수한 화질을 확보하기 위한 수단이다.

조건식 2의 하한을 벗어나게 되면 구면수차 및 코마수차가 크게 발생하게 되어 화질의 저하를 초래하게 된다.

그리고 조건식 2의 상한을 벗어나게 되면 제1렌즈(L1)의 굴절력이 약해짐으로 말미암아 제1렌즈(L1)의 물체 측 면에서 출발한 광선이 광축과 만나는 상점 위치가 멀어지게 되어 슬림한 광학계를 얻는 것이 어려워진다.

한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 촬상 광학계는 상기 조건식 1 및 조건식 2 중 적어도 하나와 함께 또는 독립적으로 다음의 조건식 3을 만족시키는 범위 내에서 구현됨이 바람직하다.

[조건식 3]

-1.2 < f3 / f4 < -0.7

상기 조건식 3은 상면에 입사하는 주광선(Chief Ray)의 각도와 관련이 있다. CCD나 CMOS 등의 촬상소자를 이용하는 촬상 광학계에서는 양호한 수광감도를 얻기 위해 촬상소자의 결상면 위에 있는 마이크로 렌즈 어레이(Micro Lens Array)를 적당하게 배치함으로써 주광선의 입사각도를 크게 해주는 데, 이 때 촬상소자의 수광 감도가 양호한 주광선 입사각도가 결정된다.

따라서 조건식 3의 범위를 벗어나게 되면 촬상소자의 수광감도가 급격하게 나빠지게 되어 화질이 저하되거나 어둡게 된다.

한편, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 촬상 광학계는 상기 조건식 1, 조건식 2 및 조건식 3 중 적어도 하나와 함께 또는 독립적으로 다음의 조건식 4 및 조건식 5를 만족시키는 범위 내에서 구현됨이 바람직하다.

[조건식 4]

50 < V_L1 < 70

여기서, V_L1은 제1렌즈의 아베수이다.

[조건식 5]

25 < V_L2 < 45

여기서, V_L2는 제2렌즈의 아베수이다.

상기 조건식 4 및 조건식 5는 제1렌즈(L1)와 제2렌즈(L2)의 아베수(Abbe's number)를 적절하게 설정하는 조건이다.

상기 조건식 4 및 조건식 5의 범위를 만족시킴으로써 양의 굴절력을 갖는 제1렌즈(L1)에서 발생하는 색수차를 제2렌즈(L2)에서 적절하게 보상할 수 있어 바람직하다.

한편, 이하에서는 도 1에 도시된 제1실시예와 도 3에 도시된 제2실시예, 그리고 도 5에 도시된 제3실시예에 관하여 구체적인 수치를 적용함으로써 각 실시예에 따른 촬상 광학계에 관하여 좀 더 구체적으로 설명한다.

우선 본 발명의 각 실시예에서 사용되는 비구면에 관한 사항은 다음의 수학식 1로부터 얻어지며, 코닉(Conic) 상수(K) 및 비구면 계수(A,B,C,D,E,F)에 사용되는 E 및 이에 이어지는 숫자는 10의 거듭제곱을 나타낸다. 예를 들어, E+01은 10¹을, E-02는 10^-2을 나타낸다.

여기서, Z : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리

Y : 광축에 수직인 방향으로의 거리

c : 렌즈의 정점에서의 곡률 반경(r)의 역수

K : 코닉(Conic) 상수

A,B,C,D,E,F : 비구면 계수

[제1실시예]

다음의 표 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 수치예를 나타내고 있다.

제1실시예의 경우, 무한대 거리부터 물체가 광학계에 근접한 경우까지 모두 촬상이 가능하고, 이때 물체의 거리에 따라 제1렌즈(L1)가 대략 0.100 mm 정도 이동하면서 초점거리 f를 변화시킨다. 이때 OAL도 변화한다.

즉 초점거리 f는 물체거리가 무한대인 경우 4.355 mm이고, 물체거리가 10 cm 인 경우 4.261 mm이다. 즉 제1실시예에 따른 촬상 광학계의 경우 광학계의 초점거리 f는 4.355 mm 이상 4.261 mm 이하의 범위에서 변화한다.

그리고 OAL은 물체거리가 무한대인 경우 5.319 mm이고, 물체거리가 10 cm인 경우 5.419 mm가 된다. 본 실시예에 따른 광학계의 F-number는 2.8이고, 화각은 65.6도이며, 제1렌즈(L1)의 초점거리(f1)는 3.205 mm이다.

여기서, Sur.는 각 렌즈(L1, L2, L3, L4, IF)의 각각의 면을 나타내고, R은 각 렌즈의 각 면의 곡률반경을 나타내며, d는 렌즈의 두께를 나타내고, t는 각 렌즈 사이의 거리 또는 해당 렌즈와 상 및 물체 와의 거리를 나타낸다.

그리고 n는 각 렌즈의 굴절률을 나타내고, v는 각 렌즈의 아베수를 나타내며, 각 렌즈의 각각의 면에 표시된 * 표시는 비구면임을 나타내는 것이다.

그리고 t_∞는 물체거리 무한대인 경우 제1렌즈(L1)의 상 측 면(2)과 제2렌즈(L2)의 물체 측 면(3) 사이의 거리로서 0.200 mm이고, t₁₀은 물체거리가 10 cm인 경우 제1렌즈(L1)의 상 측 면(2)과 제2렌즈(L2)의 물체 측 면(3) 사이의 거리로서 0.300 mm 이다.

그리고 물체거리가 무한대에서 10 cm로 변화하면서 제1렌즈(L1)가 이동하면서 OAL은 5.319 mm 이상 5.419 mm 이하의 범위가 된다.

상기 각 수치들의 적용에 따라 상기한 조건식들의 값은 다음과 같이 나타내어진다.

[조건식 1] : 1.221 < OAL / f < 1.271

[조건식 2] : 0.736 < f1 / f < 0.752

[조건식 3] : - 0.952

[조건식 4] : 56

[조건식 5] : 26

한편, 제1실시예에서 비구면은 제1렌즈(L1), 제2렌즈(L2), 제3렌즈(L3) 및 제4렌즈(L4)에 모두 적용되는데, 상기한 수학식 1에 의한 제1실시예의 비구면 계수의 값은 다음과 같다.

<1번 면>

K : -1.0514185, A : 1.3262978E-02, B : -6.8254334E-03,

C : 1.3557662E-02, D : -1.7030476E-02 E : 5.2996102E-03

<2번 면>

K : -9.8632948E+01, A : 9.6859912E-03, B : -4.4161875E-02,

C : 5.8548668E-02, D : -4.8810746E-02 E : 1.3092206E-02

<3번 면>

K : 9.8073382, A : 4.7542491E-02, B : -8.3595118E-02,

C : 8.9752475E-02, D : -4.8750760E-02 E : 1.0688335E-02

<4번 면>

K : -1.5433554E+01, A : 8.5266252E-02, B : -6.3550816E-02,

C : 4.5424792E-02, D : -1.8724321E-02, E : 5.9396119E-03

<5번 면>

K : -1.4865033E+01, A : 1.3888198E-02, B : -2.4446928E-02,

C : -4.3724952E-02, D : 6.9450300E-02, E : -4.1773489E-02,

F : 9.2410329E-03

<6번 면>

K : -3.941204, A : -7.2460255E-02,B : 4.4902845E-02,

C : -4.0602848E-02, D : 1.87638149E-02, E : -1.7788587E-03,

F : -2.9442715E-04

<7번 면>

K : -1.3593284E+01, A : -1.0275889E-01, B : 1.9015382E-02,

C : 3.5309593E-03, D : -13515388E-02, E : 10212923E-03

<8번 면>

K : -4.8590107, A : -7.6123320E-02,B : 2.2971656E-02,

C : -5.5564000E-03, D : 7.8847216E-04, E : -4.7477123E-05

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 촬상 광학계의 각종 수차에 관하여 나타낸 도면인데, 도 2의 (a)는 본 발명의 제1실시예에 따른 촬상 광학계의 구면수차를, 도 2의 (b)는 본 발명의 제1실시예에 따른 촬상 광학계의 비점수차를, 그리고 도 2의 (c)는 본 발명의 제1실시예에 따른 촬상 광학계의 왜곡수차를 나타내고 있다.

[제2실시예]

다음의 표 2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 수치예를 나타내고 있다.

제2실시예의 경우, 무한대 거리부터 물체가 광학계에 근접한 경우까지 모두 촬상이 가능하고, 이때 물체의 거리에 따라 제1렌즈(L1)가 대략 0.084 mm 정도 이동하면서 초점거리 f를 변화시킨다. 이때 OAL도 변화한다.

즉 초점거리 f는 물체거리가 무한대인 경우 4.366 mm이고, 물체거리가 10 cm인 경우 4.282 mm이다. 즉 제2실시예에 따른 촬상 광학계의 경우 광학계의 초점거리 f는 4.366 mm 이상 4.282 mm 이하의 범위에서 변화한다.

그리고 OAL은 물체거리가 무한대인 경우 5.346 mm이고, 물체거리가 10 cm인 경우 5.430 mm가 된다. 본 실시예에 따른 광학계의 F-number는 2.8이고, 화각은 65.5도이며, 제1렌즈(L1)의 초점거리(f1)는 2.890 mm이다.

여기서, Sur., R, d, t, n, 그리고 v 등에 대해서는 상기 제1실시예에서 이미 설명한 바 있으므로 구체적인 설명을 생략한다.

제2실시예에서 제1렌즈(L1)의 t_∞는 0.200 mm이고, t₁₀은 0.284 mm로서 대략 0.084 mm 정도 이동하며 포커싱 한다.

그리고 물체거리가 무한대에서 10 cm로 변화하면서 제1렌즈(L1)가 이동하면서 OAL은 5.346 mm 이상 5.430 mm 이하의 범위가 된다.

[조건식 1] : 1.224 < OAL / f < 1.268

[조건식 2] : 0.662 < f1 / f < 0.675

[조건식 3] : - 0.911

[조건식 4] : 57

[조건식 5] : 26

한편, 제2실시예에서 비구면은 제1렌즈(L1), 제2렌즈(L2), 제3렌즈(L3) 및 제4렌즈(L4)에 모두 적용되는데, 상기한 수학식 1에 의한 제1실시예의 비구면 계수의 값은 다음과 같다.

<1번 면>

K : -5.7841879E-01, A : 1.9192475E-02, B : -4.8882925E-02,

C : 8.5191267E-02, D : -7.1188572E-02 E : 1.3761400E-02

<2번 면>

K : -9.4490796E+01, A : 1.7271394E-02, B : 2.5791815E-02,

C : -2.0169924E-01, D : 2.0287247E-01 E : -6.0217361E-02

<3번 면>

K : 3.3421798E+00, A : 1.0329887E-01, B : 1.5260463E-02,

C : -4.4391344E-01, D : 6.6447827E-01, E : -3.2869435E-01

<4번 면>

K : -1.3547939E+01, A : 1.5278729E-01, B : -8.1707240E-02,

C : 2.2262880E-02, D : -1.2822528E-02, E : 2.2266939E-02

<5번 면>

K : -1.0461868E+01, A : -1.4861319E-01, B : 5.1277768E-02,

C : -1.4217490E-01, D : 1.4956366E-01, E : -1.1175338E-01,

F : 3.2175659E-02

<6번 면>

K : -3.2289209E+00, A : -1.5970155E-01, B : 4.2092502E-02,

C : -5.794057E-03, D : -2.1719306E-02, E : 1.1520456E-02,

F : -9.4231541E-04

<7번 면>

K : -2.0229712E+01, A : -1.2553887E-01, B : 3.3998947E-02,

C : 2.8072314E-03, D : -2.1977579E-03, E : 2.1839793E-04

<8번 면>

K : -7.8564853E+00, A : -7.7461366E-02, B : 2.2897594E-02,

C : -5.8363833E-03, D : 9.3321197E-04, E : -6.5907583E-05

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 촬상 광학계의 각종 수차에 관하여 나타낸 도면인데, 도 4의 (a)는 본 발명의 제1실시예에 따른 촬상 광학계의 구면수차를, 도 4의 (b)는 본 발명의 제1실시예에 따른 촬상 광학계의 비점수차를, 그리고 도 4의 (c)는 본 발명의 제1실시예에 따른 촬상 광학계의 왜곡수차를 나타내고 있다.

[제3실시예]

다음의 표 3은 본 발명의 제3 실시예에 의한 수치예를 나타내고 있다.

제3실시예의 경우, 무한대 거리부터 물체가 광학계에 근접한 경우까지 모두 촬상이 가능하고, 이때 물체의 거리에 따라 제1렌즈(L1)가 대략 0.081 mm 정도 이동하면서 초점거리 f를 변화시킨다. 이때 OAL도 변화한다.

즉 초점거리 f는 물체거리가 무한대인 경우 4.369 mm이고, 물체거리가 10 cm인 경우 4.278 mm이다. 즉 제3실시예에 따른 촬상 광학계의 경우 광학계의 초점거리 f는 4.369 mm 이상 4.278 mm 이하의 범위에서 변화한다.

그리고 OAL은 물체거리가 무한대인 경우 5.304 mm이고, 물체거리가 10 cm인 경우 5.385 mm가 된다. 본 실시예에 따른 광학계의 F-number는 2.8이고, 화각은 65.5도이며, 제1렌즈(L1)의 초점거리(f1)는 2.813 mm이다.

제3실시예에서 제1렌즈(L1)의 t_∞는 0.200 mm이고, t₁₀은 0.281 mm로서 대략 0.081 mm 정도 이동하며 포커싱 한다.

그리고 물체거리가 무한대에서 10 cm로 변화하면서 제1렌즈(L1)가 이동하면서 OAL은 5.304 mm 이상 5.385 mm 이하의 범위가 된다.

[조건식 1] : 1.214 < OAL / f < 1.258

[조건식 2] : 0.644 < f1 / f < 0.657

[조건식 3] : - 0.926

[조건식 4] : 56

[조건식 5] : 25

한편, 제3실시예에서 비구면은 제1렌즈(L1), 제2렌즈(L2), 제3렌즈(L3) 및 제4렌즈(L4)에 모두 적용되는데, 상기한 수학식 1에 의한 제1실시예의 비구면 계수의 값은 다음과 같다.

<1번 면>

K : -5.8494155E-01, A : 1.6622746E-02, B : -4.3840440E-02,

C : 6.5301228E-02, D : -5.0576455E-02 E : 4.6518744E-03

<2번 면>

K : -9.6099347E+01, A : 1.4852191E-02, B : -1.7322420E-02,

C : -6.0668902E-02, D : 2.3225547E-02, E : 9.5978841E-03

<3번 면>

K : -8.833733E+00, A : 1.2194737E-01, B : -4.8175275E-03,

C : -4.6916932E-01, D : ..9347863E-01, E : -4.4343048E-01

<4번 면>

K : -1.3021504E+01, A : 1.6547307E-01, B : -1.0902071E-01,

C : 6.3467295E-02, D : -4.5893824E-02, E : 3.2942885E-02

<5번 면>

K : -8.8436928E+00, A : -1.5662240E-01, B : 4.2805533E-02,

C : -1.5067581E-01, D : 1.5719118E-01, E : -1.0790614E-01,

F : 3.2572170E-02

<6번 면>

K : -3.0821240E+00, A : -1.4717027E-01, B : 2.5825335E-02,

C : 2.0018531E-03, D : -2.2698455E-02, E : 9.8824835E-03,

F : 8.2697011E-04

<7번 면>

K : -1.9785412E+01, A : -1.2709184E-01, B : 3.3773557E-02,

C : 2.7777375E-03, D : -2.1912994E-03, E : 2.2227803E-04

<8번 면>

K : -7.6304009E+00, A : -7.9262825E-02, B : 2.3405736E-02,

C : -5.9641384E-03, D : 9.3883357E-04, E : -6.5602792E-05

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 촬상 광학계의 각종 수차에 관하여 나타낸 도면인데, 도 6의 (a)는 본 발명의 제1실시예에 따른 촬상 광학계의 구면수차를, 도 6의 (b)는 본 발명의 제1실시예에 따른 촬상 광학계의 비점수차를, 그리고 도 6의 (c)는 본 발명의 제1실시예에 따른 촬상 광학계의 왜곡수차를 나타내고 있다.

이상의 실시예들은 상기 조건식 1 내지 조건식 5를 만족하는 범위 내에서의 시험값들임을 확인할 수 있다.
또한, 앞선 제1 실시예에서 초점거리 f는 물체거리가 무한대인 경우 4.355mm이고, 물체거리 무한대인 경우 제1 렌즈(L1)의 상 측 면(2)과 제2 렌즈(L2)의 물체 측 면(3) 사이의 거리인 t∞는 0.200mm이므로, t∞/f = 0.200/4.355 ≒ 0.046 임을 알 수 있다.
또한, 앞선 제2 실시예에서 초점거리 f는 물체거리가 무한대인 경우 4.366mm이고, 물체거리 무한대인 경우 제1 렌즈(L1)의 상 측 면(2)과 제2 렌즈(L2)의 물체 측 면(3) 사이의 거리인 t∞는 0.200mm이므로, t∞/f = 0.200/4.366 ≒ 0.046 임을 알 수 있다.
또한, 앞선 제3 실시예에서 초점거리 f는 물체거리가 무한대인 경우 4.369mm이고, 물체거리 무한대인 경우 제1 렌즈(L1)의 상 측 면(2)과 제2 렌즈(L2)의 물체 측 면(3) 사이의 거리인 t∞는 0.200mm이므로, t∞/f = 0.200/4.369 ≒ 0.046 임을 알 수 있다.
따라서, 앞선 제1 내지 제3 실시예로부터 다음의 조건식 6을 도출해낼 수 있다.
[조건식 6] : t∞/f > 0.04
여기서, f는 물체거리가 무한대인 경우 전체 초점거리이고, t∞는 물체거리가 무한대인 경우 제1 렌즈(L1)의 상 측 면(2)과 제2 렌즈(L2)의 물체 측 면(3) 사이의 거리이다.
여기서, 본 발명에 따른 촬상 광학계는 상기 조건식 6의 범위를 만족시키는 범위 내에서 변화되도록 함이 바람직하다.
조건식 6의 하한을 벗어나게 되면, 렌즈간의 공간, 즉 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)간의 공간이 너무 작게 되어 오토포커스 구동기구물을 장착하기가 어려워진다.

이상의 실시예를 통하여 도 2, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 각종 수차의 특성이 우수한 촬상 광학계를 구성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 촬상 광학계를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2는 도 1에 도시된 제1실시예에 따른 촬상 광학계의 각종 수차에 관하여 나타낸 것으로, 도 2의 (a)는 구면수차, (b)는 비점수차, 그리고 (c)는 왜곡수차에 관하여 각각 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 촬상 광학계를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 4는 도 3에 도시된 제2실시예에 따른 촬상 광학계의 각종 수차에 관하여 나타낸 것으로, 도 4의 (a)는 구면수차, (b)는 비점수차, 그리고 (c)는 왜곡수차에 관하여 각각 나타낸 것이다.

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 촬상 광학계를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 6은 도 5에 도시된 제3실시예에 따른 촬상 광학계의 각종 수차에 관하여 나타낸 것으로, 도 6의 (a)는 구면수차, (b)는 비점수차, 그리고 (c)는 왜곡수차에 관하여 각각 나타낸 것이다.

Claims

물체 측으로부터 순서대로,

양의 굴절력을 가지며, 광축을 기준으로 이동 가능하도록 구비되는 제1렌즈;

음의 굴절력을 가지고 상 측 면이 오목면으로 형성되며, 고정되어 구비되는 제2렌즈;

양의 굴절력을 가지고 적어도 한 면이 비구면으로 이루어지며, 고정되어 구비되는 제3렌즈;

음의 굴절력을 가지고 적어도 한 면이 비구면으로 이루어지며, 고정되어 구비되는 제4렌즈를 포함하며,

초점조절을 위한 구동력의 크기 및 구동 거리를 감소시키기 위해 다음의 조건식 6을 만족시키는 범위에서 상기 제1 렌즈만을 이동시켜 초점조절이 이루어지는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.

[조건식 6] : t∞/f > 0.04

(f는 물체거리가 무한대인 경우 전체 초점거리, t∞는 물체거리가 무한대인 경우 제1 렌즈의 상 측 면과 제2 렌즈의 물체 측 면 사이의 거리)
제1항에 있어서,

다음의 조건식 1을 만족시키는 범위에서 상기 제1렌즈를 이동시켜 초점조절이 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.

[조건식 1] : 1.0 < OAL / f < 1.3

(OAL : 제1렌즈의 물체 측 면으로부터 상면까지의 거리, f : 전체 초점거리)
제2항에 있어서,

상기 제1렌즈의 물체 측 면 및 상측 면 중 어느 한 곳에 구비되어 빛의 양을 조절하는 조리개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
제2항에 있어서,

상기 제1렌즈는 양면이 볼록하게 형성되고, 상기 제2렌즈는 양면이 오목하게 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
제4항에 있어서,

상기 제3렌즈는 상 측으로 볼록한 매니스커스 형상을 갖도록 구비되는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

다음의 조건식 2를 만족시키는 범위에서 상기 제1렌즈를 이동시켜 초점조절이 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.

[조건식 2] : 0.45 < f1 / f < 0.85

(f1 : 제1렌즈의 초점거리, f : 전체 초점거리)
제6항에 있어서,

다음의 조건식 3을 만족시키도록 구비되는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.

[조건식 3] : -1.2 < f3 / f4 < -0.7

(f3 : 제3렌즈의 초점거리, f4 : 제4렌즈의 초점거리)
제7항에 있어서,

다음의 조건식 4 및 조건식 5를 만족시키도록 구비되는 것을 특징으로 하는 촬상 광학계.

[조건식 4] : 50 < V_L1 < 70

[조건식 5] : 25 < V_L2 < 45

(V_L1 : 제1렌즈의 아베수, V_L2 : 제2렌즈의 아베수)