KR20200058000A - 촬상 광학계 - Google Patents

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KR20200058000A
KR20200058000A KR1020180142402A KR20180142402A KR20200058000A KR 20200058000 A KR20200058000 A KR 20200058000A KR 1020180142402 A KR1020180142402 A KR 1020180142402A KR 20180142402 A KR20180142402 A KR 20180142402A KR 20200058000 A KR20200058000 A KR 20200058000A
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김학철
조용주
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 촬상 광학계는 정의 굴절력을 갖는 제1렌즈, 정의 굴절력을 갖는 제2렌즈, 정의 굴절력을 갖는 제3렌즈, 및 정의 굴절력을 갖는 제4렌즈를 포함하고, F No.가 1.0 이하이다. 이와 같이 구성된 촬상 광학계는 소형화가 가능하면서 낮은 조도에서 촬영이 가능할 수 있다.

Description

촬상 광학계{Optical Imaging System}
본 발명은 밝은 화상을 구현할 수 있는 촬상 광학계에 관한 것이다.
소형 단말기에 장착되는 카메라용 광학계는 광학계의 전체길이가 짧으므로 낮은 F No.를 구현하기 어렵다. 때문에, 소형 단말기용 카메라는 조도가 낮은 환경에서 고해상도의 촬상물 및 촬영물을 얻을 수 없다.
참고로, 본 발명과 관련된 선행기술로는 특허문헌 1 내지 3이 있다.
US 2018-0011297 A KR 2017-0066005 A US 2017-0293108 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 조도가 낮은 환경에서도 피사체의 촬영을 가능케 하면서 소형 단말기에 장착이 가능한 촬솽 광학게를 구현하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 촬상 광학계는 정의 굴절력을 갖는 제1렌즈, 정의 굴절력을 갖는 제2렌즈, 정의 굴절력을 갖는 제3렌즈, 및 정의 굴절력을 갖는 제4렌즈를 포함하고, F No.가 1.0 이하이다.
본 발명은 소형화가 가능하면서 낮은 조도에서 촬영이 가능한 촬상 광학계를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성도
도 2는 도 1에 도시된 촬상 광학계의 수차곡선
도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성도
도 4는 도 3에 도시된 촬상 광학계의 수차곡선
도 5는 본 발명의 제3실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성도
도 6은 도 5에 도시된 촬상 광학계의 수차곡선
도 7은 본 발명의 제4실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성도
도 8은 도 7에 도시된 촬상 광학계의 수차곡선
도 9는 본 발명의 제5실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성도
도 10은 도 9에 도시된 촬상 광학계의 수차곡선
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
아울러, 명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 '연결'되어 있다 함은 이들 구성들이 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성을 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함하는 것을 의미한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 도면에 도시된 렌즈의 두께, 크기, 및 형상은 설명을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 아울러, 상세한 설명 또는 도면에 설명 및 도시된 렌즈의 구면 또는 비구면 형상은 일 예로 제시되었을 뿐 렌즈의 형상에 한정하는 것은 아니다.
본 명세서에서 렌즈의 곡률반경(Radius of curvature), 두께(Thickness), 거리(Distance), 초점거리 등에 대한 수치는 모두 ㎜ 단위이고, 각도의 단위는 Degree 이다.
본 명세서에서 렌즈의 형상에 대한 설명은 렌즈의 근축 부분(paraxial region)의 형상을 의미한다. 예를 들어, 제1렌즈의 물체 측면이 볼록하다는 의미는 제1렌즈의 물체 측면 중 근축 부분이 볼록하다는 의미이다. 따라서, 렌즈의 물체 측면이 볼록하다고 설명되어도, 렌즈의 물체 측면 전체가 볼록한 것은 아니다. 예를 들어, 제1렌즈의 상 측면이 오목한 형상이라고 설명된 경우라도 제1렌즈의 상 측면 가장자리는 볼록한 형상일 수 있다. 참고로, 위에서 설명된 근축 영역(Paraxial Region)이라 함은 광축을 포함하는 영역을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 광학계는 광축을 따라 배치된 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 촬상 광학계는 광축으로부터 순차적으로 배치되는 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈, 제4렌즈를 포함한다. 여기서, 제1렌즈는 물체(또는 피사체)와 가장 가까운 렌즈를 의미하고, 제4렌즈는 상면 또는 이미지 센서와 가까운 렌즈를 의미한다.
다음에서는 촬상 광학계의 구성을 설명한다.
촬상 광학계는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 촬상 광학계는 전술한 바와 같이 물체 측으로부터 순차적으로 배치되는 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈, 제4렌즈를 포함한다.
촬상 광학계는 이미지 센서와 필터를 더 포함할 수 있다. 이미지 센서는 상면을 형성하며, 제1렌즈 내지 제4렌즈에 의해 굴절된 빛을 전기신호로 변환한다. 필터는 렌즈와 상면 사이에 배치되며, 이물질의 침입을 차단한다. 필터는 적외선을 통과시키는 적외선 통과필터(Infrared Ray Pass Filter)일 수 있다. 아울러, 필터는 가시광선의 투과를 최소하도록 구성될 수 있다.
촬상 광학계는 조리개 및 스페이서를 더 포함할 수 있다. 조리개는 제1렌즈의 전방 또는 렌즈와 렌즈 사이에 배치되어 상면에 입사되는 광량을 조절한다. 스페이서는 렌즈와 렌즈 사이에 배치되어 렌즈들 간의 간격을 일정하게 유지시킨다. 아울러, 스페이서는 차광재질로 이루어져 렌즈의 리브 측으로 침투하는 불필요한 빛을 차단할 수 있다.
다음에서는 촬상 광학계를 구성하는 렌즈를 설명한다.
제1렌즈는 굴절력을 갖는다. 예를 들어, 제1렌즈는 정의 굴절력을 가질 수 있다. 제1렌즈는 일 면이 볼록한 형상이다. 예를 들어, 제1렌즈의 물체 측면은 볼록한 형상일 수 있다. 제1렌즈는 비구면을 포함한다. 예를 들어, 제1렌즈의 양면은 비구면일 수 있다. 제1렌즈는 가시광선의 투과를 감소시키도록 구성된다. 예를 들어, 제1렌즈의 가시광선의 투과율은 5 % 이하일 수 있다. 제1렌즈는 대체로 어두운 색으로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제1렌즈는 검은색 계열의 원료로 제작되어, 가시광선의 투과율을 낮추고 적외선의 투과율을 높일 수 있다. 제1렌즈는 상대적으로 높은 굴절률을 갖는다. 예를 들어, 제1렌즈의 굴절률은 제2렌즈 내지 제4렌즈의 굴절률보다 크다.
제2렌즈는 굴절력을 갖는다. 예를 들어, 제2렌즈는 정의 굴절력을 가질 수 있다. 제2렌즈는 일 면이 볼록한 형상이다. 예를 들어, 제2렌즈의 물체 측면은 볼록한 형상일 수 있다. 제2렌즈는 비구면으로 형성될 수 있다. 일 예로, 제2렌즈의 양면은 모두 비구면일 수 있다.
제3렌즈는 굴절력을 갖는다. 예를 들어, 제3렌즈는 정의 굴절력을 가질 수 있다. 제3렌즈는 적어도 일 면이 볼록한 형상이다. 예를 들어, 제3렌즈는 물체 측면 또는 상 측면이 볼록하거나 또는 양면이 모두 볼록한 형상일 수 있다. 제3렌즈는 비구면을 포함한다. 예를 들어, 제3렌즈의 양면은 모두 비구면일 수 있다.
제4렌즈는 굴절력을 갖는다. 예를 들어, 제4렌즈는 정의 굴절력을 가질 수 있다. 제4렌즈는 일 면이 오목한 형상이다. 예를 들어, 제4렌즈의 상 측면은 오목한 형상일 수 있다. 제4렌즈는 변곡점을 갖는 형상이다. 예를 들어, 제4렌즈의 물체 측면 및 상 측면 중 적어도 일면에는 변곡점이 형성될 수 있다. 따라서, 제4렌즈의 적어도 일면은 근축 부분의 형상과 주변부의 형상이 다를 수 있다. 예를 들어, 제4렌즈는 근축 부분이 오목하고 근축의 가장자리 부분이 볼록한 형상일 수 있다. 제4렌즈는 비구면을 포함한다. 예를 들어, 제4렌즈의 양면은 모두 비구면일 수 있다.
제1렌즈 내지 제4렌즈의 비구면은 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서 c는 렌즈의 곡률(곡률 반지름의 역수)이고, K는 코닉 상수이고, Y는 렌즈의 비구면 상의 임의의 점으로부터 광축까지의 거리를 나타내고, 상수 A ~ H는 비구면 상수를 의미한다. 그리고 Z(또는 SAG)는 렌즈의 비구면 상의 임의의 점으로부터 해당 비구면의 정점까지의 광축 방향으로의 거리를 나타낸다.
촬상 광학계는 아래의 조건식들 중 하나 이상을 만족할 수 있다.
[조건식 1] 1.0 < TTL/f < 2.0
[조건식 2] 0.3 < R1/TTL < 5.0
[조건식 3] 0.5 < EPD/TTL < 0.7
[조건식 4] 5.0 < (f1+f2)/f < 80
[조건식 5] 1.0 < f3/f < 2.5
[조건식 6] 1.0 < f4/f < 6.0
[조건식 7] 0.3 < R1/f < 2.0
[조건식 8] 0.3 < R3/f < 2.0
[조건식 9] 5.0 < R5/f < 80
[조건식 10] 0.8 < F No < 1.5
[조건식 11] 1.580 < Nd1 < 1.640
상기 조건식에서 TTL은 제1렌즈의 물체 측면으로부터 상면까지의 거리이고, f는 촬상 광학계의 전체 초점거리이고, f1은 제1렌즈의 초점거리이고, f2는 제2렌즈의 초점거리이고, f3은 제3렌즈의 초점거리이고, f4는 제4렌즈의 초점거리이고, R1은 제1렌즈의 물체 측면의 곡률 반지름이고, R3은 제2렌즈의 물체 측면의 곡률 반지름이고, R5는 제3렌즈의 물체 측면의 곡률 반지름이고, EPD는 입사동의 지름이고, Nd1은 제1렌즈의 굴절률이다.
다음에서는 촬상 광학계의 다양한 형태를 설명한다.
(제1실시 예)
도 1은 본 실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성도이고, 도 2는 본 실시 예에 따른 촬상 광학계의 수차 곡선이다.
본 실시 예에 따른 촬상 광학계(100)는 제1렌즈(110), 제2렌즈(120), 제3렌즈(130), 제4렌즈(140)를 포함한다.
제1렌즈(110)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제2렌즈(120)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 볼록한 형상이다. 제3렌즈(130)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 볼록한 형상이다. 제4렌즈(140)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 아울러, 제4렌즈(140)는 물체 측면 및 상 측면이 변곡점이 형성되는 형상이다.
촬상 광학계(100)는 조리개(ST), 필터(150)와 이미지 센서(160)를 더 포함한다. 조리개(ST)는 제1렌즈(110)의 전방에 배치되고, 이미지 센서(160)로 입사되는 광량을 조절한다. 필터(150)는 제4렌즈(140)와 이미지 센서(160) 사이에 배치된다. 이미지 센서(160)는 피사체의 상이 맺힐 수 있는 상면을 형성한다.
표 1은 본 실시 예에 따른 촬상 광학계를 구성하는 렌즈들의 물성을 나타낸 것이고, 표 2는 렌즈들의 비구면 계수를 나타낸 것이다.
면번호 비고 곡률반경 두께/간격 굴절률 아베수 초점거리
S1 제1렌즈 2.2190 0.7200 1.6174 23.52 129.211
S2 2.0000 0.2280
S3 제2렌즈 1.7390 0.5900 1.5354 56.09 7.55
S4 2.6910 0.3940
S5 제3렌즈 84.0000 0.6900 1.5354 56.09 4.859
S6 -2.6770 0.1000
S7 제4렌즈 1.2200 0.5130 1.5354 56.09 13.848
S8 1.2460 0.6650
S9 필터 infinity 0.2210 1.5084 64.17
S10 infinity 0.5110
S11 상면 infinity 0.0200
면번호 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8
K -0.49620 -2.61900 -6.34400 -0.55080 92.09000 -21.43000 -0.97370 -1.58900
A -0.02765 -0.07870 0.00103 0.02536 0.21940 -0.01058 -0.04776 0.06506
B 0.04327 0.02187 -0.15510 -0.18990 -0.23180 -0.06557 -0.04548 -0.13280
C -0.06624 0.02268 0.13480 0.10690 0.16770 0.18840 0.00893 0.06991
D 0.05756 -0.01586 -0.05344 -0.00916 -0.08951 -0.20260 0.00183 -0.02038
E -0.02737 0.00248 0.01445 -0.01380 0.02954 0.10950 -0.00045 0.00356
F 0.00629 0.00018 -0.00278 0.00597 -0.00407 -0.02890 -1.7E-06 -0.00034
G -0.00059 -0.00007 0.00025 -0.00078 -0.00003 0.00294 -1.7E-14 0.00001
H 0 0 0 0 0 0 0 0
(제2실시 예)
도 3은 본 실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성도이고, 도 4는 본 실시 예에 따른 촬상 광학계의 수차 곡선이다.
본 실시 예에 따른 촬상 광학계(200)는 제1렌즈(210), 제2렌즈(220), 제3렌즈(230), 제4렌즈(240)를 포함한다.
제1렌즈(210)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제2렌즈(220)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 볼록한 형상이다. 제3렌즈(230)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 볼록한 형상이다. 제4렌즈(240)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 아울러, 제4렌즈(240)는 물체 측면 및 상 측면이 변곡점이 형성되는 형상이다.
촬상 광학계(200)는 조리개(ST), 필터(250)와 이미지 센서(260)를 더 포함한다. 조리개(ST)는 제1렌즈(210)의 전방에 배치되고, 이미지 센서(260)로 입사되는 광량을 조절한다. 필터(250)는 제4렌즈(240)와 이미지 센서(260) 사이에 배치된다. 이미지 센서(260)는 피사체의 상이 맺힐 수 있는 상면을 형성한다.
표 3은 본 실시 예에 따른 촬상 광학계를 구성하는 렌즈들의 물성을 나타낸 것이고, 표 4는 렌즈들의 비구면 계수를 나타낸 것이다.
면번호 비고 곡률반경 두께/간격 굴절률 아베수 초점거리
S1 제1렌즈 2.2050 0.7200 1.6174 23.52 101.544
S2 2.0000 0.2540
S3 제2렌즈 1.6740 0.5490 1.5354 56.09 7.565
S4 2.5270 0.4280
S5 제3렌즈 84.0000 0.6580 1.5354 56.09 5.065
S6 -2.7950 0.1000
S7 제4렌즈 1.2200 0.5170 1.5354 56.09 13.618
S8 1.2490 0.6750
S9 필터 infinity 0.2210 1.5084 64.17
S10 infinity 0.5120
S11 상면 infinity 0.0200
면번호 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8
K -0.59080 -2.61300 -5.69200 -1.12900 92.09000 -22.67000 -0.98480 -0.85660
A -0.02889 -0.07813 0.00374 0.02072 0.22100 -0.00272 -0.04975 0.01756
B 0.04367 0.02221 -0.15600 -0.18920 -0.22970 -0.06494 -0.04395 -0.12620
C -0.06635 0.02286 0.13480 0.10720 0.16710 0.18750 0.00880 0.06884
D 0.05756 -0.01587 -0.05344 -0.00916 -0.09016 -0.20300 0.00184 -0.02031
E -0.02734 0.00244 0.01445 -0.01380 0.02971 0.10960 -0.00045 0.00356
F 0.00630 0.00017 -0.00278 0.00597 -0.00407 -0.02890 -1.7E-06 -0.00034
G -0.00059 -0.00006 0.00025 -0.00078 -0.00003 0.00294 -1.7E-14 0.00001
H 0 0 0 0 0 0 0 0
(제3실시 예)
도 5는 본 실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성도이고, 도 6은 본 실시 예에 따른 촬상 광학계의 수차 곡선이다.
본 실시 예에 따른 촬상 광학계(300)는 제1렌즈(310), 제2렌즈(320), 제3렌즈(330), 제4렌즈(340)를 포함한다.
제1렌즈(310)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제2렌즈(320)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 볼록한 형상이다. 제3렌즈(330)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 볼록한 형상이다. 제4렌즈(340)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 아울러, 제4렌즈(340)는 물체 측면 및 상 측면이 변곡점이 형성되는 형상이다.
촬상 광학계(300)는 조리개(ST), 필터(350)와 이미지 센서(360)를 더 포함한다. 조리개(ST)는 제1렌즈(310)의 전방에 배치되고, 이미지 센서(360)로 입사되는 광량을 조절한다. 필터(350)는 제4렌즈(340)와 이미지 센서(360) 사이에 배치된다. 이미지 센서(360)는 피사체의 상이 맺힐 수 있는 상면을 형성한다.
표 5는 본 실시 예에 따른 촬상 광학계를 구성하는 렌즈들의 물성을 나타낸 것이고, 표 6은 렌즈들의 비구면 계수를 나타낸 것이다.
면번호 비고 곡률반경 두께/간격 굴절률 아베수 초점거리
S1 제1렌즈 2.1960 0.7200 1.6174 23.52 90.74
S2 2.0000 0.2550
S3 제2렌즈 1.6530 0.5420 1.5354 56.09 7.545
S4 2.4790 0.4360
S5 제3렌즈 84.0000 0.6460 1.5354 56.09 5.382
S6 -2.9760 0.1000
S7 제4렌즈 1.2200 0.5390 1.5354 56.09 12.242
S8 1.2680 0.6620
S9 필터 infinity 0.2210 1.5084 64.17
S10 infinity 0.5110
S11 상면 infinity 0.0200
면번호 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8
K -0.57380 -2.23000 -5.72900 -1.24500 92.09000 -24.96000 -1.15900 -0.99650
A -0.02770 -0.08218 0.00755 0.01810 0.21660 -0.01075 -0.05739 0.01652
B 0.04300 0.02123 -0.16050 -0.18820 -0.22830 -0.06222 -0.03244 -0.11680
C -0.06655 0.02339 0.13580 0.10710 0.16800 0.18960 0.00672 0.06639
D 0.05758 -0.01584 -0.05344 -0.00916 -0.09043 -0.20390 0.00184 -0.02008
E -0.02724 0.00238 0.01445 -0.01380 0.02967 0.10970 -0.00045 0.00356
F 0.00632 0.00015 -0.00278 0.00597 -0.00407 -0.02890 -1.7E-06 -0.00034
G -0.00061 -0.00005 0.00025 -0.00078 -0.00003 0.00294 -1.7E-14 0.00001
H 0 0 0 0 0 0 0 0
(제4실시 예)
도 7은 본 실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성도이고, 도 8은 본 실시 예에 따른 촬상 광학계의 수차 곡선이다.
본 실시 예에 따른 촬상 광학계(400)는 제1렌즈(410), 제2렌즈(420), 제3렌즈(430), 제4렌즈(440)를 포함한다.
제1렌즈(410)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제2렌즈(420)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 볼록한 형상이다. 제3렌즈(430)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 볼록한 형상이다. 제4렌즈(440)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 아울러, 제4렌즈(440)는 물체 측면 및 상 측면이 변곡점이 형성되는 형상이다.
촬상 광학계(400)는 조리개(ST), 필터(450)와 이미지 센서(460)를 더 포함한다. 조리개(ST)는 제1렌즈(410)의 전방에 배치되고, 이미지 센서(460)로 입사되는 광량을 조절한다. 필터(450)는 제4렌즈(440)와 이미지 센서(460) 사이에 배치된다. 이미지 센서(460)는 피사체의 상이 맺힐 수 있는 상면을 형성한다.
표 7는 본 실시 예에 따른 촬상 광학계를 구성하는 렌즈들의 물성을 나타낸 것이고, 표 8은 렌즈들의 비구면 계수를 나타낸 것이다.
면번호 비고 곡률반경 두께/간격 굴절률 아베수 초점거리
S1 제1렌즈 2.0967 0.7238 1.5825 30.00 33.573
S2 2.0633 0.2825
S3 제2렌즈 1.4041 0.3778 1.5354 56.09 9.111
S4 1.7865 0.3969
S5 제3렌즈 19.0755 0.7053 1.5354 56.09 6.243
S6 -4.0010 0.1453
S7 제4렌즈 1.2496 0.4315 1.5354 56.09 8.783
S8 1.4968 0.5404
S9 필터 infinity 0.3051 1.5084 64.17
S10 infinity 0.7207
S11 상면 infinity 0.0203
면번호 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8
K -0.63110 -7.37100 -1.95300 0.13240 92.09000 -99.00000 -0.68650 -0.69820
A -0.03269 -0.03513 -0.05978 -0.00349 0.14740 -0.13870 -0.12450 0.01949
B 0.04752 0.01375 -0.12680 -0.18340 -0.16240 0.04687 -0.00301 -0.11130
C -0.05507 0.01136 0.10450 0.08624 0.13250 0.11680 -0.00373 0.05649
D 0.04047 -0.01110 -0.03937 -0.00633 -0.07049 -0.14400 0.00200 -0.01576
E -0.01777 0.00216 0.00938 -0.00906 0.02075 0.07326 -0.00022 0.00252
F 0.00399 0.00001 -0.00145 0.00347 -0.00251 -0.01783 -1.2E-06 -0.00021
G -0.00038 0.00000 0.00014 -0.00045 -0.00002 0.00169 -5.7E-08 0.00001
H 0 0 0 0 0 0 0 0
(제5실시 예)
도 9는 본 실시 예에 따른 촬상 광학계의 구성도이고, 도 10은 본 실시 예에 따른 촬상 광학계의 수차 곡선이다.
본 실시 예에 따른 촬상 광학계(500)는 제1렌즈(510), 제2렌즈(520), 제3렌즈(530), 제4렌즈(540)를 포함한다.
제1렌즈(510)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 제2렌즈(520)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 볼록한 형상이다. 제3렌즈(530)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 볼록한 형상이다. 제4렌즈(540)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상이다. 아울러, 제4렌즈(540)는 물체 측면 및 상 측면이 변곡점이 형성되는 형상이다.
촬상 광학계(500)는 조리개(ST), 필터(550)와 이미지 센서(560)를 더 포함한다. 조리개(ST)는 제1렌즈(510)의 전방에 배치되고, 이미지 센서(560)로 입사되는 광량을 조절한다. 필터(550)는 제4렌즈(540)와 이미지 센서(560) 사이에 배치된다. 이미지 센서(560)는 피사체의 상이 맺힐 수 있는 상면을 형성한다.
표 9는 본 실시 예에 따른 촬상 광학계를 구성하는 렌즈들의 물성을 나타낸 것이고, 표 10은 렌즈들의 비구면 계수를 나타낸 것이다.
면번호 비고 곡률반경 두께/간격 굴절률 아베수 초점거리
S1 제1렌즈 2.0551 0.7972 1.5825 30.00 25.335
S2 2.0633 0.2760
S3 제2렌즈 1.4325 0.3778 1.5354 56.09 9.844
S4 1.7861 0.3659
S5 제3렌즈 18.3677 0.6934 1.5354 56.09 6.328
S6 -4.1003 0.1453
S7 제4렌즈 1.2888 0.4129 1.5354 56.09 8.102
S8 1.6286 0.5349
S9 필터 infinity 0.3051 1.5084 64.17
S10 infinity 0.7207
S11 상면 infinity 0.0203
면번호 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8
K -0.64240 -5.62200 -2.10700 -0.10510 92.09000 -99.00000 -0.61060 -0.46600
A -0.03129 -0.03600 -0.05234 -0.00064 0.16820 -0.12020 -0.09522 0.04899
B 0.05392 0.02173 -0.12650 -0.18290 -0.17900 0.04382 -0.01529 -0.12440
C -0.05860 0.01280 0.10540 0.08824 0.13550 0.11290 -0.00327 0.05591
D 0.04136 -0.01129 -0.03825 -0.00656 -0.07045 -0.14300 0.00237 -0.01479
E -0.01738 0.00200 0.00960 -0.00917 0.02075 0.07327 -0.00030 0.00236
F 0.00384 -0.00009 -0.00171 0.00368 -0.00251 -0.01783 -1.1E-06 -0.00021
G -0.00038 0.00000 0.00014 -0.00045 -0.00002 0.00169 -9.6E-15 0.00001
H 0 0 0 0 0 0 0 0
표 11은 제1실시 예 내지 제5실시 예에 따른 촬상 광학계의 주요 광학특성 값이고, 표 12는 제1실시 예 내지 제5실시 예에 따른 촬상 광학계의 조건식 값이다.
광학특성 제1실시예 제2실시예 제3실시예 제4실시예 제5실시예
EPD 3.0135 3.0135 3.0800 3.1738 3.2163
TTL 4.650 4.650 4.650 4.650 4.650
f 2.900 2.940 2.950 3.020 3.020
f1 129.211 101.544 90.740 33.573 25.335
f2 7.550 7.565 7.545 9.111 9.844
f3 4.859 5.065 5.382 6.243 6.328
f4 13.848 13.618 12.242 8.783 8.102
조건식 제1실시예 제2실시예 제3실시예 제4실시예 제5실시예
TTL/f 1.6014 1.5846 1.5769 1.5396 1.5371
R1/TTL 0.4770 0.4738 0.4721 0.4509 0.4420
EPD/TTL 0.6478 0.6475 0.6621 0.6826 0.6917
(f1+f2)/f 47.0778 37.1498 33.3169 14.1338 11.6294
f3/f 1.6726 1.7245 1.8244 2.0672 2.0919
f4/f 4.7670 4.6367 4.1498 2.9083 2.6783
R1/f 0.7639 0.7508 0.7444 0.6943 0.6794
R3/f 0.5986 0.5700 0.5603 0.4649 0.4735
R5/f 28.9157 28.6006 28.4746 6.3164 6.0720
F No 0.9600 0.9700 0.9500 0.9500 0.9400
Nd1 1.6174 1.6174 1.6174 1.5825 1.5825
본 발명에 따른 촬상 광학계는 대체로 다음과 같은 광학 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 촬상 광학계의 전체 길이(TTL)는 4.0 ~ 5.2 mm의 범위에서 결정되고, 전체 초점 길이(f)는 2.6 ~ 3.4 mm의 범위에서 결정되고, 입사동 지름(EPD)은 2.80 ~ 3.4 mm의 범위에서 결정될 수 있다. 제1렌즈의 초점거리(f1)는 20 ~ 140 mm의 범위에서 결정될 수 있고, 제2렌즈의 초점거리(f2)는 5.0 ~ 12 mm의 범위에서 결정될 수 있고, 제3렌즈의 초점거리(f3)는 3.0 ~ 8.0 mm의 범위에서 결정될 수 있고, 제4렌즈의 초점거리(f4)는 6.0 ~ 16.0 mm의 범위에서 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 촬상 광학계에서 제2렌즈와 제3렌즈 간의 간격은 제일 클 수 있다. 부연 설명하면, 제2렌즈의 상 측면으로부터 제3렌즈의 물체 측면까지의 거리(D23)는 제1렌즈의 상 측면으로부터 제2렌즈의 물체 측면까지의 거리(D12) 및 제3렌즈의 상 측면으로부터 제4렌즈의 물체 측면까지의 거리(D34)보다 큰다.
본 발명에 따른 촬상 광학계에서 제3렌즈와 제4렌즈 간의 간격은 제일 작을 수 있다. 부연 설명하면, 제3렌즈의 상 측면으로부터 제4렌즈의 물체 측면까지의 거리(D34)는 제1렌즈의 상 측면으로부터 제2렌즈의 물체 측면까지의 거리(D12) 및 제2렌즈의 상 측면으로부터 제3렌즈의 물체 측면까지의 거리(D23)보다 작다.
본 발명에 따른 촬상 광학계에서 제1렌즈는 제일 두꺼운 렌즈일 수 있다. 부연 설명하면, 제1렌즈의 광축 중심에서의 두께(TD1)는 제2렌즈의 광축 중심에서의 두께(TD2), 제3렌즈의 광축 중심에서의 두께(TD3), 및 제4렌즈의 광축 중심에서의 두께(TD4)보다 크다.
본 발명에 따른 촬상 광학계에서 제2렌즈 또는 제4렌즈는 이웃한 렌즈보다 얇은 렌즈일 수 있다. 부연 설명하면, 제2렌즈의 광축 중심에서의 두께(TD2)는 제1렌즈의 광축 중심에서의 두께(TD1) 및 제3렌즈의 광축 중심에서의 두께(TD3)보다 작다. 아울러, 제4렌즈의 광축 중심에서의 두께(TD4)는 제3렌즈의 광축 중심에서의 두께(TD3)보다 작다.
본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다. 예를 들어, 전술된 실시형태에 기재된 다양한 특징사항은 그와 반대되는 설명이 명시적으로 기재되지 않는 한 다른 실시형태에 결합하여 적용될 수 있다.
100, 200, 300, 400, 500 촬상 광학계
110, 210, 310, 410, 510 제1렌즈
120, 220, 320, 420, 520 제2렌즈
130, 230, 330, 430, 530 제3렌즈
140, 240, 340, 440, 540 제4렌즈
150, 250, 350, 450, 550 (자외선차단) 필터
160, 260, 360, 460, 560 (이미지센서의) 상면

Claims (16)

  1. 물체 측으로부터 상면을 향해 순차적으로 배치되는 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈, 제4렌즈를 포함하고,
    상기 제1렌즈 내지 상기 제4렌즈는 모두 정의 굴절력을 가지며, F No.가 1.0 이하인 촬상 광학계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1렌즈의 가시광선 투과율은 5% 이하인 촬상 광학계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2렌즈는 상 측면에 변곡점이 형성되는 형상인 촬상 광학계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3렌즈는 상 측면이 볼록한 형상인 촬상 광학계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제4렌즈는 상 측면이 오목한 형상인 촬상 광학계.
  6. 제1항에 있어서,
    하기 조건식을 만족하는 촬상 광학계.
    [조건식] 5.0 < (f1+f2)/f < 80
    (상기 조건식에서 f는 상기 촬상 광학계의 전체 초점거리이고, f1은 상기 제1렌즈의 초점거리이고, f2는 상기 제2렌즈의 초점거리이다)
  7. 제1항에 있어서,
    하기 조건식을 만족하는 촬상 광학계.
    [조건식] 1.0 < f3/f < 2.5
    (상기 조건식에서 f는 상기 촬상 광학계의 전체 초점거리이고, f3은 상기 제3렌즈의 초점거리이다)
  8. 제1항에 있어서,
    하기 조건식을 만족하는 촬상 광학계.
    [조건식] 1.0 < f4/f < 6.0
    (상기 조건식에서 f는 상기 촬상 광학계의 전체 초점거리이고, f4는 상기 제4렌즈의 초점거리이다)
  9. 제1항에 있어서,
    하기 조건식을 만족하는 촬상 광학계.
    [조건식] 0.3 < R1/f < 2.0
    (상기 조건식에서 f는 상기 촬상 광학계의 전체 초점거리이고, R1은 상기 제1렌즈의 물체 측면의 곡률 반지름이다)
  10. 제1항에 있어서,
    하기 조건식을 만족하는 촬상 광학계.
    [조건식] 0.3 < R3/f < 2.0
    (상기 조건식에서 f는 상기 촬상 광학계의 전체 초점거리이고, R3은 상기 제2렌즈의 물체 측면의 곡률 반지름이다)
  11. 제1항에 있어서,
    하기 조건식을 만족하는 촬상 광학계.
    [조건식] 5.0 < R5/f < 80
    (상기 조건식에서 f는 상기 촬상 광학계의 전체 초점거리이고, R5는 상기 제3렌즈의 물체 측면의 곡률 반지름이다)
  12. 제1항에 있어서,
    하기 조건식을 만족하는 촬상 광학계.
    [조건식] 1.580 < Nd1 < 1.640
    (상기 조건식에서 Nd1은 상기 제1렌즈의 굴절률이다)
  13. 물체 측으로부터 상면을 향해 순차적으로 배치되고 굴절력을 갖는 복수의 렌즈를 포함하고,
    상기 복수의 렌즈 중 물체 측에 가장 가까운 렌즈는 정의 굴절력을 가지며, F No.는 1.0 이하인 촬상 광학계.
  14. 제13항에 있어서,
    하기 조건식을 만족하는 촬상 광학계.
    [조건식] 1.0 < TTL/f < 2.0
    (상기 조건식에서 TTL은 물체 측에 가장 가까운 렌즈의 물체 측면으로부터 상기 상면까지의 거리이고, f는 상기 촬상 광학계의 전체 초점거리이다)
  15. 제13항에 있어서,
    하기 조건식을 만족하는 촬상 광학계.
    [조건식] 0.3 < R1/TTL < 5.0
    (상기 조건식에서 TTL은 물체 측에 가장 가까운 렌즈의 물체 측면으로부터 상기 상면까지의 거리이고, R1은 상기 제1렌즈의 초점거리이다)
  16. 제13항에 있어서,
    하기 조건식을 만족하는 촬상 광학계.
    [조건식] 0.5 < EPD/TTL < 0.7
    (상기 조건식에서 TTL은 물체 측에 가장 가까운 렌즈의 물체 측면으로부터 상기 상면까지의 거리이고, EPD는 입사동의 지름이다)
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