KR100921145B1 - 렌즈 모듈 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 렌즈 모듈은 이중 렌즈를 포함하는 음의 배율의 제1렌즈군; 볼록 렌즈를 포함하는 양의 배율의 제2렌즈군; 및 삼중 렌즈와 이중 렌즈를 포함하는 양의 배율의 제3렌즈군을 포함한다.
실시예에 따른 렌즈 모듈은 이중 렌즈와 삼중 렌즈를 사용하여 렌즈 모듈의 전장(높이)을 짧게 설계하고, 비구면 렌즈를 사용하여 구면수차, 코마수차, 비점수차를 보정할 수 있다.
또한, 제3렌즈군의 렌즈들이 좌우 대칭형으로 이루어짐으로써, 왜곡수차(distortion of image)를 보정할 수 있다.
렌즈 모듈

Description

렌즈 모듈{Lens Module}
실시예는 고해상도 이미지 센서를 이용하는 카메라 모듈에 사용되는 렌즈 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 렌즈 모듈이다.
이미지 픽업 시스템은 해상도 및 화상의 품질에서 고성능을 요구하기 때문에 렌즈의 구성이 복잡해지고 있으나, 구성적 및 광학적으로 복잡해지는 경우에는 그 크기가 증가하여 소형화 및 박형화가 어렵다.
실시예에 따른 렌즈 모듈은 이중 렌즈를 포함하는 음의 배율의 제1렌즈군; 볼록 렌즈를 포함하는 양의 배율의 제2렌즈군; 삼중 렌즈와 이중 렌즈를 포함하는 양의 배율의 제3렌즈군을 포함한다.
이중 렌즈와 삼중 렌즈를 사용하여 렌즈 모듈의 전장(높이)을 짧게 설계하고, 비구면 렌즈를 사용하여 구면수차, 코마수차, 비점수차를 보정할 수 있다.
또한, 제3렌즈군의 렌즈들이 좌우 대칭형으로 이루어짐으로써, 왜곡수차(distortion of image)를 보정할 수 있다.
실시예에 따른 렌즈 모듈은 이중 렌즈를 포함하는 음의 배율의 제1렌즈군; 볼록 렌즈를 포함하는 양의 배율의 제2렌즈군; 및 삼중 렌즈와 이중 렌즈를 포함하는 양의 배율의 제3렌즈군을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 렌즈 모듈에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 렌즈 모듈의 내부 구조를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 렌즈 모듈은 제1렌즈군(100), 제2렌즈군(200), 제3렌즈군(300) 및 수광 소자(400)을 포함하여 이루어진다.
피사체 영상을 획득하기 위하여 피사체의 영상 정보에 해당되는 광은 상기 제1렌즈군(100), 제2렌즈군(200) 및 제3렌즈군(300)을 통과하여 상기 수광 소자(400)에 입사된다.
그리고, 상기 제1렌즈군(100)은 고정되어 있으며, 상기 제2렌즈군(200) 및 제3렌즈군(300)을 광축 방향으로 이동시킴으로써 줌(zoom)을 구현할 수 있다.
음의 배율을 가지는 상기 제1렌즈군(100)은 부((-)power)의 굴절율을 가지는 제1렌즈(10) 및 정((+)power)의 굴절율을 가지는 제2렌즈(20)를 접합한 이중렌즈로 이루어진다.
이때, 상기 제2렌즈(20)는 적어도 한 면이 비구면인 렌즈를 사용하며, OKP4 플라스틱 재질의 렌즈를 사용할 수 있다.
양의 배율을 가지는 상기 제2렌즈군(200)은 정의 굴절율을 갖는 볼록렌즈인 제3렌즈(30)로 이루어지며, 렌즈 모듈의 줌비를 조절한다.
양의 배율을 가지는 상기 제3렌즈군(300)은 조리개(35), 정의 굴절율을 가지는 제4렌즈(40), 부의 굴절율을 가지는 제5렌즈(50) 및 정의 굴절율을 가지는 제6렌즈(60)를 접합한 삼중 렌즈, 정의 굴절율을 가지는 제7렌즈(70) 및 부의 굴절율을 가지는 제8렌즈(80)를 접합한 이중 렌즈 및 필터(90)로 이루어질 수 있다.
상기와 같이, 삼중 렌즈 및 이중 렌즈를 사용함으로써, 렌즈 모듈의 전장(높이)가 짧아질 수 있다.
상기 조리개(35)는 상기 제3렌즈(30)와 제4렌즈(40) 사이에 배치되며, 상기 제3렌즈(30)로부터 입사되는 빛을 선택적으로 수렴하여 초점거리(focus length)를 조절하는 기능을 수행한다.
상기 조리개(35)를 상기 제3렌즈(30)와 제4렌즈(40) 사이에 배치함으로써, 오류(error)를 줄이고 MTF(Modulation Transfer Function) 값을 높일 수 있다.
상기 필터(90)는 적외선 차단 필터(IR cut filter)로 이루어질 수 있다.
상기 적외선 차단 필터는 외부 빛으로부터 방출되는 복사열이 상기 수광소자(400)에 전달되지 않도록 차단시키는 기능을 한다.
즉, 적외선 차단 필터는 가시광선은 투과시키고, 적외선은 반사시켜 외부로 유출되도록하는 구조를 가진다.
상기 제3렌즈군(300)은 상기 제2렌즈군(200)과 함께 렌즈 모듈의 줌비를 조절하며, 상의 초점(focus)을 조절한다.
이때, 상기 제4렌즈(40), 제7렌즈(70) 및 제8렌즈(80)는 적어도 한 면이 비구면이다.
또한 상기 제4렌즈(40) 및 제8렌즈(80)는 E48R 플라스틱 재질의 렌즈를 사용할 수 있으며, 상기 제7렌즈(70)는 OKP4 플라스틱 재질의 렌즈를 사용할 수 있다.
상기 제2렌즈(20), 제4렌즈(40), 제7렌즈(70) 및 제8렌즈(80)가 적어도 한 면이 비구면으로 이루어지기 때문에 구면수차(spherical aberration), 코마수 차(comatic aberration), 비점수차(astigmatism)를 보정할 수 있다.
또한, 상기 제2렌즈군(200) 및 제3렌즈군(300)은 보정(compensator)의 역할을 하며, 상기 제3렌즈군(300)의 제5렌즈(50) 및 제6렌즈(60)와 제7렌즈(70) 및 제8렌즈(80)가 좌우 대칭형으로 이루어짐으로써, 왜곡수차(distortion of image)를 보정할 수 있다.
그리고, 상기 수광 소자(400)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.
이러한 구조로 이루어지기 때문에, 프리즘 또는 거울과 같은 반사재료를 써서 광 경로를 꺾지 않고 렌즈 모듈을 형성할 수 있다.
실시예에 따른 렌즈 모듈은 다음의 표 1과 같은 광학적 특징을 가진다.
렌즈면 표면타입 곡률반경(mm) 두께(mm) 굴절율(n) 분산율(v) 비고
R1 구면 -5.05383 0.3 1.654583 54.4
R2 비구면 4.672557 0.501355 접합면
R3 구면 19.10351 4.221546
R4 구면 10.59575 0.594656 1.620410 60.3
R5 구면 -6.90228 0.2
R6 구면 ∞ 0.1 조리개
R7 비구면 2.175198 1.3
R8 구면 5.159136 0.501362 1.751914 31.0 접합면
R9 구면 1.382655 0.978969 1.487490 70.4 접합면
R10 구면 15.5526 1.381801
R11 비구면 -15.2441 0.690844
R12 비구면 -2.3536 0.3 접합면
R13 비구면 7.953944 0.329467
R14 구면 ∞ 0.3 필터
R15 구면 ∞ 0.318012 필터
R16 구면 ∞ -0.01591 센서
실시예에 따른 렌즈의 굴절율(n) 및 분산율(v)은 표 1에 한정되지 않고, 다음의 조건을 만족시킬 수 있다.
1.63≤n≤1.68, 53.4≤v≤55.4 [제1렌즈]
1.60≤n≤1.65, 59.3≤v≤61.3 [제3렌즈]
1.73≤n≤1.78, 30.0≤v≤32.0 [제5렌즈]
1.46≤n≤1.51, 69.4≤v≤71.4 [제6렌즈]
아래의 표 2는 실시예의 비구면 렌즈에 대한 비구면 계수 값이다.
렌즈면 K A B C D
R2 -0.07429 0.0446 -0.00893 -0.00298 0.000595
R7 0.276074 0.011808 0.000168 0.000056 0.000001
R11 0.172202 0.579785 0.65069 0.216897 0.243422
R12 -0.00158 -0.00681 -0.00977 -0.00326 -0.00467
R13 -0.07437 -0.35685 -0.57079 -0.19026 -0.30433
실시예의 비구면 렌즈에 대한 표 2의 비구면 계수 값은 다음의 수학식 1으로부터 얻을 수 있다.
Z=cY2/[1+{1-(K+1)c2Y2}1/2] +A1Y4+A2Y6+A3Y8+A4Y10+…
Z : 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리
c : 렌즈의 기본곡률
Y : 광축에 수직인 방향으로의 거리
r : 렌즈의 정점에서의 곡률 반경
K : 코닉 상수(Conic constant)
A1, A2, A3, A4 : 비구면 계수(Aspheric constant)
즉, 상기의 굴절율, 분산율 조건을 만족하는 상기 제 1렌즈, 제3 렌즈, 제 5렌즈 및 제 6렌즈와 상기의 비구면 계수 값을 갖는 제2렌즈(20), 제4렌즈(40), 제7렌즈(70) 및 제8렌즈(80)를 사용함으로써, 구면수차, 코마수차, 비점수차를 보정할 수 있다.
도 2 내지 도 4는 실시예에 따른 줌 동작을 보여준다.
도 2는 와이드 줌(Wide zoom), 도 3은 미들 줌(Middle zoom), 도 4는 텔레 줌(Tele zoom)이 이루어질 때 각각의 렌즈군들의 위치와 광로를 보여주고 있다.
아래의 표 3은 와이드 줌, 미들 줌, 텔레 줌이 이루어질 때 제1 렌즈군, 제2렌즈군, 제3렌즈군 간의 거리를 도시하고 있다.
렌즈면 Wide zoom Middle zoom Tele zoom
R3~R4 4.2215 (mm) 3.1521 (mm) 0.3 (mm)
R5~R6 0.2 (mm) 0.9221 (mm) 0.3 (mm)
R15~R16 0.318 (mm) 0.6712 (mm) 4.117 (mm)
R16 -0.0159 (mm) -0.0216 (mm) 0.0072 (mm)
이때, 렌즈면 R16도 미세하게 움직이지만, 이는 이동거리가 ±0.05의 범위내에 있으므로, 렌즈 모듈의 광학특성에는 영향을 미치지 않는다.
실시예에 따른 줌 동작시, 렌즈 모듈이 와이드 줌이 이루어질 때, 유효초점거리(effective focal length)는 3.2 mm이고, 후면초점거리(back focal length; BFL)는 0.3104 mm, 앞초점거리(front focal length)는 0.1014 mm, F넘버(F-number)는 3.0, 상의 높이(H)는 2.4 mm, 반화각은 36.870 도이다.
그리고, 렌즈 모듈이 미들 줌이 이루어질 때, 유효초점거리는 4 mm이고, 후면초점거리(BFL)는 0.6673 mm, 앞초점거리는 -1.1145 mm, F넘버는 3.5, 상의 높이(H)는 2.4 mm, 반화각은 30.964 도이다.
그리고, 렌즈 모듈이 텔레 줌이 이루어질 때, 유효초점거리는 10 mm이고, 후면초점거리(BFL)는 4.1029 mm, 앞초점거리는 -12.0207 mm, F넘버는 4, 상의 높이(H)는 2.4 mm, 반화각은 13.495 도이다.
즉, 실시예에서 렌즈 모듈은 상의 높이(H)가 2.4 mm로서 1/4 인치(inch) 크기의 센서에 적용될 수 있다.
또한, 유효초점거리는 와이드 줌에서 3.2 mm, 텔레 줌에서 10 mm를 가지기 때문에 실시예에 따른 렌즈 모듈은 3.1배 줌을 가질 수 있다.
도 5 내지 도 13은 실시예에 따른 렌즈 모듈의 수차 특성 및 MTF(Modulation Transfer Function) 특성을 도시한 그래프이다.
도 5는 와이드 줌 기능을 수행할 때의 수차 특성이며, 도 6 및 도 7은 와이드 줌이 이루어질 때의 MTF 특성이다.
도 8은 미들 줌 기능을 수행할 때의 수차 특성이며, 도 9 및 도 10은 미들 줌이 이루어질 때의 MTF 특성이다.
도 11은 텔레 줌 기능을 수행할 때의 수차 특성이며, 도 12 및 도 13은 텔레 줌이 이루어질 때의 MTF 특성이다.
상기 수차 특성은 구면수차(Longitudinal Spherical Aber.), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 측정한 그래프가 도시되어 있으며, 도 5, 도 8 및 도 11에 도시된 바와 같이, 거의 모든 필드에서 상들의 값이 축에 인접하게 나타나므로, 실시예에 따른 렌즈 모듈은 수차 특성이 우수한 것을 알 수 있다.
그리고, 도 6, 도 7, 도 9, 도 10, 도 12 및 도 13에 도시된 상기 MTF 특성은 밀리미터당 사이클의 공간주파수(cycles/mm)의 변화에 의존하는 MTF 특성을 측정한 그래프를 도시하였다.
MTF란 원래의 피사체 표면에서 출발한 빛이 렌즈를 통과한 후 맺힌 상과의 차이를 계산한 비율치로서, MTF 값이 '1'인 경우가 가장 이상적이며, MTF 값이 감소할수록 해상도가 떨어진다.
도 6, 도 7, 도 9, 도 10, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, MTF 값이 높게 나타나기 때문에 실시예에 따른 렌즈 모듈은 광학성능이 우수한 것을 알 수 있다.
이상의 실시예에 따른 렌즈 모듈은 수차 특성이 우수하고, MTF 특성이 우수하여 고해상도의 렌즈 모듈을 구현할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
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 렌즈 모듈의 내부 구조를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 2 내지 도 4는 실시예에 따른 줌 동작을 보여준다.
도 5 내지 도 13은 실시예에 따른 렌즈 모듈의 수차 특성 및 MTF(Modulation Transfer Function) 특성을 도시한 그래프이다.

Claims (9)

  1. 음의 배율을 가지며, 제1렌즈 및 제2렌즈를 접합한 이중렌즈를 포함하는 제1렌즈군;
    양의 배율을 가지며, 볼록 렌즈인 제3렌즈를 포함하는 제2렌즈군; 및
    양의 배율을 가지며, 제4렌즈, 제5렌즈 및 제6렌즈를 접합한 삼중 렌즈, 제7렌즈 및 제8렌즈를 접합한 이중 렌즈, 조리개 및 필터를 포함하는 제3렌즈군을 포함하며,
    상기 제5렌즈 및 제8렌즈는 부((-)power)의 굴절력을 갖고, 상기 제4렌즈, 제6렌즈 및 제7렌즈는 정((+)power)의 굴절력을 갖는 렌즈 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1렌즈는 부((-)power)의 굴절력을 갖고,
    상기 제2렌즈 및 제3렌즈는 정((+)power)의 굴절력을 갖는 렌즈 모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 조리개는 상기 제3렌즈와 제4렌즈 사이에 배치되는 것을 포함하는 렌즈 모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    광을 전기신호로 변환하는 수광소자를 더 포함하는 렌즈 모듈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제2렌즈군 및 제3렌즈군이 광축 방향으로 이동하여 줌(zooming)기능을 수행하는 것을 포함하는 렌즈 모듈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제2렌즈, 제4렌즈, 제7렌즈 및 제8렌즈는 적어도 한면이 비구면인 것을 포함하는 렌즈 모듈.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제2렌즈 및 제7렌즈는 OKP4 플라스틱 재질의 렌즈이며,
    상기 제4렌즈 및 제8렌즈는 E48R 플라스틱 재질의 렌즈인 것을 포함하는 렌즈 모듈.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1렌즈, 제3렌즈, 제5렌즈 및 제6렌즈 각각의 굴절율(n) 및 분산율(v)은 아래의 범위에 해당하는 것을 포함하는 렌즈 모듈.
    1.63≤n≤1.68, 53.4≤v≤55.4 [제1렌즈]
    1.60≤n≤1.65, 59.3≤v≤61.3 [제3렌즈]
    1.73≤n≤1.78, 30.0≤v≤32.0 [제5렌즈]
    1.46≤n≤1.51, 69.4≤v≤71.4 [제6렌즈]
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1렌즈와 제2렌즈가 접하는 면, 상기 제4렌즈의 물체측면, 상기 제7렌즈의 물체측면, 상기 제8렌즈의 상측면, 상기 제7렌즈와 제8렌즈가 접하는 면은 비구면인 것을 포함하는 렌즈 모듈.
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