KR102064021B1 - 렌즈 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 모듈은 제 1렌즈의 상측 면에 오목부를 형성하고, 제 2렌즈의 물체측 면에 상기 오목부를 향하여 돌출된 볼록부를 형성하며, 상기 제 1렌즈의 오목부의 외측 영역과 상기 제 2렌즈의 볼록부의 외측 영역을 밀착 결합시키고, 상기 오목부와 상기 볼록부는 이격시키며, 상기 오목부와 상기 볼록부 사이의 광축 방향으로의 간격과 광축에 수직한 방향으로의 간격을 서로 다르게 형성시킴으로써 렌즈 조립시 해상력 산포를 줄일 수 있고, 렌즈 모듈의 소형화를 구현할 수 있다.

Description

렌즈 모듈{Lens module}
본 발명은 렌즈 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 카메라 모듈(CCM:COMPACT CAMERA MOUDULE)은 소형으로써 카메라폰이나 PDA, 스마트폰을 비롯한 휴대용 이동통신 기기와 토이 카메라(TOY CAMERA) 등의 다양한 IT 기기에 적용되고 있는 바, 최근에 이르러서는 소비자의 다양한 취향에 맞추어 소형의 카메라 모듈이 장착된 기기의 출시가 점차 늘어나고 있는 실정이다.
이와 같은 카메라 모듈은, CCD나 CMOS 등의 이미지센서를 주요 부품으로 하여 제작되고 있으며 상기 이미지센서를 통하여 사물의 이미지를 집광시켜 기기내의 메모리상에 데이터로 저장되고, 저장된 데이터는 기기내의 LCD 또는 PC 모니터 등의 디스플레이 매체를 통해 영상으로 디스플레이된다.
상기 카메라 모듈은 크게 이미지센서가 부착된 기판이 저면에 결합되는 하우징과, 내부에 다단의 렌즈가 적층 결합된 렌즈배럴로 구성되며, 하우징의 내부에 렌즈배럴이 수직 장착되어 각 부재의 내, 외주면에 구비된 암, 수나사부의 나사 결합에 의해서 제작이 완료된다.
그런데, 최근 출시되고 있는 카메라 모듈은 다단의 렌즈가 렌지배럴에 끼움 맞춤되는 조립구조로 이루어져 있다. 따라서, 렌즈 외측과 렌즈배럴 내측과의 갭 공차가 증가하게 되고, 이러한 갭 공차에 의해 렌즈의 동심도가 달라지는 문제점이 있다.
인용문헌: 일본특허공개 제 2007-310413호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 다단으로 적층된 렌즈의 밀착 및 고정력을 증대시켜 렌즈 해상력 산포를 줄일 수 있도록 한 렌즈 모듈을 제공하는데 목적이 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 다단으로 적층된 렌즈들의 밀착을 통해 렌즈배럴의 규격을 보다 컴팩트하게 구성할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 모듈은 제 1렌즈의 상측 면에 오목부를 형성하고, 제 2렌즈의 물체측 면에 상기 오목부를 향하여 돌출된 볼록부를 형성하며, 상기 제 1렌즈의 오목부의 외측 영역과 상기 제 2렌즈의 볼록부의 외측 영역을 밀착 결합시키고, 상기 오목부와 상기 볼록부는 이격시키며, 상기 오목부와 상기 볼록부 사이의 광축 방향으로의 간격과 광축에 수직한 방향으로의 간격을 서로 다르게 형성시킴으로써 렌즈 조립시 해상력 산포를 줄일 수 있고, 렌즈 모듈의 소형화를 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 렌즈 모듈은 다단으로 적층된 렌즈의 밀착 및 고정력을 증대시켜 렌즈 해상력 산포를 줄일 수 있으며, 다단으로 적층된 렌즈들의 밀착을 통해 렌즈배럴의 규격을 보다 컴팩트하게 구성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 모듈에서 복수의 렌즈가 적층된 상태를 보인 단면도이고,
도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이고,
도 3은 도 1의 A 부분의 다른 실시예를 도시한 확대도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1렌즈와 제 2렌즈의 제 2에어갭과 디센터의 관계를 도시한 예시도이고,
도 5는 제 2에어갭의 변화에 따라 해상력 산포가 변화되는 것을 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 모듈에서 복수의 렌즈가 적층된 상태를 보인 단면도이고, 도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이며, 도 3은 도 1의 A 부분의 다른 실시예를 도시한 확대도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 모듈(100)은 렌즈배럴(10)과 렌즈배럴(10) 내부에 수용된 제 1렌즈(20)와 제 1렌즈(20)에 적층 구성된 제 2렌즈(30)를 포함할 수 있다.
본 발명에서는 제 1렌즈(20)와 제 2렌즈(30)가 적층된 렌즈 모듈(100)에 대해서 설명하나, 제 1렌즈(20)에 적층되는 제 2렌즈(30) 이외에도 다수의 렌즈들이 상기한 적층구조와 동일하도록 렌즈배럴(10) 내부에 배치될 수 있음은 물론이다.
여기서, 각각의 렌즈에서 제1 면은 물체 측에 가까운 면(또는, 물체측 면)을 의미하고, 제2 면은 상측에 가까운 면(또는, 상측 면)을 의미한다.
렌즈배럴(10)은 내부에 수용공간이 형성되어 있으며 적어도 제 1렌즈(20) 및 제 2렌즈(30)가 수용될 수 있다.
렌즈배럴(10)에 수용된 제 1렌즈(20)는 합성수지를 사출하여 구성되며, 전체 형상이 환형으로 구성될 수 있다. 이러한 제 1렌즈(20)의 중앙부위에는 외부로부터 유입된 빛이 초점을 형성하기 위한 광축이 형성된다.
제 1렌즈(20)의 제2 면에는 오목부(28)가 구비된다. 예를 들어, 제 1렌즈(20)의 제2 면에는 경사지게 형성된 제 1원추면(22)과 제 1원추면(22)의 양측으로 제 1내측수평면(26) 및 제 1외측수평면(24)이 형성된다.
제 1원추면(22)의 외측 방향에는 제 1외측수평면(24)이 형성되고, 반대로 내측 방향에는 제 1내측수평면(26)이 구성될 수 있다.
제 1원추면(22)과 제 1내측수평면(26) 사이의 각도는 95°보다 크고 135°보다 작을 수 있다.
즉, 제 1원추면(22)은 렌즈를 사출하는 과정에서 빼기 각도를 유지해야 하기 때문에 소정의 각도가 요구된다. 또한 제 1렌즈(20)에 적층되는 제 2렌즈(30)와의 밀착 또는 가이드와 같은 기능을 위해서도 요구된다. 따라서, 제 1원추면(22)은 상기한 요구를 모두 만족하도록 제 1내측수평면(26)과의 사이에서 95°보다 크고 135°보다 작은 각도를 갖도록 경사지게 구성될 수 있다.
따라서, 제 1렌즈(20)의 제2 면에는 경사진 제 1원추면(22) 및 상기 제 1원추면(22)으로부터 내측으로 연장된 제 1내측수평면(26)에 의해 함몰된 형상의 오목부(28)가 구비된다.
앞서 설명한 바와 같이, 제 1원추면(22)이 외측을 향하여 상향 경사지게 구성되어 있으므로, 제 1내측수평면(26)은 제 1외측수평면(24) 보다 상대적으로 함몰된 형상을 가진다.
제 1렌즈(20)에 적층되는 제 2렌즈(30)는 제 1렌즈(20)와 유사하도록 환형의 형상을 가진다. 이러한 제 2렌즈(30)는 중앙부위에 광축이 형성되어 있으며, 제 1렌즈(20)와 밀착 시 제 1렌즈(20)의 광축과 동일 축선을 유지하도록 배치된다.
제 1렌즈(20)와 밀착 과정에서는 접착제나 테입 등을 특별히 사용하지 않고 밀착시킨다. 즉, 다수의 렌즈가 렌즈배럴(10) 내부에 수용되면, 도면에는 도시하지 않았지만 렌즈의 유동을 최소화시키기 위한 별도의 구조물이 최상부측 렌즈를 가압하며 렌즈배럴(10)에 설치됨에 따라, 별도의 접착제나 테입 등이 필요하지 않게 된다.
제 2렌즈(30)의 제1 면은 제 1렌즈(20)의 제2 면과 마주보며, 제 2렌즈(30)의 제1 면에는 제 2원추면(32)이 형성되고, 제 2원추면(32)의 양측으로 제 2내측수평면(36) 및 제 2외측수평면(34)이 형성된다.
예를 들어, 제 2렌즈(30)는 제 1렌즈(20)의 제 1원추면(22)과 마주보는 위치에 제 2원추면(32)이 형성되고, 제 2원추면(32)의 외측 방향에는 제 2외측수평면(34)이 형성되고, 반대로 내측 방향에는 제 2내측수평면(36)이 구성될 수 있다.
제 2원추면(32)의 경사도 역시 제 1원추면(22)과 동일한 경사도를 갖으므로, 제 1원추면(22)과 제 2원추면(32)은 평행하게 배치될 수 있다. 또한, 제 2원추면(32)의 길이는 제 1원추면(22)의 길이와 같거나 짧게 형성될 수 있다.
제 1렌즈(20)와 제 2렌즈(30)가 적층 조립될 때, 제 1외측수평면(24)과 제 2외측수평면(34)이 마주보고, 제 1원추면(22)과 제 2원추면(32)이 마주보며, 제 1내측수평면(26)과 제 2내측수평면(36)이 마주보게 된다.
여기서, 제 1렌즈(20)의 제 1내측수평면(26)이 제 1외측수평면(24)보다 함몰된 구조이기 때문에 제 2렌즈(30)의 제 2내측수평면(36)은 제 2외측수평면(34)보다 돌출된 구조를 갖는다.
즉, 제 2렌즈(30)의 제1 면에는 상기 오목부(28)를 향하여 돌출된 볼록부(38)가 구비되며, 상기 볼록부(38)는 경사지게 형성된 제 2원추면(32) 및 제 2원추면(32)으로부터 내측으로 연장되는 제 2내측수평면(36)을 포함한다.
이때, 제 1렌즈(20)와 제 2렌즈(30) 사이에는 제 2내측수평면(36)이 제 1내측수평면(26)과 밀착되지 않고 소정거리 이격되도록 제 1에어갭(40)이 형성된다.
제 1에어갭(40)은 제 1렌즈(20)와 제 2렌즈(30)의 초점을 정확히 맞추기 위해 이격시킨 공간일 수 있다.
한편, 제 1렌즈(20)와 제 2렌즈(30) 사이에는 환형으로 이루어진 별도의 스페이서(70)가 배치될 수 있다.
예를 들어, 스페이서(70)는 제 1렌즈(20)의 제 1내측수평면(26)에 배치될 수 있다.
이때, 제 2내측수평면(36)은 스페이서(70)와 이격되도록 배치되므로, 제 1에어갭(40)은 제 2내측수평면(36)과 스페이서(70) 사이의 이격된 공간을 의미할 수 있다.
한편, 제 1렌즈(20)의 제 1외측수평면(24)은 제 2렌즈(30)의 제 2외측수평면(34)과 밀착되도록 구성될 수 있다.
이렇게 제 1외측수평면(24)과 제 2외측수평면(34)이 밀착되면, 각 렌즈 사이의 거리가 단축되어 전체 규격을 줄일 수 있으며, 해상력 산포도 줄일 수 있다.
제 1에어갭(40)은 그 변화에 따라 해상력 산포에 매우 중요한 요인이 되므로, 제 1에어갭(40)은 스페이서(70)에 의한 공차를 고려하여 최소한의 간격을 유지하도록 하며, 제 1에어갭(40)은 후술하는 제 2에어갭(60)보다 크게 형성된다.
한편, 제 1원추면(22)과 제 2원추면(32)은 밀착되거나 이격되도록 구성될 수 있다. 제 1원추면(22)과 제 2원추면(32) 사이의 광축에 수직한 방향으로의 거리를 디센터(50)라 하면, 디센터(50)는 0보다 크거나 같을 수 있다(디센터(50) ≥ 0).
다시 말해, 제 1렌즈(20)와 제 2렌즈(30)가 적층되는 과정에서 제 2렌즈(30)의 제 2원추면(32)이 제 1렌즈(20)의 제 1원추면(22)과 밀착되면서 적층될 수도 있으며, 제 1원추면(22)과 제 2원추면(32)이 소정간격 이격된 상태로 적층될 수도 있다.
결과적으로, 제 1렌즈(20)와 제 2렌즈(30)의 적층시에는 제 1외측수평면(24)과 제 2외측수평면(34)은 반드시 밀착되고, 제 1원추면(22)과 제 2원추면(32)은 서로 밀착되거나 소정간격 이격된 상태가 되도록 하는 것이 본 발명의 특징이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1렌즈와 제 2렌즈의 제 2에어갭과 디센터의 관계를 도시한 예시도이다.
도 4를 참조하면, 제 1원추면(22)과 제 2원추면(32)이 이격된 경우에는, 제 1렌즈(20) 및 제 2렌즈(30)의 형상이 환형으로 이루어져 있기 때문에 단면에서 보면 디센터(50)는 광축을 중심으로 양측에 형성되게 된다.
따라서, 광축에 수직한 방향에서 제 1렌즈(20)와 제 2렌즈(30) 사이의 총 간격은 디센터(50)의 두배가 되고, 이를 조립갭으로 정의하기로 한다(조립갭=2×디센터(50)).
여기서, 제 1원추면(22)과 제 2원추면(32)이 이격되었을 때, 제 1원추면(22)과 제 2원추면(32) 사이의 광축 방향으로의 거리를 제 2에어갭(60), 제 1원추면(22)과 제 2원추면(32) 사이의 광축에 수직한 방향으로의 거리를 디센터(50), 제 2원추면(32)과 제 1원추면(22)을 광축 방향으로 잇는 선과 제 2원추면(32) 사이의 각도를 θ라 할 때, tanθ는 디센터(50)/제 2에어갭(60)로 표현될 수 있다(tanθ = 디센터(50)/제 2에어갭(60)).
따라서, 제 2에어갭(60)은 디센터(50)/tanθ로 표현될 수 있고, 디센터(50)는 조립갭/2 이므로, 결국 제 2에어갭(60)은 조립갭/(2×tanθ)로 표현될 수 있다.
이를 정리하면, 다음과 같다.
제 2에어갭(60) = 디센터(50)/tanθ = 조립갭/(2×tanθ)
이러한 제 2에어갭(60)은 θ가 일정할 경우, 디센터(50)의 값에 비례하여 증감될 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 도 4에는 제 2에어갭(60)과 디센터(50)의 상관관계를 도시한 것으로, θ가 일정할 때 제 2에어갭(60)이 크게 증가할수록 디센터(50) 역시 증가됨을 알 수 있다.
또한, 디센터(50)가 일정할 경우, 제 2에어갭(60)이 증가할수록 tanθ가 감소됨을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 모듈(100)은 제 2에어갭(60)이 디센터(50)보다 크게 형성된다.
따라서, tanθ는 1보다 작게 형성된다(즉, tanθ < 1, θ < 45°).
앞서 설명한 바와 같이, 제 1원추면(22)과 제 2원추면(32)은 렌즈를 사출하는 과정에서 금형으로부터 용이하게 분리시키기 위하여 소정의 각도를 갖도록 형성되어야 하는데, 이때 광축과 제 1원추면(22) 또는 제 2원추면(32)이 이루는 각도가 45° 이상일 경우에는 금형으로부터의 분리는 용이하지만 각 렌즈간 조립 시에 제 1렌즈(20)의 광축과 제 2렌즈(30)의 광축을 동일 축선에 배치시키기 어렵다.
광축과 제 1원추면(22) 또는 제 2원추면(32)이 이루는 각도가 45°이상일 경우에는 디센터(50)가 제 2에어갭(60)보다 커지게 되므로, 디센터(50) 관리에 어려움이 있기 때문이다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 모듈(100)과 같이, 광축과 제 1원추면(22) 또는 제 2원추면(32)이 이루는 각도를 45°미만으로 하여 제 2에어갭(60)을 디센터(50)보다 크게 유지시키면, 렌즈의 사출과정에서 금형으로부터 용이하게 분리시킬 수 있으며, 각 렌즈간 조립 시에 제 1렌즈(20)의 광축과 제 2렌즈(30)의 광축을 동일 축선에 배치시키는 것도 용이하게 된다.
보다 구체적으로, 광축과 제 1원추면(22) 또는 제 2원추면(32)이 이루는 각도(또는, 제 2원추면(32)에서 제 1원추면(22)을 광축 방향으로 잇는 선과 제 2원추면(32) 사이의 각도)는 15°이상 25°이하인 것이 바람직하다.
도 5는 제 2에어갭의 변화에 따라 해상력 산포가 변화되는 것을 그래프로 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 제 2에어갭(60)이 과도하게 커지면(즉, 디센터(50)보다 크면), 해상력 산포가 설계치 보다 우측으로 치우쳐 해상력이 저하됨을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 모듈(100)에서는 제 2에어갭(60)을 디센터(50)보다 작게 유지시킴으로써 고해상도를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 렌즈 모듈(100)은 렌즈배럴(10) 내부에 다수의 렌즈가 적층될 경우 제 1렌즈(20)와 제 2렌즈(30)의 적층구조와 동일한 구조로서 적층이 진행됨에 따라, 제 1외측수평면(24)과 제 2외측수평면(34)을 밀착시킴으로써 제 1에어갭(40)과 제 2에어갭(60)을 변화시키지 않고 유지시킬 수 있으므로 산포 발생을 최소화시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 모듈에 대해 설명하였으나 본 발명은 이에 한정하지 아니하며 당업자라면 그 응용과 변형이 가능함은 물론이다.
10: 렌즈배럴
20: 제 1렌즈
22: 제 1원추면
24: 제 1외측수평면
26: 제 1내측수평면
28: 오목부
30: 제 2렌즈
32: 제 2원추면
34: 제 2외측수평면
36: 제 2내측수평면
38: 볼록부
40: 제 1에어갭
50: 디센터
60: 제 2에어갭
70: 스페이서
100: 렌즈 모듈

Claims (14)

  1. 상측 면에 오목부를 구비하는 제 1렌즈; 및
    물체측 면에 상기 오목부를 향하여 돌출된 볼록부를 구비하는 제 2렌즈;를 포함하며,
    상기 오목부는 경사지게 형성된 제 1원추면 및 상기 제 1원추면으로부터 외측으로 연장되는 제 1외측수평면을 포함하고,
    상기 볼록부는 경사지게 형성된 제 2원추면 및 상기 제 2원추면으로부터 외측으로 연장되는 제 2외측수평면을 포함하며,
    상기 제 2외측수평면은 상기 제 1원추면의 외측 영역에서 상기 제 1외측수평면과 접촉되고,
    상기 제 2외측수평면의 일부는 상기 제 1외측수평면과 비접촉되도록 상기 제 1외측수평면보다 내측 방향으로 더 연장되며,
    상기 제 1원추면과 상기 제 2원추면은 서로 이격되고,
    상기 제 1원추면과 상기 제 2원추면 사이의 광축 방향으로의 간격과 광축에 수직한 방향으로의 간격은 서로 다르게 형성되는 렌즈 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오목부는 상기 제 1원추면으로부터 내측으로 연장되는 제 1내측수평면을 포함하고,
    상기 볼록부는 상기 제 2원추면으로부터 내측으로 연장되는 제 2내측수평면을 포함하는 렌즈 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제 1원추면과 상기 제 2원추면 사이의 광축에 수직한 방향으로의 간격은 상기 제 1내측수평면과 상기 제 2내측수평면 사이의 간격보다 작은 렌즈 모듈.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제 1원추면과 상기 제 2원추면 사이의 간격 중에서, 상기 광축 방향으로의 간격이 상기 광축에 수직한 방향으로의 간격보다 큰 렌즈 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제 1원추면과 상기 제 2원추면을 상기 광축 방향으로 잇는 선과 상기 제 2원추면 사이의 각도를 θ라 할 때,
    θ < 45°를 만족하는 렌즈 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제 1원추면과 상기 제 2원추면을 상기 광축 방향으로 잇는 선과 상기 제 2원추면 사이의 각도를 θ라 할 때,
    tanθ < 1을 만족하는 렌즈 모듈.
  8. 상측 면에 경사진 제 1원추면 및 상기 제 1원추면의 양측으로 제 1내측수평면과 제 1외측수평면이 형성된 제 1렌즈; 및
    상기 제 1렌즈와 광축 방향으로 적층 조립되고, 상기 제 1렌즈의 상측 면과 마주보는 물체측 면에 경사진 제2 원추면, 상기 제 2원추면의 양측으로 제 2내측수평면 및 제 2외측수평면이 형성된 제 2렌즈;를 포함하며,
    상기 제 2외측수평면은 상기 제 1원추면의 외측 영역에서 상기 제 1외측수평면과 접촉되고,
    상기 제 2외측수평면의 일부는 상기 제 1외측수평면과 비접촉되도록 상기 제 1외측수평면보다 내측 방향으로 더 연장되며,
    상기 제 1내측수평면과 상기 제 2내측수평면은 이격되어 제 1에어갭을 형성하고,
    상기 제 1원추면과 상기 제 2원추면은 이격되어 제 2에어갭을 형성하며,
    상기 제 1에어갭은 상기 제 2에어갭보다 큰 렌즈 모듈.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제 1원추면과 상기 제 2원추면을 광축 방향으로 잇는 선과 상기 제 2원추면 사이의 각도를 θ라 할 때,
    θ < 45°를 만족하는 렌즈 모듈.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제 1원추면과 상기 제 2원추면을 광축 방향으로 잇는 선과 상기 제 2원추면 사이의 각도를 θ라 할 때,
    tanθ < 1을 만족하는 렌즈 모듈.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 원추면과 상기 제 2원추면은 평행하게 배치된 렌즈 모듈.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제 1원추면과 상기 제 2원추면 사이의 광축 방향으로의 거리를 상기 제 2에어갭, 상기 제 1원추면과 상기 제 2원추면 사이의 광축에 수직한 방향으로의 거리를 디센터라 할 때,
    상기 제 2에어갭이 상기 디센터보다 큰 렌즈 모듈.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제 1원추면과 상기 제 2원추면 사이의 광축 방향으로의 거리를 상기 제 2에어갭, 상기 제 1원추면과 상기 제 2원추면 사이의 광축에 수직한 방향으로의 거리를 디센터, 상기 제 1원추면과 상기 제 2원추면을 광축 방향으로 잇는 선과 상기 제 2원추면 사이의 각도를 θ라 할 때,
    θ가 일정할 경우 상기 제 2에어갭은 상기 디센터와 비례하여 증감되는 렌즈 모듈.
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