KR20130115146A - 적외선 필터를 구비한 카메라 대물 렌즈 및 카메라 대물 렌즈를 구비한 카메라 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 더 콤팩트한 적외선 필터를 포함하는 카메라 모듈을 설계하고자 하는 목적에 주안점을 두고 있다. 이러한 목적으로 카메라 모듈(3)용 렌즈 시스템(1)으로서,
- 상기 렌즈 시스템은 색지움 렌즈 시스템이고, 2개의 렌즈를 포함하며.
- 제1 렌즈(5)가 양의 초점 길이를 갖고,
- 제2 렌즈(7)가 음의 초점 길이를 가지며,
- 상기 제1 렌즈(5)는, 적외선을 흡수하고 적외선 필터로서 기능하는 구리 이온 함유 유리로 형성되고,
- 음의 초점 길이를 갖는 상기 제2 렌즈(7)는 양의 초점 길이를 갖는 제1 렌즈(5)의 아베수보다 작은 아베수를 가지며,
- 제1 렌즈(5)의 아베수와 제2 렌즈(7)의 아베수의 차가 15 이상인 것인 카메라 모듈용 렌즈 시스템이 제공된다.

Description

적외선 필터를 구비한 카메라 대물 렌즈 및 카메라 대물 렌즈를 구비한 카메라 모듈{CAMERA OBJECTIVE LENS WITH INFRARED FILTER AND CAMERA MODULE WITH CAMERA OBJECTIVE LENS}

본 발명은 일반적으로 카메라용 대물 렌즈에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 카메라 센서 전방에서 광의 적외선 성분을 필터링하는, 카메라 모듈용 적외선 필터에 관한 것이다.

알려져 있는 바와 같이, 카메라 센서는 통상적으로 센서의 픽셀이 적외선 스펙트럼 영역에 민감하다는 특성을 갖는다. 또한, 그 광학 부품이 표준 유리 또는 플라스틱 재료로 형성되는 카메라 모듈의 광학계는 일반적으로 소정량의 적외선 투과율을 나타낸다. 그러나, 센서에 도달하는 적외선은 바람직하지 않은 색상 및 휘도 왜곡을 초래한다.

이러한 이유로, 카메라 모듈에는 통상적으로 적외선 필터가 장착된다. 대부분의 통상적인 적외선 필터는 간섭 필터이다. 그러한 필터의 경우, 다층 유전층 시스템이 기판, 통상적으로는 유리 기판 상에 퇴적된다. 다층 유전층 시스템은 적외선은 반사하지만 가시광은 투과시키도록 구성된다. 그러한 필터는 비교적 저렴하게 제조되지만, 수개의 결점을 갖는다. 간섭 필터는 종종 투과율 곡선(transmission curve)을 어느 정도 조절한다. 이러한 조절은 콤 필터(comb filer)의 효과와 유사한 효과를 갖고 개별 색상에 영향을 줄 수 있다.

또한, 간섭층은 필터 유리로 형성된 적외선 필터보다 훨씬 큰 필터 곡선(투과 스펙트럼)의 각도 의존성을 나타낸다.

추가로, 적외선은 간섭층에 의해 다시 광학계로 반사된다. 간섭 필터는 일반적으로 적어도 적외선 영역 근처에서 나머지 투과율을 여전히 나타내기 때문에, 다수 회의 반사로 인해 광학계에서 고스트 이미지(ghost image)가 발생할 수 있다.

이에 대한 대안이 필터 유리 형태의 적외선 필터에 의해 제공된다. 필터 유리는 그 특징에 의해 상기한 콤 필터 효과와 다수 회 반사된 적외선으로 인한 고스트 이미지 모두를 나타내지 않는데, 그 이유는 적외선이 필터 유리를 통과할 때 흡수되기 때문이다. 통상적으로, 그러한 필터는 간섭 필터와 유사하게 얇은 유리 시트 형태로 센서 상에 놓인다. 또한, 미국 특허 제7,618,909B2호 및 미국 특허 제2007/0051930A1호로부터 블랭크 몰딩(blank molding)에 의해 필터 유리로 렌즈를 제조하는 것이 알려져 있다.

그 구조 설계와는 무관하게, 적외선 필터는 공간을 점유한다. 그러나, 예컨대 휴대 전화에서 사용되는 것과 같은, 특히 소형 카메라 모듈에서는 카메라 모듈에 이용 가능한 공간이 매우 제한된다. 이러한 문제는 대물 렌즈에 요구되는 현재의 짧은 초점 거리의 경우에 훨씬 악화된다. 또한, 심지어는 그러한 카메라 모듈의 소형의 저가 광학계에 대해서도 양호한 화상 품질이 요망된다.

따라서, 그러한 카메라 모듈의 광학 특성을 개선하면서 적외선 필터를 희생하는 일 없이 카메라 모듈의 광학계를 훨씬 더 콤팩트하게 설계 가능한 것이 바람직할 것이다.

이러한 목적은 독립 청구항의 보호 대상에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예 및 수정은 각각의 종속 청구항에 설명되어 있다.

따라서, 본 발명은 카메라 모듈용 렌즈 시스템 또는 카메라 모듈용 대물 렌즈를 제공하며, 렌즈 시스템은 색지움 렌즈 시스템(achromatic lens system)이고 2개의 렌즈를 포함한다.

2개의 렌즈 중 하나의 렌즈는 양의 초점 길이를 갖고, 이에 따라 수렴 렌즈 또는 포지티브 렌즈이다. 이 렌즈는 아래에서는 제1 렌즈로 칭한다. 다른 렌즈는 음의 초점 길이를 갖고, 이에 따라 네거티브 렌즈 또는 발산 렌즈이다. 이 렌즈는 아래에서는 제2 렌즈로 칭한다. 본 명세서에서 "제1 렌즈" 및 "제2 렌즈"라는 용어는 렌즈 시스템 내에서의 순서를 일컫는 것이 아니라, 2개의 렌즈를 구별하고, 이들 렌즈를, 수렴 렌즈 및/또는 발산 렌즈일 수 있는 선택적으로 마련되는 다른 렌즈와 구별하기 위해 사용된다.

제1 렌즈는 적외선을 흡수하고, 이에 따라 적외선 필터를 형성하거나 또는 적외선 필터로서 기능하는 구리 이온 함유 유리로 형성된다. 음의 초점 거리를 갖는 제2 렌즈는 양의 초점 거리를 갖는 제1 렌즈보다 작은 아베수(Abbe number)를 갖고, 제1 렌즈의 아베수와 제2 렌즈의 아베수의 차는 15 이상이다. 복 렌즈(lens doublet)가 포커싱 효과를 갖는 것이며, 제2 렌즈의 초점 거리의 절대값은 제1 렌즈의 초점 거리보다 작다. 본 발명의 이러한 실시예는 특히 짧은 초점 거리를 실현할 수 있기 때문에 선호된다.

이러한 방식으로, 센서 전방의 별개의 시트 형태, 흡수 시트 형태 또는 유전 간섭층 시스템 형태의 다른 통상의 적외선 필터는 이제 생략될 수 있다. 또한, 이와 동시에 필터 유리를 사용하여 색지움 렌즈가 형성된다. 따라서, 본 발명은 광학 부품의 개수를 줄이도록 한다. 또한, 다른 경우에 적외선 필터에 의해 점유된 공간이 이제는 다른 용도로 활용될 수 있다. 예컨대, 전체 대물 렌즈는 단축될 수 있고, 이에 따라 대응하는 카메라 모듈은 전체적으로 소형화될 수 있다. 또한, 별개의 적외선 필터 시트가 제거될 때, 제조비가 줄어든다.

본 명세서에서 적외선 필터는 일반적으로, 센서 전방의 빔 경로에 배치되는 광학 요소로 이해되기 때문에, 센서에 의해 검출되는 광빔은 이 광학 요소를 통과하고, 이때 광학 요소의 투과율은 필터 유리의 두께가 0.3 mm인 경우에 500 나노미터의 파장에서보다 350 나노미터의 파장에서 적어도 -8배만큼 저하된다.

제1 렌즈와 제2 렌즈는 함께 색지움 렌즈 시스템을 형성한다. 이러한 맥락에서, 적어도 가시광 스펙트럼 영역에 인접한 적외선 영역 근처에서 상당한 흡수성을 갖는 구리 이온 함유 유리가 양호한 색채 보정에 충분한 2개의 렌즈의 아베수의 차를 얻을 수 있는 낮은 분산도를 나타낼 수 있다는 점은 놀라운 것이다.

특히, 그러한 제1 렌즈의 구리 이온 함유 및 적외선 흡수 유리는 심지어는 55 이상, 바람직하게는 60 이상의 아베수를 가질 수 있다.

높은 아베수는 특히 제1 렌즈를 위해 구리 이온 함유 인산염 또는 플루오로인산염을 사용하는 것에 의해 달성될 수 있다.

아배수는 무차원 파라메터로서 특정된다.

상기 식에서, n_d는 약 587 nm의 광 파장에서의 굴절률을 나타내고, n_F는 약 486 nm의 광 파장에서의 굴절율을 나타내며, n_c는 약 656 nm의 광 파장에서의 굴절율을 나타낸다.

그러나, 종종 청색 유리라고도 하는 적외선 필터 유리는 스트리크(streak) - 당업계에서는 슐리렌(schlieren)으로도 알려져 있음 - 를 어느 정도 포함할 수 있다. 슐리렌은 DIN/ISO 10110-4에 규정되어 있다. 이들은 적외선 필터가 센서에 근접 배치될 때에 광학 효과가 덜하다. 그러나, 본 발명에 따라 제안된 바와 같이 필터 유리가 렌즈로서 사용되면, 이것은 통상적으로 필터 유리의 센서까지의 보다 긴 거리를 초래한다. 증가된 거리로 인해, 슐리렌에 의해 야기되는, 필터 유리의 굴절률에 있어서의 국부적인 변화는 더 강한 광 편향 효과를 갖는다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 슐리렌이 적은 유리가 제1 렌즈를 위해 사용되고, 이에 따라 슐리렌에 의해 야기되는 파면 오차는 30 나노미터 이하, 바람직하게는 15 나노미터 이하이다. 파면 오차는 DIN/ISO 10110-14에 따라 규정된다. 파면 오차 또는 파면 왜곡은 DIN/ISO 14999-4에 따라 측정될 수 있다. 파면 오차는 바람직하게는 546.07 nm의 파장을 갖는 광을 사용하여 측정된다.

적외선 필터 유리 형태의 슐리렌이 적은 유리를 제조하기 위해서는, 역시 인산염 유리, 특히 플루오로인산염 유리가 적합하다. 플루오로인산염 유리가 인산염 유리보다 본 발명에 훨씬 더 적합한데, 그 이유는 플로오로인산염 유리가 더 높은 내부식성을 나타내는 것으로 확인되었기 때문이다. 이것은, 필터 유리가 센서에 적용되지 않고 다른 광학 부품에 의해 환경 영향으로부터 보호되는 경우와 관련된다. 필터 유리가 렌즈 형태로 사용되는 경우, 필터 유리는 부식 영향에 더 노출된다. 이것은 특히, 제1 렌즈가 최전방 렌즈, 즉 광 입구측에 있는 렌즈일 때의 경우이다.

본 명세서에서 인산염 유리는, P₂O₅가 유리 형성자로서 기능하고, 유리에서 주요 성분으로 존재하는 광학 유리를 일컫는다. 인산염 유리에 있는 인산염의 일부를 불소로 대체할 때, 플루오로인산염 유리가 얻어진다. 플루오로인산염 유리의 합성에 있어서, NaO₂와 같은 산화물 화합물 대신에 NaF와 같은 대응하는 불소가 유리 뱃치(batch)에 첨가된다.

인산염 유리 또는 플루오로인산염 유리는 높은 아베수 면에서 그리고 슐리렌이 적은 광학 부품 관점에서 제1 렌즈에 매우 적합하다.

제2 렌즈에 대해서는, 플린트 유리(flint glass)가 유용하다. 플린트 유리는 50 미만의 아베수를 갖는 유리를 일컫는다. 그러나 본 발명을 따른 색지움 렌즈 시스템을 얻기 위해서, 적외선 흡수 유리로 이루어진 제1 렌즈와 결합되는 충분히 높은 분산도를 갖는 플라스틱 재료도 마찬가지로 고려될 수 있다. 바람직하게는, 제2 렌즈의 플린트 유리는 제1 렌즈의 구리 이온 함유 유리보다 높은 굴절율을 갖는다.

또한, 제1 렌즈를 광 입구측에 배치하는 것이 유리하다. 한편으로는 이것은 슐리렌의 광 편향 효과를 증가시키지만, 광 출구측에 배치된 센서까지의 거리가 증가하기 때문에, 다른 한편으로는 초점 길이가 단축된다. 특히, 제1 렌즈는 광선이 본 발명에 따른 렌즈 시스템을 포함하는 카메라 모듈의 센서로 가는 도중에 통과하는, 렌즈 시스템의 입구 렌즈, 즉 제1 렌즈로서의 역할을 하는 것이 유리할 수 있다.

가장 간단한 경우에, 렌즈 시스템은 단지 제1 렌즈와 제2 렌즈만을 포함한다. 그러나, 유리한 영상 특성을 위해서는 및/또는 초점 거리를 단축하기 위해서는 하나 이상의 다른 렌즈를 마련하는 것이 유리하다.

본 발명은 또한 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 렌즈 시스템 - 반도체 어레이 센서의 전방에, 즉 반도체 어레이 센서 상류에 배치됨 - 과 반도체 어레이 센서를 포함하는 카메라 모듈에 관한 것이다.

또한 전술한 바와 같이, 제1 렌즈는 제2 렌즈에 관하여 광 입구측에 배치되는 것이 유리하다. 렌즈 시스템에 추가의 렌즈가 마련되는 경우, 렌즈 시스템의 색지움 특성을 위해, 그리고 이에 따라 렌즈 시스템을 포함하는 카메라 모듈의 광학적 해상도를 위해, 제1 렌즈와 제2 렌즈를 앞뒤로 직접 배치하는 것이 유리하다. 환언하자면, 렌즈 시스템과, 이 렌즈 시스템을 포함하는 카메라 모듈의 일실시예에 따르면, 제1 렌즈와 제2 렌즈에 추가하여 하나 이상 바람직하게는 2개의 추가의 렌즈가 마련되며, 제1 렌즈와 제2 렌즈는 광 경로를 따라 서로 직접 뒤따르도록 배치된다.

이제 예시적인 실시예에 의해, 그리고 첨부 도면을 참고로 하여 본 발명을 보다 상세히 설명하겠다. 도면에서, 동일한 도면 부호는 동일하거나 대응하는 요소를 지칭한다.

본 발명에 따르면, 카메라 모듈의 광학 특성을 개선하면서 적외선 필터를 희생하는 일 없이 훨씬 더 콤팩트한 카메라 모듈의 광학계가 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 렌즈 시스템을 포함하는 카메라 모듈과, 렌즈 시스템에 의해 상이한 각도로부터 카메라 모듈의 센서로 포커싱된 2개의 광빔을 예시하는 도면이다.
도 2 내지 도 4는 도 1과 유사한 형태로 도시한 바와 같은 렌즈 시스템의 슐리렌이 없는 이상적인 광학 부품에 있어서의 광빔의 초점을 보여주는 도면이다.
도 5는 파형을 지닌 렌즈 표면의 모델을 보여주는 도면이다.
도 6 내지 도 8은 도 2 내지 도 4에 대응하여 도 5에 따라 변형된 렌즈를 포함하는 렌즈 시스템의 광빔의 초점을 보여주는 도면이다.
도 9는 청색 유리 필터 시트를 위한 반사 방지 코팅이 없는 전체 광학 카메라 모듈 및 동일한 청색 유리(동일한 구리 이온 농도)를 사용할 때의 청색 유리의 투과율 특징을 보여주는 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같은 카메라 모듈(3)은 렌즈 시스템(1) 및 반도체 어레이 센서(10)를 포함한다. 렌즈 시스템(1)은 반도체 어레이 센서(10) 전방에 배치되고, 입사광을 반도체 어레이 센서(10)로 포커싱한다. 명확성을 목적으로, 3개의 광선 빔(15, 16, 17)이 예시된다. 이들 광선 빔(15, 16, 17)은 상이한 각도로 입사하는 평행 광선으로 이루어진 빔이다. 따라서, 예시된 빔 경로는 매우 멀리 있는 대상의 이미징에 대응한다. 여기에서 광선 빔(15)은 근축 광선속(paraxial light rays)이다.

다른 광선 빔(16, 17)은 대조적으로 광축(20)에 대해 소정 각도로 입사한다. 광축에 대한 광선 빔(17)의 각도는 반도체 어레이 센서(10)의 에지에 입사하는 광의 각도에 대응한다. 또한, 도 1의 실례에서 광선 빔(16)의 각도는 광이 반도체 어레이 센서(10)의 중심과 에지 사이의 구역으로 포커싱되도록 선택된다. 이들 3개의 광선 빔(15, 16, 17)으로, 카메라 모듈(3)의 해상도에 대한 슐리렌의 영향을 아래에서 설명하겠다.

렌즈 시스템(1)은 양의 초점 길이를 지닌 제1 렌즈(5)를 포함한다. 이 실시예에서, 제1 렌즈는 양면이 볼록한 렌즈로서 구성된다. 제1 렌즈(5)는 광 입구측에 배치되고, 광이 반도체 어레이 센서로 가는 도중에 통과하는 제1 렌즈이다. 환언하자면, 제1 렌즈(5)는 렌즈 시스템(1)의 입구 렌즈를 형성한다.

바로 뒤에 제2 렌즈(7)가 배치되는데, 제2 렌즈는 음의 초점 길이를 갖는다. 도 1에 도시한 예시적인 실시예에서, 제2 렌즈(7)는 양면이 오목한 렌즈로서 구성된다. 2개의 렌즈(5, 7)는 함께 렌즈 시스템(1)의 부품인 색지움 렌즈를 형성한다. 이러한 목적으로, 2개의 렌즈(5, 7)가 빔 경로에 순차적으로, 즉 빔 경로를 따라 서로 인접하게 배열되면 유리하다. 2개의 렌즈(5, 7)는 도시된 예시적인 실시예에서와 같이 그 사이에 공기 간극 없이 서로 바로 접하게 놓일 수 있다. 반사 손실을 줄이고, 렌즈들의 상호 인터페이스에서의 렌즈(5, 7)들의 반사 방지 코팅을 생략하도록 하기 위해서는 이것이 유리하다. 그러나, 2개의 인접한 렌즈(5, 7) 사이의 공기 간극을 제공하는 것도 또한 가능하다. 이것은 더 높은 수준의 색채 오차를 보정하는 가능성을 확대하지만, 다른 한편으로는 반사 손실을 증가시키고 조정 및 조립 복잡성을 증가시킨다.

또한, 제1 렌즈(5) 및 제2 렌즈(7)로 이루어진 렌즈 쌍은 함께 포커싱 효과를 갖도록 되어 있다. 따라서, 렌즈(5, 7)의 굴절면의 형상은 각각의 굴절율을 고려하면서 제2 렌즈(7)의 음의 초점 길이의 절대값이 제1 렌즈(5)의 양의 초점 길이보다 작도록 선택된다.

2개의 다른 렌즈(8, 9)가 초점 길이를 단축시키는 역할을 하며, 구면 오차, 왜곡 및 코마와 같은 단색수차를 더 보정하는 역할을 한다. 이러한 목적으로, 2개의 다른 렌즈(8, 9) 중 하나 이상은 비구면 렌즈일 수 있으며, 도시되는 특정 예로 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면, 제1 렌즈(5)는 적외선을 흡수하고 적외선 필터로서 기능하는 구리 이온 함유 유리로 형성된다. 스펙트럼 투과율에 영향을 주는, 적외선 영역 근처에서의 구리 이온의 흡수에도 불구하고, 아베수는 제2 렌즈의 아베수보다 15 이상 크다.

놀랍게도, 구리 이온 함유 유리가 60 이상의 아베수를 가질 수 있는 것으로 확인되었기 때문에, 이것은 충분한 색채 보정을 달성하기 위해 제2 렌즈(7)에 대해 플린트 유리를 사용하는 것을 허용한다. 이와 동시에, 제1 렌즈(5)의 적외선 필터 효과로 인해 우수한 색채 보정이 달성된다. 강력한 분산도를 달성하기 위해서 제2 렌즈(7)에 대해서는 플린트 유리가 바람직하다. 제2 렌즈(7)의 아베수는 50 미만인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 제2 렌즈(7)의 굴절률은 1.5 이상이다.

색지움 보정 요소로서의 렌즈 쌍의 효과는 작은 아베수를 갖는 재료를 선택함으로써 더 향상될 수 있다. 일반적으로, 도 1에 도시한 특정 렌즈 시스템으로 제한되는 일 없이, 제2 렌즈(7)의 아베수는 40 이하의 값 또는 심지어는 30 미만의 값을 갖는 것이 바람직하다.

그러한 낮은 아베수를 갖는 유리는 시장에서 합리적인 가격으로 입수할 수 있다. 보다 구체적으로, 여기에서는 중 플린트 유리(heavy flint glass), 란탄 중 플린트 유립 및 란탄 플린트 유리를 고려할 수 있다. 예를 들면, 아베수가 25.4이고, 굴절률이 n_d = 1.8052인 상표명 N-SF6으로 시판되는 본 출원인의 광학 유리를 언급할 수 있다 다른 예는 아베수가 33.8이고, 굴절률이 n_d = 1.6477인 상표명 N-SF2로 본 출원인에 의해 시판되는 중 플린트 유리이다.

제1 렌즈의 경우, 높은 아베수를 달성하기 위해서는 적외선 흡수 구리 이온에도 불구하고 인산염 유리, 특히 플루오로인산염 유리가 적합하다.

상이한 CuO 농도와, 그리고 이에 따른 상이한 흡수 특성을 갖는 CuO 도핑된 플루오로인산염 유리는, 예컨대 유리 BG60, BG61 또는 인산염 유리로서 SCHOTT AG의 BG39, BG18, BG55를 포함한다.

그러나, 특히 제1 렌즈(5)를 위해 본 발명에 사용되는 것과 같은 구리 이온 함유 유리에서는, 슐리렌이 유리의 제조 시에 형성될 수 있다. 슐리렌은 화학 성분에 있어서의 국소적인 변동을 나타내고, 이에 따라 유리의 굴절률의 국부적인 변화도 또한 유발한다. 파면의 왜곡 - DIN/ISO 14999-4에 따라 측정될 수 있음 - 과, 그리고 이에 따라 대응하는 광선의 편향이 이와 관련된다. 의도되는 경로로부터의 이러한 편향이 적음에도 불구하고, 상기 편향은 센서까지의 거리에 대하여 계속해서 증가한다. 따라서, 청색 유리의 적외선 필터 시트가 센서의 전방에 배치된 경우, 통상적으로 단지 강력한 슐리렌만이 주목을 끌게 된다. 다른 한편으로, 슐리렌의 부정적인 영향은 본 발명에 따른 렌즈 시스템에 있는 렌즈에서 현격히 더 강한 것으로 확인되었다. 이제, 모의 실험으로 슐리렌의 영향을 더 상세히 설명하겠다.

이러한 목적으로, 도 2 내지 도 4는 이상적인 슐리렌 불포함 광학 부품을 지닌, 반도체 어레이 센서(10) 상의 렌즈 시스템(1)에 의해 형성되는 3개의 광선 빔(15, 16, 17)의 초점을 보여준다. 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 상기 초점을 계산하였다. 각각의 도면은 반도체 어레이 센서(10)의 표면에서 크기가 20 ㎛ × 20 ㎛인 영역을 보여준다. 도 2는 근축 광선 빔(15)의 초점(150)을 보여준다. 비교를 위해, 도면 부호 149로 표시된 이상적인 회절 제한 초점[소위, 에어리 원반(Airy disk)]이 도시되어 있다. 초점(149, 150)들의 비교로부터, 렌즈 시스템(1)의 초점(150)이 이상적인 광학계의 최적으로 달성 가능한 초점 또는 에어리 원반보다 단지 약간만 더 크다는 점이 명확해진다.

반도체 어레이 센서(10)의 중심과 에지 사이에 입사하는 중앙 광선 빔(16)의 경우, 도 3에 예시된 바와 같은 이 중앙 광선 빔의 초점(160)은 이미 약간의 코마를 보인다. 그러나, 센서의 중심부에 생성되는 초점(150)과 유사하게, 큰 측방 색채 오차는 검출되지 않는다. 예시된 초점(150, 160)은 이에 따라 적색광, 녹색광 및 청색광에 적용된다.

도 4는 반도체 어레이 센서(10)의 에지에 포커싱되는 광선 빔(17)의 초점(170)을 보여준다. 이 도면에서는, 이상적인 회절 제한 광학계의 초점(149)이 약간의 코마를 나타내고, 이에 따라 약간 타원형인 것을 볼 수 있다. 실제 초점(170)은 이미 훨씬 더 크다. 추가로, 여기에서는 청색 성분을 주로 함유하는 도 4에 도시한 초점(170)의 하부 부분에 있어서 색상 오차가 드러난다. 이는, 예시적인 실시예의 근본적인 광학계가 측방 색수차를 완전히 보정하지 않기 때문이다.

슐리렌의 영향을 평가하기 위해, 유리 내부에 슐리렌에 의해 생성되는 파면 변형 대신에, 표면 상의 리플(ripple)에 의해 균등한 파면 변형을 생성할 수 있다. 이에 따라, 시뮬레이션을 위해 렌즈(5)가 렌즈 표면(50) 상에 리플을 갖는 것으로 가정한다.

도 5는 시뮬레이션이 기초로 하는 렌즈 표면(50)의 모델을 보여준다. 도 5에는, 파형(51)이 과장되어 있으며, 시뮬레이션의 단순화를 위해 일방향으로 연장되는 것으로 가정하였다. 파형(51)은 이 파형이 60 나노미터의 파면 변형을 형성하도록 선택되었다. 상기한 값은 또한 비교적 강한 슐리렌에서 달성된다. 상기한 파면 변형을 얻기 위해, 파형은 116 나노미터의 높이(피크에서 밸리까지)를 갖는다. 이제 비교를 위해, 도 2 내지 도 4에 대응하는 도 6 내지 도 8은 도 5에 도시한 바와 같이 수정된 렌즈(5)를 갖는 렌즈 시스템(1)에 관하여 산출된 초점을 보여준다.

도 6 내지 도 8로부터 알 수 있다시피, 초점(150, 160, 170) 모두는 도 2 내지 도 4에 도시한 초점과 비교하여 현저히 확대된다. 이미 근축 광선 빔(15)의 초점(150)은 파형(51)의 길이 방향을 가로지르는 방향으로 2.5배 넘게 확대된다.

따라서, 일반적으로 본 발명에 따른 렌즈 시스템의 광학 특성을 위해 슐리렌이 적은 유리를 선택하는 것이 유리하다. 이에 의해 본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 렌즈(5)의 유리는 슐리렌에 의해 야기되는 파면 오차가 최대 30 나노미터, 바람직하게는 최대 15 나노미터가 되도록 선택된다.

유리가 제조 관련 슐리렌을 포함하는 경우, 그러한 값은, 예컨대 렌즈 또는 렌즈의 블랭크 몰딩을 위한 유리 고브(gob)와 같은 예비 성형품을 분류하는 것에 의해 얻을 수 있다. 그러나, 이미 제조 중에 과도한 스트릭킹(streaking)을 회피하는 것이 매우 바람직하다.

따라서, 본 발명은 또한 본원에 설명된 바와 같은 렌즈 시스템을 제조하는 제조 방법으로서,

- 구리 이온 함유 유리를 용융시키는 단계;

- 유리 용융물로부터 유리 고브를 형성하는 단계;

- 유리 고브로부터 바람직하게는 양면이 볼록한 렌즈 형태의, 양의 초점 길이를 갖는 제1 렌즈(5)를 제조하는 단계;

- 음의 초점 길이와, 제1 렌즈(5)의 아베수보다 작은 아베수를 갖는 제2 렌즈(7)를 사용하여 렌즈 시스템(1)을 조립하는 단계

를 포함하고, 제1 렌즈(5)의 아베수와 제2 렌즈(7)의 아베수의 차가 15 이상인 것인 제조 방법에 관한 것이다.

유리 고브는 바람직하게는 네트 형상 예비 성형품에 가까운 형태로 준비된다. 이러한 목적으로, 직경이 0.5 mm 내지 10.0 mm인 볼이 예비 성형품으로서 매우 적합하다.

제1 실시예에 따르면, 유리 고브로부터의 렌즈(5)의 제조는 블랭크 몰딩에 의해 수행될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 렌즈는 유리 용융물로부터 직접, 즉 유리 고브를 사용하지 않고도 블랭크 몰딩에 의해 제조될 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 유리 고브로 형성된 렌즈는 그라인딩 및 후속 폴리싱에 의해 제조될 수 있다.

추가로, 이 방법에서는 인산염 유리, 바람직하게는 플루오로인산염 유리를 사용하는 것이 역시 유리하다. 이러한 타입의 유리는 성분에 함유된 구리에도 불구하고 슐리렌의 개수 및 강도를 감소시는 데 매우 적합한 것으로 입증되었다. 슐리렌은 또한 그라인딩 및 폴리싱을 포함하는 앞서 언급한 방법의 변형예에 악영향을 줄 수 있는데, 그 이유는 슐리렌이 재료의 연마 제거 동안에 표면 변형을 유발할 수 있기 때문이다. 또한 블랭크 몰딩에서는, 슐리렌이 렌즈 표면의 윤곽 정확도 면에서 악영향을 줄 수 있는데, 그 이유는 슐리렌이 팽창계수의 국부적인 변화도 또한 수반하기 때문이다. 따라서, 바람직한 인산염 유리 및 특히 플루오로인산염 유리의 사용은 다수의 면에서 제조된 렌즈의 광학적 품질을 향상시킨다.

본 발명은 또한 도 1에 도시한 바와 같은 카메라 모듈의 제조에 관한 것으로, 이 제조 방법은 앞서 언급한 방법을 기초로 하며, 렌즈 시스템(1)과 반도체 어레이 센서(10)의 조립을 포함한다. 이 경우, 렌즈 시스템(1)의 조립과 카메라 모듈(3)의 조립이 반드시 연속하여 수행될 필요는 없다. 개별 렌즈들, 도 1에 도시한 예에서는 렌즈(5, 7, 8, 9)들을 하나씩 연속하여 또는 그룹으로 반도체 센서(10)에 장착하는 것도 또한 가능하다.

본 발명에 따른 렌즈 조립체의 렌즈(5)는 그 양의 초점 거리로 인해 하나 이상의 굴곡진 굴절면을 갖는다. 따라서, 광빔의 경로는 광축(20)에 대한 입사각에 좌우될 뿐만 아니라, 렌즈 상의 입사 지점에도 좌우된다. 따라서, 통상 렌즈를 통한 투과율은 광축에 대한 입사각에 좌우될 것으로 예상할 것이다.

그러나, 놀랍게도 반도체 어레이 센서 전방에 있는 얇은 시트 형태의 적외선 필터로서의 청색 유리의 종래의 구성의 경우와 같이 광축에 대한 입사각에 대한 투과율의 주목할 만한 의존성은 없는 것으로 확인되었다. 그러나, 동일한 구리 이온 함량에 있어서, 투과율 곡선은 전체적으로 변하는데, 그 이유는 렌즈(5)가 통상 종래의 청색 유리 적외선 필터보다 두껍기 때문이다. 도 9는 동일한 청색 유리로 형성된 센서 전방에 있는 본 발명에 따른 렌즈와, 청색 유리 시트에 대한 스펙트럼 투과율 곡선의 비교를 보여준다. 유리는 역시 앞서 언급한 아베수가 64인 인산염 유리이다. 도면부호 30으로 나타내는 스펙트럼 투과율 곡선은 지금까지 적외선 필터 요소로 사용되어 온 청색 유리에 대한 스펙트럼 투과율 곡선을 나타낸다. 비교를 위해, 도면부호 31로 나타내는 스펙트럼 투과율 곡선은 본 발명에 따른 렌즈 시스템을 위해 사용되는 렌즈(5)에 대한 스펙트럼 통과 곡선이다. 상이한 광선 빔(15, 16, 17)에 대한 각각의 투과율 특징은 나타내지 않는데, 그 이유는 그 차이가 매우 작고 각각의 스펙트럼 투과율 곡선이 서로 근접하게 중첩하여, 도 9의 다이어그램에 그 차이를 나타낼 수 없기 때문이다. 따라서, 동일한 양의 구리 산화물에 있어서, 렌즈(5)를 통한 투과율은 대응하는 청색 유리 필터 시트를 통한 투과율보다 적다.

다른 한편으로, 본 발명에 따른 구성의 유리한 효과는 적외선 성분이 훨씬 더 효과적으로 억제된다는 점이다. 예컨대, 이 예시적인 실시예에서, 700 나노미터를 상회하는 파장의 투과율은 실제적으로 0인 반면, 청색 유리 필터 시트의 경우에는 심지어 800 나노미터의 광 파장에서도 측정 가능한 투과율이 존재한다. 가시광 스펙트럼 영역에서의 통과를 너무 많이 줄이지 않기 위해서는, 렌즈(5)에 대한 인산염 유리 또는 플루오로 인산염 유리의 더 낮은 구리 산화물 함량이 바람직하며, 도 1의 렌즈 시스템의 특정 구성으로 제한되지 않는다.

구리 산화물 함량을 변경하는 것에 의해, 다음의 특징을 갖는 투과율 곡선이 얻어진다: 400 nm 내지 550 nm 범위에서, 필터의 투과율은 80 %를 넘고, 650 nm에서 투과율은 55 % 미만이며, 850 nm에서 투과율은 10 % 미만이다.

예컨대, 1 mm 두께의 렌즈(5)가 마련되고, 0.3 mm 두께의 필터 시트와 동일한 투과율을 갖도록 의도되면, 렌즈의 필터 유리에 대해 1/0.3 = 3.33배 낮은 Cu 이온 농도가 사용될 수 있다.

투과율 곡선(30, 31)으로부터 알 수 있다시피, 유리에 함유된 구리 이온은 또한 가시광 스펙트럼 영역에서의 투과율에도 영향을 준다. 따라서, 그러한 유리가 높은 아베수를 달성하도록 하여, 이 유리로 이루어진 렌즈와 다른 유리로 이루어지고 더 낮은 아베수의 렌즈를 색지움 렌즈 시스템이 얻어지는 방식으로 결합하는 것이 가능해진다는 점이 놀랍다.

1 : 렌즈 시스템
2 : 카메라 모듈
5 : 양의 초점 거리를 갖는 제1 렌즈
7 : 음의 초점 거리를 갖는 제2 렌즈
8, 9 : 렌즈
10 : 반도체 어레이 센서
15, 16, 17 : 광선 빔
20 : 광축
30, 31 : 투과율 곡선
50 : 제1 렌즈(5)의 렌즈 표면
51 : 렌즈 표면(50)의 파형
149 : 회절 제한 초점
150 : 광빔(15)의 초점
160 : 광빔(16)의 초점
170 : 광빔(17)의 초점

Claims (15)

1. 카메라 모듈(3)용 렌즈 시스템(1)으로서,
   - 상기 렌즈 시스템은 색지움 렌즈 시스템이고, 2개의 렌즈를 포함하며.
   - 제1 렌즈(5)가 양의 초점 길이를 갖고,
   - 제2 렌즈(7)가 음의 초점 길이를 가지며,
   - 상기 제1 렌즈(5)는, 적외선을 흡수하고 적외선 필터로서 기능하는 구리 이온 함유 유리로 형성되고,
   - 음의 초점 길이를 갖는 상기 제2 렌즈(7)는 양의 초점 길이를 갖는 제1 렌즈(5)의 아베수보다 작은 아베수를 가지며,
   - 제1 렌즈(5)의 아베수와 제2 렌즈(7)의 아베수의 차가 15 이상인 것인 카메라 모듈용 렌즈 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈(5)의 유리는 55 이상의 아베수를 갖는 것인 카메라 모듈용 렌즈 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 렌즈(5)의 유리는, 슐리렌에 의해 야기되는 파면 오차가 30 nm 이하, 바람직하게는 15 nm 이하가 되도록 슐리렌이 적은 유리인 것인 카메라 모듈용 렌즈 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 렌즈(5)는 구리 이온 함유 인산염 유리 또는 플루오로인산염 유리인 것인 카메라 모듈용 렌즈 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 렌즈(7)의 초점 길이의 절대값은 제1 렌즈(5)의 초점 길이보다 작은 것인 카메라 모듈용 렌즈 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 렌즈(7)는 플린트 유리(flint glass)로 형성되는 것인 카메라 모듈용 렌즈 시스템.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 렌즈(7)의 아베수는 40 이하의 값을 갖는 것인 카메라 모듈용 렌즈 시스템.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 렌즈(7)는 광 입구측에 배치되는 것인 카메라 모듈용 렌즈 시스템.
9. 반도체 어레이 센서(10) 및 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 렌즈 시스템(1)을 포함하는 카메라 모듈(3)로서, 상기 렌즈 시스템이 상기 반도체 어레이 센서 전방에 배치되는 것인 카메라 모듈.
10. 제9항에 있어서, 상기 제1 렌즈(5) 및 제2 렌즈(7)에 추가하여, 하나 이상, 바람직하게는 2개의 다른 렌즈(8, 9)를 더 포함하고, 상기 제1 렌즈(5) 및 제2 렌즈(7)는 광 경로를 따라 서로 직접 뒤따르는 것인 카메라 모듈.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제1 렌즈(5)는 렌즈 시스템의 입구 렌즈를 형성하는 것인 카메라 모듈.
12. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 렌즈 시스템(1)을 제조하는 렌즈 시스템의 제조 방법으로서,
    - 구리 이온 함유 유리를 용융시키는 단계;
    - 유리 용융물로부터 유리 고브(gob)를 생성하는 단계;
    - 유리 고브로부터 바람직하게는 양면이 볼록한 렌즈 형태의 양의 초점 길이를 갖는 제1 렌즈(5)를 형성하는 단계; 및
    - 음의 초점 길이와, 제1 렌즈(5)의 아베수보다 작은 아베수를 갖는 제2 렌즈(7)를 이용하여 렌즈 시스템(1)을 조립하는 단계
    를 포함하고, 제1 렌즈(5)의 아베수와 제2 렌즈(7)의 아베수의 차는 15 이상인 것인 렌즈 시스템의 제조 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 유리 고브는 직경이 0.5 mm 내지 10.0 mm인 볼 형태인 것인 렌즈 시스템의 제조 방법.
14. 제13항에 있어서, 유리 고브로부터 제1 렌즈(5)를 형성하는 단계는 블랭크 몰딩에 의해 또는 그라인딩 및 후속 폴리싱에 의해 수행되는 것인 렌즈 시스템의 제조 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 제1 렌즈(5)를 형성하는 단계는 유리 용융물로부터 직접 블랭크 몰딩하는 것에 의해 수행되는 것인 렌즈 시스템의 제조 방법.
    

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