KR101120964B1 - 3매 촬상 렌즈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모바일 기기 탑재한 촬상 렌즈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3매의 렌즈로 구성된 모바일 기기 탑재용 촬상 렌즈에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 모바일 기기 탑재용 촬상 렌즈는 물체측으로부터 순서대로 배치된 제1렌즈와, 제2렌즈와, 제3렌즈를 가지며, 상기 제1렌즈는 볼록면이 물체측을 향하는 양의 파워를 가지는 메니스커스 렌즈이며, 상기 제2렌즈는 오목면이 물체측을 향하는 메니스커스 렌즈이며, 상기 제3렌즈는 양 의 파워를 가지는 렌즈이며, 상기 제1렌즈, 제2렌즈 및 제3렌즈의 렌즈면에서 상기 제2렌즈의 첫번째 면은 구면이고, 제3렌즈는 양면이 모두 비구면이며, 상기 제3렌즈의 상기 비구면에는 하나 또는 복수의 변곡점을 가지는 촬상렌즈로 이루어진다.

본 발명에 따른 촬상 렌즈는 비구면을 이루면서도 제2렌즈의 아베수가 23 이하 이며 3P로 3Mega 이상의 고화소 구현이 가능한 색수차 보정이 된 광학계를 구성한다.

렌즈, 양면 비구면, 메니스커스

Description

3매 촬상 렌즈{IMAGING LENS}

본 발명은 모바일 기기 탑재용 촬상 렌즈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3매의 렌즈로 구성된 모바일 기기 탑재용 촬상 렌즈에 관한 것이다.

최근, 퍼스널 컴퓨터의 일반 가정 등으로의 보급에 따라 화상정보를 퍼스널 컴퓨터에 입력할 수 있는 디지털 스틸 카메라(digital still camera)(이하, 디지털 카메라라고 함)가 급속히 보급되고 있다. 또한, 휴대전화의 고기능화에 따라 소형의 촬상 모듈을 탑재한 카메라 부착 휴대전화도 급속히 보급되고 있다. 기타, PDA 등의 소형의 정보 단말기기에 있어서도 촬상 모듈을 탑재한 것이 보급되고 있다.

이들 촬상 기능을 갖춘 기기에서는, CCD(Charge Coupled Device:전하결합소자)나 CMOS(Complementary Metal 0xide Semiconductor) 등의 촬상 소자가 사용되어 있다. 이들 촬상 소자는 최근, 대단히 소형화가 진행되고 있다. 그 때문에, CCD 등의 촬상 소자를 사용한 촬상 기기에 있어서, 기기본체 및 그것에 탑재되는 렌즈에도 소형 경량화가 요구되고 있다. 또한, 최근에는 고화질을 달성하기 위해서 화소수가 많은 촬상 소자가 개발되어 있고, 이에 따라 렌즈계에도 보다 고해상이고 고콘트라스트(contrast)의 성능이 요구되고 있다.

상술한 바와 같이, 최근의 촬상 소자는 소형화 및 고화소화가 진행되고 있고, 이에 따라 특히 디지털 카메라용의 촬상 렌즈에는 높은 해상성능과 구성의 컴팩트화가 요구되고 있다. 한편, 카메라 부착 휴대전화 등의 소형의 정보 단말기기용의 촬상 렌즈에는 종래, 가격면과 컴팩트성이 주로 요구되고 있었지만, 최근에는 카메라 부착 휴대전화 등에 있어서도 촬상 소자의 고화소화가 진행되는 경향이 있고, 예를 들면 100만 화소이상의 메가픽셀 대응의 것이 실용화되어 성능면에 대한 요구도 높아지고 있다. 이 때문에, 가격면, 성능면 및 컴팩트성을 종합적으로 고려한 다종의 다양한 렌즈의 개발이 요망되고 있다.

이러한 요구에 대해서는, 예를 들면 컴팩트화 및 저가격화를 도모하기 위해서 렌즈 매수를 3매 또는 4매 구성으로 하고, 고성능화를 도모하기 위해서 비구면을 적극적으로 사용하는 것이 생각된다. 이 경우, 비구면은 컴팩트화 및 고성능화에 기여하지만, 제조상의 관점에서 불리하고 가격이 높아지기 쉬우므로, 그 사용은 제조성을 충분히 고려한 것으로 하는 것이 바람직하다.

일반적으로 3매 구성의 렌즈에서는 성능면에서는 휴대용 모듈 카메라에는 충분해도 디지털 카메라용으로서는 성능면에서 불충분해지기 쉽다. 또한, 4매 구성의 렌즈에서는 3매 구성에 비해서 성능을 향상시킬 수는 있지만, 가격면 및 컴팩트성의 점에서 불리해지기 쉽다.

고화소에 대응한 소형의 정보 단말기기용의 촬상 렌즈로서, 종래에는 유리 렌즈 1매(1g)와 플라스틱 렌즈 2매(2p)로 이루어지는 3매 구성의 렌즈계가 개발되어 있다.

상술한 종래의 렌즈계는 제1 렌즈가 구면 형상을 가지며, 제3 렌즈가 메니스커스(meniscus) 형상을 가지는 렌즈가 채용되었다.

그렇지만, 가격면에서 유리 렌즈보다는 플라스틱 렌즈로 구성되면서도 성능면에서도 고성능이고, 최근의 소형화의 요구에 부응할 수 있는 적은 렌즈 매수의 렌즈계가 요망되고 있다.

본 발명의 목적은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 플라스틱 렌즈로 구성되면서도 적은 렌즈 매수로 비구면을 유효하게 사용함으로써, 고성능이고 매우 컴팩트한 렌즈계를 실현할 수 있는 되는 촬상 렌즈를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 가공 오차에 의해서 초점이 디센터되는 문제를 해결할 수 있는 콤펙트형 촬상 렌즈를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 촬상렌즈는

물체측으로부터 순서대로 배치된 제1렌즈와, 제2렌즈와, 제3렌즈를 가지며,

상기 제1렌즈는 볼록면이 물체측을 향하는 양의 파워를 가지는 메니스커스 렌즈이며, 상기 제2렌즈는 오목면이 물체측을 향하는 메니스커스 렌즈이며,상기 제3렌즈는 양의 파워를 가지는 렌즈이며,

상기 제1렌즈는 양면이 모두 비구면, 상기 제2렌즈는 첫번째 면이 구면을 이루고 두번째 면은 비구면으로, 제3렌즈는 양면이 모두 비구면이며,

상기 제3렌즈의 상기 비구면에는 하나 또는 복수의 변곡점을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제2렌즈는 아베수가 23 이하이며, 바람직하게는 1 - 23, 보다 바람직하게는 10-23, 보다 더 바람직하게는 20-23 이며, 가장 바람직하게 는 23인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 렌즈계는 하기 식을 만족하는 것이 바람직하다.

Φ=1/f =(n2-1)[(1/R21)-(1/R22)+(t(n2-1)/(R21R22n2))]< 0 ㆍㆍㆍ(1)

여기서, Φ은 제2렌즈의 파워이며, n2는 제2렌즈의 굴절율, R21은 제2렌즈의 R1, R22은 제2렌즈의 R2 t는 렌즈의 두께이다.

L1의 아베수는 50 < Vd1 < 60 ㆍㆍㆍ(2)

L2의 아베수는 Vd2 ≤ 23 ㆍㆍㆍ(3)

0.6 < f1/F < 1.2 ㆍㆍㆍ(4)

0.65 < tanθ < 0.7 ㆍㆍㆍ(5)

1.4 < L / (2ωx) <1.5 ㆍㆍㆍ(6)

단, 여기서, F는 전체 광학계의 초점거리를 나타매고, f1은 제1렌즈의 초점거리이며, θ는 최대 상높이에 있어서의 반화각, x는 최대 상 높이, 2ω(radian) 대각 화각, L은 제1렌즈의 물체측의 면의 정점에서 촬상소자면까지의 거리, υd1은 제1렌즈의 d-선에 대한 아베수이며, υd2는 제2렌즈의 d-선에 대한 아베수이며, υd3은 제3렌즈의 d-선에 대한 아베수이다.

조건식(4)은, 구면수차를 안정적으로 유지하고 렌즈계 전체를 콤팩트하게 유지하기 위한 조건으로서, 하한을 밑돌면 렌즈계는 콤팩트하게 할 수 있으나, 구면수차의 보정이 어려워진다. 또한, 상한을 초과하면, 반대로 구면수차의 보정은 용이해지지만, 렌즈계 전체를 콤팩트하게 구성할 수 없게 된다

제2렌즈의 아베수를 저아베수를 사용함으로써 종색수차(axial color)를 줄이는 것이 용이하다. 종색수차가 작아지면 광학 성능이라 할 수 있는 MTF의 Level이 높아짐은 물론이다. 색수차 보정관계에 있어 L2의 아베수가 적어도 23이하가 되어야 3메가 3P 색수차 보정과 성능 구현이 가능하다. 아베수가 23을 초과하면 색수차 보정에 문제가 발생하여 렌즈에 파워가 더 강해져아 하므로 공차적인 부분에 손실이 발생되어 제품구현에 문제가 발생한다.

또한, 본 발명에 있어서, 제3렌즈는 양면이 비구면으로 이루어지고, 상기 제3렌즈의 상기 비구면에는 하나 또는 복수의 변곡점을 가지도록 형성되어, 코마수차(coma aberration)와 비점수차(astigmatic aberration)를 양호하게 보정하고, 아울러 왜곡(distortion)도 양호하게 보정할 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 모발일용 렌즈로 적합한 작은 전장의 3군 3매로 이루어진 렌즈를 제공한다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조해서 상세하게 설명한다.

또한, 이하의 기재에 있어서, 각 렌즈의 파워나 각 렌즈면의 요철형상으로 언급할 때는, 원칙적으로 광축상의 상태를 나타내는 것으로 한다. 도 1에 나타내는 실시형태의 촬상렌즈는, 물체측으로부터 순차적으로 물체측의 면을 볼록면 형상으 로 하며, 양면 비구면 형상으로 하며, 양의 파워를 갖는 메니스커스 형상의 제1렌즈(L1)와, 조리개(2)와, 물체측의 면을 오목면 형상으로 하며, 첫번째 면을 구면, 두번째 면을 비구면 형상으로 하며, 음의 파워를 가지고 있는 메니스커스 형상의 제2렌즈(L2)와, 양면을 비구면 형상으로 하며, 양 의 파워를 가지면서, 광축에 수직인 직선과 평행한 접선이 한 개 존재하는 제3렌즈(L3)를 구비하고, 광축(X)을 따라 입사하는 광선을 촬상소자(촬상면)(3)의 결상 위치(P)에 효율 좋게 포커싱시키도록 한 촬상렌즈이다.

또한, 상기 조리개(2)는 제1렌즈(L1)의 상측 면 혹은 제1렌즈(L1)와 제2렌즈(L2) 사이에 배치되고, 촬상렌즈와 촬상소자(3) 사이에는 커버 유리(1)가 배치되어 있다.

또한, 제3렌즈(L3)는 양면을 비구면 형상으로 하며, 광축에 수직인 직선과 평행한 접선이 한 개 존재하도록 하는 형상을 가진다. 여기서, 제3렌즈(L3)의 물체측 면은 직선과 유사한 형태를 가지며, 상측 면은 갈매기 형태를 가진다.

본 발명의 촬상 렌즈는 상기 제1렌즈(L1) 내지 상기 제3렌즈(L3)의 렌즈재가 모두 플라스틱 재료로 됨으로써, 저가격화를 도모하면서도 비구면을 유효하게 사용하고, 휴대용 모듈 카메라뿐만 아니라 디지털 카메라에까지 대응 가능한 높은 광학성능이 얻어진다.

다음에 본 실시형태에 의한 작용 효과를 설명한다.

3장의 렌즈 중, 제1렌즈(L1)의 양의 파워를 비교적 강하게 함으로써, 렌즈 전체의 길이를 짧게 할 수 있다. 또한, 제1렌즈(L1)는 양면 비구면 렌즈로서, 이러 한 수차보정기능을 갖는 렌즈를 설치함으로써, 상면 만곡이나 구면수차를 비롯한 각 수차를 양호한 것으로 할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 촬상렌즈에 있어서는, 상기 제1렌즈(L1)와 상기 제2렌즈(L2) 사이에 조리개(2)가 배치되는데, 제1렌즈(L1)와 제2렌즈(L2) 사이의 축상 공기 간격으로서, 조리개 기구를 배치하기 위해서 충분한 공간을 확보하여야 한다.

또한, 본 실시형태의 촬상렌즈에 있어서, 제2렌즈(L2) 및 제3렌즈(L3) 사이에 위치하는 공기 렌즈의 양면이 서로 따르는 형상으로 되어 있고, 중심곡률반경의 부호도 마이너스(물체측 방향으로 오목)로 되도록 구성되어 있다. 이와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 제2렌즈(L2)의 적어도 한면 이상이 비구면형상과 제3렌즈(L3) 사이에 위치하는 공기 렌즈의 양면의 비구면 형상에 착안하고, 이들 면의 비구면의 중심곡률반경의 크기 관계 및 극점의 높이위치관계를 상기와 같이 규정함으로써, 렌즈를 3장으로 구성하여 렌즈계의 전체 길이를 단축하여도, 상면 만곡을 양호하게 유지할 수 있다.

또한, 본 발명의 촬상렌즈로서는 여러가지 형태의 변경이 가능하다. 예컨대 각 렌즈의 곡률반경, 렌즈 간격(혹은 렌즈 두께) 및 비구면의 형상을 적절히 변경하는 것이 가능하다.

또한, 렌즈 재료로 플라스틱재를 이용하여 구성함으로써 경량화와 동시에 비용 저감을 도모할 수 있다. 또한, 제1렌즈(L1) 내지 제3렌즈(L3)의 양면을 모두 비구면으로 함으로써, 다수의 면에서 수차보정을 행하여, 광학성능의 향상을 도모하는 것이 가능하게 된다.

실시예 1

F= 2.80 mm에서, 제1렌즈는 f1=2.26 mm, 물체측 R1=0.9823, 아베수는 55.7이며, 제2렌즈의 아베수는 23을 가지며, n2=1.632, R21=-0.6887, R22=-1.1382, t=0.360이며, 물체면의 구면 이고, 상측면의 비구면데이타는 K :-1.030008, A :-0.728294E+00, B :0.283034E+01, C :-0.681991E+01, D :0.119451E+02, E :-0.779893E+01를 가진다. 제3렌즈는 아베수 55.7을 가지고 있고 물체면의 비구면 데이터는 K :-16.405010

A:0-.299280E+00 B:0.401788E+00 C:-0.320001E+00 D:0.133831E+00 E:-0.225859E-00

상측면의 비구면 데이터는 K :-12.091438, A:-0.229121E+00 ,B:0.140168E+00 C :-0.761305E-01 ,D :0.220029E-01, E :-0.348191E-02를 가진다

여기서, 렌즈의 비구면 형상은 하기의 비구면 식으로 나타낸다.

여기서, Z는 SAG량을 나타내며 , 렌즈면의 광축상에서의 곡률을 C, 원추계수를 K, 4차부터12차까지의 비구면 계수를 각각 A,B,C,D,E로 하고 있으며 곡률(C)와 곡률반경(R)의 관계는 C=1/R의 관계에 있는 것으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촬상렌즈의 개략적인 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예의 렌즈계의 종색수차, 상면만곡수차 및 왜곡수차에 관한 수차도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 렌즈계의 상높이 0F, 0.4F, 0.6F, 0.8F, 1.0F 에 대한 Tangential(좌측도), Sagittal(우측도)의 coma 수차에 관한 수차도이다.

Claims (5)

1. 물체측으로부터 순서대로 제1렌즈, 제2렌즈 및 제3렌즈가 배열된 촬상렌즈에 있어서,

   볼록면이 물체측을 향하고 양의 파워를 가진 메니스커스 렌즈인 상기 제1렌즈;

   오목면이 물체측을 향하고 음의 파워를 가진 메니스커스 렌즈인 상기 제2렌즈; 및

   양의 파워를 가진 상기 제3렌즈;

   를 포함하고, 상기 제1렌즈 및 제3렌즈는 양면이 모두 비구면이고, 상기 제2렌즈는 물체측 면이 구면이고 상측 면이 비구면이고, 상기 제3렌즈의 비구면에는 하나 또는 복수의 변곡점이 존재하며, 상기 렌즈들은 하기 조건식 (1) 내지 (6)을 만족하도록 구성된 것을 특징으로 하는 촬상렌즈:

   (1) Φ = 1/f = (n2-1)[(1/R21)-(1/R22)+(t(n2-1)/(R21R22n2))] < 0

   (2) 50 < υd1 < 60

   (3) υd2 ≤ 23

   (4) 0.6 < f1/F < 1.2

   (5) 0.65 < tanθ < 0.7

   (6) 1.4 < L/(2ωx) < 1.5

   여기서, Φ는 제2렌즈의 파워, n2는 제2렌즈의 굴절률, R21은 제2렌즈의 물체측 면의 곡률, R22는 제2렌즈의 상측 면의 곡률, t는 제2렌즈의 두께, υd1은 제1렌즈의 d선에 대한 아베수, υd2는 제2렌즈의 d선에 대한 아베수, F는 전체 광학계의 초점거리, f1은 제1렌즈의 초점거리, θ는 최대 상 높이에서 반화각, 2ω는 대각화각, x는 최대 상 높이, L은 제1렌즈의 물체측 면의 정점에서 촬상소자 면까지의 거리이다.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2렌즈는 근축영역이 음의 파워를 갖는 것을 특징으로 하는 촬상렌즈.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2렌즈의 파워 Φ = -0.25인 것을 특징으로 하는 촬상렌즈.
4. 삭제
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 센서 면에 주광선의 입사각이 30도 이하인 것을 특징으로 하는 촬상렌즈.

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