KR102287664B1 - 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈 - Google Patents

광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈 Download PDF

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KR102287664B1
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/60—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having five components only

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 광학계는 물체(object)측으로부터 상측(image)으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 제4 렌즈 및 제5렌즈를 포함하고, 조건식 1 내지 3을 만족한다.
(조건식 1) 0.8<f1/F<1.3
(조건식 2) 1.0<TTL/F<1.3
(조건식 3) Ø1> Ø3>Ø4
여기서, f1은 제1 렌즈의 유효초점거리이고, F는 광학계의 전체 유효초점거리이며, TTL은 제1 렌즈의 물체측면으로부터 상면까지의 거리이고, Ø1는 제1 렌즈의 굴절능이고, Ø3는 제3 렌즈의 굴절능이며, Ø4는 제4 렌즈의 굴절능이다.

Description

광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈{OPTICAL SYSTEM AND CAMERA MODULE FOR COMPRISING THE SAME}
본 발명은 카메라 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈에 관한 것이다.
휴대 단말 및 이에 내장되는 카메라의 기술이 발달함에 따라, 카메라 모듈의 슬림화, 저소비전력, 고해상도 및 경량화 등에 대한 요구가 커지고 있다.
슬림화 및 경량화를 위하여, 5매의 렌즈를 포함하는 카메라 모듈이 제안되고 있다. 이러한 카메라 모듈은 물체측으로부터 상측으로 양의 굴절능을 가지는 제1 렌즈, 음의 굴절능을 가지는 제2 렌즈, 양의 굴절능을 가지는 제3 렌즈, 양의 굴절능을 가지는 제4 렌즈 및 음의 굴절능을 가지는 제5 렌즈가 순서대로 배치되는 구조를 가질 수 있다.
이러한 카메라 모듈은 설계의 제약으로 인하여 만족할만한 광학 성능을 얻기 어려운 문제가 있다.
따라서, 해상도를 만족시키면서도 소형으로 구현할 수 있는 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 광학계는 물체(object)측으로부터 상측(image)측으로 순서대로 배치되는, 제1렌즈; 제2렌즈; 제3렌즈; 제4렌즈; 및 제5렌즈;를 포함하고, 상기 제4 렌즈는 상측면이 상측으로 볼록하다.
상기 제4 렌즈는 물체측면이 상측으로 볼록할 수 있다.
상기 제4 렌즈는 상측으로 매니스커스 형상일 수 있다.
상기 제3 렌즈의 굴절률은 상기 제4 렌즈의 굴절률보다 작을 수 있다.
상기 제3 렌즈의 굴절률은 상기 제5 렌즈의 굴절률보다 작을 수 있다.
상기 제3 렌즈의 굴절률은 상기 제1 렌즈의 굴절률보다 작을 수 있다.
조건식 3-1을 만족할 수 있다.
(조건식 3-1) V1d ≠ V4d
V1d는 제1 렌즈의 d-line에서의 아베수이고, V4d는 제4 렌즈의 d-line에서의 아베수이다.
상기 제1 렌즈는 양의 굴절력을 가질 수 있다.
상기 제2 렌즈는 음의 굴절력을 가질 수 있다.
상기 제3 렌즈는 양의 굴절력을 가질 수 있다.
상기 제4 렌즈는 양의 굴절력을 가질 수 있다.
상기 제5 렌즈는 음의 굴절려을 가질 수 있다.
조건식 1 내지 3을 만족할 수 있다.
(조건식 1) 0.8<f1/F<1.3
(조건식 2) 1.0<TTL/F<1.3
(조건식 3) Ψ1>Ψ3>Ψ4
여기서, f1은 제1 렌즈의 유효초점거리이고, F는 광학계의 전체 유효초점거리이며, TTL은 제1 렌즈의 물체측면으로부터 상면까지의 거리이고, Ψ1는 제1 렌즈의 굴절능이고, Ψ3는 제3 렌즈의 굴절능이며, Ψ4는 제4 렌즈의 굴절능이다.
조건식 4 내지 5를 더 만족할 수 있다.
(조건식 4) N3d<1.56
(조건식 5) 50<V3d<60
여기서, N3d는 제3 렌즈의 d-line에서의 굴절율이고, V3d는 제3 렌즈의 d-line에서의 아베수이다.
실시예에 따른 카메라 모듈은 촬상 렌즈를 포함하고, 상기 촬상 렌즈는,
물체(object)측으로부터 상측(image)측으로 순서대로 배치되는, 제1렌즈; 제2렌즈; 제3렌즈; 제4렌즈; 및 제5렌즈;를 포함하고, 상기 제4 렌즈는 상측면이 상측으로 볼록하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 색수차 보정이 양호하고, 해상력을 만족시키며, 고화소화에 대응 가능하면서도 소형으로 구현할 수 있는 광학계 및 카메라 모듈을 얻을 수 있다. 이러한 카메라 모듈은 소형화, 슬림화 및 고성능화되고 있는 휴대 단말에도 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계의 단면도이다.
도 3은 발명의 제3 실시예에 따른 광학계의 단면도이다.
도 4, 6 및 8은 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 광학계의 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)을 측정한 그래프이고, 도 5, 7 및 9는 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 광학계의 코마수차(Coma Aberration)을 측정한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 광학계를 포함하는 카메라 모듈의 단면도를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 광학계는 물체(object)측으로부터 상측(image)으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈(L1), 제2 렌즈(L2), 제3 렌즈(L3), 제4 렌즈(L4) 및 제5렌즈(L5)를 포함할 수 있다. 그리고, 제1 렌즈(L1)는 양의 굴절능을 가질 수 있다. 제2 렌즈(L2)는 음의 굴절능을 가질 수 있다. 제3 렌즈(L3)는 양의 굴절능을 가질 수 있다. 제4 렌즈(L4)는 양의 굴절능을 가질 수 있다. 제5 렌즈(L5)는 음의 굴절능을 가질 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 조건식 1 내지 3을 만족할 수 있다.
(조건식 1) 0.8<f1/F<1.3
(조건식 2) 1.0<TTL/F<1.3
(조건식 3) Ø1> Ø3>Ø4
여기서, f1은 제1 렌즈의 유효초점거리이고, F는 광학계의 전체 유효초점거리이며, TTL은 제1 렌즈의 물체측면으로부터 상면까지의 거리이고, Ø1는 제1 렌즈의 굴절능이고, Ø3는 제3 렌즈의 굴절능이며, Ø4는 제4 렌즈의 굴절능이다.
제2 렌즈(L2) 및 제5 렌즈(L3)와 같이 5매의 렌즈 중 3매의 렌즈가 음의 굴절력을 가지면, 발산 작용을 가지는 면이 충분히 확보되어, 화면 주변부까지 양호한 결상 성능을 얻을 수 있다.
조건식 1 내지 3은 촬상 렌즈를 소형화시키고, 구면 수차를 양호한 상태로 유지하기 위한 조건이다.
특히, 전체 유효초점거리에 대한 제1 렌즈(L1)의 유효초점거리의 비가 조건식 1을 만족하면, 광학계를 소형화할 수 있으며, 색수차도 양호하게 유지할 수 있다. f1/F가 0.8 이하이면, 제1 렌즈(L1)의 광 파워로 인하여 색수차 보정이 어려워진다. 특히, 종구면수차 및 코마수차가 크게 발생하여 화질의 저하를 초래할 수 있다. 그리고, f1/F가 1.3 이상이면, 광학계의 전체 길이가 길어지므로, 소형화가 어려워진다.
또한, 전체 유효초점거리에 대한 제1 렌즈(L1)의 물체측면으로부터 상면까지의 거리의 비가 조건식 2를 만족하면, 광학계를 소형화할 수 있으며, 색수차도 양호하게 유지할 수 있다. TTL/F가 1.0이하이면 코마수차 및 비점수차가 크게 증가하여 선명한 화상을 얻기 어려워지고, 화면 중심과 주변의 최적 상면 위치가 크게 벗어나게 되어 화면 전체에서 고해상도를 실현하는 것이 불가능하게 된다. 그리고, TTL/F가 1.3 이상이면 제1 렌즈(L1)의 물체측면으로부터 상면까지의 거리가 길어지게 되어, 광학계를 소형화하기 어려워지게 된다.
그리고, 양의 굴절력을 가지는 3매의 렌즈 중 제1렌즈(L1)의 굴절력이 가장 크고, 제 3렌즈(L3) 및 제4 렌즈(L4)의 굴절력이 그 뒤를 잇는다. 이와 같이, 물체측에 가장 가까운 제1 렌즈(L1)의 굴절력이 가장 크면, 전체 광학계의 합성 주점 위치를 보다 물체측에 배치할 수 있어, 촬상 렌즈의 전체 길이를 줄일 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 조건식 4 내지 5를 더 만족할 수 있다.
(조건식 4) N3d<1.56
(조건식 5) 50<V3d<60
여기서, N3d는 제3 렌즈의 d-line에서의 굴절율이고, V3d는 제3 렌즈의 d-line에서의 아베수이다. 제3 렌즈는 제2 렌즈와 제4 렌즈 사이에 배치되는 상면 보정용 렌즈이며, 다른 렌즈들에 비하여 굴절력이 작게 설계될 수 있다.
이와 같이, 제3 렌즈의 d-line에서의 굴절율(N3d) 및 아베수(V3d)를 조건식 4 및 5와 같이 설정하면, 제3 렌즈의 굴절력을 적절하게 유지시켜, 색수차 및 왜곡을 보정할 수 있고, 상면 보정 효과를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 광학계(100)는 물체(object) 측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3렌즈(130), 제4 렌즈(140), 제5렌즈(150), 필터(160) 및 이미지 센서(170)를 포함한다.
물체(object)의 영상 정보에 해당하는 광은 제1 렌즈 내지 제5 렌즈(110 내지 150) 및 필터(160)를 통과하여 이미지 센서(170)에 입사된다.
필터(160)는 IR(Infrared) 필터일 수 있다. 필터(160)는 카메라 모듈 내에 입사되는 광으로부터 근적외선, 예를 들면 파장이 700nm 내지 1100nm인 빛을 차단할 수 있다. 그리고, 이미지 센서(170)는 와이어(wire)에 의하여 인쇄회로기판과 연결될 수 있다. 이미지 센서(170)는, 예를 들면 CCD(Charge-Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 센서일 수 있다.
제1 렌즈(110)는 양의 굴절능을 가질 수 있다. 그리고, 제1 렌즈(110)는 볼록한 적어도 한 면을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 렌즈(110)는 물체측으로 볼록한 면을 포함할 수 있다. 양면이 볼록할 수 있다
제2 렌즈(120)는 음의 굴절능을 가질 수 있다. 그리고, 제2 렌즈(120)는 오목한 적어도 한 면을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 렌즈(120)는 상측으로 오목한 면을 포함할 수 있다. 양면이 오목할 수 있다
제3 렌즈(130)는 양의 굴절능을 가질 수 있다. 그리고, 제3 렌즈(130)는 상측으로 볼록한 메니스커스 형상일 수 있다.
제4 렌즈(140)는 양의 굴절능을 가질 수 있다. 그리고, 제4 렌즈(140)는 상측으로 볼록한 메니스커스 형상일 수 있다.
제5 렌즈(150)는 음의 굴절능을 가질 수 있다. 그리고, 제5 렌즈(150)는 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상일 수 있다.
이때, 제1 렌즈(110) 내지 제5 렌즈(150)의 적어도 하나의 적어도 한 면은 비구면일 수 있다. 특히, 제1 렌즈(110)의 양면은 비구면일 수 있다. 이에 따라, 화면 주변부에서의 색수차를 양호하게 보정할 수 있다. 또한, 상측에 가장 인접하는 제5 렌즈(150)의 상측면은 비구면이고, 적어도 하나의 변곡점을 가지도록 설계될 수 있다. 이에 따라, 화면 주변부에서의 색수차를 양호하게 보정할 수 있다. 그리고, 이미지 센서(170)에 입사되는 주광선의 최대 사출각을 조절할 수 있어, 화면의 주변부가 어두워지는 현상을 방지할 수 있고, 상측 광속의 텔레센트릭 특성을 확보하기 쉬워진다.
여기서, 변곡점은 유효 반경 내에서의 렌즈 단면 형상의 곡선에 있어서, 비구면 정점의 접 평면이 광축과 수직이 되는 비구면 상의 점을 의미한다.
제1 렌즈(110) 내지 제5 렌즈(150) 중 적어도 하나는 플라스틱 재질일 수 있다. 이에 따라, 경량이며, 제조 원가가 저렴한 광학계를 구현할 수 있다.
한편, 물체측과 제1 렌즈(110) 사이에는 조리개(180)가 더 배치될 수 있다. 조리개(180)는 입사되는 빛을 선택적으로 수렴하여 초점거리를 조절할 수 있다. 조리개(180)가 제1 렌즈(110)보다 물체측에 가까이 위치하면, 전장의 길이를 줄일 수 있어, 소형의 광학계를 구현할 수 있다.
표 1은 도 1의 실시예에 따른 5매의 렌즈의 광학 특성을 나타낸다. 도 1의 실시예에서 전체 유효초점거리인 F는 3.61mm이고, 제1 렌즈의 물체측 면으로부터 상면까지의 거리는 4.60mm이다.
렌즈 No. 렌즈면 No. 곡률반경(R, mm) 두께(mm) 유효초점거리(f, mm) 굴절율(Nd) 아베수(Vd)
제1 렌즈 R1 1.598 0.800 2.91 1.531 55.7
R2 -72.547 0.100
제2 렌즈 R3 -131.918 0.250 -7.00 1.635 24.0
R4 4.615 0.382
제3 렌즈 R5 -2.780 0.560 3.84 1.550 55.0
R6 -1.290 0.100
제4 렌즈 R7 -1.522 0.538 7.61 1.564 43.7
R8 -1.270 0.200
제5 렌즈 R9 3.339 0.469 -2.41 1.564 43.7
R10 0.927 -
여기서, 두께(mm)는 각 렌즈면에서 다음 렌즈면까지의 거리를 나타낸다.표 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계에서, 제1 렌즈는 양의 굴절능을 가지고, 제2 렌즈는 음의 굴절능을 가지며, 제3 렌즈는 양의 굴절능을 가지고, 제4 렌즈는 양의 굴절능을 가지며, 제5 렌즈는 음의 굴절능을 가짐을 알 수 있다.
그리고, f1/F는 2.91/3.61이고, TTL/F는 4.60/3.61이며, 제1 렌즈의 굴절능인 Ø1는 1/2.91이고, 제3렌즈의 굴절능인 Ø3는 1/3.84이며, 제4 렌즈의 굴절능인 Ø4는 1/7.61임을 알 수 있다. 그리고, 제3 렌즈의 d-line에서의 굴절율 N3d는 1.550이고, 제3 렌즈의 d-line에서의 아베수 V3d는 55.0임을 알 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계의 단면도이다. 도 1의 제1 실시예와 중복된 내용은 설명을 생략한다.
도 2를 참조하면, 광학계(200)는 물체(object) 측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈(210), 제2 렌즈(220), 제3렌즈(230), 제4 렌즈(240), 제5렌즈(250), 필터(260) 및 이미지 센서(270)를 포함한다.
제1 렌즈(210)는 양의 굴절능을 가질 수 있다. 그리고, 제1 렌즈(210)는 볼록한 적어도 한 면을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 렌즈(210)는 물체측으로 볼록한 면을 포함할 수 있다.양면이 볼록할 수 있다
제2 렌즈(220)는 음의 굴절능을 가질 수 있다. 그리고, 제2 렌즈(220)는 오목한 적어도 한 면을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 렌즈(220)는 상측으로 오목한 면을 포함할 수 있다. 양면이 오목할 수 있다
제3 렌즈(230)는 양의 굴절능을 가질 수 있다. 그리고, 제3 렌즈(230)는 상측으로 볼록한 메니스커스 형상일 수 있다.
제4 렌즈(240)는 양의 굴절능을 가질 수 있다. 그리고, 제4 렌즈(240)는 상측으로 볼록한 메니스커스 형상일 수 있다.
제5 렌즈(250)는 음의 굴절능을 가질 수 있다. 그리고, 제5 렌즈(250)는 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상일 수 있다.
이때, 제1 렌즈(210) 내지 제5 렌즈(250)의 적어도 하나의 적어도 한 면은 비구면일 수 있다. 특히, 제1 렌즈(210)의 양면은 비구면일 수 있다. 또한, 상측에 가장 인접하는 제5 렌즈(250)의 상측면은 비구면이고, 적어도 하나의 변곡점을 가지도록 설계될 수 있다. 이에 따라, 화면 주변부에서의 색수차를 양호하게 보정할 수 있다. 그리고, 이미지 센서(270)에 입사되는 주광선의 최대 사출각을 조절할 수 있어, 화면의 주변부가 어두워지는 현상을 방지할 수 있고, 상측 광속의 텔레센트릭 특성을 확보하기 쉬워진다.
한편, 물체측과 제1 렌즈(210) 사이에는 조리개(280)가 더 배치될 수 있다. 조리개(280)는 입사되는 빛을 선택적으로 수렴하여 초점거리를 조절할 수 있다. 조리개(280)가 제1 렌즈(210)보다 물체측에 가까이 위치하면, 전장의 길이를 줄일 수 있어, 소형의 광학계를 구현할 수 있다.
표 2는 도 2의 실시예에 따른 5매의 렌즈의 광학 특성을 나타낸다. 도 2의 실시예에서 전체 유효초점거리인 F는 3.62mm이고, 제1 렌즈의 물체측 면으로부터 상면까지의 거리는 4.60mm이다.
렌즈 No. 렌즈면 No. 곡률반경(R, mm) 두께(mm) 유효초점거리(f, mm) 굴절율(Nd) 아베수(Vd)
제1 렌즈 R1 1.592 0.800 2.97 1.531 55.7
R2 -667.016 0.100
제2 렌즈 R3 109.957 0.250 -7.05 1.635 24.0
R4 4.341 0.380
제3 렌즈 R5 -2.812 0.558 3.92 1.550 55.0
R6 -1.311 0.100
제4 렌즈 R7 -1.532 0.533 7.13 1.564 43.7
R8 -1.251 0.220
제5 렌즈 R9 3.490 0.456 -2.42 1.564 43.7
R10 0.938 -
여기서, 두께(mm)는 각 렌즈면에서 다음 렌즈면까지의 거리를 나타낸다.표 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계에서, 제1 렌즈는 양의 굴절능을 가지고, 제2 렌즈는 음의 굴절능을 가지며, 제3 렌즈는 양의 굴절능을 가지고, 제4 렌즈는 양의 굴절능을 가지며, 제5 렌즈는 음의 굴절능을 가짐을 알 수 있다.
그리고, f1/F는 2.97/3.62이고, TTL/F는 4.60/3.62이며, 제1 렌즈의 굴절능인 Ø1는 1/2.97이고, 제3렌즈의 굴절능인 Ø3는 1/3.92이며, 제4 렌즈의 굴절능인 Ø4는 1/7.13임을 알 수 있다. 그리고, 제3 렌즈의 d-line에서의 굴절율 N3d는 1.550이고, 제3 렌즈의 d-line에서의 아베수 V3d는 55.0임을 알 수 있다.
도 3은 발명의 제3 실시예에 따른 광학계의 단면도이다. 도 1의 제1 실시예와 중복된 내용은 설명을 생략한다.
도 3을 참조하면, 광학계(300)는 물체(object) 측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈(310), 제2 렌즈(320), 제3렌즈(330), 제4 렌즈(340), 제5렌즈(350), 필터(360) 및 이미지 센서(370)를 포함한다.
제1 렌즈(310)는 양의 굴절능을 가질 수 있다. 그리고, 제1 렌즈(310)는 볼록한 적어도 한 면을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 렌즈(310)는 물체측으로 볼록한 면을 포함할 수 있다. 양면이 볼록할 수 있다
제2 렌즈(320)는 음의 굴절능을 가질 수 있다. 그리고, 제2 렌즈(320)는 오목한 적어도 한 면을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 렌즈(320)는 상측으로 오목한 면을 포함할 수 있다. 양면이 오목할 수 있다
제3 렌즈(330)는 양의 굴절능을 가질 수 있다. 그리고, 제3 렌즈(330)는 상측으로 볼록한 메니스커스 형상일 수 있다.
제4 렌즈(340)는 양의 굴절능을 가질 수 있다. 그리고, 제4 렌즈(340)는 상측으로 볼록한 메니스커스 형상일 수 있다.
제5 렌즈(350)는 음의 굴절능을 가질 수 있다. 그리고, 제5 렌즈(350)는 물체측으로 볼록한 메니스커스 형상일 수 있다.
이때, 제1 렌즈(310) 내지 제5 렌즈(350)의 적어도 하나의 적어도 한 면은 비구면일 수 있다. 특히, 제1 렌즈(310)의 양면은 비구면일 수 있다. 이에 따라, 화면 주변부에서의 색수차를 양호하게 보정할 수 있다. 또한, 상측에 가장 인접하는 제5 렌즈(350)의 상측면은 비구면이고, 적어도 하나의 변곡점을 가지도록 설계될 수 있다. 이에 따라, 화면 주변부에서의 색수차를 양호하게 보정할 수 있다. 그리고, 이미지 센서(370)에 입사되는 주광선의 최대 사출각을 조절할 수 있어, 화면의 주변부가 어두워지는 현상을 방지할 수 있고, 상측 광속의 텔레센트릭 특성을 확보하기 쉬워진다.
여기서, 변곡점은 유효 반경 내에서의 렌즈 단면 형상의 곡선에 있어서, 비구면 정점의 접 평면이 광축과 수직이 되는 비구면 상의 점을 의미한다.
한편, 물체측과 제1 렌즈(310) 사이에는 조리개(380)가 더 배치될 수 있다. 조리개(380)는 입사되는 빛을 선택적으로 수렴하여 초점거리를 조절할 수 있다. 조리개(380)가 제1 렌즈(310)보다 물체측에 가까이 위치하면, 전장의 길이를 줄일 수 있어, 소형의 광학계를 구현할 수 있다.
표 3은 도 3의 실시예에 따른 5매의 렌즈의 광학 특성을 나타낸다. 도 3의 실시예에서 전체 유효초점거리인 F는 3.81mm이고, 제1 렌즈의 물체측 면으로부터 상면까지의 거리는 4.65mm이다.
렌즈 No. 렌즈면 No. 곡률반경(R, mm) 두께(mm) 유효초점거리(f, mm) 굴절율(Nd) 아베수(Vd)
제1 렌즈 R1 1.581 0.787 3.09 1.531 55.7
R2 30.596 0.100
제2 렌즈 R3 26.721 0.250 -7.95 1.635 24.0
R4 4.266 0.487
제3 렌즈 R5 -2.988 0.520 3.97 1.550 55.0
R6 -1.345 0.100
제4 렌즈 R7 -1.633 0.503 8.63 1.564 43.7
R8 -1.361 0.100
제5 렌즈 R9 3.608 0.531 -2.44 1.564 43.7
R10 0.947 -
여기서, 두께(mm)는 각 렌즈면에서 다음 렌즈면까지의 거리를 나타낸다.표 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계에서, 제1 렌즈는 양의 굴절능을 가지고, 제2 렌즈는 음의 굴절능을 가지며, 제3 렌즈는 양의 굴절능을 가지고, 제4 렌즈는 양의 굴절능을 가지며, 제5 렌즈는 음의 굴절능을 가짐을 알 수 있다.
그리고, f1/F는 3.09/3.81이고, TTL/F는 4.65/3.81이며, 제1 렌즈의 굴절능인 Ø1는 1/3.09이고, 제3렌즈의 굴절능인 Ø3는 1/3.97이며, 제4 렌즈의 굴절능인 Ø4는 1/8.63임을 알 수 있다. 그리고, 제3 렌즈의 d-line에서의 굴절율 N3d는 1.550이고, 제3 렌즈의 d-line에서의 아베수 V3d는 55.0임을 알 수 있다.
이와 같이, 제1 실시예 내지 제3 실시예에 따른 광학계는 조건식 1 내지 3을 만족시킴을 알 수 있다. 그리고, 조건식 4 내지 5를 더 만족시킴을 알 수 있다.
(조건식 1) 0.8<f1/F<1.3
(조건식 2) 1.0<TTL/F<1.3
(조건식 3) Ø1> Ø3>Ø4
여기서, f1은 제1 렌즈의 유효초점거리이고, F는 광학계의 전체 유효초점거리이며, TTL은 제1 렌즈의 물체측면으로부터 상면까지의 거리이고, Ø1는 제1 렌즈의 굴절능이고, Ø3는 제3 렌즈의 굴절능이며, Ø4는 제4 렌즈의 굴절능이다.
(조건식 4) N3d<1.56
(조건식 5) 50<V3d<60
여기서, N3d는 제3 렌즈의 d-line에서의 굴절율이고, V3d는 제3 렌즈의 d-line에서의 아베수이다.
각 렌즈의 굴절능은 유효초점거리의 역수로 나타낼 수 있다.
제1 실시예 내지 제3 실시예에 따른 광학계가 조건식 1 내지 조건식 3을 만족시키도록 설계되면, 색수차 보정이 양호하면서도 소형의 광학계를 구현할 수 있다. 그리고, 제1 실시예 내지 제3 실시예에 따른 광학계가 조건식 4 내지 조건식 5를 더 만족시키도록 설계되면, 제3 렌즈로 인한 상면 보정 효과를 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계의 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)을 측정한 그래프이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계의 코마수차(Coma Aberration)을 측정한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계의 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)을 측정한 그래프이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계의 코마수차(Coma Aberration)을 측정한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계의 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)을 측정한 그래프이고, 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계의 코마수차(Coma Aberration)을 측정한 그래프이다.
구면수차는 각 파장에 따른 구면수차를 나타내고, 비점수차는 상면의 높이에 따른 탄젠셜면(tangential plane)과 새지털면(sagital plane)의 수차특성을 나타내며, 왜곡수차는 상면의 높이에 따른 왜곡도를 나타낸다. 그리고, 코마수차는 상면의 높이에 따라 각 파장에서의 탄젠셜 수차특성과 새지털 수차특성을 나타낸다.
도 4 내지 9를 참조하면, 거의 모든 필드에서 상들의 값이 축에 인접하게 나타나므로, 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 수차 특성이 우수함을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 카메라 모듈에 적용될 수 있다. 도10은 본 발명의 한 실시예에 따른 광학계를 포함하는 카메라 모듈의 단면도를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 카메라 모듈은(600)은 렌즈 어셈블리(610), 필터(620), 이미지 센서(630), 인쇄회로기판(640) 및 렌즈 홀더(650)를 포함한다.
인쇄회로기판(640) 상에 이미지 센서(630)가 장착되며, 이미지 센서(630) 상에 필터(620)가 형성되며, 필터(620) 상에 렌즈 어셈블리(610)가 형성될 수 있다.
이미지 센서(630)는 와이어(wire)에 의하여 인쇄회로기판(640)과 연결될 수 있다. 이미지 센서(630)는, 예를 들면 CCD(Charge-Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 센서일 수 있다.
필터(620)는 IR(Infrared) 필터일 수 있다. 필터(620)는 카메라 모듈(600) 내에 입사되는 광으로부터 근적외선, 예를 들면 파장이 700nm 내지 1100nm인 빛을 차단할 수 있다.
필터(620) 및 렌즈 어셈블리(610)는 렌즈 홀더(650) 내에 내장되며, 지지될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 스마트폰, 태블릿 PC, 랩탑(laptop) 컴퓨터, PDA 등의 휴대 단말에 내장될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 광학계
110~150: 렌즈
160: 필터
170: 이미지 센서
180: 조리개

Claims (15)

  1. 물체(object)측으로부터 상측(image)측으로 순서대로 배치되는,
    제1렌즈;
    제2렌즈;
    제3렌즈;
    제4렌즈; 및
    제5렌즈;를 포함하고,
    상기 제4 렌즈는 상측면이 상측으로 볼록하고,
    제2 렌즈는 상측면이 상측으로 오목하고 물체측면이 물체측으로 오목하고,
    조건식 1 내지 5를 더 만족하는 광학계.
    (조건식 1) 0.8<f1/F<1.3
    (조건식 2) 1.0<TTL/F<1.3
    (조건식 3) Ψ1>Ψ3>Ψ4
    (조건식 4) N3d<1.56
    (조건식 5) 50<V3d<60
    여기서, f1은 제1 렌즈의 유효초점거리이고, F는 광학계의 전체 유효초점거리이며, TTL은 제1 렌즈의 물체측면으로부터 상면까지의 거리이고, Ψ1는 제1 렌즈의 굴절능이고, Ψ3는 제3 렌즈의 굴절능이며, Ψ4는 제4 렌즈의 굴절능이고, N3d는 제3 렌즈의 d-line에서의 굴절율이고, V3d는 제3 렌즈의 d-line에서의 아베수이다.

  2. 제1항에 있어서,
    상기 제4 렌즈는 물체측면이 상측으로 볼록한 광학계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제4 렌즈는 상측으로 매니스커스 형상인 광학계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 렌즈의 굴절률은 상기 제4 렌즈의 굴절률보다 작은 광학계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3 렌즈의 굴절률은 상기 제5 렌즈의 굴절률보다 작은 광학계.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제3 렌즈의 굴절률은 상기 제1 렌즈의 굴절률보다 작은 광학계.
  7. 제1항에 있어서,
    조건식 3-1을 만족하는 광학계.
    (조건식 3-1) V1d ≠ V4d
    V1d는 제1 렌즈의 d-line에서의 아베수이고, V4d는 제4 렌즈의 d-line에서의 아베수이다.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 양의 굴절력을 갖는 광학계.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 렌즈는 음의 굴절력을 갖는 광학계.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 렌즈는 양의 굴절력을 갖는 광학계.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제4 렌즈는 양의 굴절력을 갖는 광학계.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제5 렌즈는 음의 굴절려을 갖는 광학계.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 촬상 렌즈를 포함하고,
    상기 촬상 렌즈는,
    물체(object)측으로부터 상측(image)측으로 순서대로 배치되는,
    제1렌즈;
    제2렌즈;
    제3렌즈;
    제4렌즈; 및
    제5렌즈;를 포함하고,
    상기 제4 렌즈는 상측면이 상측으로 볼록하고,
    제2 렌즈는 상측면이 상측으로 오목하고 물체측면이 물체측으로 오목하고, 조건식 1 내지 5를 더 만족하는 카메라 모듈.
    (조건식 1) 0.8<f1/F<1.3
    (조건식 2) 1.0<TTL/F<1.3
    (조건식 3) Ψ1>Ψ3>Ψ4
    (조건식 4) N3d<1.56
    (조건식 5) 50<V3d<60
    여기서, f1은 제1 렌즈의 유효초점거리이고, F는 광학계의 전체 유효초점거리이며, TTL은 제1 렌즈의 물체측면으로부터 상면까지의 거리이고, Ψ1는 제1 렌즈의 굴절능이고, Ψ3는 제3 렌즈의 굴절능이며, Ψ4는 제4 렌즈의 굴절능이고, N3d는 제3 렌즈의 d-line에서의 굴절율이고, V3d는 제3 렌즈의 d-line에서의 아베수이다.
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