KR20220079953A

KR20220079953A - 광학 렌즈 시스템, 카메라 및 단자

Info

Publication number: KR20220079953A
Application number: KR1020227015781A
Authority: KR
Inventors: 야스히데 니헤이
Original assignee: 후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2019-10-17
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2022-06-14
Also published as: JP2022553257A; CN114556180A; EP4031920A1; CN114556180B; WO2021072712A1; EP4031920A4; JP7352023B2; US20220291486A1

Abstract

본 개시는 물체측 표면으로부터 이미지측 표면까지 순서대로 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈 엘리먼트와, 부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈 엘리먼트와, 정의 굴절력을 갖는 제3 렌즈 엘리먼트와, 부의 굴절력을 갖는 제4 렌즈 엘리먼트와, 정의 굴절력을 가지며 중앙에 볼록 이미지측면을 갖는 제5 렌즈 엘리먼트 및 제6 렌즈 엘리먼트의 6개의 렌즈를 포함하는 6피스(six-piece) 광학 렌즈 시스템에 관한 것이다. 이는 관계식 1.05 < L4ET/L4CT < 2.7 및 0.23 < L6ET/L6CT < 0.95를 만족하는데, 여기서 L4CT는 제4 렌즈 엘리먼트의 중심 두께이고, L4ET는 제4 렌즈 엘리먼트의 가장자리 두께이며, L6CT는 제6 렌즈 엘리먼트의 중심 두께이고, L6ET는 제6 렌즈 엘리먼트의 가장자리 두께이다.

Description

광학 렌즈 시스템, 카메라 및 단자

본 개시는 이미지 촬영용 광학 렌즈 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이미지 센서에 대해 낮은 입사각을 갖는 6피스(six-piece) 광학 렌즈 시스템에 관한 것이며, 이는 소형화하여 휴대폰 카메라와 같은 모바일 기기 카메라에 장착될 수 있다.

최근에, 휴대폰 카메라의 대중화에 따라 이미지를 촬영하기 위한 광학 렌즈 시스템이 점점 더 얇아지고 있으며, 일반적인 디지털 카메라의 전자 이미지 센서는 일반적으로 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서이다. 반도체 제조 기술의 발전으로, 센서의 화소 크기가 지속적으로 감소하고 있으며, 소형화된 이미지 촬영용 광학 렌즈 시스템은 점점 더 높은 해상도를 갖는다.

따라서, 현재의 광학 렌즈 유닛의 소형화에 대한 강한 요구가 있다. 마찬가지로, 휴대폰의 경우, 휴대폰 자체의 크기를 최소화하고 다양한 기능을 탑재할 수 있는 공간을 확보하기 위해 광학 렌즈 유닛의 소형화가 요구된다.

엄격한 크기 제한으로 인해, 기존의 휴대용 렌즈는 전체 광학 길이를 단축시키기 위해 큰 입사각을 갖는 경향이 있다. 동시에, 이미지 센서에 대한 입사각의 1도 차이가 광학 설계 및 화질에 큰 영향을 미칠 수 있으므로, 이미지 센서로의 광의 입사각이 낮은(광축에 대해 평행에 가까운) 것이 바람직한 것으로 알려져 있다. 이미지 센서에 대한 입사각은 최적의 광학 렌즈 설계에 있어 중요한 요소일 수 있다.

그러나, 광학 렌즈 시스템의 소형화는 이미지 센서에 대한 입사각의 감소와 모순되는 것으로 알려져 있다. 주광선 각도(Chief Ray of Angle, CRA)가 낮은 광학 렌즈 시스템은 항상 크고 길어져 모바일 기기에 적합하지 않다. 따라서, 본 개시에서 작은 크기와 낮은 입사각을 동시에 갖는 광학 렌즈 시스템을 제공하는 방법이 필요하다.

본 개시의 주요 목적은 과도하게 긴 전체 트랙 길이(TTL)를 갖지 않으면서 고품질 이미지를 이미징하기 위한 6개의 광학 렌즈 엘리먼트(optical lens elements)를 갖는 낮은 CRA 렌즈를 제공하는 것이다. 낮은 CRA 렌즈 시스템은 고해상도, 짧은 TTL, 낮은 높이 및 낮은 CRA 덕분에 고해상도 모바일 기기 카메라에 더 쉽게 적용될 수 있다. 낮은 CRA 렌즈 시스템은 전술한 센싱 카메라에도 적합하다.

본 개시에 따른 6피스(six-piece) 광학 렌즈 시스템은 물체측 표면으로부터 이미지측 표면까지 순서대로 정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈 엘리먼트와, 부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈 엘리먼트와, 정의 굴절력을 갖는 제3 렌즈 엘리먼트와, 부의 굴절력을 갖는 제4 렌즈 엘리먼트와, 정의 굴절력을 가지며 중앙에 볼록 이미지측면을 갖는 제5 렌즈 엘리먼트 및 제6 렌즈 엘리먼트를 포함한다. L4CT는 제4 렌즈 엘리먼트의 중심 두께이고, L4ET는 제4 렌즈 엘리먼트의 가장자리 두께이며, L6CT는 상기 제6 렌즈 엘리먼트의 중심 두께이고, L6ET는 제6 렌즈 엘리먼트의 가장자리 두께이며, 이들은 이들은 관계식 1.05 < L4ET/L4CT < 2.7 및 0.23 < L6ET/L6CT < 0.95를 만족한다. L4ET/L4CT는 이미지 센서에 대한 입사각을 낮추기 위한 제4 렌즈의 최적 형상을 정의한다. L6ET/L6CT는 이미지 센서에 대한 입사각을 낮추기 위한 제6 렌즈의 최적 형상을 정의한다. 다음의 범위는 L4ET/L4CT 및 L6ET/L6CT에 대해 보다 바람직하다.

선택적으로, 1.6 < L4ET/L4CT < 2.2이다.

선택적으로, 0.3 < L6ET/L6CT < 0.8이다.

본 6피스 광학 렌즈 시스템의 한 양태에 따르면, 이미지 센서에 대한 주광선의 최대 입사각은 CRA이고, 6피스 광학 렌즈 시스템의 전체 트랙 길이(TTL: 제1 렌즈의 물체측 표면으로부터 결상면까지)는 TTL이고, 이들은 관계식 2.2 < CRA/TTL < 4.0을 만족한다. CRA/TTL은 바람직한 광학 성능을 보장하고, 이미지 센서에 대한 입사각 및 전체 광학 길이에 대한 최적 조건을 정의한다. CRA/TTL은 다음 범위가 보다 바람직하다.

선택적으로, 2.2 < CRA/TTL < 3.1이다.

본 6피스 광학 렌즈 시스템의 한 양태에 따르면, 이미지 센서에 대한 주광선의 최대 입사각은 CRA이고, 6피스 광학 렌즈 시스템의 전체 트랙 길이(TTL: 제1 렌즈의 물체측 표면으로부터 결상면까지)는 TTL이고, 제1 렌즈 엘리먼트로부터 제4 렌즈 엘리먼트까지의 합성 초점 거리는 f1234이며, 이들은 관계식 1.2 < CRA/f1234 < 4.0을 만족한다. CRA/f1234는 이미지 센서에 대한 입사각을 낮추고 바람직한 광학 성능을 실현하기 위한 조건을 정의한다. CRA/f1234는 다음 범위가 보다 바람직하다.

선택적으로, 1.9 < CRA/f1234 < 3.3이다.

본 6피스 광학 렌즈 시스템의 한 양태에 따르면, 제1 렌즈 엘리먼트로부터 제4 렌즈 엘리먼트까지의 합성 초점 거리는 f1234이고, 6피스 광학 렌즈 시스템의 초점 거리는 fa이며, 이들은 관계식 0.27 < fa/f1234 < 0.77을 만족한다. fa/f1234는 이미지 센서에 대한 입사각을 낮추고 바람직한 양호한 광학 성능을 보장하기 위해 제1 렌즈로부터 제4 렌즈까지의 총 굴절력과 총 광학 길이 사이의 균형을 조절한다. fa/f1234는 다음 범위가 보다 바람직하다.

선택적으로, 0.4 < fa/f1234 < 0.77이다.

본 6피스 광학 렌즈 시스템의 한 양태에 따르면, 제1 렌즈 엘리먼트로부터 제4 렌즈 엘리먼트까지의 합성 초점 거리는 f1234이고, 제5 렌즈 엘리먼트로부터 제6 렌즈 엘리먼트까지의 합성 초점 거리는 f56이며, 이들은 관계식 0.77 < f1234/f56 < 4.5를 만족한다. f1234/f56은 이미지 센서에 대한 입사각을 낮추고 바람직한 광학 성능을 확보하기 위한 제5렌즈와 제6렌즈의 굴절력을 정의한다. 다음의 범위는 f1234/f56에 대해 보다 바람직하다.

선택적으로, 1.0 < f1234/f56 < 2.5이다.

본 6피스 광학 렌즈 시스템의 한 양태에 따르면, 6피스 광학 렌즈 시스템의 초점 거리는 fa이고, 제5 렌즈 엘리먼트로부터 제6 렌즈 엘리먼트까지의 합성 초점 거리는 f56이며, 이들은 관계식 0.55 < fa/f56 < 1.4를 만족한다. fa/f56은 이미지 센서에 대한 입사각을 낮추고 전체 광학 길이를 줄이기 위해 제5 렌즈로부터 제6 렌즈까지의 결합 굴절력의 균형을 정의한다. fa/f56은 다음 범위가 보다 바람직하다.

선택적으로, 0.7 < fa/f56 < 1.4이다.

본 6피스 광학 렌즈 시스템의 한 양태에 따르면, 6피스 광학 렌즈 시스템의 (제1 렌즈의 물체측 표면으로부터 결상면까지의) 전체 트랙 길이는 TTL이고, 제5 렌즈 엘리먼트로부터 제6 렌즈 엘리먼트까지의 합성 초점 거리는 f56이며, 이들은 관계식 0.75 < TTL/f56 < 2.2를 만족한다. TTL/f56은 이미지 센서에 대한 입사각을 낮추면서 전체 광학 길이의 높이를 줄이기 위해 제5 렌즈로부터 제6 렌즈까지의 결합 굴절력과 전체 광학 길이 사이의 균형을 정의한다. TTL/f56은 다음 범위가 보다 바람직하다.

선택적으로, 0.95 < TTL /f56 < 1.75이다.

제2 양태에 따르면, 카메라가 제공된다. 카메라는 6피스 광학 렌즈 시스템과 이미지 센서를 포함한다. 6피스 광학 렌즈 시스템은 제1 양태에 따라 언급된 임의의 6피스 광학 렌즈 시스템에 따른다. 구체적으로, 6피스 광학 렌즈 시스템은, 이미지 데이터를 운반하는 데 사용되는 광을 이미지 센서에 입력하도록 구성되며, 이미지 센서는 이미지 데이터에 따라 이미지를 디스플레이하도록 구성된다. 제2 양태에 의하면, 렌즈가 입사각이 매우 낮아 다양한 입사각 의존성을 고려할 필요가 없기 때문에, 이미지 센서 앞에 다양한 광학 필터가 사용될 수 있다.

제3 양태에 따르면, 단말기가 제공된다. 단말기는 제2 양태에서 제공된 카메라와 그래픽 처리 장치(GPU)를 포함한다. GPU는 카메라에 연결된다. 카메라는, 이미지 데이터를 획득하고, 이 이미지 데이터를 GPU에 입력하도록 구성되고, CPU는 카메라로부터수신된 이미지 데이터를 처리하도록 구성된다. 단말기는, 고해상도, 짧은 TTL, 낮은 높이 및 낮은 CRA로 인해, 휴대폰 카메라와 같은 고해상도 모바일 기기 카메라에 적용될 수 있다.

본 개시는, 단지 예시의 목적으로 본 개시에 따른 바람직한 실시예를 도시하는 첨부 도면과 함께 다음의 설명으로부터 더욱 상세하게 제시될 것이다.

본 개시는 그의 비제한적 실시양태에 대한 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면을 검토함으로써 더 잘 이해될 수 있다.
도 1a는 본 개시의 제1 실시예에 따른 광학 렌즈 시스템의 단면도이다.
도 1b는 본 개시의 제1 실시예의 종방향 구면수차 곡선, 비점수차 곡선 및 왜곡 곡선을 도시한 것이다.
도 1c는 본 개시의 제1 실시예에 따른 주광선의 입사각을 도시한 것이다.
도 2a는 본 개시의 제2 실시예에 따른 광학 렌즈 시스템의 단면도이다.
도 2b는 본 개시의 제2 실시예의 종방향 구면수차 곡선, 비점수차 곡선 및 왜곡 곡선을 도시한 것이다.
도 2c는 본 개시의 제2 실시예에 따른 주광선의 입사각을 도시한 것이다.
도 3a는 본 개시의 제3 실시예에 따른 광학 렌즈 시스템의 단면도이다.
도 3b는 본 개시의 제3 실시예의 종방향 구면수차 곡선, 비점수차 곡선 및 왜곡 곡선을 도시한 것이다.
도 3c는 본 개시의 제3 실시예에 따른 주광선의 입사각을 도시한 것이다.
도 4a는 본 개시의 제4 실시예에 따른 광학 렌즈 시스템의 단면도이다.
도 4b는 본 개시의 제4 실시예의 종방향 구면수차 곡선, 비점수차 곡선 및 왜곡 곡선을 도시한 것이다.
도 4c는 본 개시의 제4 실시예에 따른 주광선의 입사각을 도시한 것이다.
도 5a는 본 개시의 제5 실시예에 따른 광학 렌즈 시스템의 단면도이다.
도 5b는 본 개시의 제5 실시예의 종방향 구면수차 곡선, 비점수차 곡선 및 왜곡 곡선을 도시한 것이다.
도 5c는 본 개시의 제5 실시예에 따른 주광선의 입사각을 도시한 것이다.
도 6a는 본 개시의 제6 실시예에 따른 광학 렌즈 시스템의 단면도이다.
도 6b는 본 개시의 제6 실시예의 종방향 구면수차 곡선, 비점수차 곡선 및 왜곡 곡선을 도시한 것이다.
도 6c는 본 개시의 제6 실시예에 따른 주광선의 입사각을 도시한 것이다.
도 7은 본 개시의 제2 구현예를 도시한 것이다.

본 개시의 낮은 CRA 6피스 광학 렌즈 시스템의 다음 실시예는 도면 및 광학 데이터를 참조하여 설명될 것이다. 이 렌즈 시스템은 휴대폰 카메라와 같은 고해상도 모바일 기기 카메라에 적용될 수 있다. 또한, 렌즈 엘리먼트(lens elements)의 배열은 이미지 센서에 대한 낮은 입사각 및 이미지 센서 앞에 배치된 IR 컷 필터(cut filter)와 같은 광학 필터에 대해 상대적으로 짧은 전체 트랙 길이(TTL)를 달성하는 데 효과적이다.

이미지 센서에 대한 입사각이 낮으면, 이미지 센서에 대한 입사각에 의한 광학적 효과가 더 적을 것이므로, 광학 설계자는 광학계와 이미지 센서 사이에 배치된 광학 필터를 더 쉽게 선택할 수 있게 된다. 광학 설계자는, 광학계의 입사각이 필요한 효과를 구현하기 위해 광학 필터가 사용되어야 하는 범위를 벗어날 경우, 일부 광학 필터를 사용할 수 없다. 하이퍼 스펙트럼 카메라와 같은 센싱 카메라는 일부 입사각 의존성을 갖는 경향이 있기 때문에, 이들은 센싱 카메라에도 사용될 수 없다.

이미지 센서에 대한 입사각이 평행에 가까울 경우, 이미지 센서의 광감도가 높아져 사용되는 필터의 특성에 관계없이 광학 설계가 수행될 수 있으며, 이미지 센서의 정렬이 덜 민감해지고, 렌즈 시스템이 이미징 및 감지 모두에 사용할 수 있다.

제1 실시예

도 1a는 6피스 광학 렌즈 시스템의 제1 실시예의 단면도이다. 도 1a는 또한 이미지 센서 표면(I) 앞에 필터를 도시한다.

제1 실시예에서, 6피스 광학 렌즈 시스템은, 물체측(O)에서 이미지측(I)까지 순서대로 제1 렌즈 엘리먼트(L1), 제2 렌즈 엘리먼트(L2), 제3 렌즈 엘리먼트(L3), 제4 렌즈 엘리먼트(L4), 제5 렌즈 엘리먼트(L5), 및 제6 렌즈 엘리먼트(L6)를 포함한다. 제1 렌즈 엘리먼트(L1)는 정의 굴절력을 갖고, 제2 렌즈 엘리먼트(L2)는 부의 굴절력을 가지며, 제3 렌즈 엘리먼트는 정의 굴절력을 갖고, 제4 렌즈 엘리먼트(L4)는 부의 굴절력을 가지며, 제5 렌즈 엘리먼트(L5)는 정의 굴절력 및 중앙에 볼록 이미지측면(50)을 갖고, 그리고 제6렌즈 엘리먼트(L6)가 있다. 각 렌즈 엘리먼트는 물체 측(O)에 전면(R1)이 있고 이미지 측(I)에 후면(R2)이 있다.

표 1-1은 제1 실시예의 6피스 광학 렌즈 시스템의 각 렌즈 엘리먼트에 대한 굴절률(N)과 아베수(v) 및 각 광학면에 대한 곡률반경(r)과 두께 또는 이격 거리(d)를 보여준다. 표 1-1에서 "스톱(stop)"이라는 용어는 조리개 면을 나타내고 IRCF는 IR 컷 필터를 나타낸다.

표 1-1

표 1-2는 6피스 광학 렌즈 시스템의 광학 표면 각각에 대한 비구면 계수를 나타내며, 여기서 숫자 3, 4, 5, …, 10은 비구면 계수의 고차수(high-order of aspheric coefficients)를 나타낸다. 비구면 프로파일의 수식은 다음과 같다.

여기서,

X: 비구면 정점의 접평면에 대해 광축으로부터 거리 Y에 있는 비구면 상의 한 점의 높이,

Y: 비구면의 곡선 상의 한 점으로부터 광축까지의 거리,

k: 코닉 계수(conic coefficient),

Ai: 차수 i의 비구면 계수이다.

표 1-2

표 1-3은 제1 실시예의 6피스 광학 렌즈 시스템의 화각(FOV), F 수치(Fno), 6피스 광학 렌즈 시스템의 (제1렌즈 엘리먼트의 물체측 표면으로부터 결상면까지의) 전체 트랙 길이(TTL)를 나타낸 것이다. 표 1-3은 또한 L4ET/L4CT, L6ET/L6CT, CRA/TTL, CRA/f1234, fa/f1234, f1234/f56, fa/f56 및 TTL/f56에 대한 각 값을 보여주는데, 여기서 L4CT는 제4 렌즈 엘리먼트의 중심 두께이고, L4ET는 제4 렌즈 엘리먼트의 가장자리 두께이며, L6CT는 제6 렌즈 엘리먼트의 중심 두께이고, L6ET는 제6 렌즈 엘리먼트의 가장자리 두께이며, CRA는 이미지 센서에 대한 주광선의 최대 입사각이고, TTL은 6피스 광학 렌즈 시스템의 전체 트랙 길이이며, f1234는 제1 렌즈 엘리먼트로부터 제4 렌즈 엘리먼트까지의 합성 초점 거리이고, f56은 제5 렌즈 엘리먼트로부터 제6 렌즈 엘리먼트까지의 합성 초점 거리이며, fa는 6피스 광학 렌즈 시스템의 초점 거리이다. 이들은 본 개시의 광학 조건을 정의하기 위해 사용되는 파라미터이다.

표 1-3

도 1b는 본 개시의 제1 실시예의 종방향 구면수차 곡선, 비점수차 곡선 및 왜곡 곡선을 도시한 것으로, 이들은 화질을 나타낸다.

도 1c는 본 개시의 제1 실시예의 주광선의 입사각을 도시한 것으로, 이미지 센서에 대한 주광선의 최대 입사각이 10도 미만임을 보여주는 반면, 기존의 광학 렌즈 시스템은 이미지 센서에 대한 입사각이 35도 미만이다. 종래의 저 입사각 광학 렌즈 시스템은 이미지 센서에 대한 입사각이 20도 미만일 수 있다.

제2 실시예

도 2a는 6피스 광학 렌즈 시스템의 제1 실시예의 단면도이다. 도 2a는 또한 이미지 센서 표면(I) 앞에 필터를 보여준다.

제2 실시예에서, 6피스 광학 렌즈 시스템은 제1 실시예보다 더 긴 TTL을 제공하는, 제1 실시예와 동일한 요소들을 포함한다.

표 2-1은 제2 실시예의 6피스 광학 렌즈 시스템의 각 렌즈 엘리먼트에 대한 굴절률(N)과 아베수(v), 및 각 광학면에 대한 곡률 반경(r)과 두께 또는 이격 거리(d)를 보여준다.

표 2-1

표 2-2는 6피스 광학 렌즈 시스템의 광학 표면 각각에 대한 비구면 계수를 나타내며, 여기서 숫자 3, 4, 5, …, 10은 비구면 계수의 고차수를 나타낸다.

표 2-2

표 2-3은 제2 실시예의 6피스 광학 렌즈 시스템의 화각(FOV), F 수치(Fno), 6피스 광학 렌즈 시스템의 (제1렌즈 엘리먼트의 물체측 표면으로부터 결상면까지의) 전체 트랙 길이(TTL)를 나타낸 것이다. 표 2-3은 또한 L4ET/L4CT, L6ET/L6CT, CRA/TTL, CRA/f1234, fa/f1234, f1234/f56, fa/f56, 및 TTL/f56에 대한 각각의 값을 보여준다.

표 2-3

도 2b는 본 개시의 제2 실시예의 종방향 구면수차 곡선, 비점수차 곡선 및 왜곡 곡선을 도시한 것으로, 이들은 화질을 나타낸다.

도 2c는 본 개시의 제2 실시예의 주광선의 입사각을 도시한 것으로, 이미지 센서에 대한 주광선의 최대 입사각이 16도 미만임을 보여준다.

제3 실시예

도 3a는 6피스 광학 렌즈 시스템의 제3 실시예의 단면도이다. 도 3a는 또한 이미지 센서 표면(I) 앞에 필터를 보여준다.

제3 실시예에서, 6피스 광학 렌즈 시스템은 제1 실시예보다 더 작은 F 수치를 제공하는, 제1 실시예와 동일한 요소들을 포함한다.

표 3-1은 제3 실시예의 6피스 광학 렌즈 시스템의 각 렌즈 엘리먼트에 대한 굴절률(N)과 아베수(v) 및 각 광학면에 대한 곡률반경(r)과 두께 또는 이격 거리(d)를 보여준다.

표 3-1

표 3-2는 6피스 광학 렌즈 시스템의 광학 표면 각각에 대한 비구면 계수를 나타내며, 여기서 숫자 3, 4, 5, …, 10은 비구면 계수의 고차수를 나타낸다.

표 3-2

표 3-3은 제3 실시예의 6피스 광학 렌즈 시스템의 6피스 광학 렌즈 시스템(TTL)의 화각(FOV), F 수치(Fno), 및 전체 트랙 길이(제1렌즈 엘리먼트의 물체측 표면으로부터 결상면까지)를 나타낸 것이다. 표 3-3은 또한 L4ET/L4CT, L6ET/L6CT, CRA/TTL, CRA/f1234, fa/f1234, f1234/f56, fa/f56, 및 TTL/f56에 대한 각각의 값을 보여준다.

표 3-3

도 3b는 본 개시의 제3 실시예의 종방향 구면수차 곡선, 비점수차 곡선 및 왜곡 곡선을 도시한 것으로, 이들은 화질을 나타낸다.

도 3c는 본 개시의 제3 실시예의 주광선의 입사각을 도시한 것으로, 이미지 센서에 대한 주광선의 최대 입사각이 11도 미만임을 보여준다.

제4 실시예

도 4a는 6피스 광학 렌즈 시스템의 제4 실시예의 단면도이다. 도 4a는 또한 이미지 센서 표면(I) 앞에 필터를 보여준다.

제4 실시예에서, 6피스 광학 렌즈 시스템은 제1 실시예보다 더 작은 F 수치를 제공하는, 제1 실시예와 동일한 요소들을 포함한다.

표 4-1은 제4 실시예의 6피스 광학 렌즈 시스템의 각 렌즈 엘리먼트에 대한 굴절률(N)과 아베수(v) 및 각 광학면에 대한 곡률반경(r)과 두께 또는 이격 거리(d)를 보여준다.

표 4-1

표 4-2는 6피스 광학 렌즈 시스템의 광학 표면 각각에 대한 비구면 계수를 나타내며, 여기서 숫자 3, 4, 5, …, 10은 비구면 계수의 고차수를 나타낸다.

표 4-2

표 4-3은 제4 실시예의 6피스 광학 렌즈 시스템의 6피스 광학 렌즈 시스템(TTL)의 화각(FOV), F 수치(Fno), 및 전체 트랙 길이(제1렌즈 엘리먼트의 물체측 표면으로부터 결상면까지)를 나타낸 것이다. 표 4-3은 또한 L4ET/L4CT, L6ET/L6CT, CRA/TTL, CRA/f1234, fa/f1234, f1234/f56, fa/f56, 및 TTL/f56에 대한 각각의 값을 보여준다.

표 4-3

도 4b는 본 개시의 제4 실시예의 종방향 구면수차 곡선, 비점수차 곡선 및 왜곡 곡선을 도시한 것으로, 이들은 화질을 나타낸다.

도 4c는 본 개시의 제4 실시예의 주광선의 입사각을 도시한 것으로, 이미지 센서에 대한 주광선의 최대 입사각이 15도 미만임을 보여준다.

제5 실시예

도 5a는 6피스 광학 렌즈 시스템의 제5 실시예의 단면도이다. 도 5a는 또한 이미지 센서 표면(I) 앞에 필터를 보여준다.

제5 실시예에서, 6피스 광학 렌즈 시스템은 제1 실시예보다 더 작은 F 수치 및 제1 실시예보다 더 긴 TTL을 제공하는, 제1 실시예와 동일한 요소들을 포함한다.

표 5-1은 제5 실시예의 6피스 광학 렌즈 시스템의 각 렌즈 엘리먼트에 대한 굴절률(N)과 아베수(v) 및 각 광학면에 대한 곡률반경(r)과 두께 또는 이격 거리(d)를 보여준다.

표 5-1

표 5-2는 6피스 광학 렌즈 시스템의 광학 표면 각각에 대한 비구면 계수를 나타내며, 여기서 숫자 3, 4, 5, …, 10은 비구면 계수의 고차수를 나타낸다.

표 5-2

표 5-3은 제5 실시예의 6피스 광학 렌즈 시스템의 화각(FOV), F 수치(Fno), 및 6피스 광학 렌즈 시스템의 (제1렌즈 엘리먼트의 물체측 표면으로부터 결상면까지의) 전체 트랙 길이(TTL)를 나타낸 것이다. 표 5-3은 또한 L4ET/L4CT, L6ET/L6CT, CRA/TTL, CRA/f1234, fa/f1234, f1234/f56, fa/f56, 및 TTL/f56에 대한 각각의 값을 보여준다.

표 5-3

도 5b는 본 개시의 제5 실시예의 종방향 구면수차 곡선, 비점수차 곡선 및 왜곡 곡선을 도시한 것으로, 이들은 화질을 나타낸다.

도 5c는 본 개시의 제4 실시예의 주광선의 입사각을 도시한 것으로, 이미지 센서에 대한 주광선의 최대 입사각이 20도 미만임을 보여준다.

제6 실시예

도 6a는 6피스 광학 렌즈 시스템의 제6 실시예의 단면도이다. 도 6a는 또한 이미지 센서 표면(I) 앞에 필터를 보여준다.

제6 실시예에서, 6피스 광학 렌즈 시스템은 제1 실시예보다 더 작은 F 수치 및 제1 실시예보다 더 긴 TTL을 제공하는, 제1 실시예와 동일한 요소들을 포함한다.

표 6-1은 제5 실시예의 6피스 광학 렌즈 시스템의 각 렌즈 엘리먼트에 대한 굴절률(N)과 아베수(v) 및 각 광학면에 대한 곡률반경(r)과 두께 또는 이격 거리(d)를 보여준다.

표 6-1

표 6-2는 6피스 광학 렌즈 시스템의 광학 표면 각각에 대한 비구면 계수를 나타내며, 여기서 숫자 3, 4, 5, …10은 비구면 계수의 고차수를 나타낸다.

표 6-2

표 6-3은 제6 실시예의 6피스 광학 렌즈 시스템의 화각(FOV), F 수치(Fno), 및 6피스 광학 렌즈 시스템의 (제1렌즈 엘리먼트의 물체측 표면으로부터 결상면까지의) 전체 트랙 길이(TTL)를 나타낸 것이다. 표 6-3은 또한 L4ET/L4CT, L6ET/L6CT, CRA/TTL, CRA/f1234, fa/f1234, f1234/f56, fa/f56, 및 TTL/f56에 대한 각각의 값을 보여준다.

표 6-3

도 6b는 본 개시의 제6 실시예의 종방향 구면수차 곡선, 비점수차 곡선 및 왜곡 곡선을 도시한 것으로, 이들은 바람직한 화질을 나타낸다.

도 6c는 본 개시의 제6 실시예의 주광선의 입사각을 도시한 것으로, 이미지 센서에 대한 주광선의 최대 입사각이 20도 미만임을 보여준다.

광학 데이터로부터 알 수 있듯이, 본 개시에 따른 6피스 광학 렌즈 시스템은 이미지 센서에 대해 낮은 입사각을 가지며 짧은 TTL을 갖는 화질을 보여준다. 이는 다음 관계를 만족할 때 달성된다.

(1): 1.05 < L4ET/L4CT < 2.7;

L4ET는 제4 렌즈 엘리먼트의 가장자리 두께이고, L4CT는 제4 렌즈 엘리먼트의 중심 두께이다.

(2): 0.23 < L6ET/L6CT < 0.95;

L6ET는 제6 렌즈 엘리먼트의 가장자리 두께이고, L6CT는 제6 렌즈 엘리먼트의 중심 두께이다.

(3): 2.2 < CRA/TTL < 4.0;

CRA는 이미지 센서에 대한 주광선의 최대 입사각이고, TTL은 6피스 광학 렌즈 시스템의 전체 트랙 길이이다.

(4): 1.2 < CRA/f1234 < 4.0;

CRA는 이미지 센서에 대한 주광선의 최대 입사각이고, f1234는 제1 렌즈 엘리먼트로부터 제4 렌즈 엘리먼트까지의 합성 초점 거리라는 점에 유의해야 한다.

(5): 0.27 < fa/f1234 < 0.77;

fa는 6피스 광학 렌즈 시스템의 초점 거리이고, f1234는 제1 렌즈 엘리먼트로부터 제4 렌즈 엘리먼트까지의 합성 초점 거리이다.

(6): 0.77 < f1234/f56 < 4.5

f1234는 제1 렌즈 엘리먼트로부터 제4 렌즈 엘리먼트까지의 합성 초점 거리이고, f56은 제5 렌즈 엘리먼트로부터 제6 렌즈 엘리먼트까지의 합성 초점 거리이다.

(7): 0.55 < fa/f56 < 1.4

fa는 6피스 광학 렌즈 시스템의 초점 거리이고, f56는 제5 렌즈 엘리먼트로부터 제6 렌즈 엘리먼트까지의 합성 초점 거리이다.

(8): 0.75 < TTL/f56 < 2.2

TTL은 6피스 광학 렌즈 시스템의 전체 트랙 길이이고, f56는 제5 렌즈 엘리먼트로부터 제6 렌즈 엘리먼트까지의 합성 초점 거리이다.

관계식 (1)은 이미지 센서에 대한 입사각을 낮추기 위한 제4 렌즈의 최적 형상을 정의한다. L4ET/L4CT가 하한보다 작으면, 이미지 센서에 대한 입사각을 낮추는 효과가 감소한다. 반대로, L4ET/L4CT가 상한을 초과하면, 매우 고르지 않은 형상이 형성되어, 성형성이 크게 손상된다.

이러한 관점에서, L4ET/L4CT는 다음의 범위가 보다 바람직하다. (1)-2: 1.6 < L4ET/L4CT < 2.2

관계식 (2)는 이미지 센서에 대한 입사각을 낮추기 위한 제6 렌즈의 최적 형상을 명시한다. L6ET/L6CT가 하한보다 작으면, 매우 고르지 않은 형상이 형성되어, 성형성이 크게 손상된다. 반대로, L6ET/L6CT가 상한을 초과하면, 이미지 센서에 대한 입사각을 낮추는 효과가 감소할 것이다.

이러한 관점에서, L6ET/L6CT는 다음의 범위가 보다 바람직하다.

(2)-2: 0.3 < L6ET/L6CT < 0.8

관계식 (3)은 바람직한 광학 성능을 보장하고, 이미지 센서에 대한 입사각 및 전체 광학 길이에 대한 최적 조건을 정의한다. CRA/TTL이 하한보다 작으면, 광학 성능이 만족될 수 있지만 전체 광학 길이가 너무 길어진다. CRA/TTL이 상한을 초과하면, 전체 광학 길이가 짧아지지만 광학 성능이 크게 저하된다.

이러한 관점에서, CRA/TTL은 다음 범위가 보다 바람직하다.

(3)-2: 2.2 < CRA/TTL < 3.1

관계식 (4)는 이미지 센서에 대한 입사각을 낮추고 바람직한 광학 성능을 실현하기 위한 조건을 정의한다. f1234가 하한보다 작게 설계되면, 제1 렌즈로부터 제4 렌즈까지의 굴절력이 너무 작아 광학 성능을 보장하고 높이를 낮추기가 어렵다. f1234가 상한을 초과하면, L4를 통과하는 광선의 각도가 너무 가파르게 되어 이미지 센서에 대한 입사각이 낮아질 수 없다.

이러한 관점에서, f1234는 다음의 범위가 보다 바람직하다.

(4) -2: 1.9 < CRA/f1234 < 3.3

관계식 (5)는 이미지 센서에 대한 입사각을 낮추고 바람직한 양호한 광학 성능을 보장하기 위해 제1 렌즈로부터 제4 렌즈까지의 총 굴절력과 총 광학 길이 사이의 균형을 조절한다. fa/f1234가 하한보다 작으면, 제1 렌즈로부터 제4 렌즈까지의 굴절력이 너무 작아서 전체 광학 길이를 줄일 수 없다. fa/f1234가 상한을 초과하면, 굴절력이 렌즈의 물체측으로 편향되고 이미지 센서에 대한 입사각을 낮추기가 어려워진다.

이러한 관점에서, fa/f1234는 다음의 범위가 보다 바람직하다.

(5)-2: 0.4 < fa/f1234 < 0.77

관계식 (6)은 이미지 센서에 대한 입사각을 낮추고 바람직한 광학 성능을 확보하기 위한 제5렌즈와 제6렌즈의 굴절력을 정의한다. f1234/f56이 하한값보다 작으면, 제5렌즈와 제6렌즈의 굴절력이 너무 작아져 이미지 센서에 대한 입사각을 낮출 수 없다. f1234/f56이 상한을 초과하면, 굴절력이 제5렌즈와 제6렌즈로 과도하게 편향되어, 바람직한 광학적 성능을 확보하기 어렵게 된다.

이러한 관점에서, f1234/f56는 다음의 범위가 보다 바람직하다.

(6)-2: 1.0 < f1234/f56 < 2.5

관계식 (7)은 이미지 센서에 대한 입사각을 낮추고 전체 광학 길이를 줄이기 위해 제5 렌즈로부터 제6 렌즈까지의 결합 굴절력의 균형을 정의한다. fa/f56이 하한값보다 작으면, 제5렌즈와 제6렌즈의 굴절력이 너무 작아져 입사각을 낮출 수 없다. fa/f56이 상한을 초과하면, 굴절력이 너무 강해져서 전체 광학 길이를 줄일 수 없다.

이러한 관점에서, fa/f56는 다음의 범위가 보다 바람직하다.

(7)-2: 0.7 < fa/f56 < 1.4

관계식 (8)은 이미지 센서에 대한 입사각을 낮추면서 전체 광학 길이의 높이를 줄이기 위해 제5 렌즈로부터 제6 렌즈까지의 결합 굴절력과 전체 광학 길이 사이의 균형을 정의한다. TTL/f56이 하한보다 작게 되면, 이미지 센서에 대한 입사각을 낮추는 효과가 감소한다. TTL/f56이 상한을 초과하면, 전체 광학 길이를 줄이기가 어려울 것이다.

이러한 관점에서, TTL/f56은 다음 범위가 보다 바람직하다.

(8)-2: 0.95 < TTL/f56 < 1.75

또한, 카메라가 제공된다. 본 개시의 카메라는 본 개시의 6피스 광학 렌즈 시스템, 광학 필터 및 이미지 센서를 포함한다. 6피스 광학 렌즈 시스템은 이미지를 이미지 센서에 투사하는 데 사용되는 광을 입력하도록 구성되며, 이미지 센서는 이미지를 디지털 이미지 데이터로 변환하도록 구성된다. 다른 실시예에서는, 6피스 광학 렌즈 시스템은 이미지 센서에 대한 입사각이 매우 낮아 카메라가 다양한 입사각 의존성을 갖는 많은 종류의 광학 필터를 사용할 수 있는 한편 카메라는 모바일 기기에 설치하기에 충분히 짧은 TTL을 가지고 있기 때문에 이미지 센서 앞에 다양한 광학 필터가 사용될 수 있다.

도 7은 본 개시에 기재된 단말기(1000)를 도시한다. 단말기(1000)는 위 구현예에서 제공된 카메라(100)와 그래픽 처리 장치(GPU)(200)를 포함한다. 카메라(100)는, 본 개시의 6-피스 광학 렌즈 시스템을 통해 이미지를 디지털 이미지 데이터로 변환하고, 디지털 이미지 데이터를 GPU(200)에 입력하도록 구성되며, GPU(200)는 카메라로부터 수신된 이미지 데이터를 처리하도록 구성된다.

도 7에서, 단말기는 2개의 카메라(100)를 포함한다. 그러나, 단말기는 하나 또는 둘 이상의 카메라를 포함할 수 있고, 이것(또는 이들)은 단일 GPU(200)에 연결될 수 있다. 단말기(1000)는, 고해상도, 짧은 TTL, 낮은 높이 및 낮은 CRA로 인해, 휴대폰 카메라와 같은 고해상도 모바일 기기 카메라에 적용될 수 있다.

당업자는 이미지 센서에 대한 입사각을 낮추는 것과 TTL을 짧게 하는 것이 서로 모순된다는 것을 이해할 것이다. 본 개시는 전술한 관계를 만족시킴으로써 두 요건을 만족시킨다.

"낮은 CRA"라는 용어는, 렌즈가 이미지 센서에 대해 낮은 입사각을 갖는 것, 보다 구체적으로는 이미지 센서에 대한 주광선의 최대 입사각이 10° 미만인 것으로 이해해야 한다.

본 개시에 따른 렌즈 시스템은 특히 휴대폰 카메라에 적용될 수 있지만, 태블릿 타입 디바이스, 웨어러블 디바이스와 같은 임의의 모바일 기기의 카메라들 또는 일부 각도 의존 구조를 갖는 하이퍼 스펙트럼 카메라와 같은 임의의 센싱 카메라에도 적용될 수 있다.

본 개시의 바람직한 실시예가 예시를 위해 개시되었지만, 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 개시의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 다양한 수정, 추가 및 대체가 가능함을 알 수 있을 것이다.

Claims

물체측 표면으로부터 이미지측 표면까지 순서대로 6개의 렌즈를 포함하는 6피스(six-piece) 광학 렌즈 시스템으로서,
정의 굴절력을 갖는 제1 렌즈 엘리먼트와,
부의 굴절력을 갖는 제2 렌즈 엘리먼트와,
정의 굴절력을 갖는 제3 렌즈 엘리먼트와,
부의 굴절력을 갖는 제4 렌즈 엘리먼트와,
정의 굴절력을 가지며 중앙에 볼록 이미지 측면을 갖는 제5 렌즈 엘리먼트와,
제6 렌즈 엘리먼트를 포함하며,
L4CT는 상기 제4 렌즈 엘리먼트의 중심 두께이고, L4ET는 상기 제4 렌즈 엘리먼트의 가장자리 두께이며, L6CT는 상기 제6 렌즈 엘리먼트의 중심 두께이고, L6ET는 제6 렌즈 엘리먼트의 가장자리 두께이며, 이들은 관계식
1.05 < L4ET/L4CT < 2.7 (1)
0.23 < L6ET/L6CT < 0.95 (2)를 만족하는,
6피스 광학 렌즈 시스템.
제1항에 있어서,
1.6 < L4ET/L4CT < 2.2이고, 0.3 < L6ET/L6CT < 0.8인,
6피스 광학 렌즈 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
이미지 센서에 대한 주광선의 최대 입사각은 CRA이고, 상기 6피스 광학 렌즈 시스템의 전체 트랙 길이는 TTL이며, 이들은 관계식
2.2 < CRA/TTL < 4.0 (3)을 만족하는,
6피스 광학 렌즈 시스템.
제3항에 있어서,
2.2 < CRA/TTL < 3.1인,
6피스 광학 렌즈 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
이미지 센서에 대한 주광선의 최대 입사각은 CRA이고, 제1 렌즈 엘리먼트로부터 제4 렌즈 엘리먼트까지의 합성 초점 거리는 f1234이고, 이들은 관계식
1.2 < CRA/f1234 < 4.0 (4)를 만족하는,
6피스 광학 렌즈 시스템.
제5항에 있어서,
1.9 < CRA/f1234 < 3.3인,
6피스 광학 렌즈 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 렌즈 엘리먼트로부터 제4 렌즈 엘리먼트까지의 합성 초점 거리는 f1234이고, 상기 6피스 광학 렌즈 시스템의 초점 거리는 fa이며, 이들은 관계식
0.27 < fa/f1234 < 0.77 (5)를 만족하는,
6피스 광학 렌즈 시스템.
제7항에 있어서,
0.4 < fa/f1234 < 0.77인,
6피스 광학 렌즈 시스템.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 렌즈 엘리먼트로부터 제4 렌즈 엘리먼트까지의 합성 초점 거리는 f1234이고, 제5 렌즈 엘리먼트로부터 제6 렌즈 엘리먼트까지의 합성 초점 거리는 f56이며, 이들은 관계식
0.77 < f1234/f56 < 4.5 (6)을 만족하는,
6피스 광학 렌즈 시스템.
제9항에 있어서,
1.0 < f1234/f56 < 2.5인,
6피스 광학 렌즈 시스템.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 6피스 광학 렌즈 시스템의 초점 거리는 fa이고, 제5 렌즈 엘리먼트로부터 제6 렌즈 엘리먼트까지의 합성 초점 거리는 f56이며, 이들은 관계식
0.55 < fa/f56 < 1.4 (7)을 만족하는,
6피스 광학 렌즈 시스템.
제11항에 있어서,
0.7 < fa/f56 < 1.4인,
6피스 광학 렌즈 시스템.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 6피스 광학 렌즈 시스템의 전체 트랙 길이는 TTL이고, 제5 렌즈 엘리먼트로부터 제6 렌즈 엘리먼트까지의 합성 초점 거리는 f56이며, 이들은 관계식
0.75 < TTL/f56 < 2.2 (8)을 만족하는,
6피스 광학 렌즈 시스템.
제13항에 있어서,
0.95 < TTL/f56 < 1.75인,
6피스 광학 렌즈 시스템.
카메라로서,
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 6피스 광학 렌즈 시스템, 광학 필터 및 이미지 센서를 포함하되, 상기 6피스 광학 렌즈 시스템은 이미지를 상기 이미지 센서에 투영하도록 구성되고, 상기 광학 필터는 상기 6피스 광학 렌즈 시스템과 상기 이미지 센서 사이에 배치되어 미리 결정된 파장의 광을 통과시키고, 상기 이미지 센서는 상기 이미지를 디지털 이미지 데이터로 변환하도록 구성되는,
6피스 광학 렌즈 시스템.
단말기로서,
제15항에 따른 카메라 및 그래픽 처리 장치(GPU)를 포함하며, 상기 GPU는 상기 카메라에 연결되어 상기 디지털 이미지를 수신하고 처리하는,
단말기.