KR100593895B1 - 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈 - Google Patents

레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레플리케이션 방법(replication method)으로 제작된 레플리카 렌즈와 이미지 센서(image capturing element)를 구비하는 카메라 모듈에 관한 것이다.
상기 카메라 모듈은 투명한 렌즈 기판(lens substrate) 및 상기 렌즈 기판의 적어도 한 면에 굴절률이 다른 2 이상의 투명한 광학재료를 2층 이상 적층하여 형성된 복수의 레플리카 층으로 이루어진 렌즈 요소(lens element)를 포함하며, 추가적으로 상기 렌즈 요소 주위에 상기 렌즈 요소의 높이보다 높도록 레플리카 층에 의해 형성된 측벽(side wall)을 포함할 수도 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면 적은 매수의 렌즈 기판을 이용하여 렌즈 모듈을 소형 경량화하면서도 원하는 광학적 특성을 구현할 수 있고, 레플리카 층의 수축에 따른 문제점을 개선할 수 있으며, 레플리카 층의 형성시 측벽을 형성하여 제조공정이 단순해지고 재료비가 절감된다는 효과를 얻을 수 있다.
레플리카 렌즈, 렌즈 기판, 렌즈 요소, 레플리케이션 방법, 굴절률

Description

레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈{Camera Module Having a Replica Lens}
도 1은 종래의 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈을 도시한 단면도이다.
도 2는 종래의 레플리카 렌즈를 사용한 렌즈 모듈의 렌즈 구성도이다.
도 3은 본 발명에 의한 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈의 단면도이다.
도 4(a) 및 도 4(b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 레플리카 렌즈의 단면도이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 본 발명의 다른 실시예에 의한 레플리카 렌즈의 단면도이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 레플리카 렌즈의 단면도이다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 레플리카 렌즈의 단면도이다.
도 8(a) 내지 도 8(f)는 본 발명에 따른 회절광학소자가 적용된 레플리카 렌즈의 단면도이다.
도 9(a) 내지 도 9(d)는 본 발명에 따른 측벽을 구비한 레플리카 렌즈의 단면도이다.
도 10은 도 9(a) 내지 도 9(d)의 레플리카 렌즈를 적층하여 구성한 레플리카 렌즈 모듈의 단면도이다.
도 11은 본 발명에 의한 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈의 렌즈 구성도이다.
도 12는 도 11에 도시된 렌즈 시스템에 대한 MTF 곡선이다.
도 13은 도 11에 도시된 렌즈 시스템에 대한 수차도로서,
(a)는 비점수차, (b)는 왜곡을 도시한다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
L1,L2,L3,L4,L5,L6...레플리카 층 LE...렌즈 요소(lens element)
S...렌즈 기판(lens substrate) RL1,RL2,10,20,30,40...레플리카 렌즈
50...측벽(side wall)
본 발명은 레플리케이션 방법(replication method)으로 제작된 레플리카 렌즈와 이미지 센서(image capturing element)를 구비하는 카메라 모듈에 관한 것으 로, 보다 상세하게는 렌즈 기판(lens substrate)의 적어도 한 면에 굴절률이 다른 2 이상의 투명한 광학재료를 2층 이상 적층하여 형성된 복수의 레플리카 층을 구비하는 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 레플리케이션 방법(replication method)은 웨이퍼 단위로 렌즈를 제작하는 방법으로서, 이러한 레플리케이션 방법으로 제조된 레플리카 렌즈(replica lens)를 사용하는 경우에는 반도체 공정의 이용이 가능하게 되어 렌즈의 정렬, 배치를 기존 방식에 비해 용이하게 수행할 수 있고, 공차특성을 향상시킬 수 있으며, 렌즈 모듈의 부피를 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
상기의 레플리케이션 방법은 유리(glass) 등으로 이루어진 투명한 렌즈 기판에 폴리머(polymer) 등의 투명한 광학재료를 이용하여 얇은 레플리카 층을 형성함으로써 레플리카 렌즈(replica lens)를 제조하는 방법이다.
도 1은 이러한 레플리케이션 방법을 이용하여 제작된 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈의 단면도이다.
도 1에서와 같이, 종래의 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈은 이미지 센서(image capturing element)(103), 상기 이미지 센서(103)에 부착된 제1 스페이서(105), 상기 스페이서(105)에 부착된 커버 플레이트(107), 레플리카 층에 의해 형성된 제1 렌즈 요소(111)를 구비하는 제1 렌즈 기판(lens substrate)(109), 상기 제1 렌즈 기판(109)에 부착되는 제2 스페이서(123) 및 레플리카 층에 의해 형성된 제2 렌즈 요소(127)를 구비하는 제2 렌즈 기판(125)을 구비한다.
상기 이미지 센서(103), 제1 스페이서(105), 커버 플레이트(107) 및 제1 렌즈 기판(109)의 각각의 사이는 접착층(113,115,117)에 의해 접착된다. 또한, 제1 렌즈 기판(109)에는 적외선 반사 코팅(119)과 무반사 코팅(121)이 되어 있다.
또한, 상기 제1 렌즈 기판(109), 제2 스페이서(123), 제2 렌즈 기판(125)의 각각의 사이에는 접착층(129,131)이 형성되어 있으며, 상기 제2 렌즈 기판(125) 위에는 조리개(133)가 구비되어 있다.
이러한 종래의 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈(110)은 복수의 스페이서(105,123)가 구비되어 렌즈 요소(111,127)가 구비된 렌즈 기판(109,125) 사이에 일정한 간격이 유지되어 원하는 광학적 특성을 이루도록 구성되어 있다.
그러나, 이와 같이 스페이서(105,123)를 구비하는 경우에는 상기 스페이서(105,123)를 제공하기 위한 별도의 재료 및 공정이 필요하게 되어 렌즈 모듈, 즉 카메라 모듈의 제조원가가 상승하고 작업공정이 복잡하다는 문제점이 있다.
한편, 종래의 레플리카 렌즈를 구비한 카메라 모듈의 경우에는 렌즈 요소(111,127)를 형성하기 위하여 단일의 레플리카 층이 형성된다.
이와 같이 단일의 레플리카 층이 형성되는 경우에는 레플리카 층의 수축 등으로 인하여 레플리카 층의 두께에 제한이 있으므로 요구되는 광학적 성능의 구현에 필요한 두께의 레플리카 층을 얻을 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 원하는 광학적 특성을 구현하기 위해서는 다수의 렌즈 기판이 구비되어야 하므로 원가가 상승할 뿐만 아니라, 다수의 렌즈 기판 사이의 공간을 유지하기 위한 스페이서가 다수 구비되어야 하며, 렌즈 모듈의 크기가 증대한다는 문제점 이 있다.
도 2는 이러한 종래의 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈의 렌즈 구성도의 일 예로서, 30만 화소급의 카메라 모듈에 관한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 카메라 모듈의 경우에는 30만 화소급의 해상도를 구현하기 위해서는 3매의 렌즈 기판(S1, S2, S3)이 필요하며, 상기 렌즈 기판(S1, S2, S3)의 양면에는 각각 단일의 레플리카 층(L1,L2,L3,L4,L5,L6)이 형성되어 있으며, 제1 레플리카 층(L1)으로부터 이미지 센서(IS)의 상면까지 3.5mm 이상의 전장을 갖는다.
이와 같이 단일의 레플리카 층을 사용하는 경우에는 원하는 광학적 특성을 구현하기 위해서는 다수의 렌즈 기판(S1, S2, S3)이 필요하게 되고, 이들 렌즈 기판(S1, S2, S3)의 간격을 유지하기 위해서는 다수의 스페이서(미도시)가 필요하게 된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 굴절률이 다른 2 이상의 투명한 광학재료를 2층 이상 적층함으로써 적은 매수의 렌즈 기판을 이용하여 렌즈 모듈을 소형 경량화하면서도 원하는 광학적 특성을 구현할 수 있는 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 측면으로서, 별도로 스페이서를 구비하지 않는 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈을 제공함을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일측면으로서 본 발명은, 레플리케이션 방법(replication method)으로 제작된 렌즈와 이미지 센서(image capturing element)를 구비하는 카메라 모듈에 있어서, 투명한 렌즈 기판(lens substrate); 및 상기 렌즈 기판의 적어도 한 면에 굴절률이 다른 2 이상의 투명한 광학재료를 2층 이상 적층하여 형성된 복수의 레플리카 층으로 이루어진 렌즈 요소(lens element); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 레플리카 렌즈(replica lens)를 구비하는 카메라 모듈을 제공한다.
바람직하게는, 상기 렌즈 기판에는 적어도 한면에 에칭이나 몰딩으로 요면(凹面) 또는 철면(凸面)이 형성되며, 상기 렌즈 요소는 상기 요면 또는 철면 위에 형성된 복수의 레플리카 층으로 이루어질 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 렌즈 기판에는 관통공이 형성되며, 상기 렌즈 요소는 상기 관통공에 형성된 복수의 레플리카 층으로 이루어질 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 렌즈 요소를 형성하기 위한 각각의 레플리카 층은 오목의 굴절면, 볼록의 굴절면, 회절면 중 하나로 형성되며, 상기 렌즈 요소는 상기 렌즈 요소의 높이를 높게 하도록 평면의 레플리카 층을 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 레플리카 층 사이 또는 상기 렌즈 기판과 레플리카 층 사이에 무반사 코팅 처리를 할 수도 있으며, 상기 광학재료는 열경화 수지 또는 자외선 경화 수지로 이루어진다.
다른 측면으로서 본 발명은, 레플리케이션 방법(replication method)으로 제작된 렌즈와 이미지 센서(image capturing element)를 구비하는 카메라 모듈에 있어서, 투명한 렌즈 기판(lens substrate); 상기 렌즈 기판의 적어도 한 면에 굴절률이 다른 2 이상의 투명한 광학재료를 2층 이상 적층하여 형성된 복수의 레플리카 층으로 이루어진 렌즈 요소(lens element); 및 상기 렌즈 요소 주위에 상기 렌즈 요소의 높이보다 높도록 레플리카 층에 의해 형성된 측벽(side wall); 을 포함하는 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈을 제공한다.
바람직하게는, 상기 측벽은 상기 측벽의 높이를 높게 하기 위한 추가적인 레플리카 층에 의해 형성될 수 있으며, 이웃하는 레플리카 렌즈의 측벽과 접촉하여 상기 레플리카 렌즈들 사이의 간격을 유지하도록 할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈의 단면도이다.
일반적으로, 카메라 모듈은 도 3에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 렌즈(RL1,RL2)로 구성되는 렌즈 모듈, 내부에 소정의 공간이 형성되어 상기 렌즈(RL1,RL2)를 수용하는 하우징(H1), 상기 렌즈(RL1,RL2)에 의한 결상면에 대응하는 이미지 센서(IS), 상기 이미지 센서(IS)로 입사되는 빛을 필터링(filtering)하거나 상기 이미지 센서(IS)를 보호하는 광학적 필터(미도시), 상기 하우징(H1)의 타단에 고정설치되며 그 일면에 상기 이미지 센서(IS)가 장착되어 상기 이미지 센서(IS)에서 감지된 이미지를 처리하기 위한 회로 기판(미도시) 등으로 이루어져 있으며, 본 발명은 이러한 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈에 관한 것이다.
특히, 본 발명에 의한 렌즈 모듈에 구비되는 렌즈(RL1,RL2)는 레플리케이션 방법(replication method)에 의해 형성되는 레플리카 렌즈(replica lens)이다.
본 발명에 의한 레플리카 렌즈(RL1,RL2)는 투명한 렌즈 기판(S1,S2) 및 상기 렌즈 기판(S1,S2)의 적어도 한 면에 굴절률이 다른 2 이상의 투명한 광학재료를 2층 이상 적층하여 형성된 복수의 레플리카 층(replica layer)(L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7)으로 형성된 렌즈 요소(lens element)를 구비한다.
예를 들어, 제2 렌즈 기판(S2)의 하면에는 복수의 레플리카 층(L6,L7)이 형성되어 있고, 상면에는 복수의 레플리카 층(L4,L5)이 형성되어 있으며, 상기 레플리카 층(L4,L5,L6,L7)은 렌즈 요소를 형성한다.
상기 렌즈 기판(S1,S2)은 렌즈 요소가 형성되는 투명한 웨이퍼(wafer)로서 파이렉스 글래스(pyrex glass) 등으로 형성되며, 상기 렌즈 기판(S1,S2)의 한 면에 제공되는 복수의 레플리카 층은 굴절률이 다른 2 이상의 투명한 광학재료를 적층하여 형성된다.
따라서, 각각의 레플리카 층이 렌즈의 역할을 수행하게 되므로, 하나의 렌즈 기판(S1,S2)에 여러 매의 렌즈가 사용되는 효과를 얻을 수 있게 되고, 렌즈 굴절면이 추가됨으로 인하여 광학계의 설계 자유도가 증대되는 이점이 있다.
여기서, 상기 광학재료는 열경화 수지 또는 자외선 경화 수지로 이루어지며, 일 예로서 굴절률이 1.4~1.6인 폴리머(polymer)가 사용될 수 있다.
종래에는 단일의 레플리카 층만을 사용하므로 레플리카 층의 축소 등으로 인하여 상기 레플리카 층의 높이를 높게 할 수 없다는 문제점이 있었으나, 본 발명은 낮은 높이의 레플리카 층을 복수개 형성함으로써 레플리카 층의 제조가 용이해지고 레플리카 층의 수축으로 인한 광학적 특성 저하를 막을 수 있게 되어 높은 높이의 레플리카 층을 갖는 레플리카 렌즈를 제공할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 상기 레플리카 층의 사이 또는 렌즈 기판과 레플리카 층 사이에 무반사 코팅을 함으로써 복수의 굴절면으로 인한 광 투과율 저하를 방지할 수 있으며, 자외선 반사 코팅을 하여 광학적 필터가 없는 카메라 모듈을 구현할 수도 있게 된다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 렌즈 모듈은 상기 렌즈 기판(S1,S2) 사이의 간격을 유지하도록 기능하는 측벽(50)을 구비할 수 있다.
즉, 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 렌즈 기판(S1,S2) 사이에 스페이서를 구비하여 렌즈 기판(S1,S2) 사이의 간격을 유지할 수도 있으나, 바람직하게는 도 3에 도시된 바와 같이 복수 개의 레플리카 층의 제작시 렌즈 요소의 주위를 렌즈 요소보다 높도록 형성된 측벽(50)을 이용하여 상기 렌즈 기판(S1,S2) 사이의 간격을 유지하도록 할 수 있다는 이점이 있다.
이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 렌즈 요소의 형성에 사용된 레플리카 층을 이용하여 측벽(50)을 형성할 수도 있고, 상기 측벽(50)의 높이를 높이기 위하여 별도의 레플리카 층을 더 구비하도록 할 수도 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 복수의 층으로 이루어진 렌즈 요소를 구비하는 다양한 형태의 레플리카 렌즈에 대해 살펴보고자 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 레플리카 렌즈의 단면도로서, 평평한 투명 렌즈 기판(S)과, 상기 렌즈 기판(S) 위에 오목 또는 볼록의 굴절면을 형성하는 제1 레플리카 층(L1) 및 상기 제1 레플리카 층(L1) 위에 다른 오목 또는 볼록의 굴절면을 형성하는 제2 레플리카 층(L2)으로 이루어지는 렌즈 요소(LE)을 구비하는 레플리카 렌즈를 도시하고 있다.
이러한 레플리카 층은 공지의 레플리케이션 방법으로 제조될 수 있으며, 하나의 레플리카 층을 형성한 후 상기 레플리카 층 위에 추가적인 레플리카 층을 형성하여 이루어진다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 레플리카 렌즈의 단면도로서, 에칭(etching) 또는 몰딩(molding)에 의해 굴절면의 역할을 하는 오목 또는 볼록면(D)이 형성된 투명한 렌즈 기판(S)과, 상기 렌즈 기판(S) 위에 오목 또는 볼록의 굴절면을 형성하는 제1 레플리카 층(L1) 및 상기 제1 레플리카 층(L1) 위에 다른 오목 또는 볼록의 굴절면을 형성하는 제2 레플리카 층(L2)으로 이루어지는 렌즈 요소(LE)을 구비하는 레플리카 렌즈를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 레플리카 렌즈의 단면도로서, 에칭(etching) 또는 몰딩(molding)에 의해 평평한 면(D)이 형성된 투명한 렌즈 기판(S)과, 상기 렌즈 기판(S) 위에 오목 또는 볼록의 굴절면을 형성하는 제1 레플리카 층(L1) 및 상기 제1 레플리카 층(L1) 위에 다른 오목 또는 볼록의 굴절면을 형성하는 제2 레플리카 층(L2)으로 이루어지는 렌즈 요소(LE)을 구비하는 레플리카 렌즈를 도시하고 있다. 도 5 또는 도 6의 경우에 상기 렌즈 요소(LE)의 주변부는 그 높이가 상기 렌즈 요소(LE)의 높이보다 높게 형성되므로 도 3의 측벽(50)의 기능을 수행할 수 있다는 이점이 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 레플리카 렌즈의 단면도로서, 관통홀(H)이 형성된 렌즈 기판(S)과, 상기 렌즈 기판(S)의 양 측에서 오목 또는 볼록의 굴절면이나 회절면을 형성하는 제1 레플리카 층(L1) 및 상기 제1 레플리카 층(L1) 위에 다른 오목 또는 볼록의 굴절면이나 회절면을 형성하는 제2 레플리카 층(L2)과 제2 레플리카 층(L3)으로 이루어지는 렌즈 요소(LE)을 구비하는 레플리카 렌즈를 도시하고 있다.
이와 같이 관통홀(H)이 형성된 레플리카 렌즈는 관통홀(H)이 형성된 렌즈 기판(S)의 양면에서 동시에 제1 레플리카 층(L1)을 형성하고, 자외선 경화 등에 의해 상기 제1 레플리카 층(L1)이 형성된 후에 제2 레플리카 층(L2) 및/또는 제3 레플리카 층(L3)을 형성하면 된다.
도 7의 레플리카 렌즈의 경우에는 에칭 등에 의해 관통홀(H)이 형성된 렌즈 기판 양면에 굴절면 또는 회절면을 동시에 형성함으로써 렌즈의 두께를 줄일 수 있다는 이점이 있을 뿐만 아니라, 렌즈 기판(S)의 굴절률과 다른 굴절률의 렌즈 요소를 얻을 수 있어 설계 자유도가 커진다는 이점이 있다.
도 8은 회절광학소자가 적용된 다른 형태의 레플리카 렌즈의 단면도로서, 렌즈 기판(S)과, 상기 렌즈 기판(S)에 회절면을 갖는 레플리카 층과 오목 또는 볼록 의 굴절면을 갖는 레플리카 층으로 이루어지는 렌즈 요소(LE)를 구비하는 레플리카 렌즈를 도시하고 있다. 이와 같이 회절면을 구비하는 경우에는 색수차를 줄일 수 있게 되어 렌즈 모듈의 크기를 줄일 수 있다는 이점이 있으며, 특히 회절면 위에 별도의 레플리카 층을 형성하는 경우에는 회절면의 오염이나 변형을 예방할 수 있다느 이점이 있게 된다.
전술한 도 4 내지 도 8의 상기 레플리카 층(L1,L2)은 굴절률과 분산값이 다른 광학재료로 형성되며 상기 레플리카 층(L1,L2) 사이 또는 렌즈 기판(S)과 제1 레플리카 층(L1) 사이에는 다층으로 인한 광 투과율 저하 방지를 위한 무반사 코팅을 할 수도 있다.
또한, 상기 렌즈 요소(LE)는 굴절면을 추가하기 위하여 인접하는 레플리카 층의 광학재료와는 굴절률이 다른 광학재료에 의해 추가적인 레플리카 층을 구비할 수도 있다.
또한, 상기 제1 레플리카 층(L1)또는 제2 레플리카 층(L2)의 두께를 크게 하기 위하여(높이를 높게 하기 위하여) 인접하는 레플리카 층과 동일한 광학재료를 이용하여 레플리카 층을 추가적으로 형성할 수도 있다.
도 9는 본 발명에 따른 측벽(50)을 구비하는 레플리카 렌즈의 단면도이다.
도 9(a) 내지 9(d)에 도시된 바와 같이 상기 레플리카 렌즈(10,20,30,40)는 레플리카 층(L1,L2)에 의해 형성된 렌즈 요소(LE)의 주변에 측벽(50)을 구비한다.
상기 측벽(50)은 레플리카 렌즈의 적층시 렌즈 요소(LE)간의 간섭을 피하기 위해 상기 렌즈 요소(LE)의 높이보다 높게 형성된다. 이때, 상기 측벽(50)은 상기 렌즈 요소(LE)를 형성하는 레플리카 층(L1,L2)에 의해 일체로 형성되는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지는 않는다. 특히 상기 측벽(50)의 높이가 충분히 높아야 하는 경우에는 상기 측벽(50)은 추가적인 레플리카 층에 의해 형성될 수도 있다.
또한, 도 9(b)와 같이 오목면으로 렌즈 요소(LE)가 형성된 경우에는 상기 측벽(50)은 돌출되지 않고 평평한 면으로 이루어질 수도 있다.
도 10은 도 9(a) 내지 9(d)에 도시된 레플리카 렌즈가 적층된 렌즈 모듈의 단면도이다.
도 10(a)는 도 9(b)의 레플리카 렌즈(20)와 도 9(c)의 레플리카 렌즈(30)을 적층한 렌즈 모듈의 단면도이고, 도 10(b)는 도 9(a)의 레플리카 렌즈(10)와 도 9(d)의 레플리카 렌즈(40)을 적층한 렌즈 모듈의 단면도이다.
도 10에 도시된 바와 같이 레플리카 렌즈는 레플리케이션 방법(replication method)으로 복수개 형성된 다음 절단선(60)을 따라 절단되어 제작할 수 있으며, 이는 도 4 내지 도 9에서도 동일하다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈의렌즈 배치를 나타내는 렌즈구성도이고, 도 12는 도 11에 도시된 렌즈 시스템의 MTF(Modulation Transfer Function) 곡선을 나타내며, 도 13a와 도 13b는 각각 도 11에 도시된 렌즈 시스템의 비점수차와 왜곡을 나타낸다. 도 12의 MTF 곡선의 "T"는 탄젠셜(tangential), "R"은 레이디얼(radial)을 나타내고, 도 13a의 비점수차도 면에서 나타나는 "S"는 새지털(sagital), "T"는 탄젠셜(tangential)을 나타낸다.
본 실시예는 약 30~40만 화소급(VGA급) 카메라 모듈의 렌즈 시스템을 구현한 것으로, 도 2에 도시된 종래의 레플리카 렌즈를 구비하는 렌즈 시스템과의 대비를 위해 동일한 광학적 특성을 구현하도록 하였다.
즉, 센서 크기는 1/6인치이고, 픽셀 크기는 3.6㎛이고, 상고는 1.44㎜이고, F 넘버(FNo)는 2.8이며, 렌즈의 전화각(全畵角)(2ω)은 60°가 되도록 하였다.
이에 의한 렌즈 시스템 전체의 유효 초점거리(effective focal length)(f)는 2.466mm이며, 개구조리개로부터 상면까지의 거리(total length)(TL)는 3.0mm이다.
본 실시예의 경우 제1 렌즈 기판(lens substrate)(S1)의 일면에 두 개의 레플리카 층(L1,L2)를 형성하고 타면에 두 개의 레플리카 층(L3,L4)을 형성하며, 제2 렌즈 기판(S2)의 양 면에 각각 하나의 레플리카 층(L5,L6)을 형성하고 후방에 이미지 센서(IS)를 설치한다.
상기 제1 렌즈 기판(S1)과 제2 렌즈 기판(S2) 사이 및 제2 렌즈 기판(S2)과 이미지 센서(IS) 사이에는 각각의 간격을 유지하기 위하여 스페이서(S)가 설치되지만, 전술한 도 9 또는 도 10의 측벽(50)을 이용하는 경우에는 별도의 스페이서를 필요로 하지 않는다.
또한, 본 실시예는 따로 광학적 필터를 구비하지 않고 레플리카 층에 적외선 필터 등에 대응하는 코팅을 한 경우이나, 제2 렌즈 기판(S2)와 이미지 센서(IS) 사이에 광학적 필터가 추가로 구비될 수도 있으며 이에 따른 렌즈 시스템 전체의 광 학적 특성의 변화는 크지 않다.
본 실시예를 도 2에 도시된 바와 같이 렌즈 기판의 한 면에 하나의 레플리카 층이 형성된 종래의 레플리카 렌즈 모듈의 경우와 비교하면 본 실시예의 경우 렌즈 기판의 수가 감소하여 재료비가 감소하며, 소형 경량의 렌즈 모듈을 구현할 수 있다는 이점이 있다.
즉, 본 실시예의 경우 렌즈 모듈의 전체 길이가 도 2에 도시된 종래의 렌즈 모듈에 비해 약 20% 정도 감소하는 유리한 이점이 있음을 알 수 있다.
하기의 표 1은 본 발명의 도 11에 도시된 렌즈 구성도에 대한 구체적 수치예를 나타내고 있다.
Figure 112004060286415-pat00001
표 1에서 *는 비구면을 나타내며, 비구면은 공지의 수학식 1로부터 얻어진 다.
Figure 112004060286415-pat00002
Z : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리
Y : 광축에 수직인 방향으로의 거리
r : 렌즈의 정점에서의 곡률 반경
K : 코닉(Conic) 상수
A,B,C,D,E : 비구면 계수
(제1면의 코닉 상수 및 비구면 계수)
K : -0.433123 A : -0.044606 B : 0.356269
C : -1.308088 D : -1.660163 E : 12.224909
(제6면의 코닉 상수 및 비구면 계수)
K : -3.850851 A : 0.136076 B : 1.111474
C : -2.021003 D : -1.395288 E : 10.126553
F : -10.003281
(제7면의 코닉 상수 및 비구면 계수)
K : -14.081221 A : -0.010462 B : 0.0140288
C : -0.076836 D : 0.073678 E : -0.020219
(제10면의 코닉 상수 및 비구면 계수)
K : -412.617674 A : 0.029756 B : -0.102189
C : 0.029150 D : -0.004709
본 실시예에 의하면 도 12에서와 같이 60°까지의 전화각에 대해서 140 cycle/㎜(30％ MTF) 이상의 우수한 분해능을 얻을 수 있고, 도 13에서와 같이 1.5% 이내의 왜곡 등 양호한 수차 특성을 얻을 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 렌즈 기판의 적어도 한 면에 굴절률이 다른 2 이상의 투명한 광학재료를 적층하여 형성된 복수의 레플리카 층을 형성함으로써 한 개의 레플리카 렌즈로 여러 개의 렌즈를 사용한 효과를 얻을 수 있으며 렌즈 굴절면이 추가됨으로써 설계 자유도가 증대한다는 효과가 있게 된다.
또한, 적은 매수의 렌즈 기판을 이용하여 렌즈 모듈을 소형 경량화하면서도 원하는 광학적 특성을 구현할 수 있으며, 낮은 높이의 레플리카 층을 다수 형성함으로써 레플리카 층의 수축에 따른 문제점을 개선할 수 있다는 유리한 효과가 있게 된다.
나아가, 복수의 레플리카 층에 회절면을 도입하여 색수차를 제거하도록 함으로써 렌즈 모듈을 소형 경량화할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 렌즈 기판 사이의 간격을 유지하기 위해 레플리카 층의 형성시 측벽을 형성하여 제조공정이 단순해지고 재료비가 절감된다는 효과가 있게 된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (10)

  1. 레플리케이션 방법(replication method)으로 제작된 레플리카 렌즈(replica lens)와 이미지 센서(image capturing element)를 구비하는 카메라 모듈에 있어서,
    투명한 렌즈 기판(lens substrate); 및
    상기 렌즈 기판의 적어도 한 면에 굴절률이 다른 2 이상의 투명한 광학재료를 2층 이상 적층하여 형성된 복수의 레플리카 층으로 이루어진 렌즈 요소(lens element);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈 기판에는 적어도 한면에 에칭이나 몰딩으로 요면(凹面) 또는 철면(凸面)이 형성되며,
    상기 렌즈 요소는 상기 요면 또는 철면 위에 형성된 복수의 레플리카 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈 기판에는 관통공이 형성되며,
    상기 렌즈 요소는 상기 관통공에 형성된 복수의 레플리카 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 요소를 형성하기 위한 각각의 레플리카 층은 오목의 굴절면, 볼록의 굴절면, 회절면 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 렌즈 요소는 상기 렌즈 요소의 높이를 높게 하도록 평면의 레플리카 층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레플리카 층 사이 또는 상기 렌즈 기판과 레플리카 층 사이에 무반사 코팅 처리를 하는 것을 특징으로 하는 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광학재료는 열경화 수지 또는 자외선 경화 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈.
  8. 레플리케이션 방법(replication method)으로 제작된 레플리카 렌즈(replica lens)와 이미지 센서(image capturing element)를 구비하는 카메라 모듈에 있어서,
    투명한 렌즈 기판(lens substrate);
    상기 렌즈 기판의 적어도 한 면에 굴절률이 다른 2 이상의 투명한 광학재료를 2층 이상 적층하여 형성된 복수의 레플리카 층으로 이루어진 렌즈 요소(lens element); 및
    상기 렌즈 요소 주위에 상기 렌즈 요소의 높이보다 높도록 레플리카 층에 의해 형성된 측벽(side wall);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 측벽은 상기 측벽의 높이를 높게 하기 위한 추가적인 레플리카 층에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 측벽은 이웃하는 레플리카 렌즈의 측벽과 접촉하여 상기 레플리카 렌즈들 사이의 간격을 유지하도록 함을 특징으로 하는 레플리카 렌즈를 구비하는 카메라 모듈.
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