KR102176796B1 - 카메라 모듈용 렌즈 - Google Patents

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Abstract

카메라 모듈용 대물렌즈를 개시한다. 일 실시 예에 따른 대물렌즈는, 설정된 곡률을 가지도록 형성되어, 광을 굴절시키는 글라스 부재; 상기 글라스 부재의 외면에 적층되고, 다층 레이어를 포함하는 코팅부; 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하고, 외면에 노출되도록 상기 코팅부에 적층되는 표면층을 포함할 수 있다.

Description

카메라 모듈용 렌즈{LENS FOR CAMERA MODULE}
아래의 실시예는 카메라 모듈용 렌즈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 대물 렌즈에 관한 것이다.
카메라 모듈은 소형으로 카메라폰, PDA 및 스마트폰과 같은 휴대용 모바일 기기 등과 같은 다양한 IT기기에 적용되고 있다. 최근에는 소비자의 다양한 취향에 맞춰서 고화소를 구현하는 소형 카메라 모듈이 장착된 기기가 점차 늘어나는 실정이다.
일 예로, 차량에 설치되는 카메라 모듈은 운전자가 파악하기 어려운 차량 후미의 사각지대를 차량 내부의 모니터를 통해서 볼 수 있도록 함으로써, 차량 후진시나 주차시에 안전사고의 위험을 미연에 방지할 수 있도록 하는 장치이다. 이러한 카메라 모듈은 소형이면서도 고성능의 촬상 기능을 구비하여야 한다.
일반적으로, 광각을 구현하는 광학계의 경우 복수의 렌즈군이 순서대로 배치되면서 적어도 8매 이상의 렌즈부재를 포함하여 구성된다. 이중, 광학계의 최외각에 노출되는 렌즈는 광학계 외부의 광을 카메라 모듈 내부로 입사시키는 기능을 수행하게 된다. 한편, 카메라 모듈의 외부에 노출되는 렌즈는 외부 충격에 의해 표면이 갈라지는 크랙현상이 발생할 수 있으며, 이러한 현상은 렌즈 굴절률을 변화시키거나 난반사를 발생시킴으로써 카메라의 해상도를 저하시키는 문제가 있었다.
일 실시 예에 따른 목적은, 외부 충격에 대한 내마모성을 확보하는 대물 렌즈를 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 목적은, 경도를 강화시키면서도 충분한 광 반사영역을 확보하는 대물 렌즈를 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 대물 렌즈는, 설정된 곡률을 가지도록 형성되어, 광을 굴절시키는 글라스 부재; 상기 글라스 부재의 외면에 적층되고, 다층 레이어를 포함하는 코팅부; 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하고, 외면에 노출되도록 상기 코팅부에 적층되는 표면층을 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 코팅부는 산화티타늄(TinOm)을 포함하는 제1레이어; 및 산화규소(SiO2)를 포함하는 제2레이어를 포함하고, 상기 코팅부는, 복수의 상기 제1레이어 및 제2레이어가 반복적으로 적층될 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 제1레이어는 2 내지 2.4의 광굴절률(refractive index)를 가지고, 상기 제2레이어는 1.4 내지 1.5의 광굴절률을 가질 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 코팅부는 240nm 내지 290 nm의 두께를 가지고, 상기 표면층은 50nm 내지 170nm의 두께를 가지며, 상기 코팅부 및 표면층의 두께의 합은 340nm 이상일 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 대물 렌즈는 450nm 내지 650nm 파장 영역에서, 5% 이하의 광 반사율(reflectance)을 가질 수 있다.
일 실시 예에 따른 대물 렌즈는, 외부 충격에 대한 내마모성을 확보할 수 있다.
일 실시 예에 따른 대물 렌즈는, 경도를 강화시키면서도 충분한 광 반사영역을 확보할 수 있다.
일 실시 예 따른 대물 렌즈의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 단면도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 렌즈의 단면도이다.
도 3은 도 2의 A부분을 도시하는 확대도이다.
도 4는 실험예 1에 따른 렌즈에 대한 분광 그래프이다.
도 5는 실험예 2에 따른 렌즈에 대한 분광 그래프이다.
도 6은 실험예 3에 따른 렌즈에 대한 분광 그래프이다.
도 7은 비교예의 렌즈에 대한 마모 정도를 나타내는 사진이다.
도 8은 실험예1의 렌즈에 대한 마모 정도를 나타내는 사진이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 카메라 모듈의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 다른 카메라 모듈(1)은, 촬영 장비에 적용될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈(1)은 자동차용 후방 카메라에 적용될 수 있다. 카메라 모듈(1)은 외부의 광을 촬상 소자로 포커싱 함으로써, 피사체의 상을 촬영할 수 있다. 카메라 모듈(1)은 경통 하우징(10), 렌즈(11, 12) 및 스페이서(13)를 포함할 수 있다.
경통 하우징(10)은 내부에 삽입 공간이 형성될 수 있다. 삽입 공간은 도 1을 기준으로 경통 하우징(10)을 상하 방향으로 관통할 수 있다. 상기 삽입 공간을 통해 외부의 광이 촬상 소자로 조사될 수 있는 빛의 이동 경로가 형성될 수 있다. 경통 하우징(10) 내부에는 복수의 렌즈(11, 12)가 순차적으로 삽입될 수 있다. 경통 하우징(10) 상부에는 삽입된 렌즈(11, 12)가 이탈하는 것을 방지하는 캡이 설치될 수 있으며, 캡과 경통 하우징(10) 사이에는 이물질의 유입을 방지하기 위한 실링부재가 구비될 수 있다.
렌즈(11, 12)는 복수개가 구비될 수 있다. 복수의 렌즈(11, 12)는 경통 하우징(10)의 삽입 공간에 순차적으로 삽입되고, 각각의 렌즈(11, 12)는 삽입 공간내의 설정 위치에 안착될 수 있다. 복수 개의 렌즈(11, 12)는 각각 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 이하에서는, 복수 개의 렌즈(11, 12) 중, 경통 하우징(10)의 외부에 노출되는 렌즈(11, 12)를 '대물 렌즈(11, 12)' 라고 표현하도록 한다. 복수의 렌즈(12)는 대물 렌즈(11)로부터 경통 하우징(10) 내부로 유입된 광을 굴절시켜 설정된 지점으로 포커싱 하는 하나의 광학계를 구성할 수 있다.
스페이서(13)는 안착된 복수의 렌즈(11, 12) 사이에 개재되도록, 경통 하우징(10) 내부에 구비될 수 있다. 스페이서(13)는 경통 하우징(10) 내부에 삽입된 렌즈(11, 12)를 지지하는 동시에, 각각의 렌즈(11, 12) 사이의 간격을 설정 간격만큼 유지하는 역할을 수행할 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 대물 렌즈의 단면도이고, 도 3은 도 2의 A부분을 도시하는 확대도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 경통 하우징(10)에 삽입되는 렌즈(11, 12) 중, 외부에 노출되는 대물 렌즈(11)는 외부 충격에 따른 손상을 방지하도록 형성될 수 있다. 대물 렌즈(11)는, 글라스 부재(110), 코팅부(111) 및 표면층(112)을 포함할 수 있다.
글라스 부재(110)는 경통 하우징(10) 외부에서 조사되는 빛을 경통 하우징(10) 내부로 굴절시킬 수 있다. 글라스 부재(110)는 설정된 곡률을 가지도록 형성되어, 입사면에 입사되는 광을 굴절시킬 수 있다. 글라스 부재(110)는 광이 투과 가능한 투과성 재질, 예를 들어, 글라스, 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.
코팅부(111)는 글라스 부재(110)의 외면, 즉 입사면에 코팅될 수 있다. 코팅부(111)는 순차적으로 적층되는 다층 레이어를 포함할 수 있다. 코팅부(111)는 재질에 따라 구분되는 제1레이어(1111) 및 제2레이어(1112)를 포함할 수 있다.
제1레이어(1111) 및 제2레이어(1112)는 서로 다른 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1레이어(1111)는 산화티타늄(Ti2O3)을 포함하고, 제2레이어(1112)는 산화 규소(SiO2)를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1레이어(1111)는 2 내지 2.4의 광굴절률(refractive index)를 가지고, 제2레이어(1112)는 1.4 내지 1.5의 광굴절률을 가질 수 있다.
제1레이어(1111) 및 제2레이어(1112)는 복수의 층으로 구비되고 반복적으로 적층될 수 있다. 예를 들어, 코팅부(111)는 m개의 제1레이어(1111) 및 n개의 제2레이어(1112)가 반복적으로 적층되는 구조로 형성될 수 있다. 여기서, m 및 n은 2 이상의 정수를 의미할 수 있다. 각각의 레이어의 두께는 서로 상이할 수 있다. 복수의 레이어를 포함하는 코팅부(111)는 240nm 내지 290nm의 두께를 가질 수 있다.
표면층(112)은 대물렌즈(11)의 외면, 즉, 광이 조사되는 입사면에 노출되도록 코팅부(111)에 적층될 수 있다. 표면층(112)은 코팅부(111)의 최외곽 레이어를 커버하도록 코팅부(111)에 적층될 수 있다. 표면층(112)은 산화알루미늄((Al2O3) 재질을 포함할 수 있다. 표면층(112)은 50nm 내지 170nm의 두께를 가질 수 있다. 이 경우, 코팅부(111) 및 표면층(112)의 두께의 합은 340nm 이상일 수 있다.
표면층(112)은 대물 렌즈(11)의 표면을 커버함으로써, 대물 렌즈(11)의 내 마모성을 확보할 수 있다. 즉, 표면층(112)에 의해 글라스 부재(110)의 입사면이 직접 노출되는 것을 방지함으로써, 외부 충격에 따른 글라스 부재(110)의 손상을 방지하고, 코팅층에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 대물 렌즈(11)의 표면의 크랙을 최소화함으로써, 난반사로 인해 촬영 영상이 흐려지는 현상을 방지할 수 있다.
이와 같은 구조에 의하면, 일 실시 예에 따른 렌즈(11)는, 글라스 부재(110)를 통해 외부에서 조사되는 광을 경통 하우징(10) 내부로 굴절시키고, 표면층(112)을 통해 글라스 부재(110)의 표면을 보호함으로써 외부 충격에 따른 크랙 발생을 방지할 수 있다. 또한, 코팅부(111)는 글라스 부재(110) 및 코팅층 사이에 적층됨으로써, 렌즈(11)에 대한 코팅층의 접착력을 향상시키는 한편, 가시광선 영역대에서 충분한 정도의 낮은 광반사율을 가질 수 있다. 예를 들어, 대물 렌즈(11)는 450nm 내지 650nm 파장에서는 5% 미만의 광 반사율을 가질 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 실험예들을 상세하게 설명한다. 이하의 실험예는 실시예가 적용된 예시로써, 다양한 변경이 가해질 수 있으므로 출원의 권리범위가 실험예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실험예들에 대한 변경, 균등물 내지 대체물은 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
도 4는 실험예 1에 따른 렌즈에 대한 분광 그래프이고, 도 5는 실험예 2에 따른 렌즈에 대한 분광 그래프이며, 도 6은 실험예 3에 따른 렌즈에 대한 분광 그래프이고, 도 7은 비교예의 렌즈에 대한 마모 정도를 나타내는 사진이며, 도 8은 실험예1의 렌즈에 대한 마모 정도를 나타내는 사진이다.
< 실험1 >
일 실시 예에 따른 렌즈의 광학 성능을 확인하기 위해, 광 반사율을 확인하였다. 실험예에 따른 렌즈는 글라스 부재 표면에 복수의 레이어를 코팅함으로써 제조되었으며, 각 실험예에 따른 렌즈에는 동일한 제원의 글라스 부재가 제공되었다. 글라스 부재는 TAF1재질로 제조되었으며, 1.775의 광반사율을 가지는 것을 확인하였다.
< 실험예1 >
글라스 부재의 표면에 순차적으로 적층되는 복수의 레이어를 포함하는 코팅부를 코팅하였다. 코팅부는 산화티타늄(TiO2) 재질의 제1레이어 3개층과, 산화규소(SiO2) 재질의 제2레이어 3개층의 반복적층을 통해 형성되었다. 외부에 노출되는 코팅부의 외면에는 표면층이 코팅되었다. 글라스 부재의 표면에 코팅되는 코팅부 및 표면층의 두께(thickness) 및 굴절률(refractive index)는 아래 표 1과 같다.
재질 굴절률 두께(nm)
표면층 Al2O3 1.67 164
코팅부 6층 TiO2 1.46 105
5층 SiO2 2.36 18.0
4층 TiO2 1.46 33.7
3층 SiO2 2.36 64.3
2층 TiO2 1.46 17.4
1층 SiO2 2.36 28.8
글라스 부재 TAF1 1.78 -
실험예 1의 표면층 및 코팅부의 총 두께는 433nm이다. 표면층의 두께는 164nm이며, 코팅부의 총 두께는 268nm 로 제공되었다. 실험예 1의 렌즈의 분광그래프는 도 4와 같다. 도 4를 참조하면, 실험예 1의 렌즈는 450nm 내지 700nm 파장 영역에서는 5% 이하의 광 반사율을 가지는 것으로 확인되었으며, 500nm 내지 700nm 파장 영역에서는 4%의 광 반사율을 가지는 것으로 확인되었다. 반면, 450이하 파장 영역 및 700nm 이상 파장영역에서는 광 반사율이 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
즉, 실험예 1의 렌즈는 가시광선 영역에 대해서는 낮은 반사율을 가지면서, 자외선 및 적외선 영역에 대해서는 높은 광 반사율을 가지는 효과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
< 실험예2 >
글라스 부재의 표면에 순차적으로 적층되는 복수의 레이어를 포함하는 코팅부를 코팅하였다. 코팅부는 산화티타늄(TiO2) 재질의 제1레이어 4개층과, 산화규소(SiO2) 재질의 제2레이어 3개층의 반복적층을 통해 형성되었다. 외부에 노출되는 코팅부의 외면에는 표면층이 코팅되었다. 실험예2의 표면층은 실험예1과 비교하여 얇은 두께로 코팅되었다. 글라스 부재의 표면에 코팅되는 코팅부 및 표면층의 두께(thickness) 및 굴절률(refractive index)는 아래 표 2와 같다.
재질 굴절률 두께(nm)
표면층 Al2O3 1.67 100
코팅부 7층 TiO2 2.18 46.52
6층 SiO2 1.44 36.8
5층 TiO2 2.18 31.3
4층 SiO2 1.44 65.5
3층 TiO2 2.18 19.8
2층 SiO2 1.44 38.4
1층 TiO2 2.18 2.39
글라스 부재 TAF1 1.78 -
실험예 2의 표면층 및 코팅부의 총 두께는 340nm이다. 표면층의 두께는 100nm이며, 코팅부의 총 두께는 240nm 로 제공되었다. 실험예 2의 렌즈의 분광그래프는 도 5와 같다. 도 5를 참조하면, 실험예 2의 렌즈는 450nm 내지 700nm 파장 영역에서는 2% 이하의 광 반사율을 가지는 것으로 확인되었다. 반면, 450nm 이하 파장 영역 및 700nm 이상 파장영역에서는 광 반사율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
즉, 실험예 2의 렌즈는 가시광선 영역에 대해서는 낮은 반사율을 가지면서, 자외선 및 적외선 영역에 대해서는 높은 광 반사율을 가지는 효과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
< 실험예3 >
글라스 부재의 표면에 순차적으로 적층되는 복수의 레이어를 포함하는 코팅부를 코팅하였다. 코팅부는 산화티타늄(TiO2) 재질의 제1레이어 3개층과, 산화규소(SiO2) 재질의 제2레이어 4개층의 반복적층을 통해 형성되었다. 외부에 노출되는 코팅부의 외면에는 표면층이 코팅되었다. 실험예3의 표면층은 실험예2와 비교하여 얇은 두께로 코팅되었다. 글라스 부재의 표면에 코팅되는 코팅부 및 표면층의 두께(thickness) 및 굴절률(refractive index)는 아래 표 2와 같다.
재질 굴절률 두께(nm)
표면층 Al2O3 1.67 52.0
코팅부 7층 SiO2 1.44 27.5
6층 TiO2 2.18 70.0
5층 SiO2 1.44 18.4
4층 TiO2 2.18 35.9
3층 SiO2 1.44 66.3
2층 TiO2 2.18 16.1
1층 SiO2 1.44 54.6
글라스 부재 TAF1 1.78 -
실험예 3의 표면층 및 코팅부의 총 두께는 340nm이다. 표면층의 두께는 52nm이며, 코팅부의 총 두께는 288nm 로 제공되었다. 실험예 3의 렌즈의 분광그래프는 도 6과 같다. 도 6을 참조하면, 실험예 3의 렌즈는 450nm 내지 700nm 파장 영역에서는 2% 내외의 광 반사율을 가지는 것으로 확인되었다. 반면, 450nm 이하 파장 영역 및 700nm 이상 파장영역에서는 광 반사율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
즉, 실험예 2의 렌즈는 가시광선 영역에 대해서는 낮은 반사율을 가지면서, 자외선 및 적외선 영역에 대해서는 높은 광 반사율을 가지는 효과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
< 실험2 >
일 실시 예에 따른 렌즈의 내마모성을 확인하기 위해, 렌즈의 내구성 테스트를 수행하였다. 실험2는, 글라스 부재 표면에 코팅이 되지 않은 상태의 비교예에 따른 렌즈와, 표면에 코팅이 된 실험예1에 따른 렌즈 표면을 각각 1500회 마모시켜 표면 스크래치 정도를 확인함으로써 수행되었다.
비교예 및 실험예1에 사용된 글라스 부재는 동일한 제원을 가지며, TAF1재질로 제조되었다.
비교예에 따른 렌즈의 스크래치 발생 정도는 도 7과 같으며, 실험예1에 따른 렌즈의 스크래치 발생 정도는 도 8과 같이 확인되었다.
실험결과에서 확인되듯이, 실험예1의 렌즈가 비교예의 렌즈에 비해 스크래치 발생정도가 현저히 낮은 것을 확인하였으며, 난반사의 발생 정도가 현저하게 낮은 것을 확인할 수 있었다.
정리하면, 일 실시 예에 따른 렌즈의 경우, 글라스 부재의 표면에 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 표면층이 형성됨으로써, 외부 충격에 대한 내마모성을 현저히 향상시키고 표면의 난반사를 유발하는 크랙 발생정도를 현저하게 낮추는 효과를 가질 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 렌즈는 표면층 및 글라스 부재 사이에 적층되는 코팅부를 통해, 글라스 부재에 대한 표면층의 접착 정도를 향상시키고, 렌즈가 가시광선 영역대의 파장에 대해서는 낮은 광 반사율을 가지고, 가시광선 영역 외의 파장에 대해서는 높은 광 반사율을 가지는 효과를 가질 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
11: 대물 렌즈
110: 글라스 부재
111: 코팅부
112: 표면층

Claims (5)

  1. 설정된 곡률을 가지도록 형성되어, 광을 굴절시키는 글라스 부재;
    상기 글라스 부재의 외면에 적층되고, 다층 레이어를 포함하는 코팅부; 및
    산화알루미늄(Al2O3)을 포함하고, 외면에 노출되도록 상기 코팅부에 적층되는 표면층을 포함하고,
    상기 코팅부는 산화티타늄((TinOm)을 포함하는 제1레이어와, 산화규소(SiO2)를 포함하는 제2레이어가 반복적으로 적층되고,
    상기 코팅부는 240nm 내지 290 nm의 두께를 가지고,
    상기 표면층은 50nm 내지 170nm의 두께를 가지며,
    상기 코팅부 및 표면층의 두께의 합은 340nm 이상인, 대물 렌즈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1레이어는 2 내지 2.4의 광굴절률(refractive index)를 가지고,
    상기 제2레이어는 1.4 내지 1.5의 광굴절률을 가지는, 대물 렌즈.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 대물 렌즈는 450nm 내지 650nm 파장 영역에서, 5% 이하의 광 반사율(reflectance)을 가지는, 대물 렌즈.
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