JP2024504797A - 光学系及びこれを含むカメラモジュール - Google Patents

光学系及びこれを含むカメラモジュール Download PDF

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Abstract

Figure 2024504797000001
本発明の実施例に係る光学系は、物体側からセンサー方向に光軸に沿って順次配置され、少なくとも一つのレンズをそれぞれ含む第1及び第2レンズ群を含み、前記第1レンズ群の焦点距離符号と前記第2レンズ群の焦点距離符号は、互いに反対となり、-1.5<f_2/f_1/0を満足し、(f_1は、前記第1レンズ群の焦点距離であり、f_2は、前記第2レンズ群の焦点距離である。)前記第1及び第2レンズ群に含まれるレンズの有効径(Clear aperture)のサイズは、イメージセンサーの対角方向の長さよりも小さく、前記第1及び第2レンズ群のうち一つのレンズ群は、前記光軸方向に移動可能である。

Description

実施例は、向上した光学性能及びスリムな構造を有する光学系及びこれを含むカメラモジュールに関する。
カメラモジュールは、オブジェクトを撮影してイメージまたは動画に保存する機能を実行し、多様なアプリケーションに装着されている。特にカメラモジュールは、超小型で製作され、スマートフォン、タブレットPC、ノートパソコンなどのポータブルデバイスだけでなく、ドローン、車両などに適用され、多様な機能を提供している。例えば、カメラモジュールの光学系は、像(image)を結像する撮像レンズ、結像された像を電気信号に変換するイメージセンサーを含むことができる。このとき、前記カメラモジュールは、イメージセンサーと撮像レンズとの間の間隔を自動調節してレンズの焦点距離を整列するオートフォーカスAF(autofocus)機能を果たすことができ、ズームレンズ(zoom lens)を通じて遠距離のオブジェクトの倍率を増加または減少させて撮影するズームアップ(zoom up)またはズームアウト(zoom out)のズーミング(zooming)機能を果たすことができる。また、カメラモジュールは、画像ブレ防止IS(image stabilization)技術を採用して、不安定な固定装置あるいはユーザの動きに起因するカメラの動きによる画像のブレを補正または防止する技術が採用されている。このようなカメラモジュールが像(image)を得るために最も重要な要素は、像(image)を結像する撮像レンズである。最近、高解像度に対する関心が高まっており、これを具現するために複数のレンズを含む光学系の研究が進められている。例えば、高性能な光学系を具現のために、正(+)の屈折力または負(-)の屈折力を有する複数の撮像レンズを用いた研究が進められている。しかし、複数のレンズを含む場合、光学系全体が増加することがあり、優れた光学特性及び収差特性を導出することが困難であるという問題点がある。
前記光学系が複数のレンズを含む場合、少なくとも一つのレンズまたは少なくとも一つのレンズを含むレンズ群の位置を制御して、ズーム(zoom)、オートフォーカス(AF)機能を果たすことができる。しかし、前記レンズまたは前記レンズ群が機能を果たしようとする場合、前記レンズまたは前記レンズ群の移動量が幾何級数的に増加することがある。これにより、前記光学系を含む装置は、多くのエネルギー が要求され得、移動量を考慮した設計が要求されるという問題点がある。前記光学系が複数のレンズを含む場合、前記複数のレンズの厚さ、間隔、及びサイズによって光学系の全長及び高さが増加することがある。これにより、前記光学系が配置されるスマートフォン、または携帯端末機のデバイスの全体的な厚さは増加することがあり、より小型で提供することが困難であるという問題点がある。したがって、上述の問題を解決することができる新しい光学系が求められる。
本発明の実施例は、光学特性が向上した光学系及びカメラモジュールを提供することを目的とする。実施例は、多様な距離に位置する被写体に対するオートフォーカス(AF)機能を提供することができる光学系及びカメラモジュールを提供することを目的とする。実施例は、小型でコンパクト(compact)に具現できる光学系及びカメラモジュールを提供することを目的とする。実施例は、薄い厚さを有するフォールディド(folded)カメラに適用可能なカメラモジュールを提供することを目的とする。
本発明の実施例に係る光学系は、物体側からセンサー方向に光軸に沿って順次配置され、少なくとも一つのレンズをそれぞれ含む第1及び第2レンズ群を含み、前記第1レンズ群の焦点距離符号と前記第2レンズ群の焦点距離符号は、互いに反対となり、-1.5<f_2/f_1/0を満足し、(f_1は、前記第1レンズ群の焦点距離であり、f_2は、前記第2レンズ群の焦点距離である。)前記第1及び第2レンズ群に含まれるレンズの有効径(Clear aperture)のサイズは、イメージセンサーの対角方向の長さよりも小さく、前記第1及び第2レンズ群のうち一つのレンズ群は、前記光軸方向に移動可能である。
本発明の実施例によれば、前記第1レンズ群は、前記物体側から前記センサー側方向に前記光軸に沿って順次配置される第1~第3レンズを含み、前記第2レンズ群は、前記物体側から前記センサー側方向に前記光軸に沿って順次配置される第4及び第5レンズを含むことができる。前記第1レンズ群において前記物体側に最も近く配置されたレンズは、正(+)の屈折力を有し、前記第1レンズ群において前記物体側に最も近く配置されたレンズのセンサー側面は、凸状を有することができる。前記第2レンズ群において前記イメージセンサーに最も近く配置されたレンズは、負(-)の屈折力を有し、前記第2レンズ群において前記イメージセンサーに最も近く配置されたレンズのセンサー側面は、凸状を有することができる。
本発明の実施例によれば、前記第2レンズ群において前記物体側に最も近く配置されたレンズの物体側面は、凹状を有することができる。前記第1及び第2レンズ群は、[数1]1<L_G1/L_G2<4を満足することができる(数式1において、L_G1は、前記第1レンズ群に含まれるレンズのうち、前記物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点から前記イメージセンサーと最隣接のレンズのセンサー側面の頂点までの光軸方向の長さを意味する。また、L_G2は、前記第2レンズ群に含まれるレンズのうち、前記物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点から前記イメージセンサーと最隣接のレンズのセンサー側面の頂点までの光軸方向の長さを意味する。)。
本発明の実施例によれば、前記第2レンズ群は、[数2]4<TTL/L_G2<7を満足することができる(数式2において、L_G2は、前記第2レンズ群に含まれるレンズのうち、前記物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点から前記イメージセンサーと最隣接のレンズのセンサー側面の頂点までの光軸OA方向の長さを意味する。また、TTL(Total track length)は、前記第1及び第2レンズ群に含まれる複数のレンズのうち物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点から前記イメージセンサーの像面までの光軸方向の距離を意味する。)。
本発明の実施例によれば、第1レンズ群は、非円形状を有する少なくとも一つのレンズを含むことができる。
実施例に係るカメラモジュールは、前記光学系及び駆動部材を含み、前記駆動部材は、前記第2レンズ群の位置を制御することができる。
本発明の実施例に係る光学系及びカメラモジュールは、向上した光学特性を有することができる。詳細には、複数のレンズ群のうち少なくとも一つのレンズ群を移動させて、有効焦点距離(EFL)を制御することができ、移動するレンズ群の移動距離を最小化することができる。これにより、移動するレンズ群の移動距離に応じて発生する湾曲量を最小化することができるので、周辺部の画質の低下を最小限に抑えることができる。実施例は、移動するレンズ群の移動距離を最小限に抑えて、レンズ群の移動時に要求される電力消費を最小限に抑えることができる。実施例は、設定された形状、焦点距離、間隔などを有する光学系を用いて多様な距離に位置する被写体に対するオートフォーカス(AF)機能を提供することができる。詳細には、実施例は、一つのカメラモジュールを用いて、無限大乃至近距離に位置する被写体に対するオートフォーカス(AF)機能を提供することができる。実施例は、無限大乃至近距離の範囲で被験者との距離に関係なく一定のTTL値を有することができる。これにより、前記光学系及びこれを含むカメラモジュールは、よりスリムな構造で提供され得る。
実施例に係る光学系及びカメラモジュールは、非円形状を有する少なくとも一つのレンズを含むことができる。これにより、前記光学系は、向上した光学性能を有し、小型で具現することができるので、円形状のみからなる光学系に比べてコンパクト(compact)に提供され得る。実施例に係る光学系及びカメラモジュールは、光経路変更部材を含むことができる。これにより、前記光学系は、より薄い厚さを有することができるフォールディド(folded)カメラに適用可能であり、前記カメラを含む機器を薄い厚さで製造することができる。
第1モードで動作する実施例に係る光学系の構成図である。 第1モードで動作する光学系のTTL(Total track length)とBFL(Back focal length)を説明するための図である。 第2モードで動作する実施例に係る光学系の構成図である。 第2モードで動作する光学系のTTL及びBFLを説明するための図である。 非円形状のレンズを説明するための図である。 実施例に係る光学系における第1及び第2レンズ群の焦点距離と湾曲収差のグラフである。 実施例に係る光学系が第1モードで動作する場合の収差図のグラフである。 実施例に係る光学系が第2モードで動作する場合の収差図のグラフである。 実施例に係る光学系が第3レンズ群をさらに含むことを説明するための構成図である。 実施例に係るカメラモジュールが携帯端末機に適用されたことを示す図である。
以下、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。但し、本発明の技術思想は、説明される一部の実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現され得、本発明の技術思想の範囲内であれば、実施例間にその構成要素のうち一つ以上を選択的に結合、置換して使うことができる。また、本発明の実施例で使われる用語(技術及び科学的用語を含む)は、明らかに特に定義されて記述されない限り、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者にとって一般的に理解され得る意味と解釈され得、辞書に定義された用語のように一般的に使われる用語は、関連技術の文脈上の意味を考慮して、その意味を解釈することができるであろう。本発明の実施例で使われる用語は、実施例を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は、文句で特に言及しない限り、複数形も含むことができ、「A及び(と)B、Cのうち少なくとも一つ(または一つ以上)」と記載される場合、A、B、Cで組み合わせできるすべての組み合わせのうち一つ以上を含むことができる。本発明の実施例の構成要素を説明するにあたって、第1、第2、A、B、(a)、(b)等の用語を使うことができる。このような用語は、その構成要素を他の構成要素と区別するためのものに過ぎず、その用語によって該当構成要素の本質や順番または順序などが限定されない。そして、或る構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」または「接続」されると記載された場合、その構成要素はその他の構成要素に直接的に連結、結合または接続される場合のみならず、その構成要素とその他の構成要素との間にあるまた他の構成要素によって「連結」、「結合」または「接続」される場合も含むことができる。各構成要素の「上(うえ)または、下(した)」に形成または配置されるものと記載される場合、上(うえ)または下(した)は、二つの構成要素が互いに直接接触する場合のみならず、一つ以上のまた他の構成要素が二つの構成要素の間に形成または配置される場合も含む。また、「上(うえ)または下(した)」で表現される場合、一つの構成要素を基準として上側方向のみならず、下側方向の意味も含むことができる。
レンズの面が凸状であるということは、光軸に対応する領域のレンズ面が凸状を有することを意味することができ、レンズの面が凹状であるということは、光軸に対応する領域のレンズ面が凹状を有することを意味することができる。「物体側面」とは、光軸を基準に物体側に向かうレンズの面を意味することができ、「センサー側面」とは、光軸を基準にイメージセンサーに向かうレンズの面を意味することができる。垂直方向は、光軸と垂直な方向を意味することができ、レンズまたはレンズ面の終端は、入射した光が通過するレンズの有効領域の最終端を意味することができる。レンズの中心厚さは、レンズの光軸における物体側とセンサー側面との間の光軸方向の長さを意味することができる。
図1は、第1モードで動作する実施例に係る光学系の構成図であり、図2は、第1モードで動作する光学系のTTL(Total track length)、BFL(Back focal length)を説明するための図である。図3は、第2モードで動作する実施例に係る光学系の構成図であり、図4は、第2モードで動作する光学系のTTL及びBFLを説明するための図であり、図5は、非円形状のレンズを説明するための図であり、図6は、実施例に係る光学系における第1及び第2レンズ群の焦点距離と湾曲収差のグラフであり、図7及び図8は、実施例に係る光学系が第1モードまたは第2モードで動作する場合の収差図のグラフである。
図1~図4を参照すると、実施例に係る光学系1000は、複数のレンズ群を含むことができる。詳細には、前記光学系1000は、少なくとも一つのレンズを含む複数のレンズ群を含むことができる。例えば、前記光学系1000は、物体側からセンサー方向に光軸OAに沿って順次配置される第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、及びイメージセンサー300を含むことができる。前記第1レンズ群G1は、正(+)または負(-)の屈折力を有することができる。例えば、前記第1レンズ群G1は、正(+)の屈折力を有することができる。また、前記第2レンズ群G2は、負(-)または正(+)の屈折力を有することができる。前記第2レンズ群G2は、前記第1レンズ群G1とは反対の屈折力を有することができる。例えば、前記第1レンズ群G1が上述したように正(+)の屈折力を有する場合、前記第2レンズ群G2は、負(-)の屈折力を有することができる。前記第1レンズ群G1と前記第2レンズ群G2とは、互いに異なる焦点距離を有することができる。詳細には、前記第1及び第2レンズ群G1、G2が互いに反対の屈折力を有することによって、前記第2レンズ群G2の焦点距離は、前記第1レンズ群G1の焦点距離と反対の符号(+、-)を有することができる。前記第1レンズ群G1と前記第2レンズ群G2の焦点距離は、下記の数式を満足することができる。
[数] -1.5<f_2/f_1<0
(f_1は、前記第1レンズ群の焦点距離であり、f_2は、前記第2レンズ群の焦点距離である。)
前記第1レンズ群G1と前記第2レンズ群G2の焦点距離が上述の範囲を満足することによって、前記光学系1000は、無限大乃至近距離に位置する物体に対するオートフォーカス(AF)機能を提供することができる。また、前記第1及び第2レンズ群G1、G2が上述した焦点距離を満足することによって移動するレンズ群の移動距離に応じて発生する湾曲量を最小化することができる。これにより、前記光学系1000は、無限大乃至近距離に焦点が可変するとき、周辺部の画質が低下することを最小限に抑えることができる。
前記第1レンズ群G1は、少なくとも一つのレンズを含むことができる。前記第1レンズ群G1は、複数のレンズを含むことができる。詳細には、前記第1レンズ群G1は、2枚以上のレンズを含むことができる。前記第1レンズ群G1に含まれる複数のレンズは、設定された間隔を有することができる。詳細には、前記第1レンズ群G1に含まれる複数のレンズ間の間隔は、後述する動作モードで変化せずに一定であり得る。例えば、前記第1レンズ110と前記第2レンズ120との間の間隔、前記第2レンズ120と前記第3レンズ130との間の間隔は、後述する動作モードに応じて変化せずに一定であり得る。ここで、前記複数のレンズ間の間隔は、隣接するレンズの中心間の光軸OA方向の距離を意味することができる。
前記第2レンズ群G2は、少なくとも一つのレンズを含むことができる。前記第2レンズ群G2は、複数のレンズを含むことができる。詳細には、前記第2レンズ群G2は、2枚以上のレンズを含むことができる。前記第2レンズ群G2は、前記第1レンズ群G1よりも少ないか、または同じ枚数のレンズを含むことができる。前記第2レンズ群G2に含まれる複数のレンズは、設定された間隔を有することができる。詳細には、前記第2レンズ群G2に含まれる複数のレンズ間の間隔は、後述する動作モードで変化せずに一定であり得る。例えば、前記第4レンズ140と前記第5レンズ150との間の間隔は、後述する動作モードに応じて変化せずに一定であり得る。ここで、前記複数のレンズ間の間隔は、隣接するレンズの中心間の光軸OA方向の距離を意味することができる。
前記光学系1000は、物体側からセンサー方向に順次配置される複数のレンズ群G1、G2及びイメージセンサー300を含むことができる。また、前記光学系1000は、前記レンズ群G1、G2に含まれる4枚以上の複数のレンズ100、例えば第1レンズ110、第2レンズ120、第3レンズ130、第4レンズ140、及び 第5レンズ150を含むことができる。この場合、前記第1レンズ群G1は、前記第1~第3レンズ110、120、130を含むことができ、前記第2レンズ群G2は、前記第4及び第5レンズ140、150を含むことができる。前記第1~第5レンズ110、120、130、140、150及びイメージセンサー300は、前記光学系1000の光軸OAに沿って順次配置され得る。
前記複数のレンズ100それぞれは、有効領域及び非有効領域を含むことができる。前記有効領域は、前記第1~第5レンズ110、120、130、140、150のそれぞれに入射した光が通過する領域であり得る。即ち、前記有効領域は、入射した光が屈折されて光学特性を具現する領域であり得る。前記非有効領域は、前記有効領域の周りに配置され得る。前記非有効領域は、前記光が入射しない領域であり得る。即ち、前記非有効領域は、前記光学特性とは無関係の領域であり得る。また、前記非有効領域は、前記レンズを収容するバレル(図示せず)などに固定される領域であり得る。
前記イメージセンサー300は、光を感知することができる。前記イメージセンサー300は、前記複数のレンズ100、例えば前記第1~第5レンズ110、120、130、140、150を順次通過した光を感知することができる。前記イメージセンサー300は、CCD(Charge Coupled Device)またはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などを含むことができる。
前記光学系1000は、フィルター(図示せず)をさらに含むことができる。前記フィルターは、前記複数のレンズ100と前記イメージセンサー300との間に配置され得る。前記フィルターは、前記複数のレンズ群のうち、前記イメージセンサー300に最も隣接する前記第2レンズ群G2と前記イメージセンサー300との間に配置され得る。例えば、前記フィルターは、複数のレンズ100のうち、前記イメージセンサー300に最も隣接する前記第2レンズ群G2の最後のレンズと前記イメージセンサー300との間に配置され得る。前記フィルターは、赤外線フィルター、カバーガラスなどの光学フィルターのうち少なくともいずれか一つを含むことができる。前記フィルターは、設定された波長帯域の光を通過させ、これとは異なる波長帯域の光をフィルターリングすることができる。前記フィルターが赤外線フィルターを含む場合、外部光から放出される放射熱が前記イメージセンサー300に伝達されることを遮断することができる。また、前記フィルターは、可視光線を透過することができ、赤外線を反射することができる。
前記光学系1000は、絞り(図示せず)を含むことができる。前記絞りは、前記光学系1000に入射する光量を調節することができる。前記絞りは、前記第1レンズ110の前方に位置するか、または前記第1~第5レンズ110、120、130、140、150から選択される2つのレンズの間に配置され得る。例えば、前記絞りは、前記第1レンズ110と前記第2レンズ120との間に配置され得る。また、前記第1~第5レンズ110、120、130、140、150のうち少なくとも一つのレンズは、絞りの役割を果たすことができる。例えば、前記第1~第5レンズ110、120、130、140、150のうちから選択される一つのレンズの物体側面またはセンサー側面は、光量を調節する絞りの役割を果たすことができる。例えば、前記第2レンズ120の物体側面(第3面S3)は、絞りの役割を果たすことができる。
前記光学系1000は、光経路変更部材(図示せず)をさらに含むことができる。前記光経路変更部材は、外部から入射した光を反射して光の経路を変更することができる。前記光経路変更部材は、反射鏡及びプリズムを含むことができる。例えば、前記光経路変更部材は、直角プリズムを含むことができる。前記光経路変更部材が直角プリズムを含む場合、前記光経路変更部材は、入射光の経路を90度の角度で反射して光の経路を変更することができる。前記光経路変更部材は、前記複数のレンズ100よりも物体側に隣接して配置され得る。例えば、前記光学系1000が前記光経路変更部材を含む場合、物体側からセンサー方向に光経路変更部材、第1レンズ110、第2レンズ120、第3レンズ 130、第4レンズ140、第5レンズ150、フィルター、及びイメージセンサー300の順に配置され得る。前記光経路変更部材は、外部から入射した光の経路を設定された方向に変更することができる。例えば、前記光経路変更部材は、前記光経路変更部材に第1方向に入射した光の経路を前記複数のレンズ100の配置方向である第2方向(複数のレンズ100が離隔した方向に図面の光軸OA方向)に変更することができる。前記光学系1000が光経路変更部材を含む場合、前記光学系は、カメラの厚さを減少させることができるフォールディド(folded)カメラに適用することができる。詳細には、前記光学系1000が前記光経路変更部材を含む場合、前記光学系1000が適用された機器の表面と垂直な方向に入射した光を前記機器の表面と平行な方向に変更させることができる。これにより、複数のレンズ100を含む前記光学系1000は、前記機器内でより薄い厚さを有することができるので、前記機器は、より薄く提供され得る。例えば、前記光学系1000が前記光経路変更部材を含まない場合、前記機器内で前記複数のレンズ100は、前記機器の表面と垂直な方向に延びて配置され得る。これにより、前記複数のレンズ100を含む光学系1000は、前記機器の表面と垂直な方向に高い高さを有し、これにより前記光学系1000及びこれを含む機器の厚さを薄く形成することが困難であり得る。しかし、前記光学系1000が前記光経路変更部材を含む場合、前記複数のレンズ100は、前記機器の表面と平行な方向に延びて配置され得る。即ち、前記光学系1000
は、光軸OAが前記機器の表面と平行になるように配置されてフォールディド(folded)カメラに適用することができる。これにより、前記複数のレンズ100を含む光学系1000は、前記機器の表面と垂直な方向に低い高さを有することができる。したがって、前記光学系1000を含むカメラは、前記機器内で薄い厚さを有することができ、前記機器の厚さも減少することができる。
前記複数のレンズ100について再度説明すると、前記光学系1000は、物体側からセンサー方向に光軸OAに沿って順次配置される第1レンズ110、第2レンズ120、第3レンズ130、第4レンズ140、第5レンズ150、フィルター、及びイメージセンサー300を含むことができる。前記第1レンズ110は、前記複数のレンズ100のうち物体側に最も隣接して配置され得、前記第5レンズ150は、前記イメージセンサー300側に最も隣接して配置され得る。
前記第1レンズ110は、正(+)または負(-)の屈折力を有することができる。前記第1レンズ110は、プラスチックまたはガラス(glass)材質を含むことができる。一例として、前記第1レンズ110は、プラスチック材質で提供され得る。前記第1レンズ110は、物体側面として定義される第1面S1及びセンサー側面として定義される第2面S2を含むことができる。前記第1面S1は、凸状であり得、前記第2面S2は、凹状であり得る。即ち、前記第1レンズ110は、物体側に凸のメニスカス形状を有することができる。これとは異なり、前記第1面S1は、凸状であり得、前記第2面S2は、凸状であり得る。即ち、前記第1レンズ110は、両面が凸状を有することができる。前記第1面S1及び前記第2面S2の少なくとも一つの面は、非球面であり得る。例えば、前記第1面S1及び前記第2面S2は、両方とも非球面であり得る。
前記第2レンズ120は、正(+)または負(-)の屈折力を有することができる。前記第2レンズ120は、プラスチックまたはガラス(glass)材質を含むことができる。一例として、前記第2レンズ120は、プラスチック材質で提供され得る。前記第2レンズ120は、物体側面として定義される第3面S3及びセンサー側面として定義される第4面S4を含むことができる。前記第3面S3は、凸状であり得、前記第4面S4は、凹状であり得る。即ち、前記第2レンズ120は、物体側に凸のメニスカス形状を有することができる。これとは異なり、前記第3面S3は、凸状であり得、前記第4面S4は、凸状であり得る。即ち、前記第2レンズ120は、両面が凸状を有することができる。これとは異なり、前記第3面S3は、凹状であり得、前記第4面S4は、凸状であり得る。即ち、前記第2レンズ120は、センサー側に凸のメニスカス形状を有することができる。これとは異なり、前記第3面S3は、凹状であり得、前記第4面S4は、凹状であり得る。即ち、前記第2レンズ120は、両面が凹状を有することができる。前記第3面S3及び前記第4面S4の少なくとも一つの面は、非球面であり得る。例えば、前記第3面S3及び前記第4面S4は、両方とも非球面であり得る。
前記第3レンズ130は、正(+)または負(-)の屈折力を有することができる。前記第3レンズ130は、プラスチックまたはガラス材質を含むことができる。一例として、前記第3レンズ130は、プラスチック材質で提供され得る。前記第3レンズ130は、物体側面として定義される第5面S5及びセンサー側面として定義される第6面S6を含むことができる。前記第5面S5は、凸状であり得、前記第6面S6は、凹状であり得る。即ち、前記第3レンズ130は、物体側に凸のメニスカス形状を有することができる。これとは異なり、前記第5面S5は、凸状であり得、前記第6面S6は、凸状であり得る。即ち、前記第3レンズ130は、両面が凸状を有することができる。これとは異なり、前記第5面S5は、凹状であり得、前記第6面S6は、凸状であり得る。即ち、前記第3レンズ130は、センサー側に凸のメニスカス形状を有することができる。これとは異なり、前記第5面S5は、凹状であり得、前記第6面S6は、凹状であり得る。即ち、前記第3レンズ130は、両面が凹状を有することができる。前記第5面S5及び前記第6面S6の少なくとも一つの面は、非球面であり得る。例えば、前記第5面S5及び前記第6面S6は、両方とも非球面であり得る。
前記第4レンズ140は、正(+)または負(-)の屈折力を有することができる。前記第4レンズ140は、プラスチックまたはガラス材質を含むことができる。一例として、前記第4レンズ140は、プラスチック材質で提供され得る。前記第4レンズ140は、物体側面として定義される第7面S7及びセンサー側面として定義される第8面S8を含むことができる。前記第7面S7は、凹状であり得、前記第8面S8は、凸状であり得る。即ち、前記第4レンズ140は、センサー側に凸のメニスカス形状を有することができる。これとは異なり、前記第7面S7は、凹状であり得、前記第8面S8は、凹状であり得る。即ち、前記第4レンズ140は、両面が凹状を有することができる。前記第7面S7及び前記第8面S8の少なくとも一つの面は、非球面であり得る。例えば、前記第7面S7及び前記第8面S8は、両方とも非球面であり得る。
前記第5レンズ150は、正(+)または負(-)の屈折力を有することができる。前記第5レンズ150は、プラスチックまたはガラス材質を含むことができる。一例として、前記第5レンズ150は、プラスチック材質で提供され得る。前記第5レンズ150は、物体側面として定義される第9面S9及びセンサー側面として定義される第10面S10を含むことができる。前記第9面S9は、凸状であり得、前記第10面S10は、凸状であり得る。即ち、前記第5レンズ150は、両面が凸状を有することができる。これとは異なり、前記第9面S9は、凹状であり得、前記第10面S10は、凸状であり得る。即ち、前記第5レンズ150は、センサー側に凸のメニスカス形状を有することができる。前記第9面S9及び前記第10面S10の少なくとも一つの面は、非球面であり得る。例えば、前記第9面S9及び前記第10面S10は、両方とも非球面であり得る。
前記複数のレンズ100のうち少なくとも一つのレンズは、非円形状を有することができる。例えば、前記第1レンズ110は、非円形状を有することができる。詳細には、前記第1レンズ110の前記第1面S1及び前記第2面S2は、非円形状を有することができ、前記第2~第5レンズ120、130、140、150の第3~第10面S3,S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10は、円形状を有することができる。即ち、前記第1面S1及び前記第2面S2のそれぞれを光軸OAに対応する正面から見たとき、各レンズ面の有効領域は、非円形状を有することができる。
図5を参照すると、前記第1レンズ110の第1面S1及び第2面S2のそれぞれの有効領域は、第1~第4角A1、A2、A3、A4を含むことができる。前記第1角A1及び前記第2角A2は、前記光軸OAの垂直な第1方向(x軸方向)に向かい合う角であり得る。前記第1角A1及び前記第2角A2は、曲線形状を有することができる。前記第1角A1及び前記第2角A2は、同じ長さ、曲率を有する曲線形状で提供され得る。即ち、前記第1角A1及び前記第2角A2は、光軸OAを通過して第2方向(y軸方向)に延びる仮想の線を基準に対称な形状を有することができる。前記第3角A3及び前記第4角A4は、前記光軸OA及び前記第1方向と垂直な第2方向(y軸方向)に向かい合う角であり得る。前記第3角A3及び前記第4角A4は、前記第1角A1と前記第2角A2の終端を連結する角であり得る。前記第3角A3及び前記第4角A4は、直線形状を有することができる。前記第3角A3及び前記第4角A4は、同じ長さを有し、互いに平行であり得る。即ち、前記第3角A3及び前記第4角A4は、光軸OAを通過して第1方向(x軸方向)に延びる仮想の線を基準に対称な形状を有することができる。前記第1面S1及び前記第2面S2は、上述した第1~第4角A1、A2、A3、A4を含むことにより、非円形状、例えばデカット(D-cut)形状を有することができる。前記第1面S1及び前記第2面S2は、前記第1レンズ110を製造する過程で上述の非円形状を有することができる。例えば、前記第1レンズ110がプラスチック材質を含む場合、射出過程中に上述の非円形状に製造され得る。これとは異なり、前記第1レンズ110は、射出過程を通じて円形状に製造され得、その後行われる切断工程で前記第1面S1及び前記第2面S2の一部の領域が切断されて、前記第3角A3及び前記第4角A4を有することができる。
これにより、前記第1面S1及び前記第2面S2のそれぞれの有効領域は、設定されたサイズを有することができる。例えば、前記光軸OAを通過して前記第1角A1と前記第2角A2とを連結する仮想の第1直線の長さCA(clear aperture)は、前記光軸OAを通過し、前記第3角A3と前記第4角A4とを連結する仮想の第2直線の長さCH(clear height)よりも長くてもよい。ここで、前記第1直線の長さCAは、前記第1及び第2面S1、S2のそれぞれの最大有効径のサイズCA(clear aperture)を意味することができ、前記第2直線の長さCHは、前記第1及び第2面S1、S2のそれぞれの最小有効径のサイズCH(clear height)を意味することができる。一例として、前記第1面S1及び前記第2面S2の最小有効径のサイズCHは、約4mmであり得る。上述の説明においては、前記第1及び第2面S1、S2の有効領域が非円形状を有することについて説明したが、これに限定されず、前記第1及び第2面S1、S2のそれぞれの有効領域は、円形状を有することができ、前記第1及び第2面S1、S2のそれぞれの非有効領域は、非円形状を有することができる。
実施例に係るカメラモジュール(図示せず)は、上述の光学系1000を含むことができる。前記カメラモジュールは、前記光学系1000に含まれる複数のレンズ100のうち少なくとも一つのレンズを光軸OA方向に移動させることができる。詳細には、前記カメラモジュールは、前記光学系1000に連結された駆動部材(図示せず)を含むことができる。前記駆動部材は、動作モードに応じて少なくとも一つのレンズ群を光軸OA方向に移動させることができる。前記動作モードは、無限大(infinity)モードとして定義する第1モード及び近距離モードとして定義する第2モードとを含むことができる。前記駆動部材は、前記第1及び第2モードに応じて少なくとも一つのレンズ群を移動させることができ、前記第1レンズ群G1と前記第2レンズ群G2との間の間隔、前記第2レンズ群G2と前記イメージセンサー300との間の間隔の少なくとも一つの間隔を制御することができる。ここで、前記近距離は、約40mm以下の距離を意味することができる。詳細には、前記近距離は、約30mm以下の距離を意味することができる。
一例として、図1~図4のように、前記第1レンズ群G1は、固定されることがあり、前記第2レンズ群G2は、前記駆動部材の駆動力によって移動可能に提供することができる。この場合、前記第1及び第2レンズ群G1、G2のそれぞれに含まれるレンズ間の間隔は、変化せずに一定であり得る。詳細には、前記第2レンズ群G2が移動する場合、前記第2レンズ群G2に含まれる前記第4レンズ140と前記第5レンズ150との間の間隔は、前記駆動部材の駆動力とは関係なく一定であり得る。これにより、前記光学系1000の全TTL(Total track length)は、一定であり得、前記光学系1000のBFL(Back focal length)は、印加される駆動力によって変化することができる。
前記光学系1000において、前記第1レンズ群G1が固定され、前記第2レンズ群G2が移動可能に提供される場合、前記第1レンズ群G1及び前記第2レンズ群G2のそれぞれに含まれる複数のレンズ100は、設定された有効径(clear aperture)のサイズを有することができる。詳細には、前記第1~第10面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10のそれぞれは、設定された有効径(clear aperture)のサイズを有することができる。前記第1~第10面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10のそれぞれの有効径のサイズは、前記イメージセンサー300のサイズ、例えば前記イメージセンサー300の対角方向の長さ(ImgH)よりも小さくてもよい。
前記光学系1000において、前記第1レンズ群G1が固定され、前記第2レンズ群G2が移動可能に提供される場合、前記第1レンズ群G1及び前記第2レンズ群G2のそれぞれに含まれる複数のレンズ100は、設定された有効径(clear aperture)のサイズを有することができる。詳細には、前記第1~第10面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10のそれぞれは、設定された有効径(clear aperture)のサイズを有することができる。前記第1~第10面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10のそれぞれの有効径のサイズは、前記イメージセンサー300のサイズ、例えば前記イメージセンサー300の対角方向の長さ(ImgH)よりも小さくてもよい。
前記光学系1000において、最大の有効径のサイズを有するレンズ面は、固定されたレンズ群に含まれ得る。例えば、前記第1~第10面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10のうち最大の有効径のサイズを有するレンズ面は、前記第1レンズ群G1に含まれ得る。最小の有効径のサイズを有するレンズ面は、移動するレンズ群に含まれ得る。詳細には、前記第1~第10面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10のうち最小の有効径のサイズを有するレンズ面は、前記第2レンズ群G2に含まれ得る。例えば、前記第1~第10面S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10のうち前記第8面S8の有効径のサイズが最も小さくてもよい。
上述したように、前記第1レンズ群G1が正(+)の屈折力を有し、前記第2レンズ群G2が負(-)の屈折力を有することができる。この場合、前記カメラモジュールが前記第1モードから前記第2モードに変換する場合、前記第2レンズ群G2は、前記第1レンズ群G1から前記イメージセンサー300方向に移動することができる。詳細には、前記第2レンズ群G2は、前記イメージセンサー300とより隣接する位置に移動することができる。これとは異なり、前記第1レンズ群G1が負(-)の屈折力を有し、前記第2レンズ群G2が正(+)の屈折力を有する場合、前記第2レンズ群G2は、上記の場合とは反対方向、例えば前記イメージセンサー300から前記第1レンズ群G1方向に移動することができる。詳細には、前記第2レンズ群G2は、前記イメージセンサー300から遠ざかり、前記第1レンズ群G1とより隣接する位置に移動することができる。
実施例に係るカメラモジュールは、前記複数のレンズ群G1、G2のうち少なくとも一つのレンズ群の位置を制御して、前記レンズ群G1、G2間の間隔、前記光学系1000の有効焦点距離EFL(Effective Focal Length)を変化させることができる。これにより、前記カメラモジュールは、被写体との距離に応じて有効焦点距離EFLを制御することができ、無限大(infinity)乃至短距離に位置する被写体に対するオートフォーカス(AF)機能を効果的に提供することができる。
図面には示していないが、前記第2レンズ群G2は、固定され得、前記第1レンズ群G1は、前記駆動部材の駆動力によって移動可能に提供され得る。この場合、前記第1及び第2レンズ群G1、G2のそれぞれに含まれるレンズ間の間隔は、変化せずに一定であり得る。詳細には、前記第1レンズ群G1が移動する場合、前記第1レンズ群G1に含まれる前記第1レンズ110と前記第2レンズ120との間の間隔、前記第2レンズ120と前記第3レンズ130との間のそれぞれ間隔は、前記駆動部材の駆動力とは関係なく一定であり得る。これにより、前記光学系1000のBFL(Back focal length)は、一定であり得、前記光学系1000のTTL(Total track length)は、変化することができる。
実施例による光学系1000は、以下で説明される数式のうち少なくとも一つを満足することができる。これにより、実施例に係る光学系1000は、収差特性を改善させることができるので、向上した光学特性を有することができる。また、実施例は、近距離から無限大まで位置する被写体に対するオートフォーカス(AF)機能を効果的に提供することができ、よりスリムでコンパクトに提供され得る。
[数1]
Figure 2024504797000002
数式1において、f_1は、前記第1レンズ群G1の焦点距離を意味し、f_2は、前記第2レンズ群G2の焦点距離を意味する。
[数2]
Figure 2024504797000003
数2において、n_G1は、前記第1レンズ群G1に含まれるレンズ枚数を意味し、n_G2は、前記第2レンズ群G2に含まれるレンズ枚数を意味する。
[数3]
Figure 2024504797000004
数式3において、L_G1は、前記第1レンズ群G1に含まれるレンズのうち物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点からイメージセンサー300と最隣接のレンズのセンサー側面の頂点までの光軸OA方向の長さを意味する。また、L_G2は、前記第2レンズ群G2に含まれるレンズのうち物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点からイメージセンサー300と最隣接のレンズのセンサー側面の頂点までの光軸OA方向の長さを意味する。
[数4]
Figure 2024504797000005
数式4において、L_G1は、前記第1レンズ群G1に含まれるレンズのうち物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点からイメージセンサー300と最隣接のレンズのセンサー側面の頂点までの光軸OA方向の長さを意味する。TTLは、前記複数のレンズ100のうち物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点から前記イメージセンサー300の像面までの光軸OA方向の距離を意味する。
[数5]
Figure 2024504797000006
数式5において、L_G2は、前記第2レンズ群G2に含まれるレンズのうち物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点からイメージセンサー300と最隣接のレンズのセンサー側面の頂点までの光軸OA方向の長さを意味する。TTLは、前記複数のレンズ100のうち物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点から前記イメージセンサー300の像面までの光軸OA方向の距離を意味する。
[数6]
Figure 2024504797000007

数式6において、CA_L1S1は、前記第1レンズ110の物体側面(第1面S1)の有効径CA(clear aperture)のサイズを意味し、CA_L1S2は、前記第1レンズ110のセンサー側面(第2面S2の有効径CA(clear aperture)のサイズを意味する。
[数7]
Figure 2024504797000008
数式7において、CA_L1S1は、前記第1レンズ110の物体側面(第1面S1)の有効径CA(clear aperture)のサイズを意味し、CA_L3S1は、前記第3レンズ130の物体側面(第5面S5)の有効径CA(clear aperture)のサイズを意味する。
[数8]
Figure 2024504797000009
数式8において、CA_L1S1は、前記第1レンズ110の物体側面(第1面S1)の有効径CA(clear aperture)のサイズを、CA_L1S2は、前記第1レンズ110のセンサー側面(第2面S2)の有効径CA(clear aperture)のサイズを意味する。また、CA_L2S1は、前記第2レンズ120の物体側面(第3面S3)の有効径CA(clear aperture)のサイズを、CA_L2S2は、前記第2レンズ120のセンサー側面(第4面S4)の有効径CA(clear aperture)のサイズを意味する。また、CA_L3S1は、前記第3レンズ110の物体側面(第5面S5)の有効径CA(clear aperture)のサイズを意味し、CA_L3S2は、前記第3レンズ130のセンサー側面(第6面S6)の有効径CA(clear aperture)のサイズを意味する。
[数9]
Figure 2024504797000010
数式9において、 T12は、前記第1レンズ110と前記第2レンズ120との間の中心間隔を意味し、L1_CTは、前記第1レンズ110の中心厚さを意味する。
[数10]
Figure 2024504797000011
数式10において、L1_CTは、前記第1レンズ110の中心厚さを意味し、L2_CTは、前記第2レンズ120の中心厚さを意味する。
[数11]
Figure 2024504797000012
数式11において、L2_CTは、前記第2レンズ120の中心厚さを意味し、L3_CTは、前記第3レンズ130の中心厚さを意味する。
[数12]
Figure 2024504797000013
数式12において、L4_CTは、前記第4レンズ140の中心厚さを意味し、L5_CTは、前記第5レンズ150の中心厚さを意味する。
[数13]
Figure 2024504797000014
数式13において、L5_CTは、前記第5レンズ150の中心厚さを意味し、T45は、前記第4レンズ140と前記第5レンズ150との間の中心間隔を意味する。
[数14]
Figure 2024504797000015
数式14において、L_G1は、前記第1レンズ群G1の光軸OA方向の長さを意味する。詳細には、前記第1レンズ群G1のうち物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点からイメージセンサーと最隣接の最後のレンズのセンサー側面の頂点までの光軸OA方向の距離を意味する。TTLは、前記複数のレンズ100のうち物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点から前記イメージセンサー300の像面までの光軸OA方向の距離を意味する。
[数15]
Figure 2024504797000016
数式15において、CA_L1S1は、前記第1レンズ110の物体側面(第1面S1)の最大有効径CA(clear aperture)のサイズを意味し、CH_L1S1は、前記第1レンズ110の物体側面(第1面S1)の最小有効径CH(clear height)のサイズを意味する。
[数16]
Figure 2024504797000017
数式16において、L_G2は、前記第2レンズ群G2の光軸OA方向の長さを意味する。詳細には、前記第2レンズ群G2のうち物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点からイメージセンサーと最隣接の最後のレンズのセンサー側面の頂点までの光軸OA方向の距離を意味する。TTLは、前記複数のレンズ100のうち物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点から前記イメージセンサー300の像面までの光軸OA方向の距離を意味する。
[数17]
Figure 2024504797000018
数式17において、L_G1は、前記第1レンズ群G1の光軸OA方向の長さを意味する。詳細には、前記第1レンズ群G1のうち物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点からイメージセンサーと最隣接の最後のレンズのセンサー側面の頂点までの光軸OA方向の距離を意味する。md1は、無限大モード(第1モード)から近距離モード(第2モード)に、または近距離モード(第2モード)から無限大モード(第1モード)に変化する場合、移動する前記第2レンズ群G2の移動距離を意味する。詳細には、md1は、前記第2間隔d2と前記第1間隔d1との差に対する値を意味する。
[数18]
Figure 2024504797000019
数式18において、L_G2は、前記第2レンズ群G2の光軸OA方向の長さを意味する。詳細には、前記第2レンズ群G2のうち物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点からイメージセンサーと最隣接の最後のレンズのセンサー側面の頂点までの光軸OA方向の距離を意味する。md1は、無限大モード(第1モード)から近距離モード(第2モード)に、または近距離モード(第2モード)から無限大モード(第1モード)に変化する場合、移動する前記第2レンズ群G2の移動距離を意味する。詳細には、md1は、前記第2間隔d2と前記第1間隔d1との差に対する値を意味する。
[数19]
Figure 2024504797000020
数式19において、md1は、無限大モード(第1モード)から近距離モード(第2モード)に、または近距離モード(第2モード)から無限大モード(第1モード)に変化する場合、移動する前記第2レンズ群G2の移動距離を意味する。詳細には、md1は、前記第2間隔d2と前記第1間隔d1との差に対する値を意味する。CA_Saは、前記複数のレンズ100のレンズ面のうち最大有効径(clear aperture)のサイズを有するレンズ面の有効径のサイズ値を意味する。
[数20]
Figure 2024504797000021
数式20において、md1は、無限大モード(第1モード)から近距離モード(第2モード)に、または近距離モード(第2モード)から無限大モード(第1モード)に変化する場合、移動する前記第2レンズ群G2の移動距離を意味する。詳細には、md1は、前記第2間隔d2と前記第1間隔d1との差に対する値を意味する。CA_Sbは、前記複数のレンズ100のレンズ面のうち最小有効径(clear aperture)のサイズを有するレンズ面の有効径のサイズ値を意味する。
[数21]
Figure 2024504797000022
数式21において、TTL(Total track length)は、前記複数のレンズ100のうち物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点から前記イメージセンサー300の像面までの光軸OA方向の距離を意味する。md1は、無限大モード(第1モード)から近距離モード(第2モード)に、または近距離モード(第2モード)から無限大モード(第1モード)に変化する場合、移動する前記第2レンズ群G2の移動距離を意味する。詳細には、md1は、前記第2間隔d2と前記第1間隔d1との差に対する値を意味する。
[数22]
Figure 2024504797000023
数式22において、md1は、無限大モード(第1モード)から近距離モード(第2モード)に、または近距離モード(第2モード)から無限大モード(第1モード)に変化する場合、移動する前記第2レンズ群G2の移動距離を意味する。詳細には、md1は、前記第2間隔d2と前記第1間隔d1との差に対する値を意味する。ImgHは、前記イメージセンサー300の0フィールド(field)領域から前記イメージセンサー300の1.0フィールド(field)領域までの前記光軸OAの垂直方向の距離を意味する。即ち、前記ImgHは、前記イメージセンサー300の有効領域の対角方向の長さを意味する。
[数23]
Figure 2024504797000024
数式23において、CA_Saは、前記複数のレンズ100のレンズ面のうち最大有効径(clear aperture)のサイズを有するレンズ面の有効径のサイズ値を意味する。ImgHは、前記イメージセンサー300の0フィールド(field)領域から前記イメージセンサー300の1.0フィールド(field)領域までの前記光軸OAの垂直方向の距離を意味する。即ち、前記ImgHは、前記イメージセンサー300の有効領域の対角方向の長さを意味する。
[数24]
Figure 2024504797000025
数式24において、CA_Sbは、前記複数のレンズ100のレンズ面のうち最小有効径(clear aperture)のサイズを有するレンズ面の有効径のサイズ値を意味する。ImgHは、前記イメージセンサー300の0フィールド(field)領域から前記イメージセンサー300の1.0フィールド(field)領域までの前記光軸OAの垂直方向の距離を意味する。即ち、前記ImgHは、前記イメージセンサー300の有効領域の対角方向の長さを意味する。
[数25]
Figure 2024504797000026
数式25において、EFL1は、第1モード(無限大モード)で動作する場合の前記光学系1000の有効焦点距離EFLを意味し、T34_1は、第1モード(無限大モード)で動作する場合の第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間の中心間隔を意味する。詳細には、T34_1は、前記第3レンズ130と前記第4レンズ140との間の中心間隔を意味する。
[数26]
Figure 2024504797000027
数式26において、EFL1は、第1モード(無限大モード)で動作する場合の前記光学系1000の有効焦点距離EFLを意味し、BFL1は、第1モード(無限大モード)で動作する場合の最後のレンズのセンサー側面の頂点から前記イメージセンサー300の像面までの光軸OA方向の距離を意味する。詳細には、BFL1は、前記第1モードで前記第5レンズ150のセンサー側面(第10面S10)の頂点から前記イメージセンサー300の像面までの光軸OA方向の距離を意味する。
[数27]
Figure 2024504797000028
数式27において、EFL1は、第1モード(無限大モード)で動作する場合の前記光学系1000の有効焦点距離EFLを意味し、md1は、無限大モード(第1モード)から近距離モード(第2モード)に、または近距離モード(第2モード)から無限大モード(第1モード)に変化する場合、移動する前記第2レンズ群G2の移動距離を意味する。詳細には、md1は、前記第2間隔d2と前記第1間隔d1との差に対する値を意味する。
[数28]
Figure 2024504797000029
数式28において、EFL2は、第2モード(近距離モード)で動作する場合の前記光学系1000の有効焦点距離EFLを意味し、T34_2は、第2モード(近距離モード)で動作する場合の第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間の中心間隔を意味する。詳細には、T34_2は、前記第3レンズ130と前記第4レンズ140との間の中心間隔を意味する。
[数29]
Figure 2024504797000030
数式29において、EFL2は、第2モード(近距離モード)で動作する場合の前記光学系1000の有効焦点距離EFLを意味し、BFL2は、第2モード(近距離モード)で動作する場合の最後のレンズのセンサー側面の頂点から前記イメージセンサー300の像面までの光軸OA方向の距離を意味する。詳細には、BFL2は、前記第2モードで前記第5レンズ150のセンサー側面(第10面S10)の頂点から前記イメージセンサー300の像面までの光軸OA方向の距離を意味する。
[数30]
Figure 2024504797000031
数式30において、EFL2は、第2モード(近距離モード)で動作する場合の前記光学系1000の有効焦点距離EFLを意味 、md1は、無限大モード(第1モード)から近距離モード(第2モード)に、または近距離モード(第2モード)から無限大モード(第1モード)に変化する場合、移動する前記第2レンズ群G2の移動距離を意味する。詳細には、md1は、前記第2間隔d2と前記第1間隔d1との差に対する値を意味する。
実施例は、数式1~数式30のうち少なくとも一つまたは2つ以上の数式を満足することができる。これにより、前記光学系1000及びカメラモジュールは、向上した光学特性を有することができる。また、実施例は、数式1~数式30のうち少なくとも一つの数式を満足することによって、レンズ群の移動によって発生する湾曲量を最小化することができ、多様な距離に位置する被写体に対するオートフォーカス(AF)機能を提供することができる。また、実施例は、数式1~数式30のうち少なくとも一つの数式を満足することによって、スリムな構造で提供され得る。実施例に係る光学系1000及びカメラモジュールは、前記数式1を満足して、優れた湾曲収差特性を有することができる。
Figure 2024504797000032
表1及び図6を参照すると、前記第2レンズ群G2の焦点距離f_2に対する第1レンズ群G1の焦点距離f_1の比率値は、上記のようであり得る。例えば、前記2つのレンズ群G1、G2の焦点距離に対する値(f_2/f_1)が-10以上の地点から-1.5の領域に隣接するほど(図6において左から右方向)、湾曲収差は0に近づくことがある。しかし、値(f_2/f_1)が-1.5に隣接する領域で曲線収差は、マイナス(-)無限大に発散することが分かる。前記2つのレンズ群G1、G2の焦点距離に対する値(f_2/f_1)が-1.5の領域から0に行くほど(図6において左から右方向)、湾曲収差は、プラス(+)無限大から0に収斂することが分かる。前記数式1の値(f_2/f_1)が-1.5よりも小さい場合、湾曲収差がマイナス(-)無限大に発散して光学的に使用できる領域が存在しないことがあり、前記光学系1000の光学特性が著しく低下することがある。しかし、前記数式1の値(f_2/f_1)が上述の範囲を満足する場合、湾曲収差が0に収斂することができる。これにより、実施例は、無限大乃至近距離の範囲で焦点が変化するときにレンズ群の移動によって発生する湾曲量を最小限に抑えて向上した光学特性を有することができる。
以下、実施例に係る複数のレンズ100についてより詳細に説明する。詳細には、前記光学系1000において、前記第1レンズ群G1は固定され、前記第2レンズ群G2が移動可能に提供される場合の複数のレンズ100について詳細に説明する。
Figure 2024504797000033
Figure 2024504797000034
表2は、カメラモジュールが無限大(infinity)モードである第1モードで動作する場合のレンズ情報に関するものである。詳細には、表1は、前記無限大モードにおける前記第1~第5レンズ110、120、130、140、150の曲率半径(Radius of Curvature)、各レンズの厚さ(Thickness)、各レンズ間の中心間隔(distance)、屈折率(Refractive index)、アッベ数(Abbe‘s Number)、及び有効半径(clear aperture)のサイズに関するものである。表3は、前記イメージセンサー300のサイズ、無限大モードで動作する場合のTTL、BFL(BFL1)、EFL(EFL1)、画角(FOV)、及びF-numberに関するデータである。
表2を参照すると、実施例に係る光学系1000の第1レンズ110は、正(+)の屈折力を有することができる。前記第1レンズ110の第1面S1は、凸状であり得、前記第2面S2は、凸状であり得る。前記第1レンズ110は、両面が凸状を有することができる。前記第1面S1は、非球面であり得、前記第2面S2は、非球面であり得る。前記第2レンズ120は、負(-)の屈折力を有することができる。前記第2レンズ120の第3面S3は、凹状であり得、前記第4面S4は、凹状であり得る。前記第2レンズ120は、両面が凹状を有することができる。前記第3面S3は、非球面であり得、前記第4面S4は、非球面であり得る。前記第3レンズ130は、正(+)の屈折力を有することができる。前記第3レンズ130の第5面S5は、凸状であり得、前記第6面S6は、凸状であり得る。前記第3レンズ130は、両面が凸状を有することができる。前記第5面S5は、非球面であり得、前記第6面S6は、非球面であり得る。前記第4レンズ140は、負(-)の屈折力を有することができる。前記第4レンズ140の第7面S7は、凹状であり得、前記第8面S8は、凹状であり得る。前記第4レンズ140は、両面が凹状を有することができる。前記第7面S7は、非球面であり得、前記第8面S8は、非球面であり得る。前記第5レンズ150は、負(-)の屈折力を有することができる。前記第5レンズ150の第9面S9は、凸状であり得、前記第10面S10は、凸状であり得る。前記第5レンズ150は、両面が凸状を有することができる。前記第9面S9は、非球面であり得、前記第10面S10は、非球面であり得る。
表2及び表3を参照すると、前記カメラモジュールは、無限大モードで動作して、無限大(infinity)距離に位置する被写体に関する情報を獲得することができる。詳細には、前記駆動部材は、前記複数のレンズ群のうち少なくとも一つのレンズ群の位置を制御して無限大モードで動作することができる。例えば、前記カメラモジュールが無限大モードで動作する場合、前記第1レンズ群G1は、固定され得、前記第2レンズ群G2は、前記駆動部材の駆動力によって移動することができる。詳細には、前記無限大モードにおいて、前記第2レンズ群G2は、第1位置に配置され得る。このとき、前記第2レンズ群G2の初期位置が前記無限大モードに対応する第1位置でない場合、前記第2レンズ群G2は、前記第1位置に移動することができる。即ち、前記第2レンズ群G2は、前記駆動部材の駆動力によって前記第1レンズ群G1と第1間隔d1で離隔した領域に配置され得る。ここで、前記第1間隔d1は、前記第3レンズ130と前記第4レンズ140との間の中心間隔を意味することができる。これとは異なり、前記第2レンズ群G2の初期位置が前記第1位置である場合、前記第2レンズ群G2は、別の動きなしに前記第1位置に配置され得る。これにより、前記第2レンズ群G2は、前記第1レンズ群G1と第1間隔d1で離隔した領域に配置され得る。前記カメラモジュールが無限大モードで動作する場合、前記光学系1000は、前記第1位置でTTL値として定義される第1TTL(TTL1)、BFL値として定義される第1BFL(BFL1)を有することができ、有効焦点距離EFLとして定義される第1EFL(EFL1)を有することができる。
前記光学系1000は、図7のような優れた収差特性を有することができる。詳細には、図7は、第1モード(無限大モード)で動作する光学系1000の収差特性のグラフであって、左側から右側方向に球面収差(Longitudinal Spherical Aberration)、非点収差(Astigmatic Field Curves)、歪曲収差(Distortion)を測定したグラフである。図7において、X軸は、焦点距離(mm)及び歪曲度(%)を表すことができ、Y軸は、イメージの高さ(height)を意味することができる。また、球面収差のグラフは、約435nm、約486nm、約546nm、約587nm、約656nmの波長帯域の光のグラフであり、非点収差及び歪曲収差のグラフは、546nmの波長帯域の光のグラフである。
Figure 2024504797000035
Figure 2024504797000036
表4は、前記カメラモジュールが近距離モードである第2モードで動作する場合のレンズ情報に関するものである。詳細には、表4は、近距離モードにおける前記第1~第5レンズ110、120、130、140、150の曲率半径(Radius of Curvature)、各レンズの厚さ(Thickness)、各レンズ間の中心間隔 (distance)、屈折率(Refractive index)、アッベ数(Abbe‘s Number)、及び有効径(clear aperture)のサイズに関するものである。表5は、イメージセンサー300のサイズ、近距離モードで動作する場合のTTL、BFL(BFL2)、EFL(EFL2)、画角(FOV)、及びF-numberのデータに関するものである。表4及び表5を参照すると、前記カメラモジュールは、近距離モードで動作して、近距離に位置する被写体に関する情報を獲得することができる。前記被写体が近距離に位置する場合、前記駆動部材は、前記複数のレンズ群のうち少なくとも一つのレンズ群の位置を制御して近距離モードで動作することができる。例えば、前記カメラモジュールが近距離モードで動作している場合、前記第1レンズ群G1は、固定され得、前記第2レンズ群G2は、前記駆動部材の駆動力によって移動することができる。詳細には、前記近距離モードにおいて、前記第2レンズ群G2は、第2位置に配置され得る。このとき、前記第2レンズ群G2の初期位置が前記近距離モードに対応する第2位置でない場合、前記第2レンズ群G2は、第2位置に移動することができる。即ち、前記第2レンズ群G2は、前記駆動部材の駆動力によって前記第1レンズ群G1と第2間隔d2で離隔した領域に配置され得る。ここで、前記第2間隔d2は、前記第3レンズ130と前記第4レンズ140との間の中心間隔を意味することができる。これとは異なり、前記第2レンズ群G2の初期位置が前記第2位置である場合、前記第2レンズ群G2は、別の動きなしに前記第2位置に配置され得る。これにより、前記第2レンズ群G2は、前記第1レンズ群G1と第2間隔d2で離隔した領域に配置され得る。前記カメラモジュールが近距離モードで動作する場合、無限大モードと比較して前記第1レンズ群G1と前記第2レンズ群G2との間の間隔、例えば前記第3レンズ130と前記第4レンズ 140
との間の間隔が変化することがある。前記カメラモジュールが近距離モードで動作する場合、前記光学系1000は、前記第2位置でTTL値として定義される第2TTL(TTL2)、BFL値として定義される第2BFL(BFL2)を有することができる。有効焦点距離EFLとして定義される第2のEFL(EFL2)を有することができる。前記第2TTL(TTL2)は、前記第1TTL(TTL1)と同一であり得る。即ち、前記第1レンズ群G1が固定されることによって、前記第1TTL(TTL1)及び前記第2TTLは、同一であり得る。また、前記第2EFLは、前記第1EFLよりも小さくてもよく、前記第2BFL(BFL2)は、前記第1BFL(BFL1)よりも小さくてもよい。詳細には、前記第1レンズ群G1が正(+)の屈折力を有し、前記第2レンズ群G2が負(-)の屈折力を有するので、前記第2BFL(BFL2)は、前記第1BFL(BFL1)よりも小さくてもよい。
図8を参照すると、前記光学系1000は、優れた収差特性を有することができる。詳しくは、第2モード(近距離モード)で動作する光学系1000の収差特性のグラフであり、左側から右側方向に球面収差(Longitudinal Spherical Aberration)、非点収差(Astigmatic Field Curves)、歪曲収差(Distortion)を 測定したグラフである。図8において、X軸は、焦点距離(mm)及び歪曲度(%)を示すことができ、Y軸は、イメージの高さ(height)を意味することができる。また、球面収差のグラフは、約435nm、約486nm、約546nm、約587nm、約656nmの波長帯域の光のグラフであり、非点収差及び歪曲収差のグラフは、546nmの波長帯域の光のグラフである。実施例に係るカメラモジュールは、被写体との距離に応じて無限大モードまたは近距離モードに変換することができる。このとき、前記第2レンズ群G2は、前記被写体との距離に応じて前記第1位置または前記第2位置に移動することができる。例えば、前記第2レンズ群G2は、前記第1位置から前記第2位置に移動することができ、前記第2位置から前記第1位置に移動することができる。前記第2レンズ群G2の移動距離md1は、前記光学系1000の全TTL値、例えば第1TTL(TTL1)及び前記第2TTL(TTL2)よりも小さくてもよい。また、前記第2レンズ群G2の移動距離md1は、前記第1BFL(BFL1)、前記第2BFL(BFL2)よりも小さくてもよい。前記第2レンズ群G2の移動距離md1は、前記イメージセンサー300の対角方向の長さImgHよりも小さくてもよく、前記複数のレンズ面のうち最大の有効径を有するレンズの有効径(clear aperture)のサイズCA_Saよりも小さくてもよい。一例として、前記第2レンズ群G2の移動距離md1は、約1mm以上であり得る。詳細には、前記第2レンズ群G2の移動距離は、約1.6mmであり得る。ここで、前記移動距離md1は、前記第2間隔d2と前記第1間隔d1との差を意味することができる。
Figure 2024504797000037
Figure 2024504797000038
Figure 2024504797000039
表6は、実施例に係る光学系及びカメラモジュールで上述の数式の項目に対するものであり、移動可能レンズ群(第2レンズ群G2)の移動距離md1、第1~第5レンズ110 、120、130、140、150のそれぞれの焦点距離f1、f2、f3、f4、f5、第1及び第2レンズ群G1、G2の焦点距離、入射瞳の直径EPD(Entrance Pupil size)、湾曲量などに関するものである。表7は、実施例に係る光学系1000の数式1~数式30の結果値に関するものである。表7を参照すると、実施例に係る光学系1000及びカメラモジュールは、数式1~数式30のうち少なくとも一つまたは2つ以上を満足することが分かる。詳細には、実施例に係る光学系1000及びカメラモジュールは、 前記数式1~数式30の全てを満足することが分かる。これにより、実施例は、向上した光学特性を有し、周辺部の画質の低下を防止または最小限に抑えることができる。また、実施例は、設定された形状、焦点距離、間隔などを有する光学系1000を用いて多様な距離に位置する被写体に対するオートフォーカス(AF)機能を提供することができる。詳細には、実施例は、一つのカメラモジュールを用いて、無限大乃至近距離に位置する被写体にオートフォーカス(AF)機能を提供することができる。実施例は、少なくとも一つのレンズ群を移動させて有効焦点距離EFLを制御することができ、移動するレンズ群の移動距離を最小化することができる。例えば、実施例に係る第2レンズ群G2の移動距離md1は、前記第2間隔d2と前記第1間隔d1との差である1.6mmであり得る。即ち、前記第2レンズ群G2は、無限大から近距離(30mm)焦点のために1.6mm移動することができる。また、無限大から他の近距離(70mm)焦点のために約0.08mm移動することができる。一方、前記第1及び第2レンズ群が一つのレンズ群に移動する比較例(図示せず)の場合、無限大から近距離(30mm)焦点のために約16mm移動することができ、無限大から他の近距離(70mm)焦点のために約0.43mm移動することができる。これにより、実施例に係る光学系1000は、無限大から近距離に焦点変化時に比較例よりもレンズ群の移動距離を顕著に減少させることができるので、レンズ群の移動時に要求される電力消耗を最小限に抑えることがで
きる。また、レンズ群の移動距離を最小化して、移動するレンズ群の移動距離に応じて発生する湾曲量を最小化することができる。したがって、実施例に係る光学系は、向上した電気的及び光学的特性を有することができる。実施例は、無限大乃至近距離の範囲で被写体との距離と関係なく一定のTTL値を有することができる。これにより、前記光学系1000及びこれを含むカメラモジュールは、よりスリムな構造で提供され得る。前記光学系1000における少なくとも一つのレンズは、非円形状、例えばデカット(D-cut)形状を有することができる。これにより、前記光学系1000は、小型で具現可能であると共に向上した光学性能を有し、円形状のみからなる光学系に比べてコンパクト(compact)に提供され得る。前記光学系1000は、複数のレンズ及び光経路変更部材(図示せず)を含むことができる。これにより、前記光学系1000は、より薄い厚さを有することができるフォールディド(folded)カメラに適用可能であり、前記カメラを含む機器を薄い厚さで製造することができる。
図9は、実施例に係る光学系が第3レンズ群をさらに含むことを説明するための構成図である。
図9を参照すると、実施例に係る光学系1000は、上述の第1レンズ群G1及び前記第2レンズ群G2に加えて第3レンズ群G3をさらに含むことができる。前記第3レンズ群G3は、正(+)または負(-)の屈折力を有することができる。前記第3レンズ群G3は、少なくとも一つのレンズを含むことができる。前記第3レンズ群G3が複数のレンズを含む場合、前記第3レンズ群G3に含まれる複数のレンズ間の中心間隔は、動作モードに応じて変化せずに一定であり得る。前記第3レンズ群G3は、設定された位置に配置され得る。例えば、前記第3レンズ群G3は、図9(a)のように前記第2レンズ群G2と前記イメージセンサー300との間に配置され得る。この場合、前記第3レンズ群G3は、前記第1レンズ群G1のように固定され得、前記第2レンズ群G2は、移動可能に提供され得る。
この場合、前記第3レンズ群G3に含まれる少なくとも一つのレンズは、設定された有効径(clear aperture)のサイズを有することができる。詳細には、前記第3レンズ群G3に含まれる複数のレンズ面のうち少なくとも一つのレンズ面の有効径のサイズは、前記第1~第3レンズ群G1、G2、G3に含まれる複数のレンズのうち物体と最も隣接して配置されたレンズの物体側面の有効径のサイズよりも大きくてもよい。前記第3レンズ群G3は、図9(b)のように、物体と前記第1レンズ群G1との間に配置され得る。この場合、前記第1レンズ群G1は、前記第1レンズ群G1のように固定されるか、前記第2レンズ群G2のように移動可能に提供され得る。この場合、前記第3レンズ群G3に含まれる少なくとも一つのレンズは、設定された有効径(clear aperture)のサイズを有することができる。詳細には、前記光学系1000は、前記第3レンズ群G3のうち物体と最も隣接して配置されたレンズの物体側面よりも大きい有効径を有するレンズ面を含むことができる。
図10は、実施例に係るカメラモジュールが携帯端末機に適用されたことを示す図である。
図10を参照すると、前記携帯端末機1は、背面に提供されるカメラモジュール10を含むことができる。前記カメラモジュール10は、画像撮影機能を含むことができる。また、前記カメラモジュール10は、自動焦点(Auto focus)、ズーム(zoom)機能、及びOIS機能のうち少なくとも一つを含むことができる。前記カメラモジュール10は、撮影モードまたはビデオ通話モードでイメージセンサー300によって得られる静止画イメージまたは動画の画像フレームを処理することができる。処理された画像フレームは、前記携帯端末機1のディスプレイ部(図示せず)に表示されることがあり、メモリ(図示せず)に保存され得る。また、図面には示していないが、前記携帯端末機1の前面にも前記カメラモジュールがさらに配置され得る。例えば、前記カメラモジュール10は、第1カメラモジュール10A及び第2カメラモジュール10Bを含むことができる。このとき、前記第1カメラモジュール10A及び前記第2カメラモジュール10Bの少なくとも一つは、上述した前記光学系1000を含むことができる。これにより、前記カメラモジュール10は、向上した光学特性を有することができ、無限大乃至40mm以下の近距離に位置する被写体に対するオートフォーカス(AF)機能を提供することができる。また、前記光学系1000は、少なくとも一つのレンズ群が移動して前記機能を提供する場合、前記レンズ群の移動量を最小化することができ、これにより低電力で動作することができ、移動によって発生する湾曲量を最小化することができる。また、前記カメラモジュールは、スリムな構造を有する光学系1000によってよりコンパクトに提供され得る
前記携帯端末機1は、自動焦点装置31をさらに含むことができる。前記自動焦点装置31は、レーザを用いた自動焦点機能を含むことができる。前記自動焦点装置31は、前記カメラモジュール10のイメージを用いた自動焦点機能が低下する条件、例えば、10m以下の近接または暗い環境で主に使用され得る。前記自動焦点装置31は、垂直キャビティ表面放出レーザ(VCSEL)半導体素子を含む発光部と、フォトダイオードなどの光エネルギーを電気エネルギーに変換する受光部とを含むことができる。前記携帯端末機1は、フラッシュモジュール33をさらに含むことができる。前記フラッシュモジュール33は、内部に光を発光する発光素子を含むことができる。前記フラッシュモジュール33は、携帯端末機のカメラ作動またはユーザの制御によって作動され得る。
以上、実施例に説明された特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも一つの実施例に含まれ、必ずしも一つの実施例にのみ限定されるものではない。また、各実施例において例示された特徴、構造、効果などは、実施例が属する分野の通常の知識を有する者によって他の実施例に対しても組合せまたは、変形して実施可能である。したがって、このような組合せと変形に関係した内容は、本発明の実施例の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。以上、実施例を中心に説明したが、これは単に例示に過ぎず、本発明を限定するものではなく、本発明が属する分野の通常の知識を有する者であれば、本実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲で以上に例示されていない様々な変形と応用が可能であることが理解できるであろう。例えば、実施例に具体的に示された各構成要素は変形して実施できるものである。そして、このような変形と応用に関係した差異点は、添付された特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。


Claims (9)

  1. 物体側からセンサー方向に光軸に沿って順次配置され、少なくとも一つのレンズをそれぞれ含む第1及び第2レンズ群を含み、
    前記第1レンズ群の焦点距離符号と前記第2レンズ群の焦点距離符号は、互いに反対となり、
    -1.5<f_2/f_1/0を満足し、
    (f_1は、前記第1レンズ群の焦点距離であり、f_2は、前記第2レンズ群の焦点距離である。)
    前記第1及び第2レンズ群に含まれるレンズの有効径(Clear aperture)のサイズは、イメージセンサーの対角方向の長さよりも小さく、
    前記第1及び第2レンズ群のうち一つのレンズ群は、前記光軸方向に移動可能である、光学系。
  2. 前記第1レンズ群は、前記物体側から前記センサー方向に前記光軸に沿って順次配置される第1~第3レンズを含み、
    前記第2レンズ群は、前記物体側から前記センサー方向に前記光軸に沿って順次配置される第4及び第5レンズを含む、請求項1に記載の光学系。
  3. 前記第1レンズ群において前記物体側に最も近く配置されたレンズは、正(+)の屈折力を有し、
    前記第1レンズ群において前記物体側に最も近く配置されたレンズのセンサー側面は、凸状を有する、請求項1に記載の光学系。
  4. 前記第2レンズ群において前記イメージセンサーに最も近く配置されたレンズは、負(-)の屈折力を有し、
    前記第2レンズ群において前記イメージセンサーに最も近く配置されたレンズのセンサー側面は、凸状を有する、請求項2に記載の光学系。
  5. 前記第2レンズ群において前記物体側に最も近く配置されたレンズの物体側面は、凹状を有する、請求項2に記載の光学系。
  6. 前記第1及び第2レンズ群は、下記数式1を満足する、請求項1乃至請求項5のうちいずれか一項に記載の光学系。
    [数1]
    Figure 2024504797000040
    (数式1において、L_G1は、前記第1レンズ群に含まれるレンズのうち、前記物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点から前記イメージセンサーと最隣接のレンズのセンサー側面の頂点までの光軸方向の長さを意味する。また、L_G2は、前記第2レンズ群に含まれるレンズのうち前記物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点から前記イメージセンサーと最隣接のレンズのセンサー側面の頂点までの光軸OA方向の長さを意味する。)
  7. 前記第2レンズ群は、下記数式2を満足する、請求項1乃至請求項5のうちいずれか一項に記載の光学系。
    [数2]
    Figure 2024504797000041
    (数式2において、L_G2は、前記第2レンズ群に含まれるレンズのうち、前記物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点から前記イメージセンサーと最隣接のレンズのセンサー側面の頂点までの光軸OA方向の長さを意味する。また、TTL(Total track length)は、前記第1及び第2レンズ群に含まれる複数のレンズのうち物体と最隣接のレンズの物体側面の頂点から前記イメージセンサーの像面までの光軸方向の距離を意味する。)
  8. 前記第1レンズ群は、非円形状を有する少なくとも一つのレンズを含む、請求項1乃至請求項5のうちいずれか一項に記載の光学系。
  9. 光学系及び駆動部材を含むカメラモジュールにおいて、
    前記光学系は、 請求項1乃至請求項5のうちいずれか一項に記載の光学系を含み、
    前記駆動部材は、前記第2レンズ群の位置を制御する、カメラモジュール。
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