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WO2017160093A1 - 촬영 렌즈 광학계 - Google Patents

촬영 렌즈 광학계 Download PDF

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WO2017160093A1
WO2017160093A1 PCT/KR2017/002833 KR2017002833W WO2017160093A1 WO 2017160093 A1 WO2017160093 A1 WO 2017160093A1 KR 2017002833 W KR2017002833 W KR 2017002833W WO 2017160093 A1 WO2017160093 A1 WO 2017160093A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lens
condition
here
optical system
abbe number
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2017/002833
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
정필선
김동영
안치호
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ace Solutech Co Ltd
Original Assignee
Ace Solutech Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ace Solutech Co Ltd filed Critical Ace Solutech Co Ltd
Priority to US16/086,246 priority Critical patent/US20210141194A1/en
Publication of WO2017160093A1 publication Critical patent/WO2017160093A1/ko
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
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    • G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
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    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S501/00—Compositions: ceramic
    • Y10S501/90—Optical glass, e.g. silent on refractive index and/or ABBE number

Definitions

  • the present invention relates to an optical device, and more particularly, to a microscopic lens optical system applied to an imaging device.
  • Semiconductor image sensors are being used in a wide range of applications such as industrial, home, hobby, etc.
  • CCD charge coupled device
  • CMOS complementary metal oxide semiconductor
  • the study of the lens which has the optical performance that is required for the small camera but is easy to be molded and processed, can be made compact, and the manufacturing cost can be lowered.
  • the present invention provides a lens optical system that can be used in a compact and ultra-pixel imaging device.
  • the present invention provides a lens optical system that can be easily downsized and can have a low optical cost while having high optical performance.
  • a lens system having four lenses, a fifth lens, and a sixth lens;
  • Fov Field of view
  • the total track length (TTL) is the height from the first lens to the image plane
  • the image height (IH) is the image height of the effective diameter
  • Ind2 is the refractive index of the second lens
  • Ind1 is the refractive index of the first lens
  • Abv1 is the Abbe number of the first lens
  • Abv2 is the Abbe number of the second lens
  • Ind6 is the refractive index of the sixth lens
  • Ind4 is the refractive index of the fourth lens.
  • Abv1 is the Abbe number of the first lens
  • Abv2 is the Abbe number of the second lens
  • an aperture stop may be provided between the incident surface and the exit surface of the first lens.
  • At least one of the first to sixth lenses may have an entrance surface or an exit surface of an aspherical surface.
  • the lens optical system according to the embodiment of the present invention is positive (+), negative (-), positive (+), negative (-), positive (+), negative And a first to sixth lenses having a power of ( ⁇ ), and the diaphragm may be disposed between the entrance surface and the exit surface of the first lens or satisfy at least one of Conditional Expressions 1 to 6.
  • Such a lens optical system is a wide-angle optical device suitable for not only a general photographing apparatus but also an ultra high resolution photographing apparatus.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the arrangement of main components of the lens optical system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the arrangement of main components of the lens optical system according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the arrangement of main components of the lens optical system according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an aberration diagram showing longitudinal spherical aberration, image curvature and distortion of the lens optical system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an aberration diagram showing longitudinal spherical aberration, image curvature, and distortion of the lens optical system according to the second exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is aberration diagrams showing longitudinal spherical aberration, image curvature, and distortion of the lens optical system according to the third exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 to 3 show a lens optical system according to the first to third embodiments of the present invention, respectively.
  • the lens optical system includes six lenses of six groups, and an imaging surface in which an image of an object or an object OBJ and an object OBJ is formed. image plane) It is provided with seven lenses sequentially arranged from the object OBJ side between image sensors IMG.
  • the entrance face is the face toward the object and the exit face is the face toward the image sensor.
  • These six lenses have an entrance surface to which light is incident, i.e., directed toward the object OBJ, and an exit surface where light is emitted, i.e., directed to the image sensor IMG, including the first lens I, the second The lens II, the third lens III, the fourth lens IV, the fifth lens V, and the sixth lens VI are included.
  • the first lens I has positive power (refractive index). According to an embodiment of the present invention, the first lens I may have an incident surface convex toward the object OBJ side.
  • the second lens II may have a negative power and have a meniscus shape in which it is convex toward the object OBJ.
  • the third lens III has positive power and may be a double-sided convex lens according to an embodiment of the present invention.
  • the fourth lens IV has a negative power, and according to an embodiment of the present invention, the fourth lens IV may be a meniscus lens in which the incident surface and the exit surface are convex toward the image sensor (upper surface).
  • the fifth lens V has a positive power, and according to an embodiment of the present invention, at least one of the entrance and exit surfaces is an aspherical surface, and may have two or more inflection points.
  • the sixth lens VI has negative power, and according to an embodiment of the present invention, at least one of the entrance and exit surfaces is an aspherical surface, and may have two or more inflection points.
  • the optical lens device of the present invention may further include an aperture stop (STOP, S1) and infrared ray blocking means (IR).
  • the aperture S1 may be provided between the third lens III and the fourth lens IV.
  • the infrared blocking unit IR may be provided between the sixth lens VI and the image sensor IMG.
  • the infrared blocking means IR may be an infrared blocking filter.
  • the positions of the diaphragm S1 and the infrared ray blocking means VI may vary.
  • the lens optical system according to the embodiments of the present invention having the above-described configuration satisfies at least one of the following Conditional Expressions 1 to 6.
  • Fov Field of view
  • the unit is degrees (degree, ⁇ ). This is a condition for the high resolution wide-angle design of the lens optical system of the present invention.
  • the total track length (TTL) represents the distance or height from the center of the first lens I incident surface to the image plane or image sensor
  • the image height (IH) represents the effective mirror image height (image).
  • Ind1 represents the refractive index of the first lens I
  • Ind2 represents the refractive index of the second lens II. This is a condition for minimizing chromatic aberration.
  • Abv1 is the Abbe's number of the first lens I
  • Abv2 is the Abbe's number of the second lens II. This is a condition for minimizing chromatic aberration.
  • the Abbe number abv1 of the first lens I is larger than the Abbe number abv2 of the second lens II, chromatic aberration generated in the ultra-optical lens is minimized.
  • Ind6 is a refractive index of the sixth lens VI
  • Ind4 is a refractive index of the fourth lens IV.
  • Abv6 is the Abbe number of the sixth lens
  • Abv4 is the Abbe number of the fourth lens
  • the Abbe number of the sixth lens By arranging the Abbe number of the sixth lens to be larger than the Abbe number of the fourth lens, chromatic aberration generated in the ultra-optical lens is minimized.
  • Table 1 below shows the optical characteristics of each of the first embodiment (EMB1) to the third embodiment (EMB3) shown in Figs.
  • IH is the image height of the effective diameter
  • TTL is the distance from the center of the incident surface of the first lens IV to the sensor
  • OAL is the center of the incident surface of the first lens I as described above. Indicates the distance or height from the center to the center of the sixth lens exit face, and the unit is mm.
  • the FOV represents an angle of view in the diagonal direction of the optical system.
  • Table 2 shows the results of comparing the optical conditions of the first to third embodiments of the present invention with the above Conditional Expressions 1 to 6.
  • the lens optical system of the first to third embodiments satisfies Condition 1 to Condition 6.
  • the first to sixth lenses I to VI may be made of plastic, in consideration of their shape and dimensions, and particularly large diameter
  • the first lens may be made of high refractive index plastic.
  • Tables 3 to 5 below show curvature radii, lens thicknesses or distances between lenses, refractive indices, Abbe's numbers, and the like, for the respective lenses constituting the lens optical system of FIGS. 1 to 3, respectively.
  • R is the radius of curvature
  • D lens thickness or lens spacing, or the distance between adjacent components
  • Nd is the refractive index of the lens measured using the d-line
  • Vd is the d-line (d- Abbe's number of the lens is shown.
  • the unit of R value and D value is mm.
  • all the lenses or all the lenses may have aspherical surfaces.
  • the aspherical surface satisfies the following aspherical equation.
  • Z is the distance from the vertex of the lens in the optical axis direction
  • Y is the distance in the direction perpendicular to the optical axis
  • R is the radius of curvature at the vertex of the lens
  • K is the conic constant
  • A, B, C, D, E, F, G, H and J represent aspherical coefficients.
  • Tables 6 to 8 show aspherical surface coefficients in the lens system according to the first to third embodiments, respectively, corresponding to FIGS. 1 to 3.
  • the lens optical system according to the present invention has a lens configuration of six elements in six groups, and positive power is applied to the first lens, the third lens, and the fifth lens, and between them. Negative power is applied to the second lens, the fourth lens, and the last sixth lens. All lenses may have an aspherical entrance surface or exit surface. In addition, the aspherical surface of the fifth lens and the sixth lens may have at least two inflection points.
  • FIG. 4 shows the longitudinal spherical aberration, the astigmatic field curvature and the distortion of the lens optical system according to the first embodiment of the present invention (that is, the lens optical system having the numerical values shown in Table 3).
  • Aberration diagram showing distortion is shown in Table 3.
  • Figure 4 shows the spherical aberration of the lens optical system for light of various wavelengths
  • (b) is the top surface curvature, that is, the tangential field curvature (T) and the sagittal field curvature of the lens optical system curvature, S).
  • the wavelengths of light used to obtain the data in FIG. 4A were 650.0000 nm, 610.0000 nm, 555.0000 nm, 510.0000 nm, and 470.0000 nm.
  • the wavelength used to obtain the data (b) and (c) was 546.1000 nm. The same is true in FIGS. 5 and 6.
  • 5A, 5B, and 5C are longitudinal spherical aberration and image curvature of a lens optical system according to a second embodiment (Fig. 2) of the present invention, that is, a lens optical system having numerical values shown in Table 3; And aberration diagrams showing distortion, respectively.
  • 6A, 6B, and 6C are longitudinal spherical aberration and image curvature of the lens optical system according to the third embodiment (Fig. 3) of the present invention, that is, the lens optical system having the numerical values shown in Table 4. And aberration diagrams showing distortion, respectively.
  • the lens optical system according to the exemplary embodiments of the present invention has positive, negative, positive, and negative values which are sequentially arranged in the direction of the image sensor IMG from the object OBJ. ) And the first to sixth lenses I to VI having positive (+) and negative (-) powers, and at least one of the above Conditional Expressions 1 to 6 may be satisfied.
  • Such a lens optical system can easily (goodly) correct various aberrations and have a relatively short overall length. Therefore, according to the embodiment of the present invention, it is possible to implement an optical lens optical system, particularly suitable for a mobile phone, which can achieve a small size, high performance and high resolution.
  • All of the first to sixth lenses I to VI may be plastic lenses. In the case of a glass lens, it is difficult to miniaturize the lens optical system due to not only high manufacturing cost but also constraints on molding / processing. However, in the present invention, all of the first to sixth lenses I to VI are made of plastic. As a result, various advantages can be obtained.
  • the material of the first to sixth lenses I to VI in the present invention is not limited to plastic. If necessary, at least one of the first to sixth lenses I to VI may be made of glass.
  • the fifth lens has positive power and the sixth lens has negative power, and these two lenses V and VI have at least one aspherical surface having two inflection points.
  • the present invention can be made of all the lenses made of plastic, and thus it is possible to implement a lens optical system excellent in compact and excellent performance at a lower cost than when using a glass lens.
  • the present invention can be implemented in the ultra-compact, ultra-slim lens optical system even though the lens of the high-performance 16M or more into a mobile phone.
  • the plastic aspherical material can be used for the ultra-slim optical system applied to mobile phones, and the low-sensitivity design can be achieved with high performance by distributing the power arrangement according to the appropriate aperture position.
  • the lens optical system according to the present invention is applicable to a high pixel sensor of 20M pixels or more.

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Abstract

촬영 렌즈 광학계에 관해 개시된다. 개시된 렌즈 광학계는 물체에서 이미지센서 방향으로 순차적으로 배열된 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6 및 제7 렌즈를 포함한다. 상기 제5렌즈는 정(+)의 파워를 가지고, 상기 제6렌즈를 부(-)의 파워를 가지며, 제5렌즈와 제6렌즈를 하나로 접합되어 정의 파워를 가지는 접합렌즈를 구성한다.

Description

촬영 렌즈 광학계
본 발명은 광학 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 촬상 장치에 적용되는 초소형 렌즈 광학계에 관한 것이다.
반도체 이미지 센서는 산업용, 가정용, 취미용 등 가릴 것 없이 촬영이 필요하거나 욕구되는 모든 분야로 그 이용 범위가 확대하고 있다.
CCD(Charge Coupled Device), CMOS(Complementary metal oxide semiconductor) 등의 반도체 이미지 센서의 성능이 크게 향상되면서 그 적용 분야의 폭 넓게 적용된다. 이러한 반도체 이미지 센서는 혁신을 거듭하면서 화소 집적도가 급격히 상승하고 있어서, 소형 이면서도 해상도가 극히 높은 이미지의 촬상이 가능하게 되었다.
이와 같은 고화소수에 이미지 센서에 대응하여 이에 부응하는 고품질의 렌즈 광학계가 요구된다. 고품질 광학계, 특히 초광각 광학계에는 모든 영역에서 수차가 적으면서 높은 선예도를 가지는 것이 필요하다.
양질의 영상을 얻기 위해서는 위와 같은 고품질의 촬상 소자뿐 아니라 이에 부합하는 렌즈 광학계가 필요하다.
일반적인 소형 카메라, 예컨대 최근 휴대폰에 필수적으로 설치되고 있는데, 촬상소자, 즉 이미지 센서가 급격히 초고화소화되고 있다. 이러한 초고화소 이미지 센서의 성능을 보장하기 위해서는 소형이면서도 여기에 부합하는 고품질의 렌즈 광학계가 필요하다.
이와 같이 소형 카메라에 요구되는 이상의 광학적 성능을 가지면서도 성형 및 가공이 용이하여 소형화가 용이할 뿐 아니라 제조 비용도 낮출 수 있는 렌즈의 연구는 여전한 과제이다.
본 발명은 소형이면서도 초고화소 촬상 장치에 사용될 수 있는 렌즈 광학계를 제공한다.
본 발명은 소형화가 용이하고, 높은 광학적 성능을 가지면서도 제조 단가를 낮출 수 있는 렌즈 광학계를 제공한다.
본 발명에 따른 렌즈 광학계:는
물체(object)측과 상면(image plane) 간의 광축 상에 순서 배치되는 것으로, 상기 물체 측을 향하는 입사면과 상기 상측을 향하는 출사면을 각각 가지는 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈, 제4렌즈, 제5렌즈 및 제6렌즈;가 순서대로 배치되는 렌즈계를 구비하며,
정(Positive)의 파워를 가지는 제1렌즈;
부(Negative)의 파워를 가지는 제2렌즈;
정(Positive)의 파워를 가지는 제3렌즈;
부(Negative)의 파워를 가지는 제4렌즈;
정(Positive)의 파워를 가지는 제5렌즈; 그리고
부(Negative)의 파워를 가지는 제6렌즈; 를 구비하고,
아래의 조건식1 내지 조건식6 중 적어도 어느 하나를 만족할 수 있다.
<조건식1>
70 ≤ Fov ≤ 90
여기서, Fov(Field of view)는 광학계의 대각선 방향의 화각을 나타낸다.
<조건식2>
0.55 ≤ TTL/IH ≤ 0.8
여기에서, TTL(Total Track Length)은 제1렌즈로부터 상면(image plane)까지의 높이이며, IH(Image Height) 는 유효경의 이미지 높이이다.
<조건식3>
0.9 ≤ Ind1/Ind2 ≤ 1.05
여기에서, Ind2는 제2렌즈의 굴절률, 그리고 Ind1은 제1렌즈의 굴절률이다.
<조건식4>
1.5 ≤ Abv1/Abv2 ≤ 3.5
여기에서, Abv1은 제1렌즈의 아베수이며, Abv2는 제2렌즈의 아베수이다.
<조건식5>
0.9 ≤ Ind6/Ind4 ≤ 1.05
여기에서, Ind6는 제6렌즈의 굴절률, 그리고 Ind4는 제4렌즈의 굴절률이다.
<조건식6>
1.5 ≤ Abv6/Abv4 ≤ 3.5
여기에서, Abv1은 제1렌즈의 아베수이며, Abv2는 제2렌즈의 아베수이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 광학계는 상기 제1렌즈의 입사면과 출사면의 사이에 조리개(STOP)가 마련될 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시예에 따르면,
제1렌즈 내지 제6렌즈 중 적어도 어느 하나가 비구면의 입사면 또는 출사면을 가질 수 있다.
소형이면서도 고성능·고해상도를 얻을 수 있는 광각 렌즈 광학계를 구현할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 광학계는 물체에서 이미지센서 방향으로 순차적으로 배열된 정(+), 부(-), 정(+), 부(-),정(+), 부(-),의 파워를 갖는 제1렌즈 내지 제6렌즈를 포함하고, 조리개가 제1렌즈의 입사면과 출사면의 사이에 배치되거나 또는 조건식 1 내지 6 중에서 적어도 어느 하나를 만족할 수 있다. 이러한 렌즈 광학계는 광각 광학 장치로서 일반적인 촬영 장치뿐 아니라 초고해상도 촬영장치에 적합하다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌즈 광학계의 주요 구성요소의 배치를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 렌즈 광학계의 주요 구성요소의 배치를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 렌즈 광학계의 주요 구성요소의 배치를 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면 수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면 수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 렌즈 광학계의 종방향 구면 수차, 상면만곡 및 왜곡을 보여주는 수차도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 광학계를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한(혹은, 유사한) 구성요소들을 나타낸다.
도 1 내지 도 3은 각각 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 3 실시예에 따른 렌즈 광학계를 보여준다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈 광학계는 6군6매의 렌즈를 구비하는 것으로서, 피사체 또는 물체(OBJ)와 물체(OBJ)의 상이 맺히는 결상면(image plane) 이미지 센서(IMG) 사이에 물체(OBJ) 측으로부터 순차로 배열된 일곱 매의 렌즈를 구비한다.
아래의 설명에서 언급되는 입사면은 물체를 향하는 면이며 출사면은 이미지 센서를 향하는 면이다.
이들 여섯 매의 렌즈는 광이 입사하는, 즉 물체(OBJ)를 향하는 입사면과 광이 출사하는, 즉 이미지 센서(IMG)를 향하는 출사면을 가지며, 여기에는 제1렌즈(I), 제2렌즈(Ⅱ), 제3렌즈(Ⅲ), 제4렌즈(Ⅳ), 제5렌즈(Ⅴ) 및 제6렌즈(VI)가 포함된다.
제1렌즈(I)는 정(+)의 파워(굴절률)을 가진다. 본 발명의 한 실시예에 따라 제1렌즈(I)는 물체(OBJ) 측으로 볼록한 입사면을 가질 수 있다.
제2렌즈(II)는 부(-)의 파워를 가지며, 본 발명의 일 실시 예에 따라, 물체(OBJ) 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다.
제3렌즈(III)는 정(+)의 파워를 가지며, 본 발명의 한 실시 예에 따라 양면 볼록형 렌즈일 수 있다.
제4렌즈(IV)는 부(-)의 파워를 가지며, 본 발명의 한 실시 예에 따라 그 입사면과 출사면이 이미지센서(상면) 측으로 볼록한 메니스커스 렌즈 일 수 있다.
제5렌즈(V)는 정(+)의 파워를 가지며, 본 발명의 일 실시예에 따라 입사면과출사면 중 적어도 어느 하나의 면이 비구면이며, 이는 2 개 이상의 변곡점을 가질 수 있다.
제6렌즈(VI)는 부(-)의 파워를 가지며, 본 발명의 일 실시예에 따라 입사면과출사면 중 적어도 어느 하나의 면이 비구면이며, 이는 2 개 이상의 변곡점을 가질 수 있다.
본 발명의 광학 렌즈 장치에는 조리개(STOP, S1)와 적외선 차단 수단(IR)이 더 구비될 수 있다. 조리개(S1)는 제3렌즈(III)와 제4렌즈(IV) 사이에 구비될 수 있다. 적외선 차단 수단(IR)은 제6렌즈(VI)와 이미지센서(IMG) 사이에 구비될 수 있다.
적외선 차단 수단(IR)은 적외선 차단 필터일 수 있다. 이러한 조리개(S1)와 적외선 차단 수단(Ⅵ)의 위치는 달라질 수 있다.
상기한 구성을 가지는 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈 광학계는 다음의 조건식 1 내지 6 중 적어도 하나를 만족한다.
<조건식 1>
70 ≤ Fov ≤ 90
여기서, Fov (Field of view)는 광학계의 대각선 방향의 화각을 나타내며, 단위는 도(degree, ㅀ)이다. 이는 본 발명의 렌즈 광학계의 고해상 광각 설계를 위한 조건이다.
<조건식 2>
0.55 ≤ TTL/IH ≤ 0.8
여기서, TTL (Total Track Length)는 제1렌즈(I) 입사면 중심으로부터 상면(image plane or image sensor)까지의 거리 또는 높이를 나타내며, IH(Image Height)는 유효경 이미지 높이(상고)를 나타낸다.
이는 광학 렌즈계의 전장(Total Length)을 센서 크기에 대비하여 한정하는 것으로 광각렌즈이면서도, 휴대폰에 탑재 가능한 초슬림 설계를 위한 조건이다.
<조건식3>
0.9 ≤ Ind1/Ind2 ≤1.05
여기에서, Ind1은 제1렌즈(I)의 굴절율, Ind2는 제2렌즈(II)의 굴절율을 나타낸다. 이는 색수차 최소화를 위한 조건이다.
<조건식4>
1.5 ≤ Abv1/Abv2 ≤ 3.5
여기에서, Abv1은 제1렌즈(I)의 아베수이며, Abv2는 제2렌즈(II)의 아베수이다. 이는 색수차를 최소화하기 위한 조건이다.
제2렌즈(II)의 아베수(abv2)에 비해 제1렌즈(I)의 아베수(abv1)를 크게 배열함으로써 초광학 렌즈에서 발생하는 색수차를 최소화하게 된다.
<조건식5>
0.9 ≤ Ind6/Ind4 ≤ 1.05
여기에서, Ind6는 제6렌즈(VI)의 굴절률, 그리고 Ind4는 제4렌즈(IV)의 굴절률이다.
<조건식6>
1.5 ≤ Abv6/Abv4 ≤ 3.5
여기에서, Abv6은 제6렌즈의 아베수이며, Abv4는 제4렌즈의 아베수이다.
제4렌즈의 아베수에 비해 제6렌즈의 아베수를 크게 배열함으로써 초광학 렌즈에서 발생하는 색수차를 최소화하게 된다.
아래의 표1은 도1 내지 도3에 도시된 제1실시예(EMB1) 내지 제3실시예(EMB3) 별 광학적 특성을 나타낸다.
Figure PCTKR2017002833-appb-T000001
위에서 IH는 유효경(effective diameter)의 이미지 높이(image height), TTL은 제1렌즈(IV)의 입사면 중심으로부터 센서까지의 거리, OAL은 전술한 바와 같이 제1렌즈(I)의 입사면 중심으로부터 제6렌즈 출사면의 중심까지의 거리 또는 높이를 나타내며, 단위는 mm 이다. 그리고, FOV는 광학계의 대각선 방향의 화각(degree, ㅀ)을 나타낸다.
아래의 표2는 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 3 실시예의 광학적 조건을 상기 조건식 1 내지 조건식 6에 대비한 결과를 보인다.
Figure PCTKR2017002833-appb-T000002
표2을 참조하면, 상기 제1실시예 내지 제3실시예의 렌즈 광학계는 조건식1 내지 조건식6을 만족하는 것을 알 수 있다. 이러한 구성을 가지는 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈 광학계에서 제1 내지 제6렌즈(I∼VI)는, 그 형상 및 치수(dimension)를 고려했을 때, 플라스틱으로 제조할 수 있으며, 특히 대구경인 제1렌즈를 고굴절률의 플라스틱으로 제조할 수 있다.
이하, 렌즈 데이터 및 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 제1실시예 내지 제3실시예에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.
아래의 표3 내지 표5은 각각 도1 내지 도3의 렌즈 광학계를 구성하는 각 렌즈에 대한 곡률반경, 렌즈 두께 또는 렌즈 사이의 거리, 굴절률 및 아베수 등을 나타낸다.
표3 내지 표5에서 R은 곡률반경, D는 렌즈 두께 또는 렌즈 간격 또는 인접한 구성요소 간의 간격, Nd는 d선(d-line)을 이용하여 측정한 렌즈의 굴절률, Vd는 d선(d-line)에 대한 렌즈의 아베수를 나타낸 것이다. 여기에서 R 값과 D 값의 단위는 ㎜이다.
Figure PCTKR2017002833-appb-T000003
Figure PCTKR2017002833-appb-T000004
Figure PCTKR2017002833-appb-T000005
한편, 본 발명의 제1실시예 내지 제3실시예에 따른 렌즈 광학계에서 모든 렌즈가 전체 렌즈 또는 일부 렌즈가 비구면을 가질 수 있다. 본 발명의 제 1 실시예 내지 제3실시예에 따른 렌즈 광학계에서 비구면은 아래의 비구면 방정식을 만족한다.
Figure PCTKR2017002833-appb-I000001
여기서, Z는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리를, Y는 광 축에 수직한 방향으로의 거리를, R은 렌즈의 정점에 있어서의 곡률 반경, K는 코닉 상수(conic constant)를 나타내고, A, B, C, D, E, F, G, H 및 J 는 비구면 계수를 나타낸다.
표6 내지 표8들은 각각 도 1 내지 도 3에 대응되는 제1실시예 내지 제3실시예에 따른 렌즈 시스템에서의 비구면 계수를 나타낸다.
Figure PCTKR2017002833-appb-T000006
Figure PCTKR2017002833-appb-T000007
Figure PCTKR2017002833-appb-T000008
본 발명에 따른 렌즈 광학계는, 전술한 바와 같이, 6군 6매의 렌즈 구성을 가지며, 제1렌즈, 제3렌즈와 제5렌즈에 정(+)의 파워가 부여되고, 그리고, 이들 사이의 제2렌즈, 제4렌즈 및 마지막의 제6렌즈에 부(-)의 파워가 부여된다. 모든 렌즈가 비구면의 입사면 또는 출사면을 가질 수 있다. 또한, 제5렌즈와 제6렌즈의 비구면은 적어도 2개의 변곡점을 가질 수 있다.
도4은 본 발명의 제1실시예(도1)에 따른 렌즈 광학계, 즉, 표3의 수치를 갖는 렌즈 광학계의 종방향 구면 수차(longitudinal spherical aberration), 상면 만곡(astigmatic field curvature) 및 왜곡(distortion)을 보여주는 수차도이다.
도4의 (a)는 다양한 파장의 광에 대한 렌즈 광학계의 구면 수차를 나타낸 것이고, (b)는 렌즈 광학계의 상면 만곡, 즉 자오 상면 만곡(tangential field curvature, T)과 구결 상면 만곡(sagittal field curvature, S)을 나타낸 것이다.
여기에서, 도4의 (a) 데이터를 얻기 위해 사용한 광의 파장은 650.0000nm, 610.0000nm, 555.0000nm, 510.0000nm, 470.0000nm 이었다. (b) 및 (c) 데이터를 얻기 위해 사용한 파장은 546.1000nm 이었다. 이는 도5 및 도6에서도 마찬가지이다.
도5의 (a), (b) 및 (c)는 각각 본 발명의 제2실시예(도2)에 따른 렌즈 광학계, 즉, 표3의 수치를 갖는 렌즈 광학계의 종방향 구면 수차, 상면 만곡 및 왜곡을 각각 보여주는 수차도이다.
도6의 (a), (b) 및 (c)는 각각 본 발명의 제 3 실시예(도 3)에 따른 렌즈 광학계, 즉, 표4의 수치를 갖는 렌즈 광학계의 종방향 구면 수차, 상면 만곡 및 왜곡을 각각 보여주는 수차도이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈 광학계는 물체(OBJ)에서 이미지센서(IMG) 방향으로 순차적으로 배열된 정(+), 부(-), 정(+), 부(-), 정(+), 부(-)의 파워를 갖는 제1렌즈 내지 제6렌즈(I∼VI)를 포함하고, 상기한 조건식 1 내지 6 중 적어도 어느 하나를 만족할 수 있다. 이러한 렌즈 광학계는 각종 수차를 용이하게(양호하게) 보정할 수 있고, 비교적 짧은 전장을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 소형이면서도 고성능 및 고해상도를 얻을 수 있는 특히 휴대폰에 적합한 광학 렌즈 광학계를 구현할 수 있다.
제1렌즈 내지 제6렌즈(I∼VI)는 모두 플라스틱 렌즈일 수 있다. 글라스(glass) 렌즈의 경우, 제조 단가가 높을 뿐 아니라 성형/가공 상의 제약 조건으로 인해 렌즈 광학계의 소형화를 어렵게 하지만, 본원 발명에서는 제1렌즈 내지 제6렌즈(I∼VI)를 모두 플라스틱으로 제조할 수 있으므로, 그에 따른 다양한 이점을 기할 수 있다.
그러나 본원 발명에서 제1렌즈 내지 제6렌즈(I∼VI)의 재질이 플라스틱으로 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라서는, 제1렌즈 내지 제6렌즈(I∼VI) 중 적어도 하나를 글라스로 제조할 수도 있다.
전술한 바와 같이 제5렌즈는 정(+)의 파워를 가지고 그리고 제6렌즈는 부(-)의 파워를 가지며, 이 들 두 렌즈(V, VI)는 적어도 하나는 2개의 변곡점을 가지는 비구면을 가질 수 있다.
이러한 본 발명은 모든 렌즈를 플라스틱으로 제조할 수 있으며, 따라서 글라스 렌즈를 사용하는 경우보다 저비용으로 컴팩트하면서 성능이 우수한 렌즈 광학계를 구현할 수 있다.
본 발명은 휴대폰에 들어가는 16M 이상의 고성능의 렌즈임에도 초소형, 초슬림형 렌즈 광학계의 구현이 가능하다. 특히 휴대폰 등에 적용되는 초슬림 광학계를 위해 플라스틱 비구면 소재를 사용할 수 있고, 적절한 조리개 위치 설정에 따른 파워배치 분산으로 높은 성능을 구현하면서도 민감도가 낮은 설계가 가능하여 양산성도 확보 가능하다. 이러한 본 발명에 따른 렌즈 광학계는 20M 픽셀 이상의 고화소 센서에도 적용 가능하다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 적외선((IR)) 차단 수단으로서 필터 외에 다양한 부가적 요소가 사용될 수 있다. 그 밖에도 다양한 변형 예가 가능함을 알 수 있을 것이다. 이러한 이유로, 본 발명의 기술적 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

Claims (20)

  1. 물체(object)측과 상면(image plane) 간의 광축 상에 순서 배치되는 것으로,
    상기 제1렌즈, 제3렌즈 및 제5렌즈는 정(Positive, +)의 파워를 가지며,
    상기 제2렌즈, 제4렌즈 및 제6렌즈는 부(Negative, -)의 파워를 가지며, 그리고 아래의 조건식1을 만족하는, 렌즈 광학계.
    <조건식 1>
    70 ≤ Fov ≤ 90
    여기서, Fov(Field of view)는 렌즈 광학계의 대각선 방향의 화각을 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서,
    아래의 조건식2를 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식 2>
    0.55 ≤ TTL/IH ≤ 0.8
    여기에서, TTL(Total Track Length)은 제1렌즈로부터 상면까지의 높이이며, IH(Image Height) 는 유효경의 이미지 높이이다.
  3. 제1항에 있어서,
    아래의 조건식3을 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식3>
    0.9 ≤ Ind1/Ind2 ≤ 1.05
    여기에서, Ind2는 제2렌즈의 굴절률, 그리고 Ind1은 제1렌즈의 굴절률이다.
  4. 제1항에 있어서,
    아래의 조건식4를 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식4>
    1.5 ≤ Abv1/Abv2 ≤ 3.5
    여기에서, Abv1은 제1렌즈의 아베수이며, Abv2는 제2렌즈의 아베수이다.
  5. 제2항에 있어서,
    아래의 조건식4를 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식4>
    1.5 ≤ Abv1/Abv2 ≤ 3.5
    여기에서, Abv1은 제1렌즈의 아베수이며, Abv2는 제2렌즈의 아베수이다.
  6. 제3항에 있어서,
    아래의 조건식4를 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식4>
    1.5 ≤ Abv1/Abv2 ≤ 3.5
    여기에서, Abv1은 제1렌즈의 아베수이며, Abv2는 제2렌즈의 아베수이다.
  7. 제4항에 있어서,
    아래의 조건식5를 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식5>
    0.9 ≤ Ind6/Ind4 ≤ 1.05
    여기에서, Ind6는 제6렌즈의 굴절률, 그리고 Ind4는 제4렌즈의 굴절률이다.
  8. 제5항에 있어서,
    아래의 조건식5를 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식5>
    0.9 ≤ Ind6/Ind4 ≤ 1.05
    여기에서, Ind6는 제6렌즈의 굴절률, 그리고 Ind4는 제4렌즈의 굴절률이다.
  9. 제6항에 있어서,
    아래의 조건식5를 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식5>
    0.9 ≤ Ind6/Ind4 ≤ 1.05
    여기에서, Ind6는 제6렌즈의 굴절률, 그리고 Ind4는 제4렌즈의 굴절률이다.
  10. 제6항에 있어서,
    아래의 조건식6을 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식6>
    1.5 ≤ Abv6/Abv4 ≤ 3.5
    여기에서, Abv1은 제1렌즈의 아베수이며, Abv2는 제2렌즈의 아베수이다.
  11. 제7항에 있어서,
    아래의 조건식6을 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식6>
    1.5 ≤ Abv6/Abv4 ≤ 3.5
    여기에서, Abv1은 제1렌즈의 아베수이며, Abv2는 제2렌즈의 아베수이다.
  12. 제8항에 있어서,
    아래의 조건식6을 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식6>
    1.5 ≤ Abv6/Abv4 ≤ 3.5
    여기에서, Abv1은 제1렌즈의 아베수이며, Abv2는 제2렌즈의 아베수이다.
  13. 제1항에 있어서,
    아래의 조건식6을 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식6>
    1.5 ≤ Abv6/Abv4 ≤ 3.5
    여기에서, Abv1은 제1렌즈의 아베수이며, Abv2는 제2렌즈의 아베수이다.
  14. 제2항에 있어서,
    아래의 조건식6을 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식6>
    1.5 ≤ Abv6/Abv4 ≤ 3.5
    여기에서, Abv1은 제1렌즈의 아베수이며, Abv2는 제2렌즈의 아베수이다.
  15. 제3항에 있어서,
    아래의 조건식6을 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식6>
    1.5 ≤ Abv6/Abv4 ≤ 3.5
    여기에서, Abv1은 제1렌즈의 아베수이며, Abv2는 제2렌즈의 아베수이다.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1렌즈의 입사면과 출사면의 사이에 마련되는 조리개를 더 포함하는 렌즈 광학계.
  17. 물체(object)측과 상면(image plane) 간의 광축 상에 순서 배치되는 것으로,
    정(Positive)의 파워를 가지는것으로 물체 측으로 볼록한 입사면을 가지는 제1렌즈;
    부(Negative)의 파워를 가지는 것으로 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상의 제2렌즈;
    정(Positive)의 파워를 가지는 것으로 양면 볼록형 제3렌즈;
    부(Negative)의 파워를 가지는 상면측으로 볼록한 메니스커스 형상의 제4렌즈;
    정(Positive)의 파워를 가지는 제5렌즈;
    부(Negative)의 파워를 가지는 제6렌즈; 그리고
    상기 제1렌즈의 입사면과 출사면 사이에 위치하는 조리개;를 구비하고
    그리고 아래의 조건식1의 만족하는, 렌즈 광학계.
    <조건식 1>
    70 ≤ Fov ≤ 90
    여기서, Fov(Field of view)는 렌즈 광학계의 대각선 방향의 화각을 나타낸다.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제5렌즈와 제6렌즈 중 적어도 하나는 적어도 2개의 변곡점을 가지는 비구면을 가지는 것을 특징으로 하는 렌즈 광학계.
  19. 제18항에 있어서, 아래의 조건식 2 내지 6 중 적어도 하나는 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식 2>
    0.55 ≤TTL/IH ≤ 0.8
    여기서, TTL (Total Track Length)는 제1렌즈(I) 입사면 중심으로부터 상면(image plane or image sensor)까지의거리 또는 높이를 나타내며, IH(Image Height)는 유효경 이미지 높이(상고)를 나타낸다.
    <조건식3>
    0.9 ≤ Ind1/Ind2 ≤1.05
    여기에서, Ind1은 제1렌즈(I)의 굴절율, Ind2는 제2렌즈(II)의 굴절율을 나타낸다.
    <조건식4>
    1.5 ≤ Abv1/Abv2 ≤ 3.5
    여기에서, Abv1은 제1렌즈(I)의 아베수이며, Abv2는 제2렌즈(II)의 아베수이다.
    <조건식5>
    0.9 ≤ Ind6/Ind4 ≤ 1.05
    여기에서, Ind6는 제6렌즈(VI)의 굴절률, 그리고 Ind4는 제4렌즈(IV)의 굴절률이다.
    <조건식6>
    1.5 ≤ Abv6/Abv4 ≤ 3.5
    여기에서, Abv6은 제6렌즈의 아베수이며, Abv4는 제4렌즈의 아베수이다.
  20. 제18항에 있어서, 아래의 조건식 2 내지 6 중 적어도 하나는 만족하는 렌즈 광학계.
    <조건식 2>
    0.55 ≤TTL/IH ≤ 0.8
    여기서, TTL (Total Track Length)는 제1렌즈(I) 입사면 중심으로부터 상면(image plane or image sensor)까지의거리 또는 높이를 나타내며, IH(Image Height)는 유효경 이미지 높이(상고)를 나타낸다.
    <조건식3>
    0.9 ≤ Ind1/Ind2 ≤1.05
    여기에서, Ind1은 제1렌즈(I)의 굴절율, Ind2는 제2렌즈(II)의 굴절율을 나타낸다.
    <조건식4>
    1.5 ≤ Abv1/Abv2 ≤ 3.5
    여기에서, Abv1은 제1렌즈(I)의 아베수이며, Abv2는 제2렌즈(II)의 아베수이다.
    <조건식5>
    0.9 ≤ Ind6/Ind4 ≤ 1.05
    여기에서, Ind6는 제6렌즈(VI)의 굴절률, 그리고 Ind4는 제4렌즈(IV)의 굴절률이다.
    <조건식6>
    1.5 ≤ Abv6/Abv4 ≤ 3.5
    여기에서, Abv6은 제6렌즈의 아베수이며, Abv4는 제4렌즈의 아베수이다.
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