KR101661655B1 - 카메라 렌즈 모듈 - Google Patents

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Abstract

3면의 비구면과 1면의 평면으로 구성된 카메라 렌즈 모듈에 관한 것이다. 상기 카메라 렌즈 모듈은 물체측으로부터 순서대로, 물체측면은 오목하고 상측면은 볼록한 양면 비구면 형태의 제1렌즈; 및 상기 제1렌즈와 이격 배치되며, 물체측면은 광축에서는 볼록하며 렌즈유효경부로 갈수록 오목한 구배를 가지고, 상측면은 평면인 제2렌즈를 포함하며, 상기 제2렌즈의 상측면은 기판의 상면에 면 접촉된다.
카메라, 렌즈, 비구면, 평면, 이미지 센서, 아베수, 수차도

Description

카메라 렌즈 모듈{Camera lens module}
본 발명은 카메라 렌즈 모듈에 관한 것으로서, 특히 3면의 비구면과 1면의 평면으로 구성된 카메라 렌즈 모듈에 관한 것이다.
이동전화 단말기는 사용량의 증대와 함께 점차 발전하고 있으며, 다양한 기능과 서비스가 개발되고 있다. 최근의 이동전화 단말기 또는 이와 유사한 휴대 단말기는 카메라를 구비하여 사진이나 동영상을 촬영하고, 촬영된 이미지를 저장하거나 화상통신을 하는 서비스를 제공하고 있다. 이와 같이 점차 향상되는 서비스를 제공하기 위해서, 휴대 단말기에 장착되는 카메라는 고성능으로 발전하고 있지만, 휴대 단말기의 특성상 카메라는 소형 경량화를 지향해야 한다.
종래 휴대 단말기에 장착되는 소형 카메라는 양면이 비구면인 렌즈 2매 또는 3매를 사용하여 렌즈 모듈을 구성하였다. 하지만, 3매의 렌즈를 사용하는 것은 높은 해상도를 구현할 수 있지만 모듈의 전장이 길어지는 문제점에 봉착하며, 2매의 렌즈를 사용하는 경우에도 물체측에서 가장 먼 상측면의 렌즈를 이미지 센서와 이 격시켜 설치하는 공정상의 어려움과 총 전장의 증가로 인해 소형 경량화가 곤란해지는 문제점이 있었다.
본 발명은 렌즈 모듈의 초소형 설계가 가능하며, 기판 상에 경화성 수지를 도포하여 렌즈 모듈을 생성할 수 있어 제작이 간편한 카메라 렌즈 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 렌즈 모듈은 물체측으로부터 순서대로,
물체측면은 오목하고 상측면은 볼록한 양면 비구면 형태의 제1렌즈; 및
상기 제1렌즈와 이격 배치되며, 물체측면은 광축에서는 볼록하며 렌즈유효경부로 갈수록 오목한 구배를 가지고, 상측면은 평면인 제2렌즈를 포함하며, 상기 제2렌즈의 상측면은 기판의 상면에 면 접촉된다.
본 실시예에 따른 카메라 렌즈 모듈은 렌즈 모듈의 초소형 설계가 가능하여 휴대 단말기에 장착되는 카메라를 소형 경량화하여 제품 경쟁력을 증가시키고, 기존의 플라스틱 가소성수지 렌즈와는 다르게 기판 상에 경화성 수지액을 도포하여 렌즈를 제작할 수 있어 렌즈 모듈의 생상성이 향상된다.
또한, 렌즈 사이에 복수의 평면을 구성하고, 여기에 조리개 및 적외선 필터 등을 위치시킴으로써 광학적 성능을 향상하면서 렌즈 모듈의 초소형 설계가 가능하다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 실시예에 따른 카메라 렌즈 모듈의 구성도이다.
도 1은 광축(Z0)을 중심으로 하여 렌즈의 배치상태를 예시한 측면 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 카메라 렌즈 모듈은 양면이 비구면인 제1렌즈(10)와, 제1렌즈(10)와 이격 배치되며 일면은 비구면이고 다른 일면은 평면으로서 이미지 센서(30)가 설치된 기판(도시 안됨)의 상면에 면 접촉되는 제2렌즈(20)로 구성된다.
이하에서, "물체측면"은 광축을 기준으로 하여 물체측을 향하는 렌즈의 면을 의미하며, "상측면"은 광축을 기준으로 하여 촬상면을 향하는 렌즈의 면을 의미한다.
제1렌즈(10)는 물체측면은 오목하고 상측면은 볼록하게 형성된다. 제1렌즈(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 평면을 가질 수 있으며, 어느 하나의 평면 상에 광학계의 조리개(STOP)가 위치할 수 있다.
도 1을 참조하면, 제1렌즈(10)는 양면이 평면인 제1평면렌즈(15)의 양면에 각각 보조렌즈(13, 17)가 형성된 구성을 갖는다. 제1평면렌즈(15)의 물체측면에는 제1보조렌즈(13)가 형성된다. 제1보조렌즈(13)는 물체측면이 오목하고, 상측면은 평면으로서 제1평면렌즈(15)의 물체측면과 면 접촉된다. 제1평면렌즈(15)의 상측면에는 제2보조렌즈(17)가 형성된다. 제2보조렌즈(17)는 물체측면이 평면으로서 제1평면렌즈(15)의 상측면과 면 접촉되며, 상측면이 볼록하게 형성된다. 도시된 바와 같이, 제1렌즈(10)는 물체측으로부터 순서대로 오목한 형태의 제1면(S1), 평면인 제2면(S2), 평면인 제3면(S3), 볼록한 형태의 제4면(S4)으로 구성된다. 그리고, 도 시된 예에서는, 제1렌즈(10)의 제3면(S3)에 조리개(STOP)가 위치한다.
예를 들어, 양면이 평면인 제1평면렌즈(15)의 물체측면에 경화성 수지액을 도포하여 제1보조렌즈(13)를 형성할 수 있다. 이와 마찬가지로, 제1평면렌즈(15)의 상측면에 경화성 수지액을 도포하여 제2보조렌즈(17)를 형성할 수 있다. 다른 예로서, 제1보조렌즈(13), 제1평면렌즈(15), 제2보조렌즈(17)를 순차적으로 적층시켜 제1렌즈(10)를 구성할 수도 있다.
제2렌즈(20)는 물체측면이 광축에서는 볼록하며 렌즈유효경부, 즉, 광축을 중심으로 하여 렌즈에서 이미지가 굴절되는 유효한 영역으로 갈수록 오목한 구배를 가진다. 그리고 제2렌즈(20)의 상측면은 평면으로서 이미지 센서(30)에 면 접촉되도록 밀착된다.
제2렌즈(20)는 양면이 평면인 제2평면렌즈(25)의 물체측면에 제3보조렌즈(23)가 형성된 구성을 갖는다. 제3보조렌즈(23)는 물체측면이 광축에서는 볼록하며 렌즈유효경부로 갈수록 오목하게 형성되며, 상측면은 평면으로서 제2평면렌즈(25)의 물체측면과 면 접촉된다. 제2렌즈(20)는 물체측으로부터 순서대로 광축에서는 오목하며 렌즈유효경부로 갈수록 오목한 구배를 가지는 제5면(S5), 평면인 제6면(S6), 평면인 제7면(S7)으로 구성된다. 그리고, 제6면(S6) 또는 제7면(S7)에는 적외선 필터가 위치하거나 적외선 필터 코팅막이 형성될 수 있다. 이러한 구성은 적외선 필터의 설치를 위한 별도의 공간을 필요로 하지 않는다.
예를 들어, 제2렌즈(20)는 이미지 센서(30)가 설치된 기판 상면에 경화성 수지액을 도포하여 제2평면렌즈(25)를 형성하고, 제2평면렌즈(25)의 물체측면에 다시 경화성 수지액을 도포하여 제3보조렌즈(23)를 형성하는 것으로 성형될 수 있다. 다른 예로서, 기판 상면에 제2평면렌즈(25)를 형성하고, 제2평면렌즈(25)의 물체측면에 제3보조렌즈(23)를 적층하는 것으로 제2렌즈(20)를 구성할 수 있다.
본 실시예는 위와 같은 렌즈 구성을 통해 렌즈의 해상력을 향상시키고, 색수차를 보정하고, 왜곡수차를 감소시키는 조건들을 제공한다. 이하에서 설명되는 조건식 및 실시예는 본 발명의 작용효과를 상승시키는 바람직한 실시예로서, 본 실시예는 반드시 이하의 조건들로 구성되어야 하는 것이 아님은 당업자에게 자명할 것이다. 예를 들어, 이하에서 설명되는 조건식들 중 일부의 조건식들만을 만족하는 것으로도 본 발명의 렌즈 구성은 상승된 작용효과를 가질 수 있을 것이다.
우선, 각 렌즈의 아베수에 관련된 조건식은 다음과 같다.
(조건식1) vd11 > vd12
(조건식2) vd11 ≥ vd21
(조건식3) 25.0 < vd11 ≤ 40.0
(조건식4) 25.0 ≤ vd12 < 40.0
(조건식5) 25.0 < vd21 ≤ 40.0
여기서, vd11 : 제1보조렌즈의 아베수
vd12 : 제2보조렌즈의 아베수
vd21 : 제3보조렌즈의 아베수
위 조건식1에 따르면, 제1렌즈(10)의 양쪽 비구면이 다른 아베수를 갖는 것을 알 수 있다. 이는 경화성 수지액으로 제1렌즈(10)를 구성할 경우, 종래 플라스 틱 가소성 수지로 구성된 렌즈와 달리 하나의 렌즈로 양쪽 비구면의 아베수를 다르게 선택할 수 있음을 의미한다. 이에 따라 하나의 렌즈로 종래 2매의 렌즈를 이격 배치하는 것과 유사한 효과를 거둘 수 있으며, 이는 렌즈 모듈의 소형 설계를 가능하게 한다.
또한, 제1보조렌즈(13)의 아베수는 제2보조렌즈(17) 및 제3보조렌즈(23)의 아베수보다 크게 선택된다. 이는 어느 정도의 색수차 보정을 담보하기 위함이다.
그리고, 제1보조렌즈(13), 제2보조렌즈(17) 및 제3보조렌즈(23)의 아베수를 일정 범위로 규제함으로써, 렌즈의 크기 및 렌즈의 가격대가 적절하게 선택되도록 하였다.
다음으로, 제2렌즈(20)의 상측면에서 촬상면까지의 후초점거리(BFL:back focal length)에 관련된 조건식은 다음과 같다.
(조건식6) 1㎛ < BFL < 10㎛
여기서, BFL : 제2렌즈의 상측면에서 촬상면까지의 광축상의 거리
위 조건식6에 따르면, 후초점거리가 매우 짧다는 것을 알 수 있다. 이는 제2렌즈(20)를 구성함에 있어, 제2평면렌즈(25)의 상측면은 이미지 센서(30)에 면 접촉시키고, 제2평면렌즈(25)의 물체측면에 제3보조렌즈(23)를 형성함으로써, 제3보조렌즈(23)와 촬상면간 간격을 최대한 좁힐 수 있음은 물론, 간격의 균일도를 유지할 수 있기 때문이다. 즉, 종래 가소성 수지로 렌즈를 구성할 경우, 촬상면과 촬상면에 최근접하는 렌즈간 간격을 확보하던 것과 달리, 제2렌즈(20)의 상측면을 평면으로 하여 촬상면에 접촉시킴으로써 최근접 렌즈와 촬상면간 간극을 최소로 하면서 간격의 균일도를 유지할 수 있다. 또한, 후초점거리를 극도로 작게 하여, 광학계의 초소형 설계가 가능하다.
다음으로, 제1보조렌즈(13), 제2보조렌즈(17) 및 제3보조렌즈(23)의 곡률반경에 관련된 조건식은 다음과 같다.
(조건식7) |R1| > |R5| > |R4|
(조건식8) 26.0 < R1/R4 < 84.0
여기서, R1 : 제1면의 곡률반경
R4 : 제4면의 곡률반경
R5 : 제5면의 곡률반경
위 조건식7 및 조건식8은 본 발명에 따라 렌즈 모듈을 초소형을 설계하면서, 렌즈의 해상력을 향상시키는 예를 보여준다.
이하, 구체적인 수치 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 살펴본다.
Figure 112009039942932-pat00001
위의 표 1은 렌즈의 각 면(S1~S7)에서의 실시예를 보여주는 표이다. 표 1을 참조하면, 제1면(S1)의 곡률반경 R1, 제4면(S4)의 곡률반경 R4 및 제5면의 곡률반경 R5가 상기한 조건식7,8에 모두 부합되고, 후초점거리도 조건식5에 부합되고, 각 렌즈의 아베수도 조건식1 내지 조건식5에 부합됨을 알 수 있다.
Figure 112009039942932-pat00002
그리고, 위의 표 2는 비구면을 이루는 제1면(S1), 제4면(S4) 및 제5면(S5)에서의 비구면 계수를 보여준다.
도 2는 도 1을 참조하여 전술한 렌즈 구성 및 표 2 및 3의 실시예에 따른 수차도를 도시한 그래프로서, 도 2의 (a)는 종구면 수차(longitudinal spherical Aber.)를 측정한 그래프이고, (b)는 비점수차 상면만곡(astigmatic field curves)을 측정한 그래프이고, (c)는 왜곡 수차(distortion)를 측정한 그래프이다.
도 2에서 Y축은 이미지의 크기를 의미하고, X측은 초점거리(mm 단위) 및 왜곡도(% 단위)를 의미한다. 도 2에서는 곡선들이 Y축에 접근될수록 수차 보정기능이 좋은 것으로 해석된다. 도시된 수차도에서는, 종구면 수차가 0.05 단위 내, 비점수차 상면만곡이 0.05 단위 내, 왜곡 수차가 0.25 단위 내에 위치한 것으로서, 매우 우수한 수치를 보여주고 있다.
도 3은 도 1에서 a영역의 화상필드에서의 광선수차도를 측정한 그래프로서, 도 3의 (a)는 탄젠셜(tangential) 수차를 측정한 그래프이고, 도 3의 (b)는 새저틀(sagittal) 수차를 측정한 그래프이다. 도 3에서는 실험 결과를 보여주는 그래프가 양의 축과 음의 축에서 각각 X축에 근접할수록 광선수차 보정 기능이 좋은 것으로 해석되며, 도 3의 측정예들은 모두 우수한 광선수차 보정 기능을 보여주는 것으로 해석된다.
이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 본 실시예에 따른 카메라 렌즈 모듈의 구성도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 카메라 렌즈 모듈의 수차도를 보인 그래프이다.
도 3은 도 1의 a영역의 화상필드에서의 광선수차도를 보인 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 제1렌즈 13 : 제1보조렌즈
15 : 제1평면렌즈 17 : 제2보조렌즈
20 : 제2렌즈 23 : 제3보조렌즈
25 : 제2평면렌즈 30 : 이미지 센서

Claims (13)

  1. 물체측으로부터 순서대로,
    물체측면은 오목하고 상측면은 볼록한 양면 비구면 형태의 제1렌즈; 및
    상기 제1렌즈와 이격 배치되며, 물체측면은 광축에서는 볼록하며 렌즈유효경부로 갈수록 오목한 구배를 가지고, 상측면은 평면인 제2렌즈를 포함하며,
    상기 제2렌즈의 상측면은 기판의 상면에 면 접촉되는 카메라 렌즈 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 상면에는 이미지 센서가 설치되고, 상기 제2렌즈의 상측면은 상기 이미지 센서와 면 접촉되는 카메라 렌즈 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1렌즈는 양면이 평면인 제1평면렌즈의 물체측면에 물체측면은 오목하고 상측면은 평면인 제1보조렌즈가 형성되고, 제1평면렌즈의 상측면에 물체측면은 평면이고 상측면은 볼록한 제2보조렌즈가 형성되어, 물체측으로부터 순서대로 오목한 형태의 제1면, 평면인 제2면, 평면인 제3면, 볼록한 형태의 제4면으로 구성되는 카메라 렌즈 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2렌즈는 양면이 평면인 제2평면렌즈의 물체측면에 물체측면이 광축에서는 볼록하며 렌즈유효경부로 갈수록 오목한 구배를 가지며 상측면은 평면인 제3보조렌즈가 형성되고, 제2평면렌즈의 상측면은 상기 기판의 상면에 면 접촉되어, 물체측으로부터 순서대로 광축에서는 볼록하며 렌즈유효경부로 갈수록 오목한 구배를 가지는 제5면, 평면인 제6면, 평면인 제7면으로 구성되는 카메라 렌즈 모듈.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제1렌즈의 제2면 또는 제3면에는 광학계의 조리개가 위치하는 카메라 렌즈 모듈.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제6면 또는 제7면에 적외선 필터가 위치하거나 적외선 필터 코팅막이 형성되는 카메라 렌즈 모듈.
  7. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제1보조렌즈와 제2보조렌즈의 아베수에 관하여 다음의 조건식1을 만족하는 카메라 렌즈 모듈.
    (조건식1) vd11 > vd12
    여기서, vd11 : 제1보조렌즈의 아베수
    vd12 : 제2보조렌즈의 아베수
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1보조렌즈와 제3보조렌즈의 아베수에 관하여 다음의 조건식2를 만족하는 카메라 렌즈 모듈.
    (조건식2) vd11 ≥ vd21
    여기서, vd11 : 제1보조렌즈의 아베수
    vd21 : 제3보조렌즈의 아베수
  9. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제1보조렌즈와 제2보조렌즈의 아베수에 관하여 다음의 조건식3과 조건식4를 만족하는 카메라 렌즈 모듈.
    (조건식3) 25.0 < vd11 ≤ 40.0
    (조건식4) 25.0 ≤ vd12 < 40.0
    여기서, vd11 : 제1보조렌즈의 아베수
    vd12 : 제2보조렌즈의 아베수
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1보조렌즈, 제2보조렌즈 및 제3보조렌즈의 아베수에 관하여 다음의 조건식3, 조건식4 및 조건식5를 만족하는 카메라 렌즈 모듈.
    (조건식3) 25.0 < vd11 ≤ 40.0
    (조건식4) 25.0 ≤ vd12 < 40.0
    (조건식5) 25.0 < vd21 ≤ 40.0
    여기서, vd11 : 제1보조렌즈의 아베수
    vd12 : 제2보조렌즈의 아베수
    vd21 : 제3보조렌즈의 아베수
  11. 제 3 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제2렌즈의 상측면에서 촬상면까지의 광축상의 거리인 후초점거리는 다음의 조건식6을 만족하는 카메라 렌즈 모듈.
    (조건식6) 1㎛ < BFL < 10㎛
    여기서, BFL : 제2렌즈의 상측면에서 촬상면까지의 광축상의 거리
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1면, 제4면 및 제5면의 곡률반경은 다음의 조건식7을 만족하는 카메라 렌즈 모듈.
    (조건식7) |R1| > |R5| > |R4|
    여기서, R1 : 제1면의 곡률반경
    R4 : 제4면의 곡률반경
    R5 : 제5면의 곡률반경
  13. 제 3항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제1면 및 제4면의 곡률반경은 다음의 조건식8을 만족하는 카메라 렌즈 모듈.
    (조건식8) 26.0 < R1/R4 < 84.0
    여기서, R1 : 제1면의 곡률반경
    R4 : 제4면의 곡률반경
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