KR20210137417A - 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈 - Google Patents

광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR20210137417A
KR20210137417A KR1020210153859A KR20210153859A KR20210137417A KR 20210137417 A KR20210137417 A KR 20210137417A KR 1020210153859 A KR1020210153859 A KR 1020210153859A KR 20210153859 A KR20210153859 A KR 20210153859A KR 20210137417 A KR20210137417 A KR 20210137417A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lens
optical system
image
value
image side
Prior art date
Application number
KR1020210153859A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102661298B1 (ko
Inventor
김지성
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020210153859A priority Critical patent/KR102661298B1/ko
Publication of KR20210137417A publication Critical patent/KR20210137417A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102661298B1 publication Critical patent/KR102661298B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/021—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses for more than one lens
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
    • G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
    • G02B13/004—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface having four lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G—PHYSICS
    • 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 -
    • G02B9/34—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having four components only
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B17/00—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor
    • G03B17/02—Bodies
    • G03B17/12—Bodies with means for supporting objectives, supplementary lenses, filters, masks, or turrets
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B30/00—Camera modules comprising integrated lens units and imaging units, specially adapted for being embedded in other devices, e.g. mobile phones or vehicles
    • H04N5/2254—

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Lens Barrels (AREA)

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 광학계는 물체(object)측으로부터 상측(image)으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈 및 제4 렌즈를 포함하고, f값이 1.7 이하이고, 상기 f값에 대한 TTL(Total Top Length)의 비(TTL/f값)가 2.1 내지 3이다.

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.
3 차원 콘텐츠는 게임, 문화뿐만 아니라 교육, 제조, 자율주행 등 많은 분야에서 적용되고 있으며, 3차원 콘텐츠를 획득하기 위하여 깊이 정보(Depth Map)가 필요하다. 깊이 정보는 공간 상의 거리를 나타내는 정보이며, 2차원 영상의 한 지점에 대하여 다른 지점의 원근 정보를 나타낸다.
깊이 정보를 획득하는 방법으로, IR(Infrared) 구조광을 객체에 투사하는 방식, 스테레오 카메라를 이용하는 방식, TOF(Time of Flight) 방식 등이 이용되고 있다. TOF 방식에 따르면, 비행 시간, 즉 빛을 쏘아서 반사되어 오는 시간을 측정함으로써 물체와의 거리를 계산한다. ToF 방식의 가장 큰 장점은 3차원 공간에 대한 거리정보를 실시간으로 빠르게 제공한다는 점에 있다. 또한 사용자가 별도의 알고리즘 적용이나 하드웨어적 보정을 하지 않고도 정확한 거리 정보를 얻을 수 있다. 또한 매우 가까운 피사체를 측정하거나 움직이는 피사체를 측정하여도 정확한 깊이 정보를 획득할 수 있다.
한편, 휴대 단말 및 이에 내장되는 카메라의 기술이 발달함에 따라, 휴대 단말 내에도 ToF 기능을 가지는 카메라 모듈을 내장하고자 하는 시도가 있으나, 휴대 단말 내 설계의 제약으로 인하여 슬림화, 저소비전력 및 경량화를 만족시키면서도 고해상도의 광학성능을 얻기는 어려운 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 적외선 카메라용 광학계는 물체(object)측으로부터 상측(image)으로 순차적으로 배열되며, 양의 파워를 가지는 제1 렌즈; 음의 파워를 가지는 제2 렌즈; 양의 파워를 가지는 제3 렌즈; 및 음의 파워를 가지는 제4 렌즈를 포함하고, f값이 1.7 이하이고, 상기 f값에 대한 TTL(Total Top Length)의 비(TTL/f값)가 2.1 내지 3이며, 상기 제1 렌즈의 상측면 및 상기 제2 렌즈의 물측면 간의 제1 거리, 상기 제2 렌즈의 상측면 및 상기 제3 렌즈의 물측면 간의 제2 거리 및 상기 제3 렌즈의 상측면 및 상기 제4 렌즈의 물측면 간의 제3 거리 중 상기 제3 거리가 가장 짧다.
상기 f값이 1.5 이하이고, 상기 f값에 대한 TTL(Total Top Length)의 비(TTL/f값)가 2.4 내지 3일 수 있다.
상기 f값이 1.4 이하이고, 상기 f값에 대한 TTL(Total Top Length)의 비(TTL/f값)가 2.6 내지 2.9일 수 있다.
상기 제3 거리는 0.2mm 이하일 수 있다.
상기 제1 렌즈의 제1 굴절률, 상기 제2 렌즈의 제2 굴절률 및 상기 제3 렌즈의 제3 굴절률 중 상기 제3 굴절률이 가장 클 수 있다.
상기 제4 렌즈의 물측면 및 상측면 중 적어도 하나 및 상기 제3 렌즈의 물측면 및 상측면 중 적어도 하나는 각각 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다.
상기 제3 렌즈의 두께는 상기 제2 렌즈의 두께보다 클 수 있다.
상기 제4 렌즈의 물측면의 곡률반경의 절대값은 상기 제4 렌즈의 상측면의 곡률반경의 절대값보다 클 수 있다.
상기 제3 렌즈의 초점거리의 절대값은 상기 제2 렌즈의 초점거리의 절대값보다 클 수 있다.
상기 제1 렌즈 내지 상기 제4 렌즈로 구성될 수 있다.
상기 제1 렌즈의 초점거리(f1)에 대한 상기 제3 렌즈의 초점거리(f3)의 비(f3/f1)는 0.5 내지 1.5일 수 있다.
상기 제1 렌즈의 초점거리(f1)는 0.5mm 내지 10mm일 수 있다.
상기 제1 렌즈는 물측면이 볼록하고 상측면이 오목하며, 상기 제3 렌즈는 물측면이 오목하고 상측면이 볼록하며, 상기 제4 렌즈는 물측면이 볼록하고 상측면이 오목할 수 있다.
상기 제2 렌즈는 물측면이 오목하고 상측면이 오목할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 적외선 카메라 모듈은 이미지 센서, 상기 이미지 센서 상에 배치된 필터, 그리고 상기 필터 상에 배치되며, 상기 광학계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 저조도 환경에서도 높은 해상력을 가지며 소형으로 구현할 수 있는 광학계 및 카메라 모듈을 얻을 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 ToF 기능을 구현하기 위하여 적용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광학계의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 광학계의 단면도이다.
도 6 내지 10은 제1 내지 제5 실시예에 따른 광학계의 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)을 측정한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 광학계가 적용되는 카메라 모듈의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 깊이 정보를 추출하는 카메라 모듈의 블록도를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 전기 신호 생성 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 4개의 위상 영상을 이용하여 ToF IR 영상 또는 깊이 영상을 얻는 방법의 일 예를 간략하게 도시한다.
도 15(a)는 틸팅부에 의한 입력광 신호의 광경로 변경을 설명하기 위한 도면이고, 도 15(b)는 이미지 센서 내에서 서브픽셀 단위로 픽셀을 이동시켜 입력광 데이터 보간을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, 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 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광학계는 물체(object)측으로부터 상측(image)으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈, 및 제4 렌즈를 포함하며, f값이 1.7 이하이고, f값에 대한 TTL(Total Top Length)의 비(TTL/f값)가 2.1 내지 3이다. 그리고, 제1 렌즈 및 제3 렌즈 각각은 양의 파워를 가지고, 제4 렌즈는 음의 파워를 가질 수 있다. 각 렌즈의 파워는 각 렌즈의 초점거리의 역수로 나타낼 수 있다. 이와 같은 광학계는 저조도 환경에서도 우수한 결상 성능을 가질 수 있으며, 색수차를 보정할 수 있고, 왜곡(distortion)도 양호하게 보정할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 제1 렌즈의 초점거리(f1)에 대한 상기 제3 렌즈의 초점거리(f3)의 비(f3/f1)가 0.5 내지 1.5일 수 있다. 이에 따르면, 광학계를 소형화할 수 있으며, 색수차도 양호하게 유지할 수 있고, 왜곡(distortion)도 양호하게 보정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 제1 렌즈의 상측면 및 제2 렌즈의 물측면 간의 제1 거리, 제2 렌즈의 상측면 및 제3 렌즈의 물측면 간의 제2 거리 및 제3 렌즈의 상측면 및 제4 렌즈의 물측면 간의 제3 거리 중 제3 거리가 가장 짧을 수 있다. 제3렌즈의 상측면을 볼록형상으로, 제4렌즈의 물측면을 볼록형상으로 설계함으로써 제3 거리가 가장 짧게 형성된다. 이로 인해 광학계의 TTL은 줄이고 해상력을 향상시키는 효과가 있다. 그리고, 제1 렌즈의 제1 굴절률, 제2 렌즈의 제2 굴절률, 제3 렌즈의 제4 굴절률 및 제4 렌즈의 제4 굴절률 중 제3 굴절률이 가장 클 수 있다. 이에 따라 제3렌즈의 민감도가 적어지므로, 제3렌즈 제작 시 제작 공차가 넓어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계의 단면도이다. 표 1은 제1 실시예에 따른 4매의 렌즈의 광학 특성을 나타낸다. 제1 실시예에서 전체 유효초점거리(EFL)는 2.2765mm이고, TTL은 3.7mm이며, F값은 1.39이다. 표 2 내지 3은 제1 실시예에 따른 광학계를 구성하는 각 렌즈에 대한 코닉 상수 및 비구면 계수를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 광학계(100)는 물체(object) 측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3렌즈(130) 및 제4 렌즈(140)를 포함한다. 이미지 센서(10) 상에 필터(20)가 배치되며, 필터(20) 상에 광학계(100)가 배치될 수 있다.
물체(object)로부터 반사된 광은 광학계(100)의 제1 렌즈 내지 제4 렌즈(110 내지 140) 및 필터(20)를 순차적으로 통과하여 이미지 센서(10)에 수신된다.
필터(20)는 IR(Infrared) 필터일 수 있다. 그리고, 이미지 센서(10)는 와이어(wire)에 의하여 인쇄회로기판과 연결될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계(100)는 f값이 1.7 이하, 바람직하게는 1.5 이하, 더욱 바람직하게는 1.4 이하이고, f값에 대한 TTL(Total Top Length)의 비(TTL/f값)는 2.1 내지 3, 바람직하게는 2.4 내지 3, 더욱 바람직하게는 2.6 내지 2.9이다. 예를 들어, 제1 실시예에 따른 광학계(100)의 f값은 1.39이고, TTL은 3.7이며, TTL/f값은 2.66일 수 있다.
여기서, f값은 조리개의 유효 직경(D)에 대한 렌즈의 초점거리(f)의 비(f/D)를 의미할 수 있다. 이에 따라, f값은 작아질수록 조리개의 지름 및 렌즈의 지름은 커질 수 있으며, 빛이 모이는 양은 많아질 수 있다. 이에 반해, f값이 커질수록 조리개의 지름 및 렌즈의 지름을 작아질 수 있으며, 빛이 모이는 양은 적어질 수 있다.
TTL(Total Top Length)은 상이 맺히는 이미지센서로부터 광학계(100)의 첫번째 면까지의 거리를 의미한다. 여기서, TTL은 상이 맺히는 이미지센서로부터 제1 렌즈(110)의 물체측 면(112)까지의 거리를 의미할 수 있다.
TTL/f값이 2.1 미만이면, 광학계가 구성되기 어렵거나, 성능이 떨어질 수 있어 저조도 환경에서 적용하기 어려울 수 있고, TTL/f값이 3을 초과하면 광학계의 사이즈가 커져서 휴대 단말에 적용하기 어려워질 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계(100)에서, 제1 렌즈(110)는 양(+)의 파워를 가진다. 이에 따라, 제1 렌즈(110)는 광학계(100)에 의하여 요구되는 굴절력의 일부를 제공할 수 있다. 제1 렌즈(110)의 물측면(112)은 볼록하고, 상측면(114)은 오목할 수 있다. 즉, 제1 렌즈(110)는 메니스커스 형상일 수 있다. 제1 렌즈(100)의 물측면(112)이 볼록하면, 제1 렌즈(110)의 굴절력이 강화될 수 있다. 제1 렌즈(110)의 물측면(112)과 상측면(114)이 볼록한 양볼록 형상도 가능하나, 제1 렌즈(110)의 상측면(114)이 오목할 때, 빛의 분산력이 강해져 해상도가 향상될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계(100)에서, 제2 렌즈(120)는 음(-)의 파워를 가지며, 제2 렌즈(120)의 물측면(122)은 오목하고, 상측면(124)은 오목할 수 있다. 이와 같이, 제2 렌즈(120)는 양오목 형상일 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계(100)에서, 제3 렌즈(130)는 양(+)의 파워를 가지며, 제3 렌즈(130)의 물측면(132)은 오목하고, 상측면(134)은 볼록할 수 있다. 이와 같이, 제3 렌즈(130)는 메니스커스 형상일 수 있으며, 제3 렌즈(130)의 물측면(132) 및 상측면(134) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다. 이때, 제3 렌즈(130)의 두께는 제2 렌즈(120)의 두께보다 클 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계(100)에서, 제4 렌즈(140)는 음(-)의 파워를 가지며, 제4 렌즈(140)의 물측면(142)은 볼록하고, 상측면(144)은 오목할 수 있다. 그리고, 제4 렌즈(140)의 물측면(142)의 곡률반경의 절대 값은 상측면(144)의 곡률반경의 절대 값보다 클 수 있다. 여기서, 제4 렌즈(140)의 물측면(142) 및 상측면(144) 중 광축과의 교점 이외의 위치에 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다. 여기서, 변곡점은 유효 반경 내에서의 렌즈 단면 형상의 곡선에 있어서, 비구면 정점의 접 평면이 광축과 수직이 되는 비구면 상의 점을 의미한다. 이에 따라, 이미지 센서(10)에 수신되는 주광선의 최대 사출각을 조절할 수 있어, 화면의 주변부가 어두워지는 현상을 방지할 수 있다.
제1 렌즈(110) 내지 제4 렌즈(150) 중 적어도 하나는 플라스틱 재질일 수 있다. 이에 따라, 경량이며, 제조 원가가 저렴한 광학계를 구현할 수 있다.
한편, 제1 렌즈(110)와 제2 렌즈(120) 사이에는 조리개(미도시)가 더 배치될 수도 있다. 조리개는 입사되는 빛을 선택적으로 수렴하여 초점거리를 조절할 수 있다.
이때, 제1 렌즈(110)의 초점거리(f1)는 0.5mm 내지 10mm일 수 있다. 제1 렌즈(110)의 초점거리(f1)가 0.5mm 미만일 경우 렌즈 민감도가 높아 제작에 어려움을 겪을 수 있으며, 10mm를 초과할 경우 렌즈 굴절능이 부족하여 수차 보정이 어려울 수 있다. 그리고, 제3 렌즈(130)의 초점거리의 절대값은 제2 렌즈(120)의 초점거리의 절대값보다 클 수 있다. 만약, 제3 렌즈(130)의 초점거리의 절대값이 제2 렌즈(120)의 초점거리의 절대값과 같거나 작을 경우, 렌즈 굴절능의 비가 무너져 해상도를 맞추기 어려워질 수 있다.
제1 렌즈(110)의 초점거리(f1)에 대한 제3 렌즈(130)의 초점거리(f3)의 비(f3/f1)는 0.5 내지 1.5일 수 있다. 예를 들어, 제1 실시예에서 제1 렌즈(110)의 초점거리(f1)에 대한 제3 렌즈(130)의 초점거리(f3)의 비(f3/f1)는 1.08일 수 있다. 제1 렌즈(110)의 초점거리(f1)에 대한 제3 렌즈(130)의 초점거리(f3)의 비(f3/f1)가 0.5 미만이면 광학계(100)의 전체 크기가 커질 수 있으며, 1.5를 초과하면 해상도가 낮아질 수 있다.
또한, 제1 렌즈(110)의 상측면(114) 및 제2 렌즈(120)의 물측면(122) 간의 제1 거리, 제2 렌즈(120)의 상측면(124) 및 제3 렌즈(130)의 물측면(132) 간의 제2 거리 및 제3 렌즈(130)의 상측면(134) 및 제4 렌즈(140)의 물측면(142) 간의 제3 거리라고 할 때, 제3 거리는 0.2mm보다 작을 수 있으며, 제1 거리, 제2 거리 및 제3 거리 중 제3 거리가 가장 짧을 수 있다. 즉, 표 1을 참조하면, 제3 거리는 0.1mm로 제1 거리 및 제2 거리보다 짧을 수 있다.
또한, 제1 렌즈(110)의 제1 굴절률, 제2 렌즈(120)의 제2 굴절률, 제3 렌즈(130)의 제3 굴절률 및 제4 렌즈(140)의 제4 굴절률 중 제3 굴절률이 가장 클 수 있다. 즉, 표 1을 참조하면, 제3 렌즈(130)의 인덱스 상수는 1.661로 제4 렌즈(140)와 함께 가장 큰 굴절률을 가짐을 알 수 있다.
렌즈 No. 렌즈면 No. 곡률반경(R, mm) 두께(mm) 인덱스 상수 아베수(Vd) 초점거리
제1 렌즈 112 1.588613865 0.620156042 1.5442
　		 56
　		 3.490235657
　
114 9.036743888 0.304595889
제2 렌즈 122 -40.51799011 0.27 1.5442
　		 56
　		 -39.31069672
　
124 44.11074414 0.124716558
제3 렌즈 132 -1.912521204 0.62994179 1.661
　		 20.1
　		 3.781541199
　
134 -1.203299896 0.1
제4 렌즈 142 1.6492897 0.590272021 1.661
　		 20.1
　		 -22.12409968
　
144 1.270877926 0.3093177
필터

 22 1.00E+18 0.21 Filter
　
24 1.00E+18 　
Image Sensor　 10 1.00E+18 0.54 Image Sensor　
여기서, 두께(mm)는 각 렌즈면에서 다음 렌즈면까지의 거리를 나타낸다. 즉, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에서 상측면(114)까지의 거리를 나타낸다. 그리고, 제1 렌즈(110)의 상측면(114)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110)의 상측면(114)에서 제2 렌즈(120)의 물측면(122)까지의 거리를 나타낸다. 인덱스 상수는 d선(d-line)을 이용하여 측정한 렌즈의 굴절률을 의미한다.
렌즈면 No. 코닉상수(K) A B C D
112 -19.2614 0.476342 -0.57989 -0.76699 4.202803
114 9.391511 -0.03418 -0.12855 0.558849 -1.6958
122 777.5035 -0.24025 -0.19134 -1.53439 3.43385
124 175.234 0.289021 -1.20887 1.962692 -2.82352
132 1.88596 0.453127 -0.41221 -0.1444 0.281656
134 -0.57991 0.027643 -0.31419 0.729878 -0.72109
142 -3.1718 -0.20625 0.02863 -0.14416 0.309167
144 -0.49174 -0.27633 0.061103 -0.02347 0.014383
렌즈면 No. E F G H J
112 -4.2386 -1.90615 1.531808 6.598255 -5.48295
114 0.822788 3.5607 -6.15273 2.833881 -0.08944
122 -2.66624 -0.01997 -3.03678 4.414354 0.171669
124 2.736252 -0.9793 -1.68284 2.419841 -0.95355
132 1.808093 -3.58015 1.734831 0.728386 -0.64042
134 0.031112 0.649824 -0.22909 -0.25381 0.124903
142 -0.23 0.063479 -0.02717 0.033474 -0.01228
144 -0.002 -0.00438 0.002177 -0.00029 -9.05E-06
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계의 단면도이다. 표 4는 제2 실시예에 따른 4매의 렌즈의 광학 특성을 나타낸다. 제2 실시예에서 전체 유효초점거리(EFL)는 2.73mm이고, TTL은 3.75mm이며, F값은 1.39이다. 표 5 내지 6은 제2 실시예에 따른 광학계를 구성하는 각 렌즈에 대한 코닉 상수 및 비구면 계수를 나타낸다. 도 1의 제1 실시예와 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
도 2를 참조하면, 광학계(200)는 물체(object) 측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈(210), 제2 렌즈(220), 제3렌즈(230) 및 제4 렌즈(240)를 포함한다. 이미지 센서(10) 상에 필터(20)가 배치되며, 필터(20) 상에 광학계(200)가 배치될 수 있다.
물체(object)로부터 반사된 광은 광학계(200)의 제1 렌즈 내지 제4 렌즈(210 내지 240) 및 필터(20)를 순차적으로 통과하여 이미지 센서(10)에 수신된다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계(200)의 f값은 1.39이고, TTL은 3.75이며, TTL/f값은 2.69일 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계(200)에서, 제1 렌즈(210)는 양(+)의 파워를 가진다. 이에 따라, 제1 렌즈(210)는 광학계(200)에 의하여 요구되는 굴절력의 일부를 제공할 수 있다. 제1 렌즈(210)의 물측면(212)은 볼록하고, 상측면(214)은 오목할 수 있다. 즉, 제1 렌즈(210)는 메니스커스 형상일 수 있다. 제1 렌즈(200)의 물측면(212)이 볼록하면, 제1 렌즈(210)의 굴절력이 강화될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계(200)에서, 제2 렌즈(220)는 양(+)의 파워를 가지며, 제2 렌즈(220)의 물측면(222)은 볼록하고, 상측면(224)은 오목할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계(200)에서, 제3 렌즈(230)는 양(+)의 파워를 가지며, 제3 렌즈(230)의 물측면(232)은 오목하고, 상측면(234)은 볼록할 수 있다. 이와 같이, 제3 렌즈(230)는 메니스커스 형상일 수 있으며, 제3 렌즈(230)의 물측면(232) 및 상측면(234) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다. 이때, 제3 렌즈(230)의 두께는 제2 렌즈(220)의 두께보다 클 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계(200)에서, 제4 렌즈(240)는 음(-)의 파워를 가지며, 제4 렌즈(240)의 물측면(242)은 볼록하고, 상측면(244)은 오목할 수 있다. 그리고, 제4 렌즈(240)의 물측면(242)의 곡률반경의 절대 값은 상측면(244)의 곡률반경의 절대 값보다 클 수 있다. 여기서, 제4 렌즈(240)의 물측면(242) 및 상측면(244) 중 광축과의 교점 이외의 위치에 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다.
이때, 제1 렌즈(210)의 초점거리(f1)는 0.5mm 내지 10mm일 수 있고, 제3 렌즈(230)의 초점거리의 절대값은 제2 렌즈(220)의 초점거리의 절대값보다 클 수 있다. 제2 실시예에서 제1 렌즈(210)의 초점거리(f1)에 대한 제3 렌즈(230)의 초점거리(f3)의 비(f3/f1)는 0.59일 수 있다.
또한, 표 4를 참조하면, 제3 거리는 0.2mm 이하, 예를 들어 0.07mm일 수 있으며, 제1 거리 및 제2 거리보다 짧을 수 있다.
또한, 표 4를 참조하면, 제3 렌즈(230)의 인덱스 상수는 1.661로 제4 렌즈(240)와 함께 가장 큰 굴절률을 가짐을 알 수 있다.
렌즈 No. 렌즈면 No. 곡률반경(R, mm) 두께(mm) 인덱스 상수 아베수(Vd) 초점거리
제1 렌즈 212 1.597986972 0.579582511 1.5442 56 3.490235657
214 4.024543319 0.237303612
제2 렌즈 222 6.277167817 0.290959161 1.5442 56 -39.31069672
224 6.914424559 0.449720896
제3 렌즈 232 -2.224245352 0.419753264 1.661 20.1 3.781541199
234 -1.039942266 0.07
제4 렌즈 242 1.729606257 0.426169902 1.661 20.1 -22.12409968
244 0.941460631 0.296510654
필터

 22 1.00E+18 0.21 filter
24 1.00E+18
Image Sensor　 10 1.00E+18 0.77 Image Sensor　
렌즈면 No. 코닉상수(K) A B C D
212 -19.2614 0.476342 -0.57989 -0.76699 4.202803
214 9.391511 -0.03418 -0.12855 0.558849 -1.6958
222 777.5035 -0.24025 -0.19134 -1.53439 3.43385
224 175.234 0.289021 -1.20887 1.962692 -2.82352
232 1.885966 0.453127 -0.41221 -0.1444 0.281656
234 -0.57991 0.027643 -0.31419 0.729878 -0.72109
242 -3.1718 -0.20625 0.02863 -0.14416 0.309167
244 -0.49174 -0.27633 0.061103 -0.02347 0.014383
렌즈면 No. E F G H J
212 -4.2386 -1.90615 1.531808 6.598255 -5.48295
214 0.822788 3.5607 -6.15273 2.833881 -0.08944
222 -2.66624 -0.01997 -3.03678 4.414354 0.171669
224 2.736252 -0.9793 -1.68284 2.419841 -0.95355
232 1.808093 -3.58015 1.734831 0.728386 -0.64042
234 0.031112 0.649824 -0.22909 -0.25381 0.124903
242 -0.23 0.063479 -0.02717 0.033474 -0.01228
244 -0.002 -0.00438 0.002177 -0.00029 -9.05E-06
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계의 단면도이다. 표 7은 제3 실시예에 따른 4매의 렌즈의 광학 특성을 나타낸다. 제3 실시예에서 전체 유효초점거리(EFL)는 2.73mm이고, TTL은 3.75mm이며, F값은 1.39이다. 표 8 내지 9는 제3 실시예에 따른 광학계를 구성하는 각 렌즈에 대한 코닉 상수 및 비구면 계수를 나타낸다. 도 1의 제1 실시예와 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
도 3을 참조하면, 광학계(300)는 물체(object) 측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈(310), 제2 렌즈(320), 제3렌즈(330) 및 제4 렌즈(340)를 포함한다. 이미지 센서(10) 상에 필터(20)가 배치되며, 필터(20) 상에 광학계(300)가 배치될 수 있다.
물체(object)로부터 반사된 광은 광학계(300)의 제1 렌즈 내지 제4 렌즈(310 내지 340) 및 필터(20)를 순차적으로 통과하여 이미지 센서(10)에 수신된다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계(300)의 f값은 1.39이고, TTL은 3.75이며, TTL/f값은 2.69일 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계(300)에서, 제1 렌즈(310)는 양(+)의 파워를 가진다. 이에 따라, 제1 렌즈(310)는 광학계(300)에 의하여 요구되는 굴절력의 일부를 제공할 수 있다. 제1 렌즈(310)의 물측면(312)은 볼록하고, 상측면(314)은 오목할 수 있다. 즉, 제1 렌즈(310)는 메니스커스 형상일 수 있다. 제1 렌즈(300)의 물측면(312)이 볼록하면, 제1 렌즈(310)의 굴절력이 강화될 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계(300)에서, 제2 렌즈(320)는 양(+)의 파워를 가지며, 제2 렌즈(320)의 물측면(322)은 볼록하고, 상측면(324)은 오목할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계(300)에서, 제3 렌즈(330)는 양(+)의 파워를 가지며, 제3 렌즈(330)의 물측면(332)은 오목하고, 상측면(334)은 볼록할 수 있다. 이와 같이, 제3 렌즈(330)는 메니스커스 형상일 수 있으며, 제3 렌즈(330)의 물측면(332) 및 상측면(334) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다. 이때, 제3 렌즈(330)의 두께는 제2 렌즈(320)의 두께보다 클 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계(300)에서, 제4 렌즈(340)는 음(-)의 파워를 가지며, 제4 렌즈(340)의 물측면(342)은 볼록하고, 상측면(344)은 오목할 수 있다. 그리고, 제4 렌즈(340)의 물측면(342)의 곡률반경의 절대 값은 상측면(344)의 곡률반경의 절대 값보다 클 수 있다. 여기서, 제4 렌즈(340)의 물측면(342) 및 상측면(344) 중 광축과의 교점 이외의 위치에 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다.
이때, 제1 렌즈(310)의 초점거리(f1)는 0.5mm 내지 10mm일 수 있고, 제3 렌즈(330)의 초점거리의 절대값은 제2 렌즈(320)의 초점거리의 절대값보다 클 수 있다. 제3 실시예에서 제1 렌즈(310)의 초점거리(f1)에 대한 제3 렌즈(330)의 초점거리(f3)의 비(f3/f1)는 1.02일 수 있다.
또한, 표 7을 참조하면, 제3 거리는 0.2mm 이하, 예를 들어 0.07mm일 수 있으며, 제1 거리 및 제2 거리보다 짧을 수 있다.
또한, 표 7을 참조하면, 제3 렌즈(330)의 인덱스 상수는 1.661로 제4 렌즈(340)와 함께 가장 큰 굴절률을 가짐을 알 수 있다.
렌즈 No. 렌즈면 No. 곡률반경(R, mm) 두께(mm) 인덱스 상수 아베수(Vd) 초점거리
제1 렌즈 312 1.407893942 0.586980615 1.5442
 56
 4.089702634
314 3.355400813 0.354415435
제2 렌즈 322 7.960620249 0.287118822 1.5442
 56
 37.50334757
324 13.00404648 0.263800912
제3 렌즈 332 -1.470620139 0.469572242 1.661
 20.1
 4.185718469
334 -1.066019091 0.07
제4 렌즈 342 1.519128232 0.434614718 1.661
 20.1
 -9.201990562
344 1.072275343 0.2734942
필터
 22 1.00E+18 0.21 Filter

24 1.00E+18
Image Sensor　 10 1.00E+18 0.8 Image Sensor　
렌즈면 No. 코닉상수(K) A B C D
312 -0.24544597 0.01448311 -0.011725081 0.071941926 -0.029579339
314 9.378082392 -0.023216704 -0.028734819 -0.059572618 0.043524002
322 57.78729514 -0.058448785 -0.41360988 0.25434597 -0.039689241
324 175.278782 0.094468749 -0.328364798 0.135229936 -0.039562236
332 -5.187683377 0.18209163 -0.326219031 0.166720156 0.262088319
334 -1.555494572 0.106005879 -0.185157918 0.078483194 0.05828106
342 -4.201536473 -0.161608417 0.010007312 0.021777805 -0.002728858
344 -5.471894053 -0.08415643 -0.001303781 0.010871375 -0.003852592
렌즈면 No. E F G H J
312 -0.061409359 -0.015560345 0.088371432 0.043994254 -0.077126093
314 0.01913553 -0.133913365 0.005635648 0.027229811 -0.003635133
322 -0.179948916 -0.049896089 -0.019110088 0.261824741 0.006732012
324 0.003687054 0.032727718 -0.116269634 -0.139841299 0.219990874
332 -0.307702025 -0.16243654 0.088861571 0.210682848 -0.140586528
334 0.00478698 -0.009133766 -0.015006005 -0.010519312 0.009886734
342 -0.001633898 -0.000827308 0.000731529 -0.000144124 7.85E-06
344 0.000343293 5.39E-05 -9.76E-06 -1.04E-06 2.24E-07
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광학계의 단면도이다. 표 10은 제4 실시예에 따른 4매의 렌즈의 광학 특성을 나타낸다. 제4 실시예에서 전체 유효초점거리(EFL)는 3mm이고, TTL은 3.92mm이며, F값은 1.39이다. 표 11 내지 12는 제4 실시예에 따른 광학계를 구성하는 각 렌즈에 대한 코닉 상수 및 비구면 계수를 나타낸다. 도 1의 제1 실시예와 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
도 4를 참조하면, 광학계(400)는 물체(object) 측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈(410), 제2 렌즈(420), 제3렌즈(430) 및 제4 렌즈(440)를 포함한다. 이미지 센서(10) 상에 필터(20)가 배치되며, 필터(20) 상에 광학계(400)가 배치될 수 있다.
물체(object)로부터 반사된 광은 광학계(400)의 제1 렌즈 내지 제4 렌즈(410 내지 440) 및 필터(20)를 순차적으로 통과하여 이미지 센서(10)에 수신된다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 광학계(400)의 f값은 1.39이고, TTL은 3.92이며, TTL/f값은 3일 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 광학계(400)에서, 제1 렌즈(410)는 양(+)의 파워를 가진다. 이에 따라, 제1 렌즈(410)는 광학계(400)에 의하여 요구되는 굴절력의 일부를 제공할 수 있다. 제1 렌즈(410)의 물측면(412)은 볼록하고, 상측면(414)은 오목할 수 있다. 즉, 제1 렌즈(410)는 메니스커스 형상일 수 있다. 제1 렌즈(410)의 물측면(412)이 볼록하면, 제1 렌즈(410)의 굴절력이 강화될 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 광학계(400)에서, 제2 렌즈(420)는 음(-)의 파워를 가지며, 제2 렌즈(420)의 물측면(422)은 오목하고, 상측면(424)은 오목할 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 광학계(400)에서, 제3 렌즈(430)는 양(+)의 파워를 가지며, 제3 렌즈(430)의 물측면(432)은 오목하고, 상측면(434)은 볼록할 수 있다. 이와 같이, 제3 렌즈(430)는 메니스커스 형상일 수 있으며, 제3 렌즈(430)의 물측면(432) 및 상측면(434) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다. 이때, 제3 렌즈(430)의 두께는 제2 렌즈(420)의 두께보다 클 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 광학계(400)에서, 제4 렌즈(440)는 음(-)의 파워를 가지며, 제4 렌즈(440)의 물측면(442)은 볼록하고, 상측면(444)은 오목할 수 있다. 그리고, 제4 렌즈(440)의 물측면(442)의 곡률반경의 절대 값은 상측면(444)의 곡률반경의 절대 값보다 클 수 있다. 여기서, 제4 렌즈(440)의 물측면(442) 및 상측면(444) 중 광축과의 교점 이외의 위치에 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다.
이때, 제1 렌즈(410)의 초점거리(f1)는 0.5mm 내지 10mm일 수 있고, 제3 렌즈(430)의 초점거리의 절대값은 제2 렌즈(420)의 초점거리의 절대값보다 클 수 있다. 제4 실시예에서 제1 렌즈(410)의 초점거리(f1)에 대한 제3 렌즈(430)의 초점거리(f3)의 비(f3/f1)는 1.23일 수 있다.
또한, 표 10을 참조하면, 제3 거리는 0.2mm 이하, 예를 들어 0.1mm일 수 있으며, 제1 거리 및 제2 거리와 같거나 짧을 수 있다.
또한, 표 10을 참조하면, 제3 렌즈(430)의 인덱스 상수는 1.661로 제1 렌즈(410) 및 제2 렌즈(420)과 함께 가장 큰 굴절률을 가짐을 알 수 있다.
렌즈 No. 렌즈면 No. 곡률반경(R, mm) 두께(mm) 인덱스 상수 아베수(Vd) 초점거리
제1 렌즈 412 1.375551892 0.787691509 1.661
 20.4
 3.29445969
414 3.096948959 0.412438984
제2 렌즈 422 -24.47116246 0.337767711 1.661
 20.1
 -11.64026012
424 10.70966412 0.1
제3 렌즈 432 -3.095349677 0.431103362 1.661
 20.1
 4.058168449
434 -1.485774043 0.1
제4 렌즈 442 5.157483422 0.727670884 1.5442
 56
 -6.529761925
444 1.983688945 0.12332755
필터
 22 0.21 Filter
24
Image Sensor　 10 1.00E+18 0.89 Image Sensor　
렌즈면 No. 코닉상수(K) A B C D
412 -2.02876675 0.080615628 0.112371453 -0.21737092 2.26E-01
414 -7.146808879 0.071314041 -0.189854711 0.763953651 -1.12E+00
422 -158.7181369 -0.238439016 -0.139349162 0.12886387 -2.19E-01
424 -900.0000042 -0.000781497 -0.424489007 0.57598003 -8.07E-01
432 -16.83959027 0.078273616 -0.08335023 0.151699387 -3.81E-01
434 0.889977924 -0.149069257 0.633528543 -0.502433928 2.01E-01
442 -183.9650263 -0.515026369 0.9675072 -1.358669563 3.83E-01
444 -24.50818555 -0.053689006 -0.037193388 0.022773193 -1.48E-03
렌즈면 No. E F G H J
412 -2.63E-02 -0.073431595 -0.003387712 0.046820099 -0.013354319
414 -1.19E-01 1.699733475 -0.650989387 -0.940486616 0.494693812
422 -6.45E-02 1.081392082 -0.89723209 -0.577273465 0.709396702
424 5.01E-01 0.109535711 0.289997828 -0.738253682 0.435342758
432 2.01E-01 0.657349795 -1.364073752 1.291783372 -0.490240433
434 1.46E-01 -0.059799888 -0.142892554 0.097986738 0.011512391
442 1.50E+00 -1.29605996 -1.187788463 1.99010691 -0.710745599
444 -2.84E-03 -7.49E-06 -0.000386441 0.000576506 -0.000139511
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 광학계의 단면도이다. 표 13은 제5 실시예에 따른 4매의 렌즈의 광학 특성을 나타낸다. 제5 실시예에서 전체 유효초점거리(EFL)는 2.305mm이고, TTL은 3.7mm이며, F값은 1.39이다. 표 14 내지 15는 제5 실시예에 따른 광학계를 구성하는 각 렌즈에 대한 코닉 상수 및 비구면 계수를 나타낸다. 도 1의 제1 실시예와 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
도 5를 참조하면, 광학계(500)는 물체(object) 측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈(510), 제2 렌즈(520), 제3렌즈(530) 및 제4 렌즈(540)를 포함한다. 이미지 센서(10) 상에 필터(20)가 배치되며, 필터(20) 상에 광학계(500)가 배치될 수 있다.
물체(object)로부터 반사된 광은 광학계(500)의 제1 렌즈 내지 제4 렌즈(510 내지 540) 및 필터(20)를 순차적으로 통과하여 이미지 센서(10)에 수신된다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 광학계(500)의 f값은 1.39이고, TTL은 3.7이며, TTL/f값은 2.66일 수 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 광학계(500)에서, 제1 렌즈(510)는 양(+)의 파워를 가진다. 이에 따라, 제1 렌즈(510)는 광학계(500)에 의하여 요구되는 굴절력의 일부를 제공할 수 있다. 제1 렌즈(510)의 물측면(512)은 볼록하고, 상측면(514)은 오목할 수 있다. 즉, 제1 렌즈(510)는 메니스커스 형상일 수 있다. 제1 렌즈(510)의 물측면(512)이 볼록하면, 제1 렌즈(510)의 굴절력이 강화될 수 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 광학계(500)에서, 제2 렌즈(520)는 음(-)의 파워를 가지며, 제2 렌즈(520)의 물측면(522)은 오목하고, 상측면(524)은 볼록할 수 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 광학계(500)에서, 제3 렌즈(530)는 양(+)의 파워를 가지며, 제3 렌즈(530)의 물측면(532)은 오목하고, 상측면(534)은 볼록할 수 있다. 이와 같이, 제3 렌즈(530)는 메니스커스 형상일 수 있으며, 제3 렌즈(530)의 물측면(532) 및 상측면(534) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다. 이때, 제3 렌즈(530)의 두께는 제2 렌즈(520)의 두께보다 클 수 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 광학계(500)에서, 제4 렌즈(540)는 음(-)의 파워를 가지며, 제4 렌즈(540)의 물측면(542)은 볼록하고, 상측면(544)은 오목할 수 있다. 그리고, 제4 렌즈(540)의 물측면(542)의 곡률반경의 절대 값은 상측면(544)의 곡률반경의 절대 값보다 클 수 있다. 여기서, 제4 렌즈(540)의 물측면(542) 및 상측면(544) 중 광축과의 교점 이외의 위치에 적어도 하나는 적어도 하나의 변곡점을 포함할 수 있다.
이때, 제1 렌즈(510)의 초점거리(f1)는 0.5mm 내지 10mm일 수 있고, 제3 렌즈(430)의 초점거리의 절대값은 제2 렌즈(520)의 초점거리의 절대값보다 클 수 있다. 제5 실시예에서 제1 렌즈(510)의 초점거리(f1)에 대한 제3 렌즈(530)의 초점거리(f3)의 비(f3/f1)는 0.61일 수 있다.
또한, 표 13을 참조하면, 제3 거리는 0.2mm 이하, 예를 들어 0.1mm일 수 있으며, 제1 거리 및 제2 거리보다 짧을 수 있다.
또한, 표 13을 참조하면, 제3 렌즈(530)의 인덱스 상수는 1.661로 제4 렌즈(540)과 함께 가장 큰 굴절률을 가짐을 알 수 있다.
렌즈 No. 렌즈면 No. 곡률반경(R, mm) 두께(mm) 인덱스 상수 아베수(Vd) 초점거리
제1 렌즈 512 1.517448169 0.7 1.5442
 56
 3.467311368
514 6.900859681 0.266075315
제2 렌즈 522 -15.38413544 0.25 1.5442
 56
 -43.85131361
524 -44.6826148 0.167674283
제3 렌즈 532 -2.121650998 0.7 1.661
 20.4
 2.128591561
534 -0.934030502 0.1
제4 렌즈 542 1.826329622 0.419546011 1.661
 20.4
 -3.628768665
544 0.929368638 0.34570439
필터
 22 0.21 Filter
24
Image Sensor　 10 1.00E+18 0.54 Image Sensor　
렌즈면 No. 코닉상수(K) A B C D
512 -3.085272899 0.046686781 0.295527392 -0.812455018 9.63E-01
514 9.378632495 -0.016776937 -0.173513371 0.044159898 5.92E-01
522 -285.0066055 -0.30194991 -0.031816548 -0.05545418 -8.40E-01
524 175.2339944 0.019640686 -0.763350477 3.562306706 -7.65E+00
532 0.921407393 0.211578909 -0.226802397 0.061627153 7.33E-01
534 -0.538757855 0.357631728 -0.75177997 1.230110188 -7.93E-01
542 -4.240137391 -0.198342043 0.084267495 -0.121931988 1.67E-01
544 -4.408450288 -0.131917052 0.06491616 -0.057198457 4.36E-02
렌즈면 No. E F G H J
512 -1.66E-01 -6.71E-01 0.023523736 1.105339413 -0.788563946
514 -2.04E+00 4.21E-01 4.049936296 -3.57899275 -0.089521334
522 -2.24E+00 4.97E+00 4.489829967 -8.818463239 0.147639819
524 4.32E+00 3.48E+00 -1.793175975 -4.416217225 2.940788272
532 2.96E-01 -4.93E+00 2.902464898 4.451085694 -3.63E+00
534 -2.43E-01 5.60E-01 -0.049451544 -0.259467354 0.120890047
542 -1.10E-01 2.34E-02 -0.003296859 0.005097161 -0.001505302
544 -1.85E-02 3.22E-04 0.002361321 -0.000716073 6.76E-05
도 6 내지 10은 제1 내지 제5 실시예에 따른 광학계의 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)을 측정한 그래프이다.
도 6a는 제1 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 구면수차를 측정한 그래프이고, 도 6b는 제1 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 비점수차를 측정한 그래프이고, 도 6c는 제1 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 7a는 제2 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 구면수차를 측정한 그래프이고, 도 7b는 제2 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 비점수차를 측정한 그래프이고, 도 7c는 제2 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 8a는 제3 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 구면수차를 측정한 그래프이고, 도 8b는 제3 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 비점수차를 측정한 그래프이고, 도 8c는 제3 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 9a는 제4 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 구면수차를 측정한 그래프이고, 도 9b는 제4 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 비점수차를 측정한 그래프이고, 도 9c는 제4 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 10a는 제5 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 구면수차를 측정한 그래프이고, 도 10b는 제5 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 비점수차를 측정한 그래프이고, 도 10c는 제5 실시예에 따른 광학계에서 840nm, 850nm, 860nm 파장의 빛에 대한 왜곡수차를 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. 도 6 내지 10을 참조하면, 구면수차가 파장에 관계없이 -0.08mm 내지 0.08mm이내에 있음을 알 수 있고, 비점수차가 파장에 관계없이 -0.2mm 내지 0.2mm이내에 있음을 알 수 있으며, 왜곡수차가 파장에 관계없이 -2% 내지 2% 이내에 있음을 알 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 수차 특성이 우수함을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 카메라 모듈에 적용될 수 있다. 도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 광학계가 적용되는 카메라 모듈의 단면도이다.
도 11을 참조하면, 카메라 모듈(1100)는 렌즈 어셈블리(1110), 이미지 센서(1120) 및 인쇄회로기판(1130)을 포함한다. 여기서, 렌즈 어셈블리(1110)는 광학계(1112), 렌즈 배럴(1114), 렌즈 홀더(1116) 및 IR 필터(1118)를 포함할 수 있다. 광학계(1112)는 도 1 내지 5의 본 발명의 실시예에 따른 광학계에 대응할 수 있고, IR 필터(1118)는 도 1 내지 5의 필터(20)에 대응할 수 있다. 이미지 센서(1120)는 도 1내지 5의 이미지 센서(10)에 대응할 수 있다.
광학계(1112)를 구성하는 복수 매의 렌즈들은 중심축을 기준으로 정렬될 수 있다. 여기서, 중심축은 광학계의 광축(Optical axis)과 동일할 수 있다.
렌즈 배럴(1114)은 렌즈 홀더(1116)와 결합되며, 내부에 렌즈를 수용할 수 있는 공간이 마련될 수 있다. 렌즈 배럴(1114)은 광학계(1112)를 구성하는 복수 매의 렌즈들과 회전 결합될 수 있으나, 이는 예시적인 것이며, 접착제(예를 들어, 에폭시(epoxy) 등의 접착용 수지)를 이용한 방식 등 다른 방식으로 결합될 수 있다.
렌즈 홀더(1116)는 렌즈 배럴(1114)과 결합되어 렌즈 배럴(1114)을 지지하고, 이미지 센서(1120)가 탑재된 인쇄회로기판(1130)에 결합될 수 있다. 렌즈 홀더(1116)에 의하여 렌즈 배럴(1114) 하부에 IR 필터(1118)가 부착될 수 있는 공간이 형성될 수 있다. 렌즈 홀더(1116)외 내주면에는 나선형 패턴이 형성될 수 있고, 이와 마찬가지로 외주면에 나선형 패턴이 형성된 렌즈 배럴(1114)과 회전 결합할 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것이며, 렌즈 홀더(1116)와 렌즈 배럴(1114)은 접착제를 통해 결합되거나, 렌즈 홀더(1116)와 렌즈 배럴(1114)이 일체형으로 형성될 수도 있다.
렌즈 홀더(1116)는 렌즈 배럴(1114)과 결합되는 상부 홀더(1116-1) 및 이미지 센서(1120)가 탑재된 인쇄회로기판(1130)과 결합되는 하부 홀더(1116-2)로 구분될 수 있으며, 상부 홀더(1116-1) 및 하부 홀더(1116-2)는 일체형으로 형성되거나, 서로 분리된 구조로 형성된 후 체결 또는 결합되거나, 서로 분리되어 이격된 구조를 가질 수도 있다. 이때, 상부 홀더(1116-1)의 직경은 하부 홀더(1116-2)의 직경보다 작게 형성될 수 있다.
이러한 카메라 모듈은 깊이 정보를 추출하는 카메라 모듈일 수도 있다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 깊이 정보를 추출하는 카메라 모듈의 블록도를 나타낸다.
도 12를 참조하면, 카메라 모듈(1200)은 광출력부(1210), 렌즈부(1220), 이미지 센서(1230), 틸팅부(1240) 및 영상 처리부(1250)를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈(1200)은 ToF 기능을 이용하여 깊이 정보를 추출하므로, 본 명세서에서 ToF 카메라 장치 또는 ToF 카메라 모듈과 혼용될 수 있다.
광출력부(1210)는 출력광 신호를 생성한 후 객체에 조사한다. 이때, 광출력부(1210)는 펄스파(pulse wave)의 형태나 지속파(continuous wave)의 형태로 출력광 신호를 생성하여 출력할 수 있다. 지속파는 사인파(sinusoid wave)나 사각파(squared wave)의 형태일 수 있다. 출력광 신호를 펄스파나 지속파 형태로 생성함으로써, 카메라 모듈(1200)은 광출력부(1210)로부터 출력된 출력광 신호와 객체로부터 반사된 후 카메라 모듈(1200)로 입력된 입력광 신호 사이의 위상 차를 검출할 수 있다. 본 명세서에서, 출력광은 광출력부(1210)로부터 출력되어 객체에 입사되는 광을 의미하고, 입력광은 광출력부(1210)로부터 출력되어 객체에 도달하여 객체로부터 반사된 후 카메라 장치(1200)로 입력되는 광을 의미할 수 있다. 객체의 입장에서 출력광은 입사광이 될 수 있고, 입력광은 반사광이 될 수 있다.
광출력부(1210)는 생성된 출력광 신호를 소정의 노출주기 동안 객체에 조사한다. 여기서, 노출주기란 1개의 프레임 주기를 의미한다. 복수의 프레임을 생성하는 경우, 설정된 노출주기가 반복된다. 예를 들어, 카메라 장치(1200)가 20 FPS로 객체를 촬영하는 경우, 노출주기는 1/20[sec]가 된다. 그리고 100개의 프레임을 생성하는 경우, 노출주기는 100번 반복될 수 있다.
광출력부(1210)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 출력광 신호를 생성할 수 있다. 광출력부(110)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 출력광 신호를 순차적으로 반복하여 생성할 수 있다. 또는, 광출력부(1210)는 서로 다른 주파수를 가지는 복수의 출력광 신호를 동시에 생성할 수도 있다.
이를 위하여, 광출력부(1210)는 빛을 생성하는 광원(1212)과 빛을 변조하는 광변조부(1214)를 포함할 수 있다.
우선, 광원(1212)은 빛을 생성한다. 광원(1212)이 생성하는 빛은 파장이 770 내지 3000nm인 적외선 일 수 있으며, 파장이 380 내지 770 nm인 가시광선 일 수도 있다. 광원(1212)은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 이용할 수 있으며, 복수의 발광 다이오드가 일정한 패턴에 따라 배열된 형태를 가질 수 있다. 뿐만 아니라, 광원(1212)은 유기 발광 다이오드(Organic light emitting diode, OLED)나 레이저 다이오드(Laser diode, LD)를 포함할 수도 있다. 또는, 광원(1212)은 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)일 수도 있다. VCSEL은 전기 신호를 광 신호로 바꾸어 주는 레이저 다이오드 중 하나이며, 약 800 내지 1000nm인 파장, 예를 들어 약 850nm 또는 약 940nm 파장을 사용할 수 있다.
광원(1212)은 일정 시간 간격으로 점멸(on/off)을 반복하여 펄스파 형태나 지속파 형태의 출력광 신호를 생성한다. 일정 시간 간격은 출력광 신호의 주파수일 수 있다. 광원의 점멸은 광변조부(1214)에 의해 제어될 수 있다.
광변조부(1214)는 광원(1212)의 점멸을 제어하여 광원(1212)이 지속파나 펄스파 형태의 출력광 신호를 생성하도록 제어한다. 광변조부(1214)는 주파수 변조(frequency modulation)나 펄스 변조(pulse modulation) 등을 통해 광원(1212)이 지속파나 펄스파 형태의 출력광 신호를 생성하도록 제어할 수 있다.
한편, 렌즈부(1220)는 객체로부터 반사된 입력광 신호를 집광하여 이미지 센서(1230)에 전달한다. 여기서, 렌즈부(1220)는 도 11의 렌즈 어셈블리(1110)에 대응할 수 있고, 광학계 및 IR 필터를 포함할 수 있다. 여기서, 광학계는 도 1 내지 5에서 예시하는 본 발명의 실시예에 따른 광학계일 수 있고, IR 필터는 도 1 내지 5에서 도시된 필터(20)일 수 있다.
이미지 센서(1230)는 렌즈부(1220)를 통해 집광된 입력광 신호를 이용하여 전기 신호를 생성한다.
이미지 센서(1230)는 광출력부(1210)의 점멸 주기와 동기화되어 입력광 신호를 검출할 수 있다. 구체적으로 이미지 센서(1230)는 광출력부(1210)로부터 출력된 출력광 신호와 동상(in phase) 및 이상(out phase)에서 각각 빛을 검출할 수 있다. 즉, 이미지 센서(1230)는 광원이 켜져 있는 시간에 입사광 신호를 흡수하는 단계와 광원이 꺼져 있는 시간에 입사광 신호를 흡수하는 단계를 반복 수행할 수 있다.
다음으로, 이미지 센서(1230)는 서로 다른 위상차를 가지는 복수의 참조 신호(reference signal)를 이용하여 각 참조 신호에 대응하는 전기 신호를 생성할 수 있다. 참조 신호의 주파수는 광출력부(1210)로부터 출력된 출력광 신호의 주파수와 동일하게 설정될 수 있다. 따라서, 광출력부(1210)가 복수의 주파수로 출력광 신호를 생성하는 경우, 이미지 센서(1230)는 각 주파수에 대응하는 복수의 참조 신호를 이용하여 전기 신호를 생성한다. 전기 신호는 각 참조 신호에 대응하는 전하량이나 전압에 관한 정보를 포함할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 전기 신호 생성 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 13에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 참조 신호는 4개(C1 내지 C4)일 수 있다. 각 참조 신호(C1 내지 C4)는 출력광 신호, 즉 객체의 입장에서 입사광 신호와 동일한 주파수를 가지되, 서로 90도 위상차를 가질 수 있다. 4개의 참조 신호 중 하나(C1)는 출력광 신호와 동일한 위상을 가질 수 있다. 입력광 신호, 즉 객체의 입장에서 반사광 신호는 출력광 신호가 객체에 입사된 후 반사되어 돌아오는 거리만큼 위상이 지연된다. 이미지 센서(1230)는 입력광 신호와 각 참조 신호를 각각 믹싱(mixing)한다. 그러면, 이미지 센서(1230)는 도 13의 음영 부분에 대응하는 전기 신호를 각 참조 신호별로 생성할 수 있다.
다른 실시예로, 노출 시간 동안 복수의 주파수로 출력광 신호가 생성된 경우, 이미지 센서(1230)는 복수의 주파수에 따른 입력광 신호를 흡수한다. 예를 들어, 주파수 f1과 f2로 출력광 신호가 생성되고, 복수의 참조 신호는 90도의 위상차를 가진다고 가정한다. 그러면, 입력광 신호 역시 주파수 f1과 f2를 가지므로, 주파수가 f1인 입력광 신호와 이에 대응하는 4개의 참조 신호를 통해 4개의 전기 신호가 생성될 수 있다. 그리고 주파수가 f2인 입력광 신호와 이에 대응하는 4개의 참조 신호를 통해 4개의 전기 신호가 생성될 수 있다. 따라서, 전기 신호는 총 8개가 생성될 수 있다.
이미지 센서(1230)는 복수의 픽셀이 그리드 형태로 배열된 구조로 구성될 수 있다. 이미지 센서(1230)는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서일 수 있으며, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서일 수도 있다. 또한, 이미지 센서(1230)는 피사체에 반사되는 적외선 광을 받아들여 시간 또는 위상 차를 이용해 거리를 측정하는 ToF 센서를 포함할 수 있다.
영상 처리부(1250)는 이미지 센서(1230)로부터 수신한 전기신호를 이용하여 출력광과 입력광 사이의 위상차를 계산하고, 위상차를 이용하여 객체와 카메라 모듈(1200) 사이의 거리를 계산한다.
구체적으로, 영상 처리부(1250)는 전기신호의 전하량 정보를 이용하여 출력광과 입력광 사이의 위상차를 계산할 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 출력광 신호의 주파수마다 전기신호는 4개가 생성될 수 있다. 따라서, 영상 처리부(1250)는 아래의 수학식 1을 이용하여 출력광 신호와 입력광 신호 사이의 위상차(td)를 계산할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, Q1 내지 Q4는 4개의 전기 신호 각각의 전하 충전량이다. Q1은 출력광 신호와 동일한 위상의 기준신호에 대응하는 전기신호의 전하량이다. Q2는 출력광 신호보다 위상이 180도 느린 기준신호에 대응하는 전기신호의 전하량이다. Q3는 출력광 신호보다 위상이 90도 느린 기준신호에 대응하는 전기신호의 전하량이다. Q4는 출력광 신호보다 위상이 270도 느린 기준신호에 대응하는 전기신호의 전하량이다.
그러면, 영상 처리부(1250)는 출력광 신호와 입력광 신호의 위상차를 이용하여 객체와 카메라 모듈(1200) 사이의 거리를 계산할 수 있다. 이때, 영상 처리부(1250)는 아래의 수학식 2를 이용하여 객체와 카메라 모듈(1200) 사이의 거리(d)를 계산할 수 있다.
Figure pat00002
여기서, c는 빛의 속도이고, f는 출력광의 주파수이다.
도 14는 4개의 위상 영상을 이용하여 ToF IR 영상 또는 깊이 영상을 얻는 방법의 일 예를 간략하게 도시한다.
도 14를 참조하면, phase 0°에 대한 위상 영상(1), phase 90°에 대한 위상 영상(2), phase 180°에 대한 위상 영상(3) 및 phase 270°에 대한 위상 영상(4)을 순차적으로 추출하여 깊이 영상(depth image) 1을 획득하고, phase 0°에 대한 위상 영상(5), phase 90°에 대한 위상 영상(6), phase 180°에 대한 위상 영상(7) 및 phase 270°에 대한 위상 영상(8)을 다시 순차적으로 추출하여 깊이 영상(depth image) 2를 획득할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 깊이 영상의 해상도를 높이기 위하여, 슈퍼 레졸루션(Super Resolution, SR) 기법을 이용할 수도 있다. SR 기법은 복수의 저해상 영상으로부터 고해상 영상을 얻는 기법으로, SR 기법의 수학적 모델은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00003
여기서, 1≤k≤p이고, p는 저해상 영상의 개수이며, yk는 저해상 영상(=[yk,1, yk,2, ..., yk,M]T, 여기서, M=N1*N2) Dk는 다운 샘플링(down sampling) 매트릭스, Bk는 광학 흐림(blur) 매트릭스, Mk는 영상 왜곡(warping) 매트릭스, x는 고해상 영상(=[x1, x2, ..., xN]T, 여기서, N=L1N1*L2N2), nk는 노이즈를 나타낸다. 즉, SR 기법에 따르면, yk에 추정된 해상도 열화 요소들의 역함수를 적용하여 x를 추정하는 기술을 의미한다. SR 기법은 크게 통계적 방식과 멀티프레임 방식으로 나뉠 수 있으며, 멀티프레임 방식은 크게 공간 분할 방식과 시간 분할 방식으로 나뉠 수 있다.
깊이 정보 추출에 SR 기법을 적용하기 위하여, 영상 처리부(1250)는 이미지 센서(1230)로부터 수신한 전기신호를 이용하여 복수의 저해상 서브프레임을 생성한 후, 복수의 저해상 서브프레임을 이용하여 복수의 저해상 깊이 정보를 추출할 수 있다. 그리고 복수의 저해상 깊이 정보의 픽셀값을 재배열하여 고해상 깊이 정보를 추출할 수 있다.
여기서, 고해상이라 함은 저해상보다 높은 해상도를 나타내는 상대적인 의미이다.
여기서, 서브프레임이란 어느 하나의 노출 주기 및 참조 신호에 대응한 전기 신호로부터 생성되는 이미지 데이터를 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 노출 주기, 즉 하나의 영상 프레임에서 8개의 참조 신호를 통해 전기 신호가 생성되는 경우, 8개의 서브프레임이 생성될 수 있으며, 시작 프레임(start of frame)이 1개 더 생성될 수 있다. 본 명세서에서, 서브프레임은 이미지 데이터, 서브프레임 이미지 데이터 등과 혼용될 수 있다.
또는, 깊이 정보 추출에 본 발명의 실시예에 따른 SR 기법을 적용하기 위하여, 영상 처리부(1250)는 이미지 센서(1230)로부터 수신한 전기신호를 이용하여 복수의 저해상 서브프레임을 생성한 후, 복수의 저해상 서브프레임의 픽셀값을 재배열하여 복수의 고해상 서브프레임을 생성할 수 있다. 그리고, 고해상 서브프레임을 이용하여 고해상 깊이 정보를 추출할 수 있다.
이를 위하여, 픽셀 쉬프트(pixel shift) 기술을 이용할 수 있다. 즉, 픽셀 쉬프트 기술을 이용하여 서브프레임 별로 서브픽셀만큼 쉬프트된 여러 장의 이미지 데이터를 획득한 후, 서브프레임 별로 SR 기법을 적용하여 복수의 고해상 서브프레임 이미지 데이터를 획득하며, 이들을 이용하여 고해상의 깊이 이미지를 추출할 수 있다. 픽셀 쉬프트를 위하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 장치(1200)는 틸팅부(1240)를 더 포함한다.
다시 도 12를 참조하면, 틸팅부(1240)는 출력광 신호 또는 입력광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 이미지 센서(1230)의 서브 픽셀 단위로 변경한다. 여기서, 서브 픽셀은 0 픽셀보다 크고 1 픽셀보다 작은 단위일 수 있다.
틸팅부(1240)는 영상 프레임 별로 출력광 신호 또는 입력광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 변경한다. 상기에서 설명한 바와 같이, 하나의 노출주기마다 1개의 영상 프레임이 생성될 수 있다. 따라서, 틸팅부(1240)는 하나의 노출주기가 종료되면 출력광 신호 또는 입력광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 변경한다.
틸팅부(1240)는 이미지 센서(1230)를 기준으로 서브 픽셀 단위만큼 출력광 신호 또는 입력광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 변경한다. 이때, 틸팅부(1240)는 현재 광경로를 기준으로 출력광 신호 또는 입력광 신호 중 적어도 하나의 광경로를 상, 하, 좌, 우 중 어느 하나의 방향으로 변경한다.
도 15(a)는 틸팅부에 의한 입력광 신호의 광경로 변경을 설명하기 위한 도면이고, 도 15(b)는 이미지 센서 내에서 서브픽셀 단위로 픽셀을 이동시켜 입력광 데이터 보간을 설명하기 위한 도면이다.
도 15의 (a)에서 실선으로 표시된 부분은 입력광 신호의 현재 광경로를 나타내고, 점선으로 표시된 부분은 변경된 광경로를 나타낸다. 현재 광경로에 대응하는 노출주기가 종료되면, 틸팅부(1240)는 입력광 신호의 광경로를 점선과 같이 변경할 수 있다. 그러면, 입력광 신호의 경로는 현재 광경로에서 서브픽셀만큼 이동된다. 예를 들어, 도 15의 (a)에서와 같이, 틸팅부(1240)가 현재 광경로를 0.173도 우측으로 이동시키면, 이미지 센서(1230)에 입사되는 입력광 신호는 우측으로 서브 픽셀만큼 이동할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 틸팅부(1240)는 기준 위치에서 시계방향으로 입력광 신호의 광경로를 변경할 수 있다. 예를 들어, 도 15의 (b)에 나타난 바와 같이, 틸팅부(1240)는 제1 노출주기가 종료된 후, 제2 노출주기에 입력광 신호의 광경로를 이미지 센서(1230) 기준 서브 픽셀만큼 우측으로 이동시킨다. 그리고 틸팅부(1240)는 제3 노출주기에 입력광 신호의 광경로를 이미지 센서부(1230) 기준 서브 픽셀만큼 우측으로 이동시킨다. 그리고 틸팅부(1240)는 제4 노출주기에 입력광 신호의 광경로를 이미지 센서부(1230) 기준 서브 픽셀만큼 우측으로 이동시킨다. 그리고 틸팅부(1240)는 제5 노출주기에 입력광 신호의 광경로를 이미지 센서부(1230) 기준 서브 픽셀만큼 아래측으로 이동시킨다. 이러한 방법으로, 틸팅부(1240)는 복수의 노출주기로 입력광 신호의 광경로를 서브픽셀 단위로 이동시킬 수 있다. 이는 출력광 신호의 광경로를 이동시킬 때도 동일하게 적용될 수 있는 바, 상세한 설명은 생략하도록 한다. 또한 광경로의 변경 패턴이 시계방향인 것은 일례에 불과하며, 반시계 방향일 수도 있다. 이와 같이, 틸팅부(1240)가 서브픽셀 단위로 입력광 신호의 광경로를 이동시킬 경우, 서브픽셀 단위로 정보가 보간될 수 있으므로, 하나의 주기 내에 4개의 위상 신호를 동시에 수신하는 경우에도 높은 해상도를 유지하는 것이 가능하다.
여기서, 도 15(a)와 같이, 한 실시예에 따르면, 틸팅부(1240)는 IR 필터의 기울기를 제어하는 방법으로 입력광 신호를 쉬프트시키며, 이에 따라 서브픽셀만큼 쉬프트된 데이터를 얻을 수 있다. 이를 위하여, 틸팅부(1240)는 IR 필터와 직접 또는 간접으로 연결되는 액추에이터(actuator)를 포함할 수 있으며, 액추에이터는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems), VCM(Voice Coil Motor) 및 압전 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다만, 이로 제한되는 것은 아니며, 도 15(b)에서 설명하는 이미지 센서 내에서 서브픽셀 단위로 픽셀을 이동시켜 입력광 데이터 보간하는 방법은 소프트웨어적으로 구현될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 스마트폰, 태블릿 PC, 랩탑(laptop) 컴퓨터, PDA 등의 휴대 단말에 내장될 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 광학계
110: 제1 렌즈
120: 제2 렌즈
130: 제3 렌즈
140: 제4 렌즈
10: 이미지 센서
20: IR 필터

Claims (15)

  1. 물체(object)측으로부터 상측(image)으로 순차적으로 배열되며,
    양의 파워를 가지는 제1 렌즈;
    음의 파워를 가지는 제2 렌즈;
    양의 파워를 가지는 제3 렌즈; 및
    음의 파워를 가지는 제4 렌즈를 포함하고,
    f값이 1.7 이하이고,
    상기 f값에 대한 TTL(Total Top Length)의 비(TTL/f값)가 2.1 내지 3이며,
    상기 제1 렌즈의 상측면 및 상기 제2 렌즈의 물측면 간의 제1 거리, 상기 제2 렌즈의 상측면 및 상기 제3 렌즈의 물측면 간의 제2 거리 및 상기 제3 렌즈의 상측면 및 상기 제4 렌즈의 물측면 간의 제3 거리 중 상기 제3 거리가 가장 짧은 적외선 카메라용 광학계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 f값이 1.5 이하이고,
    상기 f값에 대한 TTL(Total Top Length)의 비(TTL/f값)가 2.4 내지 3인 적외선 카메라용 광학계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 f값이 1.4 이하이고,
    상기 f값에 대한 TTL(Total Top Length)의 비(TTL/f값)가 2.6 내지 2.9인 적외선 카메라용 광학계.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 거리는 0.2mm 이하인 적외선 카메라용 광학계.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 제1 굴절률, 상기 제2 렌즈의 제2 굴절률 및 상기 제3 렌즈의 제3 굴절률 중 상기 제3 굴절률이 가장 큰 적외선 카메라용 광학계.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제4 렌즈의 물측면 및 상측면 중 적어도 하나 및 상기 제3 렌즈의 물측면 및 상측면 중 적어도 하나는 각각 적어도 하나의 변곡점을 포함하는 적외선 카메라용 광학계.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3 렌즈의 두께는 상기 제2 렌즈의 두께보다 큰 적외선 카메라용 광학계.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제4 렌즈의 물측면의 곡률반경의 절대값은 상기 제4 렌즈의 상측면의 곡률반경의 절대값보다 큰 적외선 카메라용 광학계.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3 렌즈의 초점거리의 절대값은 상기 제2 렌즈의 초점거리의 절대값보다 큰 적외선 카메라용 광학계.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 내지 상기 제4 렌즈로 구성되는 적외선 카메라용 광학계.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 초점거리(f1)에 대한 상기 제3 렌즈의 초점거리(f3)의 비(f3/f1)는 0.5 내지 1.5인 적외선 카메라용 광학계.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 초점거리(f1)는 0.5mm 내지 10mm인 적외선 카메라용 광학계.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 물측면이 볼록하고 상측면이 오목하며,
    상기 제3 렌즈는 물측면이 오목하고 상측면이 볼록하며,
    상기 제4 렌즈는 물측면이 볼록하고 상측면이 오목한 적외선 카메라용 광학계.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 렌즈는 물측면이 오목하고 상측면이 오목한 적외선 카메라용 광학계.
  15. 이미지 센서,
    상기 이미지 센서 상에 배치된 필터, 그리고
    상기 필터 상에 배치되며, 제1항에 따른 광학계를 포함하는 적외선 카메라 모듈.
KR1020210153859A 2019-01-04 2021-11-10 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈 KR102661298B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210153859A KR102661298B1 (ko) 2019-01-04 2021-11-10 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190001216A KR102326952B1 (ko) 2019-01-04 2019-01-04 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈
KR1020210153859A KR102661298B1 (ko) 2019-01-04 2021-11-10 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190001216A Division KR102326952B1 (ko) 2019-01-04 2019-01-04 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210137417A true KR20210137417A (ko) 2021-11-17
KR102661298B1 KR102661298B1 (ko) 2024-04-30

Family

ID=71407022

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190001216A KR102326952B1 (ko) 2019-01-04 2019-01-04 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈
KR1020210153859A KR102661298B1 (ko) 2019-01-04 2021-11-10 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190001216A KR102326952B1 (ko) 2019-01-04 2019-01-04 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220086318A1 (ko)
EP (1) EP3907543A4 (ko)
JP (1) JP7411664B2 (ko)
KR (2) KR102326952B1 (ko)
CN (1) CN113260892B (ko)
TW (1) TW202034011A (ko)
WO (1) WO2020141827A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI689746B (zh) 2019-03-22 2020-04-01 大立光電股份有限公司 光學成像系統、取像裝置及電子裝置
TWI717161B (zh) 2019-12-20 2021-01-21 大立光電股份有限公司 光學鏡頭組、取像裝置及電子裝置
KR20220014717A (ko) * 2020-07-29 2022-02-07 엘지이노텍 주식회사 거리 측정 카메라
KR102324807B1 (ko) * 2020-07-31 2021-11-12 주식회사 나오텍 3D 센서용 ToF 렌즈 어셈블리

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110008850A (ko) * 2009-07-21 2011-01-27 엘지이노텍 주식회사 촬상 렌즈
US20130057969A1 (en) * 2011-09-01 2013-03-07 Shu-Tzu Lai Wide-angle imaging lens module
KR20130070439A (ko) * 2011-12-19 2013-06-27 엘지이노텍 주식회사 광학계
US20140146401A1 (en) * 2012-11-29 2014-05-29 Largan Precision Co., Ltd. Image capturing lens system
US20180120535A1 (en) * 2016-10-27 2018-05-03 Newmax Technology Co., Ltd. Four-piece infrared single wavelength lens system

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3255490B2 (ja) * 1993-06-08 2002-02-12 富士写真光機株式会社 レトロフォーカス型大口径レンズ
JPH08166539A (ja) * 1994-12-15 1996-06-25 Nikon Corp 赤外線用望遠レンズ
JP4125179B2 (ja) 2003-05-30 2008-07-30 株式会社タムロン 可視光近赤外光用単焦点レンズ
JP2007322844A (ja) * 2006-06-02 2007-12-13 Nidec Copal Corp 撮像レンズ
JP5074948B2 (ja) * 2008-02-14 2012-11-14 富士フイルム株式会社 撮像レンズおよび撮像装置
JP2009300797A (ja) 2008-06-13 2009-12-24 Fujinon Corp 撮像レンズ及びカプセル型内視鏡
KR101158178B1 (ko) * 2009-09-22 2012-06-19 삼성전기주식회사 카메라용 광학계
KR101218999B1 (ko) * 2010-06-17 2013-01-04 삼성전기주식회사 촬상 광학계
US8675288B2 (en) * 2012-06-12 2014-03-18 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Lens module
KR102040152B1 (ko) * 2013-04-08 2019-12-05 삼성전자주식회사 3차원 영상 획득 장치 및 3차원 영상 획득 장치에서의 깊이 영상 생성 방법
JP2015138174A (ja) * 2014-01-23 2015-07-30 アウラディアス合同会社 撮像レンズ
JP6252983B2 (ja) * 2014-02-25 2017-12-27 株式会社リコー ズームレンズ、カメラおよび携帯情報端末装置
KR101740766B1 (ko) * 2014-08-28 2017-05-26 삼성전기주식회사 촬상 광학계
KR101709830B1 (ko) * 2014-08-28 2017-02-23 삼성전기주식회사 촬상 광학계
US10260866B2 (en) * 2015-03-06 2019-04-16 Massachusetts Institute Of Technology Methods and apparatus for enhancing depth maps with polarization cues
KR101838988B1 (ko) 2015-05-22 2018-03-16 주식회사 소모비전 광시야 비열화 적외선 렌즈모듈
KR102628422B1 (ko) * 2015-12-04 2024-01-23 엘지이노텍 주식회사 촬상 렌즈, 이를 포함하는 카메라 모듈 및 디지털 기기
US9746648B1 (en) 2016-02-11 2017-08-29 Newmax Technology Co., Ltd. Four-piece infrared single wavelength lens system
JP5953450B1 (ja) * 2016-04-08 2016-07-20 エーエーシー テクノロジーズ ピーティーイー リミテッドＡａｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｐｔｅ．Ｌｔｄ． 撮像レンズ
TWI628461B (zh) 2016-10-19 2018-07-01 先進光電科技股份有限公司 光學成像系統
TWI620968B (zh) * 2016-12-15 2018-04-11 大立光電股份有限公司 光學攝像鏡片系統、取像裝置及電子裝置
JP7117638B2 (ja) 2017-03-10 2022-08-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 レンズ系、交換レンズ装置及びカメラシステム
TWI634360B (zh) * 2017-09-29 2018-09-01 大立光電股份有限公司 電子裝置
US10921558B2 (en) * 2017-10-26 2021-02-16 Apple Inc. Wide field of view five element lens system
CN107807438B (zh) * 2017-12-11 2023-04-28 浙江舜宇光学有限公司 光学成像系统
CN108152923B (zh) * 2017-12-29 2019-12-13 玉晶光电(厦门)有限公司 光学成像镜头
TWI651565B (zh) * 2018-02-22 2019-02-21 Largan Precision Co.,Ltd. 成像光學鏡頭、取像裝置及電子裝置
US11048067B2 (en) * 2018-05-25 2021-06-29 Anteryon International B.V. Lens system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110008850A (ko) * 2009-07-21 2011-01-27 엘지이노텍 주식회사 촬상 렌즈
US20130057969A1 (en) * 2011-09-01 2013-03-07 Shu-Tzu Lai Wide-angle imaging lens module
KR20130070439A (ko) * 2011-12-19 2013-06-27 엘지이노텍 주식회사 광학계
US20140146401A1 (en) * 2012-11-29 2014-05-29 Largan Precision Co., Ltd. Image capturing lens system
US20180120535A1 (en) * 2016-10-27 2018-05-03 Newmax Technology Co., Ltd. Four-piece infrared single wavelength lens system

Also Published As

Publication number Publication date
US20220086318A1 (en) 2022-03-17
WO2020141827A1 (ko) 2020-07-09
EP3907543A1 (en) 2021-11-10
KR20200085099A (ko) 2020-07-14
CN113260892A (zh) 2021-08-13
KR102326952B1 (ko) 2021-11-16
TW202034011A (zh) 2020-09-16
JP2022516328A (ja) 2022-02-25
EP3907543A4 (en) 2022-10-12
CN113260892B (zh) 2023-12-01
KR102661298B1 (ko) 2024-04-30
JP7411664B2 (ja) 2024-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102326952B1 (ko) 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈
CN110687659B (zh) 摄影光学镜组、取像装置及电子装置
TWI614517B (zh) 影像擷取系統、取像裝置及電子裝置
US10321033B2 (en) Light field camera
TWI477805B (zh) 影像拾取系統鏡片組及取像裝置
JP4673202B2 (ja) 画像入力装置
CN104580877B (zh) 图像获取的装置及方法
US8462213B2 (en) Optical system, image pickup apparatus and information code reading device
CN111866387B (zh) 深度图像成像系统和方法
JP6017347B2 (ja) コード読取り装置
KR101889886B1 (ko) 심도 정보 생성 방법 및 장치
KR102571864B1 (ko) 카메라 장치
WO2006106737A1 (ja) 撮像装置および撮像方法
KR102561533B1 (ko) 카메라 장치
JP2006094469A (ja) 撮像装置および撮像方法
US20230044716A1 (en) Meta-lens, imaging optics, and electronic device including the same
CN114303360B (zh) Tof相机
CN109073867A (zh) 微型广角成像透镜
Galaom Integration of a MEMS-based Autofocus Actuator into a Smartphone Camera
Matsunaga et al. Field curvature correction using focal sweep
KR20200108736A (ko) 카메라 모듈
US9869859B2 (en) Focus depth extension image forming optical system, focus depth extension element, and imaging apparatus
CN113574864B (zh) 相机模块
KR102125082B1 (ko) 이미지 처리 장치 및 그 제어 방법
JP2009134024A (ja) 撮像装置および情報コード読取装置

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant