KR20170093504A - 촬상 장치용 광학 시스템 - Google Patents

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KR20170093504A
KR20170093504A KR1020160014985A KR20160014985A KR20170093504A KR 20170093504 A KR20170093504 A KR 20170093504A KR 1020160014985 A KR1020160014985 A KR 1020160014985A KR 20160014985 A KR20160014985 A KR 20160014985A KR 20170093504 A KR20170093504 A KR 20170093504A
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장동혁
박성재
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오필름코리아(주)
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Abstract

본 발명의 촬상 장치용 촬상 광학 시스템에 관한 것으로서, 물체측에서 상(像)이 형성되는 이미지 면까지 순서대로 배치된 제1 렌즈군 및 제2 렌즈군을 포함하고, 상기 제1 렌즈군은, 양의 굴절력을 갖고 물체측에 배치되며 물체측 면이 볼록하고 상측 면이 오목한 제1 렌즈와, 양의 굴절력을 갖고 상측에 배치되며 물체측 면이 볼록하고 상측 면이 볼록한 제2 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈와 제2 렌즈는 전체적으로 양의 굴절력을 갖고 서로 접해 있다.

Description

촬상 장치용 광학 시스템 {Optical System for Imaging Device}
본 발명은 촬상 장치용 광학 시스템으로서, 물체를 선명하게 촬영하면서도 전체적인 크기를 줄일 수 있는 컴팩트한 촬상 장치용 광학 시스템에 관한 것이다.
디지털 카메라, 감시 카메라, PC 카메라, 휴대폰 카메라 등과 같은 디지털 촬영 기기에 사용되는 촬상 장치는 광학 시스템과 적용되는 센서에 따라 촬영되는 영상의 선명도가 결정된다.
광학 시스템에서, 렌즈의 수를 많게 설계하면 광학 시스템 전체의 성능은 좋아지는 반면 광학 시스템의 전장이 길어지게 되어, 제품을 소형화시키기 어려워지는 문제가 있었다.
특히, 고화소급의 광학 시스템의 경우 복수의 렌즈로 구성된다. 고화소급 광학 시스템의 경우, 촬상 장치에 적용되는 센서의 크기가 커지고, 센서의 종류에 따라 픽셀 사이즈의 차이가 발생한다. 센서의 크기가 커지면 적은 수의 렌즈로는 원하는 성능을 구현하기 어렵고, 렌즈의 수가 많아지면, 성능은 좋아지는 반면, 광학 시스템 전체의 전장이 길어지게 되는 문제가 있었다.
KR10-0920600 B1 KR10-0992259 B1
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 피사체를 보다 선명하게 촬영하면서도, 광학 시스템 전체의 전장을 줄일 수 있는 촬상 장치용 광학 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 장치용 광학 시스템은, 물체측에서 상(像)이 형성되는 이미지 면까지 순서대로 배치된 제1 렌즈군 및 제2 렌즈군을 포함하고, 상기 제1 렌즈군은, 양의 굴절력을 갖고 물체측에 배치되며 물체측 면이 볼록하고 상측 면이 오목한 제1 렌즈와, 양의 굴절력을 갖고 상측에 배치되며 물체측 면이 볼록하고 상측 면이 볼록한 제2 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈와 제2 렌즈는 전체적으로 양의 굴절력을 갖고 서로 접해 있다.
상기 제2 렌즈군은, 상기 물체측으로부터 상측으로 순서대로, 음의 굴절력을 갖고, 물체측 면이 볼록하고 상측 면이 오목한 제3 렌즈, 양의 굴절력을 갖고, 물체측 면은 오목하고 상측 면은 볼록한 제4 렌즈, 음의 굴절력을 갖고, 물체측 면은 오목하고 상측 면은 볼록한 제5 렌즈, 및 음의 굴절력을 갖고, 물체측 면은 오목하고 상측 면은 볼록한 제6 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제6 렌즈는, 광축을 중심으로 물체측 면에 볼록한 부분과 상측 면에 오목한 부분을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 렌즈의 물체측 면과 상기 제2 렌즈의 상측 면은 비구면일 수 있다.
상기 광학 시스템에서 전체 광학 시스템의 초점 거리 f에 대한 제1 렌즈군의 합성 초점 거리 f12의 비가 다음 [식 1]을 만족할 수 있다.
[식 1]
0 ＜ f12/f ＜ 1.2
상기 제1 렌즈의 물체측 면에서 상기 이미지 면까지의 거리가 T과 이미지의 크기 2y 사이의 비가 다음 [식 2]를 만족할 수 있다.
[식 2]
0.80 < T/2y < 0.95
상기 제1 렌즈의 물체측 면에서 상기 제2 렌즈의 상측 면까지의 간격 X12과 는 전체 광학계의 전장 T는 다음 [식 3]을 만족할 수 있다.
[식 3]
0.18 < X12/T < 0.23
상기 제1 렌즈군 및 제2 렌즈군을 구성하는 복수의 렌즈들에서 인접한 렌즈 사이의 간격의 합과 각각의 렌즈의 두께의 합은 다음 [식 4]를 만족할 수 있다.
[식 4]
0.26 <
Figure pat00001
< 0.30
상기 광학 시스템의 전체 전장 T와 전체 초점 f의 비는 다음 [식 5]를 만족할 수 있다.
[식 5]
0.78 < f/T < 0.83
상기 제1 렌즈군의 합성 초점 f12과 광축에서 상기 제1 렌즈의 물체측 면에서 상기 제2 렌즈의 상측 면까지의 간격 X12은 다음 [식 7]을 만족할 수 있다.
[식 7]
2.40 < f12/X12 < 2.90
전체 광학계의 초점 f, 상기 제1 렌즈군의 합성 초점 f12, 상기 제1 렌즈의 초점 f1, 및 상기 제2 렌즈의 초점 f2는 다음 [식 8]을 만족할 수 있다.
[식 8]
9.30 < f1/f + f2/f < 12.40
그리고, 13.60 < f1/f12 + f2/f12 < 18.00
상기 제1 렌즈 또는 제2 렌즈 중 하나는 플라스틱 소재로 만들어지고, 다른 하나는 유리 소재로 만들어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 피사체를 보다 선명하게 촬영하면서도, 광학 시스템 전체의 전장을 줄일 수 있는 촬상 장치용 광학 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 고화소급에 적용되는 복수의 렌즈를 구비하는 광학시스템에 적용되어, 고해상도를 가지면서도, 수차 발생을 억제할 수 있는 촬상 장치용 광학 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 장치용 광학 시스템을 개략적으로 나타낸 렌즈구성도이다.
도 2는 도 1의 광학 시스템의 광 경로를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 변조 전달 함수(MTF: modulation transfer function) 그래프이고, 도 4는 제1 실시예의 수차 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 MTF 그래프이고, 도 6은 제2 실시예의 수차 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 MTF 그래프이고, 도 8은 제3 실시예의 수차 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 MTF 그래프이고, 도 10은 제4 실시예의 수차 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 MTF 그래프이고, 도 12는 제5 실시예의 수차 그래프이다.
본 실시예들은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 특정한 실시 형태에 대해 범위를 한정하려는 것이 아니며, 개시된 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 장치용 광학 시스템을 개략적으로 나타내는 렌즈구성도에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 상기 촬상 장치용 광학 시스템은 물체측에서 상(像)이 형성되는 이미지 면(IP)까지 순서대로 배치된 제1 렌즈군(G1)과 제2 렌즈군(G2)을 포함한다.
상기 제1 렌즈군(G1)은 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)를 포함하고, 제2 렌즈군(G2)은 순서대로 제3 렌즈(L3), 제4 렌즈(L4), 제5 렌즈(L5) 및 제6 렌즈(L6)를 포함할 수 있다. 그리고 제2 렌즈군(G2)의 상측 방향으로는 적외선 필터(IF)와 같은 광학적 필터가 배치될 수 있다. 그리고 이미지 센서가 상이 형성되는 이미지 평면(IP) 상에 배치될 수 있다.
상기 이미지 센서는 고체촬상소자(CCD; Charged Coupled Device) 및 보상금속반도체(CMOS; Complementary Metal-Oxide Semiconductor)를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 본 기술 분야에서 사용될 수 있는 다양한 이미지 센서가 적용될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 렌즈군(G1)은 물체측에 배치된 제1 렌즈(L1)와 상측에 배치된 제2 렌즈(L2)를 포함하고, 전체적으로 양의 굴절력을 갖고 서로 접합되어 형성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2) 중 하나는 플라스틱 소재로 만들어지고, 다른 하나는 유리 소재로 만들어질 수 있다. 반드시 이에 제한되는 것은 아니나, 제1 렌즈(L1)가 플라스틱 소재로 만들어지면, 제2 렌즈(L2)는 유리 소재로 만들어질 수 있다.
상기 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)가 다른 소재로 만들어짐으로써, 두 렌즈간의 접착력을 강화할 수 있고, 유리 소재와 플라스틱 소재의 각각의 고유의 굴절력 특성을 활용하여 더욱 다양한 범위의 굴절력을 갖는 제1 렌즈군(G1)을 구현할 수 있다.
상기 제1 렌즈(L1)는 물체측의 제1 면(2)과 상측의 제2 면(3)을 포함한다. 상기 제1 렌즈(L1)는 양의 굴절력을 갖고, 물체측의 제1 면(2)은 볼록하고, 상측의 제2 면(3)은 오목하여, 전체 렌즈의 시야를 확대하는 기능을 한다. 한편, 상기 제1 면(2)은 비구면이고, 상기 상측의 제2 면(3)은 구면으로 형성될 수 있으며, 비구면에 의해 수차를 줄여 나갈 수 있다.
상기 제2 렌즈(L2)는 물체측의 제2 면(3)과 상측의 제3 면(4)을 포함한다. 상기 제2 면(3)은 제1 렌즈의 물체측 면과 대응하는 형상을 갖도록 형상을 갖는다. 물체측의 제2 면(3)은 볼록하고, 상기 상측의 제3 면(4)은 상측으로 약간 볼록하게 형성된다. 상기 상측의 제3 면(4)은 비구면으로 형성되고, 물체측의 제2 면(3)은 구면으로 형성될 수 있다.
상술한 실시예에서는, 제1 면(2)과 제3 면(4)이 모두 비구면으로 형성되는 것을 개시하였으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 제1 면(2)과 제3 면(4) 중 하나 이상을 비구면으로 하여, 원하는 굴절률을 구현하면서도 수차를 최소화할 수 있다.
본 발명의 경우, 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)를 접합 렌즈로 설계하여, 수차 보정을 통해 고성능을 실현하고, 전체 광학 시스템의 전장을 줄여, 제품의 소형화에 기여할 수 있다.
상기 제2 렌즈군(G2)은 상기 제1 렌즈군(G1)의 상측 방향으로 배치된다. 그리고 상기 제2 렌즈군(G2)은 상기 물체측으로부터 상측으로 순서대로, 제3 렌즈(L3), 제4 렌즈(L4), 제5 렌즈(L5) 및 제6 렌즈(L6)를 포함할 수 있다.
상기 제3 렌즈(L3), 제4 렌즈(L4), 제5 렌즈(L5) 및 제6 렌즈(L6)에서 제4 면(5), 제5 면(6), 제6 면(7), 제7 면(8), 제8 면(9), 제9 면(10), 제10 면(11) 및 제11 면(12) 중 하나 이상은 비구면 렌즈로 구현될 수 있다. 그에 따라, 원하는 굴절률과 적은 수차를 구현하면서도, 소형의 광학 시스템을 제공할 수 있다. 반드시 이에 제한되는 것은 아니나, 제4 면(5) 내지 제11 면(12) 모두를 비구면 렌즈로 구현하여, 원하는 해상도 및 원하는 수차 억제를 구현하면서도, 소형의 시스템을 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 제3 렌즈(L3)는 물체측의 제4 면(5)과 상측의 제5 면(6)을 포함한다. 상기 제3 렌즈(L3)는 음의 굴절력을 갖는다. 물체측의 제4 면(5)은 약간 볼록한 형상을 갖고, 상측의 제5 면(6)은 오목한 형상을 갖는다. 그리고, 제4 면(5)과 제5 면(6) 모두 비구면으로 형성될 수 있다.
상기 제4 렌즈(L4)는 물체측의 제6 면(7)과 상측의 제7 면(8)을 포함한다. 상기 제4 렌즈(L4)는 굴절능의 감도를 낮추기 위해 양의 굴절력을 갖는다. 물체측의 제6 면(7)은 오목하고, 상측의 제7 면(8)은 볼록하다. 그리고, 제6 면(7)과 제7 면(8) 모두 비구면으로 형성되어, 수차를 보정할 수 있다.
상기 제5 렌즈(L5)는 물체측의 제8 면(9)과 상측의 제9 면(10)을 포함한다. 상기 제5 렌즈(L5)는 색채 환각을 보정하기 위하여 음의 굴절력을 갖는다. 물체측의 제8 면(9)은 오목하고 상측의 제9 면(10)은 볼록하게 형성된다. 그리고, 제8 면(9)과 제9 면(10)은 모두 비구면으로 형성될 수 있다.
상기 제6 렌즈(L6)는 물체측의 제10 면(11)과 상측의 제11 면(12)을 포함한다. 상기 제6 렌즈(L6)는 음의 굴절력을 갖고, 제10 면(11)은 오목하고, 상측의 제11 면(12)은 볼록하게 형성된다. 한편 제6 렌즈(L6)에서 광축을 중심으로 제10 면(11)은 볼록한 부분을 포함하고, 제11 면(12)은 오목한 부분을 더 포함한다. 그에 따라, 상의 왜곡을 보정하고, 굴절력을 보강할 수 있다. 또한, 상기 제10 면(11)과 제11 면(12)은 비구면으로 형성될 수 있다.
한편, 상술한 실시예의 경우 제2 렌즈군(G2)의 렌즈가 4개로 구현되는 것으로 설명하였으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 다양한 수, 구체적으로 3개 이상의 렌즈를 포함하여, 전체적으로 고화소급 광학 시스템에 적용될 수 있다. 그에 따라, 고해상도를 가지면서도, 수차 발생을 억제할 수 있는 촬상 장치용 광학 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 경우, 광학 시스템 전체에 6개의 렌즈를 배치함으로써, 고화소급의 촬상 장치 또는 소자를 제공할 수 있으며, 촬상 장치 또는 소자는 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)가 접합되어 제공되므로, 소형의 촬상 장치 또는 소자를 제공할 수 있다.
도 2는 도 1의 광학 시스템의 광경로를 나타내는 도면으로, 도 2를 참조하면, 제1 및 제2 렌즈군(G1, G2)의 중심인, 광축을 향하는 제1 광경로(붉은색), 제1 및 제2 렌즈군(G1, G2)의 가장자리를 지나는 제2 광경로(파란색) 및 제1 광경로와 제2 광경로의 사이의 제3 광경로(초록색)의 경로를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시스템은, 상기 광학 시스템에서 전체 광학 시스템의 초점 거리 f에 대한 제1 렌즈군의 합성 초점 거리 f12의 비가 다음 [식 1]을 만족할 수 있다.
[식 1]
0 ＜ f12/f ＜ 1.2
상기 [식 1]은 화질에 영향을 주는 수차를 최대한 억제하면서, 광학 시스템 전체의 크기를 작게 유지하기 위한 것이다. 상기 [식 1]을 벗어나게 되면, 이미지 면의 어느 한 점을 향하여 입사하는 광속의 각 파장별 이미지점의 위치가 크게 벗어나 수차가 발생하여 화질을 저하시키게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 제1 렌즈의 물체측의 제1 면(2)에서 상기 이미지 면(15)까지의 거리가 T (광학적 전장)와, 이미지의 전체 크기 사이의 비가 다음 [식 2]를 만족할 수 있다. 여기서 y는 이미지 면과 광축이 만나는 중심에서 가장 높이 형성될 수 있는 상의 높이로서, 이미지의 전체 크기는 2y로 표현될 수 있다.
[식 2]
0.80 < T/2y < 0.95
상기 [식 2]는 광학 시스템의 사이즈를 소형화 정도를 나타낼 수 있다. 즉, T/2y가 0.95 이상이면, 전장이 지나치게 길어져 광학 시스템의 소형화에 저해가 되며, 0.80 이하이면 렌즈의 굴절력이 지나치게 커져야 하므로 수차 보정이 어려워져 고성능의 촬상 장치를 구현하기 어려워진다.
그리고, 본 발명의 광학 시스템은 전체 광학적 전장이 줄어들 수 있으며, 제1 렌즈와 제2 렌즈에 의한 두께가 전체 전장에 비해 다음과 같은 [식 3]을 만족하도록 형성될 수 있다.
[식 3]
0.18 < X12/T < 0.23
여기서, X12는 제1 렌즈(L1)의 제1 면(2)에서 제2 렌즈(L2)의 제3 면(4)까지의 간격이고, T는 전체 광학계의 전장이다.
또한, 상기 광학 시스템을 구성하는 제1 렌즈군과 제2 렌즈군의 렌즈들에서, 렌즈 사이 공간들과, 렌즈들의 두께가 차지하는 비율이 다음과 같은 [식 4]를 만족할 수 있다.
[식 4]
0.26 <
Figure pat00002
< 0.30
여기서, 상기 인접한 렌즈 사이의 간격의 합은, 광축에서, 인접한 렌즈들 사이의 간격의 합을 나타내며, 본 실시예의 경우 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2) 사이의 간격, 제2 렌즈(L2)와 제3 렌즈(L3) 사이의 간격, 제3 렌즈(L3)와 제4 렌즈(L4) 사이의 간격, 제4 렌즈(L4)와 제5 렌즈(L5) 사이의 간격 및 제5 렌즈(L5)와 제6 렌즈(L6) 사이의 간격의 합을 나타낸다.
또한, 상기 각 렌즈의 두께의 합은, 광축에서 각각의 렌즈의 두께를 나타내는 것으로서, 본 실시예의 경우, 제1 렌즈(L1), 제2 렌즈(L2), 제3 렌즈(L3), 제4 렌즈(L4), 제5 렌즈(L5) 및 제6 렌즈(L6)의 두께의 합을 나타낸다.
위 [식 4]의 값이 작아질수록 렌즈 전체에서 공기 간극, 즉 렌즈와 렌즈 사이의 거리가 적은 비중을 차지한다는 것을 의미한다. 렌즈의 두께는 크게 변화되기 어려운 점을 고려할 때, [식 4]의 값이 작다는 것은 렌즈들의 간격을 최소한으로 최적화하여 활용함을 확인할 수 있다.
보다 구체적으로, 0.26보다 작은 값을 갖는 경우 렌즈의 원하는 성능을 구현하기 어렵고, 0.30보다 큰 값을 갖는 경우 렌즈 전체의 전장이 길어지므로 위와 같은 값을 가질 수 있다.
또한, 전체 전장 T에 대하여 전체 초점 거리 f 및 제1 및 제2 렌즈의 합성 초점 거리 f12의 비는 다음 [식 5] 및 [식 6]과 같은 비를 가질 수 있다.
[식 5]
0.78 < f/T < 0.83
[식 6]
0.54 < f12/T < 0.57
위 [식 5] 및 [식 6]은 전체 전장에 대비 전체 초점 또는 제1 및 제2 렌즈의 합성 렌즈의 초점의 비로서, 원하는 초점을 갖는 렌즈를 구현하는 데에 필요로 하는 렌즈 전장의 길이의 비를 나타낸다.
[식 5]의 값이 0.78 미만인 경우, 전체 전장이 길어져 제품의 크기가 커지게 되고, 0.83 초과인 경우 전장의 길이가 너무 짧아 원하는 성능의 렌즈를 구현하기가 어려워진다.
또한, [식 6]의 값이 0.54 미만인 경우 마찬가지로 전체 전장이 길어져 제품의 소형화가 어렵고, 0.57 초과인 경우 제1 및 제2 렌즈로 인한 합성 렌즈의 초점이 너무 길어져 수차 보정과 같은 렌즈 전체의 성능을 구현하기 어려워진다.
한편, 제1 및 제2 렌즈에 의한 합성 초점 거리 f12와 제1 및 제2 렌즈의 두께의 합 X12, 즉 광축에서 제1 렌즈의 제1 면(2)에서 제2 렌즈의 제3 면(4)까지의 거리의 비는 [식 7]과 같은 비를 가질 수 있다.
[식 7]
2.40 < f12/X12 < 2.90
상기 [식 7]이 2.40 미만인 경우 제1 및 제2 렌즈의 두께가 너무 두꺼워져 전체 제품의 크기가 커지며, 2.90 초과인 경우 렌즈의 초점 거리가 너무 증가하여 렌즈 전체 성능에 영향을 미쳐 원하는 성능을 갖는 렌즈를 구현하기 어려워진다.
그리고, 제1 렌즈의 초점 거리 f1과 제2 렌즈의 초점 거리 f2는 제1 및 제2 렌즈의 합성 초점 거리 f12와 전체 렌즈의 초점 거리 f는 다음과 같은 [식 8]의 비를 가질 수 있다.
[식 8]
9.30 < f1/f + f2/f < 12.40
그리고, 13.60 < f1/f12 + f2/f12 < 18.00
[식 8]에서, 전체 렌즈의 초점 거리 f에 대한 제1 및 제2 렌즈의 비의 합이 위 범위 내에 포함되어 있는 경우, 상기 합성 렌즈의 초점 거리 f12에 대한 제1 렌즈의 초점 거리 f1 및 제2 렌즈의 초점 거리 f2의 비가 위와 같은 조건을 만족할 수 있다.
전체 렌즈에 대한 제1 및 제2 렌즈 각각의 초점의 비중이 위와 같은 조건하에서, 제1 및 제2 렌즈를 얼마나 효율적으로 합성 렌즈를 구현하였는 지를 나타내는 하나의 지표가 될 수 있다. 합성 렌즈는 사용된 렌즈들의 초점뿐만 아니라, 렌즈들 사이 간격, 접착 방법 및 렌즈 소재 등에 영향을 받을 수도 있다.
결국, (f1+f2)/f12가 13.60 미만인 경우 렌즈 사이의 간격이 멀어질 수 있어 전체 렌즈의 소형화의 저해가 될 수 있고, 18.00을 초과하는 경우 요구되는 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 초점 거리가 길어지므로 렌즈 합성의 효율성이 떨어진다.
그리고, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과에 대하여 더욱 구체적으로 알아보자.
이하의 각 실시예에서 사용되는 비구면은 공지의 [식 9]로부터 얻어지는 코닉(Conic) 상수(K) 및 비구면 계수(A, B, C, D, E, F, G)를 나타낸다. 그리고 숫자들에서 "E 및 이어지는 숫자"는 10의 거듭제곱을 나타낸다. 일 예로, E-05는 10- 5을 나타낸다.
[식 9]
Figure pat00003
Z: 렌즈 정점에서부터 광축 방향의 거리
R: 광축에 수직 방향으로의 거리 (
Figure pat00004
)
C: 렌즈의 정점에 있어서의 곡률 반경의 역수 (
Figure pat00005
)
K: 코닉 상수
A, B, C, D, E, F, G: 비구면 계수
하기 [표 1]은 본 발명의 제1 실시예의 광학 시스템의 수치예를 나타낸다. 제1 실시예는 도 1 및 도 2의 렌즈 배치로 제1 렌즈(L1) 내지 제6 렌즈(L6)가 배치되며, 면 번호는 도 1에 도시된 각각의 렌즈들의 면들을 지칭한다.
Figure pat00006
위 [표 1]에서 *는 비구면을 나타내고, [표 2]는 제1 렌즈(L1) 내지 제6 렌즈(L6)의 코닉 상수와 비구면 계수들을 나타낸다.
Figure pat00007
Figure pat00008
또한, [표 3]은 본 발명의 제1 실시예의 광학 시스템에 관한 것으로서, HFOV(Horizontal Field Of View)는 광학계의 수평 화각을 나타내며, f 넘버는 초점과 광학계의 지름의 비를 나타내고, 상세한 설명의 [식 1] 내지 [식 8]에 대응하는 값들을 나타낸다. [표 3]을 참조하면, 제1 실시예는 [식 1] 내지 [식 8]의 조건을 만족하는 것을 알 수 있다.
즉, 제1 실시예는 위와 같은 HFOV 및 f 넘버를 갖는 광학계를 구현하면서도, 전체 광학계의 효율적인 배치가 가능하고, 그에 따라 전체적인 전장을 최적화할 수 있는 광학 시스템을 제공하는 것을 알 수 있다. 즉, 짧은 광학계의 전장을 구현할 수 있으면서도, 원하는 화질의 촬상 소자를 구현하는 광학 시스템을 제공하는 것을 알 수 있다.
한편, 도 3은 제1 실시예의 광학 시스템의 MTF 그래프로서, 공간 주파수에 대한 반응도를 나타내며, 빛의 난반사, 렌즈 수차 등에 의해 발생하는 화질 저하를 측정하여 이미지의 선명도를 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 이미지를 여러 개의 구간으로 나누어 각각의 구간별 MTF 그래프를 표현한 것이다. 각 구간에서의 공간주파수가 증가함에 따라 반응도는 비교적 완만한 기울기로 저하되었다. 제1 실시예의 경우 최종 공간주파수에 대하여 최대 0.3 정도로 반응도가 떨어져 비교적 선명한 상을 구현할 수 있는 광학 시스템을 제공하는 것을 알 수 있다.
또한, 도 4는 제1 실시예의 구면 수차, 비점 수차 및 왜곡 수차를 나타내는 그래프이다. 도 4의 그래프를 참조하면, 제1 실시예의 광학 시스템은 수차 보정 측면에서도 우수한 성능을 갖는 것을 알 수 있다.
하기 [표 4]는 본 발명의 제2 실시예의 광학 시스템의 수치예를 나타낸다. 제2 실시예는 도 1 및 도 2의 렌즈 배치로 제1 렌즈(L1) 내지 제6 렌즈(L6)가 배치되며, 면 번호는 도 1에 도시된 각각의 렌즈들의 면들을 지칭한다.
Figure pat00009
위 [표 4]에서 *는 비구면을 나타내고, [표 5]는 제1 렌즈(L1) 내지 제6 렌즈(L6)의 코닉 상수와 비구면 계수들을 나타낸다.
Figure pat00010
Figure pat00011
또한, [표 6]은 본 발명의 제2 실시예의 광학 시스템에 관한 것으로서, HFOV 및 f 넘버와, 상세한 설명의 [식 1] 내지 [식 8]에 대응하는 값들을 나타낸다. [표 6]을 참조하면, 제2 실시예는 [식 1] 내지 [식 8]의 조건을 만족하는 것을 알 수 있다.
즉, 제2 실시예는 위와 같은 HFOV 및 f 넘버를 갖는 광학계를 구현하면서도, 전체 광학계의 효율적인 배치가 가능하고, 그에 따라 전체적인 전장을 최적화할 수 있는 광학 시스템을 제공하는 것을 알 수 있다. 즉, 짧은 광학계의 전장을 구현할 수 있으면서도, 원하는 화질의 촬상 소자를 구현하는 광학 시스템을 제공하는 것을 알 수 있다.
도 5는 제2 실시예의 광학 시스템의 MTF 그래프이다.
도 5를 참조하면, 이미지를 여러 개의 구간으로 나누어 각각의 구간별 MTF 그래프를 표현한 것이다. 각 구간에서의 공간주파수가 증가함에 따라 반응도는 비교적 완만한 기울기로 저하되었다. 제2 실시예의 경우 최종 공간주파수에 대하여 최대 0.4 정도로 반응도가 떨어져 비교적 선명한 상을 구현할 수 있는 광학 시스템을 제공하는 것을 알 수 있다.
또한, 도 6은 제2 실시예의 구면 수차, 비점 수차 및 왜곡 수차를 나타내는 그래프이다. 도 6의 그래프를 참조하면, 제2 실시예의 광학 시스템은 수차 보정 측면에서도 우수한 성능을 갖는 것을 알 수 있다.
하기 [표 7]은 본 발명의 제3 실시예의 광학 시스템의 수치예를 나타낸다. 제3 실시예는 도 1 및 도 2의 렌즈 배치로 제1 렌즈(L1) 내지 제6 렌즈(L6)가 배치되며, 면 번호는 도 1에 도시된 각각의 렌즈들의 면들을 지칭한다.
Figure pat00012
위 [표 7]에서 *는 비구면을 나타내고, [표 8]은 제1 렌즈(L1) 내지 제6 렌즈(L6)의 코닉 상수와 비구면 계수들을 나타낸다.
Figure pat00013
Figure pat00014
또한, [표 9]는 본 발명의 제3 실시예의 광학 시스템에 관한 것으로서, HFOV 및 f 넘버와, 상세한 설명의 [식 1] 내지 [식 8]에 대응하는 값들을 나타낸다. [표 9]를 참조하면, 제3 실시예는 [식 1] 내지 [식 8]의 조건을 만족하는 것을 알 수 있다.
즉, 제3 실시예는 위와 같은 HFOV 및 f 넘버를 갖는 광학계를 구현하면서도, 전체 광학계의 효율적인 배치가 가능하고, 그에 따라 전체적인 전장을 최적화할 수 있는 광학 시스템을 제공하는 것을 알 수 있다. 즉, 짧은 광학계의 전장을 구현할 수 있으면서도, 원하는 화질의 촬상 소자를 구현하는 광학 시스템을 제공하는 것을 알 수 있다.
도 7은 제3 실시예의 광학 시스템의 MTF 그래프이다.
도 7을 참조하면, 이미지를 여러 개의 구간으로 나누어 각각의 구간별 MTF 그래프를 표현한 것이다. 각 구간에서의 공간주파수가 증가함에 따라 반응도는 비교적 완만한 기울기로 저하되었다. 제3 실시예의 경우 최종 공간주파수에 대하여 최대 0.4 정도로 반응도가 떨어져 비교적 선명한 상을 구현할 수 있는 광학 시스템을 제공하는 것을 알 수 있다.
또한, 도 8은 제3 실시예의 구면 수차, 비점 수차 및 왜곡 수차를 나타내는 그래프이다. 도 8의 그래프를 참조하면, 제3 실시예의 광학 시스템은 수차 보정 측면에서도 우수한 성능을 갖는 것을 알 수 있다.
하기 [표 10]은 본 발명의 제4 실시예의 광학 시스템의 수치예를 나타낸다. 제4 실시예는 도 1 및 도 2의 렌즈 배치로 제1 렌즈(L1) 내지 제6 렌즈(L6)가 배치되며, 면 번호는 도 1에 도시된 각각의 렌즈들의 면들을 지칭한다.
Figure pat00015
위 [표 10]에서 *는 비구면을 나타내고, [표 11]은 제1 렌즈(L1) 내지 제6 렌즈(L6)의 코닉 상수와 비구면 계수들을 나타낸다.
Figure pat00016
Figure pat00017
또한, [표 12]는 본 발명의 제4 실시예의 광학 시스템에 관한 것으로서, HFOV 및 f 넘버와, 상세한 설명의 [식 1] 내지 [식 8]에 대응하는 값들을 나타낸다. [표 12]를 참조하면, 제4 실시예는 [식 1] 내지 [식 8]의 조건을 만족하는 것을 알 수 있다.
즉, 제4 실시예는 위와 같은 HFOV 및 f 넘버를 갖는 광학계를 구현하면서도, 전체 광학계의 효율적인 배치가 가능하고, 그에 따라 전체적인 전장을 최적화할 수 있는 광학 시스템을 제공하는 것을 알 수 있다. 즉, 짧은 광학계의 전장을 구현할 수 있으면서도, 원하는 화질의 촬상 소자를 구현하는 광학 시스템을 제공하는 것을 알 수 있다.
도 9는 제4 실시예의 광학 시스템의 MTF 그래프이다.
도 9를 참조하면, 이미지를 여러 개의 구간으로 나누어 각각의 구간별 MTF 그래프를 표현한 것이다. 각 구간에서의 공간주파수가 증가함에 따라 반응도는 비교적 완만한 기울기로 저하되었다. 제4 실시예의 경우 최종 공간주파수에 대하여 최대 0.3 정도로 반응도가 떨어져 비교적 선명한 상을 구현할 수 있는 광학 시스템을 제공하는 것을 알 수 있다.
또한, 도 10은 제4 실시예의 구면 수차, 비점 수차 및 왜곡 수차를 나타내는 그래프이다. 도 10의 그래프를 참조하면, 제4 실시예의 광학 시스템은 수차 보정 측면에서도 우수한 성능을 갖는 것을 알 수 있다.
하기 [표 13]은 본 발명의 제5 실시예의 광학 시스템의 수치예를 나타낸다. 제5 실시예는 도 1 및 도 2의 렌즈 배치로 제1 렌즈(L1) 내지 제6 렌즈(L6)가 배치되며, 면 번호는 도 1에 도시된 각각의 렌즈들의 면들을 지칭한다.
Figure pat00018
위 [표 13]에서 *는 비구면을 나타내고, [표 14]는 제1 렌즈(L1) 내지 제6 렌즈(L6)의 코닉 상수와 비구면 계수들을 나타낸다.
Figure pat00019
Figure pat00020
또한, [표 15]는 본 발명의 제5 실시예의 광학 시스템에 관한 것으로서, HFOV 및 f 넘버와, 상세한 설명의 [식 1] 내지 [식 8]에 대응하는 값들을 나타낸다. [표 15]를 참조하면, 제5 실시예는 [식 1] 내지 [식 8]의 조건을 만족하는 것을 알 수 있다.
즉, 제5 실시예는 위와 같은 HFOV 및 f 넘버를 갖는 광학계를 구현하면서도, 전체 광학계의 효율적인 배치가 가능하고, 그에 따라 전체적인 전장을 최적화할 수 있는 광학 시스템을 제공하는 것을 알 수 있다. 즉, 짧은 광학계의 전장을 구현할 수 있으면서도, 원하는 화질의 촬상 소자를 구현하는 광학 시스템을 제공하는 것을 알 수 있다.
도 11은 제5 실시예의 광학 시스템의 MTF 그래프이다.
도 11을 참조하면, 이미지를 여러 개의 구간으로 나누어 각각의 구간별 MTF 그래프를 표현한 것이다. 각 구간에서의 공간주파수가 증가함에 따라 반응도는 비교적 완만한 기울기로 저하되었다. 제5 실시예의 경우 최종 공간주파수에 대하여 최대 0.3 정도로 반응도가 떨어져 비교적 선명한 상을 구현할 수 있는 광학 시스템을 제공하는 것을 알 수 있다.
또한, 도 12는 제5 실시예의 구면 수차, 비점 수차 및 왜곡 수차를 나타내는 그래프이다. 도 12의 그래프를 참조하면, 제5 실시예의 광학 시스템은 수차 보정 측면에서도 우수한 성능을 갖는 것을 알 수 있다.
G1: 제1 렌즈군
G2: 제2 렌즈군
L1: 제1 렌즈
L2: 제2 렌즈
L3: 제3 렌즈
L4: 제4 렌즈
L5: 제5 렌즈
L6: 제6 렌즈
IF: 적외선 필터
IP: 이미지 평면

Claims (12)

  1. 촬상 장치용 광학 시스템으로서,
    물체측에서 상(像)이 형성되는 이미지 면까지 순서대로 배치된 제1 렌즈군 및 제2 렌즈군을 포함하고, 상기 제1 렌즈군은,
    양의 굴절력을 갖고 물체측에 배치되며 물체측 면이 볼록하고 상측 면이 오목한 제1 렌즈와, 양의 굴절력을 갖고 상측에 배치되며 물체측 면이 볼록하고 상측 면이 볼록한 제2 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 렌즈와 제2 렌즈는 전체적으로 양의 굴절력을 갖고 서로 접해 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치용 광학 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 렌즈군은, 상기 물체측으로부터 상측으로 순서대로,
    음의 굴절력을 갖고, 물체측 면이 볼록하고 상측 면이 오목한 제3 렌즈;
    양의 굴절력을 갖고, 물체측 면은 오목하고 상측 면은 볼록한 제4 렌즈;
    음의 굴절력을 갖고, 물체측 면은 오목하고 상측 면은 볼록한 제5 렌즈; 및
    음의 굴절력을 갖고, 물체측 면은 오목하고 상측 면은 볼록한 제6 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치용 광학 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제6 렌즈는, 광축을 중심으로 물체측 면에 볼록한 부분과 상측 면에 오목한 부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치용 광학 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 물체측 면과 상기 제2 렌즈의 상측 면은 비구면인 것을 특징으로 하는 촬상 장치용 광학 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 시스템에서 전체 광학 시스템의 초점 거리 f에 대한 제1 렌즈군의 합성 초점 거리 f12의 비가 다음 [식 1]을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치용 광학 시스템.
    [식 1]
    0 ＜ f12/f ＜ 1.2
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 물체측 면에서 상기 이미지 면까지의 거리가 T과 이미지의 크기 2y 사이의 비가 다음 [식 2]를 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치용 광학 시스템.
    [식 2]
    0.80 < T/2y < 0.95
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 물체측 면에서 상기 제2 렌즈의 상측 면까지의 간격 X12과 는 전체 광학계의 전장 T는 다음 [식 3]을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치용 광학 시스템.
    [식 3]
    0.18 < X12/T < 0.23
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군 및 제2 렌즈군을 구성하는 복수의 렌즈들에서 인접한 렌즈 사이의 간격의 합과 각각의 렌즈의 두께의 합은 다음 [식 4]를 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치용 광학 시스템.
    [식 4]
    0.26 <
    Figure pat00021
    < 0.30
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 시스템의 전체 전장 T와 전체 초점 거리 f의 비는 다음 [식 5]를 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치용 광학 시스템.
    [식 5]
    0.78 < f/T < 0.83
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군의 합성 초점 거리 f12과 광축에서 상기 제1 렌즈의 물체측 면에서 상기 제2 렌즈의 상측 면까지의 간격 X12은 다음 [식 7]을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치용 광학 시스템.
    [식 7]
    2.40 < f12/X12 < 2.90
  11. 제 1 항에 있어서,
    전체 광학계의 초점 거리 f, 상기 제1 렌즈군의 합성 초점 거리 f12, 상기 제1 렌즈의 초점 거리 f1, 및 상기 제2 렌즈의 초점 거리 f2는 다음 [식 8]을 만족하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치용 광학 시스템.
    [식 8]
    9.30 < f1/f + f2/f < 12.40
    그리고, 13.60 < f1/f12 + f2/f12 < 18.00
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 또는 제2 렌즈 중 하나는 플라스틱 소재로 만들어지고, 다른 하나는 유리 소재로 만들어지는 것을 특징으로 하는 촬상 장치용 광학 시스템.
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