KR20220129912A - 광학계 및 이를 구비한 카메라 모듈 - Google Patents

광학계 및 이를 구비한 카메라 모듈 Download PDF

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KR20220129912A
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

발명의 실시 예에 개시된 광학계는 복수의 렌즈를 갖는 제1렌즈 군; 및 상기 제1렌즈 군과 이미지 센서 사이에 복수의 렌즈를 갖는 제2렌즈 군을 포함하며, 상기 제1렌즈 군은 정의 굴절력을 가지며, 상기 제2렌즈 군에서 물체측으로 이동되며, 상기 제2렌즈 군은 부의 굴절력을 가지며, 상기 제1렌즈 군은 물체측에서 센서측을 향해 광축으로 정렬된 제1렌즈, 제2렌즈 및 제3렌즈를 포함하며, 상기 제2렌즈 군은 상기 제1렌즈 군에서 센서측을 향해 광축으로 정렬된 제4렌즈, 제5렌즈 및 제6렌즈를 포함하며, 상기 제1렌즈 군과 상기 제2렌즈 군 사이의 간격은 제1간격 또는 제2간격을 가지며, 상기 제2간격은 상기 제1간격의 2배 내지 3배의 범위일 수 있다.

Description

광학계 및 이를 구비한 카메라 모듈{OPTICAL SYSTEM AND CAMERA MODULE}
발명의 실시 예는 광학계 및 이를 구비한 카메라 모듈에 관한 것이다.
발명의 실시 예는 이동체에 장착할 수 있는 카메라 모듈에 관한 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 이미지(image)를 얻기 위해 가장 중요한 요소는 이미지(image)를 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 정(+) 또는/및 부(-)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.
발명의 실시 예는 적어도 두 렌즈 군 중에서 물체측 제1 렌즈 군을 이동시켜 초점을 조절하기 위한 광학계 및 카메라 모듈을 제공할 수 있다.
발명의 실시 예는 적어도 두 렌즈 군 중에서 물체측 반사 부재와 제2 렌즈 군 사이에 제1 렌즈 군을 광축 방향으로 이동시켜 초점을 조절하는 광학계 및 카메라 모듈을 제공할 수 있다.
발명의 실시 예는 복수의 렌즈를 갖고 위치 가변된 제1 렌즈 군과 복수의 렌즈를 갖고 위치가 고정되는 제2 렌즈 군을 광축으로 정렬시킨 광학계 및 카메라 모듈을 제공할 수 있다.
발명의 실시 예는 카메라 모듈 및 이를 구비한 이동체를 제공할 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 광학계는 복수의 렌즈를 갖는 제1렌즈 군; 및 상기 제1렌즈 군과 이미지 센서 사이에 복수의 렌즈를 갖는 제2렌즈 군을 포함하며, 상기 제1렌즈 군은 정의 굴절력을 가지며, 상기 제2렌즈 군에서 물체측으로 이동되며, 상기 제2렌즈 군은 부의 굴절력을 가지며, 상기 제1렌즈 군은 물체측에서 센서측을 향해 광축으로 정렬된 제1렌즈, 제2렌즈 및 제3렌즈를 포함하며, 상기 제2렌즈 군은 상기 제1렌즈 군에서 센서측을 향해 광축으로 정렬된 제4렌즈, 제5렌즈 및 제6렌즈를 포함하며, 상기 제1렌즈 군과 상기 제2렌즈 군 사이의 간격은 제1간격 또는 제2간격을 가지며, 상기 제2간격은 상기 제1간격의 2배 내지 3배의 범위일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1렌즈 군은 정의 굴절력을 갖는 렌즈 매수가 부의 굴절력을 갖는 렌즈 매수보다 많으며, 상기 제2렌즈 군은 정의 굴절력을 갖는 렌즈 매수가 부의 굴절력을 갖는 렌즈 매수보다 많을 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 내지 제6렌즈의 반경 중에서 상기 제6렌즈의 반경이 가장 크며, 상기 제1 내지 제6렌즈의 중심 두께 중에서 상기 제1렌즈의 중심 두께가 가장 클 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1 내지 제6렌즈들 중 인접한 두 렌즈 간의 중심 간격은 상기 제5렌즈와 상기 제6렌즈 사이의 간격이 가장 크며, 상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈의 중심 간격보다 3배 이상 클 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1렌즈의 물체측 면에서 상기 이미지 센서까지의 광축 거리는 상기 제1간격 또는 제2간격에 따라 제1길이 또는 제2길이를 가지며, 상기 제2길이는 상기 제1길이의 101% 내지 106% 범위일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1렌즈는 정의 굴절력을 갖고 광축 상에서 물체측 제1면이 볼록하고 센서측 제2면이 볼록하며, 상기 제2렌즈는 부의 굴절력을 갖고 광축 상에서 물체측 제3면이 오목하고 센서측 제4면이 오목하며, 상기 제3렌즈는 정의 굴절력을 갖고 광축 상에서 물체측 제5면이 볼록하고 센서측 제6면이 볼록한 제3렌즈를 포함하며, 상기 제4렌즈는 부의 굴절력을 갖고, 광축 상에서 물체측 제7면이 오목하고 센서측 제8면이 오목하며, 상기 제5렌즈는 정의 굴절력을 갖고, 광축 상에서 물체측 제9면이 오목하고 센서측 제10면이 볼록하며, 상기 제6렌즈는 정의 굴절력을 갖고, 광축 상에서 물체측 제11면이 오목하고 센서측 제12면이 볼록할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 광학계는, 10 < EFL < 35를 만족하며, 상기 EFL은 광학계의 유효 초점 거리(mm)(Effective Focal Length)를 나타낼 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제2렌즈 및 상기 제4렌즈의 중심 두께는 상기 제5렌즈의 중심 두께보다 작으며, 상기 제6렌즈의 중심 두께 및 에지 두께는 상기 제2,4렌즈의 중심 두께보다 클 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제2간격은 상기 제1간격보다 0.8mm 내지 1.3mm의 범위로 클 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈은, 기판; 상기 기판 상에 배치된 이미지 센서; 상기 이미지 센서 상에 복수의 렌즈를 갖는 제1 렌즈 군; 상기 제1렌즈 군과 상기 이미지 센서 사이에 복수의 렌즈를 갖는 제2 렌즈 군; 상기 제1렌즈 군의 이동을 지지하는 제1렌즈 홀더; 상기 제2렌즈 군을 지지하는 제2렌즈 홀더; 상기 이미지 센서와 상기 제2렌즈 군 사이에 광학필터; 및 상기 제1렌즈 홀더를 광축 방향으로 이동시키는 구동부를 포함하며, 상기 제1렌즈 군은 정의 굴절력을 가지며, 상기 구동부에 의해 물체측 또는 센서측으로 이동되며, 상기 제2렌즈 군은 부의 굴절력을 가지며, 상기 제1렌즈 군은 물체측에서 센서측을 향해 광축으로 정렬된 제1렌즈, 제2렌즈 및 제3렌즈를 포함하며, 상기 제2렌즈 군은 상기 제1렌즈 군에서 센서측을 향해 광축으로 정렬된 제4렌즈, 제5렌즈 및 제6렌즈를 포함하며, 상기 제1렌즈 군과 상기 제2렌즈 군 사이의 간격은 제1간격 또는 제2간격을 가지며, 상기 제2간격은 상기 제1간격의 2배 내지 3배의 범위일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 상기 제1렌즈 군은 3매 이하의 렌즈를 포함하며, 정의 굴절력을 갖는 렌즈 매수가 부의 굴절력을 갖는 렌즈 매수보다 많으며, 상기 제2렌즈 군은 4매 이하의 렌즈를 포함하며, 정의 굴절력을 갖는 렌즈 매수가 부의 굴절력을 갖는 렌즈 매수보다 많을 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 카메라 모듈에서 TTL는 제1,2렌즈 군의 제1간격에서 10mm 내지 25mm의 범위이며, 유효 초점거리는 10mm 내지 35mm의 범위이며, 상기 제1렌즈 군의 이동 거리는 1mm 이하일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 카메라 모듈 내에서 물체측 제1 렌즈 군을 이동시켜 초점을 맞추어 줌으로써, 카메라 모듈의 사이즈를 줄일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 피사체에 먼 렌즈(들)의 이동 없이, 물체측에 가까운 렌즈들을 이동시켜 초점을 맞추게 됨으로써, 렌즈의 이동 공간을 줄일 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 슬림한 AF 광학계를 제공할 수 있다.
발명의 실시 예에 의하면, 고해상도의 카메라 모듈을 구현할 수 있다.
도 1은 발명의 실시 예에 따른 광학계의 예이다.
도 2의 (A)(B)는 도 1의 광학계에서 제1렌즈 군의 이동 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 광학계의 입사 측에 반사부재를 배치한 예를 나타낸 도면이다.
도 4의 (A)(B)는 도 3의 광학계에서 제1렌즈 군의 이동 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 발명의 실시 예에 따른 광학계를 갖는 카메라 모듈의 측 단면의 예이다.
도 6 및 도 7은 도 1의 광학계에서 제1렌즈 군의 이동 전, 후의 구면수차(Longitudinal spherical aberration), 비점수차(Astigmatic field curves) 및 왜곡수차(Distortion)를 나타낸 그래프이다.
도 8은 발명의 실시 예에 따른 광학계에서 물체거리와 렌즈 이동량의 관계를 설명한 그래프이다.
도 9는 발명의 실시 예에 따른 카메라 모듈을 갖는 이동 단말기의 예이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 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 하나이상을 포함 할 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 확정되지 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 경우뿐만 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 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.
또한, 이하에서 설명되는 여러 개의 실시예는 서로 조합될 수 없다고 특별히 언급되지 않는 한, 서로 조합할 수 있다. 또한, 여러 개의 실시예 중 어느 하나의 실시예에 대한 설명에서 누락된 부분은 특별히 언급되지 않는 한, 다른 실시예에 대한 설명이 적용될 수 있다.
발명의 설명에서 첫 번째 렌즈는 물체 측에 가장 가까운 렌즈를 의미하고, 마지막 렌즈는 상 측(또는 센서면)에 가장 가까운 렌즈를 의미한다. 상기 마지막 렌즈는 이미지 센서에 인접한 렌즈를 포함할 수 있다. 발명의 설명에서 특별한 언급이 없는 한 렌즈의 반지름, 두께/거리, TTL 등에 대한 단위는 모두 ㎜이며, 광축을 기준으로 측정된 것임을 밝혀둔다. 본 명세서에서 렌즈의 형상은 렌즈의 광축을 기준으로 나타낸 것이다. 일 예로, 렌즈의 물체 측면이 볼록 또는 오목하다는 의미는 해당 렌즈의 물체 측면에서 광축 부근이 볼록 또는 오목하다는 의미이지 광축 주변이 볼록 또는 오목하다는 의미는 아니다. 따라서, 렌즈의 물체 측면이 볼록하다고 설명된 경우라도, 해당 렌즈의 물체 측면에서 광축 주변 부분은 오목할 수 있고, 그 반대의 형상일 수 있다. 또한, “물체측 면”은 광축을 기준으로 물체 측을 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있고, “센서측 면”은 광축을 기준으로 촬상면을 향하는 렌즈의 면을 의미할 수 있다. 발명의 실시예에 따른 광학계는 유리 재질의 렌즈 또는/및 플라스틱 재질의 렌즈를 포함할 수 있다.
도 1은 발명의 실시 예에 따른 광학계의 예이며, 도 2의 (A)(B)는 도 1의 광학계에서 제1렌즈 군의 이동 예를 나타낸 도면이며, 도 3은 도 1의 광학계의 입사 측에 반사부재를 배치한 예를 나타낸 도면이고, 도 4의 (A)(B)는 도 3의 광학계에서 제1렌즈 군의 이동 예를 나타낸 도면이며, 도 5는 도 1의 광학계를 갖는 카메라 모듈의 예이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 발명의 실시 예에 따른 광학계(100)는 5매 이상 또는 6매 이상의 렌즈 광학계를 포함할 수 있으며, 각각의 렌즈 군이 적어도 한 렌즈를 갖고, 2개의 군 이상으로 광축(Lz)을 따라 배치될 수 있다. 상기 광학계(100)는 물체 측에 적어도 두 렌즈(111,113,115)를 갖는 제1렌즈 군(110), 및 센서 측에 적어도 두 렌즈(1117,119)를 갖는 제2렌즈 군(120)을 포함할 수 있다. 상기 제1렌즈 군(110) 내의 렌즈 개수는 상기 제2렌즈 군(120) 내의 렌즈 개수와 동일하거나 다를 수 있다.
상기 제1렌즈 군(110)은 물체와 상기 제2렌즈 군(120) 사이에 배치되며, 상기 제2렌즈 군(120)은 제1 렌즈 군(110)과 이미지 센서(190) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1렌즈 군(110)은 광축(Lz)으로 배열된 2매 또는 3매의 렌즈(111,115,117)를 포함할 수 있으며, 상기 제2렌즈 군(120)은 광축(Lz)으로 배열된 2매 내지 5매 또는 2매 내지 4매의 렌즈(117,119,121)로 포함할 수 있다. 상기 제1렌즈 군(110)의 렌즈(111,113,115)들은 고체 렌즈일 수 있다. 상기 제2렌즈 군(120)의 렌즈(117,119,121)들은 고체 렌즈일 수 있다.
상기 광학계(100)는 광축(Lz)을 따라 물체측에서 센서측 방향으로 배열된 제1렌즈(111), 제2렌즈(113), 제3렌즈(115), 제4렌즈(117), 및 제5렌즈(119)를 포함할 수 있다. 상기 광학계(100)는 제5렌즈(119)와 이미지 센서(190) 사이에 제6렌즈(121)를 더 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 제6렌즈(121)는 제거될 수 있다.
상기 제1렌즈 군(110)의 초점 거리와 제2렌즈 군(120)의 초점 거리의 부호는 서로 반대이며, 이미지 센서(190) 상에서의 만곡량이 서로 보완될 수 있다. 또한 제2렌즈 군(120)의 초점 거리가 부(-)의 값을 갖고 있어, 피사체 위치 변화에도 만곡량이 작고, 35mm 이하의 근거리 초점을 위해 제1렌즈 군(110)의 광축 이동 거리가 1mm 미만으로 요구될 수 있다. 비교예에서는, 카메라 모듈이 고점 줌인 경우, 초점 거리가 길어서 피사체의 위치에 따라 많은 만곡 량이 발생되고, MTF(Modulation Transfer Function) 저하가 증가될 수 있다 또한 비교 예는 70cm의 초점을 위해 광축 이동 거리가 430㎛ 정도가 필요하지만, 30 mm 초점을 위해 광축 이동 거리가 16 mm로 커지는 문제가 있다. 다른 예로서, 발명은 3개의 렌즈 군으로 구분할 경우, 각 렌즈 군이 적어도 하나의 렌즈를 갖고, 물체 측에 인접한 렌즈 군만 이동시켜 초점 거리를 조절할 수 있다.
상기 제1렌즈 군(110)은 물체 측에서 센서 측을 향해 광축으로 정렬된 제1렌즈(111), 제2렌즈(113) 및 제3렌즈(115)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3렌즈(111,113,115)는, 고체 렌즈 예컨대, 유리 재질 또는 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 제2렌즈 군(120)은 광축으로 정렬된 제4렌즈(117), 제5렌즈(119) 및 제6렌즈(121)를 포함할 수 있으며, 제4렌즈(117), 제5렌즈(119) 및 제6 렌즈(121)는 고체 렌즈 예컨대, 유리 재질 또는 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 광학계(100)의 제1 내지 제5렌즈(111,113,115,117,119) 중 적어도 하나 또는 모두는 입사측 면이 비구면을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제5렌즈(111,113,115,117,119) 중 적어도 하나 또는 모두는 출사측 면이 비구면을 포함할 수 있다. 상기 제6렌즈(121)는 곡률 반경이 70mm 이상 예컨대, 70mm 내지 120mm 범위인 물체측 제11면(S11)과 센서측 제12면(S12)을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제6렌즈(111,113,115,117,119,121)는 모두 플라스틱 재질일 수 있다. 다른 예로서, 상기 렌즈(111,113,115,117,119,121) 중 적어도 하나는 유리 재질이고, 나머지는 플라스틱 재질일 수 있다. 다른 예로서, 상기 렌즈(111,113,115,117,119) 중 적어도 하나는 플라스틱 재질이고, 나머지는 유리 재질일 수 있다.
상기 광학계(100)는 입사되는 광량을 조절하기 위한 조리개(ST)를 포함할 수 있다. 상기 조리개(ST)는 제1렌즈 군(110)의 렌즈(111,113,115)들 사이에 배치되거나, 제1렌즈 군(110)의 렌즈들 중 어느 하나의 입사측 면 또는 출사측 면의 둘레에 배치될 수 있다. 예들 들면, 상기 조리개(ST)는 제1렌즈(111)의 출사측 면의 둘레에 배치될 수 있다.
카메라 모듈은 제2렌즈 군(120)의 센서측 방향에 광학필터(192) 및 이미지 센서(190)를 포함할 수 있다. 이러한 광학계 및 이를 갖는 카메라 모듈은 차량과 같은 이동체 또는 휴대 단말기에 적용될 수 있다.
광학계는 AF 기능을 구현하기 위해, 물체 또는 피사체에 자동으로 초점을 맞추는 기능이 구비한다. 일반적인 AF 기능은 피사체의 위치가 먼 쪽에서 가까운 쪽으로 이동하면서, 전체 렌즈가 피사체 쪽으로 이동하게 된다. 이에 따라 카메라 모듈의 장착할 공간이 더 크게 요구되고 있다. 발명의 실시 예는 제1렌즈 군(110) 및 제2 렌즈 군(120) 중 어느 하나를 이동시켜, AF 기능을 조절할 수 있다.
발명의 실시 예는 피사체의 위치가 무한대에서 근거리로 이동할 때, 이미지 센서(190)에 가까운 제4 내지 제6렌즈(117,119,121)들은 위치 고정되고, 피사체에 가까운 제1 내지 제3렌즈(111,113,115)만을 이동하여 초점을 맞출 수 있는 광학계(100)를 제공할 수 있다. 즉, 센서측 제2렌즈 군(120)은 이동하지 않고, 물체측 제1렌즈 군(110)만 이동시켜 초점을 맞추기 위한 광학계(100)를 제공하여, 상대적으로 공간이나 이동 거리의 증가를 억제할 수 있다. 따라서, 복수의 렌즈 군(110,120) 중 어느 하나를 이동시켜 초점을 맞출 수 있다.
도 1 및 도 2와 같이, 상기 제1렌즈 군(110)의 이동(M1,M2)에 의해 무한대에서 근거리까지 제1렌즈 군(110)과 제2렌즈 군(120)의 초점을 맞출 수 있다. 상기 제2렌즈 군(120)은 위치 고정되며, 상기 제1렌즈 군(110)은 광축(Lz) 방향으로 이동(M1,M2)될 수 있다. 즉, 촬영 모드에 따라 상기 제1렌즈 군(110)은 광축(Lz)을 따라 물체 측으로 이동(M1) 또는 다시 센서 측으로 이동(M2)될 수 있다. 제1구동모드인 경우, 상기 제1렌즈 군(110)은 광축(Lz)을 따라 이동 없이 입사된 광을 제2렌즈 군(120)으로 제공하고, 이미지 센서(190)로 집광시켜 줄 수 있다. 제2구동모드인 경우, 상기 제1렌즈 군(110)은 광축(Lz)을 따라 물체측으로 이동되며, 입사된 광을 제2렌즈 군(120)으로 제공하고, 이미지 센서(190)로 집광시켜 줄 수 있다. 상기 제1구동모드는 원거리 모드 또는 텔레(Tele) 모드이며, 상기 제2구동모드는 근거리 모드 또는 접사 모드일 수 있다.
물체 측에 가장 가까운 제1렌즈(111)는 위치가 이동되므로, 이미지 센서(190)와 제1렌즈(111) 사이의 거리(즉, TTL)는 최대로 커질 수 있다. 상기 제2렌즈(113) 및 제3렌즈(115)는 상기 제1렌즈(111)와 함께 이동될 수 있으며, 상기 제4 내지 제6렌즈(117,119,121)는 제1렌즈 군(110)과 이미지 센서(190) 사이에서 위치 고정될 수 있다.
상기 제4렌즈(117)의 물체측 면과 제3렌즈(115) 사이의 간격(D1,D2)은 변경될 수 있고, 상기 제1렌즈 군(110)의 센서측 면과 이미지 센서(190) 사이의 거리는 변경될 수 있으며, 7mm 이상 예컨대, 7mm 내지 13mm의 범위 또는 8.5mm 내지 12mm의 범위일 수 있다. 이러한 제1 내지 제3렌즈(111,113,115)를 광축 방향으로 이동하여 제1,2 렌즈 군(110,120)을 통해 진행되는 빛을 이미지 센서(190)에 초점 맺히게 조절할 수 있다. 상기 제1 렌즈 군(110)은 물체와의 거리가 변화될 때, AF 기능을 수행하기 위해 이동하게 된다. 상기 제1렌즈 군(110)의 이동 량은 1mm 이하일 수 있다.
상기 제1렌즈 군(110)과 상기 제2렌즈 군(120) 중 어느 하나는 OIS(Optical Image Stabilizer) 기능을 위해 광축에 직교하는 방향으로 이동될 수 있다. 카메라 모듈은 광학계의 이동을 위한 구동부재를 포함할 수 있으며, 상기 구동부재는 AF(Auto Focus) 기능 또는/및 OIS(Optical Image Stabilizer) 기능을 위한 액츄에이터 또는 압전소자일 수 있다.
여기서, 상기 광학계(100)의 유효 초점 거리는 변화될 수 있다. 발명의 광학계(100)의 유효 초점 거리(EFL)는 35mm 이하 예컨대, 10mm 내지 35mm 또는 13mm 내지 23mm의 범위일 수 있으며, 상기 제1렌즈 군(110)의 유효 초점 거리(EFL)는 5mm 이상 예컨대, 5mm 내지 8mm의 범위이며, 제2렌즈 군(120)의 유효 초점 거리는 절대 값으로 구할 경우 제1렌즈 군(110)의 유효 초점 거리보다 클 수 있다. 상기 제2렌즈 군(120)의 유효 초점 거리는 -5mm 이상 예컨대, -5mm 내지 -9.5mm의 범위일 수 있다. 이 경우 근거리 물체 예컨대, 3.5cm 피사체에서 8㎛ 이하의 만곡이 발생될 수 있다. 상기 제1렌즈 군(110)의 유효 초점 거리와 제2렌즈 군(120)의 유효 초점 거리는 부호가 서로 반대라서, 만곡량이 서로 보완될 수 있다.
상기 제2렌즈 군(120)에 대해 제1렌즈 군(110)에 의한 초점 거리의 변화 량은 110% 이상일 수 있으며, 예컨대 110% 내지 180% 사이 또는 120% 내지 180%의 범위일 수 있다.
여기서, 렌즈 광학계의 TTL(Total Top Length)는 35mm 이하 예컨대, 10mm 내지 25mm의 범위 또는 13mm 내지 23mm의 범위일 수 있다. 상기 TTL은 제1렌즈(111)의 물체측 면에서 이미지 센서(190)까지의 광축 거리이다. 상기 제1,2렌즈 군(110,120) 사이의 중심 간격이 제1간격(D1)일 때, 전체 길이(TTL)은 제1길이를 가지며, 제2간격(D2)일 때 전체 길이(TTL)는 제2길이를 가질 수 있다. 상기 제2길이는 상기 제1길이의 101% 이상 예컨대, 101% 내지 106% 범위일 수 있다.
상기 광학계(100)의 F 넘버는 4 이하, 예컨대 2.5 내지 4 범위 또는 3 내지 3.6의 범위일 수 있다. 상기 광학계(100)에서 물체와의 거리는 최소 30mm 이상 예컨대, 35mm이며, 최대 무한대일 수 있다. 여기서, 물체거리의 최대/최소 밝기 값은 F 넘버의 비율로서, 80% 이상일 수 있다.
상기 광학계에서 제1렌즈 군(110)의 초점 거리(focal length)는 5mm 이상 예컨대, 5mm 내지 7.5mm의 범위일 수 있으며, 상기 제2렌즈 군(120)의 초점 거리는 -7.5mm 이하 예컨대, -5mm 내지 -7.5mm의 범위일 수 있으며, 절대 값일 때 제1렌즈 군(110)의 초점 거리보다 클 수 있다. 상기 제1렌즈 군(110)과 제2 렌즈 군(120)은 유효 초점 거리가 서로 반대의 값을 갖고 있어, 상호 보완되므로, 피사체의 위치 변화에도 물체에서의 만곡량이 감소될 수 있다.
절대 값에서, 제1렌즈 군(110)과 제2렌즈 군(120)의 초점 거리의 차이는 0.5mm 이하일 수 있으며, 예컨대 0.02mm 내지 0.12mm의 범위일 수 있다. 절대 값에서, 상기 제1렌즈 군(110)의 초점 거리와 제2렌즈 군(120)의 초점 거리의 비율은 1.2 이하 예컨대, 0.8 내지 1.2의 범위일 수 있다.
또한 상기 제2렌즈 군(120)의 굴절력은 부(-)의 굴절력을 가지고, 제1렌즈 군(110)의 굴절력과 다른 파워를 가질 수 있다. 이에 따라 제1렌즈 군(110)에 의해 TTL를 증가시켜 초점을 맞추어 줄 수 있다. 상기 광학계에서 최대유효경의 렌즈는 고정 군 또는 구동 군에 배치될 수 있다. 상기 최대유효경의 렌즈는 이미지 센서의 사이즈의 0.8배 내지 1.2배의 범위일 수 있다.
상기 제1 내지 제6 렌즈(111,113,115,117,119)들은 상기 광학계의 광축(Lz)을 따라 순차적으로 배치될 수 있다. 물체의 영상 정보에 해당하는 광은 상기 제1 렌즈(111), 제2 렌즈(113), 제3 렌즈(115), 제4 렌즈(117), 제5 렌즈(119), 제6렌즈(125) 및 상기 필터(192)를 통과하여 상기 이미지 센서(190)에 입사될 수 있다.
상기 제1 내지 제6 렌즈(111,113,115,117,119) 각각은 유효 영역 및 비유효 영역을 포함할 수 있다. 상기 유효 영역은 각 렌즈에 입사된 광이 통과하는 영역일 수 있다. 즉, 상기 유효 영역은 입사된 광이 굴절되어 광학 특성을 구현하는 영역일 수 있다. 상기 비유효 영역은 상기 유효 영역 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 렌즈들을 수용하는 렌즈홀더 또는 배럴(미도시) 등에 고정되는 영역일 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 제1 렌즈(111)는 정(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 유리 재질 또는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 물체측 면으로 정의되는 제1면(S1) 및 센서측 면으로 정의되는 제2면(S2)을 포함할 수 있다. 상기 제1면(S1)는 입사면일 수 있으며, 상기 제2면(S2)은 출사면일 수 있다. 광축(Lz) 상에서 상기 제1면(S1)은 볼록할 수 있고 상기 제2면(S2)은 볼록할 수 있다. 상기 제1면(S1) 및 상기 제2면(S2) 중 적어도 하나 또는 모두는 비구면일 수 있다. 상기 제1면(S1) 및 상기 제2면(S2) 중 적어도 하나 또는 모두는 변곡점을 갖지 않을 수 있다.
상기 제1 렌즈(111)의 유효 반경은 광축(Lz)을 기준으로 제2 내지 제5렌즈(113,115,117,119)의 유효 반경보다 클 수 있다. 이에 따라 주변 광량을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 유효 변경은 상기 제6 렌즈(121)의 유효 반경보다 작을 수 있다. 즉, 상기 제6 렌즈(121)는 물체측 제11면(S11) 및 센서측 제12면(S12)이 광학계(100) 내에서 가장 큰 유효 반경을 가질 수 있다.
상기 광축(Lz) 상에서 제1 렌즈(111)의 두께 즉, 중심 두께는 상기 제2 내지 제6렌즈(113,115,117)의 두께보다 두꺼울 수 있으며, 1.5mm 이상 예컨대, 1.5mm 내지 2.5mm의 범위일 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 중심 두께는 광학계(100)의 렌즈들 중에서 가장 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 중심 두께는 상기 제2 렌즈(113)의 중심 두께의 5배 이상 예컨대, 5배 내지 9배의 범위일 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)는 상대적으로 두꺼운 두께를 갖고 큰 유효 직경을 갖고, 입사 광량을 굴절시켜 제2 렌즈(113)로 집광할 수 있다.
상기 제2 렌즈(113)는 부(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제2 렌즈(113)는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 상기 제2 렌즈(113)는 물체측 면으로 정의되는 제3면(S3) 및 센서측 면으로 정의되는 제4면(S4)을 포함할 수 있다. 상기 제3면(S3)는 입사면일 수 있으며, 제4면(S4)은 출사면일 수 있다. 상기 제3면(S3)은 센서측으로 오목할 수 있고 상기 제4면(S4)은 물체측으로 오목할 수 있다. 상기 제3면(S3) 및 상기 제4면(S4) 중 적어도 하나 또는 모두는 구면 또는 비구면일 수 있다. 상기 제3면(S3) 및 상기 제4면(S4) 중 적어도 하나 또는 모두는 변곡점을 갖지 않을 수 있다.
상기 광축(Lz) 상에서 제2 렌즈(113)의 두께는 상기 제1 및 제3렌즈(111,115)의 두께보다 작을 수 있으며, 0.6mm 이하 예컨대, 0.1mm 내지 0.6mm의 범위일 수 있다. 상기 제2 및 제4렌즈(113,117)는 렌즈들의 두께 중에서 가장 얇은 두께로 제공될 수 있다.
상기 제2 렌즈(113)의 에지 두께는 상기 제3 렌즈(115)의 에지 두께보다 클 수 있으며, 제1렌즈(111)의 에지 두께보다 작을 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)의 에지 두께는 상기 제2 렌즈(113)의 에지 두께의 2.5 배 이하 예컨대, 1.5배 내지 2.5배의 범위일 수 있다. 이러한 제2 렌즈(113)는 중심 두께가 에지 두께보다 얇은 오목 렌즈로 기능할 수 있다.
상기 제3 렌즈(115)는 정(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제 3 렌즈(115)는 굴절력 값은 상기 제1 렌즈(111)의 굴절력 값보다 클 수 있다. 상기 제3 렌즈(115)는 유리 또는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 상기 제3 렌즈(115)는 물체측 면으로 정의되는 제5면(S5) 및 센서측 면으로 정의되는 제6면(S6)을 포함할 수 있다. 상기 제5면(S5)는 입사면일 수 있으며, 제6면(S6)은 출사면일 수 있다. 상기 제5면(S5)은 물체측으로 볼록할 수 있고 상기 제6면(S6)은 센서측으로 볼록할 수 있다. 상기 제5면(S5) 및 상기 제6면(S6) 중 적어도 하나 또는 모두는 구면 또는 비구면일 수 있다. 상기 제5면(S5) 및 상기 제6면(S6) 중 적어도 하나 또는 모두는 변곡점을 갖지 않을 수 있다.
상기 광축(Lz) 상에서 제3 렌즈(115)의 두께는 상기 제2 및 제4렌즈(111,115)의 두께보다 클 수 있으며, 1mm 이상 예컨대, 1mm 내지 1.7mm의 범위일 수 있다. 상기 제3 렌즈(115)의 중심 두께는 상기 제2 및 제4렌즈(111,115)의 중심 두께의 3배 이상 예컨대, 3배 내지 5배의 범위일 수 있다. 상기 제3 렌즈(115)는 상기 제1 렌즈(111)의 두께보다 얇을 수 있어, 두 렌즈(111,113)의 두께 차이는 1mm 이하일 수 있다. 상기 제3 렌즈(115)의 중심 두께가 상기 범위를 벗어난 경우 제조가 어렵거나 일정 이상의 파워를 갖지 못하여 수차 보정이 어려운 문제가 있다. 상기 제3 렌즈(115)는 제2 렌즈(113)의 오목한 제4면(S4)에 의해 확산된 광을 입사받고, 입사된 광을 볼록한 제5면(S5) 및 제6면(S6)을 통해 굴절시켜 줄 수 있다.
상기 제3렌즈(115)의 에지 두께는 중심 두께보다 얇을 수 있다. 상기 제3렌즈(115)의 에지 두께는 상기 제1,2,4,5렌즈(111,113,117,119)의 에지 두께보다 얇을 수 있다. 상기 제3렌즈(115)의 에지 두께는 상기 제2렌즈(113)의 중심 두께와 같거나 두꺼울 수 있다. 이러한 제3렌즈(115)의 중심 두께와 에지 두께의 차이를 크게 하여, 제2렌즈(113)에 의해 확산된 광을 제4렌즈(117)의 유효 영역으로 굴절시켜 줄 수 있다.
상기 제4 렌즈(117)는 부(-)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(117)는 유리 또는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 상기 제4 렌즈(117)는 물체측 면으로 정의되는 제7면(S7) 및 센서측 면으로 정의되는 제8면(S8)을 포함할 수 있다. 상기 제7면(S7)는 입사면일 수 있으며, 제8면(S8)은 출사면일 수 있다. 상기 제7면(S7)은 센서측으로 오목할 수 있고 상기 제8면(S8)은 물체측으로 오목할 수 있다. 상기 제7면(S7) 및 제8면(S8) 중 적어도 하나 또는 모두는 구면 또는 비구면일 수 있으며, 변곡점을 갖지 않을 수 있다.
상기 광축(Lz) 상에서 제4 렌즈(117)의 두께는 상기 제3 및 제5렌즈(115,119)의 두께보다 작을 수 있으며, 0.5mm 이하 예컨대, 0.1mm 내지 0.5mm의 범위일 수 있다. 상기 제4 렌즈(117)의 중심 두께는 상기 제2렌즈(113)의 중심 두께와 동일하거나 0.1mm 이하의 차이를 가질 수 있다. 상기 제4 렌즈(117)와 상기 제3 렌즈(115) 간의 두께 차이는 0.7mm 이상 예컨대, 0.7mm 내지 1.2mm의 범위일 수 있다.
상기 제4 렌즈(117)의 에지 두께는 중심 두께보다 두꺼울 수 있다. 상기 제4 렌즈(117)의 에지 두께는 중심 두께보다 1.8배 이상 예컨대, 1.8배 내지 2.5배 두꺼울 수 있다. 상기 제4 렌즈(117)의 에지 두께는 상기 제3 렌즈(115)의 에지 두께보다 두껍고 제5렌즈(119)의 에지 두께보다 얇을 수 있다. 상기 제4 렌즈(117)는 중심부가 얇고 에지가 두꺼운 오목한 렌즈로서, 상기 제3 렌즈(115)를 통해 입사된 광을 오목한 제7면(S7) 및 오목한 제8면(S8)을 통해 굴절시켜 줄 수 있다.
상기 제5 렌즈(119)는 정(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제5 렌즈(119)의 굴절력 값은 상기 제1 렌즈(111)의 굴절력 값보다 작을 수 있다. 상기 제5 렌즈(119)는 유리 또는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 상기 제5 렌즈(119)는 물체측 면으로 정의되는 제9면(S9) 및 센서측 면으로 정의되는 제10면(S10)을 포함할 수 있다. 상기 제9면(S9)는 입사면일 수 있으며, 제10면(S10)은 출사면일 수 있다. 상기 제9면(S9)은 센서측으로 오목할 수 있고 상기 제10면(S10)은 센서측으로 볼록할 수 있다. 상기 제9면(S9) 및 제10면(S10) 중 적어도 하나 또는 모두는 구면 또는 비구면일 수 있으며, 변곡점을 갖지 않을 수 있다.
상기 광축(Lz) 상에서 제5 렌즈(119)의 두께는 상기 제4렌즈(117)의 두께보다 클 수 있으며, 0.8mm 이상 예컨대, 0.8mm 내지 2mm의 범위일 수 있다. 상기 제5 렌즈(119)는 상기 제1 렌즈(111)의 중심 두께보다 얇은 두께를 가질 수 있으며, 상기 제1렌즈(111)의 중심 두께보다 1mm 이하의 차이를 가질 수 있다.
상기 제5렌즈(119)의 에지 두께는 중심 두께보다 얇을 수 있으며, 상기 중심 두께와의 차이가 0.5mm 이하일 수 있다. 상기 제5렌즈(119)의 에지 두께는 제1렌즈(111)의 에지 두께보다 얇고 제2,3,4렌즈(113,115,117)의 에지 두께보다 두꺼울 수 있다. 상기 제5 렌즈(119)는 제4렌즈(117)을 통해 입사된 광을 오목한 제9면(S9)과 볼록한 제10면(S10)을 통해 이미지 센서(190)로 집광시켜 줄 수 있다.
상기 제6 렌즈(121)는 정(+)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제6 렌즈(121)의 굴절력 값은 0일 수 있다. 상기 제6 렌즈(121)는 유리 또는 플라스틱 재질을 포함할 수 있다. 상기 제6 렌즈(121)는 물체측 면으로 정의되는 제11면(S11) 및 센서측 면으로 정의되는 제12면(S12)을 포함할 수 있다. 상기 제11면(S11)은 입사면일 수 있으며, 제12면(S12)은 출사면일 수 있다. 상기 제11면(S11)은 센서측으로 오목할 수 있고 상기 제12면(S12)은 센서측으로 볼록할 수 있다. 상기 제11면(S11) 및 제12면(S12) 중 적어도 하나 또는 모두는 구면 또는 비구면일 수 있으며, 변곡점을 갖지 않을 수 있다.
상기 광축(Lz) 상에서 제6 렌즈(121)의 두께는 상기 제2,4렌즈(113,117)의 두께보다 클 수 있으며, 0.3mm 이상 예컨대, 0.3mm 내지 0.5mm의 범위일 수 있다. 상기 제6 렌즈(121)는 상기 제5 렌즈(119)의 중심 두께보다 얇은 두께를 가질 수 있으며, 예컨대, 상기 제5 렌즈(119)의 중심 두께는 상기 제6 렌즈(121)의 중심 두께보다 2.5 배 내지 4배의 범위로 두꺼울 수 있다.
상기 제6렌즈(121)의 에지 두께는 중심 두께보다 얇을 수 있으며, 상기 중심 두께와의 차이가 0.1mm 이하 예컨대, 0.05mm 내지 0.1mm의 범위일 수 있다. 상기 제6렌즈(121)의 중심 두께 및 에지 두께는 제2,4렌즈(113,117)의 중심 두께보다 두꺼울 수 있다. 상기 제6렌즈(121)는 입사된 광을 제11면(S11)과 제12면(S12)을 통해 이미지 센서(190)로 전달할 수 있다.
여기서, 광축(Lz) 상에서 상기 제1 렌즈(111)과 상기 제2 렌즈(113) 사이의 간격은 인접한 두 렌즈들 사이의 간격들 중에서 두 번째로 클 수 있으며, 1.5mm 이상 예컨대, 1.5mm 내지 3mm의 범위 또는 1.8mm 내지 2.5mm의 범위일 수 있다. 상기 제1 렌즈(111)과 상기 제2 렌즈(113) 사이의 간격은 상기 제3 렌즈(115)의 중심 두께보다 클 수 있으며, 제1 렌즈(111)의 중심 두께보다 작을 수 있다.
상기 광축(Lz) 상에서 제2 렌즈(113)과 상기 제3 렌즈(115) 사이의 간격은 인접한 두 렌즈들 사이의 간격 중에서 두번째로 작을 수 있으며, 0.2mm 이하 예컨대, 0.05mm 내지 0.2mm의 범위일 수 있다. 상기 제2 렌즈(113)과 상기 제3 렌즈(115) 사이의 중심 간격은 상기 제2 렌즈(113)의 중심 두께보다 작을 수 있으며, 상기 제2 렌즈(113)의 중심 두께의 20% 이상 예컨대, 20% 내지 40%의 범위일 수 있다.
상기 광축(Lz) 상에서 제3 렌즈(115)과 상기 제4 렌즈(117) 사이의 간격(예, D1)은 인접한 두 렌즈들 사이의 간격 중에서 세번째로 작을 수 있으며, 0.6mm 이하 예컨대, 0.3mm 내지 0.6mm의 범위일 수 있다. 상기 제3 렌즈(115)과 상기 제4 렌즈(117) 사이의 중심 간격은 상기 제2 렌즈(113)과 상기 제3 렌즈(115) 사이의 중심 간격보다 클 수 있다. 상기 제3 렌즈(115)과 상기 제4 렌즈(117) 사이의 중심 간격(D1)은 상기 제3 렌즈(115)의 중심 두께보다 50% 이하로 작을 수 있으며, 상기 제3 렌즈(115)의 중심 두께의 20% 내지 50%의 범위일 수 있다. 상기 제3 렌즈(115)과 상기 제4 렌즈(117) 사이의 간격(D1)은 최소 간격인 경우이며, 최대 간격(D2)일 때 상기 제5렌즈(119)의 중심 두께보다 클 수 있다.
상기 광축(Lz) 상에서 제4 렌즈(117)과 상기 제5 렌즈(119) 사이의 간격은 인접한 두 렌즈들 사이의 간격 중에서 세 번째로 클 수 있으며, 0.6mm 이상 예컨대, 0.6mm 내지 1.2mm의 범위일 수 있다. 상기 제4 렌즈(117)과 상기 제5 렌즈(119) 사이의 중심 간격은 상기 제3 렌즈(115)과 상기 제4 렌즈(117) 사이의 최소 간격보다 클 수 있다. 상기 제4 렌즈(117)과 상기 제5 렌즈(119) 사이의 중심 간격은 상기 제5 렌즈(119)의 중심 두께보다 작을 수 있으며, 상기 제5 렌즈(119)의 중심 두께의 50% 내지 95%의 범위일 수 있다. 상기 제5 렌즈(119)과 상기 제6 렌즈(121) 사이의 중심 간격은 광학계(100) 내에서 가장 클 수 있으며, 5mm 이상 예컨대, 5mm 내지 9mm의 범위일 수 있다.
상기 제5 렌즈(119)과 상기 제6 렌즈(121) 사이의 중심 간격은 상기 제1,3,5렌즈(111,115,117)의 중심 두께들의 합보다 클 수 있다. 상기 제5 렌즈(119)과 상기 제6 렌즈(121) 사이의 중심 간격은 상기 제1,2렌즈(111,113) 사이의 중심 간격의 3배 이상 예컨대, 3배 내지 4.2배의 범위일 수 있다.
상기 제1렌즈 군(110)은 정(+)의 굴절력을 갖고, 상기 제2렌즈 군(120)은 부(-1)의 굴절력을 가질 수 있다. 상기 제1 내지 제6렌즈(111,113,115,117,119,121) 중에서 굴절력은 정(+)의 렌즈 매수가 부(-)의 렌즈 매수보다 많을 수 있다. 상기 제1렌즈 군(110)에서 렌즈 굴절력은 정(+)의 렌즈 매수가 부(-)의 렌즈 매수보다 많을 수 있다. 상기 제2렌즈 군(120)에서 렌즈 굴절력은 부(-)의 렌즈 매수가 정(+)의 렌즈 매수보다 많을 수 있다.
상기 광학계(100)의 유효 초점 거리(EFL)는 35mm 이하 예컨대, 10mm 내지 35mm 또는 13mm 내지 23mm의 범위일 수 있으며, 상기 제1 렌즈(111)의 초점 거리(focal length)는 정의 값을 가지며, 7mm 이상 예컨대, 7mm 내지 13mm의 범위일 수 있다. 상기 제2 렌즈(113)의 초점 거리는 부의 값을 가지며, -3mm 이하 예컨대, -3mm 내지 -7mm의 범위일 수 있다. 상기 제3 렌즈(115)의 초점 거리는 정의 값을 가지며, 6mm 이하 예컨대, 2mm 내지 6mm의 범위일 수 있다. 상기 제4 렌즈(117)의 초점 거리는 부의 값을 가지며, -2mm 이하 예컨대, -2mm 내지 -6mm의 범위일 수 있다. 상기 제5 렌즈(119)의 초점 거리는 정의 값을 가지며, 10mm 이상 예컨대, 10mm 내지 16mm의 범위일 수 있다. 절대 값을 취할 경우, 제5렌즈(119)의 초점 거리는 제1 내지 제4렌즈(111,113,115,117)들의 초점 거리보다 클 수 있다. 상기 제6렌즈(121)의 초점 거리는 제1 내지 제5렌즈(111,113,115,117,119) 중에서 가장 클 수 있으며, 100000mm 이상일 수 있으며, 예컨대 100000mm 내지 150000mm 범위일 수 있다.
여기서, 상기 제1,2렌즈(111,113)의 합성 초점 거리는 -100mm 이하 예컨대, -100mm 내지 -150mm 범위일 수 있다. 상기 제5,6렌즈(119,121)의 합성 초점 거리는 5mm 이상 예컨대, 5mm 내지 20mm 범위일 수 있으며, 제1렌즈 군(110) 또는 제1,2,3렌즈(111,113,115)의 합성 초점 거리보다 클 수 있다. 상기 제2렌즈 군(120) 또는 제4,5,6렌즈(117,119,121)의 합성 초점 거리는 -3mm 이하 예컨대, -3mm 내지 -10mm의 범위일 수 있다. 상기 제2렌즈 군(120)의 초점 거리는 절대 값을 취할 경우, 제1렌즈 군(110)의 초점 거리보다 클 수 있다. 상기 제1렌즈 군(110)의 초점 거리 대비 제2렌즈 군(120)의 초점 거리의 비율은 0.8 내지 1.2 범위일 수 있다.
상기 광학필터(192)는 이미지 센서(190)과 제2렌즈 군(120) 사이 또는 이미지 센서(190)과 제6렌즈(121) 사이에 배치될 수 있다. 상기 광학필터(192)는 상기 제2렌즈 군(120)보다 이미지 센서(190)에 더 인접하게 배치될 수 있으며, 고정될 수 있다. 위치 고정된 제2렌즈 군(120)과 상기 이미지 센서(190) 사이에는 광학필터(192) 및/또는 커버 글라스가 배치될 수 있다. 상기 커버 글래스는 투명한 재질로서, 상기 이미지 센서(190) 상에서 상기 이미지 센서(190)를 보호할 수 있다.
상기 광학필터(192)는 적외선 필터와 같은 광학적 필터를 포함할 수 있다. 상기 광학필터(192)는 설정된 파장 대역의 광을 통과시키고, 이와 다른 파장 대역의 광을 필터링할 수 있다. 상기 광학필터(192)는 외부 광으로부터 방출되는 복사열이 상기 이미지 센서(190)에 전달되는 것을 차단할 수 있다. 또한, 상기 광학필터(192)는 가시광선을 투과할 수 있고 적외선을 반사시킬 수 있다.
상기 이미지 센서(190)는 상기 광학필터(192)를 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 광학계(100)에서 유효경(Aperture)을 보면, 상기 제1 렌즈(111)의 제1면(S1)의 유효경은 5mm 이상이거나 5mm 내지 6mm의 범위일 수 있으며, 제2면(S2)의 유효경보다 클 수 있다. 상기 제2면(S2)의 유효경은 5mm 이하, 예컨대 4.5mm 내지 5mm의 범위일 수 있다.
상기 제2 렌즈(113)의 제3면(S3)의 유효경은 제1면(S1)의 유효경보다 작으며, 4.2mm 이하이거나 3mm 내지 4.2mm의 범위일 수 있으며, 제4면(S4)의 유효경과 같거나 작을 수 있다. 상기 제4면(S4)의 유효경은 4mm 이하, 예컨대 3mm 내지 4.3mm의 범위일 수 있다.
상기 제3렌즈(115)의 제5,6면(S5,S6)의 유효경은 제2렌즈(113)의 제3,4면(S3,S4)의 유효경과 같거나 클 수 있다. 상기 제5면(S5)의 유효경은 제6면(S6)의 유효경와 같거나 클 수 있으며, 4.2mm 이하 예컨대, 3.7mm 내지 4.2mm의 범위일 수 있고, 제6면(S6)의 유효경은 4.2mm 이하 예컨대, 3.7mm 내지 4.2mm의 범위일 수 있다. 상기 제4렌즈(117)의 제7,8면(S7,S8)의 유효경은 제3렌즈(115)의 제5,6면(S5,S6)의 유효경보다 작을 수 있다. 상기 제7면(S7)의 유효경은 제8면(S8)의 유효경와 같거나 클 수 있으며, 3.3mm 이하 예컨대, 2.9mm 내지 3.3mm의 범위일 수 있고, 제8면(S8)의 유효경은 3.27mm 이하 예컨대, 2.5mm 내지 3.27mm의 범위일 수 있다.
상기 제5렌즈(119)의 제9,10면(S9,S10)의 유효경은 제4렌즈(117)의 제7,8면(S7,S8)의 유효경보다 클 수 있으며, 제9면(S9)의 유효경은 제10면(S10)의 유효경보다 작을 수 있으며, 4mm 이하 예컨대, 3mm 내지 4mm의 범위일 수 있고, 제10면(S10)의 유효경은 4.2mm 이하 예컨대, 3.7mm 내지 4.2mm의 범위일 수 있다. 상기 제6렌즈(121)의 제11,12면(S11,S12)의 유효경은 광학계 내에서 가장 클 수 있으며, 5.5mm 이상 예컨대, 5.5mm 내지 6.2mm 범위일 수 있다. 상기 제11면(S11)의 유효경은 제12면(S12)의 유효경보다 작을 수 있으며, 1mm 이하 또는 0.5mm 이하의 차이를 가질 수 있다. 상기 제1 내지 제6렌즈(111,113,115,117,119,121)의 외 형상 중에서 적어도 하나 또는 둘 이상은 유효 영역이 비 원형일 수 있으며, 예들 들면 광축 방향과 직교하는 제1축 방향은 곡률을 갖는 제1직경을 갖고, 광축 방향과 직교하는 제2축 방향은 제1직경보다 작은 제2직경을 갖는 형상일 수 있다. 상기 비 원형의 유효 영역을 갖는 적어도 하나의 렌즈는 제1렌즈 군(110) 내에 배치되거나, 제1 내지 제3렌즈 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 비 원형의 유효 영역을 갖는 적어도 두 렌즈는 제1 내지 제6렌즈(111,113,115,117,119,121) 내에서 직경이 가장 큰 렌즈와 두 번째로 큰 렌즈일 수 있다.
또한 상기 광학계(Lz)에서 렌즈(111,113,115,117,119,121)들의 940nm에서의 상대적인 굴절률을 보면, 상기 제1 렌즈(111)는 제2 렌즈(113)의 굴절력보다 낮은 저 굴절률이며, 1.6 미만일 수 있다. 상기 제2 렌즈(113)는 상기 제1 렌즈(111)의 굴절률에 비해 고 굴절률이며, 1.6 이상일 수 있다. 상기 제3 및 제4렌즈(115,117)는 상기 제2 렌즈(113)의 굴절률보다 낮은 저 굴절률이며, 두 굴절률의 차이는 최대 0.1 이하일 수 있다. 상기 제5 렌즈(119)는 상기 제4렌즈(117)의 굴절률보다 높은 고 굴절률을 가질 수 있으며, 1.6 이상 예컨대, 1.65 이상일 수 있다. 상기 제2,5 렌즈(113,119)은 제1,3 내지 제4렌즈(111,115,117)의 굴절률들보다 높은 굴절률을 갖고 있어, 효과적으로 광을 휘게 할 수 있다. 상기 제6렌즈(121)의 굴절률은 상기 제1렌즈(111)의 굴절률과 동일하거나 제5렌즈(119)의 굴절률보다 작은 저 굴절률일 수 있다.
상기 광학계(100)에서 F 넘버는 3 예컨대, 3 내지 3.5범위일 수 있다. 상기 광학계(100)에서 렌즈들의 d-line(587nm)에서의 아베수(Abbe number)를 보면, 상기 제1 렌즈(111)의 아베수는 제2 렌즈(113)의 아베수보다 크며 예컨대, 제2 렌즈(113)의 아베수보다 1.7배 이상 클 수 있다. 상기 제2 렌즈(113)의 아베수는 제1 렌즈(111) 및 제3 렌즈(115)의 아베수보다 작을 수 있으며, 예컨대 30 이하일 수 있다. 상기 제3 렌즈(115)의 아베수는 50 이상일 수 있다. 상기 제1, 제3, 제4, 6렌즈(111,115,117,121)의 아베수는 50 이상일 수 있으며, 서로 동일할 수 있다. 상기 제5 렌즈(119)의 아베수는 상기 제4 렌즈(117)의 아베수보다 작을 수 있고, 상기 제2,5 렌즈(113,119)의 아베수는 광학계의 렌즈 중에서 가장 작을 수 있으며, 30 이하일 수 있다.
상기 렌즈(111,113,115,117,119,121)에서의 아베수는 렌즈의 굴절률이 증가하면 감소하게 되며, 상기 아베수가 작으면 색 분산이 효과적이며, 상기 아베수가 크면 색 분산이 적게 일어날 수 있다. 상기 렌즈(111,113,115,117,119,121)에서의 아베수가 높으면 색수차가 적을 수 있고 투명도가 개선될 수 있으며, 상기 아베수가 낮으면 색수차가 높을 수 있고 렌즈 중심부 주변에서의 왜곡을 증가시켜 줄 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 광학계(100)에서 화각(FOV: Field of View)은 12도 이하 예컨대, 5도 내지 12도의 범위일 수 있다. 광학계(100)에서 이미지 센서(190)의 대각선 방향의 1/2높이(lmgH)는 3.5mm 이하 예컨대, 2.8mm 내지 3.5mm의 범위일 수 있다. 입사동(EPD: entrance pupil diameter)의 크기는 4mm 이상 예컨대, 4mm 내지 6mm의 범위일 수 있다. 상기 이미지 센서(190)에서 제5렌즈(119)까지의 광축 거리는 7mm 이상 예컨대, 7mm 내지 9mm의 범위일 수 있다.
도 2와 같이, 상기 광학계(100)에서 제1렌즈 군(110)과 상기 제2렌즈 군(120) 사이의 중심 간격 또는 광축 간격은 제1구동 모드인 경우, 제1간격(D1)일 수 있고, 제2구동 모드인 경우, 제2간격(D2)일 수 있다. 상기 제1간격(D1)은 0.6mm 이하 예컨대, 0.3mm 내지 0.6mm 범위일 수 있다. 상기 제2간격(D2)은 상기 제1간격(D1)의 2배 이상 예컨대, 2배 내지 3배의 범위일 수 있다. 상기 제2간격(D2)은 상기 제1간격(D1)보다 0.8mm 이상 예컨대, 0.8mm 내지 1.3mm의 범위로 클 수 수 있다. 상기 제2간격(D2)은 상기 제1간격(D1)보다 클 수 있으며, 상기 제1간격(D1)보다 0.3mm 이상 예컨대, 0.3mm 내지 0.85mm의 범위로 클 수 있다. 상기 제2간격(D2)은 상기 제1렌즈(111,115)의 중심 두께보다 작고 제2렌즈(113)의 중심 두께보다 클 수 있다. 상기 제1,2렌즈 군(110,120) 사이의 간격은 최소 광축 거리가 제1간격(D1)이며, 최대 광축 거리가 제2간격(D2)일 수 있다. 상기 제1구동 모드일 때, 광학계의 초점 거리는 15mm 이상일 수 있고, 제2구동모드일 때 초점 거리는 15mm 미만 예컨대, 8mm 내지 15mm 범위일 수 있다.
발명의 실시 예에 따른 광학계는 렌즈들을 지지하는 렌즈 베럴 또는 렌즈 홀더의 재질이 금속 재질 예컨대, 방열 특성이 높은 금속일 수 있다. 이에 따라 광학계 내에서 플라스틱 재질의 렌즈를 사용하더라도, 방열 효율의 저하를 방지할 수 있다.
표 1은 실시 예에 따른 렌즈 광학계의 렌즈 특성을 나타낸다.
면 # Radius Surface type Thickness/
Interval		 Index Abbe# Aperture Curvature
제1렌즈 S1 6.5975 ASP 2.1000 1.53 56.0 5.54 0.1516
S2 -18.2699 ASP 1.9820 4.62 -0.0547
제2렌즈 S3 -7.4895 ASP 0.3000 1.61 26 3.85 -0.1335
S4 6.8696 ASP 0.1000 3.87 0.1456
제3렌즈 S5 4.7704 ASP 1.2320 1.53 56.0 3.9 0.2096
S6 -3.9547 ASP 0.4245 3.9 -0.2529
제4렌즈 S7 -4.3133 ASP 0.3000 1.54 56.0 3.1 -0.2318
S8 4.7635 ASP 0.9103 2.9 0.2099
제5렌즈 S9 -245.0326 ASP 1.4212 1.61 26 3.6 -0.0041
S10 -7.5734 ASP 0.9103 6.0 -0.1320
제6렌즈 S11 -100.0000 ASP 0.4000 1.53 56 6.1 -0.0100
S12 -100.0000 ASP 7.3868 -0.0100
광학
필터		 S13 Infinity SPH 0.110 1.52 64.20
S14 Infinity SPH 0.452
표 1에서 상기 ASP는 비구면을 나타내며, 각 면(S1-S12)의 항목에서 두께(Thickness)는 각 렌즈의 광축에서의 두께(단위, mm)를 나타내며, 간격은 광축에 정렬된 두 렌즈 간의 광축 간격(단위, mm)을 나타낸다. S13,S14는 광학 필터의 물체측 면과 센서측 면일 수 있으며, S13의 두께는 필터의 두께이다. 상기 제3,4렌즈(115,117) 사이의 간격은 제1렌즈 군(110)의 이동 전 간격이다.
도 1 및 도 2와 같이, 상기 제3렌즈(115)과 상기 제4렌즈(117) 사이의 중심 간격(interval, D1)은 가변될 수 있으며, 예컨대 제1간격(D1)에서 제2간격(D2)으로 증가되거나, 제2간격(D2)에서 제1간격(D1)으로 감소될 수 있다. 예컨대, 상기 제1간격(D1)이 0.42mm ± 0.05mm(초기 간격)의 범위인 경우, 제1렌즈 군(110) 및 제2렌즈 군(120)이 이동 없는 상태이며, 상기 제2간격(D2)이 1mm±0.05mm인 경우, 상기 제1렌즈 군(110)은 제2렌즈 군(120)와의 거리가 최대로 멀어질 수 있다. 즉, 제1렌즈 군(110)이 제2렌즈 군(120)과의 거리가 증가 또는 감소되므로, 상기 초점은 맞출 수 있다. 상기 제1렌즈 군(110)은 광축을 따라 1mm 이하 예컨대, 0.3mm 내지 1mm의 범위 또는 0.3mm 내지 0.8mm 범위로 이동될 수 있다.
상기 제1렌즈 군(110)이 구동모드에 따라 물체측 또는 센서측으로 광축(Lz)을 따라 이동됨으로써, 상기 제3렌즈(115)는 제4렌즈(117)와의 간격이 제1간격(D1)에서 제2간격(D2)으로 또는 제2간격(D2)에서 제1간격(D1)으로 가변될 수 있고, 광학계의 길이 또는 공간이 증가되는 문제를 억제할 수 있다. 또한 이미지 센서(190)의 사이즈가 커지게 됨에 따라 물체의 위치에 따라 렌즈 광학계의 길이가 커지는 문제를 해결할 수 있다.
도 6은 도 2의 (A)의 광학계의 종구면수차, 비점수차 및 왜곡을 나타내는 분석 그래프이며, 도 7은 도 2의 (B)의 광학계의 종구면수차, 비점수차 및 왜곡을 나타내는 분석 그래프이다. 광학계에 의해, 도 6의 (A)와 같은 구면수차(spherical aberration)를 나타낼 수 있으며, 구면 수차는 렌즈의 서로 다른 부분(예: 중심부, 주변부)를 통과하는 광들의 초점을 맺는 위치가 달라지는 현상일 수 있다. 가로축은 종방향 구면수차(longitudinal spherical aberration)의 정도를 나타내고, 세로축은 광축의 중심으로부터의 거리를 규격화(normalization)하여 나타낸 것으로서, 빛의 파장에 따른 종방향 구면수차의 변화가 도시될 수 있다. 종방향 구면수차는, 예를 들면, 파장이 각각 대략 656.2725nm(nanometer), 대략 587.5618nm, 대략 546.0740nm, 대략 486.1327nm, 또는 대략 435.8343nm인 광에 대해 각각 나타낼 수 있다. 도 6의 (A)를 살펴보면, 광학계의 종방향 구면수차는 +0.05에서 -0.04 이내로 제한되어 안정적인 광학 특성을 보임을 확인할 수 있다.
도 6의 (B)은 광학계에서 비점수차(astigmatism)를 나타내는 그래프이다. 비점수차는 렌즈의 자오상면(tangential plane 또는 meridian plane)과 구결상면(sagittal plane)이 서로 다른 반경을 가질 때, 수직선 방향과 수평선 방향을 통과하는 광의 초점이 서로 어긋나는 것일 수 있다. 광학계의 비점수차는 대략 546.0740nm의 파장에서 얻어진 결과로서, 실선은 탄젠셜(tangential) 방향의 비점수차(예: 자오상면 만곡)를 나타내고, 점선은 시상(sagittal) 방향의 비점수차(예: 구결상면 만곡)를 의미할 수 있다. 도 12의 (B)을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 비점수차는 +0.025에서 -0.050 이내 또는 +0.020에서 -0.025 이내로 제한되어 안정적인 광학 특성을 보임을 확인할 수 있다.
도 6의 (C)는 광학계에 따른, 왜곡수차(distortion)를 나타내는 그래프이다. 왜곡수차는 광축(O-I)으로부터 거리에 따라 광학배율이 달라지게 되기 때문에 발생하는 것으로서, 이론적인 결상면에 맺히는 상에 비해, 실제 결상면(예: 도 1의 190)에 맺히는 상이 크거나 작게 보이는 것일 수 있다. 도 6의 (C)에서, 상기 광학계의 왜곡은 대략 546.0740nm의 파장에서 얻어진 결과로서, 광학계를 통해 촬영된 이미지(image)는, 상기 광축(O-I)에서 벗어난 지점에서 다소 왜곡이 발생할 수 있다. 다만, 이러한 왜곡은 렌즈를 이용하는 광학 장치에서 일반적으로 나타날 수 있는 정도의 것이며, 왜곡율이 대략 1% 미만으로서, 양호한 광학 특성을 제공할 수 있다.
광학계의 제2구동 모드 또는 근거리 모드에 의해, 도 7의 (A)와 같은 광학계의 종방향 구면수차는 +0.05에서 -0.04 이내로 제한되어 안정적인 광학 특성을 보임을 확인할 수 있다. 도 7의 (B)와 같이, 광학계에서 비점수차(astigmatism)는 +0.2에서 -0.050 이내 또는 +0.15에서 0.0 이내로 제한되어 안정적인 광학 특성을 보임을 확인할 수 있다. 도 7의 (C)의 왜곡수차는 왜곡율이 대략 2% 미만으로서, 양호한 광학 특성을 제공할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 광학계는 제1렌즈 군(110)의 입사측에 반사부재(101)를 더 포함할 수 있다. 상기 반사부재(101)의 반사 면(S101)은 외부에서 입사된 광을 반사시켜 광의 경로(Ly에서 Lz)를 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(Ly)을 직각으로 제1,2 렌즈 군(110,120)의 광축(Lz) 방향으로 반사할 수 있다.
상기 반사부재(101)는 상기 복수의 렌즈(111,113,115,117,119,121)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(111,113,115,117,119,121), 광학필터(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 렌즈 모듈의 두께를 감소시킬 수 있는 카메라 모듈에 적용할 수 있다. 상기 광학계는 상기 반사부재(101)를 포함하여 적용된 이동체의 표면과 수직한 방향으로 입사된 광을 상기 이동체의 표면과 평행한 방향으로 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 복수의 렌즈(111-121)를 포함하는 광학계는 상기 이동체 내에서 보다 얇은 두께를 가질 수 있어, 상기 이동체는 보다 얇게 제공될 수 있다.
여기서, 도 4의 (A)(B)와 같이, 광학계에서 제1,2렌즈 군(110,120)의 사이의 간격은 제1간격(D1)에서 제2간격(D2)으로 증가되거나, 제2간격(D2)에서 제1간격(D1)으로 감소될 수 있다. 광학계에서 반사부재(101)과 제1렌즈 군(110)의 사이의 간격은 제3간격(D3)에서 제4간격(D4)으로 감소되거나, 제4간격(D4)에서 제3간격(D3)으로 감소될 수 있다.
상기 광학계는 제1렌즈 군(110)과 상기 제2렌즈 군(120) 사이의 간격은, 제1구동 모드인 경우, 제1간격(D1)일 수 있고, 제2구동 모드인 경우, 상기 제1간격(D1)보다 큰 제2간격(D2)일 수 있다. 상기 반사 부재(101)의 입사면(S101)의 중심과 상기 제1렌즈 군(110) 사이의 간격은, 제1구동 모드인 경우 제3간격(D3)일 수 있고, 제2구동 모드인 경우 상기 제3간격(D3)보다 작은 제4간격(D4)일 수 있다. 상기 제2간격(D2)과 상기 제1간격(D1) 간의 차이는 상기 제3간격(D3)과 상기 제4간격(D4) 간의 차이와 동일할 수 있으며, 예컨대 1mm 이하이거나, 0.3mm 내지 0.85mm의 범위일 수 있다. 상기 제1,2간격(D1,D2)의 차이가 상기 범위보다 큰 경우, 구동부의 사이즈가 커지게 되고 소형 모듈의 제공이 어려울 수 있고, 상기 범위보다 작은 경우 렌즈의 민감도가 상승하여 포커스 위치를 센싱하기 어려운 문제가 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, 초점 조절을 통해 광량을 유지할 수 있다.
[수학식 1]
10 < EFL < 35
수학식 1에서 EFL은 상기 광학계의 초기 위치에서, 유효 초점 거리(mm)(Effective Focal Length)를 의미한다. 자세하게, 상기 광학계의 EFL은 13 < EFL < 25일 수 있다. 더 자세하게, 상기 광학계의 EFL은 13 < EFL < 23일 수 있다.
[수학식 2]
1 < L1S1/L1S2 < 1.5
수학식 2에서 L1S1은 상기 제1 렌즈(111)의 물체 측 1면(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 1 < L1S1/L1S2 < 1.3을 만족할 수 있다. 자세하게, 상기 L1S1/L1S2은 1 < L1S1/L1S2 < 1.25을 만족할 수 있다.
[수학식 3]
0.3 < ｜R_L1/R_L3｜ < 1.2
수학식 3에서 R_L1은 상기 제1 렌즈(111)의 물체 측 면(제1 면(S1))의 반경(mm)을 의미하고, R_L3은 상기 제2 렌즈(113)의 물체 측 면(제3 면(S3))의 반경(mm)을 의미한다. 자세하게, R_L1/R_L3의 절대 값은 0.5 내지 1 범위일 수 있다.
[수학식 4]
4 < TH_L1/TH_L2 < 8.9
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, 4.5 < TH_L1/TH_L2 < 8의 조건을 만족할 수 있다. 더 자세하게, 5 < TH_L1/TH_L2 < 7.5의 조건을 만족할 수 있다.
[수학식 5]
0.32 < 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 제6 렌즈(111, 113, 115,117,119,121) 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 제6 렌즈(111, 113, 115, 117, 119,121) 중 선택되는 하나의 렌즈의 유효경의 최대 크기(mm)를 의미한다.
여기서, 자세하게 0.35 < CHn(n<4)/CAn(n<4) < 0.6 또는 0.4 < CHn(n<4)/CAn(n<4) < 0.6를 만족할 수 있다.
[수학식 6]
1 < |f1| - |f2| < 11
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]
1.5 < BFL/ImgH < 5
수학식 7에서 BFL(Back focus length)은 제2렌즈 군(120)의 제5렌즈(119)의 센서측 면에서 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. 자세하게, 2 < BFL/ImgH < 3.5를 만족할 수 있다.
[수학식 8]
0.30 < BFL/EFL < 0.75
수학식 8에서 BFL(Back focus length)은 제2렌즈 군(120)의 제5렌즈(119)의 센서측 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. 자세하게, 0.4 < BFL/EFL < 0.65를 만족할 수 있다.
[수학식 9]
1.5 < TTL/BFL < 2.7
수학식 9에서 TTL(Total track length)은 상기 복수의 렌즈 중 물체 측과 최인접한 렌즈(제1 렌즈(111))의 물체측 면(제1 면(S1))으로부터 상기 이미지 센서(190)까지의 광축 방향 거리(mm)를 의미한다. 또한, BFL(Back focus length)은 제2렌즈 군(120)의 제5렌즈(119)의 센서측 면에서 상기 이미지 센서(190)까지의 광축 방향 거리(mm)를 의미한다. 자세하게, 1.8 < TTL/BFL < 2.5를 만족할 수 있다.
[수학식 10]
|f4| ≤ |f3| < |f2| < |f1| < |f5| < |f6|
수학식 10에서 f1은 제1 렌즈(111)의 초점 거리(focal length)를 의미하고, f2는 제2 렌즈(113)의 초점 거리(focal length)를 의미한다. 또한, f3은 제3 렌즈(115)의 초점 거리(focal length)를 의미하고, f4은 제4 렌즈(117)의 초점 거리(focal length)를 의미하고, f5는 제5 렌즈(119)의 초점 거리(focal length)를 의미하며, f6는 제6렌즈(121)의 초점 거리를 의미한다.
[수학식 11]
0.5 < TH_L1/d12 < 1.5
수학식 11에서 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 12]
0.3 < f1/EFL < 1
수학식 12에서 f1은 제1 렌즈(111)의 초점 거리(focal length)(mm)를 의미하고, EFL은 상기 광학계의 유효 초점 거리(Effective Focal Length)(mm)를 의미한다.
상기 실시예에 따른 광학계는 수학식 1 내지 수학식 12 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 수학식을 만족할 수 있다. 특히, 상기 광학계는 제1 렌즈(111)의 유효경을 크게 제공하여, 향상된 광학 특성을 가질 수 있다. 상기 광학계는 제6 렌즈(121)의 유효경을 가장 크게 제공하여, 입사된 광을 손실 없이 이미지 센서(190)로 전달할 수 있다. 또한, 상기 광학계가 수학식 1 내지 수학식 12 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 수학식을 만족할 경우 휴대용 단말기 또는 차량용 카메라에 적용 가능할 수 있다.
그리고, 도 1 내지 도 4의 광학계에서 물체 거리, 렌즈 위치 및 1/렌즈 이동량의 관계를 보면 표 2와 도 8의 그래프와 같이 나타낼 수 있다.
물체거리 렌즈위치 1/렌즈이동량
2000 0.122304 44.83407964
1120 0.139828 25.10776224
560 0.179832 12.52632143
280 0.260581 6.227400926
140 0.425113 3.075855556
70 0.766897 1.4994825
35 1.507575 0.71044172
표 2에서 상기 물체거리(단위 mm)는 무한대(2000mm)에서 근거리(35mm)까지를 측정하고 있으며, 렌즈 위치는 설계시 충돌 방지를 위해 최소 0.1mm 이상으로 설정하고 있으며, 렌즈 이동량(단위 mm)은 포커싱 위치를 기준으로 제1렌즈 군의 이동 량이거나, 제1,2렌즈 군의 간격 차이일 수 있다. 이때 물체거리와 1/렌즈 이동량은 반비례의 관계를 가질 수 있다. 예컨대, 물체거리가 무한대일 때, 렌즈 위치가 0.1이므로, 각 렌즈의 이동량은 렌즈 위치를 기준으로 상대적 이동량으로 -0.1로 설정할 수 있다.
[수학식 13]
A×물체거리-0.0652 = 1/렌즈 이동량
수학식 13에서, 계수 A는 렌즈 이동량을 계산하기 위한 계수 값이며, 물체거리의 A배만큼 렌즈가 이동하게 된다. 상기 계수 A는 0.1보다 작고 0보다 큰 값일 수 있으며 예컨대, 0.02 내지 0.03 범위일 수 있다. 도 8의 그래프와 같이 물체 거리에 따른 1/렌즈 이동량의 관계는 비례함을 알 수 있다.
도 5는 발명의 실시 예에 따른 광학계를 갖는 카메라 모듈의 측 단면도의 예이다.
도 5를 참조하면, 카메라 모듈은 이미지 센서(190)가 배치된 기판(195), 제1렌즈 군(110)을 지지하는 제1렌즈홀더(143), 및 제2렌즈 군(120)을 지지하는 제2렌즈홀더(153), 및 구동부(155,156)를 포함할 수 있다. 상기 제1,2렌즈 홀더(143,153)의 둘레에 렌즈 홀더(150)를 구비할 수 있다.
상기 기판(195)는 연성, 또는 비연성 재질의 기판일 수 있으며, 연성 재질의 기판(FPCB)으로 구현될 수 있다. 상기 기판(195) 상에는 이미지 센서(190)가 탑재되며, 둘레에는 렌즈홀더(150) 및 제2렌즈홀더(153)의 하단부가 결합될 수 있다. 여기서, 렌즈홀더(150)가 제2렌즈 군(120)을 지지할 경우, 제2렌즈 홀더(153)은 렌즈홀더(150)로 대체될 수 있다.
상기 렌즈홀더(143)의 상부(152)에는 제1렌즈 군(110)의 이동을 지지하며, 예를 들면, 제1렌즈홀더(143)의 외측 둘레와 렌즈홀더(143)의 상부(152) 간은 탄성 지지부재(예, 판 스프링)로 연결되며 지지하게 된다. 상기 제1렌즈홀더(133)는 내부에 관통되는 관통 홀(151)을 구비하며, 상기 관통홀(151) 상에 제1렌즈(111)가 위치하게 된다. 상기 제1렌즈홀더(133)는 자동 초점 조정(Auto Focusing, 이하 AF) 기능을 수행할 때, 광축 방향으로 이동(M1,M2)될 수 있다. 상기 제1렌즈홀더(143)는 탄성 스프링에 의해 광축 방향의 이동이 지지될 수 있다.
구동부(155,156)는 상기 제1렌즈홀더(143)의 외측 또는/및 하부 주변에 배치될 수 있으며, 빛이 진행되는 경로를 방해하지 않는 영역에 배치될 수 있다. 상기 구동부(155,156)는 피에조 부재, 액츄에이터 또는 스템핑 모터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 구동부(155,156)은 제1렌즈홀더(143)을 광축 방향으로 이동시켜 줄 수 있다. 예컨대, 피에조 부재는 인가되는 전계에 의해 일어나는 물리적인 변위에 따라 선형 운동하는 제1렌즈 홀더(143)의 이동 량을 제어할 수 있다.
상기 구동부(155,156)는 상기 제1렌즈홀더(143)의 외측에 배치된 가동자(155)와 상기 렌즈홀더(150)의 내측에 배치된 고정자(156)를 포함하는 액츄에이터를 포함할 수 있다. 상기 가동자(155)가 마그네트인 경우, 상기 고정자(156)는 코일일 수 있다. 다른 예로서, 상기 가동자(155)가 코일인 경우, 상기 고정자(156)는 마그네트일 수 있다.
상기 구동부(155,156)은 외부 전원이 인가되면, 상기 고정자(156)에 인가되는 전원의 극성에 따라 상기 가동자(155)와의 사이에 자계를 형성하게 된다. 이때 상기 가동자(155)는 제1렌즈 홀더(143)과 함께 상기 광축을 따라 물체측을 향해 이동하거나 또는 이미지 센서(190)를 향해 이동하게 되며, 이러한 제1렌즈 군(110)의 이동에 의해 제1렌즈 군(110)을 통해 입사되는 빛을 이미지 센서(190)에 집광시켜 줄 수 있다. 여기서, 카메라 모듈은 제1렌즈홀더(143)의 이동을 제한하는 스토퍼(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 관통 홀(151)의 내부 또는 제1렌즈홀더(143)의 하부에는 제2렌즈 군(120)을 지지하는 제2렌즈홀더(153)가 배치된다. 상기 제2렌즈홀더(153)는 제1렌즈 군(110)과 이미지 센서(190) 사이에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 제1렌즈 군(110)의 전체 굴절능에 따라, 초점을 맞추고자 하는 물체가 원거리에서 근거리로 이동할 때, 제1렌즈 군(110)은 물체 측으로 이동할 수 있고, 근거리에서 원거리로 이동할 때, 제1렌즈 군(110)은 센서 측으로 이동할 수 있다. 따라서, 카메라 모듈의 높이는 무한대(infinity) 물체의 높이를 유지하면서 AF를 수행할 수 있다. 상기 제1렌즈 군(110)은 광축을 따라 1mm 이하 예컨대, 0.3mm 내지 0.85mm의 범위로 이동될 수 있다.
발명의 실시 예는 물체측에 가까운 적어도 두 렌즈를 갖는 제1렌즈 군(110)는 이동시키지 않고, 제1렌즈 군(110,210)과 이미지 센서(190) 사이에 배치된 제2렌즈 군(120,220)를 갖는 제2렌즈 홀더(153)를 광축 방향으로 이동시켜 줌으로써, 전체 렌즈를 이동시키지 않고, 내부 렌즈만을 이동시켜 초점을 맞추어 줄 수 있다. 이에 따라 이미지 센서(190)의 대각 길이가 증가되더라도, 전체 모듈 사이즈를 증가시키지 않고 제2렌즈 군(120)를 이용하여 초점을 조절할 수 있다.
도 9는 발명의 실시예(들)에 따른 광학계가 적용된 이동체의 예를 나타낸 사시도이다. 상기 이동체는 이동하는 단말기로서, 휴대 단말기, 차량과 같은 각종 이동 장치이다.
도 9에 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.
110: 제1 렌즈 군 111: 제1 렌즈
113: 제2 렌즈 115: 제3 렌즈
117: 제4 렌즈 119: 제5 렌즈
162: 제6 렌즈 120: 제2 렌즈 군
190: 이미지 센서

Claims (12)

  1. 복수의 렌즈를 갖는 제1렌즈 군; 및
    상기 제1렌즈 군과 이미지 센서 사이에 복수의 렌즈를 갖는 제2렌즈 군을 포함하며,
    상기 제1렌즈 군은 정의 굴절력을 가지며, 상기 제2렌즈 군에서 물체측으로 이동되며,
    상기 제2렌즈 군은 부의 굴절력을 가지며,
    상기 제1렌즈 군은 물체측에서 센서측을 향해 광축으로 정렬된 제1렌즈, 제2렌즈 및 제3렌즈를 포함하며,
    상기 제2렌즈 군은 상기 제1렌즈 군에서 센서측을 향해 광축으로 정렬된 제4렌즈, 제5렌즈 및 제6렌즈를 포함하며,
    상기 제1렌즈 군과 상기 제2렌즈 군 사이의 간격은 제1간격 또는 제2간격을 가지며,
    상기 제2간격은 상기 제1간격의 2배 내지 3배의 범위인, 광학계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1렌즈 군은 정의 굴절력을 갖는 렌즈 매수가 부의 굴절력을 갖는 렌즈 매수보다 많으며,
    상기 제2렌즈 군은 정의 굴절력을 갖는 렌즈 매수가 부의 굴절력을 갖는 렌즈 매수보다 많은, 광학계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제6렌즈의 반경 중에서 상기 제6렌즈의 반경이 가장 크며,
    상기 제1 내지 제6렌즈의 중심 두께 중에서 상기 제1렌즈의 중심 두께가 가장 큰, 광학계.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제6렌즈들 중 인접한 두 렌즈 간의 중심 간격은 상기 제5렌즈와 상기 제6렌즈 사이의 간격이 가장 크며, 상기 제1렌즈와 상기 제2렌즈의 중심 간격보다 3배 이상 큰, 광학계.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1렌즈의 물체측 면에서 상기 이미지 센서까지의 광축 거리는 상기 제1간격 또는 제2간격에 따라 제1길이 또는 제2길이를 가지며,
    상기 제2길이는 상기 제1길이의 101% 내지 106% 범위인, 광학계.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1렌즈는 정의 굴절력을 갖고 광축 상에서 물체측 제1면이 볼록하고 센서측 제2면이 볼록하며,
    상기 제2렌즈는 부의 굴절력을 갖고 광축 상에서 물체측 제3면이 오목하고 센서측 제4면이 오목하며,
    상기 제3렌즈는 정의 굴절력을 갖고 광축 상에서 물체측 제5면이 볼록하고 센서측 제6면이 볼록한 제3렌즈를 포함하며,
    상기 제4렌즈는 부의 굴절력을 갖고, 광축 상에서 물체측 제7면이 오목하고 센서측 제8면이 오목하며,
    상기 제5렌즈는 정의 굴절력을 갖고, 광축 상에서 물체측 제9면이 오목하고 센서측 제10면이 볼록하며,
    상기 제6렌즈는 정의 굴절력을 갖고, 광축 상에서 물체측 제11면이 오목하고 센서측 제12면이 볼록한 광학계.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학계는, 10 < EFL < 35를 만족하며,
    상기 EFL은 광학계의 유효 초점 거리(mm)(Effective Focal Length)를 나타내는, 광학계.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2렌즈 및 상기 제4렌즈의 중심 두께는 상기 제5렌즈의 중심 두께보다 작으며, 상기 제6렌즈의 중심 두께 및 에지 두께는 상기 제2,4렌즈의 중심 두께보다 큰, 광학계.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2간격은 상기 제1간격보다 0.8mm 내지 1.3mm의 범위로 큰, 광학계.
  10. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 이미지 센서;
    상기 이미지 센서 상에 복수의 렌즈를 갖는 제1 렌즈 군;
    상기 제1렌즈 군과 상기 이미지 센서 사이에 복수의 렌즈를 갖는 제2 렌즈 군;
    상기 제1렌즈 군의 이동을 지지하는 제1렌즈 홀더;
    상기 제2렌즈 군을 지지하는 제2렌즈 홀더;
    상기 이미지 센서와 상기 제2렌즈 군 사이에 광학필터; 및
    상기 제1렌즈 홀더를 광축 방향으로 이동시키는 구동부를 포함하며,
    상기 제1렌즈 군은 정의 굴절력을 가지며, 상기 구동부에 의해 물체측 또는 센서측으로 이동되며,
    상기 제2렌즈 군은 부의 굴절력을 가지며,
    상기 제1렌즈 군은 물체측에서 센서측을 향해 광축으로 정렬된 제1렌즈, 제2렌즈 및 제3렌즈를 포함하며,
    상기 제2렌즈 군은 상기 제1렌즈 군에서 센서측을 향해 광축으로 정렬된 제4렌즈, 제5렌즈 및 제6렌즈를 포함하며,
    상기 제1렌즈 군과 상기 제2렌즈 군 사이의 간격은 제1간격 또는 제2간격을 가지며,
    상기 제2간격은 상기 제1간격의 2배 내지 3배의 범위인, 카메라 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1렌즈 군은 3매 이하의 렌즈를 포함하며, 정의 굴절력을 갖는 렌즈 매수가 부의 굴절력을 갖는 렌즈 매수보다 많으며,
    상기 제2렌즈 군은 4매 이하의 렌즈를 포함하며, 정의 굴절력을 갖는 렌즈 매수가 부의 굴절력을 갖는 렌즈 매수보다 많은, 카메라 모듈.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    카메라 모듈에서 TTL는 제1,2렌즈 군의 제1간격에서 10mm 내지 25mm의 범위이며,
    유효 초점거리는 10mm 내지 35mm의 범위이며,
    상기 제1렌즈 군의 이동 거리는 1mm 이하인, 카메라 모듈.
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