KR20220026874A - 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군을 포함하고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고, 와이드 앵글(wide angle)에서의 유효 초점 거리(EFL, effective focal length)는 아래의 수학식에 의해 정의된다.
Figure pat00028

여기서, EFLwide는 와이드 앵글에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, HimageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다.

Description

광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈{OPTICAL SYSTEM AND CAMERA MODULE FOR COMPRISING THE SAME}
실시 예는 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈에 관한 것이다.
휴대 단말에 내장되는 카메라 모듈의 성능이 발달함에 따라, 휴대 단말 내 카메라 모듈에도 오토포커싱 기능이 요구되고 있다.
휴대 단말 내 카메라 모듈이 오토포커싱 기능을 가지기 위하여, 외부 광을 디지털 이미지 또는 디지털 영상으로 변경하는 과정에서 디지털 처리에 의하여 배율을 높일 수 있다. 이에 따르면, 1배, 3배, 5배 등과 같이 소정의 정해진 배율로만 줌이 가능하며, 배율이 높아짐에 따라 해상도가 떨어지고, 디지털 열화가 발생하는 문제가 있다.
한편, 휴대 단말 내 카메라 모듈이 오토포커싱 기능을 가지기 위하여, 렌즈를 이동시켜 렌즈와 이미지 센서 사이의 간격을 조절하는 기술이 시도되고 있다. 다만, 휴대 단말 내 좁은 공간 내에서 이동 가능한 광학계의 설계가 용이하지 않은 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 줌(zoom) 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈을 제공하는 데 있다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군을 포함하고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고, 와이드 앵글(wide angle)에서의 유효 초점 거리(EFL, effective focal length)는 아래의 수학식에 의해 정의된다.
Figure pat00001
여기서, EFLwide는 와이드 앵글에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, HimageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다.
상기 제1 렌즈군은 3매 이하의 렌즈를 포함하고, 상기 제2 렌즈군은 2매 이하의 렌즈를 포함하고, 상기 제3 렌즈군은 2매 이하의 렌즈를 포함할 수 있다.
텔레포토(telephoto)에서의 유효 초점 거리(EFL, effective focal length)는 아래의 수학식에 의해 정의될 수 있다.
Figure pat00002
여기서, EFLtele는 텔레포토에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, HimageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다.
와이드 앵글(wide angle)에서 텔레포토(telephoto)로 주밍(zooming) 시 상기 제2 렌즈군의 이동 스트로크는 아래의 수학식에 의해 정의될 수 있다.
Figure pat00003
여기서, TTL(Total Track Length)은 이미지 센서면으로부터 줌 광학계의 첫번째 면까지의 거리를 의미하고, STOKE2는 제2 렌즈군의 이동 스트로크를 의미한다.
와이드 앵글(wide angle)에서 텔레포토(telephoto)로 주밍(zooming) 시 상기 제3 렌즈군의 이동 스트로크는 아래의 수학식에 의해 정의될 수 있다.
Figure pat00004
여기서, TTL(Total Track Length)은 이미지 센서면으로부터 줌 광학계의 첫번째 면까지의 거리를 의미하고, STOKE3는 제3 렌즈군의 이동 스트로크를 의미한다.
상기 제1 내지 제3 렌즈군은, 플라스틱 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제1 렌즈군에 포함된 복수의 렌즈의 최대 직경과 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군에 포함된 복수의 렌즈의 최대 직경은 아래의 수학식에 의해 정의될 수 있다.
Figure pat00005
여기서, APERfix는 고정군인 상기 제1 렌즈군에 포함된 렌즈의 최대 직경을 의미하고, APERmov는 이동군인 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군에 포함된 렌즈의 최대 직경을 의미할 수 있다.
CRA(chief ray angle)는 -20도보다 크고 -10도보다 작을 수 있다.
상기 제1 렌즈군의 전단에 배치된 직각 프리즘을 더 포함할 수 있다.
상기 제3 렌즈군 후단에 배치되는 더미 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 더미 렌즈의 유효경은, 상기 제1 렌즈군의 유효경보다 클 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군을 포함하고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고, 텔레포토(telephoto)에서의 유효 초점 거리(EFL, effective focal length)는 아래의 수학식에 의해 정의된다.
Figure pat00006
여기서, EFLtele는 텔레포토에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, HimageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군을 포함하고, 상기 제1 렌즈군은 고정되고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고, 상기 제2 렌즈군은 줌 기능을 수행하고, 상기 제3 렌즈군은 포커싱 기능을 수행하고, 상기 제2 렌즈군의 이동 스크로크는 2[mm]보다 작고, 이미지 센서면으로부터 줌 광학계의 첫번째 면까지의 거리가 17[mm]보다 작은 상태에서, 상기 제2 렌즈군의 2[mm]보다 작은 이동 스트로크에 대응하여 아래의 수학식에 의해 정의된다.
Figure pat00007
여기서, EFLtele는 텔레포토에서의 유효 초점 거리를 의미하고, EFLwide는 와이드 앵글에서의 유효 초점 거리를 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군을 포함하고, 상기 제1 렌즈군은 고정되고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고, 상기 제2 렌즈군은 줌 기능을 수행하고, 상기 제3 렌즈군은 포커싱 기능을 수행하고, 텔레포토에서 초점거리는 14[mm]보다 크고, 텔레포토에서 F수는 3보다 작다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군을 포함하고, 상기 제1 렌즈군은 고정되고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고, 상기 제2 렌즈군은 줌 기능을 수행하고, 상기 제3 렌즈군은 포커싱 기능을 수행하고, 와이드 앵글에서 초점거리는 10[mm]보다 작고, 와이드 앵글에서 F수는 2.3보다 작다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군을 포함하고, 상기 제1 렌즈군은 고정되고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고, 상기 제2 렌즈군은 줌 기능을 수행하고, 상기 제3 렌즈군은 포커싱 기능을 수행하고, 상기 제3 렌즈군의 후단에 배치된 이미지 센서의 픽셀 영역의 대각 길이는 6[mm]보다 크다.
본 발명의 실시예에 따르면, 저배율뿐만 아니라, 고배율로 줌 기능이 가능한 광학계 및 이를 포함하는 카메라 모듈을 얻을 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 연속적인 줌 조절이 가능하며, 고배율에서도 높은 해상도를 유지할 수 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 D-cut 기법이 적용된 렌즈를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 와이드 앵글(wide angle)에서의 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 중간 모드(middle mode)에서의 단면도이다.
도 3c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 텔레포토(telephoto)에서의 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 측정한 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계의 중간 모드에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 4c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계의 텔레포토에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 5a는 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서의 diffraction MTF 그래프이다.
도 5b는 실시예에 따른 광학계의 텔레포토에서의 diffraction MTF 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 와이드 앵글(wide angle)에서의 단면도이다.
도 6b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 중간 모드(middle mode)에서의 단면도이다.
도 6c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 텔레포토(telephoto)에서의 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 측정한 그래프이다.
도 7b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계의 중간 모드에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 7c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계의 텔레포토에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 8a는 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서의 diffraction MTF 그래프이다.
도 8b는 실시예에 따른 광학계의 텔레포토에서의 diffraction MTF 그래프이다.
도 9a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 줌 광학계의 와이드 앵글(wide angle)에서의 단면도이다.
도 9b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 줌 광학계의 중간 모드(middle mode)에서의 단면도이다.
도 9c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 줌 광학계의 텔레포토(telephoto)에서의 단면도이다.
도 10a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 측정한 그래프이다.
도 10b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계의 중간 모드에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 10c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계의 텔레포토에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 11a는 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서의 diffraction MTF 그래프이다.
도 11b는 실시예에 따른 광학계의 텔레포토에서의 diffraction MTF 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 광학계를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 모듈이 적용되는 휴대 단말의 일부를 나타낸 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군(100), 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)을 포함한다. 제1 렌즈군(100)의 전단에는 직각 프리즘이 더 배치될 수 있다. 이 경우, 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 직각 프리즘, 제1 렌즈군(100), 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 렌즈군(100)은 복수 매의 렌즈를 포함한다. 제1 렌즈군(100)은 적어도 3매 이하의 렌즈를 포함할 수 있다. 제1 렌즈군(100)이 1매 또는 2매의 렌즈를 포함할 경우 최대 배율에서의 해상력 보정이 어려울 수 있고, 3매 이상의 렌즈를 포함할 경우 줌 광학계의 전체적인 사이즈가 커질 수 있는바, 바람직하게는 제1 렌즈군(100)은 3매의 렌즈를 포함할 수 있다.
제1 렌즈군(100)은 상측에 대해 고정된다. 제1 렌즈군(100)은 센서(10)면에 대해 고정된다. 즉, 복수 매의 렌즈는 상측에 대해 고정된다.
제2 렌즈군(200)은 복수 매의 렌즈를 포함한다. 제2 렌즈군(200)은 적어도 2매 이하의 렌즈를 포함할 수 있다. 제2 렌즈군(200)이 1매의 렌즈를 포함할 경우 최대 배율에서의 해상력 보정이 어려울 수 있고, 3매 이상의 렌즈를 포함할 경우 줌 광학계의 전체적인 사이즈가 커질 수 있는바, 바람직하게는 제2 렌즈군(200)은 2매의 렌즈를 포함할 수 있다.
제2 렌즈군(200)은 이동 가능하다. 제2 렌즈군(200)에 포함된 복수 매의 렌즈는 렌즈의 중심축을 따라 함께 이동 가능하다. 제2 렌즈군(200)에 포함된 2매의 렌즈는 렌즈의 중심축을 따라 함께 이동 가능하다. 제2 렌즈군(200)이 3매 이상의 렌즈를 포함할 경우, 제2 렌즈군(200)의 사이즈 및 무게가 늘어나게 되며, 이동 시 구동 전력이 높아질 수 있다. 따라서, 제2 렌즈군(200)은 2매의 렌즈를 포함하는 것이 바람직하다. 제2 렌즈군(200)의 이동에 따라 초점거리가 연속적으로 조정될 수 있다. 제2 렌즈군(200)의 이동에 따라 배율이 연속적으로 조정될 수 있다. 이에 따라, 제2 렌즈군(200)은 줌밍(zooming)군의 역할을 수행할 수 있다.
제3 렌즈군(300)은 복수 매의 렌즈를 포함한다. 제3 렌즈군(300)은 제1 렌즈군(300)은 적어도 2매 이하의 렌즈를 포함할 수 있다. 제3 렌즈군(300)이 1매의 렌즈를 포함할 경우 최대 배율에서의 해상력 보정이 어려울 수 있고, 3매 이상의 렌즈를 포함할 경우 줌 광학계의 전체적인 사이즈가 커질 수 있는바, 바람직하게는 제3 렌즈군(300)은 2매의 렌즈를 포함할 수 있다.
제3 렌즈군(300)은 이동 가능하다. 제3 렌즈군(300)에 포함된 복수 매의 렌즈는 렌즈의 중심축을 따라 함께 이동 가능하다. 제3 렌즈군(300)에 포함된 2매의 렌즈는 렌즈의 중심축을 따라 함께 이동 가능하다. 제3 렌즈군(300)이 3매 이상의 렌즈를 포함할 경우, 제3 렌즈군(300)의 사이즈 및 무게가 늘어나게 되며, 이동 시 구동 전력이 높아질 수 있다. 따라서, 제3 렌즈군(300)은 2매의 렌즈를 포함하는 것이 바람직하다. 제3 렌즈군(300)의 이동에 따라 초점이 조정될 수 있다. 제3 렌즈군(300)은 포커싱(focusing)군의 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제3 렌즈군(300)의 후단에 필터(20) 및 이미지 센서(10)가 순차적으로 배치될 수 있다. 이때, 필터(20)는 IR(infrared) 필터일 수 있다. 이에 따라, 필터(20)는 카메라 모듈 내에 입사되는 광으로부터 근적외선, 예를 들면 파장이 700nm 내지 1100nm인 빛을 차단할 수 있다. 그리고, 이미지 센서(10)는 와이어(wire)에 의하여 인쇄회로기판과 연결될 수 있다.
필터(20)는 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배치되는 이물 방지용 필터 및 IR 필터를 포함할 수도 있다. 필터(20)가 이물 방지용 필터를 포함하는 경우, 제3 렌즈군(300)이 이동하는 과정에서 발생한 이물질이 IR 필터 또는 이미지 센서(10)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)의 이동에 따라 줌 광학계의 배율이 변할 수 있다. 예를 들어, 줌 광학계의 배율은 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)의 이동에 따라 3배 내지 5배 사이에서 연속적으로 증가하거나 감소할 수 있다. 실시예에 따르면, 와이드 앵글에서 줌 광학계는 3배의 배율을 가질 수 있고, 텔레포토에서 5배의 배율을 가질 수 있다. 한편, 배율이 연속적으로 증가하거나 감소한다는 것의 의미는 배율이 디지털적으로 단속적으로 증가하거나 감소하는 것이 아니라, 선형적으로 증가하거나 감소한다는 것을 의미할 수 있다.
제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)은 각각 독립적으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 와이드 앵글에서 텔레포토로 이동시 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 사이의 거리는 이동 시작 지점(와이드 앵글)부터 소정의 지점까지는 멀어지다가 소정의 지점부터 이동 종료 지점(텔레포토)까지 점차 가까워질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 유효 초점 거리(EFL, Effective Focal Length)에 대해 살펴보도록 한다.
줌 광학계는 텔레포토(telephoto)에서의 유효 초점 거리를 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00008
여기서, EFLtele는 텔레포토에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, HimageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다. 단위는 [mm]일 수 있다. 이미지 센서 픽셀 영역이란 이미지 센서에서 빛을 수광하는 픽셀이 어레이된 영역을 의미할 수 있다. 이미지 센서 픽셀 영역이란 이미지 센서의 전체 영역에서 수광한 빛을 전기 신호로 변환하는 회로 영역, 패키징에 따른 하우징 부분 등을 제외한 영역일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 줌 광학계는 텔레포토에서 유효 초점 거리가 14[mm]보다 클 수 있고, F수가 3보다 작을 수 있다. 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값은 3[mm]보다 클 수 있다. 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이는 6[mm]보다 클 수 있다.
줌 광학계는 와이드 앵글(wide angle)에서의 유효 초점 거리를 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00009
여기서, EFLwide는 와이드 앵글에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, HimageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 줌 광학계는 와이드 앵글에서 유효 초점 거리가 10[mm]보다 작을 수 있고, F수가 2.3보다 작을 수 있다. 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값은 3[mm]보다 클 수 있다. 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이는 6[mm]보다 클 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 이동 스트로크에 대해 살펴보도록 한다. 이동 스트로크는 구동부에 의하여 렌즈군이 이동 가능한 거리를 의미할 수 있다.
제2 렌즈군(200)의 이동 스트로크(stroke)는 아래의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00010
여기서, TTL(Total Track Length)은 이미지 센서면으로부터 줌 광학계의 첫번째 면까지의 거리를 의미할 수 있다. 예를 들어, TTL은 제1 렌즈군(100)에서 물측에 가장 가까운 일면부터 빛이 입사되는 이미지 센서(10)의 상부면까지의 거리를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 전장 거리와 혼용될 수 있다. STOKE2는 제2 렌즈군(200)의 이동 스트로크를 의미할 수 있다. 단위는 [mm]일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 줌 광학계는 TTL이 17[mm]보다 작을 수 있고, 제2 렌즈군(200)의 이동 스트로크가 2[mm]보다 작을 수 있다.
이미지 센서면으로부터 줌 광학계의 첫번째 면까지의 거리는 17[mm]보다 작은 상태에서, 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 제2 렌즈군의 2[mm]보다 작은 이동 스트로크에 대응하여 아래의 수학식 4에 의해 정의될 수 있다.
Figure pat00011
여기서, EFLtele는 텔레포토에서의 유효 초점 거리를 의미하고, EFLwide는 와이드 앵글에서의 유효 초점 거리를 의미한다.
제3 렌즈군(300)의 이동 스트로크(stroke)는 아래의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00012
여기서, TTL은 이미지 센서면으로부터 줌 광학계의 첫번째 면까지의 거리를 의미할 수 있다. STOKE3은 제3 렌즈군(300)의 이동 스트로크를 의미할 수 있다. 단위는 [mm]일 수 있다.
이동 스트로크가 클 경우, 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)을 이동시키기 위한 구동부의 크기가 커지게 되므로 휴대 단말 내에 탑재하기 어려운 문제가 있다. 하지만, 이동 스트로크를 TTL 대비 약 1/6 내지 1/5로 구현함으로 구동부의 크기를 작게 구현할 수 있어 카메라 모듈의 소형화가 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 렌즈의 구경(Aperture)에 대해 살펴보도록 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)의 구경(Aperture)은 제1 렌즈군(100)의 구경(Aperture)보다 작을 수 있다. 이는 아래의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00013
여기서, APERfix는 고정군인 제1 렌즈군(100)에 포함된 렌즈의 최대 직경을 의미하고, APERmov는 이동군인 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)에 포함된 렌즈의 최대 직경을 의미할 수 있다. 예를 들어, 고정군인 제1 렌즈군(100)에 포함된 렌즈 중 제1 렌즈(110)의 직경이 가장 큰 경우, APERfix는 제1 렌즈(110)의 직경을 의미할 수 있다. 이동군인 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)에 포함된 렌즈 중 제3 렌즈(210)의 직경이 가장 큰 경우, APERmov는 제3 렌즈(210)의 직경을 의미할 수 있다.
제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)의 구경을 제1 렌즈군(100)보다 작게 구현함으로써 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)의 무게를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 이동군인 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)의 이동시 소비전력을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 내지 제3 렌즈군(100 내지 300)은 플라스틱 렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 줌 광학계는 CRA(chief ray angle)가 -20도보다 크고 -10도보다 작을 수 있다. 이미지 센서(10), 즉 상면에 입사되는 광선의 각도는 -20도보다 크고 -10도보다 작을 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 CRA는 -20도에서 -10도 사이의 값 중에 어느 하나의 값을 가질 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 D-cut 기법이 적용된 렌즈를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 렌즈는 유효경 및 유효경을 둘러 배치된 리브를 포함할 수 있다.
도 2의 (a)는 D-cut 기법이 적용되지 않은 렌즈를 도시한다. 도 2의 (a)에 도시된 것처럼, D-cut 기법이 적용되지 않는 경우, 렌즈는 유효경 및 리브가 절단되지 않을 수 있다.
도 2의 (b)는 일 실시예에 따른 D-cut 기법이 적용된 렌즈를 도시한다. 도 2의 (b)에 도시된 것처럼, 일 실시예에 따른 D-cut 기법이 적용된 경우, 렌즈는 리브의 일부가 절단될 수 있다. 일 실시예에 따른 D-cut 기법이 적용된 렌즈는 유효경이 절단되지 않을 수 있다.
도 2의 (c)는 다른 일 실시예에 따른 D-cut 기법이 적용된 렌즈를 도시한다. 도 2의 (c)에 도시된 것처럼, 다른 일 실시예에 따른 D-cut 기법이 적용된 경우, 렌즈는 리브의 일부 및 유효경의 일부가 절단될 수 있다.
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈의 장축 길이, 단축 길이 및 유효경 지름을 나타낸다.
장축 길이 단축 길이 유효경 지름
제1 렌즈 6 5.55 5
제2 렌즈 5.7 5.55 4.681
제3 렌즈 5.6 5.25 4.6
제4 렌즈 6 4.8 4.8
제5 렌즈 5.8 4.8 4.315
제6 렌즈 5.6 4.79 4.2
제7 렌즈 6.1 4.8 5
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 내지 제3 렌즈군(100 내지 300)에 포함된 복수의 렌즈는 D-cut 기법이 적용된 렌즈일 수 있다. 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130), 제4 렌즈(210), 제5 렌즈(220), 제6 렌즈(310) 및 제7 렌즈(320)는 D-cut 기법이 적용된 렌즈일 수 있다. 제1 내지 제3 렌즈군(100 내지 300)에 포함된 복수의 렌즈는 상측부 및 하측부의 일부가 절단된 D-cut 렌즈일 수 있다. 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130), 제4 렌즈(210), 제5 렌즈(220), 제6 렌즈(310) 및 제7 렌즈(320)는 상측부 및 하측부의 일부가 절단된 D-cut 렌즈일 수 있다.
구체적으로, 제1 렌즈(110)는 리브의 일부만 절단되는 D-cut 기법이 적용된 렌즈일 수 있다. 표 2을 참조하면, 제1 렌즈(110)는 장축 길이가 6[mm]이고, 단축 길이가 5.55[mm]이고, 유효경 지름이 5[mm]일 수 있다. 즉, 제1 렌즈(110)는 장축의 길이가 단축의 길이보다 길고, 단축의 길이가 유효경의 지름보다 크므로, 유효경이 절단되지 않고 리브의 일부가 절단되는 D-cut 기법이 적용된 렌즈일 수 있다.
제2 렌즈(120)는 리브의 일부만 절단되는 D-cut 기법이 적용된 렌즈일 수 있다. 표 2을 참조하면, 제2 렌즈(120)는 장축 길이가 5.7[mm]이고, 단축 길이가 5.55[mm]이고, 유효경 지름이 4.681[mm]일 수 있다. 즉, 제2 렌즈(120)는 장축의 길이가 단축의 길이보다 길고, 단축의 길이가 유효경의 지름보다 크므로, 유효경이 절단되지 않고 리브의 일부가 절단되는 D-cut 기법이 적용된 렌즈일 수 있다.
제3 렌즈(130)는 리브의 일부만 절단되는 D-cut 기법이 적용된 렌즈일 수 있다. 표 2을 참조하면, 제3 렌즈(130)는 장축 길이가 5.6[mm]이고, 단축 길이가 5.25[mm]이고, 유효경 지름이 4.6[mm]일 수 있다. 즉, 제3 렌즈(130)는 장축의 길이가 단축의 길이보다 길고, 단축의 길이가 유효경의 지름보다 크므로, 유효경이 절단되지 않고 리브의 일부가 절단되는 D-cut 기법이 적용된 렌즈일 수 있다.
제4 렌즈(210)는 리브의 일부만 절단되는 D-cut 기법이 적용된 렌즈일 수 있다. 표 2을 참조하면, 제4 렌즈(210)는 장축 길이가 6[mm]이고, 단축 길이가 4.8[mm]이고, 유효경 지름이 4.8[mm]일 수 있다. 즉, 제4 렌즈(210)는 장축의 길이가 단축의 길이보다 길고, 단축의 길이가 유효경의 지름과 같으므로, 유효경이 절단되지 않고 리브의 일부가 절단되는 D-cut 기법이 적용된 렌즈일 수 있다.
제5 렌즈(220)는 리브의 일부만 절단되는 D-cut 기법이 적용된 렌즈일 수 있다. 표 2을 참조하면, 제5 렌즈(220)는 장축 길이가 5.8[mm]이고, 단축 길이가 4.8[mm]이고, 유효경 지름이 4.315[mm]일 수 있다. 즉, 제5 렌즈(220)는 장축의 길이가 단축의 길이보다 길고, 단축의 길이가 유효경의 지름보다 크므로, 유효경이 절단되지 않고 리브의 일부가 절단되는 D-cut 기법이 적용된 렌즈일 수 있다.
제6 렌즈(310)는 리브의 일부만 절단되는 D-cut 기법이 적용된 렌즈일 수 있다. 표 2을 참조하면, 제6 렌즈(310)는 장축 길이가 5.6[mm]이고, 단축 길이가 4.79[mm]이고, 유효경 지름이 4.2[mm]일 수 있다. 즉, 제6 렌즈(310)는 장축의 길이가 단축의 길이보다 길고, 단축의 길이가 유효경의 지름보다 크므로, 유효경이 절단되지 않고 리브의 일부가 절단되는 D-cut 기법이 적용된 렌즈일 수 있다.
제7 렌즈(320)는 리브의 일부 및 유효경의 일부가 절단되는 D-cut 기법이 적용된 렌즈일 수 있다. 표 2을 참조하면, 제7 렌즈(320)는 장축 길이가 6.1[mm]이고, 단축 길이가 4.8[mm]이고, 유효경 지름이 5[mm]일 수 있다. 즉, 제7 렌즈(320)는 장축의 길이가 단축의 길이보다 길고, 단축의 길이가 유효경의 지름보다 작으므로, 유효경의 일부와 리브의 일부가 절단되는 D-cut 기법이 적용된 렌즈일 수 있다.
원형타입 렌즈의 경우 세로 방향의 높이로 인해 렌즈의 부피가 커지는 문제점이 있으나, 본 발명의 실시예와 같이 복수의 렌즈 상측부 및 하측부에 D-cut을 적용함으로써 세로 방향의 높이를 낮출 수 있어 렌즈의 부피를 줄일 수 있다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 와이드 앵글(wide angle)에서의 단면도이고, 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 중간 모드(middle mode)에서의 단면도이고, 도 3c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 텔레포토(telephoto)에서의 단면도이다.
아래의 표 2 및 표 3는 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계에 포함된 렌즈의 광학 특성을 나타내고, 표 4 및 표 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계에 포함된 렌즈의 코닉 상수 및 비구면 계수를 나타낸다.
렌즈 No. 렌즈면 No. 곡률반경(R, mm) 두께(mm) 물질 굴절률
제1 렌즈 112 13.5503 0.634981 플라스틱 1.5445
114 -19.3476 0.959547
제2 렌즈 122 -12.5383 0.428846 플라스틱 1.6714
124 -7.74853 0.1
제3 렌즈 132 23.5637 0.4 플라스틱 1.5445
134 2.54411 2.30982(0.4)
제4 렌즈 212 3.30033 2.2636 플라스틱 1.5348
214 -4.21398 0.1
제5 렌즈 222 -9.29324 1.42982 플라스틱 1.6714
224 28.0411 2.16647(1.4788)
제6 렌즈 312 -8.40273 2.3 플라스틱 1.6714
314 -6.42439 0.44382
제7 렌즈 322 10.8141 0.4 플라스틱 1.5445
324 3.10215 2.36(4.95749)
필터 22
24
센서 10
렌즈 No. 렌즈면 No. 아베수 형상 반구경(semi-aperture)
제1 렌즈 112 55.96 볼록 2.5
114 오목 2.461
제2 렌즈 122 19.23 오목 2.3404
124 오목 2.3625
제3 렌즈 132 55.96 볼록 2.3073
134 볼록 2.2654
제4 렌즈 212 55.70 볼록 2.4003
214 오목 2.2550
제5 렌즈 222 19.23 오목 2.1577
224 볼록 1.9639
제6 렌즈 312 19.23 오목 2.1028
314 오목 2.2945
제7 렌즈 322 55.96 볼록 2.2909
324 볼록 2.4999
필터 22 54.47 2.9712
24
센서 10
렌즈면 No. 코닉상수(K) A B C D
112 -21.1506 2.13E-03 1.05E-03 -3.63E-04 5.33E-05
114 46.13667 4.83E-03 2.05E-03 -9.82E-04 2.10E-04
122 1.930895 1.44E-02 -4.45E-03 2.45E-03 -1.48E-03
124 -60.1207 5.01E-03 -1.30E-02 1.51E-02 -9.29E-03
132 80.67428 -5.00E-02 1.03E-02 9.52E-03 -9.27E-03
134 -9.64545 -5.06E-03 4.40E-04 4.37E-03 -3.68E-03
212 -0.26093 -8.90E-04 -2.21E-04 1.81E-04 -1.24E-04
214 -1.73042 -1.92E-03 4.22E-03 -1.76E-03 5.05E-04
222 2.218885 -6.96E-03 4.40E-03 -1.27E-03 3.20E-04
224 69.60929 -1.69E-03 5.76E-04 1.48E-03 -1.36E-03
312 9.568657 8.01E-03 -1.21E-03 1.06E-03 -6.78E-04
314 -1.39842 -3.76E-03 5.50E-03 -3.18E-03 1.24E-03
322 -2.74335 -0.11639 5.53E-02 -2.47E-02 9.33E-03
324 -15.8676 -5.74E-02 2.36E-02 -7.66E-03 1.84E-03
렌즈면 No. E F G H J
112 8.65E-06 -6.24E-06 1.30E-06 -1.28E-07 5.10E-09
114 -4.90E-06 -1.07E-05 2.87E-06 -3.17E-07 1.36E-08
122 4.80E-04 -9.62E-05 1.23E-05 -9.22E-07 3.07E-08
124 3.26E-03 -6.99E-04 9.11E-05 -6.66E-06 2.10E-07
132 3.86E-03 -9.21E-04 1.30E-04 -1.02E-05 3.40E-07
134 1.57E-03 -4.03E-04 6.22E-05 -5.34E-06 1.96E-07
212 5.11E-05 -1.34E-05 2.14E-06 -1.90E-07 7.03E-09
214 -9.82E-05 1.12E-05 -4.55E-07 -4.01E-08 3.92E-09
222 -5.24E-05 2.67E-06 7.90E-07 -1.75E-07 1.17E-08
224 8.21E-04 -3.18E-04 7.63E-05 -1.04E-05 6.08E-07
312 3.38E-04 -1.14E-04 2.39E-05 -2.83E-06 1.45E-07
314 -3.13E-04 4.95E-05 -4.63E-06 2.33E-07 -4.84E-09
322 -2.69E-03 5.48E-04 -7.24E-05 5.56E-06 -1.87E-07
324 -2.82E-04 1.66E-05 2.28E-06 -4.66E-07 2.40E-08
도 3a 내지 도 3c 및 표 2 내지 표 5를 참조하면, 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군(100), 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)을 포함한다. 제1 렌즈군(100)은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120) 및 제3 렌즈(130)를 포함한다. 제2 렌즈군(200)은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열되는 제4 렌즈(210) 및 제5 렌즈(220)를 포함한다. 제3 렌즈군(300)은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열되는 제6 렌즈(310) 및 제7 렌즈(320)를 포함한다.
표 2에서, 두께(mm)는 각 렌즈면에서 다음 렌즈면까지의 거리를 나타낸다.
예들 들어, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에서 상측면(114)까지의 거리를 나타낸다. 구체적으로, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110)에서 물측면(112)의 곡률 중심과 상측면(114)의 곡률 중심 사이의 거리를 나타낸다.
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. 구체적으로, 제1 렌즈(110)의 상측면(114)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110) 상측면(114)의 곡률 중심과 제2 렌즈(120) 물측면(122)의 곡률 중심 사이의 거리를 나타낸다.
제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에서 제4 렌즈(210)의 물측면(212)까지의 거리를 나타낸다. 구체적으로, 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 제3 렌즈(130) 상측면(134)의 곡률 중심과 제4 렌즈(210) 물측면(212)의 곡률 중심 사이의 거리를 나타낸다.
이때, 제2 렌즈군(200)이 와이드 앵글에서 텔레포토로 주밍(zooming)하는 과정에서 이동하므로, 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 변할 수 있다. 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 최단 거리에서 최장 거리 사이의 값을 가질 수 있다. 표 2를 참조하면, 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 와이드 앵글에서 최장 거리(2.3098)를 가질 수 있다. 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 중간 모드에서 최단 거리와 최장 거리 사이의 값을 가질 수 있다. 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 텔레포토에서 최단 거리(0.4)를 가질 수 있다. 이는 제5 렌즈(220) 및 제7 렌즈(320)의 상측면(224)에 기재된 두께 역시 동일하다.
표 3을 참조하면, 제1 내지 제7 렌즈(110 내지 320)의 각 면은 볼록 또는 오목한 형상으로 구현될 수 있다.
제1 렌즈(110)는 물측면(112)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제1 렌즈(110)는 상측면(114)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제2 렌즈(120)는 물측면(122)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제2 렌즈(120)는 상측면(124)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제3 렌즈(130)는 물측면(132)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제3 렌즈(130)는 상측면(134)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다.
제4 렌즈(210)는 물측면(212)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제4 렌즈(210)는 상측면(214)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제5 렌즈(220)는 물측면(222)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제5 렌즈(220)는 상측면(224)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다.
한편, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리가 최소거리일 때(즉, 텔레포토에서), 제4 렌즈(210)의 물측면(212)의 곡률 중심은 제3 렌즈(130)의 상측면(134) 양 끝단보다 상측에 가깝게 위치할 수 있다.
제6 렌즈(310)는 물측면(312)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제6 렌즈(310)는 상측면(314)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제7 렌즈(320)는 물측면(322)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제7 렌즈(320)는 상측면(324)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다.
도 3a를 참조하면, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 간의 거리가 d1a이고, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 간의 거리가 d2a이고, 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 간의 거리가 d3a인 경우, 줌 광학계는 와이드 앵글(예를 들어, 3배 배율)을 가질 수 있다. 즉, 제3 렌즈(130) 상측면(134)의 곡률 중심과 제4 렌즈(210) 물측면(212)의 곡률 중심 사이의 거리가 d1a이고, 제5 렌즈(220) 상측면(224)의 곡률 중심과 제6 렌즈(310) 물측면(312)의 곡률 중심 사이의 거리가 d2a이고, 제7 렌즈(320) 상측면(324)의 곡률 중심과 이미지 센서(10) 사이의 거리가 d3a인 경우, 줌 광학계는 와이드 앵글을 가질 수 있다.
도 3b에서 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 간의 거리가 d1b이고, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 간의 거리가 d2b이고, 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 간의 거리가 d3b인 경우, 줌 광학계는 중간 모드를 가질 수 있다. 즉, 제3 렌즈(130) 상측면(134)의 곡률 중심과 제4 렌즈(210) 물측면(212)의 곡률 중심 사이의 거리가 d1b이고, 제5 렌즈(220) 상측면(224)의 곡률 중심과 제6 렌즈(310) 물측면(312)의 곡률 중심 사이의 거리가 d2b이고, 제7 렌즈(320) 상측면(324)의 곡률 중심과 이미지 센서(10) 사이의 거리가 d3b인 경우, 줌 광학계는 중간 모드를 가질 수 있다.
도 3c에서 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 간의 거리가 d1c이고, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 간의 거리가 d2c이고, 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 간의 거리가 d3c인 경우, 줌 광학계는 텔레포토(예를 들어, 5배 배율)을 가질 수 있다. 즉, 제3 렌즈(130) 상측면(134)의 곡률 중심과 제4 렌즈(210) 물측면(212)의 곡률 중심 사이의 거리가 d1c이고, 제5 렌즈(220) 상측면(224)의 곡률 중심과 제6 렌즈(310) 물측면(312)의 곡률 중심 사이의 거리가 d2c이고, 제7 렌즈(320) 상측면(324)의 곡률 중심과 이미지 센서(10) 사이의 거리가 d3c인 경우, 줌 광학계는 텔레포토를 가질 수 있다.
와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 인접한 렌즈군 사이의 거리가 변할 수 있다.
제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리는 d1a에서 d1b를 거쳐 d1c로 변할 수 있다. 표 2를 참조하면, 와이드 앵글에서 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리(d1a)는 2.3098[mm]이다. 텔레포토에서 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리(d1c)는 0.4[mm]이다. 이와 같이, 와이드 앵글에서 중간 모드를 거쳐 텔레포토로 배율이 변화는 과정에서, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리는 2.3098[mm]에서 0.4[mm]로 변할 수 있다. 즉, 와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리는 점차 감소할 수 있다(d1a>d1b>d1c). 와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리의 증가량은 점차 감소할 수 있다.
제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 간의 거리는 d2a에서 d2b를 거쳐 d2c로 변할 수 있다. 표 2를 참조하면, 와이드 앵글에서 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 사이의 거리(d2a)는 2.1665[mm]이다. 텔레포토에서 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 사이의 거리(d1c)는 1.4788[mm]이다. 이와 같이, 와이드 앵글에서 중간 모드를 거쳐 텔레포토로 배율이 변화는 과정에서, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 사이의 거리는 2.1665[mm]에서 1.4788[mm]로 변할 수 있다. 즉, 와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 사이의 거리는 감소할 수 있다(d2a>d2b>d2c). 이때, 와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 사이의 거리의 증가량은 감소할 수 있다.
제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 간의 거리는 d3a에서 d3b를 거쳐 d3c로 변할 수 있다. 표 2를 참조하면, 와이드 앵글에서 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 사이의 거리(d3a)는 2.36[mm]이다. 텔레포토에서 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 사이의 거리(d3c)는 4.95749[mm]이다. 이와 같이, 와이드 앵글에서 중간 모드를 거쳐 텔레포토로 배율이 변화는 과정에서, 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 사이의 거리는 2.36[mm]에서 4.95749[mm]로 변할 수 있다. 와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 사이의 거리는 점차 증가할 수 있다(d3a<d3b<d3c). 다만, 와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 사이의 거리의 증가량은 점차 감소할 수 있다.
제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)은 서로 이동하는 속도가 상이할 수 있다.
제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300)을 이동시킴에 따라 줌 광학계의 배율이 3배 배율로부터 5배 배율까지 연속적으로 조정될 수 있다.
다음으로, 도 4a 내지 도 4c를 통해 본 발명의 제1 실시예에 따른 줌 광학계의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 시뮬레이션 결과를 살펴보도록 한다. 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 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 측정한 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계의 중간 모드에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 4c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학계의 텔레포토에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 구면수차가 파장에 관계없이 이미지 센서의 중심에서 끝단까지 -0.05[mm] 내지 0.025[mm]이내에 있음을 알 수 있다. 구체적으로, 와이드 모드에서 구면수차는 대략 -0.02[mm]에서 0.02[mm] 이내이고, 중간 모드에서 구면수차는 -0.025[mm] 내지 0.025[mm] 이내임을 알 수 있다. 텔레포토에서 구면수차는 -0.05[mm] 내지 0.025[mm] 이내에 있음을 알 수 있다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 비점수차가 파장에 관계없이 이미지 센서의 중심에서 끝단까지 -0.025[mm] 내지 0.01[mm]이내에 있음을 알 수 있다. 구체적으로, 와이드 모드에서 비점수차는 대략 -0.005[mm]에서 0.01[mm] 이내이고, 중간 모드에서 비점수차는 -0.02[mm] 내지 0.01[mm] 이내임을 알 수 있다. 텔레포토에서 비점수차는 대략 -0.025[mm] 내지 0.01[mm] 이내에 있음을 알 수 있다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 왜곡수차가 파장에 관계없이 이미지 센서의 중심에서 끝단까지 -0.25[%] 내지 1[%]이내에 있음을 알 수 있다. 구체적으로, 와이드 모드에서 왜곡수차는 대략 -0.25[%]에서 0.2[%] 이내이고, 중간 모드에서 왜곡수차는 0[%] 내지 0.2[%] 이내임을 알 수 있다. 텔레포토에서 왜곡수차는 대략 0[%] 내지 1[%] 이내에 있음을 알 수 있다.
다음으로, 도 5a 및 도 5b를 통해 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 MTF 시뮬레이션 결과를 살펴보도록 한다. MTF(Modulation Transfer Function)란 광학계의 성능 측정방법 중 하나를 의미한다.
도 5a는 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서의 diffraction MTF 그래프이다. 도 5b는 실시예에 따른 광학계의 텔레포토에서의 diffraction MTF 그래프이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 와이드 앵글 및 텔레포토 각각에서 디포커싱 위치(defocusing position) 0[mm] 근처에서는 한계값인 diffraction limit에 근접한 값을 가짐을 알 수 있다.
도 6a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 와이드 앵글(wide angle)에서의 단면도이고, 도 6b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 중간 모드(middle mode)에서의 단면도이고, 도 6c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 텔레포토(telephoto)에서의 단면도이다.
아래의 표 6 및 표 7는 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계에 포함된 렌즈의 광학 특성을 나타내고, 표 8 및 표 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계에 포함된 렌즈의 코닉 상수 및 비구면 계수를 나타낸다.
렌즈 No. 렌즈면 No. 곡률반경(R, mm) 두께(mm) 물질 굴절률
제1 렌즈 112 15.8741 0.800229 플라스틱 1.6714
114 -24.5173 0.717263
제2 렌즈 122 -20.5051 0.616737 플라스틱 1.6714
124 -7.65016 0.1
제3 렌즈 132 171.442 0.404296 플라스틱 1.614
134 2.82597 2.39383(0.4026)
제4 렌즈 212 3.42137 2.14415 플라스틱 1.5348
214 -4.66978 0.1
제5 렌즈 222 -10.0132 2.30144 플라스틱 1.6714
224 317.456 1.6146(1.0112)
제6 렌즈 312 -7.02183 2.31937 플라스틱 1.6714
314 -5.38505 0.276872
제7 렌즈 322 36.8878 0.638746 플라스틱 1.5445
324 3.64979 1.59972(4.19435)
필터 22 1.523
24
센서 10
렌즈 No. 렌즈면 No. 아베수 형상 반구경(semi-aperture)
제1 렌즈 112 19.23 볼록 2.5
114 오목 2.4292
제2 렌즈 122 19.23 오목 2.3506
124 오목 2.3708
제3 렌즈 132 25.9 볼록 2.2901
134 볼록 2.2242
제4 렌즈 212 55.70 볼록 2.3994
214 오목 2.23
제5 렌즈 222 19.23 오목 2.1639
224 볼록 2.0053
제6 렌즈 312 19.23 오목 2.1138
314 오목 2.3137
제7 렌즈 322 55.96 볼록 2.3075
324 볼록 2.5525
필터 22 54.47 2.9263
24 2.9744
센서 10
렌즈면 No. 코닉상수(K) A B C D
112 -36.2764 2.66E-03 1.02E-03 -8.09E-04 3.16E-04
114 32.90901 6.41E-03 1.65E-03 -1.76E-03 6.61E-04
122 25.08857 1.41E-02 -3.50E-03 6.42E-04 -6.69E-04
124 -27.0428 -1.01E-02 4.88E-03 -1.01E-03 -8.57E-04
132 -89.0532 -7.59E-02 4.43E-02 -1.78E-02 4.87E-03
134 -10.5682 -1.73E-02 1.49E-02 -5.75E-03 1.07E-03
212 -0.19281 -8.06E-04 -9.90E-04 1.14E-03 -7.36E-04
214 -1.78914 -3.18E-03 6.37E-03 -4.06E-03 1.82E-03
222 2.968688 -5.88E-03 5.96E-03 -3.90E-03 1.94E-03
224 97.90897 2.04E-03 -4.12E-03 7.71E-03 -7.03E-03
312 3.236055 1.05E-02 -5.66E-03 5.49E-03 -3.54E-03
314 -8.12726 -1.06E-02 9.17E-03 -9.51E-03 6.90E-03
322 -2.44991 -7.65E-02 3.49E-02 -2.40E-02 1.51E-02
324 -1.03981 -6.96E-02 2.65E-02 -1.01E-02 3.46E-03
렌즈면 No. E F G H J
112 -8.09E-05 1.39E-05 -1.55E-06 1.01E-07 -2.89E-09
114 -1.42E-04 1.60E-05 -4.10E-07 -9.26E-08 7.29E-09
122 3.77E-04 -1.21E-04 2.23E-05 -2.20E-06 8.91E-08
124 5.60E-04 -1.51E-04 2.23E-05 -1.77E-06 6.00E-08
132 -9.06E-04 1.27E-04 -1.49E-05 1.29E-06 -5.36E-08
134 3.74E-05 -6.53E-05 1.40E-05 -1.33E-06 4.83E-08
212 2.91E-04 -7.13E-05 1.06E-05 -8.82E-07 3.15E-08
214 -5.32E-04 9.80E-05 -1.05E-05 5.57E-07 -8.13E-09
222 -6.40E-04 1.35E-04 -1.74E-05 1.22E-06 -3.42E-08
224 3.96E-03 -1.39E-03 2.97E-04 -3.53E-05 1.80E-06
312 1.49E-03 -4.01E-04 6.64E-05 -6.18E-06 2.48E-07
314 -3.10E-03 8.51E-04 -1.39E-04 1.23E-05 -4.59E-07
322 -6.48E-03 1.74E-03 -2.78E-04 2.43E-05 -8.88E-07
324 -9.14E-04 1.66E-04 -1.90E-05 1.20E-06 -3.12E-08
도 6a 내지 도 6c 및 표 6 내지 표 9를 참조하면, 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군(100), 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)을 포함한다. 제1 렌즈군(100)은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120) 및 제3 렌즈(130)를 포함한다. 제2 렌즈군(200)은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열되는 제4 렌즈(210) 및 제5 렌즈(220)를 포함한다. 제3 렌즈군(300)은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열되는 제6 렌즈(310) 및 제7 렌즈(320)를 포함한다.
표 6에서, 두께(mm)는 각 렌즈면에서 다음 렌즈면까지의 거리를 나타낸다.
예들 들어, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에서 상측면(114)까지의 거리를 나타낸다. 구체적으로, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110)에서 물측면(112)의 곡률 중심과 상측면(114)의 곡률 중심 사이의 거리를 나타낸다.
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. 구체적으로, 제1 렌즈(110)의 상측면(114)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110) 상측면(114)의 곡률 중심과 제2 렌즈(120) 물측면(122)의 곡률 중심 사이의 거리를 나타낸다.
제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에서 제4 렌즈(210)의 물측면(212)까지의 거리를 나타낸다. 구체적으로, 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 제3 렌즈(130) 상측면(134)의 곡률 중심과 제4 렌즈(210) 물측면(212)의 곡률 중심 사이의 거리를 나타낸다.
이때, 제2 렌즈군(200)이 와이드 앵글에서 텔레포토로 주밍(zooming)하는 과정에서 이동하므로, 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 변할 수 있다. 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 최단 거리에서 최장 거리 사이의 값을 가질 수 있다. 표 6을 참조하면, 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 와이드 앵글에서 최장 거리(2.39383)를 가질 수 있다. 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 중간 모드에서 최단 거리와 최장 거리 사이의 값을 가질 수 있다. 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 텔레포토에서 최단 거리(0.4026)를 가질 수 있다. 이는 제5 렌즈(220) 및 제7 렌즈(320)의 상측면에 기재된 두께 역시 동일하다.
표 7을 참조하면, 제1 내지 제7 렌즈(110 내지 320)의 각 면은 볼록 또는 오목한 형상으로 구현될 수 있다.
제1 렌즈(110)는 물측면(112)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제1 렌즈(110)는 상측면(114)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제2 렌즈(120)는 물측면(122)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제2 렌즈(120)는 상측면(124)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제3 렌즈(130)는 물측면(132)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제3 렌즈(130)는 상측면(134)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다.
제4 렌즈(210)는 물측면(212)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제4 렌즈(210)는 상측면(214)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제5 렌즈(220)는 물측면(222)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제5 렌즈(220)는 상측면(224)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다.
한편, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리가 최소거리일 때(즉, 텔레포토에서), 제4 렌즈(210)의 물측면(212)의 곡률 중심은 제3 렌즈(130)의 상측면(134) 양 끝단보다 상측에 가깝게 위치할 수 있다.
제6 렌즈(310)는 물측면(312)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제6 렌즈(310)는 상측면(314)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제7 렌즈(320)는 물측면(322)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제7 렌즈(320)는 상측면(324)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다.
도 6a를 참조하면, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 간의 거리가 d1a이고, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 간의 거리가 d2a이고, 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 간의 거리가 d3a인 경우, 줌 광학계는 와이드 앵글(예를 들어, 3배 배율)을 가질 수 있다. 즉, 제3 렌즈(130) 상측면(134)의 곡률 중심과 제4 렌즈(210) 물측면(212)의 곡률 중심 사이의 거리가 d1a이고, 제5 렌즈(220) 상측면(224)의 곡률 중심과 제6 렌즈(310) 물측면(312)의 곡률 중심 사이의 거리가 d2a이고, 제7 렌즈(320) 상측면(324)의 곡률 중심과 이미지 센서(10) 사이의 거리가 d3a인 경우, 줌 광학계는 와이드 앵글을 가질 수 있다.
도 6b에서 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 간의 거리가 d1b이고, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 간의 거리가 d2b이고, 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 간의 거리가 d3b인 경우, 줌 광학계는 중간 모드를 가질 수 있다. 즉, 제3 렌즈(130) 상측면(134)의 곡률 중심과 제4 렌즈(210) 물측면(212)의 곡률 중심 사이의 거리가 d1b이고, 제5 렌즈(220) 상측면(224)의 곡률 중심과 제6 렌즈(310) 물측면(312)의 곡률 중심 사이의 거리가 d2b이고, 제7 렌즈(320) 상측면(324)의 곡률 중심과 이미지 센서(10) 사이의 거리가 d3b인 경우, 줌 광학계는 중간 모드를 가질 수 있다.
도 6c에서 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 간의 거리가 d1c이고, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 간의 거리가 d2c이고, 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 간의 거리가 d3c인 경우, 줌 광학계는 텔레포토(예를 들어, 5배 배율)을 가질 수 있다. 즉, 제3 렌즈(130) 상측면(134)의 곡률 중심과 제4 렌즈(210) 물측면(212)의 곡률 중심 사이의 거리가 d1c이고, 제5 렌즈(220) 상측면(224)의 곡률 중심과 제6 렌즈(310) 물측면(312)의 곡률 중심 사이의 거리가 d2c이고, 제7 렌즈(320) 상측면(324)의 곡률 중심과 이미지 센서(10) 사이의 거리가 d3c인 경우, 줌 광학계는 텔레포토를 가질 수 있다.
와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 인접한 렌즈군 사이의 거리가 변할 수 있다.
제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리는 d1a에서 d1b를 거쳐 d1c로 변할 수 있다. 표 6을 참조하면, 와이드 앵글에서 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리(d1a)는 2.39383[mm]이다. 텔레포토에서 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리(d1c)는 0.4026[mm]이다. 이와 같이, 와이드 앵글에서 중간 모드를 거쳐 텔레포토로 배율이 변화는 과정에서, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리는 2.39383[mm]에서 0.4026[mm]로 변할 수 있다. 즉, 와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리는 점차 감소할 수 있다(d1a>d1b>d1c). 와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리의 증가량은 점차 감소할 수 있다.
제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 간의 거리는 d2a에서 d2b를 거쳐 d2c로 변할 수 있다. 표 6을 참조하면, 와이드 앵글에서 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 사이의 거리(d2a)는 1.6146[mm]이다. 텔레포토에서 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 사이의 거리(d1c)는 1.0112[mm]이다. 이와 같이, 와이드 앵글에서 중간 모드를 거쳐 텔레포토로 배율이 변화는 과정에서, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 사이의 거리는 1.6146[mm]에서 1.0112[mm]로 변할 수 있다. 즉, 와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 사이의 거리는 감소할 수 있다(d2a>d2b>d2c). 이때, 와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 사이의 거리의 증가량은 감소할 수 있다.
제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 간의 거리는 d3a에서 d3b를 거쳐 d3c로 변할 수 있다. 표 6을 참조하면, 와이드 앵글에서 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 사이의 거리(d3a)는 1.59972[mm]이다. 텔레포토에서 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 사이의 거리(d3c)는 4.19435[mm]이다. 이와 같이, 와이드 앵글에서 중간 모드를 거쳐 텔레포토로 배율이 변화는 과정에서, 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 사이의 거리는 1.59972[mm]에서 4.19435[mm]로 변할 수 있다. 와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 사이의 거리는 점차 증가할 수 있다(d3a<d3b<d3c). 다만, 와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 사이의 거리의 증가량은 점차 감소할 수 있다.
제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)은 서로 이동하는 속도가 상이할 수 있다.
제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300)을 이동시킴에 따라 줌 광학계의 배율이 3배 배율로부터 5배 배율까지 연속적으로 조정될 수 있다.
다음으로, 도 7a 내지 도 7c를 통해 본 발명의 제2 실시예에 따른 줌 광학계의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 시뮬레이션 결과를 살펴보도록 한다. 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 7a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 측정한 그래프이다.
도 7b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계의 중간 모드에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 7c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학계의 텔레포토에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 구면수차가 파장에 관계없이 이미지 센서의 중심에서 끝단까지 -0.013[mm] 내지 0.025[mm]이내에 있음을 알 수 있다. 구체적으로, 와이드 모드에서 구면수차는 대략 -0.01[mm]에서 0.025[mm] 이내이고, 중간 모드에서 구면수차는 -0.013[mm] 내지 0.02[mm] 이내임을 알 수 있다. 텔레포토에서 구면수차는 -0.013[mm] 내지 0.02[mm] 이내에 있음을 알 수 있다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 비점수차가 파장에 관계없이 이미지 센서의 중심에서 끝단까지 -0.03[mm] 내지 0.04[mm]이내에 있음을 알 수 있다. 구체적으로, 와이드 모드에서 비점수차는 대략 -0.025[mm]에서 0.02[mm] 이내이고, 중간 모드에서 비점수차는 -0.03[mm] 내지 0.025[mm] 이내임을 알 수 있다. 텔레포토에서 비점수차는 대략 -0.01[mm] 내지 0.04[mm] 이내에 있음을 알 수 있다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 왜곡수차가 파장에 관계없이 이미지 센서의 중심에서 끝단까지 -0.4[%] 내지 0.8[%]이내에 있음을 알 수 있다. 구체적으로, 와이드 모드에서 왜곡수차는 대략 -0.4[%]에서 0.2[%] 이내이고, 중간 모드에서 왜곡수차는 0[%] 내지 0.3[%] 이내임을 알 수 있다. 텔레포토에서 왜곡수차는 대략 0[%] 내지 0.8[%] 이내에 있음을 알 수 있다.
다음으로, 도 8a 및 도 8b를 통해 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 MTF 시뮬레이션 결과를 살펴보도록 한다. MTF(Modulation Transfer Function)란 광학계의 성능 측정방법 중 하나를 의미한다.
도 8a는 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서의 diffraction MTF 그래프이다. 도 8b는 실시예에 따른 광학계의 텔레포토에서의 diffraction MTF 그래프이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 와이드 앵글 및 텔레포토 각각에서 디포커싱 위치(defocusing position) 0[mm] 근처에서는 한계값인 diffraction limit에 근접한 값을 가짐을 알 수 있다.
도 9a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 줌 광학계의 와이드 앵글(wide angle)에서의 단면도이고, 도 9b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 줌 광학계의 중간 모드(middle mode)에서의 단면도이고, 도 9c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 줌 광학계의 텔레포토(telephoto)에서의 단면도이다.
아래의 표 10 및 표 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 줌 광학계에 포함된 렌즈의 광학 특성을 나타내고, 표 12 및 표 13는 본 발명의 제3 실시예에 따른 줌 광학계에 포함된 렌즈의 코닉 상수 및 비구면 계수를 나타낸다.
렌즈 No. 렌즈면 No. 곡률반경(R, mm) 두께(mm) 물질 굴절률
제1 렌즈 112 8.01877 1.42832 플라스틱 1.5445
114 11.9473 0.36246
제2 렌즈 122 15.635 0.52835 플라스틱 1.661
124 65.9317 0.118569
제3 렌즈 132 9.80772 0.613063 플라스틱 1.5445
134 2.52792 2.29633(0.4)
제4 렌즈 212 3.40991 2.19892 플라스틱 1.5348
214 -3.6266 0.1
제5 렌즈 222 -5.12044 2.3 플라스틱 1.661
224 -13.3444 1.94114(1.7963)
제6 렌즈 312 -7.78876 2.3 플라스틱 1.614
314 -8.79954 0.49294
제7 렌즈 322 17.2122 0.551825 플라스틱 1.5445
324 3.79733 2.35546(4.39663)
필터 22
24
센서 10
렌즈 No. 렌즈면 No. 아베수 형상 반구경(semi-aperture)
제1 렌즈 112 55.96
 볼록 2.5
114 볼록 2.2504
제2 렌즈 122 20.4 볼록 2.2579
124 볼록 2.2743
제3 렌즈 132 55.96 볼록 2.2376
134 볼록 2.2737
제4 렌즈 212 55.70 볼록 2.4721
214 오목 2.2530
제5 렌즈 222 20.4 오목 2.2139
224 오목 2.1148
제6 렌즈 312 25.9 오목 2.0706
314 오목 2.1236
제7 렌즈 322 55.96 볼록 2.1023
324 볼록 2.3496
필터 22 54.47 2.7940
24 2.8826
센서 10
렌즈면 No. 코닉상수(K) A B C D
112 0 3.88E-03 -2.23E-04 1.31E-04 -4.85E-05
114 0 5.94E-03 -2.16E-04 -1.88E-06 1.24E-05
122 0 -3.53E-03 -4.88E-04 -1.26E-04 -1.01E-06
124 0 -3.95E-03 -1.14E-03 2.91E-05 7.26E-06
132 -188.367 -1.25E-02 -1.09E-02 1.08E-02 -5.62E-03
134 -7.24875 3.14E-03 -1.04E-02 8.62E-03 -4.40E-03
212 -5.21E-02 -2.20E-03 1.07E-03 -9.55E-04 5.46E-04
214 -1.73209 -4.38E-03 5.21E-03 -1.09E-03 -5.31E-04
222 2.128511 -5.14E-03 5.48E-03 -1.82E-03 4.35E-04
224 1.955954 -3.92E-04 1.25E-03 -1.12E-03 1.11E-03
312 10.82257 1.20E-02 -1.15E-03 2.80E-04 -1.38E-05
314 12.83901 -1.26E-03 4.41E-03 -1.13E-03 1.19E-06
322 60.21748 -9.62E-02 3.06E-02 -4.83E-03 -2.09E-03
324 0.288197 -9.44E-02 3.85E-02 -1.40E-02 3.84E-03
렌즈면 No. E F G H J
112 1.15E-05 -9.42E-07 -1.53E-07 3.79E-08 -2.22E-09
114 -7.28E-06 6.44E-07 -1.21E-07 2.99E-08 -2.77E-09
122 -1.61E-06 -1.13E-06 1.49E-07 2.52E-08 -1.18E-09
124 8.27E-07 -1.72E-06 -1.35E-07 1.04E-07 -7.07E-09
132 1.88E-03 -4.06E-04 5.35E-05 -3.88E-06 1.19E-07
134 1.50E-03 -3.40E-04 4.90E-05 -4.07E-06 1.49E-07
212 -1.91E-04 4.09E-05 -5.00E-06 2.95E-07 -4.20E-09
214 5.54E-04 -2.22E-04 4.90E-05 -5.81E-06 2.93E-07
222 -3.84E-05 -1.07E-05 3.74E-06 -4.40E-07 2.05E-08
224 -6.51E-04 2.38E-04 -5.30E-05 6.55E-06 -3.45E-07
312 1.93E-05 -8.20E-06 1.06E-06 3.90E-08 -9.59E-09
314 7.54E-05 -1.23E-06 -2.19E-06 -9.06E-08 3.29E-08
322 1.63E-03 -4.27E-04 4.63E-05 -3.62E-07 -2.42E-07
324 -7.19E-04 8.68E-05 -6.21E-06 1.77E-07 3.03E-09
도 9a 내지 도 9c 및 표 10 내지 표 13을 참조하면, 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군(100), 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)을 포함한다. 제1 렌즈군(100)은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120) 및 제3 렌즈(130)를 포함한다. 제2 렌즈군(200)은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열되는 제4 렌즈(210) 및 제5 렌즈(220)를 포함한다. 제3 렌즈군(300)은 물체측으로부터 상측으로 순차적으로 배열되는 제6 렌즈(310) 및 제7 렌즈(320)를 포함한다.
표 10에서, 두께(mm)는 각 렌즈면에서 다음 렌즈면까지의 거리를 나타낸다.
예들 들어, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에서 상측면(114)까지의 거리를 나타낸다. 구체적으로, 제1 렌즈(110)의 물측면(112)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110)에서 물측면(112)의 곡률 중심과 상측면(114)의 곡률 중심 사이의 거리를 나타낸다.
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. 구체적으로, 제1 렌즈(110)의 상측면(114)에 기재된 두께는 제1 렌즈(110) 상측면(114)의 곡률 중심과 제2 렌즈(120) 물측면(122)의 곡률 중심 사이의 거리를 나타낸다.
제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에서 제4 렌즈(210)의 물측면(212)까지의 거리를 나타낸다. 구체적으로, 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 제3 렌즈(130) 상측면(134)의 곡률 중심과 제4 렌즈(210) 물측면(212)의 곡률 중심 사이의 거리를 나타낸다.
이때, 제2 렌즈군(200)이 와이드 앵글에서 텔레포토로 주밍(zooming)하는 과정에서 이동하므로, 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 변할 수 있다. 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 최단 거리에서 최장 거리 사이의 값을 가질 수 있다. 표 10을 참조하면, 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 와이드 앵글에서 최장 거리(2.29633)를 가질 수 있다. 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 중간 모드에서 최단 거리와 최장 거리 사이의 값을 가질 수 있다. 제3 렌즈(130)의 상측면(134)에 기재된 두께는 텔레포토에서 최단 거리(0.4)를 가질 수 있다. 이는 제5 렌즈(220) 및 제7 렌즈(320)의 상측면에 기재된 두께 역시 동일하다.
표 11를 참조하면, 제1 내지 제7 렌즈(110 내지 320)의 각 면은 볼록 또는 오목한 형상으로 구현될 수 있다.
제1 렌즈(110)는 물측면(112)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제1 렌즈(110)는 상측면(114)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제2 렌즈(120)는 물측면(122)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제2 렌즈(120)는 상측면(124)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제3 렌즈(130)는 물측면(132)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제3 렌즈(130)는 상측면(134)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다.
제4 렌즈(210)는 물측면(212)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제4 렌즈(210)는 상측면(214)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제5 렌즈(220)는 물측면(222)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제5 렌즈(220)는 상측면(224)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다.
한편, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리가 최소거리일 때(즉, 텔레포토에서), 제4 렌즈(210)의 물측면(212)의 곡률 중심은 제3 렌즈(130)의 상측면(134) 양 끝단보다 상측에 가깝게 위치할 수 있다.
제6 렌즈(310)는 물측면(312)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제6 렌즈(310)는 상측면(314)이 물체측으로 오목한 렌즈일 수 있다. 제7 렌즈(320)는 물측면(322)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다. 제7 렌즈(320)는 상측면(324)이 물체측으로 볼록한 렌즈일 수 있다.
도 9a를 참조하면, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 간의 거리가 d1a이고, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 간의 거리가 d2a이고, 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 간의 거리가 d3a인 경우, 줌 광학계는 와이드 앵글(예를 들어, 3배 배율)을 가질 수 있다. 즉, 제3 렌즈(130) 상측면(134)의 곡률 중심과 제4 렌즈(210) 물측면(212)의 곡률 중심 사이의 거리가 d1a이고, 제5 렌즈(220) 상측면(224)의 곡률 중심과 제6 렌즈(310) 물측면(312)의 곡률 중심 사이의 거리가 d2a이고, 제7 렌즈(320) 상측면(324)의 곡률 중심과 이미지 센서(10) 사이의 거리가 d3a인 경우, 줌 광학계는 와이드 앵글을 가질 수 있다.
도 9b에서 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 간의 거리가 d1b이고, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 간의 거리가 d2b이고, 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 간의 거리가 d3b인 경우, 줌 광학계는 중간 모드를 가질 수 있다. 즉, 제3 렌즈(130) 상측면(134)의 곡률 중심과 제4 렌즈(210) 물측면(212)의 곡률 중심 사이의 거리가 d1b이고, 제5 렌즈(220) 상측면(224)의 곡률 중심과 제6 렌즈(310) 물측면(312)의 곡률 중심 사이의 거리가 d2b이고, 제7 렌즈(320) 상측면(324)의 곡률 중심과 이미지 센서(10) 사이의 거리가 d3b인 경우, 줌 광학계는 중간 모드를 가질 수 있다.
도 9c에서 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 간의 거리가 d1c이고, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 간의 거리가 d2c이고, 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 간의 거리가 d3c인 경우, 줌 광학계는 텔레포토(예를 들어, 5배 배율)을 가질 수 있다. 즉, 제3 렌즈(130) 상측면(134)의 곡률 중심과 제4 렌즈(210) 물측면(212)의 곡률 중심 사이의 거리가 d1c이고, 제5 렌즈(220) 상측면(224)의 곡률 중심과 제6 렌즈(310) 물측면(312)의 곡률 중심 사이의 거리가 d2c이고, 제7 렌즈(320) 상측면(324)의 곡률 중심과 이미지 센서(10) 사이의 거리가 d3c인 경우, 줌 광학계는 텔레포토를 가질 수 있다.
와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 인접한 렌즈군 사이의 거리가 변할 수 있다.
제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리는 d1a에서 d1b를 거쳐 d1c로 변할 수 있다. 표 10을 참조하면, 와이드 앵글에서 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리(d1a)는 2.29633[mm]이다. 텔레포토에서 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리(d1c)는 0.4[mm]이다. 이와 같이, 와이드 앵글에서 중간 모드를 거쳐 텔레포토로 배율이 변화는 과정에서, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리는 2.29633[mm]에서 0.4[mm]로 변할 수 있다. 즉, 와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리는 점차 감소할 수 있다(d1a>d1b>d1c). 와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 제1 렌즈군(100)과 제2 렌즈군(200) 사이의 거리의 증가량은 점차 감소할 수 있다.
제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 간의 거리는 d2a에서 d2b를 거쳐 d2c로 변할 수 있다. 표 10을 참조하면, 와이드 앵글에서 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 사이의 거리(d2a)는 1.94114[mm]이다. 텔레포토에서 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 사이의 거리(d1c)는 1.7963[mm]이다. 이와 같이, 와이드 앵글에서 중간 모드를 거쳐 텔레포토로 배율이 변화는 과정에서, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 사이의 거리는 1.94114[mm]에서 1.7963[mm]로 변할 수 있다. 즉, 와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 사이의 거리는 감소할 수 있다(d2a>d2b>d2c). 이때, 와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300) 사이의 거리의 증가량은 감소할 수 있다.
제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 간의 거리는 d3a에서 d3b를 거쳐 d3c로 변할 수 있다. 표 10을 참조하면, 와이드 앵글에서 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 사이의 거리(d3a)는 2.35546[mm]이다. 텔레포토에서 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 사이의 거리(d3c)는 4.639663[mm]이다. 이와 같이, 와이드 앵글에서 중간 모드를 거쳐 텔레포토로 배율이 변화는 과정에서, 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 사이의 거리는 2.35546[mm]에서 4.639663[mm]로 변할 수 있다. 와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 사이의 거리는 점차 증가할 수 있다(d3a<d3b<d3c). 다만, 와이드 앵글에서 텔레포토로 배율이 변하는 과정에서, 제3 렌즈군(300)과 이미지 센서(10) 사이의 거리의 증가량은 점차 감소할 수 있다.
제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)은 서로 이동하는 속도가 상이할 수 있다.
제2 렌즈군(200)과 제3 렌즈군(300)을 이동시킴에 따라 줌 광학계의 배율이 3배 배율로부터 5배 배율까지 연속적으로 조정될 수 있다.
다음으로, 도 10a 내지 도 10c를 통해 본 발명의 제3 실시예에 따른 줌 광학계의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 시뮬레이션 결과를 살펴보도록 한다. 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 10a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차(Longitudinal Spherical Aberration), 비점수차(Astigmatic Field Curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 측정한 그래프이다.
도 10b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계의 중간 모드에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 10c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학계의 텔레포토에서 435nm, 486nm, 546nm, 587nm, 656nm 파장의 빛에 대한 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 측정한 그래프이다.
도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 구면수차가 파장에 관계없이 이미지 센서의 중심에서 끝단까지 0.055[mm]이내에 있음을 알 수 있다. 구체적으로, 와이드 모드에서 구면수차는 대략 0.025[mm] 이내이고, 중간 모드에서 구면수차는 0.040[mm] 이내임을 알 수 있다. 텔레포토에서 구면수차는 0.055[mm] 이내에 있음을 알 수 있다.
도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 비점수차가 파장에 관계없이 이미지 센서의 중심에서 끝단까지 -0.035[mm] 내지 0.050[mm]이내에 있음을 알 수 있다. 구체적으로, 와이드 모드에서 비점수차는 이미지 센서의 끝단 부분에서 범위를 벗어나긴 하나 대략 -0.025[mm]에서 0.020[mm] 이내이고, 중간 모드에서 비점수차는 -0.025[mm] 내지 0.050[mm] 이내임을 알 수 있다. 텔레포토에서 비점수차는 대략 -0.035[mm] 내지 0.020[mm] 이내에 있음을 알 수 있다.
도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 왜곡수차가 파장에 관계없이 이미지 센서의 중심에서 끝단까지 -0.4[%] 내지 1[%]이내에 있음을 알 수 있다. 구체적으로, 와이드 모드에서 왜곡수차는 대략 -0.4[%]에서 0.5[%] 이내이고, 중간 모드에서 왜곡수차는 0[%] 내지 0.75[%] 이내임을 알 수 있다. 텔레포토에서 왜곡수차는 대략 0[%] 내지 1[%] 이내에 있음을 알 수 있다.
다음으로, 도 11a 및 도 11b를 통해 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계의 MTF 시뮬레이션 결과를 살펴보도록 한다. MTF(Modulation Transfer Function)란 광학계의 성능 측정방법 중 하나를 의미한다.
도 11a는 실시예에 따른 광학계의 와이드 앵글에서의 diffraction MTF 그래프이다. 도 11b는 실시예에 따른 광학계의 텔레포토에서의 diffraction MTF 그래프이다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 와이드 앵글 및 텔레포토 각각에서 디포커싱 위치(defocusing position) 0[mm] 근처에서는 한계값인 diffraction limit에 근접한 값을 가짐을 알 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 광학계를 나타낸 도면이다.
도 12에 도시된 줌 광학계는 도 1을 참조하여 설명한 줌 광학계에서 더미 렌즈를 더 포함할 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 물측으로부터 제1 렌즈군, 제2 렌즈군, 제3 렌즈군, 필터 및 센서가 순차적으로 배치되며, 제3 렌즈군과 필터 사이에 더미 렌즈가 더 포함될 수 있다.
더미 렌즈의 폭은 제1 렌즈군의 폭보다 클 수 있다. 더미 렌즈의 유효경은 제1 렌즈군의 유효경보다 클 수 있다. 더미 렌즈의 유효경은 제1 렌즈군에 포함된 렌즈들의 유효경보다 클 수 있다.
더미 렌즈는 고정될 수 있다. 더미 렌즈는 상측에 대해 고정될 수 있다.
더미 렌즈는 제4 렌즈군으로 불릴 수 있다. 더미 렌즈는 1개의 렌즈로 구성될 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 복수의 렌즈로 구성될 수도 있다.
더미 렌즈는 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군의 이동시 유입될 수 있는 이물질을 차단하는 역할을 할 수 있다. 더미 렌즈는 유입된 이물질이 센서측으로 유입되지 않도록 차단할 수 있다.
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 카메라 모듈이 적용되는 휴대 단말의 일부를 나타낸 도면이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 카메라 모듈에 적용될 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따른 줌 광학계를 포함하는 카메라 모듈은 휴대 단말 내에 내장될 수 있으며, 메인 카메라 모듈과 함께 적용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은 이미지 센서, 이미지 센서 상에 배치된 필터, 그리고 필터 상에 배치된 줌 광학계를 포함할 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 상기에서 설명한 제1 렌즈군(100), 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계를 포함하는 카메라 모듈이 내장된 휴대 단말은 스마트폰, 태블릿 PC, 랩탑(laptop) 컴퓨터, PDA 등일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 광학계는 카메라 모듈에 적용될 수 있다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 줌 광학계(1000)를 포함하는 카메라 모듈은 휴대 단말 내에 내장될 수 있으며, 메인 카메라 모듈(1100)과 함께 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계(1000)는 앞서 설명한 제1 렌즈군(100), 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)을 포함하며, 제1 렌즈군(100), 제2 렌즈군(200) 및 제3 렌즈군(300)은 휴대 단말의 두께 제약으로 인하여 휴대 단말의 측면 방향으로 순차적으로 배치될 수 있다. 이를 위하여, 전술한 바와 같이, 제1 렌즈군(100)의 전단에는 직각 프리즘이 더 배치될 수 있다. 줌 광학계가 휴대 단말기의 두께 방향으로 배치될 때, 즉 줌 광학계에 포함된 렌즈들의 렌즈면이 휴대 단말의 두께 방향으로 배치될 때, 줌 광학계에 포함된 렌즈들의 직경 사이즈를 줄임으로써, 휴대 단말의 두께를 줄일 수 있다. 이에 따라, 휴대 단말 내에도 렌즈가 이동하여 연속적으로 배율 조정이 가능한 줌 광학계가 내장될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계를 포함하는 카메라 모듈이 내장된 휴대 단말은 스마트폰, 태블릿 PC, 랩탑(laptop) 컴퓨터, PDA 등일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군을 포함하고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고, 와이드 앵글(wide angle)에서의 유효 초점 거리(EFL, effective focal length)는 아래의 수학식에 의해 정의된다.
Figure pat00014
여기서, EFLwide는 와이드 앵글에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, HimageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다.
상기 제1 렌즈군은 3매 이하의 렌즈를 포함하고, 상기 제2 렌즈군은 2매 이하의 렌즈를 포함하고, 상기 제3 렌즈군은 2매 이하의 렌즈를 포함할 수 있다.
텔레포토(telephoto)에서의 유효 초점 거리(EFL, effective focal length)는 아래의 수학식에 의해 정의될 수 있다.
Figure pat00015
여기서, EFLtele는 텔레포토에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, HimageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다.
와이드 앵글(wide angle)에서 텔레포토(telephoto)로 주밍(zooming) 시 상기 제2 렌즈군의 이동 스트로크는 아래의 수학식에 의해 정의될 수 있다.
Figure pat00016
여기서, TTL(Total Track Length)은 이미지 센서면으로부터 줌 광학계의 첫번째 면까지의 거리를 의미하고, STOKE2는 제2 렌즈군의 이동 스트로크를 의미한다.
와이드 앵글(wide angle)에서 텔레포토(telephoto)로 주밍(zooming) 시 상기 제3 렌즈군의 이동 스트로크는 아래의 수학식에 의해 정의될 수 있다.
Figure pat00017
여기서, TTL(Total Track Length)은 이미지 센서면으로부터 줌 광학계의 첫번째 면까지의 거리를 의미하고, STOKE3는 제3 렌즈군의 이동 스트로크를 의미한다.
상기 제1 내지 제3 렌즈군은, 플라스틱 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제1 렌즈군에 포함된 복수의 렌즈의 최대 직경과 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군에 포함된 복수의 렌즈의 최대 직경은 아래의 수학식에 의해 정의될 수 있다.
Figure pat00018
여기서, APERfix는 고정군인 상기 제1 렌즈군에 포함된 렌즈의 최대 직경을 의미하고, APERmov는 이동군인 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군에 포함된 렌즈의 최대 직경을 의미할 수 있다.
CRA(chief ray angle)는 -20도보다 크고 -10도보다 작을 수 있다.
상기 제1 렌즈군의 전단에 배치된 직각 프리즘을 더 포함할 수 있다.
상기 제3 렌즈군 후단에 배치되는 더미 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 더미 렌즈의 유효경은, 상기 제1 렌즈군의 유효경보다 클 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군을 포함하고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고, 텔레포토(telephoto)에서의 유효 초점 거리(EFL, effective focal length)는 아래의 수학식에 의해 정의된다.
Figure pat00019
여기서, EFLtele는 텔레포토에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, HimageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군을 포함하고, 상기 제1 렌즈군은 고정되고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고, 상기 제2 렌즈군은 줌 기능을 수행하고, 상기 제3 렌즈군은 포커싱 기능을 수행하고, 상기 제2 렌즈군의 이동 스크로크는 2[mm]보다 작고, 이미지 센서면으로부터 줌 광학계의 첫번째 면까지의 거리가 17[mm]보다 작은 상태에서, 상기 제2 렌즈군의 2[mm]보다 작은 이동 스트로크에 대응하여 아래의 수학식에 의해 정의된다.
Figure pat00020
여기서, EFLtele는 텔레포토에서의 유효 초점 거리를 의미하고, EFLwide는 와이드 앵글에서의 유효 초점 거리를 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군을 포함하고, 상기 제1 렌즈군은 고정되고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고, 상기 제2 렌즈군은 줌 기능을 수행하고, 상기 제3 렌즈군은 포커싱 기능을 수행하고, 텔레포토에서 초점거리는 14[mm]보다 크고, 텔레포토에서 F수는 3보다 작다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군을 포함하고, 상기 제1 렌즈군은 고정되고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고, 상기 제2 렌즈군은 줌 기능을 수행하고, 상기 제3 렌즈군은 포커싱 기능을 수행하고, 와이드 앵글에서 초점거리는 10[mm]보다 작고, 와이드 앵글에서 F수는 2.3보다 작다.
본 발명의 실시예에 따른 줌 광학계는 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군을 포함하고, 상기 제1 렌즈군은 고정되고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고, 상기 제2 렌즈군은 줌 기능을 수행하고, 상기 제3 렌즈군은 포커싱 기능을 수행하고, 상기 제3 렌즈군의 후단에 배치된 이미지 센서의 픽셀 영역의 대각 길이는 6[mm]보다 크다.
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 : 제1 렌즈군
200 : 제2 렌즈군
300 : 제3 렌즈군

Claims (15)

  1. 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군을 포함하고,
    상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고,
    와이드 앵글(wide angle)에서의 유효 초점 거리(EFL, effective focal length)는 아래의 수학식에 의해 정의되는 줌 광학계;
    Figure pat00021

    여기서, EFLwide는 와이드 앵글에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, HimageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군은 3매 이하의 렌즈를 포함하고,
    상기 제2 렌즈군은 2매 이하의 렌즈를 포함하고,
    상기 제3 렌즈군은 2매 이하의 렌즈를 포함하는 줌 광학계.
  3. 제1항에 있어서,
    텔레포토(telephoto)에서의 유효 초점 거리(EFL, effective focal length)는 아래의 수학식에 의해 정의되는 줌 광학계;
    Figure pat00022

    여기서, EFLtele는 텔레포토에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, HimageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다.
  4. 제1항에 있어서,
    와이드 앵글(wide angle)에서 텔레포토(telephoto)로 주밍(zooming) 시 상기 제2 렌즈군의 이동 스트로크는 아래의 수학식에 의해 정의되는 줌 광학계;
    Figure pat00023

    여기서, TTL(Total Track Length)은 이미지 센서면으로부터 줌 광학계의 첫번째 면까지의 거리를 의미하고, STOKE2는 제2 렌즈군의 이동 스트로크를 의미한다.
  5. 제1항에 있어서,
    와이드 앵글(wide angle)에서 텔레포토(telephoto)로 주밍(zooming) 시 상기 제3 렌즈군의 이동 스트로크는 아래의 수학식에 의해 정의되는 줌 광학계;
    Figure pat00024

    여기서, TTL(Total Track Length)은 이미지 센서면으로부터 줌 광학계의 첫번째 면까지의 거리를 의미하고, STOKE3는 제3 렌즈군의 이동 스트로크를 의미한다.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 렌즈군은,
    플라스틱 렌즈를 포함하는 줌 광학계.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군에 포함된 복수의 렌즈의 최대 직경과 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군에 포함된 복수의 렌즈의 최대 직경은 아래의 수학식에 의해 정의되는 줌 광학계;
    Figure pat00025

    여기서, APERfix는 고정군인 상기 제1 렌즈군에 포함된 렌즈의 최대 직경을 의미하고, APERmov는 이동군인 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군에 포함된 렌즈의 최대 직경을 의미할 수 있다.
  8. 제1항에 있어서,
    CRA(chief ray angle)는 -20도보다 크고 -10도보다 작은 줌 광학계.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군의 전단에 배치된 직각 프리즘을 더 포함하는 줌 광학계.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제3 렌즈군 후단에 배치되는 더미 렌즈를 더 포함하는 줌 광학계.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 더미 렌즈의 유효경은,
    상기 제1 렌즈군의 유효경보다 큰 줌 광학계.
  12. 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군을 포함하고,
    상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고,
    텔레포토(telephoto)에서의 유효 초점 거리(EFL, effective focal length)는 아래의 수학식에 의해 정의되는 줌 광학계;
    Figure pat00026

    여기서, EFLtele는 텔레포토에서 줌 광학계의 유효 초점 거리를 의미하고, HimageD는 이미지 센서 픽셀 영역의 대각 길이의 절반 값을 의미한다.
  13. 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군을 포함하고,
    상기 제1 렌즈군은 고정되고, 상기 제2 렌즈군 및 상기 제3 렌즈군은 이동 가능하고,
    이미지 센서면으로부터 줌 광학계의 첫번째 면까지의 거리가 17[mm]보다 작은 상태에서, 상기 제2 렌즈군의 2[mm]보다 작은 이동 스트로크에 대응하여 아래의 수학식에 의해 정의되는 줌 광학계:
    Figure pat00027

    여기서, EFLtele는 텔레포토에서의 유효 초점 거리를 의미하고, EFLwide는 와이드 앵글에서의 유효 초점 거리를 의미한다.
  14. 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군을 포함하고,
    상기 제1 렌즈군은 고정되고,
    상기 제2 렌즈군은 줌 기능을 수행하고, 상기 제3 렌즈군은 포커싱 기능을 수행하고,
    텔레포토에서 초점거리는 14[mm]보다 크고, 텔레포토에서 F수는 3보다 작은 줌 광학계.
  15. 물체(object)측으로부터 상(image)측으로 순차적으로 배열되는 제1 렌즈군, 제2 렌즈군 및 제3 렌즈군을 포함하고,
    상기 제1 렌즈군은 고정되고,
    상기 제2 렌즈군은 줌 기능을 수행하고, 상기 제3 렌즈군은 포커싱 기능을 수행하고,
    와이드 앵글에서 초점거리는 10[mm]보다 작고, 와이드 앵글에서 F수는 2.3보다 작은 줌 광학계.
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