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KR20090079635A - 카메라용 결상 광학계 및 이를 채용한 화상 통신용 카메라 - Google Patents

카메라용 결상 광학계 및 이를 채용한 화상 통신용 카메라 Download PDF

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KR20090079635A
KR20090079635A KR1020080005760A KR20080005760A KR20090079635A KR 20090079635 A KR20090079635 A KR 20090079635A KR 1020080005760 A KR1020080005760 A KR 1020080005760A KR 20080005760 A KR20080005760 A KR 20080005760A KR 20090079635 A KR20090079635 A KR 20090079635A
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imaging optical
lens
camera
conditional expression
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최병하
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삼성테크윈 주식회사
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Abstract

카메라용 결상 광학계 및 이를 채용한 화상 통신용 카메라가 개시된다.
개시된 결상 광학계는, 물체측으로부터 배열된 조리개 및 제1렌즈를 포함하고, 상기 제1렌즈는 양의 굴절력을 가지며, 양면이 비구면으로 구성되고, 양면이 볼록한 형상을 가지며, 다음의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
<조건식>
LB/f>0.88
LT/LB<1.71
여기서, LT는 상기 조리개로부터 결상 광학계의 상면까지의 광축 상의 거리를, f는 결상 광학계의 전체 초점거리를, LB는 상기 제1렌즈의 상측 면으로부터 결상 광학계의 상면까지의 광축 상의 거리를 각각 나타낸다.

Description

카메라용 결상 광학계 및 이를 채용한 화상 통신용 카메라{Imaging optical system for camera and video telephony camera employing the same}
본 발명은 소형의 카메라용 결상 광학계 및 이를 채용한 화상 통신용 카메라에 관한 것이다.
최근 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 등과 같은 고체 촬상 소자를 가진 디지털 카메라(digital camera)나 비디오 카메라(video camera)가 널리 보급되고 있다. 특히, 메가 픽셀의 카메라 모듈의 수요가 요구되고, 보급형 디지털 카메라에서도 500만 이상의 화소와 고화질의 성능을 가지는 카메라가 등장하고 있다. CCD 또는 CMOS와 같은 촬상 소자를 이용한 디지털 카메라 혹은 핸드폰 카메라와 같은 결상 광학 기기는 소형화, 경량화, 저 비용화가 요구된다. 더 나아가 모바일용 소형 카메라를 이용하여 화상 통신을 하는 경우 소형화가 필수적으로 요구된다. 이러한 소형, 경량화를 달성하기 위해서 1장의 렌즈로 구성된 결상 광학계가 이용된다.
한편, 화상 통신을 위한 모바일 기기에 들어가는 카메라 모듈은 1/7" VGA(Video Graphics Array)가 주류를 이루었으나 현재는 1/11" CIF(Common Intermediate Format)가 주류를 이루고 있다. 그런데, 종래 사용된 1/7" VGA의 경우 화각이 60°정도로 화상 통신에 사용하기에 너무 좁은 화각을 가지고 있으며, 소형 경량화 및 저비용화를 하기에 적당하지 않다. 또한, 1/7" CIF의 경우 화질이 떨어지며, 특히 왜곡(Distortion) 특성이 5% 이상이어서 이미지가 심하게 베럴(Barrel)형상을 가지게 되고, 그로 인해 화상 통신시 보는 사람으로 하여금 거부감을 느끼게 된다. 특히, 모바일 기기가 소형화됨에 따라 이미징 센서도 같이 소형화되는데, 이미징 센서의 소형화로 인하여 발생하는 음영(Shading)을 개선하기 위하여 주변 광량을 최대한 확보할 필요가 있으며, 텔레센트릭 특성이 높게 나타나도록 설계하는 것이 필요하다.
또한, 일반적으로 렌즈와 이미징 센서 사이에 적외선 필터를 사용하는데, 이렇게 사용하기 위해서는 긴 후초점거리를 확보하는 것이 요구된다.
본 발명은 소형의 카메라용 결상 광학계 및 이를 채용한 화상 통신용 카메라를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 텔레세트릭 특성이 개선되고, 긴 후초점 거리를 확보할 수 있는 카메라용 결상 광학계 및 이를 채용한 화상 통신용 카메라를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 물체측으로부터 배열된 조리개 및 제1렌즈를 포함하고, 상기 제1렌즈는 양의 굴절력을 가지며, 양면이 비구면으로 구성되고, 양면이 볼록한 형상을 가지며, 다음의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 카메라용 결상 광학계를 제공한다.
<조건식>
LB/f>0.88
LT/LB<1.71
여기서, LT는 상기 조리개로부터 결상 광학계의 상면까지의 광축 상의 거리를, f는 결상 광학계의 전체 초점거리를, LB는 상기 제1렌즈의 상측 면으로부터 결상 광학계의 상면까지의 광축 상의 거리를 각각 나타낸다.
상기 결상 광학계가 다음의 조건식을 만족하도록 구성될 수 있다.
<조건식>
0.18≤S≤0.2
여기서 S는 조리개로부터 제1렌즈의 물체측 면까지의 광축 상의 거리를 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 카메라용 결상 광학계 및 이를 채용한 화상 통신용 카메라에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 화상 통신용 결상 광학계는 도 1을 참조하면, 물체측(O)으로부터 배치된 조리개(ST) 및 제1렌즈(10-1)를 포함하며, 상기 제1렌즈(10-1)는 양의 굴절력을 가지며, 양면이 비구면으로 구성된다. 또한, 상기 제1렌즈(10-1)는 물체측(O)의 제1면(S2)과 상측(I)의 제2면(S3)이 볼록한 형상을 가진다. 즉, 제1면(S2)이 물체측에 대해 볼록하게 되어 있고, 제2면(S3)이 상측에 대해 볼록하게 되어 있다. 제1 렌즈(10-1)를 양면 볼록 렌즈로 형성함으로써 TV 왜곡을 저하시킬 수 있다. 상기 제1렌즈(10-1)의 상 측(I)에는 적외선 필터(11-1)가 구비된다.
본 발명의 실시예에 따른 결상 광학계는 다음의 수학식을 만족하도록 구성된다.
LB/f>0.88
LT/LB<1.71
여기서, LT는 상기 조리개로부터 결상 광학계의 상면까지의 광축 상의 거리를, f는 결상 광학계의 전체 초점거리를, LB는 상기 제1렌즈의 상측 면으로부터 결상 광학계의 상면까지의 광축 상의 거리를 각각 나타낸다. 수학식 1은 긴 후초점 거리(BFL)을 확보할 수 있도록 해주며, 수학식 2는 소형화를 구현하기 위한 것이다. LT/LB가 1.71보다 클 경우 전고가 길어져 소형화를 달성하기 어렵게 된다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 결상 광학계의 텔레센트릭성과 소형화를 향상시키기 위한 것이다.
0.18≤S≤0.2
여기서 S는 조리개로부터 제1렌즈의 물체측 면(S2)까지의 광축 상의 거리를 나타낸다. S가 수학식 3의 상한값보다 크면 텔레센트릭 특성은 확보할 수 있으나 광학계 전체가 두꺼워지게 되어 소형화가 어렵게 된다. 또한, 조리개가 제1렌즈로부터 너무 멀리 떨어져 있어서 내면 반사에 취약한 구조가 될 수 있다. S가 수학식 3의 하한값보다 작으면 텔레센트릭 특성을 확보하기 어려우며, 상면만곡이 많이 발생한다.
본 발명의 실시예에 따른 결상 광학계는 다음 조건을 만족하도록 구성될 수 있다.
Figure 112008004454942-PAT00001
여기서, R1은 제1렌즈의 물체측 면의 곡률을, f는 결상 광학계의 전체 초점거리를 나타낸다. 본 발명의 실시예에 따른 결상 광학계가 수학식 4의 조건을 만족함으로써 결상 광학계의 해상력을 향상하고, 화상 통화에 알맞은 화각을 유지할 수 있다.
Figure 112008004454942-PAT00002
여기서, t1은 제1렌즈의 두께를, f는 결상 광학계의 전체 초점거리를 나타낸다. 수학식 5는 제1렌즈의 두께가 너무 두껍게 되지 않도록 하여 양산성을 향상시킬 수 있도록 한다.
한편, 본 발명의 실시예에 나오는 비구면의 정의를 나타내면 다음과 같다.
본 발명에 따른 줌 렌즈의 비구면 형상은 광축 방향을 x축으로 하고, 광축 방향에 대해 수직한 방향을 y축으로 할 때, 광선의 진행 방향을 정으로 하여 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다. 여기서, x는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리를, y는 광축에 대해 수직한 방향으로의 거리를, K는 코닉 상수(conic constant)를, A, B, C, D, E, F, G, H는 비구면 계수를, c는 렌즈의 정점에 있어서의 곡률 반경의 역수(1/R)를 각각 나타낸다.
Figure 112008004454942-PAT00003
본 발명에서는 구체적으로 다음과 같이 다양한 설계에 따른 실시예를 통해 줌 렌즈의 소형화를 구현하기 위한 최적화 조건들에 따른 렌즈들을 포함한다.
이하, f는 전체 렌즈 계의 합성초점거리를, Fno는 F 넘버를, 2w는 화각을, R은 곡률 반경을, Dn은 렌즈의 중심 두께 또는 렌즈와 렌즈 사이의 간격을, vd는 아베수를 각각 나타낸다. 또한, ST는 조리개를 나타내며, OBJ는 물체면을, IMG는 상면을, ASP는 비구면을 나타낸다. 그리고, 각 실시예를 도시한 도면에서 각 렌즈에 대해서는 실시예 번호에 를 부기하여 나타내었다.
<제1 실시예>
도 1은 제1실시예에 따른 결상 광학계를 도시한 것이다.
f : 1.2 Fno : 3.2 ω : 33.12
R Dn nd vd
OBJ: INFINITY INFINITY
ST: INFINITY 0.185000
S2: 0.80311 0.560000 1.519 62.1
ASP:
K : -0.184802
A :-0.911278E+00 B :0.659388E+02 C :-0.114181E+04 D :0.739397E+04
E :0.123190E+05 F :-0.341265E+06 G :0.971385E+06 H :0.105746E+06
J :0.364568E+07
S3: -2.15862 0.548409
ASP:
K :-1501.550393
A :-.218624E+01 B :0.564299E+02 C :-0.392159E+03 D :0.285445E+03
E :0.792600E+04 F :0.105250E+05 G :-0.215591E+06 H :-0.602321E+06
J :0.449663E+07
S4: INFINITY 0.300000 1.516 64,2
S5: INFINITY 0.167227
IMG: INFINITY 0.000000
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 결상 광학계의 구면수차, 상면만곡, 왜곡수차를 나타낸 것이다. 구면수차는 c_line, e-line, f-line 에 관해서 나타낸 것으로, C_line은 656.3nm , e-line은 546nm, F-line은 486.1nm 이다. 상면만곡으로는 자오상면 만곡(T: tangential field curvature)과 구결상면 만곡(S: sagittal field curvature)을 보여준다.
<제2 실시예>
도 3은 제2실시예에 따른 결상 광학계를 도시한 것이다.
f : 1.22 Fno : 3.2 ω : 32.68
R Dn nd vd
OBJ: INFINITY 250.000000
ST: INFINITY 0.200000
S2: 0.80823 0.550000 1.519 62.1
ASP:
K : 0.470962
A :-0.180076E+00 B :0.173976E+02 C :-0.180876E+03 D :0.568593E+03
E :-.0132799E+04 F :0.115904E+05 G :0.974523E+05 H :0.198648E+06
J :-.739985E+07
S3: -2.29397 0.548200
ASP:
K :-1273.835331
A :-0.121126E+01 B :0.319962E+02 C :-0.154159E+03 D :-0.165218E+03
E :0.360086E+04 F :0.717007E+04 G :-0.108718E+06 H :0.365225E+05
J :0.926656E+06
S4: INFINITY 0.300000 1.516 64,2
S5: INFINITY 0.195639
IMG: INFINITY 0.000000
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 결상 광학계의 구면수차, 상면만곡, 왜곡수차를 나타낸 것이다.
<제3 실시예>
도 5는 제3실시예에 따른 결상 광학계를 도시한 것이다.
f : 1.23 Fno : 3.2 ω : 32.66
R Dn nd vd
OBJ: INFINITY 250.000000
ST: INFINITY 0.200000
S2: 0.84898 0.550000 1.519 62.1
ASP:
K : 0.569636
A :0.358835E+00 B :0.440889E+01 C :-0.812760E+02 D :0.803837E+03
E :-0.396404E+04 F :0.413812E+04 G :0.338937E+04 H :0.372890E+05
J :-.104598E+06
S3: -2.04249 0.548100
ASP:
K : -835.419925
A :-0.148210E+01 B :0.338642E+02 C :-0.162500E+03 D :-0.198801E+03
E :0.367131E+04 F :0.869016E+04 G :-0.101747E+06 H :0.322068E+05
J :0.519856E+06
S4: INFINITY 0.300000 1.516 64,2
S5: INFINITY 0.217263
IMG: INFINITY 0.000000
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 결상 광학계의 구면수차, 상면만곡, 왜곡수차를 나타낸 것이다.
<제4 실시예>
도 7은 제4실시예에 따른 결상 광학계를 도시한 것이다.
f : 1.23 Fno : 3.2 ω : 32.72
R Dn nd vd
OBJ: INFINITY 250.000000
ST: INFINITY 0.200000
S2: 0.82187 0.560000 1.519 62.1
ASP:
K : 0.005043
A :0.995903E-01 B :0.768653E+01 C :-0.788286E+02 D :0.709869E+03
E :-0.398748E+04 F :0.413812E+04 G :0.338937E+04 H :0.372890E+05
J :-.104598E+06
S3: -2.24120 0.548100
ASP:
K :-1248.894903
A :-0.150666E+01 B :0.338400E+02 C :-0.162739E+03 D :-0.193826E+03
E :0.366124E+04 F :0.862484E+04 G :-0.101909E+06 H :0.335610E+05
J :0.544992E+06
S4: INFINITY 0.300000 1.516 64,2
S5: INFINITY 0.203147
IMG: INFINITY 0.000000
다음은, 상기 제1 내지 제4 실시예가 각각 상기 수학식 1 내지 5의 조건을 만족시킴을 보여준 것이다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
수학식 1 0.8866 0.8949 0.9055 0.8939
수학식 2 1.7001 1.6869 1.6733 1.6911
수학식 3 0.185 0.2 0.2 0.2
수학식 4 0.6692 0.6624 0.6902 0.6682
수학식 5 0.4666 0.4508 0.4471 0.4552
본 발명은 카메라용 결상 광학계로서, 촬상 소자를 이용하는 카메라에 적용될 수 있으며, 더 나아가 화상 통신용으로 사용될 수 있다. 화상 통신용으로 사용하기 위해 65도 이상의 화각을 유지하면서 양산성을 향상시키기 위해 긴 후초점 거리를 유지하도록 되어 있다. 그리고, TV 왜곡을 저하시켜 결상 성능을 향상시킨다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 화상 통신용 결상 광학계를 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 결상 광학계의 구면수차, 상면만곡, 왜곡수차를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 화상 통신용 결상 광학계를 도시한 것이다.
도 4는 도 3에 도시된 결상 광학계의 구면수차, 상면만곡, 왜곡수차를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 화상 통신용 결상 광학계를 도시한 것이다.
도 6은 도 5에 도시된 결상 광학계의 구면수차, 상면만곡, 왜곡수차를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 화상 통신용 결상 광학계를 도시한 것이다.
도 8은 도 7에 도시된 결상 광학계의 구면수차, 상면만곡, 왜곡수차를 나타낸 것이다.

Claims (7)

  1. 물체측으로부터 배열된 조리개 및 제1렌즈를 포함하고,
    상기 제1렌즈는 양의 굴절력을 가지며, 양면이 비구면으로 구성되고, 양면이 볼록한 형상을 가지며, 다음의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 카메라용 결상 광학계.
    <조건식>
    LB/f>0.88
    LT/LB<1.71
    여기서, LT는 상기 조리개로부터 결상 광학계의 상면까지의 광축 상의 거리를, f는 결상 광학계의 전체 초점거리를, LB는 상기 제1렌즈의 상측 면으로부터 결상 광학계의 상면까지의 광축 상의 거리를 각각 나타낸다.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 결상 광학계가 다음의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 카메라용 결상 광학계.
    <조건식>
    0.18≤S≤0.2
    여기서, S는 조리개로부터 제1렌즈의 물체측 면까지의 광축 상의 거리를 나 타낸다.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 결상 광학계가 다음의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 카메라용 결상 광학계.
    <조건식>
    Figure 112008004454942-PAT00004
    여기서, R1은 제1렌즈의 물체측 면의 곡률을, f는 결상 광학계의 전체 초점거리를 나타낸다.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 결상 광학계가 다음의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 카메라용 결상 광학계.
    <조건식>
    Figure 112008004454942-PAT00005
    여기서, t1은 제1렌즈의 두께를, f는 결상 광학계의 전체 초점거리를 나타낸다.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 결상 광학계가 다음의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 카메라용 결상 광학계.
    <조건식>
    Figure 112008004454942-PAT00006
    여기서, t1은 제1렌즈의 두께를, f는 결상 광학계의 전체 초점거리를 나타낸다.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 따른 결상 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 통신용 카메라.
  7. 제 3항에 따른 결상 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 통신용 카메라.
KR1020080005760A 2008-01-18 2008-01-18 카메라용 결상 광학계 및 이를 채용한 화상 통신용 카메라 KR100950506B1 (ko)

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