KR20220099411A - 광학계 - Google Patents

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KR20220099411A
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문성민
권영만
신희웅
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

발명의 실시예에 따른 광학계는 물체 측으로부터 상 측 방향으로 광축을 따라 순차적으로 배치되는 제1 내지 제5 렌즈를 포함하고, 상기 제1 내지 제5 렌즈 각각은, 물체 측 면 및 상 측 면을 포함하고, 상기 제1 렌즈의 상 측 면의 유효경(clear aperture)의 크기는 상기 제1 렌즈의 물체 측 면의 유효경의 크기보다 크고, 상기 제1 렌즈의 두께는 상기 제2 렌즈의 두께보다 얇을 수 있다.

Description

광학계{OPTICAL SYSTEM}
발명의 실시예는 향상된 광학 성능을 위한 광학계에 대한 것이다.
카메라 모듈은 객체를 촬영하여 이미지 또는 동영상으로 저장하는 기능을 수행하며 다양한 어플리케이션에 장착되고 있다. 특히 카메라 모듈은 초소형으로 제작되어 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 등의 휴대용 디바이스뿐만 아니라 드론, 차량 등에 적용되어 다양한 기능을 제공하고 있다.
예를 들어, 카메라 모듈의 광학계는 상(image)를 결상하는 촬상 렌즈, 결상된 상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서를 포함할 수 있다. 이때, 상기 카메라 모듈은 이미지 센서와 촬상 렌즈 사이의 간격을 자동 조절하여 렌즈의 초점거리를 정렬하는 오토포커스(autofocus, AF) 기능을 수행할 수 있고, 줌 렌즈(zoom lens)를 통해 원거리의 객체의 배율을 증가 또는 감소시켜 촬영하는 줌 업(zoom up) 또는 줌 아웃(zoom out)의 줌인(zooming) 기능을 수행할 수 있다. 또한, 카메라 모듈은 영상 흔들림 방지(image stabilization, IS)기술을 채용하여 불안정한 고정장치 혹은 사용자의 움직임에 기인한 카메라의 움직임으로 인한 영상의 흔들림을 보정하거나 방지하는 기술이 채용되고 있다.
이러한 카메라 모듈이 상(image)을 얻기 위해 가장 중요한 요소는 상(image)을 결상하는 촬상 렌즈이다. 최근 고화질, 고해상도 등 고성능에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이를 구현하기 위해 복수의 렌즈를 포함하는 광학계에 대한 연구가 진행되고 있다.
예를 들어, 고성능의 광학계 구현을 위해 양(+) 또는 음(-)의 굴절력을 가지는 복수의 촬상 렌즈를 이용한 연구가 진행되고 있다. 그러나, 복수의 렌즈를 포함할 경우 광학계 전체가 증가할 수 있고, 우수한 광학적 특성, 수차 특성을 도출하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 일반적으로 복수의 렌즈를 포함하는 광학계는 설정된 유효 초점 길이 (EFL; Effective Focal Length)를 가질 수 있다. 이때, 상기 유효 초점 거리(EFL) 값이 상대적으로 클 경우, 물체 측과 인접한 렌즈는 큰 구경을 가지거나, 복수의 렌즈 중 가장 큰 구경을 가진다. 이에 따라, 물체 측과 가장 인접한 렌즈가 상대적으로 큰 크기를 가져 상기 광학계를 소형화하기 어려운 문제가 있다.
또한, 복수의 렌즈를 포함하는 광학계는 상대적으로 높이가 클 수 있다. 예를 들어, 렌즈의 매수가 증가할수록 이미지 센서에서 물체와 인접한 렌즈의 물체 면까지의 거리는 증가할 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계가 배치된 스마트폰 등의 디바이스의 전체 두께는 증가할 수 있고, 소형화하기 어려운 문제가 있다.
따라서, 상술한 문제를 해결할 수 있는 새로운 광학계가 요구된다.
발명의 실시예는 광학 특성이 향상된 광학계를 제공할 수 있다.
발명의 실시예는 작고 컴팩트(compact)하게 구현할 수 있는 광학계를 제공할 수 있다.
발명의 실시 예는 복수의 렌즈 중 물체측에 인접하거나 단말기 외측에 인접한 적어도 한 렌즈의 제1축 방향과 제2축 방향의 길이가 다른 광학계를 제공할 수 있다.
발명의 실시 예는 렌즈들 중 적어도 하나 또는 둘 이상이 광축 중심에서 서로 직교하는 두 축 방향의 길이가 다른 광학계를 제공할 수 있다.
발명의 실시 예는 렌즈들 중 물체측에 가장 인접한 렌즈의 물체측(object side) 면의 유효경 또는/및 유효 면적이 상측(image side) 면의 유효경 또는 유효 면적보다 작은 광학계를 제공할 수 있다.
발명의 실시 예는 복수의 렌즈 중 물체측에 가장 인접한 렌즈의 물체측(object side) 면의 유효경 또는/및 유효면적보다 큰 유효경 또는 유효면적을 갖는 적어도 하나의 렌즈를 갖는 광학계를 제공할 수 있다.
발명의 실시예는 얇은 두께 또는 높이를 가지는 폴디드(folded) 카메라에 적용 가능한 광학계를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 광학계는 물체 측으로부터 상 측 방향으로 광축을 따라 순차적으로 배치되는 제1 내지 제5 렌즈를 포함하고, 상기 제1 내지 제5 렌즈 각각은, 물체 측 면 및 상 측 면을 포함하고, 상기 제1 렌즈의 상 측 면의 유효경(clear aperture)의 크기는 상기 제1 렌즈의 물체 측 면의 유효경의 크기보다 크고, 상기 제1 렌즈의 두께는 상기 제2 렌즈의 두께보다 얇으며, 상기 제4렌즈는 상기 제3렌즈로부터 에어 갭을 가지며, 상기 에어 갭은 상기 제1,2, 3렌즈들 사이의 간격보다 클 수 있다.
발명의 실시예에 따른 광학계는 반사부재; 상기 반사부재와 이미지 센서 사이에, 물체 측으로부터 상 측 방향으로 광축을 따라 순차적으로 배치되는 제1 내지 제5 렌즈를 포함하고, 상기 제1 내지 제5 렌즈 각각은, 물체 측 면 및 상 측 면을 포함하고, 상기 제1 렌즈의 상 측 면의 유효경(clear aperture)의 크기는 상기 제1 렌즈의 물체 측 면의 유효경의 크기보다 크고, 상기 제1 렌즈의 두께는 상기 제2 렌즈의 두께보다 얇으며, 상기 제4렌즈는 상기 제3렌즈로부터 에어 갭을 가지며, 상기 에어 갭은 상기 제1,2, 3렌즈들 사이의 간격보다 클 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 에어 갭은 상기 제4렌즈와 상기 제5렌즈 사이의 간격보다 클 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 광축 상에서 상기 제2렌즈의 두께는 제3, 제4, 및 제5 렌즈의 중심 두께보다 두꺼울 수 있다. 광축 상에서 상기 제3렌즈의 두께는 제1, 제4, 및 제5 렌즈의 중심 두께보다 두꺼울 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈는 휴대용 기기의 두께 방향인 제1 축 방향의 최대 길이가 제2 축 방향의 최대 길이보다 작을 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제2 렌즈는 휴대용 기기의 두께 방향인 제1 축 방향의 최대 길이가 제2 축 방향의 최대 길이보다 작을 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제3 렌즈는 휴대용 기기의 두께 방향인 제1 축 방향의 최대 길이가 제2 축 방향의 최대 길이보다 작을 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 내지 제3 렌즈 중 적어도 둘 이상은 휴대용 기기의 두께 방향인 제1 축 방향의 최대 길이가 제2 축 방향의 최대 길이보다 작을 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 내지 제3 렌즈 중 적어도 하나 또는 둘 이상은 휴대용 기기의 두께 방향인 제1 축 방향의 유효 영역의 외측이 플랫한 측면부를 갖고, 제2 축 방향의 유효 영역의 외측이 곡면부를 가질 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 내지 제3 렌즈 중 적어도 하나 또는 둘 이상은 휴대용 기기의 두께 방향인 제1 축 방향의 유효 영역의 외측으로 플랜지부가 없이 제공되며, 제2 축 방향의 유효 영역의 외측으로 플랜지부가 연장될 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈는 양(+)의 굴절력을 갖고, 상기 제1 렌즈의 물체 측 면은 오목하며, 상측 면은 볼록할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제2 렌즈는 양(+)의 굴절력을 갖고, 상기 제2 렌즈는 물체측 면이 볼록하며, 상 측면이 오목할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 렌즈의 초점거리는 상기 제2 렌즈의 초점거리보다 크며, 상기 광학계의 유효 초점 거리(EFL)는 상기 제1 렌즈의 초점거리보다 작고 상기 제2 렌즈의 초점거리보다 클 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제3 렌즈는 음(-)의 굴절력을 갖고, 상기 제3 렌즈는 물체측 면이 볼록하며, 상 측면이 오목하며, 상기 제4 렌즈와 상기 제5 렌즈는 양의 굴절력을 가지며, 상기 제4렌즈는 물체측 면이 볼록하며, 상측 면이 오목하며, 상기 제5 렌즈는 물체측 면이 볼록하며, 상측 면이 볼록할 수 있다.
발명의 실시 예에 의한 광학계 및 이를 갖는 카메라 모듈은 렌즈들을 갖는 광학계의 성능을 확보할 수 있으며, 또한 적어도 하나 또는 둘 이상 렌즈의 사이즈 또는 직경을 축소시켜 제공할 수 있다.
도 1은 발명의 실시예에 따른 광학계의 측 단면도이다.
도 2는 도 1의 광학계의 다른 축 방향에서의 측 단면도이다.
도 3의 (A)(B)은 도 1의 광학계에서 제1렌즈의 제1면과 제2면의 유효 크기를 비교한 도면이다.
도 4의 (A)(B)는 도 1의 광학계에서 제2렌즈의 제3면과 제4면의 유효 크기를 비교한 도면이다.
도 5의 (A)(B)는 도 1의 광학계에서 제3렌즈의 제5면과 제6면의 유효 크기를 비교한 도면이다.
도 6은 도 1의 광학계의 적용 예이다.
도 7은 발명의 실시 예에 따른 광학계를 갖는 카메라 모듈의 예이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시예들간 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, C중 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 실시예의 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 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우 뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 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 경우 뿐만 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 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 렌즈의 면이 볼록하다는 것은 광축과 대응되는 영역의 렌즈 면이 볼록한 형상을 가지는 것을 의미할 수 있고, 렌즈의 면이 오목하다는 것은 광축과 대응되는 영역의 렌즈 면이 오목한 형상을 가지는 것을 의미할 수 있다.
또한, "물체 측 면"은 광축을 기준으로 물체 측을 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있고, "상 측 면"은 광축을 기준으로 촬상면을 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있다. 또한, 수직 방향은 광축과 수직인 방향을 의미할 수 있고, 렌즈 또는 렌즈면의 끝단은 입사된 광이 통과하는 렌즈의 유효 영역의 최 끝단을 의미할 수 있다. 또한, 렌즈의 중심 두께는 렌즈에서 광축과 중첩되는 영역의 광축 방향 두께를 의미할 수 있다.
<실시예>
도 1은 발명의 실시예에 따른 광학계의 측 단면도이며, 도 2는 도 1의 광학계의 다른 축 방향에서의 측 단면도이고, 도 3의 (A)(B)은 도 1의 광학계에서 제1렌즈의 제1면과 제2면의 유효 크기를 비교한 도면이며, 도 4의 (A)(B)는 도 1의 광학계에서 제2렌즈의 제3면과 제4면의 유효 크기를 비교한 도면이고, 도 5의 (A)(B)는 도 1의 광학계에서 제3렌즈의 제5면과 제6면의 유효 크기를 비교한 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 실시예에 따른 광학계는 물체 측으로부터 상 측 방향으로 순차적으로 배치되는 복수의 렌즈를 갖는 렌즈부(110), 필터(192) 및 이미지 센서(190)를 포함할 수 있다. 상기 렌즈부(110)는 4매 이상의 렌즈를 포함할 수 있으며, 예컨대 5매 이상의 렌즈를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2와 같이, 상기 렌즈부(110)의 렌즈(111,112,113,114,115)들은 광축(Lz)을 따라 순차적으로 배치될 수 있으며, 물체의 영상 정보에 해당하는 광은 상기 복수의 렌즈(111,112,113,114,115), 상기 필터(192)를 순차적으로 통과하여 상기 이미지 센서(190)에 입사될 수 있다. 상기 이미지 센서(190)과 필터(192)는 상기 렌즈부(110)의 광축(Lz)을 따라 배치되거나, 렌즈부(110)와 필터(192) 사이에 별도의 반사 부재를 더 배치하여 광축과 다른 축 방향에 배치될 수 있다.
상기 복수의 렌즈(111,112,113,114,115) 각각은 유효 영역 및 비유효 영역을 포함할 수 있다. 상기 유효 영역은 각 렌즈(111,112,113,114,115)에 입사된 광이 통과하는 영역일 수 있다. 즉, 상기 유효 영역은 입사된 광이 굴절되어 광학 특성을 구현하는 영역일 수 있다. 상기 비유효 영역은 상기 유효 영역의 일부 또는 둘레에 배치될 수 있다. 상기 비유효 영역은 상기 광이 입사되지 않는 영역일 수 있다. 즉, 상기 비유효 영역은 상기 광학 특성과 무관한 영역일 수 있다. 또한, 상기 비유효 영역은 상기 각 렌즈(111,112,113,114,115)를 수용하는 배럴(미도시) 등에 고정되는 영역일 수 있다.
이하 광학계에 대해 자세히 설명한다.
도 1 및 도 2와 같이, 광학계는 물체 측으로부터 상 측 방향으로 광축(Lz)을 따라 순차적으로 배치되는 제1 렌즈(111), 제2 렌즈(112), 제3 렌즈(113), 제4 렌즈(114), 및 제5 렌즈(115)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제5 렌즈(111, 112, 113, 114, 115)은 광축(Lz)을 따라 순차적으로 배치될 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 상기 복수의 렌즈(111, 112, 113, 114, 115) 중 물체 또는 반사부재(101, 도 6)에 가장 인접하게 배치될 수 있고, 상기 제5 렌즈(115)는 필터(192) 또는 이미지 센서(190)에 가장 인접하게 배치될 수 있다.
상기 제1 및 제2 렌즈(111, 112)는 상기 광축(Lz)을 따라 연속적으로 배치될 수 있다. 상기 제1 내지 제5 렌즈들(111, 112, 113, 114, 115)은 상기 광축(Lz)을 따라 연속적으로 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제1내지 제3렌즈(111,112,113)는 제1그룹으로 조합될 수 있고, 상기 제4 및 제5렌즈(114,115)는 제2그룹으로 조합될 수 있다. 상기 제1그룹과 제2그룹 사이의 간격(또는 에어 갭)은 각 그룹 내의 렌즈들 간격보다 클 수 있다. 예컨대, 상기 제4렌즈(114)는 상기 제3렌즈(113)로부터 에어 갭을 가지며, 상기 에어 갭은 상기 제1,2,3렌즈(111,112,113)들 사이의 간격보다 클 수 있다. 상기 에어 갭은 상기 제4,5렌즈(114,115) 사이의 간격보다 클 수 있다.
상기 제1 내지 제5 렌즈들(111, 112, 113, 114, 115) 각각은 광축(Lz)을 따라 물체측 면(S1,S3,S5,S7,S9)과 상측 면(S2,S4,S6,S8,S10)을 포함할 수 있다.
상기 제1 렌즈(111)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 플라스틱 또는 글라스(glass) 재질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 제1 렌즈(111)는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.
상기 제1 렌즈(111)는 물체 측 면으로 정의되는 제1 면(S1) 및 상 측 면으로 정의되는 제2 면(S2)을 포함할 수 있다. 상기 제1 면(S1)은 오목할 수 있고, 상기 제2 면(S2)은 볼록할 수 있다. 즉, 상기 제1 렌즈(111)는 상 측 방향으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 면(S1) 및 상기 제2 면(S2) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 면(S1) 및 상기 제2 면(S2)은 모두 비구면일 수 있다.
곡률 반경이 절대 값인 경우, 상기 제1 렌즈(111)의 제1 면(S1)의 곡률 반경은 제2 면(S2)의 곡률 반경보다 클 수 있으며, 예컨대 제2 면(S2)의 곡률 반경의 2배 이상일 수 있으며, 제2 렌즈(112)의 물체측 면인 제3 면(S3)의 곡률 반경의 5배 이상일 수 있다. 또한 곡률 반경이 절대 값인 경우, 상기 제1 렌즈(111)의 제1 면(S1)의 곡률 반경은 제5 렌즈(115)의 물체측 면인 제9면(S9)의 곡률 반경보다 작을 수 있다.
광축(Lz) 상에서 상기 제1 렌즈(111)의 중심두께(T1)는 상기 제2 렌즈(112)의 중심 두께(T2) 및 제3 렌즈(113)의 중심 두께(T3)보다 작을 수 있다. 예들 들면, 상기 제1 렌즈(111)의 중심 두께(T1)는 1mm 미만이며, 상기 제2 렌즈(112)의 중심 두께(T2)의 0.5배 이하일 수 있다.
상기 제2 렌즈(112)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)는 플라스틱 또는 글라스 재질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 제2 렌즈(112)는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.
상기 제2 렌즈(112)는 물체 측 면으로 정의되는 제3 면(S3) 및 상 측 면으로 정의되는 제4 면(S4)을 포함할 수 있다. 상기 제3 면(S3)은 볼록할 수 있고, 상기 제4 면(S4)은 오목할 수 있다. 즉, 상기 제2 렌즈(112)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제3 면(S3) 및 상기 제4 면(S4) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 면(S3) 및 상기 제4 면(S4)은 모두 비구면일 수 있다.
상기 제2 렌즈(112)의 제3 면(S3)의 곡률 반경은 제4 면(S4)의 곡률 반경보다 작을 수 있으며, 예컨대 제4 면(S4)의 곡률 반경의 0.5배 이하일 수 있다. 제4 면(S4)의 곡률 반경은 제3 렌즈(113)의 물체측 면인 제5 면(S5)의 곡률 반경의 0.2배 이하일 수 있다. 또한 상기 제2 렌즈(112)의 제4 면(S4)의 곡률 반경은 제3 면(S3) 및 제6 면(S6)의 곡률 반경보다 크고, 제5 면(S5)의 곡률 반경보다 작을 수 있다.
광축(Lz) 상에서 상기 제2 렌즈(112)의 중심 두께(T2)는 렌즈부(110) 내에서 가장 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 광축(Lz) 상에서 상기 제2 렌즈(112)의 중심두께(T2)는 제1,3,4,5렌즈(111,113,114,115) 중 어느 두 렌즈의 중심두께 합보다 두꺼울 수 있다. 광축 상에서 제2 렌즈(112)의 두께(T2)는 제1 렌즈(111)의 두께(T1)의 2배 초과이며, 제3 렌즈(113)의 두께(T3)의 2배 이하일 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)의 중심 두께(T2)는 1.5mm 이상 예컨대, 1.5mm 내지 2mm의 범위일 수 있다.
상기 제3 렌즈(113)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)는 플라스틱 또는 글라스 재질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 제3 렌즈(113)는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 다른 예로서, 상기 제3 렌즈(113)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다.
상기 제3 렌즈(113)는 물체 측 면으로 정의되는 제5 면(S5) 및 상 측 면으로 정의되는 제6 면(S6)을 포함할 수 있다. 상기 제5 면(S5)은 볼록할 수 있고, 상기 제6 면(S6)은 오목할 수 있다. 즉, 상기 제3 렌즈(113)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제5 면(S5) 및 상기 제6 면(S6) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제5 면(S5) 및 상기 제6 면(S6)은 모두 비구면일 수 있다.
광축(Lz) 상에서 상기 제3 렌즈(113)의 중심두께(T3)는 렌즈부(110) 내에서 두 번째로 두꺼운 두께를 가질 수 있으며, 예컨대 0.7mm 이상 또는 0.7mm 내지 1.2mm의 범위일 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)의 중심 두께(T3)는 제5 렌즈(115)의 중심두께의 2배 이상이며, 제1 렌즈(111)의 중심 두께(T2)의 2배 이하일 수 있다.
상기 제4 렌즈(114)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(114)는 플라스틱 또는 글라스 재질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 제4 렌즈(114)는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다. 다른 예로서, 상기 제4 렌즈(114)는 음(-)의 굴절력을 가질 수 있다.
상기 제4 렌즈(114)는 물체 측 면으로 정의되는 제7 면(S7) 및 상 측 면으로 정의되는 제8 면(S8)을 포함할 수 있다. 상기 제7 면(S7)은 볼록할 수 있고, 상기 제8 면(S8)은 오목할 수 있다. 즉, 상기 제4 렌즈(114)는 물체 측으로 볼록한 메니스커스 형상을 가질 수 있다. 상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면(S8) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제7 면(S7) 및 상기 제8 면(S8)은 모두 비구면일 수 있다.
광축(Lz) 상에서 상기 제4 렌즈(114)의 중심 두께는 상기 제1 렌즈(111)의 중심 두께보다 작을 수 있다. 상기 제4 렌즈(114)의 중심 두께는 상기 제5 렌즈(115)의 중심 두께와 0.1mm의 차이를 가질 수 있다.
상기 제5 렌즈(115)는 양(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(115)는 플라스틱 또는 글라스 재질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 제5 렌즈(115)는 플라스틱 재질로 제공될 수 있다.
상기 제5 렌즈(115)는 물체 측 면으로 정의되는 제9 면(S9) 및 상 측 면으로 정의되는 제10 면(S10)을 포함할 수 있다. 상기 제9 면(S9)은 볼록할 수 있고, 상기 제10 면(S9)은 볼록할 수 있다. 상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10) 중 적어도 하나의 면은 비구면일 수 있다. 예를 들어, 상기 제9 면(S9) 및 상기 제10 면(S10)은 모두 비구면일 수 있다.
광축(Lz) 상에서 상기 제5 렌즈(115)의 중심 두께는 상기 제4 렌즈(111)의 중심 두께보다 작을 수 있다. 절대 값을 취할 경우, 상기 제5 렌즈(115)의 제9 면(S9)의 곡률 반경은 제1 내지 제8면(S1-S8)과 제10면(S10)의 곡률 반경보다 클 수 있다. 상기 제5 렌즈(115)의 제9 면(S9)의 곡률 반경은 제1 면(S1)의 곡률 반경의 절대 값과 제10면(S10)의 곡률 반경의 절대 값의 3배 이상일 수 있다.
상기 광학계는 입사되는 광량을 조절하기 위한 조리개(ST)를 포함할 수 있다. 상기 조리개(ST)는 상기 복수의 렌즈(111,112,113,114,115) 중 선택되는 두 렌즈 사이에 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 조리개(ST)는 제2렌즈(112)와 제3렌즈(113) 사이의 둘레에 배치되거나, 제1,2렌즈(111,112) 사이의 둘레에 배치될 수 있다. 다른 예로서, 조리개(ST)는 상기 복수의 렌즈 중 적어도 하나의 렌즈의 물체측 면 또는 상측 면의 둘레 면이 조리개 역할을 할 수 있다. 상기 조리개(ST)는 입사되는 광량 조절하는 역할일 수 있다.
상기 필터(192)는 상기 렌즈부(110) 및 상기 이미지 센서(190) 사이에 배치될 수 있다. 상기 필터(192)는 적외선 필터, 커버 글래스 등의 광학적 필터 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 필터(192)는 설정된 파장 대역의 광을 통과시키고, 이와 다른 파장 대역의 광을 필터링할 수 있다. 상기 필터(192)가 적외선 필터를 포함할 경우 외부 광으로부터 방출되는 복사열이 상기 이미지 센서(190)에 전달되는 것을 차단할 수 있다. 또한, 상기 필터(192)는 가시광선을 투과할 수 있고 적외선을 반사시킬 수 있다.
상기 이미지 센서(190)는 필터(192) 또는 마지막 렌즈를 통과한 광을 감지하고 전기적인 신호로 변환할 수 있다. 상기 이미지 센서(190)는 상기 제1 내지 제5 렌즈들(111, 112, 113, 114, 115)을 순차적으로 통과한 광을 감지할 수 있다. 상기 이미지 센서(190)는 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등을 포함할 수 있다.
상기 광학계는 도 6과 같이, 반사부재(101)를 더 포함할 수 있다. 상기 반사부재(101)는 외부에서 입사된 광을 반사시켜 광의 경로를 변경할 수 있다. 상기 반사부재(101)는 반사미러 또는 프리즘과 같이 광의 경로를 변경하는 부재를 포함할 수 있다. 예컨대 상기 반사부재(101)는 입사된 광(Lx)을 직각으로 렌즈부(110)의 광축(Lz) 방향으로 반사할 수 있다.
상기 반사부재(101)는 상기 복수의 렌즈(111,112,113,114,115)들보다 물체 측과 인접하게 배치될 수 있다. 즉, 상기 광학계는 물체 측으로부터 상 측 방향으로 광축(Lz)을 따라 순차적으로 배치되는 반사부재(101), 복수의 렌즈(111,112,113,114,115), 필터(192) 및 이미지 센서(190)를 포함할 수 있다. 상기 반사부재(101)는 적어도 하나 또는 둘 이상의 구동부에 의해 제1축(X) 방향을 중심으로 회전, 제2축(Y) 방향을 중심으로 회전 또는/및 제3축(Z) 방향 또는 광축(Lz) 방향의 기준으로 회전될 수 있다.
광학계는 카메라의 두께를 감소시킬 수 있는 폴디드(folded) 카메라에 적용할 수 있다. 상기 광학계는 상기 반사부재(101)를 포함하여 적용된 기기의 표면과 수직한 방향으로 입사된 광을 상기 기기의 표면과 평행한 방향으로 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 복수의 렌즈를 포함하는 광학계는 상기 기기 내에서 보다 얇은 두께를 가질 수 있어, 상기 기기는 보다 얇게 제공될 수 있다.
상기 광학계가 상기 반사부재를 포함하지 않을 경우, 상기 기기 내에서 상기 복수의 렌즈는 상기 기기의 표면과 수직한 방향(즉, 두께 방향)으로 연장하며 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수의 렌즈를 포함하는 광학계는 휴대용 기기의 표면과 수직한 두께방향으로 높은 높이를 가지게 되므로, 휴대용 기기의 두께를 얇게 하는 데 한계가 있다. 발명의 실시 예에 따른 광학계는 적어도 하나의 반사부재(101, 도 6)를 포함할 수 있으며, 상기 복수의 렌즈들을 상기 휴대용 기기의 표면과 평행한 방향으로 배치할 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계를 갖는 휴대용 기기의 두께를 낮추어 줄 수 있다.
렌즈부(110)의 상기 제1 내지 제5 렌즈들(111, 112, 113, 114, 115) 중 적어도 하나 또는 둘 이상은 제2축(X) 방향 또는 휴대용 기기의 두께 방향에 수직한 방향의 길이와 제1축(Y) 방향 또는 휴대용 기기의 두께 방향의 길이가 다를 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 내지 제3 렌즈(111,112,113) 중 적어도 하나 또는 모두는 제2축(X) 방향의 길이가 제1축(Y) 방향의 길이보다 작을 수 있다. 제1그룹의 렌즈(111,112,113)들은 제2축(Y) 방향의 길이가 제1축(X) 방향의 길이보다 작을 수 있다. 여기서, 각 렌즈(111,112,113,114,115)의 길이는 유효경 또는 유효영역의 길이이다.
상기 제1 내지 제5 렌즈들(111, 112, 113, 114, 115)은 광이 투과되는 유효경(clear aperture)을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제10 면들(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10) 각각은 설정된 유효경(clear aperture)을 가질 수 있다.
상기 제1 렌즈(111) 내지 상기 제3 렌즈(113) 중 선택되는 적어도 한 렌즈(111)의 물체 측 면 또는 상 측 면은, 다른 물체측 면과 상측 면들 중 가장 큰 유효경 크기를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 광학계는 상기 제1 렌즈(111)의 물체 측 제1 면(S1)보다 유효경의 크기가 큰 적어도 하나의 렌즈면을 포함할 수 있다. 상기 제1 면(S1)보다 유효경의 크기가 큰 하나의 렌즈면을 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 상 측 제2 면(S2)의 유효경의 크기는 제1 면(S1)의 유효경의 크기보다 클 수 있다.
상기 제2 면(S2)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제10 면들(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10) 중 가장 클 수 있다. 또한, 상기 제1 면(S1)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제10 면들(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10) 중 두 번째로 클 수 있다.
상기 제2 렌즈(112)의 유효경의 크기는 상기 제1 렌즈(111)의 유효경의 크기보다 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 렌즈(112)의 물체 측 제3 면(S3), 상 측 제4 면(S4)은 상기 제1 렌즈(111)의 제1 면(S1) 및 제2 면(S2)보다 작은 유효경을 가질 수 있다. 상기 제3 면(S3)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제10 면들(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10) 중 상기 제1 면(S1) 다음으로 클 수 있다. 또한, 상기 제4 면(S4)의 유효경의 크기는 상기 제1 내지 제10 면들(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10) 중 상기 제3 면(S3) 다음으로 클 수 있다. 즉, 유효경의 크기는 S2>S1>S3>S4의 순일 수 있다. 또한 유효 면적의 크기는 S2>S1>S3>S4일 수 있다.
다른 예로서, 상기 제2 렌즈(112)의 유효경의 크기는 상기 제1 렌즈(111)의 어느 한 면의 유효경의 크기보다 클 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 렌즈(112)의 제3 면(S3)의 유효경의 크기는 상기 제1 렌즈(111)의 제1 면(S1) 또는/및 제2 면(S2)의 유효경의 크기보다 클 수 있다. 예컨대, 상기 제3 면(S3)의 유효경의 크기는 상기 제1 면(S1) 및 상기 제2 면(S2)의 유효경의 크기보다 클 수 있다. 이 경우, 상기 제3 면(S3)의 유효경의 크기는 상기 제2 면(S2)의 유효경의 크기의 1.5배 미만의 범위에서 상기 제1 면(S1) 및 상기 제2 면(S2)의 유효경의 크기보다 클 수 있다.
도 3의 (A)(B)와 같이, 제1 렌즈(111)의 유효 영역은 비원형 형상일 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 제1 면(S1)은 제1축(Y) 방향의 길이(A)가 제2축(X) 방향의 길이(B)보다 작을 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 제2축(X) 방향으로 유효 영역의 둘레에 플랜지부가 더 배치되어, 렌즈 홀더에 결합될 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 제1축(Y) 방향이 제2축(X)의 길이보다 작게 제공됨으로써, 고해상도 카메라 모듈에서 휴대용 기기의 두께를 증가시키지 않을 수 있다.
상기 제1 렌즈(111)에서 제2 면(S2)의 제1축(Y) 방향의 길이(C)는 제2축(X) 방향의 길이(D)보다 작을 수 있다. 상기 제1축(Y) 방향에서 길이(C)는 길이(A)보다 클 수 있다. 이에 따라 제1축(Y) 방향의 길이를 보면, 제1 면(S1)의 길이(A)는 제2 면(S2)의 길이(C)보다 작게 배치되므로, 제1 면(S1)을 통해 입사된 광이 제2 면(S2)을 통해 확산되거나 보다 많은 광량이 입사될 수 있다.
상기 제1 렌즈(111)에서 제1축(Y) 방향의 에지 측면부(F11,F12)는 평탄한 평면으로 제공될 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)에서 제2축(X) 방향의 에지부(R11,R12)는 곡면부로 제공될 수 있으며, 외측에 플랜지부가 더 연장될 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)에서 제1축(Y) 방향의 측면부(F11,F12)의 외측에 플랜지부는 없을 수 있다. 즉, 제1 렌즈(111)의 전체 길이는 유효 영역의 길이(A,C)의 100% 내지 110% 내에서 렌즈 홀더에 접착되거나 걸쳐질 수 있다.
도 4의 (A)(B)와 같이, 제2 렌즈(112)의 유효 영역은 비원형 형상일 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)의 제3 면(S3)은 제1축(Y) 방향의 길이(E)가 제2축(X) 방향의 길이(F)보다 작을 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)는 제2축(X) 방향으로 유효 영역의 둘레에 플랜지부가 더 배치되어, 렌즈 홀더에 결합될 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)는 제2축(X) 방향이 제1축(Y) 방향의 길이보다 작게 제공됨으로써, 고해상도 카메라 모듈에서 휴대용 기기의 두께를 증가시키지 않을 수 있다.
상기 제2 렌즈(112)에서 제4면(S4)의 제1축(Y) 방향의 길이(G)는 제2축(X) 방향의 길이(H)보다 작을 수 있다. 이에 따라 제1축(Y) 방향의 길이를 보면, 제3 면(S3)의 길이(E)는 제4 면(S4)의 길이(G)와 같거나 작을 수 있다.
상기 제2 렌즈(112)에서 제1축(Y) 방향의 에지 측면부(F21,F22)는 평탄한 평면으로 제공될 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)에서 제2축(X) 방향의 에지부(R21,R22)는 곡면부로 제공될 수 있으며, 외측에 플랜지부가 더 연장될 수 있다. 상기 제2 렌즈(112)에서 제1축(Y) 방향의 측면부(F21,F22)의 외측에 플랜지부는 없을 수 있다. 즉, 제2 렌즈(112)의 전체 길이는 유효 영역의 길이(A,C)의 100% 내지 110% 내에서 렌즈 홀더에 접착되거나 걸쳐질 수 있다.
상기 제2 렌즈(112)에서 제1축(Y) 방향의 측면부(F21,F22)의 제2축(Y)의 길이(B1,B2)는 B1≤B2의 관계를 가질 수 있다.
도 5의 (A)(B)와 같이, 제3 렌즈(113)의 유효 영역은 비원형 형상일 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)의 제5 면(S5)은 제1축(Y) 방향의 길이(M)가 제2축(X) 방향의 길이(N)보다 작을 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)는 제2축(X) 방향으로 유효 영역의 둘레에 플랜지부가 더 배치되어, 렌즈 홀더에 결합될 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)는 제2축(X) 방향이 제1축(Y) 방향의 길이보다 작게 제공됨으로써, 고해상도 카메라 모듈에서 휴대용 기기의 두께를 증가시키지 않을 수 있다.
상기 제3 렌즈(113)에서 제6 면(S6)의 제1축(Y) 방향의 길이(O)는 제2축(X) 방향의 길이(P)보다 작을 수 있다. 이에 따라 제1축(Y) 방향의 길이를 보면, 제5 면(S5)의 길이(M)는 제6 면(S4)의 길이(O)와 같거나 작을 수 있다.
상기 제3 렌즈(113)에서 제1축(Y) 방향의 측면부(F31,F32)는 평탄한 평면으로 제공될 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)에서 제2축(X) 방향의 에지부(R31,R32)는 곡면부로 제공될 수 있으며, 외측에 플랜지부가 더 연장될 수 있다. 상기 제3 렌즈(113)에서 제1축(Y) 방향의 측면부(F31,F32)의 외측에 플랜지부는 없을 수 있다. 즉, 제3 렌즈(113)의 전체 길이는 유효 영역의 길이(M,O)의 100% 내지 110% 내에서 렌즈 홀더에 접착되거나 걸쳐질 수 있다.
상기 제1 렌즈(111), 상기 제2 렌즈(112) 및 상기 제3 렌즈(113) 각각은 비원형 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 내지 제3 렌즈(111, 112, 113) 각각을 광축(Lz)과 대응되는 정면에서 바라보았을 때 각각의 렌즈의 유효 영역은 비원형 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 내지 제3 렌즈(111, 112, 113) 각각의 유효 영역은 에지부(R11,R12,R21,R22,R31,R32)와 측면부(F11,F12,F21,F22,F31,F32)을 포함할 수 있다.
상기 에지부(R11,R12,R21,R22,R31,R32)는 상기 광축(Lz)에 직교하는 제2 방향(X축 방향)으로 마주하는 외측 영역으로서, 외곽선이 곡선 형태를 가질 수 있다. 상기 측면부(F11,F12,F21,F22,F31,F32)는 상기 광축(Lz)에 대해 직교하는 제1축 방향(Y축 방향)으로 마주하는 영역일 수 있으며, 플랫한 직선 형태를 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 내지 제3 렌즈(111, 112, 113)는 상부 및 하부가 플랫한 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 렌즈들(111, 112, 113)은 제조되는 과정에 상술한 비원형 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제3 렌즈들(111, 112, 113)이 플라스틱 재질을 포함할 경우, 사출 과정에 상술한 비원형 형태로 제조될 수 있다. 이와 다르게, 상기 제1 내지 제3 렌즈들(111, 112, 113)은 사출 과정을 통해 원형 형상으로 제조될 수 있고, 이후 진행되는 절단 공정에서 일부 영역이 절단된 측면부(F11,F12,F21,F22,F31,F32)로 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 내지 제3 렌즈들(111, 112, 113) 각각의 유효 영역은 설정된 크기를 가질 수 있다. 여기서 제2축(X) 방향의 길이(B,D,F,H,N,P)는 상기 제1 내지 제3 렌즈들(111, 112, 113) 각각의 유효경의 최대 크기(CA; clear aperture)를 의미할 수 있고, 상기 제1축(Y) 방향의 길이(A,C,E,G,M,O)는 상기 제1 내지 제3 렌즈들(111, 112, 113) 각각의 유효경의 최소 크기(CH; clear height)를 의미할 수 있다.
또한, 상술한 설명에서는 상기 제1 내지 제3 렌즈(111, 112, 113)의 유효 영역이 비원형 형상을 가지는 것에 대해 설명하였으나 이에 제한하지 않고 각각의 렌즈의 유효 영역은 원형 형상을 가질 수 있고, 비유효 영역은 비원형 형상을 가질 수 있다.
발명의 실시예에 따른 광학계는 이하에서 설명되는 수학식 중 적어도 하나를 만족할 수 있다. 이에 따라, 광학계가 하기 수학식들 중 적어도 하나를 만족할 경우 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 또한, 상기 광학계가 상기 수학식들 중 적어도 하나를 만족할 경우, 보다 작고 컴팩트(compact)하게 구현할 수 있다. 또한, 상기 광학계가 상기 수학식들 중 적어도 하나를 만족할 경우, 보다 얇은 두께를 가지는 폴디드(folded) 카메라에 적용가능 하여 상기 카메라를 포함하는 기기를 얇은 두께로 제조할 수 있다.
[수학식 1]
9 < EFL < 40
수학식 1에서 EFL은 상기 광학계의 유효 초점 거리(mm)(Effective Focal Length)를 의미한다. 자세하게, 상기 광학계의 EFL은 11 < EFL < 30일 수 있다. 더 자세하게, 상기 광학계의 EFL은 13 < EFL < 26일 수 있다.
[수학식 2]
0.95 < L1S1/L1S2 < 1
수학식 2에서 L1S1은 상기 제1 렌즈(111)의 물체 측 1 면(S1)의 유효경 크기(clear aperture)(mm)를 의미하고, L1S2는 상기 제1 렌즈(111)의 상 측 제2 면(S2)의 유효경의 크기(clear aperture)(mm)를 의미한다. 자세하게, 상기 L1S1/L1S2은 0.96 < L1S1/L1S2 < 1을 만족할 수 있다. 자세하게, 상기 L1S1/L1S2은 0.99 < L1S1/L1S2 < 1을 만족할 수 있다.
[수학식 3]
-8 < R_L1/R_L3 < 0.98
수학식 3에서 R_L1은 상기 제1 렌즈(111)의 물체 측 면(제1 면(S1))의 곡률 반경(mm)을 의미하고, R_L3은 상기 제2 렌즈(112)의 물체 측 면(제3 면(S3))의 곡률 반경(mm)을 의미한다. 자세하게, 상기 R_L1, R_L3은 -8 < R_L1/R_L3 < -2일 수 있다.
[수학식 4]
0.1 < TH_L1/TH_L2 < 0.75
수학식 4에서 TH_L1은 상기 제1 렌즈(111)의 중심 두께(mm)를 의미하고, TH_L2는 상기 제2 렌즈(112)의 중심 두께(mm)를 의미한다. 자세하게, TH_L1, TH_L2는 0.2 < TH_L1/TH_L2 < 0.65일 수 있다. 더 자세하게, TH_L1, TH_L2는 0.3 < TH_L1/TH_L2 < 0.55일 수 있다.
[수학식 5]
0.52 < CHn(n<4)/CAn(n<4) < 0.98
수학식 5에서 CHn(n<4)은 n번째 렌즈의 유효경의 최소 크기(clear height)(mm)를 의미한다. 자세하게, CHn(n<4)은 제1 내지 제3 렌즈(111, 112, 113) 중 선택되는 하나의 렌즈의 유효경의 최소 크기(mm)를 의미한다. 또한, CAn(n<4)은 n번째 렌즈의 유효경의 최대 크기(clear aperture)(mm)를 의미한다. 자세하게, CHn(n<4)은 제1 내지 제3 렌즈(111, 112, 113) 중 선택되는 하나의 렌즈의 유효경의 최대 크기(mm)를 의미한다.
여기서, 0.56 < CHn(n<4)/CAn(n<4) < 0.99 또는 0.6 < CHn(n<4)/CAn(n<4) < 0.85를 만족할 수 있다.
[수학식 6]
20 < |f1| - |f2| < 150
수학식 6에서 f1은 제1 렌즈(111)의 초점 거리(focal length)(mm)를 의미하고, f2는 제2 렌즈(112)의 초점 거리(focal length)(mm)를 의미한다.
[수학식 7]
2 < BFL/ImgH < 5
수학식 7에서 BFL(Back focus length)은 상기 복수의 렌즈 중 상기 이미지 센서(190)와 최 인접한 렌즈의 상 측 면에서 상기 이미지 센서(190)까지의 광축 방향 거리(mm)를 의미한다. 또한, ImgH는 상기 이미지 센서(190)의 유효 영역의 대각 방향 길이(mm)의 1/2 값을 의미한다. 즉, 상기 ImgH는 상기 이미지 센서(190)의 상면의 광축에서 1 필드(field) 영역까지의 수직 방향 거리(mm)를 의미한다.
[수학식 8]
0.35 < BFL/EFL < 0.75
수학식 8에서 BFL(Back focus length)은 상기 복수의 렌즈 중 상기 이미지 센서(190)와 가장 인접한 렌즈의 상 측 면에서 상기 이미지 센서(190)까지의 광축 방향 거리(mm)를 의미한다. 또한, EFL은 상기 광학계의 유효 초점 거리(Effective Focal Length)(mm)를 의미한다.
[수학식 9]
1.5 < TTL/BFL < 2.5
수학식 9에서 TTL(Total track length)은 상기 복수의 렌즈 중 물체 측과 최인접한 렌즈(제1 렌즈(111))의 물체 측 면(제1 면(S1))으로부터 상기 이미지 센서(190)까지의 광축 방향 거리(mm)를 의미한다. 또한, BFL(Back focus length)은 상기 복수의 렌즈 중 상기 이미지 센서(190)와 최인접한 렌즈의 상 측 면에서 상기 이미지 센서(190)까지의 광축 방향 거리(mm)를 의미한다.
[수학식 10]
0.75 < DL2/TTL < 0.9
수학식 10에서 DL2는 상기 복수의 렌즈 중 물체 측과 두번째로 인접한 렌즈(제2 렌즈(112))의 물체 측 제3 면(S3)으로부터 상기 이미지 센서(190)까지의 광축 방향 거리(mm)를 의미한다. 또한, TTL(Total track length)은 상기 복수의 렌즈 중 물체 측과 가장 인접한 렌즈(제1 렌즈(111))의 물체 측 면(제1 면(S1))으로부터 상기 이미지 센서(190)까지의 광축 방향 거리(mm)를 의미한다.
또한, 상기 광학계가 제1 실시예와 같이 5매의 렌즈를 포함할 경우, 하기 수학식 10 내지 수학식 14을 더 만족할 수 있다.
[수학식 11]
|f3| < |f2| < |f4| < |f1| ≤ |f5|
수학식 11에서 f1은 제1 렌즈(111)의 초점 거리(focal length)를 의미하고, f2는 제2 렌즈(112)의 초점 거리(focal length)를 의미한다. 또한, f3은 제3 렌즈(113)의 초점 거리(focal length)를 의미하고, f4은 제4 렌즈(114)의 초점 거리(focal length)를 의미하고, f5는 제5 렌즈(115)의 초점 거리(focal length)를 의미한다.
[수학식 12]
0.5 < TH_L1/d12 < 1
수학식 12에서 TH_L1은 상기 제1 렌즈(111)의 중심 두께(mm)를 의미하고, d12는 상기 제1 렌즈(111)와 제2 렌즈(112) 사이의 광축(Lz) 방향 간격(mm)을 의미한다.
[수학식 13]
2 < f1/EFL < 4
수학식 13에서 f1은 제1 렌즈(111)의 초점 거리(focal length)(mm)를 의미하고, EFL은 상기 광학계의 유효 초점 거리(Effective Focal Length)(mm)를 의미한다.
[수학식 14]
Figure pat00001
수학식 14에서 Z는 Sag로 비구면 상의 임의의 위치로부터 상기 비구면의 정점까지의 광축 방향의 거리를 의미할 수 있다.
또한, Y는 비구면 상의 임의의 위치로부터 광축까지의 광축에 수직인 방향으로의 거리를 의미할 수 있다.
또한, c는 렌즈의 곡률을 의미할 수 있고, K는 코닉 상수를 의미할 수 있다.
또한, A, B, C, D, ?? 은 비구면 계수(Aspheric constant)를 의미할 수 있다.
실시예에 따른 광학계는 수학식 1 내지 수학식 13 중 적어도 하나의 수학식을 만족할 수 있다. 특히, 상기 광학계는 제1 면(S1)보다 큰 유효경을 가지는 적어도 하나의 렌즈면을 포함하며 향상된 광학 특성을 가질 수 있다.
또한, 상기 광학계에서 상기 제1 내지 제3 렌즈(111, 112, 113)는 비원형 형상, 예컨대 플랫한 측면부를 갖는 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계는 보다 소형으로 구현 가능하며 원형 형상 대비 컴팩트(compact)하게 제공될 수 있다.
또한, 상기 광학계가 수학식 1 내지 수학식 13 중 적어도 하나의 수학식을 만족할 경우 폴디드(folded) 카메라에 적용 가능할 수 있다. 자세하게, 상기 광학계는 상기 반사부재를 포함하여 적용된 기기의 표면과 수직한 방향으로 입사된 광을 상기 기기의 표면과 평행한 방향으로 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 복수의 렌즈를 포함하는 상기 광학계는 상기 기기 내에서 보다 얇은 두께를 가질 수 있어, 상기 기기는 보다 얇게 제공될 수 있다.
표 1은 제1 실시예에 따른 제1 내지 제5 렌즈들(111, 112, 113, 114, 115)의 곡률 반경, 각 렌즈의 중심 두께(mm)(thickness), 각 렌즈 사이의 거리(mm)(distance), 곡률(Curvature), 굴절률(Refractive index), 아베수(Abbe's Number)에 대한 것이다.
렌즈 면 곡률 반경 (mm) 두께 또는 간격(mm) 곡률 굴절률 아베수
제1 렌즈 제1 면 -25.1409 0.6002 -0.039776 1.5368 55.6762
제2 면 -10.3922 0.2536 -0.096226
제2 렌즈 제3 면 3.7245 1.70 0.2684944 1.5368 55.6762
제4 면 8.6411 0.3566 0.1157257
제3 렌즈 제5 면 17.1113 0.9031 0.058441 1.6206 25.9493
제6 면 2.9714 1.9658 0.3365432
제4 렌즈 제7 면 3.9824 0.4429 0.2511019 1.5368 55.6762
제8 면 5.6553 0.3096 0.176826
제5 렌즈 제9 면 101.2735 0.4000 0.0098743 1.6689 20.3611
제10 면 -27.9823 -0.035737
또한, 표 2는 제1 실시예에 따른 광학계의 TTL(Total track length), EFL(Effective Focal Length), BFL(Back focus length) 및 렌즈의 초점 거리(focal length) 등에 대한 것이다.
항목 실시예
TTL 17.3694
EFL 17.1458
BFL 10.4375
ImgH 3.2
f1 32.5380
f2 10.8801
f3 -5.9393
f4 22.9573
f5 32.8448
그리고, 전체 렌즈부의 F 넘버는 3 이상 예컨대, 3.3619이다. 카메라에서 바라본 각도(HFOV)는 20도 이하 예컨대, 8도 내지 15도의 범위일 수 있다.
표 1을 참조하면, 상기 제1 렌즈(111), 상기 제2 렌즈(112) 및 상기 제4 렌즈(114)의 굴절률은 서로 동일할 수 있다. 또한, 상기 제1 렌즈(111), 상기 제2 렌즈(112) 및 상기 제4 렌즈(114)의 굴절률은 상기 제3 렌즈(113) 및 제5 렌즈(115)의 굴절률보다 작을 수 있다.
상기 제1 렌즈(111), 상기 제2 렌즈(112) 및 상기 제4 렌즈(114)의 아베수는 50 이상이며, 서로 동일할 수 있다. 또한, 상기 제1 렌즈(111), 상기 제2 렌즈(112) 및 상기 제4 렌즈(114)의 아베수는 상기 제3 렌즈(113)의 아베수보다 클 수 있다. 또한, 상기 제3 렌즈(113)의 아베수는 50미만이며, 상기 제5 렌즈(115)의 아베수보다 클 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제5 렌즈들(111, 112, 113, 114, 115)의 각 면들(S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10)은 설정된 유효경(clear aperture)을 가질 수 있다.
자세하게, 상기 광학계에서 상기 제2 면(S2)의 유효경의 크기는 상기 제1 면(S1)의 유효경의 크기보다 클 수 있고, 상기 제1 면(S1)의 유효경의 크기는 상기 제3 면(S3)의 유효경의 크기보다 클 수 있다.
또한, 상기 표 1에는 개시되지 않았으나, 상기 제2 렌즈(112)는 상기 제1 렌즈(111)보다 큰 유효경의 크기를 가지는 적어도 하나의 면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 면(S3)의 유효경의 크기는 상기 제1 면(S1)의 유효경의 크기보다 클 수 있다. 또한, 상기 제3 면(S3)의 유효경의 크기는 상기 제1 면(S1) 및 상기 제2 면(S2)의 유효경의 크기보다 클 수 있다.
또한, 표 2를 참조하면, 상기 광학계의 유효 초점 거리(EFL)는 상기 제1 렌즈(111)의 초점 거리(f1)보다 작을 수 있다. 또한, 상기 광학계의 유효 초점 거리(EFL)는 상기 제2 렌즈(112)의 초점 거리(f2)보다 클 수 있다.
수학식 제1 실시예
수학식 1 9 < EFL < 40 만족
수학식 2 0.95 < L1S1/L1S2 < 1 0.9922422
수학식 3 -8 < R_L1/R_L3 < 0.98 -6.130243
수학식 4 0.1 < TH_L1/TH_L2 < 0.75 0.307245
수학식 5 0.52 < CHn(n<4)/CAn(n<4) < 0.98 만족
수학식 6 20 < |f1| - |f2| < 150 28.9112
수학식 7 2 < BFL/ImgH < 5 3.1478481
수학식 8 0.35 < BFL/EFL < 0.75 0.5876208
수학식 9 1.5 < TTL/BFL < 2.5 1.7368802
수학식 10 0.75 < DL2/TTL < 0.9 0.8031203
수학식 11 |f3| < |f2| < |f5| < |f1| < |f4| 만족
수학식 12 0.5 < TH_L1/d12 < 1 0.740283
수학식 13 2 < f1/EFL < 4 2.216467
표 3은 상술한 수학식들에 대한 실시예의 광학계의 결과값이다. 표 3를 참조하면, 제1 실시예에 따른 광학계는 수학식 1 내지 수학식 13 중 적어도 하나 또는 둘 이상을 만족하는 것을 알 수 있다.
상기 광학계는 복수의 렌즈(111-115) 및 반사부재(101, 도 6)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 광학계는 보다 얇은 두께를 가질 수 있는 폴디드(folded) 카메라에 적용 가능하며, 상기 카메라를 포함하는 기기를 얇은 두께로 제조할 수 있다.
도 7은 발명의 실시예에 따른 광학계가 적용된 이동 장치의 예를 나타낸 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 이동 단말기(1500)는 일면 또는 후면에 제공된 카메라 모듈(1520), 플래쉬 모듈(1530), 자동 초점 장치(1510)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 자동 초점 장치(1510)는 발광층으로서 표면발광 레이저소자 및 광 수신부를 포함할 수 있다.
상기 플래쉬 모듈(1530)은 그 내부에 광을 발광하는 이미터를 포함할 수 있다. 상기 플래쉬 모듈(1530)은 이동 단말기의 카메라 작동 또는 사용자의 제어에 의해 작동될 수 있다. 상기 카메라 모듈(1520)은 이미지 촬영 기능 및 자동 초점 기능을 포함할 수 있다. 예컨대 카메라 모듈(1520)은 이미지를 이용한 자동 초점 기능을 포함할 수 있다.
상기 자동 초점 장치(1510)는 레이저를 이용한 자동 초점 기능을 포함할 수 있다. 상기 자동 초점 장치(1510)는 카메라 모듈(1520)의 이미지를 이용한 자동 초점 기능이 저하되는 조건, 예컨대 10m 이하의 근접 또는 어두운 환경에서 주로 사용될 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 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.
렌즈부: 110 반사부재: 101
제1 렌즈: 111 제2 렌즈: 112
제3 렌즈: 113 제4 렌즈: 114
제5 렌즈: 115 이미지 센서: 190

Claims (16)

  1. 물체 측으로부터 상 측 방향으로 광축을 따라 순차적으로 배치되는 제1 내지 제5 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 내지 제5 렌즈 각각은, 물체 측 면 및 상 측 면을 포함하고,
    상기 제1 렌즈의 상 측 면의 유효경(clear aperture)의 크기는 상기 제1 렌즈의 물체 측 면의 유효경의 크기보다 크고,
    상기 제1 렌즈의 두께는 상기 제2 렌즈의 두께보다 얇으며,
    상기 제4렌즈는 상기 제3렌즈로부터 에어 갭을 가지며, 상기 에어 갭은 상기 제1,2, 3렌즈들 사이의 간격보다 큰, 광학계.
  2. 반사부재;
    상기 반사부재와 이미지 센서 사이에, 물체 측으로부터 상 측 방향으로 광축을 따라 순차적으로 배치되는 제1 내지 제5 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 내지 제5 렌즈 각각은, 물체 측 면 및 상 측 면을 포함하고,
    상기 제1 렌즈의 상 측 면의 유효경(clear aperture)의 크기는 상기 제1 렌즈의 물체 측 면의 유효경의 크기보다 크고,
    상기 제1 렌즈의 두께는 상기 제2 렌즈의 두께보다 얇으며,
    상기 제4렌즈는 상기 제3렌즈로부터 에어 갭을 가지며, 상기 에어 갭은 상기 제1,2, 3렌즈들 사이의 간격보다 큰, 광학계.
  3. 제1 항 또는 제2항에 있어서,
    상기 에어 갭은 상기 제4렌즈와 상기 제5렌즈 사이의 간격보다 큰, 광학계.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    광축 상에서 상기 제2렌즈의 두께는 제3, 제4, 및 제5 렌즈의 중심 두께보다 두꺼운, 광학계.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    광축 상에서 상기 제3렌즈의 두께는 제1, 제4, 및 제5 렌즈의 중심 두께보다 두꺼운, 광학계.
  6. 제1 항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 휴대용 기기의 두께 방향인 제1 축 방향의 최대 길이가 제2 축 방향의 최대 길이보다 작은, 광학계.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 렌즈는 휴대용 기기의 두께 방향인 제1 축 방향의 최대 길이가 제2 축 방향의 최대 길이보다 작은, 광학계.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제3 렌즈는 휴대용 기기의 두께 방향인 제1 축 방향의 최대 길이가 제2 축 방향의 최대 길이보다 작은, 광학계.
  9. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 렌즈 중 적어도 둘 이상은 휴대용 기기의 두께 방향인 제1 축 방향의 최대 길이가 제2 축 방향의 최대 길이보다 작은, 광학계.
  10. 제1 항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 렌즈 중 적어도 하나 또는 둘 이상은 휴대용 기기의 두께 방향인 제1 축 방향의 유효 영역의 외측이 플랫한 측면부를 갖고, 제2 축 방향의 유효 영역의 외측이 곡면부를 갖는, 광학계.
  11. 제1 항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 렌즈 중 적어도 하나 또는 둘 이상은 휴대용 기기의 두께 방향인 제1 축 방향의 유효 영역의 외측으로 플랜지부가 없이 제공되며, 제2 축 방향의 유효 영역의 외측으로 플랜지부가 연장되는, 광학계.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 양(+)의 굴절력을 갖고,
    상기 제1 렌즈의 물체 측 면은 오목하며, 상측 면은 볼록한, 광학계.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 렌즈는 양(+)의 굴절력을 갖고,
    상기 제2 렌즈는 물체측 면이 볼록하며, 상 측면이 오목한, 광학계.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈의 초점거리는 상기 제2 렌즈의 초점거리보다 크며,
    상기 광학계의 유효 초점 거리(EFL)는 상기 제1 렌즈의 초점거리보다 작고 상기 제2 렌즈의 초점거리보다 큰 광학계.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 제3 렌즈는 음(-)의 굴절력을 갖고,
    상기 제3 렌즈는 물체측 면이 볼록하며, 상 측면이 오목하며,
    상기 제4 렌즈와 상기 제5 렌즈는 양의 굴절력을 가지며,
    상기 제4렌즈는 물체측 면이 볼록하며, 상측 면이 오목하며,
    상기 제5 렌즈는 물체측 면이 볼록하며, 상측 면이 볼록한, 광학계.
  16. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 제1 렌즈는 물체측 면의 유효 영역의 면적이 상측 면의 유효 영역의 면적보다 작은, 광학계.
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