KR101140159B1 - 1매로 구성된 휴대폰용 카메라 렌즈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1매로 구성된 휴대폰용 카메라 렌즈에 관한 것으로, 휴대폰용 카메라 렌즈에 있어서, 피사체로부터 들어오는 빛을 통과시킬 수 있도록 중앙으로 홀이 형성되며, 상기 홀을 중심으로 소정 반경내에 격벽이 형성되고 상기 격벽 외주면을 따라 휴대폰에 결합될 수 있는 나사선이 형성된 배럴, 상기 배럴의 격벽 내 선단에 위치하며, 피사체로부터 들어오는 빛을 굴절시키도록 1면과 2면의 형상 및 비구면 계수를 조정하여 구성된 렌즈, 상기 렌즈 후면에 구비되어 중앙으로는 빛의 스펙트럼 중 붉은색 계열의 스펙트럼의 통과를 제한하도록 IR(infrared) 차단용 필터 물질이 코팅된 적외선 필터 상기 렌즈와 적외선 필터 사이에 구비되어 간격을 유지시키기 위한 스페이서 및 상기 피사체 빛을 획득하는 이미지 센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 렌즈 하나만으로 구성하여 TTL을 줄일 수 있어 슬림화 구현을 실현할 수 있다.

Description

1매로 구성된 휴대폰용 카메라 렌즈{A piece of a camera lens for mobile phone}

본 발명은 휴대폰용 카메라 렌즈에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 휴대폰용 카메라 렌즈의 구성에 있어 보다 간소화하여 제작이 용이하고 비용절감을 실현할 수 있으면서 기존의 복잡한 렌즈모듈의 성능을 만족시킬 수 있는 1매로 구성된 휴대폰용 카메라 렌즈에 관한 것이다.

일반적으로 휴대폰에 탑재되는 카메라는 휴대폰을 작고 얇게 제작하는데 적합하도록 소형화하여야 할 필요가 있다. 이를 위해선 반드시 렌즈의 소형화를 이루어야 하는바, 이를 위한 기술 개발이 꾸준히 진행되고 있다.

도 1은 종래 플라스틱 2~3매 렌즈 구조를 갖는 휴대폰 카메라용 렌즈의 개략적인 구성을 단면으로 도시한 예시도이다. 도면을 참조하면, 종래 휴대폰 카메라용 렌즈는 제1렌즈(20a)와 제2렌즈(20b) 및 제3렌즈(20c)가 차례로 케이스 (10) 내부에 끼워져 고정되어 있으며, 제3렌즈(20c)의 후방으로 일정 간격을 두고 차례로 배치되는 적외선 차단필터(60)와 이미지센서(70)를 기본 구성으로 하고 있다.

상기 제1렌즈(20a)는 대물렌즈의 역할을 하고, 제3렌즈(20c)는 대안렌즈의 역할을 하는 것으로서, 빛의 굴절 등을 조절하기 위해서 필요에 따라 상기 두 렌즈(20a)(20c) 사이에 다수개의 렌즈가 배치될 수 있다. 일반적으로는 상기와 같이 제1렌즈(20a)와 제3렌즈(20c) 사이에 제2렌즈(20b)를 배치하여 총 3개의 렌즈로 구성하거나 2개의 렌즈로 구성 되는 것이다.

한편, 카메라에 사용되기 위해서는 조리개의 구성이 필수인 바, 상기 제1렌즈(20a)와 제2렌즈(20b) 사이에는 조리개 역할을 하면서 간격유지의 역할을 수행하는 와셔 형태의 스페이서(spacer, 30)가 마련되어 배치된다. 더불어 제2렌즈(20b)와 제3렌즈(20c) 사이에도 둘 사이의 간격유지 역할을 수행하는 와셔 형태의 스페이서(40)가 구비되어 있다. 그리고 이탈방지 링(50)이 마련되어 상기 제3렌즈(20c) 후방에서 케이스(10)에 끼워져 고정되는바, 이를 통해 케이스(10) 내부에 끼워진 세 개의 렌즈(20)가 견고하게 고정되어 있는 것이다.

상기 제3렌즈(20c)의 후방에는 적외선 차단필터(60)가 일정간격을 두고 배치된다. 상기 적외선 차단필터(60)는 후술하는 이미지센서(CCD, 감광센서)(70)로 적외선이 유입되는 것을 방지하기 위해 설치되는 것으로서, 상기 이미지센서(70)의 전방에 일정 간격을 두고 설치되어 적외선을 걸러주게 된다. 상기 적외선 차단필터(60)의 재질은 적외선 차단이 가능한 공지의 유리 또는 합성수지로 제작된 것이며, 도시 되지 않은 고정수단에 의해 케이스(10) 외부에 고정되어 있다.

또한, 상기와 같은 종래의 휴대폰 카메라용 렌즈는 그 몸체의 총 길이(L1)가 케이스(10)의 맨 앞쪽 끝단에서부터 이미지센서(70)에 이르게 되는데(이를 TTL이라 한다. 이하 동일), 렌즈 몸체를 고정하기 위해 필요한 최소한의 폭과 두께를 고려해야 함에 따라 그에 상응하는 두께로 휴대폰을 형성할 수밖에 없는 구성이었다. 즉, 상기케이스(10) 맨 앞쪽 끝단에서부터 이미지센서(70)까지의 길이(L1)에 따라 휴대폰의 폭이나 두께가 결정되고 있다는 것이다.

따라서, 더욱 작고 슬림화된 휴대폰이 각광받고 있는 작금의 실정에서는, 상기와 같은 휴대폰 카메라용 렌즈를 구성하고 있는 구성부품들을 크게 변화시킬 수 없는 조건하에서 렌즈의 성능을 저하하지 않으면서도 몸체의 총길이(L1)를 짧게 구성할 필요가 있었고 이를 이루기 위한 노력이 있어왔다. 길이를 짧게 하는 것을 통해 더 얇고 작으면서도 가벼워 휴대하기가 편한 휴대폰을 요구하는 소비자의 욕구를 충족시켜 줄 수 있기 때문이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 기존의 렌즈 모듈의 특성값을 최대한 유지하면서 TTL(Total Track length)을 획기적으로 줄여 결과적으로 휴대폰의 슬림화를 실현시킬 수 있는 휴대폰용 카메라 렌즈를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다. 또한, 렌즈모듈에 구성되는 적외선 필터의 구조를 개선하여 한층 더 TTL 감소를 달성할 수 있는 카메라 렌즈를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 휴대폰용 카메라 렌즈에 있어서, 피사체로부터 들어오는 빛을 통과시킬 수 있도록 중앙으로 홀이 형성되며, 상기 홀을 중심으로 소정 반경내에 격벽이 형성되고 상기 격벽 외주면을 따라 휴대폰에 결합될 수 있는 나사선이 형성된 배럴, 상기 배럴의 격벽 내 선단에 위치하며, 피사체로부터 들어오는 빛을 굴절시키도록 1면과 2면의 형상 및 비구면 계수를 조정하여 구성된 렌즈, 상기 렌즈 후면에 구비되어 중앙으로는 빛의 스펙트럼 중 붉은색 계열의 스펙트럼의 통과를 제한하도록 IR(infrared) 차단용 필터 물질이 코팅된 적외선 필터 상기 렌즈와 적외선 필터 사이에 구비되어 간격을 유지시키기 위한 스페이서 및 상기 피사체 빛을 획득하는 이미지 센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 렌즈는, 플라스틱 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이미지 센서는, CCD 센서 또는 CMOS 센서인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배럴에 형성된 홀은, 바깥쪽에서 안쪽으로 테이퍼 가공되며, 상기 렌즈의 볼록면은 상기 홀 내에 위치하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 렌즈는, 굴절율 1.50 ~ 1.59, 렌즈곡률반경 0.6 ~ 12.0mm, 렌즈중심두께 0.3 ~ 12.0mm의 범위에 해당하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 휴대폰 카메라용 렌즈모듈을 구성하는데 있어, 렌즈 하나만으로 피사체 광을 효과적으로 전달함과 동시에 구조가 간단하여 슬림화를 실현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 휴대폰용 카메라 렌즈의 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 1매로 구성된 휴대폰용 카메라 렌즈의 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 1매로 구성된 휴대폰용 카메라 렌즈의 분해 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 1매로 구성된 휴대폰용 카메라 렌즈의 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 1매로 구성된 휴대폰용 카메라 렌즈와 이미지 센서를 나타낸 단면도,
도 6은 렌즈의 광 굴절율을 도시한 도면,
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 1매로 구성된 휴대폰용 카메라 렌즈의 160, 100, 80lp/mm당 MTF를 기록한 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 1매로 구성된 휴대폰용 카메라 렌즈의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 1매로 구성된 휴대폰용 카메라 렌즈는, 휴대폰용 카메라 렌즈에 있어서, 피사체로부터 들어오는 빛을 통과시킬 수 있도록 중앙으로 홀이 형성되며, 상기 홀을 중심으로 소정 반경내에 격벽이 형성되고 상기 격벽 외주면을 따라 휴대폰에 결합될 수 있는 나사선이 형성된 배럴, 상기 배럴의 격벽 내 선단에 위치하며, 피사체로부터 들어오는 빛을 굴절시키도록 1면과 2면의 형상 및 비구면 계수를 조정하여 구성된 렌즈, 상기 렌즈 후면에 구비되어 중앙으로는 빛의 스펙트럼 중 붉은색 계열의 스펙트럼의 통과를 제한하도록 IR(infrared) 차단용 필터 물질이 코팅된 적외선 필터 상기 렌즈와 적외선 필터 사이에 구비되어 간격을 유지시키기 위한 스페이서 및 상기 피사체 빛을 획득하는 이미지 센서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 휴대폰용 카메라 렌즈는, 피사체로부터 들어오는 빛을 휴대폰 CMOS 센서에 결상되기 위해 광학 매체인 렌즈를 렌즈 1 매로만 구성하되, 광학적 효과는 기존의 복잡한 렌즈 구성과 유사하게 구현하여 간소화 및 두께를 최소화할 수 있는 것을 주요 기술적 요지로 한다.

본 발명에 따른 카메라용 렌즈는, 배럴(100), 렌즈(200), 적외선 필터(210)로 크게 구성된다. 도 2는 본 발명에 따른 휴대폰용 카메라 렌즈의 사시도이다. 도 2는 카메라용 렌즈 모듈의 조립된 상태를 나타낸 사시도로써, 전방으로 배럴(100)이 구비되며, 상기 배럴과 대응되는 결합구조를 가지는 홀더(ex. 휴대폰 케이스; 400)에 배럴이 결합된다.

도 3은 본 발명에 따른 휴대폰용 카메라 렌즈의 분해 단면도이다. 배럴의 일측면은 평면상으로 형성되며, 타측면은 배럴 가운데를 중심으로 소정반경 내에 렌즈가 수용될 수 있도록 정확한 pitch를 갖는 격벽(110)을 구비하며, 상기 격벽의 외주면으로는 홀더(400)에 체결 고정할 수 있도록 나사선이 가공되어 있다. 또한, 배럴의 중앙으로는 피사체로부터의 빛이 들어올 수 있도록 조리개 역할을 하는 홀(120)이 소정크기로 형성되어 있는데, 상기 홀은 렌즈 모듈의 구조를 간단히 하기 위하여 가변이 불가능한 고정 상태에 해당한다.

상기 격벽의 형성으로 마련된 격벽 내측으로는 렌즈가 위치한다. 본 발명에 따른 1매로 구성된 휴대폰용 카메라 렌즈는 렌즈(200) 한매로 구성된다. 우선, 피사체(미도시)방향, 즉 전방향으로 1면(앞면)이 볼록, 2면(뒷면)이 평면한 렌즈가 위치하게 된다. 이때, 볼록면은 렌즈 표면적 전체에서 소정영역만큼 형성된다. 피사체로부터 들어오는 빛을 배럴 내측으로 굴절시키게 된다. 이때, 상기 볼록면은 상기 배럴의 홀(120) 내측으로 위치하게 된다. 상기 홀은 바깥쪽에서 안쪽으로 확장되는 구조, 즉 테이퍼 가공됨에 따라 그 공간내에 렌즈의 볼록면이 위치하게 됨으로 렌즈와 배럴간의 간격을 줄일 수 있어 결과적으로 TTL을 줄일 수 있는 것이다. 상기 렌즈의 형상 및 비구면 계수는 비구면 공식에 의해 계수값을 조정하여 최적화를 구현하게 되는데, 이는 프로그램을 이용하여 최적의 비구면 계수값을 도출함으로써 렌즈를 설계한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예로 상기 렌즈의 굴절율은 1.53, 렌즈곡률반경 0.9136mm, 렌즈중심두께는 0.6mm에 해당하며, 재질로는 플라스틱으로 제작되는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 결코 아니다. 바람직한 예로 굴절율 1.50 ~ 1.59, 렌즈곡률반경 0.6 ~ 12.0mm, 렌즈중심두께 0.3 ~ 12.0mm를 가질 수 있다.

상기 렌즈(200)의 뒤쪽으로는 적외선필터(210)가 구비된다. 상기 적외선 필터는 빛의 스펙트럼 중 붉은색 계열의 스펙트럼의 통과를 제한하도록 IR(infrared) 차단용 필터 물질이 구성된 필터로써 피사체로부터 빛이 들어올 때 적외선 광을 차단시킨다. 상기 적외선필터는 유리 또는 플라스틱으로 형성되고 적외선 차단물질이 코팅될 수도 있다.

한편, 상기 렌즈와 적외선필터 사이에는 간격을 유지시키기 위한 스페이서(220)가 구비된다. 상기 스페이서는 렌즈의 직경과 대응하며 중앙으로는 렌즈를 통해 입사되는 피사체광이 관통될 수 있는 홀이 형성되어 있으며, 그 외측 가장자리를 통해 간격을 유지시키는 역할을 한다.

도 4는 본 발명에 따른 휴대폰용 카메라 렌즈의 단면도이다. 배럴(100)에 형성된 격벽 내측으로 렌즈, 스페이서 및 적외선 필터가 순차적으로 위치한다. 본 발명에서는 렌즈 한 매군만으로 피사체 광을 굴절시키고 이미지 센서(도 5에 도시)로 수광됨으로써 렌즈모듈의 TTL을 최소화할 수 있어 휴대폰의 컴팩화를 실현하기 적합하다. 상기 이미지 센서는 CMOS(complementary Metal Oxide Semiconductor, 씨모스) 센서 또는 CCD(charge coupled device, 전하 결합 디바이스) 센서로 구비된다.

도 6은 플라스틱 1매 렌즈로 ray tracing을 도시한 도면이며, 도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 휴대폰용 카메라 렌즈의 160, 100, 80lp/mm당 MTF를 기록한 그래프이다.

도 7은 플라스틱 1매 렌즈에 대한 160lp/mm에서의 MTF값으로, 중심에서는 성능이 어느 정도 만족하지만, 주변에서는 좀 성능이 떨어지는 현상을 볼 수 있다. 도 8의 플라스틱 1매 렌즈에 대한 100lp/mm에서 MTF 값을 보면, 0.5field에서 S 53.0%, T 35.5%, 도 9의 80lp/mm에서 MTF 값을 보면, 0.7field에서 S 32.8%, T 41.3%로 나타났다. 따라서, 기존의 2매 또는 3매로 구성되는 카메라 렌즈와 유사한 효과를 보여준다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 하나의 렌즈만으로 휴대폰용 카메라 렌즈를 구성할 수 있는 구조가 매우 간소하여 컴팩화시킬 수 있는 이점이 있고, 기존의 2매군 렌즈의 효과와 유사함 성능을 만족하는 효과가 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100 : 배럴
110 : 나사산을 갖는 배럴(격벽)
120 : 홀
200 : 렌즈
210 : 적외선 필터
220 : 스페이서
300 : 이미지 센서
400 : 홀더

Claims (5)

1. 휴대폰용 카메라 렌즈에 있어서,
   피사체로부터 들어오는 빛을 통과시킬 수 있도록 중앙으로 홀이 형성되며, 상기 홀을 중심으로 소정 반경내에 격벽이 형성되고 상기 격벽 외주면을 따라 휴대폰에 결합될 수 있는 나사선이 형성된 배럴;
   상기 배럴의 격벽 내 선단에 위치하며, 피사체로부터 들어오는 빛을 굴절시키도록 1면과 2면의 형상 및 비구면 계수를 조정하여 구성된 렌즈;
   상기 렌즈 후면에 구비되어 중앙으로는 빛의 스펙트럼 중 붉은색 계열의 스펙트럼의 통과를 제한하도록 IR(infrared) 차단용 필터 물질이 코팅된 적외선 필터;
   상기 렌즈와 적외선 필터 사이에 구비되어 간격을 유지시키기 위한 스페이서; 및
   상기 피사체 빛을 획득하는 이미지 센서;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 1매로 구성된 휴대폰용 카메라 렌즈.
2. 제 1항에 있어서, 상기 렌즈는,
   플라스틱 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 1매로 구성된 휴대폰용 카메라 렌즈.
3. 제 1항에 있어서, 상기 이미지 센서는
   CCD 센서 또는 CMOS 센서인 것을 특징으로 하는 1매로 구성된 휴대폰용 카메라 렌즈.
4. 제 1항에 있어서, 상기 배럴에 형성된 홀은,
   바깥쪽에서 안쪽으로 테이퍼 가공되며, 상기 렌즈의 볼록면은 상기 홀 내에 위치하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 1매로 구성된 휴대폰용 카메라 렌즈.
5. 제 1항에 있어서, 상기 렌즈는,
   굴절율 1.50 ~ 1.59, 렌즈곡률반경 0.6 ~ 12.0mm, 렌즈중심두께 0.3 ~ 12.0mm의 범위에 해당하는 것을 특징으로 하는 1매로 구성된 휴대폰용 카메라 렌즈.
   
   
   

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