KR101904059B1 - 내면반사가 완화된 초소형 촬상 렌즈 시스템 - Google Patents

내면반사가 완화된 초소형 촬상 렌즈 시스템 Download PDF

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KR101904059B1 KR1020170029233A KR20170029233A KR101904059B1 KR 101904059 B1 KR101904059 B1 KR 101904059B1 KR 1020170029233 A KR1020170029233 A KR 1020170029233A KR 20170029233 A KR20170029233 A KR 20170029233A KR 101904059 B1 KR101904059 B1 KR 101904059B1
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Abstract

본 발명은 휴대폰, 태블릿 PC 카메라 등에 탑재되어 사용되는 초소형 촬상 렌즈 시스템에 관한 것이다. 상기 초소형 촬상 렌즈 시스템은, 정의 굴절력을 가지고, 물체측 면과 상측 면이 물체 측으로 볼록하게 형성되는 제1 플라스틱 렌즈; 부의 굴절력을 가지고, 물체측 면과 상측 면이 모두 물체 측으로 볼록하게 형성되는 제2 플라스틱 렌즈; 부의 굴절력을 가지고, 물체측 면과 상측 면이 모두 상 측으로 볼록하게 형성되는 제3 플라스틱 렌즈; 정의 굴절력을 가지고, 물체측 면과 상측 면이 모두 상 측으로 볼록하게 형성되는 제4 플라스틱 렌즈; 부의 굴절력을 가지고, 물체측 면의 중심이 물체 측으로 오목하고 주변으로 갈수록 볼록하게 형성되고, 상측 면의 중심이 상 측으로 오목하고 주변으로 갈수록 볼록하게 형성되는 제5 플라스틱 렌즈; 를 포함하고, 다음의 조건을 만족하는 초소형 촬상 렌즈 시스템.
1.15 < AL11/AL52 < 1.2
AL52 < AL11 < 40°
여기서, AL11은 제1 플라스틱 렌즈의 물체측 면의 최대 면각도이고, AL52는 제5 플라스틱 렌즈의 상측 면의 최대 면 각도이다.
이러한 구성에 따르면, 기존 광학계 대비 면 각도를 제어하여 면 반사를 완화하고 영상의 품질 저하를 방지하고 생산성 향상에 기여할 수 있는 초소형 촬상 렌즈 시스템을 제공할 수 있다.

Description

내면반사가 완화된 초소형 촬상 렌즈 시스템 {Subminiature image pickup lens system for preventing inner reflection}
본 발명은 휴대폰, 태블릿 PC 카메라 등에 탑재되어 사용되는 초소형 촬상 렌즈 시스템에 관한 것이다.
최근, 스마트폰의 디자인이 슬림화되는 추세에 따라 이미지센서 칩을 작게 만들어 보다 작은 직경의 렌즈를 사용할 수 있고 초점 거리도 감소되어 카메라 모듈의 크기를 축소할 수 있게 되었다.
CCD나 CMOS로 구성된 이미지 센서에서는 칩 크기를 늘리지 않으면서 원하는 해상도를 얻기 위해 이미지 센서의 수광부를 구성하는 화소 크기가 줄어드는 추세이다.
센서 픽셀 크기의 소형화와 함께 더 높은 분해능(MTF 성능) 확보를 위해, 렌즈 수를 증가시키거나 투과도 및 굴절률이 높은 유리 소재를 활용하여 해상도를 향상시키고자 하는 경우가 늘어나고 있다. 특히, 최근에는 1300만 이상의 고화소 모바일 촬상 렌즈 시스템에 5매 이상의 플라스틱 렌즈 혹은 일부 유리 렌즈가 혼합되어 구성되는 경우가 많다.
이러한 목적을 달성하기 위해 플라스틱 렌즈와 유리 렌즈를 혼합하여 사용할 경우 렌즈의 가격이 상승하는 문제점이 있다. 렌즈 모듈의 고성능화 및 광 투과율 개선을 위해 제한된 조건 내에서 소형화를 위해 렌즈 전장을 줄일 경우, 렌즈 두께나 렌즈 간 간격의 제한 등으로 인해 렌즈 면에 의해 광선이 굴절되는 굴절각이나 렌즈면 사이의 광경로가 광축과 이루는 각도가 커지게 된다.
이런 특성은 공차에 대한 관용도가 악화되는 결과를 낳게 되어, 양산 수율과 생산성을 저하시킬 수 있다. 또한, 렌즈의 구성 수가 많아질수록 반사광이 증대되며 렌즈면이나 플랜지부에서 반사되는 빛이 상호 간에 재반사됨에 됨에 따라, 결상과 무관한 불필요한 광선이 촬상면으로 입사되어 플레어나 고스트로 불리는 면 반사 이미지를 만들게 된다. 이는 촬상 이미지의 품질 저하로 이어질 수 있다.
대한민국 특허 출원 제10-2012-0158535호
따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 초소형이면서 면 반사가 완화된 화상을 제공할 수 있도록 설계되고, 플라스틱으로 구성되어 비용을 절감할 수 있는 초소형 촬상 렌즈 시스템을 제공하고자 함에 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 초소형 촬상 렌즈 시스템은, 정의 굴절력을 가지고, 물체측 면과 상측 면이 물체 측으로 볼록하게 형성되는 제1 플라스틱 렌즈; 부의 굴절력을 가지고, 물체측 면과 상측 면이 모두 물체 측으로 볼록하게 형성되는 제2 플라스틱 렌즈; 부의 굴절력을 가지고, 물체측 면과 상측 면이 모두 상 측으로 볼록하게 형성되는 제3 플라스틱 렌즈; 정의 굴절력을 가지고, 물체측 면과 상측 면이 모두 상 측으로 볼록하게 형성되는 제4 플라스틱 렌즈; 부의 굴절력을 가지고, 물체측 면의 중심이 물체 측으로 오목하고 주변으로 갈수록 볼록하게 형성되고, 상측 면의 중심이 상 측으로 오목하고 주변으로 갈수록 볼록하게 형성되는 제5 플라스틱 렌즈; 를 포함하고, 다음의 조건을 만족하는 초소형 촬상 렌즈 시스템.
1.15 < AL11/AL52 < 1.2
AL52 < AL11 < 40°
여기서, AL11은 제1 플라스틱 렌즈의 물체측 면의 최대 면각도이고, AL52는 제5 플라스틱 렌즈의 상측 면의 최대 면 각도이다.
또한, 다음의 조건을 만족하는 초소형 촬상 렌즈 시스템.
0.71 < (R4o-R4i)/(R4o+R4i) < 1
T45/CT4 < 0.5
여기서, R4o은 제4 플라스틱 렌즈의 물체측 면의 곡률 반지름이고, R4i은 제4 플라스틱 렌즈의 상측 면의 곡률 반지름이고, T45는 제4 플라스틱 렌즈의 상측 면에서 제5 플라스틱 렌즈의 물체측 면 사이의 간격이고, CT4는 제4 플라스틱 렌즈의 중심 두께이다.
또한, 다음의 조건을 만족하는 초소형 촬상 렌즈 시스템.
1.0 < TTL/F < 1.2
여기서, TTL은 렌즈계의 전장 길이이고, F는 전체 렌즈계의 초점거리이다.
본 발명에 따르면, 기존 광학계 대비 면 각도를 제어하여 면 반사를 완화하고 영상의 품질 저하를 방지하고 생산성 향상에 기여할 수 있고 플라스틱으로 구성되어 비용을 절감할 수 있는 초소형 촬상 렌즈 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촬상 렌즈 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 촬상 렌즈 시스템에서 물체를 촬영할 때 광선의 흐름을 추적한 도면이다.
도 3은 도 1의 촬상 렌즈 시스템의 실시예에 따른 구면수차도이다.
도 4는 도 1의 촬상 렌즈 시스템의 실시예에 따른 비점수차도이다.
도 5는 도 1의 촬상 렌즈 시스템의 실시예에 따른 왜곡수차도이다.
도 6a는 본 발명의 제1 플라스틱 렌즈의 물체측 면의 최대 면각도를 도시하는 도면이고, 도 6b는 제5 플라스틱 렌즈의 상측 면의 최대 면 각도를 도시하는 도면이다.
도 7a는 반화각 36°에서 본 발명의 조건식 반영 전의 화상 이미지를 나타내고, 도 7b는 반화각 36°에서 본 발명의 조건식 반영 후의 화상 이미지를 나타낸다.
도 8a는 반화각 60°에서 본 발명의 조건식 반영 전의 화상 이미지를 나타내고, 도 8b는 반화각 60°에서 본 발명의 조건식 반영 후의 화상 이미지를 나타낸다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 촬상 렌즈 시스템의 구성을 도시하는 도면이다. 도 2는 도 1의 촬상 렌즈 시스템에서 물체를 촬영할 때 광선의 흐름을 추적한 도면이다. 도 3은 도 1의 촬상 렌즈 시스템의 실시예에 따른 구면수차도이다. 도 4는 도 1의 촬상 렌즈 시스템의 실시예에 따른 비점수차도이다. 도 5는 도 1의 촬상 렌즈 시스템의 실시예에 따른 왜곡수차도이다. 도 6a는 본 발명의 제1 플라스틱 렌즈의 물체측 면의 최대 면각도를 도시하는 도면이고, 도 6b는 제5 플라스틱 렌즈의 상측 면의 최대 면 각도를 도시하는 도면이다.
도 8a는 반화각 60°에서 본 발명의 조건식 반영 전의 화상 이미지를 나타내고, 도 8b는 반화각 60°에서 본 발명의 조건식 반영 후의 화상 이미지를 나타낸다.
본 발명의 촬상 렌즈 시스템(100)은 휴대폰용 카메라, 태블릿 PC용 카메라 등에 탑재되어 사용될 수 있다.
상기 촬상 렌즈 시스템(100)은 물체측으로부터 순서대로 조리개(101), 제1 플라스틱 렌즈(L1), 제2 플라스틱 렌즈(L2), 제3 플라스틱 렌즈(L3), 제4 플라스틱 렌즈(L4), 제5 플라스틱 렌즈(L5), 광학필터(140)를 포함한다.
조리개(101)는 구멍의 크기를 조절하여 렌즈를 통과하는 빛의 양을 조절한다.
제1 플라스틱 렌즈(L1)는 정의 굴절력을 가지고, 물체측 면(111)과 상측 면(112)이 물체 측으로 볼록하게 형성된다. 제1 플라스틱 렌즈(L1)는 물체측 면(111)과 상측 면(112) 중 적어도 한 면이 비구면으로 형성되고, 바람직하게는 양면이 비구면으로 형성될 수 있다.
제2 플라스틱 렌즈(L2)는 부의 굴절력을 가지고, 물체측 면(121)과 상측 면(122)이 모두 물체 측으로 볼록하게 형성된다. 제2 플라스틱 렌즈(L2)는 물체측 면(121)과 상측 면(122) 중 적어도 한 면이 비구면으로 형성되고, 바람직하게는 양면이 비구면으로 형성될 수 있다.
제3 플라스틱 렌즈(L3)는 부의 굴절력을 가지고, 물체측 면(131)과 상측 면(132)이 모두 상 측으로 볼록하게 형성된다. 제3 플라스틱 렌즈(L3)는 물체측 면(131)과 상측 면(132) 중 적어도 한 면이 비구면으로 형성되고, 바람직하게는 양면이 비구면으로 형성될 수 있다.
제4 플라스틱 렌즈(L4)는 정의 굴절력을 가지고, 물체측 면(141)과 상측 면(142)이 모두 상 측으로 볼록하게 형성된다. 제4 플라스틱 렌즈(L4)는 물체측 면(141)과 상측 면(142) 중 적어도 한 면이 비구면으로 형성되고, 바람직하게는 양면이 비구면으로 형성될 수 있다.
제5 플라스틱 렌즈(L5)는 부의 굴절력을 가지고, 물체측 면(151)의 중심이 물체 측으로 오목하고 주변으로 갈수록 볼록하게 형성되고, 상측 면(152)의 중심이 상 측으로 오목하고 주변으로 갈수록 볼록하게 형성된다. 제5 플라스틱 렌즈(L5)의 물체측 면(151)과 상측 면(152)의 이러한 형상은 광을 상면(170)에 고르게 퍼지도록 하기 위한 것이다. 제5 플라스틱 렌즈(L5)는 물체측 면(151)과 상측 면(152) 중 적어도 한 면이 비구면으로 형성되고, 바람직하게는 양면이 비구면으로 형성될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 촬상 렌즈 시스템(100)은 고해상도 및 경량이면서 종래의 광학계 대비 면 반사가 완화된 화상을 제공할 수 있다.
본 발명의 촬상 렌즈 시스템(100)은 아래의 조건식 1과 2를 만족할 수 있다.
1.15 < AL11/AL52 < 1.2 [조건식 1]
AL52 < AL11 < 40° [조건식 2]
여기서, AL11은 제1 플라스틱 렌즈(L1)의 물체측 면(111)의 최대 면 각도이고, AL52는 제5 플라스틱 렌즈(L5)의 상측 면(152)의 최대 면 각도이다. 최대 면 각도라 함은, 렌즈면과 수직축 간의 최대 각도를 뜻한다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 일반적으로 최대 면 각도는 유효경 끝단에서의 각도가 된다.
광학계로 입사되는 첫 면인 제1 플라스틱 렌즈(L1)의 물체측 면(111)과 이미지센서로 입사되기 직전의 면인 제5 플라스틱 렌즈(L5)의 상측 면(152)에 대한 각도를 제어함에 따라 화각 외의 입사 광선 중 불필요한 광선이 이미지센서로 입사되어 면 반사를 발생시키는 것을 종래에 비해 억제할 수 있다.
조건식 1의 하한치 이하가 될 경우, 광학계 내부로 비스듬히 입사하는 주변부 광선이 제5 플라스틱 렌즈(L5)의 상측 면(152)에 의해 불규칙하게 반사되어 플레어 현상을 발생시킬 수 있다. 곡률 반지름이 작아질수록 면 각도는 증가하게 되고 내면 반사의 빛이 상면에 강하게 집중되고, 곡률 반지름이 커질수록 상면 바깥쪽으로 퍼지게 되기 때문이다.
조건식 1의 상한치 이상이 될 경우, AL52에 비해 AL11이 너무 커져 각도 제어를 통한 면 반사 제어가 어려워진다.
AL11에 대해, 조건식 2의 상한치 이상이 될 경우 제1 플라스틱 렌즈(L1)의 상측 면(112)의 반사, 제1 플라스틱 렌즈(L1)의 물체측 면(111)에서의 전반사가 발생되어 상면으로 강한 빛이 입사하는 플레어 발생률이 높아진다.
AL52에 대해, 조건식 2의 상한치 이상이 될 경우 제5 플라스틱 렌즈(L5)의 상측 면(152)의 반사, 제5 플라스틱 렌즈(L5)의 물체측 면(151)에서의 전반사가 발생되어 불필요한 광선의 내면반사가 발생된다.
40°기준은 임계각이며, 제1 플라스틱 렌즈(L1)와 제5 플라스틱 렌즈(L5)의 소재 굴절률 1.5348에 의해 산정된 기준이다.
AL52가 AL11보다 낮은 이유는 제5 플라스틱 렌즈(L5)의 형상이 변곡점이 크고 상면에 가까울수록 내면반사 발생 확률이 높기 때문에 제1 플라스틱 렌즈(L1)보다 중요하게 관리되어야 하기 때문이다.
[조건식 1]을 만족하는 실시예 : AL11=38°, AL52=33°
AL11 / AL52 = 1.1515
본 발명의 촬상 렌즈 시스템(100)은 아래의 조건식 3과 4를 만족할 수 있다.
0.71 < (R4o-R4i)/(R4o+R4i) < 1 [조건식 3]
T45/CT4 < 0.5 [조건식 4]
여기서, R4o은 제4 플라스틱 렌즈(L4)의 물체측 면(141)의 곡률 반지름이고, R4i은 제4 플라스틱 렌즈(L4)의 상측 면(142)의 곡률 반지름을 나타낸다. 또한, T45는 제4 플라스틱 렌즈(L4)의 상측 면(142)에서 제5 플라스틱 렌즈(L5)의 물체측 면(151) 사이의 간격이고, CT4는 제4 플라스틱 렌즈(L4)의 중심 두께이다.
조건식 3은 제4 플라스틱 렌즈(L4)의 형태를 제한하는 목적이며, 물체측 면(141)의 곡률 반지름이 상측 면(142)의 곡률 반지름보다 크도록 유도하여 면 반사 발생을 완화해준다. 조건식 3의 하한 수치에서 벗어나게 되면 제4 플라스틱 렌즈(L4)의 면 각도가 커져 상측 면(142)에 의한 면 반사가 발생될 가능성이 높아진다.
[조건식 3]을 만족하는 실시예 : (R4o-R4i)/(R4o+R4i) = (-7.9282+1.3429) / (-7.9282-1.3429) = 0.7103
조건식 4에 따르면, 제4 플라스틱 렌즈(L4)와 제5 플라스틱 렌즈(L5) 사이에 면 반사를 방지하기 위한 마스크 삽입 공간을 확보하면서 광학계의 소형화를 유도할 수 있다.
조건식 4의 상한치가 초과되는 경우, 제4 플라스틱 렌즈(L4)의 두께가 얇아져 민감도 상의 영향에 의해 양산성이 저하되거나, 마스크(필름류의 기구물)가 삽입되기 적정한 거리를 유지하고 있는 제4 플라스틱 렌즈(L4)와 제5 플라스틱 렌즈(L5)의 에지부 사이의 거리가 늘어나 마스크 삽입으로는 렌즈 간 플랜지부 차폐가 불가능하게 되며, 늘어난 공간을 채우기 위해 생산상 관리가 어려운 선삭물(스페이서)을 적용해야 하는 경우가 생길 수 있다. 선삭물의 경우 마스크에 비해 공차 관리가 필요하고, 생산 및 신뢰성 시험시 이물 발생을 야기시킬 수 있으며 단가도 상승하게 된다.
[조건식 4]를 만족하는 실시예 : T45/CT4 = 0.2656/0.5368 = 0.4947
본 발명의 촬상 렌즈 시스템(100)은 아래의 조건식 5를 만족할 수 있다.
1.0 < TTL/F < 1.2 [조건식 5]
여기서, TTL은 렌즈계의 전장 길이(기구물 첫 면에서 상면까지의 거리)이고, F는 전체 렌즈계의 초점거리이다.
조건식 5는 고해상도의 만족과 동시에 렌즈계의 전체 길이를 축소시켜 고성능, 소형화를 달성하기 위한 조건이다.
조건식 5의 하한 수치에서 벗어나게 되면, F가 센서가 정의한 실제 상 높이보다 증가하게 되어 요구하는 화각 이상을 만족하기 어려워진다.
조건식 5의 상한 수치에서 벗어나게 되면, 요구하는 화각은 만족되나 렌즈계 길이가 증가하여 소형화가 어려워진다.
[조건식 5]를 만족하는 실시예 : TTL / F = 4.2 / 3.7008 = 1.1348
이와 같이, 조건식 1 내지 5의 전부 또는 일부를 만족하는 본 발명의 촬상 렌즈 시스템(100)은 기존 광학계 대비 면 각도를 제어하여 면 반사를 완화하고 영상의 품질 저하를 방지하면서 5매의 렌즈가 모두 플라스틱으로 구성되어 비용을 절감할 수 있다.
또한, 기존에는 면 반사로 인해 공차를 엄격하게 관리를 완화해야 하므로 생산성을 저하시킬 수 있었지만, 본 발명의 촬상 렌즈 시스템(100)은 완화된 면 반사로 인해 양산 수율 및 생산성이 향상될 수 있다.
실시예
이하에서는, 본 발명의 구성을 적용한 촬상 렌즈 시스템의 구체적인 실시예에 대해 설명하기로 한다.
아래의 표는 촬상 렌즈 시스템을 구성하는 광학 소자들의 수치 데이터에 관한 것이다. 표에서 적용되는 거리 혹은 길이 수치의 단위는 "mm"이다. 면 번호 옆에 병기된 기호 "*"는 비구면임을 나타낸다.
아래의 표 1은 본 실시예에 따른 촬상 렌즈 시스템의 설계 데이터를 나타낸다.
면 번호 곡률반경 두께 또는 거리(t) 굴절률(Nd) 아베수(Vd) 비고
1 0.1765
2 -0.1765 조리개
* 3 1.1785 0.5849 1.5348 55.730 제1 렌즈
* 4 17.1262 0.0360
* 5 31.2924 0.2200 1.6397 23.516 제2 렌즈
* 6 2.6009 0.3078
* 7 -7.0578 0.2857 1.6397 23.516 제3 렌즈
* 8 -8.1862 0.4510
* 9 -7.9282 0.5368 1.5348 55.730 제4 렌즈
* 10 -1.3429 0.2656
* 11 -8.1507 0.3778 1.5348 55.730 제5 렌즈
* 12 1.3649 0.1153
13 0.05
14 0.21 1.5230 54.478 광학 필터
15 0.6401
여기서, 제1 내지 제5 플라스틱 렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)는 양면이 모두 비구면으로 형성되었다.
각 렌즈의 비구면 형상은, 하기 수학식으로 정의된다. 코닉(Conic) 상수 및 비구면 계수에 사용되는 E 및 그에 이어지는 숫자는 10의 거듭 제곱을 나타낸다.
Figure 112017022942203-pat00001
Z: 렌즈 정점에서부터 광축 방향으로의 거리
Y: 광축으로부터 렌즈 면까지의 거리 (높이)
K: 코닉(Conic) 상수 (이심률)
C: 근축 곡률 (=1/R)
R: 근축 곡률 반경
Ai: 비구면 계수 (Aspheric constant) (i는 비구면 계수의 차수를 뜻함)
아래의 표 2는 본 발명의 실시예에서 각각의 렌즈에 대한 코닉 상수 및 비구면 계수를 나타낸다.
면 번호 K A B C D E F
* 3 -0.1736 0.9965E-02 0.9364E-01 -0.5366E+00 0.1589E+01 -0.2631E+01 0.2203E+01
* 4 77.6610 -0.1529E+00 0.2333E+00 0.1474E+01 -0.6994E+01 0.1174E+02 -0.9320E+01
* 5 89.3599 -0.1230E+00 0.5441E+00 0.4448E+00 -0.3663E+01 0.5709E+01 -0.3263E+01
* 6 9.1896 -0.2632E-01 0.1615E+00 0.5234E+00 -0.2141E+01 0.5021E+01 -0.6246E+01
* 7 90.000 -0.3047E+00 0.1570E+00 -0.4402E+00 0.8345E+00 -0.1136E+00 0.0000E+00
* 8 0.0000 -0.2577E+00 0.2294E+00 -0.1014E+01 0.3188E+01 -0.5331E+01 0.4993E+01
* 9 26.2554 -0.1185E-01 -0.7197E-01 0.6780E-01 -0.2572E-01 0.1614E-01 -0.9542E-02
* 10 -4.6076 -0.2957E-01 -0.3872E-01 0.1235E+00 -0.8838E-01 0.2876E-01 -0.4551E-02
* 11 -85.5063 -0.3605E+00 0.3222E+00 -0.1454E+00 0.3992E-01 -0.6724E-02 0.6413E-03
* 12 -9.9405 -0.1903E+00 0.1432E+00 -0.7684E-01 0.2763E-01 -0.6569E-02 0.9738E-03
아래의 표 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촬상 렌즈 시스템이 가지는 성능 수치를 나타낸다.
f1 2.3265 F-number (=F/D) 2.29
f2 -4.4036 FOV 76.7
f3 -87.991 TTL 4.20
f4 2.9267 OAL 4.08
f5 -2.1469 FBL 0.85
F 3.7008 BFL 1.02
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 종방향 구면 수차도로서, 각 파장에 따른 구면 수차를 나타낸다. 여기서, 구면 수차는 축상 물체점의 유일한 수차로서 광선이 입사동에 입사하는 높이에 따라 초점거리가 변하여 생기는 수차이다. 즉, 광선의 입사 높이가 높을수록 구면 수차는 급속히 증가하게 된다. 이를 보정하기 위해서는 비구면을 활용하거나 고굴절 소재를 사용해 입사고에 따른 입사각 변화를 최소화시켜야 한다. 도 3에서, 각각의 파장에 따른 구면수차는 양호한 수준을 유지하고 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비점수차도로서 상면(170)의 높이에 따른 탄젠셜 평면(tangential plane; T)과 새지털 평면(sagittal plane; S)의 수차 특성을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 비점수차는 양호한 특성을 나타낸다.
또한, 상면(170) 만곡은 상면(170)이 평면이 아닌 곡면으로 휘어 보여서 나타나는 수차이다. 중심에 초점을 맞추면 주변부가 흐리게 찍히고 주변부에 초점을 맞추면 중심이 흐리게 찍히게 된다. 조리개(101)의 구경을 조임으로써 약간의 수차 보정이 가능하나, 이는 피사계 심도에 의해 보정되는 것일 뿐 확대 배율이 커지면 보정 효과가 거의 없게 된다. 상면(170) 만곡의 경우 비점수차가 보정될 경우 상면(170) 만곡 수차도 거의 사라지게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 상면(170)의 높이에 따른 왜곡도를 나타낸다. 왜곡 수차는 상이 흐려지거나 번지는 것이 아니라, 초점은 맞으나 비스듬하게 찍히는 현상을 보인다. 주로 화면의 주변부에서 눈에 띄며, 화면 중심부에서 바깥을 향할수록 배럴(Barrel) 타입의 왜곡이 발생하고, 화면 주변부에서 중심을 향할수록 핀쿠션(Pincushion) 타입의 왜곡이 발생한다. 도시된 바와 같이, 왜곡수차는 양호한 특성을 나타낸다.
도 7a는 반화각 36°에서 본 발명의 조건식(특히, 조건식 1 및 2) 반영 전의 화상 이미지를 나타내고, 도 7b는 반화각 36°에서 본 발명의 조건식 반영 후의 화상 이미지를 나타낸다.
도 7a 내지 도 8b를 참조하면, 본 발명의 조건식의 적용으로 인해 적용 전에 비해 적용 후에 면 반사가 훨씬 완화된 이미지를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 촬상 렌즈 시스템은 조건식 1 내지 5를 만족하도록 설계되었다. 이러한 촬상 렌즈 시스템은 조건식 전체를 만족할 수도 있고, 이 중 일부만 만족할 수도 있다.
본 발명의 촬상 렌즈 시스템은 면 각도 제어를 통해 면 반사 발생량을 완화하였으며, 축소된 이미지센서 픽셀 사이즈를 통한 고해상도의 확보와 민감도 보완 및 후면 공간 확보를 적용하였다. 5매 렌즈 구성을 기본으로 하되, 종래 촬상 렌즈의 수차 보정, 면 반사 완화 및 해상력의 한계를 극복할 수 있는 1300만 이상의 고화소에 적용 가능한 고성능 광학계이다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100: 촬상 광학계
101: 조리개
111, 121, 131, 141, 151 : 물체측 면
112, 122, 132, 142, 152 : 상측 면
160 : 광학필터
170 : 상면
L1 : 제1 플라스틱 렌즈
L2 : 제2 플라스틱 렌즈
L3 : 제3 플라스틱 렌즈
L4 : 제4 플라스틱 렌즈
L5 : 제5 플라스틱 렌즈

Claims (3)

  1. 초소형 촬상 렌즈 시스템에 있어서,
    정의 굴절력을 가지고, 물체측 면과 상측 면이 물체 측으로 볼록하게 형성되는 제1 플라스틱 렌즈;
    부의 굴절력을 가지고, 물체측 면과 상측 면이 모두 물체 측으로 볼록하게 형성되는 제2 플라스틱 렌즈;
    부의 굴절력을 가지고, 물체측 면과 상측 면이 모두 상 측으로 볼록하게 형성되는 제3 플라스틱 렌즈;
    정의 굴절력을 가지고, 물체측 면과 상측 면이 모두 상 측으로 볼록하게 형성되는 제4 플라스틱 렌즈;
    부의 굴절력을 가지고, 물체측 면의 중심이 물체 측으로 오목하고 주변으로 갈수록 볼록하게 형성되고, 상측 면의 중심이 상 측으로 오목하고 주변으로 갈수록 볼록하게 형성되는 제5 플라스틱 렌즈;
    를 포함하고,
    다음의 조건을 만족하는 초소형 촬상 렌즈 시스템.
    1.15 < AL11/AL52 < 1.2
    AL52 < AL11 < 40°
    0.71 < (R4o-R4i)/(R4o+R4i) < 1
    T45/CT4 < 0.5
    여기서, AL11은 제1 플라스틱 렌즈의 물체측 면의 최대 면각도이고, AL52는 제5 플라스틱 렌즈의 상측 면의 최대 면 각도이고, R4o은 제4 플라스틱 렌즈의 물체측 면의 곡률 반지름이고, R4i은 제4 플라스틱 렌즈의 상측 면의 곡률 반지름이고, T45는 제4 플라스틱 렌즈의 상측 면에서 제5 플라스틱 렌즈의 물체측 면 사이의 간격이고, CT4는 제4 플라스틱 렌즈의 중심 두께이다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    다음의 조건을 만족하는 초소형 촬상 렌즈 시스템.
    1.0 < TTL/F < 1.2
    여기서, TTL은 렌즈계의 전장 길이이고, F는 전체 렌즈계의 초점거리이다.
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