KR20160068330A

KR20160068330A - 렌즈 모듈

Info

Publication number: KR20160068330A
Application number: KR1020140173877A
Authority: KR
Inventors: 손주화
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2016-06-15
Also published as: TWI610089B; US20160161720A1; US10061103B2; CN105676421B; TW201621385A; CN105676421A; KR101719877B1

Abstract

본 발명의 렌즈 모듈은 굴절력을 가지는 제1렌즈; 굴절력을 가지는 제2렌즈; 굴절력을 가지는 제3렌즈; 굴절력을 가지며, 양면이 오목한 형상인 제4렌즈; 및 부의 굴절력을 가지며, 상 측면에 하나 이상의 변곡점이 형성되는 제5렌즈;를 포함한다.

Description

렌즈 모듈{Lens module}

본 발명은 5매 렌즈로 구성된 광학계를 갖는 렌즈 모듈에 관한 것이다.

휴대용 단말기의 카메라에 장착되는 렌즈 모듈은 다수의 렌즈를 포함한다. 일 예로, 렌즈 모듈은 고해상도의 광학계를 구성하기 위해 5매의 렌즈를 포함한다.

그러나 이와 같이 다수의 렌즈로 고해상도의 광학계를 구성하면, 광학계의 길이(제1렌즈의 물체 측면으로부터 상면까지의 거리)가 커질 수 있다. 이 경우, 박형화된 휴대용 단말기에 장착이 어려우므로, 광학계의 길이를 감소시킬 수 있는 렌즈 모듈의 개발이 요청된다.

참고로, 본원발명과 관련된 선행기술로는 특허문헌 1 및 2가 있다.

US

2010-0134904

A1

US

2014-0293447

A1

본 발명은 고해상도를 구현할 수 있는 렌즈 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 렌즈 모듈은 굴절력을 가지는 제1렌즈; 굴절력을 가지는 제2렌즈; 굴절력을 가지는 제3렌즈; 굴절력을 가지며, 양면이 오목한 형상인 제4렌즈; 및 부의 굴절력을 가지며, 상 측면에 하나 이상의 변곡점이 형성되는 제5렌즈;를 포함한다.

본 발명은 고해상도의 광학계를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 렌즈 모듈의 구성도이고,
도 2는 도 1에 도시된 렌즈 모듈의 MTF 특성을 나타낸 그래프이고,
도 3은 도 1에 도시된 렌즈 모듈의 수차 특성을 나타낸 그래프이고,
도 4는 도 1에 도시된 렌즈들의 특성을 나타낸 표이고,
도 5는 도 1에 도시된 렌즈 모듈의 비구면 계수를 나타낸 표이고,
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 렌즈 모듈의 구성도이고,
도 7은 도 6에 도시된 렌즈 모듈의 MTF 특성을 나타낸 그래프이고,
도 8은 도 6에 도시된 렌즈 모듈의 수차 특성을 나타낸 그래프이고,
도 9는 도 6에 도시된 렌즈들의 특성을 나타낸 표이고,
도 10은 도 6에 도시된 렌즈 모듈의 비구면 계수를 나타낸 표이고,
도 11은 본 발명의 제3실시 예에 따른 렌즈 모듈의 구성도이고,
도 12는 도 11에 도시된 렌즈 모듈의 MTF 특성을 나타낸 그래프이고,
도 13은 도 11에 도시된 렌즈 모듈의 수차 특성을 나타낸 그래프이고,
도 14는 도 11에 도시된 렌즈들의 특성을 나타낸 표이고,
도 15는 도 11에 도시된 렌즈 모듈의 비구면 계수를 나타낸 표이고,
도 16은 렌즈 모듈을 구성하는 제4렌즈의 부분 확대 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

아울러, 명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 '연결'되어 있다 함은 이들 구성들이 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성을 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함하는 것을 의미한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

아울러, 본 명세서에서 제1렌즈는 물체(또는 피사체)와 가장 가까운 렌즈를 의미하고, 제5렌즈는 상면(또는 이미지 센서)과 가장 가까운 렌즈를 의미한다. 또한, 앞쪽이라 함은 렌즈 모듈에서 물체(또는 피사체)와 가까운 쪽을 의미하고, 뒤쪽이라 함은 렌즈 모듈에서 상면(또는 이미지 센서)과 가까운 쪽을 의미한다. 또한, 렌즈의 제1면이라 함은 렌즈 모듈에서 물체(또는 피사체)와 가까운 쪽을 의미하고, 렌즈의 제2면이라 함은 렌즈 모듈에서 상면(또는 이미지 센서)과 가까운 쪽을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 렌즈의 곡률 반지름(Radius), 두께(Thickness), OAL(제1렌즈의 제1면으로부터 상면까지의 광축 거리), SL, IMGH(이미지 센서의 최대 상 크기), BFL(back focus length), 광학계의 전체 초점거리 및 각 렌즈의 초점거리에 대한 단위는 모두 ㎜ 단위이다. 아울러, 렌즈의 두께, 렌즈 간의 간격, OAL, SL은 렌즈의 광축을 중심으로 측정된 거리임을 밝혀둔다. 아울러, 렌즈의 형상에 대한 설명에서 일면이 볼록한 형상이라는 의미는 해당 면의 광축 부분이 볼록하다는 의미이고, 일면이 오목한 형상이라는 의미는 해당 면의 광축 부분이 오목하다는 의미이다. 따라서, 렌즈의 일면이 볼록한 형상이라고 설명되어도, 렌즈의 가장자리 부분은 오목할 수 있다. 마찬가지로, 렌즈의 일면이 오목한 형상이라고 설명되어도, 렌즈의 가장자리 부분은 볼록할 수 있다.

렌즈 모듈은 복수의 렌즈로 이루어지는 광학계를 포함한다. 일 예로, 렌즈 모듈의 광학계는 굴절력을 갖는 5매의 렌즈로 이루어진다. 그러나 렌즈 모듈이 5매의 렌즈로만 이루어지는 것은 아니다. 예를 들어, 렌즈 모듈은 굴절력을 갖지 않는 다른 구성들을 포함할 수 있다. 일 예로, 렌즈 모듈은 광량을 조절하기 위한 조리개(stop)를 포함할 수 있다. 다른 예로, 렌즈 모듈은 적외선을 차단하기 위한 적외선 차단 필터를 더 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 렌즈 모듈은 광학계를 통해 입사된 피사체의 상을 전기신호로 변환하기 위한 이미지 센서(즉, 촬상 소자)를 더 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 렌즈 모듈은 렌즈와 렌즈 사이의 거리를 조정하기 위한 간격 유지 부재를 더 포함할 수 있다.

제1렌즈 내지 제5렌즈는 공기와 다른 굴절률을 갖는 재질로 이루어진다. 예를 들어, 제1렌즈 내지 제5렌즈는 플라스틱 또는 유리 재질로 이루어진다. 제1렌즈 내지 제5렌즈 중 적어도 하나는 비구면 형상을 갖는다. 예를 들어, 제1렌즈 내지 제5렌즈 중 제5렌즈만이 비구면 형상일 수 있다. 다른 예로, 제1렌즈 내지 제5렌즈는 적어도 하나의 면이 비구면 형상일 수 있다. 여기서, 각 렌즈의 비구면은 수학식 1로 표현된다.

수학식 1에서 c는 해당 렌즈의 곡률 반지름의 역수이고, K는 코닉 상수이고, r은 비구면 상의 임의의 점으로부터 광축까지의 거리를 나타낸다. 아울러, 상수 A ~ J는 순서대로 4차부터 20차까지의 비구면 계수를 의미한다. 그리고 Z는 광축으로부터 r 거리에 위치한 비구면 상의 임의의 점에서의 새그(sag)를 나타낸다.

렌즈 모듈을 구성하는 광학계는 78도 이상의 넓은 화각(FOV: Field of View)을 가진다. 따라서, 본 렌즈 모듈은 넓은 배경이나 사물을 용이하게 촬영할 수 있다.

렌즈 모듈은 제1렌즈 내지 제5렌즈를 포함한다. 아울러, 렌즈 모듈은 필터와 이미지 센서를 더 포함한다. 다음에서는 전술된 구성들을 설명한다.

제1렌즈는 굴절력을 가진다. 예를 들어, 제1렌즈는 정의 굴절력을 가진다.

제1렌즈는 매니스커스 형상이다. 일 예로, 제1렌즈는 제1면(물체 측면)이 볼록하고 제2면(상 측면)이 오목한 매니스커스 형상일 수 있다.

제1렌즈는 비구면을 포함한다. 예를 들어, 제1렌즈는 양면이 모두 비구면일 수 있다. 제1렌즈는 광 투과율이 높고 가공성이 우수한 재질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제1렌즈는 플라스틱 재질로 제작될 수 있다. 그러나 제1렌즈의 재질이 플라스틱으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1렌즈는 유리 재질로 제작될 수 있다.

제2렌즈는 굴절력을 가진다. 예를 들어, 제2렌즈는 부의 굴절력을 가진다.

제2렌즈는 매니스커스 형상이다. 일 예로, 제2렌즈는 제1면이 볼록하고 제2면이 오목한 매니스커스 형상일 수 있다.

제2렌즈는 비구면을 포함한다. 예를 들어, 제2렌즈는 상 측면이 비구면일 수 있다. 제2렌즈는 광 투과율이 높고 가공성이 우수한 재질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제2렌즈는 플라스틱 재질로 제작될 수 있다. 그러나 제2렌즈의 재질이 플라스틱으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2렌즈는 유리 재질로 제작될 수도 있다.

제2렌즈는 고굴절률의 재질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제2렌즈는 1.60 이상의 굴절률을 갖는 재질로 제작될 수 있다(이 경우 제2렌즈는 24 이하의 아베수를 가질 수 있다). 이러한 재질의 제2렌즈는 작은 곡률(curvature) 형상으로도 빛을 용이하게 굴절시킬 수 있다. 따라서, 이러한 재질의 제2렌즈는 제작이 용이하고 제조 공차에 따른 불량률을 낮추는데 유리하다. 또한, 이러한 재질의 제2렌즈는 렌즈 간의 거리를 감소시킬 수 있으므로 렌즈 모듈의 소형화에 유리하다.

제3렌즈는 굴절력을 가진다. 예를 들어, 제3렌즈는 정의 굴절력을 가진다.

제3렌즈는 매니스커스 형상이다. 일 예로, 제3렌즈는 제1면이 오목하고 제2면이 볼록한 매니스커스 형상일 수 있다.

제3렌즈는 비구면을 포함한다. 예를 들어, 제3렌즈는 양면이 모두 비구면일 수 있다. 제3렌즈는 광 투과율이 높고 가공성이 우수한 재질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제3렌즈는 플라스틱 재질로 제작될 수 있다. 그러나 제3렌즈의 재질이 플라스틱으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제3렌즈는 유리 재질로 제작될 수 있다.

제4렌즈는 굴절력을 가진다. 예를 들어, 제4렌즈는 부의 굴절력을 가진다.

제4렌즈는 일 면이 오목한 형상이다. 일 예로, 제4렌즈는 제1면이 오목한 형상일 수 있다. 다른 예로, 제4렌즈는 제2면이 오목한 형상일 수 있다. 또 다른 예로, 제4렌즈는 양면이 모두 오목한 형상일 수 있다.

제4렌즈는 비구면을 포함한다. 예를 들어, 제4렌즈는 양면이 모두 비구면일 수 있다. 제4렌즈는 광 투과율이 높고 가공성이 우수한 재질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제4렌즈는 플라스틱 재질로 제작될 수 있다. 그러나 제4렌즈의 재질이 플라스틱으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제4렌즈는 유리 재질로 제작될 수 있다.

제4렌즈는 변곡점을 포함하는 형상일 수 있다. 일 예로, 제4렌즈의 물체 측면에는 4개 이상의 변곡점이 형성될 수 있다. 다른 예로, 제4렌즈의 상 측면에는 하나 이상의 변곡점이 형성될 수 있다. 이와 같이 구성된 제4렌즈는 페츠발 상면 만곡(Petzval field curvature)을 보정하는데 유리할 수 있다.

제4렌즈는 고굴절률의 재질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제4렌즈는 1.60 이상의 굴절률을 갖는 재질로 제작될 수 있다(이 경우 제4렌즈는 30 이하의 아베수를 가질 수 있다). 이러한 재질의 제4렌즈는 작은 곡률(curvature) 형상으로도 빛을 용이하게 굴절시킬 수 있다. 따라서, 이러한 재질의 제4렌즈는 제작이 용이하고 제조 공차에 따른 불량률을 낮추는데 유리하다. 또한, 이러한 재질의 제4렌즈는 렌즈 간의 거리를 감소시킬 수 있으므로 렌즈 모듈의 소형화에 유리하다.

제5렌즈는 굴절력을 가진다. 예를 들어, 제5렌즈는 부의 굴절력을 가진다.

제5렌즈는 매니스커스 형상일 수 있다. 일 예로, 제5렌즈는 제1면이 볼록하고 제2면이 오목한 매니스커스 형상일 수 있다.

제5렌즈는 변곡점을 포함하는 형상일 수 있다. 일 예로, 제5렌즈의 물체 측면에는 하나 이상의 변곡점이 형성될 수 있다. 다른 예로, 제5렌즈의 상 측면에는 하나 이상의 변곡점이 형성될 수 있다. 이와 같이 구성된 제5렌즈의 물체 측면은 볼록한 부분과 오목한 부분이 교번으로 형성되는 형상일 수 있다. 이와 유사하게, 제5렌즈의 상 측면은 광축 중심에서 오목하나 가장자리 부분에서 볼록한 형상일 수 있다.

제5렌즈는 비구면을 포함한다. 예를 들어, 제5렌즈는 양면이 모두 비구면일 수 있다. 제5렌즈는 광 투과율이 높고 가공성이 우수한 재질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제5렌즈는 플라스틱 재질로 제작될 수 있다. 그러나 제5렌즈의 재질이 플라스틱으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제5렌즈는 유리 재질로 제작될 수 있다.

필터는 제1렌즈 내지 제5렌즈를 통해 입사되는 입사광으로부터 일부 파장을 차단한다. 일 예로, 필터는 입사광의 적외선 파장을 차단하는 적외선 차단 필터일 수 있다. 필터는 플라스틱 재질 또는 유리 재질로 제작되며, 60 이하의 아베수를 가질 수 있다.

이미지 센서는 1300 M(메가 픽셀)의 고해상도를 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서를 구성하는 픽셀의 단위크기는 1.12 ㎛ 이하일 수 있다.

이와 같이 구성된 렌즈 모듈은 넓은 화각을 갖는다. 예를 들어, 렌즈 모듈은 대체로 80도 이상의 화각을 가질 수 있다. 아울러, 렌즈 모듈은 비교적 짧은 길이를 갖도록 구성된다. 예를 들어, 렌즈 모듈을 구성하는 광학계의 전체 길이(TTL: 제1렌즈의 물체 측면부터 상면까지의 거리)는 4.0 [㎜] 이하일 수 있다. 따라서, 본 렌즈 모듈은 소형화에 유리할 수 있다.

렌즈 모듈은 하기 조건식 중 적어도 하나를 만족한다.

[조건식] TTL/(ImgH*2) < 0.67

[조건식] TTL/(ImgH*2) < 0.65

상기 조건식에서 TTL은 상기 제1렌즈의 물체 측면으로부터 상면(image plane)까지의 거리이고, ImgH는 상면의 최대 높이이다.

상기 조건식은 렌즈 모듈의 소형화 및 고해상도를 구현하기 위한 하나의 조건이다. 일 예로, 상기 조건식의 상한값을 벗어나는 렌즈 모듈은 TTL값이 크므로 소형화가 어렵다. 다른 예로, 상기 조건식의 상한값을 벗어나는 렌즈 모듈은 상면의 크기가 작으므로 고해상도의 구현이 어렵다.

또한, 렌즈 모듈은 하기 조건식 중 적어도 하나를 만족한다.

[조건식] 0.08 < (D11/TTL)*ImgH < 0.09

[조건식] 0.10 < D11 < 0.12

상기 조건식에서 D11은 필터의 두께이고, TTL은 상기 제1렌즈의 물체 측면으로부터 상면(image plane)까지의 거리이고, ImgH는 상면의 최대 높이이다.

상기 조건식은 필터의 최적화 설계를 위한 하나의 조건이다. 일 예로, 상기 조건식의 수치범위를 만족하는 필터는 렌즈 모듈의 소형화를 가능케 하면서 고해상도의 구현에 불필요한 파장을 효과적으로 차단할 수 있다. 다른 예로, 상기 조건식의 수치범위를 벗어나는 필터는 불필요한 파장을 제거하는데 유리할 수 있으나 렌즈 모듈의 길이를 증가시킨다.

또한, 렌즈 모듈은 하기 조건식을 만족한다.

[조건식] 0.8 < BFL/f < 0.9

상기 조건식에서 BFL은 상기 제5렌즈의 상 측면으로부터 상면(image plane)까지의 거리이고, f는 상기 제1렌즈 내지 상기 제5렌즈로 구성되는 광학계의 전체 초점거리이다.

상기 조건식은 렌즈 모듈의 소형화 및 고해상도 구현을 위한 또 하나의 조건이다. 일 예로, 상기 조건식의 수치범위를 벗어나는 렌즈 모듈은 제5렌즈와 상면 간의 거리가 지나치게 크거나 작아서 고해상도의 구현이 어렵다.

또한, 렌즈 모듈은 하기 조건식 중 적어도 하나를 만족한다.

[조건식] D2/f < 0.12

[조건식] D2 < 0.06

상기 조건식에서 D2는 상기 제1렌즈의 상 측면으로부터 상기 제2렌즈의 물체 측면까지의 거리이고, f는 상기 제1렌즈 내지 상기 제5렌즈로 구성되는 광학계의 전체 초점거리이다.

상기 조건식은 제1렌즈와 제2렌즈 간의 거리를 최적화하기 위한 조건이다.

또한, 렌즈 모듈은 하기 조건식 중 적어도 하나를 만족한다.

[조건식] 0.30 < r10/f < 0.36

[조건식] 1.00 < r10 < 1.26

상기 조건식에서 r10은 상기 제5렌즈의 상 측면의 곡률 반지름이고, f는 상기 제1렌즈 내지 상기 제5렌즈로 구성되는 광학계의 전체 초점거리이다.

상기 조건식은 제5렌즈의 최적화 설계를 위한 하나의 조건이다.

도 1을 참조하여 제1실시 예에 따른 렌즈 모듈을 설명한다.

렌즈 모듈(100)은 제1렌즈(110), 제2렌즈(120), 제3렌즈(130), 제4렌즈(140), 제5렌즈(150)로 구성되는 광학계를 포함한다. 아울러, 렌즈 모듈(100)은 적외선 차단 필터(70)와 이미지 센서(80)를 포함한다. 아울러, 렌즈 모듈(100)은 조리개(ST: stop)를 더 포함한다. 예를 들어, 조리개는 물체 측과 제1렌즈 사이에 배치될 수 있다.

본 실시 예에서, 제1렌즈(110)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상을 갖는다. 제2렌즈(120)는 부의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상을 갖는다. 제3렌즈(130)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 오목하고 상 측면이 볼록한 형상을 갖는다. 제4렌즈(140)는 부의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 오목하고 상 측면이 오목한 형상을 갖는다. 아울러, 제4렌즈는(140)는 물체 측면에 4개 이상의 변곡점이 형성되는 형상을 갖는다. 이러한 형상은 제4렌즈(140)의 페츠발 상면 만곡을 보정하는데 유리하다. 제5렌즈(150)는 부의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상을 갖는다. 아울러, 제5렌즈의 물체 측면 및 상 측면에는 각각 하나 이상의 변곡점이 형성된다.

본 실시 예에서 제2렌즈(120), 제4렌즈(140), 제5렌즈(150)는 전술한 바와 같이 모두 부의 굴절력을 가진다. 이 중에서 제5렌즈(150)가 가장 강한 굴절력을 가지며, 제2렌즈(120)가 가장 작은 굴절력을 가진다.

도 2 및 도 3은 렌즈 모듈의 MTF특성 및 수차 특성을 나타내는 그래프이다.

도 4는 렌즈 모듈을 구성하는 렌즈들의 특성을 나타내는 표이다. 도 4에서 면 번호 1 및 2는 제1렌즈의 제1면(물체 측면) 및 제2면(상 측면)을 나타내고, 면 번호 3 및 4는 제2렌즈의 제1면 및 제2면을 나타낸다. 같은 방식으로 면 번호 5 내지 10은 제3렌즈 내지 제5렌즈의 제1면 및 제2면을 각각 나타낸다. 아울러, 면 번호 11 및 12는 적외선 필터의 제1면 및 제2면을 나타낸다.

한편, 렌즈의 유효 반경은 도 4에 기재된 바와 같이 제1렌즈의 물체 측면으로부터 제2렌즈의 상 측면으로 갈수록 점차 작아지다가, 제2렌즈의 상 측면으로부터 제5렌즈의 상 측면으로 갈수록 점차 증가한다.

도 5는 렌즈 모듈을 구성하는 렌즈들의 비구면 값을 나타내는 표이다. 도 5에서 가로 축은 제1렌즈 내지 제5렌즈의 면 번호를 의미하고, 세로 축은 렌즈의 각 면에 대응하는 특성을 나타낸다.

도 6을 참조하여 제2실시 예에 따른 렌즈 모듈을 설명한다.

렌즈 모듈(200)은 제1렌즈(210), 제2렌즈(220), 제3렌즈(230), 제4렌즈(240), 제5렌즈(250)로 구성되는 광학계를 포함한다. 아울러, 렌즈 모듈(200)은 적외선 차단 필터(70)와 이미지 센서(80)를 포함한다. 아울러, 렌즈 모듈(200)은 조리개(ST: stop)를 더 포함한다. 예를 들어, 조리개는 물체 측과 제1렌즈 사이에 배치될 수 있다.

본 실시 예에서, 제1렌즈(210)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상을 갖는다. 제2렌즈(220)는 부의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상을 갖는다. 제3렌즈(230)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 오목하고 상 측면이 볼록한 형상을 갖는다. 제4렌즈(240)는 부의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 오목하고 상 측면이 오목한 형상을 갖는다. 아울러, 제4렌즈는(240)는 물체 측면에 4개 이상의 변곡점이 형성되는 형상을 갖는다. 이러한 형상은 제4렌즈(240)의 페츠발 상면 만곡을 보정하는데 유리하다. 제5렌즈(250)는 부의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상을 갖는다. 아울러, 제5렌즈의 물체 측면 및 상 측면에는 각각 하나 이상의 변곡점이 형성된다.

본 실시 예에서 제2렌즈(220), 제4렌즈(240), 제5렌즈(250)는 전술한 바와 같이 모두 부의 굴절력을 가진다. 이 중에서 제4렌즈(240)가 가장 강한 굴절력을 가지며, 제2렌즈(220)가 가장 작은 굴절력을 가진다.

도 7 및 도 8은 렌즈 모듈의 MTF특성 및 수차 특성을 나타내는 그래프이다.

도 9는 렌즈 모듈을 구성하는 렌즈들의 특성을 나타내는 표이다. 도 9에서 면 번호 1 및 2는 제1렌즈의 제1면(물체 측면) 및 제2면(상 측면)을 나타내고, 면 번호 3 및 4는 제2렌즈의 제1면 및 제2면을 나타낸다. 같은 방식으로 면 번호 5 내지 10은 제3렌즈 내지 제5렌즈의 제1면 및 제2면을 각각 나타낸다. 아울러, 면 번호 11 및 12는 적외선 필터의 제1면 및 제2면을 나타낸다.

한편, 렌즈의 유효 반경은 도 9에 기재된 바와 같이 제1렌즈의 물체 측면으로부터 제2렌즈의 상 측면으로 갈수록 점차 작아지다가, 제2렌즈의 상 측면으로부터 제5렌즈의 상 측면으로 갈수록 점차 증가한다.

도 10은 렌즈 모듈을 구성하는 렌즈들의 비구면 값을 나타내는 표이다. 도 10에서 가로 축은 제1렌즈 내지 제5렌즈의 면 번호를 의미하고, 세로 축은 렌즈의 각 면에 대응하는 특성을 나타낸다.

도 11을 참조하여 제3실시 예에 따른 렌즈 모듈을 설명한다.

렌즈 모듈(300)은 제1렌즈(310), 제2렌즈(320), 제3렌즈(330), 제4렌즈(340), 제5렌즈(350)로 구성되는 광학계를 포함한다. 아울러, 렌즈 모듈(300)은 적외선 차단 필터(70)와 이미지 센서(80)를 포함한다. 아울러, 렌즈 모듈(300)은 조리개(ST: stop)를 더 포함한다. 예를 들어, 조리개는 물체 측과 제1렌즈 사이에 배치될 수 있다.

본 실시 예에서, 제1렌즈(310)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상을 갖는다. 제2렌즈(320)는 부의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상을 갖는다. 제3렌즈(330)는 정의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 오목하고 상 측면이 볼록한 형상을 갖는다. 제4렌즈(340)는 부의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상을 갖는다. 아울러, 제4렌즈는(340)는 물체 측면에 4개 이상의 변곡점이 형성되는 형상을 갖는다. 이러한 형상은 제4렌즈(340)의 페츠발 상면 만곡을 보정하는데 유리하다. 제5렌즈(350)는 부의 굴절력을 가지며, 물체 측면이 볼록하고 상 측면이 오목한 형상을 갖는다. 아울러, 제5렌즈의 물체 측면 및 상 측면에는 각각 하나 이상의 변곡점이 형성된다.

본 실시 예에서 제2렌즈(320), 제4렌즈(340), 제5렌즈(350)는 전술한 바와 같이 모두 부의 굴절력을 가진다. 이 중에서 제4렌즈(340)가 가장 강한 굴절력을 가지며, 제2렌즈(320)가 가장 작은 굴절력을 가진다.

도 12 및 도 13은 렌즈 모듈의 MTF특성 및 수차 특성을 나타내는 그래프이다.

도 14는 렌즈 모듈을 구성하는 렌즈들의 특성을 나타내는 표이다. 도 14에서 면 번호 1 및 2는 제1렌즈의 제1면(물체 측면) 및 제2면(상 측면)을 나타내고, 면 번호 3 및 4는 제2렌즈의 제1면 및 제2면을 나타낸다. 같은 방식으로 면 번호 5 내지 10은 제3렌즈 내지 제5렌즈의 제1면 및 제2면을 각각 나타낸다. 아울러, 면 번호 11 및 12는 적외선 필터의 제1면 및 제2면을 나타낸다.

한편, 렌즈의 유효 반경은 도 14에 기재된 바와 같이 제1렌즈의 물체 측면으로부터 제2렌즈의 상 측면으로 갈수록 점차 작아지다가, 제2렌즈의 상 측면으로부터 제5렌즈의 상 측면으로 갈수록 점차 증가한다.

도 15는 렌즈 모듈을 구성하는 렌즈들의 비구면 값을 나타내는 표이다. 도 15에서 가로 축은 제1렌즈 내지 제5렌즈의 면 번호를 의미하고, 세로 축은 렌즈의 각 면에 대응하는 특성을 나타낸다.

제1실시 예 내지 제3실시 예에 렌즈 모듈은 비구면 형상의 제4렌즈를 포함한다. 일 예로, 제4렌즈의 물체 측면에는 4개 이상의 변곡점이 형성된다. 도 16을 참조하여 제4렌즈의 형상을 설명한다.

제4렌즈(140)는 물체 측면에 다수의 변곡점이 형성되는 형상이다. 일 예로, 제4렌즈(140)는 광축(C-C)으로부터 멀어질수록 변곡점의 수가 증가하는 형상일 수 있다. 제4렌즈(140)의 물체 측면에는 4개 이상의 변곡점(P1, P2, P3, P4)이 형성된다. 여기서, 광축(C-C)으로부터 제1변곡점(P1)까지의 거리(Y1)는 제1변곡점(P1)으로부터 제2변곡점(P2)까지의 거리(Y2-Y1)보다 크고, 제2변곡점(P2)으로부터 제3변곡점(P3)까지의 거리(Y3-Y2)는 제3변곡점(P3)으로부터 제4변곡점(P4)까지의 거리(Y4-Y3)보다 크다. 이러한 형상의 제4렌즈(140)는 매니스커스 형상의 렌즈에서 야기되는 페츠발 상면만곡을 보정하는데 유리하다.

표 1은 제1실시 예 내지 제3실시 예에 따른 렌즈 모듈의 광학 특성을 나타낸다. 렌즈 모듈은 대체로 3.20 ~ 3.60의 전체 초점거리(f)를 갖는다. 렌즈 모듈에서 제1렌즈의 초점거리(f1)는 대체로 2.50 ~ 2.80 범위에서 정해질 수 있다. 렌즈 모듈에서 제2렌즈의 초점거리(f2)는 대체로 -7.0 ~ -4.0 범위에서 정해질 수 있다. 렌즈 모듈에서 제3렌즈의 초점거리(f3)는 대체로 11.0 ~ 22.0 범위에서 정해질 수 있다. 렌즈 모듈에서 제4렌즈의 초점거리(f4)는 대체로 -120.0 ~ -10.0 범위에서 정해질 수 있다. 렌즈 모듈에서 제5렌즈의 초점거리(f5)는 대체로 -140.0 ~ -10.0 범위에서 정해질 수 있다. 렌즈 모듈에서 광학계의 전체 길이는 대체로 3.70 ~ 4.0 범위에서 정해질 수 있다. 렌즈 모듈의 화각(FOV: Field of View)은 대체로 80도 이상일 수 있다.

표 2는 조건식의 수치범위와 제1실시 예 내지 제3실시 예에 따른 렌즈 모듈의 조건식 값을 나타낸다.

표 2에서 알 수 있듯이, 제1실시 예 내지 제3실시 예에 따른 렌즈 모듈은 조건식을 모두 만족한다.

본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

100, 200, 300 렌즈 모듈
110, 210, 310 제1렌즈
120, 220, 320 제2렌즈
130, 230, 330 제3렌즈
140, 240, 340 제4렌즈
150, 250, 350 제5렌즈
70 적외선 차단 필터
80 이미지 센서

Claims

물체 측으로부터 순서대로 배치되는,
굴절력을 가지는 제1렌즈;
굴절력을 가지는 제2렌즈;
굴절력을 가지는 제3렌즈;
굴절력을 가지며, 양면이 오목한 형상인 제4렌즈; 및
부의 굴절력을 가지며, 상 측면에 하나 이상의 변곡점이 형성되는 제5렌즈;
를 포함하는 렌즈 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1렌즈는 정의 굴절력을 가지는 렌즈 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제2렌즈는 부의 굴절력을 가지는 렌즈 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제3렌즈는 정의 굴절력을 가지는 렌즈 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제4렌즈는 부의 굴절력을 가지는 렌즈 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제4렌즈는 물체 측면에 하나 이상의 변곡점이 형성되는 형상인 렌즈 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제4렌즈는 상 측면에 하나 이상의 변곡점이 형성되는 형상인 렌즈 모듈.
제1항에 있어서,
하기 조건식을 만족하는 렌즈 모듈.
[조건식] TTL/(ImgH*2) < 0.67
(상기 조건식에서 TTL은 상기 제1렌즈의 물체 측면으로부터 상면(image plane)까지의 거리이고, ImgH는 상면의 최대 높이이다)
제1항에 있어서,
하기 조건식을 만족하는 렌즈 모듈.
[조건식] 0.08 < (D11/TTL)*ImgH < 0.09
(상기 조건식에서 D11은 필터의 두께이고, TTL은 상기 제1렌즈의 물체 측면으로부터 상면(image plane)까지의 거리이고, ImgH는 상면의 최대 높이이다)
제1항에 있어서,
하기 조건식을 만족하는 렌즈 모듈.
[조건식] 0.8 < BFL/f < 0.9
(상기 조건식에서 BFL은 상기 제5렌즈의 상 측면으로부터 상면(image plane)까지의 거리이고, f는 상기 제1렌즈 내지 상기 제5렌즈로 구성되는 광학계의 전체 초점거리이다)
제1항에 있어서,
하기 조건식을 만족하는 렌즈 모듈.
[조건식] D2/f < 0.12
(상기 조건식에서 D2는 상기 제1렌즈의 상 측면으로부터 상기 제2렌즈의 물체 측면까지의 거리이고, f는 상기 제1렌즈 내지 상기 제5렌즈로 구성되는 광학계의 전체 초점거리이다)
제1항에 있어서,
하기 조건식을 만족하는 렌즈 모듈.
[조건식] 0.30 < r10/f < 0.36
(상기 조건식에서 r10은 상기 제5렌즈의 상 측면의 곡률 반지름이고, f는 상기 제1렌즈 내지 상기 제5렌즈로 구성되는 광학계의 전체 초점거리이다)
물체 측으로부터 순서대로 배치되는,
매니스커스 형상인 제1렌즈;
매니스커스 형상인 제2렌즈;
매니스커스 형상인 제3렌즈;
양면이 오목한 형상인 제4렌즈; 및
부의 굴절력을 가지며, 상 측면이 오목하고 상 측면에 하나 이상의 변곡점이 형성되는 제5렌즈;
를 포함하는 렌즈 모듈.
제13항에 있어서,
상기 제1렌즈는 물체 측면이 볼록한 형상인 렌즈 모듈.
제13항에 있어서,
상기 제1렌즈는 상 측면이 오목한 형상인 렌즈 모듈.
제13항에 있어서,
상기 제2렌즈는 물체 측면이 볼록한 형상인 렌즈 모듈.
제13항에 있어서,
상기 제2렌즈는 상 측면이 오목한 형상인 렌즈 모듈.
제13항에 있어서,
상기 제3렌즈는 물체 측면이 오목한 형상인 렌즈 모듈.
제13항에 있어서,
상기 제3렌즈는 상 측면이 볼록한 형상인 렌즈 모듈.
제13항에 있어서,
상기 제5렌즈는 물체 측면이 볼록한 형상인 렌즈 모듈.
물체 측으로부터 순서대로 배치되는,
상 측면이 오목한 형상인 제1렌즈;
물체 측면이 볼록한 형상인 제2렌즈;
정의 굴절력을 가지며 물체 측면이 오목한 형상인 제3렌즈;
부의 굴절력을 가지며 상 측면이 오목한 형상인 제4렌즈; 및
부의 굴절력을 가지며, 상 측면이 오목하고 상 측면에 하나 이상의 변곡점이 형성되는 제5렌즈;
를 포함하는 렌즈 모듈.
물체 측으로부터 순서대로 배치되는,
정의 굴절력을 가지는 제1렌즈;
부의 굴절력을 가지는 제2렌즈;
정의 굴절력을 가지는 제3렌즈;
부의 굴절력을 가지는 제4렌즈; 및
부의 굴절력을 가지며, 상 측면에 하나 이상의 변곡점이 형성되는 제5렌즈;
를 포함하고 하기 조건식을 만족하는 렌즈 모듈.
[조건식] TTL/(ImgH*2) < 0.67
(상기 조건식에서 TTL은 상기 제1렌즈의 물체 측면으로부터 상면(image plane)까지의 거리이고, ImgH는 상면의 최대 높이이다)
제22항에 있어서,
상기 조건식을 만족하는 렌즈 모듈.
[조건식] TTL/(ImgH*2) < 0.65
(상기 조건식에서 TTL은 상기 제1렌즈의 물체 측면으로부터 상면(image plane)까지의 거리이고, ImgH는 상면의 최대 높이이다)