KR100916471B1 - 촬상 렌즈 및 휴대용 전자기기의 카메라 모듈 - Google Patents

촬상 렌즈 및 휴대용 전자기기의 카메라 모듈 Download PDF

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Abstract

실시예에 따른 휴대용 전자기기의 카메라 모듈은 입사광을 반사시킬 수 있는 프리즘 렌즈인 제1렌즈; 상기 입사광이 상기 제1렌즈에 의해 반사되어 유입되는 수광소자; 및 상기 제1렌즈와 상기 수광소자 사이에 배치된 적어도 하나 이상의 렌즈를 포함한다.
실시예에 따른 촬상 렌즈는 양(+)의 파워를 가지고, 광이 입사되는 입사면, 상기 입사된 광을 반사시키는 반사면, 상기 반사된 빛이 출사되는 출사면을 포함하는 제1렌즈; 음(-)의 파워를 갖는 제2렌즈; 및 양(+)의 파워를 갖는 제3렌즈를 포함하며, 상기 제2렌즈 및 제3렌즈는 상기 제1렌즈의 출사면으로부터 순서대로 배치되고, 상기 제1렌즈는 상기 제2렌즈 및 제3렌즈보다 강한 파워를 가진다.
촬상 렌즈, 카메라 모듈

Description

촬상 렌즈 및 휴대용 전자기기의 카메라 모듈{Imaging Lens and Camera Module of Portable Electric Apparatus}
실시예는 고해상도 이미지 센서를 이용하는 카메라 모듈에 사용되는 촬상 렌즈 및 휴대용 전자기기의 카메라 모듈에 관한 것이다.
최근에 이미지 픽업 시스템(Image Pickup System)과 관련하여 통신단말기용 카메라 모듈, 디지탈 스틸 카메라(DSC, Digital Still Camera), 캠코더, PC 카메라(퍼스널 컴퓨터에 부속된 촬상장치) 등이 연구되고 있다. 이러한 이미지 픽업 시스템과 관련된 카메라 모듈이 상(image)을 얻기 위해 가장 중요한 구성요소는 상(image)을 결상하는 촬상 렌즈이다.
실시예는 프리즘 렌즈를 사용하여, 안정적인 성능과 고화소의 이미지를 구현할 수 있는 촬상 렌즈 및 휴대용 전자기기의 카메라 모듈을 제공한다.
실시예에 따른 휴대용 전자기기의 카메라 모듈은 입사광을 반사시킬 수 있는 프리즘 렌즈인 제1렌즈; 상기 입사광이 상기 제1렌즈에 의해 반사되어 유입되는 수광소자; 및 상기 제1렌즈와 상기 수광소자 사이에 배치된 적어도 하나 이상의 렌즈를 포함한다.
실시예에 따른 촬상 렌즈는 양(+)의 파워를 가지고, 광이 입사되는 입사면, 상기 입사된 광을 반사시키는 반사면, 상기 반사된 빛이 출사되는 출사면을 포함하는 제1렌즈; 음(-)의 파워를 갖는 제2렌즈; 및 양(+)의 파워를 갖는 제3렌즈를 포함하며, 상기 제2렌즈 및 제3렌즈는 상기 제1렌즈의 출사면으로부터 순서대로 배치되고, 상기 제1렌즈는 상기 제2렌즈 및 제3렌즈보다 강한 파워를 가진다.
실시예에 따른 촬상 렌즈 및 휴대용 전자기기의 카메라 모듈은 프리즘 렌즈인 제1렌즈가 제2렌즈 및 3렌즈에 비해 강한 파워를 가지고, 상기 제2렌즈를 플라스틱 재질로 형성하여, 아베수를 낮추고, 색수차를 보정할 수 있다.
또한, 왜곡수차의 보정 및 기타 기구물의 삽입이 가능하도록 제3렌즈의 상측면부터 상면까지의 거리(BFL)를 충분히 확보할 수 있어, 수차 특성이 우수한 촬상 렌즈를 구현할 수 있다.
또한, 상기 제1렌즈로 프리즘 렌즈를 사용하여, 입사광을 반사시켜 이미지를 구현함으로써, 촬상 렌즈의 전장이 짧아질 수 있어, 촬상 렌즈 및 카메라 모듈의 소형화를 가능하게 한다.
실시예에 따른 휴대용 전자기기의 카메라 모듈은 입사광을 반사시킬 수 있는 프리즘 렌즈인 제1렌즈; 상기 입사광이 상기 제1렌즈에 의해 반사되어 유입되는 수광소자; 및 상기 제1렌즈와 상기 수광소자 사이에 배치된 적어도 하나 이상의 렌즈를 포함한다.
실시예에 따른 촬상 렌즈는 양(+)의 파워를 가지고, 광이 입사되는 입사면, 상기 입사된 광을 반사시키는 반사면, 상기 반사된 빛이 출사되는 출사면을 포함하는 제1렌즈; 음(-)의 파워를 갖는 제2렌즈; 및 양(+)의 파워를 갖는 제3렌즈를 포함하며, 상기 제2렌즈 및 제3렌즈는 상기 제1렌즈의 출사면으로부터 순서대로 배치되고, 상기 제1렌즈는 상기 제2렌즈 및 제3렌즈보다 강한 파워를 가진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 촬상 렌즈 및 휴대용 전자기기의 카메라 모듈에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 촬상 렌즈 및 휴대용 전자기기의 카메라 모듈의 내부 구조를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 촬상 렌즈 및 휴대용 전자기기의 카메라 모듈은 물체측으로부터 상면(R8)측을 향해 광이 지나가는 순서대로, 필 터(5), 제1렌즈(10), 조리개(15), 제2렌즈(20), 제3렌즈(30) 및 수광 소자(40)를 포함하여 이루어진다.
피사체 영상을 획득하기 위하여 피사체의 영상 정보에 해당되는 광은 상기 필터(5), 제1렌즈(10), 조리개(15), 제2렌즈(20) 및 제3렌즈(30)를 통과하여 상기 수광 소자(60)에 입사된다.
상기 필터(5)는 적외선 차단 필터(IR cut filter)로 이루어질 수 있다.
상기 적외선 차단 필터는 외부 빛으로부터 방출되는 복사열이 상기 수광소자(60)에 전달되지 않도록 차단시키는 기능을 한다.
즉, 적외선 차단 필터는 가시광선은 투과시키고, 적외선은 반사시켜 외부로 유출되도록하는 구조를 가진다.
본 실시예에서 상기 필터(5)는 상기 제1렌즈(10)의 입사면(R3)의 앞단에 위치하지만, 이에 한정하지 않고, 상기 필터(5)는 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20) 사이, 제2렌즈(20)와 제3렌즈(30) 사이 또는 제3렌즈(30)와 이미지 센서(40)의 사이에도 위치할 수 있다.
또한, 본 실시예에서와 같이 상기 필터(5)가 별도로 배치되지 않고, 상기 제1렌즈(10), 제2렌즈(20) 및 제3렌즈(30) 중의 적어도 어느 한 면에 적외선 차단 물질이 코팅(coating)되어 상기 필터(5)를 대신할 수 있다.
상기 제1렌즈(10)는 양(+)의 파워(power)를 갖고, 물체측에 오목면을 가지는 메니스커스 형태를 가지며, 상측에는 볼록면을 가지는 프리즘(prism) 렌즈로 형성된다.
이때, 상기 제1렌즈(10)는 광이 입사되는 입사면(R3), 상기 입사된 광을 반사시키는 반사면(R4) 및 상기 반사된 광을 출사시키는 출사면(R5)을 포함한다.
상기 반사면(R4)은 경사각이 45 °이며, 상기 입사된 광의 주광선을 90 °로 반사시켜, 입사되는 광을 제2렌즈(20)로 반사시키는 역할을 한다.
상기 입사되는 광을 상기 제2렌즈(20)로 방향을 바꾸어 줌으로써, 촬상 렌즈의 전장을 줄일 수 있다.
상기 제1렌즈(10)는 플라스틱(plastic) 재질의 렌즈로 형성된다.
상기 제2렌즈(20)는 음(-)의 파워를 갖고, 양면이 모두 비구면인 렌즈로 형성되며, 아베수(Abbe Number)가 낮은 플라스틱 재질의 렌즈로 형성되어, 색수차를 보정할 수 있다.
그리고, 상기 제2렌즈(20)는 광이 입사되는 면(R7)은 볼록하게 형성되고, 상측면(R8)은 오목하게 형성된 메니스커스 형태의 렌즈로 형성된다.
상기 제3렌즈(30)는 양(+)의 파워(power)를 갖고, 양면이 모두 비구면인 메니스커스 형태의 렌즈로 형성되며, 플라스틱 재질의 렌즈로 형성된다.
그리고, 상기 제3렌즈(30)는 광이 입사되는 면(R9)은 볼록하게 형성되고, 상측면(R10)은 오목하게 형성된 메니스커스 형태의 렌즈로 형성된다.
이때, 상기 제1렌즈(10)는 상기 제2렌즈(20) 및 제3렌즈(30)보다 강한 파워를 가진다.
즉, 상기 제1렌즈(10)는 상기 제2렌즈(20) 및 제3렌즈(30)보다 굴절력이 크게 설계될 수 있다.
상기 제1렌즈(10), 제2렌즈(20) 및 제3렌즈(30)는 모두 플라스틱(plastic) 재질로 형성될 수 있으며, 상기 제1렌즈(10)의 상기 반사면(R4)을 제외하고, 상기 제1렌즈(10), 제2렌즈(20) 및 제3렌즈(30)의 모든 면은 비구면으로 형성될 수 있다.
상기 제1렌즈(10), 제2렌즈(20) 및 제3렌즈(30)의 모든 면이 비구면으로 이루어져, 구면수차(spherical aberration), 코마수차(comatic aberration), 비점수차(astigmatism)를 보정할 수 있다.
상기 조리개(15)는 상기 제1렌즈(10)와 제2렌즈(20) 사이에 배치되며, 상기 제1렌즈(10)로부터 입사되는 빛을 선택적으로 수렴하여 초점거리(focus length)를 조절하는 기능을 수행한다.
그리고, 상(像)이 맺히는 상기 수광 소자(40)는 피사체 영상에 대응하는 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서로 이루어질 수 있으며, 상기 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서로 이루어질 수 있다.
실시예에 따른 촬상 렌즈 및 휴대용 전자기기의 카메라 모듈은 다음의 표 1과 같은 광학적 특징을 가진다.
렌즈면 곡률반경(mm) 두께(mm) 굴절율(Nd) 아베수(vd) 비고
R1 ∞ 필터
R2 ∞ 필터
R3* -3.99202 1.911567 1.530 56.0
R4 ∞ 2.39
R5* -1.68125 0.24
R6 ∞ 0.00 조리개
R7* 2.78624 0.70 1.632 23.0
R8* 1.20067 0.271442
R9* 2.86617 1.30 1.530 56.0
R10* 146.18160 3.58
R11 ∞ 0.00 센서
(* 표시는 비구면을 나타낸다)
상기의 표 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1렌즈(10), 제2렌즈(20) 및 제3렌즈(30)의 모든 면이 비구면이다.
그리고, 상기 표 1에 표기한 두께는 각 렌즈면에서 다음 렌즈면까지의 거리를 나타내며, 상기의 굴절율(N)은 파장(λ)이 587.56 nm에서 측정한 값이다.
실시예에서 상기 제2렌즈의 아베수(v2d)는 표 1에 한정되지 않고, 다음의 조건을 만족시킬 수 있다.
23≤v2d≤30 [제2렌즈]
상기의 아베수(v2d)에 관한 조건식을 만족함으로써, 색수차를 보정할 수 있는 촬상 렌즈 및 휴대용 전자기기의 카메라 모듈을 설계할 수 있다.
아래의 표 2는 실시예의 비구면 렌즈에 대한 비구면 계수 값이다.
렌즈면 K A1 A2 A3 A4
R3 -0.206358 0.213141×10-2 0.926504×10-3 -0.122144×10-3 0.105163×10-4
R5 -0.300577 0.108604 -0.368758×10-1 0.135676×10-1 -0.198458×10-2
R7 0.816541 -0.403423×10-1 0.528358×10-1 -0.474991×10-1 0.150819×10-1
R8 -0.494883 -0.220741 0.345099 -0.341801 0.118525
R9 2.602201 0.581690×10-1 0.128031 -0.147726 0.473669×10-1
R10 0 0.763003×10-1 0.304768×10-1 -0.567766×10-2 0.110121×10-1
실시예의 비구면 렌즈에 대한 표 2의 비구면 계수 값은 다음의 수학식 1로부터 얻을 수 있다.
Figure 112008005505175-pat00001
Z : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리
C : 렌즈의 기본 곡률
Y : 광축에 수직인 방향으로의 거리
K : 코닉 상수(Conic constant)
A1, A2, A3, A4, A5 : 비구면 계수(Aspheric constant)
즉, 상기의 아베수(v2d) 조건을 만족하고, 상기의 비구면 계수 값을 갖는 제1렌즈(10), 제2렌즈(20) 및 제3렌즈(30)를 사용함으로써, 구면수차, 코마수차, 비점수차를 보정할 수 있으며, 또한, 왜곡(distortion)도 양호하게 보정할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예에 따른 촬상 렌즈 및 휴대용 전자기기의 카메라 모 듈의 전체 광학계의 초점거리(f)는 4.3 mm이고, 상기 제1렌즈(10)에서 상면(R11)까지의 거리(TTL)는 10.4 mm이다.
그리고, 각 렌즈의 초점거리는 다음의 표 3과 같다.
광학계의 초점거리(f) 4.3 mm
제1렌즈의 초점거리(f1) 3.332011 mm
제2렌즈의 초점거리(f2) -4.026876 mm
제3렌즈의 초점거리(f3) 5.499134 mm
이때, 각 렌즈의 유효초점거리의 역수인 각 렌즈의 굴절력(φ)은 다음의 조건을 만족한다.
│φ1│＞│φ2│＞│φ3│
상기 φ1은 상기 제1렌즈의 굴절력, 상기 φ2는 상기 제2렌즈의 굴절력, 상기 φ3은 상기 제3렌즈의 굴절력을 의미한다.
그리고, 상기의 표 3에 따른 광학계의 초점거리(f)에 대한 상기 제1렌즈(10)의 초점거리(f1)의 비(f1/f)는 0.775이다.
그러나, 광학계의 초점거리(f)에 대한 상기 제1렌즈(10)의 초점거리(f1)의 비(f1/f)는 상기의 수치에 한정되지 않고, 다음의 조건을 만족할 수 있다.
0.7＜f1/f＜0.8
상기의 조건식은 촬상 렌즈 및 휴대용 전자기기의 카메라 모듈을 소형화시키고, 구면수차를 양호한 상태로 유지하기 위한 조건이다.
이때, 조건식보다 작은 값으로 설계되면 촬상 렌즈 및 휴대용 전자기기의 카메라 모듈이 소형화될 수 있으나, 수차보정이 어려워지며, 조건식보다 큰 값으로 설계되면 수차보정이 용이해지나, 촬상 렌즈 및 휴대용 전자기기의 카메라 모듈의 소형화되기 어려워진다.
그리고, 광학계의 초점거리(f)에 대한 제1렌즈(10)부터 상면(R11)까지의 거리(TTL)의 비(TTL/f)는 다음의 조건을 만족할 수 있으며, 상기 제3렌즈(30)의 상측면(R10)부터 상면(R11)까지의 거리인 BFL(Back Focal Length)은 다음의 조건을 만족할 수 있다.
2.0＜TTL/f＜2.5
3.5＜BFL＜4.0
상기의 조건을 만족함으로써, 상기 제3렌즈(30)의 상측면(R10)부터 상면(R11)까지의 거리(BFL)를 충분히 확보함으로써, 왜곡수차의 보정 및 기타 기구물의 삽입이 가능하다.
또한, 상기의 조건식을 만족함으로써, 수차보정이 용이하고, 소형화된 촬상 렌즈를 형성시킬 수 있다.
도 2 및 도 3은 실시예에 따른 촬상 렌즈의 수차 특성을 도시한 그래프이다.
도 2는 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 측정한 그래프가 도시되어 있고, 도 3a 및 도 3b는 코마수차(Coma Aberration)를 측정한 그래프가 도시되어 있다.
이때, 상기 구면수차는 각 파장에 따른 구면수차를 나타내고,상기 비점수차는 상면의 높이에 따른 탄젠셜면(tangential plane)과 새지털면(sagittal plane)의 수차특성을 나타내며, 상기 왜곡수차는 상면의 높이에 따른 왜곡도를 보여준다.
또한, 상기 코마수차는 상면의 높이(field hight)에 따라 각 파장에 따른 탄젠셜(tangential)과 새지털(sagittal)의 수차 특성을 나타내었다.
이상의 실시예에 따른 촬상 렌즈 및 휴대용 전자기기의 카메라 모듈은 프리즘 렌즈인 제1렌즈가 제2렌즈 및 3렌즈에 비해 강한 파워를 가지고, 상기 제2렌즈를 플라스틱 재질로 형성하여, 아베수를 낮추고, 색수차를 보정할 수 있다.
또한, 왜곡수차의 보정 및 기타 기구물의 삽입이 가능하도록 제3렌즈의 상측면부터 상면까지의 거리(BFL)를 충분히 확보할 수 있어, 수차 특성이 우수한 촬상 렌즈를 구현할 수 있다.
또한, 상기 제1렌즈로 프리즘 렌즈를 사용하여, 입사광을 반사시켜 이미지를 구현함으로써, 촬상 렌즈의 전장이 짧아질 수 있어, 촬상 렌즈 및 카메라 모듈의 소형화를 가능하게 한다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 실시예에 따른 촬상 렌즈의 내부 구조를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 2, 도 3a 및 도 3b는 실시예에 따른 촬상 렌즈의 수차 특성을 도시한 그래프이다.

Claims (22)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 양(+)의 파워를 가지고, 광이 입사되는 입사면, 상기 입사된 광을 반사시키는 반사면, 상기 반사된 빛이 출사되는 출사면을 포함하는 제1렌즈;
    음(-)의 파워를 갖는 제2렌즈; 및
    양(+)의 파워를 갖는 제3렌즈를 포함하며,
    상기 제2렌즈 및 제3렌즈는 상기 제1렌즈의 출사면으로부터 순서대로 배치되고, 상기 제1렌즈는 상기 제2렌즈 및 제3렌즈보다 강한 파워를 가지는 촬상 렌즈.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1렌즈, 제2렌즈 및 제3렌즈는 적어도 하나 이상의 비구면을 포함하는 촬상 렌즈.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제1렌즈의 반사면은 경사각이 45 °인 것을 포함하는 촬상 렌즈.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 제1렌즈, 제2렌즈 및 제3렌즈는 플라스틱(plastic) 재질로 형성된 것을 포함하는 촬상 렌즈.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 제1렌즈와 제2렌즈 사이에 배치된 조리개를 포함하는 촬상 렌즈.
  12. 제 7항에 있어서,
    입사되는 빛으로부터 적외선을 차단시킬 수 있는 필터를 포함하는 촬상 렌즈.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 필터는 상기 제1렌즈의 입사면 앞단에 배치된 것을 포함하는 촬상 렌즈.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 필터는 상기 제1렌즈, 제2렌즈 및 제3렌즈 중 적어도 어느 하나의 면에 적외선 차단 물질이 코팅된 것을 포함하는 촬상 렌즈.
  15. 제 7항에 있어서,
    상기 제1렌즈의 상기 입사면은 물체측으로 오목면을 가지며, 상기 출사면은 상측으로 볼록면을 가지는 것을 포함하는 촬상 렌즈.
  16. 제 7항에 있어서,
    상기 촬상 렌즈의 전체초점거리를 f, 상기 제1렌즈의 초점거리를 f1이라 할 때, 다음의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
    0.7＜f1/f＜0.8
  17. 제 7항에 있어서,
    상기 제2렌즈의 아베수(v2)는 아래의 범위에 해당하는 것을 포함하는 촬상 렌즈.
    23＜v2＜30
  18. 제 7항에 있어서,
    상기 촬상 렌즈의 전체초점거리를 f, 상기 제1렌즈부터 상면까지의 거리를 TTL이라 할 때, 다음의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
    2.0＜TTL/f＜2.5
  19. 제 7항에 있어서,
    상기 제3렌즈의 상측면부터 상면까지의 거리를 BFL라 할 때, 다음의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
    3.5＜BFL＜4.0
  20. 제 7항에 있어서,
    상기 제1렌즈의 굴절력을 φ1, 상기 제2렌즈의 굴절력을 φ2, 상기 제3렌즈의 굴절력을 φ3이라 할 때, 다음의 조건식을 만족하는 촬상 렌즈.
    │φ1│＞│φ2│＞│φ3│
  21. 제 7항에 있어서,
    상기 제2렌즈 및 제3렌즈는 광이 입사되는 면은 볼록하게 형성되고, 상측면은 오목하게 형성된 메니스커스 형태의 렌즈인 촬상 렌즈.
  22. 제 7항에 있어서,
    상기 제1렌즈의 상기 반사면은 상기 입사된 광의 주광선을 90 °각도로 반사시키는 것을 포함하는 촬상 렌즈.
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